蓄电装置的制造方法、结构体的检查装置与流程

本发明涉及蓄电装置的制造方法和结构体的检查装置。

背景技术：

电池等蓄电装置包括结构体，这种结构体包含通过分离器而配置的正负极。结构体的优良与否关系到蓄电装置的优良与否，因此在蓄电装置的制造过程中，要求能够检测出内部发生正负极之间的短路或断路等异常现象的结构体。

一般来说，对发生在结构体内部的异常现象进行检测时，采用绝缘电阻计等来测定绝缘电阻的方式。使用绝缘电阻计时，所测定的电阻值限定在施加检查用电压后电流值即将要收敛前的时间带上，并根据该电阻值判定结构体合格与否。具体来说，在结构体上施加直流电压，经过固定时间后，测定出所施加的电压值和流过的电流值，并根据所测定的施加电压值和电流值计算出电阻值。用以判断合格与否的电阻值为，通过上述方式计算出的、经过固定时间之后的电阻值，因此在采用绝缘电阻计的情况下，完全检测出检查结构体途中所发生的异常现象是比较困难的。

公开有一种下述检测方法：在如结构体这样的二次电池用前驱体上施加检查用电压的同时，每隔规定时间测定施加检查用电压时所流过的电流，从而检测出正负极之间的异常现象(例如，参照专利文献1)。其中，将所测定的结果与根据预先设定的参照值而设的允许范围进行比较，如果测定结果超过该允许范围，则判定该前驱体为不良品。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4313625号公报

技术实现要素：

要解决的技术问题

然而，在上述专利文献1所记载的方法中，为了与如上所述的允许范围进行比较，必须事先获得关于合格品的参照值。而且，在专利文献1所记载的方法中，针对直流电压发生器或电流、电压检测器，需要准备好各种单独的设备。

由此，本发明的目的在于，提供一种能够更可靠地判断出结构体优良与否的蓄电装置的制造方法、以及结构体的检查装置。

为解决技术问题的技术方案

本发明涉及的蓄电装置的制造方法，包括对结构体进行检查的工序，所述结构体包括一对电极和配置于所述一对电极之间的分离器，其特征在于，所述结构体的检查工序包括：将所述结构体判定为不良品的工序，在所述一对电极之间施加固定的检查用电压的同时，每隔规定时间测定伴随施加所述检查用电压的流过所述一对电极之间的电流值，从刚开始施加所述检查用电压到所述电流值达到固定值期间，如果观测到电流值变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)从0以上的值变成负值的点数为两个点以上、或观测不到所述比(δi/δt)从0以上的值变成负值的点，则判定所述结构体为不良品；将所述结构体判定为不良品的附属工序，在表示电流值i随时间t变化的电流波形中，求出峰电流值ipeak、峰电流发生时间tpeak和电流面积si，如果所述峰电流值ipeak、峰电流发生时间tpeak和电流面积si中的任一个偏离了具有上限值和下限值的预先设定好的阈值，则将所述结构体判定为不良品。

本发明涉及的结构体的检查装置，所述结构体包括一对电极和配置在所述一对电极之间的分离器，其特征在于，所述检查装置包括：测定部，包括直流恒定电压发生器和检测电路，所述直流恒定电压发生器用以生成施加到所述一对电极之间的固定的检查用电压，所述检测电路用以检测伴随施加所述检查用电压的流过所述一对电极之间的电流值；处理部，根据所检测的所述电流值来判定所述结构体的优良与否，所述处理部具有下述功能：判定所述结构体为不良品的功能，从刚开始施加所述检查用电压到所述电流值达到固定值期间，如果观测到电流值变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)从0以上的值变成负值的点数为两个点以上，或观测不到所述比(δi/δt)从0以上的值变成负值的点，则判定所述结构体为不良品；判定所述结构体为不良品的附属功能，在表示电流值i随时间t变化的电流波形中，求出峰电流值ipeak、峰电流发生时间tpeak和电流面积si，如果所述峰电流值ipeak、峰电流发生时间tpeak和电流面积si中的任一个偏离了具有上限值和下限值的预先设定好的阈值，则将所述结构体判定为不良品。

