JP2012069320A - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery suitable for deterioration diagnosis without adding a reagent into the electrolyte in the battery.SOLUTION: A lithium ion secondary battery 1 includes: a positive electrode; a negative electrode; and electrolyte inside an exterior case 3. Outside the exterior case 3 is disposed a sealed reagent container 10 containing a reagent that undergoes coloration by selectively reacting with lithium ions in the electrolyte. The electrolyte in the exterior case 3 is configured to be introduced into the reagent container 10 via valves 13 as communication blockage means during deterioration diagnosis.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関し、特に、劣化診断するに好適なリチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery, and more particularly to a lithium ion secondary battery suitable for deterioration diagnosis.

従来から電池の充放電状態を検知する電解液濃度センサを備えた鉛蓄電池がある(特許文献1参照)。   Conventionally, there is a lead storage battery including an electrolyte concentration sensor that detects a charge / discharge state of the battery (see Patent Document 1).

これは、電解液中にカルシウムイオンを含有させるとともに、該カルシウムイオンを介して硫酸比重を検出する光ファイバーセンサを備えたことを特徴としており、小形で精度高く電解液濃度を測定できる。   This is characterized by including an optical fiber sensor that contains calcium ions in the electrolytic solution and detects the specific gravity of sulfuric acid through the calcium ions, and can measure the electrolytic solution concentration with a small size and high accuracy.

特開平6−119942号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-119942

しかしながら、上記従来例では、電解液の状態検知のために電解液と反応する試薬を添加しているが、電池内の電解液と試薬が共存するため、試薬による副反応やそれに伴う電池性能の低下を引き起こすという問題点があった。   However, in the above conventional example, a reagent that reacts with the electrolyte solution is added to detect the state of the electrolyte solution. However, since the electrolyte solution and the reagent in the battery coexist, the side reaction caused by the reagent and the accompanying battery performance There was a problem of causing a drop.

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、電池内の電解液中に試薬を投入することなく劣化診断するに好適なリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a lithium ion secondary battery suitable for diagnosing deterioration without introducing a reagent into the electrolytic solution in the battery.

本発明は、正極、負極、電解液を外装ケース内に内蔵させたリチウムイオン二次電池である。そして、電解液中のリチウムイオンと選択的に反応して呈色する試薬を封入した試薬容器を外装ケース外に配置する。そして、連通遮断手段を介して劣化診断時に外装ケース内の電解液を試薬容器に導入可能とした。   The present invention is a lithium ion secondary battery in which a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution are incorporated in an outer case. And the reagent container which enclosed the reagent which selectively reacts with the lithium ion in electrolyte solution and colors is arrange | positioned out of an exterior case. Then, the electrolytic solution in the outer case can be introduced into the reagent container at the time of deterioration diagnosis through the communication blocking means.

したがって、本発明では、劣化診断時に連通遮断手段を介して外装ケース内の電解液を試薬容器に導入するため、外装ケース内に残存している電解液と呈色試薬とが反応することがない。このため、呈色反応物質が正極層や負極層の正負活物質の表面で反応して表面に付着して覆い、活物質としての機能を阻害するなどの副反応による電池の性能劣化を防ぐことができる。   Therefore, in the present invention, since the electrolyte solution in the outer case is introduced into the reagent container via the communication blocking means at the time of deterioration diagnosis, the electrolyte solution remaining in the outer case and the color reagent do not react. . For this reason, the color reaction material reacts on the surface of the positive and negative active materials of the positive electrode layer and the negative electrode layer and adheres to and covers the surface to prevent battery performance deterioration due to side reactions such as inhibiting the function as the active material. Can do.

本発明の一実施形態を示すリチウムイオン二次電池の概略構成図。The schematic block diagram of the lithium ion secondary battery which shows one Embodiment of this invention. 図1におけるA−A線に沿うリチウムイオン二次電池の断面図。Sectional drawing of the lithium ion secondary battery which follows the AA line in FIG. 試薬容器および弁装置の断面図。Sectional drawing of a reagent container and a valve apparatus. 補充容器および弁装置の断面図。Sectional drawing of a replenishment container and a valve apparatus. 劣化診断時における試薬容器の作動(A)〜(D)を説明する説明図。Explanatory drawing explaining operation | movement (A)-(D) of the reagent container at the time of deterioration diagnosis. 試薬としての1,10−フェナントロリン誘導体の呈色反応を示す反応図。The reaction diagram which shows the color reaction of the 1,10-phenanthroline derivative as a reagent. 試薬としてのアゾフェノール色素クラウンエーテルの化学式を説明する図。The figure explaining the chemical formula of the azophenol dye crown ether as a reagent. 試薬としてのカリックスアレーン誘導体の化学式を説明する図。The figure explaining the chemical formula of the calixarene derivative as a reagent. 試薬としてのイオン応答性色素の化学式を説明する図。The figure explaining the chemical formula of the ion-responsive dye as a reagent.

以下、本発明のリチウムイオン二次電池を一実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, a lithium ion secondary battery of the present invention will be described based on an embodiment.

