JP2013073900A - 電池の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的短絡の不具合を効果的に検知することができる、電池の検査方法を提供する。
【解決手段】正極、セパレータ、及び負極が積層された電極積層体と、正極に接続された正極端子と、負極に接続された負極端子と、金属層及び金属層の内側に配置された樹脂層を含み、正極端子及び負極端子の一端を外部に突出させた状態で電極積層体及び電解液を内部に収納し密封する外装体とを有する電池の検査方法が、外装体内に電極積層体を収容し、かつ電解液を注入していない状態で、正極端子及び負極端子の少なくとも１つと金属層との間の耐電圧判定を行うステップを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池の検査方法に関する。

複数の電極と電極同士の間に挟まれるセパレータとからなる電極積層体を１対のラミネートフィルムで封止した構成の電池が存在する。このような電池において、ラミネートフィルム内の金属層（アルミニウム層など）と電極との短絡が生じると、電池として十分な機能を果たせないおそれがある。そこで、これらの短絡を検知して不良品を取り除くための電池検査方法が実施されている。

特許文献１，２には、出荷前、すなわち電池が完成した状態で、前記したような短絡の検知を行うことが記載されている。

特開２００２−３２４５７２号公報 特開２００５−２５１６８５号公報

特許文献１，２に記載されているように、出荷前に短絡の検知を行う場合には、それ以前の段階で電池の製造工程が既に完了している。従って、最終的に不良品として除外されるものであっても電池として完成するまでの全工程が行われるため、結果的に不要であった作業が行われており、製造コストの上昇をもたらす。しかも、電解液の注入後の絶縁抵抗測定では、短絡に至った状態は判別できたとしても、短絡に至る可能性のある状態は判別することができない。

そこで、本発明の目的は、電気的短絡が生じている状態および電気的短絡の生じる可能性のある状態を早期に検知することができる電池の検査方法を提供することにある。

本発明の特徴は、正極、セパレータ、及び負極が積層された電極積層体と、正極に接続された正極端子と、負極に接続された負極端子と、金属層及び金属層の内側に配置された樹脂層を含み、正極端子及び負極端子の一端を外部に突出させた状態で電極積層体及び電解液を内部に収納し密封する外装体とを有する電池の検査方法において、外装体内に電極積層体を収容し、かつ電解液を注入していない状態で、正極端子及び負極端子の少なくとも１つと金属層との間の耐電圧判定を行うステップを含むところにある。

この電池の検査方法において、前記したステップ（第１のステップ）に加えて、外装体内に電極積層体と電解液とを収容し外装体を密封した状態で、正極端子及び負極端子の少なくとも１つと金属層との間に、第１のステップにおいて印加した第１の電圧より低い第２の電圧を印加して絶縁性を測定する第２のステップを追加してもよい。

本発明によると、耐電圧判定により絶縁不良が発生しているか、または将来に絶縁不良が発生する可能性が高い製品を、事前に検知して取り除くことができ、製造工程の無駄を減らすことができ、生産効率の向上と製造コストの低減が図れる。

さらに、第２のステップを追加すると、電解液の注入前に、絶縁不良が発生する可能性が高い製品を事前に検知できると共に、製造工程の途中で導電性異物の移動によって変動する可能性のある絶縁性について安全に測定を行うことができる。

（ａ）は本発明の電池の検査方法を示す概略平面図、（ｂ）はそのＸ−Ｘ線断面図である。 本発明の第１の実施形態の電池の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の電池の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の電池の製造方法の変形例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

まず、本発明の検査方法の対象である電池の構造について説明する。ここではリチウムイオン電池の例で説明する。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。図１（ａ），１（ｂ）に示すように、電池Ａは、複数の電極１と複数のセパレータ２が交互に積層された電極積層体３が、互いに接合された１対のラミネートフィルムからなるパッケージ（外装体）内に封入された構成である。なお、ここでは、ラミネートフィルムの全周が接合されて完全に封止された状態のものだけでなく、製造過程においてラミネートフィルムの周縁部の一部が非接合のまま残されているものも、「パッケージ」と称している。

