JP7241946B1 - 測定治具、測定装置、バイポーラ型電池及びバイポーラ型電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物の面内方向の電圧、電流及び抵抗の少なくとも一つを測定して測定対象物の不具合を正確に検出することができる測定治具及び測定装置を提供すること。
【解決手段】板状の測定対象物の厚み方向の電流、電圧及び抵抗のいずれかを測定するための測定治具である。上記測定治具は、一方の上記集電体と接触する複数の接触点を有する接触部と、上記接触部と連結されて外部に配置された測定装置と接続する接続部を有するタブ部と、複数の上記接触点と上記接続部とを接続する複数の測定配線と、を有し、複数の上記測定配線の電気抵抗が等しい。
【選択図】図５

Description

本発明は、測定対象物の電圧、電流及び抵抗のいずれかを測定するための測定治具、この測定治具を用いて測定対象物の面内方向における電圧、電流及び抵抗のいずれかを測定する測定装置及びこの測定装置を用いて測定した単電池を積層したバイポーラ型電池及びバイポーラ型電池の製造方法に関する。

近年、複数の単電池を積層した積層型電池が多く生産されている。この積層型電池において、厚み方向の電流が面内方向の一部に集中すると、電流が集中した部分で過充電及び過放電されて、劣化が進みやすくなる。特許文献１には、このような電流集中を検出するため、二次電池の面内方向における電流分布の測定方法が開示されている。

特許文献１の二次電池の面内方向における電流分布の測定方法では、二次電池の集電体層の面内方向の複数の箇所と他方の集電体層との過電圧を測定することで、面内方向の電流分布を測定する方向を開示している。

特開２０２０－３４３２６号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、正極集電体層に接続する複数のセンサータブの長さが異なる。そのため、センサータブは長さの差による抵抗の差があり、測定電圧のばらつきの原因となる。このような場合において、センサータブの抵抗差に基づいて補正を行うことが考えられるが、センサータブの長さの差による抵抗以外のばらつきの要因が含まれる場合もあり、補正後のデータの信頼性を高めることが難しい。

そこで本発明は、測定対象物の面内方向の電圧、電流及び抵抗の少なくとも一つを測定して測定対象物の不具合を正確に検出することができる測定治具及び測定装置を提供することを目的とする。

また、厚み方向に流れる電流の面内方向のばらつきが少ないバイポーラ型電池及びバイポーラ型電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の例示的な測定治具は、板状の測定対象物の厚み方向の電流、電圧及び抵抗のいずれかを測定する。上記測定治具は、厚み方向一方の面と接触する複数の接触点を有する接触部と、上記接触部と連結されて外部に配置された測定装置と接続する接続部を有するタブ部と、複数の上記接触点と上記接続部とを接続する複数の測定配線と、を有する。上記測定治具において、複数の上記測定配線の長さが等しい。

本発明の例示的な測定装置は、上記測定治具を用いて上記測定対象物の厚み方向の電圧、電流及び抵抗の少なくとも一つを測定する。上記測定装置は、少なくとも正極側に前記測定治具を用いる。

本発明の例示的なバイポーラ型電池の製造方法は、上記測定装置を用いて単電池の面内方向の抵抗分布を測定し、上記抵抗分布が予め決められた基準を満たす前記単電池のみを積層する。

本発明の例示的な測定治具及び測定装置によれば、測定対象物の面内方向の電圧、電流及び抵抗の少なくとも一つを測定して測定対象物の不具合を正確に検出できる。

本発明の例示的なバイポーラ型電池によれば、電力集中が発生しにくく、劣化を抑制できる。

本発明の例示的なバイポーラ型電池の製造方法によれば、電力集中が発生しにくいバイポーラ型電池を製造することができる。

本実施形態にかかる例示的な測定装置の概略図である。 測定装置の電気的な接続を示すブロック図である。 測定対象物である単電池の一例を模式的に示す一部切り欠き斜視図である。 単電池の分解斜視図である。 測定治具の概略平面図である。 測定治具の基準点及び接触点の近傍を切断した概略断面図である。 バッテリーモジュールの一例を模式的に示す一部切り欠き斜視図である。 バッテリーモジュールの製造方法を示すフローチャートである。 変形例の測定治具の平面図である。 バッテリーモジュールの製造方法の他の例の一部を示すフローチャートである。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜測定装置１００＞
図１は、本実施形態にかかる例示的な測定装置１００の概略図である。図２は、測定装置１００の電気的な接続を示すブロック図である。図１、図２に示すように測定装置１００は、制御部１と、一対の測定治具２と、を有する。測定装置１００は、測定治具２を用いて測定対象物３の厚み方向の電圧、電流及び抵抗の少なくとも一つを測定する。なお、本実施形態の測定装置１００は、測定対象物３の厚み方向の抵抗を測定できる。

測定対象物３としては、例えば、バイポーラ型の二次電池が挙げられる。なお、図１に示すように、本実施形態の測定装置１００で抵抗を測定する測定対象物３は、いわゆる、単電池３０とする。例えば、順に積層された一組の正極樹脂集電体３４（図３参照）、正極活物質層３５（図３参照）、セパレータ３３（図３参照）、負極活物質層３７（図３参照）及び負極樹脂集電体３６（図３参照）を有する。しかしながら、これに限定されず、単電池３０を厚み方向に積層した積層型の二次電池であってもよい。

さらには、測定装置１００の測定対象物３は、電池本体に限定されない。測定対象物３としては、例えば、樹脂集電体、樹脂集電体に活物質層が積層された電極シート、及び、電極シートにセパレータが組み合わされたセパレータ付き電極シート等を挙げることができる。

測定装置１００は、本体部１０１と、一対の端子保持部１０２と、移動機構１０３とを有する。本体部１０１は、測定装置１００の筐体である。図１では、直方体形状で示しているが、この形状に限定されるものではない。端子保持部１０２を移動可能に支持することができる構成を広く採用することができる。

