片狀電池的評價裝置以及評價方法
【專利摘要】對蓄電層被正電極以及負電極的層夾持的片狀電池進行評價。本發(fā)明的特征在于，使電極用探針與正電極或負電極中的至少一方的外表面的測量部位接觸，對有關該測量部位的電量進行測量，以評價上述片狀電池。例如，將充電源以及電壓計連接于電極用探針，根據(jù)電壓計的測量電壓的變化，獲取使片狀電池從無充電狀態(tài)變化到充滿電狀態(tài)的充電特性并進行評價。又例如，將放電源以及電壓計連接于電極用探針，根據(jù)電壓計的測量電壓的變化，獲取使片狀電池從充滿電狀態(tài)變化到無充電狀態(tài)的放電特性并進行評價。進一步例如，將充電源以及電壓計連接于電極用探針，獲取片狀電池的充滿電狀態(tài)下的電壓計的測量電壓并進行評價。
【專利說明】片狀電池的評價裝置以及評價方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及片狀電池的評價裝置以及評價方法，例如能夠適用于基于利用金屬氧化物的光激發(fā)結構變化，在能隙中形成新的能級并獲取電子的動作原理的充電電池的評價。本說明書中的用語“評價”是包含了“試驗”、“檢查”和“測量”的用語。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的二次電池是利用化學反應引起的離子(帶電物質)的移動，積蓄電力或輸出電流的化學型電池。另一方面，作為物理型電池已知有太陽能電池和原子能電池。最近，正發(fā)展使用鋰的二次電池技術(參照專利文獻I)。
[0003]現(xiàn)有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2002-42863
【發(fā)明內容】

[0006]發(fā)明要解決的課題
[0007]物理型電池都沒有充電功能，無法構成二次電池。
[0008]采用化學型二次電池的話，由于利用了化學反應，因此充放電性能會劣化，或壽命會降低。在此，在使用電解液的情況下，時常伴隨著漏液的風險。
[0009]采用鋰離子型二次電池的話，由于過度充電、充放電導致可靠性降低，或在電極之間短路的情況下存在起火的危險。通過將電解質做成聚合物或對其進行固體化，由短路引起的起火的可能性會降低，但是，采用當前情況下的二次電池的話，500?800Whr/L的能量密度就是界限了。以進一步高容量化為目標，嘗試了負極的金屬鋰和各種各樣的正極的組合，但是由于利用了電解質，總有導致電極短路的危險。又，由于使用鋰等稀有金屬，在材料成本和籌措方面也有困難。
[0010]在此，專利 申請人:進行片狀(平行平板狀)二次電池的研究和開發(fā)，該片狀二次電池沒有漏液或發(fā)熱、由電極之間的短路導致的起火等危險，在通常使用中不存在壽命的劣化因素，與現(xiàn)有的化學型相比具有較高的能量密度。但是，在當前情況下，社會上作為片狀電池上市的產(chǎn)品很少，很難說已經(jīng)確定了如何評價片狀電池。
[0011]因此，希望有一種適用于片狀電池的評價的片狀電池的評價裝置以及評價方法。
[0012]用于解決課題的手段
[0013]為了解決該課題，第一個本發(fā)明是一種對蓄電層被正電極以及負電極的層夾持的片狀電池進行評價的片狀電池的評價方法，其特征在于，使電極用探針與上述正電極或上述負電極中的至少一方的外表面的測量部位接觸，對有關該測量部位的電量進行測量，評價上述片狀電池。
[0014]第二個本發(fā)明是一種對蓄電層被正電極以及負電極的層夾持的片狀電池進行評價的評價裝置，其特征在于，具有:電極用探針，所述電極用探針與上述正電極或上述負電極中的至少一方的外表面的測量部位接觸；和測量評價部，所述測量評價部通過上述電極用探針，對有關上述測量部位的電量進行測量，評價上述片狀電池。
[0015]發(fā)明效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明，能夠對蓄電層被正電極以及負電極的層夾持的片狀電池進行評價?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0017]圖1是示出作為實施形態(tài)所涉及的評價裝置以及評價方法的評價對象的片狀電池的基本結構的說明圖。
[0018]圖2是示出安裝有正極端子以及負極端子的作為評價對象的片狀電池的說明圖。