図示しないが、具体的には、正極１Ａは、アルミニウム等からなる正極集電箔上に正極活物質が塗布されたものであり、正電極活物質としてリチウムマンガン酸化物やリチウムニッケル酸化物を使用することができる。負極１Ｂは、銅等からなる負極集電箔上に負極活物質が塗布されたものであり、負極活物質として黒鉛や非晶質炭素などの炭素系の材料を使用することができる。正極１Ａと負極１Ｂとがセパレータ２を間に挟んで重なり合うように積み重ねられて、電極積層体３が構成され、この電極積層体３が１対のラミネートフィルム４に包囲されている。正極１Ａの正極集電箔には一方の電極端子である正極端子５Ａが電気的に接合され、負極１Ｂの負極集電箔には他方の電極端子である負極端子５Ｂが電気的に接合されている。そして、図１（ａ），１（ｂ）に示すように、正極端子５Ａと負極端子５Ｂのそれぞれの一部がラミネートフィルム４の外部に突出するようにしつつ、１対のラミネートフィルム４は、周縁部同士が重ね合わされ熱融着等によって互いに接合されている。このように周縁部同士が互いに接合された１対のラミネートフィルム４によって、電極積層体３を収容するパッケージが構成されている。

ラミネートフィルム４は、金属層（例えばアルミニウム層）４ａの一方の面（完成状態のパッケージにおいて内側に位置する面）を、熱融着可能な絶縁性の樹脂層（内層）で被覆し、他方の面（完成状態のパッケージにおいて外側に位置する面）を、保護層となる樹脂層（外層）で被覆した構成である。

セパレータとしては種々の材料を使用できるが、ポリプロピレンなどが一般的である。また、電解液としては、ポリカーボーネート、エチレンカーボネート、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル等を使用できる。

次に電池Ａの製造および検査の方法について、その手順を、図２に示すフローチャートを参照して説明する。この電池Ａの検査方法には、図１に概略的に示す検査装置を用いる。この検査装置は、２つのプローブ６Ａ，６Ｂと、各プローブ６Ａ，６Ｂに接続されて電気特性の測定や判定が可能な測定装置７と、を有する。本実施形態では、電池Ａの製造工程の途中、すなわち、電解液の注入前の段階で、耐電圧判定を行う。

具体的には、まず、電極積層体３を形成し電極端子５Ａ，５Ｂを電気的に接続する（ステップＳ１）。この電極積層体３の両面を１対のラミネートフィルム４によって覆い、ラミネートフィルムの３辺の周縁部同士を熱融着などの方法で互いに接合させる（ステップＳ２）。その際、電極端子５Ａ，５Ｂの一部をラミネートフィルムの外側に突出した状態で熱融着させる。ラミネートフィルムの１辺は、後で電解液の注入口として用いるために非接合のままにしておく。

その状態で、検査装置のプローブ６Ａを、電極端子（本実施形態では負極１Ｂに接続された負極端子５Ｂ）に当接させ、プローブ６Ｂを１対のラミネートフィルム４の金属層４ａに当接させる。当接の方法としては、ラミネートフィルム４の外層である保護層を剥離させてプローブ６Ｂを金属層４ａに直接接触させても良いし、針状のプローブ６Ｂを使用しラミネートフィルム４の外層である保護層を貫通させて金属層４ａに接触させても良い。ここでは、プローブ６Ｂは、図１（ｂ）に示すように、１対のラミネートフィルム４の周縁部（電極積層体３が存在しない位置）同士の接合部分を貫通している。すなわち、針状のプローブ６Ｂは、上側のラミネートフィルム４の金属層４ａにも、下側のラミネートフィルム４の金属層４ａにも接している。この状態で、負電極端子５Ｂとラミネートフィルム４の金属層４ａの間の耐電圧判定を行う（ステップＳ３）。

具体的には、プローブ６Ａとプローブ６Ｂとの間に、予め決められた所定の電圧（例えば６００Ｖ〜１０００Ｖ程度の第１の電圧）を印加して、絶縁破壊が生じるか否かを確認する。絶縁破壊が生じた場合には、作業を中止して不良品として取り除く（ステップＳ６）。

プローブ６Ａとプローブ６Ｂとの間に所定の電圧を印加しても絶縁破壊が生じなかった場合には、負極端子５Ｂとラミネートフィルム４の金属層４ａとの絶縁が良好であると判断し、製造工程を続行する。具体的には、１対のラミネートフィルム４の周縁部の、非接合である１辺から両ラミネートフィルム４間に電解液を注入する（ステップＳ４）。そして、このラミネートフィルム４の周縁部の、非接合である１辺を、熱融着などの方法によって互いに接合させて封止する（ステップＳ５）。こうして、電極積層体３が１対のラミネートフィルム４によって封止された電池Ａが完成する。それから、この電池Ａに対して充電を行う。

