KR20190063439A - 축전 디바이스의 평가 방법, 축전 디바이스의 제조 방법, 및 시험 시스템 - Google Patents

축전 디바이스의 평가 방법, 축전 디바이스의 제조 방법, 및 시험 시스템 Download PDF

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Abstract

축전 디바이스의 평가 방법은 다음의 [a]∼[f]를 적어도 포함한다. [a] 축전 디바이스(101)를 준비한다. [b] 정극(10) 및 부극(20)의 사이에 제 1 전위차가 생기도록, 축전 디바이스(101)의 충전 레벨을 조정한다. [c] 정극(10) 또는 부극(20)을 기준 전극으로서 선택한다. [d] 충전 레벨의 조정 후, 기준 전극과, 도전성의 막대 형상 부재(1)와의 사이의 제 2 전위차를 측정하면서, 정극(10) 및 부극(20)의 적층 방향을 따라서, 적층부(50)에 막대 형상 부재(1)를 삽입하는 동작을 행한다. [e] 막대 형상 부재(1)를 정지한다. [f] 막대 형상 부재(1)의 정지 후의 축전 디바이스(101)의 상태에 따라, 축전 디바이스(101)를 평가한다.

Description

축전 디바이스의 평가 방법, 축전 디바이스의 제조 방법, 및 시험 시스템{METHOD OF EVALUATING POWER STORAGE DEVICE, METHOD OF MANUFACTURING POWER STORAGE DEVICE, AND TEST SYSTEM}
본 개시는 축전 디바이스의 평가 방법, 축전 디바이스의 제조 방법, 및 시험 시스템에 관한 것이다.
일본 공개특허 특개2010-250954호 공보는, 축전 디바이스에 대하여, 소정의 평가 지그를 내부 단락이 발생하는 깊이까지 삽입함으로써, 축전 디바이스의 내부에서 강제적으로 내부 단락을 발생시키는 평가 방법을 개시하고 있다.
축전 디바이스(예를 들면 전지, 커패시터 등)에 있어서, 도전성 이물(예를 들면, 금속편(金屬片) 등)에 의해 내부 단락이 발생하였을 때, 축전 디바이스가 어떠한 상태가 될지 평가하는 방법이 요구되고 있다.
도전성 이물에 의한 내부 단락의 모의 시험으로서 「JIS C 8714 휴대전자기기용 리튬 이온 축전지의 단(單)전지 및 조(組)전지의 안전성 시험」의 「5.5 단전지의 강제 내부 단락 시험」이 알려져 있다.
강제 내부 단락 시험에서는, 충전 상태의 전지가 해체되고, 전지 박스체로부터 전극체가 취출된다. 전극체에 니켈 소편(小片)(도전성 이물)이 삽입된다. 전극체에는, 정극 및 부극이 번갈아 각각 1층 이상 적층됨으로써 적층부가 형성되어 있다. 니켈 소편은, 적층부의 가장 외측에 위치하는 정극과 부극 사이에 배치된다. 니켈 소편에 의해, 국소적 내부 단락이 야기된다.
국소적 내부 단락은, 1층의 정극과 1층의 부극과의 사이에서의 단락(이하, 「단층간 단락」이라고도 기재됨)인 것이 바람직하다. 실제로 도전성 이물이 축전 디바이스에 혼입된 경우에는, 단층간 단락이 된다고 생각되기 때문이다.
강제 내부 단락 시험에서는 단층간 단락이 발생하기 쉽다. 그러나, 강제 내부 단락 시험에서는, 축전 디바이스의 해체 작업을 행하기 위하여, 소정의 드라이 룸이 필요하게 된다. 또한, 충전 상태의 축전 디바이스의 해체 작업에는, 고도의 기능도 필요하게 된다.
일본 공개특허 특개2010-250954호 공보는 강제 내부 단락 시험의 대체 시험을 제안하고 있다. 당해 문헌에서는 소정의 평가 지그가 사용된다. 평가 지그는, 절연성의 막대의 선단(先端)에 도전성 부재를 마련한 것이다. 평가 지그는, 축전 디바이스의 외부로부터, 내부 단락이 발생하는 깊이까지 축전 디바이스에 삽입된다. 당해 문헌의 평가 방법은, 강제적 내부 단락 시험보다 작업이 간이하고, 강제적 내부 단락 시험과 마찬가지로 국소적 내부 단락을 발생시킬 수 있다고 되어 있다.
일본 공개특허 특개2010-250954호 공보에서는, 평가 지그의 정지 조건에, 축전 디바이스의 전압(정극과 부극 사이의 전위차)이 사용되고 있다. 즉, 축전 디바이스에 있어서, 전압의 강하량이 역치를 초과한 경우에, 평가 지그의 삽입이 정지되고 있다. 그러나, 축전 디바이스는 여러 가지의 용량을 가질 수 있다. 용량이 큰 축전 디바이스에서는 다음과 같은 문제점이 생길 수 있다.
축전 디바이스의 용량이 클수록, 축전 디바이스의 용량에 대한, 국소적 내부 단락에 의해서 손실되는 용량의 비가 작아진다. 그 때문에 축전 디바이스의 용량이 클수록, 국소적 내부 단락에 의한 전압의 강하량도 작아진다. 대용량의 축전 디바이스에서는, 검출 가능할 정도로 전압이 강하한 시점에서, 평가 지그가 복수의 정극 및 복수의 부극을 관통하고 있을 가능성이 있다. 즉, 대용량의 축전 디바이스에서는, 단락에 관여하는 전극의 층수(이하, 「단락 층수」라고도 기재됨)의 제어가 곤란하다고 생각된다.
본 개시의 목적은, 단락 층수의 제어가 가능한 축전 디바이스의 평가 방법을 제공하는 것이다.
이하에, 본 개시의 기술적 구성 및 작용 효과가 설명된다. 단, 본 개시의 작용 메커니즘은 추정을 포함하고 있다. 작용 메커니즘의 정부(正否)에 의해, 청구 범위가 한정되는 것은 아니다.
〔1〕본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법은 이하의 (a)∼(f)를 적어도 포함한다.
(a) 축전 디바이스를 준비한다. 축전 디바이스는 박스체 및 전극체를 적어도 포함한다. 전극체는 박스체의 내부에 수납되어 있다. 전극체는 정극 및 부극을 포함한다. 전극체에 있어서 정극 및 부극이 번갈아 각각 1층 이상 적층됨으로써 적층부가 형성되어 있다.
(b) 정극 및 부극의 사이에 제 1 전위차가 생기도록, 축전 디바이스의 충전 레벨을 조정한다.
(c) 정극 또는 부극을 기준 전극으로서 선택한다.
(d) 충전 레벨의 조정 후, 기준 전극과, 도전성의 막대 형상 부재와의 사이의 제 2 전위차를 측정하면서, 정극 및 부극의 적층 방향을 따라서, 적층부에 막대 형상 부재를 삽입하는 동작을 행한다.
(e) 막대 형상 부재를 정지한다.
(f) 막대 형상 부재의 정지 후의 축전 디바이스의 상태에 따라, 축전 디바이스를 평가한다.
적층부에 있어서 막대 형상 부재가 최초로 접촉하는 전극이, 기준 전극과 다른 경우, 제 2 전위차의 절대값의 감소를 적어도 1회 검출하였을 때에, 막대 형상 부재가 정지하도록, 삽입하는 동작이 제어된다.
적층부에 있어서 막대 형상 부재가 최초로 접촉하는 전극이, 기준 전극과 동일한 경우, 제 2 전위차의 절대값의 증가를 적어도 1회 검출하였을 때에, 막대 형상 부재가 정지하도록, 삽입하는 동작이 제어된다.
본 개시에서는, 축전 디바이스의 전압(제 1 전위차의 절대값)이 아니라, 기준 전극(정극 또는 부극)과 평가 지그(도전성의 막대 형상 부재) 사이의 전위차(제 2 전위차)가 측정된다. 이하에서, 특히 언급하지 않는 한, 전위차(제 1 전위차 및 제 2 전위차)는 그 절대값을 나타낸다.
여기서는 일례로서 정극이 기준 전극으로서 선택된 경우가 설명된다. 물론 부극이 기준 전극으로서 선택되어도 된다.
본 개시에서는, 적층부에 있어서 막대 형상 부재가 최초로 접촉하는 전극(이하, 「최외층 전극」이라고도 기재됨)이, 기준 전극과 다른 경우와, 최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우에서 평가 방법이 다르다. 먼저, 최외층 전극이 기준 전극과 다른 경우가 설명된다.
도 1은 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 1 개념도이다.
도 1에서는, 정극(10) 및 부극(20)의 적층 방향(도 1의 y축 방향)과 평행한 단면이 개념적으로 나타나 있다. 적층부(50)는, 정극(10) 및 부극(20)이 번갈아 각각 1층 이상 적층됨으로써 형성되어 있다. 정극(10) 및 부극(20)의 각 사이에는 각각 세퍼레이터(30)가 배치되어 있다. 단, 본 개시에서는, 후술하는 바와 같이, 세퍼레이터(30)가 포함되지 않는 축전 디바이스(예를 들면, 전체 고체 전지 등)도 상정되어 있다.
충전 레벨의 조정에 의해, 정극(10) 및 부극(20)의 사이에 제 1 전위차(ΔV1)가 생긴다. 정극(10)은, 전압 측정 장치를 경유하여, 막대 형상 부재(1)와 접속되어 있다. 막대 형상 부재(1)는 도전성이다. 막대 형상 부재(1)는 적층부(50)와 아직 접촉하고 있지 않다. 이 시점에 있어서, 정극(10)(기준 전극)과 막대 형상 부재(1) 사이의 제 2 전위차(ΔV2)는 0 V이다.
도 2는 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 2 개념도이다.
막대 형상 부재(1)가 적층부(50)에 삽입됨으로써, 막대 형상 부재(1)가 부극(20)(최외층 전극)에 접촉한다. 이 시점에 있어서, 정극(10)(기준 전극)과 막대 형상 부재(1) 사이의 제 2 전위차(ΔV2)는, 정극(10)과 부극(20)의 전위차라고 생각된다. 즉, 막대 형상 부재(1)가 부극(20)에 접촉함으로써, 제 2 전위차(ΔV2)는 제 1 전위차(ΔV1)와 실질적으로 동등한 값까지 증가한다고 생각된다. 또한, 전압 측정 장치(전압계)는, 충분히 큰 내부 저항을 갖기 때문에, 전압 측정 장치를 경유한 정극(10)과 부극(20)의 단락은, 실질적으로 일어나지 않는다고 생각해도 된다.
도 3은 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 3 개념도이다.
막대 형상 부재(1)가 적층부(50)에 더 깊게 삽입됨으로써, 막대 형상 부재(1)가 부극(20) 및 세퍼레이터(30)를 관통한다. 세퍼레이터(30)를 관통한 막대 형상 부재(1)는 정극(10)과 접촉한다. 이 시점에 있어서, 정극(10)(기준 전극)과 막대 형상 부재(1) 사이의 제 2 전위차(ΔV2)는, 정극(10)과 정극(10) 사이의 전위차가 된다고 생각된다. 즉, 막대 형상 부재(1)가 정극(10)과 접촉함으로써, 제 2 전위차(ΔV2)는 실질적으로 0 V까지 감소한다고 생각된다.
제 2 전위차(ΔV2)의 감소가 검출된 시점에 있어서, 막대 형상 부재(1)에 의해, 1층의 부극(20)과 1층의 정극(10)이 단락하고 있다고 생각된다. 즉, 단층간 단락이 발생하고 있다고 생각된다.