发明的效果

根据本发明，对含有一对电极和配置在所述一对电极之间的分离器的结构体进行检查的工序中，在一对电极之间施加固定的检查用电压的同时，每隔规定时间测定出施加所述检查用电压时流过所述一对电极之间的电流值。并关注电流值变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)，从刚开始施加检查用电压到所述电流值达到固定值期间，若观测到所述比(δi/δt)从0以上的值变成负值的点为两个点以上、或者观测不到所述比(δi/δt)从0以上的值变成负值的点，则判定所述结构体为不良品。而且，在用以表示电流值i随时间t变化的电流波形中，如果所述峰电流值ipeak、峰电流发生时间tpeak和电流面积si中的任一个偏离了具有上限值和下限值的预先设定好的阈值，则将所述结构体判定为不良品。由此，能够更可靠地、简便地检测出发生在结构体内部的短路或断路现象，由此能够制造出可靠性较高的蓄电装置。

附图说明

图1为由本实施方式的检查装置被检查的结构体的一例示意图；

图2为表示用以制造卷绕型构造结构体的层叠体的截面图；

图3为表示本实施方式的结构体检查装置的控制结构的方框图；

图4为表示合格品结构体电流波形的一例图；

图5为表示合格品结构体电压波形的一例图；

图6为表示不良品结构体电流波形的一例图；

图7为表示不良品结构体电压波形的一例图。

附图标号说明

10结构体

11a正极引线

11b负极引线

12正极

14负极

16分离器

20检查装置

30测定部

50处理部

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

1、整体结构

(结构体)

首先，对适用于本实施方式检查装置的结构体进行说明。作为结构体，例如，可以使用图1所示的卷绕型结构的结构体10。结构体10，如图2所示，通过带状分离器16层叠带状正极12和带状负极14以形成层叠体10a后，以卷绕芯为中心，卷绕多圈该层叠体10a后除去卷绕芯，由此制造出结构体10。在结构体10上设置有正极引线11a和负极引线11b。正极引线11a的一端与正极12连接，负极引线11b的一端与负极14连接。

(检查装置)

以下，对本实施方式的结构体10的检查装置进行说明。图3中，20表示整体检查装置，包括测定部30和处理部50。测定部30根据由处理部50所输出的测定指示信号，测定出正极12和负极14之间的电特性，并将测定信号输出到处理部50。处理部50根据输出自测定部30的测定信号，判定结构体10a的优良与否。

测定部30包括直流恒定电压发生器32、电流检测电路34、两个端子36a、36b、保护电极33和gnd电极35。两个端子36a、36b与结构体10的正极引线11a和负极引线11b相连接。直流恒定电压发生器32可施加50～1000v电压。

一侧的端子36b通过电阻46、45与直流恒定电压发生器32相连接。直流恒定电压发生器32与电压生成开关38的一端相连接。另一侧端子36a与运算放大器41的反相输入端和电压生成开关38的另一端相连接。该运算放大器41的非反相输入端与一侧端36b相连接。在运算放大器41，其输出端通过滤波器48b与模拟/数字(a/d)转换器49相连接。端子36a、36b之间，放电用开关39和电阻47呈串联连接状态。

保护电极33通过电阻43与运算放大器40的反相输入端连接。该运算放大器40的非反相输入端与gnd电极35相连接。运算放大器40的输出端子通过滤波器48a与模拟/数字(a/d)转换器49相连接。模拟/数字(a/d)转换器49对输出自运算放大器40、41的模拟输出信号按照规定时间间隔(以下称为测定间隔)进行取样，并将其转换成数字的测定信号输出到处理部50。

在测定部30，向结构体10施加检查用电压的同时，测定伴随施加检查用电压的正极12和负极14之间的电气特性，采用本实施方式时，测定流过正极12和负极14之间的电流值，一直测定到所规定的检查时间结束为止。然后，测定部30将所测定的电流值作为测定信号输出到处理部50。

处理部50具有控制部52和触控面板58。控制部52具有cpu(centralprocessingunit)、rom(readonlymemory)和ram(randomaccessmemory)等，全面控制整个检查装置20。触控面板58具有设定检查参数、状态显示、显示测定结果和检查结果等的功能。

