JP2011523458A - トモグラフィー1を用いて電池の特性を決定する方法 - Google Patents
トモグラフィー1を用いて電池の特性を決定する方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011523458A JP2011523458A JP2011509677A JP2011509677A JP2011523458A JP 2011523458 A JP2011523458 A JP 2011523458A JP 2011509677 A JP2011509677 A JP 2011509677A JP 2011509677 A JP2011509677 A JP 2011509677A JP 2011523458 A JP2011523458 A JP 2011523458A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- tomography
- volume
- density
- determining
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
- G01N23/046—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4285—Testing apparatus
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/50—Methods or arrangements for servicing or maintenance, e.g. for maintaining operating temperature
- H01M6/5083—Testing apparatus
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
- G01N2223/40—Imaging
- G01N2223/419—Imaging computed tomograph
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
- G01N2223/60—Specific applications or type of materials
- G01N2223/639—Specific applications or type of materials material in a container
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Pulmonology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Primary Cells (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
トモグラフィーを含む非侵入的な多工程処理を、電池の特性を決定するために適用する。
Description
本発明は電池に関係するものである。
電池は、電気エネルギー源として一般的に使用される。電池は、アノードと通常呼ばれる負の電極、及びカソードと通常呼ばれる正の電極を含む。アノードは酸化されることのできる活性物質を含む。カソードは還元されることのできる活性物質を含み、又は消費する。アノード活性物質は、カソード活性物質を還元することができる。
電池が装置内で電気エネルギー供給源として用いられる時には、電気的接触がアノード及びカソードになされ、電子が装置を貫流できるようにし、並びにそれぞれ酸化及び還元反応を生じさせて電力を提供する。アノード及びカソードに接触している電解質は、電極間のセパレータを貫流するイオンを含有して、放電中の電池全体の電荷の均衡を維持する。
本発明は全体として、電池に対してトモグラフィーを実施することに関する。トモグラフィーは、部分又は切片ごとの撮像である。トモグラフィーの例としては、コンピュータトモグラフィー(又はX線トモグラフィー)、中性子トモグラフィー、及び低温電子トモグラフィーが挙げられる。トモグラフィーは、電池に関する情報を非侵入的かつ非破壊的に取得する技術を提供する。
一態様では、本発明は、内部を有する電池の特性を決定する方法を提供する。この方法は、トモグラフィーを用いて電池内部について非侵入的にデータを取得することと、そのデータから特性を決定することと、を含む。
別の態様では、本発明は、電池内部に関するデータを取得する方法を提供する。この方法は、電池内部の構成要素及び/又は領域を隔離することと、トモグラフィーを用いて電池内部について非侵入的にデータを取得することと、を含む。
別の態様では、本発明は、内部を有する電池の特性を決定する方法を提供する。この方法は、電池が非放電状態にある時に、トモグラフィーを用いて電池内部について非侵入的にデータを取得する(例えば、電池内の第1の容積を取得し得る)ことと、電池を放電させることと、トモグラフィーを用いて放電させた電池内部について非侵入的にデータを取得する(例えば、放電させた電池内の第2の容積を取得し得る)ことと、を含む。これら第1及び第2の容積から、電池の放電挙動を決定することができる。
