JP2017174704A - Safety evaluation test method for power storage device, and safety evaluation test apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、リチウムイオン電池に代表される蓄電デバイスについて、安全性評価試験を行う場合の安全性評価試験方法と安全性評価試験装置に関する。 The present invention relates to a safety evaluation test method and a safety evaluation test apparatus for conducting a safety evaluation test on an electricity storage device represented by a lithium ion battery.
昨今における蓄電デバイスの重要な一角を占めるリチウムイオン電池は、他の二次電池に比較して高いエネルギー密度を有し、単一のセルにおいて高い出力電圧が得られることから、電気自動車、ハイブリッド自動車、電力貯蔵用の蓄電デバイスとしての需要が拡大しており、さらにはノートパソコンやスマートフォンなどの携帯型端末機器の分野においても市場規模が拡大している。 Lithium ion batteries, which occupy an important corner of power storage devices in recent years, have a high energy density compared to other secondary batteries, and a high output voltage can be obtained in a single cell. Demand for power storage devices for power storage is expanding, and the market size is expanding in the field of portable terminal devices such as notebook computers and smartphones.
しかしながら、リチウムイオン電池は内部短絡を起こすと、急激な発熱(ジュール熱など)を生じ、電池内部の有機電解液が分解、蒸発して、有害なガスの発生や、爆発および火炎の吹き出しを伴う事故に発展する可能性が高く、安全性の面での課題が残されている。この課題を解決するために、電池の安全性を確認する上で、安全性評価試験が重視されており、特に電池の内部短絡を引き起こす可能性の高いいくつかの試験が採用される。 However, when an internal short circuit occurs in a lithium ion battery, a sudden heat generation (Joule heat, etc.) occurs, and the organic electrolyte inside the battery decomposes and evaporates, generating harmful gas, explosion and blowing out flames. There is a high possibility that it will develop into an accident, and there are still safety issues. In order to solve this problem, in order to confirm the safety of the battery, the safety evaluation test is emphasized, and some tests that are likely to cause an internal short circuit of the battery are employed.
その代表的なものが、完成状態の被検物(リチウムイオン電池)に導電性の異物を挿入して内部短絡を模擬した状態として、安全性を検証する手段が用いられる。
その一例として、通称「釘刺し試験」(非特許文献1)と呼ばれるものがあり、電池に鉄釘を打ち込み、貫通させて内部短絡を起こす試験である。
これは、試験に際して発熱や発煙、発火や破裂を引き起こすことがある。すなわち、現状の「釘刺し試験」は、種々の原因で電池の内部で短絡が発生した場合に、事故につながるような発熱や発煙、発火や破裂が生じないことを確認するための安全性の評価試験として位置付けられている。
As a representative example, a means for verifying safety is used in a state in which a conductive foreign object is inserted into a completed test object (lithium ion battery) to simulate an internal short circuit.
As an example, there is a so-called “nail penetration test” (Non-patent Document 1), which is a test in which an iron nail is driven into a battery to cause an internal short circuit.
This can cause fever, smoke, fire and rupture during testing. In other words, the current “nail penetration test” is a safety measure for confirming that heat generation, smoke generation, ignition or rupture that would lead to an accident does not occur when a short circuit occurs inside the battery for various reasons. It is positioned as an evaluation test.
そこで、この試験に際しての人的および物的な被害予防の観点から、大きな内圧に耐え得る高耐圧および防爆構造のチャンバー内で試験を行うか、あるいは密閉チャンバー内を不活性な例えばアルゴンガスなどで満たし、発火を抑制して試験を行うなどの提案(非特許文献2、特許文献1)もなされている。
Therefore, from the viewpoint of preventing human and physical damage during this test, the test is performed in a high pressure-resistant and explosion-proof chamber capable of withstanding a large internal pressure, or the inside of the sealed chamber is inert with, for example, argon gas. There are also proposals (
この釘刺し試験は、前記したとおり完成状態の電池を被検物として扱うものとなる。
そして、電池の正極と負極が、鉄釘により短絡されることで発生する熱エネルギーが、有機物で構成される電解液を燃焼に導くことになり、これが前記した発火や破裂を伴うものとなる。したがって、釘刺し試験には、この発火や破裂から受ける被害を防ぐために、特許文献1や非特許文献2に示されたような比較的大掛かりな設備を導入する必要が生ずるものとなる。
In the nail penetration test, the completed battery is handled as a test object as described above.
Then, the thermal energy generated when the positive electrode and the negative electrode of the battery are short-circuited by the iron nail leads to combustion of the electrolyte composed of organic matter, which is accompanied by the above-described ignition and rupture. Therefore, in order to prevent damage from the ignition and rupture, it is necessary to introduce a relatively large facility as shown in
ところで、前記した電池の内部短絡による安全性評価試験を行うに際しては、電解液が存在しない状態おいても、正極と負極の電極材料を短絡させることによる電気エネルギーにより、電極材料そのものが燃焼されることが判明しており、この点については一般に知られていない。
したがって、前記した事象を利用することで、電解液を用いることなく、正極および負極を構成する電極材料と、セパレータの組み合わせ、およびこれに印加される直流電源を用いた疑似蓄電デバイスを利用することで、この種の蓄電デバイスの安全性を定量的に確認することが可能になる。
すなわち、蓄電デバイスの組み立て前の材料段階の状態で、蓄電デバイスに内部短絡が生じた場合の挙動を観察し、安全性の評価を行うことが可能となる。
By the way, when performing the safety evaluation test by the internal short circuit of the battery described above, the electrode material itself is combusted by the electrical energy by short-circuiting the electrode material of the positive electrode and the negative electrode even in the absence of the electrolyte. It has been found that this is not generally known.
Therefore, by using the above-described event, a pseudo electricity storage device using a combination of an electrode material constituting a positive electrode and a negative electrode, a separator, and a DC power source applied to the electrode material can be used without using an electrolyte. Thus, it is possible to quantitatively confirm the safety of this type of power storage device.
In other words, it is possible to evaluate the safety by observing the behavior when an internal short circuit occurs in the power storage device in the material stage before the assembly of the power storage device.
この発明は、前記した技術的な観点に基づいてなされたものであり、電解液を使うことなく、電極材料とセパレータの組み合わせによる疑似蓄電デバイスを利用し、この電極材料とセパレータを用いた場合の蓄電デバイスの安全性を定量的に確認しようとするものである。
加えてこの発明は、基本的には単一のセルを構成する少量の電極材料とセパレータを利用すると共に、これに外部電源を活用することで、各セルを並列接続した大容量の蓄電デバイスを想定した蓄電デバイスの安全性評価試験方法および試験装置を提供することを課題とするものである。
The present invention has been made based on the above-described technical viewpoint, and utilizes a pseudo electricity storage device by a combination of an electrode material and a separator without using an electrolytic solution, and the case where this electrode material and separator are used. It is intended to quantitatively confirm the safety of the electricity storage device.