본 개시에 있어서, 단층간 단락에 의한 제 2 전위차(ΔV2)의 감소량은, 축전 디바이스의 용량에 의존하지 않는다고 생각된다. 그 때문에 대용량의 축전 디바이스이더라도, 단층간 단락이 안정적으로 검출될 수 있다고 생각된다.
제 2 전위차(ΔV2)의 초회(初回)의 감소가 검출된 시점에서, 막대 형상 부재(1)가 정지하도록 제어함으로써, 단락을 단층간 단락에 그치게 할 수 있다고 생각된다. 따라서, 막대 형상 부재(1)의 정지 후의 축전 디바이스의 상태는, 단층간 단락시의 축전 디바이스의 상태라고 생각된다. 여기서 「상태」는, 예를 들면, 외관, 온도의 고저, 전압의 고저 등을 나타낸다. 막대 형상 부재(1)의 정지 후의 축전 디바이스의 상태에 따라, 단층간 단락시의 축전 디바이스를 평가할 수 있다고 생각된다.
또한, 제 2 전위차(ΔV2)가 0 V에 도달해 있지 않더라도, 소정량을 초과하는 감소가 있었던 시점에서, 막대 형상 부재(1)가 정지되어도 된다.
또한, 본 개시에서는, 단층간 단락을 반복해서 발생시킴으로써, 단락 층수의 계수(計數)가 가능하다고 생각된다. 단락 층수가 계수됨으로써, 목적으로 하는 단락 층수에서 막대 형상 부재(1)가 정지될 수 있다. 즉, 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법에 의하면, 단락 층수의 제어가 가능하다고 생각된다.
이어서, 최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우가 설명된다.
도 4는 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 4 개념도이다.
도 4의 적층부(50)는 도 1 등의 적층부(50)와 동일한 구성을 갖는다. 최외층 전극은 부극(20)이다. 부극(20)이 기준 전극으로서 선택됨으로써, 최외층 전극이 기준 전극과 동일하게 된다.
도 5는 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 5 개념도이다.
막대 형상 부재(1)가 적층부(50)에 삽입됨으로써, 막대 형상 부재(1)가 부극(20)(최외층 전극)에 접촉한다. 이 시점에 있어서, 부극(20)(기준 전극)과 막대 형상 부재(1) 사이의 제 2 전위차(ΔV2)는, 부극(20)과 부극(20)의 전위차라고 생각된다. 즉, 제 2 전위차(ΔV2)는 실질적으로 0 V인 상태라고 생각된다.
도 6은 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 6 개념도이다.
막대 형상 부재(1)가 적층부(50)에 더 깊게 삽입됨으로써, 막대 형상 부재(1)가 부극(20) 및 세퍼레이터(30)를 관통한다. 세퍼레이터(30)를 관통한 막대 형상 부재(1)는 정극(10)과 접촉한다. 이 시점에 있어서, 부극(20)(기준 전극)과 막대 형상 부재(1) 사이의 제 2 전위차(ΔV2)는, 부극(20)과 정극(10) 사이의 전위차가 된다고 생각된다. 즉, 막대 형상 부재(1)가 정극(10)과 접촉함으로써, 제 2 전위차(ΔV2)는 제 1 전위차(ΔV1)와 실질적으로 동등한 값까지 증가한다고 생각된다.
제 2 전위차(ΔV2)의 증가가 검출된 시점에 있어서, 막대 형상 부재(1)에 의해, 1층의 부극(20)과 1층의 정극(10)이 단락하고 있다고 생각된다. 즉, 단층간 단락이 발생하고 있다고 생각된다. 따라서, 최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우에는, 제 2 전위차(ΔV2)의 증가에 의해, 단층간 단락이 검출되게 된다.
제 2 전위차(ΔV2)의 초회의 증가가 검출된 시점에서, 막대 형상 부재(1)가 정지하도록 제어함으로써, 단락을 단층간 단락에 그치게 할 수 있다고 생각된다. 또한, 제 2 전위차(ΔV2)가 제 1 전위차(ΔV1)에 도달해 있지 않더라도, 소정량을 초과하는 증가가 있었던 시점에서, 막대 형상 부재(1)가 정지되어도 된다.
〔2〕막대 형상 부재는, 박스체의 외부로부터 적층부에 삽입되어도 된다.
축전 디바이스의 해체가 불필요함에 따라, 작업 효율이 대폭 향상하는 것이 기대된다.
〔3〕정극이 기준 전극으로서 선택되어도 된다.
메커니즘의 상세한 사항은 불분명하면서도, 정극이 기준 전극인 것에 의해, 제 2 전위차(ΔV2)의 변화량(감소량 또는 증가량)이 커지는 경향이 있다. 따라서, 정극이 기준 전극인 것에 의해, 단층간 단락의 검출이 용이해지는 것이 기대된다.
〔4〕상기 〔1〕∼〔3〕 중 어느 하나에 기재된 축전 디바이스의 평가 방법에 있어서는, 적층부에 있어서 막대 형상 부재가 최초로 접촉하는 전극이, 기준 전극과 달라도 된다.
전술한 바와 같이 이 경우에는, 제 2 전위차(ΔV2)의 감소에 의해, 단층간 단락이 검출될 수 있다.
〔5〕상기 〔4〕에 기재된 축전 디바이스의 평가 방법은 이하의 (g)를 더 포함해도 된다.
(g) 막대 형상 부재의 정지 후, 막대 형상 부재가 정지해 있는 동안에, 제 2 전위차의 절대값의 증가를 검출함으로써, 축전 디바이스를 평가한다.
도 7은 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 7 개념도이다.
막대 형상 부재(1)의 정지 후, 막대 형상 부재(1)가 정지해 있는 동안에, 제 2 전위차(ΔV2)가 증가하는 경우가 있다. 이 현상은 다음과 같이 설명된다.
단층간 단락에 의해, 막대 형상 부재(1)에 단락 전류가 흐른다. 단락 전류에 의해 줄 열(Joule heat)이 발생한다. 줄 열로부터 정극(10) 및 부극(20)의 적어도 일방(一方)이 녹아 퍼진다. 도 7에서는, 정극(10)이 녹아 퍼지는 태양이 예시되어 있다. 이에 의해 정극(10) 및 부극(20)의 적어도 일방과, 막대 형상 부재(1)와의 접촉이 끊어진다고 생각된다. 이에 의해 단락 전류의 전파가 억제된다고 생각된다. 이하에서, 이 현상은 「용단(溶斷)」이라고도 기재된다.
용단에 의해, 정극(10)과 막대 형상 부재(1)의 접촉이 끊어진 경우에는, 제 2 전위차(ΔV2)가, 그 시점에서의 정극(10)과 부극(20)의 전위차까지 증가하게 된다고 생각된다. 막대 형상 부재(1)가 최외층 전극(부극(20))과 접촉해 있기 때문에, 기준 전극(정극(10))과 최외층 전극(부극(20))의 전위차가 검출된다고 생각된다. 즉, 막대 형상 부재(1)가 정지해 있는 동안에 있어서의 제 2 전위차(ΔV2)의 증가는, 용단의 발생을 나타낸다고 생각된다.
또한, 제 2 전위차(ΔV2)는, 당초의 제 1 전위차(ΔV1)까지는 증가하지 않는 경우가 있을 수 있다. 단층간 단락에 의해 용량의 일부가 손실됨으로써, 정극(10)과 부극(20) 사이의 전위차가 감소하기 때문이다.
전술한 바와 같이 용단의 발생에 의해, 단락 전류의 전파가 억제되는 것이 기대된다. 용단이 발생할 수 있는 축전 디바이스는, 내부 단락에 대한 내성을 갖는다고 평가될 수 있다.
〔6〕상기 〔5〕에 기재된 축전 디바이스의 평가 방법은, 막대 형상 부재가 정지한 시점부터, 제 2 전위차의 절대값이 증가한 시점까지의 경과 시간에 의해, 축전 디바이스를 평가하는 것을 더 포함해도 된다.
용단의 발생의 용이성은, 단층간 단락의 발생으로부터 용단까지의 경과 시간에 의해서 평가될 수 있다. 또한, 단층간 단락의 발생으로부터, 용단의 발생까지의 경과 시간이 짧기 때문에, 제 2 전위차(ΔV2)가 0 V까지 감소하기 전에, 제 2 전위차(ΔV2)가 증가로 바뀌는 경우도 있을 수 있다.
〔7〕상기 〔4〕∼〔6〕 중 어느 하나에 기재된 축전 디바이스의 평가 방법에 있어서는, 제 2 전위차의 절대값의 감소를 복수 회 검출하였을 때에, 막대 형상 부재가 정지하도록, 삽입하는 동작이 제어되어도 된다.
본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법에서는, 단락 층수의 제어가 가능하기 때문에, 1층을 초과하는 목적으로 하는 단락 층수에 있어서, 축전 디바이스를 평가할 수도 있다고 생각된다.
〔8〕상기 〔1〕∼〔3〕 중 어느 하나에 기재된 축전 디바이스의 평가 방법에 있어서는, 적층부에 있어서 막대 형상 부재가 최초로 접촉하는 전극이, 기준 전극과 동일해도 된다.
전술한 바와 같이 이 경우에는, 제 2 전위차(ΔV2)의 증가에 의해, 단층간 단락이 검출될 수 있다.
〔9〕상기 〔8〕에 기재된 축전 디바이스의 평가 방법은 이하의 (g)를 더 포함해도 된다.
(g) 막대 형상 부재의 정지 후, 막대 형상 부재가 정지해 있는 동안에, 제 2 전위차의 절대값의 감소를 검출함으로써, 축전 디바이스를 평가한다.
도 8은 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 8 개념도이다.
최외층 전극이 기준 전극과 동일하고, 또한 용단에 의해 정극(10)과 막대 형상 부재(1)의 접촉이 끊어진 경우에는, 제 2 전위차(ΔV2)가 실질적으로 0 V까지 감소하게 된다고 생각된다. 막대 형상 부재(1)가 최외층 전극(부극(20))과 접촉해 있기 때문에, 기준 전극(부극(20))과 최외층 전극(부극(20))의 전위차가 검출된다고 생각된다.
〔10〕상기 〔9〕에 기재된 축전 디바이스의 평가 방법은, 막대 형상 부재가 정지한 시점부터, 제 2 전위차의 절대값이 감소한 시점까지의 경과 시간에 의해, 축전 디바이스를 평가하는 것을 더 포함해도 된다.
최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우에도, 단층간 단락의 발생으로부터 용단까지의 경과 시간에 의해서, 용단의 발생의 용이성이 평가될 수 있다. 또한, 단층간 단락의 발생으로부터, 용단의 발생까지의 경과 시간이 짧기 때문에, 제 2 전위차(ΔV2)가 제 1 전위차(ΔV1)까지 증가하기 전에, 제 2 전위차(ΔV2)가 감소로 바뀌는 경우도 있을 수 있다.
〔11〕상기 〔8〕∼〔10〕 중 어느 하나에 기재된 축전 디바이스의 평가 방법에 있어서는, 제 2 전위차의 절대값의 증가를 복수 회 검출하였을 때에, 막대 형상 부재가 정지하도록, 삽입하는 동작이 제어되어도 된다.
최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우에도, 단락 층수의 제어가 가능하기 때문에, 1층을 초과하는 목적으로 하는 단락 층수에 있어서, 축전 디바이스를 평가할 수도 있다고 생각된다.
〔12〕 본 개시의 축전 디바이스의 제조 방법은 이하의 (A) 및 (B)를 적어도 포함한다.
(A) 복수 개의 축전 디바이스를 제조한다.
(B) 상기 〔1〕∼〔11〕 중 어느 하나에 기재된 축전 디바이스의 평가 방법에 의해서, 복수 개의 축전 디바이스 중 1개 이상의 축전 디바이스를 평가한다.
