JP7282555B2 - System for checking abnormal operation of secondary battery, secondary battery for test, method for manufacturing secondary battery for test, and method for checking operation of secondary battery protection circuit - Google Patents
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Description
本発明の一様態は、物、方法、又は、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置または電子機器の製造方法に関する。本発明の一態様は、車両、または車両に設けられる車両用電子機器に関する。特に、二次電池の保護回路、二次電池の充電制御方法、二次電池の異常検知システム、及び二次電池を有する電子機器に関する。 One aspect of the present invention relates to an article, method, or manufacturing method. Alternatively, the invention relates to a process, machine, manufacture, or composition of matter. One embodiment of the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, a display device, a light-emitting device, a power storage device, a lighting device, or an electronic device. One aspect of the present invention relates to a vehicle or a vehicle electronic device provided in the vehicle. More particularly, it relates to a secondary battery protection circuit, a secondary battery charging control method, a secondary battery abnormality detection system, and an electronic device having a secondary battery.
なお、本明細書中において、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。例えば、リチウムイオン二次電池などの蓄電装置(二次電池ともいう)、リチウムイオンキャパシタ、及び電気二重層キャパシタなどを含む。 Note that in this specification, a power storage device generally refers to elements and devices having a power storage function. Examples include a power storage device (also referred to as a secondary battery) such as a lithium ion secondary battery, a lithium ion capacitor, an electric double layer capacitor, and the like.
近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池等、種々の蓄電装置の開発が盛んに行われている。特に高出力、高エネルギー密度であるリチウムイオン二次電池は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、もしくはノート型コンピュータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ、医療機器、又は、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(EV)、もしくはプラグインハイブリッド車(PHEV)等の次世代クリーンエネルギー自動車など、半導体産業の発展と併せて急速にその需要が拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社会に不可欠なものとなっている。 In recent years, various power storage devices such as lithium ion secondary batteries, lithium ion capacitors, and air batteries have been actively developed. In particular, lithium-ion secondary batteries, which have high output and high energy density, are used in portable information terminals such as mobile phones, smart phones, tablets, or notebook computers, portable music players, digital cameras, medical equipment, or hybrid vehicles (HEV). , electric vehicles (EV), and next-generation clean energy vehicles such as plug-in hybrid vehicles (PHEV). It has become an indispensable part of the modernized society.
携帯情報端末や電気自動車などにおいては、複数の二次電池を直列接続または並列接続して保護回路を設け、電池パック(組電池ともよぶ)として使用される。電池パックとは、二次電池の取り扱いを容易にするため、複数個の二次電池を、所定の回路と共に容器(金属缶、フィルム外装体)内部に収納したものを指す。電池パックは、動作状態を管理するために、ECU(Electronic Control Unit)が設けられる。 In personal digital assistants, electric vehicles, and the like, a plurality of secondary batteries are connected in series or in parallel to provide a protection circuit, and used as a battery pack (also called assembled battery). A battery pack refers to a container (metal can, film package) containing a plurality of secondary batteries together with a predetermined circuit for easy handling of the secondary batteries. The battery pack is provided with an ECU (Electronic Control Unit) to manage the operating state.
特許文献1では、二次電池の微小短絡(マイクロショートとも呼ぶ)を検出する電池状態検知装置及びそれを内蔵する電池パックが示されている。 Patent Literature 1 discloses a battery state detection device that detects a minute short circuit (also referred to as a micro short circuit) in a secondary battery and a battery pack containing the same.
通常の二次電池は、出荷時に検査し、異常が発生した二次電池を取り除いている。二次電池の製造技術の向上により、異常が発生する二次電池の数は減っている。しかしながら、長期使用後に異常発生する二次電池の数をゼロにすることは困難である。 Ordinary secondary batteries are inspected at the time of shipment, and any secondary battery that has an abnormality is removed. Improvements in manufacturing technology for secondary batteries have reduced the number of secondary batteries in which abnormalities occur. However, it is difficult to eliminate the number of secondary batteries that malfunction after long-term use.
また、出荷時に検査された正常な二次電池は出荷され、使用者によって複数回繰り返し充放電する。中にはマイクロショートが発生する場合もあるが、発生するまでに長時間かかる場合がある。また、マイクロショートが複数回生じた末に短絡してしまった後では二次電池は機能しない。従って、マイクロショートを検出するための回路は、エミュレータなどを用いて疑似的な波形を用いて動作確認することがある。 Also, a normal secondary battery that has been inspected at the time of shipment is shipped, and is repeatedly charged and discharged multiple times by the user. In some cases, a micro-short may occur, but it may take a long time to occur. In addition, the secondary battery does not function after short-circuiting after multiple micro-shorts have occurred. Therefore, the operation of a circuit for detecting a micro-short is sometimes checked using a pseudo waveform using an emulator or the like.
短時間に確実にマイクロショートを検出できる回路が望まれており、そのような回路の実証のための二次電池が望まれている。即ち、初期動作時には異常がなく、その後、確実にマイクロショートが発生する二次電池が所望されている。針状のニッケル片を二次電池内に挿入し、プレスする事でショートを起こす安全性試験が行われているが、充放電を伴わないショートでありマイクロショートを模擬できていない。確実にマイクロショートが発生する二次電池を用いて保護回路の動作確認するシステムを提供することを課題の一とする。 A circuit that can reliably detect micro-shorts in a short period of time is desired, and a secondary battery for demonstrating such a circuit is desired. That is, there is a demand for a secondary battery in which there is no abnormality at the time of initial operation and in which micro-shorts occur reliably thereafter. A safety test has been conducted in which a needle-shaped piece of nickel is inserted into a secondary battery and pressed to cause a short circuit. An object is to provide a system for confirming the operation of a protection circuit using a secondary battery in which a micro-short is sure to occur.
マイクロショートとは、二次電池の内部の微小な短絡のことを指しており、二次電池の正極と負極が短絡して充放電不可能の状態になるというほどではなく、微小な短絡部でわずかに短絡電流が10ナノ秒以上1マイクロ秒未満の期間流れてしまう現象を指している。マイクロショートの原因は、充放電が複数回行われることによって、正極活物質の不均一な分布により、正極の一部と負極の一部で局所的な電流の集中が生じ、セパレータの一部が機能しなくなる箇所が発生すること、または副反応物が発生することにある。 A micro-short refers to a minute short circuit inside a secondary battery, and it does not mean that the positive electrode and negative electrode of the secondary battery are short-circuited and cannot be charged or discharged. It refers to a phenomenon in which a slight short-circuit current flows for a period of 10 nanoseconds or more and less than 1 microsecond. The cause of the micro-short is that the non-uniform distribution of the positive electrode active material due to repeated charging and discharging causes local current concentration in part of the positive electrode and part of the negative electrode, and part of the separator The problem lies in the generation of sites that fail to function or the generation of side reactions.
二次電池の小型化のため、セパレータの薄化が望まれており、さらに、高い電圧での急速給電による充電が望まれており、どちらも二次電池にマイクロショートが生じやすい構成となっている。また、マイクロショートが繰り返し発生することで二次電池の異常発熱、及び発火などの重大事故に繋がる可能性がある。 In order to reduce the size of secondary batteries, thinner separators are desired, and charging by rapid power supply at high voltage is also desired. there is In addition, repeated occurrence of micro-shorts may lead to serious accidents such as abnormal heat generation and ignition of the secondary battery.
