[go: up one dir, main page]

WO2018101114A1 - スクリーニング方法、スクリーニング装置、及び二次電池の製造方法 - Google Patents

スクリーニング方法、スクリーニング装置、及び二次電池の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2018101114A1
WO2018101114A1 PCT/JP2017/041744 JP2017041744W WO2018101114A1 WO 2018101114 A1 WO2018101114 A1 WO 2018101114A1 JP 2017041744 W JP2017041744 W JP 2017041744W WO 2018101114 A1 WO2018101114 A1 WO 2018101114A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
discharge
charging
charge
unit
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2017/041744
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佐野　雅規
勲 植木
正之 五十嵐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Micronics Japan Co Ltd
Original Assignee
Micronics Japan Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Micronics Japan Co Ltd filed Critical Micronics Japan Co Ltd
Priority to CA3044785A priority Critical patent/CA3044785A1/en
Priority to EP17877098.8A priority patent/EP3550316A4/en
Priority to KR1020197018822A priority patent/KR20190089202A/ko
Priority to US16/465,458 priority patent/US20210286013A1/en
Publication of WO2018101114A1 publication Critical patent/WO2018101114A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/3865—Arrangements for measuring battery or accumulator variables related to manufacture, e.g. testing after manufacture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • G01R31/387—Determining ampere-hour charge capacity or SoC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4285—Testing apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a technique for screening a unit battery.
  • Patent Documents 1 to 3 disclose secondary batteries.
  • the secondary batteries disclosed in Patent Documents 1 to 3 are stacked in which a first electrode, an n-type metal oxide semiconductor layer, a charging layer, a p-type metal oxide semiconductor layer, and a second electrode are stacked on a substrate. It has a structure.
  • Patent Documents 2 and 3 describe that a plurality of batteries are used in combination.
  • a battery having a necessary capacity is manufactured by stacking sheet batteries.
  • the sheet batteries to be combined are screened (sorted), and batteries with a certain capacity or more are stacked. . Therefore, a technique for appropriately screening a sheet battery and manufacturing a secondary battery is desired.
  • the present embodiment has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a screening method, a screening apparatus, and a secondary battery manufacturing method capable of appropriately screening a sheet battery.
  • the screening method is a screening method for screening a unit battery, and a charge / discharge waveform acquisition step of acquiring a charge / discharge waveform of the unit battery by charging / discharging the unit battery, and the charge / discharge
  • the unit battery based on the evaluation results of the first step, the second step, the third step, and the fourth step.
  • the unit battery in the charging / discharging waveform acquisition step, the unit battery is charged with CC-CV (constant current-constant voltage) for a predetermined time and then discharged with CC (constant current). You may make it acquire.
  • CC-CV constant current-constant voltage
  • the time change amount of the discharge voltage is evaluated based on whether or not the time change amount of the discharge voltage during the discharge is equal to or greater than a preset discharge voltage threshold value. You may do it.
  • the time change amount of the charging voltage is evaluated based on whether or not the time change amount of the charging voltage during charging is equal to or more than a preset charging voltage threshold value. You may do it.
  • the current value at the end of charging is evaluated based on whether or not the current value at the end of charging is equal to or greater than a predetermined current threshold value. Good.
  • the charge / discharge waveform is re-acquired for the unit battery whose evaluation in the first step, the second step, the third step, and the fourth step was good,
  • a variation in discharge time in a plurality of the charge / discharge waveforms with respect to the unit cell may be evaluated, and the unit cell may be screened based on the evaluation result of the variation in the discharge time.
  • the method for manufacturing a secondary battery according to this embodiment is to manufacture a secondary battery by connecting a plurality of unit cells screened by the above screening method.
  • the screening apparatus is a screening apparatus for screening a unit battery, and the unit battery is charged and discharged by charging and discharging the unit battery, and the unit battery is charged and discharged by the charger / discharger.
  • a charge / discharge waveform acquisition unit that acquires a charge / discharge waveform of the battery
  • a discharge voltage evaluation unit that evaluates a time change amount of a discharge voltage during discharge in the unit battery based on the charge / discharge waveform
  • a charge / discharge waveform based on the charge / discharge waveform.
  • a charging voltage evaluating unit that evaluates a time change amount of a charging voltage during charging in the unit battery
  • a charging efficiency evaluating unit that evaluates a charging efficiency of the unit battery based on the charging / discharging waveform
  • the charging / discharging and the charging / discharging.
  • a current value evaluation unit that evaluates the current value at the end of charging of the unit battery based on the waveform.
  • the charge / discharge device may acquire the charge / discharge waveform by performing CC discharge after the unit battery is CC-CV charged for a predetermined time and then performing CC discharge. Good.
  • the discharge voltage evaluation unit evaluates the time variation of the discharge voltage based on whether or not the time variation of the discharge voltage during the discharge is equal to or greater than a preset discharge voltage threshold. You may make it do.
  • the charging voltage evaluation unit evaluates the time variation of the charging voltage based on whether or not the time variation of the charging voltage during charging is equal to or greater than a preset charging voltage threshold. You may make it do.
  • the current value evaluation unit evaluates the current value at the end of charging based on whether or not the current value at the end of charging is equal to or greater than a predetermined current threshold value. Also good.
  • the charger / discharger is charged with respect to the unit battery that has been evaluated well in the discharge voltage evaluation unit, the charge voltage evaluation unit, the charge efficiency evaluation unit, and the current value evaluation unit.
  • the charge / discharge waveform acquisition unit re-acquires the charge / discharge waveform, evaluates variation in discharge time in the plurality of charge / discharge waveforms with respect to the unit battery, and results in evaluation of the variation in discharge time. Based on this, the unit battery may be screened.
  • An object of the present invention is to provide a screening method, a screening apparatus, and a secondary battery manufacturing method capable of appropriately screening a sheet battery.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the sheet battery 21 and its screening device 50.
  • 2 is a block diagram showing a control configuration of the personal computer 51 of the screening device 50.
  • the screening device 50 performs screening by performing a charge / discharge test on the sheet battery 21 which is a unit battery. Specifically, the same charge / discharge test is performed on the plurality of sheet-like batteries 21, and it is determined whether the result of the charge / discharge test for each sheet-like battery 21 satisfies a predetermined condition. And the quality determination of the sheet-like battery 21 is performed based on the result of a charging / discharging test.
  • the screening device 50 acquires a charge / discharge waveform for each sheet battery 21 by performing a charge / discharge test on the sheet battery 21.
  • the screening device 50 determines that a sheet-like battery whose acquired charge / discharge waveform satisfies a predetermined condition is a non-defective product, and determines that a sheet-shaped battery 21 that does not satisfy it is a defective product.
  • a user manufactures a secondary battery using only the sheet-like battery 21 determined to be good. That is, the secondary battery is completed by connecting in parallel or series connection the sheet batteries 21 determined to be non-defective.
  • the sheet battery 21 determined to be defective is subject to disposal or retest.
  • a sheet battery 21 has a stacked structure in which an n-type oxide semiconductor layer 13, a charging layer 14, a p-type oxide semiconductor layer 16, and a second electrode 17 are stacked in this order on a substrate 11. have.
  • the base material 11 is formed of a conductive material such as metal and functions as a first electrode.
  • the base material 11 is a negative electrode.
  • a metal foil sheet such as an aluminum sheet can be used as the base material 11 for example.
  • the base material 11 should just be a structure containing a 1st electrode.
  • metal materials such as chromium (Cr) or titanium (Ti) can be used as a material of a 1st electrode.
  • an alloy film containing aluminum (Al), silver (Ag), or the like may be used.
  • the first electrode is formed on the substrate 11, it can be formed in the same manner as the second electrode 17 described later.
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 includes an n-type oxide semiconductor material (second n-type oxide semiconductor material).
  • n-type oxide semiconductor layer 13 for example, titanium dioxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), or the like can be used.
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 can be formed on the substrate 11 by sputtering or vapor deposition.
  • titanium dioxide (TiO 2 ) is preferably used as a material for the n-type oxide semiconductor layer 13.
  • a charging layer 14 is formed on the n-type oxide semiconductor layer 13.
  • the charging layer 14 is formed of a mixture in which an insulating material and an n-type oxide semiconductor material are mixed.
  • a fine-particle n-type oxide semiconductor can be used as the n-type oxide semiconductor material (first n-type oxide semiconductor material) of the charging layer 14.
  • An n-type oxide semiconductor changes its photoexcitation structure by irradiation with ultraviolet rays, and becomes a layer having a charging function.
  • Silicone resin can be used as the insulating material of the charging layer 14.
  • the insulating material it is preferable to use a silicon compound (silicone) having a main skeleton with a siloxane bond such as silicon oxide.
  • the charge layer 14 is formed of silicon oxide and titanium dioxide using the first n-type oxide semiconductor material as titanium dioxide.
  • the n-type oxide semiconductor material that can be used in the charge layer 14 tin oxide (SnO 2 ) or zinc oxide (ZnO) is suitable. It is also possible to use materials that combine two or all of titanium dioxide, tin oxide, and zinc oxide.
  • a coating liquid in which a solvent is mixed with a mixture of a precursor of titanium oxide, tin oxide, or zinc oxide and silicone oil is prepared.
  • a coating solution in which fatty acid titanium and silicone oil are mixed in a solvent is prepared.
  • the coating solution is applied onto the n-type oxide semiconductor layer 13 by a spin coating method, a slit coating method, or the like.
  • the charge layer 14 can be formed on the n-type oxide semiconductor layer 13 by drying and baking the coating film.
  • the precursor titanium stearate, which is a precursor of titanium oxide, can be used, for example. Titanium oxide, tin oxide, and zinc oxide are formed by decomposition from an aliphatic acid salt that is a precursor of a metal oxide.
  • the charging layer 14 after drying and firing may be UV-cured by irradiating with ultraviolet rays.
  • fine particles of an oxide semiconductor can be used without using a precursor.
  • a liquid mixture is produced by mixing nanoparticles of titanium oxide or zinc oxide with silicone oil.
  • a coating liquid is produced
  • a coating solution is applied onto the n-type oxide semiconductor layer 13 by a spin coating method, a slit coating method, or the like.
  • the charging layer 14 can be formed by performing drying, baking, and UV irradiation on the coating film.
  • the first n-type oxide semiconductor material included in the charging layer 14 and the second n-type oxide semiconductor material included in the n-type oxide semiconductor layer 13 may be the same or different. Good.
  • the n-type oxide semiconductor material included in the n-type oxide semiconductor layer 13 is tin oxide
  • the n-type oxide semiconductor material of the charge layer 14 may be tin oxide, or n other than tin oxide. It may be a type oxide semiconductor material.
  • a p-type oxide semiconductor layer 16 is formed on the charging layer 14.
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 includes a p-type oxide semiconductor material.
  • a material of the p-type oxide semiconductor layer 16 nickel oxide (NiO), copper aluminum oxide (CuAlO 2 ), or the like can be used.
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 is a nickel oxide film having a thickness of 400 nm.
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 is formed on the charging layer 14 by a film formation method such as vapor deposition or sputtering.
  • the second electrode 17 only needs to be formed of a conductive film.
  • metal materials such as chromium (Cr) or copper (Cu) can be used.
  • copper (Cu) As another metal material, there is a silver (Ag) alloy containing aluminum (Al).
  • the forming method include vapor phase film forming methods such as sputtering, ion plating, electron beam evaporation, vacuum evaporation, and chemical vapor deposition.
  • the metal electrode can be formed by an electrolytic plating method, an electroless plating method, or the like.
