JP2020201081A - リチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法 - Google Patents

リチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】リチウムイオン二次電池の微小短絡有無の判定を、短時間に実施することのできる、リチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法を提供する。【解決手段】放電電流または充電電流を遮断した後の緩和過程を解析し、微小短絡に起因する電圧変動成分を分離して判定に用いる。具体的には、充電中の充電電流または放電中の放電電流を遮断した後の緩和過程におけるセル電圧の変化を、複数の分解緩和成分に分解する緩和分解工程と、前記複数の分解緩和成分のうち、微小短絡に起因して電圧降下が生じた成分の有無を判定することにより、微小短絡の有無を判定する微小短絡判定工程と、を含むリチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法とする。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法に関する。さらに詳しくは、リチウムイオン二次電池の微小短絡の有無に関する判定を短時間で行うことのできる、リチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法に関する。
従来、高エネルギー密度を有する二次電池として、リチウムイオン二次電池が幅広く普及している。ここで、リチウムイオン二次電池は、出荷前に検査が実施され、不良品となる微小短絡を有する電池は製品として出荷されない。
しかしながら、出荷前の微小短絡検査は、電池の電圧降下を長時間にわたって観察することで実施される。そして、その観察時間は、例えば、１週間から１か月を要する。
そこで、短絡検査を短時間に実施するとともに、検査の信頼性を向上させた短絡検査方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開２０１９−０７５３０２号公報
しかしながら、特許文献１に記載された検査方法は、電解液の注液が完了してから２４時間以上経過した後に、未充電二次電池におけるセル電圧の降下量の比較に基づいて判定される。そして、より高い精度の判定を実施するためには、さらに長時間にわたる観察を実施する必要がある。
本発明は上記の背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、リチウムイオン二次電池の微小短絡有無の判定を、短時間に実施することのできる、リチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法を提供することにある。
本発明者らは、放電電流または充電電流を遮断した後の緩和過程を解析し、微小短絡に起因する電圧変動成分を分離して判定に用いれば、微小短絡有無の判定が短時間に実施可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は、リチウムイオン二次電池の微小短絡の有無を判別する微小短絡判定方法であって、充電中の充電電流または放電中の放電電流を遮断した後の緩和過程におけるセル電圧の変化を、複数の分解緩和成分に分解する緩和分解工程と、前記複数の分解緩和成分のうち、微小短絡に起因して電圧降下が生じた成分の有無を判定することにより、微小短絡の有無を判定する微小短絡判定工程と、を含むリチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法である。
前記複数の分解緩和成分は、第１の分解緩和成分と、第２の分解緩和成分と、第３の分解緩和成分とからなり、前記第１の分解緩和成分は、微小短絡に起因して電圧降下が生じる成分であり、前記第２の分解緩和成分と前記第３の分解緩和成分とは、正常な電圧降下の成分であってもよい。
本発明のリチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法によれば、短絡の有無について長時間にわたって観察する必要がなく、短時間で判断することが可能となる。
放電電流遮断後の緩和挙動を示すグラフである。 図１の緩和挙動における第１の分解緩和成分の挙動を示すグラフである。 図１の緩和挙動における第２の分解緩和成分の挙動を示すグラフである。 図１の緩和挙動における第３の分解緩和成分の挙動を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態について説明する。
＜リチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法＞
本発明のリチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法は、緩和分解工程と、微小短絡判定工程と、を含む。本発明のリチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法は、これらの工程を必須の工程として含んでいればよく、任意に、その他の工程を含んでいてもよい。
［緩和分解工程］
緩和分解工程においては、充電中の充電電流または放電中の放電電流を遮断した後の緩和過程におけるセル電圧の変化を、複数の分解緩和成分に分解する。
充電中の充電電流または放電中の放電電流を遮断した後の緩和過程におけるセル電圧の変化を、複数の分解緩和成分に分解する方法としては、電流を遮断した後の緩和過程を解析する方法が挙げられる。解析する方法としては、例えば、時定数を用いる方法が挙げられ、例えば、拡散方程式を用いて解析する方法が挙げられる。
正常なリチウムイオン二次電池の場合には、充電中の充電電流を遮断すると、セル電圧は瞬時に下降し、その後は緩やかな緩和を生じる。一方で、放電中の放電電流を遮断した場合には、セル電圧は瞬時に上昇し、その後は緩やかな緩和を生じる。
