JP6032485B2 - 非水電解質二次電池の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、非水電解質二次電池の検査方法の技術に関し、より詳しくは、電池内部における微小短絡等の不具合を精度よく検査するための技術に関する。

従来、非水電解質二次電池において、電池内部における微小短絡の有無を検査するための技術が種々検討されており、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示され公知となっている。

特許文献１に開示されている従来技術では、検査対象たる複数の非水電解質二次電池における、製造ロットが同じものをまとめて検査対象ロットを形成し、検査対象ロットごとに自己放電量（電圧降下量とも呼ぶ）のバラツキを検査することによって、検査精度の向上を図っている。

特開２０１１−１８４８２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている従来技術のように、製造ロットで検査対象ロットのグルーピングを行うだけでは、電池特性の共通する非水電解質二次電池を括りきれていないと考えられ、検査精度を向上するためには依然として多くの自己放電時間を要し、内部短絡の有無の検査に要する時間の更なる短縮を図る余地が残されている状況であった。

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、検査対象ロットの層別条件の更なる最適化を図って、検査精度を向上しつつ内部短絡の有無の検査に要する時間の短縮を可能にする非水電解質二次電池の検査方法を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、非水電解質二次電池を所定の温度で所定の時間放置するエージング工程の前後において、前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定して、前記エージング工程における前記非水電解質二次電池の自己放電量を算出し、前記自己放電量に基づいて前記非水電解質二次電池における内部短絡の有無を検査する非水電解質二次電池の検査方法であって、前記エージング工程の前後において、前記非水電解質二次電池の特性値を測定する工程を備え、測定した前記特性値に基づき前記非水電解質二次電池をグルーピングして検査対象ロットを生成し、前記検査対象ロットごとに、前記自己放電量に基づいて前記非水電解質二次電池における内部短絡の有無を検査するものである。

前記特性値は、例えば、非水電解質二次電池のセル温度とするものである。

また、エージング工程において、非水電解質二次電池の電池電圧を測定する工程と、測定された非水電解質二次電池の電池電圧に基づき、エージング工程の当該非水電解質二次電池の自己放電量ΔＶを測定する工程と、非水電解質二次電池の自己放電量ΔＶの正規分布に対する予め定められたシグマ区間の範囲に基づいて前記非水電解質二次電池をグルーピングして検査対象ロットを生成する工程と、当該検査対象ロットごとに、前記自己放電量に基づいて前記非水電解質二次電池における内部短絡の有無を検査する工程とを備えていてもよい。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１から請求項３においては、内部短絡の有無を判定するための比較要素となる自己放電量のバラツキを従来に比して小さく抑えることが可能になり、検査精度を向上しつつ内部短絡の有無の判定に要する時間を短縮することができる。

本発明に係る検査方法の適用対象たる非水電解質二次電池を示す図、（ａ）非水電解質二次電池を構成するセルを示す斜視模式図、（ｂ）非水電解質二次電池の斜視模式図。 非水電解質二次電池の製造工程の流れの概略を示すフロー図。 本発明の第一の実施形態に係る非水電解質二次電池の検査方法の流れを示すフロー図。 本発明の第一の実施形態に係る非水電解質二次電池の検査方法における内部短絡の有無の判断に要する時間の説明図。 本発明の第二の実施形態に係る非水電解質二次電池の検査方法の流れを示すフロー図。 本発明の第二の実施形態に係る非水電解質二次電池の検査方法の説明図、（ａ）層別条件の説明図、（ｂ）内部短絡の有無の判断に要する時間の説明図。 従来の非水電解質二次電池の検査方法の流れを示すフロー図。 従来の非水電解質二次電池の検査方法における内部短絡の有無の判断に要する時間の説明図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る検査方法の適用態様たる非水電解質二次電池の全体構成について、図１を用いて説明をする。
尚、以下の説明では、非水電解質二次電池のことを、単に二次電池と呼ぶものとする。

図１に示す如く、本発明に係る検査方法の適用対象となる二次電池１０を構成するセル１は、一面（上面）が開口した有底角筒形状のケース本体２１と、平板状に形成されケース本体２１の開口部を閉塞する蓋体２２とで構成される電池ケース２に、電解液とともに電極体３を収容して構成されている。

電池ケース２は、一面（上面）が開口した直方体状の有底角筒形状に形成されるケース本体２１の開口部を、平板状の蓋体２２にて閉塞した角型ケースに構成されている。
蓋体２２の長手方向一端部(図１における左端部)には正極端子４ａが設けられ、蓋体２２の長手方向他端部(図１における右端部)には負極端子４ｂが設けられている。

