JP2018091631A - スクリーニング方法、スクリーニング装置、及び二次電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単位電池を適切にスクリーニングすることができる技術を提供すること。
【解決手段】本発明にかかるスクリーニング方法は、シート状電池２１をスクリーニングするスクリーニング方法であって、シート状電池２１を充放電することで、シート状電池２１の充放電波形を取得する充放電波形取得ステップＳ１１と、充放電波形に基づいて、シート状電池における放電中の放電電圧の時間変化量を評価するステップＳ１２と、充放電波形に基づいて、シート状電池における充電中の充電電圧の時間変化量を評価するステップＳ１３と、充放電波形に基づいて、シート状電池の充電効率を評価するステップＳ１４と、充放電波形に基づいて、シート状電池の充電終了時の電流値を評価するステップＳ１５と、ステップＳ１２〜ステップＳ１５の評価結果に基づいて、シート状電池２１をスクリーニングするスクリーニングステップＳ１６と、を備えるものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、単位電池をスクリーニングする技術に関する。

特許文献１〜３には、二次電池が開示されている。特許文献１〜３に開示された二次電池は、基板上に、第１電極、ｎ型金属酸化物半導体層、充電層、ｐ型金属酸化物半導体層、及び第２電極が積層された積層構造を有している。

国際公開第２０１３／０６５０９３号 国際公開第２０１３／１６１９２６号 国際公開第２０１３／１６１９２７号

また、特許文献２、３には、複数の電池を組み合わせて使用する事が記載されている。例えば、特許文献２、３ではシート状の電池を積層することで、必要な容量の電池を製作している。

複数枚のシート状電池を組み合わせる場合、例えば、組み合わせ後の電池の容量のばらつきを小さくするために、組み合わせ対象のシート状電池をスクリーニング（選別）し、一定の容量以上の電池を積層している。そのため、適切にシート状電池をスクリーニングして、二次電池を製造する技術が望まれる。

本実施形態は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、適切にシート状電池をスクリーニングすることができるスクリーニング方法、スクリーニング装置、及び二次電池の製造方法を提供することを目的とする。

本実施形態に係るスクリーニング方法は、単位電池をスクリーニングするスクリーニング方法であって、前記単位電池を充放電することで、前記単位電池の充放電波形を取得する充放電波形取得ステップと、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における放電中の放電電圧の時間変化量を評価する第１ステップと、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における充電中の充電電圧の時間変化量を評価する第２ステップと、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電効率を評価する第３ステップと、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電終了時の電流値を評価する第４ステップと、前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、及び前記第４ステップの評価結果に基づいて、前記単位電池をスクリーニングするスクリーニングステップと、を備えたものである。

上記のスクリーニング方法において、前記充放電波形取得ステップでは、前記単位電池を所定時間だけ、ＣＣ−ＣＶ（定電流−定電圧）充電した後、ＣＣ（定電流）放電することで前記充放電波形を取得するようにしてもよい。

上記のスクリーニング方法において、前記第１ステップでは、前記放電中の前記放電電圧の時間変化量が予め設定された放電電圧閾値以上である否かに基づいて、前記放電電圧の時間変化量を評価するようにしてもよい。

上記のスクリーニング方法において、前記第２ステップでは、前記充電中の充電電圧の時間変化量が予め設定された充電電圧閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電電圧の時間変化量を評価するようにしてもよい。

上記のスクリーニング方法において、前記第４ステップでは、前記充電終了時の電流値が予め定められた電流閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電終了時の電流値を評価するようにしてもよい。

上記のスクリーニング方法において、記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、及び前記第４ステップの評価が良好であった前記単位電池に対して、前記充放電波形を再取得し、前記単位電池に対する複数の前記充放電波形における放電時間のばらつきを評価し、前記放電時間のばらつきの評価結果に基づいて、前記単位電池をスクリーニングするようにしてもよい。

本実施形態に係る二次電池の製造方法は、上記のスクリーニング方法でスクリーニングされた複数の単位電池を接続することで、二次電池を製造するものである。

本実施形態に係るスクリーニング装置は、単位電池をスクリーニングするスクリーニング装置であって、前記単位電池を充放電する充放電器と、前記充放電器で前記単位電池を充放電することで、前記単位電池の充放電波形を取得する充放電波形取得部と、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における放電中の放電電圧の時間変化量を評価する放電電圧評価部と、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における充電中の充電電圧の時間変化量を評価する充電電圧評価部と、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電効率を評価する充電効率評価部と、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電終了時の電流値を評価する電流値評価部と、を備えたものである。

上記のスクリーニング装置において、前記充放電器が前記単位電池を所定時間だけ、ＣＣ−ＣＶ充電した後、ＣＣ放電することで、前記充放電波形取得部が前記充放電波形を取得するようにしてもよい。

上記のスクリーニング装置において、前記放電電圧評価部は、前記放電中の前記放電電圧の時間変化量が予め設定された放電電圧閾値以上である否かに基づいて、前記放電電圧の時間変化量を評価するようにしてもよい。

上記のスクリーニング装置において、前記充電電圧評価部は、前記充電中の充電電圧の時間変化量が予め設定された充電電圧閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電電圧の時間変化量を評価するようにしてもよい。

