JP2020187951A - 電池の検査方法、電池の検査装置および電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の検査を簡単にすること【解決手段】工程Ａ１は、検査対象となる電池を用意する工程である。工程Ａ２は、検査対象となる電池に電流を印加した際に磁気を計測する工程である。工程Ａ３は、工程Ａ２で計測された磁気に基づいて、検査対象となる電池の電流分布を得る工程である。工程Ａ４は、工程Ａ３において得られた検査対象となる電池の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とを、予め定められた基準位置を合せて比較する工程である。【選択図】図１

Description

ここでの開示は、電池の検査方法、電池の検査装置および電池に関する。

特開２０１３−０５４９８４号公報では、リチウムイオン二次電池を充放電する前に、個々の磁気センサで測定される磁気と逆相の磁気を、個々の磁気センサの周囲に配置したキャンセルコイルに発生させる。その後、充放電時に生じた磁気データから充放電前に記録された磁気データ（補正用磁気データ）を差し引くことによって磁気雑音を低減し、充放電時におけるリチウムイオン電池から生じる磁気信号を正確に計測することが開示されている。

特開２０１３−０５４９８４号公報

ところで、特開２０１３−０５４９８４号公報に開示された方法では、一度の測定で電流分布を正確に検出することができない。また、磁気雑音をキャンセルするために、別途キャンセルコイルが用いられている。同公報では、例えば、充放電時のリチウムイオン電池の磁気計測の前に、磁気センサで計測される磁気を打ち消し、磁気センサの出力をゼロ近傍にするため、磁気センサで計測される磁気と逆位相の磁気を、キャンセルコイルに電流を流すことで発生させることが開示されている。このように、キャンセリングコイルに流す電流を定める必要があるなど工程が煩雑であった。

ここで提案される電池の検査方法は、以下の工程Ａ１〜工程Ａ４を含んでいる。
工程Ａ１は、正極活物質層と負極活物質層とが絶縁層を介して重ねられた電極体と、電極体を収容した外装とを有する検査対象となる電池を用意する工程である。
工程Ａ２は、検査対象となる電池に電流を印加した際に磁気を計測する工程である。
工程Ａ３は、工程Ａ２で計測された磁気に基づいて、検査対象となる電池の電流分布を得る工程である。
工程Ａ４は、工程Ａ３において得られた検査対象となる電池の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とを、予め定められた基準位置を合せて比較する工程である。

かかる検査方法によれば、キャンセリングコイルを用意する必要がなく、また、キャンセリングコイルを制御するための準備工程が不要となる。このため、検査対象となる電池について、電流分布を得て、正常な電流分布と比較することが簡単になる。

ここで、検査対象となる電池は、外装内の予め定められた位置に、基準位置を定めるための磁性材が配置されていてもよい。この場合、磁性材は、電極体の予め定められた位置に取り付けられていてもよい。磁性材は、例えば、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｄ（ネオジム），Ｍｎ，Ｓｍ（サマリウム），Ｙ（イットリウム），ＺｒおよびＣｒの中から選択される少なくとも１つの材料またはこれらの中から選択される１または複数の材料を含む合金または複合材料であってもよい。

また、電池の検査方法では、電極体は、予め定められた位置に予め定められた形状の切り欠きを有していてもよい。

絶縁層は、固体電解質層であってもよい。

ここで提案される電池は、正極活物質層と負極活物質層とが絶縁層を介して重ねられた電極体と、電極体を収容した外装とを有している。そして、外装内の予め定められた位置に、電池反応に関与しない磁性材が配置されている。ここで、磁性材は、電極体の予め定められた位置に取り付けられていてもよい。磁性材は、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｄ（ネオジム），Ｍｎ，Ｓｍ（サマリウム），Ｙ（イットリウム），ＺｒおよびＣｒの中から選択される少なくとも１つの材料またはこれらの中から選択される１または複数の材料を含む合金または複合材料であってもよい。この場合、絶縁層は、固体電解質層であってもよい。

ここで提案される電池の他の形態は、正極活物質層と負極活物質層とが絶縁層を介して重ねられた電極体と、電極体を収容した外装とを有している。そして、電極体は、予め定められた位置に予め定められた形状の切り欠きを有している。この場合、絶縁層は、固体電解質層であってもよい。

ここで提案される電池の検査装置は、検査対象となる電池の電流分布を記憶する第１記憶部と、検査対象となる電池に関する正常な電流分布を記憶する第２記憶部と、検査対象となる電池の電流分布と、正常な電流分布とを比較し、検査対象となる電池の異常を検出するように構成された処理部とを備えているとよい。
ここで、第１記憶部に記憶された検査対象となる電池の電流分布と、第２記憶部に記憶された正常な電流分布とは、それぞれ基準位置が定められるように構成されているとよい。処理部は、検査対象となる電池の電流分布と正常な電流分布とを、基準位置を合せて比較するように構成されているとよい。

図１は、電池の検査方法のフローチャートの一例である。 図２は、検査対象となる電池１００の一例を示す平面図である。 図３は、検査対象となる電池１００のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 図４は、電池の磁気計測装置１０の全体構成を示す概略図である。 図５は、検査対象となる電池１００に対する磁気センサ１２の配置の一例を示すための概略図である。 図６は、予め用意された正常な電流分布を可視化した模式図である。 図７は、図６の電流分布と比較される検査対象となる電池１００の一例である。 図８は、検査対象となる電池１００の他の例を示す平面図である。 図９は、検査対象となる電池１００の他の例を示す平面図である。

