JP6167353B2 - 試験用電池ケースおよび試験用電池 - Google Patents

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Description

本発明は、試験用電池ケースおよび試験用電池に関する。
近年、二次電池による事故が発生している。特にリチウムイオン二次電池の発火・発煙事故が急増している。
リチウムイオン二次電池では、正極材料に高温状態で不安定化しやすい金属酸化物を用い、電解液に有機溶媒を含んでいるため、高温状態になることにより、発火・発煙事故につながりやすい。また、リチウムイオン二次電池が高温状態になる原因として、充電時に電池内部に析出した金属粒子による内部短絡が挙げられている。さらに、電池製造時の異物混入問題もあり、これらの異物が電池使用時にショートする事故なども報告されている。
このような発火・発煙事故を防止するために、日本工業規格（JIS）では、リチウムイオン二次電池の安全性試験について定めている（例えば、JIS C 8714、JIS C 8715-2）。この日本工業規格の安全性試験では、圧壊試験、外部短絡試験、強制内部短絡試験など様々な試験が記載されている。
強制内部短絡試験では、充電した単電池の封口部を素早く分解して電極体をケースから取り出し、決められた形状のニッケル小片を試験用金属片として最外部のセパレータと電極との間に設置した後に、再びケースに戻して、該試験用金属片設置部分を押圧することにより、正極と負極とを短絡させ、発火や発煙が生じるか否かを確かめることが定められている。
大型電池の場合、金属ケースなどの剛性材料からなるケースを用いた電池では、電気容量も大きく、充電状態でケースを分解して発電要素を取り出すと危険が伴うため、電池を分解して発電要素を取り出すことは現実的ではなかった。そこで、充電状態でも簡単に分解できるように、ラミネートフィルムからなるパウチを代替の電池ケースとして用いた電池を作成して、強制内部短絡試験を行っていた。
特開２０１１−１９８７４４号公報
しかし、剛性材料からなるケースを用いた電池と、ラミネートフィルムからなるパウチを代替の電池ケースとして用いた電池では、例えば、電池の放熱性、活物質と電解液の液量比、集電構造などが実際の製品と異なり、強制内部短絡試験の信頼度が低下する。また、発電要素の両端の集電体を溶接等で強固に固定する構造の電池の場合、充電後に発電要素を取り出して、セパレータを緩めて試験用金属片を入れることは事実上無理であるという問題もある。ところでJIS規格では、但し書きとして、充電した単電池の電極体を電池筐体から取り外すことが著しく困難な構造である場合、製造業者の手によってあらかじめ試験用金属片を電池作製時又は放電状態の単電池に挿入し、その後に充電してもよいことが定められている。しかしながら、ただ単に試験用金属片を電池内に配置する方式では、作製時に試験用金属片を入れておくと試験用金属片がずれて、試験用金属片の位置がわからなくなったり、試験用金属片が作製工程中で発電要素を傷つけてしまったりするなどの問題があり、正確な試験をすることが非常に困難である。また、充電した単電池に対してセパレータを捲くってニッケル小片を配置して再びケースに戻す作業中に内部短絡が発生することも予想され、準備作業には危険が伴い、慎重に作業する必要性があった。
また、ブラントネイル試験や銅釘等を用いた内部短絡試験の場合、剛性材料をケースに用いた電池では、釘がケースを貫通せずに試験が行えないこともあった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、内部短絡試験の信頼度を高めることができる試験用電池ケースおよび試験用電池を提供する。
本発明は、発電要素を収容するための容器と、前記容器に取外し可能に固定された閉塞部材と備え、前記容器は、前記閉塞部材により閉塞された内部短絡試験用の開口を有することを特徴とする試験用電池ケースを提供する。
本発明によれば、試験用電池ケースが、発電要素を収容するための容器と、前記容器に取外し可能に固定された閉塞部材と備え、前記容器は、前記閉塞部材により閉塞された内部短絡試験用の開口を有するため、閉塞部材を前記容器から取り外すことにより、内部短絡試験用の開口を閉塞部材により閉塞された状態から開いた状態に変化させることができる。このような電池ケースを用いて電池を作成することにより、前記開口が閉塞部材により閉塞された状態において、電池の充電を行い、その後、閉塞部材を取り外して前記開口を開いた状態に変化させ、前記開口を用いて内部短絡試験を行うことができる。このように、本発明の試験用電池ケースを用いれば、製造販売する電池とほぼ等しい状態の電池について、内部短絡試験を行うことができ、より正確な試験を行うことができる。
