JP2010102928A - ２次電池の品質判定方法およびその判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で確実な良否判定を実施でき，後工程への不具合品流出を防止できる２次電池の品質判定方法およびその判定装置を提供すること。
【解決手段】本発明の２次電池の品質判定方法は，リチウムイオン２次電池２を外部より加圧して拘束し，開口４４を有する検査室４１の開口４４をリチウムイオン２次電池２の外面に押し付けて，その外面を検査室４１の開口４４で覆い，リチウムイオン２次電池２の外面のうち，検査室４１で覆われている範囲内の箇所をニードル４６で貫通して，リチウムイオン２次電池２の内部から検査室４１内にガスを放出させ，検査室４１内の圧力を検出し，検出した圧力が予め定めた範囲内である場合に良品と判定し，それ以外である場合に不良品と判定することにより，リチウムイオン２次電池２の良否を判定するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は，リチウムイオン２次電池またはニッケル水素２次電池等の電解液を用いる２次電池の製造工程における品質検査を簡易に行うための２次電池の品質判定方法およびその判定装置に関する。さらに詳細には，２次電池を非破壊にて全数検査し，良否判定を行うための２次電池の品質判定方法およびその判定装置に関するものである。

リチウムイオン２次電池は，軽量かつコンパクトでありながら，大容量・高電圧が得られるため，需要が増えつつある。従来，リチウムイオン２次電池の製造工程における性能検査としては，充放電の可逆容量測定，自己放電電位測定，内部抵抗測定等が行われていた。

また，特許文献１には，劣化後の２次電池の劣化の程度を検査するために，セル内に発生したガス量とその成分を測定する技術が開示されている。本文献の技術では，２次電池のセルを収容容器に収容して，針部材を収容容器内へ突出させることによりセルの安全弁に突き刺し，セルからガスを噴き出させるとされている。
特開２００１−３３２３１２号公報

前記した特許文献１に記載の技術は，劣化後の２次電池を対象とした試験である。そのため，試験によりその２次電池を破壊することになっても構わない。これに対し，製品の品質チェックのための活性化検査は，反応状態が正常か否かを判断するためのものである。そのため，この技術をそのまま適用することはできないという問題点があった。

一方で，従来より行われている製造工程における性能検査は，３種類もの検査が必要である上に，いずれも長時間を要するという問題点があった。充放電の可逆容量測定を行うためには，少なくとも１回の充電と１回の放電とを行うことが必要である。新品の電池に対する１回目の充電においては，不可逆反応に用いられるエネルギーが大きく，一般に電池容量以上の充電が必要となるため，通常充電に比較して長時間かかる。そのため，充放電の可逆容量測定に長時間を要するという問題点があった。

さらに，自己放電電位測定においては，充電状態の電池を数日間放置し，その間の放電電位を計測する。従って，自己放電電位測定には，少なくとも１回の充電時間とその後の放置期間を要するため，長時間を要するという問題点があった。また，内部抵抗測定は，ある一定レベルまで充電された状態において，電池の内部抵抗を測定するものである。従って，充電時間が必要であり，この検査も長時間を要する。そのため，これらの検査をすべて行う従来の性能検査は，かなり長時間を要するものであったという問題点があった。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，短時間で確実な良否判定を実施でき，後工程への不具合品流出を防止できる２次電池の品質判定方法およびその判定装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の２次電池の品質判定方法は，２次電池またはその製造プロセスの良否を判定するための方法であって，開口部を有する検査室の開口部を２次電池の外面に押し付けて，２次電池の外面の一部を検査室で覆い，２次電池の外面のうち，検査室で覆われている範囲内の箇所をニードルで貫通して，２次電池の内部から検査室内にガスを放出させ，検査室内の圧力を検出し，検出した圧力が予め定めた範囲内である場合に良品と判定し，それ以外である場合に不良品と判定することにより，２次電池の良否を判定するものである。