以下、ここで開示される電池の検査方法および電池の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。

図１は、電池の検査方法のフローチャートの一例である。

電池の検査方法には、図１に示されているように、工程Ａ１〜Ａ４が含まれている。
工程Ａ１は、検査対象となる電池１００（図２参照）を用意する工程である。
工程Ａ２は、検査対象となる電池１００に電流を印加した際に磁気を計測する工程である。
工程Ａ３は、工程Ａ２で計測された磁気に基づいて、検査対象となる電池１００の電流分布を得る工程である。
工程Ａ４は、工程Ａ３において得られた検査対象となる電池１００の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とを、予め定められた基準位置を合せて比較する工程である。
以下、各工程Ａ１〜Ａ４を説明する。

〈工程Ａ１〉
工程Ａ１は、検査対象となる電池１００を用意する工程である。図２は、検査対象となる電池１００の一例を示す平面図である。図３は、検査対象となる電池１００のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。この実施形態では、いわゆるラミネート型のリチウムイオン二次電池であり、電解質として固体電解質が用いられた、いわゆる全固体電池が例示されている。ＩＩＩ−ＩＩＩ断面は、検査対象となる電池１００の正極端子１０１ａに沿った断面が示されている。

〈検査対象となる電池１００〉
ここで例示された検査対象となる電池１００は、図２および図３に示されているように、電極体１２０と、外装１０６とを有している。ここで、電極体１２０は、正極活物質層１０２と負極活物質層１０４とが絶縁層１０３を介して重ねられている。外装１０６は、電極体１２０を収容している。ここで絶縁層１０３は、正極活物質層１０２と負極活物質層１０４と電気的に絶縁するものであるとよく、電気抵抗を有するとよい。絶縁層１０３は、電子を絶縁するが、電荷担体としてのイオンを絶縁しない層であるとよい。この実施形態では、絶縁層１０３は、固体電解質層である。また、この実施形態では、検査対象となる電池１００は、外装１０６内の予め定められた位置に、基準位置を定めるための磁性材１１０が配置されている。

〈電極体１２０〉
電極体１２０は、正極集電箔１０１と、正極活物質層１０２と、固体電解質層１０３（絶縁層）と、負極活物質層１０４と、負極集電箔１０５とを有している。

正極集電箔１０１は、例えば、ステンレス（ＳＵＳ），Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎなどの金属箔が用いられうる。正極集電箔１０１には、導電性や耐酸化性などが考慮され、適当な金属箔が採用されるとよい。この実施形態では、正極集電箔１０１には、厚さ１０μｍのアルミニウム箔が用いられている。正極集電箔１０１の一部には、電気の出し入れを行う端子となるタブ状のタブリード１０１ａが設けられている。

正極活物質層１０２は、正極集電箔１０１に重ねられた、正極活物質を含む層である。正極活物質層１０２には、さらに好ましくは、固体電解質、固体電解質、バインダー、及び導電材を含んでいる。正極活物質層１０２に含まれる正極活物質には、例えば、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物に代表される公知の正極活物質が適宜に用いられうる。

正極活物質層１０２に含まれる固体電解質としては、硫化物系固体電解質を好適に使用することができ、具体的には、例えば、Ｌｉ_２ＳとＰ_２Ｓ_５との混合物（混合質量比Ｌｉ_２Ｓ：Ｐ_２Ｓ_５＝５０：５０〜１００：０、特に、好ましくはＬｉ_２Ｓ：Ｐ_２Ｓ_５＝７０：３０）が挙げられる。硫化物系固体電解質は、これに限定されない。
正極活物質層１０２におけるバインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）に代表されるフッ素原子含有樹脂を使用することができる。
正極活物質層１０２に含まれる導電材としては、例えば、カーボンナノファイバー（例えば、昭和電工株式会社製のＶＧＣＦ）、アセチレンブラックなどの公知の導電材を挙げることができる。導電材は、正極活物質層１０２において、正極活物質と正極集電箔１０１との導電パスを形成する。

電極体１２０における正極活物質層１０２の厚さは、特に限定されない。正極活物質層１０２の厚さとして、例えば、１５０μｍ以下の範囲を例示することができる。この実施形態では、正極活物質層１０２の厚さは、５０μｍに設定されている。

固体電解質層１０３は、正極活物質層１０２に重ねられ、Ｌｉイオン伝導体を含む層である。固体電解質層１０３は、固体電解質を含み、好ましくは更にバインダーを含有する。また、固体電解質層１０３は、正極活物質層１０２と負極活物質層１０４とを絶縁している。固体電解質層１０３には、導電材は含まれていない。固体電解質層における固体電解質としては、正極活物質層に使用できるものとして上述した材料を用いることができる。バインダーとしてはブタジエンゴム（ＢＲ）が好適である。

電極体１２０における固体電解質層１０３の厚さは、特に限定されない。固体電解質層１０３の厚さとして、例えば、１０μｍ以上４０μｍ以下の範囲を例示することができる。この実施形態では、固体電解質層１０３の厚さは、２０μｍに設定されている。

負極活物質層１０４は、固体電解質層１０３に重ねられた、負極活物質を含む層である。負極活物質層には、例えば、Ｌｉ_ＸＳｉ（例えば、Ｌｉ_４．４Ｓｉ）などに代表される公知のＳｉを含有するＳｉ負極材料が用いられる。Ｓｉ負極材料が用いられていることによって電池の高容量化が図られる。

ただし、負極活物質層における負極活物質は、Ｓｉ負極材料に限定されず、その他の公知の負極活物質も適宜選択して使用可能である。負極活物質層１０４における固体電解質及びバインダーとしては、それぞれ正極活物質層に使用できるものとして上述した材料を適宜に用いることができる。負極活物質層１０４における導電材としては、アセチレンブラック等の公知の導電材を挙げることができる。導電材は、負極活物質層１０４において、負極活物質と負極集電箔１０５との導電パスを形成する。

電極体１２０における負極活物質層１０４の厚さは、特に限定されるものではない。負極活物質層１０４の厚さとして、例えば、８μｍ以上２０μｍ以下の範囲を例示することができる。この実施形態では、負極活物質層１０４の厚さは、２０μｍに設定されている。