本発明の一実施形態の試験用電池の構成を示す概略上面図である。 本発明の一実施形態の試験用電池の構成を示す概略側面図である。 図１の点線Ａ−Ａにおける試験用電池の概略断面図である。 図２の点線Ｂ−Ｂにおける試験用電池の概略断面図である。 本発明の一実施形態の試験用電池の概略断面図である。 本発明の一実施形態の強制内部短絡試験用電池に含まれる発電要素の説明図である。 （ａ）は本発明の一実施形態の試験用電池に含まれる正極の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｃ−Ｃの概略断面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態の試験用電池に含まれる負極の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）の点線Ｄ−Ｄの概略断面図である。 本発明の一実施形態の試験用電池を用いる強制内部短絡試験の説明図である。 本発明の一実施形態の試験用電池を用いる強制内部短絡試験の説明図である。 本発明の一実施形態の試験用電池を用いるブラントネイル試験の説明図である。 本発明の一実施形態の試験用電池を用いるブラントネイル試験の説明図である。
本発明の試験用電池ケースは、発電要素を収容するための容器と、前記容器に取外し可能に固定された閉塞部材と備え、前記容器は、前記閉塞部材により閉塞された内部短絡試験用の開口を有することを特徴とする。
なお、本発明において、内部短絡試験には、強制内部短絡試験、ブラントネイル試験、釘さし試験などが含まれる。
本発明の試験用電池ケースにおいて、前記閉塞部材と共に前記容器に固定されたシール部材を備え、前記シール部材は、前記容器と前記閉塞部材との隙間を密閉することが好ましい。
このような構成によれば、シール部材により試験用電池ケースを密閉することができ、容器の内部短絡試験用の開口から電解液が漏れることを防止することができる。
本発明の試験用電池ケースにおいて、前記容器は、剛性材料からなることが好ましい。
このような構成によれば、剛性材料からなる容器を用いた電池で、正確な内部短絡試験をすることができる。
本発明は、本発明の試験用電池ケースと、前記発電要素と、リチウム塩を含有する非水電解質とを備え、前記発電要素は、負極と、正極と、前記負極と前記正極とに挟まれたセパレータとを有し、前記発電要素と前記有機電解液とを収容する試験用電池も提供する。
本発明の試験用電池によれば、内部短絡試験用の開口が閉塞部材により閉塞された状態において、電池の充電を行い、その後、閉塞部材を取り外して前記開口を開いた状態に変化させ、前記開口を用いて内部短絡試験を行うことができる。このため、製造販売する電池とほぼ等しい状態の試験用電池について、内部短絡試験を行うことができ、より正確な試験を行うことができる。また、本発明の試験用電池の構成部品のほとんどを、製造販売する電池と同じものを使用することができるため、内部短絡試験にかかるコストを低減することができる。
本発明の試験用電池において、ニッケル等の金属からなる試験用金属片を備えている。前記試験用金属片は、発電要素のケース開口側の最も外部にある電極とケース開口側の最も外部にあるセパレータとの間に配置されることが好ましい。
このような構成によれば、試験用電池から閉塞部材を取り除き強制内部短絡試験用の開口が開いた状態としたときに、前記開口から発電要素の試験用金属片を配置した部分を短絡試験用押圧冶具で押圧することができ、強制的に正極と負極とを短絡させることが容易にできる。
本発明の試験用電池において、弾性部材を備え、弾性部材は、前記試験用金属片と前記閉塞部材との間に配置されることが好ましい。さらに、第１弾性部材の厚みは、ケースの強制内部短絡試験用の開口の厚みより厚いこと、すなわち、ケースの開口の設けられた面のケースの板厚より厚いことが好ましい。
このような構成によれば、試験用金属片を配置することにより生じる発電要素の膨らみを弾性部材が覆い適度な力で抑えることができる。このことにより、注液の液流れや製造工程における振動などにより発電要素内に配置した試験用金属片の位置がずれることを抑制することができる。
本発明の試験用電池において、前記電池ケースと前記発電要素の試験用金属片が配置されている面とは反対側の面とで挟まれるように配置されたクリアランス調整部材を備えることが好ましい。クリアランス調整部材は発電要素を弾性部材側に押すことができ、発電要素が弾性部材により、よりしっかりと押さえることができるため、発電要素が注液の液流れや製造工程における振動などにより電池内で動くことを防止できる。
また、発電要素をクリアランス調整部材で開口側に押すことができるため、強制内部短絡試験時、発電要素を短絡試験用押圧冶具で押圧する際に、短絡試験用押圧冶具のストロークが短くなり、装置の押圧距離限界による加圧力不足を防止することができる。これにより、試験用金属片に治具による押圧力を確実に伝えてセパレータ及び電極を貫通させることができるため、より正確に強制内部短絡試験を行うことができる。
本発明の試験用電池において、正極接続端子と、負極接続端子とを備え、前記正極は前記正極接続端子と電気的に接続し、前記負極は前記負極接続端子と電気的に接続することが好ましい。
このような構成によれば、正極接続端子および負極接続端子を介して充放電することができ、正極および負極で電池反応を進行させることができる。
