JP3982282B2 - Battery life determination method and battery - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の寿命を簡単に判定する方法および寿命を簡単に判定できる電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電池の寿命を簡単に判定する方法についての試みが種々なされてきた。たとえば、電池の内部インピーダンスを測定する方法、サーモラベルを使用する方法、メモリーカードを使用する方法などが知られている（特開平４−２９２８７１号公報、特開平５−３６４４３号公報など）。
【０００３】
しかし、電池の内部インピーダンスを測定する方法では、インピーダンスを測定する装置が別途必要となるばかりか、インピーダンスの変化と電池の寿命との関係も不明確な点が多く、一般のユーザーがこの方法を用いて簡単に電池の寿命を判定できるものではなかった。
【０００４】
また、サーモラベルを使用する方法は、電池の温度が寿命末期において上昇するという特性に着目してこの温度変化をサーモラベルで検出しようとするものであるが、上記同様当該温度変化と電池の寿命との関係が不明確となりやすく、また外部気温などの影響を受けやすいことからユーザーが簡単且つ正確にその判定ができるというものではなかった。
【０００５】
一方、メモリーカードを使用する方法は、電池の使用開始と同時に計時動作を開始するタイマー機能と該タイマー機能の設定時間の経過後に所定の表示動作をする表示機能とを有するメモリーカードを使用するものであるが、電池の使われ方などにより使用期間とその寿命とは必ずしも相関関係になく、正確にその判定ができるものではなかった。
【０００６】
さらに、上記サーモラベルを使用する方法やメモリーカードを使用する方法では、何れも電槽の外部にそれらを設置する構造となっており、電池の内部状態を直接検出することによってその寿命を判定しようとするものではないため、実質的にその内部状態の変化を直接検出することによりその寿命を判定する方法は知られていなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題点に鑑みなされたものであってその目的とするところは、電池の内部状態を直接検出することによりユーザーが簡単且つ正確に電池の寿命を判定することができる方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、電池を使用し続けると特定の金属イオンが電解液中に溶出してくるという現象を生じることを見出し、当該金属イオンを検出すれば電池の寿命を簡単に判定できるのではないかとの知見の下、さらに研究を重ねることによりついに本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、フタロシアニン類およびその誘導体、ならびにポルフィリン類およびその誘導体から選ばれた少なくともひとつの化合物を電池の電解液中に存在させ、当該化合物が電池の構成部材から溶出してくる金属イオンと有色の錯化合物を形成することによって、その錯化合物の発色を検出することにより電池の寿命を判定する方法に関する。
【００１０】
また本発明は、フタロシアニン類およびその誘導体、ならびにポルフィリン類およびその誘導体から選ばれた少なくともひとつの化合物を電解液中に存在させ、当該化合物が構成部材から溶出してくる金属イオンと有色の錯化合物を形成することによって、その錯化合物の発色を検出することによりその寿命を判定することが可能な電池に関する。
【００１１】
さらに本発明の電池は、錯化合物の発色を外部から検出できるように電槽表面に窓が設けられている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に使用されるフタロシアニン類およびその誘導体としては、フタロシアニンやポリクロロフタロシアニンをはじめ、フタロシアニン骨格を有する化合物であって且つ後述の金属イオンと反応して有色の錯化合物を形成する能力を有する化合物であれば、従来公知のいかなるものも使用し得る。
【００１３】
また本発明に使用されるポルフィリン類およびその誘導体としては、ポルフィリンやテトラフェニルポルフィリンをはじめ、ポルフィリン骨格を有する化合物であって且つ後述の金属イオンと反応して有色の錯化合物を形成する能力を有する化合物であれば、従来公知のいかなるものも使用し得る。
【００１４】
なお、上記のフタロシアニン類やポルフィリン類ならびにそれらの誘導体は、適宜親水性の置換基（たとえばスルホン酸塩やカルボン酸塩など）を導入することにより、電解液中への溶解性を調節することができる。
【００１５】
本発明においては、これらのフタロシアニン類およびその誘導体やポルフィリン類およびその誘導体を電池の電解液中に存在させることを特徴とするものであるが、その存在量は通常０．０００１％〜１％、好ましくは０．００１％〜０．１％の範囲の濃度で存在させることができる。上記濃度範囲を下回る場合は、後述の金属イオンと錯化合物を形成した際にその発色の度合いが低くなりすぎるため金属イオンの検出ができなくなる一方、上記濃度範囲を上回る場合は、電解液や電極の導電特性等に悪影響を及ぼすこととなるため何れも好ましくない。
【００１６】
次に本発明が対象とする電池としては、広く１次電池や２次電池に適用可能であるが、その使用形態や使用期間との関係からすると２次電池への適用が好適である。特に、ニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池やリチウムイオン電池への利用を好適な例としてあげることができる。
【００１７】
また上記電池の電解液としては、通常各電池の種類によりその組成はそれぞれ異なったものとなるが、一般には各種酸類の水溶液や各種アルカリの水溶液その他各種塩類の水溶液が挙げられる。たとえば、上記のニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池の場合を例にとれば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどの水溶液を挙げることができる。なお、これらはあくまでも例示であって電解液は各種の水溶液のみに限定されるものではなく、たとえばポリマー電解質やゲル電解質も含まれる。
