KR20170109648A - 축전 장치의 제조 방법, 구조체의 검사 장치 - Google Patents
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Abstract
한 쌍의 전극과 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치된 세퍼레이터를 포함하는 구조체(10)를 검사하는 검사 장치(20)이며, 상기 한 쌍의 전극 간에 인가하는 일정한 검사용 전압을 발생하는 직류 정전압 발생기(32), 및 상기 검사용 전압의 인가에 수반하는 상기 한 쌍의 전극 간의 전류값을 검출하는 검출 회로(34)를 포함하는 측정부(30)과, 검출된 상기 전류값에 기초하여, 상기 구조체(10)의 양부를 판정하는 처리부(50)를 구비하고, 상기 처리부(50)는 상기 검사용 전압을 인가한 직후부터 상기 전류값이 일정해질 때까지, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 2점 이상 관측된 경우, 또는 상기 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 관측되지 않는 경우에, 상기 구조체(10)를 불량품으로 판정하는 기능과, 시간 t의 경과에 있어서의 전류값 I의 변화를 나타내는 전류 파형에 있어서 피크 전류값 Ipeak, 피크 전류 발생 시간 tpeak, 및 전류 면적 SI를 구하고, 상기 피크 전류값 Ipeak, 상기 피크 전류 발생 시간 tpeak, 및 상기 전류 면적 SI 중 어느 하나가, 상한값과 하한값을 갖는 미리 설정된 역치로부터 벗어난 경우에, 상기 구조체를 불량품으로 판정하는 부속 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 축전 장치의 제조 방법 및 구조체의 검사 장치에 관한 것이다.
전지 등의 축전 장치는, 세퍼레이터를 통하여 배치된 정극 및 부극을 포함하는 구조체를 구비하고 있다. 구조체의 불량은 축전 장치의 불량으로 이어지기 때문에, 축전 장치의 제조에 있어서는, 정극과 부극 간에 단락이나 개방 등의 이상 사상이 내부에 발생한 구조체를 검출할 것이 요구된다.
일반적으로는, 구조체의 내부에 발생한 이상 사상의 검출은, 메가오옴 테스터 등을 사용하여 절연 저항을 측정함으로써 행해지고 있다. 메가오옴 테스터를 사용한 경우에는, 검사용 전압 인가 후의 전류값이 수렴하기 직전의 한정된 시간대에 있어서의 저항값에 기초하여 합격 여부 판정이 행하여진다. 구체적으로는, 구조체에 직류 전압을 인가하고, 일정 시간 후의 인가 전압값과 흐르는 전류값을 측정하고, 측정된 인가 전압값과 전류값으로부터 저항값이 산출된다. 합격 여부 판정에 사용되는 것은, 이렇게 하여 산출된 일정 시간 후의 저항값이기 때문에, 메가오옴 테스터를 사용한 경우에는, 구조체의 검사 도중에 발생한 이상 사상을 완전히 검출하는 것은 곤란하다.
구조체와 같은 이차 전지 전구체에 검사용 전압을 인가하면서, 검사용 전압의 인가에 수반하여 흐르는 전류를 소정 시간마다 측정하여, 정극과 부극 간의 이상 사상을 검출하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1). 이것에 있어서는, 측정된 결과를, 미리 설정된 참조값에 기초하는 허용 범위와 비교하여, 이 허용 범위를 초과하는 값이 된 경우에, 당해 전구체를 불량품으로 판정하고 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 상술한 바와 같은 허용 범위와의 비교를 행하기 위해서, 양품에 대하여 얻어진 참조값이 미리 필요하게 된다. 게다가, 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 직류 전압 발생기나 전류, 전압 검출기는, 각각, 별개의 기기를 준비하여 행할 필요가 있다.
