JP2021021579A - Lithium deposition inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウム析出検査装置に関する。 The present invention relates to a lithium precipitation inspection device.
特許文献1には、リチウムイオン二次電池におけるリチウム析出探知方法が開示されている。具体的には、特許文献1では、リチウムイオン二次電池を充電しながら、SOCに応じた電池電圧を測定してSOC-Vグラフを得て、そこからSOCに応じた電池電圧の変化(dV/dQ)であるSOC-dV/dQグラフを得る。そして、SOC-dV/dQグラフ上で傾きの増加が鈍化する地点を、リチウム析出発生地点と判断する。さらに、リチウムイオン二次電池の電池電圧の増加速度が鈍化する地点を、リチウム析出発生地点及び充電限界として設定し、充電率を段階的に変更するように設けたプロトコルによって、充電電流を段階的に調節しながらリチウムイオン二次電池を充電する。このようにリチウムイオン二次電池を充電することで、リチウム析出の発生を抑制する。
ところで、近年、使用したリチウムイオン二次電池(特に、低温環境下で充放電を行ったリチウムイオン二次電池や、大電流で充放電を行ったリチウムイオン二次電池)について、電極(負極)の電極合材層(負極合材層)の表面にリチウムが析出しているか否かを、容易に且つ適切に検査することができる装置が求められている。
具体的には、例えば、負極合材層の表面にリチウムが析出する充電条件(充放電条件)を把握するために、所定の条件でリチウムイオン二次電池を充電(充放電)する充電試験(充放電試験)を行って、その後、当該リチウムイオン二次電池を分解して取り出した負極について、負極合材層の表面にリチウムが析出しているか否かを検査する場合がある。このような場合に、負極合材層の表面にリチウムが析出しているか否かを、容易に且つ適切に検査することができる装置が必要となる。
By the way, in recent years, the electrodes (negative electrodes) of the lithium ion secondary batteries used (particularly, lithium ion secondary batteries charged and discharged in a low temperature environment and lithium ion secondary batteries charged and discharged with a large current) have been used. There is a demand for an apparatus capable of easily and appropriately inspecting whether or not lithium is deposited on the surface of the electrode mixture layer (negative electrode mixture layer).
Specifically, for example, in order to grasp the charging conditions (charging / discharging conditions) in which lithium is deposited on the surface of the negative electrode mixture layer, a charging test (charging / discharging) in which the lithium ion secondary battery is charged (charged / discharged) under predetermined conditions (charge / discharge conditions). A charge / discharge test) may be performed, and then the negative electrode taken out by disassembling the lithium ion secondary battery may be inspected for whether or not lithium is deposited on the surface of the negative electrode mixture layer. In such a case, an apparatus capable of easily and appropriately inspecting whether or not lithium is deposited on the surface of the negative electrode mixture layer is required.
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、電極合材層の表面にリチウムが析出しているか否かを、容易に且つ適切に検査することができるリチウム析出検査装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the present situation, and provides a lithium precipitation inspection apparatus capable of easily and appropriately inspecting whether or not lithium is precipitated on the surface of the electrode mixture layer. The purpose is.
本発明の一態様は、集電部材の表面に電極合材層を有する電極のうち前記電極合材層の表面に、リチウムが析出しているか否かを検査するリチウム析出検査装置であって、前記電極の前記電極合材層の前記表面に向けて、照射光を照射する照射部と、前記照射光を照射することによって前記電極において反射した反射光を受光して、RGB形式の画像データを取得する受光部と、前記受光部において取得した前記画像データを構成する各画素について、色相角度及び明度を演算する演算部と、前記演算部において演算された前記色相角度及び前記明度に基づいて、前記電極合材層の前記表面にリチウムが析出しているか否かを判定する判定部と、を備えるリチウム析出検査装置である。 One aspect of the present invention is a lithium precipitation inspection apparatus that inspects whether or not lithium is deposited on the surface of the electrode mixture layer among the electrodes having the electrode mixture layer on the surface of the current collecting member. An irradiation unit that irradiates the irradiation light toward the surface of the electrode mixture layer of the electrode and the reflected light reflected by the electrode by irradiating the irradiation light are received to obtain image data in RGB format. Based on the light receiving unit to be acquired, the calculation unit that calculates the hue angle and the brightness of each pixel constituting the image data acquired by the light receiving unit, and the hue angle and the brightness calculated by the calculation unit. It is a lithium precipitation inspection apparatus including a determination unit for determining whether or not lithium is deposited on the surface of the electrode mixture layer.
