特許 7323417 二次電池の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-31

(45)【発行日】2023-08-08

(54)【発明の名称】二次電池の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20230801BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALN20230801BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 Z

H01M10/0585

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019190322

(22)【出願日】2019-10-17

(65)【公開番号】P2021068495

(43)【公開日】2021-04-30

【審査請求日】2022-06-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上田 賢治

(72)【発明者】

【氏名】神谷 正人

【審査官】松嶋 秀忠

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０８７３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４０３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０４８９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３２８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１９８２７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／０４－３９

Ｇ０１Ｒ ３１／３６－３９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

正極集電体、正極活物質層、セパレータ層、負極活物質層および負極集電体が積層された電極体を組み立てるステップと、
前記正極集電体と前記負極集電体との間に電流を流した状態で、前記正極集電体および前記負極集電体のうちの一方の表面に位置する複数の測定点の間の電圧を測定するステップとを備え、
前記複数の測定点は、
第１～第３の測定点と、
前記第１～第３の測定点により規定される円形領域の内部に位置する基準点とを含み、
前記測定するステップは、
前記第１の測定点と前記基準点との間の第１の電圧を測定するステップと、
前記第２の測定点と前記基準点との間の第２の電圧を測定するステップと、
前記第３の測定点と前記基準点との間の第３の電圧を測定するステップとを含み、
前記第１～第３の電圧の各々の符号には、前記電極体の非短絡時における基準符号が対応するように定められ、
前記第１～第３の電圧のうちの少なくとも１つの電圧の符号が対応する基準符号と異なる場合に所定条件が成立し、
前記所定条件が成立する場合に、前記電極体における短絡箇所が前記円形領域の内部であると特定するステップをさらに備える、二次電池の製造方法。

【請求項2】

正極集電体、正極活物質層、セパレータ層、負極活物質層および負極集電体が積層された電極体を組み立てるステップと、
前記正極集電体と前記負極集電体との間に電流を流した状態で、前記正極集電体および前記負極集電体のうちの一方の表面に位置する複数の測定点の間の電圧を測定するステップとを備え、
前記複数の測定点は、
第１～第３の測定点と、
前記第１～第３の測定点により規定される円形領域の内部に位置する基準点とを含み、
前記測定するステップは、
前記第１の測定点と前記基準点との間の第１の電圧を測定するステップと、
前記第２の測定点と前記基準点との間の第２の電圧を測定するステップと、
前記第３の測定点と前記基準点との間の第３の電圧を測定するステップとを含み、
前記第１～第３の電圧の各々の大きさには、前記電極体の非短絡時における基準量が対応するように定められ、
前記第１～第３の電圧のうちの少なくとも１つの電圧の大きさが対応する基準量よりも大きい場合に所定条件が成立し、
前記所定条件が成立する場合に、前記電極体における短絡箇所が前記円形領域の内部であると特定するステップをさらに備える、二次電池の製造方法。

【請求項3】

正極集電体、正極活物質層、セパレータ層、負極活物質層および負極集電体が積層された電極体を組み立てるステップと、
前記正極集電体と前記負極集電体との間に電流を流した状態で、前記正極集電体および前記負極集電体のうちの一方の表面に位置する複数の測定点の間の電圧を測定するステップとを備え、
前記複数の測定点は、
第１～第３の測定点と、
前記第１～第３の測定点により規定される円形領域の内部に位置する基準点とを含み、
前記測定するステップは、
前記第１の測定点と前記基準点との間の第１の電圧を測定するステップと、
前記第２の測定点と前記基準点との間の第２の電圧を測定するステップと、
前記第３の測定点と前記基準点との間の第３の電圧を測定するステップとを含み、
前記第１～第３の電圧の各々の符号には、前記電極体の非短絡時における基準符号が対応するように定められ、
前記第１～第３の電圧の各々の大きさには、前記電極体の非短絡時における基準量が対応するように定められ、
前記第１～第３の電圧のうちの少なくとも１つの電圧の符号が対応する基準符号と異なり、かつ、前記第１～第３の電圧のうちの少なくとも１つの電圧の大きさが対応する基準量よりも大きい場合に所定条件が成立し、
前記所定条件が成立する場合に、前記電極体における短絡箇所が前記円形領域の内部であると特定するステップをさらに備える、二次電池の製造方法。

【請求項4】

前記基準点は、前記第１～第３の測定点の各々から等距離に位置する、請求項１～３のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。

【請求項5】

前記複数の測定点は、前記円形領域を規定する第４の測定点をさらに含み、
前記測定するステップは、前記第４の測定点と前記基準点との間の第４の電圧を測定するステップをさらに含み、
前記第１～第４の測定点のうちの２点を結ぶ直線と残りの２点を結ぶ直線とは、互いに交差する、請求項１～４のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。

【請求項6】

前記特定するステップにおいて特定された前記短絡箇所を除去し、前記電極体のうちの残りの部分を外装材に収納するステップをさらに備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。