実施形態は、以下に記述される1つ以上の特徴を含んでもよい。特性は、データから内部の三次元表示を生成することによって決定され得る。特性は、(例えば、電池内のカソード、水素ガス、水素含有分子など、電池の構成要素及び/又は電池内の水の)占有空間、非占有空間、非占有空間の容積、密度であり得る。特性は、電池の構成要素若しくは一部分又は電池全体に関するものであり得る。特性は、電池内部の複数位置で決定されてよい。例えば、電池はカソードを含むことができ、特性は、電池内部の複数位置で測定されたカソードの密度であり得る。電池内部の複数位置での特性の変化が決定され得る。電池は構成要素を含むことができ、特性は、電池内部における構成要素の分布であり得る。複数位置での密度は、スタックエッジアーチファクトを含むことがあるが、それは起点をずらして複数回行う電池のスキャンを組み合わせることによって軽減することができる。例えば、アーチファクトを軽減するためには、第1のスキャン及び第2のスキャンを含む2パススキャン法を用いることができる。第2のスキャンにおける電池の起点は、スタックの高さの半分だけずらしてよい。各スキャンは、中央スタックデータを生成することができる。これら2スキャンに伴う中央スタックデータを接合することにより、スタックエッジアーチファクトを除去することができる。諸実施形態はまた、次の特徴のうちの1つ以上を含んでもよい。電池内部の構成要素及び/又は領域は、電池内部について非侵入的にデータを取得するために、トモグラフィーの使用に先立って隔離又は層化することができる。電池の構成要素及び/又は領域は、原形のままの電池に力を加えることによって隔離することができる。電池の構成要素及び/又は領域は、例えば、重力、求心力、温度、又は磁気を用いることによって隔離することができる。空隙は電池の端部に隔離することができる。
実施形態はまた、次の特徴のうちの1つ以上を含んでもよい。内部特性を決定した後、電池内部に物理的にアクセスし、分析を行うことができる。分析は化学分析であってもよい。トモグラフィーは電池の放電前、放電中、及び/又は放電後に用いることができる。電池は繰り返し放電を行い、その放電を行っている電池の内部について非侵入的にデータを取得するためにトモグラフィーを繰り返し用いてもよい。電池の構成要素及び/又は領域は、電池の放電前、放電中、及び/又は放電後に、並びにトモグラフィーが用いられる前に、例えば重力又は求心力などの力を電池に加えることによって隔離することができる。
実施形態はまた、次の特徴のうちの1つ以上を含んでもよい。トモグラフィーはマイクロコンピュータトモグラフィーであってよい。電池はマイクロコンピュータトモグラフィー装置内で、電池の対称軸(例えば長手方向軸)に対して回転することができる。マイクロトモグラフィーの使用は、X線源からのX線ビームを電池に照射することを含み得る。X線ビームはフィルターを用いてフィルター処理することができる。フィルターは金属材料を含み得る。金属材料は、アルミニウム、亜鉛、鉄、銅、真鍮、ニッケル、チタン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択することができる。フィルターは例えば、約0.01mm、0.002mm、及び/又は最大で例えば約1.00mmまでの厚さを有し得る。X線ビームのエネルギープロファイルは、X線ビームを電池に照射する前に、例えばフィルターの厚さ、フィルターの構成要素、装置の電圧及び/又は電流を調整することによって、調整することができる。X線源にはX線分光計を結合することができる。トモグラフィーはまた、中性子トモグラフィーであってもよい。トモグラフィーは室温で実施し得る。
これらの方法は一次又は二次電池に対して用いることができる。一次電気化学セルとは、1度だけ、例えば完全に消費されるまで放電され、その後廃棄されることを意味する。一次電池は、再充電されることを意図しない。一次電池は、例えば、David Linden,Handbook of Batteries(McGraw−Hill,2d ed.1995)に記載されている。二次電気化学セルは多数回、例えば50回を超えて、100回を超えて、又はそれ以上、再充電することができる。二次電池は、例えばFalk & Salkind,「Alkaline Storage Batteries」,John Wiley & Sons,Inc.1969、米国特許第345,124号、及びフランス特許第164,681号に記述されている。
これらの方法は任意のタイプの電池、例えばアルカリ電池、二硫化鉄リチウム(lithium-ion disulfide)電池、リン酸リチウム電池、二酸化マンガンリチウム電池、亜鉛空気電池、亜鉛炭素電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、鉛酸電池及び銀亜鉛電池などに用いることができる。
これらの方法は、円筒状電池(例えば単3、単4、単6、単2、及び単1電池)、角柱状電池(例えばPP3電池)、及びボタン電池(例えば時計用電池)など、任意の形状の電池に用いることができる。
これらの方法は電池の設計及びモデリングに用いることができる。
本明細書に記載されている出版物、特許出願、特許、及びその他の参考文献はすべて、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明から、また特許請求の範囲から明らかとなろう。
様々な図面における同様の参照記号は同様の要素を示す。
