JP6287542B2 - 蓄電装置の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、電極組立体と、電極組立体を収容し、かつ電極組立体を挟んで対向した側壁を少なくとも一対有するケースと、を備えた蓄電装置の検査方法に関する。

二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。二次電池は、例えば、開口部を有する四角筒状のケース本体と、ケース本体の開口部を閉塞する蓋とを有し、ケース本体と蓋とは接合されて四角箱状のケースを構成する。また、二次電池のケース内には、電極組立体及び電解液が収容されている。

このような二次電池を、電気自動車やハイブリッド自動車の走行モータの電源として使用する場合は、大電流充電や大電流放電及び大容量化が要求される。大電流での充放電は二次電池内部の大きな発熱を伴うことから二次電池の温度が上昇し、二次電池の性能の劣化を促進してしまうという問題がある。そこで、二次電池のケース内で発生した熱を効率良く放出する技術として、四角箱状のケース（容器）の表面に高放射率の塗料を塗布して高放射率層を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２３１１９２号公報

二次電池のケースは、電極組立体を挟んで対向する一対の側壁を二組備えるものが多く、対向する側壁同士はほぼ同じ厚みに形成されている。しかし、対向する側壁両方の厚みが厚すぎると、ケースの容積が小さくなって好ましくなく、逆に対向する側壁両方の厚みが薄すぎると、側壁の強度が低下して好ましくない。このため、特許文献１のようにケースからの放熱性能を高めた二次電池であっても、各側壁の厚みを予め定められた公差の範囲内に収めるようにして製造されている。しかし、二次電池の製造において、側壁の厚みが公差の範囲から外れると、不良品として判定されて歩留まりが低くなってしまう。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、歩留まりを高めることができる蓄電装置の検査方法を提供することにある。

上記問題点を解決するための蓄電装置の検査方法は、電極組立体と、前記電極組立体を収容し、かつ電極組立体を挟んで対向した側壁を少なくとも一対有するケースと、を備えた蓄電装置の検査方法であって、側壁一枚での厚みを測定し、測定された一枚の厚みが、予め設定された一枚用公差を含めた値の範囲内にあるか否かを判定する一枚検査工程と、前記電極組立体を挟んで対向した一対の側壁の厚みの和を算出し、得られた和の値が、予め設定された和用公差を含めた値の範囲内にあるか否かを判定する算出検査工程と、を有し、前記和用公差は、前記一枚用公差の値の２倍よりも小さい値であることを要旨とする。

一般に、ケースは、予め設定された外形サイズ通りに製造される。しかし、ケースの内面側のサイズである容積に関しては、各側壁の厚みの製造誤差に依存して変動しやすい。そして、側壁の厚みが厚くなるほど、対向する内面間の距離が短くなり、結果として容積は減少してしまい、予め規定された容積を確保できなくなる。ケースの容積が確保できないと、電極組立体を収容できなくなったり、電極組立体に過度の圧力が加わり好ましくない。

ところで、ケースにおいて、対向した一対の側壁の厚みの和の値が、ある範囲に収まっていれば、対向する一対の側壁の内面間の距離が短くなりすぎることはなく、ケースの容積が確保できるようになる。そこで、ケースの容積を確保するための基準として、対向する一対の側壁の厚みの和の値を採用するとともに、和用公差に関して一枚用公差の２倍より小さい値とした。そして、算出検査工程において、算出された和の値が和用公差を含めた値の範囲内にあれば、ケースの容積を確保できる。

そして、ケースの容積が確保できれば、対向する側壁の一枚一枚に関しては、今まで設定していた既存の公差を若干緩くしても良くなるのである。その結果、一枚の側壁の厚みだけで良品判定を行っていた場合では、公差から外れてしまったケースであっても、一枚用公差には収まるようになり、ケースの良品率を上げ、歩留まりを高めることができる。

本発明によれば、歩留まりを高めることができる。

実施形態の二次電池を示す分解斜視図。 二次電池の外観を示す斜視図。 電極組立体の構成要素及び厚み調整部材を示す分解斜視図。 ケース本体内を示す平面図。 二次電池内及び放熱部材を示す側断面図。

