KR101376431B1 - 이상 검출 장치 및 방법, 및 전지 제조 설비 - Google Patents

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Abstract

전지 개수의 많고 적음에 관계없이, 전지에 발생하는 이상 승온을 검출하여, 이러한 이상 승온에 기인하는 문제를 미연에 방지하는 기술을 제공하는 것을 과제로 한다. 2차 전지(1)를 제조하는 전지 제조 설비(30)는, 복수의 2차 전지(1, 1…)의 이상 상태(특히 이상 승온)를 검출하는 이상 검출 장치(40)와, 이상 검출 장치(40)의 검출 결과에 따라서 소정의 조치를 강구하기 위한 제어 신호를 발생하는 검출 장치(45)를 구비한다. 이상 검출 장치(40)는, 2차 전지(1)가 이상 상태로 되는 온도보다 낮은 온도에서 반응하고, 또한 2차 전지(1)의 고온으로 되기 쉬운 부분에 접촉한 상태에서 설치되는 저온 반응 물질(41)과, 저온 반응 물질(41)의 변화를 검출하는 검출 센서(42)를 구비하고, 검출 센서(42)에 의한 검출 결과에 따라서 2차 전지(1)의 이상 상태를 검출한다.

Description

이상 검출 장치 및 방법, 및 전지 제조 설비{ABNORMALITY DETECTOR AND DETECTION METHOD, AND FACILITY FOR PRODUCING BATTERY}
본 발명은 이상 검출 장치 및 방법 및 전지 제조 설비에 관한 것으로, 특히 2차 전지의 제조 공정에 있어서의 이상 승온을 검출하는 기술에 관한 것이다.
종래, 전지의 제조 라인에서는, 전지의 조립 후에 충방전, 보관, 성능 검사 등의 각 공정이 행해지고, 제품으로서 출하되고 있다.
예를 들어 충전 공정에서는, 프로그램 제어에 의해, 미리 설정된 적절한 충전 상태에 이를 때까지 충전이 행해지고 있다. 이때, 충전 프로그램의 파탄 등에 기인하여, 전지가 과충전 상태로 되고, 전지 내부에 있어서 반응이 현저하게 급속하게 개시되어, 전지가 이상 승온한다고 하는 문제가 발생한다. 또한, 그 밖의 공정 내에 있어서도, 전지 불량 등에 의한 내부 단락, 외부로부터의 열의 부가 등에 기인하여, 전지가 이상 승온한다고 하는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 이상 승온은 전지의 열폭주 반응으로 연결될 수 있으므로, 종래의 전지 제조 라인에서는, 이러한 전지의 이상 상태를 검출하는 각종 기술이 사용되고 있다.
특허 문헌 1에는, 전지의 충방전을 행하는 충방전 장치에 있어서, 전지를 수용하는 케이스 내의 모든 전지에 대해 온도 센서를 장착하여, 그들 온도 센서에 의해 검출된 온도에 따라서 충전을 정지시키는 설비 및 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도에 기초하여 경보를 발하는 장치가 개시되어 있다. 이것에 따르면, 전지의 이상 승온을 온도 센서에 의해 검출할 수 있어, 전지의 이상 승온에 기인하는 열폭주 등을 미연에 방지할 수 있다.
그러나 특허 문헌 1에 개시되는 이상 검출 설비에서는, 케이스 내에 수용되는 각 전지에 대해 온도 센서를 장착할 필요, 혹은 온도 센서가 설치된 특정한 개소에 각 전지를 설치할 필요가 있다. 이로 인해, 특허 문헌 1의 설비는, 온도 센서의 전지에의 장착 작업이 번잡해지는 점, 혹은 전지의 설치 작업이 번잡해지는 점에서 불리하다.
특히, 다수의 전지를 제조하는 대규모의 설비에 대해 특허 문헌 1의 설비를 적용한 경우, 장착 작업, 감시 작업, 설비 비용 등을 고려하면, 하나하나의 전지에 대해 온도 센서를 준비하는 것 및 하나하나의 전지에 대해 온도 센서에 의해 확실하게 온도를 센싱하는 것은 비실용적이다.
또한, 온도 센서에 의해 온도 검출할 수 있는 범위는, 온도 센서의 검출부와 접촉하고 있는 개소 등으로 한정되어 있으므로, 전지 표면의 광범위한 온도 검출 등, 전지에 대한 전체적인 센싱을 실현하기 위해서는, 상당수의 온도 센서를 배치할 필요가 있어, 비현실적이었다.
일본 특허 출원 공개 평11-219732호 공보
본 발명은, 전지 개수의 많고 적음에 관계없이, 전지에 발생하는 이상 승온을 검출하는 것이 가능한 이상 검출 장치 및 방법을 제공하는 것 및 전지 개수의 많고 적음에 관계없이, 전지에 발생하는 이상 승온을 검출할 수 있어, 이러한 이상 승온에 기인하는 문제를 미연에 방지하는 것이 가능한 전지 제조 설비를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 제1 형태인 이상 검출 장치는, 복수의 전지의 이상 상태를 검출하는 이상 검출 장치이며, 상기 전지가 승온하여 이상 상태로 되는 온도보다 낮은 온도에서 반응하고, 또한 상기 전지의 고온으로 되기 쉬운 부분에 접촉한 상태로 설치되는 저온 반응 물질과, 상기 저온 반응 물질의 변화를 검출하는 검출 센서를 구비한다.
