JP6531488B2 - Thermal history detection method for lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオン二次電池の熱履歴検知方法に関し、特に非電気化学的に熱履歴を検知する方法に関する。 The present invention relates to a method of detecting the heat history of a lithium ion secondary battery, and more particularly to a method of detecting the heat history nonelectrochemically.
従来、リチウムイオン二次電池において、異常温度到達履歴の非電気化学的検知方法が様々開発されている。 Conventionally, in lithium ion secondary batteries, various non-electrochemical detection methods of abnormal temperature attainment history have been developed.
たとえば二次電池の外装の一部を透明にして、内部に熱硬化樹脂前駆体を充填しておき、熱が加わることで熱硬化樹脂前駆体が透明な状態から不透明な状態へ変化することで、異常温度に到達したことを判断する技術がある(特許文献1)。 For example, by making part of the exterior of the secondary battery transparent and filling the inside with the thermosetting resin precursor, heat is applied to change the thermosetting resin precursor from the transparent state to the opaque state. There is a technique for determining that the abnormal temperature has been reached (Patent Document 1).
また、二次電池の外面に電池の温度が80℃以上になると色が変わる熱感応性手段を備え、電池の異常な温度上昇を色の変化で判断する技術がある(特許文献2)。 Further, there is a technology provided on the outer surface of the secondary battery with heat sensitive means that changes its color when the temperature of the battery reaches 80 ° C. or more, and the abnormal temperature rise of the battery is judged by the color change (Patent Document 2).
また、二次電池の外表面全面に、不可逆的に変色するサーモペイント、サーモシール等からなる示温材を貼り付けることで、異常温度に到達したことをこれらの変色で判断する技術がある(特許文献3)。 In addition, there is a technology to judge that the abnormal temperature has been reached based on the color change by sticking a temperature indicator such as a thermo paint or a thermo seal that irreversibly changes color over the entire outer surface of the secondary battery (patented Literature 3).
しかしながら、従来技術のように、温度で透明度や色が変化する温度検知手段では、定量性が低く、異常温度になったことはわかるが、異常温度を超えて到達した温度が何度かはわからない。 However, as in the prior art, the temperature detection means whose transparency or color changes with temperature has low quantitativeness and shows that it has become an abnormal temperature, but can not know several times the temperature reached beyond the abnormal temperature. .
そこで本発明の目的は、リチウムイオン二次電池の熱履歴である最高到達温度を後から非電気化学的に知ることができるリチウムイオン二次電池の熱履歴検知方法を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a thermal history detection method of a lithium ion secondary battery, which can later know non-electrochemically the maximum temperature reached, which is the thermal history of the lithium ion secondary battery.
上記目的を達成するための本発明のリチウムイオン二次電池の熱履歴検知方法は、あらかじめ検量線または検量式の作成を行う。検量線または検量式の作成は、リチウムイオン二次電池に含まれる樹脂を含む試験体を複数用意する。用意した複数の試験体にそれぞれ異なる既知の温度の熱を印加して1度の熱履歴を付与する。それら複数の試験体をそれぞれ2回の示差走査熱量測定を行って、1回目の示差走査熱量測定結果と2回目の示差走査熱量測定結果の差分プロファイルを求める。差分プロファイルに現れたピーク温度と印加した熱の既知温度との相関関係を検量線または検量式とする。そして、熱履歴未知のリチウムイオン二次電池から樹脂を含む部分を被検体として取り出す。この被検体に対して示差走査熱量測定を少なくとも2回行う。1回目の示差走査熱量測定結果と2回目以降の示差走査熱量測定結果の差分プロファイルを求め、差分プロファイルに現れたピーク温度を検量線または検量式にあてはめてリチウムイオン二次電池に加わった最高到達温度を推定する。 In the method of detecting the heat history of a lithium ion secondary battery of the present invention for achieving the above object, a calibration curve or a calibration formula is prepared in advance. Preparation of a calibration curve or calibration formula prepares multiple test bodies containing resin contained in a lithium ion secondary battery. Heat of different known temperatures is applied to each of a plurality of prepared specimens to give a thermal history of one degree . Each of the plurality of test pieces is subjected to two differential scanning calorimetry measurements to determine a differential profile between the first differential scanning calorimetry result and the second differential scanning calorimetry result. The correlation between the peak temperature appearing in the differential profile and the known temperature of the applied heat is taken as a calibration curve or calibration equation. And the part containing resin is taken out as a test object from a lithium ion secondary battery with an unknown heat history. Differential scanning calorimetry is performed on the subject at least twice. The differential profile of the first differential scanning calorimetry result and the second and subsequent differential scanning calorimetric measurement results is determined, and the peak temperature appearing in the differential profile is applied to a calibration curve or calibration equation to obtain the maximum reach added to the lithium ion secondary battery Estimate the temperature.
本発明によれば、リチウムイオン二次電池の中の樹脂を含む試験体を用いて2回の示差走査熱量測定によりあらかじめ検量線または検量式を作成しておく。そして熱履歴未知のリチウムイオン二次電池から樹脂を含む部分を取り出して少なくとも2回示差走査熱量測定を行い、その差分のピーク温度を得て、検量線または検量式にあてはめることで、二次電池の最高到達温度を推定することができる。これにより、定量的にかつ広温度域の熱履歴を検知することができるようになる。 According to the present invention, a calibration curve or a calibration equation is prepared in advance by two differential scanning calorimetry measurements using a test body containing a resin in a lithium ion secondary battery. Then, the portion containing the resin is taken out from the lithium ion secondary battery whose heat history is unknown, differential scanning calorimetry is performed at least twice, the peak temperature of the difference is obtained, and the secondary battery is applied by applying a calibration curve or equation. The highest achievable temperature of This makes it possible to detect the heat history of a wide temperature range quantitatively.
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Also, the dimensional proportions of the drawings are exaggerated for the convenience of the description, and are different from the actual proportions.
以下の実施形態の説明では、まず、本発明による熱履歴検知方法を適用するリチウムイオン二次電池の一例を説明する。続いて本実施形態による熱履歴検知方法を説明する。しかし、これらの説明はあくまでも一例であり、本発明がここで説明するリチウムイオン二次電池に適用されることに限定されるものではない。 In the following description of the embodiment, an example of a lithium ion secondary battery to which the heat history detection method according to the present invention is applied will be described first. Subsequently, a heat history detection method according to the present embodiment will be described. However, these descriptions are merely examples, and the present invention is not limited to the application to the lithium ion secondary battery described herein.
[電池の全体構造]
図1は、リチウムイオン二次電池の1例としての扁平なリチウムイオン二次電池の外観を表した斜視図である。
[Overall battery structure]
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a flat lithium ion secondary battery as an example of a lithium ion secondary battery.
