JP5994452B2

JP5994452B2 - 二次電池の製造方法

Info

Publication number: JP5994452B2
Application number: JP2012163759A
Authority: JP
Inventors: 和義高田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: KR20140013965A; KR101520175B1; JP2014026732A

Description

本発明は、二次電池の製造方法、特に、二次電池の電気特性の良否を判定する判定工程を備える二次電池の製造方法に関するものである。

従来から、二次電池は、電池を組立てた後、初期充電工程、エージング工程等を経た後に出荷されるが、製造過程において、微小短絡等に起因する電気特性の不良を判別し、かかる不良電池を出荷しないようにしている（特許文献１参照）。

特許文献１では、各二次電池についてエージング前後の端子間電圧を測定し、エージング後の端子間電圧が、二次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する。また、端子間電圧が基準規格値以上の二次電池について端子間電圧の平均値を求め、端子間電圧が、この平均値から予め定めた偏差を差し引いた値以上の二次電池については、合格品とする。一方、端子間電圧が、この平均値から予め定めた偏差を差し引いた値を下回る二次電池については、エージング前後の端子間電圧の差を求め、端子間電圧差が、その平均値から予め定めた偏差を差し引いた値を上回る二次電池については、不良品と判定する。

特開２００１−２２８２２４号公報

しかしながら、特許文献１の手法では、放電後に電圧が上昇傾向になる（電圧リバウンド）影響で端子間の測定電圧が高くなることで、不良と判定した二次電池の中に良品が含まれていることがあった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、二次電池の電気特性の良否を精度良く判定できる、二次電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、所定期間にわたり恒温雰囲気下に安置するエージング工程を経た所定数の二次電池を一組とした電池グループ毎に、放電後に生ずるリバウンド上昇する端子電圧の上昇傾向が低減した時点の端子電圧Ｖ３を測定する第１電圧測定工程と、第１電圧測定工程から第１の所定時間後に端子電圧Ｖ４を測定する第２電圧測定工程と、第１電圧測定工程での測定電圧Ｖ３と第２電圧測定工程での測定電圧Ｖ４との電圧差（Ｖ４−Ｖ３）が、予め設定した閾値内にあるか否かに基づいて二次電池の良否を判定する工程と、からなる第１判定工程を備える。また、放電後に生ずるリバウンド上昇する端子電圧の上昇傾向の開始時と上昇傾向中における開始時から第２の所定時間後との二次電池の端子電圧差ΔＶの偏差が、予め設定した偏差幅内にあるか否かに基づいて二次電池の良否を判定する第２判定工程を備える。そして、第１判定工程は、第２判定工程で不良候補と判定された二次電池を対象として実施されることを特徴とする。

したがって、本発明では、放電後に生ずるリバウンド上昇する端子電圧の上昇傾向が低減した時点の端子電圧Ｖ３を測定し、所定時間後に端子電圧Ｖ４を測定し、電圧差（Ｖ４−Ｖ３）が予め設定した閾値内にあるか否かに基づいて二次電池の良否を判定する第１判定工程を備えるので、電圧上昇傾向（電圧リバウンド）の影響を受けなくなるため、電圧差バラツキが低減し、判定精度を向上させることができる。このため、良品を不良品判定とすることが減少でき、不良率を低減することができる。
しかも、第２判定工程で良品となった二次電池は、良否判定のための在庫とすることなく出荷することができ、在庫とすることによる在庫エリア及び検査工数を削減することができ、その後の判定期間を更に増加してなされる第１判定工程において判定すべき二次電池の数量を削減することができる。このため、微少短絡（マイクロショート）を生じている二次電池を、この時点で確実に判定することができる。

本発明の一実施形態を示す二次電池の電気特性の良否を判定する判定工程を備える二次電池の製造方法の工程図である。判定工程における二次電池の開路電圧の変化を示す特性図である。第２判定工程における判定結果の一例を示すヒストグラムと偏差幅判定例である。第１判定工程における判定結果の一例を示すヒストグラムと偏差幅判定例である。