一対の端子保持部１０２は、上下に対向するように配置される。そして、一対の端子保持部１０２は、互いに接近及び離間可能なように、本体部１０１に支持されている。図１に示す測定装置１００において、下側に配置された端子保持部１０２には、正極端子２０１が保持される。また、上側に配置された端子保持部１０２には、負極端子２０２が保持される。すなわち、測定装置１００は、測定対象物３の厚み方向の一方側に正極として接触する正極端子２０１と、測定対象物３の厚み方向の他方側に負極として接触する負極端子２０２と、を有する。なお、詳細は後述するが、正極端子２０１及び負極端子２０２として、測定治具２が用いられる。

一対の端子保持部１０２が接近することで、正極端子２０１及び負極端子２０２が、単電池３０のそれぞれ正極３１及び負極３２と接触する。なお、測定装置１００において、端子保持部１０２の一方は本体部１０１に固定され、他方の端子保持部１０２が移動するようにしてもよい。

移動機構１０３は、例えば、不図示のモータ等の動力源を有する。そして、動力源によって、端子保持部１０２を上下に移動させる。移動機構１０３は、制御部１に接続されて、制御部１によって制御される。

制御部１は、定電圧回路１１と、電流測定回路１２と、処理回路１３と、記憶回路１４と、を有する。処理回路１３は、例えば、測定装置１００の各部の制御を行う制御処理、演算処理等の処理を実行可能な回路である。処理回路１３には、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算回路が含まれる。処理回路１３は、例えば、移動機構１０３の制御処理、単電池３０の抵抗値の演算処理等を実行可能な回路構成を有する。

記憶回路１４は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリー、フラッシュメモリー等の可搬性を有するメモリー及びハードディスク等の記憶媒体等を含む又はこれらが接続された回路である。記憶回路１４は、測定装置１００の制御に必要な各種数値、測定値等が記憶される。なお、記憶回路１４に制御プログラム、演算プログラム等の各種プログラムを記憶しておき、必要に応じて記憶回路１４からプログラムを呼び出して、処理回路１３で実行して、各種制御、演算処理等を行うようにしてもよい。

正極端子２０１及び負極端子２０２は、制御部１に接続される。さらに詳しく説明すると、正極端子２０１は、定電圧回路１１に接続され、負極端子２０２は、電流測定回路１２に接続される。定電圧回路１１は、正極端子２０１に一定の電圧を供給する回路である。本実施形態にかかる測定装置１００において、定電圧回路１１としては、公知の回路構成を採用している。電流測定回路１２は、負極端子２０２に流れる電流を測定する。本実施形態の測定装置１００において、電流測定回路１２としては、公知の回路構成を採用している。

図２に示すように、定電圧回路１１、正極端子２０１、負極端子２０２及び単電池３０は、電気回路を構成する。定電圧回路１１から正極端子２０１に電圧が供給されると、正極端子２０１と負極端子２０２との間に一定の電圧が印加される。つまり、正極端子２０１及び負極端子２０２が接続された単電池３０に一定の電圧が印加される。これにより、単電池３０に電流が流れる。この電流は、負極端子２０２に流れ、電流測定回路１２によって測定される。

処理回路１３は、定電圧回路１１が印加した電圧値と、電流測定回路１２が測定した電流値とに基づいて、抵抗値を算出する。そして、処理回路１３は、印加された電圧値、測定された電流値及び抵抗値をそれぞれ関連付けて、記憶回路１４に記憶する。記憶回路１４には、例えば、データベースが備えられており、電圧値、電流値及び抵抗値は、データベースに格納される。

なお、制御部１は、定電圧回路１１から測定対象物３に電圧を印加できる。そのため、制御部１の定電圧回路１１を用いて、測定対象物３の充電ができるようになっていてもよい。この場合、一旦充電した単電池３０の正極３１と負極３２とに負荷を繋ぎ、負荷を流れる電流を測定して単電池３０の内部抵抗を算出するようにしてもよい。

また、本実施形態の測定装置は、バイポーラ型電池の厚み方向の抵抗を測定する測定装置１００であるが、これに限定されない。例えば、一定の電圧を印加したときの電流を測定する電流測定装置であってもよいし、充電時の電圧を測定する電圧測定装置であってもよい。

＜単電池３０＞
以下に、単電池３０について図面を参照して説明する。図３は、測定対象物３である単電池３０の一例を模式的に示す一部切り欠き斜視図である。図４は、単電池３０の分解斜視図である。図３、図４に示すように、単電池３０は、平面視において略正方形の平板状であり、厚み方向の下面が正極３１、上面が負極３２である。

図３、図４に示すように、単電池３０は、正極３１と、負極３２と、セパレータ３３と、を有する。正極３１と負極３２とがセパレータ３３を介して積層される。つまり、単電池３０は、下から、正極３１、セパレータ３３、負極３２の順に積層して形成される。正極３１と負極３２とを積層することで、単電池３０が形成される。なお、本実施形態において、単電池３０は、リチウムイオン電池とする。正極３１、負極３２及びセパレータ３３は、公知のリチウムイオン電池に用いられる構成と同様の構成を有する。

図３、図４に示すように、正極３１は、正極樹脂集電体３４と、正極活物質層３５と、を有する。正極樹脂集電体３４は、導電性を有する樹脂であり、単電池３０の厚み方向から見て略正方形状である。また、正極活物質層３５は、正極樹脂集電体３４の表面（ここでは、上面）に積層される。正極活物質層３５は、正極活物質と、導電助剤と、被覆用樹脂とを含む。正極活物質、導電助剤及び被覆用樹脂には、例えば、公知のリチウムイオン電池に用いられる物質が使用される。