그래서, 본 발명은 보다 확실하게 구조체의 양부를 판정할 수 있는 축전 장치의 제조 방법, 및 구조체의 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 축전 장치의 제조 방법은, 한 쌍의 전극과 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치된 세퍼레이터를 포함하는 구조체를 검사하는 공정을 포함하는 축전 장치의 제조 방법이며, 상기 구조체를 검사하는 공정에서는, 상기 한 쌍의 전극 간에 일정한 검사용 전압을 인가하면서, 상기 검사용 전압의 인가에 수반하는 상기 한 쌍의 전극 간의 전류값을 소정의 간격으로 측정하고, 상기 검사용 전압을 인가한 직후부터 상기 전류값이 일정해질 때까지, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 2점 이상 관측된 경우, 또는 상기 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 관측되지 않는 경우에, 상기 구조체를 불량품으로 판정하는 공정과, 시간 t의 경과에 있어서의 전류값 I의 변화를 나타내는 전류 파형에 있어서, 피크 전류값 Ipeak, 피크 전류 발생 시간 tpeak, 및 전류 면적 SI를 구하고, 상기 피크 전류값 Ipeak, 상기 피크 전류 발생 시간 tpeak, 및 상기 전류 면적 SI 중 어느 하나가, 상한값과 하한값을 갖는 미리 설정된 역치로부터 벗어난 경우에, 상기 구조체를 불량품으로 판정하는 부속 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 검사 장치는, 한 쌍의 전극과 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치된 세퍼레이터를 포함하는 구조체를 검사하는 검사 장치이며, 상기 한 쌍의 전극 간에 인가하는 일정한 검사용 전압을 발생하는 직류 정전압 발생기, 및 상기 검사용 전압의 인가에 수반하는 상기 한 쌍의 전극 간의 전류값을 검출하는 검출 회로를 포함하는 측정부와, 검출된 상기 전류값에 기초하여, 상기 구조체의 양부를 판정하는 처리부를 구비하고, 상기 처리부는, 상기 검사용 전압을 인가한 직후부터 상기 전류값이 일정해질 때까지, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 2점 이상 관측된 경우, 또는 상기 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 관측되지 않는 경우에, 상기 구조체를 불량품으로 판정하는 기능과, 시간 t의 경과에 있어서의 전류값 I의 변화를 나타내는 전류 파형에 있어서, 피크 전류값 Ipeak, 피크 전류 발생 시간 tpeak, 및 전류 면적 SI를 구하고, 상기 피크 전류값 Ipeak, 상기 피크 전류 발생 시간 tpeak, 및 상기 전류 면적 SI 중 어느 하나가, 상한값과 하한값을 갖는 미리 설정된 역치로부터 벗어난 경우에, 상기 구조체를 불량품으로 판정하는 부속 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 한 쌍의 전극과 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치된 세퍼레이터를 포함하는 구조체를 검사하는 공정에 있어서, 한 쌍의 전극 간에 일정한 검사용 전압을 인가하면서 상기 검사용 전압의 인가에 수반하는 상기 한 쌍의 전극 간의 전류값을 소정의 간격으로 측정한다. 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)에 착안하여, 검사용 전압을 인가한 직후부터 상기 전류값이 일정해질 때까지, 이 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 2점 이상 관측된 경우, 또는 상기 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 관측되지 않는 경우에, 구조체는 불량품으로 판정하고 있다. 이것에 추가로, 시간 t의 경과에 있어서의 전류값 I의 변화를 나타내는 전류 파형에 있어서, 피크 전류값 Ipeak, 피크 전류 발생 시간 tpeak, 및 전류 면적 SI 중 어느 하나가, 상한값과 하한값을 갖는 미리 설정된 역치로부터 벗어난 경우에, 상기 구조체를 불량품으로 판정하고 있다. 이 때문에, 보다 확실하게, 구조체의 내부 단락이나 개방을 간편하게 검출하여, 신뢰성이 높은 축전 장치를 제조할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 검사 장치로 검사되는 구조체의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 권회형 구조의 구조체를 제작하기 위한 적층체를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 구조체의 검사 장치의 제어 구성을 도시하는 블록 다이어그램이다.
도 4는 양품 구조체의 전류 파형의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 양품 구조체의 전압 파형의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 불량품의 구조체의 전류 파형의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 불량품의 구조체의 전압 파형의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 권회형 구조의 구조체를 제작하기 위한 적층체를 도시하는 단면도이다.
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도 4는 양품 구조체의 전류 파형의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 양품 구조체의 전압 파형의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 불량품의 구조체의 전류 파형의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 불량품의 구조체의 전압 파형의 일례를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
1. 전체 구성
(구조체)
먼저, 본 실시 형태에 따른 검사 장치에 적용되는 구조체에 대하여 설명한다. 구조체로서는, 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같은 권회형 구조의 구조체(10)를 사용할 수 있다. 구조체(10)는 도 2에 도시한 바와 같이, 띠 형상의 세퍼레이터(16)를 통하여 띠 형상의 정극(12)과 부극(14)을 적층하여 적층체(10a)를 형성하고, 이 적층체(10a)를 권취 코어를 중심으로 하여 다수회 권회한 후, 권취 코어를 제거하여 제작된다. 구조체(10)에는, 정극 리드(11a) 및 부극 리드(11b)가 설치되어 있다. 정극 리드(11a)의 일단부는 정극(12)에 접속되고, 부극 리드(11b)의 일단부는 부극(14)에 접속되어 있다.
(검사 장치)
본 실시 형태의 구조체(10)의 검사 장치에 대하여 설명한다. 도 3에 있어서, 20은 전체로서 검사 장치를 나타내고, 측정부(30)와 처리부(50)를 포함한다. 측정부(30)는 처리부(50)로부터 송출된 측정 지시 신호에 기초하여, 정극(12) 및 부극(14) 간의 전기 특성을 측정하고, 측정 신호를 처리부(50)로 출력한다. 처리부(50)는 측정부(30)로부터 출력된 측정 신호에 기초하여, 구조체(10)의 양부를 판정한다.