以下、本発明の二次電池の製造方法を実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態を示す二次電池の電気特性の良否を判定する判定手順を備える二次電池の製造方法の工程図である。本実施形態の二次電池の電気特性の良否の判定には、判定手順の前段において二次電池の良否を判定する第２判定工程と、判定手順の後段において二次電池の良否を判定する第１判定工程を備える。

第２判定工程においては、二次電池に発生させた電圧リバウンド中における所定時間の前後の電圧差ΔＶに基づいて二次電池の良否を判定する。第２判定工程は、図１において、ステップＳ４からステップＳ９で実行される。第１判定工程においては、上記した電圧リバウンドが低減した状態における所定時間の前後の電圧差ΔＶに基づいて二次電池の良否を判定する。第１判定工程は、図１において、ステップＳ１１からステップＳ１６で実行される。

先ず、第２判定工程について説明する。リチウムイオン二次電池は、ステップＳ１のリチウムイオン二次電池として組み立てられた所定の製造単位の複数個（望ましくはＮ＝５００以上）の二次電池を選択して、それに対して満充電を行なう（ステップＳ２）。次いで、所定温度の恒温槽内で所定時間（例えば、２週間）放置して、自然放電させてエージングする（ステップＳ３）。

図２は、第２判定工程及び第１判定工程が実施される、所定の製造単位の複数個（望ましくはＮ＝５００以上）の二次電池の端子電圧（開路電圧）の推移を示したものである。以下の説明では、図２に示す二次電池の端子電圧（開路電圧）の推移についても、併せて説明する。

エージングが完了した所定の製造単位の複数個（望ましくはＮ＝５００以上）の二次電池に対して第２判定工程が開始される。第２判定工程では、所定の製造単位の複数個（望ましくはＮ＝５００以上）の二次電池に対して、容量を空にする完全放電をさせて二次電池毎の電圧ばらつきを無くした後、少し充電する電圧調整を実施する（ステップＳ４）。同時に、その時点ｔ０（図２の時点ｔ０）における各二次電池の端子電圧（開路電圧Ｖ１）を測定する（ステップＳ５）。

電圧調整された二次電池の端子電圧（開路電圧）は、時点ｔ０からリバウンドを伴って上昇する（以下では、この上昇過程を電圧上昇傾向という）。この電圧上昇傾向は、図２に示すように、時間の経過と共に低減されて、二次電池それぞれの値に収束されていく。所定時間（例えば、０．６週間以上、第２の所定時間と定義する）を経過するまで放置（ステップＳ６）する。そして、所定時間経過後（図２の時点ｔ１）において、各二次電池の端子電圧（開放電圧Ｖ２）を測定し（ステップＳ７）、各二次電池の第２の所定時間経過前後の電圧差ΔＶ（＝Ｖ２−Ｖ１）を算出する（ステップＳ８）。

次いで、所定の製造単位の複数個の二次電池の電圧差のΔＶ平均値および標準偏差（σ）を算出する。また、二次電池の電圧差ΔＶに対する偏差の判定上限＋Ａσ、及び、判定下限−Ｂσを算出する。ここで、Ａ，Ｂは任意の数値であり、例えば、Ａ＝３，Ｂ＝３とすると、判定上限は（+３σ）となり、判定下限（-３σ）となる。次いで、各二次電池の電圧差ΔＶが、上記判定上限＋Ａσと判定下限−Ｂσの判定幅内にあるか否かを判定する（ステップＳ９）。この判定において、電圧差ΔＶが、上記判定上限＋Ａσと判定下限−Ｂσの判定幅内にある二次電池は、良品として判定する（ステップＳ１０）。また、この判定において、電圧差ΔＶが、上記判定上限＋Ａσと判定下限−Ｂσの判定幅を超える二次電池は、不良候補品として第１判定工程で良否判定が実施される。

図３は、ステップＳ９で実行された偏差幅判定例を示すものである。そして、判定下限−３σと判定上限＋３σとで設定した良品判定範囲にある二次電池については良品として、二次電池出荷過程の次工程に送られる。

