JP2010032346A - 二次電池用電極群の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正極板および負極板をセパレータを介して巻回してなる電極群に混入した異物やセパレータの欠陥などによる内部短絡につながる欠陥を確実に検出することができ、且つ、セパレータのダメージを最小限にとどめることの可能な二次電池用電極群を検査する安全性に優れた方法を提供することを目的とする。
【解決手段】正極板４および負極板８をセパレータ２を介して巻回してなる二次電池用電極群１３を不活性ガス中に設置し、正極板４と負極板８からなる一対の電極板の間に検査用電圧を印加しながら、その電圧の印加に伴って流れる電流を測定し、予め設定した電流と比較して、二次電池用電極群１３の内部短絡につながる欠陥を判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内部短絡につながる欠陥を検出する二次電池用電極群の検査方法に関するものである。

近年、携帯用電子機器の電源として利用が広がっている電池としてのリチウムイオン二次電池は、負極板にリチウムの吸蔵および放出が可能な炭素質材料等を用い、正極板にＬｉＣｏＯ_２等の遷移金属とリチウムの複合酸化物を活物質として用いており、これによって高電位で高放電容量のリチウムイオン二次電池を実現している。

しかし、近年の電子機器および通信機器の多機能化に伴って更なるリチウムイオン二次電池の高容量化が望まれている。これらのリチウムイオン二次電池において、高容量化が進む一方で重視すべきは安全対策であり、特に正極板と負極板の内部短絡を起こす危険性のあるリチウムイオン二次電池を検出することが重要である。

この内部短絡を起こす危険性のある要因として、工程中で混入した導電性異物や、正極板と負極板を絶縁するセパレータの傷、穴あきなどの不具合が挙げられ、製造工程の管理の強化によりこれらの要因の撲滅が取り組まれている。

従来、この対策として一般的には、図１０に示すような電池ケース１１４に配置されセパレータ１０２を介して対向する正極板１０４と負極板１０８に電線１２０を接続し、この電線１２０の他端を電流計１２２と定電圧電源１２３をもつ検査装置１３０に接続し、正極板１０４と負極板１０８の間に定電圧電源１２３により電圧を加えて電極間が絶縁破壊する電流を電流計１２２により検出し、将来的に短絡にいたる潜在短絡電池と良品電池を識別することを特徴とする二次電池の検査方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

他方、図１１に示すような正極板に接続される正極リード２０７および負極板の接続される負極リード２１１を電極群２１３より引き出し、電線２２０を正極リード２０７および負極リード２１１に接続し、この電線２２０の他端を検査装置２３０に接続し、正極板および負極板間で異物やセパレータの欠陥に起因してコロナ放電を発生させるように電圧値が選定された印加電圧を正極板および負極板の間に印加し、コロナ放電が発生したと判断した場合に電極体２１３を不良品と判定し、コロナ放電が発生していないと判断した場合に電極群２１３を良品と判定する判定ステップとを具えることを特徴とする二次電池用電極群の検査方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−１９５５６５号公報 特開２００４−２７３２１６号公報

しかしながら、上述した特許文献に示される従来技術では、正極板と負極板に印加する電圧は、セパレータの絶縁耐電圧と正極板、セパレータ、負極板の間に介在する空気の放電開始電圧の和であり、空気のような気体の放電開始電圧は、気体の圧力、電圧を印加する正極板と負極板の間隔、雰囲気の気体の種類などに依存する。

従来の検査方法では、プレス加圧による正極板と負極板の間隔の最小化により正極板と負極板の間隔の最適化を図っている例や、正極板と負極板の間隔の最適化が図られていな
い例が多い。

このような検査環境においては、正極板および負極板の厚みのバラツキ、正極板および負極板に装着された集電リードの厚み、および正極板、負極板、集電リードの鋭利な角の緩和、保護も目的に装着される保護テープなどにより、検査で電圧を印加する正極板と負極板の間隔は大きくばらたつくため、正極板および負極板全域で内部短絡を起こす危険性のある欠陥の検査が正確に行われているか疑問である。

また、一方で内部短絡を起こす危険性のある欠陥を多く検出するために高い電圧を用いて検査を行い、異物やセパレータの欠陥を検出することもできるが、高い電圧では樹脂であるセパレータの表面が大気と反応して極性官能基を帯びたり、微量な導電性を帯びる結果、セパレータの伸び、耐電圧が落ち、検査で良品である電池にダメージを与えることが懸念される。