上記のスクリーニング装置において、前記電流値評価部は、前記充電終了時の電流値が予め定められた電流閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電終了時の電流値を評価するようにしてもよい。

上記のスクリーニング装置において、前記放電電圧評価部、前記充電電圧評価部、前記充電効率評価部、及び電流値評価部での評価が良好であった前記単位電池に対して、前記充放電器が充放電を行うことで、前記充放電波形取得部が前記充放電波形を再取得し、前記単位電池に対する複数の前記充放電波形における放電時間のばらつきを評価し、前記放電時間のばらつきの評価結果に基づいて、前記単位電池をスクリーニングするようにしてもよい。

適切にシート状電池をスクリーニングすることができるスクリーニング方法、スクリーニング装置、及び二次電池の製造方法を提供することを目的とする。

本実施形態にかかるシート状電池とそのスクリーニング装置を示す図である。 スクリーニング装置のパーソナルコンピュータの制御構成を示すブロック図である。 本実施形態にかかるスクリーニング方法を示すフローチャートである。 放電電圧の評価を説明するための充放電波形を示す図である。 充電電圧の評価を説明するための充放電波形を示す図である。 充放電効率の評価を説明するための充放電波形を示す図である。 充電電流の評価を説明するための充放電波形を示す図である。 放電時間のばらつき評価を説明するための充放電波形を示す図である。 放電時間のばらつき評価を説明するための充放電波形を示す図である。 評価するための閾値を入力する画面を示す図である。 シート状電池を組み合わせて製造された二次電池を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

本実施の形態にかかる二次電池とそのスクリーニング装置について、図１、図２を用いて説明する。図１は、シート状電池２１とそのスクリーニング装置５０の構成を示す図である。図２スクリーニング装置５０のパーソナルコンピュータ５１の制御構成を示すブロック図である。

スクリーニング装置５０は、単位電池であるシート状電池２１に対して充放電試験を行うことで、スクリーニングを行う。具体的には、複数枚のシート状電池２１に対して同様の充放電試験を行い、それぞれのシート状電池２１に対する充放電試験の結果が所定の条件を満たすか否かを判定する。そして、充放電試験の結果に基づいて、シート状電池２１の良否判定を行う。

例えば、スクリーニング装置５０は、シート状電池２１に対して充放電試験を行うことで、シート状電池２１毎に充放電波形を取得する。スクリーニング装置５０は、取得した充放電波形が所定の条件を満たすシート状電池を良品と判定し、満たさないシート状電池２１を不良品と判定する。そして、ユーザは、良品と判定されたシート状電池２１のみを用いて、二次電池を製造する。すなわち、良品と判定されたシート状電池２１を並列接続又は直列接続することで、二次電池が完成する。不良品と判定されたシート状電池２１は、廃棄、又は再試験等の対象となる。

図１において、シート状電池２１は、基材１１上に、ｎ型酸化物半導体層１３、充電層１４、ｐ型酸化物半導体層１６、及び第２電極１７がこの順序で積層された積層構造を有している。

基材１１は金属などの導電性物質などにより形成され、第１電極として機能する。本実施形態では、基材１１が負極となっている。基材１１としては、例えば、アルミニウムシートなどの金属箔シートを用いることができる。

絶縁材料からなる基材１１を用意して、基材１１上に第１電極を形成することもできる。すなわち、基材１１は第１電極を含む構成であればよい。基材１１の上に、第１電極を形成する場合、第１電極の材料として、クロム（Ｃｒ）又はチタン（Ｔｉ）等の金属材料を用いることができる。第１電極の材料として、アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ）等を含む合金膜を用いてもよい。第１電極を基材１１上に形成する場合、後述する第２電極１７と同様に形成することができる。

基材１１の上には、ｎ型酸化物半導体層１３が形成されている。ｎ型酸化物半導体層１３はｎ型酸化物半導体材料（第２のｎ型酸化物半導体材料）を含んで構成される。ｎ型酸化物半導体層１３としては、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を使用することが可能である。例えば、ｎ型酸化物半導体層１３は、スパッタリング又は蒸着により、基材１１上に成膜することができる。ｎ型酸化物半導体層１３の材料として、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）を用いることが好ましい。

ｎ型酸化物半導体層１３の上には、充電層１４が形成されている。充電層１４は、絶縁材料とｎ型酸化物半導体材料とを混合した混合物により形成されている。例えば、充電層１４のｎ型酸化物半導体材料（第１のｎ型酸化物半導体材料）として、微粒子のｎ型酸化物半導体を使用することが可能である。ｎ型酸化物半導体は、紫外線照射により光励起構造変化して、充電機能を備えた層となる。充電層１４の絶縁材料としては、シリコーン樹脂を用いることができる。例えば、絶縁材料としては、シリコン酸化物などのシロキサン結合による主骨格を持つシリコン化合物（シリコーン）を使用することが好ましい。

例えば、充電層１４は、第１のｎ型酸化物半導体材料を二酸化チタンとして、酸化シリコンと二酸化チタンとによって形成される。この他に、充電層１４で使用可能なｎ型酸化物半導体材料としては、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好適である。二酸化チタン、酸化スズ、及び酸化亜鉛の２つ又は全てを組み合わせた材料を使用することも可能である。