本発明の２次電池の品質判定方法によれば，検査室の開口部を２次電池の外面に押し付けて，２次電池の外面の一部を覆い，その覆われた範囲内にニードルを貫通させる。このようにすれば，２次電池の内部と検査室内とを連通させることができる。従って，２次電池内に発生したガスを検査室内に放出させることができる。そこで，検査室内の圧力を検出し，その圧力に基づいて，良品であるかどうかを判定することができる。なお，検査室内の圧力をガス量に換算して判定するものもこれに含まれる。

さらに本発明では，２次電池を外部より加圧して拘束しつつ行うことが望ましい。このようにすれば，測定対象の２次電池が扁平形状のものであっても，２次電池を外部から加圧して拘束するので，使用時と同様の状態での検査が可能である。上記の特許文献１に記載の技術では，２次電池のセルが収容容器にすっぽりと収められており，このように適切な加圧を行うことはできないものであった。

さらに本発明では，初回充電後の２次電池を対象とすることが望ましい。このようにすれば，製品の活性化品質検査を行うことができる。あるいは，充電し，さらに高温保管した後の２次電池を対象としてもよい。このようにすれば，製品のエージング品質検査を行うことができる。

さらに本発明では，ニードルによって貫通させる箇所が，２次電池の注液口であることが望ましい。２次電池の注液口は，他の箇所より容易に開放・封止できる箇所であり，従来よりガスの排出口として使用されている。従って，このようにすれば，容易に検査できるとともに，２次電池を傷つけることがない。

また本発明の品質判定方法では，検査室内の圧力の検出を２次電池を充電しつつ行ってもよい。このようにすれば，さらに２次電池のガス発生のメカニズム解析等の詳細解析が可能である。

また本発明は，２次電池またはその製造プロセスの良否を判定するための２次電池の品質判定装置であって，一方に開口部を有する検査室と，開口部を２次電池の外面に押し付ける押圧部と，開口部を通って検査室の内部から外部へ先端が突出するニードル部材と，ニードル部材を突出させる突出部と，検査室内の圧力を測定する圧力センサとを有する２次電池の品質判定装置にも及ぶ。

さらに本発明では，２次電池を拘束する拘束治具と，拘束治具による拘束圧を検出するロードセルをさらに有することが望ましい。このようにすれば，適切な拘束圧で２次電池を拘束することができる。

さらに本発明では，測定対象の２次電池を充電する充電装置をさらに有することが望ましい。

本発明の２次電池の品質判定方法およびその判定装置によれば，短時間で確実な良否判定を実施でき，後工程への不具合品流出を防止できる。

「第１の形態」
以下，本発明を具体化した第１の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，製造したリチウムイオン２次電池の良否を判定する判定装置および判定方法に本発明を適用したものである。

本形態の判定装置１は，図１に示すように，リチウムイオン２次電池２を取り付けて検査を実施し，その良否を判定するためのものである。本形態では，以下の２種類の検査を行う。第１の検査は，製造後のリチウムイオン２次電池２を活性化（初回の充電）し，その過程において内部に発生したガス発生量を検出することによる活性化品質検査である。第２の検査は，充電したリチウムイオン２次電池２をエージング（高温環境下で保管）し，その過程において内部に発生したガス発生量を検出することによるエージング品質検査である。すなわち，本形態の判定装置１による判定対象は，リチウムイオン２次電池２のうち，活性化後のものあるいはエージング後のものであり，いずれも検査の対象となり得る。また，本形態の検査は，リチウムイオン２次電池２の製造工程において実施する。

本形態の検査の対象となっているリチウムイオン２次電池２は，シガレットケースのような扁平な箱形のものである。このリチウムイオン２次電池２を図１中上方から見ると，図２に示すように，長手方向の両端部に電極端子２１，２２が設けられ，それらの間に注液口２３が形成されている。この注液口２３は，リチウムイオン２次電池２を製造する際に，電解液を注入するための口である。注液口２３は，リチウムイオン２次電池２が組み立てられた後，電解液の注入が終了するまでは開放されており，注入後封止される箇所である。そのために，他の箇所と比較して容易に開放でき，また封止出来るように形成されている。