以下、蓄電装置の検査方法及び蓄電装置を、二次電池の検査方法及び二次電池に具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、蓄電装置としての二次電池１０はケース１１を有する。ケース１１には電極組立体１４及び電解液が収容されている。ケース１１は、直方体状のケース本体１２と、矩形平板状の蓋体１３とを有する。なお、図２では、後述の放熱部材５１を省略して図示している。

ケース本体１２は、その内側に収容部Ｓを有するとともに、収容部Ｓと連通する挿入口１２ａが開口している。ケース本体１２の内面は絶縁層１２ｄによって覆われている。そして、収容部Ｓに電極組立体１４が収容されている。ケース本体１２は矩形板状の底壁１５と、底壁１５の一対の第１側縁（短側縁）から立設された側壁としての短側壁１６と、底壁１５における別の一対の第２側縁（長側縁）から立設された側壁としての長側壁１７と、を有する。一対の短側壁１６は収容部Ｓ及び電極組立体１４を挟んで互いに対向し、一対の長側壁１７は収容部Ｓ及び電極組立体１４を挟んで互いに対向している。よって、ケース本体１２は、電極組立体１４を挟んで対向した側壁を二対備える。

一枚の短側壁１６において、外面と内面を最短距離で結ぶ直線の長さを厚みとすると、一対の短側壁１６の厚みは同じである。また、一枚の長側壁１７において、外面と内面を最短距離で結ぶ直線の長さを厚みとすると、一対の長側壁１７では厚みが異なる。一対の長側壁１７のうち一方の第１長側壁１７ａ（１７）の厚みは、他方の第２長側壁１７ｂ（１７）の厚みより厚い。

図１に示すように、蓋体１３は、挿入口１２ａを閉塞する。ケース１１を構成するケース本体１２と蓋体１３は、何れも金属製（例えば、ステンレスやアルミニウム）である。また、本実施形態の二次電池１０は、その外観が角型をなす角型電池であり、リチウムイオン電池である。

電極組立体１４には、当該電極組立体１４から電気を取り出すための正極端子４１と負極端子４２が電気的に接続されている。そして、正極端子４１及び負極端子４２は、蓋体１３の貫通孔１３ａを介してケース１１外に突出するとともに、正極端子４１及び負極端子４２には、ケース１１から絶縁するためのリング状の絶縁リング１３ｂがそれぞれ取り付けられている。

図３に示すように、電極組立体１４は、複数の正極電極２１と、複数の負極電極２４とがセパレータ２７を介して交互に積層されて構成されている。正極電極２１は、矩形状の正極用金属箔（本実施形態ではアルミニウム箔）２２と、その正極用金属箔２２の両面（表面）に設けられた矩形状の正極用の活物質層２３と、を有する。正極電極２１は、その一辺に沿って、活物質層２３の設けられていない正極未塗工部２２ｄを有する。そして、正極電極２１において、正極未塗工部２２ｄの一辺の一部には、正極用の集電タブ３１が突出する状態に設けられている。

負極電極２４は、矩形状の負極用金属箔（本実施形態では銅箔）２５と、その負極用金属箔２５の両面（表面）に設けられた矩形状の負極用の活物質層２６と、を有する。負極電極２４は、その一辺に沿って、活物質層２６の設けられていない負極未塗工部２５ｄを有する。そして、負極電極２４において、負極未塗工部２５ｄの一辺の一部には、負極用の集電タブ３２が突出する状態に設けられている。

図１に示すように、正極電極２１及び負極電極２４は、正極用の集電タブ３１が積層方向に沿って列状に配置され、且つ正極用の集電タブ３１と重ならない位置にて負極用の集電タブ３２が積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。電極組立体１４において、正極電極２１と、負極電極２４と、セパレータ２７が積層された方向を電極組立体１４の積層方向とする。

各正極用の集電タブ３１が重なっている箇所を溶接することによって全ての正極用の集電タブ３１が電気的に接続されるとともに、正極用の集電タブ３１に正極端子４１が接続されている。各負極用の集電タブ３２が重なっている箇所を溶接することによって全ての負極用の集電タブ３２が電気的に接続されるとともに、負極用の集電タブ３２に負極端子４２が接続されている。

