JP2019021419A - 電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置 - Google Patents

電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2019021419A
JP2019021419A JP2017136473A JP2017136473A JP2019021419A JP 2019021419 A JP2019021419 A JP 2019021419A JP 2017136473 A JP2017136473 A JP 2017136473A JP 2017136473 A JP2017136473 A JP 2017136473A JP 2019021419 A JP2019021419 A JP 2019021419A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery
internal short
short circuit
test method
pressure plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017136473A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7062891B2 (ja
Inventor
俊彦 萬久
Toshihiko Mankyu
俊彦 萬久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2017136473A priority Critical patent/JP7062891B2/ja
Publication of JP2019021419A publication Critical patent/JP2019021419A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7062891B2 publication Critical patent/JP7062891B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

【課題】 電池に発生する内部短絡を、簡便で、しかも正確に試験できる内部短絡試験方法と内部短絡試験装置を提供すること。【解決手段】 本発明は、セパレータを介して正極板と負極板が積層された積層物が外装体に収納されている電池の内部短絡試験方法であって、前記電池を加圧する部分である加圧板から所定の内部短絡層数に対応する長さ突出して前記電池に突き刺す突出部を有し試験装置の押圧機構に固定されていない加圧部を、前記突出部が前記電池に向くようにして対向させ、前記押圧機構で前記加圧部を押して前記電池を加圧することで前記突出部を前記電池に突き刺して内部短絡を発生させることを特徴とする電池の内部短絡試験方法である。【選択図】 図1

