JP2013134843A - 二次電池の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より精度の高い検査方法を提供すること。
【解決手段】二次電池の製造工場における出荷検査時の端子電圧Ｖ１と、組電池製造工場での受入検査時の端子電圧Ｖ２との端子電圧差ΔＶにより良否判定を行う電池の受入検査方法において、輸送期間や輸送中の温度影響を考慮した微小内部短絡による電圧降下量ΔＶＡを設定し、このΔＶＡより小さいΔＶ値を示す電池を不良品と判定することで、より高い精度で検査が可能となり、組電池の信頼性を最大限に高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の検査方法に関するものである。

近年、電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進む中、これらの駆動用電源として二次電池が広く用いられているが、最近では地球環境保護の観点から、電力貯蔵用や電気自動車といった分野にまでその用途が広がってきており、二次電池に対する要望は高まるばかりである。

実用化されている各種二次電池の中で、リチウムイオン電池が最も高エネルギー密度を有するため、現在でも様々な技術開発がなされている。

リチウムイオン電池は、主に正極、負極、セパレータ、電解液より構成されるが、正極にはリチウム金属酸化物（例えばＬｉＣｏＯ_２）、負極には黒鉛などの炭素系材料、セパレータには主としてポリオレフィン製の微多孔膜、電解液にはＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６等のリチウム塩を非プロトン性の有機溶媒に溶解した非水電解液が用いられ、これらを電池缶内に封入して、組み立てられた後に充電を行うことによって、二次電池として使用できる状態になる。

リチウムイオン電池は単一セルとして使用されることは非常に少なく、通常は複数のセルを直列または並列に接続して組電池を作製し、本体機器に内蔵される。組電池の中に電圧不良セルが混入してしまうと短寿命などの不具合につながる可能性が高いため、セルの製造工程において電圧検査は厳格に行われるのが一般的である。

従来の二次電池の検査方法として、セルの製造工程にエージング前の端子電圧Ｖ１とエージング後の端子電圧Ｖ２との端子電圧差ΔＶにより良否判定を行う方法において、ΔＶの平均値ΔＶＣに対して微小内部短絡品の電圧降下量を想定した基準値ΔＶＤを設定し、ΔＶＣ−ΔＶＤの値より小さいΔＶの電池を不良品と判定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、電気自動車のように使用セル数が非常に多い用途において、組電池としての性能を最大限発揮するためには不良セルを極力排除する必要があるため、受入検査においても微小内部短絡セルを検出する精度をより高くしていかなければならない。

そのため、組電池製造工場での二次電池の検査方法としては、受入時の端子電圧を測定してそのばらつき度合いから不良品を選別する方法が知られている。

特開２００４−１３２７７６号公報

しかしながら、組電池としての各電池には、容量に多少の違いがあることから、各良品の電池に同量の電気量を充電しても端子電圧は差異が生じている。上記のように端子電圧を測定してそのばらつき度合いから不良品を選別する方法では、不良品の検査の精度が悪いという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、より精度の高い検査方法を提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の二次電池の検査方法は、二次電池の製造工場における出荷検査時の端子電圧Ｖ１と、組電池製造工場での受入検査時の端子電圧Ｖ２との端子電圧差ΔＶにより良否判定を行う電池の受入検査方法において、輸送期間や輸送中の温度環境の影響を考慮した微小内部短絡による電圧降下量ΔＶＡを設定し、このΔＶＡより小さいΔＶ値を示す電池を不良品と判定することを特徴とするものである。

本発明の二次電池の検査方法は、より高い精度で検査が可能となり、組電池の信頼性を最大限に高めることができる。

本発明の実施例にかかる二次電池の検査方法の流れを示した図 リチウムイオン電池を示した図 端子電圧と周囲温度との相関を示した図

（実施の形態１）
図１は、本発明の二次電池の検査方法の流れを示したものである。

まず、二次電池の製造工場における出荷検査時の端子電圧Ｖ１を測定する。その後、組電池製造工場での受入検査時の端子電圧Ｖ２を測定し、端子電圧Ｖ１と端子電圧Ｖ２との端子電圧差ΔＶを算出する。そして、予め設定してあった輸送期間や輸送中の温度環境の影響を考慮した微小内部短絡による電圧降下量ΔＶＡと端子電圧差ΔＶとを比較して、このΔＶＡより小さいΔＶ値を示す電池を不良品と判定し、このΔＶＡ以上のΔＶ値を示す電池を良品と判定するものである。