さらに詳しくは、上述した特許文献１においては、正極板１０４および負極板１０８の厚みのバラツキ、正極板１０４および負極板１０８に装着された集電リードの厚み、および正極板１０４、負極板１０８、集電リードの鋭利な角の緩和、保護も目的に装着される保護テープなどにより、検査で電圧を印加する正極板１０４と負極板１０８の間隔は大きくばらつくため、正極板１０４および負極板１０８の全域で内部短絡を起こす危険性のある欠陥の検査が正確に行うのが困難である。

一方、上述した特許文献２においては、大気で大気圧のコロナ放電を発生させる高電圧で検査していることにより、セパレータが高電圧により加熱・溶融され、セパレータを構成する樹脂が硬化し、電池が高温となったときの電解液中のイオンの移動をシャットダウンするセパレータの機能を消失させてしまう危険性などを回避することが困難である。

本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、電極群を不活性ガスの雰囲気中に設置し、一定の検査用電圧の印加に伴って流れる電流を測定し、予め設定した電流と比較して、電極群の内部短絡につながる欠陥を判定する方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明の二次電池用電極群の検査方法は、正極板と負極板からなる一対の電極板とこの一対の電極板の間に配置されたセパレータとを含む二次電池用電極群の検査方法であって、電極群を不活性ガス雰囲気中に設置し、一対の電極板の間に検査用電圧を印加しながら検査用電圧の印加に伴って流れる電流を測定し、予め設定した電流と比較して電極群の内部短絡につながる欠陥の判定をすることを特徴とするものである。

本発明の二次電池用電極群の検査方法を用いると、低い電圧で異物やセパレータの欠陥などの内部短絡につながる欠陥を確実に検出でき、且つ、セパレータのダメージを最小限にとどめることで、安全性に優れた二次電池を提供できることになる。

本発明の第１の発明においては、正極板と負極板からなる一対の電極板とこの一対の電極板の間に配置されたセパレータとを含む二次電池用電極群の検査方法であって、電極群を不活性ガス雰囲気中に設置し、一対の電極板の間に検査用電圧を印加しながら検査用電圧の印加に伴って流れる電流を測定し、予め設定した電流と比較して電極群の内部短絡につながる欠陥を判定することにより、従来よりも低い電圧で異物やセパレータの欠陥など
の内部短絡につながる欠陥を確実に検出でき、且つ、空気のように気体との反応が少なく、セパレータのダメージを低減することでき、安全性に優れた二次電池用電極群を提供できる。もしくは、従来と同じ検査電圧を用いれば、従来よりも検出精度での高い検査を実施することができる。

本発明の第２の発明においては、不活性ガスとして、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの少なくとも１つ以上を用いることにより、従来の大気雰囲気に比べて放電に伴い電極板からの飛び出す電子の数を増加させ、低電圧での放電を起こしやすくできる。

本発明の第３の発明においては、プレス加圧により正極板、セパレータおよび負極板間の隙間をなくして行うことにより、隙間の気体の放電開始電圧に左右されず安定したセパレータの耐電圧を検出できる効果が得られる。

本発明の第４の発明においては、電極群の内部短絡につながる欠陥の判定を行う電流として、電極群と直列に接続した電気抵抗を流れる電流値を用いることにより、異物やセパレータの欠陥などの内部短絡につながる欠陥の良否の判定ができ、安全性に優れた二次電池用電極群を提供できる。

本発明の第５の発明においては、電極群の内部短絡につながる欠陥の判定を行う電流として、電極群と直列に接続した電気抵抗を流れる電流の電圧波形を用いることにより、通電時の挙動を比較することで、異物やセパレータの欠陥などの内部短絡につながる欠陥の良否の判定において、異物が電流のジュール熱で溶融、分散され良品となる危険性および、セパレータの傷を介して接触していた正極板および負極板がジュール熱で溶融、分散され良品となる危険性を検出することができ、安全性に優れた二次電池用電極群を提供できる。

本発明の第６の発明においては、電極群を設置する不活性ガス雰囲気の気体の圧力を、大気圧以下の気圧としたことにより、従来と検出率を一定にするとすれば、電極板間に介在する気体の放電開始電圧を下げ、電極群の内部短絡につながる欠陥の検出感度を向上させることができる。