상기 이상 검출 장치에 있어서, 상기 복수의 전지는, 난연성 부재로 이루어지는 수용 부재 내에 수용되고, 상기 수용 부재 내에서는, 상기 복수의 전지 사이에, 난연성 부재로 이루어지는 구획 부재가 배치되고, 상기 저온 반응 물질은, 상기 구획 부재에 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 형태인 이상 검출 방법은, 복수의 전지의 이상 상태를 검출하는 이상 검출 방법이며, 상기 전지가 승온하여 이상 상태로 되는 온도보다 낮은 온도에서 반응하는 저온 반응 물질을, 상기 전지의 고온으로 되기 쉬운 부분에 접촉시켜, 상기 저온 반응 물질의 변화를 검출함으로써 상기 전지의 이상 상태를 검출한다.
상기 이상 검출 방법에 있어서, 상기 저온 반응 물질을, 상기 복수의 전지 사이에 배치되는 구획 부재에 설치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 형태인 전지 제조 설비는, 복수의 전지를 제조하는 전지 제조 설비이며, 상기 전지가 승온하여 이상 상태로 되는 온도보다 낮은 온도에서 반응하고, 또한 상기 전지의 고온으로 되기 쉬운 부분에 접촉한 상태에서 설치되는 저온 반응 물질과, 상기 저온 반응 물질의 변화를 검출하는 검출 센서를 갖고, 상기 검출 센서에 의한 검출 결과에 따라서 전지의 이상 상태를 검출하는 이상 검출 장치를 구비하고, 상기 이상 검출 장치에 의해 검출된 전지의 이상 상태에 따라서, 제조 공정을 정지시키거나, 또는 경보를 발한다.
본 발명에 따르면, 전지 개수의 많고 적음에 관계없이, 전지에 발생하는 이상 상태(특히 전지의 이상 승온)를 검출하는 것이 가능한 이상 검출 장치 및 방법을 제공하는 것 및 전지 개수의 많고 적음에 관계없이, 전지에 발생하는 이상 상태(특히 전지의 이상 승온)를 검출할 수 있어, 이러한 이상 상태에 기인하는 문제를 미연에 방지하는 것이 가능한 전지 제조 설비를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 전지의 제1 실시 형태인 2차 전지를 도시하는 개략 사시도이다.
도 2는 2차 전지의 내부 구조를 도시하는 개략 분해 사시도이다.
도 3은 2차 전지를 수용하는 수용 팔레트 및 구획판을 도시하는 사시도이다.
도 4는 2차 전지의 충전 공정을 도시하는 모식도이다.
도 5는 2차 전지의 충전 공정에 있어서 고온으로 되기 쉬운 부분을 도시하는 도면이다.
도 6은 2차 전지의 전지 제조 설비를 도시하는 모식도이다.
도 7은 2차 전지의 이상 검출 장치를 도시하는 모식도이다.
도 8은 2차 전지 및 구획판의 배치 형태를 도시하는 확대 단면도이다.
도 9는 본 발명에 관한 수용 부재의 제2 실시 형태인 수용 지그를 도시하는 도면이다.
도 10은 저온 반응 물질을 구획 부재에 띠 형상으로 배치한 형태를 도시하는 도면이다.
도 11은 저온 반응 물질을 구획 부재에 점재 형상으로 배치한 형태를 도시하는 도면이다.
도 12는 저온 반응 물질을 구획 부재에 Z자 형상으로 배치한 형태를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명에 관한 전지의 제2 실시 형태인 원통형의 2차 전지를 도시하는 개략 단면도이다.
도 14는 원통형의 2차 전지를 수용하는 수용 부재의 형태 및 구획 부재에 저온 반응 물질을 설치한 형태를 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명에 관한 전지의 제3 실시 형태인 조전지를 도시하는 개략 사시도이다.
도 16은 조전지를 구성하는 단전지 및 구획 부재의 배치 형태를 도시하는 확대 단면도이다.
이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 관한 전지의 제1 실시 형태인 2차 전지(1)에 대해 설명한다. 2차 전지(1)는, 리튬 이온 2차 전지, 리튬 2차 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지 등의 충전을 행함으로써 반복 사용할 수 있는 충전식 전지이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 2차 전지(1)는, 대략 직육면체 형상을 갖는 각형의 리튬 이온 2차 전지이다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 2차 전지(1)는, 용기(10), 용기(10)로부터 돌출되어 설치되는 정극 단자(2) 및 부극 단자(3), 용기(10) 내에 수용되는 전극체(15) 등을 구비한다.
또한, 2차 전지(1)는, 전극체(15)를 라미네이트 필름으로 피장(被裝)하는 라미네이트형의 2차 전지로 해도 된다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 용기(10)는, 전극체(15)를 수용하기 위한 금속제 또는 수지제의 하우징이고, 개구면을 갖는 용기 본체(11)와, 용기 본체(11)의 개구면을 밀봉하는 덮개(12)로 이루어지는 구조체이다. 용기(10) 내에는 비수계 전해액이 충전되어 있다.
용기 본체(11)는, 일면이 개방되는 대략 직육면체 형상을 갖는 상자 형상 부재이다. 용기 본체(11)의 개구면은, 덮개(12)를 당해 개구면에 접촉시킨 상태에서 용접함으로써 용접 고정되어 있다. 덮개(12)는 용기 본체(11)의 개구면에 따른 형상을 갖는 평판 형상 부재로, 중앙부에 안전 밸브(4)가 설치되어 있고, 양단부의 소정 위치에 정극 단자(2), 부극 단자(3)가 설치되어 있다.
