JP7200954B2 - 二次電池の診断装置及び回復方法 - Google Patents

Description

本開示は、二次電池の診断装置及び回復方法に関する。

特許第５７６５２５８号公報（特許文献１）には、多層電極構造を有する二次電池の容量（以下、「電池容量」とも称する）を取得し、電池容量の減少の程度に応じて二次電池の拘束力を調整する技術が開示されている。この技術は、リチウムイオン二次電池の正極板の正極活物質層に割れが生じたときに電池容量の減少の程度がそれまでよりも大きくなることに着眼したものである。こうした割れが生じたときにリチウムイオン二次電池をそれまでよりも強く圧迫することにより、割れ箇所の隙間が小さくなり電池容量がいくらか増加することが、特許文献１には開示されている。なお、多層電極構造は、正極電極と負極電極とが交互に配置された構造を意味し、巻回体及び多層平板の両方を含む。

特許第５７６５２５８号公報

上記特許文献１に記載される技術では、活物質層に割れが生じるまで二次電池の性能低下が検知されない。活物質層が割れてしまうと、活物質層を回復させることは困難である。また、別の要因で電池容量が減少しているときには、二次電池の拘束力を強くしても電池容量が増加しないことがある。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、多層電極構造を有する二次電池に回復可能な性能低下（より特定的には、電極の歪みに起因した二次電池の抵抗上昇）が生じているか否かを的確に判断し、必要に応じて二次電池に回復処理を行なうことである。

本開示に係る二次電池の診断装置は、正極電極と負極電極とが交互に配置された構造を有する二次電池を診断するように構成され、情報取得部と、第１判断部と、第２判断部とを備える。情報取得部は、圧縮前の二次電池の電気抵抗の大きさを示す第１抵抗値を取得した後、二次電池の少なくとも一部を圧縮し、圧縮後の二次電池の電気抵抗の大きさを示す第２抵抗値を取得するように構成される。第１判断部は、第１抵抗値と第２抵抗値とを用いて、圧縮による二次電池の電気抵抗の低下量が所定値よりも大きいか否かを判断するように構成される。第２判断部は、第１判断部による判断結果を用いて、電極の歪みに起因した抵抗上昇が二次電池に生じているか否かを判断するように構成される。

多層電極構造（すなわち、正極電極と負極電極とが交互に配置された構造）を有する二次電池では、多層構造を構成する電極が歪む（たとえば、折れ曲がる）ことによって層間に隙間が生じることがある。こうした隙間は、多層電極構造を有する二次電池において、極間距離を拡大させたり電極活物質の接点（又は、接触面積）を減少させたりするように作用し得る。そして、極間距離が拡大したり、電極活物質の接点（又は、接触面積）が減少したりすると、コンタクト不良により二次電池の電気抵抗が上昇する傾向がある。

上記のような電極の歪みに起因した二次電池の抵抗上昇は、二次電池を圧縮することによって一時的に回復する。すなわち、圧縮によって電極が元の形状に近づく。電極の歪みが低減することにより、二次電池の電気抵抗が低下する。

上記二次電池の診断装置では、情報取得部が二次電池の少なくとも一部を圧縮し、この圧縮による二次電池の電気抵抗の低下量が所定値よりも大きいか否かを、第１判断部が判断する。情報取得部は、二次電池の全体を圧縮してもよいし、二次電池の歪みやすい部分又は歪みによって接触抵抗が大きくなりやすい部分のみを選択的に圧縮してもよい。前述のように、二次電池に電極の歪みに起因した抵抗上昇が生じていれば、歪んだ部分を圧縮することによって二次電池の電気抵抗が低下するため、第１判断部による判断結果を用いることで、電極の歪みに起因した抵抗上昇が二次電池に生じているか否かを的確に判断することが可能になる。

なお、診断対象となる二次電池は、単電池であってもよいし、複数の単電池を含むモジュールであってもよいし、複数の単電池（セル）が電気的に接続されて構成される組電池であってもよい。

上記第２判断部は、電極の歪みに起因した抵抗上昇が二次電池に生じていると判断した場合に、所定の回復処理を実行するように構成されてもよい。所定の回復処理は、二次電池を圧縮するための荷重を二次電池に付与した状態で、所定ＳＯＣ値以下に放電された二次電池の充電を行なうことを含んでもよい。

上記診断装置では、多層構造を構成する電極に歪みが生じたときに上記所定の回復処理が行なわれることにより、電極の歪みが修復されやすくなる。電極は、低エネルギー状態（すなわち、低ＳＯＣ状態）から高エネルギー状態（すなわち、高ＳＯＣ状態）に移行するときに、上記荷重による圧縮力を受けて元の形状に戻りやすくなる。また、電極間に電圧が印加されて電流が流れることによって、電極間の界面の状態が安定しやすくなる。

なお、ＳＯＣ（State Of Charge）は、蓄電残量を示し、たとえば、満充電状態の蓄電量に対する現在の蓄電量の割合を０～１００％で表わしたものである。ＳＯＣの測定方法としては、たとえば電流積算法又はＯＣＶ（Open Circuit Voltage）推定法のような公知の手法を採用できる。

上記所定の回復処理における圧縮は、情報取得部による圧縮よりも強い圧縮であってもよい。上記所定の回復処理における圧縮力を強めるほど電極は元の形状に戻りやすくなる傾向がある。一方、情報取得部による圧縮は、電極に歪みが生じているか分からないときに行なわれるため、正常な電極（すなわち、歪みが生じていない電極）にダメージを与えないように、上記所定の回復処理における圧縮よりも弱くすることが望ましい。

上記所定の回復処理における荷重は、固定値でもよいし、可変であってもよい。荷重を大きくするほど電極の歪みが修復されやすくなる。そして、電極の歪みが修復されることによって二次電池の電気抵抗は低下する。ただし、荷重が限界値（以下、「飽和荷重」とも称する）を超えると、荷重を大きくしても二次電池の電気抵抗は低下しなくなる。上記所定の回復処理における荷重は、予め実験又はシミュレーションによって求められた飽和荷重であってもよい。