上述のリチウム析出検査装置は、照射部と、受光部と、演算部と、判定部とを備える。このうち、照射部は、電極合材層の表面に向けて照射光(具体的には、RGBの各要素を含む照射光)を照射する装置である。また、受光部は、照射光を照射することによって電極において反射した反射光を受光して、RGB形式の画像データ(以下、RGB画像データともいう)を取得する装置である。なお、電極において反射した反射光には、電極において散乱した散乱光(例えば、電極合材層の表面に析出したリチウムにおいてレイリー散乱した散乱光)も含まれる。また、演算部は、受光部において取得した画像データを構成する各画素について、色相角度及び明度を演算する装置である。 The above-mentioned lithium precipitation inspection device includes an irradiation unit, a light receiving unit, a calculation unit, and a determination unit. Of these, the irradiation unit is a device that irradiates the surface of the electrode mixture layer with irradiation light (specifically, irradiation light including each element of RGB). Further, the light receiving unit is a device that receives the reflected light reflected by the electrode by irradiating the irradiation light and acquires image data in RGB format (hereinafter, also referred to as RGB image data). The reflected light reflected by the electrode also includes scattered light scattered by the electrode (for example, Rayleigh scattered light by lithium deposited on the surface of the electrode mixture layer). Further, the calculation unit is a device that calculates the hue angle and the brightness of each pixel constituting the image data acquired by the light receiving unit.
また、判定部は、演算部において演算された各画素の色相角度及び明度に基づいて、電極合材層の表面にリチウムが析出しているか否かを判定する装置である。具体的には、判定部は、前記画像データを構成する画素の中に、前記演算部において演算された前記色相角度及び前記明度の値が、前記電極合材層の前記表面にリチウムが析出している場合に得られる値である画素(これをLi画素とする)が存在しているか否かを判定し、前記Li画素が存在していると判定した場合に、前記電極合材層の前記表面にリチウムが析出していると判定する。 Further, the determination unit is a device that determines whether or not lithium is deposited on the surface of the electrode mixture layer based on the hue angle and brightness of each pixel calculated by the calculation unit. Specifically, in the determination unit, lithium is deposited on the surface of the electrode mixture layer with the hue angle and the brightness value calculated by the calculation unit in the pixels constituting the image data. It is determined whether or not a pixel (referred to as a Li pixel), which is a value obtained in the case of the above, exists, and when it is determined that the Li pixel exists, the electrode mixture layer is said to have the above. It is determined that lithium is deposited on the surface.
このようなリチウム析出検査装置によれば、判定部において、演算部において演算された各画素の色相角度及び明度に基づいて、電極合材層の表面にリチウム(Li)が析出しているか否かを判定することができる。従って、上述のリチウム析出検査装置を用いることで、電極合材層の表面にリチウムが析出しているか否かを、容易に且つ適切に検査することができる。 According to such a lithium precipitation inspection device, whether or not lithium (Li) is deposited on the surface of the electrode mixture layer based on the hue angle and brightness of each pixel calculated by the calculation unit in the determination unit. Can be determined. Therefore, by using the above-mentioned lithium precipitation inspection apparatus, it is possible to easily and appropriately inspect whether or not lithium is precipitated on the surface of the electrode mixture layer.
なお、上述のリチウム析出検査装置では、判定部は、例えば、以下のようにして、電極合材層の表面にリチウムが析出しているか否かを判定する。具体的には、上述のリチウム析出検査装置を用いて、予め、電極の各部位(受光部において取得されたRGB画像データにおける各部位の画素)について、色相角度及び明度を把握しておく。なお、電極の各部位としては、電極合材層を構成する電極合材のうち摩擦を受けていない部位(以下、電極合材未擦れ部ともいう)、電極合材のうち摩擦によって光沢を持った部位(以下、電極合材擦れ部ともいう)、電極合材層の表面に析出したリチウム(以下、析出リチウムともいう)、及び、集電部材を挙げることができる。 In the above-mentioned lithium precipitation inspection apparatus, the determination unit determines whether or not lithium is deposited on the surface of the electrode mixture layer, for example, as follows. Specifically, the hue angle and the brightness of each part of the electrode (pixels of each part in the RGB image data acquired in the light receiving part) are grasped in advance by using the above-mentioned lithium precipitation inspection apparatus. As each part of the electrode, the part of the electrode mixture that constitutes the electrode mixture layer that is not subjected to friction (hereinafter, also referred to as the non-rubbed part of the electrode mixture) and the electrode mixture that has gloss due to friction. Examples thereof include a portion (hereinafter, also referred to as a rubbing portion of the electrode mixture), lithium precipitated on the surface of the electrode mixture layer (hereinafter, also referred to as precipitated lithium), and a current collecting member.