判定装置１は，図１に示すように，拘束治具３と検査ユニット４と制御部５とを有している。拘束治具３は，リチウムイオン２次電池２を拘束して保持するためのものである。拘束治具３は，拘束板３１，３２と，拘束シリンダ３３，ロードセル３４を有している。検査実行時には，リチウムイオン２次電池２を拘束板３１と３２との間に挟み，拘束シリンダ３３によって，拘束板３２を拘束板３１へ向けて加圧する。さらに，拘束シリンダ３３による加圧力を，ロードセル３４によって取得する。

本形態では，扁平な形状のリチウムイオン２次電池２を主な対象として説明しているので，使用時と同様に外部から加圧する必要がある。拘束シリンダ３３とロードセル３４とは，そのためのものである。特許文献１に記載の技術では，このような加圧はできない。ただし，円筒形の２次電池を測定対象とする場合には，加圧する必要はない。その場合には，拘束治具３によって２次電池を単に保持するようにすればよい。

検査ユニット４は，図１に示すように，中空の検査室４１を有し，その図中左右には，開放バルブ４２と圧力センサ４３とが設けられている。開放バルブ４２は，検査室４１内のガスを外部に放出する際に開放され，検査室４１の内部と外部とを連通させるためのものである。圧力センサ４３は，検査室４１内のガス圧を検出するためのものである。

さらに，検査室４１の図中下端部は，円形の開口４４が形成されており，その辺縁部にはシールリング４５が取り付けられている。また，検査ユニット４は，検査室４１内から開口４４を通って図中下方へ突出されるニードル４６を有している。さらに，検査室４１全体を図中上下方向に移動させる（矢印Ａ）とともに，ニードル４６を図中上下に出入させる（矢印Ｂ）昇降シリンダ４７を有している。ニードル４６を上下させる機構は，検査室４１の上下機構とは別に，例えばソレノイド等によって設けても良い。

制御部５は，拘束シリンダ３３と昇降シリンダ４７とを操作するとともに，拘束治具３のロードセル３４によって取得された加圧力と，圧力センサ４３によって検出されたガス圧とを受けて，リチウムイオン２次電池２のセル内に発生したガス発生量を取得するためのものである。そして，その結果に基づいて，リチウムイオン２次電池２の良否を判定する。そのため，良好と判断できるガス発生量の範囲を予め定めて記憶している。この制御部５はさらに，開放バルブ４２をも制御するものであってもよい。

次に，本形態の判定装置１によってリチウムイオン２次電池２の良否を判定する判定方法について，図３に示すフローチャートを参照して説明する。本形態で検査を行うときにはまず，検査対象であるリチウムイオン２次電池２を拘束治具３に拘束する。そのために，拘束治具３の拘束板３１，３２の間に検査対象の電池２をセットする（Ｓ１０１）。なお，このときのリチウムイオン２次電池２は，活性化後のもの，またはエージング後のものである。

そして，ロードセル３４によってその拘束圧を測定しつつ，拘束シリンダ３３によって加圧することにより，リチウムイオン２次電池２を拘束治具３に拘束する（Ｓ１０２）。通常，２次電池は外部から押圧して，予め決めた拘束圧で拘束しつつ使用する。そこで，本形態では，この使用時の状態を再現しつつ検査を行う。すなわち，拘束治具３による拘束圧が使用時の拘束圧となるように，ロードセル３４の測定結果に応じて拘束シリンダ３３を調整する。なおこの段階では，昇降シリンダ４７は，矢印Ａに係る移動も，矢印Ｂに係る移動もいずれも上昇状態となっている。

次に，昇降シリンダ４７を操作して検査室４１を下降させる（Ｓ１０３）。すなわち，矢印Ａの下降動作を行う。このとき，開口４４がリチウムイオン２次電池２の注液口２３を中心としてその周囲を囲む位置となるようにする。そして，シールリング４５をリチウムイオン２次電池２のケース（蓋部分）に密着させる。