본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법은, 예를 들면 제조시의 샘플링 검사 등에 이용되어도 된다. 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법은, 예를 들면 개발시의 사양 검토 등에 이용되어도 된다. 본 개시의 축전 디바이스의 제조 방법에 의하면, 내부 단락시에 소정의 성능을 가질 수 있는 축전 디바이스가 제조되는 것이 기대된다.
〔13〕 본 개시의 시험 시스템은, 축전 디바이스를 평가하기 위한 시험 시스템이다.
축전 디바이스는 박스체 및 전극체를 적어도 포함한다. 전극체는 박스체의 내부에 수납되어 있다. 전극체는 정극 및 부극을 포함한다. 전극체에 있어서 정극 및 부극이 번갈아 각각 1층 이상 적층됨으로써 적층부가 형성되어 있다.
시험 시스템은 구동 장치, 전압 측정 장치 및 제어 장치를 적어도 구비한다.
구동 장치는, 정극 및 부극의 적층 방향을 따라서, 적층부에 도전성의 막대 형상 부재를 삽입하는 동작을 행하도록 구성되어 있다.
전압 측정 장치는, 기준 전극과 막대 형상 부재 사이의 전위차를 측정하도록 구성되어 있다. 기준 전극은 정극 또는 부극이다.
제어 장치는, 제 1 제어 및 제 2 제어의 적어도 일방을 행하도록 구성되어 있다.
제 1 제어는, 적층부에 있어서 막대 형상 부재가 최초로 접촉하는 전극이, 기준 전극과 다른 경우, 전위차의 절대값의 감소를 적어도 1회 검출하였을 때에, 막대 형상 부재가 정지하도록, 구동 장치의 삽입하는 동작을 제어한다.
제 2 제어는, 적층부에 있어서 막대 형상 부재가 최초로 접촉하는 전극이, 기준 전극과 동일한 경우, 전위차의 절대값의 증가를 적어도 1회 검출하였을 때에, 막대 형상 부재가 정지하도록, 구동 장치의 삽입하는 동작을 제어한다.
본 개시의 시험 시스템에 있어서 상기 〔1〕∼〔11〕 중 어느 하나에 기재된 축전 디바이스의 평가 방법이 실시될 수 있다.
본 개시의 상기 및 그 외의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 첨부의 도면과 관련하여 이해되는 본 개시에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 1 개념도이다.
도 2는 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 2 개념도이다.
도 3은 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 3 개념도이다.
도 4는 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 4 개념도이다.
도 5는 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 5 개념도이다.
도 6은 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 6 개념도이다.
도 7은 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 7 개념도이다.
도 8은 본 개시의 축전 디바이스의 평가 방법을 설명하기 위한 제 8 개념도이다.
도 9는 본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법의 개략을 나타내는 플로우차트이다.
도 10은 각형(角形) 전지의 구성의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 11은 권회형의 전극체를 나타내는 개략도이다.
도 12는 적층형의 전극체를 나타내는 개략도이다.
도 13은 원통형 전지의 구성의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 14는 라미네이트형 전지의 구성의 일례를 나타내는 제 1 개략도이다.
도 15는 라미네이트형 전지의 구성의 일례를 나타내는 제 2 개략도이다.
도 16은 제 2 전위차의 측정 방법의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 17은 막대 형상 부재의 구성의 일례를 나타내는 단면 개념도이다.
도 18은 본 실시 형태의 시험 시스템의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 19는 본 실시 형태의 축전 디바이스의 제조 방법의 개략을 나타내는 플로우차트이다.
도 20은 실시예 1의 전위차의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 21은 실시예 2의 전위차의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 22는 비교예 1 및 2에 있어서의 축전 디바이스의 정격 용량과 단락 층수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 23은 비교예 2의 전압의 추이를 나타내는 그래프이다.
도 24는 실시예 1 및 2에 있어서의 축전 디바이스의 정격 용량과 단락 층수의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 25는 실시예 3의 전위차의 추이를 나타내는 그래프이다.
이하에, 본 개시의 실시 형태(본 명세서에서는 「본 실시 형태」라고도 기재됨)가 설명된다. 단, 이하의 설명은 청구 범위를 한정하는 것은 아니다.
< 축전 디바이스의 평가 방법 >
도 9는 본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법의 개략을 나타내는 플로우차트이다.
본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법은, 「(a) 축전 디바이스의 준비」, 「(b) 충전 레벨의 조정」, 「(c) 기준 전극의 선택」, 「(d) 막대 형상 부재의 삽입」, 「(e) 막대 형상 부재의 정지」 및 「(f) 축전 디바이스의 평가」를 적어도 포함한다. 본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법은 「(g) 용단의 검출」을 더 포함해도 된다.
《 (a) 축전 디바이스의 준비 》
본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법은, 축전 디바이스를 준비하는 것을 포함한다. 본 실시 형태에서는 1개의 축전 디바이스가 준비되어도 된다. 복수 개의 축전 디바이스가 준비되어도 된다.
축전 디바이스는 특별히 한정되는 것은 아니다. 축전 디바이스는 이차전지(축전지)여도 된다. 축전 디바이스는 일차전지여도 된다. 축전 디바이스는 커패시터여도 된다. 축전 디바이스는, 예를 들면, 납 전지, 니켈카드뮴 전지, 니켈수소 전지, 리튬 이온 전지, 나트륨 이온 전지, 리튬 일차전지, 전기 2중층 커패시터, 리튬 이온 커패시터 등이어도 된다.
박스체(외장)의 형태(shape) 및 형식(type)도 특별히 한정되는 것은 아니다. 축전 디바이스는, 예를 들면, 각형 전지, 원통형 전지, 라미네이트형 전지 등이어도 된다. 「각형」은 직육면체 형상을 나타낸다. 「라미네이트형」은 파우치형이라고 불리는 경우도 있다. 여기서는 각형 전지, 원통형 전지 및 라미네이트형 전지의 개략이 설명된다.
(각형 전지)
도 10은 각형 전지의 구성의 일례를 나타내는 개략도이다.
제 1 축전 디바이스(101)는 각형 전지이다. 제 1 축전 디바이스(101)는 제 1 박스체(91) 및 제 1 전극체(151)를 적어도 포함한다. 제 1 박스체(91)는 직육면체 형상의 외형을 갖는다. 제 1 박스체(91)는, 예를 들면, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 스테인리스(SUS), 철(Fe), 수지 등에 의해 형성되어 있다. 제 1 박스체(91)는 정극 단자(81) 및 부극 단자(82)를 구비한다. 제 1 박스체(91)는, 예를 들면, 주액 구멍, 가스 배출 밸브, 전류 차단 기구(Current Interrupt Device, CID) 등을 구비하고 있어도 된다.
제 1 전극체(151)는 제 1 박스체(91)의 내부에 수납되어 있다. 전극체는 「전극군(electrode group)」, 「전극 집합체 또는 전극 조립체(electrode assembly)」 등이라고 불리는 경우도 있다. 제 1 박스체(91)의 내부에는 전해질도 수납되어 있다. 제 1 전극체(151)는 권회형이어도 된다. 제 1 전극체(151)는 적층(스택)형이어도 된다.
도 11은 권회형의 전극체를 나타내는 개략도이다.
제 1 전극체(151)는 권회 전극체(158)여도 된다. 권회 전극체(158)는 정극(10), 부극(20) 및 세퍼레이터(30)를 포함한다. 권회 전극체(158)는, 정극(10), 세퍼레이터(30), 부극(20) 및 세퍼레이터(30)가 이 순서로 적층되고, 또한 이들이 소용돌이 형상으로 권회됨으로써 형성되어 있다. 권회 전극체(158)에 있어서, 정극(10) 및 부극(20)이 번갈아 각각 1층 이상 적층됨으로써 적층부(50)가 형성되어 있다(예를 들면, 도 1 등을 참조).
권회 전극체(158)는 편평 형상으로 권회되어 있어도 된다. 권회 전극체(158)는 원통 형상으로 권회된 후, 편평 형상으로 성형되어 있어도 된다. 권회 전극체(158)는, 예를 들면, 수지제의 포장재 등에 의해 포장되어 있어도 된다.
도 12는 적층형의 전극체를 나타내는 개략도이다.
제 1 전극체(151)는 적층 전극체(159)여도 된다. 적층 전극체(159)는, 정극(10) 및 부극(20)이 번갈아 적층됨으로써 형성되어 있다. 즉, 적층 전극체(159)에 있어서도, 정극(10) 및 부극(20)이 번갈아 각각 1층 이상 적층됨으로써 적층부(50)가 형성되어 있다. 정극(10) 및 부극(20)의 각 사이에는 각각 세퍼레이터(30)가 배치되어 있다.
정극(10)은 정극 단자(81)와 전기적으로 접속되어 있다(도 10 및 11을 참조). 정극(10)은 시트 형상이다. 정극(10)은, 예를 들면, 정극 집전체(11) 및 정극 활물질부(12)를 포함해도 된다(도 11을 참조). 정극 활물질부(12)는, 예를 들면, 정극 활물질을 포함하는 정극 합재가 정극 집전체(11)의 표면에 도착(塗着)됨으로써 형성되어 있다. 정극 활물질부(12)는 정극 집전체(11)의 표리 양면에 형성되어 있어도 된다. 정극 합재는, 정극 활물질 외에, 도전재 및 바인더 등을 더 포함해도 된다.
리튬 이온 전지의 경우, 정극 집전체(11)는, 예를 들면 알루미늄박 등이어도 된다. 정극 활물질은, 예를 들면 리튬 함유 천이 금속 산화물 등이어도 된다. 도전재는, 예를 들면 카본블랙 등이어도 된다. 바인더는, 예를 들면, 폴리불화비닐리덴(PVdF) 등이어도 된다.
부극(20)은 부극 단자(82)와 전기적으로 접속되어 있다(도 10 및 11을 참조). 부극(20)은 시트 형상이다. 부극(20)은, 예를 들면, 부극 집전체(21) 및 부극 활물질부(22)를 포함해도 된다(도 11을 참조). 부극 활물질부(22)는 부극 집전체(21)의 표면에 형성되어 있어도 된다. 부극 활물질부(22)는, 예를 들면, 부극 활물질을 포함하는 부극 합재가 부극 집전체(21)의 표면에 도착됨으로써 형성되어 있다. 부극 활물질부(22)는 부극 집전체(21)의 표리 양면에 형성되어 있어도 된다. 부극 합재는, 부극 활물질 외에, 바인더 등을 더 포함해도 된다.
리튬 이온 전지의 경우, 부극 집전체(21)는, 예를 들면 구리(Cu)박 등이어도 된다. 부극 활물질은, 예를 들면 흑연 등이어도 된다. 바인더는, 예를 들면, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 및 스티렌부타디엔고무(SBR) 등이어도 된다.
세퍼레이터(30)는, 예를 들면, 수지제의 다공질 필름 등이어도 된다(도 11을 참조). 세퍼레이터(30)는 다층 구조를 가져도 된다. 예를 들면, 세퍼레이터(30)는, 폴리프로필렌(PP)제의 다공질 필름, 폴리에틸렌(PE)제의 다공질 필름, 및 폴리프로필렌제의 다공질 필름이 이 순서로 적층됨으로써 형성되어 있어도 된다.
전해질은 액체 전해질이어도 된다. 액체 전해질은 전해액이어도 된다. 액체 전해질은 이온 액체여도 된다. 전해질은 겔 전해질(폴리머 전해질)이어도 된다. 전해질은 고체 전해질이어도 된다. 즉, 제 1 축전 디바이스(101)는 전체 고체 전지여도 된다. 전체 고체 전지의 경우, 세퍼레이터(30)가 불필요한 경우도 있다.