電極体３は、正極３１、負極３２、およびセパレータ３３を、正極３１と負極３２との間にセパレータ３３が介在するように積層し、積層した正極３１、負極３２、およびセパレータ３３を巻回して扁平させることにより構成されている。

電池ケース２に電極体３および電解液を収容してセル１を構成する際には、まず電極体３の正極３１および負極３２に、それぞれ蓋体２２の正極端子４ａおよび負極端子４ｂを接続して、電極体３を蓋体２２に組み付けて、蓋体サブアッシーを形成する。
その後、電極体３および電解液をケース本体２１内に収容するとともに、ケース本体２１の開口部に蓋体２２を嵌合して、蓋体２２とケース本体２１とを溶接により密封する（即ち、封口する）ことにより、セル１を構成する。

そして、本発明の一実施形態に係る検査方法の適用態様たる二次電池１０は、複数のセル１・１・・・を厚さ方向に積層するとともに、バスバー（図示せず）によって、各セル１・１・・・を、電気的に直列接続することによって構成される。

次に、二次電池の初充電から出荷までの概略手順について、図１および図２を用いて説明をする。
電極体３を収容した電池ケース２に電解液を注入し、封口した状態のセル１・１・・・からなる二次電池１０（図１（ａ）（ｂ）参照）に対して、図２に示すように、まず初充電（コンデショニング）を行う（ＳＴＥＰ−１）。
次に、初充電が行われた後の時点における二次電池１０の電圧Ｖ１を測定する（ＳＴＥＰ−２）。
尚、電圧Ｖ１の測定を行う前に、初充電後の二次電池１０を所定の高温雰囲気中に一定期間放置する（所謂高温エージングを行う）構成であってもよい。

次に、二次電池１０を常温で一定期間放置することによって、常温エージングを行う（ＳＴＥＰ−３）。
尚、ここでいう「常温」とは、２５℃程度の温度である。

次に、常温エージングが完了した時点における二次電池１０の電圧Ｖ２を測定する（ＳＴＥＰ−４）。
そして二次電池１０は、内部短絡の有無の確認（ＳＴＥＰ−５）、電気容量の確認（ＳＴＥＰ−６）、内部抵抗値の確認（ＳＴＥＰ−７）等を行った後に、出荷される。

本発明の一実施形態に係る二次電池１０の検査方法では、内部短絡の有無の確認（ＳＴＥＰ−５）における良品・不良品の判定は、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との電圧差（＝Ｖ１−Ｖ２）である自己放電量ΔＶに基づいて判定を行う構成としている。
そして、本発明の一実施形態に係る検査方法では、自己放電量ΔＶに基づいて判定を行うための検査ロットを形成するために用いる層別条件に特徴を有している。

次に、本発明の一実施形態に係る二次電池の検査方法について、図３〜図８を用いて説明をする。

ここではまず、本発明の第一の実施形態に係る二次電池の検査方法について説明をする。
図７に示す如く、従来の二次電池の検査方法では、微小短絡の有無の判定（ＳＴＥＰ−５）における検査対象ロットを生成するための層別条件として、二次電池の製造ロットを採用する構成としている（ＳＴＥＰ−５−３１）。
そして、製造ロットを層別条件として生成した検査対象ロットごとに、微小短絡の有無を判定する構成としている（ＳＴＥＰ−５−３２）。

一方、図３に示す如く、本発明の第一の実施形態に係る二次電池の検査方法では、微小短絡の有無の判定（ＳＴＥＰ−５）を行うための検査対象ロットを生成するための層別条件として、二次電池の自己放電量ΔＶを採用する構成としている（ＳＴＥＰ−５−１１）。

尚、二次電池は複数のセルからなるものであり、二次電池が複数の拘束治具を備えている場合には、その拘束治具単位で自己放電量ΔＶを算出する構成とする。

そして、二次電池の自己放電量ΔＶを層別条件として生成した検査対象ロットごとに、微小短絡の有無を判定する構成としている（ＳＴＥＰ−５−１２）。

また、本発明の第一の実施形態に係る二次電池の検査方法では、常温エージング（ＳＴＥＰ−３）において、二次電池のセル温度を基準温度±３℃の範囲内に維持する構成としている。