측정부(30)는 직류 정전압 발생기(32), 전류 검출 회로(34), 2개의 단자(36a, 36b), 가드 전극(33) 및 GND 전극(35)을 구비하고 있다. 2개의 단자(36a, 36b)에는, 구조체(10)의 정극 리드(11a), 부극 리드(11b)가 접속된다. 직류 정전압 발생기(32)는 50∼1000V의 전압을 인가할 수 있다.
한쪽 단자(36b)는 저항(46, 45)을 통하여 직류 정전압 발생기(32)에 접속되어 있다. 직류 정전압 발생기(32)는 전압 발생 스위치(38)의 일단부에 접속되어 있다. 다른 쪽 단자(36a)는 연산 증폭기(41)의 반전 입력 단자 및 전압 발생 스위치(38)의 타단부에 접속되어 있다. 이 연산 증폭기(41)의 비반전 입력 단자는 한쪽 단자(36)에 접속되어 있다. 연산 증폭기(41)는 출력 단자가 필터(48b)를 통하여 아날로그/디지털(A/D) 변환기(49)에 접속되어 있다. 단자(36a, 36b) 사이에는, 방전용 스위치(39)와 저항(47)이 직렬로 접속되어 있다.
가드 전극(33)은 저항(43)을 통하여 연산 증폭기(40)의 반전 입력 단자에 접속되어 있다. 이 연산 증폭기(40)의 비반전 입력 단자는 GND 전극(35)에 접속되어 있다. 연산 증폭기(40)는 출력 단자가 필터(48a)를 통하여 아날로그/디지털(A/D) 변환기(49)에 접속되어 있다. 아날로그/디지털(A/D) 변환기(49)는 연산 증폭기(40, 41)로부터 출력된 아날로그의 출력 신호를 소정의 시간 간격(이하, 측정 간격이라고 한다)으로 샘플링하여 디지털의 측정 신호로 변환하여 처리부(50)로 출력한다.
측정부(30)는 구조체(10)에 검사용 전압을 인가하고, 검사용 전압의 인가에 수반하는 정극(12) 및 부극(14) 간의 전기 특성, 본 실시 형태의 경우, 정극(12) 및 부극(14) 간에 흐르는 전류값을, 소정의 검사 시간이 종료될 때까지 측정한다. 그리고 측정부(30)는 측정된 전류값을 측정 신호로 하여 처리부(50)로 출력한다.
처리부(50)는 제어부(52)와 터치 패널(58)을 구비하고 있다. 제어부(52)는 CPU(Central Processing Unit)나 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory) 등을 포함하고, 검사 장치(20) 전체를 통괄적으로 제어한다. 터치 패널(58)은 검사 파라미터의 설정, 상태 표시, 측정 결과 및 검사 결과의 표시 등의 기능을 구비하고 있다.
터치 패널(58)에 있어서 설정되는 검사 파라미터로서는, 예를 들어, 구조체(10)에 인가되는 검사용 전압, 전류값의 측정 간격, 및 검사 시간을 들 수 있다. 검사용 전압은, 구조체(10)의 타입에 따라서 적절히 설정할 수 있지만, 일반적으로는 50∼750V 정도이다. 전류값의 측정 간격은, 1μsec∼1msec 정도 사이에서 적절히 설정할 수 있다. 더 정밀도가 높은 측정 결과를 얻기 위해서는, 1msec 이하에서 전류값을 측정하는 것이 바람직하다. 검사 시간은, 구조체(10)의 타입에 따라 상이하지만, 통상, 수msec∼10sec 정도이다.
상기와 같이 구성된 제어부(52)는 측정부(30)로부터 출력된 측정 신호를 수취하면, 양부 판정 처리를 행한다. 먼저 제어부(52)는 측정 신호에 기초하여, 측정 개시부터 검사 시간의 종료까지 소정의 측정 간격에 있어서의, 특성값 변화량으로서의 전류값 변화량(ΔI=In +1-In)을 구한다(n은 정수). 계속하여 제어부(52)는 전류값이 측정된 측정 간격을 시간 변화량(Δt)으로 하여, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)를 순차 구한다. 그리고 제어부(52)는 시간 변화량(Δt)에 대한 전류 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화한 횟수를 계측한다. 측정 개시부터 측정 시간이 종료될 때까지 동안에, 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화한 횟수가 2회 이상인 경우, 제어부(52)는 검사 대상인 구조체(10)가 불량품으로 판정한다. 제어부(52)는 측정 개시부터 측정 시간이 종료될 때까지 동안에, 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화한 횟수가 0회였던 경우에도, 검사 대상인 구조체(10)가 불량품으로 판정한다. 제어부(52)는 판정 결과에 기초하여, 판정 신호를 생성하고, 터치 패널(58)로 출력한다. 터치 패널(58)은 판정 신호에 기초하여, 판정 결과를 표시할 수 있다.