  • copper, copper alloy, nickel, aluminum, silver, gold, zinc, tin or the like can be used as a metal used for plating.
  • the second electrode 17 is an Al film having a thickness of 300 nm.
  • the sheet battery 21 may have other layers.
  • the sheet battery 21 is an all-solid battery.
  • the sheet battery 21 is also referred to as a unit battery. That is, a secondary battery is manufactured by combining a plurality of sheet-like batteries 21 that are unit batteries.
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 is disposed below the charging layer 14 and the p-type oxide semiconductor layer 16 is disposed above the charging layer 14.
  • the physical semiconductor layer 13 and the p-type oxide semiconductor layer 16 may have opposite configurations.
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 may be disposed on the charging layer 14 and the p-type oxide semiconductor layer 16 may be disposed below.
  • the base material 11 is a positive electrode and the second electrode 17 is a negative electrode.
  • the charging layer 14 is sandwiched between the n-type oxide semiconductor layer 13 and the p-type oxide semiconductor layer 16
  • the n-type oxide semiconductor layer 13 may be disposed on the charging layer 14.
  • the p-type oxide semiconductor layer 16 may be disposed.
  • the sheet battery 21 includes the first electrode (base material 11), the first conductive oxide semiconductor layer (n-type oxide semiconductor layer 13 or p-type oxide semiconductor layer 16), the charging layer 14, the first Any structure in which the two-conductivity-type semiconductor layer (p-type oxide semiconductor layer 16 or n-type oxide semiconductor layer 13) and the second electrode 17 are stacked in this order may be used.
  • the sheet-like battery 21 includes a first electrode (base material 11), a first conductivity type oxide semiconductor layer (n-type oxide semiconductor layer 13 or p-type oxide semiconductor layer 16), a charge layer 14, and a second conductivity type.
  • a configuration including a layer other than the type semiconductor layer (p-type oxide semiconductor layer 16 or n-type oxide semiconductor layer 13) and the second electrode 17 may be employed.
  • the screening device 50 includes a charger / discharger 61 and a personal computer (hereinafter referred to as PC) 51.
  • the PC 51 includes a charge / discharge waveform acquisition unit 52, a discharge voltage evaluation unit 53, a discharge time evaluation unit 54, a charge voltage evaluation unit 56, a charge efficiency evaluation unit 57, a current value evaluation unit 58, and a determination unit 59. It has.
  • a charge / discharge waveform acquisition unit 52, a discharge voltage evaluation unit 53, a discharge time evaluation unit 54, a charge voltage evaluation unit 56, a charge efficiency evaluation unit 57, a current value evaluation unit 58, and a determination unit 59 are a CPU (Central Processing Unit), a memory It can be realized by a PC 51 having a storage medium such as a keyboard, an input device such as a keyboard, and a monitor. The PC 51 executes a computer program stored in the memory, thereby evaluating by a discharge voltage evaluation unit 53, a discharge time evaluation unit 54, a charge voltage evaluation unit 56, a charge efficiency evaluation unit 57, and a current value evaluation unit 58, which will be described later. And the process of determination by the determination part 59 is performed.
  • a discharge voltage evaluation unit 53, a discharge time evaluation unit 54, a charge voltage evaluation unit 56, a charge efficiency evaluation unit 57, and a current value evaluation unit 58 which will be described later.
  • the charger / discharger 61 charges and discharges the sheet battery 21. Specifically, the charger / discharger 61 performs CC-CV (Constant-Current-Constant-Voltage) charging for a predetermined time, and then performs CC (Constant-Current) discharging.
  • CC-CV charging first, constant current charging is performed, and when the charging voltage reaches a predetermined voltage, constant voltage charging is performed with the voltage kept constant at the predetermined voltage.
  • CC method discharging is performed at a constant current.
  • the charger / discharger 61 controls and measures the voltage and current during charging / discharging.
  • the charge / discharge waveform acquisition unit 52 acquires the charge / discharge waveform of the charge / discharge test by the charger / discharger 61. That is, according to the voltage or current measured at the time of charging / discharging, the charging / discharging waveform acquisition part 52 acquires a voltage waveform and a current waveform.
  • the charge / discharge waveform acquisition unit 52 associates the time with the charge / discharge current and the charge / discharge voltage and stores them in a memory or the like.
  • the charger / discharger 61 may perform a charge / discharge waveform a plurality of times for one sheet-like battery 21. In this case, the charge / discharge waveform acquisition unit 52 acquires a plurality of charge / discharge waveforms for one sheet-shaped battery 21.
  • the discharge voltage evaluation unit 53 evaluates the discharge voltage during discharge.
  • the discharge time evaluation unit 54 evaluates the variation in the discharge time in the charge / discharge waveform.
  • the charging voltage evaluation unit 56 evaluates the charging voltage during charging.
  • the charging efficiency evaluation unit 57 evaluates the charging efficiency based on the charge / discharge waveform.
  • the current value evaluation unit 58 evaluates the current value at the end of charging. Evaluation in the discharge voltage evaluation unit 53, the discharge time evaluation unit 54, the charge voltage evaluation unit 56, the charge efficiency evaluation unit 57, and the current value evaluation unit 58 will be described later.
  • the determination unit 59 determines pass / fail of the sheet battery 21 based on the evaluation in the discharge voltage evaluation unit 53, the discharge time evaluation unit 54, the charge voltage evaluation unit 56, the charge efficiency evaluation unit 57, and the current value evaluation unit 58. . That is, when satisfactory evaluation is obtained for all evaluations of the discharge voltage, the discharge time, the charging voltage, the charging efficiency, and the current value at the end of charging, the determination unit 59 determines that the sheet battery 21 is a non-defective product. . On the other hand, when a favorable evaluation is not obtained for one or more of the discharge voltage, the discharge time, the charge voltage, the charge efficiency, and the current value at the end of charge, the determination unit 59 determines that the sheet battery 21 is a defective product. judge. As described above, the screening device 50 screens the sheet-like battery 21 based on the charge / discharge waveform acquired in this way.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the screening method according to the present embodiment.
  • 4 to 9 are charging / discharging waveforms for explaining respective evaluations for the sheet-like battery 21.
  • FIG. 4 to 7 show changes over time in charge / discharge voltage and charge / discharge current.
  • 8 and 9 show the change over time of the charge / discharge voltage.
  • the charger / discharger 61 first performs CC discharge on the sheet battery 21 after performing CC-CV charge for a predetermined time. For example, when the charger / discharger 61 performs one set of CC-CV charge and CC discharge and performs charge / discharge, the charge / discharge waveform acquisition unit 52 acquires one charge / discharge waveform (S11 in the following flowchart).
  • the charger / discharger 61 can charge the sheet-like battery 21 with a setting at the time of charging of 2.7 V and 50 mA and a charging time of 30 seconds.
  • the charger / discharger 61 charges with a constant current of 50 mA until the voltage of the sheet battery 21 reaches 2.7 V, and when the voltage of the sheet battery 21 reaches 2.7 V, the current amount is reduced to 2.
  • the battery is charged with a constant voltage of 7V.
  • the charger / discharger 61 is discharged at a constant current until the battery capacity of the sheet-like battery 21 becomes 0%.
  • the sheet battery 21 is prepared (S10). Specifically, in S10, a plurality of sheet batteries 21 having a laminated structure as shown in FIG. 1 are prepared.
  • the charger / discharger 61 performs a charge / discharge test on the sheet battery 21, and the charge / discharge waveform acquisition unit 52 acquires the charge / discharge waveform of the sheet battery 21 (S11). Specifically, in S ⁇ b> 11, the charger / discharger 61 performs charge / discharge once for one sheet-like battery 21.
  • the charging / discharging waveform acquisition part 52 acquires one charging / discharging waveform with respect to the sheet-like battery 21 of 1 sheet. For example, it is assumed that the voltage value and the current value are acquired at intervals of 1 second in the charge / discharge waveform.
  • the discharge voltage evaluation unit 53 evaluates the time change of the discharge voltage during discharge (S12). In S12, the discharge voltage evaluation unit 53 evaluates whether or not there is a voltage increase during discharge.
  • FIG. 4 shows a charge / discharge waveform in which the discharge voltage increases. In FIG. 4, there is a voltage rise during discharge at C1.
  • the discharge voltage evaluation unit 53 compares voltage values at different timings during discharge, and evaluates whether or not the discharge voltage is rising based on the comparison result. That is, the discharge voltage evaluation unit 53 detects the presence or absence of abnormality based on the behavior of the discharge voltage.
  • the discharge voltage evaluation unit 53 evaluates the time variation of the discharge voltage based on whether or not the time variation of the discharge voltage is equal to or greater than a predetermined discharge voltage threshold (hereinafter, discharge voltage threshold Vth1). Specifically, for example, a difference value (V2 ⁇ V1) between a voltage value at an arbitrary timing during discharge (hereinafter, voltage value V2) and a voltage value at the immediately preceding timing (hereinafter, voltage value V1) is a discharge voltage time. Corresponds to the amount of change. When the difference value (V2 ⁇ V1) of the discharge voltage is equal to or greater than the discharge voltage threshold Vth1, the discharge voltage evaluation unit 53 determines that the discharge voltage has increased.
  • a predetermined discharge voltage threshold hereinafter, discharge voltage threshold Vth1
  • the discharge voltage evaluation unit 53 determines that the discharge voltage has not increased. In this way, the discharge voltage evaluation unit 53 evaluates the amount of change in the discharge voltage over time based on the difference value between the discharge voltages at two successive timings.
  • the discharge voltage evaluation unit 53 evaluates that there is a voltage increase during discharge if there is at least one place where the difference value (V2-V1) is equal to or greater than the discharge voltage threshold Vth1 during discharge. In FIG. 4, for example, there is an increase in the discharge voltage at C1. As described above, the discharge voltage evaluation unit 53 detects the presence or absence of abnormality based on the comparison result between the difference value (V2 ⁇ V1) and the discharge voltage threshold value Vth1.
  • the discharge voltage threshold Vth1 is a positive value and can be set to 0.02 V, for example.
  • the charging voltage evaluation unit 56 evaluates the time change of the charging voltage during charging in the sheet battery 21 (S13). Specifically, the charging voltage evaluation unit 56 determines whether or not there is a voltage drop during charging.
  • FIG. 5 shows a charge / discharge waveform with a voltage drop of the charge voltage. In FIG. 5, there is a voltage drop during charging at D1.
  • the charging voltage evaluation unit 56 compares voltage values at different timings during charging, and evaluates whether or not the charging voltage is decreasing based on the comparison result. That is, the charging voltage evaluation unit 56 detects the presence or absence of abnormality based on the behavior of the charging voltage.
  • the charging voltage evaluation unit 56 evaluates the time variation of the charging voltage based on whether or not the time variation of the charging voltage is equal to or higher than the charging voltage threshold Vth2. Specifically, for example, a difference value (V3 ⁇ V4) between a voltage value at an arbitrary timing during charging (hereinafter, voltage value V3) and a voltage value at the immediately following timing (hereinafter, voltage value V4) is a change with time of the charging voltage. Corresponds to the quantity. When the difference value (V3-V4) of the charging voltage is higher than the charging voltage threshold (hereinafter, charging voltage threshold Vth2), the charging voltage evaluation unit 56 determines that the charging voltage has decreased.
  • the charging voltage evaluation unit 56 determines that the charging voltage has not dropped. In this way, the charging voltage evaluation unit 56 evaluates the change over time of the charging voltage during charging based on the difference value between the charging voltages at two successive timings.
  • the charging voltage evaluation unit 56 evaluates that there is a voltage drop during charging if there is at least one location where (V3-V4) is equal to or higher than the charging voltage threshold Vth2 during charging. In FIG. 5, for example, there is a drop in the charging voltage at D1. Thus, the charging voltage evaluation unit 56 detects the presence or absence of an abnormality based on the comparison result between the difference value (V3 ⁇ V4) and the charging voltage threshold value Vth2.
  • the charging voltage threshold Vth2 is a positive value, and can be set to 0.1 V, for example.