また、負極３２は、負極樹脂集電体３６と、負極活物質層３７とを有する。負極樹脂集電体３６は、導電性を有する樹脂であり、単電池３０の厚み方向から見て略正方形状である。なお、正極樹脂集電体３４と負極樹脂集電体３６とは、同じ材料で形成されてもよく、異なる材料で形成されてもよい。負極活物質層３７は、負極樹脂集電体３６の表面（ここでは、下面）に積層される。負極活物質層３７は、負極活物質と、導電助剤と、被覆用樹脂と、を含む。負極活物質、導電助剤及び被覆用樹脂には、例えば、公知のリチウムイオン電池に用いられる物質が使用される。

また、正極活物質層３５及び負極活物質層３７には電解液が含まれる。電解液としては、例えば、公知のリチウムイオン電池に用いられる電解質及び非水溶媒を含有する公知の電解液を使用している。

正極３１、負極３２及びセパレータ３３は、環状の枠部材３８に取付られる。さらに説明すると、正極活物質層３５が枠部材３８の内部に配置されて、正極樹脂集電体３４の周縁部が枠部材３８の下面に固定される。また、負極活物質層３７が枠部材３８の内部に配置されて、負極樹脂集電体３６の周縁部が枠部材３８の上面に固定される。そして、セパレータ３３は、正極活物質層３５及び負極活物質層３７を分離するように配置されて、枠部材３８に固定される。つまり、単電池３０において、正極活物質層３５、セパレータ３３及び負極活物質層３７は、正極樹脂集電体３４、負極樹脂集電体３６及び枠部材３８にて封止される。

正極樹脂集電体３４とセパレータ３３との間の間隔、及び、負極樹脂集電体３６とセパレータ３３との間の間隔は単電池３０の容量に応じて調整される。つまり、正極樹脂集電体３４、負極樹脂集電体３６及びセパレータ３３の位置は、単電池３０が予め決められた容量を有するように定められる。

単電池３０において、枠部材３８は、正極樹脂集電体３４とセパレータ３３との間隔、負極樹脂集電体３６とセパレータ３３との間隔を適切に維持するために用いられる。

正極樹脂集電体３４及び負極樹脂集電体３６は、導電性高分子材料からなる樹脂集電体である。樹脂集電体の形状は、特に限定されず、導電性高分子材料からなるシート状の集電体、及び、導電性高分子材料で構成された微粒子からなる堆積層等であってもよい。

樹脂集電体を構成する導電性高分子材料としては、例えば、導電性高分子樹脂に必要に応じて導電剤を添加したもの等を挙げることができる。また、導電性高分子材料を構成する導電剤としては、正極活物質に含まれる導電助剤と同様のものを採用することができる。

導電性高分子材料を構成する樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。

電気的安定性の観点から、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）及びポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリメチルペンテン（ＰＭＰ）である。

単電池３０は、以上示した構成を有する。なお、本実施形態の単電池３０は、厚み方向から見て略正方形状であるが、これに限定されない。例えば、長方形状であってもよい。さらには、円形、楕円形、多角形状（三角形状、四角形状等）であってもよい。単電池３０の平面視の形状は、特に限定されないが、後述の組電池４２の運搬及び設置等の汎用性を考慮して、略正方形状又は略長方形状であることが好ましい。

また、本実施形態の測定装置１００の測定対象物３は、単電池３０に限定されない。例えば、正極樹脂集電体３４、負極樹脂集電体３６、正極樹脂集電体３４に正極活物質層３５が積層された正極３１、負極樹脂集電体３６に負極活物質層３７が積層された負極３２、正極３１にセパレータ３３が組み合わされたセパレータ付き正極３１、又は、負極３２にセパレータ３３が組み合わされたセパレータ付き負極３２であってもよい。

＜測定治具２＞
上述した構成の平板状の樹脂集電体は、厚み方向の抵抗に対して、厚み方向と直交する方向（平面に沿う方向、以下、面内方向と称する）の抵抗が大きい。例えば、厚み方向の抵抗が数Ω～数十Ωであるのに対し、面内方向の抵抗が数ｋΩ以上である。

そのため、単電池３０の正極３１及び負極３２それぞれの一点に回路を接続して電圧を印加した場合、接続点から離れるほど、電圧が低下する。測定装置において、面内方向の電圧が変化すると、厚み方向の正確な抵抗を測定することが困難である。そのため、本発明にかかる正極端子２０１及び負極端子２０２として測定治具２が用いられる。このことにより、測定装置１００では、単電池３０に対して面方向に略均一な電圧が印加可能になる。

正極端子２０１及び負極端子２０２として用いられる測定治具２の詳細な構成について図面を参照して説明する。図５は、測定治具２の概略平面図である。図６は、測定治具２の基準点及び接触点の近傍を切断した概略断面図である。

図１に示すように、測定装置１００において、正極端子２０１と負極端子２０２には、いずれも測定治具２が用いられる。つまり、測定装置１００において、正極側に測定治具２を用いている。また、負極端子２０２にも測定治具２が用いられる。つまり、正極端子２０１及び負極端子２０２には、同じ構成及び形状の測定治具２が用いられる。

一対の測定治具２は、測定対象物３（ここでは、単電池３０）の厚み方向の電流、電圧及び抵抗のいずれかを測定する。図５に示すように、測定治具２は、接触部２１と、タブ部２２と、測定配線２３とを有する。

本実施形態にかかる測定治具２では、接触部２１及びタブ部２２は、例えば、ポリイミド等の可撓性を有する樹脂で形成される。すなわち、測定治具２の測定配線２３が配置される部分が、プリント基板で形成されている。なお、プリント基板としては、リジット基板、フレキシブル基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）及びこれらを組み合わせた基板等を挙げることができる。リジット基板を用いることで、耐久性を高めることが可能である。また、フレキシブル基板を用いることで、測定対象物３の表面に凹凸がある場合にも確実に接触させることができる。

本実施形態において、測定治具２は、多層基板であり、測定配線２３は、接触部２１及びタブ部２２の厚み方向の中間部に形成される。このように構成することで測定配線２３が外部に露出することを抑制し、漏電、放電等を抑制することが出きる。また、測定配線２３同士の短絡を抑制することも可能である。