Description

本発明は、電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置に関する。
リチウムイオン二次電池などの電池の安全性を評価するための手法、評価試験は各種ある。その中でも電池の内部に導電性の異物が混入し、それが正極と負極間を短絡させて発生する内部短絡時の挙動を評価する事は、電池メーカーにとっては極めて重要である。
以前より、このような内部短絡を模擬した試験として釘刺し試験が広く行われていた。釘刺し試験では、セル外部から導電性の釘を挿入・貫通させることにより確実に内部短絡を発生させる事が出来る。そのため、ある程度の高い再現性が得られ易く、また、特別に精巧な装置も必要無いため、試験を行うのに大きな障壁が無い。
釘刺し試験は簡便に行うことが出来るという特徴があるものの、通常セル内部で見られる内部短絡現象とは程遠い状態を作るに過ぎない事が以前より問題視されている。つまり、太い釘が表から裏に至るまで貫通する点や、そのために、電極に穴が開く点など、実際の導電性異物起因で起こる内部短絡とは大きく違う状態になる。実際の導電性異物起因で起こる内部短絡は、電極そのものが破れたり、異物が電極を貫通したりすることはあっても、せいぜい1、2層に限られると考えられるが、釘刺し試験ではそのような短絡発生層数の制御は不可能に近い。
釘刺し試験は以前より広く行われてきたが、内部短絡を発生させるための釘が電池を貫通するという点において、現実に発生すると考えられる導電性異物起因の内部短絡と大きく状態が異なる。
特許文献1では、釘先端のような微小な部分のみを刺すことで、実際に起こる現象により近い状態を再現する試験法が提案されている。しかしこの方法でも、加圧子を高度に位置制御するために、加圧力を検知する加圧力測定部、それを位置制御にフィードバックする加圧子制御部、短絡子制御部等が必要であり、非常に複雑・高価な装置になるという課題があった。
また特許文献2の電池試験装置では、図2,図3、(0042)〜(0043)に、加圧部42に釘刺し試験用治具44を取り付けることが記載されている。釘刺し試験用治具44には、釘部44aと釘部44aの根元に一体的に形成された基部44cがある。駆動部18によって加圧部42を下降させて釘部44aを電池Bに突き刺すが、釘部44aをどこまで電池Bに突き刺すか、また基部44cが電池Bを加圧するかについては何ら記載がない。そのため特許文献1と同じく、駆動部18の下降距離を測定し、フィードバックしながら行うと思われる。しかしその場合、特許文献1と同様に複雑・高価な装置になるという課題があった。
特許第5060623号 特開2015-159017号公報
そこで、最近では、強制内部短絡試験のように実際に起こる現象により近い状態を再現する試験法が提案されている。この試験は、電池から積層体や捲回体を取り出して、実際に導電性異物(ニッケルの小片)を極板間に挿入し、再度電池に組立て、異物挿入部分を外から加圧して内部短絡を発生させるものである。
強制内部短絡試験は、現実に発生すると考えられる導電性異物起因の内部短絡と非常に近い状態を再現可能な試験ではある。しかし電池を解体して異物を挿入するなど非常に手間が掛かる上、異物の場所を正しく加圧することも難しく、そのため再現性に乏しい。
また、電池を解体する関係で、ドライルーム(超低湿クリーンルーム)と試験場が近接している必要があり、試験場の制約も受ける。また、微小な電圧低下を監視する必要があるため、精巧な電圧測定部とそれをフィードバックして加圧を止める機構など装置が非常に複雑かつ高価なものになる。
さらに、異物挿入箇所を正しく加圧したとしても、試験装置の加圧部分の端部が角張った形状をしている事から、異物による内部短絡が発生しない場合には、この角の部分でセル表面にダメージを与え、圧壊による内部短絡が発生してしまう。そのため想定した内部短絡状態にならない事もしばしば発生する。被加圧面の法線が加圧方向に対して正しく平行でないと、角の部分がセル表面にダメージを与えることがある。正しく平行でないとは、例えば、電池を試験装置に取り付ける際に傾いてしまった場合や、電極そのものの巻き癖でセル全体がカールしてしまっている場合である。
特許文献1,2の試験装置では、加圧部分は短絡子用加圧装置あるいはロッドに固定されている。しかし電池表面は常に加圧方向に対して垂直とは限らず、傾いている場合がある。短絡子用加圧装置あるいはロッドの先に加圧部を固定して加圧する場合は、その傾きが試験に常に影響を与えてしまう。
本発明の目的は、電池に発生する内部短絡を、簡便で、しかも正確に試験できる内部短絡試験方法と内部短絡試験装置を提供することである。
本発明は、セパレータを介して正極板と負極板が積層された積層物が外装体に収納されている電池の内部短絡試験方法であって、
前記電池を加圧する部分である加圧板から所定の内部短絡層数に対応する長さ突出して前記電池に突き刺す突出部を有し試験装置の押圧機構に固定されていない加圧部を、前記突出部が前記電池に向くようにして対向させ、前記押圧機構で前記加圧部を押して前記電池を加圧することで前記突出部を前記電池に突き刺して内部短絡を発生させることを特徴とする電池の内部短絡試験方法である。
また本発明は、
試験対象の電池を載置する架台と、
前記架台に設けた脚部と、
前記脚部上に設けた機構支持部と、
前記機構支持部に支持された押圧機構と、
前記電池を加圧する部分である加圧板から所定の内部短絡層数に対応する長さ突出して前記電池に突き刺す突出部を備え、