  • the charging efficiency evaluation unit 57 evaluates the charging efficiency based on the charging / discharging waveform (S14). Then, the charging efficiency evaluation unit 57 evaluates whether the charging efficiency of the sheet battery 21 is higher or lower than the efficiency threshold. Next, a method for calculating the charging efficiency will be specifically described with reference to FIG.
  • ⁇ Electric energy required for charging> The product of the charging voltage and the charging current at each timing is the charging power. Further, the time integration of the charging power during charging (charging period P1 in FIG. 6) is the amount of power required for charging. ⁇ Electric energy obtained by charging> The product of the discharge voltage and the discharge current at each timing is the discharge power. Further, the time integral of the discharge power at the time of discharge (discharge period P2 in FIG. 6) is the amount of power obtained by the discharge.
  • ⁇ Charging efficiency> The charging efficiency is calculated by (the amount of power obtained by discharging) / (the amount of power required for charging).
  • the charging efficiency evaluation unit 57 calculates the charging efficiency E by obtaining the electric energy required for charging and the electric energy obtained by discharging based on the charging / discharging waveform. Then, the charging efficiency evaluation unit 57 compares the calculated charging efficiency with the efficiency threshold Eth. The charging efficiency evaluation unit 57 determines that the charging efficiency is high if the charging efficiency E is equal to or higher than the efficiency threshold Eth, and determines that the charging efficiency is low if the charging efficiency E is less than the efficiency threshold Eth.
  • the efficiency threshold Eth can be set to 80%, for example.
  • the charging efficiency evaluation unit 57 detects the presence or absence of abnormality based on the charging efficiency.
  • the current value evaluation unit 58 evaluates the current value at the end of charging based on the charge / discharge waveform (S15). For example, when the charging time is 30 seconds, the current value evaluation unit 58 acquires the charging current value 30 seconds after the start of charging as the current value I at the end of charging (see FIG. 7). That is, the current value I at the end of charging is a current value acquired at the last timing of constant voltage charging. Then, the current value evaluation unit 58 compares the current value I with the current threshold value Ith, and determines that the current value I is normal when the current value I is equal to or less than the current threshold value Ith. If it is larger, it is determined that the current value I is abnormal. As described above, the current value evaluation unit 58 detects the presence or absence of an abnormality based on the comparison result between the current value I and the current threshold value Ith.
  • the determination unit 59 determines whether or not it is a non-defective product based on the evaluation result (S16). Specifically, in the evaluation of the discharge voltage evaluation unit 53, the discharge time evaluation unit 54, the charge voltage evaluation unit 56, the charge efficiency evaluation unit 57, and the current value evaluation unit 58, a sheet-like battery in which an abnormality is detected even in one item Are determined to be defective (No in S16). Then, the screening device 50 outputs an error on the PC monitor screen (S17). After outputting an error, the process ends.
  • the determination unit 59 determines that the sheet battery 21 that has passed all the evaluations of the discharge voltage evaluation unit 53, the discharge time evaluation unit 54, the charge voltage evaluation unit 56, the charge efficiency evaluation unit 57, and the current value evaluation unit 58 is a non-defective product. (Yes in S16).
  • the charge / discharge waveform acquisition unit 52 acquires the charge / discharge waveform again (S18).
  • the charger / discharger 61 performs CC-CV charge and CC discharge, and the charge / discharge waveform acquisition unit 52 acquires the charge / discharge waveform.
  • a second charge / discharge waveform is acquired for the sheet-like battery 21.
  • a plurality of charge / discharge waveforms are acquired for one sheet-shaped battery 21 by the steps of S11 and S18.
  • the charge / discharge waveform acquisition unit 52 may acquire the charge / discharge waveform a plurality of times.
  • the discharge time evaluation unit 54 evaluates the discharge time in the charge / discharge waveform (S19). Specifically, the discharge time evaluation unit 54 calculates the discharge time for the plurality of charge / discharge waveforms acquired in S11 and S18. And the discharge time evaluation part 54 evaluates the dispersion
  • FIG. 8 shows a voltage waveform when the discharge time variation is large
  • FIG. 9 shows a voltage waveform when the discharge time variation is small. 8 and 9 each show three charge / discharge waveforms.
  • the sheet-like battery 21 that has acquired the charge / discharge waveform of FIG. 8 is referred to as sample A
  • the sheet-like battery 21 that has acquired the charge / discharge waveform of FIG. Sample A and sample B are different samples (sheet-like battery 21).
  • the discharge times in the three charge / discharge waveforms are indicated as A1 to A3, and in FIG. 9, the three discharge times are indicated as B1 to B3.
  • the discharge times A1 to A3 and the discharge times B1 to B3 correspond to the time when the discharge ends, that is, the time when the battery capacity becomes 0% due to the discharge. That is, the time when the voltage becomes 0 V by CC discharge is defined as the discharge end time.
  • the discharge time evaluation unit 54 evaluates the sample A as a unit cell having a large variation in discharge time. Since the difference between the discharge times B1 to B3 is small, the discharge time evaluation unit 54 evaluates the sample B as a unit cell with a small variation in discharge time. For the evaluation of the variation in discharge time, the difference between the maximum discharge time and the minimum discharge time or the standard deviation of the discharge time may be used. The discharge time evaluation unit 54 detects the presence or absence of abnormality based on the variation in discharge time.
  • the determination part 59 determines whether it is a non-defective product based on the discharge time (S20).
  • the determination unit 59 determines that the sheet battery 21 having a large variation in discharge time is a defective product (No in S20).
  • the screening device 50 outputs an abnormality on the PC monitor screen (S17). After outputting an error, the process ends.
  • the determination unit 59 determines that the sheet battery 21 having a small variation in discharge time is a non-defective product (Yes in S20). And the screening apparatus 50 outputs that it is normal on the monitor screen of PC (S21). After normal output, the process ends.
  • the discharge voltage evaluation unit 53, the discharge time evaluation unit 54, the charge voltage evaluation unit 56, the charge efficiency evaluation unit 57, and the current value evaluation unit 58 detect an abnormality in the charge / discharge waveform.
  • the determination part 59 determines with the sheet-like battery (unit battery) 21 from which the abnormal charging / discharging waveform was obtained being inferior goods. By doing in this way, a quality determination can be performed appropriately. That is, it is possible to appropriately exclude the sheet-like battery 21 having a disordered charging efficiency, charging waveform, and discharging waveform. Since the sheet-like battery 21 is screened based on the four items, appropriate screening is possible.
  • the charging / discharging waveform is reacquired in S18 for the sheet-like battery 21 that was evaluated well in the discharge voltage evaluation unit 53, the charge voltage evaluation unit 56, the charge efficiency evaluation unit 57, and the current value evaluation unit 58. ing.
  • the charge / discharge waveform is not re-acquired for the sheet-like battery 21 whose evaluation is not good even for one item. Therefore, unnecessary charging / discharging tests can be avoided and screening can be performed more efficiently.
  • S11 a plurality of charge / discharge waveforms are acquired, and the evaluation by the discharge time evaluation unit 54 is evaluated by the discharge voltage evaluation unit 53, the charge voltage evaluation unit 56, the charge efficiency evaluation unit 57, and the current value evaluation unit 58. You may go together.
  • the discharge voltage threshold value Vth1, the charging voltage threshold value Vth2, the efficiency threshold value Eth, and the current threshold value Ith may be set by the user.
  • the screening apparatus 50 displays a setting window 70 as shown in FIG. 10 on the monitor. Then, the user inputs each threshold value with an input device such as a keyboard or a mouse.
  • the screening device 50 reads a value input by the user and sets it as a threshold value. Then, quality determination is performed based on the threshold value.
  • the values of the current, voltage, efficiency and the like are merely examples, and are not particularly limited.
  • an appropriate threshold value can be set according to the size of the sheet battery 21 and the laminated structure.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a secondary battery 30 having five sheet-like batteries (unit batteries) 21.
  • the secondary battery 30 is a cell sheet in which a plurality of sheet batteries 21 are stacked.
  • the sheet-like battery 21 is shown as a unit battery 211 or a unit battery 212.
  • a unit battery 211 is shown in which the substrate 11 is located on the lower side and the second electrode 17 is located on the upper side.
  • a unit battery 212 is shown in which the substrate 11 is located on the upper side and the second electrode 17 is located on the lower side.
  • the secondary battery 30 includes a negative electrode terminal 32 and a positive electrode terminal 33.
  • a plurality of sheet-like batteries 21 are connected in parallel via the negative electrode terminal 32 and the positive electrode terminal 33.
  • the negative electrode terminal 32 is connected to the base material (negative electrode) 11 of the sheet battery 21.
  • the positive terminal 33 is connected to the second electrode (positive electrode) 17 of the sheet battery 21.
  • the unit batteries 211 and the unit batteries 212 are alternately stacked.
  • a positive electrode terminal 33 is disposed between the second electrode 17 of the unit cell 211 and the second electrode 17 of the unit cell 212.
  • a negative electrode terminal 32 is disposed between the base material 11 of the unit battery 211 and the base material 11 of the unit battery 212.
  • the positive electrode terminal 33 is stacked thereover.
  • the positive electrode terminal 33 and the negative electrode terminal 32 are connected to a charging device during charging, and are connected to an electric device serving as a load during discharging (when using a battery).
  • FIG. 11 shows the secondary battery 30 having five sheet-like batteries 21, the secondary battery 30 may be provided with six or more sheet-like batteries 21, or two or more sheets. Alternatively, four sheet-like batteries 21 may be provided. That is, in the secondary battery 30, a plurality of sheet batteries 21 are connected in parallel. In this way, a large capacity secondary battery 30 can be manufactured by connecting a plurality of sheet-like batteries 21.
  • each terminal is not limited to the configuration shown in FIG.
  • the manufacturing method of the secondary battery 30 according to the present embodiment manufactures the secondary battery 30 by laminating sheet-like batteries evaluated as non-defective products by the above screening method. That is, the secondary battery 30 is manufactured by connecting only the non-defective sheet-like battery 21.
  • the sheet-like battery 21 constituting the secondary battery 30 has no abnormality in all evaluations. That is, the secondary battery 30 is configured by only the sheet-like battery 21 having no abnormality in the evaluation of the charging voltage, the discharging voltage, the charging efficiency, the charging current, and the discharging time. Therefore, it is possible to manufacture the secondary battery 30 that does not include the unit battery (sheet-like battery 21) having performance variations.
  • the high-performance secondary battery 30 can be manufactured with high productivity.
  • a stable secondary battery 30 can be manufactured.
  • screening is performed by combining a plurality of determination conditions. Therefore, the threshold value for determination can be set appropriately.
  • the evaluation by the discharge time evaluation unit 54 may not be performed. That is, the determination unit 59 may perform pass / fail determination based on at least four items of the discharge voltage evaluation unit 53, the charge voltage evaluation unit 56, the charge efficiency evaluation unit 57, and the current value evaluation unit 58.
  • the evaluation by the discharge time evaluation unit 54 is not performed, the charge / discharge test for one sheet-like battery (unit battery) 21 can be performed only once. In this case, steps S18 to S20 can be omitted.
  • the order of evaluation by the discharge voltage evaluation unit 53, the charge voltage evaluation unit 56, the charge efficiency evaluation unit 57, and the current value evaluation unit 58 is not particularly limited. For example, the order of steps S12 to S15 in FIG. 3 may be switched, and two or more steps may be performed simultaneously.
  • the screening device 50 performs screening using one sheet battery 21 as a unit battery, but the unit battery is not limited to the sheet battery 21.
  • the unit battery a cell sheet in which a plurality of sheet-like batteries 21 are stacked can be used as the unit battery.
  • this invention includes the appropriate deformation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)

