JP2015106475A - 二次電池の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本来は良品であるセルを不良品として判定するケースの発生を抑制できる二次電池の検査方法を提供すること。
【解決手段】本発明の二次電池の検査方法は、複数のセルのエージング前後の電圧降下量を測定し、前記電圧降下量が電圧降下閾値より小さいかを判定し、前記電圧降下量が前記電圧降下閾値より小さいと判定された前記複数のセルを複数のグループに分類し、前記グループ内の複数のセルの前記電圧降下量から、前記グループごとに良品基準値を設定し、前記グループ内のセルの前記電圧降下量と前記良品基準値との差分が、良品閾値よりも小さいか否かを判定することにより、前記グループ内のセルの良否判定を行い、前記良品閾値は、前記電圧降下量の関数である。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の検査方法に関する。

二次電池の良否判定を行う手法として、エージング前後の電池電圧の電圧降下量ΔＶを用いて判定する手法が知られている。電圧降下量ΔＶは、製造ラインの温度条件等の環境因子に影響されて変化しやすい。そのため、単にΔＶの大きさを閾値と比較するだけでは二次電池の良否判定を正確にすることが難しい。

特許文献１に記載の電池の検査方法では、二次電池の良品条件は、セルの電圧降下量ΔＶが閾値（電圧降下閾値）以下であること、および、電圧降下量ΔＶと良品基準値ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）との差分ΔＶ−ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）が閾値（良品閾値）以下であること、の双方を同時に満たすことである。なお、良品基準値ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）は、複数のセルの電圧降下量ΔＶの中央値（メジアン）である。

図３を用いて、上述の二次電池の良品条件を説明する。図３の横軸（Ｘ軸）は電圧降下量ΔＶであり、縦軸（Ｙ軸）は電圧降下量と良品基準値との差分ΔＶ−ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）である。電圧降下閾値Ｘ１と良品閾値Ｙ１を用いて表すと、二次電池の良品条件は、Ｘ＜Ｘ１、かつ、Ｙ＜Ｙ１を満たすことである。二次電池の良品条件は、図３においては、ハッチングされた領域となる。

特開２０１１−０１８４８２号公報

特許文献１に記載の電池の検査方法では、良品閾値Ｙ１を一定（固定値）としている。しかしながら、電圧降下量と良品基準値との差分ΔＶ−ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）を用いて二次電池の良否を判断する際の良否の境界は、本来は電圧降下量ΔＶに応じて変化するものである。つまり、電圧降下量ΔＶが小さいときには、差分ΔＶ−ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）が大きくても、二次電池としての機能は十分良品となりうる。逆に、電圧降下量ΔＶが大きいときには、差分ΔＶ−ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）が小さくないと良品とは扱えない。

良品閾値Ｙ１を一定とすると、最も厳しい条件（ΔＶが大きいとき）に合わせて良否の境界を設定することになる。このため、良品閾値Ｙ１が必要以上に厳しく設定されてしまい、本来は良品であるセルを不良品として判定してしまうケースが生じていた。

本発明は、このような問題を解決するためなされたものであり、本来は良品であるセルを不良品として判定するケースの発生を抑制できる二次電池の検査方法を提供することを目的とする。

本発明の二次電池の検査方法は、
複数のセルのエージング前後の電圧降下量を測定し、
前記電圧降下量が電圧降下閾値より小さいかを判定し、
前記電圧降下量が前記電圧降下閾値より小さいと判定された前記複数のセルを複数のグループに分類し、
前記グループ内の複数のセルの前記電圧降下量から、前記グループごとに良品基準値を設定し、
前記グループ内のセルの前記電圧降下量と前記良品基準値との差分が、良品閾値よりも小さいか否かを判定することにより、前記グループ内のセルの良否判定を行い、
前記良品閾値は、前記電圧降下量の関数である。