안전 밸브(4)는, 용기(10) 내의 압력이 일정 이상에 도달하였을 때에 작동하여, 용기(10) 내의 가스를 외부로 배출한다.
정극 단자(2)는, 용기(10) 외부로 돌출되는 동시에, 정극 리드(2a) 등을 통해 전극체(15)의 정극판(16)과 전기적으로 접속되어 있다. 부극 단자(3)는, 용기(10) 외부로 돌출되는 동시에, 부극 리드(3a) 등을 통해 전극체(15)의 부극판(17)과 전기적으로 접속되어 있다. 2차 전지(1)는, 정극 단자(2) 및 부극 단자(3)를 통해 외부와 전기적으로 접속된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 전극체(15)는, 권회형의 전극체로, 장척(長尺) 형상의 정극판(16)과 장척 형상의 부극판(17)을 통기성을 갖는 장척 형상의 세퍼레이터(18)를 개재하여 적층하고, 복수회 편평 형상으로 권회함으로써 형성되어 있다.
정극판(16)은, 알루미늄박으로 이루어지는 금속박 정극 집전체의 표면에 정극 활물질을 도포한 후, 롤 압축 등의 소정의 처리를 거쳐서 형성되고, 부극판(17)은, 구리박으로 이루어지는 금속박 부극 집전체의 표면에 부극 활물질을 도포한 후, 롤 압축 등의 소정의 처리를 거쳐서 형성된다.
전극체(15)의 일단부에는 정극 리드(2a)와 전기적으로 접속하기 위해 정극판(16)의 일부가 돌출되고, 전극체(15)의 타단부에는 부극 리드(3a)와 전기적으로 접속하기 위해 부극판(17)의 일부가 돌출되어 있다. 전극체(15)는, 정극 리드(2a) 및 정극 단자(2), 및 부극 리드(3a) 및 부극 단자(3)를 통해 외부 단자(도시 생략)와 전기적으로 접속되어, 외부와의 에너지 교환이 행해진다.
이상과 같이 구성되는 2차 전지(1, 1…)는, 적절한 조립 공정을 거쳐서 조립된 후, 수용 팔레트(20) 내에 수용된 상태에서 각 공정간 및 각 공정 내를 이동한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 수용 팔레트(20)는, 4개의 측면과 저면을 갖는 상자 형상의 수용 부재이다. 수용 팔레트(20)는, 2차 전지(1)의 형상에 따른 구조를 갖고, 복수(예를 들어, 5개 내지 100개)의 2차 전지(1, 1…)를 소정 방향[2차 전지(1)의 협폭 방향]을 향하게 한 상태에서 수용하고, 이들 복수의 2차 전지(1, 1…) 중, 인접하는 2개의 2차 전지(1, 1) 사이에는 구획판(21)이 각각 개재 삽입되어, 인접하는 2차 전지(1, 1)가 직접 밀착되지 않도록 유지된다.
구획판(21)은, 평판 형상의 구획 부재로, 수용 팔레트(20)의 구조에 따른 형상[2차 전지(1)의 형상에 따른 형상]을 갖는다. 보다 구체적으로는, 구획판(21)은, 2차 전지(1)의 용기(10)의 광폭면과 대략 동일 형상을 갖는다.
수용 팔레트(20) 및 구획판(21)은, 충분한 강도를 갖는 난연성 부재로 이루어지고, 적어도 2차 전지(1)가 열폭주로 되는 온도(예를 들어, 150℃ 내지 200℃)까지는 분해, 용해, 착화되는 일이 없는 재료로 이루어진다. 이 난연성 부재로서는, 예를 들어 세라믹스, 내열성 수지, 내열성 수지와 필러의 혼합물, 표면 피복을 실시한 금속을 들 수 있다. 본 실시 형태에서는, 수용 팔레트(20)의 각 측면 및 저면 및 구획판(21)은, 내열성 수지와 글래스 필러의 혼합물로 이루어지고, 공지의 사출 성형 등에 의해 성형되어 있다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 2차 전지(1)를 충전하는 충전 공정에서는, 복수의 2차 전지(1, 1…)가 수용 팔레트(20) 내에 수용된 상태에서 충전이 행해진다.
또한, 수용 팔레트(20) 내에서는 2차 전지(1, 1…)와 구획판(21, 21 …)이 서로 광폭면을 대향시켜 접촉한 상태로 교대로 배열되어 있다. 이 배열 상태에 있어서, 2차 전지(1)는 구획판(21, 21)에 의해, 혹은 수용 팔레트(20) 측면의 내벽과 구획판(21)에 의해 지지되어, 배열 방향으로 소정의 압력을 받은 상태에서 충전된다. 충전 공정 후도 마찬가지로 수용 팔레트(20) 내에 수용된 상태에서 하공정으로 반송된다.
또한, 충전 공정에서는, 복수의 2차 전지(1, 1…)가 수용 팔레트(20) 내에 수용된 상태에서 반송되고, 소정 위치에 위치 결정된 후, 2차 전지(1)의 정극 단자(2) 및 부극 단자(3)에 외부 단자(도시 생략)가 접속되고, 그 외부 단자를 통해 전기적인 에너지가 공급된다. 그리고 외부로부터 공급된 전기적인 에너지가 2차 전지(1) 내에서 화학적인 에너지로 변환됨으로써 2차 전지(1)가 충전된다.