또한 터치 패널(58)은 측정부(30)에 있어서 측정된 시간 t의 경과에 있어서의 전류값 I의 변화를 나타내는 전류 파형을 표시할 수 있다. 구조체(10)가 불량품으로 판정된 경우에는, 전류 파형은, 이상 사상을 반영한 일시적인 변동을 포함하는 이상 파형으로서 표시할 수 있다. 설정에 따라서는, 터치 패널(58)은 검사한 구조체(10)를 양품으로 판정한 경우, 그 전류 파형을 표시할 수도 있다. 터치 패널(58)은 이상 파형에 있어서의 일시적인 변동을 확대하여 표시하는 기능을 구비할 수 있다.
또한, 제어부(52)는 전류 파형에 있어서의 소정의 파라미터의 값을, 미리 설정된 역치와 비교한다고 하는 부속 기능을 구비한다. 예를 들어, 양품 구조체(10)의 전류 파형에 있어서는, 도 4에 도시한 바와 같이 피크 전류값 Ipeak가 피크 전류 발생 시간 tpeak에 나타난다. 이 경우, 검사용 전압 인가로부터 검사 종료 시점 te까지의 전류 면적 SI는, 도면 중의 사선으로 나타내는 영역의 면적이 된다.
부속 기능을 사용하는 경우에는, 양품 구조체(10)의 전류 파형에 있어서의 피크 전류값 Ipeak, 피크 전류 발생 시간 tpeak, 및 전류 면적 SI와 같은 각 파라미터를 기준값으로 하여, 각 파라미터에 대해서, 허용되는 상한값 및 하한값을 역치로 하여 미리 설정한다. 양품 구조체(10)란, 예를 들어, 초기의 전지 특성 및 충방전 사이클을 50사이클 이상 행해도 특성에 문제가 없었던 구조체(10)이다. 또한, 각 파라미터의 기준값이란, 복수개의 양품 구조체(10)를 측정함으로써 얻어진 복수개의 충전 전류 파형을, 평균화하여 얻어진 값으로 할 수 있다.
피크 전류값 Ipeak에 대해서는, 상한값 Iupper와 하한값 Ilower를 설정하고, 피크 전류 발생 시간 tpeak에 대해서는, 상한값 tupper와 하한값 tlower를 설정한다. 또한, 전류 면적 SI에 대해서는, 상한값 Supper와 하한값 Slower를 설정한다. 각 파라미터에 있어서 허용되는 상한값 및 하한값은, 구조체(10)의 타입 등에 따라서 적절히 설정할 수 있다. 상한값 및 하한값으로 이루어지는 역치는, 처리부(50)의 터치 패널(58)에 있어서 검사 파라미터로서 설정할 수 있다. 설정된 역치는, 제어부(52)의 기억부에 기억된다.
제어부(52)의 기억부는, 피크 전류값 Ipeak 및 그 역치(상한값 Iupper, 하한값 Ilower), 피크 전류 발생 시간 tpeak 및 그 역치(상한값 tupper, 하한값 tlower), 전류 면적 SI 및 그 역치(상한값 Supper 및 하한값 Slower)를 미리 유지하고 있어도 된다. 이 경우에는, 측정부(30)에 있어서 복수개의 양품에 대하여 측정했을 때, 얻어진 복수개의 결과가 측정 신호로서 처리부(50)로 출력되어, 제어부(50)에 있어서의 제어부(52)의 기억부에 기억된다. 제어부(52)는 복수개의 측정 결과를 평균하여 각 기준값(피크 전류값 Ipeak, 피크 전류 발생 시간 tpeak, 전류 면적 SI)을 구하고, 복수개의 측정 결과에 기초하여 역치를 설정하여 기억부에 기억한다.
제어부(52)는 측정부(30)로부터 출력된 측정 신호를 수취하고, 피크 전류값, 피크 전류 발생 시간, 및 전류 면적의 값을 구한다. 이렇게 하여 얻어진 피크 전류값, 피크 전류 발생 시간, 및 전류 면적의 값을 각 역치와 비교하여, 피크 전류값, 피크 전류 발생 시간, 및 전류 면적 중 어느 하나가 역치로부터 벗어난 경우에도, 당해 구조체(10)가 불량품으로 판정한다.
측정부(30)로부터 출력되는 측정 신호, 및 제어부(52)로부터 출력되는 판정 신호는, 인터페이스(54, 56)를 통하여 외부 기기(도시 생략)로 출력할 수 있다. 외부 기기로 출력된 측정 신호는, 메모리 카드 등의 매체에 복사할 수 있다. 이 경우에는, 일정 간격으로 측정된 전류값을, 검사 장치(20)와는 다른 컴퓨터에서 확인할 수 있다.