Abstract

本発明にかかるスクリーニング方法は、シート状電池（２１）をスクリーニングするスクリーニング方法であって、シート状電池（２１）を充放電することで、シート状電池（２１）の充放電波形を取得する充放電波形取得ステップ（Ｓ１１）と、充放電波形に基づいて、シート状電池における放電中の放電電圧の時間変化量を評価するステップ（Ｓ１２）と、充放電波形に基づいて、シート状電池における充電中の充電電圧の時間変化量を評価するステップ（Ｓ１３）と、充放電波形に基づいて、シート状電池の充電効率を評価するステップ（Ｓ１４）と、充放電波形に基づいて、シート状電池の充電終了時の電流値を評価するステップ（Ｓ１５）と、ステップ（Ｓ１２）～ステップ（Ｓ１５）の評価結果に基づいて、シート状電池（２１）をスクリーニングするスクリーニングステップ（Ｓ１６）と、を備えるものである。

Description

スクリーニング方法、スクリーニング装置、及び二次電池の製造方法
　本発明は、単位電池をスクリーニングする技術に関する。
　特許文献１～３には、二次電池が開示されている。特許文献１～３に開示された二次電池は、基板上に、第１電極、ｎ型金属酸化物半導体層、充電層、ｐ型金属酸化物半導体層、及び第２電極が積層された積層構造を有している。
国際公開第２０１３／０６５０９３号 国際公開第２０１３／１６１９２６号 国際公開第２０１３／１６１９２７号
　また、特許文献２、３には、複数の電池を組み合わせて使用する事が記載されている。例えば、特許文献２、３ではシート状の電池を積層することで、必要な容量の電池を製作している。
　複数枚のシート状電池を組み合わせる場合、例えば、組み合わせ後の電池の容量のばらつきを小さくするために、組み合わせ対象のシート状電池をスクリーニング（選別）し、一定の容量以上の電池を積層している。そのため、適切にシート状電池をスクリーニングして、二次電池を製造する技術が望まれる。
　本実施形態は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、適切にシート状電池をスクリーニングすることができるスクリーニング方法、スクリーニング装置、及び二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
　本実施形態に係るスクリーニング方法は、単位電池をスクリーニングするスクリーニング方法であって、前記単位電池を充放電することで、前記単位電池の充放電波形を取得する充放電波形取得ステップと、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における放電中の放電電圧の時間変化量を評価する第１ステップと、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における充電中の充電電圧の時間変化量を評価する第２ステップと、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電効率を評価する第３ステップと、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電終了時の電流値を評価する第４ステップと、前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、及び前記第４ステップの評価結果に基づいて、前記単位電池をスクリーニングするスクリーニングステップと、を備えたものである。
　上記のスクリーニング方法において、前記充放電波形取得ステップでは、前記単位電池を所定時間だけ、ＣＣ－ＣＶ（定電流－定電圧）充電した後、ＣＣ（定電流）放電することで前記充放電波形を取得するようにしてもよい。
　上記のスクリーニング方法において、前記第１ステップでは、前記放電中の前記放電電圧の時間変化量が予め設定された放電電圧閾値以上である否かに基づいて、前記放電電圧の時間変化量を評価するようにしてもよい。
　上記のスクリーニング方法において、前記第２ステップでは、前記充電中の充電電圧の時間変化量が予め設定された充電電圧閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電電圧の時間変化量を評価するようにしてもよい。
　上記のスクリーニング方法において、前記第４ステップでは、前記充電終了時の電流値が予め定められた電流閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電終了時の電流値を評価するようにしてもよい。
　上記のスクリーニング方法において、記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、及び前記第４ステップの評価が良好であった前記単位電池に対して、前記充放電波形を再取得し、前記単位電池に対する複数の前記充放電波形における放電時間のばらつきを評価し、前記放電時間のばらつきの評価結果に基づいて、前記単位電池をスクリーニングするようにしてもよい。
　本実施形態に係る二次電池の製造方法は、上記のスクリーニング方法でスクリーニングされた複数の単位電池を接続することで、二次電池を製造するものである。
　本実施形態に係るスクリーニング装置は、単位電池をスクリーニングするスクリーニング装置であって、前記単位電池を充放電する充放電器と、前記充放電器で前記単位電池を充放電することで、前記単位電池の充放電波形を取得する充放電波形取得部と、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における放電中の放電電圧の時間変化量を評価する放電電圧評価部と、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における充電中の充電電圧の時間変化量を評価する充電電圧評価部と、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電効率を評価する充電効率評価部と、前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電終了時の電流値を評価する電流値評価部と、を備えたものである。
　上記のスクリーニング装置において、前記充放電器が前記単位電池を所定時間だけ、ＣＣ－ＣＶ充電した後、ＣＣ放電することで、前記充放電波形取得部が前記充放電波形を取得するようにしてもよい。
　上記のスクリーニング装置において、前記放電電圧評価部は、前記放電中の前記放電電圧の時間変化量が予め設定された放電電圧閾値以上である否かに基づいて、前記放電電圧の時間変化量を評価するようにしてもよい。
　上記のスクリーニング装置において、前記充電電圧評価部は、前記充電中の充電電圧の時間変化量が予め設定された充電電圧閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電電圧の時間変化量を評価するようにしてもよい。
　上記のスクリーニング装置において、前記電流値評価部は、前記充電終了時の電流値が予め定められた電流閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電終了時の電流値を評価するようにしてもよい。
　上記のスクリーニング装置において、前記放電電圧評価部、前記充電電圧評価部、前記充電効率評価部、及び電流値評価部での評価が良好であった前記単位電池に対して、前記充放電器が充放電を行うことで、前記充放電波形取得部が前記充放電波形を再取得し、前記単位電池に対する複数の前記充放電波形における放電時間のばらつきを評価し、前記放電時間のばらつきの評価結果に基づいて、前記単位電池をスクリーニングするようにしてもよい。
　適切にシート状電池をスクリーニングすることができるスクリーニング方法、スクリーニング装置、及び二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
本実施形態にかかるシート状電池とそのスクリーニング装置を示す図である。 スクリーニング装置のパーソナルコンピュータの制御構成を示すブロック図である。 本実施形態にかかるスクリーニング方法を示すフローチャートである。 放電電圧の評価を説明するための充放電波形を示す図である。 充電電圧の評価を説明するための充放電波形を示す図である。 充放電効率の評価を説明するための充放電波形を示す図である。 充電電流の評価を説明するための充放電波形を示す図である。 放電時間のばらつき評価を説明するための充放電波形を示す図である。 放電時間のばらつき評価を説明するための充放電波形を示す図である。 評価するための閾値を入力する画面を示す図である。 シート状電池を組み合わせて製造された二次電池を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。
　本実施の形態にかかる二次電池とそのスクリーニング装置について、図１、図２を用いて説明する。図１は、シート状電池２１とそのスクリーニング装置５０の構成を示す図である。図２スクリーニング装置５０のパーソナルコンピュータ５１の制御構成を示すブロック図である。
　スクリーニング装置５０は、単位電池であるシート状電池２１に対して充放電試験を行うことで、スクリーニングを行う。具体的には、複数枚のシート状電池２１に対して同様の充放電試験を行い、それぞれのシート状電池２１に対する充放電試験の結果が所定の条件を満たすか否かを判定する。そして、充放電試験の結果に基づいて、シート状電池２１の良否判定を行う。
　例えば、スクリーニング装置５０は、シート状電池２１に対して充放電試験を行うことで、シート状電池２１毎に充放電波形を取得する。スクリーニング装置５０は、取得した充放電波形が所定の条件を満たすシート状電池を良品と判定し、満たさないシート状電池２１を不良品と判定する。そして、ユーザは、良品と判定されたシート状電池２１のみを用いて、二次電池を製造する。すなわち、良品と判定されたシート状電池２１を並列接続又は直列接続することで、二次電池が完成する。不良品と判定されたシート状電池２１は、廃棄、又は再試験等の対象となる。
