JP4233073B2 - 非水電解液電池の不良選別方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解液電池の不良選別方法に関し、とくに二次電池の電極板のマイクロショートに起因する不良を選別する不良選別方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型の電子機器の電源として各種の電池が用いられており、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ等の電源として、小型で大容量の密閉型電池が用いられており、高容量のリチウム電池や、リチウムをドープあるいは脱ドープする炭素質材料等を用いたリチウムイオン二次電池等の非水電解液電池が用いられている。
炭素質材料を負極活物質として使用する非水電解液二次電池はサイクル寿命が長く、高エネルギー密度が得られるとの長所を有するものの量産した場合に製品毎に特性がばらつきが生じることがあった。
【０００３】
炭素材料からなる負極、リチウム遷移金属複合酸化物からなる正極活物質とする正極、セパレータからなる電池要素を電池缶内に収納し、電解液を注入した非水電解液二次電池は、放電状態であるために電池として使用するためには充電を行う必要があるが、組み立てられた直後では、電池要素の各部材に充分に電解液が浸透しておらず、そのまま充電を行った場合には、電池反応が均一に進行せず、充電反応が過剰に進行した部分では、負極にドープされなかった過剰のリチウムが樹枝状結晶として析出し、樹枝状結晶が成長した場合には、セパレータを突き破って対極と接触してマイクロショートが起こり電池の発熱、熱暴走の危険があった。
【０００４】
そこで、電池の製造工程のおいては、電池要素の各部材に充分に電解液が浸透するように所定の時間放置した後に、初期充電を行っている。さらに初期充電の後には、エージング工程を設けて電池を安定化させるとともに、マイクロショートを起こしている可能性のある不良電池を選別して除去することが行われている。 マイクロショートは、正極端子と負極端子との間の完全な短絡ではないので、電池の端子間には電圧が存在するが、正極板と負極板の一部で自然放電電流以上の電流が流れるので、マイクロショートを起こした電池にあっては、エージングの前後において端子電圧の電圧差が大きくなるので、電池の端子電圧を測定することによってマイクロショートを起こしている可能性がある電池を選別して除去することが行われている。
しかしながら、エージング後の電圧は、電池の製造条件等の相違、あるいはエージング時間の相違等によっても変化するので、エージング前後の電池電圧の測定のみでは、良品の電池を不良品として判断する可能性もあり、マイクロショートの可能性のある電池のみを確実に除去することはできなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電池の製造工程においてマイクロショートの可能性のある電池のみを確実に選別して除去する方法を提供することを課題とするものであり、品質の優れた電池を歩留まり良く製造することを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、電池の端子電圧の測定による非水電解液電池の不良判別方法において、完成した電池の自然放電を行うエージングの前後の端子電圧を測定し、エージング後の端子電圧が電池の製造単位毎に定めた下限規格値よりも低いものを不良品と判定し、下限規格値以上の端子電池のうち、電池の製造単位毎の複数個の電池のエージング後の端子電圧の平均値よりもあらかじめ定めた偏差以上に大きく低下しているものについては、電池の製造単位毎の複数個の電池のエージングの前後の端子電圧の差の平均値よりもエージング前後の端子電圧の差があらかじめ定めた偏差以上に大きなものを不良品と判定する非水電解液電池の不良選別方法によって解決することができる。
また、非水電解液電池が二次電池であり、完成した電池の初期充電後に行われるエージングの際の端子電圧の測定によって行われる前記の不良選別方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、電池缶内に電池要素を封入し電解液を注液した電池を封口して組立を完了した電池の初期充電後に電池を放置してエージングを行う際に、エージングの前後の電池の電圧を測定によるマイクロショート等の不良の判定が、エージング時間や、製造単位毎の多少の電池特性の相違によらずに確実に行えるようにしたものである。
【０００８】
図１は、本発明の不良電池の選別方法を説明する図である。
本発明の不良電池の選別方法は、３段階のステップからなることを特徴としている。
所定の製造単位の複数個の電池を選択し、各電池を充電をした後に、エージング前電圧測定ステップ１で個々の電池の端子電圧Ｖ１を測定して記録した後に、所定の時間、エージング工程において電池を自然放電した後に、エージング後電圧測定演算ステップ２でそれぞれの電池の端子電圧Ｖ２を測定するとともに、所定の製造単位の複数個の電池についてのＶ２平均値および標準偏差σを演算する。
次いで、エージング前後電圧差算出演算ステップ３において△Ｖを算出して記録するとともに、所定の製造単位の複数個の電池毎のエージング前後の電圧差の△Ｖ平均値および標準偏差σを演算する。
これらの測定結果から、エージング後電圧判定第１ステップ４において、エージング後電圧Ｖ２が、それぞれの電池について予め設定されたエージング後電圧下限規格値と比較し、エージング後電圧下限規格値よりも低下している場合には不良品と判定する。
【０００９】