接触部２１は、正極樹脂集電体３４又は負極樹脂集電体３６の一方と接触する。図５に示すように、本実施形態にかかる測定治具２の接触部２１は、平面視、略正方形状である。

平面視において、接触部２１は、樹脂集電体３４、３６と接触する複数の接触点２１１を有する。複数の接触点２１１は、周期的に配列される。図５に示すように、接触点２１１は、第１方向Ｄ１に等間隔で配列されるとともに、第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２にも等間隔で配列される。

さらに詳しく説明すると、本実施形態の測定治具２において、第１方向Ｄ１は、略正方形状の接触部２１の１辺と平行に延びる方向であり、第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と直交する方向である。図５に示すように、接触点２１１は、第１方向Ｄ１に間隔Ｗで配列され、第２方向Ｄ２にも間隔Ｗで配列される。なお、接触点２１１の配列は、第１方向Ｄ１の間隔と、第２方向Ｄ２の間隔とが、異なっていてもよい。さらに、周期的に配列されていればよく、交差する２方向に沿って配列されるものに限定されない。例えば、平面を埋める正三角形の頂点に位置するように配置されてもよい。

図６に示すように、接触点２１１は、スルーホール２１２と、ランド２１３とを有する。スルーホール２１２は、接触部２１を厚み方向に貫通する。スルーホール２１２は、測定配線２３の後述する分岐配線２３２とランド２１３と、を電気的に接続する。

接触点２１１の厚み方向の両端は、接触部２１の外面に配置されたランド２１３を有する。ランド２１３は、接触部２１の厚み方向の両端面に形成されている。すなわち、ランド２１３は、スルーホール２１２と電気的に接続され、測定治具２の外部に露出している。

測定治具２を正極３１及び負極３２に取り付けたとき、ランド２１３が正極樹脂集電体３４及び負極樹脂集電体３６と接触する。これにより、一対の測定治具２が、正極３１及び負極３２に電気的接続される。すなわち、測定治具２を測定対象物３に取り付けたとき、ランド２１３が測定対象物３と接触する。

なお、測定治具２において、ランド２１３が接触部２１の厚み方向の両面に形成されていることで、測定治具２の両面を測定に利用できる。なお、測定治具２の接触面が決められている場合、接触部２１の一方の面にランド２１３を形成し、スルーホール２１２に替えて、ランド２１３と分岐配線２３２とを接続するビアホールを採用してもよい。

そして、接触部２１には、複数の個別領域Ａｒが設定されている。個別領域Ａｒは、平面視、正方形状であり、個別領域Ａｒは接触部２１に隙間なく敷き詰められて設定されている。各個別領域Ａｒの中心に接触点２１１が配置されている。つまり、個別領域Ａｒの境界線は、隣り合う接触点２１１を繋いだ線分の中心を通り、この線分に対して垂直な線である。

接触部２１には、近接して配置される複数（ここでは、４個）の接触点２１１と電気的に接続される基準点２１０が配置される。詳しくは、平面視において、基準点２１０は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に隣り合う４個の接触点２１１を頂点とする正方形状の領域の中心に配置される。つまり、基準点２１０と、基準点２１０と近接する４個の接触点２１１のそれぞれとの距離は、同じである。また、接触点２１１の周囲に配置される４個の個別領域Ａｒは、測定領域Ｂｒを構成する。すなわち、測定領域Ｂｒは、正方形状であり、各頂点を含むように個別領域Ａｒが敷き詰められているともいえる。

なお、本実施形態の測定治具２では、接触部２１に１６個の測定領域Ｂｒが設定されているが、これに限定されない。測定領域Ｂｒは、接触部２１に敷き詰めることができるとともに、複数の個別領域Ａｒに分割可能な形状を広く採用することができる。また、個別領域Ａｒと測定領域Ｂｒは、相似形でなくてもよい。例えば、個別領域Ａｒを正三角形状とし、個別領域Ａｒを６個並べて形成された正六角形状の測定領域Ｂｒをとしてもよい。個別領域Ａｒに設けられる接触点２１１のすべてと同じ距離に基準点２１０を配置できる形状の個別領域Ａｒ及び測定領域Ｂｒを広く採用することができる。

タブ部２２は、接触部２１と連結される。本実施形態の測定治具２では、略正方形状の接触部２１の一辺（図４に示す接触部２１の底辺）の中央に連結される。接触部２１とタブ部２２とは、一体的に形成される。なお、接触部２１とタブ部２２とは、異なる部材として形成した後、接続するようにしてもよい。

そして、タブ部２２は、平面視矩形の平板状であり、複数の接続部２２１を有する。接続部２２１は、制御部１に接続される。さらに詳しく説明すると、正極端子２０１として用いられる測定治具２の接続部２２１は、定電圧回路１１に接続し、負極端子２０２として用いられる測定治具２の接続部２２１は、電流測定回路１２に接続する（図２参照）。接続部２２１の個数は、基準点２１０の個数と同数である。なお、複数の接続部２２１は、タブ部２２の接触部２１と反対側と接続する部分と反対側の端部に配置される。

測定配線２３は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金等の導電性材料で形成された導電性の箔である。測定配線２３は、主配線２３１と、分岐配線２３２とを有する。主配線２３１は、基準点２１０と、複数の接続部２２１とをそれぞれ、個別に電気的に接続する。測定治具２において、複数の測定配線２３の電気抵抗が等しい。このように構成することで、配線の電気抵抗が異なることによる測定される電流値のばらつきを抑制できる。

以下、主配線２３１の詳細について説明する。主配線２３１は、接触部２１及びタブ部２２に配置される。主配線２３１のタブ部２２に配置される部分は、タブ部２２の短手方向に並列に配置される。また、接触部２１に配置される主配線２３１は、測定領域Ｂｒの境界近傍を通って、接続される基準点２１０が配置される測定領域Ｂｒまで引きまわされる。詳しく説明すると、図４に示すように、測定領域Ｂｒは、接触部２１の第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に４個ずつ並んで配置される。

