JP5929865B2 - 二次電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究を行なったところ、異物が混入した二次電池は、電池外部を拘束した状態で電圧降下量ΔV1を計測すると、ΔV1は正常な二次電池より大きくなり、その後さらに拘束を解除した状態で電圧降下量ΔV2を計測すると、ΔV2は正常な二次電池より小さくなるという新規な知見を得、該知見に基づきさらに研究を重ねることにより本発明を完成させるに至った。
まず、本実施形態に係わる二次電池について説明する。本実施形態に係わる二次電池は、充電可能な電池であればよく、電池系は特に限定されない。たとえば、リチウムイオン二次電池であってもよいし、ニッケル水素電池であってもよい。電池形状も特に限定されず、偏平形、円筒形等の形状であり得るが、電極群に圧縮力を印加しやすいとの観点から電池形状は偏平形であることが好ましい。
図6は本実施形態の検査工程の概略を示すフローチャートである。図6に示すように、本実施形態の検査工程は、第1工程(S1)、第2工程(S2)および第3工程(S3)を含む。以下、当該検査工程に含まれる各工程について説明する。
第1工程は、電池外装体11を介して電極群12に、電極群12の積層方向と平行な方向の圧縮力を印加した状態で、二次電池10の時間経過に伴う電圧降下量ΔV1を計測する工程である。
本実施形態に係る二次電池10のセパレータは、50MPaの圧力で圧縮した際の厚さが、圧縮前の厚さの70%以下となるものであることが好ましい。本発明者は、電池の信頼性と異物混入との因果関係について調査を行なったところ、たとえば自動車用電池に要求されるような長期信頼性を確保するためには、電極群12において直径100〜200μm程度の異物の混入を排除することが有効であるとの知見を得た。そして、該知見に基づき検討を行なったところ、このようなサイズの異物が電極間に存在する状態で、二次電池10に1MPa程度の圧力を印加すると、異物周辺には50MPa程度の圧力が印加されることが判明した。さらに、同検討の中で、セパレータの厚さが局所的に70%以下となると微小短絡によって電圧降下量が大きくなることが確認された。
本実施形態の検査工程は、第1工程の後に第2工程を含む。第2工程は、圧縮力を解放した状態で、二次電池の時間経過に伴う電圧降下量ΔV2を計測する工程である。ここで、「圧縮力を解放する」とは、「二次電池の拘束を緩めること」および「二次電池への押圧力を弱めること」の少なくともいずれかを示すものとする。
本実施形態の第3工程では、上記の第1工程および第2工程で得られた電圧降下量ΔV1および電圧降下量ΔV2を比較することにより、微小短絡を検出して二次電池の良否判定を行なう。良品のΔV1およびΔV2は、検査ロット内および検査ロット間で変動するため、ΔV1およびΔV2のいずれか一方を以って二次電池の良否判定を行なうと、良品をも不良として排除してしまう可能性がある。本実施形態では、これら2つを併せて不良判定基準として用いるため、従来に比し検査精度を高めることができる。
まず、従来公知の製造方法で、偏平形リチウムイオン二次電池No.1〜10を準備した。次に、電極群12内に故意に微小異物(直径100μm程度の金属片)を混入させる以外は、No.1〜10と同様にして偏平形リチウムイオン二次電池No.11および12を準備した。リチウムイオン二次電池No.1〜12は、図1に示す構成を有するものである。
(第1工程)
まず、0.33Itの電流値でSOC0%まで各電池を放電した。続いて0.5Itの電流値でSOC90%まで各電池を充電した。そして、室温中で2時間放置した後、各電池の初期電圧V0を測定した。
次に、各電池の拘束を解除して、電極群に印加された圧縮力を解放した。そして、室温中で2時間放置した後、各電池の電圧V2を測定した。その後さらに室温中で24時間放置した後、各電池の電圧V3を測定した。そして、式「ΔV2=|V3−V2|/1日」から、時間経過に伴う電圧降下量ΔV2[単位:mV・day-1]を算出した。結果を図4に示す。
第1工程で測定されたΔV1に基づき、良品と不良品との比較を行なった。図3は、各電池におけるΔV1の測定結果を示すグラフである。このグラフの横軸は電池No.を示している。図3に示すように、No.1〜10(良品)とNo.11および12(不良品)のΔV1を比較すると、不良品におけるΔV1の方が大きい結果となった。すなわち、ΔV1に基づき微小短絡を検出することは可能であった。このような結果が得られた理由は、第1工程においてセパレータが圧縮されて正負電極間の距離が減少したため、不良電池では異物を介して微小短絡が起こったためであると考えられる。
第2工程で測定されたΔV2に基づき、良品と不良品との比較を行なった。図4は、各電池におけるΔV2の測定結果を示すグラフである。このグラフの横軸は電池No.を示している。図4に示すように、NO.1〜10(良品)とNo.11および12(不良品)のΔV2を比較すると、不良品におけるΔV2の方が僅かに小さい結果となったが、その差異は非常に小さく0.04[mV・day-1]程度であった。したがって、ΔV2のみに基づき微小短絡を検出することはやや困難であると考えられる。
(第3工程)
ΔV1とΔV2との比較に基づき、良品と不良品との比較を行なった。すなわち、ΔV1をΔV2で除した値(ΔV1/ΔV2)を算出して、良品と不良品の比較を行なった。結果を図5に示す。
Claims (3)
- 正極と負極とセパレータとを有する電極群を電池外装体に収容してなる二次電池の製造方法であって、
二次電池の微小短絡を検出するための検査工程を備え、
前記検査工程は、
前記電池外装体を介して前記電極群に前記電極群の積層方向と平行な方向の圧縮力を印加した状態で、前記二次電池の時間経過に伴う電圧降下量ΔV1を計測する第1工程と、
前記圧縮力を解放した状態で、前記二次電池の時間経過に伴う電圧降下量ΔV2を計測する第2工程と、
前記電圧降下量ΔV1と前記電圧降下量ΔV2とを比較することにより微小短絡を検出する第3工程と、を含む、二次電池の製造方法。 - 前記第3工程は、前記電圧降下量ΔV1を前記電圧降下量ΔV2で除した値が予め決めた値より大きい場合に不良と判定する工程である、請求項1に記載の二次電池の製造方法。
- 前記セパレータは、50MPaの圧力で圧縮した際の厚さが圧縮前の厚さの70%以下となる、請求項1または請求項2に記載の二次電池の製造方法。
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