上記所定の回復処理は、二次電池を圧縮するための荷重を二次電池に付与した状態で、二次電池を所定ＳＯＣ値以下にするための放電と、所定ＳＯＣ値以下に放電された二次電池の充電とを、二次電池の電気抵抗が所定値以下になるまで繰り返し行なうことを含んでもよい。

上記のように放電と充電とを繰り返すことで、二次電池の電気抵抗を十分低下させやすくなる。

上記情報取得部は、二次電池に外側から荷重を付与することにより、二次電池を圧縮するように構成されてもよい。

上記構成によれば、二次電池を好適に圧縮することができる。上記構成では、荷重の大きさによって圧縮力を調整できる。

上記情報取得部は、二次電池の負極電極を膨張させることにより、二次電池の正極電極を圧縮するように構成されてもよい。

二次電池によっては、負極電極と正極電極とで歪みの生じやすさが異なることがある。たとえば、充電時に膨張し放電時に収縮する負極電極を採用した二次電池は、使用される（すなわち、充電及び放電が繰り返し行なわれる）ことによって正極電極に歪み（より特定的には、電極間に隙間を生じさせるような変形）が生じやすくなる。上記の診断装置によれば、正極電極の歪みに起因した抵抗上昇が二次電池に生じているか否かを容易に判断することが可能になる。上記の診断装置では、情報取得部が負極電極を膨張させることにより正極電極を圧縮し、正極電極の歪みに起因した抵抗上昇が二次電池に生じているか否かを、第２判断部によって判断することができる。

本開示に係る二次電池の回復方法は、正極電極と負極電極とが積層された構造を有する二次電池を回復させる。この二次電池の回復方法は、二次電池の少なくとも一部を圧縮する第１圧縮工程と、第１圧縮工程による二次電池の電気抵抗の低下量が所定値よりも大きい場合に、二次電池に外側から荷重を付与することにより二次電池を圧縮する第２圧縮工程と、第２圧縮工程により二次電池が圧縮された状態で、所定ＳＯＣ値以下に放電された二次電池の充電を行なう回復工程とを含む。

上記二次電池の回復方法によれば、多層構造を構成する電極に歪みが生じたときに回復処理が行なわれることにより、電極の歪みが修復されやすくなる。

なお、第１圧縮工程及び第２圧縮工程の各々は、ユーザによって行なわれてもよいし、電子制御によって行なわれてもよい。

二次電池はリチウムイオン二次電池であってもよい。二次電池の負極電極は、炭素系電極又はシリコン系電極であってもよい。

負極電極として炭素系電極又はシリコン系電極を採用したリチウムイオン二次電池では、ＳＯＣの上昇によって負極電極が膨張しやすい。上記方法によれば、こうした負極電極の膨張を利用して二次電池の充電中に正極電極を圧縮することができる。このため、回復工程において、正極電極の歪みが修復されやすくなる。

第１圧縮工程では、負極電極が膨張するまで二次電池のＳＯＣを高めることにより正極電極を圧縮してもよい。

上記方法によれば、第１圧縮工程において正極電極を容易に圧縮することができる。そして、正極電極を圧縮したときの二次電池の抵抗変化に基づいて正極電極の歪みの有無を判断することができる。

上記二次電池において、正極電極と負極電極とは、セパレータを介して交互に配置された状態で巻芯に巻回されて電極巻回体を形成してもよい。巻芯は、電極巻回体の巻回軸に垂直な方向を長手方向としてもよい。巻芯は、弾性材料を含み、電極巻回体から受ける押圧力によって長手方向に伸びるように構成されてもよい。

上記のような二次電池は、外部から付与された荷重によって巻芯が長手方向に伸びて電極（より特定的には、巻芯に巻回された電極巻回体）が全体的に圧縮されやすくなる。このため、荷重によって電極の歪みが修復されやすくなる。上記方法によれば、二次電池における電極の歪みを回復させて、電極の歪みに起因した抵抗上昇を抑制しやすくなる。

上記の二次電池は、電動車両から回収されたバッテリであってもよい。電動車両は、バッテリに蓄えられた電力を用いて走行するように構成される車両である。電動車両には、ＥＶ（電気自動車）、ＨＶ（ハイブリッド車両）、及びＰＨＶ（プラグインハイブリッド車両）のほか、ＦＣ車（燃料電池自動車）、レンジエクステンダーＥＶなども含まれる。

本開示によれば、多層電極構造を有する二次電池に回復可能な性能低下（より特定的には、電極の歪みに起因した二次電池の抵抗上昇）が生じているか否かを的確に判断し、必要に応じて二次電池に回復処理を行なうことが可能になる。

本開示の実施の形態に係る二次電池の診断装置によって診断される二次電池の概略構成を示す図である。 図１中のＩＩ－ＩＩ断面を示す図である。 図２に示した電極巻回体の多層電極構造について説明するための図である。 本開示の実施の形態に係る二次電池の診断装置の構成を示す図である。 図４に示した拘束部材の形状及び配置を示す図である。 図５に示した拘束部材によって圧縮されたときの二次電池の状態の一例を示す図である。 図４に示した第２判断部が実行する回復処理について説明するための図である。 図４に示した二次電池の診断装置によって実行される診断の処理手順を示すフローチャートである。 図８に示した第１診断処理（回復処理を含む）の詳細を示すフローチャートである。 図９に示した第１診断処理の変形例を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態に係る二次電池の診断装置によって診断された複数の二次電池を用いて製造された組電池の一例を示す図である。

本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、この実施の形態に係る二次電池の診断装置によって診断される二次電池の概略構成を示す図である。図１を参照して、二次電池（以下、単に「電池」と称する）１００は、ケース１０と、正極端子５１と、負極端子５２とを備える。この実施の形態では、電池１００が、電動車両（たとえば、ＥＶ、ＨＶ、又はＰＨＶ）に搭載可能な液系リチウムイオン二次電池である。また、ケース１０が金属（たとえば、アルミニウム合金）製の角形ケースである。ケース１０にガス放出弁（図示せず）が設けられていてもよい。