左の２列の測定領域Ｂｒのそれぞれに配置される基準点２１０に接続する主配線２３１は、２列の測定領域Ｂｒの中央の境界線に沿って上方に向かって配線される。対応する測定領域Ｂｒの位置に到達した各主配線２３１は、それぞれ、測定領域Ｂｒに向かって延びる。

接触部２１の測定領域Ｂｒは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に並んで配置されている。そのため、接触部２１のタブ部２２の連結部分から各測定領域Ｂｒまでの距離は、それぞれ異なる。そこで、接触部２１では、測定領域Ｂｒ内部を折り返しつつ配線して、全ての主配線２３１の長さが一定になるようにしている。このようにすることで、全ての主配線２３１の電気抵抗が等しくなる。

また、分岐配線２３２は、基準点２１０と、基準点２１０の近傍に配置された４個の接触点２１１それぞれと、を接続する。つまり、４本の分岐配線２３２が１つの基準点２１０に接続されている。１つの基準点２１０に接続された分岐配線２３２は、等長であり、さらには、分岐配線２３２は、配置される測定領域Ｂｒにかかわらず同じ長さである。

すなわち、主配線２３１と分岐配線２３２を有する測定配線２３は、複数の接触点２１１と接続部２２１とをそれぞれ電気的に接続する。上述のとおり、主配線２３１は等長である。また、基準点２１０に接続された分岐配線２３２も等長である。

つまり、本実施形態の測定治具２では、複数の測定配線２３の長さが等しい。このようにすることで、複数の測定配線２３の電気抵抗を等しくすることができる。また、複数の測定配線２３の電気抵抗が等しければよく、上述した構成に限定されない。

なお、本実施形態の測定治具２は、接続部２２１と基準点２１０とを主配線２３１で接続し、基準点２１０と接触点２１１とを分岐配線２３２で接続している。しかしながら、これに限定されない。測定配線２３を配置することができる構成であれば、測定配線２３を１つの配線として、接続部２２１と接触点２１１を直接接続するようにしてもよい。このときも、全ての測定配線２３は同じ長さである。

そして、図１に示すように、測定装置１００において、一対の端子保持部１０２に保持された、正極端子２０１の測定治具２の各接触点２１１と、負極端子２０２の測定治具２の各接触点２１１とが、厚み方向に重なる。

測定装置１００は、以上示した構成を有する。次に、測定装置１００を使用して単電池３０の抵抗を測定する手順について説明する。

図１に示すように、測定装置１００の一対の端子保持部１０２の間に単電池３０が配置される。このとき、測定装置１００は、図示を省略した固定具にて固定されている。この状態で、移動機構１０３を動作させて、一対の端子保持部１０２を接近するように移動させる。

これにより、正極端子２０１及び負極端子２０２は、各測定領域Ｂｒが単電池３０の厚み方向に正確に重なるように、単電池３０の正極３１及び負極３２にそれぞれ接触する。つまり、測定装置１００では、単電池３０の正極３１の正極樹脂集電体３４に正極端子２０１が位置決めして固定され、負極３２の負極樹脂集電体３６に負極端子２０２が位置決めして固定される。これにより、単電池３０は、正極端子２０１及び負極端子２０２を保持した一対の端子保持部１０２によって均一に加圧される。

このとき、正極端子２０１として用いられる測定治具２の接触部２１の単電池３０に対する接触圧力及び負極端子２０２として用いられる測定治具２の接触部２１の複数個所における単電池３０との接触圧力を測定してもよい。そして、その測定結果に基づいて、接触部２１の各接触圧力が一定の範囲内に収まるように、一対の端子保持部１０２の位置を調整するようにしてもよい。なお、端子保持部１０２には、接触部２１に対して付与する力を部分的に調整できる構成となっていてもよい。また、端子保持部１０２を測定対象物３に対して角度調整可能とし、角度調整を行うことで、接触部２１の応力を調整してもよい。

正極端子２０１及び負極端子２０２の測定領域Ｂｒと厚み方向に重なる単電池３０の領域をｋとする。正極端子２０１と負極端子２０２との間に電圧を印加し、負極端子２０２に流れる電流を測定する。そして、印加電圧と測定電流とから、単電池３０の抵抗を算出する。

正極端子２０１及び負極端子２０２の測定領域Ｂｒには、規則的に配列された４個の接触点２１１が設けられている。正極端子２０１の接続部２２１に電圧を印加することで、４個の接触点２１１の全てに等しい電圧が印加される。測定領域Ｂｒは、正極に対して狭いため、正極樹脂集電体３４の面内方向の抵抗が少ない。そのため、正極端子２０１の測定領域Ｂｒと接触している単位領域Ｃｒ内の正極樹脂集電体３４には、面内方向で略均一な電圧が印加される。

そして、正極端子２０１において、全ての測定配線２３の長さが略同じであるため、正極端子２０１の全ての接触点２１１に等しい電圧が印加される。全ての測定領域Ｂｒの形状及び大きさが同じであるとともに、測定領域Ｂｒ内の接触点２１１の数及び配置規則が同じである。そのため、単電池３０において、全ての単位領域Ｃｒの正極樹脂集電体３４には、面内方向に略均一な電圧が印加される。つまり、単電池３０の正極３１に面内方向に略均一な電圧が印加される。

そして、負極端子２０２は正極端子２０１と同じ形状である。単電池３０の単位領域Ｃｒには、負極端子２０２の測定領域Ｂｒが接触している。そのため、正極端子２０１から電圧が印加されると、単電池３０に厚み方向の電圧が付与されて電流が流れる。この電流は、負極端子２０２の接触点２１１に流れる。負極端子２０２の接触点２１１に流れた電流は、測定配線２３を介して電流測定回路１２に流れる。負極端子２０２の測定配線２３も、全て同じ長さであるため、各接触点２１１に流れる電流が流れる測定配線２３の抵抗値も同じになる。つまり、各接触点２１１に流れる電流を略等しい条件で検出することができる。