負極集電箔１０５は、負極活物質層１０４に重ねられている。負極集電箔１０５には、例えば、ＳＵＳ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｎ等の金属箔が用いられうる。この実施形態では、負極集電箔１０５には、厚さ２０μｍの銅箔が用いられている。負極集電箔１０５の一部には、電気の出し入れを行う端子となるタブ状のタブリードが設けられている。

正極集電箔１０１と負極集電箔１０５は、それぞれ矩形の金属箔である。正極集電箔１０１と負極集電箔１０５は、正極活物質層１０２と固体電解質層１０３と負極活物質層１０４を挟んで対向している。正極集電箔１０１に設けられたタブリード１０１ａは、正極集電箔１０１の１辺から延びている。負極集電箔１０５に設けられたタブリード１０５ａは、正極集電箔１０１にタブリード１０１ａが設けられた側とは反対側の縁に設けられている。なお、負極集電箔１０５に設けられたタブリード１０５ａは、正極集電箔１０１にタブリード１０１ａが設けられた側と同じ側の縁に、正極集電箔１０１にタブリード１０１ａと位置をずらして設けられている。

正極集電箔１０１と、正極活物質層１０２と、固体電解質層１０３と、負極活物質層１０４と、負極集電箔１０５とが、図２に示されているように、順に重ねられることによって、全固体電池１００の電極体１２０となる積層体が構成される。全固体電池１００の電極体１２０となる積層体において、正極集電箔１０１と、正極活物質層１０２と、固体電解質層１０３と、負極活物質層１０４と、負極集電箔１０５とは、さらに複数回、繰り返し重ねられていてもよい。

固体電解質層１０３および負極活物質層１０４は、図２に示されているように、正極活物質層１０２よりも幅が広く形成されている。固体電解質層１０３は、負極活物質層１０４と同じか負極活物質層１０４よりも幅が広く形成されている。そして、重ねられた方向において、固体電解質層１０３と負極活物質層１０４は、正極活物質層１０２に重なる部分と正極活物質層１０２に重ならない部分とを有している。重ねられた方向において、固体電解質層１０３と負極活物質層１０４が、正極活物質層１０２からはみ出ていることによって、正極活物質層１０２の縁部に反応が集中しても、正極活物質層１０２の縁部の近傍に位置する負極活物質層１０４にリチウムが析出しにくい。

〈外装１０６〉
外装１０６は、全固体電池の電極体１２０となる積層体を収容している。外装１０６は、いわゆるラミネートフィルムが用いられている。タブリード１０１ａ、１０５ａは、図示は省略するがシーラントフィルムなどを介して気密性が確保された状態で外装１０６を貫通しており、それぞれ外装１０６の縁から外部に延びている。

外装１０６に用いられるラミネートフィルムは、金属箔の片面又は両面に樹脂フィルムを有する樹脂ラミネート金属箔であってよい。典型的には、金属箔の片方の面に機械的強度を付与するための樹脂フィルムを積層し、且つ、反対側の面にヒートシール性を有する樹脂フィルムを積層して成る構成の樹脂ラミネート金属箔が例示される。

かかる樹脂ラミネート金属箔における金属箔は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等から成る箔であってよい。機械的強度を維持するための樹脂フィルムは、例えば、ポリエステル、ナイロン等から成るフィルムであってよい。ヒートシール性を有する樹脂フィルムは、例えば、ポリオレフィン等から成るフィルムであってよく、具体的には例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等から成るフィルムであってよい。

例えば、アルミニウム製の金属箔を基材とし、一面側がナイロンで覆われ、且つ、他面側がポリプロピレンで覆われたシート状の材料でもよい。この場合、ラミネートフィルムは、アルミニウムをナイロン及びポリプロピレンでラミネートした材料からなる。これにより、ラミネートフィルムからなる外装１０６は、ラミネートフィルム同士を重ね合わせた状態で加熱しながら圧力を加えることによって、溶着される。なお、金属箔は、アルミニウムに限らず、ステンレス等の他の金属材料によって形成されていてもよい。

〈磁性材１１０〉
この実施形態では、検査対象となる電池１００は、外装１０６内の予め定められた位置に、基準位置を定めるための磁性材１１０が配置されている。磁性材１１０は、電極体１２０の予め定められた位置に取り付けられている。この実施形態では、図２に示されているように、磁性材１１０は、矩形の積層体からなる電極体１２０の長辺に沿った縁に取り付けられている。電極体１２０の正極集電箔１０１、正極活物質層１０２、負極活物質層１０４および負極集電箔１０５と、磁性材１１０との間には、電極体１２０の固体電解質層１０３が介在している。固体電解質層１０３は、電極体１２０の正極集電箔１０１、正極活物質層１０２、負極活物質層１０４および負極集電箔１０５と、磁性材１１０とを絶縁している。このように磁性材１１０は、電極体１２０の正極集電箔１０１、正極活物質層１０２、負極活物質層１０４および負極集電箔１０５とは絶縁されているので、電池反応に関与しない。

なお、基準位置を定めるための磁性材１１０を取り付ける位置は、電極体１２０の長辺に沿った縁に限定されない。例えば、短片側に配置されていてもよい。この場合、短辺側でタブの幅を変えて、タブの反応に寄与しない位置に、磁性材１１０を配置してもよい。また、この実施形態では、正極集電箔１０１と負極集電箔１０５は、それぞれ矩形の金属箔であり、電極体１２０は、矩形の積層構造を有している。なお、電極体１２０は、特に言及されない限りにおいて、電極体１２０は矩形でなくてもよい。磁性材１１０は、例えば、円形や楕円形でもよい。この場合、電極体１２０の縁において、タブの反応に寄与しない適当な位置に配置されうる。