　図１において、シート状電池２１は、基材１１上に、ｎ型酸化物半導体層１３、充電層１４、ｐ型酸化物半導体層１６、及び第２電極１７がこの順序で積層された積層構造を有している。
　基材１１は金属などの導電性物質などにより形成され、第１電極として機能する。本実施形態では、基材１１が負極となっている。基材１１としては、例えば、アルミニウムシートなどの金属箔シートを用いることができる。
　絶縁材料からなる基材１１を用意して、基材１１上に第１電極を形成することもできる。すなわち、基材１１は第１電極を含む構成であればよい。基材１１の上に、第１電極を形成する場合、第１電極の材料として、クロム（Ｃｒ）又はチタン（Ｔｉ）等の金属材料を用いることができる。第１電極の材料として、アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ）等を含む合金膜を用いてもよい。第１電極を基材１１上に形成する場合、後述する第２電極１７と同様に形成することができる。
　基材１１の上には、ｎ型酸化物半導体層１３が形成されている。ｎ型酸化物半導体層１３はｎ型酸化物半導体材料（第２のｎ型酸化物半導体材料）を含んで構成される。ｎ型酸化物半導体層１３としては、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化スズ（ＳｎＯ２）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を使用することが可能である。例えば、ｎ型酸化物半導体層１３は、スパッタリング又は蒸着により、基材１１上に成膜することができる。ｎ型酸化物半導体層１３の材料として、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いることが好ましい。
　ｎ型酸化物半導体層１３の上には、充電層１４が形成されている。充電層１４は、絶縁材料とｎ型酸化物半導体材料とを混合した混合物により形成されている。例えば、充電層１４のｎ型酸化物半導体材料（第１のｎ型酸化物半導体材料）として、微粒子のｎ型酸化物半導体を使用することが可能である。ｎ型酸化物半導体は、紫外線照射により光励起構造変化して、充電機能を備えた層となる。充電層１４の絶縁材料としては、シリコーン樹脂を用いることができる。例えば、絶縁材料としては、シリコン酸化物などのシロキサン結合による主骨格を持つシリコン化合物（シリコーン）を使用することが好ましい。
　例えば、充電層１４は、第１のｎ型酸化物半導体材料を二酸化チタンとして、酸化シリコンと二酸化チタンとによって形成される。この他に、充電層１４で使用可能なｎ型酸化物半導体材料としては、酸化スズ（ＳｎＯ２）、又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好適である。二酸化チタン、酸化スズ、及び酸化亜鉛の２つ又は全てを組み合わせた材料を使用することも可能である。
　充電層１４の製造工程について説明する。まず、酸化チタン、酸化スズ、又は酸化亜鉛の前駆体と、シリコーンオイルとの混合物に溶媒を混合した塗布液を用意する。脂肪酸チタンとシリコーンオイルを溶媒に混合した塗布液を用意する。そして、スピン塗布法、スリットコート法などにより、塗布液がｎ型酸化物半導体層１３上に塗布される。塗布膜に対して、乾燥、及び焼成を行うことで、ｎ型酸化物半導体層１３上に充電層１４を形成することができる。なお、前駆体の一例として、例えば酸化チタンの前駆体であるチタニウムステアレートが使用できる。酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛は、金属酸化物の前駆体である脂肪族酸塩から分解して形成される。乾燥、及び焼成した後の、充電層１４に対して、紫外線照射を行いＵＶ硬化させてもよい。
　なお、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛などについては、前駆体を用いずに、酸化物半導体の微細な粒子を用いることも可能である。酸化チタン、又は酸化亜鉛のナノ粒子をシリコーンオイルと混合することで、混合液が生成される。さらに、混合液に溶媒を混合することで、塗布液が生成される。スピン塗布法、スリットコート法などにより、塗布液がｎ型酸化物半導体層１３上に塗布される。塗布膜に対して、乾燥、焼成、及びＵＶ照射を行うことで、充電層１４を形成することができる。
　充電層１４に含まれる第１のｎ型酸化物半導体材料と、ｎ型酸化物半導体層１３に含まれる第２のｎ型酸化物半導体材料とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、ｎ型酸化物半導体層１３に含まれるｎ型酸化物半導体材料が酸化スズである場合、充電層１４のｎ型酸化物半導体材料は酸化スズであってもよいし、酸化スズ以外のｎ型酸化物半導体材料であってもよい。
　充電層１４の上には、ｐ型酸化物半導体層１６が形成されている。ｐ型酸化物半導体層１６は、ｐ型酸化物半導体材料を含んで構成される。ｐ型酸化物半導体層１６の材料としては、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、及び銅アルミ酸化物（ＣｕＡｌＯ２）等を使用することが可能である。例えば、ｐ型酸化物半導体層１６は、厚さ４００ｎｍの酸化ニッケル膜となっている。ｐ型酸化物半導体層１６は、蒸着又はスパッタリング等の成膜方法によって、充電層１４の上に成膜されている。
　第２電極１７は、導電膜によって形成されていればよい。また、第２電極１７の材料としては、クロム（Ｃｒ）又は銅（Ｃｕ）等の金属材料を用いることができる。他の金属材料として、アルミニウム（Ａｌ）を含む銀（Ａｇ）合金等がある。その形成方法としては、スパッタリング、イオンプレーティング、電子ビーム蒸着、真空蒸着、化学蒸着等の気相成膜法を挙げることができる。また、金属電極は電解メッキ法、無電解メッキ法等により形成することができる。メッキに使用される金属としては、一般に銅、銅合金、ニッケル、アルミ、銀、金、亜鉛又はスズ等を使用することが可能である。例えば、第２電極１７は、厚さ３００ｎｍのＡｌ膜となっている。
　シート状電池２１は、その他の層を有してもよい。シート状電池２１は、全固体型の電池である。シート状電池２１を単位電池とも称する。すなわち、単位電池であるシート状電池２１を複数組み合わせることで二次電池が製造される。
　なお、上記の説明では、充電層１４の下にｎ型酸化物半導体層１３が配置され、充電層１４の上にｐ型酸化物半導体層１６が配置されている構成としたが、ｎ型酸化物半導体層１３とｐ型酸化物半導体層１６とは反対の構成になっていてもよい。すなわち、充電層１４の上にｎ型酸化物半導体層１３が配置され、下にｐ型酸化物半導体層１６が配置されている構成であってもよい。この場合、基材１１が正極、第２電極１７が負極となる。すなわち、充電層１４がｎ型酸化物半導体層１３とｐ型酸化物半導体層１６に挟まれている構成であれば、充電層１４の上にｎ型酸化物半導体層１３が配置されていても、ｐ型酸化物半導体層１６が配置されていてもよい。換言すると、シート状電池２１は、第１電極（基材１１）、第１導電型酸化物半導体層（ｎ型酸化物半導体層１３、又はｐ型酸化物半導体層１６）、充電層１４、第２導電型半導体層（ｐ型酸化物半導体層１６、又はｎ型酸化物半導体層１３）、第２電極１７の順番で積層されている構成であればよい。
　さらに、シート状電池２１は第１電極（基材１１）、第１導電型酸化物半導体層（ｎ型酸化物半導体層１３、又はｐ型酸化物半導体層１６）、充電層１４、第２導電型半導体層（ｐ型酸化物半導体層１６、又はｎ型酸化物半導体層１３）、第２電極１７以外の層を含む構成であってもよい。
　次に、シート状電池２１と接続されたスクリーニング装置５０の構成について、再び図１、図２を参照して説明する。スクリーニング装置５０は、充放電器６１と、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣ）５１とを備えている。ＰＣ５１は、充放電波形取得部５２と、放電電圧評価部５３と、放電時間評価部５４と、充電電圧評価部５６と、充電効率評価部５７と、電流値評価部５８と、判定部５９とを備えている。
　充放電波形取得部５２、放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、電流値評価部５８、判定部５９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ等の記憶媒体、キーボードなどの入力デバイス、及びモニタなどを有するＰＣ５１で実現することができる。ＰＣ５１は、メモリに格納されたコンピュータプログラムを実行することで、後述する放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８による評価、及び、判定部５９による判定の処理を実行する。
　充放電器６１は、シート状電池２１を充放電する。具体的には、充放電器６１は、シート状電池２１を所定時間、ＣＣ－ＣＶ（Constant Current-Constant Voltage）充電した後、ＣＣ（Constant Current）放電する。ＣＣ－ＣＶ充電では、まず、定電流充電して、充電電圧が所定電圧に到達すると、電圧を所定電圧で一定として定電圧充電する。ＣＣ法では、定電流で放電を行う。充放電器６１は、充放電時の電圧と電流を制御、及び計測する。
　充放電波形取得部５２は、充放電器６１による充放電試験の充放電波形を取得する。すなわち、充放電時に計測した電圧又は電流に応じて、充放電波形取得部５２は、電圧波形及び電流波形を取得する。充放電波形取得部５２は充放電電流、及び充放電電圧に時間を対応付けてメモリなどに記憶する。なお、充放電器６１は、１枚のシート状電池２１に対して複数回充放電波形を行ってもよい。この場合、充放電波形取得部５２は、１枚のシート状電池２１に対して、複数の充放電波形を取得する。
