JP5137730B2 - 電池用セパレータの検査方法および電池の検査方法 - Google Patents
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Description
このような背景にあって、正常電池の電極群にダメージを与えることなく、潜在ショート電池の電極群を精度よく判別する不良品検査方法が望まれるようになった。
この特許文献2にて提案された不良品検査方法においては、セパレータを介して対向する一対の電極からなる電極群に電圧を印加して電極群に電流を流し、計測された電流と、正常な電極群に流れる所定の電流とを比較することにより、電極群の品質を判定するようにしている。
これは、セパレータの物性値などのバラツキによって、通電電流がばらつくためである。即ち、潜在ショート判定の電流値を低く設定した場合には、良品電池まで不良と判定する場合もあって、ロスの発生割合が多い場合があった。一方、潜在ショート判定の電流値を高く設定した場合には、不良品であっても良品電池と判定されて、不良品が流出して信頼性が損なわれる恐れがあった。
ところが、セパレータの物性値などのバラツキだけでなく、親水化処理のバラツキ(例えば、親水化処理に起因する官能基量や処理残留成分のバラツキ)や、セパレータの保管条件のバラツキ(例えば、フープ外側などの外気との接触程度に起因するセパレータの誘電率のバラツキ)などにより、良品電池であっても潜在ショート電池(擬似ショート)と判定される場合もあって、必ずしも潜在ショートの検出が精度よくなされているとは言えなかった。
セパレータの機能として、保液性能を有していることは、電池特性の観点からすると必須である。この場合、セパレータに保液性能を保持させる方法としては、ポリオレフィン樹脂などの親水性がない繊維に親水化処理を行う方法の外、ナイロン樹脂などの元々親水性を有した繊維を使用する方法がある。ここで、HEVやPEVなどの高耐久性が要求される用途の電池に用いられるセパレータにおいては、ナイロン樹脂製繊維などの材質では分解や劣化が生じて耐久性に問題があるため、一般的には、ポリオレフィン樹脂製繊維に親水化処理する方法が用いられている。
(1)水素吸蔵合金負極
まず、水素吸蔵合金粉末を100質量部に対して、0.1質量%のCMC(カルボキシメチルセルロース)と水(あるいは純水)とからなる水溶性結着剤に、スチレンブタジエンラテックス(SBR)と、炭素系導電剤とを添加した。この後、これらを混合し、混練して水素吸蔵合金スラリーを作製した。ついで、Niメッキ軟鋼材製の多孔性基板(パンチングメタル)からなる負極芯体21を用意し、この負極芯体21に、充填密度が5.0g/cm3となるように水素吸蔵合金スラリーを塗着し、乾燥させた後、所定の厚みになるように圧延して活物質層22を形成した。この後、所定の寸法になるように切断して、水素吸蔵合金負極20を作製した。
一方、多孔度が約85%の多孔性ニッケル焼結基板を比重が1.75の硝酸ニッケルと硝酸コバルトの混合水溶液に浸漬して、多孔性ニッケル焼結基板31の細孔内にニッケル塩およびコバルト塩を保持させた。この後、この多孔性ニッケル焼結基板を25質量%の水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液中に浸漬して、ニッケル塩およびコバルト塩をそれぞれ水酸化ニッケルおよび水酸化コバルトに転換させた。
この後、上述のように作製された水素吸蔵合金負極20とニッケル正極30とを用い、これらの間に、セパレータ10(a,b,c,d,g)を介在させて渦巻状に巻回して渦巻状電極群を作製した。なお、このようにして作製された渦巻状電極群の下部には水素吸蔵合金負極20の芯体露出部23が露出しており、その上部にはニッケル正極30の芯体露出部33が露出している。ついで、得られた渦巻状電極群の下端面に露出する芯体露出部23に負極集電体24を溶接するとともに、渦巻状電極群の上端面に露出するニッケル正極30の芯体露出部33の上に正極集電体34を溶接して、電極体A(A1〜A4,A7)とした。なお、セパレータaを備えたものを電極体A1とし、セパレータbを備えたものを電極体A2とし、セパレータcを備えたものを電極体A3とし、セパレータdを備えたものを電極体A4とし、セパレータgを備えたものを電極体A7とした。
