KR101520175B1 - 2차 전지의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 2차 전지의 전기 특성의 양부를 고정밀도로 판정할 수 있는, 2차 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
소정 기간에 걸쳐 항온 분위기하에 안치하는 에이징 공정 S3을 거친 소정수의 2차 전지를 1조로 한 전지 그룹마다, 방전 후에 발생하는 리바운드 상승하는 단자 전압의 상승 경향이 저감된 시점의 단자 전압 V3을 측정하는 제1 전압 측정 공정 S12와, 제1 전압 측정 공정 S12로부터 제1 소정 시간 S13 후에 단자 전압 V4를 측정하는 제2 전압 측정 공정 S14를 구비한다. 그리고 제1 전압 측정 공정 S12에서의 측정 전압 V3과 제2 전압 측정 공정 S14에서의 측정 전압 V4의 전압차(V4－V3)가, 미리 설정한 임계값 내에 있는지 여부에 기초하여 2차 전지의 양부를 판정하는 공정 S16으로 이루어지는 (제1)판정 공정 S12 내지 S16을 구비한다.

Description

2차 전지의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR SECONDARY BATTERY}
본 발명은, 2차 전지의 제조 방법, 특히 2차 전지의 전기 특성의 양부를 판정하는 판정 공정을 구비하는 2차 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터, 2차 전지는, 전지를 조립한 후, 초기 충전 공정, 에이징 공정 등을 거친 후에 출하되지만, 제조 과정에 있어서, 미소 단락 등에 기인하는 전기 특성의 불량을 판별하고, 이러한 불량 전지를 출하하지 않도록 하고 있다(특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에서는, 각 2차 전지에 대해 에이징 전후의 단자간 전압을 측정하고, 에이징 후의 단자간 전압이, 2차 전지의 제조 단위마다 정한 하한 규격값보다도 낮은 것을 불량품이라고 판정한다. 또한, 단자간 전압이 기준 규격값 이상인 2차 전지에 대해 단자간 전압의 평균값을 구하고, 단자간 전압이, 이 평균값으로부터 미리 정한 편차를 뺀 값 이상인 2차 전지에 대해서는, 합격품이라고 한다. 한편, 단자간 전압이, 이 평균값으로부터 미리 정한 편차를 뺀 값을 하회하는 2차 전지에 대해서는, 에이징 전후의 단자간 전압의 차를 구하고, 단자간 전압차가, 그 평균값으로부터 미리 정한 편차를 뺀 값을 상회하는 2차 전지에 대해서는, 불량품이라고 판정한다.
일본 특허 출원 공개 제2001-228224호 공보
그러나 특허문헌 1의 방법에서는, 방전 후에 전압이 상승 경향으로 되는(전압 리바운드) 영향으로 단자간의 측정 전압이 높아짐으로써, 불량이라고 판정한 2차 전지 중에 우량품이 포함되어 있는 경우가 있었다.
따라서 본 발명은, 상기 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 2차 전지의 전기 특성의 양부를 고정밀도로 판정할 수 있는, 2차 전지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 소정 기간에 걸쳐 항온 분위기하에 안치하는 에이징 공정을 거친 소정수의 2차 전지를 1조로 한 전지 그룹마다, 방전 후에 발생하는 리바운드 상승하는 단자 전압의 상승 경향이 저감된 시점의 단자 전압 V3을 측정하는 제1 전압 측정 공정과, 제1 전압 측정 공정으로부터 제1 소정 시간 후에 단자 전압 V4를 측정하는 제2 전압 측정 공정을 구비한다. 그리고 제1 전압 측정 공정에서의 측정 전압 V3과 제2 전압 측정 공정에서의 측정 전압 V4의 전압차(V4－V3)가, 미리 설정한 임계값 내에 있는지 여부에 기초하여 2차 전지의 양부를 판정하는 공정을 구비한다.