また、判定下限−３σと判定上限＋３σとで設定した良品判定範囲から外れた二次電池については、通常廃棄されるものである。しかし、この不良候補品と判定した二次電池の中にも、端子間電圧測定時の環境温度による誤差や、電池材料・工程等のロット間変動による誤差により、良品となるべきものが含まれている可能性がある。このため、本実施形態の判定工程においては、この不良候補品として判定された二次電池に対して、第１判定工程を実施することにより、確実に不良品となるものについてのみ廃棄し、良品となるものを選定するようにしている。

第１判定工程では、第２判定工程で不良候補品と判定された二次電池に対して、所定時間（例えば、０．７週間以上）放置する（ステップＳ１１）。この所定時間は、二次電池の電圧のリバウンドによる上昇傾向が低減した状態となるまでの経過時間によって設定される。そして、所定時間を経過した時点ｔ２において、二次電池の端子電圧（開放電圧Ｖ３）を測定する（ステップＳ１２）。次いで、端子電圧（開放電圧Ｖ３）を測定した二次電池を、加圧（例えば、１．７Ｋｇ／ｃｍ２以上）状態において、所定時間（例えば、０．１５週間以上）放置し（ステップＳ１３）、その後の時点ｔ４において、二次電池の端子電圧（開放電圧Ｖ４）を測定する（ステップＳ１４）。

そして、時点ｔ２で測定した端子電圧（開放電圧Ｖ３）と時点ｔ３で測定した端子電圧（開放電圧Ｖ４）との電圧差ΔＶ’（＝Ｖ４-Ｖ３）を算出する（ステップＳ１５）。次いで、算出した各二次電池の電圧差ΔＶ’（＝Ｖ４-Ｖ３）が、判定上限Ｃおよび判定下限Ｄの範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。図４はステップＳ１６で実行された電圧差ΔＶ'（Ｖ４−Ｖ４）のヒストグラムと閾値判定例を示すものである。ここでは、例えば、判定上限Ｃ＝２.０、判定下限Ｄ＝−０.５としている。そして、電圧差ΔＶ’（＝Ｖ４-Ｖ３）が判定範囲内である場合には良品と判定し（ステップＳ１０）、電圧差ΔＶ’（＝Ｖ４-Ｖ３）が判定範囲を超える場合に不良品と判定する（ステップＳ１７）。

この判定においては、電圧上昇傾向（電圧リバウンド）の影響を受けなくなるため、電圧差バラツキが低減し、判定精度を向上させることができる。このため、良品を不良品と判定とすることが減少でき、不良率を低減することができる。また、ステップＳ１３において、加圧状態とすることにより、電池内部での正極−負極間の電気的な微少短絡（マイクロショート）が生じている場合には、電圧差ΔＶ’（＝Ｖ４-Ｖ３）が顕著となる。このため、微少短絡（マイクロショート）を生じている二次電池を、この時点で確実に判定することができる。そして、良品と判定した二次電池は後工程へ出荷し、不良品と判定した二次電池は廃却する。

以上の構成の二次電池の製造方法における二次電池の電気特性の良否を判定では、先ず、判定開始から比較的短期間に実行される第２判定工程により、良品と判定できる二次電池を選別している。このため、良品となった二次電池は、良否判定のための在庫とすることなく出荷することができ、在庫とすることによる在庫エリア及び検査工数を削減することができ、その後の判定期間が更に増加してなされる第１判定工程において判定すべき二次電池の数量を削減することができる。