図1、2は、本実施形態によるリチウムイオン二次電池の概略図である。図1はリチウムイオン二次電池の平面図であり、図2は図1のA−A断面図である。   1 and 2 are schematic views of the lithium ion secondary battery according to the present embodiment. FIG. 1 is a plan view of a lithium ion secondary battery, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

図1及び図2に示すように、リチウムイオン二次電池1は、電池要素2と、電池要素2を収容する外装ケース3と、を備える。また、本実施形態のリチウムイオン二次電池1は、呈色試薬を封入した複数の試薬容器10と、電解液を封入した複数の補充容器11と、を備える。また、これら容器10,11と外装ケース3内部とを、通常は遮断状態とされるが必要に応じて連通可能とする、連通・遮断手段としての弁装置12,13を備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion secondary battery 1 includes a battery element 2 and an outer case 3 that houses the battery element 2. In addition, the lithium ion secondary battery 1 of the present embodiment includes a plurality of reagent containers 10 enclosing a color reagent and a plurality of replenishing containers 11 enclosing an electrolyte solution. The containers 10 and 11 and the inside of the outer case 3 are normally provided with valve devices 12 and 13 as communication / blocking means that are normally in a cut-off state but can communicate with each other as necessary.

電池要素2は、正極4、電解質層としてのセパレータ5、及び負極6を順次積層した積層体として構成される。   The battery element 2 is configured as a laminate in which a positive electrode 4, a separator 5 as an electrolyte layer, and a negative electrode 6 are sequentially laminated.

正極4は板状の正極集電体4aの両面に正極層4bを有しており、負極6は板状の負極集電体6aの両面に負極層6bを有している。なお、電池要素2の最外層に配置される正極4においては、正極集電体4aの片面のみに正極層4bが形成される。   The positive electrode 4 has a positive electrode layer 4b on both sides of a plate-like positive electrode current collector 4a, and the negative electrode 6 has a negative electrode layer 6b on both sides of a plate-like negative electrode current collector 6a. In the positive electrode 4 disposed in the outermost layer of the battery element 2, the positive electrode layer 4b is formed only on one surface of the positive electrode current collector 4a.

隣接する正極4、セパレータ5、及び負極6が一つの単電池7を構成しており、リチウムイオン電池1は積層された複数の単電池7をそれぞれ電気的に並列接続して構成される。   The adjacent positive electrode 4, separator 5, and negative electrode 6 constitute one unit cell 7, and the lithium ion battery 1 is configured by electrically connecting a plurality of stacked unit cells 7 in parallel.

外装ケース3は、アルミニウム等の金属をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムのシート材からなる。外装ケース3は、電池要素2を収納した状態で、ケース外周部が熱融着によって接合される。この外装ケース3には、電池要素2からの電力を外部に取り出すため、外部端子としての正極タブ8及び負極タブ9が設けられる。   The outer case 3 is made of a sheet material of a polymer-metal composite laminate film in which a metal such as aluminum is covered with an insulator such as a polypropylene film. The outer case 3 is joined to the outer periphery of the case by thermal fusion in a state in which the battery element 2 is housed. The outer case 3 is provided with a positive electrode tab 8 and a negative electrode tab 9 as external terminals in order to extract the electric power from the battery element 2 to the outside.

正極タブ8の一端は外装ケース3の外側にあり、正極タブ8の他端は外装ケース3の内部で各正極集電体4aの集合部に接続する。負極タブ9の一端は外装ケース3の外側にあり、負極タブ9の他端は外装ケース3の内部で各負極集電体6aの集合部に接続する。   One end of the positive electrode tab 8 is on the outer side of the outer case 3, and the other end of the positive electrode tab 8 is connected to an assembly portion of each positive electrode current collector 4 a inside the outer case 3. One end of the negative electrode tab 9 is on the outer side of the outer case 3, and the other end of the negative electrode tab 9 is connected to the collecting portion of each negative electrode current collector 6 a inside the outer case 3.

呈色試薬を封入した複数の試薬容器10は、図3に示すように、呈色試薬を内蔵した透明な樹脂材料からなる。試薬容器10の一方には連通遮断手段としての弁装置12が連結されている。呈色試薬を内蔵した試薬容器10は、弁装置12に連結された側とは反対側を開口させた、弾性を備えた筒状樹脂により形成されている。試薬容器10内の空間の厚さ寸法は、例えば、2mmとなるよう設定されている。そして、弁装置12を閉じた状態で、試薬容器10の開口より呈色試薬を挿入し、開口部を利用して真空シーラーにより減圧することにより、呈色試薬の外形に沿わせて弾性変形(収縮)させて開口部を密閉して形成している。このため、試薬容器10内は真空状態に保持されている。   As shown in FIG. 3, the plurality of reagent containers 10 enclosing the color reagent are made of a transparent resin material containing the color reagent. One side of the reagent container 10 is connected with a valve device 12 as communication blocking means. The reagent container 10 containing the color reagent is formed of a cylindrical resin having elasticity that is open on the side opposite to the side connected to the valve device 12. The thickness dimension of the space in the reagent container 10 is set to be 2 mm, for example. Then, with the valve device 12 closed, a color reagent is inserted from the opening of the reagent container 10 and decompressed by a vacuum sealer using the opening, thereby elastically deforming along the outer shape of the color reagent ( The opening is sealed and formed. For this reason, the inside of the reagent container 10 is kept in a vacuum state.

なお、上記において、試薬容器10として、透明な樹脂材料のものについて記載しているが、半透明な樹脂材料であっても、呈色試薬の呈色反応が判定できるものであれば、それでもよい。   In the above description, a transparent resin material is described as the reagent container 10, but a translucent resin material may be used as long as the color reaction of the color reagent can be determined. .