本発明のリチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法においては、上記のセル電圧の変化を、複数の分解緩和成分に分解し、微小短絡に起因して電圧降下が生じた分解緩和成分の有無を判定することで、微小短絡の有無を判定する。
以下、図面を用いて、本発明の一実施態様について説明する。図１は、放電中の放電電流を遮断した後のセル電圧の緩和挙動を示すグラフである。縦軸ΔＥ／Ｖは、電圧の変化を示し、横軸ｔ０．５／ｓ０．５は、経過時間の平方根を示す。
図１に示されるグラフにおいては、放電電流を遮断すると、電池のセル電圧は、瞬時におよそ０．００６Ｖ上昇する。その後、緩やかな緩和が生じていることが示されている。
本発明の一実施態様に係る緩和分解工程においては、図１に示される緩和挙動を、３つの時定数による緩和成分に分解する。図２Ａは、図１の緩和挙動を、１つ目の時定数で分解した第１の分解緩和成分の挙動を示すグラフである。図２Ｂは、２つ目の時定数で分解した第２の分解緩和成分の挙動であり、図２Ｃは、３つ目の時定数で分解した第３の分解緩和成分の挙動を示すグラフである。図２Ａ〜図２Ｃにおいて、×印で記載された曲線は、実際の実測値である図１に示される曲線と同一であり、実線は、時定数により分解したそれぞれの分解緩和成分である。
すなわち、本発明の一実施態様に係る緩和分解工程においては、分解緩和成分は、図２Ａに示さる第１の分解緩和成分と、図２Ｂに示される第２の分解緩和成分と、図２Ｃに示される第３の分解緩和成分とに分解され、これらを合わせると、図１に示される緩和曲線となる。
そして、本発明の一実施態様に係る緩和分解工程においては、図２Ａに示される第１の分解緩和成分が、微小短絡に起因して電圧降下が生じる成分となっている。図２Ｂに示される第２の分解緩和成分と図２Ｃに示される第３の分解緩和成分は、正常な緩和成分である。
本発明の一実施態様に係る緩和分解工程は、図２Ａ〜図２Ｃに示されるように、３つの時定数による緩和成分に分解した例である。しかしながら、本発明の緩和分解工程においては、実測した緩和挙動を分解する成分の数は限定されるものではなく、任意に設定することができる。また、時定数による分解に限定されるものではなく、例えば、緩和時間により分解することも可能である。
［微小短絡判定工程］
微小短絡判定工程においては、緩和分解工程で分解した複数の分解緩和成分のうち、微小短絡に起因して電圧降下が生じた成分の有無を判定することにより、微小短絡の有無を判定する。
本発明のリチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法おいては、緩和分解工程で得られるそれぞれの分解緩和成分のうち、微小短絡に起因して電圧降下が生じている分解緩和成分が存在するか否かを判定することにより、リチウムイオン二次電池に微小短絡が存在しているかを判断することができる。
本発明の一実施態様においては、図２Ａに示される第１の分解緩和成分（図中、実線で示される）は、図２Ｂに示される第２の緩和成分、および図２Ｃに示される第３の緩和成分と異なり、観測時間内に収束せず、すなわち時定数が長いことが判る。これはすなわち、一実施態様に係るリチウムイオン二次電池には、微小短絡が存在しているとの判定結果をもたらす。
微小短絡の存在有無を判定する方法については、特に限定されるものではないが、例えば、閾値との比較による判定、または他のリチウムイオン二次電池との比較による判定が挙げられる。
閾値との比較により判定する場合には、予め設定した時定数と電圧降下量の閾値と、微小短絡に起因して電圧降下が生じる成分の時定数および電圧降下量とを比較する。そして、閾値を超えた時定数を持つ緩和成分の電圧の降下量が閾値を超えている場合には、測定対象となったリチウムイオン二次電池には微小短絡があると判定する。
判断に用いる閾値は、検出すべき短絡の大きさに応じて設定する。また、閾値は、検出したい大きさの短絡のあるリチウムイオン二次電池について、事前に、セル電圧の降下量を測定する試験を行い、その実測値に基づいて設定することが可能である。
他のリチウムイオン二次電池との比較により判定する場合には、同じ生産単位（ロット）で得られた複数のリチウムイオン二次電池について、それぞれのセル電圧の降下量を測定し、その結果を比較する。同じ生産単位の中で、セル電圧の降下量が著しく大きいものがある場合、そのリチウムイオン二次電池には短絡があると判定することができる。例えば、リチウムイオン二次電池のセル電圧の降下量の偏差値を求めて、その偏差値が特定の値以上であるものには、微小短絡があると判定する。
［その他の工程］
本発明のリチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法は、上記した必須の工程である、緩和分解工程、および微小短絡判定工程以外に、任意の工程を含んでいてもよい。

Claims (2)

  1. リチウムイオン二次電池の微小短絡の有無を判別する微小短絡判定方法であって、
    充電中の充電電流または放電中の放電電流を遮断した後の緩和過程におけるセル電圧の変化を、複数の分解緩和成分に分解する緩和分解工程と、
    前記複数の分解緩和成分のうち、微小短絡に起因して電圧降下が生じた成分の有無を判定することにより、微小短絡の有無を判定する微小短絡判定工程と、を含むリチウムイオン二次電池の微小短絡判定方法。
  2. 前記複数の分解緩和成分は、第１の分解緩和成分と、第２の分解緩和成分と、第３の分解緩和成分とからなり、
    前記第１の分解緩和成分は、微小短絡に起因して電圧降下が生じる成分であり、
    前記第２の分解緩和成分と前記第３の分解緩和成分とは、正常な電圧降下の成分である、請求項１に記載の微小短絡判定方法。
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