【請求項7】

前記複数の測定点は、予め位置決めされており、
前記測定するステップは、前記複数の測定点のうちの任意の２点間の電圧を測定するステップであり、
前記複数の測定点の中から前記所定条件が成立するような測定点を前記第１～第３の測定点および前記基準点として選択するステップをさらに備え、
前記特定するステップは、選択された前記第１～第３の測定点により規定される前記円形領域を前記短絡箇所として特定するステップである、請求項１～６のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、二次電池の製造方法に関し、より特定的には、短絡検査工程を含む二次電池の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

二次電池の製造では、活物質を塗工・乾燥したり電極を積層したりすることで電極体を作製する際に、金属異物が電極体の内部に混入する可能性がある。このような異物は電極体に短絡を生じさせ得る。一般に、二次電池の製造施設では、外部からの異物の混入を防ぐための様々な対策（フィルタなど）が施されている。しかし、たとえば電極切断時など、製造工程の中で生じる異物もある。また、異物が混入しなくとも、電極体の端部カット時にカット刃に付着した活物質が垂れて対向する活物質に移る（活物質ダレ）ことで短絡が生じる可能性もある。したがって、短絡検査工程を含む二次電池の製造方法が提案されている。

【0003】

たとえば特開２０１９－０７５３０２号公報（特許文献１）は、リチウムイオン二次電池の製造方法を開示する。この製造方法では、未充電の二次電池の単位時間当たりのセル電圧の降下量に基づいて短絡を判定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－０７５３０２号公報

【文献】特開２０１５－１０３４３７号公報

【文献】国際公開第２０１５／１３６９３０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示されたリチウムイオン二次電池の製造方法では、二次電池の短絡の有無は判定できるものの、短絡箇所と特定できない。短絡箇所が特定できないと、短絡が生じた電極体を単に廃棄せざるを得ない。しかし、短絡箇所を特定することで、短絡箇所を除去した電極体を再利用できる。あるいは、短絡が生じやすい箇所を把握し、その理由を分析することで、短絡を防止するための改良も可能になる。したがって、短絡検査工程を含む二次電池の製造方法は、短絡箇所まで特定可能であることが望ましい。

【0006】

本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、二次電池の電極体における短絡箇所を特定可能な技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）本開示のある局面に従う二次電池の製造方法は、第１～第３のステップを備える。第１のステップは、正極集電体、正極活物質層、セパレータ層、負極活物質層および負極集電体が積層された電極体を組み立てるステップである。第２のステップは、正極集電体と負極集電体との間に電流を流した状態で、正極集電体および負極集電体のうちの一方の表面に位置する複数の測定点の間の電圧を測定するステップである。複数の測定点は、第１～第３の測定点と、第１～第３の測定点により規定される円形領域の内部に位置する基準点とを含む。測定するステップは、第１の測定点と基準点との間の第１の電圧を測定するステップと、第２の測定点と基準点との間の第２の電圧を測定するステップと、第３の測定点と基準点との間の第３の電圧を測定するステップとを含む。第３のステップは、第１～第３の電圧に関する所定条件が成立する場合に、電極体における短絡箇所が円形領域の内部であると特定するステップである。

【0008】

（２）基準点は、第１～第３の測定点の各々から等距離に位置する。

【0009】

（３）第１～第３の電圧の各々の符号には、電極体の非短絡時における基準符号が対応するように定められる。所定条件は、第１～第３の電圧のうちの少なくとも１つの電圧の符号が対応する基準符号と異なる場合に成立する。

【0010】

（４）第１～第３の電圧の各々の大きさには、電極体の非短絡時における基準量が対応するように定められる。所定条件は、第１～第３の電圧のうちの少なくとも１つの電圧の大きさが対応する基準量よりも大きい場合に成立する。

【0011】

正極集電体と負極集電体との間に電流を流すと、集電体面内の短絡箇所の近傍において大きな電流が流れる。短絡が生じると、短絡が請じていない場合と比べて、電圧の符号または大きさ（電圧降下の向きまたは大きさ）が変化する。この変化は、第１～第３の測定点により規定される円形領域の内部で起こる。上記（１）～（４）の方法において第１～第３の測定点と基準点との間の電圧を測定し、第１～第３の電圧に関する所定条件が成立するかどうかを判定することは、円形領域の内部における電流降下の様子を取得することを意味する。したがって、上記（１）～（４）の方法によれば、短絡箇所を円形領域の内部であると特定できる。

【0012】

（５）第１～第３の電圧の各々の符号には、電極体の非短絡時における基準符号が対応するように定められる。第１～第３の電圧の各々の大きさには、電極体の非短絡時における基準量が対応するように定められる。所定条件は、第１～第３の電圧のうちの少なくとも１つの電圧の符号が対応する基準符号と異なり、かつ、第１～第３の電圧のうちの少なくとも１つの電圧の大きさが対応する基準量よりも大きい場合に成立する。

【0013】

上記（５）の方法においては、電圧の符号および大きさ（電圧降下の向きおよび大きさ）の両方に基づいて、円形領域の内部で短絡が生じているかが判定される。このように、電圧の符号および大きさの両方を用いることで、実際には短絡が生じていないにも拘わらず短絡が生じていると誤判定する可能性を低減できる。

【0014】

（６）複数の測定点は、円形領域を規定する第４の測定点をさらに含む。測定するステップは、第４の測定点と基準点との間の第４の電圧を測定するステップをさらに含む。第１～第４の測定点のうちの２点を結ぶ直線と残りの２点を結ぶ直線とは、互いに交差する。