따라서, 본 발명에서는, 방전 후에 발생하는 리바운드 상승하는 단자 전압의 상승 경향이 저감된 시점의 단자 전압 V3을 측정하고, 소정 시간 후에 단자 전압 V4를 측정하고, 전압차(V4－V3)가 미리 설정한 임계값 내에 있는지 여부에 기초하여 2차 전지의 양부를 판정하므로, 전압 상승 경향(전압 리바운드)의 영향을 받지 않게 되므로, 전압차 편차가 저감되고, 판정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이로 인해, 우량품을 불량품 판정으로 하는 것을 감소시킬 수 있어, 불량률을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태를 나타내는 2차 전지의 전기 특성의 양부를 판정하는 판정 공정을 구비하는 2차 전지의 제조 방법의 공정도.
도 2는 판정 공정에 있어서의 2차 전지의 개로 전압의 변화를 나타내는 특성도.
도 3은 제2 판정 공정에 있어서의 판정 결과의 일례를 나타내는 히스토그램과 편차 폭 판정예.
도 4는 제1 판정 공정에 있어서의 판정 결과의 일례를 나타내는 히스토그램과 편차 폭 판정예.
이하, 본 발명의 2차 전지의 제조 방법을 실시 형태에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태를 나타내는 2차 전지의 전기 특성의 양부를 판정하는 판정 수순을 구비하는 2차 전지의 제조 방법의 공정도이다. 본 실시 형태의 2차 전지의 전기 특성의 양부의 판정에는, 판정 수순의 전단에 있어서 2차 전지의 양부를 판정하는 제2 판정 공정과, 판정 수순의 후단에 있어서 2차 전지의 양부를 판정하는 제1 판정 공정을 구비한다.
제2 판정 공정에 있어서는, 2차 전지에 발생시킨 전압 리바운드 중에 있어서의 소정 시간의 전후의 전압차 ΔV에 기초하여 2차 전지의 양부를 판정한다. 제2 판정 공정은, 도 1에 있어서, 스텝 S4 내지 스텝 S9에서 실행된다. 제1 판정 공정에 있어서는, 상기한 전압 리바운드가 저감된 상태에 있어서의 소정 시간의 전후의 전압차 ΔV에 기초하여 2차 전지의 양부를 판정한다. 제1 판정 공정은, 도 1에 있어서, 스텝 S11 내지 스텝 S16에서 실행된다.
우선, 제2 판정 공정에 대해 설명한다. 리튬 이온 2차 전지는, 스텝 S1의 리튬 이온 2차 전지로서 조립된 소정의 제조 단위의 복수개(바람직하게는 N＝500 이상)의 2차 전지를 선택하여, 그것에 대해 만 충전을 행한다(스텝 S2). 이어서, 소정 온도의 항온조 내에서 소정 시간(예를 들어, 2주간) 방치하여, 자연 방전시켜 에이징한다(스텝 S3).
도 2는 제2 판정 공정 및 제1 판정 공정이 실시되는, 소정의 제조 단위의 복수개(바람직하게는 N＝500 이상)의 2차 전지의 단자 전압(개로 전압)의 추이를 나타낸 것이다. 이하의 설명에서는, 도 2에 나타내는 2차 전지의 단자 전압(개로 전압)의 추이에 대해서도, 아울러 설명한다.
에이징이 완료된 소정의 제조 단위의 복수개(바람직하게는 N＝500 이상)의 2차 전지에 대하여 제2 판정 공정이 개시된다. 제2 판정 공정에서는, 소정의 제조 단위의 복수개(바람직하게는 N＝500 이상)의 2차 전지에 대하여, 용량을 비우는 완전 방전을 시켜 2차 전지마다의 전압 편차를 없앤 후, 조금 충전하는 전압 조정을 실시한다(스텝 S4). 동시에, 그 시점 t0(도 2의 시점 t0)에 있어서의 각 2차 전지의 단자 전압(개로 전압 V1)을 측정한다(스텝 S5).
