JP2017204454A

JP2017204454A - 観察装置、及び観察方法

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Publication number: JP2017204454A
Application number: JP2016097411A
Authority: JP
Inventors: 拓廣江; Hiroshi Hiroe
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2036-05-13
Also published as: JP6747049B2

Abstract

【課題】電極の観察を簡便にすることができる観察装置、及び観察方法を提供すること。【解決手段】電極５０の観察装置１０であって、電極５０を固定する固定機構３０を備え、固定機構３０は、第１固定部３１と、磁石３７ａ，３７ｂを有する第２固定部３５と、を備え、第１固定部３１と第２固定部３５とは、磁石３７ａ，３７ｂの磁力によって電極５０を固定する。【選択図】図１

Description

この発明は、電極の観察装置、及び電極の観察方法に関する。

従来、車両には、モータなどに使用される電力を蓄える蓄電装置として、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが搭載されている。蓄電装置は、電極組立体を備えている。電極組立体は、シート状の電極が層状に重なった構造を備えている。電極組立体において、電極と電極との間には、セパレータが介在されている。

例えば、電極は、金属箔に活物質層を形成した後に、所定の形状に切断する切断工程を経て製造される。切断工程において、金属箔の端部には、例えば刃型の進行方向に沿って延びるように、バリが形成される可能性がある。バリは、電極組立体において、セパレータを傷付けることで、短絡を引き起こす原因となる場合がある。

例えば、特許文献１には、電極の端面にある金属箔のバリを検出するための検出装置が開示されている。特許文献１に開示された検出装置は、電極板の端面にあるバリが、電極板と導電ローラとの間に介在する絶縁層を貫通することにより、導電性ローラと接触して通電すると、不良品と判定するように構成されている。

特開２０１０−１１４０１２号公報

ところで、電極の切断状態を適切に管理するためには、電極の端面を観察することが好ましい。電極の端面を観察するサンプル数が多いほど、切断状態を正確に把握することができる反面で、検査の手間が増大する。

この発明の目的は、電極の観察を簡便にすることができる観察装置、及び観察方法を提供することである。

上記課題を解決する電極の観察装置は、前記電極を固定する固定機構を備え、前記固定機構は、第１固定部と、磁石を有する第２固定部と、を備え、前記第１固定部と前記第２固定部とは、前記磁石の磁力によって前記電極を固定することを要旨とする。

これによれば、第２固定部が有する磁石の磁力によって電極を固定することができるため、電極の固定作業が簡単になる。したがって、電極の観察を簡便にすることができるようになる。

上記電極の観察装置について、前記第１固定部は、磁性体である磁性部を備え、前記第１固定部と前記第２固定部とは、前記磁石と前記磁性部との間の磁力によって前記電極を挟持する。

これによれば、第２固定部が有する磁石と第１固定部が有する磁性部との間の磁力によって電極を挟持することから、仮に電極が非磁性体であっても、簡単に電極を固定することができるようになる。

上記電極の観察装置について、前記電極を拡大して視認可能とする光学装置と、前記電極の観察方向と直交する仮想平面に沿って移動可能となるように、前記固定機構を支持する移動機構と、を備えた。

これによれば、移動機構を用いることによって、固定機構と光学装置との距離を維持したまま、固定機構ごと電極を移動させることが可能になる。したがって、電極の観察を簡便にすることができるようになる。

上記電極の観察装置について、所定の方向に沿った前記第２固定部の長さは、前記所定の方向に沿った前記電極の長さよりも長く、前記磁石は、前記所定の方向に沿った前記第２固定部の両端部であって、前記電極から前記所定の方向に沿って突出した部分にある。

これによれば、第２固定部の両端部にある磁石によって、電極をより確実に固定することができる。また、磁石が電極に接触しないようにできることから、磁石と電極とが接触することにより、電極が傷付いてしまうことを抑制することができる。

上記電極の観察装置について、前記第１固定部と前記第２固定部との相対的な位置が予め定めた位置となるように案内する案内部を備えた。
これによれば、第１固定部と第２固定部との相対的な位置を、容易に予め定めた位置とすることが、容易にできるようになる。したがって、電極の観察を簡便にすることができるようになる。

上記電極の観察装置について、前記第１固定部は、前記電極の観察方向を含む仮想平面に沿って配置された部分であって、且つ前記仮想平面に沿って回転可能に支持された回転部を備え、前記電極は、前記回転部に固定される。