【0015】

上記（６）の方法によれば、４点の電圧を測定し、交差する２方向の電圧降下を取得することで、短絡箇所の特定精度（後述する検出率）を向上できる。

【0016】

（７）二次電池の製造方法は、特定するステップにおいて特定された短絡箇所を除去し、電極体のうちの残りの部分を外装材に収納するステップをさらに備える。

【0017】

上記（７）の方法によれば、短絡箇所だけ除去して電極体を再利用することで、二次電池の歩留まりを向上できる。

【0018】

（８）複数の測定点は、予め位置決めされている。測定するステップは、複数の測定点のうちの任意の２点間の電圧を測定するステップである。二次電池の製造方法は、複数の測定点の中から所定条件が成立するような測定点を第１～第３の測定点および基準点として選択するステップをさらに備える。特定するステップは、選択された第１～第３の測定点により規定される円形領域を短絡箇所として特定するステップである。

【0019】

上記（８）の方法においては、集電体の面内で予め位置決めされた、すべての箇所の電圧を測定し、その中から所定条件が成立するような測定点の組合せを選択する。これにより、測定位置のばらつきに起因する誤差を低減できるとともに、短絡箇所を特定するのに要する時間も短縮できる。

【発明の効果】

【0020】

本開示によれば、二次電池の電極体における短絡箇所を特定できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施の形態１における二次電池の構成を示す図である。

【図2】短絡検査工程において使用される検査システムの全体構成を概略的に示す図である。

【図3】実施の形態１に係る二次電池の製造方法を示すフロチャートである。

【図4】電極体における電圧の測定箇所を説明するための図である。

【図5】電圧の測定箇所をより詳細に説明するための図である。

【図6】電極体の正常時における正極集電箔の電位分布を説明するための図である。

【図7】電極体に短絡が生じている場合の電位分布を説明するための図である。

【図8】実施の形態２における検査治具の構成を示す分解斜視図である。

【図9】実施の形態２における電極体の電圧測定箇所を示す図である。

【図10】測定点の配置および数の一例を示す第１の図である。

【図11】測定点の配置および数の一例を示す第２の図である。

【図12】測定点の配置および数の一例を示す第３の図である。

【図13】電極体における電流経路を説明するための分解斜視図である。

【図14】電極体における電流経路を説明するための断面図である。

【図15】電極体に短絡が生じていない場合の各測定点の電圧測定結果の一例を示す図である。

【図16】短絡が生じた電極体における電流の流れを説明するための図である。

【図17】電極体に短絡が生じている場合の各測定点の電圧測定結果の一例を示す図である。

【図18】実施の形態２に係る二次電池の製造方法を示すフロチャートである。

【図19】電極体の短絡箇所の特定精度を向上させる手法を説明するための図である。

【図20】短絡箇所の除去手法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

【0023】

［実施の形態１］
＜二次電池の構成＞
以下で説明する実施の形態１において、本開示に係る製造方法によって製造される二次電池は、正極と負極との間の電荷の移動を固体電解質が担う全固体電池である。しかし、本開示に係る製造方法によって製造可能な二次電池は全固体電池に限定されず、いわゆる液系の二次電池であってもよい。また、液系の二次電池の種類も特に限定されるものではなく、たとえばリチウムイオン二次電池であってもよい。

【0024】

図１は、実施の形態１における二次電池の構成を示す図である。図１を参照して、二次電池１０は電極体１を備える。電極体１は、正極層２１と、負極層２２と、セパレータ層３と、正極集電箔４１と、負極集電箔４２と、正極端子５１と、負極端子５２とを含む。

【0025】

正極層２１は、正極活物質および固体電解質を含む。正極活物質は、たとえば、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物を含んでもよい。正極層２１は、導電材およびバインダ等をさらに含んでもよい。なお、正極層２１は、本開示に係る「正極活物質層」に相当する。

【0026】

負極層２２は、負極活物質および固体電解質を含む。負極活物質は、たとえば、黒鉛、珪素、酸化珪素を含んでもよい。負極層２２は、導電材およびバインダ等をさらに含んでもよい。なお、負極層２２は、本開示に係る「負極活物質層」に相当する。

【0027】

セパレータ層（絶縁層）３は、正極層と負極層との間に配置されている。セパレータ層３は、固体電解質を含む固体電解質層である。固体電解質は、たとえば、硫化物ガラス（たとえば硫化リチウムと硫化リンとの混合物）を含んでもよい。固体電解質層は、たとえばバインダをさらに含んでもよい。正極層２１、負極層２２およびセパレータ層３の各層に含まれる固体電解質は、同一であってもよいし異なってもよい。

【0028】

正極層２１、負極層２２およびセパレータ層３の各層は、たとえば、粉体成形により形成されてもよいし、スラリーの塗布により形成されていてもよい。また、正極層２１、負極層２２およびセパレータ層３は、たとえば圧縮成形により、一体化されてもよい。

【0029】

正極集電箔４１は、正極層２１に電気的に接続されている。正極集電箔４１は、たとえばアルミニウム箔である。負極集電箔４２は、負極層２２に電気的に接続されている。負極集電箔４２は、たとえば銅箔である。正極端子５１は、正極集電箔４１に電気的に接続されている。負極集電箔４２は、負極層２２に電気的に接続されている。

