JP2015222651A - ペーストの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】品質不良のペーストが後工程に供給されることを防止する。【解決手段】活物質と固体電解質と導電助剤とを含むペーストを製造する方法は、所定の測定周波数帯域に対応する前記ペーストの交流インピーダンスを測定する測定工程と、前記測定された交流インピーダンスが複素インピーダンス平面上に描く軌跡における、所定周波数帯域に対応する円弧部分の実数部方向の幅に基づいて、前記ペーストの組成比率が所定範囲外であるか否かを判定する組成比率判定工程と、前記組成比率が前記所定範囲外であると判定されたペーストを除去する除去工程とを具備することを特徴とする。【選択図】図3
Description
本発明は、固体電解質電池に適用可能なペーストを製造するためのペーストの製造方法の技術分野に関する。
固体電解質電池の電極シートの欠陥を検査する方法が提案されている(特許文献1参照)。特許文献1に記載の技術によれば、電極シートの検査領域を分割して検査用電圧を印加し、印加した検査用電圧に伴って電極シートに流れる電流が検知されるため、電極シートの欠陥位置を検知することができるとされている。
尚、電極合剤のペースト(以下、適宜「ペースト」と表現する)の直流抵抗と、当該直流抵抗及び交流抵抗から求められた電気二重層抵抗とに基づいて、当該ペーストの分散状態の良否判定を行うものも提案されている(特許文献2参照)。
尚、電極体のインピーダンスを測定して電池特性を評価するものも提案されている(特許文献3参照)。
特許文献1に開示される方法では、電極シートの欠陥が検出された場合に、検出された欠陥が電極シート製造工程において発生したものか、電極合剤のペースト(以下、適宜「ペースト」と略称する)の品質不良によるものかを切り分けることができない。欠陥がペーストの品質不良に起因する場合、電極シート製造工程に品質不良のペーストが供給されることになる。
一方、特許文献2に開示された方法においてはペーストの分散状態の良否が判定される。しかしながら、ペーストの分散状態からはペーストの組成を判断することはできない。従って、ペーストの品質を判定することはできない。また、特許文献3に開示された方法では、元よりペーストの品質を判定することができない。
即ち、上記各種特許文献に開示された方法には、固体電解質電池の製造工程において品質不良のペーストが電極シート製造工程に供給され得るという技術的問題点がある。
本発明は係る技術的問題点に鑑みてなされたものであり、品質不良のペーストが後工程に供給されることを防止可能なペーストの製造方法を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するため、本発明に係る第1のペーストの製造方法は、活物質と固体電解質と導電助剤とを含むペーストを製造する方法であって、所定の測定周波数帯域に対応する前記ペーストの交流インピーダンスを測定する測定工程と、前記測定された交流インピーダンスが複素インピーダンス平面上に描く軌跡における、所定周波数帯域に対応する円弧部分の実数部方向の幅に基づいて、前記ペーストの組成比率が所定範囲外であるか否かを判定する組成比率判定工程と、前記組成比率が前記所定範囲外であると判定されたペーストを除去する除去工程とを具備することを特徴とする(請求項1)。
本発明に係る第1のペーストの製造方法(以下、適宜「第1の製造方法」とする)によれば、ペーストの交流インピーダンスの複素インピーダンス平面上の軌跡に基づいて、ペーストの組成比率が所定範囲外であるか否かが判定される。尚、ペーストの組成比率とは、ペースト(即ち、電極合剤)における、活物質、固体電解質及び導電助剤等、各種原料の構成比率を意味する。
出願人の研究によれば、この軌跡は、測定周波数帯域の一部をなす複数の周波数帯域において円弧を描き、当該円弧の実数部方向の幅とペーストの組成比率との間には関連性がある。従って、この相関を利用すれば、上記所定範囲に対応する円弧の幅を予め実験的に、経験的に又は理論的に決定しておくことによって、ペーストの組成比率が所定範囲外であるか否かを判定することが可能となる。また、ペーストの組成比率に関する所定範囲は、後工程への供給を許可し得るか否か等といった品質の観点からペーストに許容される範囲に対応付けられる。従って、組成比率判定工程においては、当該円弧の幅に基づいてペーストの品質が許容範囲内に収まっているか否かを判定することが可能となる。
ここで、ペーストの組成比率は、殆ど原料の投入過程において決まり、原料を混練する混練工程が十分に進行した段階においては変化しない。このため、組成比率が所定範囲外であると判定されたペーストについて、それ以上の混練は実質的に意味をなさない。従って、第1の製造方法において、当該ペーストは、後工程への供給に適さないペーストとして、後工程に供給されることなく除去される。即ち、本発明に係る第1の製造方法によれば、品質基準を満たさないペーストが、例えば電極シート製造工程等の後工程に供給されることが防止される。
尚、「円弧の実数部方向の幅」とは、好適な一形態として、複素インピーダンス平面における横軸(即ち、実数部軸)と円弧との二接点間の距離として定義される。但し、この場合、測定工程において得られる所謂生データとしての交流インピーダンスは、必ずしも実数部軸との接点を有さない。このため、当該幅を確定させるにあたっては、等価回路を用いた公知の各種フィッティングアルゴリズムに基づく仮想的な円弧が用いられてもよい。無論、共通の判定基準に基づいて判定が行われる限りにおいて「円弧の実数方向の幅」とは、より定性的な概念を有していてもよい。例えば、実数部方向にある程度の幅を有する基準の軌跡に対して、測定されたインピーダンスに対応する円弧の概略的形状が長いか短いか等が判断されてもよい。
尚、ペーストの交流インピーダンスは、少なくともその周波数特性の一部においてペーストの組成比率と相関するが、本発明に係る第1の製造方法において、ペーストの組成比率そのものを確定させる必要は必ずしもない。即ち、ペーストの交流インピーダンスの軌跡又は軌跡に相当するデータとの比較判定に供すべき基準が定められている限りにおいて、ペーストの組成比率が所定範囲外であるか否かは明確に判定され得る。
尚、上述した組成比率判定工程に鑑みれば、測定工程においては、組成比率の判定に必要とされる円弧が実践上十分に確定し得る測定周波数帯域及びサンプル数(即ち、周波数のステップ幅)で交流インピーダンスが測定される。このような測定周波数帯域及びサンプル数は、予め実験的に、経験的に又は理論的に定めることができる性質のものであり、本発明に係る第1の製造方法の本質に影響を与えない。