전체 고체 전지는, 강제 내부 단락 시험의 실시가 곤란하다고 생각된다. 니켈 소편을 삽입하기 위하여, 제 1 전극체(151)가 한번 해체되면, 전극 등의 배치를 원래 상태로 되돌리기가 곤란하기 때문이다. 본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법에서는, 제 1 전극체(151)의 해체가 불필요하기 때문에, 전체 고체 전지의 평가도 가능하다고 생각된다.
(원통형 전지)
도 13은 원통형 전지의 구성의 일례를 나타내는 개략도이다.
제 2 축전 디바이스(102)는 원통형 전지이다. 제 2 축전 디바이스(102)는 제 2 박스체(92) 및 제 2 전극체(152)를 포함한다. 제 2 박스체(92)는 원통 형상의 외형을 갖는다. 제 2 박스체(92)는, 예를 들면, 스테인리스, 철, 수지 등에 의해 형성되어 있다. 제 2 박스체(92)는 캡(71) 및 캔(72)을 포함한다. 캡(71)은 정극(10) 또는 부극(20)과 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 즉, 캡(71)이 정극(10) 또는 부극(20)의 단자로서 기능해도 된다. 캔(72)은 정극(10) 또는 부극(20)과 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 즉, 캔(72)이 정극(10) 또는 부극(20)의 단자로서 기능해도 된다.
제 2 전극체(152)는 제 2 박스체(92)의 내부에 수납되어 있다. 제 2 박스체(92)의 내부에는 전해질도 수납되어 있다. 제 2 전극체(152)는 권회형이다. 제 2 전극체(152)는 정극(10), 부극(20) 및 세퍼레이터(30)를 포함한다. 제 2 전극체(152)는, 정극(10), 세퍼레이터(30), 부극(20) 및 세퍼레이터(30)가 이 순서로 적층되고, 또한 이들이 소용돌이 형상으로 권회됨으로써 형성되어 있다. 제 2 전극체(152)에 있어서도, 정극(10) 및 부극(20)이 번갈아 각각 1층 이상 적층되어 있는 적층부(50)가 형성되어 있다.
(라미네이트형 전지)
도 14는 라미네이트형 전지의 구성의 일례를 나타내는 제 1 개략도이다. 도 15는 라미네이트형 전지의 구성의 일례를 나타내는 제 2 개략도이다.
제 3 축전 디바이스(103)는 라미네이트형 전지이다. 제 3 축전 디바이스(103)는 제 3 박스체(93) 및 제 3 전극체(153)를 적어도 포함한다(도 14 및 15를 참조). 제 3 박스체(93)는 편평 형상의 외형을 갖는다. 제 3 박스체(93)는 알루미늄라미네이트 포장재로 이루어진다. 알루미늄라미네이트 포장재는, 수지 필름, 알루미늄박 및 수지 필름이 이 순서로 적층됨으로써 형성되어 있다. 정극 단자(81)(정극 탭) 및 부극 단자(82)(부극 탭)는 제 3 박스체(93)의 내외를 연통하고 있다.
제 3 전극체(153)는 제 3 박스체(93)의 내부에 수납되어 있다. 제 3 박스체(93)의 내부에는 전해질도 수납되어 있다. 제 3 전극체(153)는 적층형이다. 제 3 전극체(153)는, 정극(10) 및 부극(20)이 번갈아 적층됨으로써 형성되어 있다. 즉, 제 3 전극체(153)에 있어서도, 정극(10) 및 부극(20)이 번갈아 각각 1층 이상 적층됨으로써 적층부(50)가 형성되어 있다. 정극(10) 및 부극(20)의 각 사이에는 각각 세퍼레이터(30)가 배치되어 있다. 제 3 전극체(153)는 권회형이어도 된다.
이상과 같이 제 1 축전 디바이스(101)(각형 전지), 제 2 축전 디바이스(102)(원통형 전지) 및 제 3 축전 디바이스(103)(라미네이트형 전지)는, 모두 박스체 및 전극체를 적어도 포함한다. 전극체는 박스체의 내부에 수납되어 있다. 전극체는 정극 및 부극을 포함한다. 전극체에 있어서 정극 및 부극이 번갈아 각각 1층 이상 적층됨으로써 적층부가 형성되어 있다. 이들 구성을 구비하는 한, 각형 전지, 원통형 전지 및 라미네이트형 전지와는 다른 형태 및 형식의 축전 디바이스가 준비되어도 된다.
이하에서, 편의상, 주로 각형 전지(제 1 축전 디바이스(101))에의 적용예가 설명된다. 물론 본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법은, 원통형 전지 및 라미네이트형 전지 등에도 적용될 수 있다.
《 (b) 충전 레벨의 조정 》
본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법은, 정극(10) 및 부극(20)의 사이에 제 1 전위차(ΔV1)가 생기도록, 제 1 축전 디바이스(101)의 충전 레벨을 조정하는 것을 포함한다.
「충전 레벨」은 제 1 축전 디바이스(101)가 완전 충전된 상태로부터, 방전한 전기량의 비율을 제외한 비율을 나타낸다. 일차전지의 경우는, 편의상, 미사용 상태가 100%의 충전 레벨이라고 간주된다. 충전 레벨은 「충전율」, 「충전 상태(State of charge, SOC)」 등이라고도 불린다.
충전 레벨은 일반적인 충방전 장치에 의해 조정될 수 있다. 충전만에 의해 충전 레벨이 조정되어도 된다. 방전만에 의해 충전 레벨이 조정되어도 된다. 충전 및 방전의 조합에 의해 충전 레벨이 조정되어도 된다.
충전 레벨은, 예를 들면 100%로 조정되어도 된다. 충전 레벨에 따라, 단락 조건이 조정되어도 된다. 예를 들면, 충전 레벨이 높을수록 가혹한 조건이 된다고 생각된다. 충전 레벨은, 예를 들면 100%를 초과하는 레벨로 조정되어도 된다. 충전 레벨은, 예를 들면 0%를 초과하고 100% 미만인 충전 레벨로 조정되어도 된다. 충전 레벨은, 예를 들면 80% 이상 120% 이하로 조정되어도 된다.
충전 레벨은 소정의 온도 환경에서 조정될 수 있다. 충전 레벨은, 예를 들면, 10℃ 이상 40℃ 이하의 온도 환경에서 조정되어도 된다. 충전 레벨은, 예를 들면, 40℃ 이상 60℃ 이하의 온도 환경에서 조정되어도 된다. 충전 레벨의 조정으로부터, 막대 형상 부재(1)의 삽입까지의 동안에, 소정의 방치 시간이 있어도 된다. 방치 시간은, 예를 들면 30분 이상 5시간 이하여도 된다. 방치 시간은, 예를 들면 1시간 이상 3시간 이하여도 된다.
《 (c) 기준 전극의 선택 》
본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법은, 정극(10) 또는 부극(20)을 기준 전극으로서 선택하는 것을 포함한다. 정극(10)이 기준 전극으로서 선택되어도 된다. 정극(10)이 기준 전극인 것에 의해, 제 2 전위차(ΔV2)의 변화량(감소량 또는 증가량)이 커지는 것이 기대된다. 부극(20)이 기준 전극으로서 선택되어도 된다.
《 (d) 막대 형상 부재의 삽입 》
본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법은, 충전 레벨의 조정 후, 기준 전극과, 도전성의 막대 형상 부재(1)와의 사이의 제 2 전위차(ΔV2)를 측정하면서, 정극(10) 및 부극(20)의 적층 방향을 따라서, 적층부(50)에 막대 형상 부재(1)를 삽입하는 동작을 행하는 것을 포함한다.
본 실시 형태에서는, 제 1 박스체(91)로부터 취출된 제 1 전극체(151)에 대하여, 막대 형상 부재(1)가 삽입되어도 된다. 본 실시 형태에서는, 제 1 전극체(151)를 해체할 필요가 없고, 또한 제 1 전극체(151)에 니켈 소편을 삽입할 필요도 없기 때문에, 강제 내부 단락 시험에 비하여 작업이 간이하다고 생각된다.
본 실시 형태에서는, 제 1 전극체(151)가 취출되지 않고, 제 1 박스체(91)의 외부로부터, 제 1 전극체(151)에 대하여 막대 형상 부재(1)가 삽입되어도 된다. 즉, 막대 형상 부재(1)가 제 1 박스체(91)의 외부로부터 적층부(50)에 삽입되어도 된다. 제 1 축전 디바이스(101)가 해체되지 않고, 평가가 행해짐으로써, 작업 효율이 대폭 향상된다고 생각된다.
본 실시 형태에서는, 제 1 축전 디바이스(101) 또는 제 1 전극체(151)가 소정의 온도 범위로 보온된 후, 막대 형상 부재(1)가 삽입되어도 된다. 제 1 축전 디바이스(101) 또는 제 1 전극체(151)는, 예를 들면 10℃ 이상 50℃ 이하의 온도 범위에서 보온되어도 된다. 여기서, 예를 들면 「40℃에서 보온된다」란, 설정 온도가 40℃인 항온 챔버 내에서 제 1 축전 디바이스(101) 등이 30분 이상 1시간 이하 방치되는 것을 나타낸다.
(제 2 전위차의 측정)
도 16은 제 2 전위차의 측정 방법의 일례를 나타내는 개략도이다.
제 2 전위차(ΔV2)는, 기준 전극과 막대 형상 부재(1) 사이에 생기는 전위차이다. 제 2 전위차(ΔV2)는, 일반적인 전압 측정 장치(502)에 의해 측정될 수 있다. 전압 측정 장치(502)는, 예를 들면 전압 추이를 기록하는 기능을 가져도 된다. 즉, 전압 측정 장치(502)는 데이터 로거여도 된다. 전압 측정 장치(502)는 온도 측정 기능, 전류 측정 기능, 전압 추이의 표시 기능 등을 더 가져도 된다.
제 1 축전 디바이스(101)가 해체되지 않고, 제 1 박스체(91)의 외부로부터 막대 형상 부재(1)가 삽입되는 경우, 전압 측정 장치(502)의 측정 단자에, 기준 전극으로서 선택된 전극 단자 및 막대 형상 부재가 각각 접속된다. 예를 들면, 정극(10)이 기준 전극으로서 선택된 경우, 정극 단자(81)가 전압 측정 장치(502)에 접속된다. 접속에는 소정의 리드 선 등이 사용될 수 있다. 도 16에는 정극(10)이 기준 전극으로서 선택된 경우가 나타나 있다. 부극(20)이 기준 전극으로서 선택된 경우, 부극 단자(82)가 전압 측정 장치(502)에 접속된다.
제 1 전극체(151)가 제 1 박스체(91)로부터 취출되어 평가가 행해지는 경우는, 전극 단자(정극 단자(81) 또는 부극 단자(82)) 대신에, 예를 들면, 제 1 전극체(151)에 구비되는 집전 부재(집전 리드, 집전 탭, 집전판 등)가 측정 단자에 접속된다. 집전 부재는, 정극(10) 전체 또는 부극(20) 전체와 전기적으로 접속되어 있는 부재로 된다.
(삽입하는 동작의 제어)
막대 형상 부재(1)를 삽입하는 동작은, 구동 장치(501)에 의해 행해진다. 구동 장치(501)는, 예를 들면 못 관통 시험 장치, 압괴(壓壞) 시험 장치 등이어도 된다. 구동 장치(501)는, 예를 들면 서보 모터 등을 구비한다. 구동 장치(501)는 막대 형상 부재(1)의 장착부를 구비한다. 구동 장치(501)는, 예를 들면, 막대 형상 부재(1)의 장착부를 소정의 한 방향(예를 들면, 연직 방향)으로 이동시킨다.