充電層１４の製造工程について説明する。まず、酸化チタン、酸化スズ、又は酸化亜鉛の前駆体と、シリコーンオイルとの混合物に溶媒を混合した塗布液を用意する。脂肪酸チタンとシリコーンオイルを溶媒に混合した塗布液を用意する。そして、スピン塗布法、スリットコート法などにより、塗布液がｎ型酸化物半導体層１３上に塗布される。塗布膜に対して、乾燥、及び焼成を行うことで、ｎ型酸化物半導体層１３上に充電層１４を形成することができる。なお、前駆体の一例として、例えば酸化チタンの前駆体であるチタニウムステアレートが使用できる。酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛は、金属酸化物の前駆体である脂肪族酸塩から分解して形成される。乾燥、及び焼成した後の、充電層１４に対して、紫外線照射を行いＵＶ硬化させてもよい。

なお、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛などについては、前駆体を用いずに、酸化物半導体の微細な粒子を用いることも可能である。酸化チタン、又は酸化亜鉛のナノ粒子をシリコーンオイルと混合することで、混合液が生成される。さらに、混合液に溶媒を混合することで、塗布液が生成される。スピン塗布法、スリットコート法などにより、塗布液がｎ型酸化物半導体層１３上に塗布される。塗布膜に対して、乾燥、焼成、及びＵＶ照射を行うことで、充電層１４を形成することができる。

充電層１４に含まれる第１のｎ型酸化物半導体材料と、ｎ型酸化物半導体層１３に含まれる第２のｎ型酸化物半導体材料とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、ｎ型酸化物半導体層１３に含まれるｎ型酸化物半導体材料が酸化スズである場合、充電層１４のｎ型酸化物半導体材料は酸化スズであってもよいし、酸化スズ以外のｎ型酸化物半導体材料であってもよい。

充電層１４の上には、ｐ型酸化物半導体層１６が形成されている。ｐ型酸化物半導体層１６は、ｐ型酸化物半導体材料を含んで構成される。ｐ型酸化物半導体層１６の材料としては、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、及び銅アルミ酸化物（ＣｕＡｌＯ_２）等を使用することが可能である。例えば、ｐ型酸化物半導体層１６は、厚さ４００ｎｍの酸化ニッケル膜となっている。ｐ型酸化物半導体層１６は、蒸着又はスパッタリング等の成膜方法によって、充電層１４の上に成膜されている。

第２電極１７は、導電膜によって形成されていればよい。また、第２電極１７の材料としては、クロム（Ｃｒ）又は銅（Ｃｕ）等の金属材料を用いることができる。他の金属材料として、アルミニウム（Ａｌ）を含む銀（Ａｇ）合金等がある。その形成方法としては、スパッタリング、イオンプレーティング、電子ビーム蒸着、真空蒸着、化学蒸着等の気相成膜法を挙げることができる。また、金属電極は電解メッキ法、無電解メッキ法等により形成することができる。メッキに使用される金属としては、一般に銅、銅合金、ニッケル、アルミ、銀、金、亜鉛又はスズ等を使用することが可能である。例えば、第２電極１７は、厚さ３００ｎｍのＡｌ膜となっている。

シート状電池２１は、その他の層を有してもよい。シート状電池２１は、全固体型の電池である。シート状電池２１を単位電池とも称する。すなわち、単位電池であるシート状電池２１を複数組み合わせることで二次電池が製造される。

なお、上記の説明では、充電層１４の下にｎ型酸化物半導体層１３が配置され、充電層１４の上にｐ型酸化物半導体層１６が配置されている構成としたが、ｎ型酸化物半導体層１３とｐ型酸化物半導体層１６とは反対の構成になっていてもよい。すなわち、充電層１４の上にｎ型酸化物半導体層１３が配置され、下にｐ型酸化物半導体層１６が配置されている構成であってもよい。この場合、基材１１が正極、第２電極１７が負極となる。すなわち、充電層１４がｎ型酸化物半導体層１３とｐ型酸化物半導体層１６に挟まれている構成であれば、充電層１４の上にｎ型酸化物半導体層１３が配置されていても、ｐ型酸化物半導体層１６が配置されていてもよい。換言すると、シート状電池２１は、第１電極（基材１１）、第１導電型酸化物半導体層（ｎ型酸化物半導体層１３、又はｐ型酸化物半導体層１６）、充電層１４、第２導電型半導体層（ｐ型酸化物半導体層１６、又はｎ型酸化物半導体層１３）、第２電極１７の順番で積層されている構成であればよい。

さらに、シート状電池２１は第１電極（基材１１）、第１導電型酸化物半導体層（ｎ型酸化物半導体層１３、又はｐ型酸化物半導体層１６）、充電層１４、第２導電型半導体層（ｐ型酸化物半導体層１６、又はｎ型酸化物半導体層１３）、第２電極１７以外の層を含む構成であってもよい。