本発明は上記のように、組電池製造工場での受入検査をセル製造工場における出荷検査との電圧降下量での良否判定とすると、仮に微小内部短絡が発生したセルは電圧降下量が大きくなるため、より精度の高い検査が可能となることを見出したものである。
また、二次電池が自然に電圧低下する速度は、環境温度や保管日数によって変化するため、微小内部短絡による電圧降下量ΔＶＡの値をそれに応じた固定値として設定されることにより、受入検査をさらに精度よく行うことが可能となる。

（実施例１）
図２に本実施例の非水電解液二次電池を示す。この非水電解液二次電池は以下のようにして作製した。

まず、正極板２１は次のようにして作製した。炭酸リチウム１モルと金属ニッケル１モルとを混合し、空気中、温度９００℃で５時間焼成することによりＬｉＮｉＯ_２を得た。このＬｉＮｉＯ_２をボウルミルで粉砕し、さらに金属コバルトとアルミニウムを加えて正極化合物粉末とした。この正極化合物粉末９１重量部、導電剤としてグラファイト６重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン３重量部とを混合し、これにＮ−メチルヒロリドンを分散剤として加えて、正極合剤ペーストをつくった。そして、この正極合剤ペーストを厚さ３０μｍのアルミニウム箔製の集電体の両面に均一に塗布して乾燥させた後、ローラープレスを行うことによって正極板２１を得た。なお、この正極板２１は、幅５７．４
ｍｍ、長さ５８０．０ｍｍ、厚さ０．１７ｍｍの板状であり、この正極板２１の中央部にはアルミニウムのリード線を超音波溶接によって取り付けた。

負極板２２は次のようにして作製した。負極活物質はピッチコークスを振動ミル中で２分間粉砕することによって得た。次にこの粒状のピッチコークス９０重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン１０重量部とを混合し、これにＮ−メチルピロリドンを分散剤として加えて、負極合剤ペーストをつくった。そしてこの負極合剤ペーストを厚さ１０μｍの銅製箔の集電体の両面に均一に塗布して活物質層を形成し、乾燥させた後、ローラープレスを行うことによって負極板２２を得た。この負極板２２は、幅５８．５ｍｍ、長さ６５８．０ｍｍ、厚さ０．１６ｍｍの板状であり、この負極板２２の端部にはニッケルのリード線を超音波溶接によって取り付けた。

上記正極板２１と上記負極板２２とポリプロピレン製の一対の薄板状セパレータ２３とを用いて、負極板２２、セパレータ２３ａ、正極板２１、セパレータ２３ｂの順で積層してから、これらを渦巻状に捲回した。そして、この捲回体をニッケルめっきを施した鉄製の電池缶２４内に収納し、負極板２２の端部に取り付けられたリード線を電池缶２４に、正極板２１の中央部に取り付けられたリード線を電池蓋２５に溶接した後に非水電解液を電池缶２４内に注入した。この非水電解液としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を体積比で２：２：６の割合で混合した混合溶液に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１．２ｍｏｌ／ｌ溶解しさらに添加剤としてビニレンカーボネート（以下、ＶＣと呼ぶ）を加えた。その後、電池蓋２５を電池缶２４の上部に挿入し、この電池缶２４の上部をかしめることによって電池を密封し、図２に示すような外形１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型電池を組み立て、さらに初期充電を行った後に活性化工程を経て電池として使用できる状態とし、さらに個々の電池を識別できるように電池のシリアル番号を電池の側面に印字した。
このようにして作製された電池１０００セルについて、図１に示す検査方法を用いて検査を行った。すなわち、出荷検査時の端子電圧Ｖ１を２５℃雰囲気下にて測定して記録し、その後組電池製造工場への輸送を想定して空調設備のない場所に１４日間保管した後の端子電圧Ｖ２を２５℃雰囲気下にて測定して記録し、受入検査に相当する端子電圧とした。そして、１０００セルの端子電圧差ΔＶａ（Ｖ２−Ｖ１）を算出した。また、不良電池を想定した端子電圧降下量の基準値（ΔＶＡ１４）は、あらかじめ算出しておいた１４日間保管した場合の端子電圧の降下量とした。