ここで、二次電池の自己放電量ΔＶを層別条件とした検査対象ロットの生成例について、説明をする。
まず、検査対象たる各二次電池の自己放電量ΔＶの平均値、および自己放電量ΔＶの正規分布における標準偏差σを算出する。
そして、各二次電池の自己放電量ΔＶの平均値に対して、±３σの範囲に収まっている各二次電池によって、検査対象ロットを算出する構成としている。
尚、本実施形態では、複数の二次電池の自己放電量ΔＶの平均値に対する、正規分布における±３σの範囲内のもので括って、検査対象ロットを生成する構成を例示しているが、複数の二次電池の自己放電量ΔＶのメジアンからの離れ度合いが所定の範囲内であるもので括って、検査対象ロットを生成する構成としてもよい。

そして、自己放電量ΔＶの平均値に対して、正規分布における±３σの範囲内に収まっているもので括って、二次電池の検査対象ロットを生成し、検査対象ロットごとに自己放電量ΔＶを比較することによって、微小短絡の有無を判定する構成としている。

ここで、二次電池の自己放電量ΔＶに基づいて検査対象ロットを生成した場合の微小短絡の有無の判定状況について、図４および図８を用いて説明をする。
図８に示す如く、良品の二次電池を自己放電させた場合の自己放電結果（図８において矢印Ｙ１で示す一群）と、内部短絡がある不良品の二次電池を自己放電させた場合の自己放電結果（図８において矢印Ｘ１で示すもの）とを比較すると、内部短絡のある二次電池の方が、自己放電量ΔＶが大きくなる傾向があることが判る。

自己放電量ΔＶの測定結果にはバラツキがあるため、良品における自己放電量ΔＶのバラツキ（図８において矢印Ｘ２で示すもの）と不良品における自己放電量ΔＶのバラツキ（図８において矢印Ｙ２で示すもの）の乖離量を見定めるためには、二次電池の製造ロットから検査対象ロットを生成した場合には、自己放電日数が１７日程度必要であった。

一方、図４に示す如く、二次電池の自己放電量ΔＶに基づいて検査対象ロットを生成した場合には、自己放電量ΔＶの測定結果（図４において矢印Ｘ１、Ｙ１で示すもの）のバラツキを抑制することができる。
そして、例えば、自己放電量ΔＶの平均値に対して、正規分布における±３σの範囲にあるもので括って二次電池の検査対象ロットを生成した場合には、良品における自己放電量ΔＶのバラツキ（図４において矢印Ｘ２で示すもの）と不良品における自己放電量ΔＶのバラツキ（図４において矢印Ｙ２で示すもの）の乖離量を見定めるのに必要な自己放電日数が、３日程度で済むことが確認できた。

即ち、本発明の第一の実施形態に係る二次電池の検査方法のように、検査対象ロットを生成する層別条件を自己放電量ΔＶの測定結果に基づいて定めることにより、二次電池における内部短絡の有無の検査に要する時間を、従来に比して大幅に短縮することが可能になる。

また、本発明の第一の実施形態に係る二次電池の検査方法のように、検査対象ロットを生成する層別条件を自己放電量ΔＶの測定結果に基づいて定めると、自己放電量ΔＶ（即ち、電池電圧Ｖ１・Ｖ２）は、もともと測定している特性値であるから、測定工程を増やすことなく、検査対象ロットを生成することが可能になるため、好都合である。

尚、本発明の第一の実施形態に係る二次電池の検査方法のように、検査対象ロットを生成する層別条件を自己放電量ΔＶの測定結果に基づいて定めるとともに、さらに層別条件として、二次電池の製造ロットを加味することによって、さらに、自己放電量ΔＶのバラツキを抑制することができ、更なる検査時間の短縮が可能になる。

即ち、本発明の第一の実施形態に係る非水電解質二次電池の検査方法は、常温エージング工程（ＳＴＥＰ−３）の前後において、非水電解質二次電池の電池電圧Ｖ１・Ｖ２を測定して、常温エージング工程（ＳＴＥＰ−３）における非水電解質二次電池の自己放電量ΔＶを算出し、自己放電量ΔＶに基づいて非水電解質二次電池における内部短絡の有無を検査するものであって、常温エージング工程（ＳＴＥＰ−３）の前後において、非水電解質二次電池の特性値（本実施形態では、電池電圧Ｖ１・Ｖ２）を測定する工程（本実施形態では（ＳＴＥＰ−２）および（ＳＴＥＰ−４））を備え、測定した特性値に基づき（本実施形態では、測定した電池電圧Ｖ１・Ｖ２により算出した自己放電量ΔＶに基づき）非水電解質二次電池をグルーピングして検査対象ロットを生成し、検査対象ロットごとに、自己放電量ΔＶに基づいて非水電解質二次電池における内部短絡の有無を検査するものである。