상술한 바와 같이, 충전 공정에서는 2차 전지(1) 내에서 화학 반응이 일어난다. 특히, 도 5에 도시하는 바와 같이, 전극체(15)의 정극판(16)과 부극판(17)이 세퍼레이터(18)를 개재하여 중첩되는 중첩 부분(19)(도면 중에 있어서 사선으로 나타내는 영역)에서 화학 반응이 일어난다. 이 중첩 부분(19)은, 과잉의 전기 에너지가 공급되어, 과충전으로 된 경우, 2차 전지(1)의 온도가 민감하게 상승하기 쉬운 부분으로, 2차 전지(1) 내의 고온으로 되기 쉬운 부분이다.
또한, 2차 전지(1)의 중첩 부분(19)은, 2차 전지(1)의 코어 부분이며, 상술한 바와 같이 충전 공정에서 과충전으로 된 경우에 한정되지 않고, 2차 전지(1)를 제조하는 전지 제조 설비(30)에 있어서의 반송 공정, 에이징 공정, 보관 공정, 열처리 공정 등에서, 2차 전지(1)의 내부 단락, 또는 외부로부터 가해지는 열 등에 기인하여 2차 전지(1) 내의 고온으로 되기 쉬운 부분이다.
이상과 같이, 2차 전지(1)의 전극체(15)에 있어서의 중첩 부분(19)은, 조립 후의 제조 공정 중에 고온으로 되기 쉬운 부분이다. 그리고 2차 전지(1)의 외측[용기(10)측]에 있어서 고온으로 되기 쉬운 부분은, 2차 전지(1) 내부의 고온으로 되기 쉬운 중첩 부분(19)과 근접 또는 접촉하여, 전극체(15) 등을 통해 열전달되기 쉬운 부분이며, 중첩 부분(19)이 배치되는 용기(10) 외측[보다 엄밀하게는, 용기 본체(11)의 외주면]의 영역 A(도면 중에 있어서 사선으로 나타내는 영역)이다.
이하에서는, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 전지 제조 설비(30) 및 이상 검출 장치(40)에 대해 설명한다.
전지 제조 설비(30)는, 2차 전지(1)를 제조하는 설비이다. 보다 구체적으로는, 전지 제조 설비(30)는, 공조 설비 등을 갖고, 내부의 온도 조정을 가능하게 하는 폐쇄된 공간 내에서, 2차 전지(1)를 조립하고, 조립 후의 2차 전지(1)에 대해, 충방전, 에이징, 보관, 열처리 등, 2차 전지(1)를 제품으로서 출하할 때까지의 소정의 공정을 행하는 설비이다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 이 전지 제조 설비(30)에서는, 복수의 수용 팔레트(20, 20 …)가 순차 반송되어 각 공정간 및 각 공정 내를 이동하고, 조립 후의 2차 전지(1, 1…)는, 이들 수용 팔레트(20, 20 …) 내에 수용된 상태에서 각 공정간 및 각 공정 내를 이동한다. 그리고 최종 공정이 종료된 후, 제품화된 2차 전지(1, 1…)는 수용 팔레트(20) 내로부터 취출되고, 수용 팔레트(20) 및 구획판(21)은, 새로운 2차 전지(1, 1…)를 수용하기 위해 반복 사용된다.
이상 검출 장치(40)는, 2차 전지(1)의 이상 상태를 검출하는 장치로, 특히 2차 전지(1)의 이상 승온을 검출하여, 2차 전지(1)의 열폭주를 예지하는 장치이다. 이상 검출 장치(40)는, 2차 전지(1)를 제조하는 전지 제조 설비(30)의 일부로서 구비된다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 이상 검출 장치(40)는, 저온 반응 물질(41), 검출 센서(42) 등을 포함한다. 저온 반응 물질(41)은, 2차 전지(1) 내의 고온으로 되기 쉬운 부분인 중첩 부분(19)과 대향한 상태, 또한 용기(10)를 통해 접촉한 상태에서 구획 부재(21)에 배치되고, 2차 전지(1)가 이상 상태에 반응하여(본 실시 형태에서는, 이상 승온에 이르는 과정에 반응하여) 변화된다. 검출 센서(42)는, 저온 반응 물질(41)의 변화를 검출한다. 이와 같이 하여, 이상 검출 장치(40)는, 저온 반응 물질(41) 및 검출 센서(42)에 의해 2차 전지(1)의 이상 상태를 검출한다.
도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 저온 반응 물질(41)은, 구획판(21)의 대략 중앙부에 구비되고, 구획판(21)의 광폭면 양면의 표면에 면하여 설치된다. 보다 구체적으로는, 저온 반응 물질(41)은, 수용 팔레트(20) 내에서 2차 전지(1, 1) 사이에 삽입되어 있는 구획판(21)에 있어서, 2차 전지(1)의 고온으로 되기 쉬운 부분인 용기(10)의 영역 A와 대향하고, 또한 수용 상태에서 용기(10)의 영역 A와 접촉 가능한 부분에 배치되어 있다.
저온 반응 물질(41)은, 저온 분해성 부재로 이루어지고, 적어도 2차 전지(1)가 불안전한 상태로 되는 온도(예를 들어 열폭주로 되는 온도 : 150℃ 내지 200℃)에 대해 충분한 저온 영역에서 분해를 발생시키는 재료로 이루어진다. 이 저온 분해성 부재의 재료로서는, 염화비닐 수지나 ABS 수지 등의 합성 수지, 니트릴 고무나 천연 고무 등의 고무, 프탈산에스테르나 폴리에스테르 등의 가소제를 포함하는 수지계 물질 등을 들 수 있다.
