专利名称：电池的内部短路评价装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于评价电池的内部短路的装置。
背景技术：
作为评价锂离子二次电池等电池的安全性的项目，例如有内部短路时的发热行为 的评价。作为这种电池的评价试验，例如，可列举锂电池用UL标准(UL1642)、及来自电池工 业会的方针(SBA G1101-1997锂二次电池安全性评价标准准则)等。灵活运用这样的评价 试验，其结果反映在各种电池的开发中。例如，在专利文献1中公开了为了得到高输出特性 及循环特性良好并且安全性高的高容量的电池，对电池的制造工序实施了改进。在专利文 献2中提出了为了兼具锂二次电池的高的安全性和高的电池性能，将配置在正极与负极之 间的多孔质耐热层的厚度与电池壳的侧壁的厚度的比设定为规定的范围的方法。在上述评价试验中，例如钉刺试验是研究从电池侧面贯穿或刺入钉时的内部短路 的试验。通过刺入钉，在电池内部产生钉造成的正极与负极的短路部，因此在短路部流过短 路电流，产生焦耳热。在内部短路试验中，测定基于这些现象而引起的电池温度或电池电压 的变化。此外，压坏试验是调查利用圆棒、方棒、平板等使电池物理性变形而造成的内部短 路的试验。具体是，在压坏试验中，通过物理变形，在正极和负极间产生内部短路，测定电池 温度或电池电压的变化。另外，除了上述钉刺试验和压坏试验以外，也进行从电池中取出电极群，从上述电 极群的外侧朝向内侧推入异物的异物推入试验来作为电池的内部短路试验。专利文献专利文献1 日本特开平11-1027 号公报专利文献2 日本特开2006-313739号公报发明所要解决的问题根据电池或电池组的结构差异，电池或电池组中包含的电极群所受的压力有很大 不同。但是，在如上所述的钉刺试验等中，例如在使用从电池或电池组中取出的电极群的情 况下，取出的电极群与处于于电池内或电池组内时不同，不是被束缚的状态。另外，取出的 电极群与电池或电池组的结构无关，被以一定的力刺钉、变形或推入异物。即，以前的短路 试验并非是考虑了电极群所受的加压力来进行的。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够在考虑了电极群所受的加压力的基础上评 价电极群(即电池)中是否发生了内部短路的装置。用于解决问题的手段在本发明的一个观点中，一种电池的内部短路评价装置，所述电池具有包含正极、 负极和配置在它们之间的隔离物的电极群；电解质；以及收容电极群和电解质的电池壳，所述内部短路评价装置具有(1)加压体，对上述电极群的表面的至少规定位置进行加压；(2)短路体，按压到上述规定位置；(3)电池信息测定部，对在上述电极群中由上述短路体产生了短路时而变化的电 池信息进行测定；(4)短路探测部，对由上述电池信息测定部测定到的电池信息的变化进行探测，并 且将上述电池信息与规定的基准值进行比较来判断内部短路；(5)加压力测定部，对施加到上述加压体上的加压力进行测定；(6)加压体控制部，根据来自上述短路探测部和上述加压力测定部的信号，控制上 述加压体；和(7)短路体控制部，根据来自上述短路探测部和上述加压力测定部的信号，控制上 述短路体。在本发明的另外观点中，是一种电池的内部短路评价装置，具有包含正极、负极和 配置在它们之间的隔离物的电极群；电解质；以及收容电极群和电解质的电池壳，所述电 池的内部短路评价装置，具有(i)加压体，具有被一体化的短路体，一边对上述电极群的表面的至少规定位置加 压，一边将上述短路体推入上述规定位置；(ii)电池信息测定部，对在上述电极群中由上述短路体产生了短路时而变化的电 池信息进行测定；(iii)短路探测部，对由上述电池信息测定部测定到的电池信息的变化进行探测， 并且将上述电池信息与规定的基准值进行比较来判断内部短路；(iv)加压力测定部，对施加到上述加压体上的加压力进行测定；和(ν)加压体控制部，根据来自上述短路探测部和上述加压力测定部的信号，控制上 述加压体。发明效果根据本发明，能够对电极群给予与电池或电池组的结构差异相应的压力。这样，通 过使用本发明的内部短路评价装置，能够在使从电池或电池组中取出的电极群成为与被装 入到电池或电池组中的状态相同的状态的基础上，进行电极群的内部短路试验。从而，通过 使用本发明的内部短路评价装置，能够正确地进行各种电池或电池组的内部短路试验。
图1是本发明的优选实施方式涉及的内部短路评价装置的框图。图2是示意地示出图1的内部短路评价装置的结构的一例的图。图3是本发明的另外的优选实施方式涉及的内部短路评价装置的框图。图4是示出图3的内部短路评价装置中包含的、一体化有短路体的加压体的一例 的纵向剖视图。图5是图4的加压体的仰视图。