In addition, the present invention basically uses a small amount of electrode material and a separator constituting a single cell, and by utilizing an external power source for this, a large-capacity electricity storage device in which cells are connected in parallel. An object of the present invention is to provide a safety evaluation test method and a test apparatus for an assumed power storage device.
前記した課題を達成するためになされたこの発明に係る蓄電デバイスの安全性評価試験方法は、正極集電体と正極活物質層を含むシート状の正電極材料と、負極集電体と負極活物質層を含むシート状の負電極材料との間に、シート状のセパレータ材料またはシート状の固体電解質が介在されてステージ上で重ね合わされることで疑似蓄電デバイスを形成する工程と、前記疑似蓄電デバイスの正極集電体および負極集電体との間に、定められた電圧もしくは電流を供給する工程と、前記ステージに向かって試験釘を進行させて、当該試験釘によって前記疑似蓄電デバイスを貫通することで、前記正極集電体と負極集電体とを短絡させる工程とが実行され、前記正極集電体と負極集電体の短絡により、前記疑似蓄電デバイスの電極材料が燃焼状態に移行するか否かを検証する点に特徴を有する。 A safety evaluation test method for an electricity storage device according to the present invention, which has been made to achieve the above-described problems, includes a sheet-like positive electrode material including a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer, a negative electrode current collector, and a negative electrode active material. A step of forming a pseudo electricity storage device by interposing a sheet-like separator material or a sheet-like solid electrolyte on a stage between a sheet-like negative electrode material including a substance layer, and the pseudo electricity storage A step of supplying a predetermined voltage or current between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the device, and a test nail is advanced toward the stage, and the pseudo power storage device is penetrated by the test nail A step of short-circuiting the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, and the short-circuit between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector causes the electrode material of the pseudo power storage device to be in a combustion state Characterized in that it verifies whether migration.
この場合、前記正電極材料および負電極材料として、充電した電池より取り出して電解液を除去したものを用いる場合もある。
また、好ましくは前記疑似蓄電デバイスが載置されるステージとして、パイプ状のステージもしくは平面状のステージが利用される。
そして、前記正極集電体と負極集電体との間に供給する電圧値もしくは電流値を変更して、前記検証を行うことが望ましい。
In this case, as the positive electrode material and the negative electrode material, there may be used a material obtained by removing the electrolyte solution from a charged battery.
Preferably, a pipe-like stage or a planar stage is used as the stage on which the pseudo power storage device is placed.
Then, it is desirable to perform the verification by changing a voltage value or a current value supplied between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector.
さらに、前記ステージを加熱または冷却した状態で、前記検証を行う場合もあり、さらには、前記試験釘として、直径の異なる複数の試験釘もしくは先端形状が異なる複数の試験釘を利用して、前記検証を行ない、しかも、試験釘におけるステージ側への進行速度を異ならせて、前記検証を行う場合もある。 Further, the verification may be performed in a state where the stage is heated or cooled. Further, as the test nail, a plurality of test nails having different diameters or a plurality of test nails having different tip shapes are used. In some cases, the verification is performed, and further, the verification is performed by changing the traveling speed of the test nail toward the stage.
一方、前記した課題を達成するためになされたこの発明に係る蓄電デバイスの安全性評価試験装置は、正極集電体と正極活物質層を含むシート状の正電極材料と、負極集電体と負極活物質層を含むシート状の負電極材料との間に、シート状のセパレータ材料またはシート状の固体電解質が介在されて重ね合わせることで構成された疑似蓄電デバイスを載置するステージと、前記疑似蓄電デバイスの正極集電体および負極集電体との間に定められた電圧もしくは電流を供給する電源供給装置と、前記ステージ側に向かって進行し、前記疑似蓄電デバイスを貫通することにより、前記正極集電体と負極集電体とを短絡させることができる試験釘とが備えられる。 On the other hand, a safety evaluation test apparatus for an electricity storage device according to the present invention, which has been made to achieve the above-described problem, includes a sheet-like positive electrode material including a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer, a negative electrode current collector, A stage on which a pseudo electricity storage device configured by stacking a sheet-like separator material or a sheet-like solid electrolyte interposed between and sandwiching a sheet-like negative electrode material including a negative electrode active material layer; and A power supply device that supplies a voltage or current determined between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the pseudo electricity storage device, and proceeds toward the stage side, by penetrating the pseudo electricity storage device, A test nail capable of short-circuiting the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is provided.
この場合、前記疑似蓄電デバイスが載置されるステージとして、パイプ状のステージもしくは平面状のステージが、交換可能に構成されていることが望ましい。そして、パイプ状のステージが取り付けられたプレートには、好ましくは前記正電極材料、前記セパレータ材料、前記負電極材料の両端部をそれぞれ把持するチャック機構が備えられる。 In this case, it is desirable that a pipe-like stage or a planar stage is configured to be replaceable as a stage on which the pseudo power storage device is placed. The plate to which the pipe-like stage is attached is preferably provided with a chuck mechanism that grips both ends of the positive electrode material, the separator material, and the negative electrode material.
また、前記電源供給装置は、好ましくは前記正極集電体と負極集電体との間に供給する電圧値もしくは電流値が変更可能となるように構成される。
加えて、好ましい実施の形態においては、前記疑似蓄電デバイスを載置するステージを加熱または冷却することができるヒータもしくは冷却手段が、前記ステージ内に配置される。
The power supply device is preferably configured such that a voltage value or a current value supplied between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector can be changed.
In addition, in a preferred embodiment, a heater or cooling means capable of heating or cooling the stage on which the pseudo power storage device is placed is disposed in the stage.
また、前記試験釘は、前記ステージ側に向かって進行および後退するホルダーに着脱可能に取り付けられることが望ましく、前記ホルダーには直径の異なる試験釘もしくは先端形状の異なる試験釘がそれぞれ取り付け可能に構成される。
さらに、前記試験釘における前記ステージ側へ向かう進行速度は制御可能に構成されることが望ましい。
The test nail is preferably detachably attached to a holder that advances and retracts toward the stage side, and a test nail having a different diameter or a test nail having a different tip shape can be attached to the holder. Is done.
Furthermore, it is preferable that the traveling speed of the test nail toward the stage is configured to be controllable.
前記したこの発明に係る蓄電デバイスの安全性評価試験方法および安全性評価試験装置によると、シート状の正電極材料と、シート状の負電極材料との間に、シート状のセパレータ材料を介在させて重ね合わせることで形成された疑似蓄電デバイスが、ステージ上に載置されて被検物として用いられる。そして、電源供給装置より正電極材料の正極集電体と、負電極材料の負極集電体との間に定められた電圧もしくは電流が供給された状態で、試験釘をステージ側に向かって進行させて、前記正極集電体と負極集電体とを短絡させる操作がなされる。 According to the safety evaluation test method and the safety evaluation test apparatus for an electricity storage device according to the present invention described above, a sheet-like separator material is interposed between the sheet-like positive electrode material and the sheet-like negative electrode material. The pseudo electricity storage device formed by superimposing them is placed on a stage and used as a test object. Then, the test nail advances toward the stage while the voltage or current determined between the positive current collector of the positive electrode material and the negative current collector of the negative electrode material is supplied from the power supply device. Thus, an operation of short-circuiting the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is performed.