図２は、図１中のＩＩ－ＩＩ断面を示す図である。図２を参照して、ケース１０内には、リチウムイオン二次電池を構成する電極巻回体２０及び電解液（図示せず）が収容されている。電極巻回体２０は、巻芯４０に巻回された状態でケース１０内に収容されている。巻芯４０は扁平形状を有する。図２に示される巻芯４０の断面は、電極巻回体２０の巻回軸Ｃに垂直な巻芯４０の断面に相当する。巻芯４０は、長尺形状を有し、巻回軸Ｃに垂直な方向を長手方向とする。巻芯４０は、弾性材料を含み、電極巻回体２０から受ける押圧力によって長手方向に伸びるように構成される。弾性材料としては、ゴム材を採用できる。この実施の形態では、巻芯４０を構成する弾性材料として、スチレンブタジエンゴムを採用する。

図３は、電極巻回体２０の多層電極構造について説明するための図である。図３には、巻回前の状態の電極巻回体２０が示されている。図１及び図２とともに図３を参照して、電極巻回体２０は、帯状の電極シートを巻芯４０に巻回することによって扁平状に形成される。より具体的には、正極シート２１、セパレータ２３、負極シート２２、セパレータ２３、・・・のような順に、正極シート２１と負極シート２２とをセパレータ２３を介して交互に積層し、得られた積層体を巻芯４０に巻回することによって、図２に示した電極巻回体２０が形成される。電極シートの数は任意に設定できる。

電極巻回体２０において、正極シート２１は電池１００の正極電極として機能し、負極シート２２は電池１００の負極電極として機能する。この実施の形態では、電池１００の正極電極と負極電極とがセパレータ２３を介して交互に配置された状態で巻芯４０に巻回されて電極巻回体２０を形成している。電池１００は、多層電極構造（すなわち、正極電極と負極電極とが交互に配置された構造）の電極巻回体２０を備える。電極巻回体２０においては、正極シート２１と負極シート２２との間にセパレータ２３が介在する。セパレータ２３は、巻回方向の終端において固定されてもよい。

正極シート２１は、正極集電体２１ａと正極活物質層２１ｂとを含む。正極活物質層２１ｂは、たとえば正極活物質を含有する正極合材を正極集電体２１ａ（たとえば、アルミニウム箔）の表面に塗工することにより、正極集電体２１ａの両面に形成される。正極活物質の例としては、リチウム遷移金属酸化物が挙げられる。この実施の形態では、正極活物質として、ＮＣＭ（ニッケル－コバルト－マンガンの三元系正極材料）を採用する。すなわち、この実施の形態に係る電池１００の正極電極は、三元系正極電極である。正極活物質層２１ｂは、正極活物質に加えて、導電材（たとえば、アセチレンブラック）及び／又はバインダ（たとえば、ポリフッ化ビニリデン）を含んでもよい。

負極シート２２は、負極集電体２２ａと負極活物質層２２ｂとを含む。負極活物質層２２ｂは、たとえば負極活物質を含有する負極合材を負極集電体２２ａ（たとえば、銅箔）の表面に塗工することにより、負極集電体２２ａの両面に形成される。この実施の形態では、負極活物質として炭素系材料（たとえば、グラファイト）を採用する。すなわち、この実施の形態に係る電池１００の負極電極は、炭素系電極である。負極活物質層２２ｂは、負極活物質に加えて、増粘材（たとえば、カルボキシメチルセルロース）及び／又はバインダ（たとえば、スチレンブタジエンゴム）を含んでもよい。

セパレータ２３は、たとえば微多孔膜である。セパレータ２３内に細孔が存在することで、その細孔に電解液が保持されやすくなる。セパレータ２３の材料の例としては、ＰＥ（ポリエチレン）又はＰＰ（ポリプロピレン）のようなポリオレフィン系樹脂が挙げられる。

上述した電極巻回体２０は、電解液とともにケース１０に封じられる。そして、正極集電体２１ａは、図１に示した正極端子５１に電気的に接続され、負極集電体２２ａは、図１に示した負極端子５２に電気的に接続される。電解液は、非プロトン性溶媒と、この溶媒に溶解しているリチウム塩（たとえば、ＬｉＰＦ_６）とを含んでもよい。非プロトン性溶媒の例としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、又はジエチルカーボネート（ＤＥＣ）が挙げられる。２種以上の溶媒を混合して使用してもよい。

図４は、この実施の形態に係る二次電池の診断装置の構成を示す図である。図４を参照して、診断装置１は、制御装置３００と充放電器４００と電源５００とを備え、前述した電池１００（図１～図３参照）を診断するように構成される。電池１００には、電池１００の情報を記憶するタグＴＧが取り付けられている。タグＴＧには、電池１００の初期状態の特性（たとえば、初期の電気抵抗及び容量）を示す情報が記憶されている。電池１００の構造（たとえば、材料）に関する情報も、タグＴＧに記憶されていてもよい。タグＴＧとしては、たとえばＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグを採用できる。制御装置３００は、無線通信又は有線通信により、タグＴＧに記憶される情報の読み取り及び書き換えを行なうように構成される。

電池１００には、電池１００の状態を監視する監視ユニット１１０がさらに設けられている。監視ユニット１１０は、電池１００の状態（たとえば、温度、電流、及び電圧）を検出する各種センサを含み、検出結果を制御装置３００へ出力する。制御装置３００は、監視ユニット１１０の出力（各種センサの検出値）に基づいて電池１００の状態（たとえば、温度、電流、電圧、ＳＯＣ、及び電気抵抗）を取得することができる。

電池１００は、充放電器４００と電気的に接続される。充放電器４００は、制御装置３００の指示に従って電池１００の充電及び放電を行なうように構成される。充放電器４００は、電源５００から供給される電力によって電池１００の充電を行なう。充放電器４００は、電池１００から放電された電力を、電気抵抗（図示せず）によって熱に変換してもよいし、所定の蓄電装置（図示せず）に蓄えてもよい。