また、第１判定工程では、判定期間が更に増加されるものの、電圧上昇傾向（電圧リバウンド）の影響を受けなくなるため、電圧差バラツキが低減し、判定精度を向上させることができる。このため、第２判定工程において不良候補品と判定された二次電池であっても、良品を不良品と判定とすることが減少でき、不良率を低減することができる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）所定期間にわたり恒温雰囲気下に安置するエージング工程Ｓ３を経た所定数の二次電池を一組とした電池グループ毎に、放電後に生ずるリバウンド上昇する端子電圧の上昇傾向が低減した時点の端子電圧Ｖ３を測定する第１電圧測定工程Ｓ１２と、第１電圧測定工程Ｓ１２から第１の所定時間Ｓ１３後に端子電圧Ｖ４を測定する第２電圧測定工程Ｓ１４と、を備える。そして、第１電圧測定工程Ｓ１２での測定電圧Ｖ３と第２電圧測定工程Ｓ１４での測定電圧Ｖ４との電圧差（Ｖ４−Ｖ３）が、予め設定した閾値内にあるか否かに基づいて二次電池の良否を判定する工程Ｓ１６と、からなる（第１）判定工程Ｓ１２−Ｓ１６を備える。即ち、（第１）判定工程Ｓ１２−Ｓ１６では、電圧上昇傾向（電圧リバウンド）の影響を受けなくなるため、電圧差バラツキが低減し、判定精度を向上させることができる。このため、第２判定工程Ｓ４−Ｓ９において不良候補と判定された二次電池であっても、良品を不良品と判定とすることが減少でき、不良率を低減することができる。

（イ）二次電池の製造方法は、放電後に生ずるリバウンド上昇する端子電圧の上昇傾向の開始時と上昇傾向中における開始時から第２の所定時間Ｓ６後との二次電池の端子電圧差ΔＶの偏差が、予め設定した偏差幅内にあるか否かに基づいて二次電池の良否を判定する第２判定工程Ｓ４−Ｓ９を備え、第１判定工程Ｓ１２−Ｓ１６は、第２判定工程Ｓ４−Ｓ９で不良候補と判定された二次電池を対象として実施される。このため、第２判定工程Ｓ４−Ｓ９で良品となった二次電池は、良否判定のための在庫とすることなく出荷することができ、在庫とすることによる在庫エリア及び検査工数を削減することができ、その後の判定期間を更に増加してなされる第１判定工程Ｓ１２−Ｓ１６において判定すべき二次電池の数量を削減することができる。

（ウ）第１判定工程Ｓ１２−Ｓ１６における第１電圧測定工程Ｓ１２と第２電圧測定工程Ｓ１４との間における第１の所定時間Ｓ１３中において、二次電池は加圧状態で放置される。このように、加圧状態とすることにより、電池内部での正極−負極間の電気的な微少短絡（マイクロショート）が生じている場合には、電圧差ΔＶ’（＝Ｖ４-Ｖ３）が顕著となる。このため、微少短絡（マイクロショート）を生じている二次電池を、この時点で確実に判定することができる。

Claims

所定期間にわたり恒温雰囲気下に安置するエージング工程を経た所定数の二次電池を一組とした電池グループ毎に、放電後に生ずるリバウンド上昇する端子電圧の上昇傾向が低減した時点の端子電圧Ｖ３を測定する第１電圧測定工程と、
前記第１電圧測定工程から第１の所定時間後に端子電圧Ｖ４を測定する第２電圧測定工程と、
前記第１電圧測定工程での測定電圧Ｖ３と前記第２電圧測定工程での測定電圧Ｖ４との電圧差（Ｖ４−Ｖ３）が、予め設定した閾値内にあるか否かに基づいて二次電池の良否を判定する工程と、からなる第１判定工程と、
放電後に生ずるリバウンド上昇する端子電圧の上昇傾向の開始時と上昇傾向中における開始時から第２の所定時間後との二次電池の端子電圧差ΔＶの偏差が、予め設定した偏差幅内にあるか否かに基づいて二次電池の良否を判定する第２判定工程と、を備え、
前記第１判定工程は、第２判定工程で不良候補と判定された二次電池を対象として実施されることを特徴とする二次電池の製造方法。
前記第１判定工程における第１電圧測定工程と第２電圧測定工程との間における第１の所定時間中において、二次電池は加圧状態で放置されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の製造方法。