そこで、本明細書では意図的にマイクロショートを発生させることのできる二次電池を作製し、マイクロショート発生の検出装置の動作確認ができるシステムを提供する。 Therefore, in this specification, a secondary battery capable of intentionally generating a micro-short is manufactured, and a system is provided in which the operation of a micro-short detection device can be confirmed.
本明細書で開示する構成は、複数回の充放電後にある特定の挙動を示す異常を発現する試験用の電池セルを作製し、試験用の電池セルと異常検出回路を電気的に接続し、異常検出回路が接続された試験用の電池セルの充放電サイクル試験を行い、試験用の電池セルがある特定の挙動を示す異常を発生して異常検出回路がその異常を検出することを確認し、異常検出回路から試験用の電池セルを取り外す二次電池の異常動作確認システムである。 The configuration disclosed herein is to prepare a test battery cell that develops an abnormality that exhibits a specific behavior after multiple charging and discharging, electrically connect the test battery cell and an abnormality detection circuit, A charge-discharge cycle test is performed on the test battery cell to which the abnormality detection circuit is connected, and it is confirmed that the test battery cell generates an abnormality that exhibits a specific behavior and that the abnormality detection circuit detects the abnormality. , an abnormal operation confirmation system for a secondary battery in which a test battery cell is removed from an abnormality detection circuit.
上記構成において、常温(25℃)環境下にて、複数回の充放電後、具体的には50サイクル以上150サイクル以下にある特定の挙動を示す異常はマイクロショートである。25℃未満の低温環境下、又は25℃よりも高い高温環境下においては負極又は電解液の構成によって50サイクル以下の初期にマイクロショートが発生する。また、セパレータを、細孔の平均孔径を15μm以上とする事でマイクロショートの発生が50サイクル以下でも発生する。 In the above configuration, an abnormality that exhibits a specific behavior specifically at 50 cycles or more and 150 cycles or less after multiple charge/discharge cycles under a normal temperature (25° C.) environment is a micro-short. In a low temperature environment of less than 25° C. or in a high temperature environment of more than 25° C., a micro-short occurs at the initial stage of 50 cycles or less depending on the configuration of the negative electrode or electrolyte. In addition, by setting the average pore diameter of the pores of the separator to 15 μm or more, the occurrence of micro-shorts occurs even after 50 cycles or less.
また、上記構成において、試験用の電池セルは、正極活物質と、セパレータと、負極活物質とを有し、負極活物質表面に金属ナノ粒子が付着し、金属ナノ粒子の粒径は、セパレータの孔径よりも小さい。従って、試験用の電池セルも本発明の一つである。また、負極に対する正極の容量比率は70%以上95%以下の正常なセルの構成とする。 Further, in the above configuration, the test battery cell has a positive electrode active material, a separator, and a negative electrode active material, metal nanoparticles adhere to the surface of the negative electrode active material, and the particle size of the metal nanoparticles is smaller than the pore size of Therefore, a test battery cell is also one aspect of the present invention. In addition, a normal cell structure having a capacity ratio of the positive electrode to the negative electrode of 70% or more and 95% or less is used.
本明細書で開示する試験用の電池セルは、正極活物質と、セパレータと、負極活物質とを有し、充放電を数サイクル行った後には負極活物質表面に金属ナノ粒子が付着し、金属ナノ粒子の粒径は、セパレータの孔径よりも小さい。また、充放電を数サイクル行った後には金属ナノ粒子だけでなく、正極活物質に用いられた金属(例えばマンガンなど)も負極活物質表面に付着する。 The test battery cell disclosed in this specification has a positive electrode active material, a separator, and a negative electrode active material, and after several cycles of charging and discharging, metal nanoparticles adhere to the surface of the negative electrode active material, The particle size of the metal nanoparticles is smaller than the pore size of the separator. Moreover, after several cycles of charging and discharging, not only the metal nanoparticles but also the metal (for example, manganese) used for the positive electrode active material adheres to the surface of the negative electrode active material.
また、その作製方法も特徴を有しており、その作製方法に関する構成は、正極活物質と、金属ナノ粒子が分散された溶媒とを混合し、焼成して正極活物質層を形成し、正極活物質層と、複数の孔を有するセパレータと、負極活物質を含む層とを重ねて電池セルを作製し、充放電を数サイクル行うことによって、セパレータの穴を通過させた金属ナノ粒子を負極活物質表面に付着させる。 In addition, the manufacturing method is also characterized, and the configuration related to the manufacturing method is as follows. A battery cell is produced by stacking an active material layer, a separator having a plurality of holes, and a layer containing a negative electrode active material, and by performing several cycles of charging and discharging, the metal nanoparticles that have passed through the holes of the separator are transferred to the negative electrode. Adhere to the surface of the active material.
上記作製方法において、正極活物質層と、複数の孔を有するセパレータと、負極活物質を含む層とを重ねた後、プレス(加圧)を行う。ここでの加圧が弱すぎるとマイクロショートが発生せず、加圧が強すぎると初期ショートしてしまう。 In the above manufacturing method, pressing is performed after stacking the positive electrode active material layer, the separator having a plurality of holes, and the layer containing the negative electrode active material. If the pressure here is too weak, micro-shorts will not occur, and if the pressure is too strong, initial short-circuiting will occur.
また、二次電池の保護回路の動作確認方法も本発明の一つである。 A method for checking the operation of a protection circuit for a secondary battery is also one aspect of the present invention.
本明細書で開示する動作確認方法の構成は、正極活物質と、金属ナノ粒子が分散された溶媒を正極活物質上に塗布し、乾燥して正極活物質層を形成し、正極活物質層と、複数の孔を有するセパレータと、負極活物質を含む層とを重ねて電池セルを作製し、電池セルに充電回路及びマイクロショートの検出回路を電気的に接続し、電池セルの充電または放電を行うことによって、セパレータの孔を通過させた金属ナノ粒子を負極活物質表面に付着させ、さらに電池セルの充電または放電を行うことによって、負極活物質表面に付着させた金属ナノ粒子を核としてセパレータの孔を経由する析出物を成長させ、析出物の成長により析出物の先端が正極活物質に達して短絡が生じた場合にマイクロショートの検出回路で検出を行う二次電池の保護回路の動作確認方法である。 The configuration of the operation confirmation method disclosed in this specification is to apply a positive electrode active material and a solvent in which metal nanoparticles are dispersed on the positive electrode active material, dry it to form a positive electrode active material layer, and Then, a separator having a plurality of holes and a layer containing a negative electrode active material are stacked to form a battery cell, a charging circuit and a micro-short detection circuit are electrically connected to the battery cell, and the battery cell is charged or discharged. By performing, the metal nanoparticles that have passed through the pores of the separator are attached to the surface of the negative electrode active material, and the battery cell is charged or discharged, so that the metal nanoparticles attached to the surface of the negative electrode active material are used as nuclei. A protection circuit for a secondary battery in which a micro short circuit is used to detect a short circuit when a deposit is grown through the pores of the separator and the tip of the deposit reaches the positive electrode active material due to the growth of the deposit, causing a short circuit. This is the operation confirmation method.