電池１００には、拘束部材３１，３２が設けられる。図５は、拘束部材３１，３２の形状及び配置を示す図である。図５を参照して、拘束部材３１，３２は、長尺形状を有し、電極巻回体２０の巻回軸Ｃ（図２）に平行に配置される。この実施の形態では、拘束部材３１，３２が、樹脂材料（たとえば、ポリプロピレン）で形成されている。拘束部材３１，３２は電池１００を挟んで対向するように配置される。拘束部材３１，３２は、ケース１０の表面に固定され、ケース１０が外側に変形することを規制する。拘束部材３１，３２の固定方法は任意である。拘束部材３１，３２は、アーム（図示せず）によって支持されてもよい。また、拘束部材３１と拘束部材３２とが互いに締結されてもよい。

再び図４を参照して、診断装置１は、拘束部材３１，３２を駆動するアクチュエータ２００をさらに備える。アクチュエータ２００は、拘束部材３１，３２を電池１００に押し付けるように拘束部材３１，３２を駆動することにより、電池１００に荷重を付与する。拘束部材３１，３２に挟まれる電池１００は、拘束部材３１，３２から付与される荷重によって圧縮される。荷重の大きさは、制御装置３００によって制御される。アクチュエータ２００は、油圧式のアクチュエータであってもよい。また、拘束部材３１，３２及びアクチュエータ２００を備える試験装置の例としては、オートグラフ（登録商標）が挙げられる。

図６は、圧縮されたときの電池１００の状態の一例を示す図である。図６を参照して、アクチュエータ２００によって駆動されて拘束部材３１，３２が電池１００に荷重を付与すると、電極巻回体２０の平坦部２０ａが圧縮される。また、電極巻回体２０の平坦部２０ａが内側に押されることによって巻芯４０に圧力が加わる。巻芯４０は、弾性材料を含むため、変形しやすい。巻芯４０は、電極巻回体２０によって押圧されることにより、長手方向に伸びるように変形する。これにより、電極巻回体２０の湾曲部２０ｂも圧縮される。

再び図４を参照して、制御装置３００は、電極の歪みに起因した抵抗上昇が電池１００に生じているか否かを判断するように構成される。詳しくは、電池１００の電極巻回体２０を構成する電極（たとえば、図３に示した正極シート２１又は負極シート２２）に歪みが生じると、極間距離が拡大したり、電極活物質の接点（又は、接触面積）が減少したりして、コンタクト不良により電池１００の電気抵抗が上昇する傾向がある。こうした電極の歪みに起因した電池１００の抵抗上昇は、電池１００を圧縮することによって一時的に回復する。すなわち、圧縮によって電極が元の形状に近づく。電極の歪みが低減することにより、電池１００の電気抵抗が低下する。制御装置３００は、こうした現象を利用して電池１００の診断を行なう。すなわち、制御装置３００は、電池１００を圧縮したときに電池１００の電気抵抗が所定の量よりも低下するか否かに基づいて、電極の歪みに起因した抵抗上昇が電池１００に生じているか否かを判断する。以下、制御装置３００の構成の詳細について説明する。

制御装置３００としては、プロセッサ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び記憶装置を備えるマイクロコンピュータを採用できる。プロセッサとしては、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）を採用できる。ＲＡＭは、プロセッサによって処理されるデータを一時的に記憶する作業用メモリとして機能する。記憶装置は、格納された情報を保存可能に構成される。制御装置３００が備えるプロセッサの数は任意であり、１つでも複数でもよい。

制御装置３００は、情報取得部３１０と、第１判断部３２０と、第２判断部３３０とを含む。制御装置３００においては、たとえば、プロセッサと、プロセッサにより実行されるプログラムとによって、情報取得部３１０、第１判断部３２０、及び第２判断部３３０が具現化される。ただしこれに限られず、これら各部は、専用のハードウェア（電子回路）によって具現化されてもよい。

情報取得部３１０は、圧縮前の電池１００の電気抵抗の大きさを示す第１抵抗値を取得した後、電池１００を圧縮し、圧縮後の電池１００の電気抵抗の大きさを示す第２抵抗値を取得するように構成される。この実施の形態では、情報取得部３１０が、アクチュエータ２００を制御して電池１００に外側（拘束部材３１，３２）から荷重を付与することにより、電池１００を圧縮するように構成される。以下、情報取得部３１０が上記圧縮を行なう工程を、「第１圧縮工程」と称する。

第１判断部３２０は、情報取得部３１０により取得された第１抵抗値と第２抵抗値とを用いて、第１圧縮工程により電池１００の電気抵抗が所定の量よりも低下したか否かを判断するように構成される。以下、第１圧縮工程により電池１００の電気抵抗が所定の量よりも低下したことを「抵抗低下あり」、第１圧縮工程により電池１００の電気抵抗が所定の量よりも低下しなかったことを「抵抗低下なし」と称する。

第２判断部３３０は、第１判断部３２０による判断結果を用いて、電極の歪みに起因した抵抗上昇が電池１００に生じているか否かを判断する。より具体的には、第２判断部３３０は、第１判断部３２０により「抵抗低下あり」と判断された場合に、電極の歪みに起因した抵抗上昇が電池１００に生じている（以下、「歪み有り」とも称する）と認定し、所定の処理（以下、「第１診断処理」とも称する）を実行する。また、第２判断部３３０は、第１判断部３２０により「抵抗低下なし」と判断された場合に、電極の歪みに起因した抵抗上昇が電池１００に生じていない（以下、「歪み無し」とも称する）と認定し、所定の処理（以下、「第２診断処理」とも称する）を実行する。