以上示したとおり、本実施形態の測定装置１００を用いることで、測定対象物３である単電池３０に対して、面内方向に略均一の電圧を印加する。そして、面内方向に略均一な電圧を印加したときの面内方向の各部における電流を略等しい条件で測定することができる。これにより、単電池３０の厚み方向の抵抗の面内方向におけるばらつきを精度よく測定することができる。

上述したとおり、測定装置１００では、正極端子２０１から単電池３０に定電圧を供給する。このとき、負極端子２０２との間で一定の電圧が印加されればよい。そのため、少なくとも正極端子２０１に測定治具２を用いてもよい。詳しく説明すると、測定装置１００において、少なくとも正極端子２０１に測定治具２を用いればよい。この場合、電流測定回路１２は正極端子２０１の各測定配線２３を流れる電流を測定する。このようにすることで、負極端子２０２の構成を簡略化できる。

＜バッテリーモジュール４０＞
バイポーラ型の単電池３０を積層したバッテリーモジュール４０について説明する。図７は、バッテリーモジュール４０の一例を模式的に示す一部切り欠き斜視図である。バッテリーモジュール４０は、外装体４１と、複数個の単電池３０を積層した組電池４２と、正極導電シート４３と、負極導電シート４４と、を有する。

組電池４２は、外装体４１の内部に収容される。図７に示すように、外装体４１は、ベース部４１１と、カバー部４１２とを有する。ベース部４１１は、厚み方向から見て略長方形の板状である。カバー部４１２は、上部に蓋状部分を有するとともに下部が開口した箱状である。カバー部４１２の凹部に組電池４２等のバイポーラ型電池を構成する部材が収容された後、カバー部４１２の下面の開口をベース部４１１が覆う。このとき、カバー部４１２とベース部４１１とが、密着される。これにより、外装体４１の内部には、水、埃、塵等の異物の混入が抑制され、これらの異物によるバイポーラ型電池の不具合が抑制される。

外装体４１において、カバー部４１２の下端部が、ベース部４１１の外縁部と接触するように配置される。そして、カバー部４１２とベース部４１１の少なくとも１辺は、上下方向に加熱加圧することで接着（以下、熱溶着と称する）される熱接着部４１３である。

図７に示すように、組電池４２では４つの単電池３０が積層されている。組電池４２では、隣り合う単電池３０の正極樹脂集電体３４の下面と負極樹脂集電体３６の上面とが接触して積層されている。このように積層することで、４個の単電池３０は、直列接続される。すなわち、単電池３０の積層数で組電池４２の出力電圧、すなわち、バッテリーモジュール４０の出力電圧が決定される。換言すると、バッテリーモジュール４０に要求される出力電圧に基づいて、積層される単電池３０の数が決定される。

図７に示すバッテリーモジュール４０において、組電池４２の最下部に積層された単電池３０の下面の正極樹脂集電体３４には、正極導電シート４３が接触して配置される。そして、正極導電シート４３の一部が外装体４１から引き出されて、正極引出端子４３１が形成される。また、組電池４２の最上部に積層された単電池３０の上面の負極樹脂集電体３６には、負極導電シート４４が接触して配置される。負極導電シート４４の一部が外装体４１から引き出されて、負極引出端子４４１が形成される。

正極導電シート４３及び負極導電シート４４として、図５等に示す測定治具２と同様の構成を有している。このとき、測定治具２の接続部２２１は、全て同電位になるように、互いに電気的に接続されている。このような正極導電シート４３及び負極導電シート４４を用いることで、組電池２０の各単電池３０の全ての単位領域Ｃｒに略均等に電流を流すことができる。これにより、電流集中を抑制することができる。

なお、負極は接地電位等の基準電位であればよく、負極導電シート４４としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル及びこれらの合金等の金属材料、焼成炭素、導電性高分子材料、導電性ガラス等の材料を適宜選択して用いることができる。また、負極導電シート４４としては、これらに限定されず、導電性を有する材料を広く採用することができる。

次に、このようなバッテリーモジュール４０の製造工程について図面を参照して説明する。図８は、バッテリーモジュール４０の製造方法を示すフローチャートである。

図８に示すように、新たな単電池３０の抵抗の測定を行う（ステップＳ１０１）。単電池３０の抵抗の測定は、上述した測定装置１００によって実行される。これにより、単電池３０の単位領域Ｃｒごとの厚み方向の抵抗値が取得される。単電池３０では、その製造誤差等によって単位領域Ｃｒの抵抗値がばらつくことがあり、抵抗のばらつきにより流れる電流がばらつく。ここで、電流値が他の部分よりも高くなることを電流集中と称する。

例えば、抵抗が低すぎる単位領域Ｃｒがあると、その単位領域Ｃｒに電流集中が発生する。電流集中が発生する単位領域Ｃｒは、優先的に充放電が行われるため、充放電を繰り返すことによる劣化が他の単位領域Ｃｒに比べて早くなる。また、充放電時に流れる電流が大きくなるため、発熱量が多くなり、発熱による劣化も他の単位領域Ｃｒに比べて早くなる。結果として、単電池３０の面内方向の劣化にばらつきが発生し、単電池３０の充放電の効率が低下する。

そこで、本実施形態にかかるバッテリーモジュールの製造方法では、単電池３０の各単電池３０の抵抗値が所定の範囲に入っているか否か確認する（ステップＳ１０２）。抵抗値が所定の範囲から外れている単位領域Ｃｒがある場合（ステップＳ１０２でＮｏの場合）、その単電池３０は、不良品に分類する（ステップＳ１０３）。その後、不良品に分類された単電池３０は、使用されないように管理する。そして、新たな単電池３０の抵抗を測定する（ステップＳ１０１に戻る）。