例えば、電極が、銅箔からなる集電部材と、活物質である黒鉛粉末を有する(例えば、黒鉛粉末とバインダからなる)電極合材とを備える電極(例えば、リチウムイオン二次電池の負極)である場合において、照射光として白色光を用いた場合は、電極合材未擦れ部、電極合材擦れ部、及び、析出リチウム(RGB画像データにおける各々の部位に対応する画素)の色相角度は、いずれも、180°〜300°の範囲内の値となる。一方、集電部材(RGB画像データにおける集電部材の画素)の色相角度は、0°〜60°または300°〜360°の範囲内の値となる。 For example, an electrode (for example, a negative electrode of a lithium ion secondary battery) including a current collecting member made of copper foil and an electrode mixture having graphite powder as an active material (for example, made of graphite powder and binder). In this case, when white light is used as the irradiation light, the hue angles of the unrubbed part of the electrode mixture, the rubbed part of the electrode mixture, and the precipitated lithium (pixels corresponding to each part in the RGB image data) are , All of which are values in the range of 180 ° to 300 °. On the other hand, the hue angle of the current collector member (pixels of the current collector member in the RGB image data) is a value within the range of 0 ° to 60 ° or 300 ° to 360 °.
このように、電極合材未擦れ部、電極合材擦れ部、及び、析出リチウムの色相角度は、等しい範囲(具体的には、180°〜300°)内の値となる。従って、色相角度だけでは、負極合材と負極合材擦れ部と析出リチウムを区別することができず、析出リチウムの有無を判別することはできない。 As described above, the hue angles of the electrode mixture non-rubbed portion, the electrode mixture rubbing portion, and the precipitated lithium are within the same range (specifically, 180 ° to 300 °). Therefore, it is not possible to distinguish between the negative electrode mixture, the rubbing portion of the negative electrode mixture, and the precipitated lithium only by the hue angle, and it is not possible to determine the presence or absence of the precipitated lithium.
しかしながら、電極合材未擦れ部及び電極合材擦れ部(RGB画像データにおけるこれらの画素)と、析出リチウム(RGB画像データにおけるこれの画素)とでは、明度が大きく異なる場合がある。具体的には、析出リチウムは、電極合材未擦れ部及び電極合材擦れ部に比べて、明度の値が非常に大きくなる。詳細には、これらの明度の大小関係は、(析出リチウムの明度)>(電極合材未擦れ部の明度)>(電極合材擦れ部の明度)となる場合がある。 However, the brightness of the unrubbed portion of the electrode mixture and the rubbed portion of the electrode mixture (these pixels in the RGB image data) and the precipitated lithium (the pixels thereof in the RGB image data) may be significantly different. Specifically, the precipitated lithium has a very large brightness value as compared with the non-rubbed portion of the electrode mixture and the rubbed portion of the electrode mixture. Specifically, the magnitude relationship of these lightnesses may be (brightness of precipitated lithium)> (brightness of the unrubbed portion of the electrode mixture)> (brightness of the rubbed portion of the electrode mixture).
従って、この場合は、析出リチウムの明度の値と、電極合材未擦れ部の明度の値との間の値を、閾値として設定しておき、色相角度が180°〜300°の範囲内の値となった部位(画素)のうち、この閾値を上回る明度を有する部位(Li画素)が存在する場合は、電極合材層の表面にリチウムが析出している(析出リチウムが存在する)と判定することができる。 Therefore, in this case, a value between the brightness value of the precipitated lithium and the brightness value of the unrubbed portion of the electrode mixture is set as a threshold value, and the hue angle is within the range of 180 ° to 300 °. When there is a part (Li pixel) having a brightness exceeding this threshold among the parts (pixels) that have become values, it is said that lithium is precipitated on the surface of the electrode mixture layer (precipitated lithium is present). Can be determined.
従って、この場合は、判定部は、演算部において演算された色相角度が180°〜300°の範囲内の値であり、且つ、明度が予め設定した閾値を上回る値である、画素(Li画素)が存在するか否かを判定する。このような条件を満たす画素(Li画素)が存在する場合は、電極合材層の表面にリチウムが析出している(析出リチウムが存在する)と判定することができる。反対に、このような条件を満たす画素が存在しない場合は、電極合材層の表面にリチウムが析出していない(析出リチウムが存在しない)と判定することができる。 Therefore, in this case, the determination unit is a pixel (Li pixel) in which the hue angle calculated by the calculation unit is a value within the range of 180 ° to 300 ° and the brightness is a value exceeding a preset threshold value. ) Exists or not. When there are pixels (Li pixels) that satisfy such conditions, it can be determined that lithium is deposited on the surface of the electrode mixture layer (precipitated lithium is present). On the contrary, when there is no pixel satisfying such a condition, it can be determined that lithium is not deposited on the surface of the electrode mixture layer (precipitated lithium is not present).