次に、シート状電池２１と接続されたスクリーニング装置５０の構成について、再び図１、図２を参照して説明する。スクリーニング装置５０は、充放電器６１と、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣ）５１とを備えている。ＰＣ５１は、充放電波形取得部５２と、放電電圧評価部５３と、放電時間評価部５４と、充電電圧評価部５６と、充電効率評価部５７と、電流値評価部５８と、判定部５９とを備えている。

充放電波形取得部５２、放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、電流値評価部５８、判定部５９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ等の記憶媒体、キーボードなどの入力デバイス、及びモニタなどを有するＰＣ５１で実現することができる。ＰＣ５１は、メモリに格納されたコンピュータプログラムを実行することで、後述する放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８による評価、及び、判定部５９による判定の処理を実行する。

充放電器６１は、シート状電池２１を充放電する。具体的には、充放電器６１は、シート状電池２１を所定時間、ＣＣ−ＣＶ（Constant Current-Constant Voltage）充電した後、ＣＣ（Constant Current）放電する。ＣＣ−ＣＶ充電では、まず、定電流充電して、充電電圧が所定電圧に到達すると、電圧を所定電圧で一定として定電圧充電する。ＣＣ法では、定電流で放電を行う。充放電器６１は、充放電時の電圧と電流を制御、及び計測する。

充放電波形取得部５２は、充放電器６１による充放電試験の充放電波形を取得する。すなわち、充放電時に計測した電圧又は電流に応じて、充放電波形取得部５２は、電圧波形及び電流波形を取得する。充放電波形取得部５２は充放電電流、及び充放電電圧に時間を対応付けてメモリなどに記憶する。なお、充放電器６１は、１枚のシート状電池２１に対して複数回充放電波形を行ってもよい。この場合、充放電波形取得部５２は、１枚のシート状電池２１に対して、複数の充放電波形を取得する。

放電電圧評価部５３は放電中の放電電圧を評価する。放電時間評価部５４は、充放電波形における放電時間のばらつきを評価する。充電電圧評価部５６は、充電中の充電電圧を評価する。充電効率評価部５７は、充放電波形に基づいて、充電効率を評価する。電流値評価部５８は、充電終了時の電流値を評価する。放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、電流値評価部５８における評価については後述する。

判定部５９は、放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８における評価に基づいて、シート状電池２１の良否判定を行う。すなわち、放電電圧、放電時間、充電電圧、充電効率、及び充電終了時の電流値の全ての評価について、良好な評価が得られた場合、判定部５９は、シート状電池２１を良品と判定する。一方、放電電圧、放電時間、充電電圧、充電効率、及び充電終了時の電流値の一つ以上について、良好な評価が得られなかった場合、判定部５９は、シート状電池２１を不良品と判定する。以上、スクリーニング装置５０は、このように取得した充放電波形に基づいて、シート状電池２１のスクリーニングを行う。

次に、スクリーニング装置５０によるスクリーニング方法について、図３〜図９を用いて説明する。図３は、本実施の形態にかかるスクリーニング方法を示すフローチャートである。図４〜図９は、シート状電池２１に対するそれぞれの評価を説明するための充放電波形である。図４〜図７には、充放電電圧及び充放電電流の時間変化が示されている。図８、及び図９には、充放電電圧の時間変化が示されている。

上記のように、充放電器６１は、まず、シート状電池２１に対して、ＣＣ−ＣＶ充電を所定時間だけ行った後、ＣＣ放電を行っている。例えば、充放電器６１が、ＣＣ−ＣＶ充電とＣＣ放電を１セットして、充放電を行うと、充放電波形取得部５２が１枚の充放電波形を取得する（下記フローチャートのＳ１１）。

例えば、充放電器６１は、シート状電池２１に対して、充電時の設定を２．７Ｖ、５０ｍＡとして、充電時間を３０秒として、充電することができる。この場合、充放電器６１は、シート状電池２１の電圧２．７Ｖに達するまでは５０ｍＡの定電流で充電を行い、シート状電池２１の電圧が２．７Ｖに到達すると、電流量を絞り２．７Ｖの定電圧で充電を行っている。放電時は、充放電器６１は、シート状電池２１の電池容量が０％になるまで定電流で放電する。

まず、シート状電池２１を用意する（Ｓ１０）。具体的にＳ１０では、図１に示すような積層構造を有するシート状電池２１を複数枚用意する。次に、充放電器６１がシート状電池２１に対して充放電試験を行い、充放電波形取得部５２がシート状電池２１の充放電波形を取得する（Ｓ１１）。具体的には、Ｓ１１では、充放電器６１が１枚のシート状電池２１に対して１回、充放電を行う。これにより、充放電波形取得部５２が、１枚のシート状電池２１に対して、１つの充放電波形を取得する。例えば、充放電波形において、１秒間隔で電圧値と電流値とが取得されているとする。

次に、放電電圧評価部５３は、放電中の放電電圧の時間変化を評価する（Ｓ１２）。Ｓ１２において、放電電圧評価部５３は、放電時に電圧上昇があるか否かを評価する。図４に放電電圧の上昇がある充放電波形を示す。図４ではＣ１で放電時の電圧上昇がある。