本発明の試験用電池において、前記正極は、リチウムを含有する金属酸化物、オリビン型化合物、導電性高分子等のリチウムイオンを出し入れできる活物質を含む正極活物質層を有し、前記負極は、炭素、Si化合物、Sn化合物等のリチウムイオンを出し入れ可能な活物質を含む負極活物質層を有し、前記有機電解液は、リチウム塩溶質を有機溶媒に溶解した溶液であることが好ましい。その他、電解液、電極中に様々な添加剤を含んでいても構わない。
このような構成によれば、活物質や溶液の様々な組合せを試験用電池で構成して、発火・発煙を起こしやすいものに関する試験も容易に、安全に行える。
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
試験用電池ケースおよび試験用電池の構成
図１は本実施形態の試験用電池の構成を示す概略上面図であり、図２は、本実施形態の試験用電池の構成を示す概略側面図である。また、図３は、図１の点線Ａ−Ａにおける試験用電池の概略断面図であり、図４は、図２の点線Ｂ−Ｂにおける試験用電池の概略断面図である。また、図５は、本実施形態の試験用電池の概略断面図であり、図２の点線Ｂ−Ｂにおける試験用電池の概略断面図に対応する。また、図６は、本実施形態の試験用電池に含まれる発電要素の説明図であり、図７（ａ）は本実施形態の試験用電池に含まれる正極の概略平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の点線Ｃ−Ｃの概略断面図である。図８（ａ）は本実施形態の試験用電池に含まれる負極の概略平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の点線Ｄ−Ｄの概略断面図である。
本実施形態の試験用電池ケース１７は、発電要素１２を収容するための容器１と、容器１に取外し可能に固定された閉塞部材１３と備え、容器１は、閉塞部材１３により閉塞された強制内部短絡試験用の開口１５を有することを特徴とする。
本実施形態の試験用電池２０は、本実施形態の試験用電池ケース１７と、発電要素１２と、有機電解液１６とを備え、発電要素１２は、負極と、正極と、前記負極と前記正極との挟まれたセパレータとを有し、前記電池ケース１７は、前記発電要素と前記有機電解液とを収容することを特徴とする。
以下、本実施形態の試験用電池ケース１７および試験用電池２０について説明する。
１．試験用電池ケース
本実施形態の試験用電池ケース１７は、発電要素１２を収容するための容器１と、容器１に取外し可能に固定された閉塞部材１３とを備える。また、試験用電池ケース１７は、蓋部材２、シール部材１４を備えてもよい。
容器１は、内部に発電要素１２、正極接続端子３、負極接続端子４および非水電解質１６を収容することができ、蓋部材２と接合することができる。
容器１の材料は、内部に発電要素１２、正極接続端子３、負極接続端子４および有機電解液１６を収容しても大きく変形しない材料であれば特に限定されないが、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ステンレス等の金属材料、該金属材料にニッケル、スズ、クロム、亜鉛等をメッキしたものや、硬質プラスチックなどである。
容器１の形状は、角型でも円筒形でも良い。
容器１の材料は、上記金属材料などの剛性材料からなることが好ましい。このことにより、本実施形態の試験用電池ケース１７が有する内部短絡試験用の開口１５を有効に利用することができる。
容器１は、発電要素１２を容器１の内部に挿入するための開口を有する。また、この開口は、蓋部材２により塞がれる。このことにより、容器１の内部に発電要素１２を収容することができる。
容器１は、内部短絡試験用の開口１５を有する。開口１５は後述する内部短絡試験において用いられる。開口１５を設ける位置は、内部短絡試験に利用することができる位置であれば特に限定されないが、開口１５から短絡試験用押圧冶具を容器１内に挿入することにより、容器１と短絡試験用押圧冶具とで、試験用金属片１８、正極２１、セパレータ２４および負極２２を挟み込むことができる位置とすることができる。また、開口１５を設ける位置は、開口１５から試験用釘を容器１内に挿入することにより、容器１と試験用釘とで、正極２１、セパレータ２４および負極２２を挟み込むことができる位置もしくは試験用釘を正極２１、セパレータ２４および負極２２に貫通させることができる位置とすることができる。
また、開口１５は、閉塞部材１３により閉塞される。
開口は、円形、四角形、多角形等の様々な形状をとりうる。また、開口の形状として、外側から開口内部に対して、すり鉢のようなテーパのついているものでもよい。開口の大きさは、内部短絡試験用冶具の大きさと同等か冶具の大きさよりも大きいものがよい。
閉塞部材１３は、容器１に取外し可能に固定され、開口１５を閉塞する。閉塞部材１３が開口１５を閉塞することにより、開口１５から有機電解液１６が漏れ出すことを防止することができ、電池を密閉することができる。試験用電池ケース１７を用いて試験用電池２０を作製すれば、試験用電池２０の充電および放電を行うことができる。