このように、判定部は、RGB画像データを構成する画素の中に、演算部において演算された色相角度及び明度の値が、電極合材層の表面にリチウムが析出している場合に得られる値であるLi画素が存在するか否かを判定し、Li画素が存在すると判定した場合に、電極合材層の表面にリチウムが析出していると判定する。反対に、Li画素が存在しないと判定した場合は、電極合材層の表面にリチウムが析出していない(析出リチウムが存在しない)と判定する。 As described above, the determination unit is obtained when the values of the hue angle and the brightness calculated by the calculation unit are deposited on the surface of the electrode mixture layer in the pixels constituting the RGB image data. It is determined whether or not the Li pixel, which is a value, is present, and when it is determined that the Li pixel is present, it is determined that lithium is deposited on the surface of the electrode mixture layer. On the contrary, when it is determined that the Li pixel does not exist, it is determined that lithium is not deposited on the surface of the electrode mixture layer (precipitated lithium does not exist).
まず、本実施形態の検査対象となる負極156、及び、この負極156を備えるリチウムイオン二次電池100について説明する。リチウムイオン二次電池100は、図1に示すように、直方体形状の電池ケース110と、正極外部端子121と、負極外部端子131とを備える、角形密閉式のリチウムイオン二次電池である。このリチウムイオン二次電池100は、大容量のリチウムイオン二次電池であり、例えば、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、あるいは電気自動車の駆動用電源として使用される。
First, the
電池ケース110は、直方体形状の収容空間をなす金属製の角形収容部111と金属製の蓋部112とを有するハードケースである。電池ケース110(角形収容部111)の内部には、電極体150などが収容されている。電極体150は、帯状の正極155と帯状の負極156とを、正極155と負極156との間にセパレータ157が介在するようにして扁平形状に捲回した扁平捲回型電極体である(図2参照)。
The
正極155は、アルミニウム箔からなる正極集電箔151(集電部材)と、この正極集電箔151の表面に塗工された正極合材層とを有している。正極合材層は、正極活物質と、アセチレンブラックからなる導電材と、バインダとを含んでいる。正極155のうち、正極合材層が塗工されていない部位(すなわち、正極集電箔151のみからなる部位)を、正極合材層未塗工部155bという。正極合材層未塗工部155bは、正極集電箔151(正極155)の幅方向DB(図1において左右方向)の端部(図1において右端部)に位置し、正極集電箔151(正極155)の一方長辺に沿って、正極集電箔151(正極155)の長手方向に帯状に延びている。
The positive electrode 155 has a positive electrode current collecting foil 151 (current collecting member) made of aluminum foil, and a positive electrode mixture layer coated on the surface of the positive electrode current collecting
また、本実施形態の検査対象となる負極156は、銅箔からなる負極集電箔158(集電部材)と、この負極集電箔158の表面158bに塗工された負極合材層159とを有している(図3参照)。負極合材層159は、負極活物質(具体的には、黒鉛粉末)とバインダとを含んでいる。負極156のうち、負極合材層159が塗工されていない部位(すなわち、負極集電箔158のみからなる部位)を、負極合材層未塗工部156bという。負極合材層未塗工部156bは、負極集電箔158(負極156)の一方長辺に沿って、負極集電箔158(負極156)の長手方向に帯状に延びている。
Further, the
また、正極合材層未塗工部155bには、アルミニウム製の正極集電端子122が接合されている。これにより、正極合材層未塗工部155b(正極155)は、正極集電端子122を通じて、正極外部端子121に電気的に接続されている(図1参照)。また、負極合材層未塗工部156bには、銅製の負極集電端子132が接合されている。これにより、負極合材層未塗工部156b(負極156)は、負極集電端子132を通じて、負極外部端子131に電気的に接続されている。なお、正極外部端子121と正極集電端子122とは一体に形成され、正極端子部材120を構成している。また、負極外部端子131と負極集電端子132とは一体に形成され、負極端子部材130を構成している。
Further, an aluminum positive electrode current collecting
セパレータ157は、電気絶縁性を有する樹脂フィルムからなるセパレータである。このセパレータ157は、正極155と負極156との間に介在して、これらを離間させている。セパレータ157には、リチウムイオンを有する非水電解液140が含浸している。
The separator 157 is a separator made of a resin film having electrical insulation. The separator 157 is interposed between the positive electrode 155 and the
ところで、リチウムイオン二次電池100では、低温環境下(例えば、0℃以下の温度環境下)において充電(充放電)を行ったり、ハイレート充電(充放電)を行ったりすると、負極合材層159の表面159bにリチウム(Li)が析出してしまうことがある。負極合材層159の表面159bに析出したリチウムの多くは、電池の充放電反応に寄与できなくなるので、このような充電(充放電)を繰り返すと、電池容量が低減してゆくという問題がある。
By the way, in the lithium ion
従来、リチウムイオン二次電池100を、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、あるいは電気自動車の駆動用電源として使用する場合には、その使用環境や使用期間等を考えると、低温環境下において充電(充放電)が繰り返し行われたり、ハイレート充電(充放電)が繰り返し行われたりすることがあり得るため、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出することがあり得る。