[0019]圖3是對于圖2的片狀電池應用了采用現(xiàn)有評價裝置的現(xiàn)有評價方法的情況的說明圖。
[0020]圖4是對片狀電池的充放電特性進行評價的一般方法的說明圖。
[0021]圖5是示出實施形態(tài)所涉及的評價裝置的概略結構的說明圖。
[0022]圖6是基于利用實施形態(tài)所涉及的評價裝置中的探針測定的兩個部位的電壓的評價方法的說明圖。
[0023]圖7是將作為評價對象的片狀電池分割為假想的單元的方法的說明圖。
[0024]圖8是示出圖7中的假想的單元的等價電路的說明圖。
[0025]圖9是示出應用了圖8的等價電路的、在存在充電電壓缺陷的情況下的每個單元的測量電壓的模擬實驗結果的說明圖。
[0026]圖10是用灰度示出相對于存在內部電阻缺陷的試制品的每個單元的測量電壓的說明圖。
[0027]圖11是基于流過實施形態(tài)所涉及的評價裝置中的兩個探針之間的電流的評價方法的說明圖。
[0028]圖12是示出獲取流過電流的方向的、圖11的變形例的評價裝置的說明圖。
[0029]圖13是用于在實施形態(tài)所涉及的評價裝置中，從多個測量電壓部位適當?shù)貦z測出缺陷部位的方法(其一)的說明圖。
[0030]圖14是用于在實施形態(tài)所涉及的評價裝置中，從多個測量電壓部位適當?shù)貦z測出缺陷部位的方法(其二)的說明圖。
[0031]圖15是實施形態(tài)所涉及的評價裝置的評價結果的利用方法的說明圖。
[0032]圖16是示出將實施形態(tài)所涉及的評價裝置擴展為多點探針的變形實施形態(tài)的說明圖。
【具體實施方式】
[0033](A)主要實施形態(tài)
[0034]下面，一邊參照附圖一邊對本發(fā)明的片狀電池的評價裝置以及評價方法的一個實施形態(tài)進行說明。
[0035](A-1)能夠成為評價對象的片狀電池的說明
[0036]圖1是示出作為實施形態(tài)所涉及的評價裝置以及評價方法的評價對象的片狀電池的層疊結構的說明圖。[0037]作為評價對象的片狀電池不僅限于作為二次電池被實用化的電池，也可以是作為一次電池被實用化的電池。下面，對片狀電池為二次電池的情況進行說明。又，評價對象只要是片狀(平行平板狀)電池即可。例如，如圖1所示，只要是在蓄電上發(fā)揮作用的蓄電層2被正電極4以及負電極3的層夾持的固體的片狀電池1，就可以作為評價對象。并且，例如也可以將固體鋰電池作為評價對象。又例如，可以將具有利用了光激發(fā)結構變化的蓄電層的片狀電池作為評價對象。并且，可以把將圖1中示出的片狀電池I整體串聯(lián)地層疊多個以提高充電電壓的電池，或將圖1中示出的片狀電池I整體并聯(lián)地層疊多個以提高充電電容的電池作為評價對象。
[0038]下面，對能夠成為評價對象的、具有利用了光激發(fā)結構變化的蓄電層的片狀電池(以下有時也稱為量子電池)簡單地進行說明。鑒于其特性，將量子電池中的蓄電層稱為充電層。
[0039]充電層通過充電動作積蓄電子，通過放電動作釋放蓄電電子，充電層是在沒有充放電的狀態(tài)下保持電子(蓄電)的層，通過應用光激發(fā)結構變化技術而形成。
[0040]光激發(fā)結構變化是國際專利申請JP2006/322011的
【發(fā)明者】中澤明氏發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象(技術)。即，中澤明氏發(fā)現(xiàn)，如果具有規(guī)定值以上的能隙的半導體在具有透光性的金屬氧化物被絕緣覆蓋的狀態(tài)下被給予有效的激發(fā)能量，則就會在能隙內產(chǎn)生多個沒有電子的能級。量子電池是使這些能級獲取電子從而進行充電，使其釋放獲取的電子從而進行放電的電池。
[0041]在量子電池的情況下，正電極4具有電極主體層和P型金屬氧化物半導體層，所述P型金屬氧化物半導體層被形成為與充電層2接觸。P型金屬氧化物半導體層是為了防止電子從電極主體層向充電層2的注入而設置的。
[0042]負電極3以及正電極4的電極主體層只要是作為導電層而形成的層即可。
[0043]充電層2構成為:用絕緣膜覆蓋的η型金屬氧化物半導體的微粒以薄膜狀附著于負電極3，η型金屬氧化物半導體通過紫外線照射產(chǎn)生光激發(fā)結構變化，變化為能夠蓄積電子。
[0044](Α-2)相對于作為評價對象的片狀電池的、基于現(xiàn)有技術的延長的評價方法以及課題