전압 조정된 2차 전지의 단자 전압(개로 전압)은, 시점 t0으로부터 리바운드를 수반하여 상승한다(이하에서는, 이 상승 과정을 전압 상승 경향이라 함). 이 전압 상승 경향은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 시간의 경과와 함께 저감되어, 2차 전지 각각의 값에 수렴되어 간다. 소정 시간(예를 들어, 0.6주간 이상, 제2 소정 시간이라고 정의함)을 경과할 때까지 방치(스텝 S6)한다. 그리고 소정 시간 경과 후(도 2의 시점 t1)에 있어서, 각 2차 전지의 단자 전압(개방 전압 V2)을 측정하고(스텝 S7), 각 2차 전지의 제2 소정 시간 경과 전후의 전압차 ΔV(＝V2－V1)를 산출한다(스텝 S8).
이어서, 소정의 제조 단위의 복수개의 2차 전지의 전압차의 ΔV 평균값 및 표준 편차(σ)를 산출한다. 또한, 2차 전지의 전압차 ΔV에 대한 편차의 판정 상한 ＋Aσ 및 판정 하한 －Bσ를 산출한다. 여기서, A, B는 임의의 수치이며, 예를 들어, A＝3, B＝3으로 하면, 판정 상한은 (＋3σ)로 되고, 판정 하한 (－3σ)로 된다. 이어서, 각 2차 전지의 전압차 ΔV가, 상기 판정 상한 ＋Aσ와 판정 하한 －Bσ의 판정 폭 내에 있는지 여부를 판정한다(스텝 S9). 이 판정에 있어서, 전압차 ΔV가, 상기 판정 상한 ＋Aσ와 판정 하한 －Bσ의 판정 폭 내에 있는 2차 전지는, 우량품으로서 판정한다(스텝 S10). 또한, 이 판정에 있어서, 전압차 ΔV가, 상기 판정 상한 ＋Aσ와 판정 하한 －Bσ의 판정 폭을 초과하는 2차 전지는, 불량 후보품으로서 제1 판정 공정에서 양부 판정이 실시된다.
도 3은 스텝 S9에서 실행된 편차 폭 판정예를 나타내는 것이다. 그리고 판정 하한 －3σ와 판정 상한 ＋3σ로 설정한 우량품 판정 범위에 있는 2차 전지에 대해서는 우량품으로서, 2차 전지 출하 과정의 다음 공정으로 보내진다.
또한, 판정 하한 －3σ와 판정 상한 ＋3σ로 설정한 우량품 판정 범위로부터 벗어난 2차 전지에 대해서는, 통상 폐기된다. 그러나 이 불량 후보품이라고 판정한 2차 전지 중에도, 단자간 전압 측정 시의 환경 온도에 의한 오차나, 전지 재료·공정 등의 로트간 변동에 의한 오차에 의해, 우량품으로 되어야 하는 것이 포함되어 있을 가능성이 있다. 이로 인해, 본 실시 형태의 판정 공정에 있어서는, 이 불량 후보품으로서 판정된 2차 전지에 대하여, 제1 판정 공정을 실시함으로써, 확실하게 불량품으로 되는 것에 대해서만 폐기하고, 우량품으로 되는 것을 선정하도록 하고 있다.
제1 판정 공정에서는, 제2 판정 공정에서 불량 후보품이라고 판정된 2차 전지에 대하여, 소정 시간(예를 들어, 0.7주간 이상) 방치한다(스텝 S11). 이 소정 시간은, 2차 전지의 전압의 리바운드에 의한 상승 경향이 저감된 상태로 될 때까지의 경과 시간에 의해 설정된다. 그리고 소정 시간을 경과한 시점 t2에 있어서, 2차 전지의 단자 전압(개방 전압 V3)을 측정한다(스텝 S12). 이어서, 단자 전압(개방 전압 V3)을 측정한 2차 전지를, 가압(예를 들어, 1.7㎏/㎠ 이상) 상태에 있어서, 소정 시간(예를 들어, 0.15주간 이상) 방치하고(스텝 S13), 그 후의 시점 t4에 있어서, 2차 전지의 단자 전압(개방 전압 V4)을 측정한다(스텝 S14).