図1に示すように、扁平なリチウムイオン二次電池10では、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための正極タブ27、負極タブ25が引き出されている。発電要素21は、リチウムイオン二次電池10の電池外装材29によって包まれ、その周囲は熱融着されている。発電要素21は、正極タブ27および負極タブ25を外部に引き出した状態で密封されている。 As shown in FIG. 1, the flat lithium ion secondary battery 10 has a rectangular flat shape, and the positive electrode tab 27 and the negative electrode tab 25 for extracting electric power are drawn from both sides thereof. There is. The power generation element 21 is wrapped by the battery outer package 29 of the lithium ion secondary battery 10, and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element 21 is sealed with the positive electrode tab 27 and the negative electrode tab 25 drawn out.
図1に示したタブの取り出し位置は、特に制限されるものではない。正極タブ27と負極タブ25とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし、正極タブ27と負極タブ25をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出すようにしてもよいなど、図1に示す形態に制限されるものではない。 The removal position of the tab shown in FIG. 1 is not particularly limited. The form shown in FIG. 1 may be such that the positive electrode tab 27 and the negative electrode tab 25 may be drawn out from the same side, or the positive electrode tab 27 and the negative electrode tab 25 may be divided into a plurality and taken out from each side. It is not limited to
図2は、リチウムイオン二次電池の内部構成を示す概略断面図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an internal configuration of the lithium ion secondary battery.
図2に示すように、リチウムイオン二次電池10は積層型電池である。このリチウムイオン二次電池10は、充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装体である電池外装材29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、正極150と、セパレーター17と、負極130とを積層した構成を有している。なお、セパレーター17は、非水電解質(たとえば、液体電解質)を含んでいる。正極150は、正極集電体12の両面に正極活物質層15が配置された構造を有する。負極130は、負極集電体11の両面に負極活物質層13が配置された構造を有する。 As shown in FIG. 2, the lithium ion secondary battery 10 is a stacked battery. The lithium ion secondary battery 10 has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction proceeds is sealed inside a battery exterior material 29 which is an exterior body. Here, the power generation element 21 has a configuration in which the positive electrode 150, the separator 17, and the negative electrode 130 are stacked. The separator 17 contains a non-aqueous electrolyte (for example, a liquid electrolyte). The positive electrode 150 has a structure in which the positive electrode active material layer 15 is disposed on both sides of the positive electrode current collector 12. The negative electrode 130 has a structure in which the negative electrode active material layer 13 is disposed on both sides of the negative electrode current collector 11.
積層構造は、負極130、セパレーター17および正極150がこの順に積層されている。これにより、負極130、セパレーター17および正極150は、1つの単電池層19を構成する。図に示すリチウムイオン二次電池10は、単電池層19が6層積層されていることを示している。もちろん実際の電池にあっては、このような層数に制限されるものではない。これにより各単電池は電気的に並列接続されてなる構成を有する。負極130は、負極集電体11および負極活物質層13によって構成されている。セパレーター17は電解質として非水電解質含有する。正極150は正極集電体12および正極活物質層15によって構成されている。 In the laminated structure, the negative electrode 130, the separator 17 and the positive electrode 150 are laminated in this order. Thereby, the negative electrode 130, the separator 17 and the positive electrode 150 constitute one single battery layer 19. The lithium ion secondary battery 10 shown in the figure indicates that six cell layers 19 are stacked. Of course, in an actual battery, it is not limited to such a number of layers. Thus, the unit cells are electrically connected in parallel. The negative electrode 130 is configured of a negative electrode current collector 11 and a negative electrode active material layer 13. The separator 17 contains a non-aqueous electrolyte as an electrolyte. The positive electrode 150 is configured of a positive electrode current collector 12 and a positive electrode active material layer 15.
正極集電体12および負極集電体11は、各電極(正極150および負極130)と導通される正極集電板(27)および負極集電板(25)がそれぞれ取り付けられ、電池外装材29の端部に挟まれるようにして電池外装材29の外部に導出される構造を有している。正極集電板(27)および負極集電板(25)の電池外装材29の外部に出ている部分は正極タブ27および負極タブ25となる。正極集電板(27)および負極集電板(25)はそれぞれ必要に応じて正極リードおよび負極リード(図示せず)を介して、各電極の正極集電体12および負極集電体11に超音波溶接や抵抗溶接などにより取り付けられていてもよい。 The positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 11 are attached with a positive electrode current collector plate (27) and a negative electrode current collector plate (25) respectively conducted to the respective electrodes (positive electrode 150 and negative electrode 130). Of the battery case 29 so as to be held outside the battery case 29. Portions of the positive electrode current collector plate (27) and the negative electrode current collector plate (25) which are exposed to the outside of the battery case 29 are a positive electrode tab 27 and a negative electrode tab 25. The positive electrode current collector plate (27) and the negative electrode current collector plate (25) are provided on the positive electrode current collector 12 and the negative electrode current collector 11 of each electrode via the positive electrode lead and the negative electrode lead (not shown), respectively. It may be attached by ultrasonic welding or resistance welding.
[正極活物質層]
正極活物質層15は、正極活物質を含む。正極活物質としては、一般的にリチウムイオン二次電池10に使用されているものであればよい。たとえば、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、Li(Ni−Co−Mn)O2およびこれらの遷移金属の一部が他の元素により置換されたもの等のリチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物などが挙げられる。場合によっては、2種以上の正極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物が、正極活物質として用いられる。なお、上記以外の正極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
[Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer 15 contains a positive electrode active material. As a positive electrode active material, what is generally used for the lithium ion secondary battery 10 should just be used. For example, lithium-transition metal complex oxides such as LiMn 2 O 4 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li (Ni-Co-Mn) O 2, and some of these transition metals substituted by other elements, Lithium-transition metal phosphate compounds, lithium-transition metal sulfate compounds and the like can be mentioned. In some cases, two or more positive electrode active materials may be used in combination. Preferably, in view of capacity and output characteristics, a lithium-transition metal complex oxide is used as a positive electrode active material. Of course, positive electrode active materials other than those described above may be used.
また、正極活物質層15は、必要に応じて界面活性剤、導電助剤、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などの添加剤を含むことができる。これらの物質についても周知のリチウムイオン二次電池10に使用されているものを使用することができる。 In addition, the positive electrode active material layer 15 may contain, if necessary, an additive such as a surfactant, a conductive aid, an electrolyte (a polymer matrix, an ion conductive polymer, an electrolytic solution, etc.), and a lithium salt for enhancing ion conductivity. Can be included. As these materials, those used in the well-known lithium ion secondary battery 10 can be used.
そして、正極活物質層15は正極活物質やその他の添加剤が、バインダーによって結合されている。本実施形態は、このバインダーとなる樹脂に加えられた熱履歴を後から検知するものである。詳細は後述する。 The positive electrode active material layer 15 has a positive electrode active material and other additives bonded thereto by a binder. In the present embodiment, the heat history applied to the binder resin is detected later. Details will be described later.
バインダーは、たとえば疎水性のものが使用される。なかでも、熱履歴を検知するのに好ましいバインダーは、たとえば、以下の材料が挙げられる。 The binder used is, for example, hydrophobic. Among them, preferred binders for detecting the heat history include, for example, the following materials.