作为触控面板58中所设定的检查参数，例如可举出施加到结构体10上的检查用电压、电流值的测定间隔以及检查时间。对于检查用电压，可根据结构体10的类型进行适当地设定，通常为50～750v程度左右。电流值的测定间隔，可适当设定在1μsec～1msec程度之间。为了获得精度更高的测定结果，优选在1msec以下测定电流值。检查时间根据结构体10的类型而不同，通常设为数msec～10sec。

按照上述方式构成的控制部52，接收输出自测定部30的测定信号后进行优良与否的判定处理。首先，控制部52根据测定信号，求出从开始测定到检查时间结束期间规定测定间隔的、作为特性值变化量的电流值变化量(δi＝in+1-in，其中n为整数)。然后，控制部52将测定电流值的测定间隔设定为时间变化量δt，依次求出电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)。而且，控制部52还需要计量电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)从0以上的值变为负值的次数。从测定开始到测定时间结束期间，如果比值(δi/δt)从0以上的值变为负值的次数为两次以上，则控制部52判定作为检查对象的结构体10为不良品。从测定开始到测定时间结束期间，即使在比值(δi/δt)从0以上的值变为负值的次数为0次的情况下，控制部52也判定作为检查对象的结构体10为不良品。控制部52根据判定结果生成判定信号，并将其输出到触控面板58。触控面板58根据判定信号，能够显示判定结果。

另外，触控面板58能够显示由测定部30所测定的、电流值i随时间t变化的电流波形。如果结构体10被判定为不良品，则电流波形可显示出反映异常现象的包括暂时性变动的异常波形。根据设定，若判定所检查的结构体10为合格品，则触控面板58也能够显示出其电流波形。触控面板58可具有放大显示异常波形中的暂时性变动的功能。

而且，控制部52还具有将电流波形的规定参数值与预先设定的阈值进行比较的附属功能。例如，在合格品结构体10的电流波形中，如图4所示，峰电流值ipeak被表现在峰电流发生时间tpeak时刻。此时，从施加检查用电压到结束检查时刻te期间的电流面积si即为图中用斜线表示的区域面积。

采用附属功能时，将合格品结构体10的电流波形中称为峰电流值ipeak、峰电流发生时间tpeak和电流面积si的各参数值设定成基准值，对于各参数，预先设定好可允许的上限值和下限值，并将其用作阈值范围。合格品结构体10是指，例如，初期电池特性、以及进行50次以上的充放电循环也不影响其特性的结构体10。另外，各参数的基准值也可以通过下述方式获得：通过测定多个合格品结构体10获得多个充电电流波形，然后对该多个充电电流波形进行平均化而得到的值。

对于峰电流值ipeak，设定上限值iupper和下限值ilower；对于峰电流发生时间tpeak，设定上限值tupper和下限值tlower。而且，对于电流面积si也设定上限值supper和下限值slower。各参数中，可允许的上限值和下限值根据结构体10的类型等而进行适当设置。由上限值和下限值构成的阈值可作为处理部50的触控面板58的检查参数来进行设定。所设定的阈值被存储在控制部52的存储部。

控制部52的存储部也可以预先保持峰电流值ipeak和其阈值(上限值iupper、下限值ilower)、峰电流发生时间tpeak和其阈值(上限值tupper、下限值tlower)、电流面积si和其阈值(上限值supper和下限值slower)。此时，测定部30对多个合格品进行测定时，所得到的多个结果作为测定信号被输送到处理部50，并被存储在处理部50中的控制部52的存储部。控制部52对多个测定结果进行平均后，求出各个基准值(峰电流值ipeak、峰电流发生时间tpeak、电流面积si)，并根据多个测定结果设定阈值，将其存储在存储部。

控制部52接收由测定部30所输出的测定信号后，求出峰电流值、峰电流发生时间和电流面积值。通过上述方式获得的峰电流值、峰电流发生时间和电流面积值与各个阈值进行比较，若峰电流值、峰电流发生时间和电流面积值中的任一个偏离了阈值，则该结构体10也被判定为不良品。