まず、本発明の一実施の形態で検査する対象の二次電池について説明する。本発明の一実施の形態で検査する対象の二次電池は、図１に示すように正極活物質層６を設けた正極集電体５へ正極リード７を接続した正極板４および負極活物質層１０を設けた負極集電体９へ負極リード１１を接続した負極板８を、セパレータ２を介して巻回して構成した電極群１３を、図２に示すように電解液と共に電池ケース１４へ収納して二次電池を構成することができる。

さらに二次電池の構成を詳しく説明すると、例えば図１に示したように複合リチウム酸化物を正極活物質とする正極板４とリチウムを保持しうる材料を負極活物質とする負極板８とをセパレータ２を介して渦巻状に巻回して電極群１３が構成されている。

図２に示すように、この電極群１３を有底角形の電池ケース１４の内部に絶縁枠体１７と共に収容し、電極群１３の上部より導出した負極リード１１を、封口板１５に絶縁ガスケット１６を挟んでかしめ固定された端子１８に接続し、次いで電極群１３の上部より導出した正極リード７を封口板１５に接続し、封口板１５を電池ケース１４に挿入し、溶接などにより密閉し、電池ケース１４に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）を、封栓１９を挿入する穴より注液した後、封栓１９を挿入し、溶接などにより密閉して構成することができる。

次いで、正極板４については特に限定されないが正極集電体５として厚みが５μｍ〜３０μｍを有するアルミニウムやアルミニウム合金またはニッケルやニッケル合金製の金属箔を用いることができる。この正極集電体５の上に塗布する正極合剤塗料としては正極活物質、導電材、結着材とを分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させて正極合剤塗料が作製される。

まず、正極活物質、導電材、結着材を適切な分散媒中に入れ、プラネタリーミキサー等の分散機により混合分散して、集電体への塗布に最適な粘度に調整して混練を行うことで正極合剤塗料を作製することができる。

正極活物質としては、例えばコバルト酸リチウムおよびその変性体（コバルト酸リチウムにアルミニウムやマグネシウムを固溶させたものなど）、ニッケル酸リチウムおよびその変性体（一部ニッケルをコバルト置換させたものなど）、マンガン酸リチウムおよびその変性体などの複合酸化物を挙げることができる。

このときの導電材の種類としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、各種グラファイトを単独、あるいは組み合わせて用いても良い。

このときの正極用結着材としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデンの変性体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリレート単位を有するゴム粒子結着材等を用いることができ、この際に反応性官能基を導入したアクリレートモノマー、またはアクリレートオリゴマーを結着材中に混入させることも可能である。

さらに、ダイコータを用いて上記のように作製した正極合剤塗料をアルミニウム箔よりなる正極集電体５上に塗布し、次いで乾燥した後にプレスにて所定の厚みまで圧縮することで正極活物質層６を設けた正極板４が得られる。

一方、負極板８についても特に限定されないが、負極集電体９として厚みが５μｍ〜２５μｍを有する銅または銅合金製の金属箔を用いることができる。この負極集電体９の上に塗布する負極合剤塗料としては、負極活物質、結着材、必要に応じて導電材、増粘剤を分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させて負極合剤塗料が作製される。

まず、負極活物質、結着材を適切な分散媒中に入れ、プラネタリーミキサー等の分散機により混合分散して、集電体への塗布に最適な粘度に調整して混練を行うことで負極合剤塗料を作製することができる。

負極活物質としては、各種天然黒鉛および人造黒鉛、シリサイドなどのシリコン系複合剤料、および各種合金組成材料を用いることができる。

このときの負極用結着材としてはＰＶｄＦおよびその変性体をはじめ各種バインダーを用いることができるが、リチウムイオン受入れ性向上の観点から、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子（ＳＢＲ）およびその変性体に、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）をはじめとするセルロース系樹脂等を併用することや少量添加するのがより好ましいといえる。

さらに、ダイコータを用いて上記のように作製した負極合剤塗料を銅箔によりなる負極
集電体９上に塗布し、次いで乾燥した後にプレスにて所定厚みまで圧縮することで負極活物質層１０を設けた負極板８が得られる。

非水電解液については、電解質塩としてＬｉＰＦ_６およびＬｉＢＦ_４などの各種リチウム化合物を用いることができる。また溶媒としてエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）を単独および組み合わせて用いることができる。また正・負極板上に良好な皮膜を形成させることや過充電時の安定性を保証するために、ビニレンカーボネート（ＶＣ）やシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）およびその変性体を用いることも好ましい。