また、上記において、試薬容器10内を真空状態に減圧とするものについて説明したが、例えば、外装ケース3内の圧力が大気圧より高ければ、試薬容器10内を減圧することなく大気圧状態とするものであってもよい。即ち、試薬容器10内の圧力を、外装ケース3内の圧力より低くなるよう調整するものであればよい。以下では、説明の簡略化のために、試薬容器10内が減圧されたものについて説明する。   In the above description, the inside of the reagent container 10 is depressurized to a vacuum state. However, for example, if the pressure inside the outer case 3 is higher than the atmospheric pressure, the inside of the reagent container 10 is reduced to the atmospheric pressure state without depressurizing. You may do. That is, what is necessary is just to adjust the pressure in the reagent container 10 to be lower than the pressure in the outer case 3. In the following, for simplification of description, the case where the pressure in the reagent container 10 is reduced will be described.

弁装置12の試薬容器10が連結された側とは反対側の外周には、リチウムイオン二次電池1の外装ケース3の縁が融着により固定されており、外装ケース3内と試薬容器10内とを弁装置12により遮断している。このため、外装ケース3内と試薬容器10内とは、弁装置12を開放することにより連通し、試薬容器10内が減圧された状態で弾性変形されている。このために、試薬容器10が常態形状に復帰されるに連れて、外装ケース3内の電解液を試薬容器10内に導入するようにしている。   The edge of the outer case 3 of the lithium ion secondary battery 1 is fixed by fusion to the outer periphery of the valve device 12 opposite to the side to which the reagent container 10 is connected. The valve device 12 blocks the inside. For this reason, the inside of the exterior case 3 and the inside of the reagent container 10 communicate with each other by opening the valve device 12 and are elastically deformed in a state where the inside of the reagent container 10 is decompressed. For this reason, as the reagent container 10 is returned to the normal shape, the electrolytic solution in the outer case 3 is introduced into the reagent container 10.

弁装置12は、試薬容器10内と外装ケース3内とを遮断状態とし、必要に応じて両者を連通可能とするものであればよく、例えば、図示する開閉コック、ストップバルブ、止め弁や逆止弁等が使用できる。   The valve device 12 may be any device as long as the inside of the reagent container 10 and the exterior case 3 are shut off and can communicate with each other as necessary. For example, the opening / closing cock, stop valve, stop valve, and reverse valve shown in FIG. A stop valve can be used.

試薬容器10に内蔵させる呈色試薬としては、1,10−フェナントロリン誘導体、アゾフェノール色素クラウンエーテル、カリックスアレーン誘導体、イオン応答性色素等がある。   Examples of the color reagent incorporated in the reagent container 10 include a 1,10-phenanthroline derivative, an azophenol dye crown ether, a calixarene derivative, and an ion-responsive dye.

1,10−フェナントロリン誘導体は、図6に示すように、リチウムイオンと選択的に相互作用する部分として、1,10−フェナントロリンの誘導体を、発色団としてはピクリルアミノ基をもつ化合物である。この化合物は、リチウムイオンの存在するときだけ可視吸収スペクトルが変化し、黄色から褐色に変わる。即ち、色の変化によるリチウム濃度の計測が可能となる。   As shown in FIG. 6, the 1,10-phenanthroline derivative is a compound having a derivative of 1,10-phenanthroline as a portion that selectively interacts with lithium ions and a picrylamino group as a chromophore. This compound changes its visible absorption spectrum only in the presence of lithium ions and changes from yellow to brown. That is, the lithium concentration can be measured by the color change.

アゾフェノール色素クラウンエーテルは、図7に示す構造を備え、アゾ色素基を有するクラウンエーテルで、フェノール性水酸基がクラウンエーテル環の空孔内に向いて配向した構造を備える。適切な溶媒と塩基の存在下、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンと錯体を形成し、金属イオン特有の呈色、吸収スペクトルを示す。   The azophenol dye crown ether has the structure shown in FIG. 7 and is a crown ether having an azo dye group, in which a phenolic hydroxyl group is oriented toward the vacancies of the crown ether ring. In the presence of an appropriate solvent and base, it forms a complex with alkali metal ions and alkaline earth metal ions, and exhibits a color and absorption spectrum peculiar to metal ions.

カリックスアレーン誘導体は、図8に示す構造を備え、金属イオン、特にナトリウムイオンの存在下に600nmより長波長の呈色性を有し、これらのイオンの高選択性、高感度比色試薬として使用される。   The calixarene derivative has the structure shown in FIG. 8, has a coloration property longer than 600 nm in the presence of metal ions, particularly sodium ions, and is used as a highly selective and highly sensitive colorimetric reagent for these ions. Is done.

イオン応答性色素は、図9に示す構造を備え、水溶液中のリチウムイオン等のイオンを簡便に高感度に測定することができる。   The ion-responsive dye has the structure shown in FIG. 9 and can easily measure ions such as lithium ions in an aqueous solution with high sensitivity.