図1を参照すると、電池10は、カソード12、アノード14、セパレータ16、及び円筒状ハウジング18を含む。電池10はまた、集電体20、シール22、及び電池の負端子として機能する負の金属エンドキャップ24も含む。電池の、負端子とは反対側の端部には、電池の正端子を提供する正のピップ(pip)26が配置されている。電解液は、電池10全体に分散されている。電池10はアルカリ電池、例えば、単3、単4、単6、単2、又は単1電池であることができる。
カソード12は、1つ以上のカソード活性物質を含む。カソード12は更に、炭素粒子、結合剤、及びその他の添加剤を含んでもよい。カソード活性物質の例には、二酸化マンガン及びオキシ水酸化ニッケルが挙げられる。炭素粒子はグラファイト粒子であってよい。結合剤の例には、ポリエチレン、ポリアクリル酸、又はフルオロカーボン樹脂が挙げられる。電解液はカソード12全体に分散され得る。電解質は水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムなどのアルカリ水酸化物の水溶液であることができる。
アノード14は、アノード活性物質、ゲル化剤、及びガス発生阻害剤(gassing inhibitor)などの微量の添加剤で形成されることができる。更に、上述の電解質溶液の一部がアノード全体にわたって分散される。アノード活性物質の例としては、亜鉛が挙げられる。ゲル化剤の例としては、ポリアクリル酸、グラフト化デンプン材料、ポリアクリル酸の塩、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースの塩(例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム)又はこれらの組み合わせを挙げることができる。ガス発生阻害剤には、ビスマス、スズ、又はインジウムなどの無機材料が含まれ得る。あるいは、ガス発生阻害剤は、リン酸エステル、イオン性界面活性剤又は非イオン性界面活性剤のような有機化合物を含み得る。
セパレータ16は従来のアルカリ電池セパレータとすることができる。別の実施形態において、セパレータ16は、1層の不織布材料と組み合わされた1層のセロハンを含むことができる。セパレータは、追加の不織布材料の層も含むことができる。ハウジング18は、一次アルカリ電池で通常使用される従来のハウジング、例えばニッケルめっきされた冷延鋼板とすることができる。集電体20は、黄銅のような好適な金属から作製することができる。シール22は、例えばナイロンで作製することができる。
電池10は非占有空間、すなわちガス又は液体で占有されるが電池の固体構成要素によっては占有されない空間を含む。例えば、電池10の構成要素、例えばカソード12及びアノード14は、非占有空間としての孔又は空隙を含む。すなわち、電池10の構成要素は、ハウジング18内の総容積より少ない空間を占める。非占有空間は、生成されるガス、例えば水素の貯蔵庫と、アノード及びカソード物質が電池の使用中に膨張するための余地とを提供する。この非占有空間は、電池10内で内圧調整のためのバッファを効果的に提供することができる。非占有空間の容積を制御することは、ガス生成及び電池性能の制御に役立ち得る。
例えば非占有空間など、電池10の内部特性の決定には、非侵入的多工程処理を用いることができる。図2を参照すると、本プロセスは試料調製工程36、データ収集工程38、データ処理工程40、及び分析工程42を含む。本明細書で使用する場合、非侵入的とは、電池を物理的に開けることがないことを意味する。
占有空間に加えて、例えば、容積、密度、気孔率、及びカソード12若しくはアノード14のような電池10内の様々な構成要素の分布などが、内部特性となり得る。実施形態によっては、内部特性は電池10全体に関わる。実施形態によっては、内部特性は電池10の一部分、例えば特定の場所又は領域に関わる。内部特性の評価は放電プロセスの前、途中、及び/又は後にすることができる。内部特性の測定及び決定により、電池の設計の改良を促進し、電池の性能を向上させることができる。
実施形態によっては、試料調製工程36は、重力又は遠心力を用いて電池10の構成要素又は領域を非侵入的に層化又は隔離することを含む。例えば、非占有空間は、振盪又は急回転によって電池10の端部、例えば正の端部に隔離されることができる。
データ収集工程38においては、電池10のデータ又は画像が、マイクロコンピュータトモグラフィー(mCT)を用いて収集される。mCTは、単一の回転軸の周りから得た多数の一連の二次元X線画像からデジタルジオメトリ処理を用いて対象内部の三次元画像を生成するトモグラフィーを採用する。mCTについての詳細な情報は、Dufresne al.,「Microcomputed Tomography and Its Applications」in Encyclopedia of Biomaterials and Biomedical Engineering,Marcel Dekker Inc.,2004、Ruegsegger et al.,A microtomographic system for the non−destructive evaluation of bone architecture,Calcif.Tiss.Int.58,24〜29(1996)、及びUlrich et al.,「The quality of trabecular bone evaluated with micro−computed tomography,FEA and mechnical testing」in Bone Research in Biomechanics,IOS Press Amsterdam,97〜112,1997においても提供されている。