二次電池の長期信頼性を確保するには、負極活物質表面に起点やリチウムなどの析出物が成長しないように製造しているため、短期間でマイクロショートが発生することは少ないと考えられる。長期信頼性を確保している二次電池の異常検出においては、マイクロショートの発生に長期間要するため検出にも時間がかかってしまう。長期信頼性を確保している二次電池の製造時に一部変更を加えるだけで、早いサイクルでマイクロショートを発生させることができる二次電池を提供できるため、特に有効である。 In order to ensure the long-term reliability of secondary batteries, it is believed that micro-shorts are unlikely to occur in a short period of time, as they are manufactured so that deposits such as starting points and lithium do not grow on the surface of the negative electrode active material. . In detecting an abnormality in a secondary battery that ensures long-term reliability, it takes a long time to detect a micro-short because it takes a long time. This is particularly effective because it is possible to provide a secondary battery that can cause micro-shorts in a fast cycle by only partially changing the manufacturing process of a secondary battery that ensures long-term reliability.
負極活物質表面に付着した金属ナノ粒子を起点(核とも言える)としてリチウムなどの析出物が成長し、セパレータの細孔に入り込み、セパレータを貫通して正極負極間で短絡が発生する。 Deposits of lithium or the like grow starting from the metal nanoparticles attached to the surface of the negative electrode active material (which can be said to be nuclei), enter the pores of the separator, penetrate the separator, and cause a short circuit between the positive and negative electrodes.
正極活物質に付着させていた金属ナノ粒子を負極活物質表面に移動するまでのプロセスに時間または複数の充放電が必要であるため、タイムラグを設けることができる。このタイムラグによって初期動作では問題なく二次電池が動作し、その後、充放電を繰り返すと早い段階で確実にマイクロショートを発生させることができる。 A time lag can be provided because the process of moving the metal nanoparticles adhered to the positive electrode active material to the surface of the negative electrode active material requires time or multiple charge/discharge cycles. Due to this time lag, the secondary battery operates without problems in the initial operation, and after that, when charging and discharging are repeated, a micro-short can be reliably generated at an early stage.
このような電池セルを作製することで初期不良を生じることなく、早いサイクルでマイクロショートを発生させることができる。このような電池セルを用いることでマイクロショート発生の検出装置を用いて動作確認ができる。 By fabricating such a battery cell, it is possible to cause micro-shorts in early cycles without causing initial failures. By using such a battery cell, it is possible to check the operation using a device for detecting the occurrence of a micro-short.
従って、このような電池セルは、異常発生検知用の電池セル、または試験用電池セルとも言える。勿論、この試験用電池セルの容量比は正常なセルである。 Therefore, such a battery cell can also be said to be a battery cell for abnormality occurrence detection or a test battery cell. Of course, this test battery cell has a normal capacity ratio.
すなわち、このような電池セルも本発明の一つであり、正極活物質と、セパレータと、負極活物質とを有し、負極活物質表面に金属ナノ粒子が付着し、金属ナノ粒子の粒径は、セパレータの孔径よりも小さい電池セルである。 That is, such a battery cell is also one of the present invention, and has a positive electrode active material, a separator, and a negative electrode active material, metal nanoparticles adhere to the surface of the negative electrode active material, and the particle size of the metal nanoparticles is a battery cell whose pore size is smaller than that of the separator.
二次電池の正極活物質として例えば、元素A、元素X、及び酸素を有する材料を用いることができる。元素Aは第1族の元素および第2族の元素から選ばれる一以上であることが好ましい。第1族の元素として例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属を用いることができる。また、第2族の元素として例えば、カルシウム、ベリリウム、マグネシウム等を用いることができる。元素Xとして例えば金属元素、シリコン及びリンから選ばれる一以上を用いることができる。また、元素Xはコバルト、ニッケル、マンガン、鉄、及びバナジウムから選ばれる一以上であることが好ましい。代表的には、ニッケルマンガンコバルト酸化物(NCM)、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)が挙げられる。ニッケルマンガンコバルト酸化物(NCM)を正極材料に用いた場合は、充放電を数サイクル行った後には、マンガンも負極に付着し、金属ナノ粒子とともに析出物(導体)を構成し、マイクロショート発生を助長することができる。 For example, a material containing element A, element X, and oxygen can be used as the positive electrode active material of the secondary battery. Element A is preferably one or more selected from Group 1 elements and Group 2 elements. Alkali metals such as lithium, sodium, and potassium can be used as the Group 1 elements. Also, for example, calcium, beryllium, magnesium, or the like can be used as the Group 2 element. As the element X, for example, one or more selected from metal elements, silicon and phosphorus can be used. Also, the element X is preferably one or more selected from cobalt, nickel, manganese, iron, and vanadium. Typical examples include nickel manganese cobalt oxide (NCM) and lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ). When nickel-manganese-cobalt oxide (NCM) is used as the positive electrode material, manganese also adheres to the negative electrode after several cycles of charging and discharging, and forms a deposit (conductor) together with the metal nanoparticles, causing micro-shorts. can encourage
二次電池の負極活物質として黒鉛のほかにリチウムとの合金化・脱合金化反応により充放電反応を行うことが可能な元素を用いることができる。例えば、シリコン、スズ、ガリウム、アルミニウム、ゲルマニウム、鉛、アンチモン、ビスマス、銀、亜鉛、カドミウム、インジウム等のうち少なくとも一つを含む材料を用いることができる。このような元素は炭素と比べて容量が大きく、特にシリコンは理論容量が4200mAh/gと高い。 As the negative electrode active material of the secondary battery, in addition to graphite, an element capable of undergoing charge/discharge reaction by alloying/dealloying reaction with lithium can be used. For example, materials containing at least one of silicon, tin, gallium, aluminum, germanium, lead, antimony, bismuth, silver, zinc, cadmium, indium, etc. can be used. Such an element has a larger capacity than carbon, and silicon in particular has a high theoretical capacity of 4200 mAh/g.
金属ナノ粒子は、平均粒子径が1nm以上100nm以下の金属微粒子であり、セパレータの細孔よりも小さい。 The metal nanoparticles are fine metal particles having an average particle size of 1 nm or more and 100 nm or less, and are smaller than the pores of the separator.
セパレータとしては、例えば、紙をはじめとするセルロースを有する繊維、不織布、ガラス繊維、セラミックス、或いはナイロン(ポリアミド)、ビニロン(ポリビニルアルコール系繊維)、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン、ポリウレタンを用いた合成繊維等で形成されたものを用いることができる。セパレータは金属ナノ粒子をセパレータの細孔を通じて通過させるため、樹脂製の微多孔質フィルムを用いることが好ましい。セパレータの細孔の平均孔径は0.1μm以上15μm以下である。セパレータはこれらを2層用いる事もでき、またセパレータ表面にアルミナなどのセラミックスを付着させた物も用いる事ができる。 Examples of separators include fibers containing cellulose such as paper, non-woven fabrics, glass fibers, ceramics, synthetic fibers using nylon (polyamide), vinylon (polyvinyl alcohol-based fiber), polyester, acrylic, polyolefin, and polyurethane. can be used. Since the separator allows the metal nanoparticles to pass through the pores of the separator, it is preferable to use a microporous resin film. The average pore diameter of the pores of the separator is 0.1 μm or more and 15 μm or less. Two layers of these can be used for the separator, and a separator having ceramics such as alumina adhered to the surface of the separator can also be used.
金属ナノ粒子の材料としては銅、スズ、亜鉛、ニッケルまたは銀から選ばれた少なくとも1種である。 The material of the metal nanoparticles is at least one selected from copper, tin, zinc, nickel and silver.
従来では、エミュレータなどを用いて信号波形を生成し、疑似的な信号を用いて異常検出回路の動作確認をすることしかできなかった。また、マイクロショートが生じる電池セルを出荷時に特定することは困難であり、その数も多いものではなかった。 Conventionally, it was only possible to generate a signal waveform using an emulator or the like and use a pseudo signal to check the operation of the abnormality detection circuit. In addition, it is difficult to identify battery cells in which micro-shorts occur at the time of shipment, and the number of such cells is not large.