ポリフッ化ビニリデン(PVDF)(水素原子が他のハロゲン元素にて置換された化合物を含む)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂である。これらの樹脂が一種類で用いられていてもよいし、または複数組み合わせて用いられていてもよい。 Polyvinylidene fluoride (PVDF) (including compounds in which a hydrogen atom is substituted with another halogen element), polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / peroper Fluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF) And other fluorine resins. These resins may be used alone or in combination of two or more.
これらの樹脂は、いずれも、フッ素樹脂などのハロゲンを含む樹脂である、このため、後述する実施例によって示されたPVDFと同様の示差走査熱量測定(DSC)のプロファイルになりうる。したがって、これらの樹脂であれば、本実施形態における熱履歴検知方法(詳細後述)によって熱履歴を検知し得る。特にポリフッ化ビニリデン(PVDF)が好ましい。しかし、示差走査熱量測定によって熱履歴が判明する樹脂材料であれば、これらに限定されるものではない。 Each of these resins is a halogen-containing resin such as a fluorocarbon resin, and therefore can have the same differential scanning calorimetry (DSC) profile as PVDF shown in the examples described later. Therefore, with these resins, the heat history can be detected by the heat history detection method (described in detail later) in the present embodiment. In particular, polyvinylidene fluoride (PVDF) is preferable. However, the resin material is not limited to these, as long as it is a resin material whose heat history can be determined by differential scanning calorimetry.
[負極活物質層]
負極活物質層13は、負極活物質を含む。負極活物質としては、一般的にリチウムイオン二次電池10に使用されているものであればよい。たとえば、グラファイト(黒鉛)、ソフトカーボン、ハードカーボン等の炭素材料、リチウム−遷移金属複合酸化物(例えば、Li4Ti5O12)、金属材料、リチウム合金系負極材料などが挙げられる。場合によっては、2種以上の負極活物質が併用されてもよい。好ましくは、容量、出力特性の観点から、炭素材料またはリチウム−遷移金属複合酸化物が、負極活物質として用いられる。なお、上記以外の負極活物質が用いられてもよいことは勿論である。
[Anode active material layer]
The negative electrode active material layer 13 contains a negative electrode active material. As a negative electrode active material, what is generally used for the lithium ion secondary battery 10 should just be used. For example, carbon materials such as graphite (graphite), soft carbon and hard carbon, lithium-transition metal complex oxide (for example, Li 4 Ti 5 O 12 ), metal materials, lithium alloy based negative electrode materials and the like can be mentioned. In some cases, two or more negative electrode active materials may be used in combination. Preferably, from the viewpoint of capacity and output characteristics, a carbon material or a lithium-transition metal complex oxide is used as the negative electrode active material. Of course, negative electrode active materials other than those described above may be used.
負極活物質層13は、必要に応じて、界面活性剤、導電助剤、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるためのリチウム塩などの添加剤をさらに含む。これらの物質についても周知のリチウムイオン二次電池10に使用されているものを使用することができる。 The negative electrode active material layer 13 further contains, if necessary, an additive such as a surfactant, a conductive aid, an electrolyte (a polymer matrix, an ion conductive polymer, an electrolytic solution, etc.), and a lithium salt for enhancing the ion conductivity. Including. As these materials, those used in the well-known lithium ion secondary battery 10 can be used.
そして、負極活物質層13においても、活物質やその他の添加剤を結合するためにバインダーが用いられている。バインダーは、正極活物質層15に用いられているものと同様の樹脂が用いられ、熱履歴の検知に使用することができる。 Also in the negative electrode active material layer 13, a binder is used to bind the active material and other additives. As the binder, a resin similar to that used for the positive electrode active material layer 15 is used, and can be used for detection of heat history.
[電解質層]
本実施形態における電解質層は、セパレーター17に電解液が含浸されてなる構成を有する。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer in the present embodiment has a configuration in which the separator 17 is impregnated with the electrolytic solution.
(セパレーター17)
セパレーター17は、電解質を保持して正極150と負極130との間のリチウムイオン伝導性を確保する機能、および正極150と負極130との間の隔壁としての機能を有する。
(Separator 17)
The separator 17 has a function of holding an electrolyte to secure lithium ion conductivity between the positive electrode 150 and the negative electrode 130, and a function as a partition between the positive electrode 150 and the negative electrode 130.
(電解質)
セパレーター17に含浸させる電解質は、一般的なリチウムイオン二次電池10に使用されている電解質であれば、特に限定されない。たとえば非水系電解質を挙げれば、有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。用いられる有機溶媒としては、たとえば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート等のカーボネート類が例示され、これらは2種類以上を混合して用いてもよい。また、リチウム塩としては、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiTaF6、LiCF3SO3等の電極の活物質層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。
(Electrolytes)
The electrolyte with which the separator 17 is impregnated is not particularly limited as long as it is an electrolyte used in a general lithium ion secondary battery 10. For example, if a non-aqueous electrolyte is mentioned, it has the form which the lithium salt which is a support salt melt | dissolved in the organic solvent. Examples of the organic solvent to be used include, for example, carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate, etc. You may mix and use. As the lithium salt, Li (CF 3 SO 2) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiAsF 6, LiTaF such 6, LiCF 3 SO 3 Compounds that can be added to the active material layer of the electrode may be employed as well.
[集電体]
集電体(負極集電体11および正極集電体12)を構成する材料に特に制限はないが、好適には金属が用いられる。
[Current collector]
Although there is no restriction | limiting in particular in the material which comprises a collector (the negative electrode collector 11 and the positive electrode collector 12), A metal is used suitably.
具体的には、金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス、チタン、銅、その他合金等などが挙げられる。また、これら金属の組み合わせやめっき材なども好ましく用いられうる。集電体についても、一般的なリチウムイオン二次電池10において使用されているものであれば特に限定されない。 Specifically, examples of the metal include aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium, copper, other alloys, and the like. In addition, combinations of these metals and plating materials can be preferably used. The current collector is also not particularly limited as long as it is used in a general lithium ion secondary battery 10.
また、正極リードおよび負極リードなども、集電体同様の金属が用いられ、特に限定されない。 Moreover, the metal similar to a collector is used also for a positive electrode lead, a negative electrode lead, etc., and it does not specifically limit.
[電池外装体]
電池外装体29としては、アルミニウムを含むラミネートフィルムが用いられる。ラミネートフィルムには、たとえば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロン(登録商標)をこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができる。そのほかリチウムイオン二次電池10において使用されるものであれば特に限定されない。また、公知の金属缶ケースを用いてもよい。
[Battery body]
As the battery exterior body 29, a laminated film containing aluminum is used. As the laminate film, for example, a laminate film having a three-layer structure in which polypropylene, aluminum and nylon (registered trademark) are laminated in this order can be used. There is no particular limitation as long as it is used in the lithium ion secondary battery 10. Moreover, you may use a well-known metal can case.