実施形態によっては、X線源からのX線は、電池10に照射される前にフィルター処理される。例えば、フィルター、例えばAl又はZnから作製されたフィルターをX線源と電池10との間に適用する。フィルターは約0.01mm〜約1mmの厚さを有し得る。実施形態によっては、1つを超えるフィルターが用いられる。
実施形態によっては、フィルター処理されたX線源にX線分光計が結合され、mCT装置と共に用いられる。分光計により、フィルター処理されたX線源のエネルギープロファイルなどの特性を測定し、X線源のフィルター処理の最適化及び制御を促進することができる。
電池10は、mCT装置、例えばSkyScan 1172の照射管内に、電池10の長手方向軸と回転軸とが一致するように設置される。電池10内の対象領域は、例えばアノード14の一部であり得る。実施形態によっては、電池を照射管内に設置してマイクロコンピュータトモグラフィーを電池に対して施す前に、照射管を例えば少なくとも8分間、又は少なくとも30分間、暖機する。
角度の異なる視点からのX線画像は、電池10の二次元断層画像を表す。これらの画像は、データ処理工程40において、MatLab and Amiraのようなソフトウェア製品及びユーザー定義のコーディングを用いて処理され、電池10の構成要素におけるX線吸収のコントラストに基づいて再構成され、三次元微細構造画像が作成される。他の画像処理及び/又は分析プラットホームを用いることも可能である。このようなプラットホームとしては、Analyze(登録商標)(AnalyzeDirect,Overland Park,KS)、TVK(登録商標)(Kitware,Clifton Park,YN)、ImagePro Plus(登録商標)(MedicalCybernetics,Bethesda,MD)、及びImageJ(登録商標)(Open Source,NIH)などが挙げられる。
最後に、再構成された三次元微細構造画像は分析工程42において分析され、電池10の内部特性が数値化される。
このようなマイクロコンピュータトモグラフィーを用いた非侵入的多工程処理により、電池10の様々な構成要素の特性を高精度、例えばマイクロスケールで特徴付けることができる。本プロセスが非侵入的な特徴を有するために、密閉された電池の内部について得られた情報は、電池の設計、製造、及び品質保証に有用である。
実施形態によっては、データ収集に中性子トモグラフィーを用いることができる。中性子により、例えば水素、リチウム6、ホウ素10、カルシウム、及びガドリニウムなどの元素を、これらの元素が金属ハウジング内に収容されている場合であっても効果的に探査することができる。したがって、これらの元素を高濃度に含む物質(例えばこれらの元素を含有する液体又は固体)は、中性子トモグラフィーに適している。例えば、水素元素を含有する物質としては、水、過酸化水素、並びに水素含有有機化合物及び混合物が挙げられる。したがって、中性子トモグラフィーにより、電池10内の電解質及び電極(電極がリチウムからなる場合)の分布を空間的にも動的にも撮像することが可能となる。先に述べたマイクロコンピュータトモグラフィーと同様、電池10の二次元画像を生成し処理することで、電池10の内部の三次元表示を再構成することができる。中性子トモグラフィーについての記述は、Ridgway et al.,Trans.in Porous Media 63,503〜525(2006)にも提供されている。
実施形態によっては、先に述べた多工程処理を動的展開、例えば電池10の1つ以上の構成要素の放電挙動を理解するために用いることができる。このような実施形態では、電池10の放電の前、途中、及び後に多数の三次元画像が生成される。例えば、試料調製の後、マイクロコンピュータトモグラフィーを非放電状態にある電池10に対して適用し、分析を通じて電池の第1の三次元画像が生成される。電池10はその後で放電され、再びマイクロトモグラフィーを適用することにより電池10の第2の三次元微細構造画像が生成される。これら放電プロセス及びデータ収集及びプロセス工程を繰り返し行うことで、放電中の電池10の三次元画像をより多く作成することができる。
三次元画像は時系列的に分析され、放電プロセスにおける動的展開、例えばカソード又はアノード活性物質の膨張、異なる構成要素の分布及び密度の変化、並びに電池の変形などが描写される。実施形態によっては、特定の構成要素又は領域のダイナミクスを追跡できるように、対象となる構成要素又は領域を絞って検査が行われる。所望の情報は、例えば放電プロセスの持続時間及び回数を制御することによって得ることができる。
実施形態によっては、電池10の三次元画像を得た後に、電池10に対して侵入的な化学分析が行われる。実施形態によっては、電池10が開かれ、占有空間、例えば活性物質の分布が分析される。同一の電池に対して非侵入的な多工程処理と侵入的化学分析とを組み合わせて適用することにより、例えば、電池の三次元画像からの物理的特性を同一電池の化学特性に結びつけることが可能となる。
上述した非侵入的処理及び関連した分析はアルカリ電池10に適用されるが、これらは他の電池、例えば二硫化鉄リチウム、リン酸リチウム、二酸化マンガンリチウム、亜鉛空気、亜鉛炭素、ニッケル水素、及びリチウムイオン電池にも用いることができる。上述したような非侵入的処理及び関連した分析は、電池の設計及びモデリングに用いることができる。
(実施例1)
ここに例示する実施例では、単3電池のカソード容積を非侵入的に測定し算出する。