そして、図１に示すように正極集電体５へ正極リード７を接続した正極板４および負極集電体９へ負極リード１１を接続した負極板８を、セパレータ２を介して巻回して構成した電極群１３を、図２に示すように電解液と共に電池ケース１４へ収納して二次電池を製作することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。図３に示すように本実施の形態の装置は、配管２９を介してガス供給源２７へ接続され、且つ、配管２９、ガス圧調整用二方弁３２、大気排気用二方弁３３、真空レギュレータ２８を介して減圧ポンプ２６へ接続される密閉容器２５の内部にプレス装置３１を配置し、プレス装置内に配置してプレスされる電極群１３に接続される電線２０を定電圧電源２３と電流計２２をもつ検査装置３０に接続された装置を用いる。

そして、検査時には、電極群１３をガス配管２９の接続された密閉容器２５へ設置し、大気排気用二方弁３３のみを開放し、減圧ポンプ２６により密閉容器２５内を真空とし、次いで、ガス供給源２７より不活性ガスを密閉容器２５へ充填する。不活性ガスはヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの不活性ガス、もしくは２つ以上の不活性ガスの混合ガスを雰囲気として用いることができる。

不活性ガスの圧力はガス圧調整用二方弁３２および真空レギュレータ２８により調整可能である。その後、プレス装置３１にて電極群１３を加圧することにより正極板４と負極板８の隙間の間隔をセパレータ２の厚みまで設定できる。

このように雰囲気ガスとその圧力、および検査電圧を印加する正極板４と負極板８の間隔を一定値に安定化させた後に、検査装置３０の定電圧電源２３から電線２０を介して正極板４と負極板８に電圧を印加し、そのときに流れる電流値を電流形２２で計測し、検査装置３０に搭載する回路により一定の電流の流れた電極群１３を内部短絡の引き起こす可能性のある電極群１３と判定して検出する。

また、実施の別の一形態として、図４に示すように本実施の形態の装置は、配管２９を介してガス供給源２７へ接続され、且つ、配管２９、ガス圧調整用二方弁３２、大気排気用二方弁３３、真空レギュレータ２８を介して減圧ポンプ２６へ接続される密閉容器２５の内部にプレス装置３１を配置し、プレス装置内に配置してプレスされる電極群１３に接続される電線２０を定電圧電源２３、電圧計２２、電気抵抗３４をもつ検査装置３０に接続された装置を用いる。

そして、検査時には、電極群１３をガス配管２９の接続された密閉容器２５へ設置し、大気排気用二方弁３３のみを開放し、減圧ポンプ２６により密閉容器２５内を真空とし、次いで、ガス供給源２７より不活性ガスを密閉容器２５へ充填する。不活性ガスはヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの不活性ガス、もしくは２つ以上の不活性ガスの混合ガスを雰囲気として用いることができる。

不活性ガスの圧力はガス圧調整用二方弁３２および真空レギュレータ２８により調整可能である。その後、プレス装置３１にて電極群１３を加圧することにより正極板４と負極板８の隙間の間隔をセパレータ２の厚みまで設定できる。

このように雰囲気ガスとその圧力、および検査電圧を印加する正極板４と負極板８の間隔を一定値に安定化させた後に、検査装置３０において電極群１３に直列につないだ電気抵抗３４の電圧をオシロスコープ２４により図５に電圧波形を示すように予め設定された最大印加電圧値をもつ印加電圧波形３５を印加した時に電気抵抗３４に流れる電流の良品電圧波形３６もしくは不良品電圧波形３７を計測することができ、検査装置３０に搭載する回路により過去に蓄積した良品電圧波形３６と比較して、内部短絡の引き起こす可能性のある電極群１３を判定して検出することもできる。

また、図６のように予め設定された最大印加電圧値をもつ印加電圧３５を交流電圧波形とすることで、印加電圧に対しておよそ９０度位相のずれた良品電圧波形３６と印加電圧と同位相の不良品電圧波形３７を比較することで、内部短絡の引き起こす可能性のある電極群１３を判定して検出することもできる。