本発明に係る第1のペーストの製造方法の一の態様では、前記幅に基づいて前記組成比率を算出する算出工程を更に備え、前記判定工程は、前記算出された組成比率に基づいて前記組成比率が所定範囲外にあるか否かを判定する(請求項2)。
この態様によれば、上述した軌跡の幅に基づいて組成比率が算出される。この算出された組成比率に基づいて組成比率が所定範囲外にあるか否かが判定されることにより、より高精度な判定が可能となる。また、この態様によれば、ペーストの組成比率を後々参照可能なデータとして保存しておくことが可能となり有益である。
本発明に係る第1のペーストの製造方法の他の態様では、前記判定工程は、第1の周波数帯域に対応する第1の円弧部分の幅に基づいて前記ペーストにおける前記固体電解質の比率が所定範囲外であるか否かを判定する(請求項3)。
出願人の研究によれば、交流インピーダンスが描く軌跡には、第1の周波数帯域に対応する第1の円弧部分があり、円弧部分の幅がペーストにおける固体電解質の組成比率に対応している。従って、この態様によれば、第1の円弧部分の幅に基づいて、固体電解質の比率が所定範囲外であるか否かを判定することが可能となる。
尚、第1の周波数帯域とは、必ずしも厳密なものではなく、設計的に各種の変更を加え得るが、出願人の研究に基づいた知見としては、概ね0.1Hz〜1kHzの周波数帯域がそれに相当する。無論、円弧の幅が固体電解質の組成比率を明確に表し得る限りにおいて、当該周波数帯域よりも広い/狭い帯域が第1の周波数帯域とされてもよい。
尚、この態様では、前記第1の円弧部分は、前記軌跡において低インピーダンス側から実数部方向に二つ目の円弧部分であってもよい(請求項4)。
第1の円弧部分は、第1の周波数帯域に対応する一方で、測定周波数帯域全域における位置付けとしては、実数部方向に二つ目の円弧部分として特定される。上述した第1の周波数帯域の概念と、この軌跡全体における第1の円弧部分の位置付けとの双方が加味されることによって、より高精度な判定が可能となり得る。
本発明に係る第1ペーストの製造方法の他の態様では、前記判定工程は、第2の周波数帯域に対応する第2の円弧部分の幅に基づいて前記ペーストにおける前記導電助剤の組成比率が所定範囲外であるか否かを判定する(請求項5)。
出願人の研究によれば、交流インピーダンスが描く軌跡には、第2の周波数帯域に対応する第2の円弧部分があり、円弧部分の幅がペーストにおける導電助剤の組成比率に対応している。従って、この態様によれば、第2の円弧部分の幅に基づいて、導電助剤の比率が所定範囲外であるか否かを判定することが可能となる。
尚、第2の周波数帯域とは、必ずしも厳密なものではなく、設計的に各種の変更を加え得るが、出願人の研究に基づいた知見としては、概ね1kHz〜1MHzの周波数帯域がそれに相当する。無論、円弧の幅が導電助剤の組成比率を明確に表し得る限りにおいて、当該周波数帯域よりも広い/狭い帯域が第2の周波数帯域とされてもよい。
尚、この態様では、前記第2の円弧部分は、前記軌跡において低インピーダンス側から実数部方向に一つ目の円弧部分であってもよい(請求項6)。
第2の円弧部分は、第2の周波数帯域に対応する一方で、測定周波数帯域全域における位置付けとしては、実数部方向に一つ目の円弧部分として特定される。上述した第2の周波数帯域の概念と、この軌跡全体における第2の円弧部分の位置付けとの双方が加味されることによって、より高精度な判定が可能となり得る。
上述した課題を解決するため、本発明に係る第2のペーストの製造方法は、活物質と固体電解質と導電助剤とを含むペーストを製造する方法であって、前記活物質と前記固体電解質と前記導電助剤とを混錬する混練工程において得られた前記ペーストについて、所定の測定周波数帯域に対応する交流インピーダンスを測定する測定工程と、前記測定された交流インピーダンスが複素インピーダンス平面上に描く軌跡に基づいて、前記ペーストの均一性が基準を満たすか否かを判定する均一性判定工程と、前記均一性が前記品質基準を満たさないと判定された場合に、前記混練工程における回転数を上昇側に更新するフィードバック制御工程とを具備することを特徴とする(請求項7)。
本発明に係る第2のペーストの製造方法(以下、適宜「第2の製造方法」とする)によれば、混練工程により得られたペーストの交流インピーダンスが第1の製造方法と同様にして測定される。
一方、第2の製造方法においては、品質判定工程により、ペーストの均一性が基準を満たすか否かが判定される。ペーストの均一性とは、ペーストを構成する材料の分散の度合いを意味する。即ち、品質判定工程においては、ペーストにおける原料の分散の良否が判定される。
出願人の研究によれば、混練工程において原料の混練が十分でない場合(即ち、原料が均一に分散していない場合)、ペーストの交流インピーダンスは低下する。これは、導電材料が相対的に凝集する部分において電流が流れ易くなるためと考えられる。従って、交流インピーダンスが複素インピーダンス平面に描く軌跡に基づいて、ペーストの均一性を判定することができる。
尚、交流インピーダンスの低下の傾向は、低周波領域においてより顕著に現れる。従って、均一性判定工程においては、例えば、測定周波数帯域の相対的低周波側の測定ポイントにおける交流インピーダンスの実数部(実抵抗)の値が基準と比較されてもよい。この際、第1の製造方法と同様に、インピーダンスフィッティング等の措置が講じられてもよい。
ここで、第2の製造方法において、ペーストが均一性の基準を満たさないと判定された場合、フィードバック工程により、混練工程における原料の混練に係る制御回転数が上昇側に更新される。即ち、品質判定工程における品質判定結果が混練工程にフィードバックされる。
混練工程の制御回転数は、混練工程における混練力に影響する。即ち、制御回転数が高い程、混練力は増加し、原料の均一化が促進される。従って、フィードバック工程により混練工程の制御回転数は最適化され、混練工程を経たペーストの均一性が担保される。必然的に、第2の製造方法によれば、均一性に劣る低品質のペーストが混練工程の後工程に供給される事態を防止することが可能となる。
以上説明したように、本発明に係る第1の製造方法はペーストの組成比率の観点から、第2の製造方法はペーストの均一性の観点から、夫々混練工程におけるペーストの品質を判定し、その判定結果に基づいて低品質のペーストの後工程への供給を防止することが可能である。
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
<発明の実施形態>
以下、適宜図面を参照して、本発明のペースト製造方法に係る実施形態について説明する。
<1.第1実施形態>