본 실시 형태에서는, 저온 반응 물질(41)은, 가소제를 소정의 비율로 포함하는 염화비닐 수지로 이루어지고, 60℃ 내지 100℃ 정도에서 저온 반응 물질(41)에 포함되는 가소제가 분해(휘발)되어, 냄새, 연기 등의 입자를 발생시킨다. 이와 같이 하여 발생한 냄새, 연기 등의 입자는 대략 연직 상방을 향해 발산되고, 2차 전지(1)와 구획판(21) 사이를 통과하여 전지 제조 설비(30)의 공간으로 방출된다.
검출 센서(42)는, 냄새, 연기 등의 입자에 감응하는 입자 검출형 센서로, 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 검출 장치(45) 내에 구비되어 있다. 검출 센서(42)는, 냄새 센서, 연기 센서, 또는 이들의 복합 센서로서 구성되어 있고, 저온 반응 물질(41)에 포함되는 가소제가 발하는 냄새, 연기 또는 그 양쪽을 검출하고, 그들 입자의 수를 카운트하여, 단위 체적당의 농도로서 검출한다.
본 실시 형태에서는, 검출 센서(42)는, 냄새 센서와 연기 센서의 복합 센서로, 저온 반응 물질(41)로부터의 분해성 성분인 가소제가 발하는 냄새 및 연기를 검출하여, 단위 체적당의 농도로서 검출하고 있다.
검출 장치(45)는, 검출 센서(42)의 검출 결과에 따라서, 사이렌 등의 경보를 발하거나, 또는 충전 공정 등의 각 공정을 정지시키는 등, 전지 제조 설비(30)에 대해 소정의 조치를 강구하기 위한 제어 신호를 발생시키는 이상 경보 장치이다.
도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 검출 장치(45)의 검출 센서(42)는, 전지 제조 설비(30) 내에 있어서, 2차 전지(1, 1…)가 수용되는 수용 팔레트(20)가 반송, 또는 이동되는 공간 내에 연통되는 복수의 덕트(46, 46 …)와 접속되어 있다.
덕트(46)는, 전지 제조 설비(30)의 충전 공정, 에이징 공정, 보관 공정 등의 각 공정에 있어서의 소정 위치에 설치되어 있고, 도시하지 않는 미세 구멍이 복수 배열되어 있다. 덕트(46) 내는, 검출 장치(45)의 흡인 팬(도시 생략) 등에 의해 부압(負壓)으로 유지되어 있다. 이 부압에 의해, 저온 반응 물질(41)에 기인하는 냄새 및 연기의 분해성 성분은, 덕트(46)의 상기 미세 구멍을 통해 검출 장치(45) 내로 흡인된다.
또한, 덕트(46)에 형성되는 미세 구멍은 수용 팔레트(20)의 개구면(도시에 있어서 상면)과 대향하는 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 구획판(21)에 설치되는 저온 반응 물질(41)로부터의 분해성 성분을 덕트(46) 내로 흡인하기 쉬워져, 검출 센서(42)에 의한 검출 감도를 향상시킬 수 있다.
또한, 덕트(46, 46 …)와 검출 장치(45) 사이에는 각각 밸브·코크 등의 개폐 장치가 개재 장착되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 검출 장치(45)의 검출 센서(42)에 의해 검출되는 저온 반응 물질(41)의 분해성 성분이, 어느 덕트(46)를 통해 검출되었는지를 특정할 수 있어, 전지 제조 설비(30)의 어느 공정에서 2차 전지(1)의 이상이 발생하였는지를 특정할 수 있다.
이상과 같이, 이상 검출 장치(40)의 저온 반응 물질(41)은, 2차 전지(1, 1…)를 수용하는 수용 팔레트(20)의 구획판(21, 21 …)에 설치되어 있다. 또한, 저온 반응 물질(41)은, 2차 전지(1) 내에 있어서의 고온으로 되기 쉬운 부분[보다 엄밀하게는, 2차 전지(1)의 내부에 있어서의 이상 승온이, 2차 전지(1)의 외부에 드러나는 부분인 용기(10)의 일부분]에 접촉하여 배치되어 있다.
이에 의해, 수용 팔레트(20)에 수용되는 모든 2차 전지(1, 1…)의 고온으로 되기 쉬운 부분에 저온 반응 물질(41)을 접촉시킬 수 있다. 따라서, 전지 제조 설비(30)가 대규모인 경우라도, 2차 전지(1, 1…)의 이상 승온을 광범위하게 검출할 수 있는 동시에, 2차 전지(1, 1…)의 온도 참값[2차 전지(1)의 온도가 소정 온도 이상으로 되었는지 여부]을 센싱할 수 있다.
또한, 복수의 2차 전지(1, 1…)에 대해 각각 온도 센서 등의 온도 검출 수단을 장착할 필요가 없고, 온도 센서 등의 온도 검출 수단이 설치되어 있는 특정 개소에 2차 전지(1, 1…)를 설치할 필요도 없다. 따라서, 온도 검출 수단인 저온 반응 물질(41)을 간이하게 2차 전지(1, 1…)에 대해 배치할 수 있어, 장착 작업 및 설치 작업의 번잡성을 회피할 수 있는 동시에, 경제적으로도 우수하다.