Conventionally, when the lithium ion
このため、リチウムイオン二次電池100を、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、あるいは電気自動車の駆動用電源として使用する場合には、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出しないように、リチウムイオン二次電池100の充電(充放電)レートや温度などを制御することが求められる。従って、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出する充電条件(充放電条件)を精度良く把握し、このような充電条件(充放電条件)にならないように、リチウムイオン二次電池100の充電(充放電)レートや温度などを制御することが求められている。
Therefore, when the lithium ion
さらに、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出する充電条件(充放電条件)は、できるだけ短期間で把握できるようにするのが好ましい。すなわち、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出する充電条件(充放電条件)を把握するための試験は、できるだけ短期間で完了できるようにするのが好ましい。ところが、試験期間を短くするほど、析出リチウムの量は少なくなるので、析出リチウムの検出が難しくなる。
Further, it is preferable that the charging condition (charging / discharging condition) in which lithium is deposited on the
従って、負極合材層159の表面159bに析出したリチウムの量が微量である場合でも、この微量の析出リチウムを適切に(精度良く)検出することができるリチウム析出検査装置、及び、リチウム析出検査方法が求められる。さらには、負極156の全体にわたって、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出しているか否かを、容易に且つ適切に検査することができるリチウム析出検査装置、及び、リチウム析出検査方法が求められる。本実施形態のリチウム析出検査装置1、及び、リチウム析出検査方法は、このような要求に応えることができるものである。
Therefore, even when the amount of lithium precipitated on the
そこで、本実施形態のリチウム析出検査装置1について説明する。リチウム析出検査装置1は、照射部10と、受光部20と、演算部30と、判定部40とを備える。このうち、照射部10は、検査対象となる負極156(電極)の負極合材層159(電極合材層)の表面159bに向けて、白色光WL(照射光)を照射する装置である。また、受光部20は、白色光WLを照射することによって負極156において反射した反射光RLを受光して、RGB形式の画像データ(RGB画像データともいう)を取得する装置である。この受光部20は、例えば、公知の2Dカメラによって構成される。なお、負極156において反射した反射光RLには、負極156において散乱した散乱光(例えば、負極合材層159の表面159bに析出したリチウムにおいてレイリー散乱した散乱光)も含まれる。
Therefore, the lithium
なお、本実施形態では、照射部10から照射する白色光WL(照射光)と負極156の表面(負極合材層159の表面159b)とのなす角が角度αとなるように、照射部10の向きを設定する。このようにすることで、負極156において鏡面反射した光が、受光部20に取り込まれないようにしている(図1参照)。すなわち、負極156の表面(負極合材層159の表面159b)に対する照射部10の向き(白色光WLの照射方向)を、負極156において鏡面反射した光が受光部20に取り込まれない向き(方向)にしている。
In the present embodiment, the
また、受光部20の向き(受光部20のレンズの向き)を、負極156の表面(負極合材層159の表面159b)に対して垂直方向にしている(図1参照)。これにより、負極合材層159の表面159bにリチウム(Li)が析出している場合に、この析出したリチウム(以下、単に、析出リチウムともいう)においてレイリー散乱した散乱光が、受光部20に取り込まれるようにしている。
Further, the orientation of the light receiving portion 20 (the orientation of the lens of the light receiving portion 20) is perpendicular to the surface of the negative electrode 156 (the
また、演算部30は、受光部20において取得したRGB画像データを構成する各画素について、色相角度及び明度を演算する装置である。具体的には、演算部30は、受光部20において取得したRGB画像データの各画素のRGB情報を、色相角度及び明度に変換する画像処理ソフトウエアを備えている。演算部30は、この画像処理ソフトウエアを用いて、RGB画像データの各画素のRGB情報から、各画素の色相角度及び明度を算出する。
Further, the
また、判定部40は、演算部30において演算された各画素の色相角度及び明度に基づいて、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出しているか否かを判定する装置である。具体的には、判定部40は、RGB画像データを構成する画素の中に、演算部30において算出された色相角度及び明度の値が、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出している場合に得られる値である画素(この画素をLi画素とする)が存在するか否かを判定し、Li画素が存在すると判定した場合に、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出していると判定する。反対に、Li画素が存在しないと判定した場合は、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出していない(析出リチウムが存在しない)と判定する。
なお、演算部30と判定部40とは、例えば、マイクロコンピュータ等によって構成されている。
Further, the
The