これは、電池の電極にマイクロショートが発生していると、電極間で電流が流れる結果、自然放電による電圧の低下が大きくなるので、エージング後の電圧測定することによって不良品を判定するものであり、少なくともこの条件を満足しないものは良品として使用することはできない。
【００１０】
一方、エージング後電圧Ｖ２が下限規格値を満足している場合であっても、不良品が存在している場合があるので、下限規格値を満足している電池についても更にエージング後電圧判定第２ステップ５において、エージング後電圧Ｖ２と、所定の製造単位の複数個の電池について測定したエージング後電圧平均値Ｖ２平均値との偏差を演算し、偏差が所定の値よりも小さな場合に良品と判定する。
また、更に偏差が所定の値よりも大きなものについても、エージング前後電圧差比較ステップ５において、エージング前後電圧差△Ｖと、所定の製造単位の複数個の電池について測定したエージング前後電圧差平均値：△Ｖ平均値との偏差を演算し、偏差が所定の大きさよりも小さい場合には良品と判断し、所定の大きさよりも偏差が大きなものは不良品と判定する。
【００１１】
以上のような判定ステップにおいて判定を行うことによって、エージング時間に多少の相違が生じる等のエージング条件の相違があっても、不良品と良品の電池を精度良く分離することができるので、電池の信頼性を高めることができる。
また、以上の説明においては、二次電池について説明したが、一次電池においても、製造直後の端子電圧とその後の放置後の自然放電による端子電圧の測定を本発明のエージング前後の電圧として同様に不良品の選別に適用することができる。
【実施例】
以下に、具体的な例を示して本発明を説明する。
実施例１
リチウムマンガン酸化合物を含有する正極活物質層を有する正極電極とリチウムをドープ、脱ドープする炭素質材料を含有する負極活物質層を有する負極電極からなる定格容量１０００ｍＡｈのリチウムイオン二次電池を１０００個単位で製造し、定格容量の０．２５Ｃの電流で、端子電圧が４．２Ｖに達するまでは定電流充電を行い、４．２Ｖ到達後は、定電圧充電によって８時間充電した後に、１週間２５℃において放置してエージングを行った。
エージング前の電池の端子電圧を測定しＶ１として記録し、エージング後の電池の端子電圧を測定しＶ２として記録した。
それぞれの電池について、エージング前の電池の端子電圧とエージング後の電池の端子電圧の差△Ｖを測定して記録した。
また、エージング後電圧の平均値、Ｖ２平均値を演算するとともに標準偏差を演算した。
【００１２】
図２に、製造単位の電圧分布のヒストグラムを示す。
図２（Ａ）は、エージング前の電圧Ｖ１とエージング後の電圧Ｖ２の電圧分布のヒストグラムを示す。Ｖ１あるいはＶ２の電圧分布は、製造単位によって１０ｍＶ程度の平均値が異なる場合もあり、Ｖ２の下限規格値による選別では、良品が不良判定される製造単位が生じる場合と、不良判定品の半数以上が良品とされる場合があるが、更にＶ２の平均値からの偏差を含んだ値を基準に判定すると、より確実な判定が可能となる。この例では、標準偏差が３ｍＶであったので、Ｖ２については平均から２．５σよりも高い電圧を示すものは良品とし、これより低いものについて更に判定を行った。
【００１３】
図２（Ｂ）は、エージング前後の電圧差△Ｖを示す図であり、１週間のエージングの電圧により求めた△Ｖと更に１日おいて測定した電圧より求めた△Ｖを示す。
１週間後に測定した場合と、更に１日おいて測定した場合には、１〜２ｍＶの電圧の差が生じ、△Ｖが大きくなる。したがって、エージング時間等の多少の違いによって不良品と判定されることがないように、△Ｖの平均値から偏差を含んだ値を基準とするとより確実な判定が可能となる。この例では、標準偏差は２ｍＶであったので、△Ｖの平均値から２．５σ大きな値の範囲まで含まれているものを良品とし、それよりも△Ｖが大きい場合には不良品と判定を行った。
これによって、Ｖ２の下限規格値とエージング前後の電圧差△Ｖを判定基準とした場合に不良判定とされる電池の５０％を良品と判定することができ、不良電池の判定精度が向上した。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の２次電池のマイクロショート判別方法によれば、電池特性に多少のばらつきや測定条件に違い等が生じた場合であっても、良品が不良電池として判定されたり、あるいは不良電池が良品と判定される可能性が小さくなり、電池の選別の精度を高めることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の不良電池の選別方法を説明する図である。
【図２】図２に、製造単位の電圧分布のヒストグラムを示す。
【符号の説明】
１…エージング前電圧測定ステップ、２…エージング後電圧測定演算ステップ、３…エージング前後電圧差算出演算ステップ、４…エージング後電圧判定第１ステップ、５…エージング後電圧判定第２ステップ、６…エージング後電圧平均値比較ステップ
Claims (1)
- 電池の端子電圧の測定による非水電解液電池の不良判別方法において、完成した電池の自然放電を行うエージングの前後の端子電圧を測定し、エージング後の端子電圧が電池の製造単位毎に定めた下限規格値よりも低いものを不良品と判定し、下限規格値以上の端子電池のうち、電池の製造単位毎の複数個の電池のエージング後の端子電圧の平均値よりもあらかじめ定めた偏差以上に大きく低下しているものについては、電池の製造単位毎の複数個の電池のエージングの前後の端子電圧の差の平均値よりもエージング前後の端子電圧の差があらかじめ定めた偏差以上に大きなものを不良品と判定することを特徴とする非水電解液電池の不良選別方法。
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