保護回路の実証のため、本明細書で開示する電池セルを用いることで、マイクロショートを生じさせたときに保護回路の動作を確認することができる。保護回路用の試験用電池セルとも呼べ、出荷前に試験用電池セルを複数回充放電させてマイクロショートを発生させて保護回路を検査したあとに、試験用電池セルを取り外し、出荷用の電池セルに接続しなおして出荷する。こうすることで異常時の動作確認のとれた保護回路を製品に搭載することができる。 By using the battery cell disclosed in this specification for verification of the protection circuit, the operation of the protection circuit can be confirmed when a micro-short occurs. It can also be called a test battery cell for a protection circuit. Before shipment, the test battery cell is charged and discharged several times to generate micro-shorts and the protection circuit is inspected. Reconnect to the cell and ship. By doing so, it is possible to mount a protection circuit whose operation has been confirmed in the event of an abnormality in the product.
マイクロショートが発生する電池セルを提供することにより、従来、困難であったマイクロショートの発生した場合における保護回路の動作確認を行うことができる。従って、デバイスまたは製品の出荷前に保護回路の動作確認が可能となる。これにより、デバイスまたは製品の安全性を保障することができる。マイクロショートが発生した際、また、発生前の充放電データを容易に多数取得できる。このデータを利用して人工知能(AI:Artificial Intelligence)を用いて学習などを行うことで、より高精度にマイクロショートの予知を行えるシステムなどを作ることも可能になる。 By providing a battery cell in which a micro-short occurs, it is possible to check the operation of a protection circuit when a micro-short occurs, which has been difficult in the past. Therefore, it is possible to check the operation of the protection circuit before shipping the device or product. This can ensure the safety of the device or product. It is possible to easily acquire a large number of charge/discharge data before and when a micro-short occurs. By using this data and learning using artificial intelligence (AI), it is possible to create a system that can predict micro-shorts with higher accuracy.
小型デバイスの二次電池だけでなく、大型の無停電電源装置の二次電池においても保護回路の動作確認を行うことができ、安全性を向上することができる。 The operation of the protection circuit can be checked not only for the secondary battery of a small device but also for the secondary battery of a large uninterruptible power supply, and safety can be improved.
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, those skilled in the art will easily understand that the present invention is not limited to the following description, and that the forms and details thereof can be variously changed. Moreover, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments shown below.
(実施の形態1)
本実施の形態では、試験用の電池セル(試験セルとも呼ぶ)を作製し、保護回路の動作確認を行った後に出荷用の電池セルを搭載する手順を図1を用いて以下に説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a procedure for manufacturing a test battery cell (also referred to as a test cell) and mounting a shipping battery cell after confirming the operation of the protection circuit will be described below with reference to FIG.
まず、サイクル試験を行うとマイクロショートが発生する試験セルを作製する。(S1) First, a test cell in which a micro-short occurs when a cycle test is performed is produced. (S1)
異常検出回路を作製する。(S2)異常検出回路は保護回路として機能する。また、異常検出回路の作製と試験セルの作製はどちらが先に作製されていてもよい。 Fabricate an anomaly detection circuit. (S2) The abnormality detection circuit functions as a protection circuit. Either the abnormality detection circuit or the test cell may be produced first.
次いで、試験セルを異常検出回路に接続する。(S3)試験セルと異常検出回路は、後に取り外す予定のため、取り外し可能となるように電気的に接続させる。 The test cell is then connected to an anomaly detection circuit. (S3) Since the test cell and the abnormality detection circuit are scheduled to be removed later, they are electrically connected so as to be detachable.
次いで、試験セルと異常検出回路を電気的に接続させたまま、充放電サイクル試験を行う。(S4) Next, a charge/discharge cycle test is performed while the test cell and the abnormality detection circuit are electrically connected. (S4)
何回かの充放電を繰り返し、その充放電サイクル中に、マイクロショートが発生する。(S5) Charging and discharging are repeated several times, and micro-shorts occur during the charging and discharging cycles. (S5)
試験セルにマイクロショートが発生し、異常検出回路によって検出できれば、異常検出機能の確認が終了となる。(S6) If a micro-short occurs in the test cell and can be detected by the abnormality detection circuit, confirmation of the abnormality detection function is complete. (S6)
その後、試験セルを異常検出回路から取り外す。(S7) The test cell is then removed from the fault detection circuit. (S7)
そして出荷用の電池セルを異常検出回路に接続する。(S8) Then, the battery cell for shipment is connected to the abnormality detection circuit. (S8)
最後に異常検出回路を接続した電池セルを出荷、または異常検出回路を有する電池モジュールまたは電池モジュールを有する電子機器を出荷する。(S9) Finally, the battery cells to which the abnormality detection circuits are connected are shipped, or the battery modules having the abnormality detection circuits or the electronic devices having the battery modules are shipped. (S9)
従来では、異常検出回路を有する電池セル、電池モジュール、または電子機器などの製品の出荷前にマイクロショートなどの異常発生を保護回路で確認することができなかった。本発明により、予め異常検出回路などの保護回路が機能するかを確認した後に製品を出荷することができる。なお、意図的にマイクロショートを発生させることのできる試験セルは、後の実施の形態2で詳細な説明を行うこととする。 Conventionally, the occurrence of an abnormality such as a micro-short could not be confirmed by a protection circuit before shipment of a product such as a battery cell, a battery module, or an electronic device having an abnormality detection circuit. According to the present invention, the product can be shipped after confirming in advance whether the protection circuit such as the abnormality detection circuit functions. A test cell capable of intentionally causing a micro-short will be described in detail in a second embodiment later.
(実施の形態2)
実施の形態1に用いる試験セルの作製手順を以下に示す。ラミネート型の二次電池の作製例を図2(A)、(B)、(C)、(D)に示す。
(Embodiment 2)
The procedure for fabricating the test cell used in Embodiment 1 is shown below. An example of manufacturing a laminated secondary battery is shown in FIGS.