[0045]上述的圖1示出了作為評價對象的片狀電池I的基本結構。圖2示出了二次電池設備10，其中，在作為支撐體使用的基板7上設置有片狀電池1，并且分別在片狀電池I的負電極3以及正電極4上安裝有負極端子5和正極端子6。
[0046]稍后詳述的實施形態(tài)的評價方法以及裝置主要旨在作為制造工序內檢查而適用。關于實施形態(tài)的評價方法以及裝置，即便不安裝負極端子5以及正極端子6也能進行檢查，安裝了負極端子5以及正極端子6之后也能進行檢查。
[0047]對于安裝有電極端子5以及6的二次電池設備10，和對于其他的二次電池進行的檢查相同，都考慮進行獲取其充放電特性的檢查。
[0048]例如，如圖3所示，能夠利用開關13將供給充電電流的電壓源(或者電流源)11、引出放電電流的電流源12擇一地連接在正極端子6以及負極端子5之間，并設置電壓計(例如數(shù)字電壓計(DVM)) 14，所述電壓計14檢測出該充電時或放電時的端子之間的電壓。另夕卜，作為其他用途，也可以設置檢測充電電流的電流計或檢測放電電流的電流計。并且，例如，如圖4所示的那樣，通過檢查測量從無充電狀態(tài)到充滿電狀態(tài)所需要的充電時間CC+CV(在此，CC是以恒流充電的充電時間，CV是以恒壓充電的充電時間)和從充滿電狀態(tài)到無充電狀態(tài)所需要的放電時間，評價二次電池設備10 (即片狀電池I)。
[0049]二次電池設備10 (即片狀電池I)為層疊結構，并構成為平板狀具有實用性。若像這樣以層疊結構形成，則在充放電特性發(fā)生異常時，在其原因不表現(xiàn)在表面或外側的情況下，需要分解(或者破壞)作為對象的片狀電池1，分析、觀察其內部。若缺陷在內部，則只要電極不是透明電極，就難以光學性地觀察內部，又，為了非破壞性地觀察內部，需要采用利用了X射線或β射線等的特別的手段。即，難以確定異常部位，或者，為了確定需要特別的手段等。
[0050]實施形態(tài)的評價裝置以及評價方法正是鑒于這一點而做出的。
[0051](Α-3)實施形態(tài)的評價
[0052]本實施形態(tài)的評價方法是:在片狀電池I的正電極4的表面的任意部位接觸探針測量電特性值(例如電壓)，根據(jù)該測量結果，若存在缺陷等異常，則確定異常的部位。由于將正電極4的表面的探測作為必要的條件，因此本實施形態(tài)能夠在片狀電池I處于能在正電極4的任意部位使用探針的狀態(tài)時適用。在此，探測是指將探針電接觸于接觸部位。
[0053]下面，對將探針接觸到片狀電池I的正電極4的表面的任意部位以測量電特性值進行評價的情況進行說明，在片狀電池I被從基板取下的狀態(tài)等、片狀電池I的負電極3的表面露出在外部的情況下，也可以將探針接觸到負電極3的表面的任意部位以測量電特性值進行評價，又，也可以將探針接觸到正電極4以及負電極3的表面的任意部位以測量電特性值進行評價。
[0054]圖5是示出實施形態(tài)所涉及的評價裝置的關鍵部位結構的說明圖，對于和圖3相同的對應結構顯示相同的對應符號。用實施形態(tài)的評價裝置檢查的片狀電池可以是設置了正極端子以及負極端子后的電池，又，也可以是未設置正極端子以及負極端子的電池。圖5示出的片狀電池I表示的是未設置正極端子以及負極端子的電池。
[0055]實施形態(tài)的評價裝置20在上述的電壓源(或者電流源)11、電流源12、開關13以及電壓計14之外，還具有與負電極3接觸的第一探針21，與正電極4的任意部位接觸的第二探針22，使這些探針21以及22移動并使它們處于接觸或非接觸狀態(tài)的探針移動機構23，以及控制部(例如個人電腦)24，所述控制部24進行電壓源11的電源供給、恒流源12的電流引出、開關13的切換、來自電壓計14的測量值的獲取和探針移動機構23的移動控制等。
[0056]另外，負電極3例如為了能夠連接負極端子，具有在上部未設置蓄電層2等的部分(參照圖2)，對于該部分，能夠接觸第一探針21。在作為評價對象的片狀電池I沒有安裝于基板7的情況下，也可以使第一探針21能連接到負電極3的任意部位。
[0057]在圖5中，示出的是與正電極4連接的第二探針22只設置了一個的情況，但是從正電極4的多個位置選擇性地形成充電或放電路徑的探針的設置方法不僅限于圖5示出的情況。例如，也可以設置多個第二探針，與正電極4的不同部位連接，從這多個探針中選擇一個探針而形成充電或放電路徑。關于該變形實施形態(tài)，通過后述(其他的實施形態(tài))的項目進行詳述。