(막대 형상 부재)
도 17은 막대 형상 부재의 구성의 일례를 나타내는 단면 개념도이다.
막대 형상 부재(1)는, 정극(10), 부극(20) 및 세퍼레이터(30)의 합계 두께를 초과하는 길이를 적어도 갖는다. 막대 형상 부재(1)의 길이는, 목표 단락 층수 등에 따라서 적절히 선택될 수 있다. 막대 형상 부재(1)는, 예를 들면, 10 ㎜ 이상 200 ㎜ 이하의 길이를 가져도 된다. 막대 형상 부재(1)는, 예를 들면, 10 ㎜ 이상 150 ㎜ 이하의 길이를 가져도 된다. 막대 형상 부재(1)는, 예를 들면, 10 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하의 길이를 가져도 된다. 「길이」는 축 방향의 전체 길이를 나타낸다.
막대 형상 부재(1)는 도전성이다. 「도전성이다」란, 0℃ 이상 25℃ 이하의 온도 범위에 있어서 저항율이 10-3 Ω·m 이하인 재료에 의해 형성되어 있는 것을 나타낸다. 재료의 저항율은, 예를 들면, 「화학편람(일본화학회 편, 마루젠출판 발행)」 등에 기재되어 있는 문헌값이어도 된다.
막대 형상 부재(1)는, 예를 들면 금속제여도 된다. 막대 형상 부재(1)는, 예를 들면 철제여도 된다. 막대 형상 부재(1)는, 일본 공개특허 특개2010-250954호 공보의 평가 지그(절연성의 막대와 도전성 부재의 복합 부재)보다 싼 값으로 제조되는 것이 기대된다. 막대 형상 부재(1)는, 예를 들면, 시판의 못 등이어도 된다. 막대 형상 부재(1)는, 제 2 전위차(ΔV2)의 측정이 가능한 한, 일부에 절연성의 재료를 포함하고 있어도 된다.
막대 형상 부재(1)는 중실(中實)이어도 된다. 막대 형상 부재(1)는 중공(中空)이어도 된다. 막대 형상 부재(1)는, 예를 들면 통 형상이어도 된다. 막대 형상 부재(1)의 축 방향과 직교하는 단면에 있어서의 단면 형상은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 단면 형상은, 예를 들면 원 형상, 정사각형 형상, 육각형 형상 등이어도 된다. 막대 형상 부재(1)의 단면 형상이 원형이 아닌 경우, 막대 형상 부재(1)의 축 방향과 직교하는 단면에 있어서의 최대 지름이 직경(φ)이라고 간주된다.
막대 형상 부재(1)의 직경(φ)은, 예를 들면 제 1 박스체(91) 및 제 1 전극체(151)의 재질, 두께 등에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들면, 제 1 박스체(91)가 금속제인 경우, 막대 형상 부재(1)가 제 1 박스체(91)를 관통하기 위하여, 어느 정도의 굵기가 필요하다고 생각된다. 예를 들면, 알루미늄 라미네이트 포장재 등의 부드러운 재료에 의해 박스체가 형성되어 있는 경우는, 막대 형상 부재(1)가 가늘더라도, 막대 형상 부재(1)가 박스체를 관통할 수 있을 가능성이 있다.
막대 형상 부재(1)는, 예를 들면, 1 ㎜ 이상 20 ㎜ 이하의 직경(φ)을 가져도 된다. 막대 형상 부재(1)는, 예를 들면, 1 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하의 직경(φ)을 가져도 된다. 막대 형상 부재(1)는, 예를 들면, 1 ㎜ 이상 5 ㎜ 이하의 직경(φ)을 가져도 된다. 막대 형상 부재(1)는, 예를 들면 1 ㎜ 이상 3 ㎜ 이하의 직경(φ)을 가져도 된다. 막대 형상 부재(1)는, 예를 들면, 3 ㎜ 이상 5 ㎜ 이하의 직경(φ)을 가져도 된다.
막대 형상 부재(1)는 뾰족한 선단을 가져도 된다. 막대 형상 부재(1)가 뾰족한 선단을 가짐으로써, 막대 형상 부재(1)가 제 1 박스체(91), 정극(10) 및 부극(20)을 관통하기 쉬워지는 것이 기대된다. 단, 선단이 과도하게 날카로우면, 예를 들면, 금속제의 제 1 박스체(91)와 접촉하였을 때에 선단이 찌그러져 버려, 막대 형상 부재(1)가 제 1 박스체(91)를 관통할 수 없을 가능성도 있다. 예를 들면, 알루미늄 라미네이트 포장재 등의 부드러운 재료에 의해 박스체가 형성되어 있는 경우는, 막대 형상 부재(1)의 선단이 날카롭더라도, 막대 형상 부재(1)가 박스체를 관통할 수 있을 가능성이 있다.
선단각(θ)은, 예를 들면, 10도 이상 90도 이하여도 된다. 선단각(θ)은, 예를 들면, 20도 이상 90도 이하여도 된다.
막대 형상 부재(1)는, 전체가 테이퍼 형상이어도 된다. 막대 형상 부재(1)는, 선단부만이 테이퍼 형상이어도 된다. 선단부만이 테이퍼 형상인 경우, 선단부는, 예를 들면, 0.5 ㎜ 이상 100 ㎜ 이하의 길이를 가져도 된다. 선단부는, 예를 들면, 0.5 ㎜ 이상 60 ㎜ 이하의 길이를 가져도 된다.
(삽입하는 방향)
막대 형상 부재(1)는, 정극(10) 및 부극(20)의 적층 방향을 따라서 적층부(50)에 삽입된다. 막대 형상 부재(1)를 삽입하는 방향은, 정극(10) 및 부극(20)의 적층 방향과 실질적으로 동일 방향인 것이 바람직하다. 막대 형상 부재(1)가 적층부(50)에 삽입될 때, 정극(10) 및 부극(20)의 적층 방향과, 막대 형상 부재(1)의 축 방향이 이루는 각은, 예를 들면, 0도 이상 30도 이하여도 된다.
제 1 전극체(151)가 권회 전극체(158)인 경우는(도 10 및 11을 참조), 제 1 축전 디바이스(101)의 외면 중 최대 면적을 갖는 면과 직교하는 방향(도 10 및 11의 y축 방향)이, 삽입하는 방향으로서 선택되는 것이 바람직하다. 도 10의 z축 방향이 삽입하는 방향으로서 선택되어도 된다. 제 1 전극체(151)가 적층 전극체(159)인 경우는(도 10 및 12를 참조), 도 10 및 12의 y축 방향이 적층 방향이라고 간주된다.
(삽입하는 위치)
막대 형상 부재(1)를 삽입하는 위치는, 예를 들면, 제 1 전극체(151)의 중심부근으로 된다(도 10을 참조). 중심은, 정극(10) 및 부극(20)의 적층 방향과 직교하는 평면(예를 들면, 도 10에서는 xz 평면)에 있어서의, 기하 중심을 나타낸다. 예를 들면, 기하 중심이 중심점이며, 소정의 반경을 갖는 원 영역(70) 내에 막대 형상 부재(1)가 삽입되어도 된다. 원 영역(70)의 반경은, 제 1 전극체(151)의 크기 등에 따라서 적절히 변경되어도 된다.
(삽입하는 속도)
삽입하는 속도는, 예를 들면, 제 2 전위차(ΔV2)의 변화(감소 또는 증가)가 검출된 후, 막대 형상 부재(1)가 정지할 때까지, 막대 형상 부재(1)가 이동하는 거리가, 정극(10)의 두께 미만 또는 부극(20)의 두께 미만이 되도록 설정되어도 된다. 이에 의해, 예를 들면, 단락 층수의 제어 정밀도가 향상되는 것이 기대된다.
삽입하는 속도는 예를 들면, 10 ㎜/초 이하여도 된다. 삽입하는 속도는 예를 들면, 1 ㎜/초 이하여도 된다. 삽입하는 속도는 예를 들면, 0.1 ㎜/초 이하여도 된다. 삽입하는 속도는 예를 들면, 0.01 ㎜/초 이하여도 된다. 삽입하는 속도는 예를 들면, 0.001 ㎜/초 이상이어도 된다. 삽입하는 속도는 예를 들면, 0.001 ㎜/초 이상 0.1 ㎜/초 이하여도 된다.
《 (e) 막대 형상 부재의 정지 》
본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법은, 막대 형상 부재(1)를 정지하는 것을 포함한다.
여기서는 적층부(50)에 있어서 막대 형상 부재(1)가 최초로 접촉하는 전극(최외층 전극)이, 기준 전극과 다른 경우, 제 2 전위차(ΔV2)의 절대값의 감소를 적어도 1회 검출하였을 때에(도 3을 참조), 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 삽입하는 동작이 제어된다. 최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우, 제 2 전위차(ΔV2)의 절대값의 증가를 적어도 1회 검출하였을 때에(도 6을 참조), 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 삽입하는 동작이 제어된다.
제 2 전위차(ΔV2)의 측정 간격은, 예를 들면, 100 포인트/초 이상으로 되어도 된다. 예를 들면, 작업자가 전압 측정 장치(502)의 표시부(모니터)에 있어서 제 2 전위차(ΔV2)의 추이를 확인해도 된다. 작업자가 제 2 전위차(ΔV2)의 역치를 초과하는 변화(감소 또는 증가)를 검출하고, 막대 형상 부재(1)가 정지하도록 구동 장치(못 관통 시험 장치 등)를 조작해도 된다.
도 18은 본 실시 형태의 시험 시스템의 일례를 나타내는 블록도이다.
시험 시스템(500)의 상세한 사항은 후술된다. 여기서는 삽입하는 동작의 제어가 설명된다.
예를 들면, 전압 측정 장치(502)가, 제 2 전위차(ΔV2)의 역치를 초과하는 변화(감소 또는 증가)를 검출해도 된다. 전압 측정 장치(502)가 역치를 초과하는 변화의 검출과 동시에 검출 신호를 제어 장치(503)에 송신해도 된다. 제어 장치(503)가 검출 신호에 응답하여, 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 구동 장치(501)에 정지 신호를 송신해도 된다. 역치를 초과하는 변화의 검출과, 막대 형상 부재(1)의 정지는 실질적으로 동시여도 된다. 역치를 초과하는 변화의 검출과, 막대 형상 부재(1)의 정지와의 사이에, 다소의 지연 시간이 있어도 된다. 지연 시간은, 예를 들면, 10초 이상 50초 이하여도 된다. 지연 시간은 10초 미만이어도 된다.
역치(정지의 트리거)는, 예를 들면 10 ㎷여도 된다. 즉, 최외층 전극이 기준 전극과 다른 경우, 제 2 전위차(ΔV2)가 10 ㎷ 이상 감소한 것이 검출된 시점에서, 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 삽입하는 동작이 제어되어도 된다. 최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우, 제 2 전위차(ΔV2)가 10 ㎷ 이상 증가한 것이 검출된 시점에서, 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 삽입하는 동작이 제어되어도 된다. 역치는 50 ㎷여도 된다. 역치는 100 ㎷여도 된다. 역치는 50 ㎷ 이상 100 ㎷ 이하여도 된다.
《 (f) 축전 디바이스의 평가 》
본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법은, 막대 형상 부재(1)의 정지 후의 제 1 축전 디바이스(101)의 상태에 의해, 제 1 축전 디바이스(101)를 평가하는 것을 포함한다.
역치를 초과하는 변화(감소 또는 증가)가 검출된 시점에서, 단층간 단락이 발생하고 있다고 생각된다. 단락 층수가 증가하지 않도록, 막대 형상 부재(1)가 정지된 후, 제 1 축전 디바이스(101)의 상태가 확인된다.