次に，開放バルブ４２を閉止した状態で，ニードル４６を下降させ，その先端を注液口２３に刺す（Ｓ１０４）。すなわち，矢印Ａの下降状態においてさらに矢印Ｂの下降動作を行う。これにより，ニードル４６が注液口２３を貫通して，リチウムイオン２次電池２の内部と検査室４１とが連通される。そして，電池内部に発生して充満していたガスが，検査室４１内に放出される。なお，ニードル４６は，注液口２３が開口したら待避させておけばよい。

次に，この放出の前後における検査室４１内の圧力を圧力センサ４３によって取得する。さらに，大気圧に対する圧力の差（あるいは，ニードル４６を下降させる前の圧力との比較）に基づいて，リチウムイオン２次電池２の内容積および検査室４１の内容積を用いて，電池内に発生していたガスの量を算出する（Ｓ１０５）。この算出のための算出式は，予め制御部５に記憶させておく。

そして，Ｓ１０５で算出されたガス発生量が，予め定めて記憶されている範囲内であるかどうかを判断する（Ｓ１０６）。範囲内であれば（Ｓ１０６：Ｙｅｓ），そのリチウムイオン２次電池２は良品であると判定できる。そこで，開放バルブ４２を開放する（Ｓ１０７）。これにより，リチウムイオン２次電池２から放出されて，検査室４１内に溜まったガスが外部に排出される。

さらに，昇降シリンダ４７によって検査室４１を上昇させる（Ｓ１０８）。さらに，拘束シリンダ３３の拘束圧を低下させ，リチウムイオン２次電池２を拘束治具３から取り外す（Ｓ１０９）。このリチウムイオン２次電池２は良品であるので，そのまま次工程へ送る（Ｓ１１０）。

一方，Ｓ１０６での算出結果が，予め定めて記憶されている範囲内ではなかった場合には（Ｓ１０６：Ｎｏ），そのリチウムイオン２次電池２は不良品であるかもしれないと判断する。多すぎるものも少なすぎるものも良好ではない。この場合にもこの検査は終わりであるので，良品の場合（Ｓ１０７〜Ｓ１０９）と同様に，Ｓ１１１〜Ｓ１１３において，リチウムイオン２次電池２を拘束治具３から取り外す。そして通常，とりはずした電池をさらに詳しく検査するために，詳細検査工程へ送る（Ｓ１１４）。検出されたガス発生量の値によっては，前工程へその情報をフィードバックしてもよい。以上で，本形態の判定方法の説明を終了する。

なお，検査判定が終了したリチウムイオン２次電池２の注液口２３は，次の工程に送る前にレーザ溶接等により塞いでおくことが望ましい。また，従来より，活性化によって発生したガスは，製品出荷前に排出するようにしている。すなわち，本形態を採用することにより，ガス排出工程が，新たな工程として追加されたわけではない。検査工程が簡易なものとなった分，製造工程全体としては，短時間ですむものとなっている。

以上詳細に説明したように，本形態の判定方法によれば，活性化後のガス発生量を容易に取得でき，取得したガス発生量から，リチウムイオン２次電池２の反応状態がわかる。従って，短時間で確実な良否判定を実施でき，後工程への不具合品流出を防止できる２次電池の品質判定方法およびその判定装置となっている。

「第２の形態」
以下，本発明を具体化した第２の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，製造したリチウムイオン２次電池の良否を判定する判定装置および判定方法に本発明を適用したものである。

本形態の判定装置１０は，図４に示すように，第１の形態の判定装置１にさらに電池充電装置６を設けたものである。本形態は，リチウムイオン２次電池の試作・開発段階において使用する場合に特に有効なものである。本形態の判定装置１０による判定方法では，電池充電装置６をリチウムイオン２次電池２の電極端子２１，２２に接続することにより，リチウムイオン２次電池２を充電しつつ，ガス量の算出を行う。

