JP2010114011A - 電池用電極板のバリの検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極板を搬送手段で搬送しつつ、正極と負極との短絡発生の原因となる電極板のバリを簡単に検出する。
【解決手段】電極板１１を搬送する搬送ローラコンベヤ２の途中に、電極板１１よりも幅広の不織布カーテン３を保持する保持手段４を設ける。この不織布カーテン３を、電極板１１の上面１１ａに触れるように吊り下げる。電極板１１の上面１１ａより突出するバリＳがある場合には、バリＳが不織布カーテン３に引っ掛かり、引っ張られるので、保持手段４による保持が解除される。そして、電極板１１にバリＳがある場合には、不織布カーテン３が引っ掛かった状態で搬送されるので、その不織布カーテン３が検知センサ５より検知され、バリのある電極板であると検出される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電池（例えば、アルカリ二次電池）に用いる電極板のバリ（尖状突起物）の検出装置に関するものである。

近年、例えば家電部品やコンピュータの分野は、全体に低価格化の傾向にあるため、これに対応して生産設備の低価格化、リードタイムの短縮化などが積極的に進められている。その一方で、部品及び製品の高機能化も進められているため、それらの商品には、高機能化と低コスト化といった厳しい状況のなかで今まで以上に品質の維持・向上が求められている。こうした状況から、特に商品の機能・構造上、使用中の安全性が高い商品が求められている。

このような背景から、例えば、近年普及しつつある水系電解液二次電池においても、電池内部で正の電極板と負の電極板とをショート（短絡）させないための技術を確立することが重要な課題となっている。ここで、水系電解液二次電池の代表的なものとしてニッケル水素二次電池が知られている。

このニッケル水素二次電池は、導電性基材に活物質を担持してなる正負各々の電極板を、多孔質シートからなるセパレータを介して積層あるいは巻回することにより、１つの電池素子（セル）を構成している。

ところで、自動車や電車などの車両用の電池として使用する大型電池の場合には、電池の性能や生産性の点から、円筒形の電池に用いられる巻き取り式の構造よりも、正の電極板と負の電極板とを交互に積層する構造の方が適していること、及び、電池が設置されるスペースを効率よく利用する必要性が大きいことから、円筒形よりも角形の電池を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

そのような角形の電池の場合には、前記各電極板は、シート状材料を、カッター等により所定形状の大きさに切断することにより製造されるので、電極板の切断端面に、高さが高く強度が強いバリが形成される場合があり、そのようなバリは概ね微小であるが、そのようなバリが積層方向において突出するように形成されると、隣のセパレータを貫通し正の電極板と対向する負の電極板とを電気的に接続して、電池の短絡不良を惹起することになる。

特に、前記電極板の、活物質を担持する基材が、フォームあるいはパンチングメタルで構成される場合には、前記切断により、切断端面が凹凸面となるため、バリが形成されやすい。また、車両用の電池とするために、高容量化を目的として積層する電極板の数を増やす場合には、前述したようなバリによる短絡が発生しやすくなる。

ここで、バリの大きさは、電極板の寸法や切断寸法により種々の寸法が考えられるが、多くは０．１〜０．５ｍｍの範囲であって、ときには０．１ｍｍ以下の範囲となることもある。

このような短絡の問題を回避するために、セパレータの厚みを厚くし、正の電極板と負の電極板との距離を大きくすることによって、電極板のバリによる短絡を防止することも考えられるが、このようにすると、電池自体の大きさが大きくなる原因となり、積層する電極板の数を増やして高容量化を図る場合に不利となる。また、セパレータの厚みを厚くすることは、多孔度の低下によりイオン透過に対する抵抗が増加し，高出力化を図る上でも不利である。

ところで、アルカリ二次電池の短絡検査方法として、正極と負極との間に電気絶縁性のセパレータを介在させて形成した極板群を、負極端子を兼ねる有底の外装缶に収容して電池前駆体形成したのち、電池前駆体の正極および負極へ外部電源を接続して回路を構成し、外部電源により電池前駆体の正極と負極との間に１００〜５００Ｖの電圧を印加し、そのときの外部電源の電圧値を電圧監視装置により監視し外部電源の電圧降下を検出することが提案されている（例えば特許文献２参照）。