그리고 시점 t2에서 측정한 단자 전압(개방 전압 V3)과 시점 t3에서 측정한 단자 전압(개방 전압 V4)의 전압차 ΔV'(＝V4－V3)를 산출한다(스텝 S15). 이어서, 산출한 각 2차 전지의 전압차 ΔV'(＝V4－V3)가, 판정 상한 C 및 판정 하한 D의 범위 내인지 여부를 판정한다(스텝 S16). 도 4는 스텝 S16에서 실행된 전압차 ΔV'(V4－V4)의 히스토그램과 임계값 판정예를 나타내는 것이다. 여기에서는, 예를 들어, 판정 상한 C＝2.0, 판정 하한 D＝－0.5로 하고 있다. 그리고 전압차 ΔV'(＝V4－V3)가 판정 범위 내인 경우에는 우량품이라고 판정하고(스텝 S10), 전압차 ΔV'(＝V4－V3)가 판정 범위를 초과하는 경우에 불량품이라고 판정한다(스텝 S17).
이 판정에 있어서는, 전압 상승 경향(전압 리바운드)의 영향을 받지 않게 되므로, 전압차 편차가 저감되고, 판정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이로 인해, 우량품을 불량품이라고 판정하는 것을 감소시킬 수 있어, 불량률을 저감시킬 수 있다. 또한, 스텝 S13에 있어서, 가압 상태로 함으로써, 전지 내부에서의 정극－부극간의 전기적인 미소 단락(마이크로 쇼트)이 발생하고 있는 경우에는, 전압차 ΔV'(＝V4－V3)가 현저해진다. 이로 인해, 미소 단락(마이크로 쇼트)을 발생시키고 있는 2차 전지를, 이 시점에서 확실하게 판정할 수 있다. 그리고 우량품이라고 판정한 2차 전지는 후공정으로 출하하고, 불량품이라고 판정한 2차 전지는 폐기한다.
이상의 구성의 2차 전지의 제조 방법에 있어서의 2차 전지의 전기 특성의 양부를 판정에서는, 우선, 판정 개시로부터 비교적 단기간에 실행되는 제2 판정 공정에 의해, 우량품이라고 판정할 수 있는 2차 전지를 선별하고 있다. 이로 인해, 우량품으로 된 2차 전지는, 양부 판정을 위한 재고로 하는 일 없이 출하할 수 있어, 재고로 하는 것에 의한 재고 에어리어 및 검사 공정수를 삭감할 수 있고, 그 후의 판정 기간이 더욱 증가하여 이루어지는 제1 판정 공정에 있어서 판정해야 하는 2차 전지의 수량을 삭감할 수 있다.
또한, 제1 판정 공정에서는, 판정 기간이 더욱 증가되지만, 전압 상승 경향(전압 리바운드)의 영향을 받지 않게 되므로, 전압차 편차가 저감되고, 판정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이로 인해, 제2 판정 공정에 있어서 불량 후보품이라고 판정된 2차 전지라도, 우량품을 불량품이라고 판정하는 것을 감소시킬 수 있어, 불량률을 저감시킬 수 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 이하에 기재하는 효과를 발휘할 수 있다.
(가) 소정 기간에 걸쳐 항온 분위기하에 안치하는 에이징 공정 S3을 거친 소정수의 2차 전지를 1조로 한 전지 그룹마다, 방전 후에 발생하는 리바운드 상승하는 단자 전압의 상승 경향이 저감된 시점의 단자 전압 V3을 측정하는 제1 전압 측정 공정 S12와, 제1 전압 측정 공정 S12로부터 제1 소정 시간 S13 후에 단자 전압 V4를 측정하는 제2 전압 측정 공정 S14를 구비한다. 그리고 제1 전압 측정 공정 S12에서의 측정 전압 V3과 제2 전압 측정 공정 S14에서의 측정 전압 V4의 전압차(V4－V3)가, 미리 설정한 임계값 내에 있는지 여부에 기초하여 2차 전지의 양부를 판정하는 공정 S16으로 이루어지는 (제1)판정 공정 S12 내지 S16을 구비한다. 즉, (제1)판정 공정 S12 내지 S16에서는, 전압 상승 경향(전압 리바운드)의 영향을 받지 않게 되므로, 전압차 편차가 저감되고, 판정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이로 인해, 제2 판정 공정 S4 내지 S9에 있어서 불량 후보라고 판정된 2차 전지라도, 우량품을 불량품이라고 판정하는 것을 감소시킬 수 있어, 불량률을 저감시킬 수 있다.