具体实施例方式(实施方式1)以下关于本实施方式涉及的包含电极群、电解质和收容它们的电池壳的电池的内 部短路评价装置进行说明。上述内部短路评价装置具有(1)加压体，对上述电极群的表面的至少规定位置进行加压；(2)短路体，按压到上述规定位置；(3)电池信息测定部，对在上述电极群中由上述短路体产生了短路时而变化的电 池信息进行测定；(4)短路探测部，对由上述电池信息测定部测定到的电池信息的变化进行探测，并 且将上述电池信息与规定的基准值进行比较来判断内部短路；(5)加压力测定部，对施加到上述加压体上的加压力进行测定；(6)加压体控制部，根据来自上述短路探测部和上述加压力测定部的信号，控制上 述加压体；和(7)短路体控制部，根据来自上述短路探测部和上述加压力测定部的信号，控制上 述短路体。再有，本实施方式的内部短路评价装置中，将在试验的预处理时不露出短路的正 极板和负极板的表面地分解电池后取出的电极群原样地用在内部短路的评价中。另一方 面，在以前的电池的内部短路的评价中，例如为了在规定的短路点中插入异物，必须要将电 极群展开到上述短路点的位置。在这样地展开了电极群的情况下，担心电极合剂的脱落和 电解质的蒸发等。另外，在聚合物电池中所含的电极群中，正极、负极及隔离物被一体化。因 此不能够进行聚合物电池中所含电极群的展开。从而，聚合物电池本身不能用于以前的内 部短路评价试验。图1中示出本发明的一个实施方式涉及的内部短路评价装置的框图。图1的内部短路评价装置10具有加压体11、加压体控制部12、加压力测定部13、 短路体14、短路体控制部15、电池信息测定部16、短路检测部17和充放电控制部18。参照图2说明图1的内部短路评价装置的结构的一例。图2的内部短路评价装置 具有用于载置内部短路试验中使用的电极群20的台21。加压体11利用加压体用加压装置 22对电极群20的规定区域进行加压。加压体用加压装置22由规定的支撑体(未图示)支 撑，例如通过加压体用加压装置22向电极群20的方向(箭头A的方向)移动，加压体11 能够对电极群20加压。在加压体11与加压装置22之间配置有加压力测定部13。再有，在 加压装置22具有加压力测定部的情况下，不需要另外设置加压力测定部。利用短路体用加 压装置23，将短路体14推入到电极群20中。短路体用加压装置23被规定的支撑体(未 图示)支撑，例如通过短路体用加压装置23向电极群20的方向移动，短路体14被推入到 电极群20中。计算机(PC)M中设置有加压体控制部、短路体控制部和短路检测部。在图 2的内部短路评价装置中，在电极群20上连接有充放电控制部18，并且设置有测定电极群 20的电池信息的电池信息测定部16。在充放电控制部18上设置有2个端子，上述2个端 子分别与电极群20的正极和负极连接，使得能够控制电极群22的充放电。此外，电池信息 测定部16和充放电控制部18与PCM连接。再有，在图2中，电极群20仅示出了垂直于卷 绕轴的面的最外周。
在本实施方式的内部短路评价装置10中，首先，由加压体11按压电极群20的包 含规定位置的规定区域。由加压力测定部13测定了加压体11的加压力。当上述加压力达 到规定值时，由加压体控制部12停止加压体11的移动，将加压力维持在上述规定值。在内部短路试验中使用的电极群20可以是卷绕型，也可以是层叠型。在卷绕型电 极群的情况下，卷绕型的电极群可以是圆筒型，也可以是方型电池中所含的截面大致是椭 圆形的柱状体(卷绕型且方型电极群)。在圆筒型电极群中，上述规定位置可以设为例如平 行于卷绕轴的面上的规定位置。在层叠型电极群中，上述规定位置可以设为例如垂直于层 叠方向的面上的规定位置。在卷绕型且方型电极群中，上述规定位置可以设为例如垂直于 卷绕轴的电极群的大致椭圆形横截面中的大致平行于长轴方向的电极群面上的规定位置。施加到电极群20上的加压力只要在1000N以下，例如0 1000N的范围即可，按 照电极群20的结构等适当进行调节。例如，施加到圆筒型电池中所含的圆筒型电极群上的 加压力可以设在800N以下，具体是0 800N。施加到方型电池中所含的电极群上的加压力 可以设在例如400N以下，具体是0 400N。再有，圆筒型电极群耐压性高，能够耐受高的压力。另一方面，方型电池中所含的 电极群与圆筒型电极群相比，耐压性多少比较差些。因此，将施加到方型电池中所含的电极 群上的加压力设定得比施加到圆筒型电极群上的加压力低。在此，方型电池中所含的电极 群可以是卷绕型，也可以是层叠型。加压体11的与电极群20的接触部最好含有橡胶材料，更好的是仅由橡胶材料构 成。上述接触部因为具有橡胶弹性，因此，上述接触部能够在加压电极群20时配合电极群 20的表面形状地进行变形。