この実施の形態では、第２判断部３３０が、第１診断処理として、所定の回復処理と回復履歴の記録とを実行する。図７は、第２判断部３３０が実行する回復処理について説明するための図である。図４とともに図７を参照して、電池１００の電極に歪みが生じて電池１００の電気抵抗が上昇すると、第２判断部３３０によって回復処理が実行される。これにより、電極の歪み（ひいては、コンタクト不良）が修復され、電池１００が正常な状態（すなわち、電極に歪みが生じていない状態）に近づくことになる。より具体的には、第２判断部３３０は、アクチュエータ２００を制御して、電池１００を圧縮するための荷重を電池１００に付与する。以下、第２判断部３３０が上記圧縮（すなわち、電池１００に対する荷重の付与）を行なう工程を、「第２圧縮工程」と称する。第２判断部３３０は、第２圧縮工程により電池１００に荷重が付与された状態で、充放電器４００を制御して、所定ＳＯＣ値以下に放電された状態から電池１００の充電を行なう。以下、第２判断部３３０が電池１００を圧縮した状態で電池１００の充電を行なう工程を、「回復工程」と称する。この実施の形態では、第２圧縮工程における荷重を第１圧縮工程における荷重よりも大きくする。ただしこれに限られず、第１圧縮工程における荷重と第２圧縮工程における荷重とは同じであってもよい。

第１判断部３２０により「抵抗低下あり」と判断された場合には、上記回復工程が実行されることにより、電池１００における電極の歪みが修復される。より具体的には、この実施の形態では、電池１００の負極電極として炭素系電極を採用し、電池１００の正極電極として三元系正極電極を採用する。このため、電池１００の充電時に負極電極が膨張し、電池１００の放電時に負極電極が収縮する。この実施の形態に係る電池１００は、たとえば電動車両に搭載されて使用される（すなわち、充電及び放電が繰り返し行なわれる）ことによって、正極電極に歪み（より特定的には、電極間に隙間を生じさせるような変形）が生じやすい。上記の回復工程は、電池１００の使用によって生じた正極電極の歪みを的確に修復することができる。回復工程では、電池１００が充電される。電池１００が充電されることによって電池１００の負極電極は膨張する。そして、負極電極の膨張によって正極電極が圧縮される。第２圧縮工程により電池１００が圧縮された状態で電池１００の充電が行なわれることにより、正極電極が強く圧縮され、歪んだ正極電極が元の形状に戻りやすくなる。そして、歪んだ正極電極が元の形状に近づくことにより、正極電極の接触抵抗（ひいては、電池１００の電気抵抗）が低下する。

他方、第１判断部３２０により「抵抗低下なし」と判断された場合には、第２判断部３３０は、第２診断処理を実行する。第２診断処理は、上述した回復処理を含まない。この実施の形態では、第２判断部３３０が、第２診断処理として診断結果（すなわち、歪み無し）をタグＴＧに記録する。

図８は、制御装置３００によって実行される診断の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、たとえば診断装置１に電池１００がセットされた状態で、ユーザが制御装置３００に診断開始を指示すると、開始される。処理開始時においては、拘束部材３１，３２が電池１００に付与する荷重（以下、「拘束荷重」とも称する）は略０である。診断装置１にセットされる電池１００（すなわち、診断対象となる二次電池）は、電動車両から回収されたバッテリであってもよい。

図４とともに図８を参照して、ステップ（以下、単に「Ｓ」と表記する）１１では、情報取得部３１０が、電池１００の電気抵抗を取得する。情報取得部３１０は、電池１００の充放電時の電圧及び電流を用いて電池１００の電気抵抗を取得することができる。情報取得部３１０は、充放電器４００を制御することにより、電池１００の充電及び放電を行なう。また、情報取得部３１０は、監視ユニット１１０から電池１００の電圧及び電流を取得する。Ｓ１１で取得される電池１００の電気抵抗が、本開示に係る「第１抵抗値」の一例に相当する。第１抵抗値としては、電池１００の電気抵抗の大きさを示す任意のパラメータを採用可能であるが、この実施の形態では、式「Ｒ＝（ＯＣＶ－ＣＣＶ）／Ｉ」で表わされるパラメータを採用する。この実施の形態では、情報取得部３１０が、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）からＣＣＶ（Closed Circuit Voltage）を減算した値を電流（Ｉ）で除算することにより、電気抵抗（Ｒ）を取得する。

Ｓ１２では、情報取得部３１０が、電池１００を圧縮する。Ｓ１２は、本開示に係る「第１圧縮工程」の一例に相当する。すなわち、情報取得部３１０は、アクチュエータ２００を制御して電池１００に外側（拘束部材３１，３２）から荷重を付与することにより、電池１００を圧縮する。Ｓ１２における荷重の大きさは任意に設定可能であるが、たとえば３ｋＮ以上１０ｋＮ以下であってもよい。この実施の形態では、Ｓ１２における荷重の大きさを１０ｋＮとする。

Ｓ１３では、情報取得部３１０が、Ｓ１２の処理により圧縮された状態の電池１００の電気抵抗を取得する。Ｓ１３で取得される電池１００の電気抵抗が、本開示に係る「第２抵抗値」の一例に相当する。第２抵抗値の取得方法は、第１抵抗値の取得方法と同じである。すなわち、情報取得部３１０は、前述した式「Ｒ＝（ＯＣＶ－ＣＣＶ）／Ｉ」に従って、電池１００の電気抵抗を算出する。

Ｓ１４では、第１判断部３２０が、第１圧縮工程（Ｓ１２）による電池１００の電気抵抗の低下量が所定値よりも大きいか否かを判断する。より具体的には、第１判断部３２０は、第１抵抗値（すなわち、Ｓ１１で取得された電池１００の電気抵抗）から第２抵抗値（すなわち、Ｓ１３で取得された電池１００の電気抵抗）を減算した値（以下、「抵抗低下量」とも称する）が所定の閾値（以下、「Ｔｈ１」とも称する）を超える場合に、Ｓ１４においてＹＥＳ（抵抗低下あり）と判断する。他方、抵抗低下量（＝第１抵抗値－第２抵抗値）がＴｈ１以下である場合には、第１判断部３２０は、Ｓ１４においてＮＯ（抵抗低下なし）と判断する。Ｔｈ１は、任意に設定可能であり、初期の電気抵抗（すなわち、初期状態の電池１００の電気抵抗）に基づいて設定されてもよい。この実施の形態では、初期の電気抵抗の１０％をＴｈ１とする。すなわち、初期の電気抵抗が１Ωであれば、０．１ΩをＴｈ１とする。