また、上述した実施形態では、正極集電箔１０１、正極活物質層１０２、負極活物質層１０４および負極集電箔１０５と、磁性材１１０との間に、固体電解質層１０３が介在した形態が例示されているが、特に、言及されない限りにおいて、かかる形態に限定されない。例えば、正極活物質層１０２が塗工されない位置に正極集電箔１０１が延びており、当該位置に磁性材１１０が取り付けられていてもよい。また、負極活物質層１０４が塗工されない位置に負極集電箔１０５が延びており、当該位置に磁性材１１０が取り付けられていてもよい。また、電池が封止される直前に、箔のみに磁性材１１０が取り付けてもよい。このように、活物質や固体電解質が存在しないところに磁性材１１０を配置されてもよい。

ここで、基準位置を定めるための磁性材１１０は、好ましくは磁気が小さく、かつ、磁気雑音を発生させにくい材料が選定されるとよい。かかる観点において、磁性材１１０は、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｄ（ネオジム），Ｍｎ，Ｓｍ（サマリウム），Ｙ（イットリウム），ＺｒおよびＣｒの中から選択される少なくとも１つの材料またはこれらの中から選択される１または複数の材料を含む合金または複合材料である。なお、磁気が小さく、かつ、磁気雑音を発生させにくい材料で、かつ、入手しやすい材料との観点では、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅなどが、好適に用いられうる。

この実施形態では、磁性材１１０は、予め定められた形状であり、上述のように電極体１２０に対して予め定められた位置に取り付けられている。なお、磁性材１１０は、外装１０６内の予め定められた位置に配置されているとよく、電極体１２０に取り付けられていることに限定されない。また、磁性材１１０は、外装１０６内において、電池反応に関与しないように配置されているとよい。また、磁性材１１０は、電極体１２０の所定の位置が定まるように配置されているとよい。磁性材１１０の形状は、例えば、三角形、矩形、円形、楕円形など任意に定められる形状であるとよい。この実施形態では、磁性材１１０は、バインダーによって電極体１２０に取り付けられている。バインダーには、例えば、正極活物質層１０２や負極活物質層１０４や固体電解質層１０３などにおいて電極体１２０に含まれる結着剤のうち磁性材１１０を取り付けるのに適当なものが用いられるとよい。

なお、検査対象となる電池は、かかるラミネート型のリチウムイオン二次電池に限定されない。例えば、検査対象となる電池は、その形状によらない。検査対象となる電池は、例えば、角型のケースに電極体が収容された角型電池、円筒型のケースに電極体が収容された円筒型電池でもよい。また、ここでは、検査対象となる電池として、いわゆる全固体電池が例示されているが、検査対象となる電池は、全固体電池に限定されない。検査対象となる電池は、例えば、電解質として電解液が用いられたいわゆる液系電池でもよい。

〈工程Ａ２〉
工程Ａ２は、検査対象となる電池に電流を印加した際に磁気を計測する工程である。図４は、電池の磁気計測装置１０の全体構成を示す概略図である。

図４では、検査対象となる電池１００がｘ−ｙ軸で決定される平面に沿って配置されている。この実施形態では、図２および図３に示されているように、検査対象となる電池１００の電極体１２０は、正極活物質層１０２と負極活物質層１０４とが絶縁層１０３を介して重ねられている。正極活物質層１０２と負極活物質層１０４とが重ねられた方向が、ｘ−ｙ軸で決定される平面に対して、垂直（ｚ方向）に向けられるように配置されている。

磁気計測装置１０は、複数の磁気センサ１２と、駆動回路１３と、アンプフィルタユニット１４と、ＡＤ変換器１５と、制御演算装置１６と、表示装置１７と、通電回路１８とを備えている。

複数の磁気センサ１２は、電池１００の電極表面に垂直方向（ｚ方向）の磁気信号Ｂｚをそれぞれ計測するセンサである。駆動回路１３は、複数の磁気センサ１２をそれぞれ駆動させる回路である。アンプフィルタユニット１４は、駆動回路１３からの出力を増幅してフィルタをかけるユニットである。ＡＤ変換器１５は、アンプフィルタユニット１４からの出力をディジタル信号に変換する変換器である。制御演算装置１６は、ＡＤ変換器１５からの出力信号をデータ収集し、収集されたデータ（以下、「磁気データ」という）を解析処理するとともに、電池の磁気計測装置１０の各部の制御を行なう装置である。表示装置１７は、制御演算装置１６により解析処理された解析結果を表示する装置である。通電回路１８は、検査対象となる電池１００に予め定められた電流を印加するための回路である。

ここで、制御演算装置１６は、典型的にはコンピュータであり、記憶装置（メモリなど）と、演算装置（ＣＰＵなど）とを備えている。制御演算装置１６の各処理は、予め定められたプログラムよって実行される処理モジュールとして具現化される。制御演算装置１６による各機能は、物理的な構成要素と、予め定められたプログラムに沿って行われた演算結果に基づく制御との協働によって適宜に具現化されうる。

磁気センサ１２は、例えば、ホール素子、Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅセンサ（ＭＩセンサ）、Ｍａｇｔｉｃ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅセンサ（ＭＲセンサ）、フラックスゲートなどの磁気センサのいずれであってもよい。これらは、磁気計測装置１０の構成および動作を適宜適用することができる。この実施形態では、ＭＲセンサを用いられている。

図５は、検査対象となる電池１００に対する磁気センサ１２の配置の一例を示すための概略図である。

複数の磁気センサ１２が、ｘ方向に沿って並べられている。この実施形態では、磁気センサ１２は、それぞれＭＲセンサである。各磁気センサ１２は、検査対象となる電池１００から発生する電極平面に垂直なｚ方向の磁気成分Ｂｚを計測できるように電池１００に対して向けられている。この実施形態では、ｘ方向に沿って１０個の磁気センサ１２が等間隔で並べられている。なお、ｘ方向に沿って並べられる磁気センサ１２の数は、検査対象となる電池１００から発生する電極平面を大凡カバーできるように定められているとよい。次に、かかる複数の磁気センサ１２は、ｙ方向にずらされながら電池１００の全平面での磁気が計測される。この実施形態では、ｙ方向に順に（１）〜（１２）で示されているように１２本の計測ラインが設けられている。（１）での計測が完了すると、次に（２）を実施し、次に（３）の順で、（１２）まで計測を続ける。複数の磁気センサ１２は、それぞれ手動で動かされても良いし、予め設けられた走査機構で、検査対象となる電池１００に沿って動かされるように構成されていてもよい。