[0058]在充放電特性的檢查中，控制部24首先利用開關13，使電壓源(或者電流源)11連接于負電極3以及正電極4，并經(jīng)過一段時間以使得兩端的電壓一定，處于充滿電狀態(tài)。接下來，控制部24在該狀態(tài)下，使開關13連接于電流源12，一邊使電流按照與充電時相反的方向流動進行放電，一邊測量兩端的電壓。即，能夠進行與以往相同的充放電特性的檢查。例如，通過檢查測量從無充電狀態(tài)到充滿電狀態(tài)所需要的充電時間和從充滿電狀態(tài)到無充電狀態(tài)所需要的放電時間，評價片狀電池I。評價也可以由評價者來進行。也可以替代這種評價方式，由控制部24來判定測量到的充電時間是否處于預先設定的正常范圍內，測量到的放電時間是否處于預先設定的正常范圍內，從而評價充放電特性。
[0059]充放電特性的檢查可以僅在正電極4上的任意一點(例如輪廓重心)進行，也可以在正電極4上的多個點分別進行。在后者的情況下，也可以在全部的點都評價為正常的情況下將作為評價對象的片狀電池I判定為正常。
[0060]可以應用圖5示出的那樣的評價結構來確定異常部位。圖6是能夠確定異常部位的原理的說明圖。在此，用于確定異常部位的評價可以在充放電特性的評價結果為NG時進行，又，也可以與充放電特性的評價結果無關地進行。
[0061]如圖6的(A)所示，充電后，打開開關13，在無負載的狀態(tài)下，在正電極4上的任意兩點ml、m2測量電壓時，只要片狀電池I沒有理想地工作，就測量到不同的電壓Vml和Vm2。圖6的(B)表示在兩點用探針探測時的片狀電池I的等價電路。任意點ml、m2的電壓通過從該點ml、m2看向片狀電池I側(負電極3側)的情況下的被充電的電壓(有時稱之為電動勢，但是電動勢因放電等隨時間經(jīng)過而變化)V1、V2和內電阻Rl、R2表現(xiàn)出來。圖6的點ml的測量電壓Vml如式(I)所示，通過電動勢Vl和內電阻R1，被正電極4上的等價電阻Re分壓而表示出來，點m2的測量電壓Vm2如式(2)所示,通過電動勢V2和內電阻R2,被正電極4上的等價電阻Re分壓而表示出來。但是，為了簡單起見，負電極3的電阻值相比于正電極4的電阻值和內電阻足夠小，可以近似忽略。
[0062]Vml= {(Rc+R2) X Vl+Rl X V2} / (Rl+Rc+R2)......(I)
[0063]Vm2= {(Rc+Rl) XV2+R2XVI}/(Rl+Rc+R2)......(2)
[0064]通過以上那樣的兩點的充電電壓測量動作，能夠獲知測量點的電動勢、內電阻的特性和異常。例如，在片狀電池I的各層正常并且均勻地形成的情況下，從式(I)以及式(2)可知，任意兩點ml以及m2的測量電壓Vml以及Vm2大致相等，并且，獲得與穩(wěn)定時的等價電阻Re相對應的值。正電極4通常由均勻的金屬膜形成，等價電阻Re是穩(wěn)定的，但是例如如果在測量點ml和m2之間產(chǎn)生了裂縫等的話，等價電阻Re的值就會等價地增大，測量電壓Vml以及Vm2就表現(xiàn)為異常值。又，如果在任意兩點ml以及m2的充電層2的生成狀態(tài)不同，或者電動勢Vl以及V2有較大差異的話，測量電壓Vml以及Vm2也會表現(xiàn)出較大的差異。但是，在處于片狀電池被完全破壞的狀態(tài)(死亡狀態(tài))時，測量電壓Vml以及Vm2就相等且變?yōu)镺 (測量電壓Vml以及Vm2相同)。
[0065]另外，可以就電動勢Vl以及V2對式(I)以及式(2)進行整理，在應用了該整理后的式子的情況下可知，能夠根據(jù)兩點的測量電壓Vml以及Vm2算出電動勢Vl和V2。這意味著，從測量電壓Vml以及Vm2讀取充電電壓Vl和V2。
[0066]在此，在負電極3側沒有連接基板7的情況下，和正電極4 一樣，只要用探針進行電探測，就能夠適用和上述一樣的動作原理。
[0067]通過在多個點進行以上那樣的每個任意點的充放電特性的評價，或與多個點的電動勢(充電電壓)相關的基于測量電壓的關系的評價，就能夠對片狀電池I的整個面進行特性評價或異常的檢測。本實施形態(tài)致力于這種多點檢查。
[0068]下面，一邊參照圖7?圖9，一邊根據(jù)模擬實驗的結果證實能夠根據(jù)任意部位的測量電壓(Vml，Vm2)評價片狀電池I。