ここに例示する実施例では、単3電池のカソード容積を非侵入的に測定し算出する。
市販の単3電池を用意し、スキャンのためにmCTシステム内に配置する。電池を約0.9度/180度の刻みで回転させる。各刻みごとにX線投影データファイルが1つ生成される。1800回の投影が行われ、対応した1800個のデータファイルが標準コーンビームアルゴリズムを用いて処理され、再構成されて、調査対象の三次元単3電池を構成する画像スライスのスタックが作成される。閾値化及び連結成分標識化を用い、各スライスにおいてカソード部が識別される。各スライスにおけるカソード部の面積が算出され、全スライスからのカソード面積の総和がカソード容積となる。
(実施例2)
ここに例示する実施例では、mCTを用いて、単3電池の空隙容積を非侵入的に測定し、算出する。
ここに例示する実施例では、mCTを用いて、単3電池の空隙容積を非侵入的に測定し、算出する。
市販の単3電池を用意し、mCTスキャンから図3Aに示すように三次元構造を再構成する。その後、単3電池をその長さに沿い、そのピップ(例えばピップ26)に向けて約25回、鉛直方向に落下させる。再度のmCTスキャンから得られた三次元構造を図3Bに表示する。Amira(Visage Imaging,Inc.,CA)の分割エディタを用いて、電池の不織性の構成要素の容積が約0.197mLであると算出される。
次に、単3電池をその長さに沿い、エンドキャップ(例えばエンドキャップ24)に向けて約50回、鉛直方向に落下させる。再度のmCTスキャンから得られた三次元構造を図3Cに表示する。再びAmira(Visage Imaging,Inc.,CA)の分割エディタを用い、電池の不織性の構成要素及び空隙の容積が約0.560mLであると算出される。その後、電池内の空隙が約0.363mLであると決定される。
その他の実施形態は、以下の請求項の範囲内である。
Claims (15)
- 電池の特性を決定する方法であって、前記電池が内部を有し、前記方法が、
(a)マイクロコンピュータトモグラフィーを用いて前記電池内部について非侵入的にデータを取得することと、
(b)前記データから前記電池内の容積又は密度を決定することと、
を含む、方法。 - 前記容積が占有空間であるか、又は前記容積が空隙容積である、請求項1に記載の方法。
- 前記電池内部の複数位置のそれぞれにおいて密度を決定することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記複数位置での前記密度がスタックエッジアーチファクトを含み、それが起点をずらして複数回行う前記電池のスキャンを組み合わせることによって軽減される、請求項3に記載の方法。
- 前記電池がカソードを含み、前記密度がカソード密度である、請求項1に記載の方法。
- 前記密度又は前記容積が前記電池の構成要素に関するものである、請求項1に記載の方法。
- 工程(a)に先立って、前記電池内部の構成要素及び/又は領域を層化又は隔離することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記電池の前記構成要素及び/又は前記領域を、重力を用いることによって、求心力を用いることによって、温度を用いることによって、又は磁気を用いることによって隔離することを含む、請求項10に記載の方法。
- 非放電状態にある電池に対して工程(a)及び(b)を実施し、次いで前記電池を放電させ、その後、放電させた電池に対して工程(a)及び(b)を繰り返すことを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記マイクロコンピュータトモグラフィーを用いることが、X線源からのX線ビームを前記電池に照射することを含む、請求項1に記載の方法。
- 電池内部に関するデータを取得する方法であって、前記方法が、
(a)前記電池内部の構成要素及び/又は領域を隔離することと、
(b)トモグラフィーを用いて前記電池内部について非侵入的にデータを取得することと、
を含む、方法。 - 前記トモグラフィーがマイクロコンピュータトモグラフィーであるか、又は前記トモグラフィーが中性子トモグラフィーである、請求項11に記載の方法。
- 電池の特性を決定する方法であって、前記電池が内部を有し、前記方法が、
(a)前記電池が非放電状態にある時に、トモグラフィーを用いて前記電池内部について非侵入的にデータを取得し、前記電池内の第1の容積を決定することと、
(b)前記電池を放電させることと、
(c)トモグラフィーを用いて前記放電させた電池内部について非侵入的にデータを取得し、前記放電させた電池内の第2の容積を決定することと、
を含む、方法。 - 前記トモグラフィーがマイクロコンピュータトモグラフィーであるか、又は前記トモグラフィーが中性子トモグラフィーである、請求項13に記載の方法。
- 前記電池の放電の前、途中、及び/又は後にトモグラフィーを用いることを含む、請求項13に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US12/122,200 | 2008-05-16 | ||
US12/122,200 US7550737B1 (en) | 2008-05-16 | 2008-05-16 | Battery |