これによれば、回転部を回転させることにより、電極のうち所望の観察箇所を所望の位置へと簡便に移動させることができるようになる。
また、上記課題を解決する電極の観察方法は、固定機構により前記電極を固定する工程を備え、前記固定機構は、第１固定部と、磁石を有する第２固定部と、を備え、前記電極を固定する工程では、前記磁石の磁力によって、前記第１固定部と前記第２固定部とで前記電極を固定することを要旨とする。

本発明によれば、電極の観察を簡便にすることができる。

電極の観察装置を模式的に示す斜視図。（ａ）及び（ｂ）は、電極の端面を模式的に示す図。図１に示す３−３線断面図。観察方程の手順を示すフローチャート。別の実施形態における電極の観察装置を模式的に示す正面図。

以下、電極の観察装置、及び電極の観察方法の一実施形態について説明する。
図１に示すように、この実施形態の観察装置１０は、電極５０を観察するための装置である。

最初に、電極５０について説明する。この実施形態において、電極５０は、蓄電装置としてのリチウムイオン二次電池に用いられる電極である。電極５０は、略四角形のシート状である。

電極５０は、金属箔５１を備えている。例えば、金属箔５１は、非磁性体であってもよく、磁性体であってもよい。例えば、正極用の金属箔５１としては、アルミニウム箔を用いることができる。例えば、負極用の金属箔５１としては、銅箔を用いることができる。金属箔５１は、第１面５１ａと、第１面５１ａの反対の第２面５１ｂと、を備えている。

電極５０は、金属箔５１の第１面５１ａを覆っている活物質層５２と、金属箔５１の第２面５１ｂを覆っている活物質層５２と、を備えている。活物質層５２，５２は、活物質、導電助剤、及びバインダを含有している。

活物質は、リチウム（リチウムイオン）を吸蔵及び放出可能な材料である。例えば、正極用の活物質としては、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎＯ_４、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＣｏ_１／３Ｎｉ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、及びＬｉＮｉ_０．５Ｃｏ_０．２Ｍｎ_０．３Ｏ_２などを用いることができる。

例えば、負極用の活物質としては、黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛）、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭素、カーボンブラック類などの炭素材料を用いることができる。

例えば、正極用の導電助剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、鱗片状黒鉛などを用いることができる。例えば、負極用の導電助剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどを用いることができる。

例えば、バインダとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン、スチレンブタジエンゴムなどを用いることができる。バインダには、１種類を用いてもよいし、２種類以上を用いてもよい。

電極５０は、第１端面５３と、第１端面５３の反対の第２端面５４と、を備えている。電極５０は、第３端面５５と、第３端面５５の反対の第４端面５６と、を備えている。端面５３，５４が延びている方向と、端面５５，５６が延びている方向とは、交差しており、好ましくは直交している。電極５０は、端面５３〜５６のうち、隣り合う２つの端面に繋がる４つの端面５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄを備えている。端面５７ａ，５７ｂ，５７ｃ，５７ｄは、所謂Ｃ面である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、端面５３〜５６，５７ａ〜５７ｄでは、各端面と直交する方向から見たときに、金属箔５１が露出している。端面５３〜５６，５７ａ〜５７ｄは、切断によって生成された切断面である。

図１に示すように、電極５０は、タブ５８を備えている。タブ５８は、第１端面５３から、電極５０の面方向に沿って延びるように存在している。タブ５８は、活物質層５２，５２によって覆われておらず、金属箔５１が露出している。

次に、電極５０の製造方法について説明する。
電極５０の製造方法は、スラリー作製工程と、塗布工程と、乾燥工程と、切断工程と、積層工程と、組立工程と、を備えている。

スラリー作製工程は、活物質、導電助剤、バインダ、及び溶媒を練り混ぜ、スラリー状の活物質合剤を得る工程である。溶媒としては、例えば水やＮ−メチルピロリドンなどを用いることができる。塗布工程は、帯状の金属箔の両面に、スラリー作製工程で得られた活物質合剤を塗布する工程である。

乾燥工程は、帯状の金属箔の両面に塗布された活物質合剤を乾燥させる工程である。乾燥工程が終了すると、帯状の電極中間体が得られる。切断工程は、電極中間体を電極５０の形状に切断することにより、電極５０を得る工程である。切断工程には、雄型と雌型とで電極中間体を挟み込んで切断する手法や、刃型を押し当てて電極中間体を切断する手法が用いられる。

積層工程は、セパレータと電極とを交互に積み重ね、電極組立体を得る工程である。組立工程は、電極組立体をケースに収容するとともに、ケース内に電解質を充填し、蓄電装置を得る工程である。