[熱履歴検知方法]
本実施形態による熱履歴検知方法を説明する。
[Heat history detection method]
The heat history detection method according to the present embodiment will be described.
本実施形態の熱履歴検知方法は、リチウムイオン二次電池10に含まれる樹脂を示差走査熱量測定(Differential Scanning Calorimetry:DSC)することにより、樹脂に加えられた最高到達温度を検知するものである。 The thermal history detection method of the present embodiment is to detect the highest reachable temperature applied to the resin by differential scanning calorimetry (DSC) of the resin contained in the lithium ion secondary battery 10 .
熱履歴を検知するための使用する樹脂は、リチウムイオン二次電池10内に存在する。本実施形態では、既に説明したように、正極活物質層15または負極活物質層13にバインダーとして含まれている樹脂から熱履歴を検知する。したがって、検知される熱履歴は、そのまま電極(正極または負極)の熱履歴ということであり、かつリチウムイオン二次電池10の熱履歴ということになる。 The resin used to detect the heat history is present in the lithium ion secondary battery 10. In the present embodiment, as described above, the heat history is detected from the resin contained in the positive electrode active material layer 15 or the negative electrode active material layer 13 as a binder. Therefore, the thermal history to be detected is the thermal history of the electrode (positive electrode or negative electrode) as it is, and also the thermal history of the lithium ion secondary battery 10.
(検量線または検量式作成)
検量線または検量式の作成は、リチウムイオン二次電池10に含まれる樹脂を使用する。本実施形態では、バインダーとして使用する樹脂を含んでいる電極を検量線または検量式作成のための試験体として用いる。
(Calibration curve or calibration formula creation)
The preparation of the calibration curve or calibration formula uses the resin contained in the lithium ion secondary battery 10. In the present embodiment, an electrode containing a resin used as a binder is used as a calibration curve or a test body for preparing a calibration formula.
まず、樹脂を含む電極から検量線または検量式作成用の試験体を作成する。試験体は複数用意する。そして試験体ごとに異なる熱履歴(最高温度)を印加する。このとき加えた熱の温度(印加温度)を記録しておく。 First, a test curve for preparing a calibration curve or calibration formula is prepared from an electrode containing a resin. Prepare multiple test specimens. Then, a different heat history (maximum temperature) is applied to each test body. The temperature (applied temperature) of the heat applied at this time is recorded.
その後(熱印加後、試験体が冷えてから)、各試験体についてDSC測定を2回以上実施する。そして1回目と2回目との差分プロファイルをとる。この差分プロファイルに現れるピーク温度、すなわちDSC測定における熱流の値が最も大きくなっている部分と、印加温度との相関関係を示す近似曲線Tを求める。近似曲線Tは、たとえば実際にグラフ上にピーク温度と印加温度をプロットして近似曲線Tを引いてもよいし、最小二乗法やその他の統計的手法を使用して近似曲線Tおよびそれを表す数式を求めてもよい。なお、プロファイルおよび検量線または検量式の具体例は後述する実施例参照。 Thereafter (after the test body has cooled after heat application), DSC measurement is performed twice or more for each test body. And I take a differential profile between the first and second times. An approximate curve T showing the correlation between the applied temperature and the peak temperature appearing in this difference profile, that is, the portion where the heat flow value in the DSC measurement is the largest, is determined. The fitted curve T may, for example, actually plot the peak temperature and the applied temperature on a graph to draw the fitted curve T, or use the least squares method or other statistical methods to represent the fitted curve T and it Formulas may be determined. For specific examples of the profile and the calibration curve or calibration equation, refer to the examples described later.
DSC測定に用いる電極は、正極でもよいし負極でもよい。なぜなら、正極も負極もバインダーが含まれているからである。ただし検量線または検量式を作成した樹脂が熱履歴未知のリチウムイオン二次電池にも用いられている必要がある。 The electrode used for DSC measurement may be a positive electrode or a negative electrode. This is because both the positive electrode and the negative electrode contain a binder. However, the resin for which the calibration curve or calibration formula has been prepared needs to be used also for a lithium ion secondary battery whose thermal history is unknown.
正極または負極には、バインダー以外の成分、たとえば正極であれば正極活物質、その他の添加剤、集電体などが含まれている。負極であれば負極活物質、その他の添加剤、集電体などが含まれている。バインダー以外の成分は、無機物質である。このためバインダー以外の成分によってDSC測定における吸熱や発熱の位置が移動することはほとんどない。このため熱履歴の検知には、バインダー以外の成分が含まれた電極を用いることができる。特に負極は、活物質として炭素材料をバインダーによって結合しているだけのものも多く、熱履歴検知に対する影響がより少ないため好ましい。 The positive electrode or the negative electrode contains components other than the binder, for example, in the case of the positive electrode, a positive electrode active material, other additives, a current collector, and the like. In the case of the negative electrode, a negative electrode active material, other additives, a current collector and the like are included. The components other than the binder are inorganic substances. Therefore, the position of heat absorption or heat generation in DSC measurement is hardly moved by components other than the binder. Therefore, an electrode containing a component other than the binder can be used to detect the heat history. In particular, many negative electrodes are preferable because they only have a carbon material bonded by a binder as an active material, and they have less influence on thermal history detection, which is preferable.
DSC測定には、リチウムイオン二次電池10から取り出した電極そのものを測定できる大きさに切り出して試験体としてもよいし、電極の集電体から活物質層を削り出して使用してもよい。 For the DSC measurement, the electrode itself taken out of the lithium ion secondary battery 10 may be cut out to a size that can be measured and used as a test body, or the active material layer may be scraped off from the current collector of the electrode.
(熱履歴未知の二次電池の測定)
次に、熱履歴(最高到達温度)が未知のリチウムイオン二次電池10から樹脂を含む部分を被検体として取り出す。このとき取り出す被検体は、樹脂を含む部分であるため電極を使用する。ここでも被検体は負極から取り出すことが好ましいが、正極でもよい。リチウムイオン二次電池10から取り出した電極は、水洗などにより電解質などの成分を洗い流したのち乾燥させる。
(Measurement of secondary battery with unknown heat history)
Next, from the lithium ion secondary battery 10 whose thermal history (maximum reached temperature) is unknown, the portion including the resin is taken out as a subject. Since the subject to be removed at this time is a portion containing a resin, an electrode is used. Here too, it is preferable to take out the subject from the negative electrode, but it may be a positive electrode. The electrode taken out of the lithium ion secondary battery 10 is washed away with components such as the electrolyte by washing with water and then dried.