<1-1.実施形態の構成>
始めに、図1を参照し、本発明の第1実施形態に係るペースト製造システム10の構成について説明する。ここに、図1は、ペースト製造システム10の概念図である。
以下、適宜図面を参照して、本発明のペースト製造方法に係る実施形態について説明する。
<1.第1実施形態>
<1-1.実施形態の構成>
始めに、図1を参照し、本発明の第1実施形態に係るペースト製造システム10の構成について説明する。ここに、図1は、ペースト製造システム10の概念図である。
図1において、ペースト製造システム10は、混練装置100、評価装置200及び補機装置300を含んで構成された、硫化物固体電解質電池の電極ペースト(即ち、各種原料からなる電極合剤が混練されたもの、以下、適宜「ペースト」と表現する)を製造するシステムである。
混練装置100は、モータ制御装置110、モータ120、混練容器130及び攪拌部140を備え、投入された原料を混練してペーストPを生成するバッチ式の混練装置である。
モータ制御装置110は、モータ120の駆動状態を制御する装置である。モータ制御装置110は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ部と、モータ120に電力を供給する電力供給部とから構成される。モータ制御装置110は、予め設定された制御プログラムに従って、電力供給部からモータ120に駆動用電力を供給する構成となっている。
モータ120は、攪拌部140に対し駆動力を供給する直流電動機である。尚、モータ120は、攪拌部140に駆動力を供給し得る限りにおいて、如何なる動力源であってもよい。例えば、モータ120は、三相交流電動機であってもよい。この場合、モータ制御装置110は、必要に応じてインバータ等の電力変換器を適宜備え得る。
混練容器130は、容器内で生成されるペーストPに対して化学的に安定な金属材料で構成された容器である。
攪拌部140は、図示矢線方向に回転可能なシャフト及び原料混練用のパドル(いずれも符号省略)を備える。シャフトの一方の端部はモータ120に固定されており、モータ120からの駆動力によってシャフトは図示矢線で示す回転方向に回転する。パドルはシャフトの他方の端部に固定されており、シャフトが回転すると、このパドルが混練容器130内部で回転し、混練容器130内に充填された原料が混練される構成となっている。このパドルの回転数である制御回転数Nmixは、モータ制御装置110により制御可能となっている。
尚、本実施形態において、混練装置100はバッチ式装置として構成されるが、本発明に係るペーストの製造方法は、混練装置の構成によらずに実現される。従って、ペーストPの原料を混練する装置としての混練装置は、バッチ式装置に限定される各種の形態を適用し得る。例えば、混練装置は、適宜に連通可能な複数の混練容器を備え、原料の投入及び混練が各混練容器において行われつつ、各混練容器内の混練動作が相互に協調して行われる、所謂連続式混練装置等であってもよい。また、バッチ式、連続式等の様式の別に拠らず、原料を混練するためのシャフト、パドル或いは原料搬送用のスクリュ等を含む混練装置の具体的な構成は、原料を混練して最終的にペーストPを得ることができる限りにおいて、公知非公知の別を問わず如何なるものであってもよい。
評価装置200は、制御装置210、ポテンショスタット220、FRA(Frequency Response Analyzer)230、評価用電極240及び評価用容器250を備え、混練装置100により生成されたペーストPの品質を評価する装置である。評価装置200により、本発明に係る「ペーストの製造方法」の一例が実現される。
制御装置210は、CPU、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等を備えた、ペースト製造システム10の動作を制御するコンピュータ装置である。制御装置210は、ROMに格納された制御プログラムに従って、後述するペースト評価処理を実行可能に構成される。尚、ペースト製造システム10の動作を制御する、とあるように、制御装置210は、評価装置200のみならず、混練装置100及び補機装置300と電気的に接続されており、これらの動作を統括的に制御可能に構成されている。但し、このような構成もまた、ペースト製造システム10の採り得る形態の一例に過ぎない。
ポテンショスタット220は、評価用電極240の電極間電圧Vを一定に保持する装置である。
FRA230は、ポテンショスタット220と電気的に接続され、ポテンショスタット220を介して正弦波信号を評価用電極240に印加してペーストPのサンプルPsmpの周波数応答を検出する装置である。また、FRA230は、制御装置210と電気的に接続されており、その動作が制御装置210により制御される構成となっている。
評価用電極240は、金属製の評価用容器250内に収容されたサンプルPsmpの交流インピーダンスを測定するための電極である。ここで、評価用電極240の詳細について、図2を参照して説明する。ここに、図2は、評価用電極240の模式的斜視図である。尚、同図において、図1と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
図2において、評価用電極240は、ステンレス鋼に金メッキを施してなる第1電極241及び第2電極242の間に、厚さ(即ち、図示横方向の長さ)1mmの樹脂製スペーサ243を挿入した構成となっている。第1電極241及び第2電極242は、夫々、幅(図示奥行き方向)が10mm、スペーサを挟まずに対向する部分の高さ(図示上方向)が10mmとして構成される。即ち、評価用電極240において電極として機能する部分の面積は1cm2である。
第1電極241と第2電極242との間には、上述したポテンショスタット220を介し、電極間電圧Vとして100mVの交流電圧が印加される構成となっている。電極間電圧Vは、0.01Hz〜1MHzの測定周波数帯域で掃引される。
図1に戻り、補機装置300は、ドレイン配管310、ポンプ320、廃棄タンク330、良品タンク340及び三方弁350を備える。
ドレイン配管310は、混練装置100の混練容器130から抽出されたペーストを廃棄タンク330又は良品タンク340に供給する配管である。ドレイン配管310は、廃棄タンク330及び良品タンク340に夫々接続されている。
ポンプ320は、混練容器130からペーストを抜き取る流体吐出装置である。尚、ポンプ320と混練容器130との間には逆流防止弁(符号省略)が介装されており、ポンプ320側から混練容器130側へのペーストの流れは生じない構成となっている。