本発明では、
前記良品閾値は、前記電圧降下量が大きくなるにつれて小さくなる
ことが好ましい。

本発明の二次電池の検査方法によれば、本来は良品であるセルを不良品として判定するケースの発生を抑制できる。

実施の形態１にかかる二次電池の検査方法を示すフローチャートである。 実施の形態１にかかる二次電池の検査方法における良否判定基準を示す図である。 従来の二次電池の検査方法における良否判定基準を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
[実施の形態１]
本実施形態の二次電池の検査方法について説明する前に、検査対象となる二次電池について説明する。検査対象である二次電池は、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等である。本実施形態の二次電池の検査方法の検査対象は、エージングにより電圧降下が起きる二次電池であればどのような二次電池であってもよい。

例えば、リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出する正極および負極の間を、非水電解液中のリチウムイオンが移動することで充放電可能な二次電池である。リチウムイオン二次電池は、正極活物質を担持した正極材、負極活物質を担持した負極材、正極材および負極材の間に介在するセパレータ、並びに非水電解液を備える。リチウムイオン二次電池は、例えば帯状の正極材と帯状の負極材とを帯状のセパレータを介して捲回した捲回状の電極体を備えるものや、複数の正極材と複数の負極材とを、セパレータを介して交互に積層した積層状の電極体を備えるものなどが挙げられる。

図１は、本実施形態にかかる二次電池の検査方法を示すフローチャートである。
本実施形態の二次電池の検査方法を行う前提として、検査対象となる二次電池のセルは、所定の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）で充電されている必要がある。充電は、例えば、定電流定電圧充電を用いて行うことができる。

まず、所定の容量まで充電された複数のセルについてエージングを行い、複数のセルのエージング前後の電圧降下量ΔＶを測定する（ＳＴ１０１）。電圧降下量ΔＶは、エージング前の電池電圧とエージング後の電池電圧との差分を計算することにより求めることができる。

エージングは、自己放電工程であり、所定の環境温度（０〜３０℃）において開回路で電池を一定期間保存することにより、電池を自己放電させる。エージングの開始前に、冷却等により規定温度に達した電池の電圧を測定し、エージング前の電池電圧（正極と負極の電位差）の値を得る。電圧測定後、正極及び負極端子を開放し、所定の期間保存（エージング）する。所定の期間としては数日から数週間が好ましい。かかる期間とすることで、異物の混入による自己放電が顕在化し、電圧低下として検出可能になる。そして、所定の期間、自己放電させた電池の電圧を測定し、エージング後の電池電圧の値を得る。

電圧降下量ΔＶを測定した後、測定された電圧降下量ΔＶが電圧降下閾値Ｘ２より小さいかを判定する（ＳＴ１０２）。電圧降下閾値Ｘ２は、予め定められた定数であり、検査対象のセルが部品の製造ばらつき等による不良を判定するための閾値である。電圧降下量ΔＶが電圧降下閾値Ｘ２より大きいと判定された場合（ＳＴ１０２ ＮＯ）、検査対象のセルは不良品と判定される。

電圧降下量ΔＶが電圧降下閾値Ｘ２より小さいと判定された場合（ＳＴ１０２ ＹＥＳ）、電圧降下量ΔＶが電圧降下閾値Ｘ２より小さいと判定されたセルを複数のグループに分類する（ＳＴ１０３）。グループへの分類は、例えば、同一ロットの正極材を用いて製造されたセルを一のグループとして分類したり、同一ロットの治具を用いて製造されたセルを一のグループとして分類したりする。グループへの分類を行った後、各グループに属するセルの個数をメモリ（不図示）に記憶させてもよい。

次に、ＳＴ１０３において分類された各グループに属する複数のセルの電圧降下量ΔＶから、グループごとに良品基準値ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）を設定する（ＳＴ１０４）。各グループの良品基準値ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）は、グループに属する複数のセルで測定された電圧降下量ΔＶの中央値（メジアン）である。