より具体的には、判定部40には、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出しているか否かを判定するための明度の閾値Thが、予めインプットされている。そして、判定部40は、演算部30において算出された色相角度が180°〜300°の範囲内の値であり、且つ、明度が閾値Thよりも大きい値である画素(Li画素)が存在するか否かを判定する。このような条件を満たす画素(Li画素)が存在すると判定した場合は、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出している(析出リチウムが存在する)と判定する。反対に、このような条件を満たす画素(Li画素)が存在しないと判定した場合は、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出していない(析出リチウムが存在しない)と判定する。
More specifically, a lightness threshold Th for determining whether or not lithium is deposited on the
なお、明度の閾値Thは、例えば、以下のようにして決定される。具体的には、まず、サンプルとして、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出している負極156を用意する。なお、このような負極156は、例えば、以下のようにして取得することができる。具体的には、まず、リチウムイオン二次電池100について、ハイレート充放電を繰り返し行う。これにより、このリチウムイオン二次電池100において、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出する。次いで、このリチウムイオン二次電池100を分解して電極体150を取り出し、さらに、この電極体150を分解して負極156を取り出す。このようにして、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出している負極156を、サンプルとして用意する。
The lightness threshold Th is determined as follows, for example. Specifically, first, as a sample, a
次いで、リチウム析出検査装置1を用いて、サンプルである負極156のRGB画像データを取得する。具体的には、図1に示すように、サンプルである負極156を、負極合材層159の表面159bを上方に向けて、図示しない載置台の上に載置し、この状態で、照射部10によって、負極合材層159の表面159bに向けて、白色光WLを照射する。そして、受光部20によって、負極156において反射した反射光RLを受光して、負極156のRGB画像データを取得する。次いで、このRGB画像データに基づいて、演算部30によって、サンプルである負極156の各部位(受光部20において取得されたRGB画像データにおける各部位の画素)について、色相角度及び明度を算出し、算出された色相角度及び明度を把握する。
Next, the RGB image data of the
なお、負極156の各部位としては、負極合材層159を構成する負極合材のうち摩擦を受けていない部位(以下、負極合材未擦れ部ともいう)、負極合材のうち摩擦によって光沢を持った部位(以下、負極合材擦れ部ともいう)、負極合材層159の表面159bに析出したリチウム(析出リチウム)、及び、負極集電箔158(集電部材)を挙げることができる。
As each part of the
また、リチウムイオン二次電池100及び電極体150の分解作業、及び、リチウム析出検査装置1を用いた検査は、ドライ環境下(例えば、露点が−40℃の環境下)において行うことが好ましい。また、リチウム析出検査装置1を用いた検査(負極156のRGB画像データの取得作業)は、暗室内で行うことが好ましい。
Further, the disassembly work of the lithium ion
ここで、サンプルである負極156のRGB画像データにおける、負極合材未擦れ部と負極合材擦れ部と析出リチウムと負極集電箔158のRGB情報を、図5に示す。なお、図5では、RGBの各要素の強度(受光部20における受光強度)を、8bitの256階調で表している。また、図5では、析出リチウムのRGBの各要素(RとGとB)の強度を、黒塗りの丸でプロットし、これらを実線で結んでいる。さらに、負極集電箔158のRGBの各要素(RとGとB)の強度を、黒塗りの菱形でプロットし、これらを破線で結んでいる。さらに、負極合材未擦れ部のRGBの各要素(RとGとB)の強度を、黒塗りの四角でプロットし、これらを一点鎖線で結んでいる。さらに、負極合材擦れ部のRGBの各要素(RとGとB)の強度を、黒塗りの三角でプロットし、これらを二点鎖線で結んでいる。
Here, in the RGB image data of the
図5に示すように、負極合材未擦れ部と負極合材擦れ部と析出リチウムでは、RGBの大小関係が、いずれも、B>R、且つ、B>Gの関係を満たしている。従って、負極156では、負極合材未擦れ部(電極合材未擦れ部)、負極合材擦れ部(電極合材擦れ部)、及び、析出リチウムの色相角度(RGB画像データにおける各々の部位に対応する画素の色相角度)は、いずれも、180°〜300°の範囲内の値となる。一方、負極集電箔158では、RGBの大小関係が、R>G、且つ、R>Bの関係を満たしている。従って、負極集電箔158(RGB画像データにおける負極集電箔158の画素)の色相角度は、0°〜60°または300°〜360°の範囲内の値となる。
As shown in FIG. 5, in the negative electrode mixture rubbing portion, the negative electrode mixture rubbing portion, and the precipitated lithium, the magnitude relationship of RGB satisfies the relationship of B> R and B> G. Therefore, in the
このように、負極合材未擦れ部と負極合材擦れ部と析出リチウムの色相角度は、等しい範囲(具体的には、180°〜300°)内の値となる。従って、色相角度だけでは、負極合材未擦れ部と負極合材擦れ部と析出リチウムを区別することができず、析出リチウムの有無を判別することはできない。 As described above, the hue angles of the unrubbed portion of the negative electrode mixture, the rubbed portion of the negative electrode mixture, and the precipitated lithium are within the same range (specifically, 180 ° to 300 °). Therefore, it is not possible to distinguish the unrubbed portion of the negative electrode mixture, the rubbed portion of the negative electrode mixture, and the precipitated lithium only by the hue angle, and it is not possible to determine the presence or absence of the precipitated lithium.