本実施形態では、電池Ａの製造工程の途中であって電解液を注入する前の時点、すなわち、パッケージ内に電極積層体３を収容し、かつ電解液を注入していない状態で、耐電圧判定を行って、絶縁不良が発生していたか、または将来に絶縁不良が発生する可能性が高かった製品を検知して取り除く。従って、それらの製品に関しては電解液を注入するステップとその後の工程は行わないため、製造工程の無駄を減らすことができ、生産効率の向上と製造コストの低減が図れる。

次に、本発明の第２の実施形態の電池の検査方法について、図３に示すフローチャートを参照して説明する。電池の構成については図１と同様であるので説明を省略する。本実施形態では、電池Ａの製造工程の途中、すなわち、電解液の注入前の段階で耐電圧判定を行うとともに、完成状態の電池Ａにおける絶縁性の測定を行う。第１の実施形態と同様の部分については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。具体的には、図３に示す本実施形態のステップＳ１〜Ｓ６は、図２に示す第１の実施形態のステップＳ１〜Ｓ６と同一である。

本実施形態では、完成状態の電池Ａに対して、図１（ａ），１（ｂ）と同様に、再び検査装置のプローブ６Ａを電極端子（負電極１Ｂに接続された負極端子５Ｂ）に、プローブ６Ｂを両ラミネートフィルム４の金属層４ａにそれぞれ当接させる。そして、負極端子５Ｂとラミネートフィルム４の金属層４ａの絶縁性の測定を行う（ステップＳ７）。絶縁性の測定の一例として、例えば、プローブ６Ａ，６Ｂに予め決められた電圧（第１の電圧より低い、例えば１００Ｖ程度の第２の電圧）を印加した時の絶縁抵抗の測定を行う。その場合、絶縁抵抗が予め決められた基準値よりも小さい時には、電池Ａを不良品として取り除く（ステップＳ６）。

ステップＳ７における絶縁性の測定の他の例として、電解液注入前のステップＳ３と同様に、プローブ６Ａ，６Ｂに所定の電圧（例えば１００Ｖ程度の第２の電圧）を印加して絶縁破壊が生じるか否かを確認する耐電圧判定を行ってもよい。その場合、絶縁破壊が生じた電池Ａは不良品として取り除く（ステップＳ６）。

本実施形態では、電解液注入前のステップＳ３における絶縁性の測定時には、プローブ６Ａ，６Ｂに、電解液注入後のステップＳ７における絶縁性の測定時よりも高い電圧を印加する。これは、ステップＳ３は電解液が存在しない状態で行われるため、高い電圧による電解液や電解液を含んだ電極への影響を考慮する必要がなく高い電圧を印加できるからである。ステップＳ７における印加電圧は、完成状態の電池であり、このような高い電圧を印加することはできないため１００Ｖ程度とする。

第１の実施形態において、電解液注入前のステップＳ３における絶縁性の測定時に高い電圧を印加することによって、既に負極端子５Ｂとラミネートフィルム４の金属層４ａとの間に電気的短絡が発生しているもののみならず、将来に短絡が発生する可能性が高いものを検知することもできる。例えば、ラミネートフィルム４の樹脂層に導電性の異物が刺さった状態であるがその角度などにより短絡にはいたっておらず、その後、異物の角度が変わることなどにより短絡が生じる可能性がある部分に、高い電圧を印加することによって積極的に絶縁破壊を生じさせて、不良品として取り除くことを行うことができる。このように、本実施形態では、将来電気的短絡が発生するおそれが大きいものを予め取り除いてしまい、短絡が発生するおそれが小さい電池を完成させることにより、電池製造の信頼性を高めることができる。また、無駄な製造工程を行わずに済み、製造コストを低く抑えることができる。

さらに、第２の実施形態では、電解液が注入された後の電池Ａに対して、ステップＳ７において絶縁性の測定を行って、最終的な性能確認も行っている。それにより、電解液注入などの製造工程の途中で導電性の異物が移動し短絡が発生した場合に、短絡を検知して不良品を取り除くことができる。

なお、図３では、ステップＳ７の結果として、不良品を取り除くステップＳ６を設けているが、これに限るものではなく、図４に示すようにステップＳ８として、完成した電池Ａの電極端子５Ｂとラミネートフィルム４の金属層４ａとの間の絶縁性（例えば絶縁抵抗）を、その電池Ａの性能として求めるようにしてもよい。

以上説明した第１および第２の実施形態では、負極１Ｂに接続された負極端子５Ｂとラミネートフィルム４の金属層４ａの絶縁性の測定を行っているが、それに加えて、正極１Ａに接続された正極端子５Ａとラミネートフィルム４の金属層４ａの絶縁性の測定や、負極１Ｂに接続された負極端子５Ａと正極１Ａに接続された正極端子５Ａとの間の絶縁性の測定も行うようにしてもよい。それによると、より高精度かつ高信頼性の検査を実現できる。また、複数の正極及び負極と複数のセパレータとを交互に積層した電極積層体を例に挙げたが、正極、セパレータ、負極を１層ずつ積層し、これを巻回した巻回型の電極積層体も使用できる。