そして取り出した被検体を用いてDSC測定を少なくとも2回実施する。得られた2回のDCS測定結果から、1回目と2回目のDSC測定結果の差分プロファイルを作成する。そして得られた差分プロファイルのピーク位置(ピーク温度ともいう)を検量線と対照するか、または検量式を用いて算出する。これにより、差分プロファイルのピーク位置の温度が判明する。すなわち、リチウムイオン二次電池10の熱履歴としての最高到達温度が判明することになる。 Then, DSC measurement is performed at least twice using the taken out subject. From the obtained two DCS measurement results, a differential profile of the first and second DSC measurement results is created. Then, the peak position (also referred to as peak temperature) of the obtained difference profile is compared with a calibration curve or calculated using a calibration equation. Thereby, the temperature of the peak position of the difference profile is determined. That is, the highest reachable temperature as the heat history of the lithium ion secondary battery 10 is found.
このように本実施形態では、あらかじめリチウムイオン二次電池10に使用されている樹脂を用いて2回のDCS測定により検量線または検量式を作成しておけば、同じように2回のDSC測定を行うことで熱履歴未知のリチウムイオン二次電池10の最高到達温度を知ることができる。 As described above, in the present embodiment, if a calibration curve or a calibration formula is prepared in advance by twice performing DCS measurement using a resin used for the lithium ion secondary battery 10, two DSC measurements are similarly performed. By doing this, it is possible to know the maximum reachable temperature of the lithium ion secondary battery 10 whose thermal history is unknown.
ここで、このようなDSC測定によって、その樹脂に加えられた熱履歴がわかる原理を説明する。 Here, the principle by which the thermal history applied to the resin can be determined by such DSC measurement will be described.
(i)1回目DCS測定により、熱履歴(最高温度)が反映された測定プロファイルが現れる。そしてこの1回目のDCS測定によって融点(または融点付近)まで昇温する過程で樹脂が溶融して、加わっていた熱履歴がキャンセルされる。 (I) The measurement profile in which the thermal history (maximum temperature) is reflected appears by the first DCS measurement. Then, the resin melts in the process of raising the temperature to the melting point (or near the melting point) by the first DCS measurement, and the heat history added is canceled.
これは、樹脂(高分子)は、熱の印加によって微結晶状態が変化する。1回目のDSC測定の際には、二次電池に加わった熱によって微結晶状態が変化する。そして1回目のDSCでは、加わった熱によって変化した微結晶状態に起因した吸熱(または発熱)が現れることになるのである。そして、樹脂の融点(または融点近く)まで温度を上げると、それまでに加えられた熱の影響による微結晶状態はほとんど存在しなくなる。このためそれまでに加えられた熱履歴がキャンセルされることになるのである。なお、1回目のDSC測定で温度を上げる際に、融点付近とは、樹脂に加えられた熱履歴よりも高い温度であればよく、たとえば、検知温度の上限温度として設定してもよい。 This is because the resin (polymer) changes its microcrystalline state by the application of heat. During the first DSC measurement, the heat applied to the secondary battery changes the microcrystalline state. Then, in the first DSC, an endotherm (or heat generation) appears due to the microcrystalline state changed by the applied heat. And when the temperature is raised to the melting point (or near the melting point) of the resin, there is almost no microcrystalline state due to the influence of the heat applied so far. For this reason, the heat history applied so far is canceled. When raising the temperature in the first DSC measurement, the vicinity of the melting point may be a temperature higher than the heat history applied to the resin, and may be set, for example, as the upper limit temperature of the detection temperature.
(ii)2回目DCS測定により、樹脂本来のプロファイルが現れる。このプロファイルがベースラインとなる。 (Ii) By the second time DCS measurement, the original profile of the resin appears. This profile is a baseline.
(iii)1回目と2回目のDCS測定の差分プロファイルをとることで、樹脂の熱履歴(最高到達温度)がピークとなって現れる。すなわち、1回目で熱履歴が反映されたプロファイルと2回目のベースラインプロファイルを引き算することで、熱履歴の中で最高到達温度に相当する部分がピークとなって現れる。 (Iii) By taking a differential profile between the first and second DCS measurements, the thermal history (maximum reached temperature) of the resin appears as a peak. That is, by subtracting the profile reflecting the heat history at the first time and the baseline profile at the second time, a portion corresponding to the highest reachable temperature appears as a peak in the heat history.
(iv)あらかじめ作成しておいた検量線または検量式に、差分プロファイルのピーク温度をあてはめることで、温度が推定できる。 (Iv) The temperature can be estimated by applying the peak temperature of the difference profile to a calibration curve or calibration formula prepared in advance.
端的にいえば、1回目と2回目では、樹脂に付与された熱処理条件(温度)が異なるため、それにより樹脂内の結晶化度に影響が出る。その影響によって1回目と2回目でDSCのプロファイルの出方も異なる。本実施形態では、このような樹脂に加わる熱による影響の違いから、最高到達温度を検知しているのである。 Briefly, the first and second times have different heat treatment conditions (temperature) applied to the resin, which affects the degree of crystallinity in the resin. Due to the influence, the appearance of the DSC profile also differs between the first and second times. In the present embodiment, the highest reachable temperature is detected from such a difference in the influence of heat applied to the resin.
このように樹脂に加わった熱履歴は、融点またはその付近まで温度を上げると消滅してしまう。したがって、検知できる温度範囲の上限は樹脂の融点Tmまでということになる。一方、下限はガラス転移点Tgまで可能である。しかし、熱履歴として知りたい温度は、異常な高温が発生したと見込まれる二次電池の最高到達温度である。したがって、下限は電池の仕様としての最高温度としてもよい。二次電池の仕様によって異なるものの、具体的には、たとえば検知可能温度は60〜200℃程度である。 Thus, the heat history added to the resin disappears when the temperature is raised to the melting point or its vicinity. Therefore, the upper limit of the detectable temperature range is up to the melting point Tm of the resin. On the other hand, the lower limit is possible to the glass transition point Tg. However, the temperature that one wants to know as a thermal history is the highest reachable temperature of the secondary battery that is expected to have an abnormally high temperature. Therefore, the lower limit may be the maximum temperature as the specification of the battery. Specifically, for example, the detectable temperature is about 60 to 200 ° C., although it varies depending on the specifications of the secondary battery.
本実施形態を用いた実施例を説明する。 An example using this embodiment will be described.
(検量線または検量式の作成)
樹脂としてPVDF用いた。検量線または検量式作成用の試験体は、リチウムイオン二次電池のバインダーとしてPVDFを使用している負極を用いた。試験体は、大きさ直径5mm、重さ16mgとなるように、負極を3枚打ち抜きで作成した。試験体は4個(サンプル1〜4)用意した。
(Creating a calibration curve or equation)
PVDF was used as a resin. The negative electrode which used PVDF as a binder of a lithium ion secondary battery was used for the calibration curve or the test object for calibration formula creation. Three negative electrodes were punched out so that a test body might be 5 mm in diameter and 16 mg in weight. Four specimens (samples 1 to 4) were prepared.