また、長尺材の表面突起欠陥検出装置において、長尺材である被検査物の表面に沿う先端形状を持つ薄板に金属抵抗素子内蔵のひずみゲージを貼り付けてなるセンサと、このセンサの先端が被検査物の表面に軽く突き当たるように保持するセンサ保持手段と、前記ひずみゲージの抵抗値の変化を検出するひずみ測定器とを備え、連続的に送られてくる被検査物の表面突起欠陥に前記センサの先端が当たると、当該センサが曲がり前記ひずみゲージの抵抗値が変化し、これをひずみ測定器が検出して、表面突起欠陥を検出するものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００３−２７２５９３号公報（段落０００９，００２６，００２７及び図２） 特開平１１−４０２１０号公報（段落００２４〜００２６及び図１） 特開２００１−３３３８０号公報（段落００１３〜００１７、及び図１、図２）

前記特許文献２に記載のものでは、正極と負極との間に電気絶縁性のセパレータを介在させて、極板群を形成し、その後、短絡を検出して不良品であると判定するので、再利用が困難である。つまり、極板群を形成して、ある程度電池として組立加工が進んでから検査測定するので、短絡の原因となるバリを有する電極板を、組み立て前に取り除くことができない。正極と負極との間に電気絶縁性のセパレータを介在させて、極板群を形成するまえに、短絡の原因となるバリを有する電極板を検出したいという要求がある。

前記特許文献３に記載のものでは、被検査材が長尺材であるので、短尺材である電極板のバリ（表面突起欠陥）の検出にそのまま適用することができない。つまり、電極板は短尺材であるので、ひずみ測定器を通過させるのに、電極板を支持しつつ移動させる搬送手段が必要となる。また、検出する表面突起欠陥は、０．４〜１．０ｍｍと比較的大きく、微小突起の検出には不向きである。

また、多数の電極板を搬送手段にて搬送しつつ、連続的に検査をしたいという要求もある。

本発明は、電極板を搬送手段で搬送しつつ、短絡発生の原因となる電極板のバリを、電池の組立て前の部品レベルにおいて、簡単に検出することができる電極板のバリの検出装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、所定形状の大きさに切断することで正負の電極板が形成され、前記正負の電極板が、セパレータを介して所定の方向に交互に積層されて製造される電池の前記製造に先立って、前記電極板に、前記セパレータを貫通して短絡の原因となるバリが存在するかどうかを検出する電極板のバリの検出装置であって、前記電極板を下側から支持しつつ搬送する搬送手段と、前記搬送手段の途中に設けられ、前記電極板の上面に触れるように吊り下げられ前記電極板よりも幅広の布状部材を保持する保持手段とを備えることを特徴とする。ここで、「布状部材」とは、織布、不織布、編物（メリヤス生地）、レース、フェルトなどを含み、電極板の上面より上方に突出するバリが引っ掛かるものを意味する。また、搬送手段による搬送は、電極板１枚ずつの搬送であってもよいし、複数の電極板が所定の間隔でもって間欠的に搬送される場合でもよい。また、搬送手段は、ローラコンベヤ、ベルトコンベヤなど、搬送している状態で電極板の上面より上方に突出するバリが布状部材に引っ掛かるのを妨げない態様で搬送するものであれば、すべて含む。ここにいうバリ（尖状突起物）は前述した寸法を想定しており、いわゆる微少バリに属するが、バリの寸法は必ずしも微小なものでなくてもよい。

このようにすれば、電極板を下側から支持しつつ搬送する搬送手段の途中に、前記電極板よりも幅広の布状部材を取り外し可能に保持する保持手段が設けられ、前記布状部材は前記電極板の上面に触れるように吊り下げられているので、電極板の上面より上方に突出するバリがある場合には、そのバリが前記布状部材に引っ掛かり、その布状部材が引っ張られる。これを作業者が視認するか、自動的に判別することで、電極板の上面より上方に突出するバリが存在する電極板を検出することができる。また、反転して反対側の面を上面として、前記搬送手段にて搬送するようにすれば、同様にして、反対側の面についてもバリの存在を検出することができる。

また、請求項２に記載のように、前記保持手段は、前記布状部材を取り外し自在に保持する構成とすることもできる。

このようにすれば、バリがある電極板の場合には、布状部材にバリが引っ掛かった状態で搬送されるので、布状部材は引っ張られて保持手段から取り外される。そして、布状部材が引っ掛かった状態で布状部材が電極板と一緒に搬送されてくるので、その保持手段の下流側の位置で、それを作業者が視認するか、自動的に判別することで、バリが存在する電極板を検出することができる。