パッケージは、一対のラミネートフィルムを重ねて周縁部を接合するタイプのものに限らず、１枚のラミネートフィルムを折り曲げた状態で周縁部を接合するタイプのものであってもよい。さらに、パッケージは、ラミネートフィルムからなる袋状のものに限らず、缶ケースとキャップ部から構成された缶状のものであってもよい。その場合、缶ケースは、内側に樹脂層が形成された金属層から構成されていてよい。そして、正極端子と負極端子の一方が缶ケースに接続され、他方がキャップ部から突出することが好ましい。

本発明は、以上例示した個々の構成に限られず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で組み合わせた構成にすることが可能である。

１ 電極
１Ａ 正極
１Ｂ 負極
２ セパレータ
３ 電極積層体
４ ラミネートフィルム
４ａ 金属層
５Ａ，５Ｂ 電極端子
６Ａ，６Ｂ プローブ
７ 測定装置
Ａ 電池

Claims (6)

1. 正極、セパレータ、及び負極が積層された電極積層体と、前記正極に接続された正極端子と、前記負極に接続された負極端子と、金属層及び該金属層の内側に配置された樹脂層を含み、前記正極端子及び前記負極端子の一端を外部に突出させた状態で前記電極積層体及び電解液を内部に収納し密封する外装体とを有する電池の検査方法であって、
   前記外装体内に前記電極積層体を収容し、かつ前記電解液を注入していない状態で、前記正極端子及び前記負極端子の少なくとも１つと前記金属層との間の耐電圧判定を行うステップを含む電池の検査方法。
2. 正極、セパレータ、及び負極が積層された電極積層体と、前記正極に接続された正極端子と、前記負極に接続された負極端子と、金属層及び該金属層の内側に配置された樹脂層を含み、前記正極端子及び前記負極端子の一端を外部に突出させた状態で前記電極積層体及び電解液を内部に収納し密封する外装体とを有する電池の検査方法であって、
   前記外装体内に前記電極積層体を収容し、かつ前記電解液を注入していない状態で、前記正極端子及び前記負極端子の少なくとも１つと前記金属層との間に第１の電圧を印加して耐電圧判定を行う第１のステップと、前記外装体内に前記電極積層体と前記電解液とを収容し前記外装体を密封した状態で、前記正極端子及び前記負極端子の少なくとも１つと前記金属層との間に、前記第１の電圧より低い第２の電圧を印加して絶縁性を測定する第２のステップとを含む電池の検査方法。
3. 前記電極積層体は、複数の前記正極及び前記負極と複数の前記セパレータとが交互に積層されることによって形成されており、
   前記外装体は、前記金属層及び前記樹脂層を含む一対又は折り曲げられた一枚のラミネートフィルムからなり、前記正極端子及び前記負極端子の一部が外部に突出した状態で前記ラミネートフィルムの周縁部同士が接合されることによって形成されている
   請求項１に記載の電池の検査方法。
4. 前記電極積層体は、複数の前記正極及び前記負極と複数の前記セパレータとが交互に積層されることによって形成されており、
   前記外装体は、前記金属層及び前記樹脂層を含む一対又は折り曲げられた一枚のラミネートフィルムからなり、前記正極端子及び前記負極端子の一部が外部に突出した状態で前記ラミネートフィルムの周縁部同士が接合されることによって形成されており、
   前記第２のステップは、前記外装体内に前記電極積層体と前記電解液とを収容し前記ラミネートフィルムの前記周縁部同士を接合して封止した状態で行う
   請求項２に記載の電池の検査方法。
5. 前記電池はリチウムイオン二次電池であり、
   前記外装体内に前記電極積層体を収容し、かつ前記電解液を注入していない状態で耐電圧判定を行うステップでは、前記負極端子と前記ラミネートフィルムの前記金属層との間の耐電圧測定を行う
   請求項３に記載の電池の検査方法。
6. 前記電池はリチウムイオン二次電池であり、
   前記第１のステップでは、前記負極端子と前記ラミネートフィルムの前記金属層との間に前記第１の電圧を印加して耐電圧測定を行い、
   前記第２のステップでは、前記負極端子と前記ラミネートフィルムの前記金属層との間に前記第２の電圧を印加して絶縁性を測定する
   請求項４に記載の電池の検査方法。

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