また、本発明の第一の実施形態に係る非水電解質二次電池の検査方法においては、前記特性値を、非水電解質二次電池の電池電圧Ｖ１・Ｖ２とするものである。

このような構成により、内部短絡の有無を判定するための比較要素となる自己放電量ΔＶのバラツキを従来に比して小さく抑えることが可能になり、検査精度を向上しつつ内部短絡の有無の判定に要する時間を短縮することができる。

次に、本発明の第二の実施形態に係る二次電池の検査方法について説明をする。
図５に示す如く、本発明の第二の実施形態に係る二次電池の検査方法では、微小短絡の有無の判定（ＳＴＥＰ−５）における検査対象ロットを生成するための層別条件として、セル温度Ｔ１・Ｔ２を採用する構成としている（ＳＴＥＰ−５−２３）。
そして、セル温度Ｔ１・Ｔ２を層別条件として生成した検査対象ロットに基づいて、微小短絡の有無を判定する構成としている（ＳＴＥＰ−５−２４）。

また、本発明の第二の実施形態に係る二次電池の検査方法では、検査対象ロットを生成するための層別条件であるセル温度Ｔ１・Ｔ２を知得するために、常温エージング（ＳＴＥＰ−３）より前の電圧Ｖ１の測定時（ＳＴＥＰ−２）においてセル温度Ｔ１を測定する工程（ＳＴＥＰ−５−２１）と、常温エージング（ＳＴＥＰ−３）より後で、電圧Ｖ２の測定時（ＳＴＥＰ−４）においてセル温度Ｔ２を測定する工程（ＳＴＥＰ−５−２２）と、を備える構成としている。

また、本発明の第二の実施形態に係る二次電池の検査方法では、常温エージング（ＳＴＥＰ−３）において、二次電池のセル温度を±３℃の範囲内に維持する構成としている。

ここで、セル温度Ｔ１・Ｔ２を層別条件とした検査対象ロットの生成例について、図４を用いて説明をする。
検査対象たる各二次電池のセル温度Ｔ１・Ｔ２の測定結果を、横軸をＴ１、縦軸をＴ２としてグラフ上に表すと、図６（ａ）のように表すことができる。
そして、セル温度Ｔ１・Ｔ２の値が予め定めておいた所定の範囲に該当している各電池ロットをまとめて、一つの検査対象ロットを生成する構成としている。
尚、各二次電池のセル温度Ｔ１・Ｔ２は、それぞれ各二次電池が備える複数のセルの温度の平均値を算出することにより求められる。

例えば、図６（ａ）では、２０個の二次電池に対して、セル温度Ｔ１・Ｔ２が、それぞれ±１℃の範囲内にある電池ロットを１つに括って、合計４つの検査対象ロット（検査ロット１〜４）を生成する場合を例示している。
そして、最終的にセル温度Ｔ１・Ｔ２に基づき生成した検査対象ロットごとに自己放電量ΔＶを比較することによって、微小短絡の有無を判定する構成としている。

ここで、セル温度Ｔ１・Ｔ２に基づいて検査対象ロットを生成した場合の微小短絡の有無の判定状況について、図６（ｂ）および図８を用いて説明をする。
図８に示す如く、従来のように、二次電池の製造ロットから検査対象ロットを生成した場合には、良品における自己放電量ΔＶのバラツキ（図８において矢印Ｙ１で示す一群）と不良品における自己放電量ΔＶのバラツキ（図８において矢印Ｘ１で示すもの）の乖離量を見定めるためには、自己放電日数が１７日程度必要であった。

一方、図６（ｂ）に示す如く、セル温度Ｔ１・Ｔ２に基づいて検査対象ロットを生成した場合には、自己放電量ΔＶの測定結果（図６（ｂ）において矢印Ｘ１、Ｙ１で示すもの）のバラツキを抑制することができる。
そして、例えば、セル温度Ｔ１・Ｔ２が±１℃の範囲内である二次電池を括って検査対象ロットを生成した場合には、良品における自己放電量ΔＶのバラツキ（図６（ｂ）において矢印Ｙ２で示すもの）と不良品における自己放電量ΔＶのバラツキ（図６（ｂ）において矢印Ｘ２で示すもの）の乖離量を見定めるために必要な自己放電日数が７日程度で済むことが確認できた。

即ち、本発明の第二の実施形態に係る二次電池の検査方法のように、検査対象ロットを生成する層別条件をセル温度Ｔ１・Ｔ２の測定結果に基づいて定めることにより、二次電池における内部短絡の有無の検査に要する時間を、従来に比して大幅に短縮することが可能になる。