输出自测定部30的测定信号、以及输出自控制部52的判定信号，可通过接口54、56朝向外部设备(未图示)输出。输出到外部设备的测定信号能够复制到存储卡等介质上。此时，按规定间隔被测定的电流值可通过与检查装置20另行的其他计算机来进行确认。

2、动作和效果

以下，对按照上述方式构成的检查装置20的动作和效果进行说明。通过正极引线11a和负极引线11b，在一对端子36a、36b上连接结构体10的正极12和负极14，然后开始检查。首先，测定部30根据输出自处理部50的测定指示信号，在正极12和负极14之间施加规定的检查用电压。检查用电压被施加后，电荷被集合在正极12和负极14上，电流流过。该电流在施加检查用电压后紧接着开始变大，当正极12和负极14上所集合的电荷足够多时，该电流逐渐变小，直至达到稳定状态。例如，在正极12和负极14之间没有发生短路或断路异常现象的合格品结构体10中，如图4所示，施加电压后，在时刻t＝tpeak可观测到峰电流值ipeak。达到峰电流值ipeak后，电流值逐渐减少，持续流过微小电流值后，最终达到零值。

在测定部30，施加检查用电压的同时，测定施加检查用电压时流过正极12和负极14之间的电流值，并将其作为测定信号输出到处理部50。

处理部50根据测定信号依次求出电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比值(δi/δt)。在图4所示的电流波形中，施加电压后，在t<tpeak期间，电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)为0以上的值。另一方面，除此之外的tpeak<t<te期间，电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)为负值。在如4所示的电流波形中，比值(δi/δt)从0以上的值变为负值的点为只有一个。

对于显示上述电流波形的合格品结构体10来说，如图5所示，所测定的电压从施加检查用电压开始就逐渐增加，在规定时间内达到最大电压值vmax。最大电压值vmax是几乎与所施加的检查用电压值相同的值。如图所示，该电压值在结束施加检查用电压之前没有发生变化，一直显示固定值(vmax)。

另一方面，即使是具有相同构成的结构体10，如果在检查过程中正极12和负极14之间发生短路或断路的异常现象，则通过相同方式而获得的电流波形上产生如图6所示的暂时性变动。在图示的电流波形中，于t＝ta1时刻出现第一极大点a1，于t＝tb1时刻出现第一极小点b1。另外，于t＝tb2时刻出现第二极小点b2，于t＝ta2时刻出现第二极大点a2。

如极大或极小这样的变动，并不存在于图4所示的合格品结构体10的电流波形中。在图6所示的电流波形中发生极大点a1、a2，这反映在结构体10的正极12和负极14之间发生了短路现象。另一方面，极小点b1、b2，这反映在结构体10的正极12和负极14之间发生了断路现象。

其中，当结构体10的正极12和负极14之间的断路状态持续时，电流值变为零。若电流值为零的状态超过了规定时间以上，则也可以确定结构体10处于断路状态。在持续断路状态的电路波形中，无法观察到比值(δi/δt)从0以上变为负值的点。另一方面，当结构体10的正极12和负极14之间的短路状态持续时，电流持续流过，因此无法在电流波形中观测到比值(δi/δt)从0以上变为负值的点。无论在哪种情况下，比值(δi/δt)从0以上变为负值的点数为零。此时，能够判定该结构体10为不良品。

由此，根据电流波形上产生的变动，能够确定结构体10的内部是否发生了短路或断路的异常现象。具体来说，根据电流波形中的极大点可确定结构体10内的正极12和负极14之间是否发生了短路，根据电流波形中的极小点，可确定结构体10内的正极12和负极14之间是否发生了断路。

在如6所示的电流波形中，如果关注发生第一极大点a1的t＝ta1时刻前后，则电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)在t<ta1情况下为0以上的值，而t>ta1情况下为负值。电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)在t＝ta1处，表现出从0以上的值变为负值。同样地，在发生第二极大点a2的t＝ta2处，电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)也表现出从0以上的值变为负值。