廃棄タンク330は、後述するペースト評価処理において品質不良と判定されたペーストPを貯留するタンクである。
良品タンク340は、後述するペースト評価処理において良品と判定されたペーストPを貯留するタンクである。良品タンク340に貯留されたペーストは、ペースト製造システム10において実行されるペースト製造工程の後工程である電極シート製造工程に供給される。
三方弁350は、ボディ内部に回転可能な弁を有する弁装置である。この弁を駆動する不図示のアクチュエータは、制御装置210によりその動作が制御される構成となっている。三方弁350には、ドレイン配管310のうちポンプ320側の配管部分、廃棄タンク330側の配管部分、良品タンク340側の配管部分が夫々接続されており、弁の回転位置により選択される弁状態に応じて、常にこれらのうち二つの配管部分が連通する構成となっている。弁状態は三種類存在する。
第1の弁状態は、廃棄タンク330側の配管部分と良品タンク340側の配管部分とを連通させる弁状態である。即ち、第1の弁状態では、ポンプ320側の配管部分と廃棄タンク330及び良品タンク340との連通が遮断される。第1の弁状態は、混練装置100における混練工程の実行期間に選択される。従って、三方弁350が第1の弁状態を採る場合、ポンプ320は非駆動状態とされる。
第2の弁状態は、ポンプ320側の配管部分と廃棄タンク330側の配管部分とを連通させる弁状態である。即ち、第2の弁状態では、ポンプ320と良品タンク340との連通が遮断される。
第3の弁状態は、ポンプ320側の配管部分と良品タンク340側の配管部分とを連通させる弁状態である。即ち、第3の弁状態では、ポンプ320と廃棄タンク330との連通が遮断される。
<1-2.実施形態の動作>
以下、実施形態の動作として、制御装置210により実行されるペースト評価処理について説明する。
<1-2.実施形態の動作>
以下、実施形態の動作として、制御装置210により実行されるペースト評価処理について説明する。
<1-2-1.ペーストPの生成>
始めに、ペースト評価処理について説明する前段階として、ペーストPについて説明する。ペーストPは、混練装置100において原料が混練されることにより生成される。尚、混練装置100におけるペーストPの生成工程は、本発明に係る「混練工程」の一例である。
始めに、ペースト評価処理について説明する前段階として、ペーストPについて説明する。ペーストPは、混練装置100において原料が混練されることにより生成される。尚、混練装置100におけるペーストPの生成工程は、本発明に係る「混練工程」の一例である。
本実施形態に係るペーストPは、正極活物質(本発明に係る「活物質」の一例)と、硫化物固体電解質(本発明に係る「固体電解質」の一例)と、導電助剤と、例えば分散媒やバインダ等の他材料を含む原料を、混練装置100により混練して得られる、硫化物固体電解質電池の正極用ペーストである。
本実施形態においては、正極活物質を、厚さ7nmのニオブ酸リチウム被覆層により被覆された平均粒径d50=4μmのLiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、硫化物固体電解質を、平均粒径d50=0.8μmのLiI−Li2S−P2S5、導電助剤を、気相法炭素繊維であるVGCF(登録商標)としている。但し、これらは一例であり、硫化物固体電解質電池の電極用ペーストとなり得る限りにおいて、原料の構成は自由である。
混練装置100においては、これら原料がモータ制御装置110の制御により制御回転数Nmixで回転するモータ120の駆動力により、所定の混練時間混練され、ペーストPが生成される。尚、原料を混練するにあたっての詳細な手順は、本発明との相関が低いため、説明の煩雑化を防ぐ目的から省略することとする。例えば、原料の混練手順は、後述するペーストPのインピーダンス特性とペーストPの品質との関連性を調べるにあたって行われた各種実験の手順に準じたものであってもよい。
<1-2-2.ペースト評価処理の詳細>
次に、ペースト評価処理の詳細について説明する。ペースト評価処理は、本発明に係る「ペーストの製造方法」の一例であり、特に、第1のペーストの製造方法の一例である。
次に、ペースト評価処理の詳細について説明する。ペースト評価処理は、本発明に係る「ペーストの製造方法」の一例であり、特に、第1のペーストの製造方法の一例である。
先ず、図3を参照し、ペースト評価処理の流れについて説明する。ここに、図3は、ペースト評価処理のフローチャートである。
尚、ペースト評価処理は、評価装置200の評価用容器250に、上述のように混練装置100において生成されたペーストPの一部が、サンプルPsmpとして充填された後に実行される。このサンプルPsmpの充填は人為的に行われてもよいし、例えば補機装置300が、混練容器130からサンプルPsmpを抽出して評価用容器250に充填する機構を備え、制御装置210が当該機構を制御することによって非人為的に行われてもよい。例えば、この機構は、ドレイン配管310の一部を評価用容器250に接続し、当該配管に付設された開閉弁の開閉動作と上述したポンプ320の動作により、ペーストPを評価用容器250に所定量移送するものであってもよい。
図3において、制御装置210は、ペーストPのサンプルPsmpの交流インピーダンスを測定する(ステップS110)。先述したように、交流インピーダンスは、0.01Hz〜1MHzの測定周波数帯域において十分に小さい周波数ステップ幅で測定される。尚、十分に小さい周波数ステップ幅とは、後述するフィッティング解析処理を問題なく実践できる程度に複素インピーダンス平面上の軌跡が得られることを意味する。ステップS110により、本発明に係る「測定工程」の一例が実現される。
サンプルPsmpの交流インピーダンスの測定が終了すると、フィッティング解析処理が実行される(ステップS120)。ここで、図4を参照し、フィッティング解析処理の詳細について説明する。ここに、図4は、フィッティング解析処理の概念図である。
図4において、図4(a)は、ステップS110における交流インピーダンス測定により得られるサンプルPsmpの交流インピーダンスの複素インピーダンス平面上の軌跡の一例である。即ち、図4(a)は、所謂コールコールプロットである。以下、この軌跡を適宜「インピーダンス特性」と表現することとする。
図示する通り、サンプルPsmpのインピーダンス特性には三個の円弧部分が存在する。図4(b)には、この円弧部分が、より詳しく示される。図4(b)において、最も高周波側の円弧部分(実数部方向において最も低インピーダンス側に位置する円弧部分)と横軸たる実数部軸との交点のうち、低インピーダンス側の交点の値は、ペーストPの直流抵抗値と等価な抵抗成分値R1である。