因此，能够在电极群20上贴紧加压体11的状态下，即以大的接 触面积，由加压体11对电极群20加压。上述橡胶材料只要具有橡胶弹性即可，并不特殊限定。例如，作为上述橡胶材料， 列举有丁腈橡胶、丁苯橡胶、天然橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、硅酮橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡 胶、HYPAL0N 等。加压体11可以如上所述地包含加压体用加压装置22，利用上述加压装置22，加压 体11能够对电极群20的包含规定位置的规定区域进行加压。作为加压装置的形式，例如 列举有使用伺服电动机的螺旋式、柱导向螺旋式、摆动式、杠杆式、曲柄式、机械加压式、油 压加压式、气动加压式等。作为加压力测定部13，例如可以使用压力传感器。接着，根据来自加压力测定部13的信号，通过短路体控制部15，将短路体14从电 极群20的外侧朝向内侧按压到电极群20的规定位置上。图2中示出在由加压体11加压电极群20并将短路体14按压到电极群20的规定 位置上的情况。图2所示的加压体11具有基材部Ila和设置在基材部Ila的电极群20侧 的接触部lib。接触部lib由橡胶材料构成。在加压体11上设置有贯通孔11c，通过贯通 孔11c，将短路体14刺入到电极群20的规定位置上。构成基材部Ila的材料只要能够对电极群20施加1000N以下的加压力即可，不特 殊限定。作为这样的材料，例如有不锈钢。垂直于施加加压力的方向(箭头A的方向)的截面(垂直于厚度方向的截面)上 的接触部lib的形状不特殊限定。例如，接触部lib的上述截面形状可以是圆形，也可以是椭圆形，还可以是矩形。贯通孔Ilc最好设置成穿过接触部lib的中心轴。在电极群20是圆筒型的情况 下，最好使加压体11以贯通孔IlC与垂直于电极群20的卷绕轴的直径方向相平行的方式 与电极群20接触。在电极群20是方型电池中所含的层叠型或卷绕型电极群时，最好使加 压体11以贯通孔Ilc与电极板的层叠方向相平行的方式与电极群20接触。这样，就能够 对电极群20的包含规定位置的区域均勻地施加加压力。在此，所述接触部lib的中心轴是 指穿过垂直于其厚度方向的截面形状的中心点且与施加加压力的方向平行的轴。短路体14的与电极群20接触的部分最好是锋利的突起状或锋利的刀尖状。通过 将这样的短路体14推入到电极群20的规定位置，就能够可靠地使存在于加压体11尖端附 近的正极和负极短路。这时，可以是正极和负极直接接触而发生短路，也可以是正极和负极 经由短路体14短路。作为短路体14的材质，例如可以使用铁、镍、不锈钢这样的金属、绝缘陶瓷、树脂 这样的非导体、以及半导体、含有导电剂的树脂这样的高电阻材料。此外，也可以使用用上 述高电阻材料包覆规定的材料(例如，上述金属和非导体)而形成的短路体。在短路体14的材质是金属时，能够延长短路体14的寿命。通过使用由高电阻材 料构成的短路体14或者表面部由高电阻材料构成的短路体14，能够控制短路点的电阻。例如，作为短路体14，与电极群20接触的部分能够使用锋利的突起状或锋利的刀 尖状的钉。向电极群20中推入短路体14时的速度最好是0. lmm/s 180mm/s。向电极群20 中推入短路体14时的加压力最好是50N以下。通过在这样的条件下将短路体14推入到电 极群20中，能在电极群20的规定位置有效地产生短路。再有，短路体14也可以如上所述地包含短路体用加压装置23。作为短路体用加压 装置23，可以使用与加压体用加压装置同样的装置。在本实施方式的内部短路评价装置10中，在电极群20中由短路体14产生短路 时，由电池信息测定部16测定电极群20的电池信息。短路检测部17接收电池信息测定部 16中测定到的电池信息。在短路检测部17中，在电池信息测定部16中测定到的电池信息 发生了变化时，将变化后的电池信息与规定的基准值进行比较，判断是否发生了内部短路。 在判定为发生了内部短路的情况下，从短路检测部17向加压体控制部12和短路体控制部 15发送信号。加压体控制部12和短路体控制部15根据来自短路检测部17的信号，控制 加压体用加压装置22和短路体用加压装置23，将加压体11和短路体14返回到原来位置。 这样地使电极群20的加压和内部短路停止。作为短路检测部17，例如可以使用规定电路，该规定电路探测电极群20的电池信 息的变化，将变化后的电池信息与规定的基准值进行比较，来判断发生了内部短路，并且在 判断为发生了内部短路的情况下，能够向加压体控制部12和短路体控制部15发送信号。作为由电池信息测定部16测定的电池信息，例如有电池电压、电极群的温度等。 