　放電電圧評価部５３は放電中の放電電圧を評価する。放電時間評価部５４は、充放電波形における放電時間のばらつきを評価する。充電電圧評価部５６は、充電中の充電電圧を評価する。充電効率評価部５７は、充放電波形に基づいて、充電効率を評価する。電流値評価部５８は、充電終了時の電流値を評価する。放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、電流値評価部５８における評価については後述する。
　判定部５９は、放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８における評価に基づいて、シート状電池２１の良否判定を行う。すなわち、放電電圧、放電時間、充電電圧、充電効率、及び充電終了時の電流値の全ての評価について、良好な評価が得られた場合、判定部５９は、シート状電池２１を良品と判定する。一方、放電電圧、放電時間、充電電圧、充電効率、及び充電終了時の電流値の一つ以上について、良好な評価が得られなかった場合、判定部５９は、シート状電池２１を不良品と判定する。以上、スクリーニング装置５０は、このように取得した充放電波形に基づいて、シート状電池２１のスクリーニングを行う。
　次に、スクリーニング装置５０によるスクリーニング方法について、図３～図９を用いて説明する。図３は、本実施の形態にかかるスクリーニング方法を示すフローチャートである。図４～図９は、シート状電池２１に対するそれぞれの評価を説明するための充放電波形である。図４～図７には、充放電電圧及び充放電電流の時間変化が示されている。図８、及び図９には、充放電電圧の時間変化が示されている。
　上記のように、充放電器６１は、まず、シート状電池２１に対して、ＣＣ－ＣＶ充電を所定時間だけ行った後、ＣＣ放電を行っている。例えば、充放電器６１が、ＣＣ－ＣＶ充電とＣＣ放電を１セットして、充放電を行うと、充放電波形取得部５２が１枚の充放電波形を取得する（下記フローチャートのＳ１１）。
　例えば、充放電器６１は、シート状電池２１に対して、充電時の設定を２．７Ｖ、５０ｍＡとして、充電時間を３０秒として、充電することができる。この場合、充放電器６１は、シート状電池２１の電圧２．７Ｖに達するまでは５０ｍＡの定電流で充電を行い、シート状電池２１の電圧が２．７Ｖに到達すると、電流量を絞り２．７Ｖの定電圧で充電を行っている。放電時は、充放電器６１は、シート状電池２１の電池容量が０％になるまで定電流で放電する。
　まず、シート状電池２１を用意する（Ｓ１０）。具体的にＳ１０では、図１に示すような積層構造を有するシート状電池２１を複数枚用意する。次に、充放電器６１がシート状電池２１に対して充放電試験を行い、充放電波形取得部５２がシート状電池２１の充放電波形を取得する（Ｓ１１）。具体的には、Ｓ１１では、充放電器６１が１枚のシート状電池２１に対して１回、充放電を行う。これにより、充放電波形取得部５２が、１枚のシート状電池２１に対して、１つの充放電波形を取得する。例えば、充放電波形において、１秒間隔で電圧値と電流値とが取得されているとする。
　次に、放電電圧評価部５３は、放電中の放電電圧の時間変化を評価する（Ｓ１２）。Ｓ１２において、放電電圧評価部５３は、放電時に電圧上昇があるか否かを評価する。図４に放電電圧の上昇がある充放電波形を示す。図４ではＣ１で放電時の電圧上昇がある。
　具体的には、Ｓ１２において、放電電圧評価部５３は、放電中における異なるタイミングの電圧値を比較して、その比較結果に基づいて、放電電圧が上昇しているか否かを評価する。すなわち、放電電圧評価部５３は、放電電圧の挙動に基づいて異常の有無を検知する。
　放電電圧評価部５３は、放電電圧の時間変化量が予め定められた放電電圧閾値（以下、放電電圧閾値Ｖｔｈ１）以上であるか否かに基づいて、放電電圧の時間変化量の評価を行う。具体的に、例えば、放電中の任意のタイミングの電圧値（以下、電圧値Ｖ２）とその直前のタイミングの電圧値（以下、電圧値Ｖ１）の差分値（Ｖ２－Ｖ１）が放電電圧の時間変化量に対応する。放電電圧の差分値（Ｖ２－Ｖ１）が放電電圧閾値Ｖｔｈ１以上となっている場合、放電電圧評価部５３は、放電電圧が上昇したと判定する。一方、２つの電圧値Ｖ２、Ｖ１の差分値（Ｖ２－Ｖ１）が放電電圧閾値Ｖｔｈ１未満の場合、放電電圧評価部５３は、放電電圧が上昇していないと判定する。このように、放電電圧評価部５３は、連続する２つのタイミングの放電電圧の差分値に基づいて、放電電圧の時間変化量の評価を行う。
　放電電圧評価部５３は、放電中において、差分値（Ｖ２－Ｖ１）が放電電圧閾値Ｖｔｈ１以上となる箇所が１か所でもあれば、放電時に電圧上昇があると評価する。図４では、例えば、Ｃ１に放電電圧の上昇がある。このように、放電電圧評価部５３は、差分値（Ｖ２－Ｖ１）と放電電圧閾値Ｖｔｈ１との比較結果に基づいて、異常の有無を検知する。なお、放電電圧閾値Ｖｔｈ１は、正の値であり、例えば、０．０２Ｖとすることができる。
　次に、充電電圧評価部５６は、シート状電池２１における充電中の充電電圧の時間変化を評価する（Ｓ１３）。具体的には、充電電圧評価部５６は、充電時に電圧降下があるか否かを判定する。図５に充電電圧の電圧下降がある充放電波形を示す。図５ではＤ１で充電時の電圧下降がある。充電電圧評価部５６は、充電中における異なるタイミングの電圧値を比較して、その比較結果に基づいて、充電電圧が下降しているか否かを評価する。すなわち、充電電圧評価部５６は、充電電圧の挙動に基づいて異常の有無を検知する。
　充電電圧評価部５６は、充電電圧の時間変化量が充電電圧閾値Ｖｔｈ２以上であるか否かに基づいて、充電電圧の時間変化量の評価を行う。具体的に、例えば、充電中の任意のタイミングの電圧値（以下、電圧値Ｖ３）と直後のタイミングの電圧値（以下、電圧値Ｖ４）の差分値（Ｖ３－Ｖ４）が充電電圧の時間変化量に対応する。充電電圧の差分値（Ｖ３－Ｖ４）が充電電圧閾値（以下、充電電圧閾値Ｖｔｈ２）以上高くなっている場合、充電電圧評価部５６は充電電圧が下降したと判定する。一方、２つの電圧値Ｖ３、Ｖ４の差分値（Ｖ３－Ｖ４）が充電電圧閾値Ｖｔｈ２未満の場合、充電電圧評価部５６は、充電電圧が下降していないと判定する。このように、充電電圧評価部５６は、連続する２つのタイミングの充電電圧の差分値に基づいて、充電中の充電電圧の時間変化を評価する。
　充電電圧評価部５６は、充電中において、（Ｖ３－Ｖ４）が充電電圧閾値Ｖｔｈ２以上となる箇所が１か所でもあれば、充電時に電圧下降があると評価する。図５では、例えば、Ｄ１に充電電圧の下降がある。このように、充電電圧評価部５６は、差分値（Ｖ３－Ｖ４）と充電電圧閾値Ｖｔｈ２との比較結果に基づいて、異常の有無を検知する。なお、充電電圧閾値Ｖｔｈ２は、正の値であり、例えば、０．１Ｖとすることができる。
　次に、充電効率評価部５７は、充放電波形に基づいて、充電効率を評価する（Ｓ１４）。そして、充電効率評価部５７は、シート状電池２１の充電効率が効率閾値よりも高いか低いかを評価する。次に、図６を参照して、充電効率を算出する方法を具体的に説明する。
〈充電に要した電力量〉
　各タイミングでの充電電圧と充電電流との積が充電電力になる。また、充電時（図６の充電期間Ｐ１）における充電電力の時間積分が充電に要した電力量となる。
〈充電で得られる電力量〉
　各タイミングでの放電電圧と放電電流の積が放電電力になる。また、放電時（図６の放電期間Ｐ２）における放電電力の時間積分が放電で得られる電力量になる。
〈充電効率〉
　充電効率は（放電で得られる電力量）／（充電に要した電力量）で算出される。
　充電効率評価部５７は、上記の様に、充放電波形に基づいて、充電に要した電力量と放電で得られる電力量を求めて、充電効率Ｅを算出する。そして、充電効率評価部５７は、算出した充電効率を、効率閾値Ｅｔｈと比較する。充電効率評価部５７は、充電効率Ｅが効率閾値Ｅｔｈ以上であれば、充電効率が高いと判定し、効率閾値Ｅｔｈ未満であれば、充電効率が低いと判定する。効率閾値Ｅｔｈは、例えば８０％とすることができる。充電効率評価部５７は、充電効率に基づいて、異常の有無を検知する。
　次に、電流値評価部５８が、充放電波形に基づいて、充電終了時の電流値を評価する（Ｓ１５）。例えば、充電時間が３０秒の場合、電流値評価部５８は、充電開始から３０秒後の充電電流値を充電終了時の電流値Ｉとして取得する（図７参照）。すなわち、充電終了時の電流値Ｉとは、定電圧充電の最後のタイミングで取得された電流値である。そして、電流値評価部５８は、電流値Ｉと、電流閾値Ｉｔｈとを比較して、電流値Ｉが電流閾値Ｉｔｈ以下の場合、電流値Ｉが正常であると判定し、電流閾値Ｉｔｈよりも大きい場合、電流値Ｉが異常であると判定する。このように、電流値評価部５８は、電流値Ｉと電流閾値Ｉｔｈとの比較結果に基づいて、異常の有無を検知する。
　次に、判定部５９が、上記の評価結果に基づいて、良品であるか否かの判定を行う（Ｓ１６）。具体的には、放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８の評価において、１項目でも異常が検知されたシート状電池を不良品と判定する（Ｓ１６のＮｏ）。そして、スクリーニング装置５０は、ＰＣのモニタ画面上に異常であることを出力する（Ｓ１７）。異常の出力後、処理を終了する。
　判定部５９は、放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８の全ての評価をパスしたシート状電池２１を良品と判定する（Ｓ１６のＹｅｓ）。
　Ｓ１６で良品と判定された場合、充放電波形取得部５２が充放電波形を再取得する（Ｓ１８）。ここでは、Ｓ１２と同様に、充放電器６１がＣＣ－ＣＶ充電、ＣＣ放電を行い、充放電波形取得部５２が充放電波形を取得する。これにより、シート状電池２１に対して２つ目の充放電波形が取得される。Ｓ１１、及びＳ１８のステップによって、１枚のシート状電池２１に対して、複数の充放電波形が取得される。Ｓ１８では、充放電波形取得部５２が複数回充放電波形を取得してもよい。