PCT/US2009/043870 WO2009140445A1 (en) | 2008-05-16 | 2009-05-14 | Method of determining a feature of a battery using tomography1 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011523458A true JP2011523458A (ja) | 2011-08-11 |
Family
ID=40765903
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011509677A Withdrawn JP2011523458A (ja) | 2008-05-16 | 2009-05-14 | トモグラフィー1を用いて電池の特性を決定する方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US7550737B1 (ja) |
EP (1) | EP2274600A1 (ja) |
JP (1) | JP2011523458A (ja) |
CN (1) | CN102027355A (ja) |
BR (1) | BRPI0915294A2 (ja) |
WO (1) | WO2009140445A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016017924A (ja) * | 2014-07-10 | 2016-02-01 | 株式会社住化分析センター | 電極に対するx線を用いた二次元測定の方法 |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7550737B1 (en) * | 2008-05-16 | 2009-06-23 | The Gillette Company | Battery |
US8835029B2 (en) | 2011-10-04 | 2014-09-16 | International Business Machines Corporation | Fuse for three dimensional solid-state battery |
DE102012016837A1 (de) | 2012-08-27 | 2014-02-27 | Forschungszentrum Jülich | Vorrichtung und Verfahren zur qualitativen Bestimmung des Betriebszustandes eines Prüfobjekts |
CN106814319B (zh) * | 2015-11-28 | 2019-12-10 | 华南理工大学 | 一种锂离子电池自放电检测系统 |
CN106248702A (zh) * | 2016-09-08 | 2016-12-21 | 华南理工大学 | 一种锂离子电池自放电内在影响因素检测方法 |
US10833374B2 (en) | 2016-11-04 | 2020-11-10 | Brown University | In-situ x-ray scatter imaging of battery electrodes |
JP6865646B2 (ja) * | 2016-11-30 | 2021-04-28 | 住友化学株式会社 | 欠陥検査装置、欠陥検査方法、及びセパレータ捲回体の製造方法 |
US10393821B2 (en) * | 2017-03-29 | 2019-08-27 | Amazon Technologies, Inc. | Power supply monitoring system using optical estimation |
CN108287313B (zh) * | 2017-12-28 | 2020-02-18 | 上海神力科技有限公司 | 一种燃料电池电堆敏感性测试数据切片方法 |
CN108387594A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-08-10 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种无损检测叠片式锂离子电池的方法和系统 |
CN109521367A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-03-26 | 华南理工大学 | 一种锂离子动力电池过充/过放检测系统 |
KR20220043448A (ko) * | 2020-09-29 | 2022-04-05 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전극 구조에 따른 이차전지 성능 추정 장치 및 그 방법 |
CN114092322A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-02-25 | 清华大学 | 异常检测模型生成方法及装置和异常检测方法及装置 |
US20230237634A1 (en) * | 2022-01-21 | 2023-07-27 | Baker Hughes Holdings Llc | Detection of structures |