この実施形態では、磁気センサ１２間の距離が２ｃｍである。１ｃｍずつｙ方向にずらしながら、（１）〜（１２）で示されているように１２本の計測ラインに沿ってそれぞれ磁気計測を行なう。これにより、検査対象となる電池１００に対して、合計１２０点の計測位置で磁気計測が行なわれる。

工程Ａ２では、検査対象となる電池１００に電流を印加した際に磁気が計測される。この実施形態では、電池へ電力を入出力するため、電池１００の正極端子１０１ａと、負極端子１０５ａが、通電回路１８に接続されている。検査対象となる電池１００には、通電回路１８によって、予め定められた大きさの電流が印加される。この実施形態では、検査のため交流電源によって０Vを中心として交流電圧が印加される。この際、例えば、０．５Ａｐ−ｐ程度の電流値になるように印加条件が設定されるとよい。また、交流電流が流された際に発生する磁気信号が磁気センサ１２によって測定されるとよい。

（１）〜（１２）で示された各計測ラインにおいて、検査対象となる電池１００からの磁気信号が１ｋＨｚのサンプリング周波数で１０秒間記録される。磁気信号は、例えば、演算装置６内のハードディスク（図示せず）内に格納される。ここで、検査対象となる電池１００からの磁気信号を記録する際、ハイパスフィルタは０．１Ｈｚ、ローパスフィルタは３０Ｈｚとした。

なお、この実施形態では、ｘ方向に沿って並べられた複数の磁気センサ１２を、ｙ方向に移動させながら磁気計測が行ない、合計１２０点の計測位置で磁気計測が行なわれている。磁気計測が行なわれる計測位置は、かかる形態に限定されない。磁気計測が行なわれる計測位置は、電極表面全体を覆うように適当な位置に定められているとよい。また、例えば、磁気センサ１２の配置は、かかる形態に限定されない。

図示は省略するが、変形例として、例えば、ｘ方向に沿って並べられた磁気センサ１２が、ｙ方向に複数列並べられているとよい。この場合、ｙ方向に走査する（ずらす）回数を少なくできる。また、検査対象となる電池１００の検査領域に対して、複数の磁気センサ１２が満遍なく予め定められた位置に配置されていてもよい。この場合、検査対象となる電池１００の検査領域は、電極表面全体を覆うように設定されているとよい。磁気センサ１２は、ｘ方向およびｙ方向に沿った格子状に配置されていてもよいし、一列ごとに、位置をずらして千鳥状に配置されていてもよい。このように検査対象となる電池１００の検査領域に対して、満遍なく複数の磁気センサ１２が配置されている場合には、磁気を計測する処理を一度に実施することができる。つまり、磁気センサ１２をずらして複数回、磁気を計測する必要が無く、検査時間が大幅に短縮できる。

〈工程Ａ３〉
工程Ａ３は、工程Ａ２で計測された磁気に基づいて、検査対象となる電池の電流分布を得る工程である。

工程Ａ３では、まず、上述のように検査対象となる電池１００に予め定められた電流を印加して磁気信号を測定する。次に、測定された磁気信号に基づいて、電流の大きさや向きを算出し、電流分布を可視化する。

測定された磁気信号に基づいて、電流の大きさや向きを算出し、電流分布を可視化する処理では、検査対象となる電池１００で測定された磁気信号から電流分布を得る方法に、電流アロー図法を用いた。電流アロー図では、ｚ方向の磁気（Ｂｚ）から解析的にｘおよびｙ方向の磁気を算出する。そして、算出された磁気の接線方向の磁気を擬似的な電流ベクトルとして計測平面上に投影し、表示する。電流アロー図法では、計測点と同数の電流ベクトルが再構成される。電流ベクトルの大きさは、等高線と矢印の長さで表示される。電流ベクトルの方向は、矢印の向きで表示される。

この実施形態では、検査対象となる電池１００に対して、合計１２０点の計測位置で磁気計測が行なわれる。電流アロー図法から得られるｉ（ｉ＝１、２、・・・、１２０）番目の位置の電流ベクトル（Ｉｉ）のｘ成分（Ｉｘ、ｉ）およびｙ成分（Ｉｙ、ｉ）は，それぞれ、Ｂｚ、ｉを用いて次式から導出する。

Ｉｘ、ｉ＝ｄＢｚ、ｉ／ｄｙ・・・式（１）
Ｉｙ、ｉ＝−ｄＢｚ、ｉ／ｄｘ・・・式（２）
また，電流ベクトルの大きさ（｜Ｉｉ｜）は次式から算出する。
｜Ｉｉ｜＝√（（Ｉｘ、ｉ）２＋（Ｉｙ、ｉ）２）・・・式（３）
ここで、ｘ方向の磁気（Ｂｘ）およびｙ方向の磁気（Ｂｙ）を計測した際、電流アロー図法から得られるｉ番目の位置の電流ベクトル（Ｉｉ）のｘ成分（Ｉｘ、ｉ）およびｙ成分（Ｉｙ、ｉ）は，それぞれ、Ｂｘ、ｉおよびＢｙ、ｉを用いて次式から導出する。

