JP2020191181A - 蓄電デバイスの評価方法、金属片、治具セット、および蓄電デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(a) 蓄電デバイスを準備する。
(b) 蓄電デバイスの内部から電極体を取り出す。
(c) 電極体の外面に金属片を配置する。
(d) 金属片を電極体に押し込む。
(e) 金属片が押し込まれた電極体の状態により、蓄電デバイスを評価する。
金属片が押し込まれる時に、押し治具と、ガイド治具とが使用される。
ガイド治具に、貫通孔が設けられている。押し治具は、貫通孔に挿し通される。
金属片は、リング形状を有する。金属片は、貫通孔内に配置される。
押し治具が金属片を貫通孔から押し出すことにより、金属片が電極体に押し込まれる。
(A) 複数個の蓄電デバイスを製造する。
(B) 複数個の蓄電デバイスのうち1個以上の蓄電デバイスを、上記〔1〕に記載の蓄電デバイスの評価方法によって評価する。
図1は、蓄電デバイスの評価方法のフローチャートである。
本実施形態の蓄電デバイスの評価方法は、「(a)蓄電デバイスの準備」、「(b)電極体の取り出し」、「(c)金属片の配置」、「(d)金属片の押し込み」および「(e)評価」を含む。
本実施形態の蓄電デバイスの評価方法は、蓄電デバイスを準備することを含む。本実施形態においては、1個の蓄電デバイスが準備されてもよい。複数個の蓄電デバイスが準備されてもよい。
「蓄電デバイス」は、電気エネルギーを蓄積するデバイスである。蓄電デバイスの具体的構成は、特に限定されるべきではない。本実施形態における蓄電デバイスは、あらゆる構成の蓄電デバイスを含み得る。
図2は、角形電池の概略図である。
角形電池100は、蓄電デバイスの代表例のひとつである。角形電池100は、外装材110および電極体120を含む。外装材110は、角形の容器である。「角形」は、直方体形状を示す。外装材110は、例えば、金属材料製であってもよい。外装材110は、例えば、アルミニウム(Al)製、Al合金製等、ステンレス鋼製、鉄(Fe)製、樹脂材料製等であってもよい。外装材110は、例えば、注液孔、ガス排出弁、CID(current interrupt device)等を備えていてもよい。外装材110は、密封されている。外装材110は、電極体120を収納している。
図3は、電極巻回体の概略図である。
本実施形態の電極体120(図2)は、電極巻回体130(図3)であってもよい。電極巻回体130は、帯状のシート群を含み得る。
図4は、電極積層体の概略図である。
本実施形態の電極体120(図2)は、電極積層体140(図4)であってもよい。電極積層体140は、矩形状のシート群を含み得る。
図5は、円筒形電池の概略図である。
円筒形電池200は、蓄電デバイスの代表例のひとつである。円筒形電池200も、外装材210および電極体220を含む。外装材210は、円筒形の容器である。外装材210は、例えばステンレス鋼製、Fe製、樹脂材料製等であってもよい。外装材210は、密封されている。外装材210は、電極体220を収納している。電極体220は、正極221、負極222およびセパレータ223を含む。電極体220は、例えば、電極巻回体であってもよい。電極体220は、例えば、筒状に巻回されていてもよい。
図6は、パウチ形電池の概略図である。
パウチ形電池300は、蓄電デバイスの代表例のひとつである。パウチ形電池は、例えば「ラミネート型電池(laminated−type battery)」等とも称され得る。パウチ形電池300も、外装材310および電極体(図6においては不図示)を含む。外装材310は、アルミラミネートフィルム製のパウチである。パウチは、例えば熱溶着により密封されている。外装材310は電極体を収納している。電極体は、例えば電極巻回体であってもよい。電極体は、例えば電極積層体であってもよい。
本実施形態の蓄電デバイスの評価方法は、蓄電デバイスの内部から電極体を取り出すことを含む。
図7は、金属片の配置を説明する概略断面図である。
本実施形態の蓄電デバイスの評価方法は、電極体10の外面に金属片20を配置することを含む。本実施形態においては、電極体10が解体されずに、金属片20が配置され得る。よって作業が簡便である。本実施形態は、解体が困難な電極体10にも適応し得る。解体が困難な電極体10としては、例えば全固体電池の電極体等が挙げられる。