[0069]如圖7所示，假定將作為評價對象的片狀電池I在縱方向上N等分，且在橫方向上M等分，分割為共計NXM個相同結構的單元。換言之，假定共計NXM個相同結構的單元合為一體形成作為評價對象的片狀電池I。并且，假定各單元的正電極4以及負電極3的中心是探針連接的部位。在這樣的假定下，可以將各單元的等價電路用圖8表示。
[0070]在圖8中，VBS、RBS分別是該單元上的電動勢(充電電壓)和內電阻。RCU和RCB分別表示從正電極4的中心到縱方向的內側和面前側的正電極的電阻成分，RCL和RCR分別表示從正電極4的中心到橫方向的左側和右側的正電極的電阻成分。又，RBU和RBB分別表示從負電極3的中心到縱方向的內側和面前側的負電極的電阻成分，RBL和RBR分別表示從負電極3的中心到橫方向的左側和右側的負電極的電阻成分。
[0071]應用這樣的單元的等價電路(電路模型)，進行確定片狀電池I的異常部位的模擬實驗。
[0072]圖9表示的是在片狀電池I存在缺陷的情況下，對各單元的正電極4的測量電壓如何變化進行模擬后的結果。圖9表示片狀電池I為量子電池，且片狀電池I的縱方向的長度L是36臟，橫方向的長度W是37臟，且將縱方向以及橫方向分別9等分的情況。又，圖9表示負電極3的材質是銅且層的厚度是0.3μπι，正電極4的材質是銅且層的厚度是0.3μπι的情況。并且，表示的是各單元的蓄電層(充電層)2的內電阻PBS為81 Ω (由于共計81個內電阻并聯(lián)連接，因此蓄電層2的總的內電阻為I Ω )，各單元的蓄電層2的充電電壓VBS為
2.0V (理想值)的情況。但是，表示的是X (橫方向)為6、Υ (縱方向)為4的位置的單元的充電電壓VBS是OV (大缺陷)，X (橫方向)為3、Y (縱方向)為6的位置的單元的充電電壓VBS是IV (小缺陷)的情況。
[0073]圖9在這樣的前提下，設灰度的范圍(白色?黑色)相當于lmV，將計算到的在正電極4的上表面的各單元的電壓的結果表示出來。與存在大缺陷或小缺陷的部位(單元)對應，電壓會降低，又，周邊部的電壓也被缺陷部位所影響，根據(jù)使用圖6說明的動作原理可以得到計算結果。在評價裝置中，該計算結果的電壓相當于規(guī)定點的測量電壓。即，用探針接觸測量規(guī)定點的電壓，能夠根據(jù)該測量值與該測量電壓的理想值的差異或測量電壓的分布來確定異常部位。
[0074]以上著眼于充電電壓VBS，對蓄電層2的各單元的內電阻RBS沒有異常的情況進行了說明。根據(jù)上述的式(I)以及式(2)可知，在蓄電層2的各單元的內電阻RBS (對應于各式中的Rl、R2)存在異常的情況下，也和上述相同，各單元的正電極4的上表面的電壓(測量電壓)會表現(xiàn)出該影響。
[0075]作為片狀電池1，使用實際具有30mmX30mm的大小的量子電池的試制品，對縱橫6X6分割，進行電壓測量。該試制品具有完全短路(內電阻為0Ω )的故障，功率容量也小，因此從外部給予大約IV的電壓，用探針接觸各單元進行電壓測量。用灰度對36個部位的測量電壓的平均值和各單元的測量值的差分進行顯示，則成為如圖10所示的情況。在此可知，將測量電壓表現(xiàn)為較低的部位和實際的試制品相比，與認為是短路的地點(用虛線包圍的部分)充分一致。[0076]并且，只要知道測量到的兩點之間的距離和電位差，就能算出其間流過的電流。
[0077]作為實施形態(tài)的評價裝置的檢查結果的輸出方法，例如可以適用下面舉例說明的那樣的方法。
[0078]將每個單元的測量值或測量加工值(例如，距離測量值的平均值的差)照原樣顯示或者印刷輸出。將每個單元的測量值或測量加工值轉換為該測量值或測量加工值所屬的階段，得到圖9或圖10所示的灰度圖像，對灰度圖像進行顯示或印刷輸出。將每個單元的測量值或測量加工值和閾值等進行比較，得到表示正常和異常的兩值圖像，對兩值圖像進行顯示或印刷輸出。
[0079](A-4)實施形態(tài)的效果
[0080]根據(jù)上述實施形態(tài)，由于使探針接觸于正電極來測量電量進行評價，因此能夠不破壞作為評價對象的片狀電池地、容易地對作為評價對象的片狀電池進行評價，而且，在存在異常的情況下也可以確定異常部位。
[0081](B)其他的實施形態(tài)
[0082](B-1)在上述實施形態(tài)中，對在作為評價對象的片狀電池I的任意兩點測量電壓并進行評價的情況進行了說明(參照圖6 )。也可以將其替代地，或者，在此基礎上，將電流計連接于作為評價對象的片狀電池I的任意兩點進行評價。