試験体ごとに異なる最高温度の熱を印加した。印加した熱の温度(印加温度)は、サンプル1は125℃で印加時間3時間、サンプル2は130℃で印加時間3時間、サンプル3は135℃で印加時間3時間、サンプル4は140℃で印加時間2時間である。熱の印加は各温度に調整した恒温槽にそれぞれのサンプルを入れて行った。 A different maximum temperature heat was applied to each test specimen. The temperature of applied heat (application temperature) is 125 ° C for sample 1 for 3 hours, sample 2 for 130 ° C for 3 hours, sample 3 for 135 ° C for 3 hours and sample 4 for 140 ° C. The application time is 2 hours. The heat was applied by placing each sample in a thermostatic bath adjusted to each temperature.
サンプルを恒温槽から取り出し、室温で放置して十分に冷やしたのち、1回目のDSC測定を行った。 The sample was taken out of the thermostat, allowed to stand at room temperature and sufficiently cooled, and then the first DSC measurement was performed.
DSC測定は、TAインスツルメント製示差走査熱量計DSC−Q1000を用いた。基準物質はインジウムを用いた。 For DSC measurement, a differential scanning calorimeter DSC-Q1000 manufactured by TA Instruments was used. The reference material used indium.
DSC測定の際の昇温速度10℃/min、降温速度5℃/minである。なお、測定温度範囲は室温〜200℃とした。 The temperature rise rate is 10 ° C./min and the temperature drop rate is 5 ° C./min at the time of DSC measurement. In addition, the measurement temperature range was from room temperature to 200 ° C.
1回目のDSC測定後、2回目のDSC測定を行った。測定装置や条件は1回目と同じとした。 After the first DSC measurement, the second DSC measurement was performed. Measurement equipment and conditions were the same as in the first round.
ここで130℃の熱を印加したサンプル2を例に、1回目のプロファイルと2回目のプロファイル、およびそれらの差分プロファイルを説明する。 Here, the first profile and the second profile, and their differential profiles are described by taking sample 2 to which heat of 130 ° C. is applied as an example.
図3は130℃印加であるサンプル2の1回目のプロファイルと2回目のプロファイルを示したグラフである。横軸は温度、縦軸は熱流である。また、図5は130℃印加のサンプル2における1回目と2回目の差分プロファイルである。横軸は温度、縦軸は1回目と2回目の熱流の差である(以下図4、6、7も同様)。
図3に示すように、1回目と2回目のプロファイルを比べると、1回目の方が2回目に比べてグラフの曲線に微妙なうねりが認められる。この1回目の変動が樹脂に加えられた熱履歴によって生じているのである。しかし、1回目のプロファイルを見ただけでは変動がどこで起きているかはっきりとしない。なお、170℃付近の大きな変動は樹脂そのものの特性によるもので熱履歴によるものではない(1回目も2回目も同じように起きているため)。
FIG. 3 is a graph showing the first and second profiles of sample 2 applied at 130 ° C. The horizontal axis is temperature, and the vertical axis is heat flow. Moreover, FIG. 5 is a differential profile of 1st time and 2nd time in the sample 2 of 130 degreeC application. The horizontal axis is the temperature, and the vertical axis is the difference between the first and second heat flows (the same applies to FIGS. 4, 6, 7).
As shown in FIG. 3, when the first and second profiles are compared, subtle undulations are observed in the curve of the graph in the first round compared to the second round. This first variation is caused by the heat history applied to the resin. However, just looking at the first profile does not clarify where the change is happening. Note that the large fluctuation around 170 ° C. is due to the characteristics of the resin itself and not due to the heat history (since it occurs in the same way for the first time and the second time).
一方、図5に示すように130℃印加のサンプル2における差分プロファイルを見ると、全体的になだらかな変動に加えて、印加温度である130℃付近で谷方向のピークが認められる。このピーク位置が1回目と2回目との差分のピークである。このように、熱履歴が反映された1回目のプロファイルだけでははっきりしなかった変動がベースラインとなる2回目と差分をとることで、ピークが現れてわかり易くなるのである。 On the other hand, as shown in FIG. 5, when looking at the differential profile of sample 2 applied at 130 ° C., in addition to the overall gentle fluctuation, a peak in the valley direction is observed around 130 ° C. which is the applied temperature. This peak position is the peak of the difference between the first and second times. As described above, by taking the difference between the variation that was not clarified only by the first profile in which the heat history is reflected and the second variation which becomes the baseline, a peak appears and it becomes easy to understand.
この差分プロファイルにおけるピーク(谷)の位置をピーク温度とし、各サンプルごとに印加温度との相関をとる。 The position of the peak (valley) in this difference profile is taken as the peak temperature, and is correlated with the applied temperature for each sample.
他のサンプルについても差分プロファイルを図示する。図4は125℃印加のサンプル1の1回目と2回目の差分プロファイルである。図6は135℃印加のサンプル3における1回目と2回目の差分プロファイルである。図7は140℃印加のサンプル4における1回目と2回目の差分プロファイルである。また、表1に、印加温度と差分プロファイルのピーク温度とをまとめて示した。 The difference profile is illustrated for the other samples. FIG. 4 shows the first and second differential profiles of sample 1 applied at 125 ° C. FIG. 6 shows the first and second differential profiles of sample 3 applied at 135 ° C. FIG. 7 shows first and second differential profiles in sample 4 applied at 140 ° C. In addition, Table 1 summarizes the applied temperature and the peak temperature of the differential profile.
次に、各サンプルの印加温度と差分プロファイルのピーク温度の相関関係から検量線となる近似曲線Tを求める。 Next, an approximate curve T to be a calibration curve is determined from the correlation between the applied temperature of each sample and the peak temperature of the differential profile.
図8は、印加温度と差分プロファイルのピーク温度から求めた近似曲線Tを描いたグラフである。横軸が印加温度、縦軸が差分プロファイルのピーク温度である。このグラフの近似曲線Tが検量線となる。また、最小二分法によって求めたこの近似曲線Tの式は下記(1)式に示す検量式となる。この(1)式における相関性R2=0.999である。近似曲線Tは実質的に近似直線となっている。 FIG. 8 is a graph depicting an approximate curve T obtained from the applied temperature and the peak temperature of the differential profile. The horizontal axis is the applied temperature, and the vertical axis is the peak temperature of the differential profile. The approximate curve T of this graph is a calibration curve. Further, the equation of the approximate curve T obtained by the minimum dichotomy method is a calibration equation represented by the following equation (1). The correlation R 2 in this equation (1) is 0.999. The approximate curve T is substantially an approximate straight line.
y=1.32x−29.9 …(1)
(1)式中、yは差分プロファイルのピーク温度、xは印加温度である。したがって、この(1)式を検量式として用いる場合は、下記(2)式のように(1)式を変形して、後述する熱履歴未知の二次電池における差分プロファイルのピーク温度をyに代入して、xの値を求める。
y = 1.32x-29.9 (1)
In equation (1), y is the peak temperature of the differential profile, and x is the applied temperature. Therefore, when the equation (1) is used as a calibration equation, the equation (1) is modified as in the following equation (2), and the peak temperature of the differential profile in the secondary battery whose thermal history is unknown as described later is y. Substitute to find the value of x.