ケース本体１２において、収容部Ｓ及び電極組立体１４を挟んで対向する一対の長側壁１７の内面（絶縁層１２ｄ）間の最短距離をケース本体１２の第１の内寸Ｙ１とすると、電極組立体１４の積層方向の長さは、ケース本体１２の第１の内寸Ｙ１より僅かに小さい。これは、正極電極２１と、負極電極２４と、セパレータ２７とを所定枚数積層する際に、これらの実際の厚みが、目標とする厚みから許容される最大値を取っても、電極組立体１４がケース本体１２内に収まるように、各々の厚みが設定されていることによる。

また、収容部Ｓ及び電極組立体１４を挟んで対向する一対の短側壁１６の内面（絶縁層１２ｄ）間の最短距離を、ケース本体１２の第２の内寸Ｙ２とすると、電極組立体１４において、上述の正極電極２１、セパレータ２７及び負極電極２４の各一辺に沿う方向への長さは、ケース本体１２の第２の内寸Ｙ２より僅かに小さい。これは、正極電極２１と、負極電極２４と、セパレータ２７の一辺に沿う方向への長さが、目標とする長さから許容される最大値を取っても、電極組立体１４がケース本体１２内に収まるように、各々のサイズが設定されていることによる。そして、予め設定された厚み、及びサイズの電極組立体１４が収容部Ｓ内に収容できるように、収容部Ｓの容積は予め規定された値の範囲に収まるように設定されている。

図４及び図５に示すように、電極組立体１４は積層方向の両方に端面１４ａを有する。電極組立体１４の一方の端面１４ａと、この一方の端面１４ａに対向した第２長側壁１７ｂの内面（絶縁層１２ｄ）との間には、厚み調整部材５０が介装されている。厚み調整部材５０は、所定の厚みの樹脂製のフィルムであって、電極組立体１４の積層方向の長さに対応し、１〜複数枚が重ねられる。図４及び図５では、２枚の厚み調整部材５０が記載されている。厚み調整部材５０は樹脂製であり、熱伝導率が低く断熱性を有する。そして、厚み調整部材５０を用いることで、電極組立体１４と厚み調整部材５０を合わせた積層方向への長さが、図示はしないが、ケース本体１２の第１の内寸Ｙ１より若干短くなるように調整されている。電極組立体１４は、ケース１１内では、厚み調整部材５０により、積層方向への移動が規制される。

厚みの厚い第１長側壁１７ａの外面には、第１長側壁１７ａの放熱性能を高める構成として、放熱部材５１が面接触した状態で一体化され、第１長側壁１７ａと放熱部材５１は熱的に結合されている。放熱部材５１は、熱伝導率の高い金属材料製であり、第１長側壁１７ａと同じ平面形状である。放熱部材５１は、図示しないホルダーによって二次電池１０の第１長側壁１７ａに一体化されている。

次に、二次電池１０の作用を記載する。
電極組立体１４での充放電等によってケース１１内で電極組立体１４が発熱した場合、電極組立体１４の熱は、厚み調整部材５０の熱伝導率の低さから厚みの薄い第２長側壁１７ｂには伝わりにくい。このため、電極組立体１４の熱は、厚みの厚い第１長側壁１７ａや短側壁１６に向けて移動する。四枚の側壁のうち、第１長側壁１７ａが最も厚く、体積も最も大きいため、電極組立体１４の熱は第１長側壁１７ａに最も多く逃げる。そして、第１長側壁１７ａに逃げた熱は放熱部材５１から放出される。

次に、二次電池１０の検査方法について説明する。
二次電池１０の検査方法は、一枚検査工程と、算出検査工程と、を有する。
一枚検査工程では、短側壁１６及び長側壁１７の厚みが一枚ずつ測定される。そして、測定された短側壁１６の厚み、及び長側壁１７の厚みに基づいて良否判定が行われる。具体的には、測定された短側壁１６の一枚での厚み、及び長側壁１７の一枚での厚みが予め設定された一枚用公差を含めた値の範囲内にあるか否かが判定される。なお、一枚用公差とは、予め設定された目標の厚みに対して許容される最大厚みと最小厚みの差である。本実施形態では、短側壁１６及び長側壁１７において、一枚用公差は、目標の厚みの１５％以下に設定される。

ここで、一枚の側壁の厚みだけでケース本体１２の良否判定を行う検査方法を、既存の検査方法とする。また、既存の検査方法で設定される一枚の側壁の公差を既存の公差とする。本実施形態で設定される一枚用公差は、既存の公差と比べて緩くなっている。このため、一枚検査工程では、既存の検査方法では不良品と判定されたケース本体１２であっても、良品と判定される可能性がある。