[0083]圖11的(A)是示出電流計的連接方法的說明圖。使兩個探針30、31連接于片狀電池I的正電極4的任意兩點ml、m2。這些探針30以及31的基端側通過電流計32 (內電阻值為Ri)串聯(lián)連接。處于這種連接狀態(tài)的等價電路用圖11的(B)表示。另外，圖11的(B)中的V1、V2、Rl、R2、Re分別與上述的圖6的(B)示出的相同。流過電流計32的電流值Im用式(3)表不。
[0084]Im= {Rc//Ri/(Rl+Rc//Ri+R2)} X {(V1-V2) /ri}......(3)
[0085]但是，Rc//Ri=RcX Ri/(Rc+Ri)
[0086]只要電流計32的內電阻值Ri已知，如式(3)所示的那樣，測量電流值Im，各點ml、m2的內電阻Rl、R2，以及電動勢(充電電壓)Vl、V2就關聯(lián)起來。即，通過測量電流，可以進行特性試驗和內部檢查。特別是，通過應用檢流計那樣的高靈敏度的電流計，可以準確地獲知流過正電極4面上的電流的方向。
[0087](B-2)圖12示出了著眼于電流的方向容易地檢測缺陷或異常的評價裝置33的概略結構，與圖11相同、對應的部分米用相同的符號不出。
[0088]探針30接觸到測量部位，且探針31-N、31-E、31-S、31_W分別與以該探針30的接觸點為中心的、距離相等的四個方向的各點接觸。探針31-N、31-E、31-S以及31-W的基端連接于探針選擇電路34。探針選擇電路34在控制部24的控制下，僅選擇探針31-N、31-E、31-S、或者31-W中的一個。電流計(例如檢流計)32的一端連接有探針30的基端，電流計32的另一端連接有探針選擇電路34的共同端子。通過使控制部24擇一且巡回地選擇探針31-N、31-E、31-S、31-W，能夠測量流過探針30和其周圍某一個探針31_N、31_E、31_S、31-W之間流過的電流，根據(jù)電流測量值，可以獲知最有可能通過中央探針30的點的電流的方向。
[0089]在此優(yōu)選為，為了防止由探針30、31-N、31-E、31-S、31_W的電位和周圍構件等的電位的差引起的誤差電流的值進入電流測量值，通過緩沖放大器36等將規(guī)定電位Vref2(例如，探針30能取得的理想電位)施加在探針30、31-N、31-E、31-S、31-W的周圍構件35等上，使由這些探針與測量外的周圍構件35的電位的差異導致的電流(誤差電流)不流到電流計32中。即,最好進行防護(Gurding)。
[0090]根據(jù)圖12的結構，可以增加方向的數(shù)量，進一步提高空間分辨能力。
[0091](B-3)在上述實施形態(tài)的評價動作的原理說明中，對充電后的狀態(tài)下的電壓測量進行了敘述(參照圖6)。對于實際的片狀電池(在此為量子電池)1，若從充電后開始經(jīng)過一段時間，則各部位的電動勢就會收斂到最低電動勢(電動勢的均勻性)。這是由于片狀電池I的內部存在多個不同的電動勢，電流會從電壓較高處流向較低處，內部會產(chǎn)生放電直到達到最低電壓點為止。在用有限數(shù)量的探針測量多個點的情況下，如圖13所示，只要重復進行充滿電一點A的測量一充滿電一點B的測量……即可，通常，只要在上述那樣的不進行內部相互放電的緊隨充滿電之后的狀態(tài)下進行測量即可。測量期間的充電不是從未充電開始的充電，因此不需要很長的時間，即便在測量前進行用于達到充滿電狀態(tài)的充電，也不會白白地延長時間。
[0092](B-4)也可以代替上述的緊隨充滿電之后的電壓測量，通過連接負載的電壓測量來避免如下不良情況，即電動勢隨著時間的流逝而變得均勻，從而難以檢測出電壓因測量部位的不同而原本不相同。即，即便在因內部放電而暫且收斂為最低電動勢之后，如圖14所示，通過將已知負載(電流源或恒定電阻)40連接于片狀電池1，從而相對于外部負載40開始放電，片狀電池I內部的平衡狀態(tài)崩潰，通過將探針接觸于任意部位測量電壓，從而和上述的緊隨充滿電之后的測量的情況一樣，能夠獲取到由測量部位引起的電壓的差異。