試験時に前記押圧機構に押圧される加圧部が、前記押圧機構に固定されていない、
ことを特徴とする内部短絡試験装置である。
本発明によれば、電池内部に発生させたい評価に必要な内部短絡の状態を簡便な方法でしかも正確に再現出来る。
本発明の実施形態における評価対象の一例であるフィルム外装電池の断面図である。 本発明の第1の実施形態の加圧部の一例を示す概略斜視図である。 本発明の第1の実施形態に係る試験装置の構成を概略的に示す構成図である。 本発明の実施例の評価方法によって、内部短絡を発生させる試験状態のフィルム外装電池の断面図である。 加圧部の図2以外の断面形状を示す図である。 本発明の第1の実施形態の動作を説明する図である。 本発明の第2の実施形態の内部短絡試験方法を説明するための概略図である。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
(第1の実施形態)
初めに図1に基づいて、本実施形態で評価対象となる電池の一例としてフィルム外装電池の一例を説明する。フィルム外装電池は、例えばリチウムイオン二次電池である。図1では試験セル1と表示している。図1に示すように、発電要素を電解液(不図示)とともにラミネートフィルムからなる外装体3の内部に収容したものである。発電要素は、セパレータ43を介して正極板41と負極板42が積層された積層体を交互に積層している。積層体間にもセパレータ43を挟んでいる。このようにして形成した発電要素を、正極端子と負極端子を除いて外装体3でカバーする。
正極板41は、正極集電体の両面に正極活物質を塗布して形成する。正極集電体としては、アルミニウム箔等が使われる。また正極活物質としては、例えば、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、または、コバルト酸リチウム(LiCoO2)等のリチウム複合酸化物からなる正極活物質本体と、カーボンブラック等の導電助剤と、バインダと、を混合したものを、正極集電体の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。なお正極集電体と正極活物質は特に限定されない。
負極板42は、負極集電体の両面に負極活物質を塗布してなる。負極集電体としては、銅箔等が使われる。また負極活物質としては、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は、黒鉛等のような上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質本体に、バインダを混合したものを、負極集電体の両主面に塗布し、乾燥及び圧延させることにより形成されている。なお負極集電体と負極活物質は特に限定されない。
上記負極集電体の長手方向の端縁の一部は、負極活物質層を具備しない延長部44として延びており、その先端が負極端子(タブ2)に接合されている。また図1には示していないが、同様に、上記正極集電体の長手方向の端縁の一部が、正極活物質層を具備しない延長部として延びており、その先端が正極端子に接合されている。
セパレータ43は、正極板41と負極板42との間の短絡を防止すると同時に電解質を保持する機能を有する。セパレータ43は、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン等から構成される微多孔性膜からなり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能を有している。なお、セパレータとしては、ポリオレフィン等の単層膜に限られず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造のものや、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものも用いることができる。セパレータ43の材料、構造は特に限定されない。
また、用いる電解液も特に限定されるものではないが、リチウムイオン二次電池に一般的に使用される電解質として、例えば、有機溶媒にリチウム塩が溶解した非水電解液を用いることができる。
なお上述の実施形態では電解液を用いたが、電解質塩を含有させた固体電解質、高分子電解質、高分子化合物等に電解質塩を混合または溶解させた固体状もしくはゲル状電解質等も用いることができる。これらはセパレータを兼ねることもできる。
図2に、本実施形態の加圧部10の概略図を示す。
加圧部10は、評価対象のセルの表面を加圧する加圧板6、およびセル表面から規定の長さセル内部に突き刺さる突出部5を備えている。突出部5は加圧板6から所定の内部短絡層数に対応する長さ突出して加圧板6に固定されている。図2で示した加圧部10を図1で示した試験セル1上の所定の場所に置き、試験装置の繰り出し部に固定されているロッド7によって加圧部が押される事により、加圧部が図4で示すように法線方向にセルを突き刺して内部短絡を発生させる。
図2に示した加圧板6はセルを加圧する側の周囲に逃げ形状200を形成することも出来る。逃げ形状とは例えば、周囲が突き刺し方向の反対方向に反った形状、または、加圧部の平面部分の周囲に曲面(R)が設けられている形状である。なお図2の破線はRを分かりやすく示すためのもので、角(かど)を意味しない。図2では、加圧板6は、セルを加圧する加圧面201がセルと直接接する部分が平面で、加圧面201の周囲全体に突出部5先端と反対方向に曲るRを付けた形状である。そのためロッド7が法線方向から傾いてに取り付けられてしまって、加圧面が電池の被加圧面に対して正しく平行でなくても、所定の長さ突出部がセル内部に突き刺さすことができ、しかも、加圧面の周囲でセル表面にダメージを与える事がない。従ってその部分での圧壊による短絡が発生する事を防止でき、想定した内部短絡のみを発生させる事が可能となる。