次に、観察装置１０について説明する。
観察装置１０は、電極５０の端面５３〜５６，５７ａ〜５７ｄを拡大して視認可能とする光学装置としての顕微鏡２０を備えている。この実施形態では、顕微鏡２０による観察方向を、単に第１方向Ｄｚと示す。また、第１方向Ｄｚと平行な平面を第１仮想平面Ｐ１と示し、第１方向Ｄｚと平行であって且つ第１仮想平面Ｐ１と直交する平面を第２仮想平面Ｐ２と示し、第１方向Ｄｚと直交する平面を第３仮想平面Ｐ３と示す。また、第１仮想平面Ｐ１の面内において、第１方法Ｄｚと直交する方向を第２方向Ｄｙと示し、第２仮想平面Ｐ２の面内において、第１方向Ｄｚと直交する方向を第３方向Ｄｘと示す。

観察装置１０は、電極５０を固定する固定機構３０を備えている。固定機構３０は、第１固定部３１と、第２固定部３５と、を備えている。
第１固定部３１は、電極５０が固定される第１固定板３２と、該第１固定板３２の縁部に繋がっている第２固定板３３と、を備えている。第１固定板３２は、第１仮想平面Ｐ１に沿っている。第１固定板３２は、第１仮想平面Ｐ１に沿っている面であって、電極５０が固定される固定面３２ａを備えている。第２固定板３３は、第２仮想平面Ｐ２に沿っている。即ち、第１固定部３１の形状は、平面視で全体がＬ字型である。

また、第１固定部３１は、全体が磁性体である。即ち、この実施形態において、第１固定部３１は、その全体が磁性体である磁性部に相当する。例えば、磁性体としては、鉄、コバルト、ニッケルなどを用いることができる。なお、第１固定部３１は、表面を覆う樹脂層を備えていてもよく、めっき層を備えていてもよい。

第２固定部３５は、長細い四角板状の保持部材３６を備えている。この実施形態において、保持部材３６は、樹脂製である。保持部材３６の長さは、電極５０において、第１端面５３から第２端面５４までの長さよりも長い。また、保持部材３６の長さは、第３端面５５から第４端面５６までの長さよりも長い。即ち、保持部材３６の長さは、電極５０をまたぐように配置したときに、その両端部が電極５０の端面から突出する長さである。

図１及び図３に示すように、第２固定部３５は、第１磁石３７ａと、第２磁石３７ｂと、を備えている。第１磁石３７ａは、保持部材３６の長さ方向に沿った両端部のうち第１端部３６ａに固定されており、電極５０から保持部材３６の長さ方向に沿って突出する部分にある。第１磁石３７ａは、保持部材３６の長さ方向に沿った両端部のうち第１端部３６ａの反対の第２端部３６ｂに固定されており、電極５０から保持部材３６の長さ方向に沿って突出する部分にある。

磁石３７ａ，３７ｂは、何れも四角いシート状の磁石である。例えば、磁石３７ａ，３７ｂは、軟質なゴム磁石を用いることができる。磁石３７ａ，３７ｂは、電極５０の厚さと同一又は略同一の寸法分、保持部材３６から突出している。

観察装置１０は、第１固定部３１と第２固定部３５との相対的な位置が予め定めた位置となるように案内する案内部として、第１案内部３８ａと第２案内部３８ｂとを備えている。案内部３８ａ，３８ｂは、第１固定板３２の固定面３２ａから突出している。案内部３８ａ，３８ｂは、両案内部３８ａ，３８ｂを掛け渡すように、第２固定部３５を載置できるように構成されている。案内部３８ａ，３８ｂは、第１固定板３２の上端よりも僅かに下方において、第２固定部３５が第２方向Ｄｙに沿って延びる位置となるように第２固定部３５を案内する。

観察装置１０は、電極の観察方向となる第１方向Ｄｚと直交する第３仮想平面Ｐ３に沿って移動可能となるように、固定機構３０を支持する移動機構４０を備えている。移動機構４０は、固定機構３０を支持する支持板４１を備えている。固定機構３０は、支持板４１に載置されていてもよく、載置された状態で支持板４１と固定されていてもよい。

移動機構４０は、支持板４１を第３仮想平面Ｐ３に沿って移動可能に支持する支持機構４２を備えている。支持機構４２は、第１操作部４３を操作することにより、支持板４１を第３方向Ｄｘに沿って移動可能に構成されている。支持機構４２は、第２操作部４４を操作することにより、支持板４１を第２方向Ｄｙに沿って移動可能に構成されている。この実施形態の移動機構４０は、いわゆる多軸ステージである。