この場合、請求項３に記載のように、前記保持手段は、複数の布状部材を、１枚ずつ取り外し可能に保持する構成とすることが望ましい。

このようにすれば、保持手段は、複数の布状部材を１枚ずつ取り外し自在に保持しているので、バリがある電極板が通過すると、バリが布状部材に引っ掛かり、引っ張られるので、保持手段による保持が１枚ずつ解除される。保持手段が保持する布状部材がなくなるまで、検出動作を繰り返すことができるので、複数の電極板についてバリがあるかどうかを連続して検出することができる。

請求項４に記載のように、前記保持手段の下流側において前記搬送手段に対して設けられ前記電極板と一緒に布状部材が搬送されていることを検出する検出手段を備える構成とすることができる。

このようにすれば、前記保持手段の下流側において検出手段を設けることで、自動的にバリがある電極板を検出することができる。

請求項５に記載のように、さらに、前記布状部材に接続され前記布状部材に対して前記布状部材を引き抜こうとする荷重が作用したことを検出する検出手段とを備えることが望ましい。

このようにすれば、バリがある電極板の場合には、バリが布状部材に引っ掛かり、布状部材を引き抜こうとする荷重が前記布状部材に作用するので、それが検出手段によって検出され、バリのある電極板であることが検出される。

本発明によるバリ検出は特にバリ寸法を限定するものではないが、バリが微小であれば、一般に検出が困難となる傾向があるが、本発明によれば、バリは微小であってもよい。

本発明は、上記のように、電極板を搬送する搬送手段の途中に、前記電極板よりも幅広の布状部材を保持する保持手段が設けられ、前記布状部材は前記電極板の上面に触れるように吊り下げられ、前記布状部材の状態が、バリがない電極板の場合と、バリがある電極板の場合とで異なるようにしているので、それを作業者が視認するか、自動的に判別することで、バリが存在する電極板を検出することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明するが、それに先だって、まず、本発明の前提となる単位電池、それを用いる電池モジュールの一例について説明する。

図１は本発明の前提となる単位電池を用いる電池モジュールの一例の構造を、一部を切除して示す側面図である。

この電池モジュール５１は、例えば電車に搭載されるものであって、密閉式の角形電池である単位電池５２を、単位電池５２の厚み方向に複数個（例えば、３０個）積層した電池積層体５３を備える。電池積層体５３は、絶縁素材からなるケーシング５４によって覆われ、このケーシング５４は、左右の側面板、上下面板、及び前後の圧縮板がボルトなどにて結合されてなる（一方の側面板５５，上面板５６及び一方の圧縮板５７のみ図示）。

単位電池５２は、図２に示すように、アルカリ系電解液中で腐食など変質せず、電気的絶縁が可能で、イオンが通過するものからなるセパレータ６１（例えばポリプロピレンからなる不織布）、正極活物質（例えば水酸化ニッケル）を担持する基材（例えばニッケルフォーム）からなる正の電極板６２（正極）、および、負極活物質（例えば、水素吸蔵合金）を担持する基材（例えばニッケルフォーム）からなる負の電極板６３（負極）を含む電極体６４と、電極体６４を電解液とともに収容する空間を形成する矩形の枠形部材６５、第１蓋部材６６、および第２蓋部材６７を備え、繰り返し充放電が可能なニッケル水素二次電池として構成されている。ここで、セパレータ６１としては、厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ、目付量８ｇ／ｍ²〜４０ｇ／ｍ²の不織布が用いられている。なお、実際に微小バリが出る電極板の切り落とし部（セパレータのコーナ部）では、引張られるためその半分くらいの厚さまで薄くなる可能性があり、また微小バリによる短絡は、微小バリが隣の電極板に直接触れないと発生しないので、検出する必要がある微小バリの長さは０．１ｍｍ以上であると考えられる。

第１蓋部材６６は、図３に示すように、枠形部材６５の一方の開口６５ａを覆う平板状の本体部６６ａを有しており、本体部６６ａの４つの各辺において一体に形成された縁部が、枠形部材６５の４つの各辺６５ｂにほぼ沿うように折り曲げられて、枠形部材６５の外周面の一部を覆う側部６６ｂを形成している。第２蓋部材６７も、第１蓋部材６６と同様に、本体部６７ａおよび側部６７ｂを有しており、枠形部材６５の他方の開口６５ｃを覆っている。なお、第１および第２蓋部材６６，６７において、各側部６６ｂ同士、および６７ｂ同士は互いに接合していないが、溶接等により接合することもできる。