この短絡操作の結果において、前記疑似蓄電デバイスの電極材料が連続燃焼状態に移行するか否かを検証することで、この種の蓄電デバイスの安全性を定量的に確認することが可能になる。すなわちこの発明に係る安全性評価試験方法および評価試験装置によると、蓄電デバイスの組み立て前の材料段階における疑似蓄電デバイスを利用して、内部短絡が生じた場合の挙動を観察することができ、これにより安全性の評価を行うことになる。 By verifying whether or not the electrode material of the pseudo power storage device shifts to a continuous combustion state as a result of this short-circuit operation, the safety of this type of power storage device can be quantitatively confirmed. That is, according to the safety evaluation test method and the evaluation test apparatus according to the present invention, it is possible to observe the behavior when an internal short circuit occurs using the pseudo power storage device in the material stage before the assembly of the power storage device. Therefore, safety will be evaluated.
したがって、この安全性評価試験方法および評価試験装置によると、電解液を用いない状態で短絡試験を行うことができるので、電解液の分解、蒸発による有害ガスの発生や、爆発および火炎の吹き出しによる人的、物的に受ける被害を防止することができる。
これにより、前記した特許文献1および非特許文献2に開示されたような高耐圧および防爆構造のチャンバーを用意すること、またチャンバー内を不活性なガスで満たすなどの付帯設備は必ずしも必要ではなくなる。それ故、前記した従来の安全性評価試験に比較して、手軽にかつ短時間でこの種の蓄電デバイスの安全性評価試験を行うことが可能になる。
Therefore, according to the safety evaluation test method and the evaluation test apparatus, the short circuit test can be performed without using the electrolyte solution. Therefore, the decomposition of the electrolyte solution, the generation of harmful gas due to evaporation, the explosion and the blowing of flame. It can prevent human and material damage.
Accordingly, it is not always necessary to prepare a high pressure-proof and explosion-proof chamber as disclosed in
この発明に係る安全性評価試験方法および安全性評価試験装置の対象となる蓄電デバイスの代表例として、前記したリチウムイオン電池を挙げることができる。
このリチウムイオン電池は、正極活物質として金属の酸化物のリチウム塩が用いられる。このリチウム塩には導電補助剤としての炭素および結着剤が加えられ、正極集電体として機能する例えばアルミニウム箔の両面にコーティングされる。これにより得られる正電極材料は、シート状に形成される。
As a representative example of the electricity storage device that is the subject of the safety evaluation test method and the safety evaluation test apparatus according to the present invention, the above-described lithium ion battery can be cited.
In this lithium ion battery, a lithium salt of a metal oxide is used as a positive electrode active material. Carbon and a binder as a conductive auxiliary agent are added to the lithium salt, and are coated on both surfaces of, for example, an aluminum foil that functions as a positive electrode current collector. The positive electrode material obtained in this way is formed in a sheet shape.
この正極シートとしては、前記したとおり、正極活物質、導電材及び結着剤を含む合剤を集電体上に担持したものを用いる。
具体的には、リチウムイオンを吸蔵放出可能な材料を含み、導電材として炭素質材料を含み、結着剤として熱可塑性樹脂などを含むものを用いることができる。
As the positive electrode sheet, as described above, a sheet in which a mixture containing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder is supported on a current collector is used.
Specifically, a material including a material capable of inserting and extracting lithium ions, a carbonaceous material as a conductive material, and a thermoplastic resin as a binder can be used.
リチウムイオンを吸蔵放出可能な材料としては、V、Mn、Fe、Co、Niなどの遷移金属を少なくとも1種含むリチウム複合酸化物が挙げられる。
また、α−NaFeO2 型構造を有するリチウム複合酸化物やリチウムマンガンスピネルやオリビン酸鉄リチウムなどのスピネル型構造を有するリチウム複合酸化物が挙げられる。リチウム複合酸化物は、種々の金属元素を含んでもよく、特にTi、V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Mg、Al、Ga、In、Zr、Sr及びSnからなる群から選ばれた少なくとも1種の金属元素を含むことも可能である。
Examples of the material capable of inserting and extracting lithium ions include lithium composite oxides containing at least one transition metal such as V, Mn, Fe, Co, and Ni.
In addition, lithium composite oxides having an α-NaFeO 2 type structure, lithium composite oxides having a spinel type structure such as lithium manganese spinel, lithium iron olivine, and the like can be given. The lithium composite oxide may contain various metal elements, particularly selected from the group consisting of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Mg, Al, Ga, In, Zr, Sr and Sn. It is also possible to include at least one metal element.
また、リチウムイオン電池の負極活物質としては、リチウムを吸蔵および放出が可能な炭素系材料が用いられる。この炭素系材料には必要に応じて導電補助剤および結着剤が加えられ、負極集電体として機能する例えば銅箔の両面にコーティングされる。これにより得られる負電極材料は、同じくシート状に形成される。 In addition, as the negative electrode active material of the lithium ion battery, a carbon-based material capable of inserting and extracting lithium is used. If necessary, a conductive additive and a binder are added to the carbon-based material, and the carbon material is coated on, for example, both surfaces of a copper foil functioning as a negative electrode current collector. The negative electrode material obtained by this is similarly formed into a sheet shape.
この負極シートにおけるリチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料として、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス類、カーボンブラック、熱分解炭素類、炭素繊維、有機高分子化合物焼成体などの炭素質材料、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープ・脱ドープを行う酸化物、硫化物等のカルコゲン化合物が挙げられる。
炭素質材料として、天然黒鉛、人造黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料を主成分とすると良く、一方でリチウムチタンオキサイドなどの金属酸化物のリチウム塩を用いることもできる。また、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料、リチウム金属又はリチウム合金などを用いることができる。
As materials capable of occluding and releasing lithium ions in this negative electrode sheet, natural graphite, artificial graphite, cokes, carbon black, pyrolytic carbons, carbon fibers, organic polymer compound fired bodies, etc. Examples thereof include chalcogen compounds such as oxides and sulfides that dope and dedope lithium ions at a low potential.
As the carbonaceous material, a carbon material such as natural graphite, artificial graphite, soft carbon, or hard carbon may be used as a main component, and a lithium salt of a metal oxide such as lithium titanium oxide may be used. Further, a material capable of inserting and extracting lithium ions, lithium metal, a lithium alloy, or the like can be used.