　放電時間評価部５４が、充放電波形における放電時間の評価を行う（Ｓ１９）。具体的には、放電時間評価部５４は、Ｓ１１、及びＳ１８で取得した複数の充放電波形に対して、放電時間を算出する。そして、放電時間評価部５４は、１枚のシート状電池２１における放電時間のばらつきを評価する。
　図８、図９を用いて、放電時間評価部５４における評価について説明する。図８は、放電時間のばらつきが大きい場合の電圧波形を示し、図９は放電時間のばらつきが小さい場合の電圧波形を示す。図８、図９とも、それぞれ３つの充放電波形を示している。図８の充放電波形を取得したシート状電池２１をサンプルＡとし、図９の充放電波形を取得したシート状電池２１をサンプルＢとする。サンプルＡとサンプルＢとは異なるサンプル（シート状電池２１）である。
　図８では、３つの充放電波形における放電時間をＡ１～Ａ３とし、図９では、３つの放電時間をＢ１～Ｂ３として示している。なお、放電時間Ａ１～Ａ３、及び放電時間Ｂ１～Ｂ３は、放電が終了した時間、すなわち、放電により電池容量が０％となった時間に対応する。すなわち、ＣＣ放電で電圧が０Ｖになった時間を放電終了時間としている。
　放電時間Ａ１～Ａ３の差が大きいため、放電時間評価部５４は、サンプルＡを放電時間のばらつきが大きい単位電池と評価する。放電時間Ｂ１～Ｂ３の差が小さいため、放電時間評価部５４は、サンプルＢを放電時間のばらつきが小さい単位電池と評価する。なお、放電時間のばらつきの評価には、最大放電時間と最小放電時間との差分、あるいは、放電時間の標準偏差を用いればよい。放電時間評価部５４は、放電時間のばらつきに基づいて異常の有無を検知する。
　そして、判定部５９は、放電時間に基づいて、良品であるか否かの判定を行う（Ｓ２０）。判定部５９は、放電時間のばらつきが大きいシート状電池２１を不良品と判定する（Ｓ２０のＮｏ）。スクリーニング装置５０は、ＰＣのモニタ画面上に異常であることを出力する（Ｓ１７）。異常の出力後、処理を終了する。判定部５９は、放電時間のばらつきが小さいシート状電池２１を良品と判定する（Ｓ２０のＹｅｓ）。そして、スクリーニング装置５０は、ＰＣのモニタ画面上に正常であることを出力する（Ｓ２１）。正常の出力後、処理を終了する。
　このように、放電電圧評価部５３、放電時間評価部５４、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８が充放電波形の異常を検知している。そして、判定部５９は、異常な充放電波形が得られたシート状電池（単位電池）２１を不良品と判定している。このようにすることで、良否判定を適切に行うことができる。すなわち、充電効率、充電波形、放電波形の乱れがあるシート状電池２１を適切に排除することができる。４項目に基づいて、シート状電池２１をスクリーニングしているため、適切なスクリーニングが可能となる。
　また、放電電圧評価部５３、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８における評価が良好であったシート状電池２１に対して、Ｓ１８で充放電波形を再取得している。換言すると、１項目でも評価が良好ではなかったシート状電池２１には、充放電波形の再取得が行われない。よって、不要な充放電試験を行わないようにすることができ、より効率よくスクリーニングを行うことができる。もちろん、Ｓ１１において、複数の充放電波形を取得して、放電時間評価部５４による評価を放電電圧評価部５３、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８による評価と合わせて行ってもよい。
　なお、上記した放電電圧閾値Ｖｔｈ１、充電電圧閾値Ｖｔｈ２、効率閾値Ｅｔｈ、及び電流閾値Ｉｔｈはユーザが設定するようにしてもよい。例えば、スクリーニング装置５０が、図１０に示すような設定ウィンドウ７０をモニタに表示させる。そして、ユーザが各閾値をキーボードやマウスなどの入力デバイスで入力する。
　例えば、入力欄７１には、放電電圧閾値Ｖｔｈ１として０．０２Ｖが入力されている。入力欄７２は、効率閾値Ｅｔｈとして８０％が入力されている。入力欄７３には、電流閾値Ｉｔｈとして３０ｍＡが入力されている。入力欄７４には、充電電圧閾値として０．１Ｖが入力されている。スクリーニング装置５０は、ユーザが入力した値を読み込み、閾値に設定する。そして、閾値に基づいて、良否判定を行う。もちろん、上記の電流、電圧、効率等の値は、一例を示すものであり、特に限定されるものではない。例えば、シート状電池２１の大きさや積層構造に応じて、適切な閾値を設定することができる。
　そして、ユーザは、良品と選別されたシート状電池２１のみを用いて二次電池を製作する。すなわち、ユーザは、不良品と判定されたシート状電池２１を排除する。複数枚の良品のシート状電池２１を接続する。図１１は、５枚のシート状電池（単位電池）２１を有する二次電池３０を模式的に示す断面図である。二次電池３０は、複数枚のシート状電池２１が積層されたセルシートとなる。
　図１１では、シート状電池２１を単位電池２１１又は単位電池２１２として示している。複数枚のシート状電池２１のうち、基材１１が下側に位置し、第２電極１７が上側に位置するものを単位電池２１１として示している。また、複数枚のシート状電池２１のうち、基材１１が上側に位置し、第２電極１７が下側に位置するものを単位電池２１２として示している。
　二次電池３０は、負極端子３２と正極端子３３とを備えている。負極端子３２と正極端子３３を介して、複数枚のシート状電池２１は並列に接続されている。負極端子３２は、シート状電池２１の基材（負極）１１にそれぞれ接続される。正極端子３３は、シート状電池２１の第２電極（正極）１７にそれぞれ接続される。そして、単位電池２１１と単位電池２１２とは交互に積層されている。単位電池２１１の第２電極１７と単位電池２１２の第２電極１７との間には正極端子３３が配置されている。単位電池２１１の基材１１と単位電池２１２の基材１１との間には負極端子３２が配置されている。
　積層された単位電池２１１、２１２のうち、最も外側（図１１中の最も上側と最も下側）に位置する単位電池２１１、２１２については、基材１１が外側に位置している場合にはその上に負極端子３２が重ねられ、第２電極１７が外側に位置している場合にはその上に正極端子３３が重ねられている。正極端子３３、及び負極端子３２は、充電時には充電装置に接続され、放電時（電池使用時）には、負荷となる電気機器に接続される。
　図１１では、５枚のシート状電池２１を有する二次電池３０について示しているが、二次電池３０には、６枚以上のシート状電池２１が設けられていてもよいし、２枚以上、又は４枚枚のシート状電池２１が設けられていてもよい。すなわち、二次電池３０では、複数のシート状電池２１が並列に接続されている。このように、複数枚のシート状電池２１を接続することで大容量の二次電池３０を製造することができる。もちろん、各端子は、図１１に示す構成に限られるものではない。
　本実施の形態にかかる二次電池３０の製造方法は、上記のスクリーニング方法で良品と評価されたシート状電池を積層して二次電池３０を製造している。すなわち、良品のシート状電池２１のみを接続していくことで、二次電池３０が製造される。二次電池３０を構成するシート状電池２１は、全ての評価で異常がないものとなる。すなわち、充電電圧、放電電圧、充電効率、充電電流、及び放電時間の評価で異常がないシート状電池２１のみで、二次電池３０が構成されている。よって、性能のばらつきがある単位電池（シート状電池２１）を含まない二次電池３０を製造することができる。
　このようにすることで、二次電池３０の歩留まりを改善することができる。よって、高性能な二次電池３０の高い生産性で製造することができる。安定した二次電池３０の製作が可能となる。また、複数の判定条件を組み合せてスクリーニングを行っている。よって、判定のための閾値を適切に設定することができる。
　なお、放電時間評価部５４による評価を実施しなくてもよい。すなわち、判定部５９は、放電電圧評価部５３、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８の少なくとも４項目に基づいて、良否判定を行えばよい。放電時間評価部５４による評価を実施しない場合、１枚のシート状電池（単位電池）２１に対する充放電試験は１回のみとすることも可能である。この場合、Ｓ１８～Ｓ２０のステップを省略することができる。放電電圧評価部５３、充電電圧評価部５６、充電効率評価部５７、及び電流値評価部５８による評価の順番は特に限定されるものではない。例えば、図３のステップＳ１２～Ｓ１５の順番は入れ替わってもよく、２以上のステップを同時に行ってもよい。
　上記の説明では１枚のシート状電池２１を単位電池として、スクリーニング装置５０がスクリーニングを行ったが、単位電池はシート状電池２１に限られるものではない。例えば、単位電池としては、複数枚のシート状電池２１が積層されたセルシートを単位電池とすることもできる。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。
　この出願は、２０１６年１１月３０日に出願された日本出願特願２０１６－２３２４７９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１１　基材（第１電極）
　１３　ｎ型酸化物半導体層
　１４　充電層
　１６　ｐ型酸化物半導体層
　１７　第２電極
　２１　シート状電池
　３０　二次電池
　３２　負極端子
　３３　正極端子
　５０　スクリーニング装置
　５１　ＰＣ
　５２　充放電波形取得部
　５３　放電電圧評価部
　５４　放電時間評価部
　５６　充電電圧評価部
　５７　充電効率評価部
　５８　電流値評価部
　５９　判定部
　６１　充放電器