閉塞部材１３は、閉塞部材１３を容器１に接着・かしめ・嵌合・溶接により直接固定されてもよく、シール部材（接合部材）１４を設けることにより容器１に固定されてもよく、ねじ構造により固定されてもよい。
閉塞部材１３の開封強度は、電池の通常の充放電で開かない程度であれば良い。電池に設けられた安全弁と同等程度の開封強度を有することが好ましい。
閉塞部材１３を容器１に接着・溶着・かしめ・嵌合・溶接等で直接固定することにより開口１５を塞ぎ密閉する場合、閉塞部材１３の材料は、例えば、アルミやステンレス等の電池ケースとして一般的に使用可能な金属、シリコーン、ポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリエステル等の一般的に使用可能な樹脂、金属と樹脂のラミネートなどとすることができる。
閉塞部材１３の形状はフィルム状、シート状、箔状や薄い板状であり、柔軟性を有していることが好ましい。閉塞部材１３は、容器の開口１５を塞ぐことができれば良く、大きさは開口１５と同等または開口１５より大きくてもよい。閉塞部材１３がフィルムやシート状の場合は、容器の開口１５の設置してある一面全体を覆うように固着してもよい。また、閉塞部材１３はプルタブのように閉塞部材１３を引っ張りやすくするタブや取っ手が付いていてもよい。このような構造をとれば、閉塞部材１３を引き剥がすことが容易になり作業性が向上する。
かしめ・嵌合により開口１５に閉塞部材１３を取り付ける場合は、開口１５および閉塞部材１３をかしめ・嵌合可能な形状に加工しておくことができる。
接着・溶着により開口１５に閉塞部材１３を取り付ける場合は、接着剤、熱融着材料、はんだ、ロウ材等を用いて行うことができる。
溶接により開口１５に閉塞部材１３を取り付ける場合は、抵抗溶接、レーザ溶接、超音波溶接等様々な溶接方法によって行うことができる。
また、開口１５と閉塞部材１３はプルタブのついた飲料用缶のように、容器の一部にプレス加工等により破断溝を作成しタブをつけることで、引き剥がせる構造とするものよい。
閉塞部材１３は、シール部材（接合部材）１４を設けることにより容器１に固定されてもよい。シール部材１４は、ガスケットやパッキンなどであり、閉塞部材１３との隙間を塞ぐものであればよい。シール部材１４の素材としては、気密性が必要であるため柔軟性を有する材料が好ましく、また、電解液として有機溶剤を用いているので、耐電解液性があることが好ましい。シール部材１４はシリコーン、ポリオレフィン、フッ素樹脂、ポリエステル等の電池において一般的に使用可能な樹脂を使用することができる。
シール部材１４を利用する場合は、閉塞部材１３は液体や気体を通さないものであれば良く、金属や樹脂の板、栓のような構造が好ましい。
閉塞部材１３は、例えば、図４、５のように開口１５を塞ぐようにシール部材１４により容器１に固定されてもよいし、閉塞部材１３に設けられたシール部材１４で開口１５を塞いでもよいし、閉塞部材１３とシール部材との協働により塞ぐ構造でもよい。また、閉塞部材には閉塞部材１３を引っ張りやすくするタブや取っ手が付いていてもよい。
容器１からの閉塞部材１３の取外しは、閉塞部材１３に力を加えることにより閉塞部材１３のみを取外してもよく、閉塞部材１３とシール部材を同時に取外してもよく、シール部材１４を除去することにより閉塞部材１３を取外してもよい。また、閉塞部材１３をスライド構造等にすることもできる。
閉塞部材１３を容器１にねじ構造で取り付ける場合、開口１５と閉塞部材１３を雄ねじと雌ねじ形状に加工しておくことでできる。ねじ締め時にシール部材１４を合わせて利用することもできる。
蓋部材２は、容器１の発電要素１２を挿入するための開口１５を塞ぐ。また、容器１と蓋部材２は、例えばレーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接、接着剤などによる接合され、容器１を密閉する。
また、蓋部材２には、正極接続端子３および負極接続端子４を固定し、正極接続端子３に正極２１を固定し、負極接続端子４に負極２２を固定することができる。このことにより、図３のように発電要素１２を正極接続端子３、負極接続端子４に固定することができ、発電要素１２、正極接続端子３、負極接続端子４を容器１の内部に収容し蓋部材２により、容器１の発電要素１２を挿入するための開口１５を塞ぐことができる。
また、蓋部材２には外部接続端子８ａ、８ｂを固定することができ、正極接続端子３を外部接続端子８ａに電気的に接続することができ、負極接続端子４を外部接続端子８ｂに電気的に接続することができる。このことにより、外部接続端子８ａ、８ｂを介して、試験用電池２０の充放電を行うことができる。
２．試験用電池
試験用電池２０は、試験用電池ケース１７と、発電要素１２と、有機電解液１６とを備え、発電要素１２は、負極２２と、正極２１と、負極２２と正極２１との挟まれたセパレータ２４とを有し、試験用電池ケース１７は、発電要素１２と有機電解液１６とを収容する。試験用電池２０は、内部短絡試験用に用いられる電池であれば、特に限定されないが、例えば、リチウムイオン二次電池とすることができる。