電解液を封入した複数の補充容器11は、図4に示すように、電解液を封入した樹脂材料からなる容器により形成されている。補充容器11の一方には連通遮断手段としての弁装置13が連結されている。補充容器11内に封入する電解液の量は、試薬容器10に導入しての劣化診断に使用する電解液の量に相当する、例えば、0.2mL程度としている。   As shown in FIG. 4, the plurality of replenishing containers 11 enclosing the electrolytic solution are formed of containers made of a resin material enclosing the electrolytic solution. One side of the replenishing container 11 is connected to a valve device 13 as communication blocking means. The amount of the electrolytic solution sealed in the replenishing container 11 is about 0.2 mL, for example, corresponding to the amount of the electrolytic solution used for the deterioration diagnosis introduced into the reagent container 10.

弁装置13の補充容器11が連結された側とは反対側の外周には、リチウムイオン二次電池1の外装ケース3の縁が融着により固定されており、外装ケース3内と補充容器11内とを弁装置13により遮断している。このため、外装ケース3内と補充容器11内とは、弁装置13を開放することにより連通し、補充容器11を摘むなどにより変形させて、補充容器11内の電解液を外装ケース3内に押出すことにより、電解液を外装ケース3内に補充できるようにしている。その後に弁装置13を閉じることにより、外装ケース3内と補充容器11内とは、遮断状態とできる。ここで使用する弁装置13も、補充容器11内と外装ケース3内とを遮断状態とし、必要に応じて両者を連通可能とするものであればよく、例えば、図示する開閉コック、ストップバルブ、止め弁や逆止弁等が使用できる。   The edge of the outer case 3 of the lithium ion secondary battery 1 is fixed to the outer periphery of the valve device 13 on the side opposite to the side to which the replenishing container 11 is connected. The inside is shut off by the valve device 13. For this reason, the exterior case 3 and the replenishment container 11 communicate with each other by opening the valve device 13, and the replenishment container 11 is deformed by picking, etc. The electrolyte solution can be replenished into the outer case 3 by extrusion. Thereafter, by closing the valve device 13, the inside of the outer case 3 and the inside of the replenishing container 11 can be shut off. The valve device 13 used here may also be any one that makes the inside of the replenishing container 11 and the inside of the outer case 3 in a shut-off state, and allows both to communicate as necessary. For example, the open / close cock, stop valve, A stop valve or a check valve can be used.

以上の構成のリチウムイオン二次電池1においては、試薬容器10内の電解液中のリチウムイオン濃度に対応して呈色する試薬と外装ケース3内に封入されている電解液とは分離した状態としている(図5A参照)。このため、呈色試薬と外装ケース3内の電解液とが反応することはない。   In the lithium ion secondary battery 1 having the above-described configuration, the color reagent corresponding to the lithium ion concentration in the electrolyte solution in the reagent container 10 and the electrolyte solution sealed in the outer case 3 are separated. (See FIG. 5A). For this reason, a color reagent and the electrolyte solution in the exterior case 3 do not react.

外装ケース3内に封入している電解液の劣化状態の診断、即ち、電解液中のリチウムイオン濃度を測定する場合には、試薬容器10に付随している弁装置12を開放する(図5B参照)。   When diagnosing the deterioration state of the electrolytic solution sealed in the outer case 3, that is, when measuring the lithium ion concentration in the electrolytic solution, the valve device 12 attached to the reagent container 10 is opened (FIG. 5B). reference).

弁装置12を開放することにより外装ケース3内と試薬容器10内とは連通し、試薬容器10内が減圧された状態で弾性変形されているために、試薬容器10が常態形状に復帰されるに連れて、外装ケース3内の電解液を試薬容器10内に導入する。このように、呈色試薬を封入した試薬容器10をあらかじめ減圧状態にしてあるため、外装ケース3内の電解液を、呈色試薬を封入した容器へ圧力差を利用して移動でき、気泡が外装ケース3内に発生することがない。   By opening the valve device 12, the exterior case 3 and the reagent container 10 communicate with each other, and the reagent container 10 is restored to its normal shape because it is elastically deformed while the pressure inside the reagent container 10 is reduced. Accordingly, the electrolytic solution in the outer case 3 is introduced into the reagent container 10. As described above, since the reagent container 10 enclosing the color reagent is in a depressurized state in advance, the electrolytic solution in the outer case 3 can be moved to the container enclosing the color reagent using a pressure difference, and bubbles are generated. It does not occur in the outer case 3.

導入された電解液により試薬容器10内に封入されている呈色試薬が溶解され、導入した電解液に含まれているリチウムイオン濃度に応じて呈色反応する(図5C参照)。   The colored reagent sealed in the reagent container 10 is dissolved by the introduced electrolytic solution, and a color reaction is performed according to the lithium ion concentration contained in the introduced electrolytic solution (see FIG. 5C).

この状態で、弁装置12を閉じることにより、外装ケース3内と試薬容器10内との連通を遮断することにより、呈色反応した電解液や呈色試薬が外装ケース3内へ入り込むことを防止できる。即ち、呈色反応が呈色試薬を封入した試薬容器10内のみで発生し、電解液と呈色試薬が外装ケース3内へ逆流することがない。このため、電解液と呈色試薬が外装ケース3内へ逆流することにより、呈色反応物質が正極層や負極層の正負活物質の表面で反応して表面に付着して覆い、活物質としての機能を阻害するなどの副反応による電池の性能劣化を防ぐことができる。   In this state, by closing the valve device 12, the communication between the exterior case 3 and the reagent container 10 is blocked, thereby preventing the color-reacted electrolytic solution and the color reagent from entering the exterior case 3. it can. That is, the color reaction occurs only in the reagent container 10 in which the color reagent is sealed, and the electrolytic solution and the color reagent do not flow back into the outer case 3. For this reason, when the electrolytic solution and the color reagent flow back into the outer case 3, the color reaction material reacts on the surface of the positive and negative active materials of the positive electrode layer and the negative electrode layer and adheres to and covers the surface. It is possible to prevent battery performance deterioration due to side reactions such as inhibiting the function of the battery.