図2(A)は正極503及び負極506の外観図を示す。正極503は正極集電体501を有し、正極活物質層502は正極集電体501の表面に形成されている。
FIG. 2A shows an external view of the
また、正極503は正極集電体501が一部露出する領域(以下、タブ領域という)を有する。負極506は負極集電体504を有し、負極活物質層505は負極集電体504の表面に形成されている。また、負極506は負極集電体504が一部露出する領域、すなわちタブ領域を有する。正極及び負極が有するタブ領域の面積や形状は、図2(A)に示す例に限られない。
In addition, the
まず、負極506、セパレータ507及び正極503を重ねる。セパレータ507は、細孔の平均孔径は0.1μm以上15μm以下である樹脂製の微多孔質フィルムを用いる。図2(B)に重ねた負極506、セパレータ507及び正極503を示す。ここでは負極を5組、正極を4組使用する例を示す。次に、正極503のタブ領域同士の接合と、最表面の正極のタブ領域への正極リード電極510の接合を行う。接合には、例えば超音波溶接等を用いればよい。同様に、負極506のタブ領域同士の接合と、最表面の負極のタブ領域への負極リード電極511の接合を行う。
First, the
次に外装体509上に、負極506、セパレータ507及び正極503を配置する。
Next, the
次に、図2(C)に示すように、外装体509を破線で示した部分で折り曲げる。その後、外装体509の外周部を接合する。外装体509は金属箔と有機樹脂フィルムとを積層したラミネートフィルム、例えば、アルミニウム箔やステンレス箔を用い、接合には、例えば熱圧着等を用いればよい。3辺を接合した後、乾燥加熱し、銅ナノ粒子を分散させた電解液を正極上に塗布した後に一度乾燥させる。なお、分散液に混ぜた金属ナノ粒子を正極活物質に付着させ、真空乾燥させる。本実施の形態では金属ナノ粒子として平均粒子径が1nm以上100nm以下の銅粉を用いる。
Next, as shown in FIG. 2C, the
そして、電解液を注入し、プレスして封止する。銅ナノ粒子を含む分散液は特に上記タイミングに限定されず、負極506やセパレータ507と重ねる前に、正極上に塗布してもよい。先に銅ナノ粒子を含む分散液を正極に塗布した場合は、その後のプロセスで製造装置を汚染する恐れがあるため、本実施の形態では、電解液の注液前に塗布し、乾燥させた後、電解液を注入し、プレスして封止している。
Then, an electrolytic solution is injected and pressed to seal. The dispersion liquid containing copper nanoparticles is not particularly limited to the above timing, and may be applied onto the positive electrode before overlapping with the
なお、電解液は、溶媒と電解質を有する。電解液の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましく、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、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(EMC)、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酪酸メチル、1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン、ジメトキシエタン(DME)、ジメチルスルホキシド、ジエチルエーテル、メチルジグライム、アセトニトリル、ベンゾニトリル、テトラヒドロフラン、スルホラン、スルトン等の1種、又はこれらのうちの2種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いることができる。 Note that the electrolytic solution has a solvent and an electrolyte. As the solvent for the electrolytic solution, aprotic organic solvents are preferred, such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate, chloroethylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and dimethyl carbonate. (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl butyrate, 1,3-dioxane, 1,4 - one of dioxane, dimethoxyethane (DME), dimethyl sulfoxide, diethyl ether, methyl diglyme, acetonitrile, benzonitrile, tetrahydrofuran, sulfolane, sultone, etc., or two or more of these in any combination and ratio be able to.
このプレスの条件によっては、初期ショートが発生する。圧力が高すぎると初期ショートが発生してしまうため、圧力調節することが重要である。本実施の形態では、2枚のステンレス板でラミネート型のセルを挟み、四隅に設けたネジで固定した。ネジ一つ当たりのトルクを30cN・mとし、四隅を固定することでプレスを行う。トルクを50cN・m以上とすると初期ショートが発生するラミネート型の二次電池となってしまうため、ネジ一つ当たりのトルクは10cN・m以上50cN・m未満、好ましくは20cN・m以上40cN・m以下とする。 An initial short circuit may occur depending on the pressing conditions. It is important to regulate the pressure because too high a pressure will cause an initial short circuit. In this embodiment, a laminated cell is sandwiched between two stainless steel plates and fixed with screws provided at the four corners. Pressing is performed by fixing the four corners with a torque of 30 cN·m per screw. If the torque is 50 cN·m or more, the secondary battery becomes a laminate type that causes an initial short circuit. Below.
このようにして、図2(D)に示すラミネート型の二次電池500を作製することができる。また、ここでは1枚のラミネートフィルムを用いて接合する例を示したが、2枚のラミネートフィルムを重ねて周縁部を接着させて封止する構成としてもよい。
In this manner, the laminated
次いで、二次電池500の充放電を行う。充電または放電により、正極活物質に付着していた金属ナノ粒子をセパレータの細孔を介して通過させ、負極活物質に金属ナノ粒子を付着させる。
Next, the
以上の工程を経ることによって試験用セルが完成する。 A test cell is completed through the above steps.
なお、電解液に銅の微粒子を添加するだけでは初期ショートをおこしてしまう。また、負極活物質に最初から付着させた場合も初期ショートが発生してしまう。本実施の形態に示したように最初に正極活物質に付着させてから電池セルを作製し、充放電させることで負極活物質に付着させることが重要である。また、正極に付着させる際に銅ナノ粒子を電解液または有機溶媒で分散させるためにスターラーなどを用いて拡散させながら、適量採取して塗布する。 It should be noted that an initial short circuit will occur if only the fine particles of copper are added to the electrolytic solution. In addition, initial short-circuiting also occurs when the material is attached to the negative electrode active material from the beginning. As shown in the present embodiment, it is important to adhere to the positive electrode active material first, then fabricate a battery cell, and charge and discharge the battery cell to adhere to the negative electrode active material. In order to disperse the copper nanoparticles in the electrolyte or organic solvent when adhering to the positive electrode, an appropriate amount of copper nanoparticles is collected and applied while being diffused using a stirrer or the like.
また、本実施の形態では、ラミネート型の二次電池の作製例を示したが、特に限定されず、巻回型の二次電池を作製することもできる。 Further, although an example of manufacturing a laminated secondary battery is described in this embodiment, the invention is not particularly limited, and a wound secondary battery can also be manufactured.
巻回型の二次電池の一例として図3に示す。図3(A)に示す捲回体993は、負極994と、正極995と、セパレータ996と、を有する。
An example of a wound type secondary battery is shown in FIG. A
捲回体993は、セパレータ996を挟んで負極994と、正極995とが重なり合って積層され、該積層シートを捲回したものである。この捲回体993を角型の封止容器などで覆うことにより角型の蓄電池が作製される。
A
例えば、正極を巻く前に銅ナノ粒子を含む電解液を塗布して乾燥させ、巻き取りトルクを調節して正極995、セパレータ996、負極994を巻き取り、巻回型の二次電池の外装体に封入して電解液を注入すればよい。また、電解液を注入後にラミネート加工する際にはプレスを行う。また、ラミネート加工した後に2枚の金属平板でラミネート型のセルを挟み、四隅に設けたネジで固定する。ネジ一つ当たりのトルクは10cN・m以上50cN・m未満、好ましくは20cN・m以上40cN・m以下とする。
For example, before winding the positive electrode, an electrolytic solution containing copper nanoparticles is applied and dried, the winding torque is adjusted, the
なお、負極994、正極995およびセパレータ996からなる積層の積層数は、必要な容量と素子体積に応じて適宜設計すればよい。負極994はリード電極997およびリード電極998の一方を介して負極集電体(図示せず)に接続され、正極995はリード電極997およびリード電極998の他方を介して正極集電体(図示せず)に接続される。
Note that the number of laminated layers composed of the
捲回体993は、リード電極997およびリード電極998を有し、外装体991、992の内部で電解液に含浸される。外装体991、992は、例えばアルミニウムなどの金属材料や樹脂材料を用いることができる。外装体991、992の材料として樹脂材料を用いれば、外部から力が加わったときに外装体991、992を変形させることができ、可撓性を有する薄型蓄電池を作製することもできる。
A
本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with other embodiments.
(実施の形態3)
上記実施の形態1または実施の形態2で得られる試験用セルを用いて、マイクロショートを早期発見し、未然に重大事故を防ぐための保護回路の動作確認を行うことができる。
(Embodiment 3)
By using the test cell obtained in the first embodiment or the second embodiment, it is possible to detect a micro-short at an early stage and check the operation of the protection circuit to prevent a serious accident.
本実施の形態により、無停電電源装置8700の出荷前に保護回路の動作確認を行うことができる。異常発生(具体的にはマイクロショート発生)する試験用セルを用いて保護回路を検査した後、その保護回路を二次電池に用いる。 According to this embodiment, it is possible to check the operation of the protection circuit before shipping the uninterruptible power supply 8700 . After inspecting the protection circuit using a test cell in which an abnormality (specifically, a micro-short occurs) is used, the protection circuit is used in a secondary battery.