加圧部10は図2の形状以外にも、図5(a)、(b)、(c)に示すような断面形状でも良い。つまり矩形の断面を持ち角にRを形成したもの(図5(a))、断面矩形の材料の角部を大きく面取りして端部の断面を三角形にし、更に各角にRを形成したもの(図5(b))でも良い。更に、断面矩形の材料の角部を平面が残るよう面取りし、面取り部分の2つの角部それぞれにRを形成したもの(図5(c))等様々な形状が可能である。
さらに別の例として、加圧面201全体がセルを加圧する側に凸でしかも半径の大きな球面またはそれに準じた曲面でもよい。球面形状にする場合には、球面の半径は突出部の突出長さよりも十分に大きいことが望ましく、突出長さの少なくとも3倍以上とするのが望ましい。
さらに別の例として、セル自体が円筒形状などの場合には、加圧部の加圧面をセルの形状に沿った形にしておいても良い。具体的には、円筒形状の場合には、円筒の円の半径よりも若干大きい半径の凹形状にする事が例として挙げられる。
図3は本実施形態の方法で用いられる内部短絡試験装置20の構成を示す図である。セルを加圧する図2に示す試験装置本体から分離された加圧部10と、加圧部10の加圧板6を評価対象である試験セル1の表面に対して垂直方向に加圧するための押圧機構21、および試験セル1を載置する架台22を備えている。架台22上に四本の脚部23を備え、四本の脚部23上に機構支持部24を設置する。機構支持部24の下面中央に押圧機構21を固定する。押圧機構21の先端にロッド7を接続し、ロッド7の先端によって、図2で述べた加圧部10を押圧する。加圧板6と突出部5の材料は例えばステンレスであり、突出部5の形状は円錐形である。なお押圧機構21とロッド7を合わせて押圧機構としてもよい。また、加圧部を押圧するロッド7の先端形状は、平面でも良いが、加圧部を垂直に押す事が出来る形状であれば、半球状でも良く、また加圧部にそれに対応した凹部が備わっていても良い。
押圧機構21は加圧部10の突出部5がセルの内部に入りきり、加圧板6がセル表面に達する程度の加圧力で加圧すれば良く、フィルム外装電池の場合であれば10〜30N(ニュートン)あれば十分である。また、加圧板6がセル表面に達するところで送り出しを停止すれば良いため、送り出し位置の精度も不要である。電池の内部短絡部分は、加圧部10によって常に規定の長さだけ突出部5がセル内部に突き刺さる。そのため突き刺さる長さが常に安定しており、再現性良く実際に起こる内部短絡を模擬可能である。突出部5は電池に突き刺すために釘の先のように尖っている。突出部5だけが電池に刺さるよう、加圧板6は突出部5に比べて十分大きい寸法を有する。
加圧部10でセル表面を加圧するには、まず加圧部10の突出部5を試験セル1の表面に向けた状態で静止させておく。加圧部10は押圧機構21に固定しない。その後、押圧機構21に接続されたロッド7を加圧部10の背面に接触させて加圧していく。ロッド7は先端部の径が突出部5の径よりも大きい平坦面にしておき、加圧方向から見てその平坦面が突出部5を含むような位置関係で押す。その際に、突出部がまずセル内部に突き刺さるが、この時の突き刺しの速度に関しては、この後加圧板6がセル表面に到達した際に大きな衝撃とならない程度に遅い事が望ましい。そのため1mm/sec以下である事が望ましい。
加圧板6は突出部5が規定長さだけセル内部に突き刺さるためのストッパーの役であるため、板の加圧方向からの投影形状は問わない。円形でも楕円形でも長方形でも正方形でも構わない。但し、加圧時に荷重が分散しないようにロッドに対して回転対称であることが望ましい。
加圧部10の突出部5は電池内部に刺さる事で電池の内部短絡を発生させる。このため、突出部5は導電性材料からなる事が望ましい。また、加圧板6は荷重に十分耐えられ、変形量が極力少なければどのような材料を用いても良いが、突出部5が常に規定の長さ突出する事が可能なように荷重をかけた場合でも、突出部5自身の変形量が極力少なくなるように寸法・材料を選定するとよい。このような観点から、加圧板6は加圧方向からの投影形状として10mm角以上の正方形であり、厚さ10mm以上の金属製であることが望ましい。
加圧部10の突出部5の突出長さは、発生させたい内部短絡の短絡抵抗を想定して設定することが望ましく、例えばそれは、短絡が発生する層数によって長さを決める事が出来る。
本実施形態では、所定の内部短絡状態を再現するように、加圧板から内部短絡層数に対応する長さだけ突出した加圧部を用いて、セル表面を加圧する。そのため電池の内部短絡部分は、常に規定の長さだけ突出部がセル内部に突き刺さる。そのため、再現性良く実際に起こる内部短絡を模擬可能である。また試験装置には位置制御のための高精度なコントロール機構も不要で、セル電圧の降下検出と加圧動作をリンクさせる必要もない。