また、呈色試薬を封入する試薬容器10は透明若しくは半透明であるため、呈色状況を外部から判断でき、紫外・可視分光器(UV/vis)を用いて吸光度を測定することで、定量的にリチウムイオン濃度を測定できる(図5D参照)。呈色試薬として、1,10−フェナントロリン誘導体を使用する場合には、リチウムイオン濃度に応じて、黄色から褐色に変化する。しかも、呈色試薬を封入した試薬容器10に電解液を導入した際、厚みが一定になるようにしているため、測定した吸光度から定量的にリチウムイオン濃度を精度よく求めることができる。   In addition, since the reagent container 10 for enclosing the color reagent is transparent or translucent, the coloration state can be judged from the outside, and the absorbance is measured by using an ultraviolet / visible spectrometer (UV / vis). Thus, the lithium ion concentration can be measured (see FIG. 5D). When a 1,10-phenanthroline derivative is used as the color reagent, the color changes from yellow to brown according to the lithium ion concentration. Moreover, since the thickness is made constant when the electrolyte is introduced into the reagent container 10 in which the color reagent is sealed, the lithium ion concentration can be quantitatively determined from the measured absorbance with high accuracy.

外装ケース3内に封入されている電解液量は、呈色反応に消費された分量だけ減少する。この消費分量の電解液の補充のために、補充容器11に付随する弁装置13を開放すると、補充容器11内と外装ケース3内とは連通状態となる。この状態で、補充容器11を摘むなどにより変形させることにより、弾性容器内の電解液を外装ケース3内に押出すことができ、電解液を外装ケース3内に補充できる。その状態で弁装置13を閉じることにより、外装ケース3内を密閉状態とでき、外装ケース3内の電界液量を所定量に維持することができる。   The amount of the electrolyte solution enclosed in the outer case 3 is reduced by the amount consumed for the color reaction. When the valve device 13 attached to the replenishing container 11 is opened to replenish the consumed amount of the electrolyte, the replenishing container 11 and the outer case 3 are in communication with each other. In this state, the electrolytic solution in the elastic container can be pushed into the outer case 3 by deforming it by picking the replenishing container 11 and the electrolytic solution can be replenished into the outer case 3. By closing the valve device 13 in this state, the inside of the exterior case 3 can be sealed, and the amount of electric field liquid in the exterior case 3 can be maintained at a predetermined amount.

呈色試薬を封入した試薬容器10を複数個設置しているため、リチウムイオン濃度の測定を複数回実施することができ、劣化診断を繰り返し実施することができる。しかも、電解液の補充容器11を複数個設置しているため、呈色反応ごとに電解液を補充することができる。   Since a plurality of reagent containers 10 filled with the color reagent are installed, the lithium ion concentration can be measured a plurality of times, and the deterioration diagnosis can be repeated. Moreover, since a plurality of electrolytic solution replenishing containers 11 are provided, the electrolytic solution can be supplemented for each color reaction.

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。   In the present embodiment, the following effects can be achieved.

(ア)正極、負極、電解液を外装ケース3内に内蔵させたリチウムイオン二次電池1である。そして、電解液中のリチウムイオンと選択的に反応して呈色する試薬を封入した試薬容器10を外装ケース3外に配置する。そして、連通遮断手段としての弁装置13を介して劣化診断時に外装ケース3内の電解液を試薬容器10に導入可能とした。したがって、劣化診断時に連通遮断手段を介して外装ケース3内の電解液を試薬容器10に導入するため、外装ケース3内に残存している電解液と呈色試薬とが反応することがない。このため、呈色反応物質が正極層や負極層の正負活物質の表面で反応して表面に付着して覆い、活物質としての機能を阻害するなどの副反応による電池の性能劣化を防ぐことができる。   (A) A lithium ion secondary battery 1 in which a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution are incorporated in an outer case 3. And the reagent container 10 which enclosed the reagent which selectively reacts with the lithium ion in electrolyte solution and colors is arrange | positioned out of the exterior case 3. FIG. Then, the electrolyte solution in the outer case 3 can be introduced into the reagent container 10 at the time of deterioration diagnosis through the valve device 13 serving as a communication blocking means. Therefore, since the electrolytic solution in the outer case 3 is introduced into the reagent container 10 through the communication blocking means at the time of deterioration diagnosis, the electrolytic solution remaining in the outer case 3 does not react with the color reagent. For this reason, the color reaction material reacts on the surface of the positive and negative active materials of the positive electrode layer and the negative electrode layer and adheres to and covers the surface to prevent battery performance deterioration due to side reactions such as inhibiting the function as the active material. Can do.

(イ)試薬容器10は、複数個が個々に連通遮断手段としての弁装置12を介して外装ケース3内と接続されている。このため、リチウムイオン濃度の測定を複数回実施することができ、劣化診断を繰り返し実施することができる。   (A) A plurality of reagent containers 10 are individually connected to the inside of the outer case 3 via valve devices 12 as communication blocking means. For this reason, the measurement of the lithium ion concentration can be performed a plurality of times, and the deterioration diagnosis can be repeatedly performed.