電極体６４は、図２に示すように、正の電極板６２と負の電極板６３とが、セパレータ６１を介して所定の方向に交互に積層されて対向する積層構造を有する。また、電極体６４は、枠形部材６５の、図３の左右方向に向い合う一組の辺６５ｂ，６５ｂの一方から他方に向かう方向Ｙに積層されている。枠形部材６５の上側の１辺６５ｂに、単位電池５２の内部ガスを排出するガス排出口６８が設けられている。ガス排出口６８は、ガス排出口６８が設けられている辺６５ｂにほぼ平行に、枠形部材６５の中央に向かって突出する二又の排出部６８ａを有し、電池積層体５３の内圧（単位電池５２の内圧の総和）が所定の値を超えると、電池内のガスを外部に排出する電池モジュール５１の圧力調整機構の一部を構成するようになっている。

第１蓋部材６６および第２蓋部材６７は、ニッケルめっきを施した鋼板で形成されており、第１および第２の蓋部材６６，６７がそれぞれ正の電極板６２および負の電極板６３に接続されている。つまり、第１および第２の蓋部材６６，６７は、それぞれ、単位電池５２の正極側端子および負極側端子を兼ねている。枠形部材６５は、第１蓋部材６６と第２蓋部材６７との絶縁を図るために、絶縁素材（例えば、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ樹脂））で形成されている。

このような単位電池５２と、放熱板５８とを積層して、電池モジュール５１の電池積層体５３が形成される（図１参照）。単位電池５２は、隣接する単位電池５２の一方の第１蓋部材６６と、他方の第２蓋部材６７とが互いに対向する方向に積層されており、さらに、２つの単位電池５２に１つの割合で、放熱板５８が介在している。

続いて、単位電池５２に用いられる電極板６２，６３は、電極用板材を、所定形状の大きさに切断して製造されるので、その切断の際に電極板６２，６３の切断端面に微小バリＳが発生する場合がある。この微小バリＳは、前述したようにセパレータ６１を貫通して、正負の電極板６２，６３を電気的に接続して、短絡不良を発生する。この短絡不良が発生するおそれがある電極板を予め取り除くために、単位電池の組み立てに先立って、電極板の微小バリを検出する装置が、本発明である。

具体的には、図４に示すように、検出装置１は、電極板１１が下側から支持されつつ搬送される搬送手段としての搬送ローラコンベヤ２（搬送ローラ２ａ）と、この搬送ローラコンベヤ２の途中に設けられ電極板１１の上面に触れるように吊り下げられ、電極板１１よりも幅広の布状部材である不織布カーテン３（カーテン状の不織布）を保持する保持手段４とを備える。この保持手段４は、不織布カーテン３を取り外し自在に保持する保持枠４ａを有する。ここで、不織布カーテン３は、厚さ０．５〜０．０５ｍｍ（好ましくは０．１ｍｍ）、目付量１０〜４０ｇ／ｍ²（好ましくは２０ｇ／ｍ²）の範囲のものを用いることができる。なお、保持枠４ａは、複数の不織布カーテン３を、１枚ずつ取り外し可能に保持する構成とすることも可能である。

ところで、布状部材のうち不織布は、製法や素材によって，空隙率の調整が簡単であるため、摩擦力の調整範囲が広くなる。つまり、一般的に、空隙率が高ければ摩擦係数が高くなり、逆に空隙率が低ければ摩擦係数が低くなる。よって、微小バリの検出には、前記目付量に加えて、空隙率が重要となり、空隙率が高くなるほど摩擦係数が高くなり、飛び出した微小バリが引っ掛かる可能性が高くなる。

保持手段４の下流側であって搬送ローラコンベヤ２の上方には、電極板１１と一緒に不織布カーテン３が搬送されていることを検出する検出手段としての検出センサ５が設けられている。

この装置１によれば、図５（ａ）に示すように、電極板１１を下面を支持しつつ搬送する搬送ローラコンベヤ２の途中に、不織布カーテン３（保持手段４）が電極板１１の上面に触れるように吊り下げられているので、電極板１１の上面１１ａよりもさらに上方に所定量（例えば０．１ｍｍ程度）突出する微小バリＳがある場合には、図５（ｂ）に示すように、その微小バリＳが不織布カーテン３に引っ掛かる。このとき、不織布カーテン３は取り外し自在に保持されているので、微小バリＳがある電極板１１が通過すると、微小バリＳが不織布カーテン３に引っ掛かり、引っ張られるので、保持枠（保持手段４）による保持が解除される。そして、微小バリＳのある電極板１１は、図５（ｃ）に示すように、不織布カーテン３が引っ掛かった状態で搬送されるので、その不織布カーテン３が検知センサ５より検知され、微小バリＳのある電極板１１であると検出される。この微小バリＳのある電極板１１は、図示しないプッシャー（押し出し部材）などにより搬送途中にコンベヤ２上から取り除かれ、微小バリＳがない電極板１１のみが搬送される。