理想的な二次電池としては、二次電池の小型化のため、セパレータの薄化が望まれており、さらに、高い電圧での急速給電による充電が望まれており、どちらも二次電池にマイクロショートが生じやすい構成となっている。また、マイクロショートが繰り返し発生することで二次電池の異常発熱、及び発火などの重大事故に繋がる可能性がある。 For an ideal secondary battery, a thin separator is desired for miniaturization of the secondary battery, and charging by rapid power supply at a high voltage is also desired. The structure is such that micro-shorts are likely to occur. In addition, repeated occurrence of micro-shorts may lead to serious accidents such as abnormal heat generation and ignition of the secondary battery.
従って、出荷前に本実施の形態の試験用セルを用いて、マイクロショートを早期発見し、未然に重大事故を防ぐための保護回路の動作確認を行う。その後、その保護回路の動作確認が終わった後に保護回路を二次電池に取り付け、安全性の高い保護回路を組み込んだ異常検知システムを構成することができる。 Therefore, before shipment, the test cell of this embodiment is used to detect micro-shorts at an early stage and check the operation of the protective circuit to prevent serious accidents. Then, after the operation of the protection circuit is confirmed, the protection circuit is attached to the secondary battery, and an abnormality detection system incorporating the protection circuit with high safety can be configured.
本実施の形態では、本発明の一態様である試験用セルを用いて保護回路の検査を行い、検査後の保護回路を電子機器に用いることで安全性を向上することができる。 In this embodiment, a test cell which is one embodiment of the present invention is used to test a protection circuit, and the protection circuit after the test is used in an electronic device, whereby safety can be improved.
例えば、携帯電話などの携帯情報端末、補聴器、撮像装置、掃除機、電動工具、電気シェーバー、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、電気自動車(ハイブリッド自動車)などの駆動用電源、住宅を含む建築物の電力貯蔵用電源などに搭載し、使用することができる。 For example, portable information terminals such as mobile phones, hearing aids, imaging devices, vacuum cleaners, power tools, electric shavers, lighting equipment, toys, medical equipment, robots, driving power sources such as electric vehicles (hybrid vehicles), and construction including housing It can be used by being mounted on a power source for power storage of objects.
また、様々な部品に電力を供給するだけでなく、新規な蓄電装置は充電することができるため、他の電力源から電力を貯蔵することができ、太陽電池などの発電設備における蓄電装置としても用いることができる。従って、省エネルギーやCO2削減に繋がる。 In addition to supplying power to various parts, the new power storage device can be charged, so it can store power from other power sources, and can be used as a power storage device in power generation equipment such as solar cells. can be used. Therefore, it leads to energy saving and CO2 reduction.
図4(A)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体7401に組み込まれた表示部7402の他、操作ボタン7403、外部接続ポート7404、スピーカ7405、マイク7406などを備えている。なお、携帯電話機7400は、蓄電装置7407を有している。
FIG. 4A shows an example of a mobile phone. A
図4(B)は、情報処理装置200の外観の一例を説明する投影図である。本実施の形態で説明する情報処理装置200は、演算装置210と入出力装置220と、表示部230と、蓄電装置250とを有する。
FIG. 4B is a projection diagram illustrating an example of the appearance of the
情報処理装置200は、通信部を有し、通信部は、ネットワークに情報を供給し、ネットワークから情報を取得する機能を備える。また、通信部290を用いて特定の空間に配信された情報を受信して、受信した情報に基づいて、画像情報を生成してもよい。例えば、学校または大学等の教室で配信される教材を受信して表示して、教科書に用いることができる。または、企業等の会議室で配信される資料を受信して表示することができる。
The
また、本発明の一態様である試験用セルを用いて保護回路の検査を行い、検査後の保護回路を車両に搭載する例を示す。車両として例えば自動車、二輪車、自転車、等が挙げられる。 Further, an example in which a protection circuit is inspected using a test cell that is one embodiment of the present invention and the protection circuit after the inspection is mounted in a vehicle will be described. Vehicles include, for example, automobiles, two-wheeled vehicles, and bicycles.
二次電池の保護回路を含む蓄電システムを車両に搭載すると、ハイブリッド車(HEV)、電気自動車(EV)、又はプラグインハイブリッド車(PHEV)等の次世代クリーンエネルギー自動車を実現できる。 A next-generation clean energy vehicle such as a hybrid vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), or a plug-in hybrid vehicle (PHEV) can be realized by installing a power storage system including a secondary battery protection circuit in a vehicle.
図4において、二次電池の保護回路を用いた車両を例示する。図4に示す自動車8500は、走行のための動力源として電気モーターを用いる電気自動車である。または、走行のための動力源として電気モーターとエンジンを適宜選択して用いることが可能なハイブリッド自動車である。自動車8500はケーブル8022を介して充電器8021から自動車8500の二次電池8024に充電を行う。自動車8500は複数の二次電池を搭載し、保護回路を有する電池モジュールを備えた蓄電システムを有する。また、蓄電システムは自動車8500の電気モーターを駆動するだけでなく、ヘッドライトやルームライト(図示せず)などの発光装置に電力を供給することができる。車で使用される機器は、11.5Vから14.5Vの電圧で駆動させているため、昇圧回路などで適宜バッテリーからの電源電圧を変化させて使用している。
FIG. 4 illustrates a vehicle using a secondary battery protection circuit. A
また、蓄電システムは、自動車8500が有するスピードメーター、タコメーターなどの表示装置に電力を供給することができる。また、蓄電システムは、自動車8500が有するナビゲーションシステムなどに電力を供給することができる。
In addition, the power storage system can supply power to display devices such as a speedometer and a tachometer of the
また、図示しないが、受電装置を車両に搭載し、地上の送電装置から電力を非接触で供給して充電することもできる。この非接触給電方式の場合には、道路や外壁に送電装置を組み込むことで、停車中に限らず走行中に充電を行うこともできる。また、この非接触給電の方式を利用して、車両どうしで電力の送受信を行ってもよい。さらに、車両の外装部に太陽電池を設け、停車時や走行時に二次電池の充電を行ってもよい。このような非接触での電力の供給には、電磁誘導方式や磁界共鳴方式を用いることができる。 Also, although not shown, the power receiving device can be mounted on a vehicle, and power can be supplied from a power transmission device on the ground in a non-contact manner for charging. In the case of this non-contact power supply system, it is possible to charge the battery not only while the vehicle is stopped but also while the vehicle is running by installing a power transmission device on the road or on the outer wall. In addition, electric power may be transmitted and received between vehicles using this contactless power supply method. Furthermore, a solar battery may be provided on the exterior of the vehicle to charge the secondary battery while the vehicle is stopped or running. An electromagnetic induction method or a magnetic resonance method can be used for such contactless power supply.
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。実施の形態2に示す試験用セルを用いて、マイクロショートを早期発見し、未然に重大事故を防ぐための保護回路の動作確認を行う。その後、その保護回路の動作確認が終わった後に保護回路を二次電池に取り付け、安全性の高い保護回路を組み込んだ蓄電システムを構成することができる。車の出荷前に二次電池の保護回路が正常に機能するかを確認することができる。 This embodiment can be appropriately combined with the description of other embodiments. The test cell described in Embodiment 2 is used to detect a micro-short at an early stage and check the operation of a protective circuit to prevent a serious accident. Then, after the operation check of the protection circuit is completed, the protection circuit is attached to the secondary battery, and a power storage system incorporating the protection circuit with high safety can be configured. It is possible to check whether the protection circuit of the secondary battery functions normally before the car is shipped.
