JP6154164B2 - 電池の異常検出装置及び異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、外装体の内部に電極積層体と電解液を封入した電池の異常検出装置および電池の異常検出方法に関する。

特許文献１に記載されているように、正極と負極の電極板を交互に積層した電極積層体を、ラミネートフィルムで形成した絶縁性の外装体の内部に電解液とともに封入し、リード部を介して電極積層体に接続された電極端子の一部を外装体の外部に導出したラミネート型の電池が知られている。

特開２００８−２４３４３９号公報

このような電池においては、外装体の内部に粉塵等の異物（コンタミ）が混入していると、短絡等の不具合を生じるおそれがあるために、製品出荷前に電池の異常を検出する導通試験が行われる。具体的には、電極積層体を収容した外装体を両側から押えた上で、電池に電圧を印加し、その電圧や抵抗値を検出することで、異常の有無を診断する。

しかしながら、外装体を両側から押えても、外装体の内部に不可避的に空洞部分（空間）が生じてしまう。特に、電極積層体の個々の正極板・負極板とその電極端子とを電気的に繋ぐ複数のリードからなるリード部は、板厚方向の寸法が大きい厚肉な電極積層体から薄肉な電極端子へ向けて徐々に板厚方向の寸法が小さくなる複雑な形状をなしているために、このリード部と外装体との間に空洞部分が生じ易い。

このように空洞部分が生じている状況で上記の導通試験を行うと、空洞部分に異物があっても異常を検出することができず、異物が混入しているにもかかわらず正常品と誤判定するおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電池の異常検出の精度の向上を図ることを目的としている。

本発明に係る電池は、正極板と負極板を積層して形成された電極積層体と電解液とを、金属層および該金属層の内側に配置した樹脂層を有する外装体の内部に封入するとともに、上記電極積層体にリード部を介して電気的に接続された正極および負極の電極端子の一部を上記外装体の外部に導出したものである。

そして、本発明に係る電池の異常検出装置は、上記電極積層体が配置された上記外装体の内部に電解液を封入する前に、上記外装体内の空気を吸引して、上記外装体を少なくともリード部に密着させる吸引手段と、この吸引手段により上記外装体とリード部とを密着させた状態で、上記金属層と上記電極端子の一方との間に電圧を印加したときの上記金属層と上記電極端子の一方との間の抵抗値もしくは電圧を検出することによって、上記電池の異常を検出する異常検出手段と、有することを特徴としている。

好ましくは、上記吸引手段は、上記外装体をリード部に押し付けるとともに、上記外装体内の空気を吸引して、上記外装体をリード部に密着させる。

また、本発明に係る電池の異常検出方法は、上記電極積層体が配置された上記外装体の内部に電解液を封入する前に、上記外装体内の空気を吸引して、上記外装体を少なくともリード部に密着させる吸引工程と、上記外装体をリード部に密着させた状態で、上記金属層と上記電極端子の一方との間に電圧を印加したときの上記金属層と上記電極端子の一方との間の抵抗値もしくは電圧を検出することによって、上記電池の異常を検出する異常検出工程と、上記電極積層体が配置された上記外装体の内部に電解液を注入する注入工程と、電解液が注入された上記外装体の周縁部を封止する封止工程と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、電極積層体が配置された外装体の内部に電解液を封入する前に、外装体内の空気を吸引して、外装体を少なくともリード部に密着させることによって、外装体とリード部との間に空洞部分が生じることを抑制もしくは回避することができる。この結果、空洞部分に存在する異物が検出されずに正常と判定されるという形態の誤判定を抑制・回避することができ、異常検出の検出精度を向上することができる。

本発明の一実施例に係る電池の異常検出装置を用いて電池の異常検出を行う際の態様を概念的に説明する説明図。 上記実施例の電池を示す平面図。 図３（ａ）は上記実施例の電池の要部を拡大して示す断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ部の拡大断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＣ部の拡大断面図。 本実施例の異常検出処理の流れを示すフローチャート。 比較例に係る電池の異常検出装置を用いて電池の異常検出を行う際の態様を概念的に説明する説明図。