(나) 2차 전지의 제조 방법은, 방전 후에 발생하는 리바운드 상승하는 단자 전압의 상승 경향의 개시 시와 상승 경향 중에 있어서의 개시 시로부터 제2 소정 시간 S6 후의 2차 전지의 단자 전압차 ΔV의 편차가, 미리 설정한 편차 폭 내에 있는지 여부에 기초하여 2차 전지의 양부를 판정하는 제2 판정 공정 S4 내지 S9를 구비하고, 제1 판정 공정 S12 내지 S16은, 제2 판정 공정 S4 내지 S9에서 불량 후보라고 판정된 2차 전지를 대상으로 하여 실시된다. 이로 인해, 제2 판정 공정 S4 내지 S9에서 우량품으로 된 2차 전지는, 양부 판정을 위한 재고로 하는 일 없이 출하할 수 있어, 재고로 하는 것에 의한 재고 에어리어 및 검사 공정수를 삭감할 수 있고, 그 후의 판정 기간을 더욱 증가하여 이루어지는 제1 판정 공정 S12 내지 S16에 있어서 판정해야 하는 2차 전지의 수량을 삭감할 수 있다.
(다) 제1 판정 공정 S12 내지 S16에 있어서의 제1 전압 측정 공정 S12와 제2 전압 측정 공정 S14 사이에 있어서의 제1 소정 시간 S13 중에 있어서, 2차 전지는 가압 상태에서 방치된다. 이와 같이, 가압 상태로 함으로써, 전지 내부에서의 정극－부극간의 전기적인 미소 단락(마이크로 쇼트)이 발생하고 있는 경우에는, 전압차 ΔV'(＝V4－V3)가 현저해진다. 이로 인해, 미소 단락(마이크로 쇼트)을 발생시키고 있는 2차 전지를, 이 시점에서 확실하게 판정할 수 있다.

Claims (5)

  1. 소정 기간에 걸쳐 항온 분위기하에 안치하는 에이징 공정을 거친 소정수의 2차 전지를 1조로 한 전지 그룹마다, 방전 후에 발생하는 리바운드 상승하는 단자 전압의 상승 경향이 저감된 시점의 단자 전압 V3을 측정하는 제1 전압 측정 공정과,
    상기 제1 전압 측정 공정으로부터 제1 소정 시간 후에 단자 전압 V4를 측정하는 제2 전압 측정 공정과,
    상기 제1 전압 측정 공정에서의 측정 전압 V3과 상기 제2 전압 측정 공정에서의 측정 전압 V4의 전압차(V4－V3)가, 미리 설정한 임계값 내에 있는지 여부에 기초하여 2차 전지의 양부를 판정하는 공정으로 이루어지는 판정 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 2차 전지는, 상기 에이징 공정 후에, 완전 방전 공정 및 조금 충전하는 전압 조정 공정을 더 거치는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 판정 공정은, 상기 전압차(V4－V3)가, 미리 설정한 임계값 내에 있는 경우에는 우량품이라고 판정하고, 상기 임계값을 초과하는 경우에는 불량품이라고 판정하는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 2차 전지의 제조 방법은, 방전 후에 발생하는 리바운드 상승하는 단자 전압의 상승 경향의 개시 시와 상승 경향 중에 있어서의 개시 시로부터 제2 소정 시간 후의 2차 전지의 단자 전압차 ΔV의 편차가, 미리 설정한 편차 폭 내에 있는지 여부에 기초하여 2차 전지의 양부를 판정하는 제2 판정 공정을 구비하고,
    상기 판정 공정은, 제2 판정 공정에서 불량 후보라고 판정된 2차 전지를 대상으로 하여 실시되는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 판정 공정에 있어서의 제1 전압 측정 공정과 제2 전압 측정 공정 사이에 있어서의 제1 소정 시간 중에 있어서, 2차 전지는 가압 상태에서 방치되는 것을 특징으로 하는, 2차 전지의 제조 방법.
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