JP2016050779A - 電極の評価方法 - Google Patents
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- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
【解決手段】二次電池に使用されている電極の構造の違いを検知するための方法であって、電極から作成した第1試料の共振周波数を測定する段階と、電極から作成した第2試料の共振周波数を測定する段階(S12)と、第1試料の共振周波数と第2試料の共振周波数を比較する段階(S13)と、を有する電極の評価方法。
【選択図】図3
Description
実施形態1の評価方法は、電極から作成した少なくとも2つの試料の共振周波数を比べることで、それら電極の構造に違いがあるか否かを評価するものである。
レーザー変位計208によって測定された波形から、t=0のときの振幅A0および任意の時間tのときの振幅A(t)が得られる。高周波電源206を切った直後、すなわち試料に力がかからなくなった時点をt=0とする。振幅A0はこのときの振幅である。この測定においては、振幅A0が最大振幅となる。そして、得られた振幅A0および振幅A(t)を用いて(1)式から吸収係数αが算出できる。
周波数fは、レーザー変位計208によって測定された波形から得られる。レーザー変位計208によって測定された波形はパソコン209によって再現されると同時に、周波数、振幅などの測定値が得られる。また、レーザー変位計208にオシロスコープを接続して、波形をみられるようにして周波数、振幅などの測定値を得てもよい。
実施形態2の評価方法は、電極から作成した少なくとも2つの試料の共振周波数を測定後、それらの内部摩擦を算出して、内部摩擦を比べる。これにより電極の構造に違いがあるか否かを評価するものである。
実施形態1および2による電極の評価方法を用いて、たとえば下記のとおり3つの評価が可能である。
二次電池によっては、一つの密閉容器(缶、フィルムラミネート封止体など)内に複数の電極を入れた形態のものがある(この場合の複数の電極とは、正極が2個以上、それと対をなす負極も2個以上という意味である)。
電池仕様、製造ライン、製造装置、製造条件などが同じ2つのリチウムイオン二次電池を用意した。
以上のように、本実施形態1および2によれば、電極から少なくとも2つ試料を作成して、それら試料のもとになっている電極の構造の違いを、共振周波数の違い(実施形態1)、または内部摩擦の違い(実施形態2)によって評価することができる。このため従来のように、電極に通電する必要がない。このため評価中の通電によって電極の活物質が変化したり、電極自体の温度が変化したりすることはない。したがって、本実施形態では、評価中の電極に電気を流すなど、構造変化や温度変化をきたすような要因を加えることなく、電極の構造に違いを正確に評価することができる。
ここで実施形態1または2の評価対象となり得る二次電池の例を説明する。図9は二次電池の1例としてのリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
図示するチウムイオン二次電池10は、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ27、負極タブ25が引き出されている。発電要素21は、リチウムイオン二次電池10の電池外装材29によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素21は、正極タブ27および負極タブ25を外部に引き出した状態で密封されている。発電要素21は、正極150、電解質層17および負極130で構成される単電池層(単セル)19が複数積層されたものである。このためこのような形態の電池は積層型電池とも称される。
図10はリチウムイオン二次電池の構成を示す概略断面図である。
正極活物質層15は、放電時にイオンを吸蔵し、充電時にイオンを放出できる正極活物質を含む。具体的には、リチウム含有遷移金属酸化物、またはリチウム含有複合遷移金属酸化物など含む。正極活物質層は、さらに必要に応じて、界面活性剤、導電助剤、バインダー、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などを含む。
負極活物質層13としては、たとえば、グラファイト(黒鉛)、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、ケイ素系材料、スズ系材料などを含む。またこれらが2種以上含まれていてもよい。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
本実施形態における電解質層は、セパレーターに電解液が含浸されてなる構成を有する。本実施形態にかかるセパレーターは、電解液を浸潤させた際のイオン伝導率が電解液単体のイオン伝導率に対して一定の割合以上であること、および/または開口率(単位面積あたりに占める空孔の割合)が一定の割合以上であることを特徴とする。
セパレーターは、電解質を保持して正極150と負極130との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極150と負極130との間の隔壁としての機能を有する。
セパレーターに浸潤する電解質としては、特に制限されないが、液体電解質またはゲルポリマー電解質が用いられる。ゲルポリマー電解質を用いることにより、電極間距離の安定化が図られ、分極の発生が抑制され、耐久性(サイクル特性)が向上する。
集電体を構成する材料は導電材料であれば特に制限はないが、好適には金属が用いられる。
集電板(25、27)を構成する材料は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料が用いられうる。集電板の構成材料としては、たとえば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼(SUS)、これらの合金等の金属材料が好ましい。軽量、耐食性、高導電性の観点から、より好ましくはアルミニウム、銅であり、特に好ましくはアルミニウムである。なお、正極集電板25と負極集電板27とでは、同一の材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。
電池外装体29としては、公知の金属缶ケースを用いることができるほか、発電要素を覆うことができる、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた袋状のケースが用いられうる。該ラミネートフィルムには、たとえば、PP、アルミニウム、ポリアミド系合成繊維をこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、EV、HEV用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部からかかる発電要素への電圧を容易に調整することができ、所望の電解液層厚みへと調整容易であることから、外装体はアルミネートラミネートがより好ましい。
11 負極集電体、
12 正極集電体、
13 負極活物質層、
15 正極活物質層、
17 セパレーター、
19 単電池層、
21 発電要素、
25 負極集電板(タブ)、
27 正極集電板(タブ)、
29 電池外装材、
130 負極、
150 正極、
200 真空チャンバ、
201 真空ポンプ、
202 液体窒素、
203 冷却器、
204 電気ヒーター、
205 台座、
206 高周波電源、
207 電極、
208 レーザー変位計、
209 パソコン、
300 試料。
Claims (7)
- 二次電池に使用されている電極の構造の違いを検知するための評価方法であって、
電極から作成した第1試料の共振周波数を測定する段階と、
電極から作成した第2試料の共振周波数を測定する段階と、
前記第1試料の共振周波数と前記第2試料の共振周波数を比較する段階と、
を有することを特徴とする電極の評価方法。 - 二次電池に使用されている電極の構造の違いを検知するための評価方法であって、
電極から作成した第1試料の共振周波数を測定する段階と、
電極から作成した第2試料の共振周波数を測定する段階と、
前記第1試料の共振周波数から内部摩擦を算出する段階と、
前記第2試料の共振周波数から内部摩擦を算出する段階と、
前記第1試料の内部摩擦と前記第2試料の内部摩擦を比較する段階と、
を有することを特徴とする電極の評価方法。 - 前記第1試料と前記第2試料は、充放電回数が異なる2つの二次電池からそれぞれ取り出した電極から作成したものであることを特徴とする請求項1または2に記載の電極の評価方法。
- 前記第1試料と前記第2試料は、少なくとも1回の充放電を行った一つの二次電池から取り出した一つの電極内の異なる部分から作成したものであることを特徴とする請求項1または2に記載の電極の評価方法。
- 前記第1試料と前記第2試料は、少なくとも1回の充放電を行った一つの二次電池から取り出した異なる電極からそれぞれ作成したものであることを特徴とする請求項1または2に記載の電極の評価方法。
- 前記電極は、正極または負極であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の電極の評価方法。
- 前記共振周波数は、振動リード法により測定することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の電極の評価方法。
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