ただし、一枚検査工程において、測定された短側壁１６の厚み、及び長側壁１７の厚みの少なくとも一方で一枚用公差の範囲内に収まらない場合、そのケース本体１２は不良品と判定される。一方、測定された短側壁１６の厚み、及び長側壁１７の厚みが、一枚用公差を含めた値の範囲内に収まる場合、そのケース本体１２は良品として算出検査工程に供される。

算出検査工程では、短側壁１６及び長側壁１７において、対向する一対の側壁の厚みの和を算出する。次に、短側壁１６及び長側壁１７それぞれにおいて、算出された和の値に基づいて良否判定が行われる。具体的には、短側壁１６及び長側壁１７それぞれにおいて、和の値が、予め設定された和用公差を含めた値の範囲内にあるか否かが判定される。なお、和用公差は、一枚用公差を２倍したものより小さい値に設定される。

ケース本体１２は、その製造方法上の理由から外形サイズは規定値となる。ただし、短側壁１６及び長側壁１７の厚みに関しては、製造誤差が生じるため、若干ばらつく。このとき、一対の短側壁１６の厚みの和の値と、一対の長側壁１７の厚みの和の値とから、ケース本体１２の容積を算出すると、短側壁１６及び長側壁１７の厚みが厚い程、ケース本体１２の容積は減少し、規定の容積よりも小さくなってしまうことがある。

ここで、本実施形態では、ケース本体１２の容積が確保できるように、一対の短側壁１６の厚みの和と、一対の長側壁１７の厚みの和とに、和用公差を設定している。そして、一対の短側壁１６の厚みの和の値と、一対の長側壁１７の厚みの和の値とが、それぞれ和用公差を含めた値の範囲内にあれば、ケース本体１２の容積を確保できるようにした。よって、算出検査工程において、一対の短側壁１６の厚みの和の値と、一対の長側壁１７の厚みの和の値とが、それぞれ和用公差の値の範囲にあれば、ケース本体１２を良品と判定する。

例えば、一枚検査工程において、長側壁１７の一枚用公差を含めた厚みの範囲を、０．８±０．１５（ｍｍ）とする。この場合、一枚検査工程で測定された各長側壁１７の厚みが、０．９ｍｍと、０．８９ｍｍであると、これらの厚みは、上記０．８±０．１５（ｍｍ）の範囲にあるため、一枚検査工程では良品と判定される。なお、短側壁１６に関しては、一枚検査工程及び算出検査工程共に合格しているとする。

算出検査工程において、長側壁１７の和用公差を含めた厚みを、１．６±０．２（ｍｍ）とする。この場合、算出検査工程で得られた、一対の長側壁１７の和の値が、１．７９ｍｍとなり、和の値は、上記１．６±０．２（ｍｍ）の範囲にあるため、算出検査工程では良品と判定される。

一方、一枚検査工程で測定された各長側壁１７の厚みが、０．９５ｍｍと、０．９２ｍｍであると、これらの厚みは、上記０．８±０．１５の範囲にあるため、一枚検査工程では良品と判定される。

しかし、算出検査工程で得られた、一対の長側壁１７の和の値が、１．８７ｍｍとなり、和の値は、上記１．６±０．２（ｍｍ）の範囲外にあるため、算出検査工程では不良品と判定される。この場合は、各長側壁１７の厚みが厚すぎて、ケース本体１２の容積が確保できなくなるため、不良品と判定される。

また、一枚検査工程で測定された各長側壁１７の厚みが、０．９７ｍｍと、０．９２ｍｍであると、一方の長側壁１７において、上記０．８±０．１５の範囲外にあるため、一枚検査工程は不良品と判定される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）二次電池１０の検査方法は、短側壁１６及び長側壁１７の一枚での厚みに基づいて良否判定を行う一枚検査工程と、対向する一対の短側壁１６の厚みの和の値、及び対向する一対の長側壁１７の厚みの和の値に基づいて判定を行う算出検査工程を有する。算出検査工程では、ケース本体１２の容積が確保できるか否かを基準に判定するため、ケース本体１２の容積が確保できれば、短側壁１６及び長側壁１７の一枚用公差を既存の検査方法で設定されていた既存の公差よりも緩めることができる。その結果として、ケース本体１２の良否判定を、一枚の側壁の厚みだけで行う既存の検査方法と比べると、ケース本体１２の良品率を上げ、歩留まりを高めることができる。