また、試験用電池２０は、試験用金属片１８、弾性部材３１、クリアランス調整部材３２も有することができる。
発電要素１２は、試験用電池ケース１７内部に充填された有機電解液１６と共に電池反応をする。この電池反応により試験用電池２０は、放電、充電をすることができる。発電要素１２は、セパレータ２４と、セパレータ２４を介して配置された正極２１および負極２２を備える。発電要素１２は、例えば、図４〜６のように、蛇腹折りされたセパレータ２４と、セパレータ２４の各谷溝に配置され、かつ、セパレータ２４を介して交互に配置された正極２１および負極２２とを備える。ここでは、上記構造を示したが、通常使われているセパレータ２４と、セパレータ２４を介して配置された正極２１および負極２２を巻いた巻回タイプや、セパレータ２４を介して配置された正極２１および負極２２を重ね合わせた積層タイプでもよい。
試験用電池２０をブラントネイル試験や釘さし試験に用いる場合、図４のように試験用電池ケース１７内部に内部短絡用の部品を組み込む必要はない。
試験用電池２０を強制内部短絡試験に用いる場合、強制内部短絡試験用の金属片１８を発電要素１２の中に配置することができる。試験用金属片１８は、図５、６のように最も外側の正極２１または負極２２と、その外側のセパレータ２４との間に配置することができる。発電要素１２の試験用金属片１８が配置された部分を外側から押圧することにより、試験用金属片１８がセパレータ２４を貫通し、正極２１と負極２２とを強制的に短絡させることができる。
試験用金属片１８の材料は、強制内部短絡試験に用いられるものであれば特に限定されないが、例えば、金属ニッケルとすることができる。
また、試験用金属片１８は、正極２１または負極２２と、容器１の強制内部短絡試験用の開口１５または閉塞部材１３との間に配置することができる。このことにより、開口１５から短絡試験用押圧冶具を容器１内に挿入し発電要素１２の試験用金属片１８が配置された部分を押圧することができ、試験用金属片１８により正極２１と負極２２とを短絡させることができる。
なお、試験用金属片１８は、試験用電池２０を充電した後、試験用電池２０を開けて発電要素１２に挿入してもよく、試験用電池２０の製造中に発電要素１２内に配置してもよい。
試験用電池２０は、試験用金属片１８と閉塞部材１３との間に配置された弾性部材３１を備えてもよい。弾性部材３１を設けることにより、弾性部材３１は、発電要素１２と閉塞部材１３とで挟持される。また、試験用金属片１８を製造中に発電要素１２内に配置した場合、試験用金属片１８を配置することにより生じる発電要素１２の膨らみを弾性部材３１が覆い適度は力で抑えることができるため、注液や製造工程における振動などにより発電要素１２内に配置した試験用金属片１８の位置がずれることを抑制することができる。このことにより、強制内部短絡試験を正確に行うことができ、さらに、試験用金属片１８の位置がずれることによる正極２１や負極２２の損傷を抑制することができる。弾性部材３１は、例えば、図５のように設けることができる。
弾性部材３１の大きさは、開口１５と同等か、開口１５よりも小さいことが好ましい。これにより、強制内部短絡試験において、弾性部材３１を開口１５から取り出すことができ、短絡試験用押圧冶具が発電要素１２をしっかりと押圧することができる。さらに、弾性部材３１の大きさは、開口１５の面積に対して８０％以上であることが好ましい。開口１５の面積に対して８０％以上あれば弾性部材３１が開口１５内部で多少動いても、試験用金属片１８を押さえることができる。
弾性部材３１の厚みは、ケース１７の強制内部短絡試験用の開口１５の厚みより厚いこと、すなわち、ケース１７の開口１５の設けられた面のケース１７の板厚より厚いことが好ましい。
ケース１７の板厚より弾性部材３１が厚ければ、試験用金属片１８を弾性部材３１が確実に覆うことができ、試験用金属片１８が動くことを抑えることができる。
弾性部材３１は、弾性材料からなり、有機電解液に対する耐電解液性を有する材料からなればよい。
弾性部材３１の強度は20〜90kPa(圧縮応力25%）が好ましい。この範囲であれば、電極を傷つけることなく試験用金属片１８を押さえることができる。弾性材料３１の厚みは0.8〜5mm程度の厚みを有していることが好ましい。厚みがこの範囲であれば、試験用金属片１８の盛り上がりを有効に押さえることができ、厚すぎると発電要素１２により押され潰される無駄な厚みを少なくでき、試験用金属片１８に余計な力がかかることを防止することができる。
弾性部材３１の材質について、特に限定されないが、ポリオレフィン、ウレタン、シリコーンゴム、ＥＰＤＭゴム、フッ素ゴム等からなるスポンジやシリコーンゴム、ＥＰＤＭ、フッ素ゴムとすることができる。