また、本発明の第二の実施形態に係る二次電池の検査方法では、セル温度Ｔ１・Ｔ２の測定結果に基づいて層別条件を定めているが、例えば、常温エージング中のセルの平均温度の算出値を層別条件としてもよく、算出した平均温度が所定の範囲内（例えば、±１℃以内）に収まっている各二次電池で検査対象ロットを生成する構成としてもよい。

尚、本発明の第二の実施形態に係る二次電池の検査方法のように、検査対象ロットを生成する層別条件をセル温度Ｔ１・Ｔ２の測定結果に基づいて定めるとともに、さらに層別条件として、二次電池の製造ロットを加味することによって、さらに、自己放電量ΔＶのバラツキを抑制することができ、更なる検査時間の短縮が可能になる。

即ち、本発明の第二の実施形態に係る非水電解質二次電池の検査方法は、常温エージング工程（ＳＴＥＰ−３）の前後において、非水電解質二次電池の電池電圧Ｖ１・Ｖ２を測定して、常温エージング工程（ＳＴＥＰ−３）における非水電解質二次電池の自己放電量ΔＶを算出し、自己放電量ΔＶに基づいて非水電解質二次電池における内部短絡の有無を検査するものであって、常温エージング工程（ＳＴＥＰ−３）の前後に、非水電解質二次電池の特性値（本実施形態では、セル温度Ｔ１・Ｔ２）を測定する工程（（ＳＴＥＰ−５−２１）および（ＳＴＥＰ−５−２２））を備え、測定したセル温度Ｔ１・Ｔ２に基づき非水電解質二次電池をグルーピングして検査対象ロットを生成し、検査対象ロットごとに、自己放電量ΔＶに基づいて非水電解質二次電池における内部短絡の有無を検査するものである。

また、本発明の第二の実施形態に係る非水電解質二次電池の検査方法においては、前記特性値を、非水電解質二次電池のセル温度Ｔ１・Ｔ２とするものである。

このような構成により、内部短絡の有無を判定するための比較要素となる自己放電量ΔＶのバラツキを従来に比して小さく抑えることが可能になり、検査精度を向上しつつ内部短絡の有無の判定に要する時間を短縮することができる。

１ セル
１０ 二次電池（非水電解質二次電池）
Ｖ１ 電池電圧（常温エージング前）
Ｖ２ 電池電圧（常温エージング後）
ΔＶ 自己放電量
Ｔ１ セル温度（常温エージング前）
Ｔ２ セル温度（常温エージング後）

Claims (3)

1. 非水電解質二次電池を所定の温度で所定の時間放置するエージング工程の前後において、前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定して、
   前記エージング工程における前記非水電解質二次電池の自己放電量を算出し、
   前記自己放電量に基づいて前記非水電解質二次電池における内部短絡の有無を検査する非水電解質二次電池の検査方法であって、
   前記エージング工程の前後において、前記非水電解質二次電池のセル温度を測定する工程と、
   測定された前記非水電解質二次電池のセル温度に基づき前記非水電解質二次電池をグルーピングして検査対象ロットを生成する工程と、
   前記検査対象ロットごとに、前記自己放電量に基づいて前記非水電解質二次電池における内部短絡の有無を検査する工程と
   を備えた、
   非水電解質二次電池の検査方法。
2. 非水電解質二次電池を所定の温度で所定の時間放置するエージング工程の前後において、前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定して、
   前記エージング工程における前記非水電解質二次電池の自己放電量を算出し、
   前記自己放電量に基づいて前記非水電解質二次電池における内部短絡の有無を検査する
   非水電解質二次電池の検査方法であって、
   前記エージング工程において、前記非水電解質二次電池の電池電圧を測定する工程と、
   測定された前記非水電解質二次電池の電池電圧に基づき、前記エージング工程の当該非水電解質二次電池の自己放電量ΔＶを測定する工程と、
   前記非水電解質二次電池の自己放電量ΔＶの正規分布に対する予め定められたシグマ区間の範囲に基づいて前記非水電解質二次電池をグルーピングして検査対象ロットを生成する工程と、
   前記検査対象ロットごとに、前記自己放電量に基づいて前記非水電解質二次電池における内部短絡の有無を検査する工程と
   を備えた、
   非水電解質二次電池の検査方法。
3. 前記検査対象ロットを生成する工程において、生成される検査対象ロットは、前記非水電解質二次電池の製造ロットが同じであることが条件とされる、請求項１または２に記載された非水電解質二次電池の検査方法。

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