電極の歪みに起因した抵抗上昇が電池１００に生じていれば、第１圧縮工程（Ｓ１２）によって電極の歪みが低減することにより、電池１００の電気抵抗が低下する。すなわち、Ｓ１４においてＮＯと判断されることは、電極の歪みに起因した抵抗上昇が電池１００に生じていないことを意味する。他方、Ｓ１４においてＹＥＳと判断されることは、電極の歪みに起因した抵抗上昇が電池１００に生じていることを意味する。この実施の形態に係る制御装置３００は、第１判断部３２０による判断（Ｓ１４）の結果（ＹＥＳ／ＮＯ）に基づいて、電極の歪みに起因した抵抗上昇が電池１００に生じているか否かを的確に判断することができる。

Ｓ１４においてＮＯと判断された場合には、第２判断部３３０が、Ｓ１６において前述の第２診断処理を実行する。より具体的には、第２判断部３３０は、電極の歪みに起因した抵抗上昇が電池１００に生じていないことを示す情報を電池１００のタグＴＧに記録する。

なお、第２診断処理は、上記のような診断結果の記録に限られず、診断結果の報知であってもよい。報知の方法は任意であり、表示装置への表示（たとえば、文字又は画像の表示）でユーザに知らせてもよいし、スピーカにより音（音声を含む）でユーザに知らせてもよいし、所定のランプを点灯（点滅を含む）させてもよい。また、第２診断処理は、ユーザが携帯する携帯端末（たとえば、タブレット端末、スマートフォン、ウェアラブルデバイス、又はサービスツール）に診断結果を送信する処理を含んでもよい。

Ｓ１４においてＹＥＳ（抵抗低下あり）と判断された場合には、第２判断部３３０が、Ｓ１５において前述の第１診断処理（この実施の形態では、回復処理、及び回復履歴の記録）を実行する。図９は、図８のＳ１５において実行される第１診断処理（すなわち、電極の歪みに起因した抵抗上昇が二次電池に生じているときに実行される処理）の詳細を示すフローチャートである。

図４とともに図９を参照して、Ｓ２１では、第２判断部３３０が、電池１００を圧縮する。Ｓ２１は、本開示に係る「第２圧縮工程」の一例に相当する。すなわち、第２判断部３３０は、アクチュエータ２００を制御して電池１００に外側（拘束部材３１，３２）から荷重を付与することにより、電池１００を圧縮する。この実施の形態では、Ｓ２１における荷重が、Ｓ１２における荷重よりも大きい。Ｓ２１における荷重の大きさは任意に設定可能であるが、たとえば１５ｋＮ以上５０ｋＮ以下であってもよい。この実施の形態では、Ｓ２１における荷重の大きさを２０ｋＮとする。

Ｓ２２では、第２判断部３３０が、電池１００の放電と充電とを所定の回数繰り返す。Ｓ２２における充電及び放電は、第２圧縮工程（Ｓ２１）により電池１００に上記の荷重が付与された状態で実行される。第２判断部３３０は、充放電器４００を制御することにより、電池１００の充電及び放電を行なうことができる。Ｓ２２は、本開示に係る「回復工程」の一例に相当する。回復工程における充放電回数は任意に設定できるが、１回以上５０回以下であってもよい。この実施の形態では、予め実験又はシミュレーションによって求められた電極歪みの回復に適した回数を、上記所定の回数とする。上記放電により電池１００のＳＯＣが所定の第１ＳＯＣ値になり、上記充電により電池１００のＳＯＣが上記第１ＳＯＣ値から所定の第２ＳＯＣ値になる。第１ＳＯＣ値は、たとえば０％以上５０％以下である。第２ＳＯＣ値は、第１ＳＯＣ値よりも高く、たとえば６０％以上１００％以下である。この実施の形態では、第１ＳＯＣ値を０％、第２ＳＯＣ値を１００％とする。Ｓ２２においては、電池１００のＳＯＣを０％から１００％にする充電が所定の回数実行される。充放電レートは任意に設定できるが、たとえば１Ｃである。

上記Ｓ２２の処理により、電池１００の電極（たとえば、正極電極）の歪みが修復され、電池１００の電気抵抗は低下する。その後、第２判断部３３０は、Ｓ２３において、回復処理の履歴（たとえば、回復処理が行なわれた日付、第２圧縮工程の荷重、及び回復工程におけるＳＯＣ範囲、充放電回数、充放電レート）を示す情報を電池１００のタグＴＧに記録する。Ｓ２３の処理が実行されることによって、メインルーチン（図８の処理）のＳ１５が終了する。そして、Ｓ１５が終了することによって、図８の一連の処理が終了する。

以上説明したように、制御装置３００は、図８のＳ１１～Ｓ１４の処理を実行することにより、電極の歪みに起因した抵抗上昇が電池１００に生じているか否かを的確に判断することができる。また、制御装置３００によれば、必要に応じて、電池１００に回復処理（図８のＳ１５）を行なうことができる。回復処理によって電極の歪みが修復される。このため、電池１００の性能低下が回復した状態（すなわち、電池１００の電気抵抗が低下した状態）は、基本的には、圧縮が解除されても維持される。

上記実施の形態では、第１圧縮工程（図８のＳ１２）において、情報取得部３１０がアクチュエータ２００を制御して電池１００に外側から荷重を付与している。しかしこれに限られず、情報取得部３１０は、電池１００の負極電極を膨張させることにより、電池１００の正極電極を圧縮するように構成されてもよい。より具体的には、第１圧縮工程（図８のＳ１２）において、電池１００が拘束部材３１，３２に押さえられた状態（すなわち、電池１００の厚みが一定にされた状態）で、情報取得部３１０が充放電器４００を制御して電池１００のＳＯＣを負極電極が膨張するまで高めることにより正極電極を圧縮してもよい。こうした方法によれば、第１圧縮工程において電池１００の正極電極を容易に圧縮することができる。また、温度変動によって電池１００の負極電極を膨張させてもよい。たとえば、第１圧縮工程（図８のＳ１２）において、電池１００が拘束部材３１，３２に押さえられた状態で、電池１００の負極電極が膨張するまで電池１００の温度を高めてもよい。