2. 동작 및 효과
상기와 같이 구성된 검사 장치(20)의 동작 및 효과에 대하여 설명한다. 한 쌍의 단자(36a, 36b)에 구조체(10)의 정극(12) 및 부극(14)을 정극 리드(11a) 및 부극 리드(11b)를 통하여 접속하고, 검사를 개시한다. 먼저 측정부(30)는 처리부(50)로부터 송출된 측정 지시 신호에 기초하여, 소정의 검사용 전압을 정극(12) 및 부극(14) 간에 인가한다. 검사용 전압이 인가되면, 정극(12)과 부극(14)에 전하가 모이고, 전류가 흐른다. 당해 전류는, 검사용 전압의 인가 직후부터 커지고, 정극(12)과 부극(14)에 충분히 전하가 모이면, 서서히 작아져, 일정해진다. 예를 들어, 정극(12)과 부극(14) 간에 단락이나 개방과 같은 이상 사상이 없는 양품 구조체(10)의 경우에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 전압 인가 후, 시간 t=tpeak에 있어서 피크 전류값 Ipeak가 관측된다. 피크 전류값 Ipeak에 달한 후, 전류값은 계속하여 감소되어, 미소한 전류값이 계속하여 흐른 뒤, 결국에는 제로가 된다.
측정부(30)는 검사용 전압을 인가함과 동시에, 검사용 전압을 인가한 것에 수반하는 정극(12) 및 부극(14) 간에 흐르는 전류값을 측정하고, 측정 신호로서 처리부(50)로 출력한다.
처리부(50)는 측정 신호에 기초하여 시간 변화량(Δt)에 대한 전류 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)를 순차 구한다. 도 4에 도시한 전류 파형에 있어서는, 전압 인가 후, t<tpeak의 시간에서는, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)는 0 이상의 값이다. 한편, 그 이후의 tpeak<t<te의 시간에서는, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)는 음의 값이다. 도 4에 도시한 전류 파형에 있어서는, 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점은 1점만이다.
이러한 전류 파형을 나타내는 양품 구조체(10)의 경우, 측정되는 전압은, 도 5에 도시한 바와 같이, 검사용 전압의 인가 개시부터 서서히 증가하고, 소정의 시간에서 최대 전압값 Vmax에 도달한다. 최대 전압값 Vmax는, 인가된 검사용 전압값과 거의 동등한 값이다. 전압값은, 도시한 바와 같이 검사용 전압의 인가가 종료될 때까지는 변화하지 않고 일정값(Vmax)을 나타낸다.
한편, 동일한 구성의 구조체(10)여도, 정극(12)과 부극(14) 간에 단락 또는 개방과 같은 이상 사상이 검사중에 발생한 경우, 마찬가지로 하여 얻어지는 전류 파형에는, 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같은 일시적인 변동이 발생한다. 도시하는 전류 파형에는, t=ta1에 제1 극대점 a1이 나타나고, t=tb1에 제1 극소점 b1이 나타나 있다. 또한, t=tb2에 제2 극소점 b2가 나타나고, t=ta2에 제2 극대점 a2가 나타나 있다.
극대점이나 극소점과 같은 변동은, 도 4에 도시한 양품 구조체(10)의 전류 파형에는 존재하지 않는다. 도 6에 도시하는 전류 파형에 발생한 극대점 a1, a2는, 구조체(10)의 정극(12)과 부극(14) 간에 단락이 발생한 것을 반영하고 있다. 한편, 극소점 b1, b2는, 구조체(10)의 정극(12)과 부극(14) 간에 개방이 발생한 것을 반영하고 있다.
또한, 구조체(10)의 정극(12)과 부극(14) 간에 개방 상태가 계속된 경우에는, 전류값이 제로가 된다. 전류값이 제로인 상태가 소정 시간 이상 경과한 경우, 구조체(10)의 개방 상태를 확인할 수도 있다. 개방 상태가 계속된 경우의 전류 파형에는, 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점은 관측되지 않는다. 한편, 구조체(10)의 정극(12)과 부극(14) 간의 단락 상태가 계속된 경우에는 전류가 계속하여 흐르므로, 전류 파형에는 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점은 관측되지 않는다. 어느 경우이든, 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점은 0점이다. 이때, 당해 구조체(10)는 불량품으로 판정된다.
이와 같이, 전류 파형에 발생한 변동으로부터, 구조체(10) 내부에 단락 또는 개방과 같은 이상 사상이 발생한 것을 확인할 수 있다. 구체적으로는, 전류 파형에 있어서의 극대점으로부터, 구조체(10) 내의 정극(12)과 부극(14) 간에 단락이 발생한 것을 확인할 수 있고, 극소점으로부터는, 구조체(10) 내의 정극(12)과 부극(14) 간에 개방이 발생한 것을 확인할 수 있다.
도 6에 도시된 전류 파형에 있어서, 제1 극대점 a1이 발생한 t=ta1의 전후에 착안하면, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)는 t<ta1에서는 0 이상의 값이며, t>ta1에서는 음의 값이 된다. 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)는 t=ta1에 있어서 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화되어 있다. 제2 극대점 a2가 발생한 t=ta2에 있어서도 마찬가지로, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)는 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화되어 있다.