グループ内の複数のセルの電圧降下量ΔＶと良品基準値ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）との差分ΔＶ−ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）が、良品閾値Ｙｔｈよりも小さいか否かを判定する（ＳＴ１０５）。これにより、グループ内のセルの良否判定を行う。良品閾値Ｙｔｈは、電圧降下量ΔＶの関数であり、Ｙｔｈ＝ｆ（ΔＶ）と表される。良品閾値Ｙｔｈは、電圧降下量ΔＶが小さくなるにつれて大きくなり、電圧降下量ΔＶが大きくなるにつれて小さくなる。ＳＴ１０５では、同一ロットのセルのグループ内での外れ値を検出できるので、異物混入による不良を検出することができる。

なお、ΔＶ−ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）の算出に用いる電圧降下量ΔＶの測定結果は、再度測定する必要は無く、ＳＴ１０１での測定結果を流用することができる。各セルの電圧降下量ΔＶの測定結果は、例えば、図示しないメモリにリスト形式で予め記憶されている。

ＳＴ１０５において良品と判定されたセルのうち同一グループに属するものについて、グループ毎に電圧降下量ΔＶの標準偏差を算出し、算出された標準偏差が閾値（ばらつき閾値）より小さいか否かを判定する（ＳＴ１０６）。ＳＴ１０６では、良品と判定されたセルのグループ内での、電圧降下量ΔＶのばらつきを検出できる。算出された標準偏差がばらつき閾値より小さい場合（ＳＴ１０６ ＹＥＳ）には、検査対象のセルは良品と判定され、次工程へと送られる（ＳＴ１０７）。算出された標準偏差がばらつき閾値以上の場合（ＳＴ１０６ ＮＯ）には、検査対象のセルは不良品と判定される（ＳＴ１０８）。

なお、上述のフローチャートの各処理（特に、ＳＴ１０２〜ＳＴ１０６）は、予め設定されたプログラムに応じて、ＣＰＵ(Central Processing Unit)を含む制御部（図示省略）により行われる。

図２は、本実施形態にかかる二次電池の検査方法における良否判定基準を示す図である。図２において、横軸（Ｘ軸）は電圧降下量ΔＶ、縦軸（Ｙ軸）は電圧降下量ΔＶと良品基準値ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）との差分ΔＶ−ΔＶ（ｍｅｄｉａｎ）、を示す。良品閾値Ｙｔｈは、電圧降下量の関数Ｙｔｈ＝ｆ（Ｘ）と表せ、図２中に太線２１０で示される。また、図２では、特許文献１に記載の電池の検査方法における電圧降下閾値をＸ１、良品閾値をＹ１と表している。

まず、特許文献１に記載の電池の検査方法による良否判定の例を、図３を用いて説明する。○プロット３１１、３１２は、Ｘ＜Ｘ１かつＹ＜Ｙ１を満たす。○プロット３１１、３１２は、特許文献１に記載の電池の検査方法において良品と判定される。□プロット３２１は、Ｘ＞Ｘ１かつＹ＜Ｙ１であり、不良品と判定される。□プロット３２２は、Ｘ＜Ｘ１かつＹ＞Ｙ１であり、不良品と判定される。□プロット３２３は、Ｘ＞Ｘ１かつＹ＞Ｙ１であり、不良品と判定される。

次に、本実施形態にかかる二次電池の検査方法による良否判定の例を、図２を用いて説明する。○プロット２１１、２１２は、Ｘ＜Ｘ１かつＹ＜Ｙ１を満たす。○プロット２１１、２１２は、本実施形態の二次電池の検査方法および特許文献１に記載の電池の検査方法の双方で良品と判定される。

△プロット２２１は、Ｘ＜Ｘ１かつＹ１＜Ｙ＜ｆ（Ｘ）を満たす。△プロット２２２は、Ｘ１＜Ｘ＜Ｘ２かつＹ＜ｆ（Ｘ）となっている。△プロット２２１、２２２は、特許文献１に記載の電池の検査方法では不良品と判定されるが、本実施形態の二次電池の検査方法では良品と判定される。