如参照图4所进行的说明，合格品结构体10的情况下，电流波形中比值(δi/δt)从0以上的值变为负值的点数仅为峰电流值ipeak一个点。在图6所示的电流波形中可知，除了上述一个点外，进而在两个点上电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)从0以上的值变为负值。

由此，如果观测到电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)从0以上的值变为负值的点数为两个点以上，则该结构体10可被判定为不良品。

另外，在图6所示的电流波形中，如果关注发生第一极小点b1的t＝tb1前后，则tb1出现在产生峰电流值ipeak之前，因此电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)在t<tb1过程中，比值从0以上的值变为负值。另外，在发生第二极小点b2的时刻为t＝tb2，出现在发生峰电流值ipeak之后，因此从第二极小点b2恢复的过程中，电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)从0以上的值变为负值。如此地，在发生极小点的情况下，也与发生极大点的情况一样，若观测到电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)从0以上的值变为负值的点数为两个点以上，则可判定该结构体10为不良品。

如上所述，虽然对设置于民用锂离子二次电池等小型电池中的结构体10进行了说明，但对设置于车载用锂离子二次电子等大型电池中的结构体10也具有相同的结构。

本实施方式的检查装置，通过观测电流波形，并根据电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)从0以上的值变为负值的点数，判定结构体10的优良与否。而且，从测定结果获得峰电流值、峰电流发生时间或电流面积值后，将这些值与各个阈值进行比较后用以判定结构体10的优良与否，因此能够更可靠地检查该结构体10。

通过上述方式进行检查的结构体10，可作为蓄电装置适用于锂离子电池。例如，将通过检查判定为合格品的结构体10，与非水电解液一起配置在外部罐内。然后，对外部罐进行密封。由此制造出锂离子电池。其中，关于结构体10的检查，也可以在将结构体10收纳在外部罐内后，将电解液注入到外部罐内之前进行检查。

根据本实施方式的制造方法，检测出内部发生短路或断路现象的不良品结构体10后，用合格品结构体10来制造蓄电装置，因此能够提高蓄电装置的可靠性和生产性。

3、变形例

作为通过本实施方式的检查装置20来被检查的结构体10，虽然对卷绕型结构的例子进行了说明，但并不限定于此。也可以使用交替层叠了夹有分离器16的多个正极12和负极14而形成叠型结构的结构体。

另外，本实施方式中所说明的电池为通过本发明的制造方法来制造的蓄电装置的一例，但本发明并不限定于此。作为蓄电装置，如可以举出锂离子电池、锂离子电容器、电容器和镍电池等。

本实施方式的制造方法中，在用以检查结构体10的工序，检查电流变化量(δi)与时间变化量(δt)的比(δi/δt)，若观测到比值(δi/δt)从0以上的值变为负值的点数为两个点以上，则将该结构体10判定为不良品。在电流波形中，如果观测到与峰电流值ipeak不同的暂时性变动，则该结构体10即为不良品。

对于电流波形中的暂时性变动，例如，也可以通过下述方式进行确认：将第n次(n为整数)测定的电流值in，与第n-1次测定的电流值in-1和第n+1次测定的电流值in+1进行比较，从而确定是否发生暂时性变动。具体来说，将电流值in-1与电流值in之间的变化量设为δin，电流值in与电流值in+1之间的变化量设为δin+1。当相对于δin的变化量δin+1发生200％以上增减时，可以判断出电流波形发生了暂时性变动。或者，采用与上述相同的方式，将第n次(n为整数)测定的电流值in，与第n-2次测定的电流值in-2和第n+2次测定的电流值in+2进行比较，并根据其结果进行同样的判断。

而且，例如，采用指数平滑移动平均计算出电流波形的移动平均值，并根据该平均值也可以确定暂时性变动。具体来说，求出第n+3次测定的电流值in+3、第n+2次测定的电流值in+2、第n+1次测定的电流值in+1、第n次测定的电流值in的平均，并将其作为平均电流值iav1。另外，求出第n+4次测定的电流值in+4、第n+3次测定的电流值in+3、第n+2次测定的电流值in+2、第n+1次测定的电流值in+1的平均，并将其作为平均电流值iav2。而且，求出第n+5次测定的电流值in+5、第n+4次测定的电流值in+4、第n+3次测定的电流值in+3、第n+2次测定的电流值in+2的平均，并将其作为平均电流值iav3。