[0093](B-5)并且，由于利用探針或者片狀電池I的移動功能，或者利用多點探針，可以獲知測量到的電壓異常(例如缺陷)的片狀電池I的部位，因此通過將該位置信息(也可以附加缺陷的識別信息)輸入到修復裝置(例如激光？修復機)50中，就能夠實現(xiàn)自動檢測和自動修復(圖15)。例如，在因局部的異物導致負電極3以及正電極4之間短路的情況下，只要用激光使該部位失活，雖然該部位的電動勢會消失，電力密度會稍微降低，但是作為電池整體得以挽救，因此可以提高整體的成品率。
[0094](B-6)圖16示出了測量任意部位的電壓的、應用了多點探針的評價裝置的實施形態(tài)，與上述的圖5相同、對應的部分采用相同、對應的符號。
[0095]在圖16示出的評價裝置60中，多個探針21-1~21_T被等間隔地配置在縱橫方向上。頂端和片狀電池I的正電極4的不同部位接觸的多個探針21-1~21-Τ的基端連接于探針選擇電路61。另外，片狀電池I的負電極3被置為固定電位(例如接地)。探針選擇電路61由多個開關等構成，選擇一個探針21-t，或選擇全部的探針21-1~21-T，在控制部24的控制下選擇在該時刻發(fā)揮作用的探針。探針選擇電路61的共同的輸入輸出端子通過開關62連接于開關13的共同端子。開關13和圖5的情況一樣，選擇電壓源(或者電流源)11或者電流源12，選擇電壓源11時，對片狀電池I進行充電，選擇電流源12時，從片狀電池I放電。開關62在控制部24的控制下選擇開關13或者差分電路63。差分電路63根據(jù)通過開關62給予的某個探針21-t的啟動電壓，減少規(guī)定電壓Vref 1，用電壓計(DVM) 14測定該減算后的電壓。
[0096]測量減去了規(guī)定電壓Vrefl后的電壓是為了有效地使用電壓計14的動態(tài)范圍，提高測量分辨能力。在將電壓的測量部位設定為多個測量部位的情況下，通過在每個部位校準規(guī)定電壓Vrefl，可以將由測量部位之間的位置差異導致的誤差減少到最小。
[0097]在圖16中省略了圖示，利用探針21-1?21-T的安裝體，或者使載置被測量的片狀電池I的臺子移動的移動機構，能夠達到比探針之間間距更小的空間分辨能力，又，能夠提高檢查的工作效率。
[0098]在圖16的例子中，不向負電極3的任意點進行探針探測，使負電極3固定并且穩(wěn)定地連接于評價裝置。但是，也可以向負電極3側的任意點進行探針探測。
[0099]在圖16的例子中，從探針組21-1?21-T中選擇一個探針21-t測量電壓，但是為了提高工作能力，也可以設置多個差分電路63或電壓計(DVM) 14，并行測量多個探針啟動的電壓。
[0100](B-7)也可以將基于圖16示出的那樣的電壓測量的評價結構和基于上述的圖12示出的那樣的電流測量的評價結構合為一體，作為一個評價裝置構成。
[0101]例如，也可以利用多點探針，測量多個部位的電壓(電位)，對于能夠判斷測量電位異常的部位，應用能夠確定方向等的電流測量，高精度地探索異常處。
[0102](B-8)在上述實施形態(tài)的說明中，對作為具有圖1所示那樣的結構的二次電池發(fā)揮作用的片狀電池I進行了說明。具有圖1所示那樣的結構的電池在作為一次電池應用的情況下也可以適用上述的評價方法或評價裝置。
【權利要求】
1.一種片狀電池的評價方法，其是對蓄電層被正電極以及負電極的層夾持的片狀電池進行評價的評價方法，其特征在于， 使電極用探針與上述正電極或上述負電極中的至少一方的外表面的測量部位接觸，對有關該測量部位的電量進行測量，以評價上述片狀電池。
2.如權利要求1所記載的片狀電池的評價方法，其特征在于， 上述電極用探針與上述正電極或上述負電極中的一方的外表面接觸，上述正電極或上述負電極中的另一方的電極整體被施加固定電位。
3.如權利要求2所記載的片狀電池的評價方法，其特征在于， 將充電源以及電壓計連接于上述電極用探針，根據(jù)上述電壓計的測量電壓的變化，獲取使上述片狀電池從無充電狀態(tài)變化到充滿電狀態(tài)的充電特性，以對上述片狀電池進行評價。
4.如權利要求2所記載的片狀電池的評價方法，其特征在于， 將放電源以及電壓計連接于上述電極用探針，根據(jù)上述電壓計的測量電壓的變化，獲取使上述片狀電池從充滿電狀態(tài)變化到無充電狀態(tài)的放電特性，以對上述片狀電池進行評價。
5.如權利要求2所記載的片狀電池的評價方法，其特征在于， 將充電源以及電壓計連接于上述電極用探針，獲取上述片狀電池的充滿電狀態(tài)下的上述電壓計的測量電壓，以對上述片狀電池進行評價。