具体的には、Ｓ１２において、放電電圧評価部５３は、放電中における異なるタイミングの電圧値を比較して、その比較結果に基づいて、放電電圧が上昇しているか否かを評価する。すなわち、放電電圧評価部５３は、放電電圧の挙動に基づいて異常の有無を検知する。

放電電圧評価部５３は、放電電圧の時間変化量が予め定められた放電電圧閾値（以下、放電電圧閾値Ｖｔｈ１）以上であるか否かに基づいて、放電電圧の時間変化量の評価を行う。具体的に、例えば、放電中の任意のタイミングの電圧値（以下、電圧値Ｖ２）とその直前のタイミングの電圧値（以下、電圧値Ｖ１）の差分値（Ｖ２−Ｖ１）が放電電圧の時間変化量に対応する。放電電圧の差分値（Ｖ２−Ｖ１）が放電電圧閾値Ｖｔｈ１以上となっている場合、放電電圧評価部５３は、放電電圧が上昇したと判定する。一方、２つの電圧値Ｖ２、Ｖ１の差分値（Ｖ２−Ｖ１）が放電電圧閾値Ｖｔｈ１未満の場合、放電電圧評価部５３は、放電電圧が上昇していないと判定する。このように、放電電圧評価部５３は、連続する２つのタイミングの放電電圧の差分値に基づいて、放電電圧の時間変化量の評価を行う。

放電電圧評価部５３は、放電中において、差分値（Ｖ２−Ｖ１）が放電電圧閾値Ｖｔｈ１以上となる箇所が１か所でもあれば、放電時に電圧上昇があると評価する。図４では、例えば、Ｃ１に放電電圧の上昇がある。このように、放電電圧評価部５３は、差分値（Ｖ２−Ｖ１）と放電電圧閾値Ｖｔｈ１との比較結果に基づいて、異常の有無を検知する。なお、放電電圧閾値Ｖｔｈ１は、正の値であり、例えば、０．０２Ｖとすることができる。

次に、充電電圧評価部５６は、シート状電池２１における充電中の充電電圧の時間変化を評価する（Ｓ１３）。具体的には、充電電圧評価部５６は、充電時に電圧降下があるか否かを判定する。図５に充電電圧の電圧下降がある充放電波形を示す。図５ではＤ１で充電時の電圧下降がある。充電電圧評価部５６は、充電中における異なるタイミングの電圧値を比較して、その比較結果に基づいて、充電電圧が下降しているか否かを評価する。すなわち、充電電圧評価部５６は、充電電圧の挙動に基づいて異常の有無を検知する。

充電電圧評価部５６は、充電電圧の時間変化量が充電電圧閾値Ｖｔｈ２以上であるか否かに基づいて、充電電圧の時間変化量の評価を行う。具体的に、例えば、充電中の任意のタイミングの電圧値（以下、電圧値Ｖ３）と直後のタイミングの電圧値（以下、電圧値Ｖ４）の差分値（Ｖ３−Ｖ４）が充電電圧の時間変化量に対応する。充電電圧の差分値（Ｖ３−Ｖ４）が充電電圧閾値（以下、充電電圧閾値Ｖｔｈ２）以上高くなっている場合、充電電圧評価部５６は充電電圧が下降したと判定する。一方、２つの電圧値Ｖ３、Ｖ４の差分値（Ｖ３−Ｖ４）が充電電圧閾値Ｖｔｈ２未満の場合、充電電圧評価部５６は、充電電圧が下降していないと判定する。このように、充電電圧評価部５６は、連続する２つのタイミングの充電電圧の差分値に基づいて、充電中の充電電圧の時間変化を評価する。

充電電圧評価部５６は、充電中において、（Ｖ３−Ｖ４）が充電電圧閾値Ｖｔｈ２以上となる箇所が１か所でもあれば、充電時に電圧下降があると評価する。図５では、例えば、Ｄ１に充電電圧の下降がある。このように、充電電圧評価部５６は、差分値（Ｖ３−Ｖ４）と充電電圧閾値Ｖｔｈ２との比較結果に基づいて、異常の有無を検知する。なお、充電電圧閾値Ｖｔｈ２は、正の値であり、例えば、０．１Ｖとすることができる。

次に、充電効率評価部５７は、充放電波形に基づいて、充電効率を評価する（Ｓ１４）。そして、充電効率評価部５７は、シート状電池２１の充電効率が効率閾値よりも高いか低いかを評価する。次に、図６を参照して、充電効率を算出する方法を具体的に説明する。

〈充電に要した電力量〉
各タイミングでの充電電圧と充電電流との積が充電電力になる。また、充電時（図６の充電期間Ｐ１）における充電電力の時間積分が充電に要した電力量となる。
〈充電で得られる電力量〉
各タイミングでの放電電圧と放電電流の積が放電電力になる。また、放電時（図６の放電期間Ｐ２）における放電電力の時間積分が放電で得られる電力量になる。
〈充電効率〉
充電効率は（放電で得られる電力量）／（充電に要した電力量）で算出される。