ここで、ペーストPの等価回路モデルは、抵抗成分R1、R2、R3、R4と、抵抗成分R2、R3、R4に夫々並列に挿入されるCPE(Constant Phase Element)1、CPE2、CPE3とにより、図4(c)のように表すことができる。フィッティング解析処理では、ステップS110において得られたインピーダンス特性に整合するように、図4(c)の等価回路モデルの各抵抗成分の抵抗成分値(尚、R1、R2、R3、R4をそのまま用いることとする)が決定される。フィッティング解析処理により決定された抵抗成分値R1、R2、R3、R4は、一時的に制御装置210のRAMに格納される。
図3に戻り、フィッティング解析処理が終了すると、RAMに格納された抵抗成分値のうち、抵抗成分値R2と、抵抗成分値R3とが、夫々基準値と比較される(ステップS130)。
ここで、抵抗成分値R2は、図4に例示された、低インピーダンス側から実数部方向に一つ目の円弧部分の幅に相当する。この一つ目の円弧部分は、1kHz〜1MHzの周波数帯域に相当する円弧部分であり、本発明に係る「第2の円弧部分」の一例である。即ち、この周波数帯域は、本発明に係る「第2の周波数帯域」の一例である。これ以降の説明においては、この円弧部分を適宜「第2円弧部分」と表現する。
一方、抵抗成分値R3は、図4に例示された、低インピーダンス側から実数部方向に二つ目の円弧部分の幅に相当する。この二つ目の円弧部分は、0.1Hz〜1kHzの周波数帯域に相当する円弧部分であり、本発明に係る「第1の円弧部分」の一例である。即ち、この周波数帯域は、本発明に係る「第1の周波数帯域」の一例である。これ以降の説明においては、この円弧部分を適宜「第1円弧部分」と表現する。
ここで、抵抗成分値R2及びR3を夫々基準値と比較することの技術的意義について説明する。
<1-2-2-1.第1円弧部分について>
出願人は、研究の成果として、硫化物固体電解質電池の正極ペーストのインピーダンス特性における、上記第1円弧部分の幅に相当する抵抗成分値R3が、当該ペーストにおける硫化物固体電解質の組成比率に相関することを見出した。ここで、図5を参照し、ペーストのインピーダンス特性と固体電解質の組成比率との関係について説明する。ここに、図5は、ペーストのインピーダンス特性と固体電解質の組成比率との関係性を示す図である。
出願人は、研究の成果として、硫化物固体電解質電池の正極ペーストのインピーダンス特性における、上記第1円弧部分の幅に相当する抵抗成分値R3が、当該ペーストにおける硫化物固体電解質の組成比率に相関することを見出した。ここで、図5を参照し、ペーストのインピーダンス特性と固体電解質の組成比率との関係について説明する。ここに、図5は、ペーストのインピーダンス特性と固体電解質の組成比率との関係性を示す図である。
始めに、図5の関係性を得るにあたっての実験条件について記載する。尚、ペーストの原料は、既に記載した本実施形態に係るペーストPと同一である。また、先述したように、この実験条件は、そのまま、或いは、適宜変更を加えられた後に、混練装置100におけるペーストPの生成に適用されてもよい。
原料を混練してペーストを得る混練工程は、第1混練工程と第2混練工程とに分けて実行された。
第1混練工程においては、硫化物固体電解質(即ち、ここではLiI−Li2S−P2S5)がX重量部、導電助剤(即ち、ここではVGCF(登録商標))が1.5重量部、PVDFが1.5重量部となるように、PVDF溶液(PVDF:酪酸ブチル=5:95(重量比))と分散媒としての酪酸ブチルとが秤量され、超音波分散装置で60秒混練された。この際、分散媒としての酪酸ブチルの重量は、第2混練工程により得られるペーストの固形分比率(重量比率)が55%となるように調整された。次に、超音波分散装置による超音波分散を経たスラリーが、薄膜旋廻型ミキサにて周速27.2m/secで30分間混練された。以上が第1混練工程である。
第2混練工程においては、第1混練工程を経たスラリーに対し正極活物質(即ち、ここではLiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2)が100重量部加えられ、周速27.2m/secで11分間混練された。
図5において、硫化物固体電解質の重量部の値である上記Xを、(a)X=47.7、(b)X=31.8、(c)X=20.5、(d)X=11.9、(e)X=5.3とした場合の各々における、ペーストのインピーダンス特性が例示される。
図5の各インピーダンス特性において、その幅が抵抗成分値R3に相当する第1円弧部分が、太い実践で強調表示されている。図示する通り、ペーストにおける硫化物固体電解質の組成比率が減少するに従って、第1円弧部分は実数部方向に伸びている。即ち、抵抗成分値R3は増加している。これは、硫化物固体電解質の組成比率が、リチウムイオンの抵抗に関連しており、硫化物固体電解質の減少がリチウムイオンの抵抗増加に繋がるためと推測される。
ここで、抵抗成分値R3が硫化物固体電解質の組成比率と明確に関連することから、ペーストPについて測定されたインピーダンス特性における抵抗成分値R3を、基準値と比較することの技術的意義が明確となる。即ち、硫化物固体電解質の目標組成比率に対応する抵抗成分値R3を、基準値として予め実験的に、経験的に又は理論的に確定しておくことにより、混練装置100により得られたペーストPにおける硫化物固体電解質の組成比率が目標組成比率に対して許容範囲内に収まっているか否かを判定することができるのである。
尚、図5は、インピーダンス特性の測定データに対応するが、本実施形態では、上述した通り、等価回路モデルに基づいたフィッティング解析処理により、本発明に係る「第1の円弧部分の幅」が、抵抗成分値R3として、即ち実数部軸上の値として確定する。但し、フィッティング解析処理は、測定データそのものを用いることによる誤差やバラつきの影響を緩和するために便宜的に用いられる処理であって、本発明に係る「第1の円弧部分の幅」は、本発明の概念との対比の上では、図5に太い実線で例示される第1円弧部分の実数部軸上の長さであってもよい。
尚、抵抗成分値R3が硫化物固体電解質の組成比率と相関することは、図6からも裏付けられる。ここに、図6は、ある条件下における、抵抗成分値R1乃至R4と硫化物固体電解質の組成比率との関連性を表した図である。
図6において、縦軸は抵抗値であり、横軸は硫化物固体電解質の組成比率である。マーカ○、□、■、△が、夫々抵抗成分値R1、R2、R3、R4に対応している。尚、硫化物固体電解質の組成比率以外の条件は、当然ながら同一として実験が行われている。