예를 들면, 제 1 축전 디바이스(101)의 외관, 제 1 축전 디바이스(101)의 표면 온도, 및 제 1 축전 디바이스(101)의 전압으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나가 확인되어도 된다. 외관은 육안에 의해 확인되어도 된다. 외관은, 예를 들면, 영상 및 화상에 기록되어도 된다. 외관에는 예를 들면, 변형, 변색, 깨짐, 누액, 발연(發煙) 등이 생길 가능성이 있다. 온도는 온도 측정 장치에 의해 측정된다. 서모그래피에 의해 열 분포가 측정되어도 된다. 전압(정극(10)과 부극(20)의 전위차)은 전압계에 의해 측정된다.
상태의 확인은 소정 시간에 걸쳐서 행해져도 된다. 예를 들면, 10초 이상 1시간 이하, 제 1 축전 디바이스(101)의 상태가 확인되어도 된다. 예를 들면, 1분간 이상 30분간 이하, 제 1 축전 디바이스(101)의 상태가 확인되어도 된다.
상태의 확인 결과에 기초하여, 제 1 축전 디바이스(101)가 평가된다. 복수 개의 제 1 축전 디바이스(101)에 있어서의 확인 결과에 기초하여, 제 1 축전 디바이스(101)가 평가되어도 된다.
《 (g) 용단의 검출 》
본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법은, 용단의 검출을 더 포함해도 된다. 즉, 최외층 전극이 기준 전극과 다른 경우, 막대 형상 부재(1)의 정지 후, 막대 형상 부재(1)가 정지하고 있는 동안에, 제 2 전위차(ΔV2)의 절대값의 증가가 검출됨으로써, 제 1 축전 디바이스(101)가 평가되어도 된다. 최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우, 막대 형상 부재(1)의 정지 후, 막대 형상 부재(1)가 정지하고 있는 동안에, 제 2 전위차(ΔV2)의 절대값의 감소가 검출됨으로써, 제 1 축전 디바이스(101)가 평가되어도 된다.
도 7 및 8에 나타난 바와 같이, 막대 형상 부재(1)의 정지 후, 제 2 전위차(ΔV2)의 반전이 검출되는 경우가 있다. 「반전」은 감소로부터 증가로 바뀌는 것(도 7을 참조), 또는 증가로부터 감소로 바뀌는 것(도 8을 참조)을 나타낸다. 제 2 전위차(ΔV2)의 반전은, 용단의 발생을 나타낸다고 생각된다. 용단이 발생할 수 있는 제 1 축전 디바이스(101)는, 내부 단락에 대한 내성을 갖는다고 평가될 수 있다.
또한, 용단의 발생의 용이성이 평가되어도 된다. 용단의 발생의 용이성은, 막대 형상 부재(1)가 정지한 시점부터, 제 2 전위차(ΔV2)가 반전한 시점까지의 경과 시간에 의해, 평가될 수 있다.
최외층 전극이 기준 전극과 다른 경우, 막대 형상 부재(1)가 정지한 시점부터, 제 2 전위차(ΔV2)의 절대값이 증가한 시점까지의 경과 시간이 측정된다. 경과 시간이 짧을수록, 용단이 발생하기 쉬운 제 1 축전 디바이스(101)라고 평가될 수 있다.
최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우, 막대 형상 부재(1)가 정지한 시점부터, 제 2 전위차(ΔV2)의 절대값이 감소한 시점까지의 경과 시간이 측정된다. 경과 시간이 짧을수록, 용단이 발생하기 쉬운 제 1 축전 디바이스(101)라고 평가될 수 있다.
(다층 단락)
다층 단락에 의해서 제 1 축전 디바이스(101)가 평가되어도 된다. 즉, 최외층 전극이 기준 전극과 다른 경우, 제 2 전위차(ΔV2)의 감소를 복수 회 검출하였을 때에, 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 삽입하는 동작이 제어되어도 된다. 최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우, 제 2 전위차(ΔV2)의 증가를 복수 회 검출하였을 때에, 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 삽입하는 동작이 제어되어도 된다.
검출 횟수는 목적으로 하는 단락 층수에 의해 결정된다. 예를 들면, 최외층 전극이 기준 전극과 다르고, 또한 목적으로 하는 단락 층수가 2층인 경우, 2회째의 역치를 초과하는 감소가 검출된 시점에서, 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 삽입하는 동작이 제어된다. 막대 형상 부재(1)의 정지 후, 제 1 축전 디바이스(101)의 상태가 확인된다.
예를 들면, 최외층 전극이 기준 전극과 동일하고, 또한 목적으로 하는 단락 층수가 2층인 경우, 2회째의 역치를 초과하는 증가가 검출된 시점에서, 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 삽입하는 동작이 제어된다. 막대 형상 부재(1)의 정지 후, 제 1 축전 디바이스(101)의 상태가 확인된다.
예를 들면, 단층간 단락시의 상태에 따라서는 제 1 축전 디바이스(101)의 평가에 우열이 가려지지 않는 경우에, 다층 단락시의 상태에 따라서 제 1 축전 디바이스(101)의 평가에 우열을 가리는 것도 생각할 수 있다.
< 축전 디바이스의 제조 방법 >
도 19는 본 실시 형태의 축전 디바이스의 제조 방법의 개략을 나타내는 플로우차트이다.
본 실시 형태의 축전 디바이스의 제조 방법은 「(A) 축전 디바이스의 제조」 및 「(B) 축전 디바이스의 평가」를 적어도 포함한다.
《 (A) 축전 디바이스의 제조 》
본 실시 형태의 축전 디바이스의 제조 방법은, 복수 개의 제 1 축전 디바이스(101)를 제조하는 것을 포함한다.
제 1 축전 디바이스(101)의 제조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 제 1 축전 디바이스(101)는 그 사양에 맞추어 적절히 제조될 수 있다. 동일 사양의 제 1 축전 디바이스(101)가 복수 개 제조되어도 된다. 사양이 서로 다른 제 1 축전 디바이스(101)가 각각 복수 개 제조되어도 된다.
《 (B) 축전 디바이스의 평가 》
본 실시 형태의 축전 디바이스의 제조 방법은, 전술된 본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법에 의해서, 복수 개의 제 1 축전 디바이스(101) 중 1개 이상의 제 1 축전 디바이스(101)를 평가하는 것을 포함한다.
본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법은, 예를 들면 제조시의 샘플링 검사 등에 이용되어도 된다. 예를 들면, 어떤 제조 로트로부터, 1개 이상의 제 1 축전 디바이스(101)가 추출되어도 된다. 1개 이상의 제 1 축전 디바이스(101)의 평가 결과에 기초하여, 당해 제조 로트의 양부(良否)가 판정되어도 된다. 본 실시 형태의 축전 디바이스의 제조 방법에 의하면, 내부 단락시에 소정의 성능을 가질 수 있는 제 1 축전 디바이스(101)가 제조될 수 있다.
본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법은, 예를 들면, 개발시의 사양 검토 등에 이용되어도 된다. 예를 들면, 어떤 사양의 제 1 축전 디바이스(101)가 복수 개 제조되어도 된다. 1개 이상의 제 1 축전 디바이스(101)의 평가 결과에 기초하여, 당해 사양의 채용 여부가 결정되어도 된다. 본 실시 형태의 축전 디바이스의 제조 방법에 의하면, 내부 단락시에 소정의 성능을 가질 수 있는 제 1 축전 디바이스(101)가 제공될 수 있다.
< 시험 시스템 >
도 18은 본 실시 형태의 시험 시스템의 일례를 나타내는 블록도이다.
시험 시스템(500)은, 제 1 축전 디바이스(101)를 평가하기 위한 시험 시스템이다. 제 1 축전 디바이스(101)의 상세한 사항은 전술한 바와 같다.
시험 시스템(500)은 구동 장치(501), 전압 측정 장치(502) 및 제어 장치(503)를 적어도 구비한다. 구동 장치(501)는, 정극(10) 및 부극(20)의 적층 방향을 따라서, 적층부(50)에 도전성의 막대 형상 부재(1)를 삽입하는 동작을 행하도록 구성되어 있다. 적층부(50) 및 막대 형상 부재(1)의 상세한 사항은 전술한 바와 같다.
전압 측정 장치(502)는, 기준 전극과, 막대 형상 부재(1)와의 사이의 전위차〔제 2 전위차(ΔV2)〕를 측정하도록 구성되어 있다. 기준 전극은 정극(10) 또는 부극(20)이다.
제어 장치(503)는, 제 1 제어 및 제 2 제어의 적어도 일방을 행하도록 구성되어 있다. 즉, 제어 장치(503)는 제 1 제어 또는 제 2 제어의 일방을 행하도록 구성되어 있어도 된다. 제어 장치(503)는 제 1 제어 및 제 2 제어의 양방(兩方)을 행하도록 구성되어 있어도 된다.
제 1 제어는, 적층부(50)에 있어서 막대 형상 부재(1)가 최초로 접촉하는 전극(최외층 전극)이, 기준 전극과 다른 경우, 전위차〔제 2 전위차(ΔV2)〕의 절대값의 감소를 적어도 1회 검출하였을 때에, 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 구동 장치(501)의 삽입하는 동작을 제어한다.
제 2 제어는, 최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우, 전위차〔제 2 전위차(ΔV2)〕의 절대값의 증가를 적어도 1회 검출하였을 때에, 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 구동 장치(501)의 삽입하는 동작을 제어한다.
제어 장치(503)는, 예를 들면 구동 장치(501) 또는 전압 측정 장치(502)에 조립되어 있어도 된다. 시험 시스템(500)에 있어서, 전술의 본 실시 형태의 축전 디바이스의 평가 방법이 실시될 수 있다.
[실시예]
이하에, 본 개시의 실시예가 설명된다. 단, 이하의 설명은 청구 범위를 한정하는 것은 아니다.
< 실험 1. 단락 층수 >
실험 1에서는, 각종의 평가 방법에 있어서 단락 층수가 조사되었다.
《 축전 디바이스의 사양 》
이하의 정격 용량을 갖는 각형 전지(제 1 축전 디바이스(101))가 각각 준비되었다.
정격 용량: 5 Ah, 25 Ah, 50 Ah, 75 Ah, 100 Ah
각 제 1 축전 디바이스(101)에 있어서, 정격 용량 이외의 사양은 이하와 같다.
충전 상한 전압: 4.1 V
방전 하한 전압: 3 V
제 1 박스체: Al 합금제
전극체: 권회 전극체(최외층 전극은 부극(20)이다.)
정극 활물질: 리튬니켈코발트망간 복합 산화물
부극 활물질: 흑연
세퍼레이터: 수지제의 다공질 필름(3층 구조)
또한, 실험 1의 제 1 축전 디바이스(101)에서는, 제 1 박스체(91)가 정극(10) 및 부극(20)과 절연되어 있다. 즉, 제 1 박스체(91)가 중립 전위를 갖는다.
《 비교예 1 》
비교예 1은 강제 내부 단락 시험(JIS C 8714)에 준거한 평가 방법이다.
평가 개수는, 각 정격 용량의 제 1 축전 디바이스(101)에 대하여 3개씩이다. 제 1 축전 디바이스(101)의 충전 레벨이 100%로 조정되었다. 충전 레벨의 조정 후, 제 1 축전 디바이스(101)의 전압은 4.1 V이다. 50 ㎷ 이상의 전압 강하가 검출된 경우에, 단락이 발생하였다고 간주되었다. 단락의 발생 후, 제 1 축전 디바이스(101)의 상태가 확인되었다. 또한, 상태의 확인 후, 권회 전극체(158)가 해체되고, 단락이 몇 층의 전극에 걸쳐 있는지 확인되었다. 결과는 하기 표 1에 나타내어진다.