加圧部10の先端の突出部5が試験セル1に向くようにして対向させて(本実施形態では突出部6を下に向けて)静止させると、試験セル1の試験対象面に対して傾く。しかし前述のように加圧板6の径は突出部5の長さに比べて十分大きい寸法を有するので傾き角は小さい。ロッド7で上から加圧板6に荷重を掛けると、突出部5の先端がセル表面に刺さって、そのまま若干横方向に移動するような軌跡を描く(図6)。ロッド7の先端の平坦面は加圧部10の背面と接触しているが、加圧部10が傾いているので、平坦面は加圧板6に均一に接触するのではなく、水平からの高さが高い箇所に接触する。その高い箇所に加圧が集中し、しかも試験時に加圧部を押圧機構に固定していない。そのため突出部5は、突出部5をセル上に静止させた時の突出部とセルのなす角を維持してセルの内部を引き裂きながら進むというよりは、水平からの高さが低い側に滑る。そのため突出部5の水平からの傾きは小さくなり加圧板6は水平に近づく(図6中の実線の位置から破線の位置へ動く)。
セルの表面は常に加圧方向に対して垂直とは限らない。セルそのものがそもそも傾いている場合もあり、またセルを置く架台が傾いている場合もある。押圧機構の先に加圧部を固定して加圧する場合は、その傾きが試験に常に影響を与えてしまう。しかし本実施形態のように、加圧部を押圧機構に固定せず分離しておき、加圧部をセル表面に乗せておいて、それを上から押すようにすれば、上述したように加圧時に加圧部が動いてセルと加圧部のなす角度を小さくする。そのため加圧部分の周囲がセル表面にダメージを与えることも抑制でき、狙った短絡を発生させる事が出来る。
本実施形態の手法は突出部が小さい場合や、セルが比較的柔らかい場合に特に有効である。
(第2の実施形態)
図7は本発明の第2の実施形態の電池の内部短絡試験方法を示す概略図である。
電池60はセパレータ63を介して正極板61と負極板62が積層された積層物が外装体64に収納されている。加圧部70は、電池60を加圧する部分である加圧板76から所定の内部短絡層数に対応する長さ突出して電池60に突き刺す突出部75を持つ。加圧部70は試験装置の押圧機構80に固定されていない。
突出部75が電池60に向くようにして加圧部70を電池60に対向させて置く。押圧機構80で加圧部70を押して電池60を加圧して、突出部75を電池60に突き刺して内部短絡を発生させる。
突出部75があるため加圧部70を電池上に置くと、加圧部70は試験対象面に対して傾く。押圧機構80で加圧部70を押圧すると、突出部75の先端が外装体64に刺さって、そのまま若干横方向に移動するような軌跡を描く。押圧機構80の先端は加圧板76の背面と接触するが、加圧板76が傾いているので、加圧板に均一に接触するのではなく、水平からの高さが高い箇所に接触する。その高い箇所に加圧が集中し、しかも加圧板が押圧機構に固定されていないので、突出部75は、突出部75を電池60上に静止させた時の突出部75と電池60のなす角を維持せず、水平からの高さが低い側に滑る。そのため突出部75の水平からの傾きは小さくなり加圧板76は水平に近づく(図7中の実線の位置から破線の位置へ動く)。
電池表面は常に加圧方向に対して垂直とは限らず、傾いている場合がある。しかし本実施形態のようにすれば、加圧時に加圧部が動いてセルと加圧部のなす角度を小さくできる。そのため加圧部の端部が電池表面にダメージを与えることを抑制でき、狙った短絡を発生させる事が出来る。その結果正確な試験を行うことができる。
また本実施形態では、加圧板から内部短絡層数に対応する長さだけ突出した突出部を用いて、電池表面を加圧する。そのため電池の内部短絡部分は、常に規定の長さだけ突出部が電池内部に突き刺さる。そのため電池内部に発生させたい評価に必要な内部短絡の状態を簡便な方法で再現可能である。
(他の実施形態)
なお本実施形態では積層型の電池について述べたが、本発明は捲回型の電池についても適用することができる。また本実施形態ではリチウムイオン電池を対象としたが、他の電池材料を用いた電池でも適用することができる。
また突出部5は複数設けてもよい。
また加圧板6が大きければロッド7と加圧部10はそれほど正確に位置合わせする必要はないが、加圧板6のロッドが当たる面の突出部5に対応した位置に「+」、「×」、「○」等の位置合わせ用マークを付けておくとセッティングがしやすくなる。
(実施例1)
以下本発明の実施例1を説明する。本実施例では、図3に示されるような内部短絡評価装置を用いた。また、図2に示されるような加圧部10を用いた。具体的には、加圧板6が一辺10mm、厚さ5mm、突出部5の先端角が30°で、突出部5の突出長さが1.0mm、加圧板の加圧面は平面とした。試験セルであるラミネート外装電池上に加圧部10を置く。置く際に突出部5がラミネート外装電池に向くようにする。この後ラミネート外装電池の電極積層体の積層方向に垂直な方向から加圧部10を垂直に、移動速度0.1mm/secで、最大荷重50Nで加圧した。
電池情報としては、電池の電圧と加圧部に係る荷重を測定した。電池の電圧が30mV以上低下した場合に、内部短絡が生じたと判断した。ただし、この情報は試験中に試験中止を判断するのには使用せず、試験後、結果の判断としてのみ使用した。
比較例として、加圧部10がロッド7と一体固定されたものを用いて試験を行った場合を示した。加圧部10がロッド7と一体固定されている以外の寸法や形状は実施例1と同様のものを用いた。
また試験電池を2種類準備した。セルAは通常の釘刺し試験にパスする安全性の高いセル仕様のものであり、セルBは通常の釘刺し試験にて発煙・発火となるセル仕様のものである。以下単にセルA、セルBと略す。なおセルAとセルBではセル構造は共通であり図1、図4で示した構造であるが、使われているセパレータが異なる。セルAは、アラミドなどの耐熱性の高いセパレータを用いており、セルBは通常の、耐熱性の低いPP(ポリプロピレン)などのセパレータを用いている。