【0030】

なお、電極体１は、後述する短絡検査工程の実施後に、アルミラミネートフィルム製のパウチ等の外装材（図示せず）に収納される。これにより、全固体電池である二次電池１０が完成する。

【0031】

＜検査システムの構成＞
図２は、短絡検査工程において使用される検査システムの全体構成を概略的に示す図である。図２を参照して、検査システム９は、検査治具９１と、電流発生器９２と、電圧測定装置９３と、制御装置９４とを備える。

【0032】

検査治具９１は、検査対象となる電極体１が動かないように電極体１を固定するとともに、電流印可中に電極体１を環境から適切に電気的に絶縁する。検査治具９１の材料としては、たとえば絶縁性の樹脂を用いることができる。

【0033】

図２の吹き出し中には検査治具９１の上面図が示されている。検査治具９１には複数本（この例では５本）の測定用の導体（測定ピン）が設けられている。各測定ピンは、棒状の金属であり、たとえば直径２ｍｍの銅棒である。

【0034】

また、検査治具９１は、電極体１を上下から挟み込むことで電極体１に加圧するようにも構成されている。電極体１に加圧しない場合、電極体１の構成要素（正極層２１、負極層２２、セパレータ層３、正極集電箔４１および負極集電箔４２）間の接触状態が場所によって異なり得る。そうすると、構成要素が強固に接触している箇所では内部抵抗が低い一方で、構成要素間の接触が緩い箇所では内部抵抗が高い。その結果、測定箇所に応じて、電圧の測定結果にバラツキが生じる可能性がある。電極体１に所定の圧力が印可することで、電極体１の構成要素間の接触状態が箇所によらずに均一になるので、電圧の測定バラツキを低減できる。

【0035】

電流発生器９２は、電極体１に設けられた正極端子５１と負極端子５２との間に所定の大きさ（たとえば数十ｍＡ程度）の定電流を流す。

【0036】

電圧測定装置９３は、電流発生器９２を用いた定電流の印可中に、電極体１に設定される２つの測定点（後述）の間の電圧を測定する。一般に、集電箔の抵抗は、正極活物質および負極活物質の抵抗と比べて非常に小さい。そのため、正極集電箔４１および負極集電箔４２における電圧降下量は微小である。したがって、電圧測定装置９３には高い電圧分解能が求められる。電圧測定装置９３には、たとえば、１０ｎＶの電圧分解能を有するＨＩＯＫＩ製の直流電圧計ＤＭ７２７６を用いることができる。

【0037】

制御装置９４は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリおよび入出力ポートを含むマイクロコンピュータである。制御装置９４は、電流発生器９２を制御する。制御装置９４は、正極端子５１と負極端子５２との間の電圧を制御することが可能に構成されていてもよい。制御装置９４は、電圧測定装置９３による電圧測定結果を受け、電極体１における短絡の有無を判定したり短絡箇所を特定したりする。

【0038】

なお、電極体１が全固体電池であり、硫化物ガラス等の硫化系の固体電解質を用いる場合、硫黄と空気中の水分とが反応することで有害ガス（硫化水素）が発生し得る。そのため、電極体１が大気に曝露しないように、少なくとも検査治具９１はグローブボックス（図示せず）内に設置することが望ましい。

【0039】

＜二次電池の製造フロー＞
図３は、実施の形態１に係る二次電池１０の製造方法を示すフロチャートである。以下、フロチャート内の各ステップを「Ｓ」と略す場合がある。

【0040】

図３を参照して、Ｓ１１において、二次電池１０の電極体１を組み立てる電極組立工程が実施される。電極体１の構成は図１にて説明した通りであり、電極体１の組み立てには公知の手法を採用できるので、ここでの説明は繰り返さない。続くＳ１２～Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７において、電極体１の短絡検査工程が実施される。短絡検査工程により電極体１における短絡の有無が判定され、さらに短絡箇所が特定される。

【0041】

まず、Ｓ１２において、制御装置９４は、電流発生器９２を用いて定電流を印可しながら複数の測定ピンの電位を電圧測定装置９３により測定することで、各測定点（測定ピンに対応する正極集電箔４１上の位置）における電圧降下を測定する。さらに、Ｓ１３において、制御装置９４は、Ｓ１２にて測定された電圧降下に基づいて、電極体１における短絡の有無を判定する。

【0042】

電極体１に短絡が生じていない場合（Ｓ１３においてＮＯ）、制御装置９４は、電極体１が良品であると判定する（Ｓ１４）。この場合には、その後、電極体１が外装材に収納される（Ｓ１５）。一方、電極体１に短絡が生じている場合（Ｓ１３においてＹＥＳ）、制御装置９４は、電極体１は不良品であると判定する（Ｓ１５）。そして、制御装置９４は、短絡箇所を特定される（Ｓ１７）。以下、Ｓ１３において短絡を判定する原理およびＳ１７において短絡箇所を特定する原理について説明する。