도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 양품 구조체(10)의 경우에는, 전류 파형에 있어서 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점은, 피크 전류값 Ipeak에 있어서의 1점만이다. 도 6에 도시하는 전류 파형에 있어서는, 이 1점에 더하여, 추가로 2점에서, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하고 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 2점 이상 관측된 경우에, 당해 구조체(10)는 불량품으로 판정된다.
또한, 도 6에 도시된 전류 파형에 있어서, 제1 극소점 b1이 발생한 t=tb1의 전후에 착안하면, tb1은 피크 전류값 Ipeak가 발생하기 전이므로, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)는 t<tb1에의 과정에 있어서 0 이상으로부터 음의 값으로 변화되어 있다. 또한 제2 극소점 b2가 발생한 t=tb2는, 피크 전류값 Ipeak가 발생한 후이므로, 제2 극소점 b2로부터 복귀하는 과정에 있어서, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)는 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화되어 있다. 이렇게 극소점이 발생한 경우에도, 극대점이 발생한 경우와 마찬가지로, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 2점 이상 관측된 경우에, 당해 구조체(10)는 불량품으로 판정할 수 있다.
이상에 있어서, 민간용 리튬 이온 이차 전지 등의 소형 전지에 포함되는 구조체(10)에 대하여 설명했지만, 차량 탑재용 리튬 이온 이차 전지 등의 대형 전지에 포함되는 구조체(10)의 경우도 마찬가지이다.
본 실시 형태에 따른 검사 장치는, 전류 파형을 관측하고, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점의 수에 의해, 구조체(10)의 양부를 판정한다. 이것에 추가로, 측정 결과로부터 얻어진 피크 전류값, 피크 전류 발생 시간, 또는 전류 면적의 값을 각 역치와 비교하여, 구조체(10)의 양부를 판정하도록 했으므로, 당해 구조체(10)를 보다 확실하게 검사할 수 있다.
이상과 같이 하여 검사된 구조체(10)는 축전 장치로서 리튬 이온 전지에 적용할 수 있다. 예를 들어, 검사에서 양품으로 판정된 구조체(10)를 비수 전해액과 함께 외장 캔 내에 배치한다. 그리고, 외장 캔을 밀폐한다. 이와 같이 하여 리튬 이온 전지가 제조된다. 또한, 구조체(10)의 검사는, 구조체(10)를 외장 캔에 수납한 후, 전해액을 외장 캔 내에 주입하기 전에 행해도 된다.
본 실시 형태의 제조 방법에 의하면, 내부에 단락이나 개방 사상이 발생한 불량품의 구조체(10)를 검출하고, 양품 구조체(10)를 사용하여 축전 장치를 생산하므로, 축전 장치의 신뢰성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
3. 변형예
본 실시 형태의 검사 장치(20)로 검사되는 구조체(10)로서, 권회형 구조의 예를 들어서 설명했지만, 이것에 한정되지 않는다. 세퍼레이터(16)를 사이에 두고 복수의 정극(12)과 복수의 부극(14)을 교대로 적층하여 구성된 적층형 구조의 구조체를 사용할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에서 설명한 전지는 본 발명의 방법으로 제조되는 축전 장치의 일례이며, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 축전 장치로서는, 예를 들어, 리튬 이온 전지, 리튬 이온 커패시터, 콘덴서, 및 니켈 전지 등을 들 수 있다.
본 실시 형태의 제조 방법에 있어서의 구조체(10)를 검사하는 공정에 있어서는, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)를 조사하고, 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 2점 이상 관측된 경우에, 당해 구조체(10)를 불량품으로 판정하도록 하고 있다. 전류 파형에 있어서, 피크 전류값 Ipeak와는 별도로 일시적인 변동이 관측된 경우, 당해 구조체(10)는 불량품이다.
전류 파형에 있어서의 일시적인 변동은, 예를 들어, n번째(n은 양수)에 측정된 전류값 In을, n-1번째로 측정된 전류값 In -1, 및 n+1번째로 측정된 전류값 In +1과 비교함으로써 확인하도록 해도 된다. 구체적으로는, 전류값 In -1과 전류값 In의 변화량을 ΔIn으로 하고, 전류값 In과 전류값 In +1의 변화량을 ΔIn +1로 한다. 변화량 ΔIn에 대하여 변화량 ΔIn +1이 200％ 이상 증감한 경우에는, 전류 파형에 일시적인 변동이 발생했다고 판단할 수 있다. 또는, n번째로 측정된 전류값 In을, n-2번째로 측정된 전류값 In -2, 및 n+2번째로 측정된 전류값 In +2를 상술한 것과 동일한 요령으로 비교하고, 그 결과에 기초하여 마찬가지로 판단해도 된다.