「金属片」は、蓄電デバイスの製造過程において、電極体10に混入し得る物質を模擬している。例えば、溶接時のスパッタ、切断時のカス等が、金属片20によって模擬され得る。金属片20は、例えば「金属小片(small piece of metal)」、「金属異物(metallic foreign matter)」、「金属パーティクル(metallic particle)」、「金属フラグメント(metallic fragment)」等とも称され得る。
図9は、金属片の断面図の一例である。
本実施形態の金属片20は、リング形状を有する。金属片20はリング形状を有するため、電極に埋もれ難いと考えられる。本実施形態における「電極」は、正極1および負極2の少なくとも一方を示す。本実施形態においては、金属片20が電極に埋もれ難いため、内部短絡の成功率が向上し得る。
図10は、金属片の押し込みを説明する概略断面図である。
本実施形態の蓄電デバイスの評価方法は、金属片20を電極体10に押し込むことを含む。本実施形態においては、金属片20を押し込む時に、特定の治具セット30が使用される。治具セット30の使用により、内部短絡の成功率が向上し得る。
図11の縦軸は電圧を示す。図11の横軸は時間を示す。
治具セット30は、本実施形態の蓄電デバイスの評価方法において使用される。治具セット30は、ガイド治具31と、押し治具32とを含む。治具セット30は、ガイド治具31と、押し治具32とからなっていてもよい。ガイド治具31と押し治具32とは、同一材料によって形成されていてもよい。ガイド治具31と押し治具32とは、互いに異なる材料によって形成されていてもよい。
図12は、ガイド治具の平面図の一例である。
図13は、ガイド治具の断面図の一例である。
ガイド治具31は、例えば「押し治具ガイド」、「スリーブ」等とも称され得る。ガイド治具31には、貫通孔35が設けられている。貫通孔35は、例えば丸孔であってもよい。貫通孔35は、例えば角孔であってもよい。例えば、貫通孔35の平面形状、金属片20の平面形状、および押し治具32の平面形状は、相似であってもよい。
図14は、押し治具の平面図の一例である。
図15は、押し治具の断面図の一例である。
押し治具32は、例えば棒状であってもよい。押し治具32は、例えば丸棒であってもよい。押し治具32は、例えば角棒、六角棒、平棒等であってもよい。押し治具32は、ガイド治具31の貫通孔35に挿し通される。押し治具32の直径は、図14の平面図における最大径を示す。押し治具32の直径は、例えば、金属片20の内径よりも大きくてもよい。押し治具32の直径は、例えば、金属片20の外径よりも小さくてもよい。押し治具32の直径は、例えば、金属片20の外径よりも大きくてもよい。押し治具32の直径は、例えば、金属片20の外径以上、貫通孔35の直径未満であってもよい。
本実施形態の蓄電デバイスの評価方法は、金属片20が押し込まれた電極体10の状態により、蓄電デバイスを評価することを含む。電極体10の状態の確認は、所定の期間にわたって実施され得る。例えば、所定の電圧降下が検出された後、1分以上1日以下の期間にわたって、電極体10の状態が確認されてもよい。
図16は、電極体の電圧プロファイルの第2例である。
金属片20によって内部短絡が生じると、電圧降下が生じる。電圧降下の後、金属片20の押し込み動作が停止され得る。押し込み動作の停止後、図11のように、電圧上昇が生じることがある。押し込み動作の停止後、図16のように、電圧降下が継続することもある。
図17は、本実施形態の蓄電デバイスの製造方法のフローチャートである。
本実施形態の蓄電デバイスの製造方法は「(A)蓄電デバイスの製造」および「(B)蓄電デバイスの評価」を含む。
本実施形態の蓄電デバイスの製造方法は、複数個の蓄電デバイスを製造することを含む。蓄電デバイスの製造方法は、特に限定されるべきではない。蓄電デバイスは、任意の製造方法によって製造され得る。同一仕様の蓄電デバイスが、複数個製造されてもよい。仕様が互いに異なる蓄電デバイスが、それぞれ製造されてもよい。
本実施形態の蓄電デバイスの製造方法は、複数個の蓄電デバイスのうち1個以上の蓄電デバイスを、前述された蓄電デバイスの評価方法によって評価することを含む。
検討1においては、各種方法において、内部短絡の成功率が確認された。