【0043】

＜短絡の検出メカニズム＞
図４は、電極体１における電圧の測定箇所を説明するための図である。図４を参照して、本実施の形態では、正極集電箔４１および負極集電箔４２のうちの一方に５つの測定点が設けられる。以下では、各測定点は正極集電箔４１上に設けられるものとするが、正極集電箔４１を負極集電箔４２と適宜読み替えてもよい。

【0044】

図５は、電圧の測定箇所をより詳細に説明するための図である。図５を参照して、測定点Ｐ０～Ｐ４の位置は、正極集電箔４１上に仮想的に描かれる２つの円Ｃに基づいて定められる。測定点Ｐ０は円Ｃの中心に位置する。以下、測定点Ｐ０を基準点Ｐ０とも記載し、基準点Ｐ０の電位を基準電位φ_０とも記載する。なお、円Ｃにより規定される領域が本開示に係る「円形領域」に相当する。

【0045】

残りの測定点Ｐ１～Ｐ４は、円Ｃの円周上に位置する。この場合、基準点Ｐ０は、測定点Ｐ１～Ｐ４の各々から等距離に位置することになる。測定点Ｐ１～Ｐ４の位置は、測定点Ｐ１と測定点Ｐ３とを結ぶ直線（円Ｃの直径）と、測定点Ｐ２と測定点Ｐ４とを結ぶ直線とが互いに交差（より好ましくは直交）する位置とすることが望ましい。

【0046】

図５に示す例では、測定点Ｐ３が正極端子５１側に位置し、測定点Ｐ１が負極端子５２側に位置する。電極体１に電圧を印可する場合、正極端子５１から負極端子５２へと向かう方向（図中左側から右側へと向かう方向）に電流が流れるので、測定点Ｐ３が電流の流通方向の上流側に位置し、測定点Ｐ１が下流側に位置するとも言える。測定点Ｐ２，Ｐ４は、電流の流通方向に直交する方向に位置する。

【0047】

このような５つの測定点において、基準点Ｐ０の電位（基準電位φ_０）を基準とした測定点Ｐ１～Ｐ４の電位が測定される。以下では、測定点Ｐ１の電位φ_１と基準電位φ_０との間の電圧（電位差）をＶ_１と記載する（下記式（１）参照）。
Ｖ_１＝φ_１－φ_０ ・・・（１）

【0048】

同様に、下記式（２）～（４）に示すように、測定点Ｐ２の電位φ_２と基準電位φ_０との間の電圧をＶ_２と記載する。測定点Ｐ３の電位φ_３と基準電位φ_０との間の電圧をＶ_３と記載する。測定点Ｐ４の電位φ_４と基準電位φ_０との間の電圧をＶ_４と記載する。
Ｖ_２＝φ_２－φ_０ ・・・（２）
Ｖ_３＝φ_３－φ_０ ・・・（３）
Ｖ_４＝φ_４－φ_０ ・・・（４）

【0049】

図６は、電極体１の正常時（短絡の非発生時）における正極集電箔４１の電位分布を説明するための図である。図６および後述する図７では、高電位から低電位へと向かう矢印（すなわち、電流の流通方向を示す矢印）により正極集電箔４１の電位分布を表している。

【0050】

図６を参照して、電極体１に短絡が生じていない場合、図中左側の正極端子５１から図中右側の負極端子５２へと電流が流れる。これは、正極端子５１に近い測定点Ｐ３の電位が高く、次に中央の基準点Ｐ０の電位が次に高く、負極端子５２に近い測定点Ｐ１の電位が最も低いためである。したがって、測定点Ｐ３の電圧Ｖ_３は正であり、測定点Ｐ１の電圧Ｖ_１は負である。また、電圧Ｖ_２，Ｖ_４は、いずれも負である。なお、電極体１の非短絡時における電圧Ｖ_１～Ｖ_４の符号は、本開示に係る「基準符号」に相当する。

【0051】

電流が上流から下流へと流れるに従って電流の一部が電流の主な流通方向（図中の左右方向）に交差する方向（上下方向など）に分岐していくので、電流の大きさは下流側ほど小さくなる。そのため、上流側の測定点Ｐ３を流れる電流の方が、下流側の測定点Ｐ１を流れる電流よりも大きい。したがって、電圧Ｖ_３の大きさ（測定点Ｐ３と基準点Ｐ０との間の電圧降下）は、電圧Ｖ_１の大きさ（測定点Ｐ１と基準点Ｐ０との間の電圧降下）よりも大きい。また、電圧Ｖ_３の大きさは、電圧Ｖ_２，Ｖ_４の大きさよりも大きい。図６では、電圧Ｖ_１～Ｖ_４の大きさ（絶対値）の大小関係を矢印の太さにより表現している。なお、電極体１の非短絡時における電圧Ｖ_１～Ｖ_４の大きさは、本開示に係る「基準量」に相当する。

【0052】

図７は、電極体１に短絡が生じている場合の電位分布を説明するための図である。短絡が生じている場合、電流は、短絡箇所に向かう方向へ流れる。そのため、短絡箇所が円Ｃの内部領域（特に中心付近）に位置する図７（Ａ）に示す例では、電圧Ｖ_３の符号が正である一方で、電圧Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_４の符号は負となる。つまり、電極体１に短絡が生じた場合には、電極体１が正常な場合と比べて、測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４における電圧降下の向きが逆になる。また、電圧Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_４の大きさも、電極体１が正常な場合の電圧Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_４の大きさよりもそれぞれ大きくなる。