또한, 예를 들어 지수 평활 이동 평균을 채용하여 전류 파형의 이동 평균값을 산출하고, 거기에 기초하여 일시적인 변동을 확인하는 것으로 해도 된다. 구체적으로는, n+3번째로 측정된 전류값 In +3과, n+2번째로 측정된 전류값 In +2와, n+1번째로 측정된 전류값 In +1과, n번째로 측정된 전류값 In의 평균을 구하고, 평균 전류값 Iav1로 한다. 또한, n+4번째로 측정된 전류값 In +4와, n+3번째로 측정된 전류값 In+3과, n+2번째로 측정된 전류값 In +2와, n+1번째로 측정된 전류값 In +1의 평균을 구하고, 평균 전류값 Iav2로 한다. 또한, n+5번째로 측정된 전류값 In +5와, n+4번째로 측정된 전류값 In +4와, n+3번째로 측정된 전류값 In +3과, n+2번째로 측정된 전류값 In+2의 평균을 구하고, 평균 전류값 Iav3으로 한다.
평균 전류값 Iav1과 평균 전류값 Iav2의 변화량 ΔIav1로 하고, 평균 전류값 Iav2와 평균 전류값 Iav3의 변화량 ΔIav2로 한다. ΔIav1에 대하여 ΔIav2이 200％ 이상 증감한 경우에는, 전류 파형에 일시적인 변동이 발생했다고 판단할 수 있다. 또한, 평균값을 구하는 전류값의 수는, 4개에 한정되지 않고, 적절히 설정하면 된다.
평균값으로서는, n번째로 측정된 전류값 In과, n-j번째(j는 양수)에 측정된 전류값 In -j와, n+j번째(j는 양수)에 측정된 전류값 In +j의 평균값을 사용해도 된다. 이 경우, j의 값은 임의로 설정할 수 있다.
또는, n+3번째로 측정된 전류값 In+3을, n+2번째로 측정된 전류값 In+2와, n+1번째로 측정된 전류값 In +1과, n번째로 측정된 전류값 In의 평균 전류값 Iav3과 비교해도 된다. 상술한 경우와 마찬가지로, 평균 전류값 Iav3에 대하여 전류값 In +3이 200％ 이상 증감한 경우에는, 전류 파형에 일시적인 변동이 발생했다고 판단할 수 있다. 이와 같이, 전류 파형에 있어서의 일시적인 변동은, 임의의 방법에 의해 조사하는 것이 가능하다. 전류 파형에 일시적인 변동이 발생했다고 판단하는 변화량의 증감(％)은 200％에 고정되는 것은 아니다. 불량이라고 판단하는 범위에 따라, 적절히 설정할 수 있다. 또한, 변화량의 증감(％)이 아니라, 변화량의 절댓값으로 비교하여, 전류 파형에 있어서의 일시적인 변동을 판단해도 된다.
상술한 바와 같은 방법으로 전류 파형의 일시적인 변동을 조사하기 위해서는, 예를 들어, 검사 장치(20)의 처리부(50)에 있어서의 터치 패널(58)에 있어서, 전류값의 비교에 사용되는 소정의 파라미터가, 검사 파라미터로서 설정된다.
도 3에 도시한 검사 장치(20)의 측정부(30)에서는, 전기 특성으로서 전류값을 사용하는 경우에 대하여 설명했지만, 전압값을 사용할 수도 있다. 이 경우에는, 검사 장치(20)의 처리부(50)에 있어서의 터치 패널(58)에는, 전압 파형을 표시할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 전류 파형을 나타내는 구조체(10)의 경우에는, 구조체(10)의 정극(12)과 부극(14) 사이의 단락은, 도 7에 도시하는 바와 같이 전압 파형의 시간 ta1, ta2에 있어서의 극소점 c1, c2로서 나타난다.
도 7에서는, 극소점을 제외한 전압 파형에 있어서 시간 변화량(Δt)에 대한 전압 변화량(ΔV)의 비(ΔV/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점은 1점이다. 그리고 각 극소점에 이르는 과정에 있어서, 비(ΔV/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화되어 있다. 따라서 전압값을 사용한 경우, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 비(ΔV/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 2점 이상인 경우, 구조체(10)를 불량이라 판정할 수 있으므로, 상기 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
전류 파형을 표시하는 경우와 마찬가지로, 터치 패널(58)은 검사한 구조체(10)를 양품으로 판단한 경우, 그 전압 파형을 표시할 수도 있다. 또한, 측정 신호로서의 전압값은, 전류값의 경우와 마찬가지로, 외부 기기로 출력할 수 있다. 나아가, 소정의 매체에 복사하여, 일정 기간에 측정된 전압을, 검사 장치(20)과는 다른 컴퓨터에서 확인할 수 있다.
또한, 구조체(10)의 정극(12)과 부극(14) 간의 단락 상태가 계속된 경우에는, 전압값이 제로가 된다. 전압값이 제로인 상태가 소정 시간 이상 경과한 경우, 구조체(10)의 단락 상태를 확인할 수도 있다.