(ウ)試薬容器10は、透明若しくは半透明な材質で形成されている。このため、呈色状況を外部から判断でき、紫外・可視分光器を用いて吸光度を測定することで、定量的にリチウムイオン濃度を測定できる。   (C) The reagent container 10 is formed of a transparent or translucent material. For this reason, the coloration state can be judged from the outside, and the lithium ion concentration can be quantitatively measured by measuring the absorbance using an ultraviolet / visible spectrometer.

(エ)連通遮断手段は、常時は遮断状態にあり、試薬容器10内に外装ケース3内の電解液を導入する時に開放する弁装置12で形成されている。このため、呈色反応を呈色試薬を封入した試薬容器10内のみで生じさせることができ、電解液と呈色試薬が外装ケース3内へ逆流することがない。   (D) The communication blocking means is normally in a blocking state, and is formed by a valve device 12 that is opened when the electrolyte solution in the outer case 3 is introduced into the reagent container 10. For this reason, the color reaction can be caused only in the reagent container 10 in which the color reagent is enclosed, and the electrolytic solution and the color reagent do not flow back into the outer case 3.

(オ)試薬容器10は、外装ケース3内の圧力よりも低くなるように予め内圧が調整される。このため、外装ケース3内の電解液を呈色試薬を封入した試薬容器10へ圧力差を利用して移動でき、外装ケース3内の電解液中に気泡が発生することがない。   (E) The internal pressure of the reagent container 10 is adjusted in advance so as to be lower than the pressure in the outer case 3. For this reason, the electrolytic solution in the outer case 3 can be moved to the reagent container 10 in which the color reagent is sealed by using a pressure difference, and bubbles are not generated in the electrolytic solution in the outer case 3.

(カ)試薬容器10は、外装ケース3内の電解液を導入した際に厚みが予め設定した寸法となる。このため、測定した吸光度から定量的にリチウムイオン濃度を求めることができる。   (F) The reagent container 10 has a dimension set in advance when the electrolyte in the outer case 3 is introduced. For this reason, the lithium ion concentration can be obtained quantitatively from the measured absorbance.

(キ)リチウムイオン二次電池1は、電解液を封入した補充容器11を外装ケース3外に配置し、連通遮断手段としての弁装置13を介して補充容器11内の電解液を外装ケース3内へ供給可能とした。このため、呈色反応に消費された電解液を新たに補充でき、外装ケース3内の電解液量を一定にできる。   (G) In the lithium ion secondary battery 1, the replenishment container 11 enclosing the electrolyte is disposed outside the outer case 3, and the electrolyte in the replenishment container 11 is supplied to the outer case 3 via the valve device 13 as a communication blocking means. It was possible to supply it inside. For this reason, the electrolytic solution consumed for the color reaction can be newly replenished, and the amount of the electrolytic solution in the outer case 3 can be made constant.

(ク)補充容器11は、複数個が個々に連通遮断手段としての弁装置13を介して外装ケース3内と接続されている。このため、複数回の呈色反応の度に電解液を補充することができる。   (H) A plurality of replenishing containers 11 are individually connected to the inside of the outer case 3 via valve devices 13 as communication blocking means. For this reason, the electrolytic solution can be replenished for each color reaction.

(ケ)連通遮断手段は、常時は遮断状態にあり、補充容器11内の電解液を外装ケース3内へ供給する時に開放する弁装置13で形成されている。このため、電解液が外装ケース3内から電解液の補充容器11へ逆流することがないので外装ケース3内の電解液量が減少することがない。   (G) The communication blocking means is normally in a blocking state, and is formed by a valve device 13 that is opened when the electrolyte in the replenishing container 11 is supplied into the outer case 3. For this reason, since the electrolytic solution does not flow backward from the inside of the outer case 3 to the electrolyte replenishing container 11, the amount of the electrolytic solution in the outer case 3 does not decrease.

以下、各実施例を用いて本発明のリチウムイオン二次電池1の劣化診断方法を説明する。しかしながら、本発明は、各実施例によって何ら限定されるものではない。   Hereinafter, the deterioration diagnosis method of the lithium ion secondary battery 1 of the present invention will be described using each example. However, the present invention is not limited at all by the embodiments.

(実施例1)
図1に示すように、電解液中のリチウムイオン濃度に対応して呈色する試薬を封入した試薬容器10をラミネート形外装ケース3を備えるリチウムイオン二次電池1に設置した。電解液には、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の比が1対1の体積比である混合液に、リチウム塩であるリチウムPF6を1Mの濃度に溶解させたものを使用した。呈色試薬を封入した試薬容器10は3個設置し、呈色試薬を封入した試薬容器10は電解液が流入した際、厚さが2mmになるように設計した。呈色試薬として 1,10−フェナントロリン誘導体を20mg試薬容器10に封入した。
Example 1
As shown in FIG. 1, a reagent container 10 in which a reagent that colors in accordance with a lithium ion concentration in an electrolytic solution is enclosed is installed in a lithium ion secondary battery 1 including a laminate-type outer case 3. As the electrolytic solution, a solution in which lithium PF6, which is a lithium salt, was dissolved in a concentration of 1M in a mixed solution in which the ratio of ethylene carbonate (EC) to diethyl carbonate (DEC) was 1: 1 was used. Three reagent containers 10 enclosing the color reagent were installed, and the reagent container 10 enclosing the color reagent was designed to have a thickness of 2 mm when the electrolyte flowed in. A 1,10-phenanthroline derivative was sealed in a 20 mg reagent container 10 as a color reagent.