【0053】

短絡の態様によっては比較的大きな電流が短絡箇所に流れる場合もある。図７（Ｂ）に示す別の例では、電圧Ｖ_１，Ｖ_３の符号は正である一方で、電圧Ｖ_２，Ｖ_４の符号は負である。つまり、短絡が生じているにも拘わらず、電圧Ｖ_１の符号は、電極体１が正常な場合の電圧Ｖ_１の符号と同じである。しかし、この例では、電圧Ｖ_２，Ｖ_４の大きさが、電極体１が正常な場合の電圧Ｖ_２，Ｖ_４の大きさよりもそれぞれ大きくなる。言い換えると、電極体１に短絡が生じることで、電極体１が正常な場合と比べて、測定点Ｐ２，Ｐ４における電圧降下が大きくなる。

【0054】

このように、電圧Ｖ_１～Ｖ_４の符号および大きさと、正常時における電圧Ｖ_１～Ｖ_４の符号および大きさとを比較することで、短絡が円Ｃの内部に生じているかどうかを判定することができる。具体的には、この例では、電圧Ｖ_１～Ｖ_４の符号がすべて正である場合に、円Ｃの内部に短絡が生じていると判定できる（図７（Ａ）参照）。また、電圧Ｖ_１～Ｖ_４のうちの２つまたは３つの電圧が基準量よりも大きい場合にも、円Ｃの内部に短絡が生じていると判定できる（図７（Ｂ）参照）。

【0055】

この例では、測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４のすべてにおいて電圧降下の向き（電圧の符号）が変わり、測定点Ｐ２，Ｐ４の両方における電圧降下が大きくなると説明した。しかし、短絡箇所の位置または短絡の態様によっては、測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４のうちのいずれか１つまたは２つの電圧降下の向きのみが変わったり、測定点Ｐ２，Ｐ４のうちの一方における電圧降下のみが大きくなったりする場合もある。このように、本実施の形態においては、測定点Ｐ１～Ｐ４のうちの少なくとも１つの測定点において電圧降下の向きの変化を検出できればよい。また、測定点Ｐ１～Ｐ４のうちの少なくとも１つの測定点において電圧降下の大きさの増加を検出できればよい。

【0056】

＜検証結果＞
発明者らは、セパレータ層３を貫通する異物を組み込んだ二次電池１０のサンプルを複数準備し、各サンプルの短絡箇所を特定できるかどうかを検証した。具体的には、異物の位置が異なる１０種類のサンプルを準備し、サンプル毎に数回の測定を繰り返した。

【0057】

各サンプルには、液系のリチウムイオン二次電池を採用した。リチウムイオン二次電池の容量は９０ｍＡｈであった。正極層２１および負極層２２の各々の形状は正方形とした。正極層２１の各辺の長さは４５ｍｍであった。正極層２１の各辺の長さは４７ｍｍであった。異物にはアルミニウムワイヤを用いた。アルミニウムワイヤの直径φを２００μｍとし、アルミニウムワイヤの長さを１ｍｍとした。サンプルの電圧を３．７Ｖに調整し、その状態から２０ｍＡの定電流での充電中に測定点間の電圧を測定した。

【0058】

基準点Ｐ０に加えて１方向に並ぶ２つの測定点Ｐ１，Ｐ３の電圧Ｖ_１，Ｖ_３のみを測定した場合、短絡箇所を正確に特定できた比率（検出率）は５０％であった。これに対し、基準点Ｐ０に加えて２方向の４つの測定点Ｐ１～Ｐ４の電圧Ｖ_１～Ｖ_４を測定した場合、検出率が９０％に向上した。なお、具体的な測定結果の一例として、電極体１に短絡が生じていない場合、Ｖ_１＝－５μＶであり、Ｖ_２＝－１μＶであり、Ｖ_３＝７μＶであり、Ｖ_４＝－１μＶであった。一方、電極体１に短絡が生じている場合、Ｖ_１＝８μＶであり、Ｖ_２＝１．１μＶであり、Ｖ_３＝１１μＶであり、Ｖ_４＝１．３μＶであった。また、本実施の形態によれば、短絡を高精度に検出できることで何度も測定を繰り返さなくてよくなるので、短絡箇所の特定に要する時間も大幅に短縮できた。

【0059】

以上のように、実施の形態１においては、正極集電箔４１または負極集電箔４２に設けられる円Ｃの中心の電位（基準電位φ_０）に対する４つの測定点Ｐ１～Ｐ４の電位φ_１～φ_４を測定することで、測定点Ｐ１～Ｐ４における電圧降下（電圧Ｖ_１～Ｖ_４）を求める。電極体１に短絡が生じている場合には、短絡箇所に向けて電流が流れることで、短絡箇所に応じた特有の電位分布が形成される。そのような電位分布が形成されているかどうかを各測定点Ｐ１～Ｐ４における電圧降下の向きおよび／または大きさから判断できる。したがって、実施の形態１によれば、二次電池１０の電極体１における短絡箇所を特定できる。