しかしながら、負極合材未擦れ部及び負極合材擦れ部(RGB画像データにおけるこれらの画素)と、析出リチウム(RGB画像データにおけるこれの画素)とでは、明度が大きく異なる。具体的には、析出リチウムは、負極合材未擦れ部及び負極合材擦れ部に比べて、明度の値が非常に大きくなる(図5参照)。詳細には、これらの明度の大小関係は、(析出リチウムの明度)>(負極合材未擦れ部の明度)>(負極合材擦れ部の明度)となる。 However, the brightness of the unrubbed portion of the negative electrode mixture and the rubbed portion of the negative electrode mixture (these pixels in the RGB image data) and the precipitated lithium (the pixels thereof in the RGB image data) are significantly different. Specifically, the precipitated lithium has a much larger brightness value than the unrubbed portion of the negative electrode mixture and the rubbed portion of the negative electrode mixture (see FIG. 5). Specifically, the magnitude relationship of these brightnesses is (brightness of precipitated lithium)> (brightness of the unrubbed portion of the negative electrode mixture)> (brightness of the rubbed portion of the negative electrode mixture).
従って、本実施形態では、析出リチウムの明度の値と負極合材未擦れ部の明度の値との間の値を、閾値Thとして設定している。これにより、色相角度が180°〜300°の範囲内の値となった部位(画素)であって、閾値Thを上回る明度を有する部位(Li画素)が存在する場合は、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出している(析出リチウムが存在する)と判定することができる。
Therefore, in the present embodiment, the value between the value of the brightness of the precipitated lithium and the value of the brightness of the unrubbed portion of the negative electrode mixture is set as the threshold value Th. As a result, if there is a portion (pixel) whose hue angle is in the range of 180 ° to 300 ° and has a brightness exceeding the threshold Th (Li pixel), the negative
次に、本実施形態のリチウム析出検査方法について説明する。
まず、サイクル充放電を行ったリチウムイオン二次電池100を用意する。なお、サイクル充放電のサイクルは、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出する充電条件(充放電条件)を把握するために、様々なサイクルに設定される。また、サイクル充放電を行う環境温度も、様々な温度に設定される。
Next, the lithium precipitation inspection method of the present embodiment will be described.
First, a lithium ion
次いで、このリチウムイオン二次電池100を分解して電極体150を取り出し、さらに、この電極体150を分解して負極156を取り出す。その後、この負極156を、有機溶媒によって洗浄する。この洗浄により、負極156に付着している電解液塩や異物を除去する。なお、本実施形態では、リチウムイオン二次電池100及び電極体150の分解作業、及び、負極156の洗浄作業は、ドライ環境下(例えば、露点が−40℃の環境下)で行っている。
Next, the lithium ion
次に、リチウム析出検査装置1を用いて、この負極156について、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出しているか否かを検査する。なお、本実施形態では、リチウム析出検査装置1を用いたリチウム析出検査を、ドライ雰囲気(例えば、露点が−40℃の雰囲気)とした暗室内で行っている。
Next, using the lithium
具体的には、図4に示すように、負極合材層159の表面159bを上方に向けて、図示しない載置台の上に負極156を載置する。この状態で、照射部10によって、負極合材層159の表面159bの斜め上方から、負極合材層159の表面159bに向けて白色光WL(照射光)を照射する。なお、照射部10から照射する白色光WLと負極156の表面(負極合材層159の表面159b)とのなす角が角度αとなるように、照射部10の向きを設定している(図4参照)。これにより、負極156において鏡面反射した光が、受光部20に取り込まれないようにしている。
Specifically, as shown in FIG. 4, the
そして、受光部20によって、負極156において反射した反射光RLを受光して、負極156のRGB画像データを取得する。なお、受光部20の向き(受光部20のレンズの向き)は、負極156の表面(負極合材層159の表面159b)に対して垂直にしている(図4参照)。これにより、負極合材層159の表面159bにリチウム(Li)が析出している場合に、この析出リチウムにおいてレイリー散乱した散乱光が、反射光として受光部20に取り込まれるようにしている。
Then, the
次いで、演算部30によって、受光部20において取得したRGB画像データを構成する各画素について、色相角度及び明度を演算する。具体的には、演算部30は、RGB画像データを構成する各画素のRGB情報を受光部20から入力し、入力した各画素のRGB情報から、各画素の色相角度及び明度を算出する。
Next, the
次に、判定部40において、演算部30において演算された各画素の色相角度及び明度に基づいて、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出しているか否かを判定する。具体的には、判定部40は、RGB画像データを構成する画素の中に、演算部30において算出された色相角度及び明度の値が、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出している場合に得られる値である画素(Li画素)が存在するか否かを判定し、Li画素が存在すると判定した場合に、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出していると判定する。反対に、Li画素が存在しないと判定した場合は、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出していない(析出リチウムが存在しない)と判定する。
Next, the