図3に示すように、1,10−フェナントロリン誘導体を試薬容器10に封入する際、真空シーラーを用いて、減圧状態となるようにした。リチウムイオン二次電池1の外装ケース3内と呈色試薬を封入した試薬容器10を弁装置12としてコックで連結し、呈色反応を実施する場合以外は閉じた状態にした。電解液を補充する補充容器11を3個設置し、それぞれの補充容器11に電解液0.2mLを封入した。リチウムイオン二次電池1の外装ケース3内と電解液を補充する補充容器11をコックで連結し、呈色反応を実施する場合以外は閉じた状態にした。   As shown in FIG. 3, when the 1,10-phenanthroline derivative was sealed in the reagent container 10, a vacuum sealer was used so that the pressure was reduced. The inside of the outer case 3 of the lithium ion secondary battery 1 and the reagent container 10 in which the color reagent is sealed are connected as a valve device 12 by a cock, and are closed except when the color reaction is performed. Three replenishing containers 11 for replenishing the electrolytic solution were installed, and 0.2 mL of the electrolytic solution was sealed in each replenishing container 11. The inside of the outer case 3 of the lithium ion secondary battery 1 and the replenishment container 11 for replenishing the electrolyte solution were connected by a cock, and were kept in a closed state except when the color reaction was performed.

(実施例2)
リチウムイオン二次電池1の外装ケース3内と呈色試薬を封入した試薬容器10との間にあるコックを開け、減圧されている呈色試薬を封入した試薬容器10内に電解液を流入させた。
(Example 2)
Open the cock between the outer case 3 of the lithium ion secondary battery 1 and the reagent container 10 enclosing the color reagent, and let the electrolyte flow into the reagent container 10 enclosing the reduced color reagent. It was.

試薬容器10内に電解液が充満された後、コックを閉じて、呈色試薬がリチウムイオン二次電池1の外装ケース3内に逆流しないようにした。呈色試薬が電解液に完全に溶解し、均一状態になるまで5分間待った。図6に示すような呈色反応が起こり、電解液は褐色に変化した。   After the reagent container 10 was filled with the electrolytic solution, the cock was closed to prevent the color reagent from flowing back into the outer case 3 of the lithium ion secondary battery 1. The color reagent was completely dissolved in the electrolytic solution and waited for 5 minutes until it became uniform. A color reaction as shown in FIG. 6 occurred, and the electrolytic solution turned brown.

呈色反応後、電解液を補充するため、リチウムイオン二次電池1の外装ケース3内と電解液を補充する補充容器11との間のコックを開け、電解液を外装ケース3内に流入させ、電解液を補充した。電解液補充後に、コックを閉じて電解液が逆流しないようにした。   After the color reaction, in order to replenish the electrolyte, a cock between the exterior case 3 of the lithium ion secondary battery 1 and the replenishment container 11 for replenishing the electrolyte is opened, and the electrolyte flows into the exterior case 3. The electrolyte was replenished. After replenishing the electrolyte, the cock was closed to prevent the electrolyte from flowing back.

(実施例3)
実施例2で使用したリチウムイオン二次電池1を充放電300回のサイクル試験を実施した後に、2回目の呈色試験を同様に実施した。
(Example 3)
After the lithium ion secondary battery 1 used in Example 2 was subjected to 300 cycles of charge and discharge, the second color test was similarly performed.

紫外・可視分光器(UV/vis)を用いて、反応液の吸光度を測定し、リチウムイオン濃度を算出すると、濃度0.94Mとなり、劣化によるリチウムイオン濃度の変化を測定した。   The absorbance of the reaction solution was measured using an ultraviolet / visible spectrometer (UV / vis), and the lithium ion concentration was calculated to be 0.94 M. The change in lithium ion concentration due to deterioration was measured.

呈色反応後、電解液を補充するため、リチウムイオン二次電池1の外装ケース3内と電解液を補充する2個目の補充容器11との間のコックを開け、電解液を外装ケース3内に流入させ、電解液を補充した。電解液補充後に、コックを閉じて電解液が逆流しないようにした。   In order to replenish the electrolytic solution after the color reaction, the cock between the inside of the outer case 3 of the lithium ion secondary battery 1 and the second replenishing container 11 for replenishing the electrolytic solution is opened, and the electrolytic solution is removed from the outer case 3. The electrolyte was replenished. After replenishing the electrolyte, the cock was closed to prevent the electrolyte from flowing back.

(実施例4)
実施例2で使用したリチウムイオン二次電池1を充放電500回のサイクル試験を実施した後に、3回目の呈色試験を同様に実施した。
Example 4
The lithium ion secondary battery 1 used in Example 2 was subjected to 500 charge / discharge cycle tests, and then the third color test was performed in the same manner.

紫外・可視分光器(UV/vis)を用いて、反応液の吸光度を測定し、リチウムイオン濃度を算出すると、濃度0.90Mとなり、劣化によるリチウムイオン濃度の変化を測定した。   The absorbance of the reaction solution was measured using an ultraviolet / visible spectrometer (UV / vis), and the lithium ion concentration was calculated to be 0.90 M. The change in lithium ion concentration due to deterioration was measured.