充電効率評価部５７は、上記の様に、充放電波形に基づいて、充電に要した電力量と放電で得られる電力量を求めて、充電効率Ｅを算出する。そして、充電効率評価部５７は、算出した充電効率を、効率閾値Ｅｔｈと比較する。充電効率評価部５７は、充電効率Ｅが効率閾値Ｅｔｈ以上であれば、充電効率が高いと判定し、効率閾値Ｅｔｈ未満であれば、充電効率が低いと判定する。効率閾値Ｅｔｈは、例えば８０％とすることができる。充電効率評価部５７は、充電効率に基づいて、異常の有無を検知する。

次に、電流値評価部５８が、充放電波形に基づいて、充電終了時の電流値を評価する（Ｓ１５）。例えば、充電時間が３０秒の場合、電流値評価部５８は、充電開始から３０秒後の充電電流値を充電終了時の電流値Ｉとして取得する（図７参照）。すなわち、充電終了時の電流値Ｉとは、定電圧充電の最後のタイミングで取得された電流値である。そして、電流値評価部５８は、電流値Ｉと、電流閾値Ｉｔｈとを比較して、電流値Ｉが電流閾値Ｉｔｈ以下の場合、電流値Ｉが正常であると判定し、電流閾値Ｉｔｈよりも大きい場合、電流値Ｉが異常であると判定する。このように、電流値評価部５８は、電流値Ｉと電流閾値Ｉｔｈとの比較結果に基づいて、異常の有無を検知する。

次に、判定部５９が、上記の評価結果に基づいて、良品であるか否かの判定を行う（Ｓ１６）。具体的には、放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８の評価において、１項目でも異常が検知されたシート状電池を不良品と判定する（Ｓ１６のＮｏ）。そして、スクリーニング装置５０は、ＰＣのモニタ画面上に異常であることを出力する（Ｓ１７）。異常の出力後、処理を終了する。

判定部５９は、放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８の全ての評価をパスしたシート状電池２１を良品と判定する（Ｓ１６のＹｅｓ）。

Ｓ１６で良品と判定された場合、充放電波形取得部５２が充放電波形を再取得する（Ｓ１８）。ここでは、Ｓ１２と同様に、充放電器６１がＣＣ−ＣＶ充電、ＣＣ放電を行い、充放電波形取得部５２が充放電波形を取得する。これにより、シート状電池２１に対して２つ目の充放電波形が取得される。Ｓ１１、及びＳ１８のステップによって、１枚のシート状電池２１に対して、複数の充放電波形が取得される。Ｓ１８では、充放電波形取得部５２が複数回充放電波形を取得してもよい。

放電時間評価部５４が、充放電波形における放電時間の評価を行う（Ｓ１９）。具体的には、放電時間評価部５４は、Ｓ１１、及びＳ１８で取得した複数の充放電波形に対して、放電時間を算出する。そして、放電時間評価部５４は、１枚のシート状電池２１における放電時間のばらつきを評価する。

図８、図９を用いて、放電時間評価部５４における評価について説明する。図８は、放電時間のばらつきが大きい場合の電圧波形を示し、図９は放電時間のばらつきが小さい場合の電圧波形を示す。図８、図９とも、それぞれ３つの充放電波形を示している。図８の充放電波形を取得したシート状電池２１をサンプルＡとし、図９の充放電波形を取得したシート状電池２１をサンプルＢとする。サンプルＡとサンプルＢとは異なるサンプル（シート状電池２１）である。

図８では、３つの充放電波形における放電時間をＡ１〜Ａ３とし、図９では、３つの放電時間をＢ１〜Ｂ３として示している。なお、放電時間Ａ１〜Ａ３、及び放電時間Ｂ１〜Ｂ３は、放電が終了した時間、すなわち、放電により電池容量が０％となった時間に対応する。すなわち、ＣＣ放電で電圧が０Ｖになった時間を放電終了時間としている。

放電時間Ａ１〜Ａ３の差が大きいため、放電時間評価部５４は、サンプルＡを放電時間のばらつきが大きい単位電池と評価する。放電時間Ｂ１〜Ｂ３の差が小さいため、放電時間評価部５４は、サンプルＢを放電時間のばらつきが小さい単位電池と評価する。なお、放電時間のばらつきの評価には、最大放電時間と最小放電時間との差分、あるいは、放電時間の標準偏差を用いればよい。放電時間評価部５４は、放電時間のばらつきに基づいて異常の有無を検知する。

そして、判定部５９は、放電時間に基づいて、良品であるか否かの判定を行う（Ｓ２０）。判定部５９は、放電時間のばらつきが大きいシート状電池２１を不良品と判定する（Ｓ２０のＮｏ）。スクリーニング装置５０は、ＰＣのモニタ画面上に異常であることを出力する（Ｓ１７）。異常の出力後、処理を終了する。判定部５９は、放電時間のばらつきが小さいシート状電池２１を良品と判定する（Ｓ２０のＹｅｓ）。そして、スクリーニング装置５０は、ＰＣのモニタ画面上に正常であることを出力する（Ｓ２１）。正常の出力後、処理を終了する。

このように、放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８が充放電波形の異常を検知している。そして、判定部５９は、異常な充放電波形が得られたシート状電池（単位電池）２１を不良品と判定している。このようにすることで、良否判定を適切に行うことができる。すなわち、充電効率、充電波形、放電波形の乱れがあるシート状電池２１を適切に排除することができる。４項目に基づいて、シート状電池２１をスクリーニングしているため、適切なスクリーニングが可能となる。