一方、リチウムイオン電池には、正極と負極を隔離して、両極の接触による電流の短絡を防止するセパレータが用いられる。このセパレータはリチウムイオンを通過させる機能を備えた多孔質フィルムが用いられ、多孔質フィルムの製造方法としては乾式や湿式での延伸に加え、不織布として多孔質を形成しても良い。
その材質としてはアラミド、ガラス、セルロース、ナイロン、ビニロン、ポリエステル、ポリオレフィン、レーヨン、低密度ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル、合成ゴム、共重合ポリアミド、共重合ポリエステルなどが使用される。
On the other hand, a separator that separates a positive electrode and a negative electrode and prevents a short circuit of current due to contact between both electrodes is used in a lithium ion battery. As this separator, a porous film having a function of allowing lithium ions to pass through is used. As a method for producing the porous film, the separator may be porous as a nonwoven fabric in addition to stretching in a dry or wet manner.
As the material, aramid, glass, cellulose, nylon, vinylon, polyester, polyolefin, rayon, low density polyethylene, ethylene vinyl acetate, synthetic rubber, copolymerized polyamide, copolymerized polyester, etc. are used.
またセパレータ部分に固体電解質を使用されていても良い。
固体電解質としては、ポリビニリデンフロライド、ビニリデンフロライドの共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフロロプロピレンの共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテルの共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレンの共重合体、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレンの共重合体、熱可塑性ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂及びカルボキシメチルセルロースなどポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンと六フッ化プロピレン共重合体、ポリアクリルアミド、ポリメタクリル酸メチル等をポリマーマトリックスとし、電解質塩としては、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(Cl F2l+1SO2)(CmF2m+1SO2)(l、mは1以上の整数)、あるいはジフルオロ(オキサラト)ホウ酸リチウムなどのうち1種を用いても良く、あるいは2種以上を組み合わせた複合体又はゲル架橋体が挙げられる。
A solid electrolyte may be used for the separator portion.
Solid electrolytes include polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride copolymer, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, ethylene- Copolymers of tetrafluoroethylene, copolymers of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene, thermoplastic resins such as thermoplastic polyimide, polyethylene and polypropylene, and polyethylene oxide such as carboxymethyl cellulose, polypropylene oxide, polyvinylidene fluoride, Polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene copolymer, polyacrylamide, polymethyl methacrylate, etc. are used as a polymer matrix to form an electrolyte salt. Is, LiPF 6, LiAsF 6, LiBF 4,
ところで、前記したシート状の正電極材料と、負電極材料との間に、シート状のセパレータ材料を介在させて重ね合わせることで、有機電解液が存在しない状態の疑似蓄電デバイスを構成させることができる。この疑似蓄電デバイスを例えば加熱した場合には、加熱により正電極材料を構成するリチウム塩から酸素が発生し、この酸素は負電極材料を構成する炭素に作用して発火および燃焼することになる。 By the way, the sheet-like positive electrode material and the negative electrode material are overlapped with a sheet-like separator material interposed therebetween, thereby forming a pseudo electricity storage device in a state where no organic electrolyte exists. it can. When this pseudo electricity storage device is heated, for example, oxygen is generated from the lithium salt constituting the positive electrode material by heating, and this oxygen acts on the carbon constituting the negative electrode material to ignite and burn.
この発明に係る蓄電デバイスの安全性評価試験方法および評価試験装置は、蓄電デバイスの組み立て前の材料段階による前記した疑似蓄電デバイスを利用して、釘刺し試験により蓄電デバイスに内部短絡を生じさせるものである。そして内部短絡が生じた場合の挙動、すなわち電極材料が連続燃焼の状態に移行するか否かを観察することで、蓄電デバイスの安全性を検証する点に基本的な発想がある。
これにより、燃焼により危険を伴う有機電解液を使わずに、蓄電デバイスの安全性を評価できるものとなる。
A safety evaluation test method and an evaluation test apparatus for an electricity storage device according to the present invention cause an internal short circuit in an electricity storage device by a nail penetration test using the pseudo electricity storage device described above in the material stage before the assembly of the electricity storage device. It is. The basic idea is to verify the safety of the electricity storage device by observing the behavior when an internal short circuit occurs, that is, whether or not the electrode material shifts to a continuous combustion state.
This makes it possible to evaluate the safety of the electricity storage device without using an organic electrolyte that is dangerous due to combustion.
図1は、この発明に係る蓄電デバイスの安全性評価試験方法を説明する模式図であり、また図1はこの発明に係る安全性評価試験装置の基本構成を示すものでもある。
図1に示す構成は、疑似蓄電デバイスが載置されるステージとして、パイプ状のステージを利用した例を示しており、このパイプ状ステージ1は、軸芯が水平となるように後述する垂直のプレート面に取り付けられている。なお、このパイプ状のステージ1は好ましくはステンレス鋼により構成され、後述するようにその軸芯部分には、ステージ1を加熱することができるヒータが埋設されている。
なお、この実施の形態においては、ステージ1を加熱するヒータが用いられているが、これは加熱および冷却が共にできるように構成することが望ましい。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a safety evaluation test method for an electricity storage device according to the present invention, and FIG. 1 also shows a basic configuration of a safety evaluation test apparatus according to the present invention.
The configuration shown in FIG. 1 shows an example in which a pipe-like stage is used as a stage on which a pseudo power storage device is placed. This pipe-
In this embodiment, a heater for heating the
このパイプ状ステージ1の直上には、試験釘2が垂直状態に配置されており、この試験釘2は、後述する駆動機構(アクチュエータ)により矢印で示したようにパイプ状ステージ1の軸芯に向かって進行(下降)または後退(上昇)できるように構成されている。
そして、図1に示す例においては、前記パイプ状ステージ1には、前記したシート状の負電極材料S1、シート状のセパレータ材料S2、シート状の正電極材料S3が順に重ねられ、パイプ状ステージ1に疑似蓄電デバイスS0が載置された状態になされる。
A
In the example shown in FIG. 1, the pipe-shaped
前記ステージ1上に重ねられた各電極材料およびセパレータ材料の各端部を把持するチャック機構が備えられており、このチャック機構は、絶縁性の素材により形成された固定パイプと可動パイプにより構成される。
図1に示す例では、前記した負電極材料S1の各端部を把持する第1チャック機構C1が、前記したパイプ状ステージ1の直下に配置されている。これは1つの固定パイプ3と、この固定パイプ3の左右両側に配置された可動パイプ4L,4Rにより構成されている。
A chuck mechanism for gripping each end portion of each electrode material and separator material stacked on the