Ｉｘ、ｉ＝Ｂｙ、ｉ・・・式（４）
Ｉｙ、ｉ＝−Ｂｘ、ｉ・・・式（５）
電流ベクトルの大きさ（｜Ｉｉ｜）は式（３）と同様に算出される。

以上の処理手順で、検査対象となる電池１００に対して、測定された磁気信号に基づいて、電流の大きさや向きが算出され、電流分布が可視化される。短絡が生じた箇所の近傍では、大きな磁場変化が確認され、かつ、電流の大きさや向き（電流ベクトル）が得られる。検査対象となる電池１００の電流分布は、正極活物質層１０２と負極活物質層１０４が重ねられる方向に対して、検査対象となる電池１００の表と裏でそれぞれ磁気が測定され、電流の大きさや向きが算出され、かつ、電流分布が可視化されるとよい。

ここで、検査対象となる電池１００は、上述のように基準位置を定めるためのマーキングが施されている。基準位置を定めるためのマーキングは、この実施形態では、検査対象となる電池１００の電極体１２０に取り付けられた磁性材１１０である。この場合、上述したように検査対象となる電池１００に電流を印加し、当該検査対象となる電池１００から測定された磁気信号に基づいて、検査対象となる電池１００の電流分布が得られる。また、当該検査対象となる電池１００から測定された磁気信号には、マーキングとして取り付けられた磁性材１１０に起因した磁気信号が含まれる。そして、マーキングとして取り付けられた磁性材１１０に起因した磁気信号に基づいて、基準位置が定められる。このように取得される検査対象となる電池１００の電流分布は、基準位置が定められるように構成されているとよい。なお、ここで磁性材１１０を取り付ける目的は、検査対象となる電池１００について電極体１２０の位置を合わせるための基準位置を定めることにある。検査対象となる電池１００には、かかる観点において、外装１０６内の予め定められた適当な位置に磁性材１１０が取り付けられているとよい。

〈工程Ａ４〉
工程Ａ４は、工程Ａ３において得られた検査対象となる電池１００の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とを、予め定められた基準位置を合せて比較する工程である。

〈正常な電流分布〉
正常な電流分布は、検査対象となる電池１００に関し、検査対象となる電池１００が正常である場合に得られる電流分布であって、同様に基準位置が定められるように構成されているとよい。正常な電流分布は、例えば、検査対象となる電池１００と同じ方法で製造された同型の電池を用意することによって取得される。ここで用意される同型の電池についても、基準位置を定めるための磁性材１１０が、検査対象となる電池１００と同様に配置されているとよい。ここで用意された同型の電池に対して、検査対象となる電池１００と同じ測定環境にて、上述のように磁気計測が行なわれる。そして、磁気計測で測定された磁気に基づいて、電流の大きさや向きが算出され、電流分布が可視化される処理が行なわれる。磁気計測の際、温度分布が合せて計測され、異常発熱箇所がないことが確認される。この際、異常発熱箇所がある場合には、短絡が疑われる。その後、電流分布が得られた電池が分解され、短絡の有無が検査され、短絡が認められた電池が除かれる。そして、短絡が認められない電池について得られた電流分布が正常な電流分布とされる。

正常な電流分布は、正極活物質層１０２と負極活物質層１０４が重ねられる方向に対して、検査対象となる電池１００と同型の電池の表と裏でそれぞれ磁気が測定され、電流の大きさや向きが算出され、電流分布が可視化されるとよい。ここで、正常な電流分布には、短絡が認められない複数の電池について、電流の大きさや向きの平均値が算出され、平均値を可視化した電流分布を採用してもよい。このようにして得られる正常な電流分布は、予め試験などを通じて用意される。正常な電流分布は、例えば、電流の大きさに基づく画像データなどで記憶されてもよい。

ここで、正常な電流分布は、上述のように検査対象となる電池１００と同じ測定環境にて、磁気計測が行なわれ、測定された磁気に基づいて電流分布を算出および可視化する処理が行なわれる。このため、正常な電流分布と、検査対象となる電池１００で測定される電流分布とには、測定環境に応じた特有の磁気雑音が共に含まれている。

工程Ａ４では、工程Ａ３において得られた検査対象となる電池１００の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とが、予め定められた基準位置を合せて比較される。この実施形態では、検査対象となる電池１００には、基準位置を定めるための磁性材１１０が取り付けられている。また、正常な電流分布を得る際に用意された同型の電池についても、基準位置を定めるための磁性材１１０が取り付けられている。かかる磁性材１１０に基づいて基準位置が定められる。そして、基準位置に基づいて、検査対象となる電池１００の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とは、位置を合せて比較できる。検査対象となる電池１００の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とは、測定環境に応じた特有の磁気雑音が共に含まれている。このため、位置を合せた比較において、例えば、検査対象となる電池１００の電流分布と、正常な電流分布との差分を得ると、正常な電流分布に対する検査対象となる電池１００の電流分布の異常箇所が得られる。

ここで、図６は、予め用意された正常な電流分布を可視化した模式図である。図６では、計測点で得られた電流ベクトルの大きさに基づいて、電流分布が等高線で表されている。計測点で得られた電流ベクトルは、計測点で計測された磁気に基づいて、電流アロー図法を基に得られている。図６に示されているように、正常品であっても、電流分布には、電流ベクトルが高く表れる部分Ｓ１，Ｓ２が生じる。これらは、測定環境に応じた特有の磁気雑音に基づいて表れる。

図７は、図６の電流分布と比較される検査対象となる電池１００の一例である。図６の電流分布と、図７に示された電流分布とは、磁性材１１０の位置に基づいて基準位置が定められ、かつ、当該基準位置に基づいて位置が合せられて対比される。図７に示された例では、検査対象となる電池１００は、図６に示された正常な電流分布と同様の箇所に、電流ベクトルが高く表れる部分Ｓ１，Ｓ２が生じている。これらは、正常な電流分布でも見られるので、測定環境に応じた特有の磁気雑音に起因するものと考えられる。これに対して、図７に示された例では、別の場所に、電流ベクトルが高く表れる部分Ｓ３がある。当該部分Ｓ３は、図６に示された正常な電流分布と、検査対象となる電池１００の電流分布とが、予め定められた基準位置を合せて比較されることによって特定される。例えば、正常な電流分布と、検査対象となる電池１００の電流分布とで、予め定められた基準位置を合せて差分を得るとよい。これにより、電流ベクトルが高く表れる部分Ｓ３がより顕著に特定される。