図８のＳ１５においては、図９に示した処理の代わりに、図１０に示す処理が実行されてもよい。図１０は、図９に示した処理の変形例を示すフローチャートである。図１０の処理は、Ｓ２２（図９）に代えてＳ２２Ａ及びＳ２２Ｂを採用していること以外は、図９の処理と同じである。以下、Ｓ２２Ａ及びＳ２２Ｂについて説明する。

図４とともに図１０を参照して、Ｓ２２Ａでは、第２判断部３３０が、電池１００のＳＯＣを第１ＳＯＣ値（たとえば、０％）にする放電と、電池１００のＳＯＣを第１ＳＯＣ値から第２ＳＯＣ値（たとえば、１００％）にする充電とを実行する。その後、第２判断部３３０は、Ｓ２２Ｂにおいて、電池１００の電気抵抗が所定の閾値（以下、「Ｔｈ２」とも称する）以下であるか否かを判断する。Ｔｈ２は、任意に設定可能であり、初期状態の電池１００の電気抵抗に基づいて設定されてもよい。Ｓ２２Ａ及びＳ２２Ｂの処理は、第２圧縮工程（Ｓ２１）により電池１００に荷重が付与された状態で実行される。Ｓ２２ＢにおいてＮＯと判断されている期間は、Ｓ２２Ａ及びＳ２２Ｂの処理が繰り返し実行される。Ｓ２２Ａの処理が実行されるたびに電池１００の電気抵抗が低下する傾向がある。そして、Ｓ２２ＢにおいてＹＥＳ（電気抵抗がＴｈ２以下である）と判断されると、処理はＳ２３に進む。なお、Ｓ２２Ａ及びＳ２２Ｂの処理回数が所定回数を超えてもＳ２２ＢにおいてＹＥＳと判断されない場合には、タイムアウトにより図１０の処理を中止してもよい。

図１０に示す処理によれば、電池１００を圧縮するための荷重が電池１００に付与された状態で、電池１００を所定ＳＯＣ値以下にするための放電と、所定ＳＯＣ値以下に放電された電池１００の充電とが、電池１００の電気抵抗が所定値以下になるまで繰り返し実行される。このように放電と充電とを繰り返すことで、電池１００の電気抵抗を十分低下させやすくなる。なお、Ｓ２２Ｂにおいて電池１００の電気抵抗を測定する際に第２圧縮工程（Ｓ２１）による圧縮を一時的に解除して、電池１００が圧縮されていない状態で電池１００の電気抵抗を測定してもよい。

上記実施の形態及び変形例では、図８のＳ１５において、電池１００を圧縮するための荷重を電池１００に付与した状態で電池１００の放電及び充電を行なっている。本願発明者は、こうした回復処理の効果を検証するために、正極「ＮＣＭ」、負極「カーボン」、セパレータ「ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ」、容量２５Ａｈの巻回型リチウムイオン二次電池を用意し、このリチウムイオン二次電池に電極の歪みに起因した抵抗上昇を生じさせた。これにより、リチウムイオン二次電池の容量が初期状態と比較して３０％低下し、リチウムイオン二次電池の電気抵抗が初期状態と比較して６０％増加した。そして、こうしたリチウムイオン二次電池に対して、以下に示す条件で回復処理を行なった。

温度：約２５℃
圧縮荷重：２０ｋＮ
ＳＯＣ範囲：０％～１００％
充放電レート：１Ｃ
回復処理時間：１時間
上記回復処理により、リチウムイオン二次電池の容量が初期状態と比較して２０％低下まで回復し、リチウムイオン二次電池の電気抵抗が初期状態と比較して４０％増加まで回復した。すなわち、上記回復処理により、電極の歪みを回復させて、電極の歪みに起因した抵抗上昇を抑制することができた。また、比較のため、上記回復処理の代わりに、電池１００を６０℃で４０時間放置する処理を行なった。しかし、こうした高温処理によっては、電極の歪みに起因した抵抗上昇は回復しなかった。

第１診断処理が回復処理を含むことは必須ではない。第２判断部３３０は、第１判断部３２０により「抵抗低下あり」と判断された場合に、第１診断処理として診断結果の記録のみを行なってもよい。第２判断部３３０は、診断が終了したときに、診断結果（歪み有り／歪み無し）をタグＴＧに記録するように構成されてもよい。また、第２判断部３３０は、診断が終了したときに、診断結果の記録に加えて又は代えて、診断結果の報知を行なうように構成されてもよい。

図８の処理によって診断及び／又は修復された電池１００は、電動車両に搭載されてもよい。電池１００は、荷重が加えられた状態（すなわち、拘束された状態）で電動車両に搭載されてもよい。電動車両における電池１００の荷重の大きさは、電池１００のタグＴＧに記憶された回復処理の履歴に基づいて決定されてもよい。

図８の処理によって診断及び／又は修復された複数の電池１００を用いて、組電池を製造してもよい。タグＴＧに記憶された回復処理の履歴に基づいて、組電池の製造に用いる二次電池を選別してもよい。タグＴＧに記憶された回復処理の履歴が示す荷重が同程度の二次電池を集めて組電池を製造し、製造された組電池を電動車両に搭載してもよい。図１１は、組電池の一例を示す図である。

図１１を参照して、組電池６００は、交互に配置された複数の電池１００と複数のスペーサ６１０とを備える。スペーサ６１０は、たとえば樹脂製の板材である。ただしこれに限られず、スペーサ６１０の形状及び材料は適宜変更可能である。複数の電池１００の各々は、たとえば同程度の荷重で回復処理（図８のＳ１５）が行なわれたリチウムイオン二次電池である。複数の電池１００の各々は、正極端子５１と負極端子５２とガス放出弁５３とを備える。複数の電池１００は、互いに電気的に直列に接続されている。詳しくは、組電池６００を構成する複数の電池１００は、１個ずつ向きを反転させられながら配列されている。そして、一の電池１００の正極端子５１と、隣接する別の電池１００の負極端子５２とは、接続部材６２０（たとえば、バスバー）によって電気的に接続されている。組電池６００の配列方向Ｄの両端には、拘束板６３１，６３２が配置されている。また、拘束板６３１と拘束板６３２とは、拘束バンド６４１を介して互いに接続されている。拘束バンド６４１と拘束板６３１，６３２とは、ビス６４２によって連結されている。ビス６４２を締め付けることにより、複数の電池１００の各々を圧縮することができる。ビス６４２によって、複数の電池１００と複数のスペーサ６１０とに加わる圧力（拘束力）を調整できる。拘束力は、各電池１００のタグＴＧ（図４）に記憶された回復処理の履歴に基づいて決定されてもよい。