FR3141770A1 (fr) | 2022-11-04 | 2024-05-10 | Chipiron | Appareil et procédé pour imager des corps métalliques ou partiellement métalliques par résonance magnétique, application de ce procédé à l’imagerie de cellules électrochimiques |
CN116086367B (zh) * | 2023-04-10 | 2023-08-15 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池检测方法、装置、存储介质及电池检测设备 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3125120B2 (ja) | 1993-05-21 | 2001-01-15 | 株式会社日立製作所 | 電池特性評価装置および評価方法 |
KR100745586B1 (ko) | 2001-05-07 | 2007-08-02 | 삼성전자주식회사 | 전지 검사장치 |
US6904118B2 (en) | 2002-07-23 | 2005-06-07 | General Electric Company | Method and apparatus for generating a density map using dual-energy CT |
ATE385595T1 (de) * | 2004-03-17 | 2008-02-15 | Koninkl Philips Electronics Nv | Korrektur der strahlungsaufhärtung und der dämpfung in der coherent scatter computed tomography (csct) |
US7662510B2 (en) * | 2007-09-20 | 2010-02-16 | Celgard Llc | X-ray sensitive battery separator and a method for detecting the position of a separator in a battery |
US7550737B1 (en) * | 2008-05-16 | 2009-06-23 | The Gillette Company | Battery |
-
2008
- 2008-05-16 US US12/122,200 patent/US7550737B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2009
- 2009-05-12 US US12/464,483 patent/US7902518B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-05-14 CN CN2009801177275A patent/CN102027355A/zh active Pending
- 2009-05-14 WO PCT/US2009/043870 patent/WO2009140445A1/en active Application Filing
- 2009-05-14 BR BRPI0915294A patent/BRPI0915294A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2009-05-14 JP JP2011509677A patent/JP2011523458A/ja not_active Withdrawn
- 2009-05-14 EP EP09747528A patent/EP2274600A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016017924A (ja) * | 2014-07-10 | 2016-02-01 | 株式会社住化分析センター | 電極に対するx線を用いた二次元測定の方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102027355A (zh) | 2011-04-20 |
US7550737B1 (en) | 2009-06-23 |
WO2009140445A1 (en) | 2009-11-19 |
US20090285358A1 (en) | 2009-11-19 |
US7902518B2 (en) | 2011-03-08 |
BRPI0915294A2 (pt) | 2016-02-16 |
EP2274600A1 (en) | 2011-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7902518B2 (en) | Non-invasive battery analysis via micro-computed tomography | |
Deng et al. | Recent progress on advanced imaging techniques for lithium‐ion batteries | |
Ko et al. | Robust 3D Zn sponges enable high-power, energy-dense alkaline batteries | |
Heenan et al. | Developments in X-ray tomography characterization for electrochemical devices | |