ついで、得られた電極体A(A1〜A4,A7)および電極体X(X1〜X7)を用いて、負極集電体24に電圧印加電極25を接続するとともに、正極集電体34に電圧印加電極35を接続した後、これらの電極25,35間に交流電圧源40より、60Hzで150Vの交流電圧(E=150V)を5秒間だけ印加して、電極25,35間に流れた電流値I(mA)を電流検出回路50で測定した。ついで、得られた電流値I(mA)に基づいて、セパレータaを用いた電極体A1,X1の電流値I(mA)を10とし、他のセパレータb,c,d,e,f,gを用いた電極体A2〜A4,A7および電極体X2〜X7の電流値I(mA)をそれとの比(電流値比)で示すと、下記の表2に示すような結果となった。
なお、電圧印加検査後、電極体A1〜A4,A7および電極体X1〜X7をそれぞれ解体調査したところ、各電極体A1〜A4,A7および電極体X1〜X7に潜在ショートが発生してないことを確認した。
つまり、例えば、潜在ショートに起因した電流値増大が+30とした場合に、電極体Xでは不良品の判定ができない場合がある。これは、最大80に対して+30の110を閾値とした場合、10+30=40となった場合は良品と判定されるからである。また、良品まで不良品であると判定する場合もある。これは10+30=40を閾値とした場合、良品である80(X5)、45(X6)が不良品であると判定されるからである。
これらに対して、電極体Aでは、良品は良品と、不良品は不良品と判定されることとなる。これは、10+30=40を閾値とした場合に、全てが良品と判定できるからである。
なお、セパレータの通電量の閾値、および渦巻電極体の電圧印加検査での閾値については、セパレータ厚みや、極板表面積などの電池設計や、セバレータでの廃棄ロスと渦巻電極体での廃棄ロスとの関係などを考慮して設定するようにすればよい。
ついで、上述のように作製された電極体A(A1〜A4,A7)を用いてニッケル−水素蓄電池を作製する一例を以下に説明する。この場合、得られた電極体A(A1〜A4,A7)を鉄にニッケルメッキを施した有底筒状の外装缶(底面の外面は負極外部端子となる)60内に収納した後、負極集電体24を外装缶60の内底面に溶接した。一方、正極集電体34より延出する集電リード部35を正極端子を兼ねるとともに外周部に絶縁ガスケット61が装着された封口体62の底部を構成する封口板62aに溶接した。なお、封口体62には正極キャップ62bが設けられていて、この正極キャップ62b内に所定の圧力になると変形する弁体62cとスプリング62dよりなる圧力弁が配置されている。
Claims (2)
- 親水化処理が施された電池用セパレータの検査方法であって、
表面積がS(cm2)で電極間距離がt(mm)となるように配置された一対の金属電極でセパレータの表裏面を挟持した状態で部分放電が起きない交流電圧E(V)を当該一対の電極間に印加して当該金属電極間に流れる電流値I(mA)を測定する電流値測定工程と、
前記電流値測定工程にて測定された電流値I(mA)に基づいて耐圧指数Z(Z=I×(t/SE))を求める耐圧指数算出工程とを備え、
求めた耐圧指数Zが予め設定した値以上であれば不使用セパレータとして排除するようにしたことを特徴とする電池用セパレータの検査方法。 - 親水化処理が施されたセパレータを備えた電池の検査方法であって、
表面積がS(cm2)で電極間距離がt(mm)となるように配置された一対の金属電極でセパレータの表裏面を挟持した状態で部分放電が起きない交流電圧E(V)を当該一対の電極間に印加して当該金属電極間に流れる電流値I(mA)を測定する電流値測定工程と、
前記電流値測定工程にて測定された電流値I(mA)に基づいて耐圧指数Z(Z=I×(t/SE))を求める耐圧指数算出工程と、
求めた耐圧指数Zが予め設定した値以上であれば不使用セパレータとして排除するセパレータ排除工程と、
前記セパレータ排除工程により排除されなかったセパレータを介して正極板と負極板とが巻回または積層して形成された電極群の正・負電極間に部分放電が起きない交流電圧E(V)を印加して当該電極間に流れる電流値I(mA)を測定する電流値測定工程と、
前記電流値測定工程にて測定された電流値I(mA)に基づいて潜在ショートを判定する潜在ショート判定工程とを備えるようにしたことを特徴とする電池の検査方法。
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