図6から明らかなように、抵抗成分値R1、R2、R4については、硫化物固体電解質の組成比率と明確な関連性が認められない。一方、抵抗成分値R3は、硫化物固体電解質の組成比率が大きくなるのに従って明らかに減少する。即ち、抵抗成分値R3は、硫化物固体電解質の組成比率を評価する上で有効なパラメータであることが分かる。
<1-2-2-2.第2円弧部分について>
また、出願人は、研究の成果として、硫化物固体電解質電池の正極側電極ペーストのインピーダンス特性における、上記第2円弧部分の幅に相当する抵抗成分値R2が、当該ペーストにおける導電助剤の組成比率に相関することを見出した。ここで、図7を参照し、ペーストのインピーダンス特性と導電助剤の組成比率との関係について説明する。ここに、図7は、ペーストのインピーダンス特性と導電助剤の組成比率との関係性を示す図である。
また、出願人は、研究の成果として、硫化物固体電解質電池の正極側電極ペーストのインピーダンス特性における、上記第2円弧部分の幅に相当する抵抗成分値R2が、当該ペーストにおける導電助剤の組成比率に相関することを見出した。ここで、図7を参照し、ペーストのインピーダンス特性と導電助剤の組成比率との関係について説明する。ここに、図7は、ペーストのインピーダンス特性と導電助剤の組成比率との関係性を示す図である。
始めに、図7の関係性を得るにあたっての実験条件について記載する。尚、ペーストの原料は、既に記載した本実施形態に係るペーストPと同一である。また、先述したように、この実験条件は、そのまま、或いは、適宜変更を加えられた後に、混練装置100におけるペーストPの生成に適用されてもよい。
原料を混練してペーストを得る混練工程は、第1混練工程と第2混練工程とに分けて実行された。
第1混練工程においては、硫化物固体電解質(即ち、ここではLiI−Li2S−P2S5)が20.5重量部、導電助剤(即ち、ここではVGCF(登録商標))がX重量部、PVDFが1.5重量部となるように、PVDF溶液(PVDF:酪酸ブチル=5:95(重量比))と分散媒としての酪酸ブチルとが秤量され、超音波分散装置で60秒混練された。この際、分散媒としての酪酸ブチルの重量は、第2混練工程により得られるペーストの固形分比率(重量比率)が55%となるように調整された。次に、超音波分散装置による超音波分散を経たスラリーが、薄膜旋廻型ミキサにて周速27.2m/secで30分間混練された。以上が第1混練工程である。
第2混練工程においては、第1混練工程を経たスラリーに対し正極活物質(即ち、ここではLiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2)が100重量部加えられ、周速27.2m/secで11分間混練された。
図7において、導電助剤の重量部の値である上記Xを、(a)X=0、(b)X=1.5、(c)X=3.0とした場合の各々における、ペーストのインピーダンス特性が例示される。
図7の各インピーダンス特性において、その幅が抵抗成分値R2に相当する第2円弧部分が、太い実践で強調表示されている。図示する通り、ペーストにおける導電助剤の組成比率が減少するに従って、第2円弧部分の幅は小さくなる。即ち、抵抗成分値R2が減少する。これは、導電助剤の組成比率が電子に関連しており、導電助剤の組成比率の増加が抵抗の減少に繋がるためと推測される。
ここで、抵抗成分値R2が導電助剤の組成比率と明確に関連することから、ペーストPについて測定されたインピーダンス特性における抵抗成分値R2を、基準値と比較することの技術的意義が明確となる。即ち、導電助剤の目標組成比率に対応する抵抗成分値R2を、基準値として予め実験的に、経験的に又は理論的に確定しておくことにより、混練装置100により得られたペーストPにおける導電助剤の組成比率が目標組成比率に対して許容範囲内に収まっているか否かを判定することができるのである。
尚、図7は、インピーダンス特性の測定データに対応するが、本実施形態では、上述した通り、等価回路モデルに基づいたフィッティング解析処理により、本発明に係る「第2の円弧部分の幅」が、抵抗成分値R2として、即ち実数部軸上の値として確定する。但し、フィッティング解析処理は、測定データそのものを用いることによる誤差やバラつきの影響を緩和するために便宜的に用いられる処理であって、本発明に係る「第2の円弧部分の幅」は、本発明の概念との対比の上では、図7に太い実線で例示される第2円弧部分の実数部軸上の長さであってもよい。
また、図7では軸スケールの問題により明確ではないが、ペーストにおける導電助剤の組成比率が増加するに従って、ペーストの直流抵抗に相当する抵抗成分値R1が減少することも今回新たに見出された。この様子が図8に例示される。図8は、ペーストのインピーダンス特性と導電助剤の組成比率との関係性を示す他の図である。
図8は、図7において軸スケールを縮小した図に相当する。図8において、導電助剤が0重量部、1.5重量部、3.0重量部である場合のインピーダンス特性が、夫々一点鎖線、破線、実線により表されており、マーカ○、□、△が夫々の直流抵抗値に相当する。図示するように、導電助剤の組成比率の増加は、直流抵抗に相当する抵抗成分値R1の減少となって顕在化する。これも、抵抗成分値R2と同様に、導電助剤の組成比率が電子に関連しており、導電助剤の組成比率の増加が抵抗の減少に繋がるためと推測される。
図3に戻り、ペースト評価処理の説明を継続する。
ステップS130では、抵抗成分値R3及び抵抗成分値R2が夫々の基準値と比較される。この基準値は、上述したように、目標組成比率に対応する抵抗成分値に対してある程度の許容幅を加味して決定されており、当該許容幅の上下限を規定する基準値から構成される。
次に、ステップS130による比較の結果に基づいて、ペーストPのサンプルPsmpにおける硫化物固体電解質の組成比率又は導電助剤の組成比率が許容範囲外であるか否かが判定される(ステップS140)。前者は抵抗成分値R3が基準値に対して許容範囲内にあるか否かに相当し、後者は抵抗成分値R2が基準値に対して許容範囲内にあるか否かに相当する。ステップS140により本発明に係る「組成比率判定工程」の一例が実現される。
サンプルPsmpにおける硫化物固体電解質の組成比率及び導電助剤の組成比率が夫々許容範囲内である場合(ステップS140:NO)、混練装置100により生成されたペーストPは品質基準を満たす良品であると判定され(ステップS160)、ペースト評価処理は終了する。尚、ペーストPが良品であると判定された場合、制御装置210は、三方弁350の弁状態を上述した第3の弁状態に制御し、ポンプ320によりペーストPを混練容器130から排出し、三方弁350を介して良品タンク340へ導入してもよい。