また、一実施の別の形態として、図７に示すように本実施の形態の装置は、配管２９を介してガス供給源２７へ接続され、且つ、配管２９、ガス圧調整用二方弁３２、大気排気用二方弁３３、真空レギュレータ２８を介して減圧ポンプ２６へ接続される密閉容器２５の内部に電極群１３を配置し、電極群１３に接続される電線２０を検査装置３０に接続された装置を用いる。

そして、検査時には、電池ケース１４に挿入され、且つ、電解液の未注入である状態の電極群１３の正極リード７と負極リード１１に検査装置３０につながる電線２０を接続し、密閉容器２５内の雰囲気をヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの少なくとも１つ以上の不活性ガス雰囲気とし、検査装置３０より電圧を印加することで内部短絡の引き起こす可能性のある電極群１３を判定して検出することもできる。

ここで、本発明の一実施の形態において、雰囲気ガスと圧力および正極板４と負極板８の電極板の間隔とが検査精度に与える影響のメカニズムについて図８を用いて述べる。

まず不活性ガスの検査精度に与える影響について述べる。不活性ガスの雰囲気中で電線０を介して定電圧電源２３により、正極集電体５上へ正極活物質層６を形成してなる正極板４と負極集電体９上へ負極活物質層１０を形成してなる負極板８の間に電圧を印加した場合、放電にともなって負極板８より飛び出す電子４０と不活性ガス分子が負極板８に衝突して、反動で電子４０が負極板８へぶつかり、負極板８から飛び出す電子４０が飛び出しやすくなり、低い電圧で放電を起こすことができると考える。

さらに１つ以上の不活性ガスを混合した雰囲気中では、不活性ガスの相互作用により、さらに電子４０が負極板８から飛び出しやすく、放電を起こしやすくなるために必要な電圧を低くできると考える。

また、正極板４と負極板８の電極板間の距離の検査精度に与える影響について述べる。電圧を印加されて負極板８から飛び出した電子４０は対極の正極板４へ到達して始めて、電流が流れ通電となる。この負極板８から飛び出した電子４０の飛行距離が短いほど飛び出す電子与えるエネルギーは小さくて済む。つまり、電極板間の距離を小さくすることで電子４０の飛行距離を小さくし、小さなエネルギーとして低い電圧での通電が可能となる。

よって、図８に示すように本発明の検査はセパレータ２の穴欠陥２ｂがある場合に電子４０がセパレータ２という電子４０を遮る障害物のないセパレータ２の穴欠陥２ｂを通過することによって、セパレータ２の穴欠陥２ｂを検出しており、1つ以上の不活性ガス中において検査することにより多くの電子４０セパレータ２の穴欠陥２ｂを通過でき、且つ、電極板間の距離を小さくすることでも同様に多くの電子４０セパレータ２の穴欠陥２ｂを通過でき、且つ、不活性ガスの圧力を下げることで多くの電子４０セパレータ２の穴欠陥２ｂを通過でき、低い印加電圧で従来と同じ精度の検査が可能となる。別の視点から述べるとすれば、検査電圧を同じにすれば、高い検査精度での検査が可能となる。

次に、大気および不活性ガスを含む雰囲気ガスの気体の圧力の検査精度に与える影響について述べる。大気中の放電においては、電圧を印加されて図８の負極板８から飛び出した電子４０は雰囲気中の酸素分子および窒素分子にぶつかりながら、対極の正極板４へ到達する。この分子の数が多いほど衝突回数が増え、電子４０は飛行するエネルギーを失う。

つまり、大気および不活性ガスを含む雰囲気ガスの気圧を低く保ち、電子４０のガス分子への衝突を抑制してやれば少ないエネルギーで電子４０の対極の正極板４への到達が可能となり、通電もしくは放電ができて、低い電圧での検査が可能となると考える。

以下、具体的な実施例についてさらに詳しく説明する。まず、セパレータ２の穴欠陥２ｂのサンプルとして、直径が１００μｍ以下の穴を５０個作成した。この穴の直径の平均は４０μｍであった。

次に、この作成したセパレータ２の穴欠陥２ｂを含むセパレータ２を用いて図３に示すような電極群１３を作成し、図３に示す検査装置３０を用い、実施例１から３および比較例に示す条件でセパレータ２の穴欠陥２ｂの検出試験を行い図９に示すように結果を得た。