구조체(10)의 정극(12)과 부극(14) 간의 단락 상태 또는 개방 상태가 복귀되지 않는 경우에는, 구조체(10)의 내부 저항값을 측정함으로써 검출할 수도 있다. 전류 파형 및 전압 파형의 경우와 마찬가지로, 양품에 기초하는 참조값은 필요로 되지 않는다. 저항 파형의 이상한 변화를 포착함으로써, 구조체(10)의 불량을 판정하는 것도 가능하다.
본 실시 형태의 축전 장치의 제조 방법에 있어서는, 구조체(10)를 검사 장치(20)로 검사하기 전에, 프레스기 등으로 일정한 힘으로 압력을 가하여, 정극(12)과 부극(14) 간의 극간 거리를 일정하게 할 수 있다. 구조체(10)에 있어서, 정극(12)과 세퍼레이터(16) 사이, 또는 세퍼레이터(16)과 부극(14) 사이에 이물이 혼입된 경우에는, 정극(12)과 부극(14) 간의 극간 거리가 정상적인 범위로부터 일탈하는 경우가 있다. 전극 버가 발생했을 때에도, 극간 거리에 이상이 발생한다. 극간 거리가 비정상적으로 긴 경우, 또는 비정상적으로 짧은 경우에는, 구조체(10)의 정전 용량에 차이가 발생되어 버린다.
구조체(10)를 프레스함으로써, 정극(12)과 부극(14) 간의 극간 거리를 일정하게 하여, 정확한 정전 용량을 얻을 수 있다. 프레스 시의 압력은, 구조체(10)의 타입에 따라서 적절히 설정할 수 있지만, 일반적으로는, 1∼3,000Pa 정도로 할 수 있다.
10: 구조체
11a: 정극 리드
11b: 부극 리드
12: 정극
14: 부극
16: 세퍼레이터
20: 검사 장치
30: 측정부
50: 처리부
11a: 정극 리드
11b: 부극 리드
12: 정극
14: 부극
16: 세퍼레이터
20: 검사 장치
30: 측정부
50: 처리부
Claims (2)
- 한 쌍의 전극과 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치된 세퍼레이터를 포함하는 구조체를 검사하는 공정을 포함하는 축전 장치의 제조 방법이며,
상기 구조체를 검사하는 공정에서는,
상기 한 쌍의 전극 간에 일정한 검사용 전압을 인가하면서, 상기 검사용 전압의 인가에 수반하는 상기 한 쌍의 전극 간의 전류값을 소정의 간격으로 측정하고,
상기 검사용 전압을 인가한 직후부터 상기 전류값이 일정해질 때까지, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 2점 이상 관측된 경우, 또는 상기 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 관측되지 않는 경우에, 상기 구조체를 불량품으로 판정하는 공정과,
시간 t의 경과에 있어서의 전류값 I의 변화를 나타내는 전류 파형에 있어서, 피크 전류값 Ipeak, 피크 전류 발생 시간 tpeak, 및 전류 면적 SI를 구하고, 상기 피크 전류값 Ipeak, 상기 피크 전류 발생 시간 tpeak, 및 상기 전류 면적 SI 중 어느 하나가, 상한값과 하한값을 갖는 미리 설정된 역치로부터 벗어난 경우에, 상기 구조체를 불량품으로 판정하는 부속 공정
을 갖는 것을 특징으로 하는 축전 장치의 제조 방법. - 한 쌍의 전극과 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치된 세퍼레이터를 포함하는 구조체를 검사하는 검사 장치이며,
상기 한 쌍의 전극 간에 인가하는 일정한 검사용 전압을 발생하는 직류 정전압 발생기, 및 상기 검사용 전압의 인가에 수반하는 상기 한 쌍의 전극 간의 전류값을 검출하는 검출 회로를 포함하는 측정부와,
검출된 상기 전류값에 기초하여, 상기 구조체의 양부를 판정하는 처리부를 구비하고,
상기 처리부는,
상기 검사용 전압을 인가한 직후부터 상기 전류값이 일정해질 때까지, 시간 변화량(Δt)에 대한 전류값 변화량(ΔI)의 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 2점 이상 관측된 경우, 또는 상기 비(ΔI/Δt)가 0 이상의 값으로부터 음의 값으로 변화하는 점이 관측되지 않는 경우에, 상기 구조체를 불량품으로 판정하는 기능과,
시간 t의 경과에 있어서의 전류값 I의 변화를 나타내는 전류 파형에 있어서, 피크 전류값 Ipeak, 피크 전류 발생 시간 tpeak, 및 전류 면적 SI를 구하고, 상기 피크 전류값 Ipeak, 상기 피크 전류 발생 시간 tpeak, 및 상기 전류 면적 SI 중 어느 하나가, 상한값과 하한값을 갖는 미리 설정된 역치로부터 벗어난 경우에, 상기 구조체를 불량품으로 판정하는 부속 기능
을 갖는 것을 특징으로 하는 검사 장치.
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