以下、図示実施例により本発明を説明する。図１は本発明の一実施例に係る電池の異常検出装置を用いて電池の異常検出を行う際の態様を概念的に説明する説明図である。

異常検出対象の電池は、金属層の両表面を絶縁層で覆ったラミネートフィルムを外装体に用いたラミネート型電池であり、後で具体的な構造を例示して詳述するが、外装体であるラミネートフィルム１０内に電極積層体１１が電解液とともに封入され、一部が外部に導出された電極端子としての正極・負極の集電体タブ１２（１２Ａ，１２Ｂ）が、多数の正極・負極のリード（線）からなるリード部１３を介して、電極積層体１１に電気的に接続されている。

この電池について、図２および図３を参照して詳細に説明する。ここで、図２は電池の全体の平面図、図３（ａ）は電池の要部を拡大して示す断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ部の拡大断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＣ部の拡大断面図である。

まず、全体構造について説明すると、電池は発電要素としての電極積層体１１を備えており、この電極積層体１１が、電池の外装体を構成するラミネートフィルム１０の中央に配置されている。電極積層体１１はラミネートフィルム１０によって板厚方向に挟み込むようにして収納された状態において、その外縁部の全周に亘って溶着され、電解液（図示せず）と共に密封された構造となっている。

次に、電極積層体１１は、図３（ｃ）に示すように、複数枚の正極板１４と負極板１５とが、短絡抑制のためのセパレータ１６を介して交互に積層されて構成されており、その平面形状は略矩形状をなしている。正極板１４は、シート状の正極集電体１７の両面に正極活物質を塗布したものであり、負極板１５は、シート状の負極集電体１８の両面に負極活物質を塗布したものである。個々の正極板１４は、正極リード（線）を介して、正極の電極端子としての正極タブ１２Ａに接続されている。また、個々の負極板１５は、負極リードを介して、負極の電極端子としての負極タブ１２Ｂ（図３には図示せず）に接続されている。

正極リードおよび負極リードはそれぞれ金属箔で形成されている。具体的には、例えば、正極リードはアルミニウム箔より形成され、負極リードは銅箔より形成される。そして、各正極板より引き出されたそれぞれの正極リードは、互いに層状に重ね合わされて、溶接等の手法により正極タブ１２Ａに接合される。また、各負極板より引き出されたそれぞれの負極リードは、互いに層状に重ね合わされて、溶接等の手法により負極タブ１２Ｂに接合されている。なお、正極リードは正極集電体１７を正極タブ１２Ａまで延長して形成されており、同様に負極リードは負極集電体１８を負極タブ１２Ｂまで延長して形成されている。

正極タブ１２Ａおよび負極タブ１２Ｂはそれぞれ金属板で形成されている。具体的には、例えば、正極タブ１２Ａはアルミニウム板より形成され、負極タブ１２Ｂはニッケル板より形成される。そして、これら正極タブ１２Ａおよび負極タブ１２Ｂは、電池外装の一方の短辺側の端縁より外部に引き出されて、正極端子および負極端子として機能する。

また、電池外装を構成するラミネートフィルム１０は、図３（ｂ）に示すように、例えば、アルミ合金層１０Ａを基材とし、このアルミ合金層１０Ａの内側にＰＥ（ポリエチレン）またはＰＰ（ポリプロピレン）等よりなる高分子樹脂層１０Ｂがコーティングされている。また、ラミネートフィルム１０は、アルミ合金層１０Ａの外側に接着剤層１０Ｃを介してナイロン等よりなる保護層１０Ｄが接着されている。さらに、溶着部におけるタブ１２と位置的に対応する領域では、封止性の向上といった観点から、各タブ１２の両面に、ポリプロピレンなどの樹脂フィルム１９が介装される。