より具体的には、判定部40は、RGB画像データを構成する画素の中に、演算部30において算出された色相角度が180°〜300°の範囲内の値であり、且つ、明度が閾値Thよりも大きい値である画素(Li画素)が存在するか否かを判定する。このような条件を満たす画素(Li画素)が存在すると判定した場合、判定部40は、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出している(析出リチウムが存在する)と判定する。反対に、このような条件を満たす画素(Li画素)が存在しないと判定した場合は、判定部40は、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出していない(析出リチウムが存在しない)と判定する。
More specifically, in the
本実施形態では、このようにして、負極156(負極集電箔158の表面158b側)の全体にわたって、負極合材層159の表面159bに向けて照射光(白色光WL)を照射しつつ、負極156のRGB画像データを取得し、このRGB画像データから算出された各画素の色相角度及び明度に基づいて、負極合材層159の表面159bにリチウムが析出しているか否かを検査する。
In the present embodiment, in this way, the irradiation light (white light WL) is irradiated toward the
以上説明したように、本実施形態のリチウム析出検査装置1、及び、本実施形態のリチウム析出検査方法によれば、負極156の全体にわたって、負極合材層159(電極合材層)の表面159bにリチウムが析出しているか否かを、容易に且つ適切に検査することができる。しかも、本実施形態のリチウム析出検査装置1、及び、本実施形態のリチウム析出検査方法によれば、負極合材層159(電極合材層)の表面159bに析出しているリチウムの量が微量である場合でも、この微量の析出リチウムを適切に(精度良く)検出することができる。
As described above, according to the lithium
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。 In the above, the present invention has been described according to the embodiment, but it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment and can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
例えば、実施形態では、リチウムイオン二次電池100の負極合材層159の表面159bにリチウムが析出しているか否かを検査するリチウム析出検査装置1を例示した。しかしながら、本発明のリチウム析出検査装置は、このようなリチウム析出検査装置に限定されるものではなく、電極合材層の表面にリチウムが析出する可能性のある電極であれば、いずれの電極に対しても、電極合材層の表面にリチウムが析出しているか否かを検査するために適用することができる。
For example, in the embodiment, a lithium
また、実施形態では、検査対象となる負極として、負極集電箔158(集電部材)の表面158bのみに負極合材層159を有する片面塗工の負極156を例示した。しかしながら、本発明の検査対象となる負極は、負極集電箔158(集電部材)の表面158bと裏面の両面に負極合材層159を有する両面塗工の負極であっても良い。この場合には、負極集電箔158(集電部材)の表面158bに塗工されている負極合材層159のみならず、負極集電箔158(集電部材)の裏面に塗工されている負極合材層159においても、その表面にリチウムが析出する虞がある。従って、両面塗工の負極の場合は、両面の負極合材層159について、リチウム析出検査装置1を用いて、リチウムが析出しているか否かを検査すると良い。
また、実施形態では、照射部10から照射する照射光として白色光WLを用いた。しかしながら、本発明における照射光は、白色光に限定されるものではない。照射部から照射する照射光は、RGBの各要素(RとGとB)を含む光であれば良い。
Further, in the embodiment, as the negative electrode to be inspected, a single-sided coating
Further, in the embodiment, white light WL is used as the irradiation light emitted from the
1 リチウム析出検査装置
10 照射部
20 受光部
30 演算部
40 判定部
100 リチウムイオン二次電池
110 電池ケース
150 電極体
155 正極
156 負極
157 セパレータ
158 負極集電箔(集電部材)
158b 表面
159 負極合材層(電極合材層)
159b 表面
WL 白色光(照射光)
RL 反射光
1 Lithium
159b Surface WL White light (irradiation light)
RL reflected light
Claims (1)
前記電極の前記電極合材層の前記表面に向けて、照射光を照射する照射部と、
前記照射光を照射することによって前記電極において反射した反射光を受光して、RGB形式の画像データを取得する受光部と、
前記受光部において取得した前記画像データを構成する各画素について、色相角度及び明度を演算する演算部と、
前記演算部において演算された前記色相角度及び前記明度に基づいて、前記電極合材層の前記表面にリチウムが析出しているか否かを判定する判定部と、を備える
リチウム析出検査装置。 A lithium precipitation inspection device that inspects whether or not lithium is deposited on the surface of the electrode mixture layer among electrodes having an electrode mixture layer on the surface of the current collector member.
An irradiation unit that irradiates irradiation light toward the surface of the electrode mixture layer of the electrode,
A light receiving unit that receives the reflected light reflected by the electrode by irradiating the irradiation light and acquires image data in RGB format.
An arithmetic unit that calculates the hue angle and brightness for each pixel that constitutes the image data acquired by the light receiving unit, and
A lithium precipitation inspection apparatus including a determination unit for determining whether or not lithium is deposited on the surface of the electrode mixture layer based on the hue angle and the brightness calculated by the calculation unit.
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