すなわち，リチウムイオン２次電池２を，拘束治具３によって予め決めた拘束圧で拘束するとともに，電極端子２１，２２に電池充電装置６を接続する。そして，検査室４１をリチウムイオン２次電池２に押し付け，ニードル４６を注液口２３に刺す。そして，圧力センサ４３によって検査室４１内のガス圧を取得しつつ，電池充電装置６によってリチウムイオン２次電池２を充電する。

このようにすれば，リチウムイオン２次電池２を活性化しつつ，随時発生するガスの量を測定できるので，活性化中のリチウムイオン２次電池２におけるガス発生のメカニズム解析等の詳細解析が可能である。

以上詳細に説明したように，本形態の判定方法によっても，活性化後のガス発生量を容易に取得でき，取得したガス発生量から，リチウムイオン２次電池２の反応状態がわかる。従って，短時間で確実な良否判定を実施でき，後工程への不具合品流出を防止できる２次電池の品質判定方法およびその判定装置となっている。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，検査室４１内を真空引きできるようにしてもよい。また，本形態の判定装置１，１０は，リチウムイオン２次電池２に限らず，ニッケル水素２次電池等の電解液を使用する２次電池を対象とする判定装置として使用できる。

第１の形態に係る判定装置を示す概略構成図である。 リチウムイオン２次電池を示す概略上面図である。 判定装置による判定方法を示すフローチャートである。 第２の形態に係る判定装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 判定装置
２ リチウムイオン２次電池
３ 拘束治具
４ 検査ユニット
５ 制御部
２１，２２ 電極端子
２３ 注液口
３３ 拘束シリンダ
３４ ロードセル
４１ 検査室
４３ 圧力センサ
４４ 開口
４６ ニードル
４７ 昇降シリンダ

Claims (9)

1. ２次電池またはその製造プロセスの良否を判定するための２次電池の品質判定方法において，
   開口部を有する検査室の開口部を２次電池の外面に押し付けて，２次電池の外面の一部を検査室で覆い，
   ２次電池の外面のうち，検査室で覆われている範囲内の箇所をニードルで貫通して，２次電池の内部から検査室内にガスを放出させ，
   検査室内の圧力を検出し，
   検出した圧力が予め定めた範囲内である場合に良品と判定し，それ以外である場合に不良品と判定することにより，２次電池の良否を判定することを特徴とする２次電池の品質判定方法。
2. 請求項１に記載の２次電池の品質判定方法において，
   ２次電池を外部より加圧して拘束しつつ行うことを特徴とする２次電池の品質判定方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の２次電池の品質判定方法において，
   初回充電後の２次電池を対象とすることを特徴とする２次電池の品質判定方法。
4. 請求項１または請求項２に記載の２次電池の品質判定方法において，
   充電し，さらに高温保管した後の２次電池を対象とすることを特徴とする２次電池の品質判定方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の２次電池の品質判定方法において，
   前記ニードルによって貫通させる箇所が，２次電池の注液口であることを特徴とする２次電池の品質判定方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載の２次電池の品質判定方法において，
   検査室内の圧力の検出を，２次電池を充電しつつ行うことを特徴とする２次電池の品質判定方法。
7. ２次電池またはその製造プロセスの良否を判定するための２次電池の品質判定装置において，
   一方に開口部を有する検査室と，
   前記開口部を２次電池の外面に押し付ける押圧部と，
   前記開口部を通って前記検査室の内部から外部へ先端が突出するニードル部材と，
   前記ニードル部材を突出させる突出部と，
   前記検査室内の圧力を測定する圧力センサとを有することを特徴とする２次電池の品質判定装置。
8. 請求項７に記載の２次電池の品質判定装置において，
   ２次電池を拘束する拘束治具と，
   前記拘束治具による拘束圧を検出するロードセルをさらに有することを特徴とする２次電池の品質判定装置。
9. 請求項７または請求項８に記載の２次電池の品質判定装置において，
   測定対象の２次電池を充電する充電装置をさらに有することを特徴とする２次電池の品質判定装置。

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