Claims (13)

  1. 　単位電池をスクリーニングするスクリーニング方法であって、
    　前記単位電池を充放電することで、前記単位電池の充放電波形を取得する充放電波形取得ステップと、
    　前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における放電中の放電電圧の時間変化量を評価する第１ステップと、
    　前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における充電中の充電電圧の時間変化量を評価する第２ステップと、
    　前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電効率を評価する第３ステップと、
    　前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電終了時の電流値を評価する第４ステップと、
    　前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、及び前記第４ステップの評価結果に基づいて、前記単位電池をスクリーニングするスクリーニングステップと、を備えたスクリーニング方法。
  2. 　前記充放電波形取得ステップでは、前記単位電池を所定時間だけ、ＣＣ－ＣＶ（定電流－定電圧）充電した後、ＣＣ（定電流）放電することで前記充放電波形を取得する請求項１に記載のスクリーニング方法。
  3. 　前記第１ステップでは、前記放電中の前記放電電圧の時間変化量が予め設定された放電電圧閾値以上である否かに基づいて、前記放電電圧の時間変化量を評価する請求項１又は２に記載のスクリーニング方法。
  4. 　前記第２ステップでは、前記充電中の充電電圧の時間変化量が予め設定された充電電圧閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電電圧の時間変化量を評価する請求項１～３のいずれか１項に記載のスクリーニング方法。
  5. 　前記第４ステップでは、前記充電終了時の電流値が予め定められた電流閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電終了時の電流値を評価する請求項１～４のいずれか１項に記載のスクリーニング方法。
  6. 　記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ、及び前記第４ステップの評価が良好であった前記単位電池に対して、前記充放電波形を再取得し、
    　前記単位電池に対する複数の前記充放電波形における放電時間のばらつきを評価し、
    　前記放電時間のばらつきの評価結果に基づいて、前記単位電池をスクリーニングする請求項１～５のいずれか１項に記載のスクリーニング方法。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載されたスクリーニング方法でスクリーニングされた複数の単位電池を接続することで、二次電池を製造する二次電池の製造方法。
  8. 　単位電池をスクリーニングするスクリーニング装置であって、
    　前記単位電池を充放電する充放電器と、
    　前記充放電器で前記単位電池を充放電することで、前記単位電池の充放電波形を取得する充放電波形取得部と、
    　前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における放電中の放電電圧の時間変化量を評価する放電電圧評価部と、
    　前記充放電波形に基づいて、前記単位電池における充電中の充電電圧の時間変化量を評価する充電電圧評価部と、
    　前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電効率を評価する充電効率評価部と、
    　前記充放電波形に基づいて、前記単位電池の充電終了時の電流値を評価する電流値評価部と、
    　を備えたスクリーニング装置。
  9. 　前記充放電器が前記単位電池を所定時間だけ、ＣＣ－ＣＶ充電した後、ＣＣ放電することで、前記充放電波形取得部が前記充放電波形を取得する請求項８に記載のスクリーニング装置。
  10. 　前記放電電圧評価部は、前記放電中の前記放電電圧の時間変化量が予め設定された放電電圧閾値以上である否かに基づいて、前記放電電圧の時間変化量を評価する請求項８又は９に記載のスクリーニング装置。
  11. 　前記充電電圧評価部は、前記充電中の充電電圧の時間変化量が予め設定された充電電圧閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電電圧の時間変化量を評価する請求項８～１０のいずれか１項に記載のスクリーニング装置。
  12. 　前記電流値評価部は、前記充電終了時の電流値が予め定められた電流閾値以上であるか否かに基づいて、前記充電終了時の電流値を評価する請求項８～１１のいずれか１項に記載のスクリーニング装置。
  13. 　前記放電電圧評価部、前記充電電圧評価部、前記充電効率評価部、及び電流値評価部での評価が良好であった前記単位電池に対して、前記充放電器が充放電を行うことで、前記充放電波形取得部が前記充放電波形を再取得し、
    　前記単位電池に対する複数の前記充放電波形における放電時間のばらつきを評価し、
    　前記放電時間のばらつきの評価結果に基づいて、前記単位電池をスクリーニングする請求項８～１２のいずれか１項に記載のスクリーニング装置。
PCT/JP2017/041744 2016-11-30 2017-11-21 スクリーニング方法、スクリーニング装置、及び二次電池の製造方法 Ceased WO2018101114A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA3044785A CA3044785A1 (en) 2016-11-30 2017-11-21 Screening method, screening apparatus, and method for manufacturing secosecondary battery
EP17877098.8A EP3550316A4 (en) 2016-11-30 2017-11-21 SCREENING PROCESS, SCREENING DEVICE AND RECHARGEABLE BATTERY MANUFACTURING PROCESS
KR1020197018822A KR20190089202A (ko) 2016-11-30 2017-11-21 스크리닝 방법, 스크리닝 장치 및 2차 전지를 제조하기 위한 방법
US16/465,458 US20210286013A1 (en) 2016-11-30 2017-11-21 Screening method, screening apparatus, and method for manufacturing secondary battery

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016232479A JP2018091631A (ja) 2016-11-30 2016-11-30 スクリーニング方法、スクリーニング装置、及び二次電池の製造方法
JP2016-232479 2016-11-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018101114A1 true WO2018101114A1 (ja) 2018-06-07

Family

ID=62241357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/041744 Ceased WO2018101114A1 (ja) 2016-11-30 2017-11-21 スクリーニング方法、スクリーニング装置、及び二次電池の製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20210286013A1 (ja)
EP (1) EP3550316A4 (ja)
JP (1) JP2018091631A (ja)
KR (1) KR20190089202A (ja)
CA (1) CA3044785A1 (ja)
TW (1) TWI666461B (ja)
WO (1) WO2018101114A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102733357B1 (ko) * 2019-08-23 2024-11-22 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 셀 패스 판정 장치 및 방법
KR20220167847A (ko) 2021-06-14 2022-12-22 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 관리 시스템, 배터리 팩, 전기 차량 및 배터리 관리 방법
JP7585165B2 (ja) * 2021-08-31 2024-11-18 株式会社堀場製作所 データ管理装置、試験システム、データ管理プログラム、及びデータ管理方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000329834A (ja) * 1999-05-20 2000-11-30 Hitachi Shonan Denshi Co Ltd バッテリー劣化検出方法とその装置
JP2001325988A (ja) * 2000-05-16 2001-11-22 Sony Corp 非水電解質二次電池の充電方法
JP2003217683A (ja) * 2002-01-18 2003-07-31 Nec Machinery Corp 電池検査方法及び電池検査装置
US20070252600A1 (en) * 2006-04-27 2007-11-01 Ablerex Electronics Co., Ltd. Diagnosis method for state-of-health of batteries
JP2010193629A (ja) * 2009-02-18 2010-09-02 Nikon Corp 充電制御装置およびカメラ
JP2011028931A (ja) * 2009-07-23 2011-02-10 Yokogawa Electric Corp 電池絶縁検査装置
WO2013065093A1 (ja) 2011-10-30 2013-05-10 株式会社日本マイクロニクス 繰り返し充放電できる量子電池
WO2013161926A1 (ja) 2012-04-27 2013-10-31 株式会社日本マイクロニクス 二次電池
WO2013161927A1 (ja) 2012-04-27 2013-10-31 株式会社日本マイクロニクス 二次電池
JP2014025858A (ja) * 2012-07-27 2014-02-06 Toyota Motor Corp 二次電池の出荷前検査方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05159809A (ja) * 1991-12-03 1993-06-25 Fujitsu Ltd 電池用放電試験装置
JP4432985B2 (ja) * 2007-03-12 2010-03-17 ソニー株式会社 電池パック
CN103403941B (zh) * 2011-03-02 2015-11-25 丰田自动车株式会社 二次电池的检查方法
JP5117638B2 (ja) * 2011-03-16 2013-01-16 パナソニック株式会社 リチウム二次電池の充放電方法および充放電システム
JP2013081332A (ja) * 2011-10-05 2013-05-02 Hitachi Ltd 充電制御機能を備えた電池システム、および充電システム
KR101298327B1 (ko) 2011-12-09 2013-08-20 제주대학교 산학협력단 광 저장 장치 및 방법
JP2013157296A (ja) * 2012-02-01 2013-08-15 Sumitomo Heavy Ind Ltd 蓄電セル、蓄電モジュール、及び蓄電セルの異常監視装置
JP5789775B2 (ja) 2012-02-03 2015-10-07 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 盗難防止装置を装着可能な電子機器
CN103769374A (zh) * 2012-10-22 2014-05-07 北汽福田汽车股份有限公司 锂离子电池的分选方法
US9519028B2 (en) * 2013-08-08 2016-12-13 The Boeing Company Method and system for characterizing battery cells for use in battery packs

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000329834A (ja) * 1999-05-20 2000-11-30 Hitachi Shonan Denshi Co Ltd バッテリー劣化検出方法とその装置
JP2001325988A (ja) * 2000-05-16 2001-11-22 Sony Corp 非水電解質二次電池の充電方法
JP2003217683A (ja) * 2002-01-18 2003-07-31 Nec Machinery Corp 電池検査方法及び電池検査装置
US20070252600A1 (en) * 2006-04-27 2007-11-01 Ablerex Electronics Co., Ltd. Diagnosis method for state-of-health of batteries
JP2010193629A (ja) * 2009-02-18 2010-09-02 Nikon Corp 充電制御装置およびカメラ
JP2011028931A (ja) * 2009-07-23 2011-02-10 Yokogawa Electric Corp 電池絶縁検査装置
WO2013065093A1 (ja) 2011-10-30 2013-05-10 株式会社日本マイクロニクス 繰り返し充放電できる量子電池
WO2013161926A1 (ja) 2012-04-27 2013-10-31 株式会社日本マイクロニクス 二次電池
WO2013161927A1 (ja) 2012-04-27 2013-10-31 株式会社日本マイクロニクス 二次電池
JP2014025858A (ja) * 2012-07-27 2014-02-06 Toyota Motor Corp 二次電池の出荷前検査方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3550316A4

Also Published As

Publication number Publication date
EP3550316A1 (en) 2019-10-09
JP2018091631A (ja) 2018-06-14
KR20190089202A (ko) 2019-07-30
TWI666461B (zh) 2019-07-21
EP3550316A4 (en) 2020-07-29
US20210286013A1 (en) 2021-09-16
TW201833577A (zh) 2018-09-16
CA3044785A1 (en) 2018-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Günther et al. The manufacturing of electrodes: key process for the future success of lithium-ion batteries
CN104488163B (zh) 充放电装置
JP6148879B2 (ja) 二次電池の電池状態推定装置及び電池パックの製造方法並びにセルバランス確認方法
US10444294B2 (en) Electricity storage device production method and structure body inspection device
JP2013217897A (ja) バッテリーの寿命予測システム
WO2018101114A1 (ja) スクリーニング方法、スクリーニング装置、及び二次電池の製造方法
EP3026450A1 (en) Secondary battery inspection method
JP2011018482A (ja) 電池の検査方法
JP2011252930A (ja) 二次電池の検査装置、二次電池の検査方法、二次電池の製造方法
CN115867815A (zh) 电池异常诊断装置和方法
US20240288500A1 (en) Battery charge and discharge profile analysis method, and battery charge and discharge profile analysis apparatus
EP3828945A1 (en) Method for manufacturing secondary battery
JP2024509063A (ja) リチウム二次電池の低電圧不良検査方法およびリチウム二次電池の製造方法
TWI634687B (zh) 二次電池以及二次電池的製造方法
JP6441727B2 (ja) 基準太陽電池の選別装置、基準太陽電池の選別方法、並びに、太陽電池モジュールの製造方法
JP6374193B2 (ja) 非水電解質二次電池の自己放電検査方法
US12456763B2 (en) Systems and methods for battery cell formation
KR101772160B1 (ko) 다변량 웨이블릿 기반 배터리셀 선별 방법 및 장치
TWI682567B (zh) 二次電池以及二次電池的製造方法
WO2025057685A1 (ja) 電池状態検出装置及びプログラム
US10705151B2 (en) Intermediate structure unit for secondary cell and method for manufacturing secondary cell
JP4501055B2 (ja) 二次電池の充放電方法及び装置
KR20230055155A (ko) 이차전지의 랜들 회로 모델의 성분 초기값 도출 방법 및 도출된 초기값을 이용한 이차전지 내부 저항성분 도출 방법
JP2018041820A (ja) 電気二重層コンデンサの製造方法及び電気二重層コンデンサの検査方法
JP2003217990A (ja) 積層セラミックコンデンサのスクリーニング方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17877098

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3044785

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20197018822

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017877098

Country of ref document: EP

Effective date: 20190701