2차 전지(1) 내의 온도가 상승하여, 저온 반응 물질(41)의 반응 온도보다 높아진 경우에는, 이러한 2차 전지(1)의 승온 부위에 접촉하고 있는 저온 반응 물질(41)로부터 냄새, 연기 등의 분해성 성분이 발생한다. 그리고 그 분해성 성분을 검출 센서(42)에 의해 검출하고, 검출 센서(42)의 검출 결과에 따라서 검출 장치(45)에 의해 전지 제조 설비(30)의 정지(특히, 충전 공정에 있어서의 충전 작업의 중지) 또는 경보 등의 적절한 통지가 행해진다.
이와 같이, 전지 제조 설비(30)에서는, 이상 검출 장치(40)에 의해 2차 전지(1)의 이상 승온을 검출하고, 그것에 수반하여 적절한 처치가 실시되므로, 2차 전지(1)의 열폭주 등의 문제를 미연에 방지할 수 있다. 특히, 2차 전지(1)의 충전 공정에서는, 충전용 전기적 에너지의 투입이 정지되므로, 2차 전지(1) 내부의 화학 반응을 정지시킬 수 있어, 그 이상의 승온을 방지할 수 있어, 2차 전지(1)의 이상 승온에 기인하는 열폭주를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 2차 전지(1)를 수용·지지하는 수용 팔레트(20) 및 구획판(21)은 난연성 부재로 이루어지고, 저온 반응 물질(41)은, 수용 팔레트(20) 내에서 2차 전지(1, 1) 사이에 배치되는 구획판(21)에 설치되어 있다. 이에 의해, 2차 전지(1)에 이상 승온이 없는 경우에 반복하여 사용 가능하다. 따라서, 하나하나의 2차 전지(1, 1…)에 저온 반응 물질(41)을 장착하거나 또는 2차 전지(1)의 일부에 조립하는 것 등에 비해, 특히 경제면에서 우수하다.
전지 제조 설비(30)에 있어서, 조립 후의 2차 전지(1, 1…)는 수용 팔레트(20) 내에 수용된 상태에서 각 공정의 처리가 행해진다. 이에 의해, 충방전 공정에 한정되지 않고, 조립 후의 모든 공정에 있어서 2차 전지(1, 1…)의 내부 단락 등의 전지 불량 및 외부로부터의 열에너지의 부여에 기인하는 이상 승온도 검출할 수 있다.
또한, 열폭주 대책 등의 특수한 대책을 실시하고 있지 않은 일반적인 2차 전지를 제조하는 전지 제조 설비에 대해서도, 당해 전지 제조 설비에 있어서, 2차 전지를 수용하는 수용 팔레트(20)와, 저온 반응 물질(41)을 포함하는 구획판(21, 21 …)을 사용하여 2차 전지를 반송·이동함으로써 적용 가능하고, 범용성도 우수하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 수용 팔레트(20)와 구획판(21, 21 …)을 별개의 부재로 하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 수용 팔레트(20) 내에 구획판(21, 21 …)을 고정하고 있는 형태라도 좋다.
본 실시 형태에서는, 2차 전지(1, 1…)를 수용하는 수용 부재로서, 수용 팔레트(20)를 사용하였지만, 도 9에 도시하는 수용 지그(50) 등을 사용해도 된다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 수용 지그(50)는, 복수(예를 들어, 5개 내지 100개 정도)의 2차 전지(1, 1…)를 수용 가능한 수용 부재로, 인접하는 2차 전지(1, 1) 사이에는 구획판(21)을 배치 가능하다. 수용 지그(50)는, 길이 방향 양단부에 측벽(51, 51)과, 측벽(51, 51)을 관통하고, 2차 전지(1) 및 구획판(21)의 저부를 지지하는 2개의 저부 샤프트(52, 52)와, 측벽(51, 51)을 관통하고, 2차 전지(1) 및 구획판(21)의 측부를 지지하는 4개의 측부 샤프트(53, 53, 53, 53)를 포함한다. 이들 샤프트(52, 53)의 단부에는 나사부가 형성되어 있고, 상기 나사부에는 적절한 볼트가 나사 결합 가능하다. 이와 같이, 수용 지그(50)는, 상기 볼트의 체결량을 조정함으로써, 측벽(51, 51) 사이의 거리를 조정 가능하게 구성되어 있다.
또한, 2차 전지(1, 1…)를 수용하는 수용 부재로서, 기존의 전지 제조 설비에 구비되어 있는 수용물을 사용해도 되고, 이러한 경우는, 저온 반응 물질(41)을 포함하는 구획판(21)을 그 수용물에 적합한 형상으로 형성함으로써, 본 발명을 적용 가능하다. 따라서, 기존의 설비에 대해서도 용이하게 본 발명을 적용 가능해진다.
본 실시 형태에서는, 저온 반응 물질(41)을, 구획판(21)에 있어서 2차 전지(1)의 고온으로 되기 쉬운 부분과 접촉하는 위치 전역에 접촉하도록 배치하였지만, 저온 반응 물질(41)의 배치 형태는 이것에 한정되지 않고, 구획판(21)의 강도 및 내구성과, 검출 가능 영역의 범위의 밸런스를 고려하면서, 상기 고온으로 되기 쉬운 부분과 부분적으로 접촉하는 배치 형태로 해도 되고, 예를 들어 도 10의 (a) 및 (b)에 도시하는 띠 형상, 도 11에 도시하는 점재 형상, 또는 도 12에 도시하는 Z자 형상의 배치로 해도 된다. 또한, 이들의 경우도 공지의 2단계 사출 성형 등으로 실현 가능하다.
