JP6222035B2 - 二次電池の測定装置 - Google Patents
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Description
さらに、二次電池の材料混合比を計測する技術の1つに、破壊試験による材料分析があるが、破壊試験であるため、インラインには適用できない。
このように、従来技術によっては、二次電池の材料混合比をインラインで測定して管理することによって、電池性能の安定性を確保する技術は実現されていない。
前記塗布質量計測装置の計測箇所と同一の箇所の前記電極箔に塗布された電池材料の塗布膜厚を非接触で計測する塗布膜厚計測装置、
前記塗布質量計測装置によって計測された塗布質量と前記塗布膜厚計測装置によって計測された塗布膜厚とから電池材料密度を取得する密度取得手段、および
前記密度取得手段によって取得された電池材料密度と、予め定められた電池材料の混合比と電池材料密度との相関関係に基づいて、材料混合比を取得する材料混合比取得手段、を有する二次電池の測定装置に関する。
1)さらに、前記材料混合比取得手段によって取得された材料混合比と、所定混合比に基づいて、材料混合比が所定の範囲内になっているか否かを評価する評価手段を有する前記の二次電池の測定装置。
2)前記塗布質量計測装置が超音波プローブを含み、前記塗布膜厚計測装置が光学変位センサを含む前記二次電池の測定装置。
3)前記超音波プローブは、超音波ビームが測定対象物に対して斜めに入射するように設置されている前記二次電池の測定装置。
4)前記超音波ビームと前記測定対象物に垂直な軸との相対角度(本明細書において、単に「超音波プローブの相対角度」と略称する場合もある。)が30〜55°である前記二次電池の測定装置。
5)さらに、測定対象物から反射した反射波を受信する反射波受信部と、前記反射波受信部によって受信された反射波と予め定められた電池材料の粒径との相関関係に基づいて、電池材料の粒径を測定する測定手段とを備えている、二次電池の測定装置。
本明細書において、「取得」とは、密度、材料混合比あるいは粒径について、計算で求められる(算出)態様、および予め相関を示すグラフ(マップ)から読み出すいずれの態様を含んで用いられる。
本発明の実施態様の二次電池の測定装置1は、図1に示すように、第1の保持部材(図示せず)によって保持された、2種類以上の粉体材料を含む電池材料が塗布された電極箔2の上下に電池材料の塗布質量を非接触で計測する超音波プローブ3、超音波プローブ3に接続されて超音波プローブ3とともに塗布質量計測装置4を構成するプリアンプ(増幅器)5およびパルサレシーバ(超音波送受信器)6、第2の保持部材(図示せず)によって保持された、塗布質量計測装置4の計測箇所と同一の箇所の電池材料の塗布膜厚を非接触で計測する、前記電極箔2の上下に非接触で保持された光学変位センサ7、光学変位センサ7に接続されて光学変位センサ7とともに塗布膜厚計測装置8を構成するコントローラ9、制御用PLC11、および前記塗布質量計測装置4によって計測された塗布質量と前記塗布膜厚計測装置8によって計測された塗布膜厚とから電池材料密度を取得する密度取得手段、および前記密度取得手段によって取得された電池材料密度と、予め定められた電池材料の混合比と電池材料密度との相関関係に基づいて、材料混合比を取得する材料混合比取得手段、を有し、前記パルサレシーバ6および制御用PLC11に解析部としての解析PC12が接続されており、前記密度取得手段および材料混合比取得手段は解析部に設けられている。
本発明の前記の実施態様の二次電池の測定装置によれば、材料混合比をインラインで管理できるため、二次電池性能の安定性を確保することができる。
なお、前記超音波プローブからの超音波の送信、受信は、図1に示す構成とは逆の計測対象物の下方の超音波プローブから発信し、上方の超音波プローブで受信してもよい。
前記の計測箇所と同一の箇所の電池材料とは、種々の膜厚を有する測定対象物について各々同じ箇所が計測されるようにしてもよくあるいは代表的な膜厚の測定対象物について電池材料塗布面の電極箔から同じ距離で計測されるようにしてもよい。いずれの場合も、超音波プローブを保持している第1の保持部材を移動および/又は回転等又は、塗布膜厚計測を保持している第2の保持部材を移動及び/又は回転等のそれ自体公知の治具技術によって、光学変位センサによって計測される測定対象物の箇所と超音波プローブによって計測される箇所が同一の箇所となるようにし得る。
いずれの場合も、超音波ビームは、測定対象物に対して斜めに入射するように、すなわち上下の超音波プローブを結ぶ線(超音波ビームの方向)と前記測定対象物に垂直な軸との相対角度が0°より大、例えば30〜55°であることが好ましい。
さらに、前記超音波プローブA31に設けた、前記電極材料から反射した反射波(後方散乱波)を受信するための反射波受信部、反射波受信部およびパルサレシーバに接続されたプリアンプ52と、受信した反射波から電極材料の粒径を取得する粒径取得手段とを備えていて、前記粒径取得手段は前記解析部に設けられている。
つまり、電極材料の粉体の粒径が小さいと、図11に示すように、左斜めから入射した超音波のほとんどが紛体により右斜めに反射され、超音波プローブAに設けた反射波受信部で受信される反射波強度は小さい。