【００１８】
一方、上記の電池の構成部材から溶出してくる金属イオンとしては、前記のフタロシアニン類等と有色の錯化合物を形成するものであれば、特に限定されるものではない。それらを例示すると、たとえば電池の種類にもよるがＣｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅなどのイオンを挙げることができる。
【００１９】
かかる金属イオンは、未使用の電池の電解液中には通常全く存在しないか、あるいは存在するとしても１ｐｐｍ以下の濃度でしか存在しておらず、電池が使用されるにつれてその濃度が経時的に上昇し、通常数ｐｐｍ以上の濃度になるとフタロシアニン等の錯形成化合物の作用によりその存在を確認できるようになる。
【００２０】
したがって、当該金属イオンの種類等に応じてフタロシアニン等の錯形成化合物の種類や濃度を調整することにより、当該電池の寿命を判定できることとなる。
【００２１】
なお、これらの金属イオンは、電極などの電池の構成部材を構成する金属が直接電解液中に溶出してイオンとなったものがまず考えられるが、本発明における金属イオンの起源はこれのみに限られるものではなく、決してその起源を限定するものではない。したがって、電池を組立てる際の溶接時等に電池の構成部材（たとえば電極等）の表面に付着した金属であってそれが溶出してイオンとなったものも含まれる。
【００２２】
以上のように、本発明は、電池の構成部材から溶出してくる金属イオンの濃度が、電池の使用期間や保管期間あるいは充放電の回数等に比例して次第に高濃度となることを利用したものであって、その金属イオン濃度をフタロシアニン等のような錯化合物の作用により可視的に判定できるようにしたことを最大の特徴とするものである。
【００２３】
すなわち、本発明は、電解液中の錯化合物の発色を検出すること（つまり電池の内部状態の変化を直接検出すること）により、その電池の寿命を簡単に判定可能としたものである。
【００２４】
なお、かかる確認方法としては種々のものが挙げられるが、一般のユーザーが簡便に判定するためには、目視による確認方法が最も好適であり、この点、ユーザーが簡単にその確認ができるように電槽表面に確認用の窓を設けることが好ましい。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２６】
（実施例１）
電池の概略図を示す図１および図２に基づき説明する。
【００２７】
ニッケル−水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池本体１の電槽２の表面には、確認用の窓３が設けられている。当該電池中の電解液４の組成は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等の水溶液であり、正極５は活物質がＮｉ（ＯＨ）2であり添加材がＣｏ、ＣｏＯＯＨ、ＺｎＯ、Ｙ2Ｏ3である。また、負極６は活物質がＮｉ吸蔵合金（ＭｍＮｉ4.2Ｃｏ0.3Ａｌ0.3Ｍｎ0.5；Ｍｍ：Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ）であり添加材がＹ2Ｏ3などであって、その他Ｎｉ材、Ｆｅ（Ｎｉめっき）材およびセパレーター７から構成されている。
【００２８】
当該電池本体１の電解液４中に、フタロシアニンを０．０１％の濃度で含有させた。
【００２９】
次いで、自動車の実車１０年間の走行パターンをインプットした充放電試験機（内部抵抗が３０％増加する条件に相当）を用いて上記の電池を試験した後、当該電池の電槽２の表面に設けられている確認窓３を通して電解液の状態を目視により確認した。
【００３０】
その結果、当該試験を行なう前は無色だった電解液の色が、青色に変化しており、当該電池の寿命が末期であることを確認することができた。
【００３１】
上記電解液の色が青色に変化したのは、電解液中のフタロシアニンと銅イオンとが反応して錯化合物である銅フタロシアニンを生成したためであるが、当該銅イオンは上記電池の組立て工程において溶接時に電極表面等に付着した銅が溶出したものと考えられる。
【００３２】
（実施例２）
実施例１において、フタロシアニンに代えてテトラフェニルポルフィリンを０．０１％の濃度で用いることを除き、他はすべて同様にして試験を行なった。
【００３３】
その結果、当該試験を行なう前は無色だった電解液の色が、試験後には青色に変化しており、当該電池の寿命が末期であることを確認することができた。
【００３４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、極めて簡単に電池の寿命を判定することができ、しかも電池の内部構造の一つである電解液の状態を直接検出するものであるため、当該判定を非常に正確に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電池の斜視図である。
【図２】 上記電池の断面図である。
【符号の説明】
１ 電池本体、２ 電槽、３ 確認窓、４ 電解液、５ 正極、６ 負極、７セパレーター。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for easily determining the life of a battery and a battery capable of easily determining the life.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various attempts have been made on methods for easily determining the life of a battery. For example, a method of measuring the internal impedance of a battery, a method of using a thermo label, a method of using a memory card, etc. are known (Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-2922871, 5-36443, etc.).