試験結果を表1に示す。
Figure 2019021419
表1で、結果欄の「○」は、発煙・発火ともに無し、「×」は発煙および発火が起こった事を示している。また、数字は(その結果を示した試験数)/(試験実施数)を表している。また、内部短絡欄は、試験中に取得したセル電圧データから、内部短絡が発生した時に発生するセルの電圧低下が観察されたかどうかを示している。セルの電圧が30mV以上低下していたら、内部短絡が発生していたと判断し、「有り」、電圧低下が30mV未満であったら「無し」とした。本実施例の方法だと、安全性の高いセルAは、内部短絡が発生した場合でも発煙・発火ともに無しという結果になった。それに対し、安全性の低いセルBでは、内部短絡が発生し、その結果、発煙および発火に至った。また「セルの電圧低下」の欄では電圧の減少の程度が「急激」か「微小」か、を判定した結果を示している。試験セルに電圧計を付けておき、加圧時の電圧の時間変化をモニタして電圧低下の程度が急激か微小かを判定する。
一方比較例では、セルAは1/4で発煙および発火に至ったが、3/4は発煙・発火ともに無しという結果になり、ここが実施例と相違した。この発煙および発火に至った例では、セルの電圧の減少が急激で大きい事から、突出部5によって発生した短絡ではなくて、加圧部10の加圧面6’がセルに対して正しく平行でなかったため、加圧面6’の横面でセルを加圧し、その結果セルに規定量以上にめり込んだためであると考えられる。なお、表1には示していないが、セルBでも同様の状態になったと思われるケースが1度あった。
それに対し実施例のセルAは、短絡発生時のセルの電圧低下が微小で、試験後の観察では、数層の短絡が発生していた事が確認出来ている。これは狙った通りの内部短絡を発生させる事が出来たということを意味する。
実施例の4/4が○の結果と、比較例の1/4が×、3/4が○の結果を対比すると、比較例のやり方では評価を誤ることがあることが分かる。つまりこのセルAは安全性が高いと言われているが実際試験してみると25%は不良品であったと誤評価してしまうことになり、正確な試験にならない。一方実施例の場合は正確な試験が出来ている。
以上説明したように、本実施例の試験方法によれば、内部短絡を模擬した試験を簡便にしかも正確に行う事が出来る。
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)
セパレータを介して正極板と負極板が積層された積層物が外装体に収納されている電池の内部短絡試験方法であって、
前記電池を加圧する部分である加圧板から所定の内部短絡層数に対応する長さ突出して前記電池に突き刺す突出部を有し試験装置の押圧機構に固定されていない加圧部を、前記突出部が前記電池に向くようにして対向させ、前記押圧機構で前記加圧部を押して前記電池を加圧することで前記突出部を前記電池に突き刺して内部短絡を発生させることを特徴とする電池の内部短絡試験方法。
(付記2)
前記押圧機構はロッドを備え、加圧方向から見て前記ロッドの先端部が前記突出部を含むようにして前記加圧板を押す付記1に記載の電池の内部短絡試験方法。
(付記3)
前記突出部の長さは前記加圧板の径に比べて小さい付記1または2に記載の電池の内部短絡試験方法。
(付記4)
少なくとも前記電池を加圧する加圧面の周囲に逃げ形状を有する加圧板を備えた付記1から3のいずれか一項に記載の電池の内部短絡試験方法。
(付記5)
前記逃げ形状は、周囲が突き刺し方向とは反対方向に反った形状、または、周囲に曲面が設けられている形状である付記4に記載の電池の内部短絡試験方法。
(付記6)
前記加圧板は、前記電池と直接接する部分が平面である付記1から5のいずれか一項に記載の内部短絡試験方法。
(付記7)
前記逃げ形状は、前記加圧面が球面形状である付記4から6のいずれか一項に記載の内部短絡試験方法。
(付記8)
前記加圧板は前記押圧機構のロッドと接触して加圧され、前記加圧板の形状は前記ロッドに対して回転対称である付記2から7のいずれか一項に記載の内部短絡試験方法。
(付記9)
前記突出部が前記加圧板に複数設けられている付記1から8のいずれか一項に記載の内部短絡試験方法。
(付記10)
前記加圧板が複数設けられている付記1から9のいずれか一項に記載の内部短絡試験方法。
(付記11)
試験対象の電池を載置する架台と、
前記架台に設けた脚部と、
前記脚部上に設けた機構支持部と、
前記機構支持部に支持された押圧機構と、
前記電池を加圧する部分である加圧板から所定の内部短絡層数に対応する長さ突出して前記電池に突き刺す突出部を備え、試験時に前記押圧機構に押圧される加圧部が、前記押圧機構に固定されていない、
ことを特徴とする内部短絡試験装置。
(付記12)
前記加圧板は少なくとも前記電池を加圧する加圧面の周囲に逃げ形状を有する付記11に記載の電池の内部短絡試験装置。
(付記13)
前記加圧板は、周囲が突き刺し方向とは反対方向に反った形状、または、周囲に曲面が設けられている形状である付記11または12に記載の電池の内部短絡試験装置。
(付記14)
前記加圧板は、前記電池と直接接する部分が平面である付記11から13のいずれか一項に記載の内部短絡試験装置。
1 試験セル
2 タブ
3、64 外装体
41 正極板
42 負極板
43 セパレータ
44 延長部
5、75 突出部
6 加圧板
7 ロッド
10、70 加圧部
20 内部短絡試験装置
21、80 押圧機構
22 架台
23 脚部
24 機構支持部
60 電池 200 逃げ形状
201 加圧面