このような電池の作製の一例について説明すると、負極板１５が最外部となるように、負極板１５と正極板１４との間にセパレータ１６を挟みながら、正極板１４と負極板１５とを交互に積層して、電極積層体１１が作製される。各電極板の積層数は、所定の電池容量（例えば、２［Ａｈ］）が得られるような値とする。次いで、上記電極積層体１１のリード部１３にアルミ製の正極タブ１２Ａが超音波溶接により接合される。負極も同様にして、電極積層体１１のリード部１３にニッケル製の負極タブ１２Ｂが超音波溶接により接合される。

次に、電極群に正極タブ１２Ａおよび負極タブ１２Ｂをそれぞれ溶接したものを一対のラミネートフィルム１０内に収容した後、フィルム周囲を短辺側の二辺と長辺側の一辺との計三辺をヒートシールにより溶着する。この際、一対のラミネートフィルム１０は、電極群を収容するために凹部を設けたカップ形状となっており、短辺の一側からそれぞれ正極タブ１２Ａおよび負極タブ１２Ｂを外部に導出させる形状としている。なお、ラミネートフィルム１０としては、例えば、電池外側から、保護層１０Ｄであるナイロン層と、金属層であるアルミ合金層１０Ａと、高分子樹脂層１０Ｂであるポリプロピレン樹脂層の三層構成のものが使用される。

このようにラミネートフィルム１０の内部に正極板１４と負極板１５とを交互に積層した電極積層体１１を収容し、かつ、電解液を注入する前に、後述する異常検出処理が実施される。そして、この異常検出処理により異常がない、つまり正常と判定されたものに対して、ラミネートフィルム１０の開口部（未溶着の長辺）より、電解液を注入した後、減圧した状態において、その開口部を溶着して電池が作製される。

図１に示すように、本実施例の電池の異常検出装置は、測定器２１および測定端子２２，２３等により構成される。この測定器２１には、少なくとも、ラミネートフィルム１０の金属層と一方の電極端子（例えば、負極タブ１２Ｂ）の間に直流電圧または交流電圧を印加する電源と、電圧印加時のラミネートフィルム１０の金属層と一方の電極端子（例えば、負極タブ１２Ｂ）間の抵抗値（あるいは電圧）を測定する抵抗測定手段と、測定した抵抗値に基づいて、ラミネートフィルム１０の絶縁層の欠陥や電池の短絡等の異常の有無を検出・判定する異常検出手段と、を備えている。

次に、図４及び図５を参照して、本実施例の要部をなす電池の異常検出処理について説明する。ラミネートフィルム１０の内部に正極板１４と負極板１５とを交互に積層した電極積層体１１を収容し、かつ、電解液を注入する前の状態では、図５に示すように、単にラミネートフィルム１０を両側から押さえつけても、内部に空洞部分２４が不可避的に生じる。特に、タブ１２と電極積層体１１とを接続するリード部１３の部分では、平坦な形状であるタブ１２や電極積層体１１の部分に比して、板厚方向寸法が大きい電極積層体１１から薄肉なタブ１２へ向かって徐々に板厚方向の寸法が短くなる複雑な形状をなしているために、不可避的に空洞部分２４を生じ易い。このように空洞部分２４が残存する状況で、異常検出処理を行うと、空洞部分２４に異物があっても検出することができず、実際には不良品であるのに正常品と誤って判定されるおそれがある。

そこで本実施例では、図４のステップＳ１１の吸引工程において、電極積層体１１を収容したラミネートフィルム１０に電解液を注入する前に、ラミネートフィルム１０内の空気を吸引することによって、ラミネートフィルム１０を弾性変形させて、平坦なタブ１２や電極積層体１１の他、複雑な三次元形状をなすリード部１３にも隙間なく密着させて、上記の空洞部分２４を無くすようにしている。