次に、観察装置１０を用いた電極５０の観察方法について、その作用及び効果とともに説明する。
図４に示すように、電極５０の観察方法では、準備工程が行われる（ステップＳ１０）。準備工程は、電極５０の製造工程（例えば上述した切断工程）から、予め定めた手順にしたがって、試料とする電極５０を抜き取る工程である。次に、固定工程が行われる（ステップＳ１１）。固定工程は、電極５０を固定機構３０によって固定する工程である。

図１に示すように、固定工程では、端面５３〜５６，５７ａ〜５７ｄのうち、観察対象とする端面が顕微鏡２０と対向するように、電極５０を配置する。固定工程では、案内部３８ａ，３８ｂによって案内しつつ、第２固定部３５を第１固定板３２に接近させる。これにより、第２固定部３５は、磁石３７ａ，３７ｂの磁力によって、第１固定部３１に固定される。

このとき、第１固定部３１と第２固定部３５とは、磁石３７ａ，３７ｂと第１固定板３２との間の磁力によって電極５０を挟持する。即ち、第１固定部３１と第２固定部３５とは、磁石３７ａ，３７ｂの磁力によって電極５０を固定する。

このように、この実施形態では、第２固定部３５が有する磁石３７ａ，３７ｂの磁力によって電極５０を固定することができるため、電極の固定作業が簡単になる。また、第２固定部３５が有する磁石３７ａ，３７ｂと、磁性部に相当する第１固定部３１との間の磁力によって電極５０を挟持することから、仮に電極５０が非磁性体であっても、簡単に電極５０を固定することができるようになる。

磁石３７ａ，３７ｂは、第２固定部３５の両端部３６ａ，３６ｂにそれぞれあることから、電極５０をより確実に固定できる。
また、磁石３７ａ，３７ｂは、保持部材３６のうち、電極５０から保持部材３６の長さ方向に沿って突出する部分にあることから、磁石３７ａ，３７ｂが電極５０に接触しないようにできる。したがって、磁石３７ａ，３７ｂと電極５０が接触することにより、電極５０が傷付いてしまうことを抑制することができる。また、案内部３８ａ，３８ｂによれば、第１固定部３１と第２固定部３５との相対的な位置を、容易に予め定めた位置とすることができるようになる。

次に、観察工程が行われる（ステップＳ１２）。観察工程は、顕微鏡２０を用いて、電極５０の端面を拡大して観察する工程である。観察工程では、移動機構４０の第１操作部４３を操作することにより、固定機構３０ごと支持板４１を第３方向Ｄｘに沿って移動させ、顕微鏡２０による電極５０の観察位置を適切な位置に調節できる。また、観察工程では、移動機構４０の第２操作部４４を操作することにより、固定機構３０ごと支持板４１を第２方向Ｄｙに沿って移動させ、顕微鏡２０による電極５０の観察位置を適切な位置に調節できる。

図２（ａ）に示すように、電極５０の端面５３〜５６，５７ａ〜５７ｄにおいて、予め定めた大きさを超える金属箔５１のバリ６０が発見されない場合には、電極５０は良品と判定できる。図２（ｂ）に示すように、電極５０の端面５３〜５６，５７ａ〜５７ｄにおいて、予め定めた大きさを超える金属箔５１のバリ６０が発見された場合には、電極５０は不良品と判定できる。

次に、図４に示すように、判定工程が行われる（ステップＳ１３）。判定工程は、電極５０の端面５３〜５６，５７ａ〜５７ｄのうち、検査対象として定めた端面の全てについて、観察が終了したか否かを判定する工程である。

全ての観察が終了している場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、保存工程が行われる（ステップＳ１４）。保存工程は、試料とした電極５０を保存する工程である。上述のように、この実施形態の電極５０の観察方法は、非破壊で行うことができるため、観察に用いた電極５０をそのまま保存試料とすることができる。

また、全ての観察が終了していない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、上述したステップＳ１１に移行して固定工程が行われる。ステップＳ１３の判定工程から移行した固定工程では、端面５３〜５６，５７ａ〜５７ｄのうち未だ観察が終了していない端面が顕微鏡２０と対向するように、電極５０を固定する。

以上のように、この実施形態における観察装置１０及び検査方法によれば、電極５０の観察を簡便にすることができる。
なお、実施形態は、上述した構成に限定されない。例えば、実施形態は、次のように変更してもよい。

・図５に示すように、第２固定部３５は、その全体が磁石であってもよい。また、第２固定部３５は、電極５０と接触する部分に磁石を備えていてもよい。
・図５に示すように、観察装置１０は、複数の第２固定部３５を備えていてもよい。