또한, 저온 반응 물질(41)의 구획판(21)에의 설치 방법은, 상기 2단계의 사출 성형에 한정되지 않고, 저온 반응 물질(41)을 구획판(21)의 광폭면 양면의 표면에 도포하거나, 접착하거나, 융착하거나, 또는 끼워 넣는 구성으로 해도 된다.
또한, 저온 반응 물질(41)은 2차 전지(1)의 승온에 의해 분해되는 저온 분해성 부재로 이루어지므로, 열의 성질을 고려하여, 구획판(21)의 상부에는 반드시 배치되어 있는 형태로 하는 것이 바람직하다. 즉, 중력이 작용하는 방향과 역방향을 향하는 열대류의 유동 특성을 고려하여, 2차 전지(1)의 용기(10)에 있어서 보다 고온으로 되기 쉬운 상부에 접촉하도록, 구획판(21)의 상부에는 반드시 배치되어 있는 형태로 하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 이상 검출 장치(40)에 의해 이상 상태를 검출하는 대상인 전지를 각형의 2차 전지(1)로 하였지만, 전지의 형태는 이것에 한정되지 않고, 도 13 및 도 14에 도시하는 원통형의 2차 전지(60) 또는 도 15 및 도 16에 도시하는 조전지(80) 등으로 해도 된다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 원통형의 2차 전지(60)는, 원통형의 용기(61) 내에 정극판과 세퍼레이터와 부극판(모두 도시 생략)을 적층하여 원통 형상으로 권회한 권회형의 전극체(65)를 갖는 리튬 이온 2차 전지이다. 2차 전지(60)는, 전극체(65)와, 정극 단자(66)와 부극 단자(67)를 포함하고, 전극체(65)의 축 방향 양단부에는, 각각 정극 단자(66)와 부극 단자(67)가 고정되어 있다.
정극 단자(66)는, 전극체(65)의 정극판과 전기적으로 접속되어 있고, 용기(61)와 절연되면서, 용기(61)로부터 돌출되어 설치되어 있다. 부극 단자(67)는, 전극체(65)의 부극판과 전기적으로 접속되어 있고, 용기(61) 내측면에 있어서의 정극 단자(66)와 반대측 단부에 접촉하여 고정되어 있다.
각형의 2차 전지(1)와 마찬가지로, 이 2차 전지(60)의 내부에 있어서의 고온으로 되기 쉬운 부분은, 상기 정극판과 부극판이 중첩되는 중첩 부분(69)이다. 2차 전지(60)의 외주면에 있어서의 고온으로 되기 쉬운 부분은, 용기(61)에 있어서의 중첩 부분(69)과 대향하고, 또한 근접 또는 접촉하는 영역 B(도면 중에 도시하는 영역)이다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 원통형의 2차 전지(60)를 수용하는 수용 팔레트(70) 내에서는, 구획 부재(71, 71)에 의해 2차 전지(60, 60 …) 사이가 구획되어 있다. 구획 부재(71)에는 2차 전지(60)의 형상에 따른 삼각형의 홈(72, 72 …)이 형성되어 있고, 구획 부재(71, 71)의 홈(72, 72)에 의해 2차 전지(60)가 끼움 지지된다. 이와 같이 2차 전지(60)는, 수용 팔레트(70) 내에서 구획 부재(71, 71)에 끼움 지지된 상태에서 각 공정간 및 각 공정 내를 이동한다.
이 경우, 저온 반응 물질(41)은, 구획 부재(71)의 홈(72)과 2차 전지(60)가 접촉하는 부분에 직선 형상으로 설치되어 있다. 즉, 저온 반응 물질(41)이 2차 전지(60)에 있어서의 고온으로 되기 쉬운 부분의 일부에 접촉하도록 배치되어 있다.
이상과 같이, 원통형의 2차 전지(60)에 대해서도 마찬가지로, 2차 전지(60)가 이상 승온한 경우에, 2차 전지(60)의 이상 승온으로 되기 쉬운 부분의 일부에 접촉하여 배치되는 저온 반응 물질(41)이 승온하여 분해성 성분을 발생시키고, 이러한 분해성 성분을 상술한 바와 같이 검출함으로써 이상 승온을 검출 가능하다.
도 15 및 도 16에 도시하는 바와 같이, 조전지(80)는, 수용 부재(81) 내에 복수의 단전지(82, 82 …)를 소정 방향으로 배열하여 구성되어 있다. 수용 부재(81)는, 복수의 단전지(82, 82 …)에 따른 형상을 갖고, 단전지(82, 82 …)를 배열 방향으로 가압한 상태에서 구속하고 있다. 단전지(82)는, 대략 직육면체 형상의 용기(83) 내에 정극판과 세퍼레이터와 부극판을 적층하여 편평 형상으로 권회한 권회형의 전극체(85)를 갖는 리튬 이온 2차 전지로, 제1 실시 형태에 나타내는 2차 전지(1)와 대략 동일한 형태이다. 또한, 조전지(80)의 단전지(82)는, 전극체(85)를 라미네이트 필름으로 피장하는 라미네이트형의 2차 전지로 해도 된다.
이 단전지(82)에 있어서도, 고온으로 되기 쉬운 부분은, 각형의 2차 전지(1)와 마찬가지로, 상기 정극판과 부극판이 중첩되는 중첩 부분(도시 생략)이다. 조전지(80)의 외주면에 있어서의 고온으로 되기 쉬운 부분은, 단전지(82)의 용기(83)에 있어서의 상기 중첩 부분과 대향하고, 또한 근접 또는 접촉하는 영역 C(도면 중에 나타내는 영역)이다.