以上のようにして得られたΔＶａとΔＶＡ１４に対し、ΔＶのばらつき度合いを表すσ値と、ΔＶＡ１４より小さいΔＶａの値を不良と判定する検査を行ったときの不良率を表１に示す。

（実施例２）
実施例２として、実施例１と同様に円筒型電池を作製し、図１に示す検査方法を用いて検査を行った。すなわち、出荷検査時の端子電圧Ｖ３を２５℃雰囲気下にて測定して記録し、その後組電池製造工場への輸送を想定して空調設備のない場所に２８日間保管した後の端子電圧Ｖ４を２５℃雰囲気下にて測定して記録し、受入検査に相当する端子電圧とした。そして、端子電圧差ΔＶｂ（Ｖ４−Ｖ３）を算出した。また、不良電池を想定した端子電圧降下量の基準値（ΔＶＡ２８）は、あらかじめ算出しておいた２８日間保管した場合の端子電圧の降下量とした。

以上のようにして得られたΔＶｂとΔＶＡ２８に対し、ΔＶのばらつき度合いを表すσ値と、ΔＶＡ２８より小さいΔＶｂの値を不良と判定する検査を行ったときの不良率を表２に示す。

（比較例１）
比較例１として、実施例１と同様に円筒型電池を作製し、上記Ｖ２値のばらつき度合いを示すσ値と、Ｖ２値の平均値±３σから外れるものを不良と判定する検査を行ったときの不良率を表１に示す。

（比較例２）
比較例２として、実施例２と同様に円筒型電池を作製し、上記Ｖ４値のばらつき度合いを示すσ値と、Ｖ４値の平均値±３σから外れるものを不良と判定する検査を行ったときの不良率を表２に示す。

表１は、実施例１に示す、本発明による受入検査方法で検査したものと、比較例１に示す、従来の受入検査で検査したものとの、ばらつき度合いと不良率を比較したものである。この結果より、本発明によって受入検査を行った方が不良率が下がっていることが分かる。これについては、端子電圧値自体にばらつきがあったとしても電圧降下率で判定することでセルの良否判定が正しくできているものと推測している。

表２は、実施例２に示す、本発明による受入検査方法で検査したものと、比較例２に示す、従来の受入検査で検査したものとの、ばらつき度合いと不良率を比較したものである。

表１と同様の結果となっているが、保管日数が変わったとしても電圧降下量で判定することにより精度よく判定できるものと推測している。

なお、本実施例において、端子電圧測定時の周囲温度を２５℃で一定としたが、端子電圧測定値には温度依存性があり、周囲温度と端子電圧との相関性を用いれば、任意の温度で測定し、それぞれの結果を同一温度に換算することによって電圧降下量を算出することが可能となる。周囲温度と端子電圧との相関性を図３に示す。

本発明にかかる二次電池の検査方法は、受入検査をより精度よく行うことが可能になるので、特に電気自動車のような非常に多くのセルを用いて組電池を作製する際の受入検査方法として有用である。

２１ 正極板
２２ 負極板
２３ａ セパレータ
２３ｂ セパレータ
２４ 電池缶
２５ 電池蓋

Claims (3)

1. 二次電池の製造工場における出荷検査時の端子電圧Ｖ１と、組電池製造工場での受入検査時の端子電圧Ｖ２との端子電圧差ΔＶにより良否判定を行う二次電池の検査方法において、輸送期間や輸送中の温度環境の影響を考慮した微小内部短絡による電圧降下量ΔＶＡを設定し、このΔＶＡより小さいΔＶ値を示す電池を不良品と判定することを特徴とする二次電池の検査方法。
2. 前記ΔＶＡの値は、出荷検査から受入検査までの所要日数に応じて個別に設定されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の検査方法。
3. 前記端子電圧Ｖ１及びＶ２において、検査時の周囲温度を記録し、それぞれ所定の同一温度での測定値に換算されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の検査方法。