図９は横軸に直径が１００μｍ以下で、平均の直径が４０μｍのセパレータ２の穴欠陥２ｂに電圧を印加したときにセパレータ２の穴欠陥２ｂとして検出したときの印加電圧を示し、１０μｍ以上のセパレータ２の穴欠陥ｂの穴径であれば、検出電圧は穴径に比例することから、縦軸は直径が１００μｍ以下で、平均の直径が４０μｍの穴の大きさのばらつき分布をもつセパレータ２の穴欠陥２ｂの５０個の母集団に対する検出したセパレータ２の穴欠陥２ｂを穴径の大きなものから累積した数を母数５０で除して、検出率とした値を用いた。

密閉容器２５をアルゴンの不活性ガスを雰囲気にし、電極群１３の正極板４、厚みが０．１６ｍｍで穴欠陥２ｂのあるセパレータ２および負極板８加圧力をかけない状態で、正極リード７と負極リード１１に接続した電線２０を介して電圧を印加し、０Ｖから徐々に印加電圧を増加させ、電流計２２にて０．１ｍＡの電流を検出した場合を欠陥検出と判定し、検出した数を検査した数で除した値を検出率とした。

本実施例ではアルゴンガスを不活性ガスとして用いたが、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンなどの他の不活性ガス、もしくは１つ以上の不活性ガスの混合ガスを雰囲気として用いても同様な結果が得られることは言うまでもない。

密閉容器２５を大気雰囲気にし、電極群１３の正極板４、厚みが０．１６ｍｍでセパレ
ータ２の穴欠陥２ｂのあるセパレータ２および負極板８にかかる加圧力として３ＭＰａの加圧力をかけた状態で、正極リード７と負極リード１１に接続した電線２０を介して電圧を印加し、０Ｖから徐々に印加電圧を増加させ、電流計２２にて０．１ｍＡの電流を検出した場合を欠陥検出と判定し、検出した数を検査した数で除した値を検出率とした。

密閉容器２５をアルゴンの不活性ガスを雰囲気にし、電極群１３の正極板４、厚みが０．１６ｍｍでセパレータ２の穴欠陥２ｂのあるセパレータ２および負極板８にかかる加圧力として３ＭＰａの加圧力をかけた状態で、正極リード７と負極リード１１に接続した電線２０を介して電圧を印加し、０Ｖから徐々に印加電圧を増加させ、電流計２２にて０．１ｍＡの電流を検出した場合を欠陥検出と判定し、検出した数を検査した数で除した値を検出率とした。

本実施例ではアルゴンガスを不活性ガスとして用いたが、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンなどの他の不活性ガス、もしくは１つ以上の不活性ガスの混合ガスを雰囲気として用いても同様な結果が得られることは言うまでもない。

（比較例１）
密閉容器２５を大気雰囲気にし、電極群１３の正極板４、厚みが０．１６ｍｍでセパレータ２の穴欠陥２ｂのあるセパレータ２および負極板８に加圧力をかけない状態で、正極リード７と負極リード１１に接続した電線２０を介して電圧を印加し、０Ｖから徐々に印加電圧を増加させ、電流計２２にて０．１ｍＡの電流を検出した場合を欠陥検出と判定し、検出した数を検査した数で除した値を検出率とした。

図９の各実施例の電圧における検出率に示すように、比較例１の結果である大気で加圧なしの検出率に比べ、実施例１は検査雰囲気を不活性ガスとすることにより、０．４ｋＶの印加電圧最大値では、比較例１が２０％未満の検出率であるのに対し、実施例１の不活性ガス中における検査では、検出率が８０％と電極群１３の内部短絡に至る可能性のある欠陥を精度よく検出していることがわかる。

また、印加電圧最大値が０．５ｋＶでは、比較例１の検出率が４０％程度であるのに対し、実施例１の検出率は９０％程度と精度よく欠陥を検出している。さらに、印加電圧最大値が０．６ｋＶでは比較例１の検出率が７５％程度であるのに対し、実施例１の検出率は１００％となっており、完全に欠陥を検出できることがわかる。

このように実施例１により欠陥の検出精度が向上していることがわかる。これは不活性ガスのもつ電極板から多くの電子４０を飛び出させる特性による。このため、図５に示した矩形波の電圧を印加した場合でも、図６に示した交流電圧を用いた場合でも同様に欠陥の検出精度の向上が図れることは言うまでもない。