[0003]
However, the method of measuring the internal impedance of a battery requires not only a separate device for measuring the impedance, but also the relationship between the change in impedance and the life of the battery is unclear. It was not possible to easily determine the battery life by using the battery.
[0004]
In addition, the method using the thermo label is to detect this temperature change with the thermo label by paying attention to the characteristic that the temperature of the battery rises at the end of the life. It is not easy for the user to make the determination easily and accurately because the relationship with the system is unclear and is easily affected by the external temperature.
[0005]
On the other hand, the method of using a memory card uses a memory card having a timer function for starting a timing operation simultaneously with the start of use of a battery and a display function for performing a predetermined display operation after the set time of the timer function has elapsed. However, depending on how the battery is used, the period of use and its life are not necessarily correlated, and the determination cannot be made accurately.
[0006]
Furthermore, the method using the thermo label and the method using the memory card are all configured so that they are installed outside the battery case, and the life of the battery is determined by directly detecting the internal state of the battery. Therefore, a method for determining the lifetime by directly detecting the change in the internal state has not been known.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method by which a user can easily and accurately determine the life of a battery by directly detecting the internal state of the battery. It is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive research in order to solve the above problems, the present inventor has found that when a battery is continuously used, a phenomenon occurs in which a specific metal ion is eluted in the electrolytic solution. Based on the knowledge that the battery life can be easily determined by detection, the present invention was finally completed by further research.
[0009]
That is, the present invention provides a metal ion in which at least one compound selected from phthalocyanines and derivatives thereof, and porphyrins and derivatives thereof is present in a battery electrolyte, and the compound elutes from a battery component. The present invention relates to a method for determining the life of a battery by forming a colored complex compound and detecting the color of the complex compound.
[0010]
In addition, the present invention provides a phthalocyanine and a derivative thereof, and at least one compound selected from porphyrins and a derivative thereof in an electrolyte solution, and a metal ion and a colored complex compound from which the compound is eluted from a constituent member It is related with the battery which can determine the lifetime by detecting the color development of the complex compound.
[0011]
Furthermore, the battery of the present invention is provided with a window on the surface of the battery case so that the color of the complex compound can be detected from the outside.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The phthalocyanines and derivatives thereof used in the present invention include compounds having a phthalocyanine skeleton, including phthalocyanine and polychlorophthalocyanine, and compounds capable of reacting with metal ions described later to form colored complex compounds. Any conventionally known one can be used.
[0013]
The porphyrins and derivatives thereof used in the present invention are compounds having a porphyrin skeleton including porphyrin and tetraphenylporphyrin, and have the ability to react with metal ions described later to form a colored complex compound. Any known compound can be used as long as it is a compound.
[0014]
The above phthalocyanines, porphyrins and derivatives thereof can adjust the solubility in the electrolyte by appropriately introducing hydrophilic substituents (for example, sulfonates and carboxylates). it can.
[0015]
In the present invention, these phthalocyanines and derivatives thereof, or porphyrins and derivatives thereof are characterized by being present in the battery electrolyte, and the abundance thereof is usually 0.0001% to 1%, Preferably, it can be present at a concentration in the range of 0.001% to 0.1%. When the concentration range is below, when forming a complex compound with a metal ion described later, the degree of coloration becomes too low to detect the metal ion, whereas when exceeding the concentration range, the electrolyte solution or electrode Neither of these is preferable because it adversely affects the conductive properties and the like.