一方、全ての単位領域Ｃｒの抵抗値が所定の範囲内に収まっている場合（ステップＳ１０２でＹｅｓの場合）、その単電池３０は良品に分類する（ステップＳ１０４）。このようにして分類された良品の単電池３０のみを積層する（ステップＳ１０５）。単電池３０が、決められた数（ここでは、４個）積層されたか確認する（ステップＳ１０６）。積層数が決められた数に到達していない場合（ステップＳ１０６でＮｏの場合）、新たな単電池３０の抵抗の測定を行う（ステップＳ１０１に戻る）。

単電池３０が決められた数積層された場合（ステップＳ１０６でＹｅｓの場合）、単電池３０を積層した組電池４２に正極導電シート４３及び負極導電シート４４を取り付ける（ステップＳ１０７）。その後、正極導電シート４３及び負極導電シート４４が取り付けられた組電池４２を外装体４１の内部に収容し、外装体４１を封止する（ステップＳ１０８）。

以上示すように、バッテリーモジュール４０を構成する組電池４２を製造するときに、抵抗の面内方向のばらつきの少ない単電池３０を用いることで、抵抗の面内方向のばらつきが少ない組電池４２を製造することができる。

このように、本実施形態にかかる測定装置１００を用いることで単電池３０の面内方向の抵抗分布を精度よく測定することができる。そして、面内方向の抵抗のばらつきが少ない単電池３０を精度よく選別することができる。そして、面内方向の抵抗のばらつきが少ない単電池３０を積層することで、電流集中が発生しにくい組電池４２を製造することができる。

＜変形例等＞
上述のバッテリーモジュール４０の製造方法では、面内方向における抵抗のばらつきが少ない単電池３０を積層して組電池４２を製造していた。一方で、単電池３０において、他の単位領域Ｃｒよりも抵抗が小さい（又は大きい）単位領域Ｃｒが積層方向に重なる場合がある。この場合、抵抗のばらつきが少ない単電池３０を積層して組電池４２を製造しても、電流集中が発生する虞がある。

このような場合に備えて、積層する単電池３０を厚み方向に延びる中心軸周りに所定角度回転させて、抵抗が高い又は低い単位領域Ｃｒが軸方向に重ならないようにする。このようにすることで、抵抗のばらつきが抑えられ、電流集中が抑制される。なお、回転角度は、単電池３０の形状によって変わる。例えば、正方形状の場合、９０°又は１８０°とすることができる。また、長方形状の場合１８０°とすることができる。回転角度は、単電池３０の形状によって決まり、さらに詳しくは、回転させて積層される単電池３０が厚み方向に完全に重なる角度を採用することができる。

さらに、良品の単電池３０のうち抵抗が高い又は低い単位領域Ｃｒがある単電池３０を、その抵抗が高い又は低い単位領域Ｃｒごとにさらに細かく分類し、ある単位領域Ｃｒの抵抗値が高い単電池３０が用いられた場合、積層したときに厚み方向に重なる単位領域Ｃｒの抵抗が低い単電池３０を組み合わせるようにしてもよい。このように、単電池３０を組み合わせて製造された組電池４２は、抵抗のばらつきが抑えられ、電流集中が抑制される。

また、バッテリーモジュール４０の正極導電シート４３及び負極導電シート４４の少なくとも一方を、測定治具２と同様の形状とする場合もある。この場合において、測定装置１００で、組電池４２の面内方向の抵抗分布を測定し、抵抗値が低い部分に接続する測定配線２３にチップ抵抗を取り付けて、抵抗のばらつきを抑制するようにしてもよい。このようにすることで、面内方向の抵抗のばらつきがより正確に抑制され、電流集中が発生しにくい。

さらに他の例の測定治具２ａについて図面を参照して説明する。図９は、変形例の測定治具２ａの平面図である。図９に示すように、測定治具２ａは補助タブ部２４を有する。それ以外の点については図２等に示す測定治具２と同じ構成を有する。そのため、測定治具２ａの測定治具２と同じ部分については、同じ符号を付すとともに、同じ部分に詳細な説明は省略する。

図９に示すように、測定治具２ａは、補助タブ部２４を有する。図９に示すように、接触部２１は、複数（ここでは、２つ）の補助タブ部２４を有する。複数の補助タブ部２４は、タブ部２２に接続されている。

そして、補助タブ部２４には測定配線２３の一部が配置される。測定配線２３の主配線２３１の一部が補助タブ部２４に配置される。さらに詳しく説明すると、測定領域Ｂｒの基準点２１０に接続する主配線２３１は、その測定領域Ｂｒに近い補助タブ部２４に配線される。このように、測定配線２３をこのように構成することで、測定配線２３の長さ調整のための配線部分を短くできる。これにより、測定治具２ａの製造が容易になるとともに、折り返して配置される配線を設けることによる、ノイズ等の影響を減らすことができる。結果として、測定精度を高めることが可能である。

単電池３０の抵抗分布を測定するとき、正極端子２０１及び負極端子２０２の接触圧力によって、抵抗分布がばらつくことがある。そこで、バッテリーモジュール４０を製造する製造方向において、正極端子２０１及び負極端子２０２の単電池３０に対する接触圧力が略一定になるように調整してもよい。この調整を行う製造工程について図面を参照して説明する。図１０は、バッテリーモジュール４０の製造方法の他の例の一部を示すフローチャートである。図１０に示すフローチャートは、図８に示すフローチャートのスタートとステップＳ１０１との間、さらに説明すると、ステップＳ１０３からの戻り又はステップＳ１０６でＮｏのときの戻りの後に実行される。

単電池３０に正極端子２０１及び負極端子２０２が接触されている状態で、正極端子２０１の測定治具２の接触部２１の複数個所及び負極端子２０２の測定治具２の接触部２１の複数箇所の接触圧力を測定する（ステップＳ２０１）。