呈色反応後、電解液を補充するため、リチウムイオン二次電池1の外装ケース3内と電解液を補充する3個目の補充容器11との間のコックを開け、電解液を外装ケース3内に流入させ、電解液を補充した。電解液補充後に、コックを閉じて電解液が逆流しないようにした。   After the color reaction, in order to replenish the electrolytic solution, the cock between the exterior case 3 of the lithium ion secondary battery 1 and the third replenishing container 11 for replenishing the electrolytic solution is opened, and the electrolytic solution is removed from the exterior case 3. The electrolyte was replenished. After replenishing the electrolyte, the cock was closed to prevent the electrolyte from flowing back.

以上のように、リチウムイオン二次電池1のリチウムイオン濃度測定を、簡便に繰り返し実施することができた。   As described above, the lithium ion concentration measurement of the lithium ion secondary battery 1 could be easily and repeatedly performed.

また、呈色試薬が外装ケース3内に混入することがないので、呈色反応物質が正極層や負極層の正負活物質の表面で反応して表面に付着して覆い、活物質としての機能を阻害するなどの副反応や性能劣化は無視することができた。   In addition, since the color reagent is not mixed in the outer case 3, the color reaction material reacts on the surface of the positive and negative active materials of the positive electrode layer and the negative electrode layer to cover and cover the surface, and functions as an active material. Side reactions and performance degradation, such as hindering, were negligible.

1 リチウムイオン二次電池
2 電池要素
3 外装ケース
4 正極
5 セパレータ
6 負極
7 単電池
8 正極タブ
9 負極タブ
10 試薬容器
11 補充容器
12、13 弁装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion secondary battery 2 Battery element 3 Exterior case 4 Positive electrode 5 Separator 6 Negative electrode 7 Single battery 8 Positive electrode tab 9 Negative electrode tab 10 Reagent container 11 Replenishment container 12, 13 Valve apparatus

Claims (9)

正極、負極、電解液を外装ケース内に内蔵させたリチウムイオン二次電池であり、
電解液中のリチウムイオンと選択的に反応して呈色する試薬を封入した試薬容器を外装ケース外に配置し、
連通遮断手段を介して劣化診断時に外装ケース内の電解液を試薬容器に導入可能としたことを特徴とするリチウムイオン二次電池。
It is a lithium ion secondary battery in which a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution are built in an outer case,
A reagent container enclosing a reagent that selectively reacts with lithium ions in the electrolyte and colors is placed outside the outer case,
A lithium ion secondary battery characterized in that the electrolyte in the outer case can be introduced into the reagent container at the time of deterioration diagnosis through the communication blocking means.
前記試薬容器は、複数個が個々に連通遮断手段を介して外装ケース内と接続されていることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   2. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a plurality of the reagent containers are individually connected to the inside of the outer case through communication blocking means. 前記試薬容器は、透明若しくは半透明な材質で形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the reagent container is formed of a transparent or translucent material. 前記連通遮断手段は、常時は遮断状態にあり、試薬容器内に外装ケース内の電解液を導入する時に開放する弁装置で形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一つに記載のリチウムイオン二次電池。   4. The communication device according to claim 1, wherein the communication blocking means is normally in a blocking state and is formed by a valve device that is opened when the electrolyte in the outer case is introduced into the reagent container. The lithium ion secondary battery as described in any one. 前記試薬容器は、外装ケース内の圧力よりも低くなるように予め内圧が調整されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一つに記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein an internal pressure of the reagent container is adjusted in advance so as to be lower than a pressure in the outer case. 前記試薬容器は、外装ケース内の電解液を導入した際に厚みが予め設定した寸法となることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一つに記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the reagent container has a thickness set in advance when the electrolytic solution in the outer case is introduced. 前記リチウムイオン二次電池は、電解液を封入した補充容器を外装ケース外に配置し、
連通遮断手段を介して補充容器内の電解液を外装ケース内へ供給可能としたことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一つに記載のリチウムイオン二次電池。
The lithium ion secondary battery has a replenishment container filled with an electrolyte solution disposed outside the outer case,
The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the electrolytic solution in the replenishing container can be supplied into the outer case through the communication blocking means.
前記補充容器は、複数個が個々に連通遮断手段を介して外装ケース内と接続されていることを特徴とする請求項7に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 7, wherein a plurality of the replenishing containers are individually connected to the inside of the outer case through communication blocking means. 前記連通遮断手段は、常時は遮断状態にあり、補充容器内の電解液を外装ケース内へ供給する時に開放する弁装置で形成されていることを特徴とする請求項7または請求項8に記載のリチウムイオン二次電池。   9. The communication shut-off means is formed by a valve device that is normally in a shut-off state and opens when the electrolyte in the replenishing container is supplied into the outer case. Lithium ion secondary battery.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014053308A (en) * 2012-09-07 2014-03-20 Robert Bosch Gmbh Energy storge unit, method of manufacturing the same and method of using detection means
KR20170089477A (en) * 2016-01-27 2017-08-04 에스케이이노베이션 주식회사 Operation Method for Li-Battery and Apparatus thereof
KR102534508B1 (en) * 2016-01-27 2023-05-19 에스케이온 주식회사 Operation Method for Li-Battery and Apparatus thereof

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