蓄電デバイスとして、以下の定格容量を有する角形電池が、各3個ずつ準備された。
定格容量 5Ah、25Ah、50Ah
外装材 Al合金製の容器
充電上限電圧 4.100V
放電下限電圧 3.000V
電極体 電極巻回体
正極活物質 リチウム含有ニッケルコバルトマンガン複合酸化物
負極活物質 黒鉛
セパレータ 樹脂製の多孔質フィルム(3層構造)
試験1における金属片40は、Ni製であった。金属片40は、L字形状を有していた。L字形状は、幅 1mm×全長 2mm×高さ 0.2mmの寸法を有していた。
電極体10が部分的に解体された。正極1と負極2との間に、金属片40が挿入された。すなわち、電極体10の内部に金属片40が配置された。
図20の左側の縦軸は電圧を示す。図20の右側の縦軸は荷重を示す。図20の横軸は時間を示す。
試験1と同様に、電極体10の取り出しまでが実施された。試験2においては、リング形状の金属片20(図8および図9)が使用された。試験2における金属片20は、ステンレス鋼製である。試験2における金属片20(リング形状)の熱容量と、試験1における金属片40(L字形状)の熱容量とは、同等であった。
図21の縦軸は電圧を示す。図21の横軸は時間を示す。
図22は、試験3における金属片の配置を示す概略断面図である。
試験3においては、試験1において使用された金属片40(L字形状)および押し治具50が使用された。金属片40が電極体10の外面に配置された。サーボプレス機に、押し治具50が接続された。押し治具50により、金属片40が電極体10に押し込まれた。
図23の左側の縦軸は電圧を示す。図23の右側の縦軸は荷重を示す。図23の横軸は時間を示す。
検討2においては、金属片20の熱容量、および治具セット30の熱伝導率が検討された。検討2においては、試験2における金属片20の熱容量が基準量とされた。なお、前述のとおり、試験2における金属片20(リング形状)の熱容量は、試験1における金属片40(L字形状)の熱容量と同等である。
下記表2に示されるように、試験4においては、金属片20の熱容量が基準量の1.5倍とされた。これを除いては、試験2と同様に試験が実施された。
図24の縦軸は電圧を示す。図24の横軸は時間を示す。
下記表2に示されるように、試験5においては、金属片20の熱容量が基準量の2倍とされた。これを除いては、試験2と同様に試験が実施された。
図25の縦軸は電圧を示す。図25の横軸は時間を示す。
下記表2に示されるように、試験6においては、ガイド治具31および押し治具32が、ステンレス鋼製とされた。これを除いては、試験2と同様に試験が実施された。
図26の縦軸は電圧を示す。図26の横軸は時間を示す。
Claims (4)
- 蓄電デバイスの評価方法であって、
蓄電デバイスを準備すること、
前記蓄電デバイスの内部から電極体を取り出すこと、
前記電極体の外面に金属片を配置すること、
前記金属片を前記電極体に押し込むこと、
および
前記金属片が押し込まれた前記電極体の状態により、前記蓄電デバイスを評価すること
を含み、
前記金属片が押し込まれる時に、押し治具と、ガイド治具とが使用され、
前記ガイド治具に、貫通孔が設けられており、
前記押し治具は、前記貫通孔に挿し通され、
前記金属片は、リング形状を有し、
前記金属片は、前記貫通孔内に配置され、
前記押し治具が前記金属片を前記貫通孔から押し出すことにより、前記金属片が前記電極体に押し込まれる、
蓄電デバイスの評価方法。 - 請求項1に記載の蓄電デバイスの評価方法において使用される、金属片であって、
ステンレス鋼製であり、
0.2mm以上0.5mm以下の高さ、
0.1mm以上1.5mm以下の内径、および
0.3mm以上2.0mm以下の外径
を有する、
金属片。 - 請求項1に記載の蓄電デバイスの評価方法において使用される、治具セットであって、
前記ガイド治具と、前記押し治具とを含み、
前記ガイド治具および前記押し治具の各々は、ベークライト製である、
治具セット。 - 蓄電デバイスの製造方法であって、
複数個の蓄電デバイスを製造すること、
および
複数個の前記蓄電デバイスのうち1個以上の前記蓄電デバイスを、請求項1に記載の蓄電デバイスの評価方法によって評価すること、
を含む、
蓄電デバイスの製造方法。
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