このように、検査対象となる電池１００の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とが、予め定められた基準位置を合せて比較されることによって、検査対象となる電池１００の電流分布の異常箇所が得られる。

この場合、図１に示されているように、検査対象となる電池１００に電流を用意する（Ａ１）。検査対象となる電池１００について磁気計測を行なう（Ａ２）。検査対象となる電池１００について、電流の大きさや向きを算出し、電流分布を可視化する（Ａ３）。検査対象となる電池１００の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とが、予め定められた基準位置を合せて比較し、電流分布に違いがあるか否かを判定する（Ａ４）。そして、電流分布に違いがある場合に検査対象となる電池１００を異常とする（Ａ５）。電流分布に違いがない場合に検査対象となる電池１００を正常とする（Ａ６）。なお、電流分布を得るのに測定誤差はあるので、予め測定誤差に起因する誤差を得ておくとよい。そして、電流分布に違いがあるか否かを判定する処理（Ａ４）において、測定誤差に起因する誤差分の差は、電流分布に違いがないものとして処理するとよい。これにより、測定誤差に起因して、誤って異常と判定される誤判定が防止される。

ここで提案される方法によれば、キャンセリングコイルを用意する必要がなく、また、キャンセリングコイルを制御するための準備工程が不要となる。このため、検査対象となる電池１００について、電流分布を得て、正常な電流分布と比較することが簡単になり、一度の測定で、異常を検出できる。

なお、検査対象となる電池１００と同型の電池は、電池の表側と裏側でそれぞれ磁気が測定され、電流の大きさや向きが算出され、電流分布が可視化されるとよい。そして、工程Ａ４では、検査対象となる電池１００の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とは、電池の表側と裏側で得られた電流分布が、それぞれ予め定められた基準位置を合せて比較されるとよい。この場合、電池の表側に近い位置で異常がある場合や、電池の裏側に近い位置で異常がある場合などが、それぞれ検知されやすくなる。これにより、検査対象となる電池１００の異常を、より精度検出することができる。

このように、検査対象となる電池１００は、図２および図３に示されているように、正極活物質層１０２と負極活物質層１０４とが絶縁層（この実施形態では、固体電解質層１０３）を介して重ねられた電極体１２０と、電極体１２０を収容した外装１０６とを有している。電池１００は、外装１０６内の予め定められた位置に、電池反応に関与しない磁性材１１０が配置されているとよい。かかる磁性材１１０を基準に、得られた電流分布において予め定められた基準位置が特定できる。そして、検査対象となる電池１００の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とが、予め定められた基準位置を合せて比較され、電流分布に違いがあるか否かが判定される。このように、かかる電池によれば、電流分布を得て、正常な電流分布と比較することが簡単であり、電池の異常を検出する検査が容易に行える。

なお、検査対象となる電池１００の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とが、予め定められた基準位置を合せて比較する処理は、例えば、コンピュータを用いて実施されるとよい。この場合、正常な電流分布は、予め定め試験などを行なうことによって得られるとよい。そして、正常な電流分布は、コンピュータによって利用可能なデータとして、コンピュータに記憶されているとよい。コンピュータは、予め定められたプログラムに従って動作し、工程Ａ３において得られた検査対象となる電池１００の電流分布と、正常な電流分布とを、予め定められた基準位置を合せて比較するように構成されているとよい。

制御演算装置１６は、例えば、かかる検査方法を具現化する検査装置としてのコンピュータでありうる。検査装置としての制御演算装置１６は、例えば、第１記憶部１６ａ１と、第２記憶部１６ａ２と、処理部１６ｃとを備えているとよい。第１記憶部１６ａ１は、検査対象となる電池１００の電流分布を記憶するように構成されているとよい。第２記憶部１６ａ２は、検査対象となる電池１００に関し、予め用意された正常な電流分布を記憶するように構成されているとよい。処理部１６ｃは、検査対象となる電池１００の電流分布と、正常な電流分布とを比較するように構成されているとよい。

ここで、第１記憶部１６ａ１に記憶される検査対象となる電池１００の電流分布と、第２記憶部１６ａ２に記憶される正常な電流分布とは、上述のように、それぞれ基準位置が定められるように構成されているとよい。処理部１６ｃは、検査対象となる電池１００の電流分布と正常な電流分布とを、基準位置を合せて比較した結果に基づいて、検査対象となる電池の異常を検出するように構成されているとよい。

次に、上述した実施形態では、図２に示されているように、検査対象となる電池１００には、基準位置を定めるための磁性材１１０が、電極体１２０に取り付けられている。検査対象となる電池１００に対して基準位置を定めるためのマーキングとしては、かかる磁性材１１０を配置することに限定されない。

図８は、検査対象となる電池１００の他の例を示す平面図である。図８に示されているように、検査対象となる電池１００の電極体１２０は、予め定められた位置に予め定められた形状の切り欠き１１２を有していてもよい。図８に示された形態では、検査対象となる電池１００の電極体１２０は、活物質層が積層された部分が切り欠かれている。検査対象となる電池１００の電極体１２０に切り欠きが形成される位置は、図８に示された形態に限定されない。

図９は、検査対象となる電池１００の他の例を示す平面図である。例えば、図９に示されているように、正極集電箔１０１または負極集電箔１０５のうち活物質層が形成されていない未形成部分の近傍において、正極活物質層１０２や負極活物質層１０４の一部が欠損するように切り欠き１１３が形成されていてもよい。この場合、正極集電箔１０１または負極集電箔１０５のうち活物質層が形成されていない未形成部分の一部が切り欠かれていてもよい。