一方、サンプルPsmpにおける硫化物固体電解質の組成比率及び/又は導電助剤の組成比率が許容範囲外である場合(ステップS140:YES)、混練装置100により生成されたペーストPは品質基準を満たさない不良品であると判定され(ステップS150)、混練装置100の混練容器130内に充填されたペーストPは廃棄される(ステップS170)。即ち、制御装置210は、三方弁350の弁状態を上述した第2の弁状態に制御し、ポンプ320によりペーストPを混練容器130から排出し、三方弁350を介して廃棄タンク330へ導入する。ステップS170により、本発明に係る「除去工程」の一例が実現される。不良品と判定されたペーストPが廃棄タンク330に導入されると、ペースト評価処理は終了する。
以上説明したように、本実施形態に係るペースト評価処理によれば、混練装置100において生成された電極合剤を原料とするペーストPの組成比率が許容範囲(本発明に係る「所定範囲」の一例である)に収まっているか否かを、ペーストPのサンプルPsmpについて測定された交流インピーダンスに基づいて、後工程たる電極シート製造工程に供給される以前のペーストの段階で判定することができる。また、組成比率が許容範囲外である不良品のペーストが後工程に供給されることなく廃棄される。従って、後工程に不良品のペーストが供給されることを防止することができる。
尚、本実施形態では、等価回路モデルに基づいたフィッティング解析処理により抵抗成分値R2及び抵抗成分値R3が求められ、基準値との比較に供される。しかしながら、図5乃至図8に例示されるように、硫化物固体電解質及び導電助剤の組成比率が、夫々目標組成比率と乖離している場合、その影響はインピーダンス特性において顕在化する。従って、より簡素には、ステップS110において得られたインピーダンス特性における、第1円弧部分又は第2円弧部分を、基準となるインピーダンス特性のそれと幾何学的に比較することによっても、ペーストPの組成比率が許容範囲に収まっているか否かを判定することは可能であり、そのような態様もまた、本発明に係る「組成比率判定工程」の一例である。
尚、本実施形態では、ペーストPの組成比率が許容範囲内であるか否かが判定されるが、組成比率そのものは求められていない。一方、硫化物固体電解質の組成比率と抵抗成分値R3との関連性及び導電助剤の組成比率と抵抗成分値R2(或いは抵抗成分値R1)の関連性が夫々明確である点に鑑みれば、事前に組成比率と抵抗成分値との比較対照のためのマップ等を作成しておくことによって、ペーストPの組成比率を算出することも可能である(即ち、本発明に係る「算出工程」の一例)。この際、組成比率判定工程は、この算出された組成比率に基づいて、ペーストPの組成比率が許容範囲内であるか否かを判定してもよい。また、組成比率が算出される場合、この算出された組成比率がデータ化されて保存されてもよい。組成比率のデータが保存される場合、ペーストPを混練する混練工程において組成比率のずれが生じた原因や、組成比率のずれの大きさ等を後々解析することが可能となり、長期的な視野で見た場合に、ペースト製造システム10の品質自体を向上させることができ実践上有益である。
尚、本実施形態において図5乃至図8に例示したインピーダンス特性は、固体電解質として硫化物固体電解質(LiI−Li2S−P2S5)、導電助剤としてVGCF(登録商標)を用いたものであるが、他の固体電解質及び導電助剤においても、インピーダンス特性がこれらの組成比率と相関を有する点については同様であり、他の原料から構成されたペーストについても、本実施形態と同様の処理を適用可能である。また、本実施形態において、ペーストPの目標組成比率は記述されないが、目標組成比率は設計的に決まるものであり、定められた目標組成比率に対応するインピーダンス特性が規定されている限りにおいて、ペーストPの組成比率に係る品質判定はインピーダンス特性の相対的比較により実現され得る。従って、本実施形態に係るペースト評価処理は、目標組成比率に関係なく適用可能である。
<2.第2実施形態>
第1実施形態では、サンプルPsmpのインピーダンス特性に基づいて、ペーストPの組成比率が許容範囲内であるか否かが判定された。一方、ペーストPの品質不良は、原料投入時に生じる組成比率のずれのみではない。例えば、ペースト内の原料の均一性が十分でない場合、原料投入時の組成比率が目標通りであるか否かとは関係無く、ペーストは後工程への供給に適した状態であるとは言えない。第2実施形態では、このような観点から品質不良のペーストの後工程への供給を防止し得るペースト評価処理について説明する。第2実施形態に係るペースト評価処理は、本発明に係る「ペーストの製造方法」の他の一例であり、特に、第2のペーストの製造方法の一例である。
<2.第2実施形態>
第1実施形態では、サンプルPsmpのインピーダンス特性に基づいて、ペーストPの組成比率が許容範囲内であるか否かが判定された。一方、ペーストPの品質不良は、原料投入時に生じる組成比率のずれのみではない。例えば、ペースト内の原料の均一性が十分でない場合、原料投入時の組成比率が目標通りであるか否かとは関係無く、ペーストは後工程への供給に適した状態であるとは言えない。第2実施形態では、このような観点から品質不良のペーストの後工程への供給を防止し得るペースト評価処理について説明する。第2実施形態に係るペースト評価処理は、本発明に係る「ペーストの製造方法」の他の一例であり、特に、第2のペーストの製造方法の一例である。
尚、第2実施形態に係る装置構成は、第1実施形態と同様であるとする。無論、第2実施形態に係る装置構成も、第1実施形態と同様に、混練装置その他の構成について、各種の変更を加えることができる。
先ず、図9を参照し、第2実施形態に係るペースト評価処理の流れについて説明する。ここに、図9は、第2実施形態に係るペースト評価処理のフローチャートである。尚、同図において、図3と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。尚、本実施形態に係るペーストPは、第1実施形態と同様である。
図9において、ステップS110、S120及びS130が実行されると、制御装置210によりサンプルPsmpのインピーダンス特性に基づいてペーストPの均一性が判定される(ステップS141)。ここで、図10を参照し、ペーストPの均一性(即ち、原料の分散の良否)と、インピーダンス特性との関係について説明する。ここに、図10は、ペーストのインピーダンス特性とペーストの均一性との関係性を示す図である。
始めに、図10の関係性を得るにあたっての実験条件について記載する。尚、ペーストの原料は、既に記載した本実施形態に係るペーストPと同一である。また、先述したように、この実験条件は、そのまま、或いは、適宜変更を加えられた後に、混練装置100におけるペーストPの生成に適用されてもよい。