其中，由于对内部短路敏感，因此最好测定电池电压作为电池信息。例如，也可以在向电极 群20中推入短路体14时，测定电池电压，在电池电压伴随着内部短路而下降了规定值以上 时，使短路检测部17判断为发生了内部短路。在测定电池电压作为电池信息的情况下，作为电池信息测定部16，例如可以使用电压计。再有，在图2的内部短路评价装置中示出了测定电池电压的情况，将电池信息测定 部16与例如设置在电极群20上的正极端子(未图示)和负极端子(未图示)连接成电池 信息测定部16与电极群20并联。作为电池信息，在测定电极群20的温度的情况下，例如，可以使用热电偶、红外热 摄像仪等作为电池信息测定部16。或者，也可以测定由于短路而发生的热量来作为电池信 息。该情况下，可以使用热量计等作为电池信息测定部16。根据要求的电池安全性水平，适当地选择短路检测部17中设置的上述基准值。再有，从判断为发生了内部短路时的短路检测部17向加压体控制部12和短路体 控制部15的信号发送，也可以在判断为发生了内部短路的时刻进行。或者也可以使用定时 器等延迟规定时间后进行发送。本实施方式的内部短路评价装置10如图1所示，最好还具有根据来自短路检测部 17的信号来控制电极群20的充放电的充放电控制部18。在加有压力的状态下使电极群20 产生短路的同时，使用充放电控制部18对电极群20进行电流的输入输出，测定这时的电池 信息的变化。这样，就能够使用一个电极群(试验单元)进行设想了并联的电池组的试验、 或者设想了输出大于试验单元的电池或输出小于试验单元的电池的试验。再有，上述中说明的各种各样的控制部可以具有例如接收来自其他结构要素的命 令的接收部和能够发送基于上述命令的进一步的命令的发送部。通过使用如上述说明的这样的内部短路评价装置10，能够在对电极群20施加了与 电池或电池组的结构差异相应的压力的状态下，向电极群20中推入短路体14。例如，通过使 用本实施方式的内部短路评价装置10，能够在所控制的压力下使正极和负极发生短路。(实施方式2)关于另外的实施方式涉及的包含电极群、电解质和收容它们的电池壳的电池的内 部短路评价装置进行说明。本实施方式的内部短路评价装置具有(i)加压体，具有被一体化的短路体，一边对上述电极群的表面的至少规定位置加 压，一边将上述短路体推入上述规定位置；(ii)电池信息测定部，对在上述电极群中由上述短路体产生了短路时而变化的电 池信息进行测定；(iii)短路探测部，对由上述电池信息测定部测定到的电池信息的变化进行探测， 并且将上述电池信息与规定的基准值进行比较来判断内部短路；(iv)加压力测定部，对施加到上述加压体上的加压力进行测定；和(ν)加压体控制部，根据来自上述短路探测部和上述加压力测定部的信号，控制上 述加压体。图3中示出本实施方式涉及的内部短路评价装置的一例的框图。图3的内部短路评价装置30具有一体化有短路体(未图示)的加压体31、加压体 控制部32、加压力测定部33、电池信息测定部36、短路检测部37和充放电控制部38。在图3的内部短路评价装置30中，利用加压体31，以一定的速度，对电极群40的 包含规定位置的规定区域加压，直到成为规定的压力。具体地说，由加压力测定部33测定 加压体31所施加的加压力。加压体控制部32根据来自加压力测定部33的信号，使加压体 31以一定速度进行移动，直到用规定的加压力按压电极群40的规定位置。这时，上述规定位置被短路体按压，能够在上述位置中由短路体产生短路。与实施方式1同样地，在电极群40是圆筒型的情况下，最好使加压体31与电极群 40接触成短路体的突出方向与垂直于电极群40的卷绕轴的直径方向平行。在电极群40是 方型电池中所含的层叠型或卷绕型电极群的情况下，最好使加压体31与电极群40接触成 短路体的突出方向与电极板的层叠方向平行。本实施方式中也与实施方式1同样地，施加到电极群40上的加压力最好在0 1000N的范围。例如，施加到圆筒型电极群上的加压力最好在0 800N的范围。施加到方 型电池中所含的层叠型或卷绕型电极群上的加压力最好在0 400N的范围。加压体31的移动速度最好是0. 1 5mm/s。考虑到利用充放电导致的正极和/或 负极的膨胀 收缩来引起内部短路。因此，在实施内部短路试验时，期望按照可能范围内的 尽量慢的速度使正极与负极短路。本实施方式中也与实施方式1同样地，由电池信息测定部36测定由短路体产生了 短路时发生变化的电池信息。将电池信息测定部36中测定到的电池信息发送到短路检测 部37。在短路检测部37中，在电池信息测定部36中测定的电池信息发生了变化时，将变 化后的电池信息与规定的基准值进行比较，判断是否发生了内部短路。在判定为发生了内 部短路的情况下，从短路检测部37向加压体控制部32发送信号。