そして、電極板１１に、それの上面よりもさらに上方に突出する微小バリがない場合には、その後、電極板１１を反転させ、同様にして反対側の面（下面１１ｂ）についても、その面よりも突出する微小バリＳを検出する。

これにより、正の電極板と負の電極板とがセパレータを介して所定の方向に交互に積層されて対向する積層構造としても、上下面よりもさらに突出する微小バリがある電極板は取り除かれているので、短絡が起こることはない。

前記実施の形態では、保持手段４（不織布カーテン３）の下流側に検知センサ５を設けているが、図１０に示すように、保持手段４’は、不織布カーテン３（布状部材）に接続され不織布カーテン３に対して不織布カーテン３を引き抜こうとする荷重が作用したか否かを検出する検出センサ５’（検出手段）を有する構成とすることもできる。

このようにすれば、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、微小バリＳがある電極板１１が通過すると、微小バリＳが不織布カーテン３に引っ掛かり、不織布カーテン３を引き抜こうとする荷重が作用するので、それが検出センサ５’によって検出され、微小バリＳのある電極板１１の通過が検出される。これにより、コンベヤ２が停止され、微小バリＳのある電極板１１が作業者によって取り除かれる。よって、微小バリＳがない電極板１１のみが搬送される。なお、下面１１ｂについても、その下面１１ｂよりも突出する微小バリＳの有無を検出するのは、前記実施の形態と同様である。

前記実施の形態では、搬送手段としては、搬送ローラコンベヤ２とされているが、それに限定することなく、ベルトコンベヤなどの他の搬送手段を用いることもできる。

また、単位電池５２をニッケル水素二次電池として構成しているが、各種一次電池および二次電池、例えば、ニッケルカドミウム電池やリチウムイオン電池などに適用することも可能である。

本発明の前提となる電池モジュールの一例の構造を、一部を切除して示す側面図である。 図１の電池モジュールに使用される密閉式角形電池の断面図である。 図２の密閉式角形電池の蓋部材および枠形部材を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態にかかる電極板の微小バリの検出装置の概略構成を示す斜視図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ図４に示す検出装置の動作説明図である。 他の実施の形態についての図４と同様の図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ図６に示す検出装置の動作説明図である。

符号の説明

１ 検出装置
２ 搬送ローラコンベヤ（搬送手段）
３ 不織布カーテン（布状部材）
４ 保持手段
５ 検出センサ
１１ 電極板
１１ａ 上面
１１ｂ 下面
５２ 単位電池
６１ セパレータ
６２ 正の電極板
６３ 負の電極板

Claims (5)

1. 所定形状の大きさに切断することで正負の電極板が形成され、前記正負の電極板が、セパレータを介して所定の方向に交互に積層されて製造される電池の前記製造に先立って、前記電極板に、前記セパレータを貫通して短絡の原因となるバリが存在するかどうかを検出する電極板のバリの検出装置であって、
   前記電極板を下側から支持しつつ搬送する搬送手段と、
   前記搬送手段の途中に設けられ、前記電極板の上面に触れるように吊り下げられ前記電極板よりも幅広の布状部材を保持する保持手段とを備えることを特徴とする電極板のバリの検出装置。
2. 前記保持手段は、前記布状部材を取り外し自在に保持する保持枠を有することを特徴とする請求項１記載の電極板のバリの検出装置。
3. 前記保持枠は、複数の布状部材を、１枚ずつ取り外し可能に保持することを特徴とする請求項２記載の電極板のバリの検出装置。
4. 前記保持手段の下流側において前記搬送手段に対して設けられ前記電極板と一緒に布状部材が搬送されていることを検出する検出手段を備えることを特徴とする請求項２または３記載の電極板のバリの検出装置。
5. さらに、前記布状部材に接続され前記布状部材に対して前記布状部材を引き抜こうとする荷重が作用したことを検出する検出手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の電極板のバリの検出装置。

Images