一方、電極材料の粉体の粒径が大きいと、図12に示すように、左斜めから入射した超音波の一部が後方散乱波として反射され、超音波プローブAに設けた反射波受信部で受信される反射波強度は大きい。
このため、電極材料の膜厚が同じであると、反射波の強度により粒径が判断可能である。
これに対して、電極材料の膜厚が大きいと、図14に示すように、粉体からの反射波強度が大きい。
このように、反射波である後方散乱波の強度には粒径と膜厚との影響が含まれる。
このため、粒径を算出するに際しては、膜厚の影響を補正する必要がある。
図15と図16の比較から、粉体材料の粒径が大きいと反射波の超音波強度(振幅)が大きいことが理解される。
このため、予め得て置いた各膜厚についての反射超音波強度と粒径との相関関係から粒径を取得することができる。
1.超音波プローブAと超音波プローブBとを振り子走査
2.超音波プローブAにより入射超音波を発信
3.超音波プローブAにより後方散乱波を受信し、後方散乱波の強度から粒径および塗 布膜厚の情報を得る
4.超音波プローブBにより透過超音波を受信
5.透過超音波の最大値を計測
6.透過超音波の強度から目付け量を算出
7.光学ギャップセンサにより膜厚を計測
8.計測した目付け量と塗布膜厚から電極材料密度を取得
9.電極材料密度から材料混合比(材料混合比)を取得
前記の工程における順番は例示であって、これに限定されず任意の順番で実施し得る。
すなわち、例えば、正極材料として正極活物質と固体電解質(粉体材料)を含む正極スラリーを正極箔の片面又は両面に塗布して正極を得る、あるいは負極材料として負極活物質および固体電解質(粉体材料)を含む負極スラリーを負極箔の片面又は両面に塗布して負極を得ることができる。
前記の正極箔として金属箔、例えばSUS箔、Al箔を、前記の負極箔として金属箔、例えばSUS箔、Cu箔を用い得る。
また、負極活物質として、グラファイト、ハードカーボンなどの炭素材料(C)が挙げられる。
前記導電剤としては、炭素材料、リチウムと合金化し難い金属、例えばアルミニウム、導電性高分子材料等が挙げられる。前記炭素材料としては、グラファイト、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、フラーレン等を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
前記バインダーとしては、ポリブタジエンゴム(BRゴム)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリレート、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等が挙げられる。
本発明の実施態様の二次電池の測定装置によれば、2種類以上の紛体材料が電池材料として塗布された電極箔上の電池材料の材料混合比を精度よく非破壊、非接触でインラインで測定し得る。
2 電極材料が塗布された電極箔(計測対象物)
3 超音波プローブ
4 塗布質量計測装置
5 プリアンプ(増幅器)
6 パルサレシーバ(超音波送受信器)
7 光学変位センサ
8 塗布膜厚計測装置
9 コントローラ
10 本発明の他の実施態様の二次電池の測定装置
11 制御用PLC
12 解析PC
31 超音波プローブA
32 超音波プローブB
51 プリアンプA
52 プリアンプB
線1 超音波ビームが測定対象物に斜めに入射するときの目付け量計測誤差
線2 超音波ビームが垂直に入射する場合に、超音波プローブに500Vで印加するときの目付け量計測誤差
Claims (6)
- 電極箔に塗布された2種類以上の紛体材料を含む電池材料の塗布質量を非接触で計測する塗布質量計測装置、
前記塗布質量計測装置の計測箇所と同一の箇所の前記電極箔に塗布された電池材料の塗布膜厚を非接触で計測する塗布膜厚計測装置、
前記塗布質量計測装置によって計測された塗布質量と前記塗布膜厚計測装置によって計測された塗布膜厚とから電池材料密度を取得する密度取得手段、および
前記密度取得手段によって取得された電池材料密度と、予め定められた電池材料の混合比と電池材料密度との相関関係に基づいて、材料混合比を取得する材料混合比取得手段、を有する二次電池の測定装置。 - さらに、前記材料混合比取得手段によって取得された材料混合比と、所定混合比に基づいて、材料混合比が所定の範囲内になっているか否かを評価する評価手段を有する請求項1に記載の二次電池の測定装置。
- 前記塗布質量計測装置が超音波プローブを含み、前記塗布膜厚計測装置が光学変位センサを含む請求項1又は2に記載の二次電池の測定装置。
- 前記超音波プローブは、超音波ビームが測定対象物に対して斜めに入射するように設置されている請求項3に記載の二次電池の測定装置。
- 前記超音波ビームと前記測定対象物に垂直な軸との相対角度が30〜55°である請求項4に記載の二次電池の測定装置。
- さらに、測定対象物から反射した反射波を受信する反射波受信部と、前記反射波受信部によって受信された反射波と予め定められた電池材料の粒径との相関関係に基づいて、電池材料の粒径を取得する取得手段とを備えている、請求項4又は5に記載の二次電池の測定装置。
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