在加压体31具有加压装 置的情况下，加压体控制部32根据来自短路检测部37的信号控制上述加压装置，将加压体 31返回到原来位置。这样地使电极群40的加压和内部短路停止。图4和图5中示出本实施方式中使用的加压体31的一例。图4是示出加压体的 一例的纵向剖视图。图5是图4的加压体的仰视图。图4的加压体31具有基材部31a和设置在基材部31a的与电极群40接触侧的接 触部31b及短路体31c。接触部31b与实施方式1同样地，最好含有橡胶材料，更好的是仅 由橡胶材料构成。短路体31c的材质也可以与实施方式1相同。另外，短路体31c的与电极群40接 触的部分可以是锋利的突起状，也可以是锋利的刀尖状。在本实施方式中，作为短路体31c，例如可以使用与电极群40接触的部分是锋利 的突起状或锋利的刀尖状的钉。构成基材部31a的材料只要是加压体31能够对电极群40施加0 1000N的加压 力即可，不特殊限定。作为这种材料，例如能够使用不锈钢。在加压体31中，含有橡胶材料的接触部31b与短路体31c的配置不特殊限定。例 如，如图5所示，加压体可以包含截面是圈状的接触部31b和配置在接触部31b的中心部 (空隙部分)上的短路体31c。或者，加压体也可以包含2个接触部和配置在其之间的短路 体。或者，加压体也可以包含短路体和在以配置了短路体的基材部上的点为中心的圆上等 间隔排列的3个以上的接触部。按照施加到电极群40上的加压力适当地选择接触部31b中所含的橡胶材料的弹 性系数以及接触部31b的高度H与短路体31c的高度h之比。例如，在增高对电极群40施加的加压力时，将接触部31b的高度H相对于短路体 31c的高度h的比(H/h)增大。在对电极群40施加的压力较低的情况下，与对电极群40施 加的加压力较高的情况相比，减小比(H/h)。
具体地说，接触部31b中所含的橡胶材料的弹性系数最好是0. 1 lOGPa。比(H/ h)的范围最好是1 20。与实施方式1同样地，加压体31也可以具有加压装置。可以由加压体控制部32 控制上述加压装置，控制加压体的加压力和移动速度。在本实施方式中，内部短路评价装置30最好还具有充放电控制部38。其理由与上 述相同。加压力测定部33、电池信息测定部36、短路检测部37、各种控制部等中，可以使用 与实施方式1相同的装置。再有，在本实施方式中，加压体控制部和短路检测部也可以设置 在1个PC内。在本实施方式中，作为由电池信息测定部36测定的电池信息，也例如有电池电 压、电极群的温度等。其中，由于对内部短路敏感，因此最好测定电池电压作为电池信息。此外，根据要求的电池安全性水平，适当地选择短路检测部37中设置的上述基准值。另外，与实施方式1同样地，从判断为发生了内部短路时的短路检测部37向加压 体控制部32的信号发送，可以在判断为发生了内部短路的时刻进行，也可以使用定时器等 延迟规定时间后进行发送。本实施方式的内部短路评价装置30具有一体化有短路体的加压体31。这样，通过 使用本实施方式的内部短路评价装置30，能够例如一边以一定速度将电极群40加压到规 定加压力，一边进行向电极群40中推入异物的异物推入试验。另外，在实施方式1的内部短路评价装置10中，为了进行利用加压体11的加压和 利用短路体14的加压，例如需要设置加压体用和短路体用的2台加压装置。另一方面，在 本实施方式的内部短路评价装置30中，若调节H/h比，就能够用1台加压装置进行加压体 31的加压，能够控制短路时施加到电极群40上的加压力。从而，本实施方式的内部短路评 价装置30与实施方式1的内部短路评价装置10相比能够简化。上述实施方式1和2的内部短路评价装置最好分别具有至少收容被评价的电极 群、加压体和短路体的恒温槽。具体地说，实施方式1的内部短路评价装置10最好具有至 少收容被评价的电极群、加压体和短路体的恒温槽。实施方式2的内部短路评价装置30最 好具有至少收容被评价的电极群和具有短路体的加压体的恒温槽。电池的安全性依存于短路点中的焦耳热。上述焦耳热依存于电池的输出，上述输 出依存于电池温度。即，电池温度影响内部短路试验的结果。这样，通过设置至少收容电极 群、加压体和短路体的恒温槽，能够进一步正确地进行电池的内部短路评价。使用本发明的内部短路评价装置进行评价的电池的种类不特殊限定。利用本发明 的内部短路评价装置，能够对具有包含正极、负极和配置在它们之间的隔离物的电极群；电 解质；以及收容电极群和电解质的电池壳的电池进行评价。作为这样的电池，列举有锰干电 池、碱性干电池、锂一次电池这样的一次电池、以及铅蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢电池、锂二 次电池等二次电池。此外，上述电池壳例如可以是金属制的壳，也可以是由复合薄膜构成的