단전지(82)의 용기(83)로부터는 상기 정극판과 전기적으로 접속되는 정극 단자(90) 및 상기 부극판과 전기적으로 접속되는 부극 단자(92)가 각각 돌출되어 있다. 단전지(82)는, 각 단전지(82)의 정극 단자(90) 및 부극 단자(92)가 배열 방향으로부터 보아 교대로 배치되도록 반전시켜 배치되어 있고, 각각의 단전지(82)가 직렬로 접속되어 있다. 이와 같이 접속된 단전지(82, 82) 사이에는 방열판(95)이 개재 삽입되어 있다. 방열판(95)은, 인접하는 단전지(82, 82)의 직접적인 접촉을 회피하기 위한 부재인 동시에, 단전지(82, 82 …)의 방열성을 확보하기 위한 구획 부재이다.
조전지(80)는, 수용 부재(81)에 의해 단전지(82)·방열판(95)·단전지(82)·방열판(95) …의 순으로 구속된 상태에서 각 공정간 및 각 공정 내를 이동한다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 저온 반응 물질(41)은, 수용 부재(81)에 있어서, 단전지(82, 82 …) 사이에 개재 삽입되는 방열판(95·95 …)에 설치되어 있다. 즉, 단전지(82) 외주면의 고온으로 되기 쉬운 부분인 영역 C의 일부에 접촉하도록 배치되어 있다.
이상과 같이, 조전지(80)에 대해서도 마찬가지로, 이상 검출 장치(40)에 의해 이상 승온을 검출 가능하다.
또한, 저온 반응 물질(41) 및 검출 센서(42)를 포함하는 이상 검출 장치(40)를 조전지에 사용함으로써, 실제로 2차 전지를 사용할 때의 이상 승온도 검출할 수 있다.
본 발명은, 전지를 제조하는 설비에 적용 가능하고, 특히 리튬 이온 2차 전지 등의 2차 전지를 제조하는 설비에 있어서의 이상 승온을 검출하여, 이러한 이상 승온에 기인하는 문제를 미연에 방지하는 기술에 적합하다.

Claims (5)

  1. 난연성 부재로 이루어지는 수용 부재 내에 수용되는 복수의 전지의 이상 상태를 검출하는 이상 검출 장치이며,
    상기 전지가 승온하여 이상 상태로 되는 온도보다 낮은 온도에서 반응하고, 또한 상기 전지의 고온으로 되기 쉬운 부분에 접촉한 상태에서 설치되는 저온 반응 물질과,
    상기 저온 반응 물질의 변화를 검출함으로써, 상기 전지의 이상 승온에 이르는 과정의 반응을 검출하는 검출 센서를 구비하고,
    상기 수용 부재 내에서는, 상기 복수의 전지 중 인접하는 2개의 전지 사이에 난연성 부재로 이루어지는 구획 부재가 개재 삽입됨과 동시에, 해당 구획 부재와 전지가 서로 광폭면을 대향시켜서 접촉한 상태로 교호로 배열되며,
    상기 저온 반응 물질은 상기 구획 부재에 설치되는 이상 검출 장치.
  2. 삭제
  3. 난연성 부재로 이루어지는 수용 부재 내에 수용되는 복수의 전지의 이상 상태를 검출하는 이상 검출 방법이며,
    상기 전지가 승온하여 이상 상태로 되는 온도보다 낮은 온도에서 반응하는 저온 반응 물질을, 상기 전지의 고온으로 되기 쉬운 부분에 접촉시키고,
    상기 저온 반응 물질의 변화를 검출함으로써, 상기 전지의 이상 승온에 이르는 과정의 반응을 검출함과 동시에,
    상기 수용 부재 내에서는, 상기 복수의 전지 중 인접하는 2개의 전지 사이에 난연성 부재로 이루어지는 구획 부재가 개재 삽입되는 동시에, 해당 구획 부재와 전지가 서로 광폭면을 대향시켜서 접촉한 상태로 교호로 배열되며,
    상기 저온 반응 물질은 상기 구획 부재에 설치되는 이상 검출 방법.
  4. 삭제
  5. 난연성 부재로 이루어지는 수용 부재 내에 수용되는 복수의 전지를 제조하는 전지 제조 설비이며,
    상기 전지가 승온하여 이상 상태로 되는 온도보다 낮은 온도에서 반응하고, 또한 상기 전지의 고온으로 되기 쉬운 부분에 접촉한 상태로 설치되는 저온 반응 물질과, 상기 저온 반응 물질의 변화를 검출함으로써, 상기 전지의 이상 승온에 이르는 과정의 반응을 검출하는 검출 센서를 갖고, 상기 검출 센서에 의한 검출 결과에 따라서 전지의 이상 상태를 검출하는 이상 검출 장치를 구비하고,
    상기 수용 부재 내에서는, 상기 복수의 전지 중 인접하는 2개의 전지 사이에 난연성 부재로 이루어지는 구획 부재가 개재 삽입되는 동시에, 해당 구획 부재와 전지가 서로 광폭면을 대향시켜서 접촉한 상태로 교호로 배열되며, 상기 저온 반응 물질은 상기 구획 부재에 설치되고,
    상기 이상 검출 장치에 의해 검출된 전지의 이상 상태에 따라서, 제조 공정을 정지시키거나, 또는 경보를 발하는, 전지 제조 설비.
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