図5に、他の蓄電システムおよび電子機器の例を示す。図5(A)に、本発明の一態様である容量推定システムを含む蓄電システム8200と、ソーラーパネル8230を有する住宅の例を示す。住宅には、地上設置型の充電装置8240が備えられているとより好ましい。また蓄電システム8200は、保護回路と、制御回路と、を有していることが好ましい。ソーラーパネル8230で得られる電力は、蓄電システム8200の二次電池に貯蔵する。二次電池を設置する前に試験用セルを用いて保護回路及び蓄電システムの動作確認を行い、異常を検出できることが確認できれば、常設する二次電池を試験用セルに代えて設置する。
FIG. 5 shows an example of another power storage system and electronic device. FIG. 5A shows an example of a house having a
また、地上設置型の充電装置8240に保護回路を設ける場合にも試験用セルを用いて保護回路及び蓄電システムの動作確認を行い、異常を検出できることが確認できれば、常設する二次電池を試験用セルに代えて設置する。試験用セルを用いて地上設置型の充電装置8240に内蔵されている保護回路の動作確認を行うことができる。
In addition, when a protection circuit is provided in the ground-mounted
試験用セルを用いて二次電池の保護回路の動作確認を行い、その後、自動車8250の二次電池の異常を保護回路で検出し、使用者に通知することができる。
The test cell can be used to check the operation of the secondary battery protection circuit, and after that, the protection circuit can detect an abnormality in the secondary battery of the
予め、試験用セルを用いて二次電池の保護回路の動作確認を行えば、自動車8250の二次電池の保護回路の動作不良によって、深刻な事態となることを防止することができる。
If the test cell is used to check the operation of the secondary battery protection circuit in advance, malfunction of the secondary battery protection circuit of the
蓄電システム8200と、ソーラーパネル8230と、充電装置8240は配線8231等を介して電気的に接続されている。ソーラーパネル8230で得た電力は、蓄電システム8200に充電することができる。蓄電システム8200に蓄えられた電力は、地上設置型の充電装置8240を介して自動車8250が有する蓄電池8251に充電することができる。なお自動車8400は電気自動車またはプラグインハイブリッド自動車である。
A
蓄電システム8200に蓄えられた電力は、屋内に設置された他の電子機器にも電力を供給することができる。たとえば図5(B)に示すように、蓄電システム8200と据え付け型の照明装置8100を電気的に接続し、照明装置8100に電力を供給することができる。照明装置8100は、筐体8101、光源8102、制御回路8103等を有する。照明装置8100は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電システム8200に蓄積された電力を用いることもできる。よって、停電などにより商用電源から電力の供給が受けられない時でも、蓄電システム8200と無停電電源として用いることで、照明装置8100の利用が可能となる。
The power stored in the
なお、図5では天井8104に設けられた据え付け型の照明装置8100を例示しているが、蓄電システム8200は、天井8104以外、例えば側壁、床、窓等に設けられた据え付け型の照明装置に電力を供給してもよいし、卓上型の照明装置などに電力を供給してもよい。
Note that FIG. 5 illustrates the
また、光源8102には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、LEDや有機EL素子などの発光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。
For the
同様に、蓄電システム8200は表示装置8000に電力を供給することができる。表示装置8000は、筐体8001、表示部8002、スピーカ部8003、制御回路8004等を有する。表示装置8000は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電システム8200に蓄積された電力を用いることもできる。
Similarly, the
表示部8002には、液晶表示装置、有機EL素子などの発光素子を各画素に備えた発光装置、電気泳動表示装置、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)などの、半導体表示装置を用いることができる。
The
なお、表示装置には、TV放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など、全ての情報表示用表示装置が含まれる。 The display device includes all display devices for information display, such as for TV broadcast reception, personal computer, advertisement display, and the like.
同様に、蓄電システム8200は室内機8300及び室外機8304を有するエアコンディショナーに電力を供給することができる。室内機8300は、筐体8301、送風口8302、制御回路8303等を有する。エアコンディショナーは、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電システム8200に蓄積された電力を用いることもできる。
Similarly, the
なお、図5(B)では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを1つの筐体に有する一体型のエアコンディショナーに、二次電池から電力を供給してもよい。 Note that FIG. 5B illustrates a separate type air conditioner composed of an indoor unit and an outdoor unit. Electric power may be supplied to the air conditioner from a secondary battery.
本実施例では実施の形態2に従って試験用セルを作製し、サイクル特性を得るための充放電を行った。 In this example, a test cell was produced according to the second embodiment, and charging and discharging were performed to obtain cycle characteristics.
なお、試験用セル作製の際のプレス条件は、二枚の金属平板で試験セルを挟み、金属平板の四隅を固定する4つのネジのトルクをそれぞれ30cN・mとした。 The pressing conditions for fabricating the test cell were that the test cell was sandwiched between two metal flat plates, and the torque of the four screws for fixing the four corners of the metal flat plates was 30 cN·m.
プレスした状態でのサイクル試験の条件は、25℃において、充電をCCCV(0.2C、4.4V、終止電流0.02C)、放電をCC(0.2C、2.5V)で繰り返し充放電を行った。Cレートは180mA/gとした。 The conditions of the cycle test in the pressed state were as follows: charging at CCCV (0.2C, 4.4V, final current 0.02C) and discharging at CCV (0.2C, 2.5V) at 25°C. did C rate was set to 180 mA/g.
なお、正極材料は、ニッケルコバルトマンガン酸化物(NCMとも呼ばれる)を用いた。電解液が有する電解質には、1mol/Lの六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を用い、電解液には、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)がEC:DEC=3:7(体積比)、で混合されたものを用いた。負極活物質は黒鉛を用いた。また容量比は80%とした二次電池としている。 Nickel-cobalt-manganese oxide (also called NCM) was used as the positive electrode material. 1 mol/L lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is used as the electrolyte in the electrolytic solution, and the electrolytic solution contains ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) in a ratio of EC:DEC=3:7 ( volume ratio), was used. Graphite was used as the negative electrode active material. The secondary battery has a capacity ratio of 80%.
充放電の150サイクル測定を行った。そして、充放電の試験の63サイクル目に異常が発生した。この時の特性は図6(A)中の突出した部分である。また、再現性を確認するため、同じ手順で作製した他の試験用セルを用いて、同様にサイクル特性を測定したところ、71サイクル目に異常が発生した。この時の特性を図6(B)に示す。 150 cycles of charging and discharging were measured. Then, an abnormality occurred in the 63rd cycle of the charge/discharge test. The characteristic at this time is the projected portion in FIG. 6(A). Further, in order to confirm the reproducibility, another test cell manufactured by the same procedure was used to measure the cycle characteristics in the same manner, and an abnormality occurred at the 71st cycle. The characteristics at this time are shown in FIG.
また、サイクル試験後に異常の発生した試験用セルを分解し、負極表面を観察したSEM写真が図7である。また、図7の一部拡大図が図8であり、図8中のリチウム析出物と特定される部分のEDX分析を行ったところ、銅が検出された。また、正極活物質に用いたマンガンも検出された。 FIG. 7 is a SEM photograph of the surface of the negative electrode of the disassembled test cell in which an abnormality occurred after the cycle test. FIG. 8 is a partially enlarged view of FIG. 7, and copper was detected when EDX analysis was performed on the portion identified as the lithium deposit in FIG. Manganese used for the positive electrode active material was also detected.
