EVバッテリー漏れ試験の精度向上：より安全なリチウムイオンパックへ

ハイブリッド車および電気自動車（EV）に使用されるリチウムイオン（Li-ion）電池にとって、水蒸気への曝露は死を意味します。水分が電池セル内に入り電解質と反応すると酸が生成され、その酸が発熱反応を引き起こし、サーマルランナウェイ（内部火災）を招く可能性があります。

セルの破壊的損傷は最悪のシナリオですが、酸の侵入を許すあらゆるセル漏れは問題です。「パック内で酸漏れが広範囲に及べば、それは保証問題であり、不満を持つ顧客を生むことになります」と、ガス分析装置メーカーInficonの自動車市場セールスマネージャー、Thomas Parker氏は語ります。

テスターガスと関連機器を用いたバッテリーパックの漏れ検知は今日一般的ですが、セルレベルでの漏れ発見は全く異なるタスクです。現在EVで使用されている主な電池セルは、円筒型、角型、パウチ型の3種類で、軽量なためパウチ型の人気が高まっています。真空加圧されたセルパウチは通常、作業者による目視検査で、保管・輸送中に外側に膨らんでいないかを判断します。

「1週間で膨らんだパウチを引き起こす漏れの大きさが、数ヶ月や数年にわたる湿気侵入を引き起こす漏れの大きさを反映しないことは重要です」とParker氏はSAEの『Automotive Engineering』誌に語っています。「目視検査で分かる漏れの100万分の1の漏れを知る必要があります。」

試験技術ソリューション

Inficonは、新たにリリースしたELT3000技術により、従来のテスターガスを用いた試験法よりも1,000倍小さなLi-ionセル漏れを検知できると主張しています。漏れ検知システムは、真空チャンバー、ガス制御ユニット、ガス検知ユニットで構成されます。Inficonのエンジニアがガス制御ユニットとガス検知ユニットを動作させるソフトウェアを開発しました。

システムが四極質量分析計を使用し、真空チャンバーがガス検知ユニットとどのように接続されるかという点に、この試験法の独自性があります。同社はこのソリューションについて登録特許を取得していますと、Inficonの漏れ検知ツール研究マネージャー、Dr. Daniel Wetzig氏は述べています。

電解質充填済みパウチセルでのELT3000漏れ検知プロセス中、試験装置は柔らかいセルパウチを保護します。「システムは柔軟なメンブレンでパウチセルを優しく包み込み、テスト中のサンプルが損傷しないようにします」とParker氏。柔軟なメンブレンの表面には、別の境界層として機能する構造が含まれます。「パウチセルを快適かつ安全に保ちたい。また、柔軟なメンブレンが穴を塞ぎ、テスト中に漏れを隠してしまうことも防ぎたい」と同氏は説明します。

ELT3000の開発者によれば、このシステムはLi-ion電池セルの高精度な漏れ試験を提供し、従来の試験手順と大きく対照的です。「この漏れ試験の主な利点は、電池セルがすでに電解質溶媒で充填されているため、テストガスが不要であることです」とWetzig氏。ELT3000は、ジメチルカーボネート（DMC）、エチルメチルカーボネート（EMC）、ポリプロピレン（PP）など、さまざまなタイプの電解質溶媒に対応できます。Inficonは2020年から、パウチ、角型、円筒型セル向けのバッテリー漏れ検知生産装置の展開を開始しました。

従来の空のハードケース角型または円筒型セルの試験では、セルにヘリウムテスターガスを充填し、真空チャンバー内で漏れを検知します。電解質は「乾式」試験後にセルに注入されます。あまり一般的ではない試験法として、電解質充填済みセルを真空チャンバーに入れ、加圧ヘリウムに曝露させる「ヘリウム爆撃法」があります。ヘリウムテストガスが真空チャンバーに逃げ出すときに漏れが検知されます。

InficonのELT3000漏れ検知システムは、ドイツ・ケルンの同社研究者たちによって、北米本部（ニューヨーク州シラキュース）のセンサーテクノロジーを用いて開発されました。製品開発は30ヶ月にわたりました。「ELT3000漏れ試験は、セルの気密性について明確な答えを与え、したがってバッテリーの寿命についても明確な答えを与えます」とWetzig氏は述べています。