In the example shown in FIG. 1, the first chuck mechanism C <b> 1 that holds each end portion of the negative electrode material S <b> 1 is disposed immediately below the pipe-shaped
なお、第1チャック機構がC1を構成する可動パイプ4L,4Rは、固定パイプ3を中央にして、その両側で矢印で示すように固定パイプ3に対して接離できるように構成されている。すなわち、可動パイプ4L,4Rを、固定パイプ3から離れた状態に位置させて、前記負電極材料S1を装着し、その後可動パイプ4L,4Rを図1に示す状態に移動させることで、負電極材料S1の両端部が図1に示すように第1チャック機構C1によって把持される。
In addition, the movable pipes 4L and 4R whose first chuck mechanism constitutes C1 are configured so that the fixed
また、前記セパレータ材料S2の各端部を把持する第2チャック機構C2L,C2Rが、パイプ状ステージ1と第1チャック機構C1との中間位置において左右に分かれて配置されている。これらは固定パイプ5L,5Rと、可動パイプ6L,6Rとにより構成されており、可動パイプ6L,6Rは、固定パイプ5L,5Rに対して矢印で示すように接離できるように構成されている。したがって、セパレータ材料S2の各端部も同様に図1に示すように、左右の第2チャック機構C2L,C2Rによって把持することができる。
Further, the second chuck mechanisms C2L and C2R that grip the respective end portions of the separator material S2 are arranged separately on the left and right at an intermediate position between the pipe-
さらに、前記正電極材料S3の各端部を把持する第3チャック機構C3L,C3Rが、パイプ状ステージ1の両外側の位置において左右に分かれて配置されている。これらは固定パイプ7L,7Rと、可動パイプ8L,8Rとにより構成されており、可動パイプ8L,8Rは、固定パイプ7L,7Rに対して矢印で示すように接離できるように構成されている。したがって、正電極材料S3の各端部も、同様に図1に示すように左右の第3チャック機構C3L,C3Rによって把持することができる。
Further, third chuck mechanisms C3L and C3R that grip each end of the positive electrode material S3 are arranged separately on the left and right at positions on both outer sides of the pipe-
図1に示したように、パイプ状ステージ1に各電極材料S1,S3と、その間にセパレータ材料S2をセットし、各材料の端部をそれぞれ第1〜第3チャック機構によって把持した状態において、正電極材料S3の正極集電体、および負電極材料S1の負極集電体に対して、電源供給装置において設定された直流電圧もしくは直流電流が供給される。
なお、前記電源供給装置からの直流出力は、第1チャック機構C1の若干下方に配置された出力端子9,10よりもたらされる。
As shown in FIG. 1, in the state where the electrode materials S1 and S3 and the separator material S2 are set between the electrode materials S1 and S3 on the pipe-shaped
The DC output from the power supply device is provided from
前記出力端子9(正極端子)にはリード線11が接続され、その先端部に取り付けられた例えば鰐口クリップ13が、正電極材料S3を構成する前記した正極集電体(アルミニウム箔)に接続される。また、前記出力端子10(負極端子)にはリード線12が接続され、その先端部に取り付けられた同じく鰐口クリップ14が、負電極材料S1を構成する前記した負極集電体(銅箔)に接続される。
この状態において、前記した試験釘2が降下して、パイプ状ステージ1に載置された疑似蓄電デバイスS0を、その先端部で貫通する。
A lead wire 11 is connected to the output terminal 9 (positive electrode terminal), and, for example, a
In this state, the above-described
これにより、前記正極集電体と負極集電体は、前記試験釘2を介して短絡され、前記正電極材料S3と負電極材料S1および電源供給装置からの直流電圧値などに応じた短絡電流が流れる。その時の発熱(ジュール発熱など)により、パイプ状ステージ1に載置された疑似蓄電デバイスS0が、燃焼状態に移行するか否かが検証される。
Thereby, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are short-circuited via the
すなわち、正極集電体と負極集電体の短絡により、たとえスパーク(火花)が生じても、電極材料が連続燃焼に至らない場合には、各電極材料S1,S3とセパレータ材料S2の組み合わせは、設定された電圧値(MAX電圧)および電流値(MAX電流)の範囲では、事故につながるような発火や破裂が生じないことを検証することができる。
一方、前記試験釘2を介した短絡による発熱で、電極材料が連続燃焼に至る場合には、この場合の各電極材料S1,S3とセパレータ材料S2の組み合わせは、設定された電流値もしくは電圧値の範囲において、これに電解液が加わることにより事故につながるような発火や破裂が生ずる度合いが大きいことを検証することができる。
That is, even if a spark (spark) occurs due to a short circuit between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, if the electrode material does not reach continuous combustion, the combination of each electrode material S1, S3 and separator material S2 is In the range of the set voltage value (MAX voltage) and current value (MAX current), it can be verified that there is no ignition or rupture leading to an accident.
On the other hand, when the electrode material reaches continuous combustion due to heat generation due to a short circuit through the
表1は、例えば3種類のセパレータ材料と、その厚さをパラメータとした場合における具体的な検証結果を示している。この場合、表1に示す「MAX電圧」は、特にセパレータの電圧性能を検証するものであり、また「MAX電流」は、設計された単電池の容量に合わせることができ、各セルを並列に接続した大容の蓄電デバイスを想定した場合の短絡電流を想定するものである。 Table 1 shows specific verification results when, for example, three types of separator materials and their thicknesses are used as parameters. In this case, the “MAX voltage” shown in Table 1 particularly verifies the voltage performance of the separator, and the “MAX current” can be adjusted to the capacity of the designed unit cell, and each cell is connected in parallel. This assumes a short-circuit current when a large-capacity storage device connected is assumed.
表1に示すように試料No.1,5〜9に示す組み合わせは、事故につながるような発火や破裂に至ることがないとする評価ができるものであり、試料No.2〜4に示す組み合わせは、事故につながるような発火や破裂などの危険性を伴うものであると評価することができる。 As shown in Table 1, Sample No. The combinations shown in Nos. 1, 5 to 9 can be evaluated as not causing ignition or rupture leading to an accident. It can be evaluated that the combinations shown in 2 to 4 are accompanied by dangers such as ignition and rupture that lead to an accident.
なお、この発明に係る安全性評価試験方法は、疑似蓄電デバイスS0を載置する前記したステージ1を加熱もしくは冷却した状態で安全性を評価する場合もある。これはたとえ同一の電極材料S1,S3とセパレータ材料S2の組み合わせであっても、電池の使用環境の温度に応じて安全性の評価が分かれる場合があるためである。
In the safety evaluation test method according to the present invention, safety may be evaluated in a state where the above-described
また、この発明に係る安全性評価試験方法においては、図1に示すようにパイプ状に形成されたステージ1が用いられている。これは外形形状が円筒状の電池を想定して、内部短絡を起こした状態をシュミレーションするものであり、例えば角型(ラミネート型)電池を想定する場合には、パイプ状ステージ1に代えて平面状のステージを利用することが望ましい。この平面状のステージを利用する例については、この発明に係る安全性評価試験装置の具体例(図6、図7)に基づいて後で説明する。
Further, in the safety evaluation test method according to the present invention, a
さらに、この発明に係る安全性評価試験方法においては、前記した正極集電体と負極集電体を疑似的に内部短絡させる試験釘2の直径や、その進行速度(釘刺し速度)を異ならせて安全性を評価する手段も採用される。
試験釘の直径は、内部短絡を起こす異物の大きさを想定するものであり、試験釘を交換して評価を行うことで、異物の大きさの依存性について検証できるものとなる。
そして、釘刺し速度についても依存性があり、評価試験の再現性を確かめることができる点で必要となる。
Furthermore, in the safety evaluation test method according to the present invention, the diameter of the
The diameter of the test nail assumes the size of the foreign matter that causes an internal short circuit, and the dependence on the size of the foreign matter can be verified by replacing the test nail for evaluation.