（２）和用公差は、一枚用公差の２倍より小さい値である。このため、和用公差を用いてケース本体１２の良品判定を行うことで、ケース本体１２の容積が予め規定された値から減少することを防止できる。

（３）算出検査工程で良品と判定されたケース本体１２は、一対の側壁間での厚みの差が大きくなることがある。そして、二次電池１０では、厚みの厚い第１長側壁１７ａに放熱部材５１を熱的に結合させ、第２長側壁１７ｂよりも放熱性能を向上させた。よって、一対の側壁間での厚みが異なるケース本体１２であっても、その厚みの違いを有効利用して二次電池１０の放熱性能を向上させることができる。

（４）厚みの薄い第２長側壁１７ｂの内面（絶縁層１２ｄ）と、電極組立体１４の端面１４ａとの間に樹脂製の厚み調整部材５０を介在させた。このため、厚みの厚い第１長側壁１７ａの内面（絶縁層１２ｄ）と、電極組立体１４の端面１４ａとの間に厚み調整部材５０を介在させた場合と比べて、厚み調整部材５０による放熱性能の低下が小さくて済む。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、第１長側壁１７ａに放熱部材５１を熱的に結合したが、第２長側壁１７ｂにも放熱部材を熱的に結合してもよい。この場合、第２長側壁１７ｂに結合される放熱部材は、第１長側壁１７ａに結合した放熱部材５１よりも放熱性能の低いものにするのが好ましい。

○ 絶縁層１２ｄを介した第２長側壁１７ｂの内面と、この内面に対向した電極組立体１４の端面１４ａとの間に厚み調整部材５０を介在させたが、厚み調整部材５０は無くてもよい。

○ 絶縁層１２ｄを介した第２長側壁１７ｂの内面と、この内面に対向した電極組立体１４の端面１４ａとの間に厚み調整部材５０を介在させたが、厚み調整部材５０は、もう一方の端面１４ａと、第１長側壁１７ａの内面との間に介在させてもよい。

○ 第１長側壁１７ａの放熱性能を高める構成として、第１長側壁１７ａの外面に複数のフィンを設けたり、高放射率の塗料を塗布したりしてもよい。
○ 実施形態では、短側壁１６の厚みが同じであったが、短側壁１６の厚みが異なっていてもよく、この場合も、一枚検査工程及び算出検査工程を経て良否判定が行われる。

○ 実施形態では、ケース１１を、対向する一対の側壁を二組有する四角箱状としたが、ケースは、対向する一対の側壁を三対以上備えた形状でもよく、六角箱状、八角箱状等であってもよい。また、ケース１１は、対向する一対の側壁は平板状である一方で、その他の側壁は湾曲したり、屈曲した板状であってもよい。

○ 正極電極２１及び負極電極２４は、金属箔の片面に活物質層が存在する構造でもよい。
○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池でもよいし、他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。また、蓄電装置としてキャパシタでもよい。

○ 電極組立体１４は、積層型に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型であってもよい。
○ 絶縁層１２ｄは無くてもよい。

○ 一枚検査工程と算出検査工程との順番は逆であってもよい。

１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１４…電極組立体、１４ａ…端面、１６…側壁としての短側壁、１７…側壁としての長側壁、５０…厚み調整部材、５１…放熱部材。

Claims (1)

1. 電極組立体と、
   前記電極組立体を収容し、かつ電極組立体を挟んで対向した側壁を少なくとも一対有するケースと、を備えた蓄電装置の検査方法であって、
   側壁一枚での厚みを測定し、測定された一枚の厚みが、予め設定された一枚用公差を含めた値の範囲内にあるか否かを判定する一枚検査工程と、
   前記電極組立体を挟んで対向した一対の側壁の厚みの和を算出し、得られた和の値が、予め設定された和用公差を含めた値の範囲内にあるか否かを判定する算出検査工程と、を有し、
   前記和用公差は、前記一枚用公差の値の２倍よりも小さい値である蓄電装置の検査方法。