将平均电流值iav1和平均电流值iav2之间的变化量设为δiav1，将平均电流值iav2和平均电流值iav3之间的变化量设为δiav2。相对于δiav1，δiav2发生200％以上的增减时，可以判断电流波形发生了暂时性变动。其中，用以求出平均值的电流值数量并不限定在四个，只要进行适当的设定即可。

作为平均值，也可以适用第n次测定的电流值in、第n-j(j为正数)次测定的电流值in-j、第n+j(j为正数)次测定的电流值in+j的平均值。此时，可以任意设定j值。

或者，也可以将第n+3次(n为整数)测定的电流值in+3与第n+2次测定的电流值in+2、第n+1次测定的电流值in+1和第n次测定的电流值in的平均电流值iav3进行比较。与上述情况一样，相对于平均电流值iav3，电流值in+3发生200％以上的增减时，可判断出电流波形出现了暂时性变动。如此地，电流波形上的暂时性变动可通过任意方式来进行检查。对于用来判断电流波形中发生暂时性变动的变化量增减(％)并不一定固定在200％。根据判定为不良品的不同范围，可进行适当设定。另外，不但可以比较变化量的增减(％)，而且也可以通过变化量绝对值的比较，判断出电流波形中的暂时性变动。

为了通过上述方式检查电流波形上的暂时性变动，例如，在检查装置20的处理部50的触控面板58中，用来比较电流值的规定参数可被设定成检查参数。

在图3所示的检查装置20的测定部30，虽然对作为电特性采用电流值的情况进行了说明，但也可以采用电压值。此时，在检查装置20的处理部50的触控面板58，能够显示电压波形。例如，在图6所示地显示电流波形的结构体10的情况下，结构体10的正极12和负极14之间发生的短路现象如图7所示地表现为在电压波形中的时间ta1、ta2时刻的极小点c1、c2。

在图7中，除了极小点以外的电压波形中，电压变化量(δv)与时间变化量(δt)的比(δv/δt)从0以上的值变为负值的点数为一个。而且，在到达各极小点的过程中，比值(δv/δt)从0以上的值正变为负值。由此，在采用电压值的情况下，也与上述实施方式一样，若比值(δv/δt)从0以上的值变为负值的点数为两个点以上，则可以判定结构体10为不良品，因此能够获得与上述实施方式相同的效果。

与显示电流波形的情况一样，当判定所检查的结构体10为合格品时，触控面板58也可以显示其电压波形。另外，用作测定信号的电压值与电流值的情况一样，可将测定信号输出到外部设备。而且，可复制到规定介质上，且可通过与检查装置20不同的计算机来确定在规定时间内所测定的电压。

另外，当结构体10的正极12和负极14之间的短路状态持续时，电压值为零值。电压值呈零值的状态超过规定时间以上时，也可以确定结构体10处于短路状态。

结构体10的正极12和负极14之间的短路状态或断路状态未恢复时，也可以通过测定结构体10的内部电阻值的方式来进行检测。与电流波形和电压波形的情况相同，无需基于合格品的参照值。也可以通过捕捉电阻波形的异常变化，判定结构体10的优良与否。

在本实施方式的蓄电装置的制造方法中，用检查装置20检查结构体10之前，通过压力机等用一定的力施加压力，从而能够使正极12和负极14之间的极间距离作为规定距离。在结构体10，当正极12和分离器16之间、或当分离器16和负极14之间混入有异物时，正极12和负极14之间的极间距离有可能脱离正常范围。在发生电极毛刺的情况下，极间距离会发生异常。当极间距离异常地变长、或极间距离异常地短时，结构体10的静电电容方面会产生差异。

通过按压结构体10而使正极12和负极14之间的极间距离做成规定距离，由此能够得到准确的静电电容。按压时的压力可根据结构体10的类型进行适当的设定，一般来讲，可为1～3000pa程度。