測定された全ての箇所の接触圧力が所定の範囲内に収まっているか否か確認する（ステップＳ２０２）。全ての箇所の接触圧力が所定の範囲内である場合（ステップＳ２０２でＹｅｓの場合）、ステップＳ１０１に進む。接触圧力が所定の範囲から外れている箇所がある場合（ステップＳ２０２でＮｏの場合）、端子保持部１０２の位置、角度等を調整する（ステップＳ２０３）。これにより、正極端子２０１の測定治具２の接触部２１及び負極端子２０２の測定治具２の接触部２１の接触圧力が調整される。

なお、ステップＳ２０３において、端子保持部１０２を調整する場合、一対の端子保持部１０２の位置、角度をそれぞれ調整してもよいし、いずれか一方のみを調整してもよい。また、端子保持部１０２を部分的に接触圧力を調整できるように構成し、端子保持部１０２を調整して部分的に接触圧力を調整するようにしてもよい。

そして、端子保持部１０２の調整を行った後（ステップＳ２０３の後）、再度、接触圧力を測定する（ステップＳ２０１に戻る）。

このように、正極端子２０１及び負極端子２０２の測定治具２の接触部２１の単電池３０との接触圧力を一定の範囲内に収まるように調整することで。単電池３０の電気抵抗をより正確に測定することができる。これにより、面内方向の抵抗のばらつきが少ない単電池３０を積層することができ、電流集中が発生しにくい組電池４２を製造することができる。

なお、バッテリーモジュール４０は、組電池４２をカバー部４１２のみで覆う構成であってもよい。換言すると、バッテリーモジュール４０において、外装体４１は、ベース部４１１を省略した構成であってもよい。

以上に、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

本発明にかかる測定治具は、例えば、携帯電話、パーソナルコンピューター、ハイブリッド自動車及び電気自動車用に用いられるリチウムイオン電池の製造時の治具として有用である。

１００ 測定装置
１ 制御部
１１ 定電圧回路
１２ 電流測定回路
１３ 処理回路
１４ 記憶回路
２、２ａ 測定治具
２０１ 正極端子
２０２ 負極端子
２１ 接触部
２１０ 基準点
２１１ 接触点
２１２ スルーホール
２１３ ランド
２２ タブ部
２２１ 接続部
２３ 測定配線
２３１ 主配線
２３２ 分岐配線
２４ 補助タブ部
３ 測定対象物
３０ 単電池
３１ 正極
３２ 負極
３３ セパレータ
３４ 正極樹脂集電体
３５ 正極活物質層
３６ 負極樹脂集電体
３７ 負極活物質層
３８ 枠部材
４０ バッテリーモジュール
４１ 外装体
４２ 組電池
４３ 正極導電シート
４３１ 正極引出端子
４４ 負極導電シート
４４１ 負極引出端子
Ａｒ 個別領域
Ｂｒ 測定領域
Ｃｒ 単位領域

Claims (11)

1. 板状の測定対象物の厚み方向の電流、電圧及び抵抗のいずれかを測定するための測定治具であって、
   前記測定対象物の厚み方向の一方の面と接触する複数の接触点を有する接触部と、
   前記接触部と連結されて外部に配置された測定装置と接続する接続部を有するタブ部と、
   複数の前記接触点と前記接続部とを接続する複数の測定配線と、を有し、
   前記接触部は、面内方向に延びる境界線によって分割される複数の測定領域を有し、
   各前記測定領域内には、複数の前記接触点が配置されており、
   前記測定配線は、前記タブ部から遠ざかる方向に延びる前記境界線の近傍に配置されるとともに、全ての前記測定配線の長さが等しくなるように、接続する前記接触点が配置される前記測定領域内で、複数の前記接触点を頂点とする図形の外側であって前記図形に沿って配線される部分を含み、
   複数の前記測定配線の電気抵抗が等しい測定治具。
2. 前記接触点は、周期的に配列される請求項１に記載の測定治具。
3. 前記接触点は、第１方向に等間隔で配列されるとともに、前記第１方向と交差する第２方向にも等間隔で配列される請求項２に記載の測定治具。
4. 近接して配置される複数の前記接触点と電気的に接続される基準点を有し、
   前記測定配線は、前記基準点を介して前記接続部と前記接触点とを接続する請求項１から請求項３のいずれかに記載の測定治具。
5. 前記接触部は複数の補助タブ部と連結されており、
   前記補助タブ部には前記測定配線の一部が配置され、
   複数の前記補助タブ部は、前記タブ部に連結されている請求項１から請求項４のいずれかに記載の測定治具。
6. 前記測定配線が配置される部分がプリント基板である請求項１から請求項５のいずれかに記載の測定治具。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の測定治具を用いて前記測定対象物の厚み方向の電圧、電流及び抵抗の少なくとも一つを測定する測定装置であって、
   前記測定対象物の厚み方向の一方側に正極として接触する正極端子と、
   前記測定対象物の厚み方向の他方側に負極として接触する負極端子と、を有し、
   少なくとも前記正極端子に前記測定治具を用いる測定装置。
8. 前記負極端子にも前記測定治具を用い、
   前記正極端子の前記測定治具の各前記接触点と、前記負極端子の前記測定治具の各前記接触点と、が厚み方向に重なる請求項７に記載の測定装置。
9. 請求項７又は請求項８に記載の測定装置を用いて単電池の厚み方向の抵抗の面内方向の分布を測定し、
   前記抵抗の面内方向の分布が予め決められた基準を満たす前記単電池のみを積層するバイポーラ型電池の製造方法。
10. 前記単電池の厚み方向の抵抗の面内方向の分布の測定を行う前に、前記測定治具の前記接触部の前記単電池に接触している接触面の複数個所の接触圧力を測定し、必要に応じて測定した接触圧力が一定の範囲に入るように接触圧力の調整を行う工程をさらに有する請求項９に記載のバイポーラ型電池の製造方法。
11. 請求項７又は請求項８に記載の測定装置を用いて単電池の厚み方向の抵抗の面内方向の分布を測定し、前記抵抗の面内方向の分布が予め決められた基準を満たす前記単電池のみを積層したバイポーラ型電池。

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