tJXi O再有，能够使用由本发明的内部短路评价装置确定了安全性水平的电池的制作方 法，来制作具有与其相同安全性水平的电池和电池组。具体地说，用规定的制作方法制作电池，用本发明的内部短路评价装置评价所得到的电池。只要能了解上述电池具有所期望的安全性水平，就能够使用上述电池的制作方法来制作具有与其相同安全性水平的电池或包 含上述电池的电池组。通过这样地使用与确定了安全性水平的电池的制作方法相同的制作方法，能够保 证对于电池或电池组的内部短路的安全性水平。另外，由于能够利用本发明确定电池的安全性水平，因此，能容易地进行该电池的 最佳使用用途的选定、应用设备的设计等。以下，参照实施例详细地说明本发明。实施例《电池A的制作》如下所述地制作了聚合物电池(非水电解质二次电池)。(正极的制作)作为正极活性物质，使用了钴酸锂。将85重量份的正极活性物质、5重量份的作为 粘结剂的聚偏氟乙烯(PVDF)UO重量份的作为导电剂的乙炔炭黑、适量的N-甲基-2-吡咯 烷酮(NMP)混合，调制成正极合剂浆料。将得到的正极合剂浆料涂覆在铝制的正极集电体(厚度15μπι)的两面上，干燥 并轧制得到厚160 μ m的正极。(负极的制作)作为负极活性物质，使用了人造石墨。将95重量份的负极活性物质、5重量份的作 为粘结剂的PVDF、适量的NMP混合，调制成负极合剂浆料。将得到的负极合剂浆料涂覆在铜制的负极集电体(厚度10μπι)的两面上，干燥 并轧制得到厚165 μ m的负极。(隔离物的制作)将100重量份的偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物(P(VDF-HFP))、100重量份的 邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、规定量的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)混合，得到了浆料。将 得到的浆料成形为膜状，使NMP蒸发。接着，将得到的膜浸渍在二乙醚中抽取DBP，得到由 P(VDF-HFP)构成的微多孔性薄膜。使用得到的微多孔性薄膜作为隔离物。(电池的组装)将如上所述地得到的正极和隔离物及负极热熔敷，得到了层叠型电极群。与正极 集电体连接铝制正极引线的一端，与负极集电体连接铜制负极引线的一端。准备由铝复合薄膜构成的袋状的电池壳。该复合薄膜由Al箔、配置在Al箔内侧的 由聚丙烯构成的薄膜、配置在Al箔外侧的由聚对苯二甲酸乙二酯和尼龙构成的薄膜构成。在电池壳内部收容了电极群。从电池壳的开口部向外部引出正极引线的另一端和 负极引线的另一端。接着，在电池壳内注入非水电解质，使电极群浸在非水电解质中。这样地使隔离物 保持非水电解质。通过在按13体积比含有乙烯碳酸酯和乙基甲基碳酸酯的非水溶剂中 以1. Omol/L的浓度溶解六氟化磷酸锂(LiPF6)，来调制成了非水电解质。接着，一边确保正极引线与负极引线的电气性绝缘和电池壳的气密性，一边将电 池壳的开口部封口，得到了聚合物电池。将得到的电池设为电池A。
《电池B的制作》如下所述地制作电极中所含的粘结剂的量比正常少的卷绕型非水电解质二次电 池。(正极的制作)作为正极活性物质，使用了钴酸锂。将88重量份的正极活性物质、2重量份的作为粘结剂的PVDF、10重量份的作为导电剂的乙炔炭黑、适量的NMP混合，调制成正极合剂浆 料。将得到的正极合剂浆料涂覆在铝制的正极集电体(厚度15μπι)的两面上，干燥 并轧制得到厚156 μ m的正极。(负极的制作)作为负极活性物质，使用了人造石墨。将98重量份的负极活性物质、2重量份的作 为粘结剂的PVDF、适量的NMP混合，调制成负极合剂浆料。将得到的负极合剂浆料涂覆在铜制的负极集电体(厚度10μπι)的两面上，干燥 并轧制得到厚161 μ m的负极。(电池的组装)将正极、聚乙烯制的隔离物和负极层叠。将得到的层叠体卷绕成旋涡状，得到了圆 筒型的电极群。将得到的电极群收容在镀镍的铁制的圆筒型电池壳中。将铝制正极引线的一端与 正极集电体连接，将正极引线的另一端与封口板连接。将铜制负极引线的一端与负极集电 体连接，负极引线的另一端与电池壳的内底面连接。接着，在电池壳内注入非水电解质。非水电解质使用与实施例1相同的非水电解 质。接着，用封口板将电池壳的开口部封口，得到非水电解质二次电池。将得到的电池 设为电池B。《电池C的制作》如下所述地制作活性物质层的厚度比正常厚的卷绕型非水电解质二次电池。(正极的制作)作为正极活性物质，使用了钴酸锂。