また、放電電圧評価部５３、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８における評価が良好であったシート状電池２１に対して、Ｓ１８で充放電波形を再取得している。換言すると、１項目でも評価が良好ではなかったシート状電池２１には、充放電波形の再取得が行われない。よって、不要な充放電試験を行わないようにすることができ、より効率よくスクリーニングを行うことができる。もちろん、Ｓ１１において、複数の充放電波形を取得して、放電時間評価部５４による評価を放電電圧評価部５３、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８による評価と合わせて行ってもよい。

なお、上記した放電電圧閾値Ｖｔｈ１、充電電圧閾値Ｖｔｈ２、効率閾値Ｅｔｈ、及び電流閾値Ｉｔｈはユーザが設定するようにしてもよい。例えば、スクリーニング装置５０が、図１０に示すような設定ウィンドウ７０をモニタに表示させる。そして、ユーザが各閾値をキーボードやマウスなどの入力デバイスで入力する。

例えば、入力欄７１には、放電電圧閾値Ｖｔｈ１として０．０２Ｖが入力されている。入力欄７２は、効率閾値Ｅｔｈとして８０％が入力されている。入力欄７３には、電流閾値Ｉｔｈとして３０ｍＡが入力されている。入力欄７４には、充電電圧閾値として０．１Ｖが入力されている。スクリーニング装置５０は、ユーザが入力した値を読み込み、閾値に設定する。そして、閾値に基づいて、良否判定を行う。もちろん、上記の電流、電圧、効率等の値は、一例を示すものであり、特に限定されるものではない。例えば、シート状電池２１の大きさや積層構造に応じて、適切な閾値を設定することができる。

そして、ユーザは、良品と選別されたシート状電池２１のみを用いて二次電池を製作する。すなわち、ユーザは、不良品と判定されたシート状電池２１を排除する。複数枚の良品のシート状電池２１を接続する。図１１は、５枚のシート状電池（単位電池）２１を有する二次電池３０を模式的に示す断面図である。二次電池３０は、複数枚のシート状電池２１が積層されたセルシートとなる。

図１１では、シート状電池２１を単位電池２１１又は単位電池２１２として示している。複数枚のシート状電池２１のうち、基材１１が下側に位置し、第２電極１７が上側に位置するものを単位電池２１１として示している。また、複数枚のシート状電池２１のうち、基材１１が上側に位置し、第２電極１７が下側に位置するものを単位電池２１２として示している。

二次電池３０は、負極端子３２と正極端子３３とを備えている。負極端子３２と正極端子３３を介して、複数枚のシート状電池２１は並列に接続されている。負極端子３２は、シート状電池２１の基材（負極）１１にそれぞれ接続される。正極端子３３は、シート状電池２１の第２電極（正極）１７にそれぞれ接続される。そして、単位電池２１１と単位電池２１２とは交互に積層されている。単位電池２１１の第２電極１７と単位電池２１２の第２電極１７との間には正極端子３３が配置されている。単位電池２１１の基材１１と単位電池２１２の基材１１との間には負極端子３２が配置されている。

積層された単位電池２１１、２１２のうち、最も外側（図１１中の最も上側と最も下側）に位置する単位電池２１１、２１２については、基材１１が外側に位置している場合にはその上に負極端子３２が重ねられ、第２電極１７が外側に位置している場合にはその上に正極端子３３が重ねられている。正極端子３３、及び負極端子３２は、充電時には充電装置に接続され、放電時（電池使用時）には、負荷となる電気機器に接続される。

図１１では、５枚のシート状電池２１を有する二次電池３０について示しているが、二次電池３０には、６枚以上のシート状電池２１が設けられていてもよいし、２枚以上、又は４枚枚のシート状電池２１が設けられていてもよい。すなわち、二次電池３０では、複数のシート状電池２１が並列に接続されている。このように、複数枚のシート状電池２１を接続することで大容量の二次電池３０を製造することができる。もちろん、各端子は、図１１に示す構成に限られるものではない。

本実施の形態にかかる二次電池３０の製造方法は、上記のスクリーニング方法で良品と評価されたシート状電池を積層して二次電池３０を製造している。すなわち、良品のシート状電池２１のみを接続していくことで、二次電池３０が製造される。二次電池３０を構成するシート状電池２１は、全ての評価で異常がないものとなる。すなわち、充電電圧、放電電圧、充電効率、充電電流、及び放電時間の評価で異常がないシート状電池２１のみで、二次電池３０が構成されている。よって、性能のばらつきがある単位電池（シート状電池２１）を含まない二次電池３０を製造することができる。

このようにすることで、二次電池３０の歩留まりを改善することができる。よって、高性能な二次電池３０の高い生産性で製造することができる。安定した二次電池３０の製作が可能となる。また、複数の判定条件を組み合せてスクリーニングを行っている。よって、判定のための閾値を適切に設定することができる。