The nail penetration speed also depends, and is necessary in that the reproducibility of the evaluation test can be confirmed.
次に図2〜図7は、この発明に係る安全性評価試験装置の具体例を示している。
なお図2〜図7においては、図1に基づいて説明した各部と同一の機能を果たす部分を同一の符号で示しており、したがってその詳細な説明は適宜省略する。
図2および図3に示すように、この評価試験装置の外郭を構成する筐体21は、全体が縦長のほぼ直方体状に形成されており、その正面上部の大半を占める位置に、図1に示した主要な各部が配置されている。
2 to 7 show specific examples of the safety evaluation test apparatus according to the present invention.
2-7, the part which performs the same function as each part demonstrated based on FIG. 1 is shown with the same code | symbol, Therefore The detailed description is abbreviate | omitted suitably.
As shown in FIGS. 2 and 3, the casing 21 constituting the outer shell of the evaluation test apparatus is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape as a whole, and is located at a position occupying most of the front upper portion thereof in FIG. 1. The main parts shown are arranged.
すなわち、正面中央部にはプレート22Aが筐体21に取り付けられており、このプレート22Aに、図1に基づいて説明したパイプ状ステージ1、第1チャック機構C1、左右の第2チャック機構C2L,C2R、左右の第3チャック機構C3L,C3Rがそれぞれ取り付けられている。
これらが取り付けられた前記プレート22Aは、押さえ金具23によって筐体21に着脱可能に取り付けられており、後述する図6および図7に示す平面状ステージ47を搭載したプレート22Bと交換可能となるように構成されている。
That is, a plate 22A is attached to the housing 21 at the center of the front surface, and the pipe-
The plate 22A to which these are attached is detachably attached to the housing 21 by a presser fitting 23 so that it can be replaced with a plate 22B on which a
なお、図2に示すように前記プレート22Aの底辺部の左右には、筐体21内に配置された電源供給装置25からの直流出力を得ることができる正極端子9、および負極端子10が配置されている。
そして、図1に基づいて説明したとおり、正極および負極端子9,10にはリード線が接続され、パイプ状ステージ1に載置された疑似蓄電デバイスS0の正極集電体および負極集電体に対して、設定された直流電圧もしくは直流電流が供給される。
As shown in FIG. 2, the positive terminal 9 and the
As described with reference to FIG. 1, lead wires are connected to the positive electrode and
図4は、前記プレート22Aに搭載されたパイプ状ステージ1を、軸方向に沿った断面図で示している。このパイプ状ステージ1には、軸芯部分に形成された軸孔に沿って円柱状のヒータ27が埋設されており、このヒータ27によって、ステンレス鋼によるパイプ状ステージ1の表面温度が制御される。なお図4に示す符号27aは前記ヒータ27のリード線である。
前記ヒータ27は、図2に示す装置正面の左上に配置されたヒータスイッチ28によりオン・オフ制御され、さらにヒータスイッチ28の左側に配置された温度調節部29の操作によって、パイプ状ステージ1の加熱温度が調節される。
FIG. 4 shows the pipe-
The
図5は、前記プレート22Aに搭載されたチャック機構の一例を示した正面図である。 この図5に示すチャック機構は、第1チャック機構C1の具体例を示しており、特に固定パイプ3の左側に配置された可動パイプ4Lの取り付け構造を示している。この可動パイプ4Lは、L字状に成形された支持金具31上に取り付けられており、この支持金具31は、プレート22A上において支軸32によって、45度程度の範囲で回動されるように構成されている。
FIG. 5 is a front view showing an example of a chuck mechanism mounted on the plate 22A. The chuck mechanism shown in FIG. 5 shows a specific example of the first chuck mechanism C1, and particularly shows a mounting structure of the movable pipe 4L disposed on the left side of the fixed
図5に示す状態は可動パイプ4Lが固定パイプ3から離れた状態を示しており、前記支持金具31を矢印で示した方向に回動させることで、可動パイプ4Lは仮想線で示したように、固定パイプ3の左側に接する。これにより、固定パイプ3と可動パイプ4Lとの間で、図1に示すように電極材料S1の端部を第1チャック機構C1によって把持することができる。
The state shown in FIG. 5 shows a state in which the movable pipe 4L is separated from the fixed
図5に示す固定パイプ3の右側に示す可動パイプ4Rも、左右対象に形成された同様のチャック機構を構成しており、同様の作用により固定パイプ3に対して接離可能となるように機能する。そして、前記した第2の左右チャック機構C2L,C2R、および第3の左右チャック機構C3L,C3Rも同様の構成が採用されている。
なお、前記した各チャック機構には、固定パイプと可動パイプとの間で、電極材料等を挟んだ状態で、さらに電極材料等にテンションを加えることができるテンションコントロール機能を備えることが望ましい。
この構成によると、負電極材料S1、セパレータS2および正電極材料S3が重ねられたステージ上の状況が、実際の電池の状況に近い形として再現および検証することができる。
The movable pipe 4R shown on the right side of the fixed
Each chuck mechanism described above preferably has a tension control function capable of further applying tension to the electrode material or the like while the electrode material or the like is sandwiched between the fixed pipe and the movable pipe.
According to this configuration, the situation on the stage where the negative electrode material S1, the separator S2, and the positive electrode material S3 are overlaid can be reproduced and verified as a form close to the actual battery situation.