Padgett et al. | Connecting fuel cell catalyst nanostructure and accessibility using quantitative cryo-STEM tomography | |
Nelson Weker et al. | Emerging in situ and operando nanoscale X‐ray imaging techniques for energy storage materials | |
Ebner et al. | X-Ray Tomography of Porous, Transition Metal Oxide Based Lithium Ion Battery Electrodes. | |
Parker et al. | Retaining the 3D framework of zinc sponge anodes upon deep discharge in Zn–air cells | |
Schilling et al. | X-ray based visualization of the electrolyte filling process of lithium ion batteries | |
Kang et al. | Geometric and electrochemical characteristics of LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 electrode with different calendering conditions | |
Schmitt et al. | Zinc electrode shape-change in secondary air batteries: A 2D modeling approach | |
JP5815617B2 (ja) | 電極の評価方法および製造方法 | |
Manke et al. | Investigation of Energy‐Relevant Materials with Synchrotron X‐Rays and Neutrons | |
EP3683861A1 (en) | Alkaline electrochemical cells with separator and electrolyte combination | |
Riley et al. | In situ neutron imaging of alkaline and lithium batteries | |
CN111048796A (zh) | 具有集成单元内电阻的一次碱性电池 | |
Black et al. | Synchrotron radiation based operando characterization of battery materials | |
Vanpeene et al. | Monitoring the morphological changes of Si-based electrodes by X-ray computed tomography: A 4D-multiscale approach | |
Tonin et al. | Operando investigation of the lithium/sulfur battery system by coupled X-ray absorption tomography and X-ray diffraction computed tomography | |
Zhang et al. | An effective and accessible cell configuration for testing rechargeable zinc-based alkaline batteries | |
Bond et al. | In-situ computed tomography of particle microcracking and electrode damage in cycled NMC622/graphite pouch cell batteries | |
Hack et al. | In situ x-ray computed tomography of zinc–air primary cells during discharge: correlating discharge rate to anode morphology | |
Lau et al. | Non invasive, multiscale 3D X-Ray characterization of porous functional composites and membranes, with resolution from MM to sub 50 NM | |
Schröder | Analysis of reaction and transport processes in zinc air batteries | |
JP7343809B2 (ja) | 腐食量推定装置および腐食量推定方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101112 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20111122 |