□プロット２３１は、Ｘ＜Ｘ２を満たすが、Ｙ＞ｆ（Ｘ）である。□プロット２３２も、Ｘ＜Ｘ２を満たすが、Ｙ＞ｆ（Ｘ）である。よって、□プロット２３１、２３２は、本実施形態の二次電池の検査方法であっても不良品と判定される。

すなわち、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｘ１、および、Ｙ＝ｆ（Ｘ）に囲まれた領域と、Ｘ＝０、Ｙ＝Ｙ１、および、Ｙ＝ｆ（Ｘ）に囲まれた領域と、が従来の検査方法よりも広がった良品の範囲である。

本実施形態の検査方法では、良品閾値Ｙｔｈを、各セルの電圧降下量ΔＶの関数としている。このため、各セルに最適な良品閾値で良否判定ができる。例えば、電圧降下閾値が小さいときには、良品閾値を大きくすることができ、結果として不良品と判定されるセルの数を減らすことができる。

以上、説明したように、本発明の二次電池の検査方法によれば、本来は良品であるセルを不良品として判定するケースの発生を抑制できる。本来は良品であるのに不良品とされていた二次電池を、良品として用いることができるので、製造コストの低減に寄与することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明にかかる二次電池の検査方法の対象となる二次電池は、自動車用二次電池に限定されるものではなく、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等の家電製品用二次電池であってもよい。また、本発明にかかる二次電池の検査方法の対象となる二次電池は、エージング前後の電圧降下量を測定できるものであればよく、リチウムイオン電池やニッケル水素電池に限定されるものではない。

また、上述の図１のフローチャートに含まれる任意の処理は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することができる。具体的には、検査対象となる複数のセルそれぞれの電圧降下量の計測結果のデータを取得できれば、ＣＰＵが、図示しないメモリに予め格納されたプログラムに基づいて、グループ分類、グループ内の電池セルの個数判定、中央値の算出、中央値との差分の算出、標準偏差の算出、及び、良否の判定等を行うことができる。なお、グループ分類の処理においては、各セルの製造工程の条件に関する情報が必要となるが、これらの情報は、良否判定の段階において、各電池セルに予め対応付けられているものとする。より詳細には、製造工程の条件（製造ロット、製造場所、エージング時の温度、時間及び日時等）に関する情報が、予め各電池セルの電圧降下量等の測定結果に対応付けて、図示しないメモリに保存されているものとする。さらに、コンピュータが上述の処理を実現するプログラムを実行することにより、上述の実施の形態の機能が実現される場合だけでなく、このプログラムが、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（Operating System）もしくはアプリケーションソフトウェアと共同して、上述の処理を実現する場合も、本発明の実施の形態に含まれる。

２１０ 良品閾値 Ｙｔｈ＝ｆ（Ｘ）
２１１、２１２ 本発明の二次電池の検査方法での良品の例
２２１、２２２ 本発明の二次電池の検査方法では良品であるが、従来は不良品と判定されていた例
２３１、２３２ 本発明の二次電池の検査方法での不良品の例
３１１、３１２ 従来の二次電池の検査方法での良品の例
３２１〜３２３ 従来の二次電池の検査方法での不良品の例

Claims (2)

1. 複数のセルのエージング前後の電圧降下量を測定し、
   前記電圧降下量が電圧降下閾値より小さいかを判定し、
   前記電圧降下量が前記電圧降下閾値より小さいと判定された前記複数のセルを複数のグループに分類し、
   前記グループ内の複数のセルの前記電圧降下量から、前記グループごとに良品基準値を設定し、
   前記グループ内のセルの前記電圧降下量と前記良品基準値との差分が、良品閾値よりも小さいか否かを判定することにより、前記グループ内のセルの良否判定を行い、
   前記良品閾値は、前記電圧降下量の関数である
   二次電池の検査方法。
2. 前記良品閾値は、前記電圧降下量が大きくなるにつれて小さくなる
   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。

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