[0016]
Next, the battery targeted by the present invention can be widely applied to a primary battery and a secondary battery. However, application to a secondary battery is preferable in terms of the usage form and the usage period. In particular, the application to a nickel-hydrogen (Ni-MH) battery or a lithium ion battery can be given as a suitable example.
[0017]
The electrolyte solution of the battery usually has a different composition depending on the type of each battery. In general, aqueous solutions of various acids, aqueous solutions of various alkalis, and aqueous solutions of various salts are included. For example, taking the case of the above nickel-hydrogen (Ni-MH) battery as an example, aqueous solutions of potassium hydroxide, sodium hydroxide, lithium hydroxide and the like can be mentioned. In addition, these are illustrations to the last, and electrolyte solution is not limited only to various aqueous solution, For example, a polymer electrolyte and a gel electrolyte are also included.
[0018]
On the other hand, the metal ions eluted from the constituent members of the battery are not particularly limited as long as they form a colored complex compound with the phthalocyanines and the like. Examples thereof include ions such as Cu, Ni, Co, and Fe, depending on the type of battery.
[0019]
Such metal ions are usually not present at all in the electrolyte of an unused battery, or if present, they are present only at a concentration of 1 ppm or less. When the concentration rises to a concentration of several ppm or more, the presence of the complex forming compound such as phthalocyanine can be confirmed.
[0020]
Therefore, the lifetime of the battery can be determined by adjusting the type and concentration of the complex-forming compound such as phthalocyanine according to the type of the metal ion.
[0021]
These metal ions can be first thought to be ions formed by elution of the metal constituting the battery component such as the electrode directly into the electrolyte, but the origin of the metal ions in the present invention is only this. It is not limited and by no means limits its origin. Therefore, the metal which adhered to the surface of the structural member (for example, electrode etc.) of a battery at the time of welding at the time of assembling the battery, and the metal eluted from the surface is included.
[0022]
As described above, the present invention utilizes the fact that the concentration of metal ions eluted from the battery components gradually increases in proportion to the battery usage period, storage period, number of charge / discharge cycles, and the like. The most characteristic feature is that the metal ion concentration can be visually determined by the action of a complex compound such as phthalocyanine.
[0023]
That is, the present invention makes it possible to easily determine the life of a battery by detecting the color of a complex compound in the electrolyte (that is, directly detecting the change in the internal state of the battery).
[0024]
In addition, although there are various confirmation methods, a visual confirmation method is the most suitable for a general user to make a simple determination. In this respect, the user can easily confirm the confirmation method. It is preferable to provide a confirmation window on the surface of the battery case.
[0025]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be further described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0026]
Example 1
A description will be given based on FIG. 1 and FIG.
[0027]
A
[0028]
Phthalocyanine was contained at a concentration of 0.01% in the electrolytic solution 4 of the battery body 1.
[0029]
Next, after testing the above battery using a charge / discharge tester (corresponding to the condition that the internal resistance is increased by 30%) inputted with a running pattern of an actual car for 10 years, it is provided on the surface of the
[0030]
As a result, the color of the electrolyte solution which was colorless before the test was changed to blue, and it was confirmed that the battery life was at the end.
[0031]
The color of the electrolyte changed to blue because phthalocyanine and copper ions in the electrolyte reacted to produce a complex compound, copper phthalocyanine, which was welded during the battery assembly process. It is thought that the copper adhering to the electrode surface etc. sometimes eluted.
[0032]
(Example 2)
In Example 1, the test was performed in the same manner except that tetraphenylporphyrin was used at a concentration of 0.01% instead of phthalocyanine.
[0033]
As a result, the color of the electrolyte solution which was colorless before the test was changed to blue after the test, and it was confirmed that the life of the battery was at the end.
[0034]
It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0035]
【The invention's effect】
According to the present invention, the life of the battery can be determined very easily, and the state of the electrolyte that is one of the internal structures of the battery is directly detected. Therefore, the determination is performed very accurately. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a battery of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the battery.
[Explanation of symbols]
1 battery body, 2 battery case, 3 confirmation window, 4 electrolyte, 5 positive electrode, 6 negative electrode, 7 separator.
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