Claims (10)

  1. セパレータを介して正極板と負極板が積層された積層物が外装体に収納されている電池の内部短絡試験方法であって、
    前記電池を加圧する部分である加圧板から所定の内部短絡層数に対応する長さ突出して前記電池に突き刺す突出部を有し試験装置の押圧機構に固定されていない加圧部を、前記突出部が前記電池に向くようにして対向させ、前記押圧機構で前記加圧部を押して前記電池を加圧することで前記突出部を前記電池に突き刺して内部短絡を発生させることを特徴とする電池の内部短絡試験方法。
  2. 前記押圧機構はロッドを備え、加圧方向から見て前記ロッドの先端部が前記突出部を含むようにして前記加圧板を押す請求項1に記載の電池の内部短絡試験方法。
  3. 前記突出部の長さは前記加圧板の径に比べて小さい請求項1または2に記載の電池の内部短絡試験方法。
  4. 少なくとも前記電池を加圧する加圧面の周囲に逃げ形状を有する加圧板を備えた請求項1から3のいずれか一項に記載の電池の内部短絡試験方法。
  5. 前記逃げ形状は、周囲が突き刺し方向とは反対方向に反った形状、または、周囲に曲面が設けられている形状である請求項4に記載の電池の内部短絡試験方法。
  6. 前記加圧板は、前記電池と直接接する部分が平面である請求項1から5のいずれか一項に記載の内部短絡試験方法。
  7. 前記突出部が前記加圧板に複数設けられている請求項1から6のいずれか一項に記載の内部短絡試験方法。
  8. 前記加圧板が複数設けられている請求項1から7のいずれか一項に記載の内部短絡試験方法。
  9. 試験対象の電池を載置する架台と、
    前記架台に設けた脚部と、
    前記脚部上に設けた機構支持部と、
    前記機構支持部に支持された押圧機構と、
    前記電池を加圧する部分である加圧板から所定の内部短絡層数に対応する長さ突出して前記電池に突き刺す突出部を備え試験時に前記押圧機構に押圧される加圧部が、前記押圧機構に固定されていない、
    ことを特徴とする内部短絡試験装置。
  10. 前記加圧板は、少なくとも前記電池を加圧する加圧面の周囲に逃げ形状を有する請求項9に記載の電池の内部短絡試験装置。
JP2017136473A 2017-07-12 2017-07-12 電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置 Active JP7062891B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017136473A JP7062891B2 (ja) 2017-07-12 2017-07-12 電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017136473A JP7062891B2 (ja) 2017-07-12 2017-07-12 電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019021419A true JP2019021419A (ja) 2019-02-07
JP7062891B2 JP7062891B2 (ja) 2022-05-09