また、比較例１の結果である大気で加圧なしの検出率に比べ、実施例２のように加圧を加えるとセパレータ２の穴欠陥２ｂの多くが図９の横軸の印加電圧最大値が０．４５Ｖ付近で検出できるようになっていることがわかる。これはプレスにより正極板４とセパレータ２、負極板８とセパレータ２の隙間が最小値に安定化されることに起因する。

また、比較例１と実施例３を比較することにより、不活性ガス中であり、且つ、加圧された状態の理想的な状態での検査結果がわかる。印加電圧最大値が０．３５Ｖで既に８０％の検出率となっており、高精度な検査が可能になっている。さらに、印加電圧最大値が０．５ｋＶで１００％の検出率となり、低い電圧での完全な欠陥の検出が可能となることがわかる。

良品のセパレータ２を用いた電極群１３において電流が流れる電圧は２ｋＶであり、電圧のばらつきは大きくとも±０．１ｋＶであり、良品を不良品として検出することはなく、本発明の方法により、確実に電極群１３の内部短絡につながる欠陥を確実に検出できる。

本発明の二次電池用電極群の検査方法を用いると、低い電圧で異物やセパレータの欠陥などの内部短絡につながる欠陥を確実に検出でき、且つ、セパレータのダメージを最小限にとどめることで、安全性に優れた電池を提供できる。

本発明の一実施の形態に係わる二次電池用電極群を示す分解斜視図 本発明の一実施の形態に係わる二次電池を示す一部切断斜視図 本発明の一実施の形態に係わる二次電池用電極群の検査方法を示す模式図 本発明の一実施の形態に係わる二次電池用電極群の検査方法を示す模式図 本発明の一実施の形態に係わる二次電池用電極群の検査用電圧波形を示す模式図 本発明の一実施の形態に係わる二次電池用電極群の検査用電圧波形を示す模式図 本発明の一実施の形態に係わる二次電池用電極群の検査方法を示す模式図 本発明の一実施の形態に係わる二次電池用電極群の検査メカニズムを示す模式図 本発明の一実施例と比較例に係わる二次電池用電極群の検査の検査電圧と検出率を示す図 従来例における二次電池用電極群の検査方法を示す模式図 従来例における二次電池用電極群の検査方法を示す模式図

符号の説明

２ セパレータ
２ｂ セパレータの穴欠陥
４ 正極板
５ 正極集電体
６ 正極活物質層
７ 正極リード
８ 負極板
９ 負極集電体
１０ 負極活物質層
１１ 負極リード
１３ 電極群
１４ 電池ケース
１５ 封口板
１６ 絶縁ガスケット
１７ 絶縁枠体
１８ 端子
１９ 封栓
２０ 電線
２２ 電流計
２３ 定電圧電源
２４ オシロスコープ
２５ 密閉容器
２６ 減圧ポンプ
２７ ガス供給源
２８ 真空レギュレータ
２９ ガス配管
３０ 検査装置
３１ プレス装置
３２ ガス圧調整用二方弁
３３ 大気排気用二方弁
３４ 電気抵抗
３５ 印加電圧波形
３６ 良品電圧波形
３７ 不良品電圧波形
４０ 電子

Claims (6)

1. 正極板と負極板からなる一対の電極板とこの一対の電極板の間に配置されたセパレータとを含む二次電池用電極群の検査方法であって、前記電極群を不活性ガス雰囲気中に設置し、前記一対の電極板の間に検査用電圧を印加しながら前記検査用電圧の印加に伴って流れる電流を測定し、予め設定した電流と比較して電極群の内部短絡につながる欠陥の判定をすることを特徴とする二次電池用電極群の検査方法。
2. 前記不活性ガスとして、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの少なくとも１つ以上を用いることを特徴とする請求項１に記載の二次電池電極群の検査方法。
3. プレス加圧により前記正極板、セパレータおよび負極板間の隙間をなくして行うことを特徴とする請求項１に記載の二次電池用電極群の検査方法。
4. 前記電極群の内部短絡につながる欠陥の判定を行う電流として、前記電極群と直列に接続した電気抵抗を流れる電流値を用いることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用電極群の検査方法。
5. 前記電極群の内部短絡につながる欠陥の判定を行う電流として、前記電極群と直列に接続した電気抵抗を流れる電流の電圧波形を用いることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用電極群の検査方法。
6. 前記電極群を設置する不活性ガス雰囲気の気体の圧力を、大気圧以下の気圧としたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池用電極群の検査方法。

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