試験用電池２０は、電池ケース１７と発電要素１２との間に配置されたクリアランス調整部材３２を備えることが好ましい。クリアランス調整部材３２は発電要素１２を弾性部材３１側に押すことができ、発電要素１２が弾性部材３１により、よりしっかりと押さえることができるため、発電要素１２が注液の液流れや製造工程における振動などにより電池内で動くことを防止できる。また、発電要素１２と開口を挟んで反対側に位置するクリアランスをクリアランス調整部材３２により埋めることができるため、短絡試験用押圧冶具で加圧する際に、冶具で押す際のストロークが短くなり、試験装置からの押圧力が試験用金属片１８に伝わらない等の不具合を防止することができる。すなわち、試験用金属片１８に力を確実に伝えられるため、セパレータ２４及び電極２１，２２を貫通させることができ、より正確に強制内部短絡試験を行うことができる。クリアランス調整部材３２は、例えば、図５のように設けることができる。
クリアランス調整部材３２の配される位置は、開口１５と対面する位置が好ましい。対面する位置でないと、試験用金属片１８を裏側から確実に押すことができないおそれがある。
クリアランス調整部材３２は容器１に設けられた短絡試験用押圧冶具の面積よりも大きい方が好ましい。短絡試験用押圧冶具よりも小さい場合は、クリアランス調整部材３２の配置されていない発電要素１２部分が押されて凹み、その凹んだ位置に試験用金属片１８があると、試験用金属片１８が適切にセパレータ２４や電極２１，２２に食い込まず、適切に試験が行えないことがある。さらに、クリアランス調整部材３２は容器に設けられた開口１５よりも面積が大きい方が好ましい。クリアランス調整部材３２が開口１５よりも大きければ、クリアランス調整部材３２の位置が多少ずれても、試験用金属片１８を裏側から確実に押すことができるため、試験用金属片１８がセパレータ２４や電極２１，２２を確実に貫通することができる。
クリアランス調整部材３２の板厚は電池内の発電要素１２と容器間のクリアランスから適宜決めればよく。クリアランスの５０〜８０％程度の厚さにするのが好ましい。
クリアランス調整部材３２は、硬質の素材からなり、非水電解質１６に対する耐性を有する材料からなれば特に限定されない。例えば、ポリオレフィン、ポリフェニレンスルファイド等の樹脂板とすることができる。
セパレータ２４は、シート状であり、正極２１と負極２２との間に配置される。セパレータ２４は、正極２１と負極２２との間に短絡電流が流れることを防止することができ、電解質が透過可能なものであれば特に限定されないが、例えばポリオレフィンの微多孔性フィルムとすることができる。
また、セパレータ２４は、強制内部短絡試験において、試験用金属片１８が貫通する。このことにより正極２１と負極２２との間に、試験用金属片１８を介して短絡電流が流れる。
正極２１は、正極集電体２７と正極集電体２７の両面上にそれぞれ設けられた正極活物質層２５と備える。正極２１は、例えば、図７（ａ）（ｂ）のように形成することができ、方形の正極集電体２７の両面に正極活物質層２５を形成することにより形成することができる。そして、正極２１は、正極接続端子３の接続部１６に接続するための接続部２３を有することができ、図７（ａ）の接続部２３は、正極２１の端部の正極集電体２７の両面上に正極活物質層２５を形成しないことで設けることができる。また、正極集電体２７の１つの端部に耳部を形成し、該耳部に正極活物質層２５を形成しないことで接続部を設けることもできる。
正極集電体２７は、電気伝導性を有し、表面上に正極活物質層２５を備えることができれば、特に限定されないが、例えば、金属箔である。好ましくはアルミニウム箔である。
正極活物質層２５は、正極活物質に導電剤、結着剤などを添加し、塗布法などにより正極集電体２７の上に形成することができる。正極活物質は、例えば、リチウムイオンを可逆的に吸蔵・放出することが可能なリチウム遷移金属複合酸化物、すなわち、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＮｉxＣｏ1-xＯ2（ｘ＝０．０１〜０．９９）、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏxＭｎyＮｉzＯ2（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）又はオリビン型のＬｉＦｅＰＯ4やＬｉxＦｅ1-yＭyＰＯ4（但し、０．０５≦ｘ≦１．２、０≦ｙ≦０．８であり、ＭはＭｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｎｂのうち少なくとも１種以上である）などが一種単独もしくは複数種を混合して使用することができる。
負極２２は、負極集電体２８と負極集電体２８の両面上にそれぞれ設けられた負極活物質層２６と備える。負極２２は、例えば、図８（ａ）（ｂ）のように形成することができ、方形の負極集電体２８の両面に負極活物質層２６を形成することにより形成することができる。そして、負極２２は、負極接続端子４に接続するための接続部２３を有することができ、図８（ａ）の接続部２３は、負極２２の端部の負極集電体２７の両面上に負極活物質層２６を形成しないことで設けることができる。また、負極集電体の１つの端部に耳部を形成し、該耳部に負極活物質層２６を形成しないことで接続部を設けることもできる。
負極集電体２８は、電気伝導性を有し、表面上に負極活物質層２６を備えることができれば、特に限定されないが、例えば、金属箔である。好ましくは銅箔である。