将85重量份的正极活性物质、5重量份的作 为粘结剂的PVDF、10重量份的作为导电剂的乙炔炭黑、适量的NMP混合，调制成正极合剂浆 料。将得到的正极合剂浆料涂覆在铝制的正极集电体(厚度15μπι)的两面上，干燥 并轧制得到厚200 μ m的正极。(负极的制作)作为负极活性物质，使用了人造石墨。将95重量份的负极活性物质、5重量份的作 为粘结剂的PVDF、适量的NMP混合，调制成负极合剂浆料。将得到的负极合剂浆料涂覆在铜制的负极集电体(厚度10μπι)的两面上，干燥 并轧制得到厚208 μ m的负极。(电池的组装)将正极、聚乙烯制的隔离物和负极层叠。将得到的层叠体卷绕成旋涡状，得到了圆筒型的电极群。将得到的电极群收容在镀镍的铁制的圆筒型电池壳中。将铝制正极引线的一端与 正极集电体连接，将正极引线的另一端与封口板连接。将铜制负极引线的一端与负极集电 体连接，负极引线的另一端与电池壳的内底面连接。接着，在电池壳内注入非水电解质。非水电解质使用与实施例1相同的非水电解 质。接着，用封口板将电池壳的开口部封口，得到非水电解质二次电池。将得到的电池 设为电池C。《电池D的制作》以下制作了普通的卷绕型非水电解质二次电池。(正极的制作)作为正极活性物质，使用了钴酸锂。将85重量份的正极活性物质、5重量份的作 为粘结剂的PVDF、10重量份的作为导电剂的乙炔炭黑、适量的NMP混合，调制成正极合剂浆 料。将得到的正极合剂浆料涂覆在铝制的正极集电体(厚度15μπι)的两面上，干燥 并轧制得到厚160 μ m的正极。(负极的制作)作为负极活性物质，使用了人造石墨。将95重量份的负极活性物质、5重量份的作 为粘结剂的PVDF、适量的NMP混合，调制成负极合剂浆料。将得到的负极合剂浆料涂覆在铜制的负极集电体(厚度10μπι)的两面上，干燥 并轧制得到厚165 μ m的负极。(电池的组装)将正极、聚乙烯制的隔离物和负极层叠。将得到的层叠体卷绕成旋涡状，得到了圆 筒型的电极群。将得到的电极群收容在镀镍的铁制的圆筒型电池壳中。将铝制正极引线的一端与 正极集电体连接，将正极引线的另一端与封口板连接。将铜制负极引线的一端与负极集电 体连接，负极引线的另一端与电池壳的内底面连接。接着，在电池壳内注入非水电解质。非水电解质使用与实施例1相同的非水电解 质。接着，用封口板将电池壳的开口部封口，得到非水电解质二次电池。将得到的电池 设为电池D。假设电池A D的设计容量各自是2400mAh。[评价] 对电池A D进行2次预充放电。接着在400mA的电流下将这些电池充电至电池 电压达到4. IV，将充电后的电池在45°C环境下保存7天。然后，对保存后的电池A D进行放电，接着按以下条件进行充电。恒电流充电电流值1500mA/充电终止电压4. 45V恒电压充电充电电压4. 45V/充电终止电流IOOmA从充电后的电池A D中分别取出电极群A D，关于这些电极群A D，使用如下所述的评价装置进行内部短路的评价。
《实施例1》在本实施例中，使用了如图1的框图所示的内部短路评价装置。此外，使用了如图 2所示的加压体和短路体。具体地说，使用了基材部是SUS304制且接触部由丁腈橡胶构成 的加压体。接触部设为直径10mm、高度50mm的圆柱状。作为短路体，使用了直径1.0mm且与电极群的接触部被加工成锋利的突起状的 钉。在构成加压体的基材部和接触部上设置有连通的贯通孔，短路体能够穿过该贯通 孔按压电极群的规定位置。上述贯通孔设置成穿过接触部的中心轴。关于层叠型电极群A，使电极群A以接触部与垂直于电极板层叠方向的面上的包 含规定位置的规定区域相接触的方式与加压体接触。这时，使电极群A与加压体接触成电 极板的层叠方向与上述接触部的中心轴平行。关于卷绕型电极群B D，使电极群以接触部与平行于电极群卷绕轴的表面上的 包含规定位置的规定区域相接触的方式与加压体接触。这时，使电极群与加压体接触成电 极群的卷绕轴与上述接触部的中心轴正交。加压电极群A D时的加压力设为50N、400N和800N。短路体的移动速度设为 0. lmm/s，短路体的加压力设为最大50N。作为电池信息，测定了电极群的电池电压。在向电极群中推入了短路体时，在电池 电压下降了 50mV以上的情况下，判断为发生了内部短路。关于电极群A D分别各进行了 2次评价。表1中示出结果。《实施例2》在本实施例中，使用了如图3的框图所示的内部短路评价装置。图4和图5分别 示出使用的加压体的纵向剖视图和仰视图。具体地说，在加压体中，基材部是SUS304制，接触部是丁腈橡胶(弹性系数 0. 1 IOGPa)制。另外，在接触部上沿着中心轴设置有直径2mm的圆柱状的空隙部。作为短路体，使用了直径1.0mm且与电极群的接触部被加工成锋利的突起状的 钉。