6.如權利要求2所記載的片狀電池的評價方法，其特征在于，· 設置測量部位不同的兩個以上的上述電極用探針，使用針對上述各電極用探針中的每一個設置的放電源以及電壓計，或者，使用與上述各電極用探針切換連接的、上述各電極用探針共同的放電源以及電壓計，通過上述各電極用探針從上述各測量部位測量充電后的電壓，基于兩個以上的測量電壓的大小關系，對上述片狀電池進行評價。
7.如權利要求2所記載的片狀電池的評價方法，其特征在于， 設置測量部位不同的兩個上述電極用探針，用電流計測量流過兩個上述電極用探針之間的電流，基于測量電流對上述片狀電池進行評價。
8.如權利要求1所記載的片狀電池的評價方法，其特征在于， 利用上述電極用探針以及上述片狀電池中的至少一方的移動，使得上述測量部位能夠變更，在多個測量部位對電量進行測量并進行評價。
9.如權利要求1所記載的片狀電池的評價方法，其特征在于， 具有與上述正電極或上述負電極的外表面接觸的多個電極用探針，和選擇上述多個電極用探針作為測量電路的電路要素的探針選擇電路，通過上述電極用探針的選擇，在多個測量部位對電量進行測量并進行評價。
10.如權利要求8或9所記載的片狀電池的評價方法，其特征在于， 將在上述多個測量部位的測量、評價結果統(tǒng)一輸出。
11.一種片狀電池的評價裝置，其是對蓄電層被正電極以及負電極的層夾持的片狀電池進行評價的評價裝置，其特征在于，具有: 電極用探針，所述電極用探針與上述正電極或上述負電極中的至少一方的外表面的測量部位接觸；和測量評價部，所述測量評價部通過上述電極用探針，對有關上述測量部位的電量進行測量，以評價上述片狀電池。
12.如權利要求11所記載的片狀電池的評價方法，其特征在于， 上述電極用探針與上述正電極或上述負電極中的一方的外表面接觸，上述正電極或上述負電極中的另一方的電極整體被施加固定電位。
13.如權利要求12所記載的片狀電池的評價裝置，其特征在于， 具有連接于上述電極用探針的充電源，上述測量評價部根據(jù)內置的電壓計的測量電壓的變化，獲取使上述片狀電池從無充電狀態(tài)變化到充滿電狀態(tài)的充電特性，以對上述片狀電池進行評價。
14.如權利要求12所記載的片狀電池的評價裝置，其特征在于， 具有連接于上述電極用探針的放電源，上述測量評價部根據(jù)內置的電壓計的測量電壓的變化，獲取使上述片狀電池從充滿電狀態(tài)變化到無充電狀態(tài)的放電特性，以對上述片狀電池進行評價。
15.如權利要求12所記載的片狀電池的評價裝置，其特征在于， 具有連接于上述電極用探針的充電源，上述測量評價部獲取上述片狀電池的充滿電狀態(tài)下的內置電壓計的測量電壓，以對上述片狀電池進行評價。
16.如權利要求12所記載的片狀電池的評價裝置，其特征在于， 具有測量部位不同的兩個以上的上述電極用探針，上述測量評價部使用針對上述各電極用探針中的每一個設置的·放電源以及內置電壓計，或者，使用與上述各電極用探針切換連接的、上述各電極用探針共同的放電源以及內置電壓計，通過上述各電極用探針從上述各測量部位測量充電后的電壓，基于兩個以上的測量電壓的大小關系，對上述片狀電池進行評價。
17.如權利要求12所記載的片狀電池的評價裝置，其特征在于， 具有測量部位不同的兩個上述電極用探針，上述測量評價部用電流計測量流過兩個上述電極用探針之間的電流，基于測量電流對上述片狀電池進行評價。
18.如權利要求11所記載的片狀電池的評價裝置，其特征在于， 具有移動上述電極用探針以及上述片狀電池中的至少一方的相對移動機構，使上述測量部位能夠變更，上述測量評價部在多個測量部位對電量進行測量并進行評價。
19.如權利要求11所記載的片狀電池的評價裝置，其特征在于， 具有與上述正電極或上述負電極的外表面接觸的多個電極用探針，和選擇上述多個電極用探針作為測量電路的電路要素的探針選擇電路，上述測量評價部通過上述電極用探針的選擇，在多個測量部位對電量進行測量并進行評價。
20.如權利要求18或19所記載的片狀電池的評價裝置，其特征在于， 具有統(tǒng)一輸出部，所述統(tǒng)一輸出部將在上述多個測量部位的測量、評價結果統(tǒng)一輸出。
【文檔編號】G01R31/36GK103858271SQ201180073266
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2011年9月5日 優(yōu)先權日:2011年9月5日
【發(fā)明者】出羽晴匡, 檜皮清康 申請人:日本麥可羅尼克斯股份有限公司