《 비교예 2 》
비교예 2는 일본 공개특허 특개2010-250954호 공보에 준거한 평가 방법이다.
평가 개수는, 각 정격 용량의 제 1 축전 디바이스(101)에 대하여 3개씩이다. 제 1 축전 디바이스(101)의 충전 레벨은 100%로 조정되었다. 충전 레벨의 조정 후, 제 1 축전 디바이스(101)의 전압은 4.1 V이다.
평가 지그가 준비되었다. 평가 지그는, 선단 부분만 금속제로 된 세라믹 못이다. 평가 지그가 제 1 축전 디바이스(101)에 삽입되었다. 2 ㎷ 이상의 전압 강하가 검출된 경우에, 단락이 발생하였다고 간주되고, 평가 지그를 삽입하는 동작이 정지되었다. 평가 지그의 정지 후, 제 1 축전 디바이스(101)의 상태가 확인되었다. 또한, 상태의 확인 후, 권회 전극체(158)가 해체되고, 단락이 몇 층의 전극에 걸쳐 있는지 확인되었다. 결과는 하기 표 1에 나타내어진다.
《 실시예 1 》
실시예 1은 목표 단락 층수를 1층으로 하여 실시되었다. 제 1 축전 디바이스(101)의 충전 레벨이 100%로 조정되었다. 충전 레벨의 조정 후, 제 1 전위차(ΔV1)은 4.1 V이다. 막대 형상 부재(1)로서 시판의 못이 준비되었다. 소정의 리드 선에 의해, 정극 단자(81) 및 못이 전압 측정 장치(502)의 측정 단자에 각각 접속되었다. 즉, 정극(10)이 기준 전극으로서 선택되었다. 최외층 전극(부극(20))은 기준 전극과 다르다.
정극(10)(정극 단자(81))과 못 사이의 제 2 전위차(ΔV2)가 측정되면서, 정극(10) 및 부극(20)의 적층 방향을 따라서, 제 1 축전 디바이스(101)에 못이 삽입되었다.
도 20은 실시예 1의 전위차의 추이를 나타내는 그래프이다.
제 1 시점(t1)에 있어서, 못이 제 1 박스체(91)(Al 합금)와 접촉하였다. 이 때 제 2 전위차(ΔV2)는, 제 1 박스체(91)와 정극(10)의 전위차(1.6 V)를 나타냈다.
제 2 시점(t2)에 있어서, 못이 최외층 전극(부극(20))과 접촉하였다. 이 때 제 2 전위차(ΔV2)는, 정극(10)과 부극(20)의 전위차, 즉, 제 1 전위차(ΔV1)까지 증가하였다.
제 3 시점(t3)에 있어서, 못이 부극(20) 및 세퍼레이터(30)를 관통하여, 정극(10)과 접촉하였다. 이 때 제 2 전위차(ΔV2)는 실질적으로 0 V까지 감소하였다. 제 3 시점(t3)에 있어서, 못이 정지되었다. 못의 정지 후, 제 1 축전 디바이스(101)의 상태가 확인되었다. 결과는 하기 표 1에 나타내어진다.
못의 정지 중, 제 2 전위차(ΔV2)의 증가(반전)가 검출되었다. 제 4 시점(t4)에 있어서 제 2 전위차(ΔV2)의 증가가 정지하였다.
그 후, 권회 전극체(158)가 해체되고, 단락이 몇 층의 전극에 걸쳐 있는지 확인되었다. 결과는 하기 표 1에 나타내어진다.
《 실시예 2 》
도 21은 실시예 2의 전위차의 추이를 나타내는 그래프이다.
실시예 2는 목표 단락 층수를 2층으로 하여 실시되었다. 실시예 2에서는, 제 4 시점(t4)까지 실시예 1과 마찬가지의 조작이 행해졌다. 또한, 실시예 2에서는, 제 4 시점(t4)으로부터 다시 못을 삽입하는 동작이 행해졌다. 제 5 시점(t5)에 있어서, 못이 다시 정극(10)과 접촉하고, 제 2 전위차(ΔV2)가 실질적으로 0 V까지 감소하였다. 제 5 시점(t5)에 있어서, 못이 정지되었다. 못의 정지 후, 제 1 축전 디바이스(101)의 상태가 확인되었다. 결과는 하기 표 1에 나타내어진다.
못의 정지 중, 제 2 전위차(ΔV2)의 증가(반전)가 검출되었다. 제 6 시점(t6)에 있어서 제 2 전위차(ΔV2)의 증가가 정지하였다. 그 후, 권회 전극체(158)가 해체되고, 단락이 몇 층의 전극에 걸쳐 있는지 확인되었다. 결과는 하기 표 1에 나타내어진다.
Figure pat00001
《 실험 1의 결과 》
도 22는 비교예 1 및 2에 있어서의 축전 디바이스의 정격 용량과 단락 층수의 관계를 나타내는 그래프이다.
비교예 1(강제 내부 단락 시험)에서는, 단락 층수가 1∼2층에서 안정되어 있다. 단, 목표 단락 층수가 1층인 경우, 단락 층수의 제어가 불충분하다고도 생각된다.
비교예 2에서는, 정격 용량이 커질수록 단락 층수가 많아지고 있다. 비교예 2에 있어서, 100 Ah의 제 1 축전 디바이스(101)에서는, 발열이 크고, 단락 층수의 확인을 할 수 없는 시료가 있었다.
도 23은 비교예 2의 전압의 추이를 나타내는 그래프이다.
비교예 2에서는, 제 1 축전 디바이스(101)의 정격 용량이 커질수록, 세라믹 못의 정지 후의 전압이 강하되고 있다. 이 결과는, 전술의 단락 층수의 증가에 의해서 설명된다.
도 24는 실시예 1 및 2에 있어서의 축전 디바이스의 정격 용량과 단락 층수의 관계를 나타내는 그래프이다.
실시예 1 및 실시예 2에서는, 목표 단락 층수(1층 또는 2층)가 안정적으로 실현되고 있다. 즉, 실시예 1 및 2에서는, 단락 층수의 제어가 가능하다고 생각된다.
도 20(실시예 1) 및 도 21(실시예 2)에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2에서는, 정격 용량이 커질수록, 못의 정지 후, 제 1 전위차(ΔV1), 즉, 제 1 축전 디바이스(101)의 전압이 높아지고 있다. 정격 용량에 관계없이, 단락 층수가 일정하기 때문에, 정격 용량이 커질수록, 단락에 의한 전압 강하가 작아지고 있다고 생각된다.
< 실험 2. 기준 전극 >
실험 1(실시예 1 및 2)에서는, 최외층 전극이 기준 전극과 다른 경우, 단락 층수의 제어가 가능하다는 것이 확인되었다. 실험 2(실시예 3)에서는, 최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우, 단락 층수의 제어가 가능한지 확인되었다.
《 실시예 3 》
실험 1과 동일 사양의 제 1 축전 디바이스(101)가 준비되었다. 부극(20)이 기준 전극으로서 선택되었다. 즉, 최외층 전극(부극(20))은 기준 전극과 동일하다. 이것을 제외하고는, 실시예 1과 마찬가지의 조작이 행해졌다.
도 25는 실시예 3의 전위차의 추이를 나타내는 그래프이다.
제 1 시점(t1)에 있어서, 못이 제 1 박스체(91)와 접촉하였다. 이 때 제 2 전위차(ΔV2)는, 제 1 박스체(91)와 부극(20)의 전위차(2.5 V)를 나타냈다.
제 2 시점(t2)에 있어서, 못이 최외층 전극(부극(20))과 접촉하였다. 이 때 제 2 전위차(ΔV2)는 실질적으로 0 V까지 감소하였다.
제 3 시점(t3)에 있어서, 못이 부극(20) 및 세퍼레이터(30)를 관통하여, 정극(10)과 접촉하였다. 이 때 제 2 전위차(ΔV2)가 증가하였다. 제 3 시점(t3)에 있어서, 못이 정지되었다.
못의 정지 중, 제 2 전위차(ΔV2)의 감소(반전)가 검출되었다. 제 4 시점(t4)에 있어서 제 2 전위차(ΔV2)가 실질적으로 0 V까지 감소하였다.
《 실험 2의 결과 》
권회 전극체(158)가 해체되고, 실험 2에서도 단락 층수가 1층인 것이 확인되었다. 즉, 최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우도, 단층간 단락을 실현할 수 있었다.
따라서, 최외층 전극이 기준 전극과 동일한 경우도, 단락 층수의 제어가 가능하다고 생각된다.
단, 실시예 3에서는, 실시예 1에 비하여, 단층간 단락에 따른 제 2 전위차(ΔV2)의 변화량이 작은 결과가 되었다. 실시예 1과 같이, 최외층 전극과 다른 전극이 기준 전극으로 됨으로써, 제 2 전위차(ΔV2)의 변화량이 커지고, 단층간 단락의 검출이 용이해지는 것이 기대된다.
또는 이 결과는, 기준 전극이 부극(20)이었기 때문에, 제 2 전위차(ΔV2)의 변화량이 작아졌다고도 해석된다. 따라서, 정극(10)이 기준 전극으로서 선택됨으로써, 제 2 전위차(ΔV2)의 변화량이 커지고, 단층간 단락의 검출이 용이해지는 것이 기대된다.
< 실험 3. 박스체의 전위 >
실험 1 및 2에서는, 제 1 박스체(91)가 중립 전위를 갖는다. 즉, 실험 1 및 2에서는, 제 1 박스체(91)가 정극(10) 및 부극(20)과 절연되어 있는 경우에 있어서, 제 2 전위차(ΔV2)의 추이가 확인되었다.
실험 3에서는, 제 1 박스체(91)가 정극(10)과 동등한 전위를 갖는 경우(제 1 박스체(91)가 정극(10)과 전기적으로 접속되어 있는 경우), 및, 제 1 박스체(91)가 부극(20)과 동등한 전위를 갖는 경우(제 1 박스체(91)가 부극(20)과 전기적으로 접속되어 있는 경우)에 있어서, 제 2 전위차(ΔV2)의 추이가 확인되었다. 제 2 전위차(ΔV2)의 추이는, 기준 전극이 정극(10)인 경우, 및 기준 전극이 부극(20)인 경우의 각각에 있어서 확인되었다. 결과는 하기 표 2에 나타내어진다.
하기 표 2에 있어서 「P(positive)」는, 제 2 전위차(ΔV2)의 추이가 안정되어 있고, 제 2 전위차(ΔV2)의 감소 또는 증가의 검출이 용이하였음을 나타낸다. 「N(negative)」은, 제 2 전위차(ΔV2)의 추이가 불안정하였음을 나타낸다.
Figure pat00002
《 실험 3의 결과 》
상기 표 2에 나타내어지는 바와 같이, 제 1 박스체(91)가 중립 전위를 갖는 경우, 기준 전극이 정극(10) 및 부극(20) 중 어느 쪽이더라도, 제 2 전위차(ΔV2)의 추이가 안정되어 있다.
제 1 박스체(91)가 정극(10)과 동등한 전위를 갖는 경우, 기준 전극이 정극(10) 및 부극(20) 중 어느쪽이더라도, 제 2 전위차(ΔV2)의 추이가 불안정하다. 따라서, 제 1 박스체(91)가 정극(10)과 동등한 전위를 갖는 경우, 제 1 박스체(91)로부터 권회 전극체(158)를 취출하여, 제 1 축전 디바이스(101)의 평가를 행하는 것을 생각할 수 있다.