【0060】

また、測定点Ｐ１～Ｐ４における電圧測定は、測定ピンを集電箔（正極集電箔４１または負極集電箔４２）に接触させることで実現される。このような測定手法は、外乱の影響を受けにくい。さらに、電流が電圧測定装置９３には流れないので、集電箔面内の電流分布を乱すこともない。したがって、本実施の形態によれば、短絡箇所を高精度に特定できる。

【0061】

［実施の形態２］
実施の形態１では、４点の電圧降下を測定する比較的簡易な構成を例に説明した。実施の形態２においては、測定ピンがより多く設けられており、より多くの箇所の電圧を測定する構成について説明する。なお、実施の形態２における検査システムの全体構成は、実施の形態１における検査システム９の全体構成（図２参照）と基本的には同様である。

【0062】

＜検査治具の構成＞
図８は、実施の形態２における検査治具の構成を示す分解斜視図である。図８を参照して、検査治具９１Ａは、絶縁プレート９１１と、絶縁台９１２と、固定ネジ９１３と、複数の測定ピン９１４とを含む。絶縁プレート９１１と絶縁台９１２とは、その間に電極体１を挟み込んだ状態で、固定ネジ９１３により固定される。これにより、電極体１を外部から電気的に絶縁できるとともに電極体１に必要な圧力を加圧できる。

【0063】

複数の測定ピン９１４は、絶縁プレート９１１上に格子状に配置されている。複数の測定ピン９１４の中からいずれか５つの測定ピンを選択することで、実施の形態１と同様に電極体１の短絡箇所を特定することも可能である。しかし、実施の形態２においては、電極体１の全面が短絡の判定の有無の判定対象となる。

【0064】

図９は、実施の形態２における電極体１の電圧測定箇所を示す図である。図９を参照して、この例では、５行×５列の格子上に合計２５個の測定点が設けられている。

【0065】

検査システム９は、すべての隣接する２つの測定点の間の電圧を測定する。以下では、座標（ｉ，ｊ）（ｉ，ｊは５以下の自然数）を用いて測定点をＰ（ｉ，ｊ）と記載する。図９において左上の測定点がＰ（１，１）であり、右下の測定点がＰ（５，５）である。測定点Ｐ（ｉ，ｊ）の電位をφ_ｉｊと記載すると、横方向に隣接する２つの測定点の間の電圧Ｖ_Ｘｉｊは、下記式（５）のように表される。同様に、縦方向に隣接する２つの測定点の間の電圧Ｖ_Ｙｉｊは、下記式（６）のように表される。
Ｖ_Ｘｉｊ＝φ_{ｉ（ｊ＋１）}－φ_ｉｊ ・・・（５）
Ｖ_Ｙｉｊ＝φ_{（ｉ＋１）ｊ}－φ_ｉｊ ・・・（６）

【0066】

なお、図９に示す測定点の配置および数は例示に過ぎない。図１０～図１２の各々は、測定点の配置および数の一例を示す図である。図１０～図１２に示すように、測定点の配置および数は、電極体１の形状に応じて適宜定めることができる。

【0067】

また、図８と図１０～図１２の上段とでは、正極端子５１および負極端子５２が電極体１の同一側面に設けられている。しかし、電極体１における正極端子５１および負極端子５２の位置は特に限定されない。たとえば図１０～図１２の下段に示すように、正極端子５１および負極端子５２は、電極体１の向かい合う側面に設けられていてもよい。

【0068】

＜電流経路＞
図１３は、電極体１における電流経路を説明するための分解斜視図である。図１４は、電極体１における電流経路を説明するための断面図である。図１３および図１４では、正極端子５１から負極端子５２へと流れる電流の流通方向が矢印により模式的に示されている。

【0069】

図１３および図１４を参照して、正極集電箔４１が長方形形状を有し、その長方形の対角線の一方端に正極端子５１が設けられている場合、電流は、正極端子５１から対角線の他方端に向けて正極集電箔４１の表面上を流れる。この際に電流は、正極層２１へと分岐する。分岐した電流は、セパレータ層３および負極層２２を通って負極集電箔４２へと流れる。そして、電流は、負極集電箔４２に設けられた負極端子５２に至る。

【0070】

図１５は、電極体１に短絡が生じていない場合の各測定点Ｐ（ｉ，ｊ）の電圧測定結果の一例を示す図である。図１５を参照して、電極体１に短絡が生じていない場合、正極集電箔４１を流れる電流は正極端子５１に近いほど（右上に近いほど）大きい。そのため、隣接する２つの測定点の間の電圧降下も正極端子５１に近いほど大きい。

【0071】

図１６は、短絡が生じた電極体１における電流の流れを説明するための図である。図１６を参照して、この例でも、図７（Ａ）での説明と同様に、短絡箇所の付近の測定点における電圧降下の向きが正常時の向きと比べて逆になる。図示しないが、短絡箇所の付近の測定点における電圧降下の大きさが正常時の大きさと比べて大きくなる場合もある（図７（Ｂ）参照）。