・図５に示すように、第２固定部３５の形状は円盤状などであってもよい。即ち、第２固定部３５の形状は適宜変更できる。
・図５に示すように、第１固定部３１は、第１方向Ｄｚを含む第１仮想平面Ｐ１に沿って配置された部分であって、且つ第１仮想平面Ｐ１に沿って回転可能に支持された回転部３９を備えていてもよい。回転部３９は、固定面３２ａの反対面に、把手３９ａを備えているとよい。これによれば、図中において矢印Ａに示すように、把手３９ａを握って回転部３９を回転させることで、電極５０の姿勢を容易に変更することができる。即ち、回転部３９を回転させることにより、電極５０のうち所望の観察箇所を所望の位置へと簡便に移動させることができるようになる。

・第１固定部３１は、全体が磁性体でなくてもよい。即ち、第１固定部３１は、少なくとも一部に磁性体である磁性部を備えておればよい。このように構成しても、第１固定部３１の磁性部と、第２固定部３５の磁石３７ａ，３７ｂとで電極５０を固定できる。

・第１固定部３１の磁性部は、磁石であってもよい。
・第２固定部３５に対して電極５０を固定してもよい。
・第２固定部３５は、磁石３７ａ，３７ｂの何れかが省略されていてもよく、３つ以上の磁石を備えていてもよい。

・電極５０が磁性体である場合には、第１固定部３１を挟んで電極５０の反対側に第２固定部３５を配置してもよい。このように構成しても、磁石３７ａ，３７ｂの磁力によって、電極５０を第１固定部３１に固定できる。

・光学装置としては、顕微鏡２０以外の光学装置が採用されてもよい。例えば、観察装置１０は、デジタルカメラと該デジタルカメラにより撮像した画像を処理して拡大して表示するモニタとを組み合わせた光学装置を備えていてもよい。

・端面５３〜５６，５７ａ〜５７ｄを目視によって観察する場合、観察装置１０は、顕微鏡２０などの光学装置を備えていなくてもよい。
・観察装置１０は、移動機構４０を備えていなくてもよい。

・移動機構４０は、さらに第１方向Ｄｚに沿って支持板４１を移動可能に構成されていてもよい。移動機構４０は、方向Ｄｘ，Ｄｙのうち何れかの方向に沿って移動可能に構成されていてもよい。

・電極５０の観察方法は、保存工程を備えていなくてもよい。

Ｄｚ…第１方向（観察方向）、Ｐ１…第１仮想平面、Ｓ１１…ステップ（電極を固定する工程）、１０…観察装置、２０…顕微鏡（光学装置）、３０…固定機構、３１…第１固定部（磁性部）、３５…第２固定部、３６ａ…第１端部、３７ａ…磁石、３６ｂ…第２端部、３８ａ…第１案内部、３８ｂ…第２案内部、３９…回転部、４０…移動機構、５０…電極。

Claims

電極の観察装置であって、
前記電極を固定する固定機構を備え、
前記固定機構は、第１固定部と、磁石を有する第２固定部と、を備え、
前記第１固定部と前記第２固定部とは、前記磁石の磁力によって前記電極を固定することを特徴とする観察装置。
前記第１固定部は、磁性体である磁性部を備え、
前記第１固定部と前記第２固定部とは、前記磁石と前記磁性部との間の磁力によって前記電極を挟持する請求項１に記載の観察装置。
前記電極を拡大して視認可能とする光学装置と、
前記電極の観察方向と直交する仮想平面に沿って移動可能となるように、前記固定機構を支持する移動機構と、を備えた請求項１又は請求項２に記載の観察装置。
所定の方向に沿った前記第２固定部の長さは、前記所定の方向に沿った前記電極の長さよりも長く、
前記磁石は、前記所定の方向に沿った前記第２固定部の両端部であって、前記電極から前記所定の方向に沿って突出した部分にある請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の観察装置。
前記第１固定部と前記第２固定部との相対的な位置が予め定めた位置となるように案内する案内部を備えた請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の観察装置。
前記第１固定部は、前記電極の観察方向を含む仮想平面に沿って配置された部分であって、且つ前記仮想平面に沿って回転可能に支持された回転部を備え、
前記電極は、前記回転部に固定される請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載の観察装置。
電極の観察方法であって、
固定機構により前記電極を固定する工程を備え、
前記固定機構は、第１固定部と、磁石を有する第２固定部と、を備え、
前記電極を固定する工程では、前記磁石の磁力によって、前記第１固定部と前記第２固定部とで前記電極を固定することを特徴とする観察方法。