このように数十回の充放電により意図的にマイクロショートが発生する電池セルが作製できていることが確認できた。また、負極活物質に銅が付着していることも確認できた。この電池セルを試験用セルとして用いることで、異常検出回路を有する保護回路の動作確認を行うことができる。 In this way, it was confirmed that a battery cell in which micro-shorts intentionally occurred after several tens of charge/discharge cycles could be produced. It was also confirmed that copper adhered to the negative electrode active material. By using this battery cell as a test cell, it is possible to check the operation of a protection circuit having an abnormality detection circuit.
200 情報処理装置
210 演算装置
220 入出力装置
230 表示部
250 蓄電装置
290 通信部
500 二次電池
501 正極集電体
502 正極活物質層
503 正極
504 負極集電体
505 負極活物質層
506 負極
507 セパレータ
509 外装体
510 正極リード電極
511 負極リード電極
991 外装体
992 外装体
993 捲回体
994 負極
995 正極
996 セパレータ
997 リード電極
998 リード電極
7400 携帯電話機
7401 筐体
7402 表示部
7403 操作ボタン
7404 外部接続ポート
7405 スピーカ
7406 マイク
7407 蓄電装置
8000 表示装置
8001 筐体
8002 表示部
8003 スピーカ部
8004 制御回路
8021 充電器
8022 ケーブル
8024 二次電池
8100 照明装置
8101 筐体
8102 光源
8103 制御回路
8104 天井
8200 蓄電システム
8230 ソーラーパネル
8231 配線
8240 充電装置
8250 自動車
8251 蓄電池
8300 室内機
8301 筐体
8302 送風口
8303 制御回路
8304 室外機
8400 自動車
8500 自動車
8700 無停電電源装置
200
Claims (16)
前記マイクロショートは前記試験用の二次電池の正極と負極とが短絡して電流が10ナノ秒以上1マイクロ秒未満の期間流れる現象である、
二次電池の異常動作確認システム。 Using a test secondary battery that develops a micro -short after multiple charging and discharging, and an abnormality detection circuit electrically connected to the test secondary battery, for the test secondary battery After a charge-discharge cycle test is performed and the abnormality detection circuit detects a micro-short that has occurred in the test secondary battery, the test secondary battery is removed from the abnormality detection circuit. An abnormal operation confirmation system ,
The micro-short is a phenomenon in which the positive electrode and the negative electrode of the test secondary battery are short-circuited and a current flows for a period of 10 nanoseconds or more and less than 1 microsecond.
Abnormal operation confirmation system for secondary batteries .
前記試験用の二次電池に対する充放電サイクル試験を、25℃環境下で50サイクル以上150サイクル以下とする、The charge-discharge cycle test for the test secondary battery is set to 50 cycles or more and 150 cycles or less in an environment of 25 ° C.
二次電池の異常動作確認システム。Abnormal operation confirmation system for secondary batteries.
前記試験用の二次電池に対する充放電サイクル試験を、25℃未満環境下又は25℃よりも高い環境下で50サイクル以下とする、The charge-discharge cycle test for the test secondary battery is 50 cycles or less in an environment of less than 25 ° C. or higher than 25 ° C.
二次電池の異常動作確認システム。Abnormal operation confirmation system for secondary batteries.
前記試験用の二次電池は、前記正極と、セパレータと、前記負極とを有し、
前記正極は正極集電体と、前記正極集電体上の正極活物質とを有し、
前記負極は負極集電体と、前記負極集電体上の負極活物質と、前記負極活物質表面に付着した金属ナノ粒子とを有し、
前記金属ナノ粒子の粒径は、前記セパレータの孔径よりも小さい、
二次電池の異常動作確認システム。 In any one of claims 1 to 3 ,
The test secondary battery has the positive electrode, the separator, and the negative electrode ,
The positive electrode has a positive electrode current collector and a positive electrode active material on the positive electrode current collector ,
The negative electrode has a negative electrode current collector, a negative electrode active material on the negative electrode current collector, and metal nanoparticles attached to the surface of the negative electrode active material,
The particle size of the metal nanoparticles is smaller than the pore size of the separator ,
Abnormal operation confirmation system for secondary batteries.
前記正極活物質は、ニッケルマンガンコバルト酸化物又はリチウムコバルト複合酸化物を有する、試験用の二次電池。A secondary battery for testing, wherein the positive electrode active material comprises a nickel manganese cobalt oxide or a lithium cobalt composite oxide.
前記金属ナノ粒子は、銅、スズ、亜鉛、ニッケル及び銀から選ばれた一を有する、試験用の二次電池。A secondary battery for testing, wherein the metal nanoparticles comprise one selected from copper, tin, zinc, nickel and silver.
前記セパレータは樹脂製の微多孔質フィルムを有する、試験用の二次電池。A secondary battery for testing, wherein the separator has a resin microporous film.
前記セパレータはセルロースを有する繊維、不織布、ガラス繊維又はセラミックス、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリエステル、アクリル、ポリオレフィン若しくはポリウレタンを用いた合成繊維を有する、試験用の二次電池。A secondary battery for testing, wherein the separator has a fiber containing cellulose, a non-woven fabric, a glass fiber, or a synthetic fiber using ceramics, polyamide, polyvinyl alcohol, polyester, acrylic, polyolefin or polyurethane.
前記セパレータの平均孔径は0.1μm以上15μm以下である、試験用の二次電池。A secondary battery for testing, wherein the separator has an average pore size of 0.1 μm or more and 15 μm or less.
前記マイクロショートは前記試験用の二次電池の正極と負極とが短絡して電流が10ナノ秒以上1マイクロ秒未満の期間流れる現象である、The micro-short is a phenomenon in which the positive electrode and the negative electrode of the test secondary battery are short-circuited and a current flows for a period of 10 nanoseconds or more and less than 1 microsecond.
二次電池の保護回路の動作確認方法。A method for checking the operation of a protection circuit for a secondary battery.
前記マイクロショートは前記試験用の二次電池の正極と負極とが短絡して電流が10ナノ秒以上1マイクロ秒未満の期間流れる現象である、
二次電池の保護回路の動作確認方法。
A solvent in which metal nanoparticles are dispersed is coated on a positive electrode active material, dried to form a positive electrode active material layer, and a negative electrode active material layer, a separator having a plurality of pores, and a negative electrode active material including a negative electrode active material. A secondary battery for testing is prepared by stacking a material layer, and after electrically connecting a charging circuit and a protection circuit to the secondary battery for testing, charging and discharging cycles are performed on the secondary battery for testing. By conducting a test , the metal nanoparticles passed through the pores of the separator are attached to the surface of the negative electrode active material, and the secondary battery for test is subjected to a charge-discharge cycle test to obtain the negative electrode. Starting from the metal nanoparticles attached to the surface of the active material, a precipitate is grown through the pores of the separator, and the tip of the precipitate reaches the positive electrode active material layer due to the growth of the precipitate, and the test is performed. A method for checking the operation of a secondary battery protection circuit for checking whether the protection circuit operates when a micro-short occurs in a secondary battery for use, and then removing the protection circuit, comprising:
The micro-short is a phenomenon in which the positive electrode and the negative electrode of the test secondary battery are short-circuited and a current flows for a period of 10 nanoseconds or more and less than 1 microsecond.
A method for checking the operation of a protection circuit for a secondary battery.
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