【0072】

図１７は、電極体１に短絡が生じている場合の各測定点Ｐ（ｉ，ｊ）の電圧測定結果の一例を示す図である。図１７を参照して、電極体１に短絡が生じ、図１６に示したような電流が流れることで、電圧Ｖ_Ｙ２２が負になっている。その結果、電極体１に短絡が生じていない場合の電圧降下のパターン（図１５参照）とは異なるパターンが形成されている。この電圧降下のパターンから、短絡箇所に向かう電流が流れていることが分かる。このように、実施の形態２においても実施の形態１と同様に、電圧降下の向きおよび大きさに基づいて短絡箇所を特定できる。

【0073】

＜二次電池の製造フロー＞
図１８は、実施の形態２に係る二次電池１０の製造方法を示すフロチャートである。図１８を参照して、Ｓ２１の電極組立工程は、実施の形態１におけるＳ１１の電極組立工程（図３参照）と同様である。

【0074】

Ｓ２２において、図９にて説明したように、制御装置９４は、すべての隣接する２つの測定点の間の電圧Ｖ_Ｘｉｊ，Ｖ_Ｙｉｊを上記式（５），（６）に従って測定する。

【0075】

Ｓ２３において、制御装置９４は、Ｓ２２にて測定された電圧Ｖ_Ｘｉｊ，Ｖ_Ｙｉｊに基づいて、電極体１における短絡の有無を判定する。具体的には、各測定点を基準点と考え、その基準点の周りの上下左右４つの測定点における電圧降下の向きおよび大きさを求める。図７（Ａ）での説明と同様に、４つの測定点における電圧降下の向きが正常時と比べて逆になったり（図７（Ａ）参照）、４つの測定点における電圧降下の大きさが正常時と比べて大きくなったり（図７（Ｂ）参照）した場合に、その４つの測定点により規定される円Ｃの内部に短絡が生じていると判定される。電圧降下の向きおよび大きさが正常時と同様であれば、円Ｃの内部に短絡は生じていないと判定される。

【0076】

電極体１のいずれの箇所においても短絡が生じていない場合（Ｓ２３においてＮＯ）、制御装置９４は、電極体１を良品と判定する（Ｓ２４）。そして、電極体１は外装材に収納される（Ｓ２５）。

【0077】

一方、少なくとも１つの箇所で短絡が生じている場合（Ｓ２３においてＹＥＳ）、制御装置９４は、電極体１を不良品と判定し（Ｓ２６）、短絡箇所を特定する（Ｓ２７）。Ｓ２７にて、おおよその短絡箇所を特定した後に、より詳細に短絡箇所を特定したい場合もある。そのような場合には、制御装置９４は、必要に応じて、短絡箇所をより詳細に特定してもよい（Ｓ２８）。

【0078】

図１９は、電極体１の短絡箇所の特定精度を向上させる手法を説明するための図である。図１９に示すように、短絡箇所をより詳細に特定する場合には、Ｓ２６にて用いた検査治具との比較において、隣接する測定点の間の間隔が狭い検査治具を用いることができる。Ｓ２６にて特定された短絡箇所を含む領域において、再度、Ｓ２２～Ｓ２７の処理を実行する。これにより、短絡箇所をより狭い領域に絞り込むことができる。なお、この絞り込み（Ｓ２８においてＮＯ）を２回以上（つまり、短絡箇所の特定を合計３回以上）行ってもよい。

【0079】

図１８に戻り、実施の形態２では、短絡箇所を特定した上で、さらに、短絡箇所が取り除かれる（Ｓ２９）。除去されずに残った正常な箇所は再利用できる。たとえば、短絡箇所を除去した後の電極体１は外装材に収納することで再利用される。

【0080】

図２０は、短絡箇所の除去手法を説明するための図である。図２０（Ａ）に示すように、正極端子５１および負極端子５２を残した上で、短絡箇所を含む領域が取り除かれる。複数の短絡箇所がある場合には、すべての短絡箇所が取り除かれる（図２０（Ｂ）参照）。

【0081】

図２０（Ｃ）に示すように、正極端子５１および負極端子５２の両方が電極体１の片側に設けられており、かつ、電極体１の縦横比（アスペクト比）が１よりも十分に小さい場合は、短絡箇所が電極体１の中央に比較的近くても、短絡箇所を含む広い領域を除去できる。なお、短絡箇所を除去する際には、正極層２１の正極活物質が負極層２２側に移動（なだれ込み）しないように留意する。

【0082】

以上のように、実施の形態２においては、正極集電箔４１の全面に測定点を設けることで、正極集電箔４１の全面に亘って短絡の有無を判定する。そして、大体の短絡箇所を特定した後に、測定点の間隔が狭い検査治具を用いて、短絡箇所をより詳細に特定する（図１９参照）。これにより、実施の形態２によれば、二次電池１０の電極体１における短絡箇所を高精度に特定できる。また、高精度に特定された短絡箇所を除去して電極体１を再利用することも可能になる。

【0083】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0084】

１ 電極体、２１ 正極層、２２ 負極層、３ セパレータ層、４１ 正極集電箔、４２ 負極集電箔、５１ 正極端子、５２ 負極端子、１０ 二次電池、９ 検査システム、９１，９１Ａ 検査治具、９２ 電流発生器、９３ 電圧測定装置、９４ 制御装置、９１１ 絶縁プレート、９１２ 絶縁台、９１３ 固定ネジ、９１４ 測定ピン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】