負極活物質層２６は、負極活物質に導電剤、結着剤などを添加し、塗布法などにより負極集電体２８の上に形成することができる。負極活物質は、例えば、リチウム二次電池の場合、グラファイト、部分黒鉛化した炭素、ＬｉＴｉＯ4、Ｓｎ合金等が一種単独もしくは複数種を混合して使用することができる。
リチウム塩を含有する非水電解質は、非水電解質とリチウム塩とからなるものである。非水電解質としては、非水電解液、有機固体電解質、無機固体電解質が用いられる。非水電解液は、溶媒としてカーボネート類、ラクトン類、エーテル類、エステル類などを使用することができ、これら溶媒の２種類以上を混合して用いることもできる。これらの中では特に環状カーボネートと鎖状カーボネートを混合して用いることが好ましい。有機電解液は、例えば、電解質としてのＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＯＢ、ＬｉＮ(ＣＦ3ＳＯ2)2、ＬｉＮ(Ｃ2Ｆ5ＳＯ2)等のリチウム塩溶質を有機溶媒に溶解した溶液である。また、必要に応じてＶＣ（ビニレンカーボネート）、ＰＳ（プロパンスルトン）、ＶＥＣ（ビニルエチルカーボネート）、ＰＲＳ（プロペンスルトン）、難燃剤等の添加剤を単独または複数種を混合して配合してもよい。
３．内部短絡試験
（強制内部短絡試験）
本実施形態の試験用電池２０は、強制内部短絡試験に使用できる。強制内部短絡試験は、試験用電池ケース１７内に配置した試験用金属片１８により正極２１と負極２２とを短絡させ、発火や発煙が生じるか否かを確かめる試験である。手順としては、以下の通りである。また、図９、１０は、強制内部短絡試験の説明図である。
まず、作製した試験用電池２０に充電を行い、試験用電池２０が蓄電した状態とする。なお、試験用金属片１８は、作製した試験用電池２０に入れられていてもよく、入れられていなくてもよい。
次に、図９のように、試験用電池ケース１７から閉塞部材１３を取外し、容器１の開口１５を開ける。また、第１弾性部材３１を設けていたとき、第１弾性部材３１を試験用電池２０から除去する。このとき、開口１５から有機電解液１６が漏れ出ることを防止するために、開口１５を上部とした状態で閉塞部材１３を取り外すことができる。また、試験用金属片１８を製造時に発電要素１２に挿入していない場合、この時点で、試験用金属片１８を発電要素１２に挿入することができる。具体的には、セパレータ２４に試験用金属片１８を挿入するための切り込みを設けておき、この切り込みから試験用金属片１８を発電要素１２に挿入する。
次に、開口１５から試験用電池２０内に短絡試験用押圧冶具３５を挿入し発電要素１２の試験用金属片１８を挿入した部分を押圧する。このことにより、図１０のように試験用金属片１８が正極２１または負極２２、およびセパレータ２４を貫通し、正極２１と負極２２が試験用金属片１８により強制的に短絡する。このことにより、内部短絡による発煙や発火が生じるか否かを確かめることができる。
（ブラントネイル試験、釘さし試験）
また、本実施形態の試験用電池２０は、ブラントネイル試験や釘さし試験に使用できる。
ブラントネイル試験や釘さし試験は、製造時にあやまって導電性異物が混入した場合や、釘などの鋭利な金属が突き刺さった場合、内部短絡を起こし、破裂、発火などが発生しないかを確認する試験である。釘さし試験は、先端のとがった釘を用いる試験であり、ブラントネイル試験は、先端の丸まった釘（鈍り釘）を用いる試験である。
手順としては、以下の通りである。また、図１１、１２は、ブラントネイル試験の説明図である。なお、釘さし試験では、図１１、１２示した試験用釘３７に先端のとがった釘を用いる。
まず、作製した試験用電池２０に充電を行い、試験用電池２０が蓄電した状態とする。
次に、図１１のように、試験用電池ケース１７から閉塞部材１３を取外し、容器１の開口１５を開ける。このとき、開口１５から有機電解液１６が漏れ出ることを防止するために、開口１５を上部とした状態で閉塞部材１３を取り外すことができる。
次に、開口１５から試験用電池２０内に内部短絡試験用の釘３７を挿入し発電要素１２に釘３７を突き刺す。このことにより、図１２のように釘３７が正極２１または負極２２、およびセパレータ２４を貫通し、正極２１と負極２２が釘３７により強制的に短絡する。このことにより、内部短絡による発煙、発火や破裂が生じるか否かを確かめることができる。
活物質として黒鉛、バインダーとしてＳＢＲ、ＣＭＣ含有する負極活物質層スラリーを銅箔上に塗布・乾燥し、負極２２を形成した。活物質としてオリビン型リン酸鉄リチウム、導電材としてカーボン、バインダーとしてＰＶｄＦを含有する正極活物質層スラリーをアルミ箔上に塗布・乾燥し、正極２１を形成した。シート状のセパレータ２４を正極２１と負極２２との間に配置し、図６のように発電要素を組み上げ、最外部の電極が負極となるようにした。そして、最外部の負極２２に試験用金属片１８を配置した。セパレータ２４の端部をポリイミドテープで止め発電要素１２を作製した。