ただし、求めた温度は本実施例では少数点以下を四捨五入した。 However, in the present embodiment, the obtained temperature is rounded off to the nearest decimal point.
x=(29.9+y)/1.32 …(2)
この検量線および検量式(図8および(1)式)からわかるように、印加温度とピーク温度の相関性が非常に高い。したがって、このような検量線または検量式を用いることで、1℃単位の温度の推定が可能になることがわかる。また、本実施例では4点(印加温度を違えたサンプル数4個)での検量線または検量式を作成したが、さらにサンプル数を増やすことで、より細かい温度で精度よく定量できるようになる。
x = (29.9 + y) /1.32 (2)
As can be seen from this calibration curve and calibration equation (FIG. 8 and equation (1)), the correlation between the applied temperature and the peak temperature is very high. Therefore, it is understood that the use of such a calibration curve or calibration equation makes it possible to estimate the temperature in 1 ° C. units. In addition, although the calibration curve or calibration formula at four points (four samples with different applied temperatures) was prepared in the present embodiment, further increase in the number of samples makes it possible to accurately quantify at a finer temperature. .
(熱履歴未知の二次電池の測定)
熱履歴が未知の二次電池であって、バインダーとしてPVDFを使用している二次電池から負極を被検体として取り出した。取り出した負極は、水洗後乾燥させてから被検体サンプルとした。この被検体サンプルを用いて、2回DSC測定を行った。DSC測定における被検体サンプルの大きさや重さ、温度などは検量線または検量式の作成時と同じ条件で行った。
(Measurement of secondary battery with unknown heat history)
The negative electrode was taken out as a subject from a secondary battery which is a secondary battery whose heat history is unknown and which uses PVDF as a binder. The taken-out negative electrode was washed with water and then dried to obtain an analyte sample. DSC measurement was performed twice using this subject sample. The size, weight, temperature, etc. of the sample in the DSC measurement were measured under the same conditions as in the preparation of the calibration curve or equation.
図9は熱履歴が未知の被検体サンプルの1回目と2回目の差分プロファイルである。 FIG. 9 shows first and second differential profiles of an object sample whose thermal history is unknown.
図9から差分プロファイルにおけるピーク温度は約113℃であることがわかる。このピーク温度を図8の検量線または検量式である(1)式を変形した(2)式を用いて、熱履歴である最高到達温度を推定すると約108℃となる。 It can be seen from FIG. 9 that the peak temperature in the differential profile is about 113.degree. This peak temperature is approximately 108 ° C. when the maximum achieved temperature, which is a thermal history, is estimated using equation (2) obtained by modifying equation (1) which is the calibration curve or calibration equation of FIG.
このように検量線または検量式を作成しておくことで、熱履歴がわからないリチウムイオン二次電池の最高到達温度を知ることが可能となる。 By preparing the calibration curve or calibration equation in this way, it is possible to know the highest attainable temperature of the lithium ion secondary battery whose thermal history is not known.
以上説明した実施形態および実施例によれば以下の効果を奏する。 According to the embodiments and examples described above, the following effects can be obtained.
(1)実施形態および実施例によれば、少なくとも2回のDSC測定を行うだけで、最高到達温度の定量が可能となる。したがって、リチウムイオン二次電池に異常高温が発生した場合に、その電池がどの程度の温度まで上昇したかを非電気化学的手法によって定量的に調べることが可能となる。 (1) According to the embodiment and the example, quantification of the highest temperature can be performed by performing at least two DSC measurements. Therefore, when an abnormally high temperature occurs in the lithium ion secondary battery, it becomes possible to quantitatively investigate to what degree the temperature of the battery has risen by the non-electrochemical method.
また、1℃単位での定量が可能となることで、電池内部における局所的な異常発熱部位を、後から特定することが可能となる。たとえば、実施形態において説明した積層型のリチウムイオン二次電池10は、セパレーター17によって分離された複数の電極(負極130および正極150)が積層された構造である。このような電池に異常高温が起きた場合に、積層されている各電極から、それぞれ被検体を作成して、それぞれの被検体について2回のDSC測定を行う。そしてあらかじめ作成しておいた検量線または検量式を用いて最高到達温度を推定する。これにより積層電池内部のどの位置にあった電極がより高温になったのかがわかるようになる。通常電流が多く流れた部分の温度が最も高くなることから、局所的な高温部が見つかれば、その箇所で電流が多く流れたことがわかる。このような局所的な不良箇所を特定できることは不良解析において非常に有効な手段となる。 In addition, since quantitative determination at 1 ° C. becomes possible, it becomes possible to identify a locally abnormal heat generation site inside the battery later. For example, the stacked lithium ion secondary battery 10 described in the embodiment has a structure in which a plurality of electrodes (the negative electrode 130 and the positive electrode 150) separated by the separator 17 are stacked. When an abnormally high temperature occurs in such a battery, a subject is prepared from each of the stacked electrodes, and two DSC measurements are performed on each subject. Then, the highest reachable temperature is estimated using a calibration curve or calibration formula prepared in advance. As a result, it becomes possible to know at which position inside the laminated battery the electrode which has been at a higher temperature. Since the temperature of the portion where a large amount of current flowed is the highest, it can be understood that a large amount of current flowed at that point if a local high temperature portion was found. Being able to identify such local defects is a very effective means in defect analysis.
(2)実施形態および実施例においては、DSC測定を負極で行う方が好ましい。これは、既に説明したように、負極を構成する負極活物質に含まれている物質が炭素のような安定した無機物とバインダーとなる樹脂成分である。このため、DSC測定におけるプロファイル(グラフの曲線)がきれいに現れて、ピーク温度を判別しやすくなる。 (2) In the embodiment and the examples, it is preferable to perform DSC measurement at the negative electrode. As described above, the substance contained in the negative electrode active material constituting the negative electrode is a stable inorganic substance such as carbon and a resin component serving as a binder. For this reason, the profile (curve of the graph) in the DSC measurement appears clearly, making it easy to determine the peak temperature.
(3)実施形態および実施例においては、熱履歴を検知する温度範囲として、二次電池に含まれる樹脂のガラス転移点から融点までの間の温度とした。これにより非常に幅広い温度範囲の熱履歴(最高到達温度)を検知することができる。 (3) In the embodiment and examples, the temperature range for detecting the heat history is a temperature between the glass transition point of the resin contained in the secondary battery and the melting point. This makes it possible to detect the thermal history (maximum achieved temperature) in a very wide temperature range.
(4)実施形態および実施例においては、熱履歴を検知するために使用する樹脂は、リチウムイオン二次電池の電極内にあるバインダーとして使用されているものである。したがって、本発明を適用するために新たな構成の二次電池にする必要はなく、既存のリチウムイオン二次電池においても熱履歴を知ることができるようになる。 (4) In the embodiment and the example, the resin used to detect the heat history is one used as a binder in the electrode of the lithium ion secondary battery. Therefore, it is not necessary to use a secondary battery of a new configuration to apply the present invention, and the heat history can be known also in the existing lithium ion secondary battery.