接触部的高度相对于短路体的高度h的比(H/h)设为10/2。关于层叠型电极群A，使电极群A以接触部与垂直于电极板层叠方向的面上的包 含规定位置的规定区域相接触的方式与加压体接触。这时，使电极群A与加压体接触成电 极板的层叠方向与短路体的突出方向平行。关于卷绕型电极群B D，使电极群以接触部与平行于电极群卷绕轴的表面上的 包含规定位置的规定区域相接触的方式与加压体接触。这时，使电极群与加压体接触成电 极群的卷绕轴与短路体的突出方向正交。设加压电极群A D的加压力的上限为1000N，将设置在加压体上的短路体以 0. lmm/s的速度按压到电极群A D的规定位置上。与实施例1同样地，作为电池信息，测定了电极群的电池电压。在向电极群中推入 了短路体时，在电池电压下降了 50mV以上的情况下，判断为发生了内部短路，停止加压。关于电极群A D分别各进行了 3次评价。表1中示出结果。
在表1中，用〇表示检测到内部短路的电极群，用Δ表示不能确认内部短路的电 极群，用X表示确认了电极群的温度急剧上升的电极群。[表1]
权利要求
1.一种电池的内部短路评价装置，上述电池具有包含正极、负极和配置在上述正极 与上述负极之间的隔离物的电极群；电解质；以及收容上述电极群和上述电解质的电池 壳，其特征在于，上述内部短路评价装置具有(1)加压体，对上述电极群的表面的至少规定位置进行加压；(2)短路体，按压到上述规定位置；(3)电池信息测定部，对在上述电极群中由上述短路体产生了短路时而变化的电池信 息进行测定；(4)短路探测部，对由上述电池信息测定部测定到的电池信息的变化进行探测，并且将 上述电池信息与规定的基准值进行比较来判断内部短路；(5)加压力测定部，对施加到上述加压体上的加压力进行测定；(6)加压体控制部，根据来自上述短路探测部和上述加压力测定部的信号，控制上述加 压体；和(7)短路体控制部，根据来自上述短路探测部和上述加压力测定部的信号，控制上述短 路体。
2.根据权利要求1所述的内部短路评价装置，其特征在于，在上述加压体上设置有贯通孔，上述短路体穿过上述贯通孔按压到上述规定位置。
3.根据权利要求1所述的内部短路评价装置，其特征在于，上述加压体的与上述电极群的接触部含有橡胶材料。
4.根据权利要求1所述的内部短路评价装置，其特征在于，上述短路体的与上述电极群接触的部分是锋利的突起状或锋利的刀尖状。
5.一种电池的内部短路评价装置，上述电池具有包含正极、负极和配置在上述正极 与上述负极之间的隔离物的电极群；电解质；以及收容上述电极群和上述电解质的电池 壳，其特征在于，上述内部短路评价装置具有(i)加压体，具有被一体化的短路体，一边对上述电极群的表面的至少规定位置加压， 一边将上述短路体推入上述规定位置；( )电池信息测定部，对在上述电极群中由上述短路体产生了短路时而变化的电池信 息进行测定；(iii)短路探测部，对由上述电池信息测定部测定到的电池信息的变化进行探测，并且 将上述电池信息与规定的基准值进行比较来判断内部短路；(iv)加压力测定部，对施加到上述加压体上的加压力进行测定；和(ν)加压体控制部，根据来自上述短路探测部和上述加压力测定部的信号，控制上述加 压体。
6.根据权利要求5所述的内部短路评价装置，其特征在于，上述加压体的与上述电极群的接触部含有橡胶材料。
7.根据权利要求5所述的内部短路评价装置，其特征在于，上述短路体的与上述电极群接触的部分是锋利的突起状或锋利的刀尖状。
8.根据权利要求1所述的内部短路评价装置，其特征在于，还具有根据来自上述短路探测部的信号控制上述电极群的充放电的充放电控制部。
9.根据权利要求1所述的内部短路评价装置，其特征在于，还具有至少收容上述电极群、上述加压体和上述短路体的恒温槽。
10.根据权利要求5所述的内部短路评价装置，其特征在于，还具有根据来自上述短路探测部的信号控制上述电极群的充放电的充放电控制部。
11.根据权利要求5所述的内部短路评价装置，其特征在于， 还具有至少收容上述电极群、上述加压体和上述短路体的恒温槽。
全文摘要
本发明涉及用于评价电池的内部短路的装置。本发明的目的在于提供一种能够在考虑了电极群所受的压力的基础上评价电极群中是否发生了内部短路的装置。本发明的一个实施方式涉及的内部短路评价装置至少具有能够独立地工作的、对电极群表面的至少规定位置进行加压的加压体和按压到上述规定位置的短路体。本发明的另外的实施方式涉及的内部短路评价装置具有一体化有短路体的加压体。
文档编号G01R31/36GK102077107SQ20108000192
公开日2011年5月25日 申请日期2010年1月18日 优先权日2009年1月19日
发明者岛田干也, 藤川万乡, 西野肇 申请人:松下电器产业株式会社