제 1 박스체(91)가 부극(20)과 동등한 전위를 갖는 경우, 기준 전극이 정극(10)이면, 제 2 전위차(ΔV2)의 추이가 안정되는 경향이 확인되었다. 따라서, 제 1 박스체(91)가 부극(20)과 동등한 전위를 갖는 경우, 정극(10)이 기준 전극으로서 선택되는 것이 바람직하다고 생각된다.
< 실험 4. 막대 형상 부재의 직경(φ) >
실험 4에서는, 막대 형상 부재(1)(못)의 직경(φ)이 검토되었다.
하기 표 3의 직경(φ)을 갖는 못이 각각 준비되었다. 이하의 조건에 의해, 못이 박스체를 관통할 수 있는지 여부가 확인되었다. 결과는 하기 표 3에 나타내어진다. 하기 표 3에 있어서 「P」는 못이 박스체를 관통하였음을 나타낸다. 「N」은 못이 박스체를 관통할 수 없었음을 나타낸다.
《 실험 4의 조건 》
못의 선단각(θ): 45도
못의 형상: 둥근 못(축 방향과 직교하는 단면에 있어서의 단면 형상이 원 형상인 못)
삽입하는 속도: 0.01 ㎜/초
Figure pat00003
《 실험 4의 결과 》
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 박스체가 단단한 재질인 경우, 막대 형상 부재(1)의 직경(φ)이 작으면, 막대 형상 부재(1)가 구부러져, 막대 형상 부재(1)가 박스체를 관통할 수 없는 경우가 있다.
< 실험 5. 막대 형상 부재의 선단각(θ) >
실험 5에서는, 막대 형상 부재(1)(못)의 선단각(θ)이 검토되었다.
하기 표 4의 선단각(θ)을 갖는 못이 각각 준비되었다. 이하의 조건에 의해, 못이 박스체를 관통할 수 있는지 여부가 확인되었다. 결과는 하기 표 4에 나타내어진다. 하기 표 4에 있어서 「관통: P」는 못이 박스체를 관통하였음을 나타낸다. 「관통: N」은 못이 박스체를 관통할 수 없었음을 나타낸다. 「찌그러짐: P」는 못의 선단이 찌그러져 있지 않았음을 나타낸다. 「찌그러짐: N」은 못의 선단이 찌그러졌음을 나타낸다.
《 실험 5의 조건 》
못의 직경(φ): 3 ㎜(둥근 못)
삽입하는 속도: 0.01 ㎜/초
Figure pat00004
《 실험 5의 결과 》
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 박스체가 단단한 재질인 경우, 막대 형상 부재(1)의 선단이 과도하게 날카로우면, 선단이 찌그러져, 막대 형상 부재(1)가 박스체를 관통할 수 없는 경우가 있다.
< 실험 6: 정지 조건 >
실험 6에서는, 막대 형상 부재(1)(못)의 정지 조건이 검토되었다.
이하의 조건에 의해, 못이 제 1 축전 디바이스(101)에 삽입되었다. 제 2 전위차(ΔV2)의 감소량이 하기 표 5에 나타내어지는 역치를 초과한 시점으로부터, 못이 실제로 정지한 시점까지의 경과 시간과, 단락 층수와의 관계가 조사되었다. 결과는 하기 표 5에 나타내어진다.
《 실험 6의 조건 》
기준 전극: 정극(10)(최외층 전극이 기준 전극과 다르다.)
못의 선단각(θ): 45도
못의 직경(φ): 3 ㎜(둥근 못)
삽입하는 속도: 0.1 ㎜/초
Figure pat00005
《 실험 6의 결과 》
상기 표 5에 나타난 바와 같이, 역치가 0 ㎷이면 단락이 발생하지 않는다. 역치가 10 ㎷이면, 단락이 발생하고 있지 않는 경우가 있다. 역치가 10 ㎷이면, 노이즈에 의해 단락이 오검출될 가능성이 있다고 생각된다. 역치가 50 ㎷이면, 단락 층수가 1∼2층이다. 역치가 50 ㎷인 경우, 강제 내부 단락 시험과 동등한 결과가 기대된다. 못의 정지까지의 경과 시간이 길어지면, 단락 층수가 증가하는 경향이 있다.
< 실험 7. 삽입하는 속도 >
실험 7에서는, 막대 형상 부재(1)(못)를 삽입하는 속도가 검토되었다.
이하의 조건에 의해, 못이 제 1 축전 디바이스(101)에 삽입되었다. 삽입하는 속도와 단락 층수의 관계가 조사되었다. 결과는 하기 표 6에 나타내어진다.
《 실험 7의 조건 》
기준 전극: 정극(10)(최외층 전극이 기준 전극과 다르다.)
못의 선단각(θ): 45도
못의 직경(φ): 3 ㎜(둥근 못)
역치: 50 ㎷
Figure pat00006
《 실험 7의 결과 》
상기 표 6에 나타난 바와 같이, 삽입하는 속도가 높아지면, 단락 층수가 증가하는 경향이 있다. 삽입하는 속도가 느릴수록 단락 층수의 제어가 용이하다고 생각된다.
본 개시의 실시 형태는 모든 점에서 예시로서 제한적인 것은 아니다. 청구 범위의 기재에 의해서 확정되는 기술적 범위는, 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 포함한다.

Claims (13)

  1. 박스체(91) 및 전극체(151)를 적어도 포함하고, 상기 전극체(151)는 상기 박스체(91)의 내부에 수납되어 있고, 상기 전극체(151)는 정극(10) 및 부극(20)을 포함하고, 상기 전극체(151)에 있어서 상기 정극(10) 및 상기 부극(20)이 번갈아 각각 1층 이상 적층됨으로써 적층부(50)가 형성되어 있는, 축전 디바이스(101)를 준비하는 것,
    상기 정극(10) 및 상기 부극(20)의 사이에 제 1 전위차(ΔV1)가 생기도록, 상기 축전 디바이스(101)의 충전 레벨을 조정하는 것,
    상기 정극(10) 또는 상기 부극(20)을 기준 전극으로서 선택하는 것,
    상기 충전 레벨의 조정 후, 상기 기준 전극과, 도전성의 막대 형상 부재(1)와의 사이의 제 2 전위차(ΔV2)를 측정하면서, 상기 정극(10) 및 상기 부극(20)의 적층 방향을 따라서, 상기 적층부(50)에 상기 막대 형상 부재(1)를 삽입하는 동작을 행하는 것,
    상기 막대 형상 부재(1)를 정지하는 것, 및,
    상기 막대 형상 부재(1)의 정지 후의 상기 축전 디바이스(101)의 상태에 따라, 상기 축전 디바이스(101)를 평가하는 것을 적어도 포함하며,
    상기 적층부(50)에 있어서 상기 막대 형상 부재(1)가 최초로 접촉하는 전극(10, 20)이, 상기 기준 전극과 다른 경우, 상기 제 2 전위차의 절대값의 감소를 적어도 1회 검출하였을 때에, 상기 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 상기 삽입하는 동작이 제어되고,
    상기 적층부(50)에 있어서 상기 막대 형상 부재(1)가 최초로 접촉하는 상기 전극(10, 20)이, 상기 기준 전극과 동일한 경우, 상기 제 2 전위차의 상기 절대값의 증가를 적어도 1회 검출하였을 때에, 상기 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 상기 삽입하는 동작이 제어되는, 축전 디바이스의 평가 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 막대 형상 부재(1)는, 상기 박스체(91)의 외부로부터 상기 적층부(50)에 삽입되는, 축전 디바이스의 평가 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정극(10)이 상기 기준 전극으로서 선택되는, 축전 디바이스의 평가 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층부(50)에 있어서 상기 막대 형상 부재(1)가 최초로 접촉하는 상기 전극(10, 20)이, 상기 기준 전극과 다른, 축전 디바이스의 평가 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 막대 형상 부재(1)의 정지 후, 상기 막대 형상 부재(1)가 정지하고 있는 동안에, 상기 제 2 전위차의 상기 절대값의 증가를 검출함으로써, 상기 축전 디바이스(101)를 평가하는 것을 더 포함하는, 축전 디바이스의 평가 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 막대 형상 부재(1)가 정지한 시점부터, 상기 제 2 전위차의 상기 절대값이 증가한 시점까지의 경과 시간에 의해, 상기 축전 디바이스(101)를 평가하는 것을 더 포함하는, 축전 디바이스의 평가 방법.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 전위차의 상기 절대값의 감소를 복수 회 검출하였을 때에, 상기 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 상기 삽입하는 동작이 제어되는, 축전 디바이스의 평가 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층부(50)에 있어서 상기 막대 형상 부재(1)가 최초로 접촉하는 상기 전극(10, 20)이, 상기 기준 전극과 동일한, 축전 디바이스의 평가 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 막대 형상 부재(1)의 정지 후, 상기 막대 형상 부재(1)가 정지하고 있는 동안에, 상기 제 2 전위차의 상기 절대값의 감소를 검출함으로써, 상기 축전 디바이스(101)를 평가하는 것을 더 포함하는, 축전 디바이스의 평가 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 막대 형상 부재(1)가 정지한 시점부터, 상기 제 2 전위차의 상기 절대값이 감소한 시점까지의 경과 시간에 의해, 상기 축전 디바이스(101)를 평가하는 것을 더 포함하는, 축전 디바이스의 평가 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 전위차의 상기 절대값의 증가를 복수 회 검출하였을 때에, 상기 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 상기 삽입하는 동작이 제어되는, 축전 디바이스의 평가 방법.
  12. 복수 개의 상기 축전 디바이스(101)를 제조하는 것, 및,
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 축전 디바이스의 평가 방법에 의해서, 복수 개의 상기 축전 디바이스(101) 중 1개 이상의 상기 축전 디바이스(101)를 평가하는 것을 적어도 포함하는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  13. 박스체(91) 및 전극체(151)를 적어도 포함하고, 상기 전극체(151)는 상기 박스체(91)의 내부에 수납되어 있고, 상기 전극체(151)는 정극(10) 및 부극(20)을 포함하고, 상기 전극체(151)에 있어서 상기 정극(10) 및 상기 부극(20)이 번갈아 각각 1층 이상 적층됨으로써 적층부(50)가 형성되어 있는, 축전 디바이스(101)를 평가하기 위한 시험 시스템(500)으로서,
    구동 장치(501),
    전압 측정 장치(502), 및,
    제어 장치(503)를 적어도 구비하며,
    상기 구동 장치(501)는, 상기 정극(10) 및 상기 부극(20)의 적층 방향을 따라서, 상기 적층부(50)에 도전성의 막대 형상 부재(1)를 삽입하는 동작을 행하도록 구성되어 있고,
    상기 전압 측정 장치(502)는, 기준 전극과 상기 막대 형상 부재(1) 사이의 전위차를 측정하도록 구성되어 있고,
    상기 기준 전극은, 상기 정극(10) 또는 상기 부극(20)이며,
    상기 제어 장치(503)는, 제 1 제어 및 제 2 제어의 적어도 일방을 행하도록 구성되어 있고,
    상기 제 1 제어는, 상기 적층부(50)에 있어서 상기 막대 형상 부재(1)가 최초로 접촉하는 전극(10, 20)이, 상기 기준 전극과 다른 경우, 상기 전위차의 절대값의 감소를 적어도 1회 검출하였을 때에, 상기 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 상기 구동 장치(501)의 상기 삽입하는 동작을 제어하고,
    상기 제 2 제어는, 상기 적층부(50)에 있어서 상기 막대 형상 부재(1)가 최초로 접촉하는 상기 전극(10, 20)이, 상기 기준 전극과 동일한 경우, 상기 전위차의 상기 절대값의 증가를 적어도 1회 검출하였을 때에, 상기 막대 형상 부재(1)가 정지하도록, 상기 구동 장치(501)의 상기 삽입하는 동작을 제어하는, 시험 시스템.
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