なお、放電時間評価部５４による評価を実施しなくてもよい。すなわち、判定部５９は、放電電圧評価部５３、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８の少なくとも４項目に基づいて、良否判定を行えばよい。放電時間評価部５４による評価を実施しない場合、１枚のシート状電池（単位電池）２１に対する充放電試験は１回のみとすることも可能である。この場合、Ｓ１８〜Ｓ２０のステップを省略することができる。放電電圧評価部５３、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８による評価の順番は特に限定されるものではない。例えば、図３のステップＳ１２〜Ｓ１５の順番は入れ替わってもよく、２以上のステップを同時に行ってもよい。

上記の説明では１枚のシート状電池２１を単位電池として、スクリーニング装置５０がスクリーニングを行ったが、単位電池はシート状電池２１に限られるものではない。例えば、単位電池としては、複数枚のシート状電池２１が積層されたセルシートを単位電池とすることもできる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。

１１ 基材（第１電極）
１３ ｎ型酸化物半導体層
１４ 充電層
１６ ｐ型酸化物半導体層
１７ 第２電極
２１ シート状電池
３０ 二次電池
３２ 負極端子
３３ 正極端子
５０ スクリーニング装置
５１ ＰＣ
５２ 充放電波形取得部
５３ 放電電圧評価部
５４ 放電時間評価部
５６ 充電電圧評価部
５７ 充電効率評価部
５８ 電流値評価部
５９ 判定部
６１ 充放電器

Claims (13)

1. 単位電池をスクリーニングするスクリーニング方法であって、
   前記単位電池を充放電することで、前記単位電池の充放電波形を取得する充放電波形取得ステップと、
   前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における放電中の放電電圧の時間変化量を評価する第１ステップと、
   前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における充電中の充電電圧の時間変化量を評価する第２ステップと、
   前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電効率を評価する第３ステップと、
   前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電終了時の電流値を評価する第４ステップと、
   前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、及び前記第４ステップの評価結果に基づいて、前記単位電池をスクリーニングするスクリーニングステップと、を備えたスクリーニング方法。
2. 前記充放電波形取得ステップでは、前記単位電池を所定時間だけ、ＣＣ−ＣＶ（定電流−定電圧）充電した後、ＣＣ（定電流）放電することで前記充放電波形を取得する請求項１に記載のスクリーニング方法。
3. 前記第１ステップでは、前記放電中の前記放電電圧の時間変化量が予め設定された放電電圧閾値以上である否かに基づいて、前記放電電圧の時間変化量を評価する請求項１又は２に記載のスクリーニング方法。
4. 前記第２ステップでは、前記充電中の充電電圧の時間変化量が予め設定された充電電圧閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電電圧の時間変化量を評価する請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクリーニング方法。
5. 前記第４ステップでは、前記充電終了時の電流値が予め定められた電流閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電終了時の電流値を評価する請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクリーニング方法。
6. 記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、及び前記第４ステップの評価が良好であった前記単位電池に対して、前記充放電波形を再取得し、
   前記単位電池に対する複数の前記充放電波形における放電時間のばらつきを評価し、
   前記放電時間のばらつきの評価結果に基づいて、前記単位電池をスクリーニングする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクリーニング方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載されたスクリーニング方法でスクリーニングされた複数の単位電池を接続することで、二次電池を製造する二次電池の製造方法。
8. 単位電池をスクリーニングするスクリーニング装置であって、
   前記単位電池を充放電する充放電器と、
   前記充放電器で前記単位電池を充放電することで、前記単位電池の充放電波形を取得する充放電波形取得部と、
   前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における放電中の放電電圧の時間変化量を評価する放電電圧評価部と、
   前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における充電中の充電電圧の時間変化量を評価する充電電圧評価部と、
   前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電効率を評価する充電効率評価部と、
   前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電終了時の電流値を評価する電流値評価部と、
   を備えたスクリーニング装置。
9. 前記充放電器が前記単位電池を所定時間だけ、ＣＣ−ＣＶ充電した後、ＣＣ放電することで、前記充放電波形取得部が前記充放電波形を取得する請求項８に記載のスクリーニング装置。
10. 前記放電電圧評価部は、前記放電中の前記放電電圧の時間変化量が予め設定された放電電圧閾値以上である否かに基づいて、前記放電電圧の時間変化量を評価する請求項８又は９に記載のスクリーニング装置。
11. 前記充電電圧評価部は、前記充電中の充電電圧の時間変化量が予め設定された充電電圧閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電電圧の時間変化量を評価する請求項８〜１０のいずれか１項に記載のスクリーニング装置。
12. 前記電流値評価部は、前記充電終了時の電流値が予め定められた電流閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電終了時の電流値を評価する請求項８〜１１のいずれか１項に記載のスクリーニング装置。
13. 前記放電電圧評価部、前記充電電圧評価部、前記充電効率評価部、及び電流値評価部での評価が良好であった前記単位電池に対して、前記充放電器が充放電を行うことで、前記充放電波形取得部が前記充放電波形を再取得し、
    前記単位電池に対する複数の前記充放電波形における放電時間のばらつきを評価し、
    前記放電時間のばらつきの評価結果に基づいて、前記単位電池をスクリーニングする請求項８〜１２のいずれか１項に記載のスクリーニング装置。

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