このように、電極体１２０の一部に切り欠きが形成されていてもよい。この場合、電極体１２０には、予め定められた形状および大きさの切り欠きが形成されているとよい。当該切り欠き１１２、１１３は、計測された磁気に基づいて得られる電流の大きさや向きに影響し、電流分布に表れる。このため、当該切り欠き１１２，１１３によって、検査対象となる電池１００に対して予め定められた基準位置が定められる。

かかる検査対象となる電池１００に対する正常な電流分布は、同様な切り欠きが設けられた同型の電池に基づいて得られる。ここでは、検査対象となる電池１００と同じ測定環境にて、同様な切り欠きが設けられた同型の電池に磁気計測が行なわれ、測定された磁気に基づいて、電流の大きさや向きが算出され、電流分布が可視化され、正常な電流分布が得られるとよい。そして、検査対象となる電池１００の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とが、予め定められた基準位置を合せて比較され、電流分布に違いがあるか否かが判定される（Ａ４）。この場合、キャンセリングコイルを用いる必要がない。このため、かかる電池によれば、電流分布を得て、正常な電流分布と比較することが簡単であり、電池の異常を検出する検査が容易に行える。

なお、図７または図８に示された、切り欠き１１２、１１３を有する電極体１２０は、正極シートと負極シートを重ねることによって得られる。この際、正極集電箔１０１に正極活物質層１０２が形成され、かつ、予め定められた位置に、予め定められた形状および大きさの切り欠きが形成された正極シートを用意する。また、負極集電箔１０５に負極活物質層１０４が形成され、かつ、予め定められた位置に、予め定められた形状および大きさの切り欠きが形成された負極シートを用意する。そして、切り欠きを合せて、正極シートと負極シートを重ねることによって、電極体１２０が得られるとよい。

なお、電極体１２０に形成する切り欠きの位置や形状および大きさなどは、図７および図８の形態に限定されない。検査対象となる電池１００に対して基準位置を定めるとの機能が奏されるように、電極体１２０に形成する切り欠きの位置や形状および大きさなど適切に定められるとよい。

以上、ここで開示される電池の検査方法、電池の検査装置および電池について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた電池の検査方法、電池の検査装置および電池の実施形態などは、本発明を限定しない。

１０ 磁気計測装置
１２ 磁気センサ
１３ 駆動回路
１４ アンプフィルタユニット
１５ ＡＤ変換器
１６ 制御演算装置
１７ 表示装置
１８ 通電回路
１００ 電池
１０１ 正極集電箔
１０１ａ タブリード（正極端子）
１０２ 正極活物質層
１０３ 固体電解質層（絶縁層）
１０４ 負極活物質層
１０５ 負極集電箔
１０５ａ タブリード（負極端子）
１０６ 外装
１１０ 磁性材
１１２，１１３ 切り欠き
１２０ 電極体

Claims (12)

1. 正極活物質層と負極活物質層とが絶縁層を介して重ねられた電極体と、前記電極体を収容した外装とを有する検査対象となる電池を用意する工程Ａ１と、
   前記検査対象となる電池に電流を印加した際に磁気を計測する工程Ａ２と、
   前記工程Ａ２で計測された磁気に基づいて、前記検査対象となる電池の電流分布を得る工程Ａ３と、
   前記工程Ａ３において得られた前記検査対象となる電池の電流分布と、予め用意された正常な電流分布とを、予め定められた基準位置を合せて比較する工程Ａ４と
   を含む、電池の検査方法。
2. 前記検査対象となる電池は、前記外装内の予め定められた位置に、前記基準位置を定めるための磁性材が配置された、請求項１に記載された検査方法。
3. 前記磁性材は、前記電極体の予め定められた位置に取り付けられている、請求項２に記載された検査方法。
4. 前記磁性材は、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｄ，Ｍｎ，Ｓｍ，Ｙ，ＺｒおよびＣｒの中から選択される少なくとも１つの材料またはこれらの中から選択される１または複数の材料を含む合金または複合材料である、請求項２または３に記載された検査方法。
5. 前記電極体は、予め定められた位置に予め定められた形状の切り欠きを有する、請求項１に記載された検査方法。
6. 前記絶縁層は、固体電解質層である、請求項１から５までの何れか一項に記載された検査方法。
7. 正極活物質層と負極活物質層とが絶縁層を介して重ねられた電極体と、
   前記電極体を収容した外装と
   を有し、
   前記外装内の予め定められた位置に、電池反応に関与しない磁性材が配置された、電池。
8. 前記磁性材は、前記電極体の予め定められた位置に取り付けられている、請求項７に記載された電池。
9. 前記磁性材は、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｄ，Ｍｎ，Ｓｍ，Ｙ，ＺｒおよびＣｒの中から選択される少なくとも１つの材料またはこれらの中から選択される１または複数の材料を含む合金または複合材料である、請求項７または８に記載された電池。
10. 正極活物質層と負極活物質層とが絶縁層を介して重ねられた電極体と、
    前記電極体を収容した外装と
    を有し、
    前記電極体は、予め定められた位置に予め定められた形状の切り欠きを有する、電池。
11. 前記絶縁層は、固体電解質層である、請求項７から１０までの何れか一項に記載された電池。
12. 検査対象となる電池の電流分布を記憶する第１記憶部と、
    前記検査対象となる電池に関する正常な電流分布を記憶する第２記憶部と、
    処理部と
    を備え、
    前記第１記憶部に記憶された検査対象となる電池の電流分布と、前記第２記憶部に記憶された正常な電流分布とは、それぞれ基準位置が定められるように構成されており、
    前記処理部は、前記検査対象となる電池の電流分布と前記正常な電流分布とを、前記基準位置を合せて比較した結果に基づいて、検査対象となる電池の異常を検出するように構成された、
    電池の検査装置。

Images