図2に戻り、前記したパイプ状ステージ1の直上には、試験釘2が垂直方向に移動可能に配置されている。この試験釘2は、当接荷重が計測可能なロードセル34の下端部に配置されたホルダー35によって着脱可能に取り付けられている。なお前記ホルダー35には予め用意されている直径が異なる試験釘2(例えば直径が1mm、3mm、5mm)を任意に選択して装着することができる。
また、前記ホルダー35を利用して先端形状の異なる試験釘2を、選択的に装着することもできる。その先端形状は、例えば先が尖ったもの、または先が丸くなったもの、さらには例えば紙に孔を穿けるパンチ形状のものなど、実際に市場で遭遇する短絡事故に対応した種々の形状のものを用いることができる。
Returning to FIG. 2, a
Further, the
そして、前記ロードセル34は、図3に示すように支持部材36によって支持されており、前記支持部材36は、筐体21内に配置された単軸ロボットによるアクチュエータ37の駆動スライダー37aに取り付けられ、垂直方向に駆動制御される。
したがって、前記アクチュエータ37の駆動制御により、前記試験釘2をパイプ状ステージ1に載置された疑似蓄電デバイスS0に対して進行(降下)させると共に、後退(上昇)させることができる。
The
Therefore, the
なお、前記ロードセル34は、前記アクチュエータ37によって試験釘2に加わる当接荷重を検知し、その情報をアクチュエータ37に帰還するサーボ手段が構成されている。これにより、試験釘2がステージ1に当接した時、予め定められた当接荷重(N=ニュートン)となるように制御される。
したがって、例えば正電極材料、セパレータ、負電極材料の繰り返しが多層になされた疑似蓄電デバイスについての評価を行う場合においても、疑似蓄電デバイスの全層にわたって試験釘2によって確実に孔を穿けることができる。これにより多層の疑似蓄電デバイスに対しても、精度の高い短絡試験を実現させることが可能となる。
The
Therefore, for example, even when evaluating a pseudo electricity storage device in which a positive electrode material, a separator, and a negative electrode material are repeated in multiple layers, the
この場合、前記したステージ1には、試験釘2の先端部が侵入できる穴を形成しておくことも重要であり、この構成によると、試験釘2によってステージ1上の疑似蓄電デバイスに対して、より確実に孔を穿ける短絡試験を実現させることができる。
なお、前記したホルダー35に着脱可能に取り付けられる試験釘2の先端部付近には、温度検出素子を配置して、釘刺しによる短絡で生ずる温度を直接計測できるように構成することが望ましい。
In this case, it is also important to form a hole in the above-described
In addition, it is desirable that a temperature detection element is disposed in the vicinity of the tip of the
図2に示すように、この評価試験装置の正面の下底部付近には、タッチパネル41が配置されており、このタッチパネル41の操作により、前記した試験釘2の移動速度の設定や、前記した電源供給装置25から正極端子9および負極端子10にもたらされる直流電圧値もしくは直流電流値を設定することができる。
As shown in FIG. 2, a touch panel 41 is disposed near the lower bottom of the front surface of the evaluation test apparatus. By operating the touch panel 41, the moving speed of the
そして、タッチパネル41下方には評価試験装置の主電源スイッチ42が配置されており、この主電源スイッチ42の右側には、前記試験釘2を垂直方向に駆動するアクチュエータ37の非常停止スイッチ43が配置されている。
また図3に示したように、この評価試験装置の側面の一部には、AC電源を受け入れるコンセント44が配置されており、このコンセント44の上部にはヒューズボックス45が配置されている。
A main power switch 42 of the evaluation test apparatus is disposed below the touch panel 41, and an emergency stop switch 43 of an
As shown in FIG. 3, an outlet 44 for receiving AC power is disposed on a part of the side surface of the evaluation test apparatus, and a
図6および図7は、プレート22Bに搭載した平面状ステージ47を示している。
この平面状ステージ47を搭載したプレート22Bは、前記したとおりパイプ状ステージ1等を搭載したプレート22Aと交換することができるように構成されている。
すなわち、プレート22Bにおける左右底部の隅角部には、矩形状の切欠き部22aが形成されており、この切欠き部22aに、すでに説明した電源供給装置25からの出力端子9,10が位置するようにして、押さえ金具23によって取り付けられる。
6 and 7 show the
As described above, the plate 22B on which the
That is, rectangular cutout portions 22a are formed at the corners of the left and right bottom portions of the plate 22B, and the
前記平面状ステージ47は、平面状の台座48と、この台座48を上から覆い前記台座48に対して着脱可能な蓋体49より構成されている。そして、前記台座48はL字状の取り付け金具50を介してプレート22Bに取り付けられている。
なお、前記台座48には位置合わせピン51が立設されており、このピン51を利用して台座48に対して蓋体49が取り付けられる。
The
An alignment pin 51 is erected on the
この平面状ステージ47の台座48には、図1に示した例と同様にシート状のセパレータ材料S2を中央にしてシート状の電極材料S1,S3を重ね合わせることによる疑似蓄電デバイスS0が載置される。そして疑似蓄電デバイスS0に蓋体49が乗せられ、シート状の電極材料S1,S3には、前記した出力端子9,10より直流電圧もしくは直流電流が供給される。
この状態で、図6に示すように試験釘2が台座48に向かって進行することで、すでに説明した釘刺し試験が実行される。
On the
In this state, as shown in FIG. 6, the
この実施の形態においては、図6に示すように前記台座48の直下に、ダストボックス52が配置されており、このダストボックス52は前記した取り付け金具50の下底面に取り付けられている。このダストボックス52は、前記した釘刺し試験において生じた破壊屑を受けるものである。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, a
なお、以上説明した図1に示す例は、ステージ1上に負電極材料S1、セパレータ材料S2、正電極材料S3を順に重ねた例を示し、試験釘2を正電極材料S3から負電極材料S1に向かって刺して短絡させる例を示している。しかし、これらの重ね合わせの順序は図示例とは逆にして、試験釘2を負電極材料S1から正電極材料S3に向かって刺して短絡させる評価試験も採用し得る。
これは、試験釘2の正極もしくは負極側からの刺し込み方向についても、依存性があることが確認されており、評価試験の再現性を確かめることができる点で必要となる。
The example shown in FIG. 1 described above shows an example in which the negative electrode material S1, the separator material S2, and the positive electrode material S3 are sequentially stacked on the
This is necessary because it is confirmed that the
また、セパレータの片面にフィラーなどを塗布した電池も存在しており、前記した評価試験装置によると、フィラーの塗布面を正電極材料S3側に当てたり、負電極材料S1側に当てるなどして、どちらがより安全であるかなどを比較する検証も実現できる。 In addition, some batteries have fillers applied to one side of the separator. According to the evaluation test apparatus described above, the filler application surface is applied to the positive electrode material S3 side or the negative electrode material S1 side. Verification that compares which is safer can also be realized.
また、以上説明した評価試験方法においては、電池の組み立て前の材料段階の電極材料、すなわち充電前の電極材料を用いて評価試験を行うことについて説明したが、この発明に係る評価試験方法は、電池として完成し、充電された状態の電池より正負の電極材料を取り出して、充電状態の電極での評価も可能である。
この場合、充電状態の電池から取り出した正負の電極材料は、洗浄により電解液を除去し、乾燥させたものを評価試料として利用することになる。
これによると、充電状態の電池を想定したより現実に近い状態における精密な評価として位置付けることができる。
Moreover, in the evaluation test method described above, it has been described that the evaluation test is performed using the electrode material at the material stage before the assembly of the battery, that is, the electrode material before charging, the evaluation test method according to the present invention, A positive and negative electrode material can be taken out from a battery that has been completed and charged, and can be evaluated with a charged electrode.
In this case, the positive and negative electrode materials taken out from the charged battery are used as evaluation samples after the electrolytic solution is removed by washing and dried.
According to this, it can be positioned as a precise evaluation in a state closer to reality than assumed a charged battery.
なお、以上の説明に用いた図1〜図7に示した例は、好ましい一例であり、この発明に係る安全性評価試験方法および安全性評価試験装置は、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲で、種々の変形例を有することは容易に理解できるところである。 Note that the examples shown in FIGS. 1 to 7 used in the above description are preferable examples, and the safety evaluation test method and the safety evaluation test apparatus according to the present invention do not depart from the scope of the claims. It can be easily understood that various modifications can be made within the scope.