該発電要素１２の正極２１側の端部と負極２２側の端部に正極接続端子３と負極接続端子４を取り付け、図３のような構造にし、弾性部材３１、クリアランス調整部材３２とともに試験用電池ケース１７に収めて、非水電解液を注入して160Whの試験用電池を作製した。
容器１はステンレス製（板厚0.8mm）縦98mm×横165.5mm×厚み43.5mmの角型ケースを使用し、開口は1.9mmφの円形とした。内部の容器１と発電要素１２と厚み方向クリアランスは約4.5mmであった。
閉塞部材１３はステンレス製の厚さ0.1mmのタブ付きの大きさ30mmφの薄板を用いた。閉塞部材１３は容器１に周囲を超音波溶接することにより取り付けた。
弾性部材３１として、試験用電池ケース１７の開口１５と同じ形状、同じ大きさの厚さ３mmのポリエチレン発泡体（圧縮応力２５％：50kPa）を使用した。クリアランス調整部材３２として3mmのポリプロピレンの板を用いた。
試験用電池を充電し、試験用電池の閉塞部材１３と弾性部材３１を取り外し、試験用金属片１８がずれていないかの確認を行ったところ、当初設置した場所に保持されていた。
短絡試験用押圧冶具３５はステンレス製10mmの角柱の先端に、2mmの厚みのニトリルゴムを介して5ｍｍ角のアクリル製立方体が取り付けられているものを使用した。
短絡試験用押圧冶具３５のアクリル面（加圧面の面積25mm2）で試験用金属片１８を冶具３５で押圧して強制内部短絡試験を行った。押圧後の発電要素１２の加圧部分を確認したところ、試験用金属片１８が発電要素１２内に完全にめり込んでいることが確認できた。
１： 容器 ２：蓋部材 ３：正極接続端子 ４：負極接続端子 ６ａ、６ｂ：ねじ部材 ８ａ、８ｂ：外部接続端子 １０ａ、１０ｂ：外部絶縁部材 １１ａ、１１ｂ：内部絶縁部材 １２：発電要素 １３：閉塞部材 １４：シール部材（接合部材） １５：開口 １６：有機電解液 １７：試験用電池ケース １８：試験用金属片 ２０：試験用電池 ２１：正極 ２２：負極 ２３：接続部 ２４：セパレータ ２５：正極活物質層 ２６：負極活物質層 ２７：正極集電体 ２８：負極集電体 ２９：活物質未塗工部 ３１：弾性部材 ３２：クリアランス調整部材 ３５：短絡試験用押圧冶具 ３７：試験用釘

Claims (12)

  1. 発電要素を収容するための容器と、前記容器に取外し可能に固定された閉塞部材とを備え、
    前記容器は、前記閉塞部材により閉塞される内部短絡試験用の開口を有し、
    前記内部短絡試験用の開口は、前記発電要素を前記容器内に挿入するための開口とは別に設けられる開口であって、前記発電要素を前記容器に収納した状態で内部短絡試験を行う際の、短絡試験用押圧治具又は試験用釘を挿入するための開口であることを特徴とする試験用電池ケース。
  2. シール部材を備え、
    前記シール部材は、前記容器と前記閉塞部材との隙間を密閉する請求項１に記載の試験用電池ケース。
  3. 前記閉塞部材は、タブまたは取っ手を備えている請求項１または２に記載の試験用電池ケース。
  4. 前記容器は、剛性材料からなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の試験用電池ケース。
  5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の試験用電池ケースと、前記発電要素と、非水電解質とを備え、
    前記発電要素は、負極と、正極と、前記負極と前記正極とに挟まれたセパレータとを有し、
    前記試験用電池ケースは、前記発電要素と前記非水電解質とを収容する試験用電池。
  6. 試験用金属片を備え、
    前記試験用金属片は、前記閉塞部材と前記正極または前記負極との間に配置された請求項５に記載の試験用電池。
  7. 前記試験用金属片は、前記セパレータと前記負極または前記正極との間に配置された請求項６に記載の試験用電池。
  8. 弾性部材を備え、
    前記弾性部材は、前記試験用金属片と前記閉塞部材との間に配置された請求項６または７に記載の試験用電池。
  9. 前記試験用電池ケースと前記発電要素との間に配置されたクリアランス調整部材を備え、
    前記クリアランス調整部材は、前記弾性部材とともに前記発電要素を挟む請求項８に記載の試験用電池。
  10. 前記試験用電池ケースと前記発電要素との間に配置されたクリアランス調整部材を備え、
    前記クリアランス調整部材は前記発電要素を前記内部短絡試験用の開口方向へ押圧する請求項５〜９のいずれか１つに記載の試験用電池。
  11. 正極接続端子と、負極接続端子とを備え、
    前記正極は前記正極接続端子と電気的に接続し、前記負極は前記負極接続端子と電気的に接続する請求項５〜１０のいずれか１つに記載の試験用電池。
  12. 前記正極は、リチウムイオンを出し入れできる正極活物質層を有し、
    前記負極は、リチウムイオンを出し入れできる活物質負極活物質層を有し、
    前記非水電解質は、リチウム塩溶質を有機溶媒に溶解した溶液である請求項５〜１１のいずれか１つに記載の試験用電池。
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