Family

ID=65354954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017136473A Active JP7062891B2 (ja) 2017-07-12 2017-07-12 電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7062891B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114910791A (zh) * 2021-02-08 2022-08-16 广州汽车集团股份有限公司 燃料电池短路的诊断方法、系统、设备及可读存储介质

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013041824A (ja) * 2011-08-18 2013-02-28 Samsung Sdi Co Ltd 二次電池
JP2013164380A (ja) * 2012-02-13 2013-08-22 Nissan Motor Co Ltd 導電性検査装置およびその方法
WO2013146596A1 (ja) * 2012-03-30 2013-10-03 エリーパワー株式会社 試験用電池ケースおよび試験用電池
JP2014049421A (ja) * 2012-09-04 2014-03-17 Toyota Industries Corp 蓄電装置、及び蓄電装置の製造方法
JP2016004722A (ja) * 2014-06-18 2016-01-12 三菱自動車工業株式会社 二次電池の短絡試験装置
JP2017117628A (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 三菱自動車工業株式会社 電池及びこれを用いた内部短絡安全性評価方法
JP2018085245A (ja) * 2016-11-24 2018-05-31 技術研究組合リチウムイオン電池材料評価研究センター 電池用短絡試験装置及び電池の短絡試験方法
JP2018152260A (ja) * 2017-03-14 2018-09-27 日本電気株式会社 電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013041824A (ja) * 2011-08-18 2013-02-28 Samsung Sdi Co Ltd 二次電池
JP2013164380A (ja) * 2012-02-13 2013-08-22 Nissan Motor Co Ltd 導電性検査装置およびその方法
WO2013146596A1 (ja) * 2012-03-30 2013-10-03 エリーパワー株式会社 試験用電池ケースおよび試験用電池
JP2014049421A (ja) * 2012-09-04 2014-03-17 Toyota Industries Corp 蓄電装置、及び蓄電装置の製造方法
JP2016004722A (ja) * 2014-06-18 2016-01-12 三菱自動車工業株式会社 二次電池の短絡試験装置
JP2017117628A (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 三菱自動車工業株式会社 電池及びこれを用いた内部短絡安全性評価方法
JP2018085245A (ja) * 2016-11-24 2018-05-31 技術研究組合リチウムイオン電池材料評価研究センター 電池用短絡試験装置及び電池の短絡試験方法
JP2018152260A (ja) * 2017-03-14 2018-09-27 日本電気株式会社 電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114910791A (zh) * 2021-02-08 2022-08-16 广州汽车集团股份有限公司 燃料电池短路的诊断方法、系统、设备及可读存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
JP7062891B2 (ja) 2022-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7148222B2 (ja) 電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置
JP6900716B2 (ja) 電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置
CN111357145B (zh) 检测电池隔膜损坏的方法和装置
US10665843B2 (en) Separator-integrated electrode plate and capacitor element
US8444717B2 (en) Method for evaluating battery safety under internal short-circuit condition, battery and battery pack whose safety is identified by internal short-circuit safety evaluation method, and method for producing the same
US9917337B2 (en) Inspection method for film covered battery
KR102161028B1 (ko) 이차전지의 불량 검사 장치 및 불량 검사 방법
JP2021185587A (ja) リチウムイオン電池の評価方法、リチウムイオン電池の製造方法、および試験システム
JP2018085245A (ja) 電池用短絡試験装置及び電池の短絡試験方法
JPWO2010082502A1 (ja) 電池の内部短絡評価装置
US20200341074A1 (en) Secondary battery for testing internal short, method and apparatus for testing internal short of secondary battery using the same
JP2017182976A (ja) 二次電池の短絡評価方法
JP2010250954A (ja) 蓄電デバイスの安全性評価方法及び評価治具
JP7062891B2 (ja) 電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置
JP2010212183A (ja) 電池の短絡試験装置
CN109959875A (zh) 蓄电设备的评价方法、评价工具及蓄电设备的制造方法
JP2019109975A (ja) 電池の内部短絡試験法と内部短絡試験装置
JP2013033742A (ja) 集電板整形装置
JP2017117628A (ja) 電池及びこれを用いた内部短絡安全性評価方法
KR20160028725A (ko) 이차전지 관통 시험 장치 및 관통 시험 방법
JP2007035288A (ja) 鉛蓄電池の検査方法
KR102474625B1 (ko) 전지 제조 장치 및 전지 제조 방법
KR20160013655A (ko) 용접봉 정렬용 홀을 포함하고 있는 지그를 구비한 용접 장치
US20240213556A1 (en) Method for generating smoke in cell pack
KR102668490B1 (ko) 배터리 압입 시험 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200615

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210416

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210601

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210715

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210907

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20211022

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220322

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220404

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7062891

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151