1 パイプ状ステージ
2 試験釘
3 固定パイプ
4L,4R 可動パイプ
5L,5R 固定パイプ
6L,6R 可動パイプ
7L,7R 固定パイプ
8L,8R 可動パイプ
9,10 出力端子
11,12 リード線
13,14 鰐口クリップ
21 筐体
22A,22B プレート
22a 切欠き部
23 押さえ金具
25 電源供給装置
27 ヒータ
27a リード線
28 ヒータスイッチ
29 温度調節部
31 支持金具
32 支軸
34 ロードセル
35 ホルダー
36 支持部材
37 アクチュエータ
37a 駆動スライダー
41 タッチパネル
42 主電源スイッチ
43 非常停止スイッチ
44 AC電源コンセント
45 ヒューズボックス
47 平面状ステージ
48 台座
49 蓋体
50 取り付け金具
51 位置合わせピン
52 ダストボックス
C1 第1チャック機構
C2L,C2R 第2チャック機構
C3L,C3R 第3チャック機構
S0 疑似蓄電デバイス
S1 負電極材料
S2 セパレータ材料
S3 正電極材料
DESCRIPTION OF
前記した課題を達成するためになされたこの発明に係る蓄電デバイスの安全性評価試験方法は、電解液を使うことなく、電極材料とセパレータの組み合わせによる疑似蓄電デバイスを利用し、前記電極材料とセパレータを用いた場合の蓄電デバイスの安全性を定量的に確認する蓄電デバイスの安全性評価試験方法であって、正極集電体と正極活物質層を含むシート状の正電極材料と、負極集電体と負極活物質層を含むシート状の負電極材料との間に、シート状のセパレータ材料またはシート状の固体電解質が介在されてステージ上で重ね合わされることで疑似蓄電デバイスを形成する工程と、前記疑似蓄電デバイスの正極集電体および負極集電体との間に、定められた電圧もしくは電流を供給する工程と、前記ステージに向かって試験釘を進行させて、当該試験釘によって前記疑似蓄電デバイスを貫通することで、前記正極集電体と負極集電体とを短絡させる工程とが実行され、前記正極集電体と負極集電体の短絡により、前記疑似蓄電デバイスの電極材料が燃焼状態に移行するか否かを検証する点に特徴を有する。 The safety evaluation test method for an electricity storage device according to the present invention made to achieve the above-described problem uses a pseudo electricity storage device by a combination of an electrode material and a separator without using an electrolytic solution, and the electrode material and the separator A method for evaluating the safety of an electricity storage device for quantitatively confirming the safety of the electricity storage device when using a battery , comprising: a positive electrode current collector and a sheet-like positive electrode material including a positive electrode active material layer; Forming a pseudo electricity storage device by interposing a sheet-like separator material or a sheet-like solid electrolyte between the body and the sheet-like negative electrode material including the negative electrode active material layer and superposing them on the stage; Supplying a predetermined voltage or current between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the pseudo electricity storage device, and a test nail is advanced toward the stage. And the step of short-circuiting the positive electrode current collector and the negative electrode current collector by passing through the pseudo power storage device by the test nail, the short circuit between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector It is characterized in that it is verified whether or not the electrode material of the pseudo electricity storage device shifts to a combustion state.
一方、前記した課題を達成するためになされたこの発明に係る蓄電デバイスの安全性評価試験装置は、電解液を使うことなく、電極材料とセパレータの組み合わせによる疑似蓄電デバイスを利用し、前記電極材料とセパレータを用いた場合の蓄電デバイスの安全性を定量的に確認する蓄電デバイスの安全性評価試験装置であって、正極集電体と正極活物質層を含むシート状の正電極材料と、負極集電体と負極活物質層を含むシート状の負電極材料との間に、シート状のセパレータ材料またはシート状の固体電解質が介在されて重ね合わせることで構成された疑似蓄電デバイスを載置するステージと、前記疑似蓄電デバイスの正極集電体および負極集電体との間に定められた電圧もしくは電流を供給する電源供給装置と、前記ステージ側に向かって進行し、前記疑似蓄電デバイスを貫通することにより、前記正極集電体と負極集電体とを短絡させることができる試験釘とが備えられる。 On the other hand, the safety evaluation test apparatus for an electricity storage device according to the present invention made to achieve the above-described problem uses a pseudo electricity storage device by a combination of an electrode material and a separator without using an electrolyte solution, and the electrode material Is a storage device safety evaluation test apparatus for quantitatively confirming the safety of an electricity storage device when using a separator, a sheet-like positive electrode material including a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer, and a negative electrode A pseudo electricity storage device configured by stacking a sheet-shaped separator material or a sheet-shaped solid electrolyte between a current collector and a sheet-shaped negative electrode material including a negative electrode active material layer is placed. A power supply device for supplying a predetermined voltage or current between a stage and a positive electrode current collector and a negative electrode current collector of the pseudo power storage device; Proceeds Te, by penetrating the pseudo electric storage device, the and the test nail can be short-circuited and a positive electrode current collector and the anode current collector is provided.
Claims (14)
前記疑似蓄電デバイスの正極集電体および負極集電体との間に、定められた電圧もしくは電流を供給する工程と、
前記ステージに向かって試験釘を進行させて、当該試験釘によって前記疑似蓄電デバイスを貫通することで、前記正極集電体と負極集電体とを短絡させる工程と、
が実行され、前記正極集電体と負極集電体の短絡により、前記疑似蓄電デバイスの電極材料が燃焼状態に移行するか否かを検証することを特徴とする蓄電デバイスの安全性評価試験方法。 Between the sheet-like positive electrode material including the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer and the sheet-like negative electrode material including the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer, A step of forming a pseudo electricity storage device by interposing a solid electrolyte and being superimposed on a stage;
Supplying a predetermined voltage or current between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the pseudo electricity storage device;
A step of moving the test nail toward the stage and shorting the positive electrode current collector and the negative electrode current collector by penetrating the pseudo electricity storage device by the test nail;
Is performed, and it is verified whether or not the electrode material of the pseudo power storage device shifts to a combustion state due to a short circuit between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector. .
前記疑似蓄電デバイスの正極集電体および負極集電体との間に定められた電圧もしくは電流を供給する電源供給装置と、
前記ステージ側に向かって進行し、前記疑似蓄電デバイスを貫通することにより、前記正極集電体と負極集電体とを短絡させることができる試験釘と、
を備えたことを特徴とする蓄電デバイスの安全性評価試験装置。 Between the sheet-like positive electrode material including the positive electrode current collector and the positive electrode active material layer and the sheet-like negative electrode material including the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer, A stage on which a pseudo electricity storage device configured by stacking with a solid electrolyte interposed therebetween,
A power supply device that supplies a predetermined voltage or current between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector of the pseudo electricity storage device;
A test nail that can be short-circuited between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector by proceeding toward the stage side and penetrating the pseudo electricity storage device;
A safety evaluation test apparatus for an electricity storage device, comprising:
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