(5)実施形態および実施例においては、熱履歴を検知するために使用する樹脂は、既に説明したように、フッ素樹脂であり、2回のDCS測定によって熱履歴の最高到達温度に対応したピーク温度が現れやすく、熱履歴を知ることができる。 (5) In the embodiment and the examples, as described above, the resin used to detect the heat history is a fluorine resin, and a peak corresponding to the highest reached temperature of the heat history by two DCS measurements. The temperature is likely to appear and the heat history can be known.
以上、本発明を適用した実施形態および実施例を説明したが、本発明はこれら実施形態や実施例に限定されるものではない。 The embodiments and examples to which the present invention is applied have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments and examples.
上述した実施例では、検量線または検量式を4つの温度を印加して作成したがさらに多くの温度によって検量線または検量式作成のためのDSC測定を実施してもよい。 In the above-described embodiment, the calibration curve or calibration formula is created by applying four temperatures, but more temperatures may be used to perform DSC measurement for calibration curve or calibration formula creation.
また、検量線または検量式の作成には、上記実施例では、リチウムイオン二次電池の電極を取り出して試験体として使用したが、これに限定されない。検量線または検量式の作成に使用する樹脂は、リチウムイオン二次電池に含まれる樹脂であればどのようなものであってもよい。たとえば、バインダーとして使用する樹脂単体を試験体としてもよいし、または活物質などと混合した状態(電極形成前)を試験体としてもよい。なお、樹脂(高分子)は、分子量が大きく異なるとDCS測定におけるピーク位置が異なることがある。このため樹脂単体を試験体として用いる場合は、リチウムイオン二次電池に使用される樹脂(たとえば製品番号や仕様が同じ)を用いることが好ましい。 Moreover, although the electrode of the lithium ion secondary battery was taken out and used as a test body in the said Example for preparation of a calibration curve or a calibration formula, it is not limited to this. The resin used to create the calibration curve or calibration equation may be any resin as long as it is a resin contained in a lithium ion secondary battery. For example, a single resin used as a binder may be used as a test body, or a state in which it is mixed with an active material or the like (before electrode formation) may be used as a test body. The resin (polymer) may have different peak positions in DCS measurement if the molecular weight is largely different. For this reason, when using a resin alone as a test body, it is preferable to use a resin used for a lithium ion secondary battery (for example, the same product number and specification).
また、バインダーが複数の樹脂からなる場合は、検量線または検量式の作成に際しても、同じ複数の樹脂を組み合わせた試験体をすることが好ましい。具体的には、たとえばバインダーとして使用される複数の樹脂が混合された状態を試験体とすることが好ましく、より好ましくは、実施例のごとく電極そのものを試験体とすることである。 In addition, when the binder is composed of a plurality of resins, it is preferable to use a test body in which the same plurality of resins are combined also when preparing a calibration curve or calibration formula. Specifically, for example, a state in which a plurality of resins used as a binder are mixed is preferably used as a test body, and more preferably, the electrode itself is used as a test body as in the example.
また、実施例では、2回のDSC測定を行っているが、このDSC測定の回数は2回以上であれば何度でもよい。2回目以降は、その樹脂のベースラインが現れることになるので、1回目との比較はどの回の測定結果を用いてもよい。 Further, in the example, two DSC measurements are performed, but the number of DSC measurements may be any number as long as it is two or more. After the second time, since a baseline of the resin appears, any measurement results may be used for comparison with the first time.
また、実施形態および実施例では、リチウムイオン二次電池の電極に含まれているバインダーの樹脂をDSC測定することで熱履歴を検知するものしたが、本発明はバインダーの樹脂から熱履歴を検知することに限定されない。バインダー以外の樹脂であっても、リチウムイオン二次電池に含まれる樹脂であり、かつ、上述した実施形態や実施例のごとく、少なくとも2回のDSC測定でピーク温度が現れるものであれば使用可能である。たとえば、リチウムイオン二次電池内または外装材の外表面に、熱履歴検知のために専用の樹脂を設けるようにしてもよい。 In the embodiments and examples, the heat history is detected by DSC measurement of the resin of the binder contained in the electrode of the lithium ion secondary battery, but the present invention detects the heat history from the resin of the binder It is not limited to. Even resins other than binders can be used as long as they are resins included in a lithium ion secondary battery and, as in the embodiments and examples described above, peak temperatures appear in at least two DSC measurements. It is. For example, a dedicated resin may be provided for detecting the heat history on the inside of the lithium ion secondary battery or on the outer surface of the packaging material.
そのほか、本発明は実施形態や実施例に限定されるものではなく、様々な変形形態が可能であり、本発明は特許請求の範囲により規定した事項によって定められるものである。 Besides, the present invention is not limited to the embodiments and examples, and various modifications are possible, and the present invention is defined by the matters defined by the claims.
10 リチウムイオン二次電池、
11 負極集電体、
12 正極集電体、
13 負極活物質層、
15 正極活物質層、
17 セパレーター、
19 単電池層、
21 発電要素、
130 負極、
150 正極。
10 lithium ion rechargeable batteries,
11 negative electrode current collector,
12 positive electrode current collector,
13 negative electrode active material layer,
15 positive electrode active material layer,
17 separators,
19 cell layers,
21 power generation elements,
130 negative electrode,
150 positive electrode.
Claims (5)
熱履歴未知のリチウムイオン二次電池から樹脂を含む部分を被検体として取り出し、当該被検体に対して示差走査熱量測定を少なくとも2回行って、1回目の示差走査熱量測定結果と2回目以降の示差走査熱量測定結果の差分プロファイルを求め、当該差分プロファイルに現れたピーク温度を前記検量線または検量式にあてはめて前記リチウムイオン二次電池に加わった最高到達温度を推定する段階と、
を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池の熱履歴検知方法。 A plurality of test bodies containing a resin contained in a lithium ion secondary battery are prepared, and heat of different known temperatures is applied to the prepared plurality of test bodies to give one heat history, and the heat history is calculated The differential profile of the first differential scanning calorimetry result and the second differential scanning calorimetry result is determined by performing differential scanning calorimetry twice for each of the plurality of applied test bodies, and the peak appeared in the differential profile Preparing a calibration curve or equation in advance based on the correlation between the temperature and the known temperature of the applied heat;
The portion containing the resin is taken out from the lithium ion secondary battery whose heat history is unknown as a subject, differential scanning calorimetry is performed at least twice on the subject, and the first differential scanning calorimetry result and the second and subsequent ones Obtaining a differential profile of differential scanning calorimetry results, and applying the peak temperature appearing in the differential profile to the calibration curve or calibration equation to estimate the maximum reached temperature applied to the lithium ion secondary battery;
A heat history detection method of a lithium ion secondary battery characterized by having.
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