上記実施の形態では、巻芯４０（図６）が弾性材料を含む。しかし、巻芯４０は弾性材料を含まなくてもよい。巻芯４０を硬い材料で形成することで、平坦部２０ａが強く圧縮されやすくなる。

上記実施の形態では、リチウムイオン二次電池の負極電極として炭素系電極を採用している。しかしこれに限られず、負極電極の材料は適宜変更可能である。たとえば、リチウムイオン二次電池の負極電極はシリコン系電極であってもよい。炭素系材料の代わりに、シリコン系材料（たとえば、シリコン、シリコン合金、又はＳｉＯ）を採用してもよい。また、正極電極の材料も適宜変更可能である。

診断対象となる二次電池は、液系リチウムイオン二次電池に限られず、他の液系二次電池（たとえば、ニッケル水素二次電池）であってもよいし、全固体二次電池であってもよい。診断対象となる二次電池は、巻回型の二次電池ではなく、多層平板型（スタック型）の二次電池であってもよい。また、診断対象となる二次電池は、車両用の二次電池に限定されず、定置用の二次電池であってもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 診断装置、１０ ケース、２０ 電極巻回体、２０ａ 平坦部、２０ｂ 湾曲部、２１ 正極シート、２１ａ 正極集電体、２１ｂ 正極活物質層、２２ 負極シート、２２ａ 負極集電体、２２ｂ 負極活物質層、２３ セパレータ、３１，３２ 拘束部材、４０ 巻芯、５１ 正極端子、５２ 負極端子、５３ ガス放出弁、１００ 電池、１１０ 監視ユニット、２００ アクチュエータ、３００ 制御装置、３１０ 情報取得部、３２０ 第１判断部、３３０ 第２判断部、４００ 充放電器、５００ 電源、６００ 組電池、６１０ スペーサ、６２０ 接続部材、６３１，６３２ 拘束板、６４１ 拘束バンド、６４２ ビス、Ｃ 巻回軸、ＴＧ タグ。

Claims (9)

1. 正極電極と負極電極とが交互に配置された構造を有する二次電池の診断装置であって、
   圧縮前の前記二次電池の電気抵抗の大きさを示す第１抵抗値を取得した後、前記二次電池の少なくとも一部を圧縮し、圧縮後の前記二次電池の電気抵抗の大きさを示す第２抵抗値を取得する情報取得部と、
   前記第１抵抗値と前記第２抵抗値とを用いて、前記圧縮による前記二次電池の電気抵抗の低下量が所定値よりも大きいか否かを判断する第１判断部と、
   前記第１判断部による判断結果を用いて、電極の歪みに起因した抵抗上昇が前記二次電池に生じているか否かを判断する第２判断部とを備える、二次電池の診断装置。
2. 前記第２判断部は、前記電極の歪みに起因した抵抗上昇が前記二次電池に生じていると判断した場合に、所定の回復処理を実行するように構成され、
   前記所定の回復処理は、前記二次電池を圧縮するための荷重を前記二次電池に付与した状態で、所定ＳＯＣ値以下に放電された前記二次電池の充電を行なうことを含む、請求項１に記載の二次電池の診断装置。
3. 前記所定の回復処理は、前記二次電池を圧縮するための荷重を前記二次電池に付与した状態で、前記二次電池を前記所定ＳＯＣ値以下にするための放電と、前記所定ＳＯＣ値以下に放電された二次電池の充電とを、前記二次電池の電気抵抗が所定値以下になるまで繰り返し行なうことを含む、請求項２に記載の二次電池の診断装置。
4. 前記情報取得部は、前記二次電池に外側から荷重を付与することにより、前記二次電池を圧縮するように構成される、請求項１～３のいずれか１項に記載の二次電池の診断装置。
5. 前記情報取得部は、前記二次電池の前記負極電極を膨張させることにより、前記二次電池の前記正極電極を圧縮するように構成される、請求項１～３のいずれか１項に記載の二次電池の診断装置。
6. 正極電極と負極電極とが積層された構造を有する二次電池の回復方法であって、
   前記二次電池の少なくとも一部を圧縮する第１圧縮工程と、
   前記第１圧縮工程による前記二次電池の電気抵抗の低下量が所定値よりも大きい場合に、前記二次電池に外側から荷重を付与することにより前記二次電池を圧縮する第２圧縮工程と、
   前記第２圧縮工程により前記二次電池が圧縮された状態で、所定ＳＯＣ値以下に放電された前記二次電池の充電を行なう回復工程とを含む、二次電池の回復方法。
7. 前記二次電池は、リチウムイオン二次電池であり、
   前記二次電池の前記負極電極は、炭素系電極又はシリコン系電極である、請求項６に記載の二次電池の回復方法。
8. 前記第１圧縮工程では、前記負極電極が膨張するまで前記二次電池のＳＯＣを高めることにより前記正極電極を圧縮する、請求項７に記載の二次電池の回復方法。
9. 前記正極電極と前記負極電極とはセパレータを介して交互に配置された状態で巻芯に巻回されて電極巻回体を形成しており、
   前記巻芯は、前記電極巻回体の巻回軸に垂直な方向を長手方向とし、
   前記巻芯は、弾性材料を含み、前記電極巻回体から受ける押圧力によって前記長手方向に伸びるように構成される、請求項６～８のいずれか１項に記載の二次電池の回復方法。

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