この際、より確実に両者を密着させるために、ラミネートフィルム１０を両側からタブ１２や電極積層体１１が収容された内側に押し付けるとともに、ラミネートフィルム１０内の空気を吸引して、ラミネートフィルム１０をリード部１３等に密着させるようにしても良い。

続くステップＳ１２の検査工程では、ラミネートフィルム１０をリード部１３等に密着させた状態で、電池に電圧を印加し、その電圧もしくは抵抗値を検出することによって、短絡等による電池の異常を検出する。異常検出の手法自体は公知であるために、ここでは詳細な説明は省略するが、例えば予め異常（欠陥）の有無を判定する電圧値もしくは抵抗値の閾値を設定して、該閾値を超えれば良品とし、該閾値を下回れば不良品と判定する。

そして、異常と判定されなかった正常品に対して、ステップＳ１３の電解液注入工程において、上述したようにラミネートフィルム１０内に電解液を注入する。続くステップＳ１４の封止工程では、電解液を注入したラミネートフィルム１０の周縁部を封止して、電池を作製する。

このように本実施例によれば、ステップＳ１の吸引工程を設けることで、リード部１３等に空洞部分２４が形成されることを抑制・回避することができる。この結果、空洞部分に付着する異物が検出されずに正常と判定される誤判定を抑制・回避することができ、異常検出の判定精度を向上することができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例では電極端子である２つのタブの双方を矩形状の電池の一方の短辺側の端縁より導出しているが、電極端子を電池の一対の短辺側のそれぞれの端縁より外部へ引き出すように構成しても良い。

１０…ラミネートフィルム（外装体）
１１…電極積層体
１２…タブ（電極端子）
１３…リード部
１４…正極板
１５…負極板
１６…セパレータ
２１…測定器
２２，２３…測定端子
２４…空洞部

Claims (3)

1. 正極板と負極板を積層して形成された電極積層体と電解液とを、金属層および該金属層の内側に配置した樹脂層を有する外装体の内部に封入するとともに、上記電極積層体にリード部を介して電気的に接続された正極および負極の電極端子の一部を上記外装体の外部に導出した電池の異常検出装置であって、
   上記電極積層体が配置された上記外装体の内部に電解液を封入する前に、上記外装体内の空気を吸引して、上記外装体を少なくともリード部に密着させる吸引手段と、
   この吸引手段により上記外装体とリード部とを密着させた状態で、上記金属層と上記電極端子の一方との間に電圧を印加したときの上記金属層と上記電極端子の一方との間の抵抗値もしくは電圧を検出することによって、上記電池の異常を検出する異常検出手段と、
   を有することを特徴とする電池の異常検出装置。
2. 上記吸引手段は、上記外装体をリード部に押し付けるとともに、上記外装体内の空気を吸引して、上記外装体をリード部に密着させることを特徴とする請求項１に記載の電池の異常検出装置。
3. 正極板と負極板を積層して形成された電極積層体と電解液とを、金属層および該金属層の内側に配置した樹脂層を有する外装体の内部に封入するとともに、上記電極積層体にリード部を介して電気的に接続された正極および負極の電極端子の一部を上記外装体の外部に導出した電池の異常検出方法であって、
   上記電極積層体が配置された上記外装体の内部に電解液を封入する前に、上記外装体内の空気を吸引して、上記外装体を少なくともリード部に密着させる吸引工程と、
   上記外装体とリード部とを密着させた状態で、上記金属層と上記電極端子の一方との間に電圧を印加したときの上記金属層と上記電極端子の一方との間の抵抗値もしくは電圧を検出することによって、上記電池の異常を検出する異常検出工程と、
   上記電極積層体が配置された上記外装体の内部に電解液を注入する注入工程と、
   電解液が注入された上記外装体の周縁部を封止する封止工程と、
   を有することを特徴とする電池の異常検出方法。

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