原料を混練してペーストを得る混練工程は、第1混練工程と第2混練工程とに分割して実行された。
第1混練工程においては、硫化物固体電解質(即ち、ここではLiI−Li2S−P2S5)が20.5重量部、導電助剤(即ち、ここではVGCF(登録商標))が1.5重量部、PVDFが1.5重量部となるように、PVDF溶液(PVDF:酪酸ブチル=5:95(重量比))と分散媒としての酪酸ブチルとが秤量され、超音波分散装置で60秒混練された。この際、分散媒としての酪酸ブチルの重量は、第2混練工程により得られるペーストの固形分比率(重量比率)が55%となるように調整された。次に、超音波分散装置による超音波分散を経たスラリーが、薄膜旋廻型ミキサにて周速X(m/sec)で30分間混練された。以上が第1混練工程である。尚、この周速Xは、混練装置100における制御回転数Nmixとして適用可能である。
第2混練工程においては、第1混練工程を経たスラリーに対し正極活物質(即ち、ここではLiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2)が100重量部加えられ、周速27.2m/secで11分間混練された。
図10には、第1混練工程における周速Xを、(a)X=13.6、(b)X=27.2とした場合の各々における、ペーストのインピーダンス特性が例示されている。尚、第1混練工程における周速Xは、第1混練工程における混練力に対応する。強い混練力を与えた方が原料の分散が促進されることは道理であるから、必然的に周速Xは、ペーストの均一性を変化させるパラメータとなり得る。
図10(a)と図10(b)とを比較すれば分かるように、第1混練工程において相対的に強い混練力を与えたペーストの方が、ペーストのインピーダンスが高くなる。これは、均一性に劣るペーストでは導電助剤の凝集体が存在する場合があり、この凝集体の存在により、ペースト内部に電気が流れ易くなるためと推察される。尚、ここでは、インピーダンス特性において、低周波側の応答部分に対応するインピーダンスの最大値(実数部Z’及び/又は虚数部Z’’)を比較している。また、フィッティング解析処理における抵抗成分値を比較しても同様の結果を得ることができる。
ここで、ペーストPのインピーダンスがペーストPの均一性と明確に関連することから、ペーストPについて測定されたインピーダンス特性(例えば、上述したペーストのインピーダンスの最大値)に基づいて、ペーストPの均一性を判定することができる。即ち、均一性が許容範囲となるインピーダンスの基準値を予め実験的に、経験的に又は理論的に確定しておくことにより、混練装置100により得られたペーストPの均一性が許容範囲内に収まっているか否かを判定することができるのである。
図9に戻り、ステップS141に係る均一性の判定結果に基づき、サンプルPsmpの均一性が許容範囲外であるか否かが判定される(ステップS151)。ステップS141及びS151は、本発明に係る「均一性判定工程」の一例である。
サンプルPsmpの均一性が許容範囲内であると判定された場合(ステップS151:NO)、ペーストPは良品であると判定される(ステップS170)。一方、サンプルPsmpの均一性が許容範囲外であると判定された場合(ステップS151:YES)、ペーストPは不良品であると判定される(ステップS160)。
ここで、本実施形態においては、ペーストPの均一性に関する良否の判定結果が、混練装置100の制御条件にフィードバックされる。即ち、ペーストPが不良品であるとの判定がなされると(ステップS160)、制御装置210は、モータ制御装置110の制御を介して混練装置100の制御回転数Nmixを補正値αだけ増速側に補正する(ステップS190)。制御回転数Nmixが増速側に補正されると混練力が強まるため、例えば、次回の混練工程で生成されるペーストについて、或いは、現段階で混練工程が進行中のペーストについて、ペーストPの均一性を向上させることができる。ステップS190は、本発明に係る「フィードバック制御工程」の一例である。
尚、混練装置100の制御回転数Nmixとは、混練装置100においては、攪拌部140がペーストを攪拌する際のパドルの回転速度を意味するが、本発明に係るフィードバック制御工程の概念との対比の上では、混練装置において実行される混練工程における混練力を規定する回転数を包括する。即ち、均一性の観点からペーストPが品質不良であると判定された場合における、混練工程の制御条件の更新態様は、混練装置の実際の制御条件或いは混練装置の構成に応じて、適宜異なり得る。
混練装置100の制御条件が固定されている場合、原料(特に、硫化物固体電解質及び導電助剤)の比表面積のバラつき等に起因してペーストPの均一性にバラつきが生じる。これに対し、本実施形態のようにサンプルPsmpのインピーダンス特性が混練装置100の制御条件にフィードバックされた場合には、例えば原料ロット毎に最適な制御条件を実現することができ、原料側の品質のバラつきに対してペーストPの均一性を維持することが可能となる。
即ち、本実施形態によれば、混練装置100において生成されるペーストPが均一性の観点から不良品となる可能性を低減させることができ、品質不良のペーストPが後工程に供給される事態を防止することができる。尚、このような第2実施形態に係るペースト評価処理の効果は、混練装置の構成に拠らず得ることができる。
尚、本実施形態では、混練装置100の制御回転数Nmixが補正値αだけ増速側に補正される構成としたが、無論これは制御条件の補正態様の一例に過ぎない。例えば、制御回転数Nmixは、その時点の制御回転数Nmixに対して補正係数β(β>1)を乗じることによって増速側に補正されてもよい。また、制御回転数Nmixの補正は、均一性の度合いに応じてなされてもよい。即ち、均一性が低い程、より制御回転数Nmixがより大きく増速側に補正されてもよい。
尚、第2実施形態に係るペースト評価処理も、第1実施形態と同様に、評価装置200の評価用容器250に、混練装置100において混練工程を経て生成されたペーストPの一部が、サンプルPsmpとして充填された後に実行される。このサンプルPsmpの充填は人為的に行われてもよいし、例えば補機装置300が、混練容器130からサンプルPsmpを抽出して評価用容器250に充填する機構を備え、制御装置210が当該機構を制御することによって非人為的に行われてもよい。また後者の場合、本実施形態の如くサンプルPsmpの品質判定結果が混練装置100の制御条件にフィードバックされる構成においては特に、混練工程→ペーストPの抜き取り(充填)→ペースト評価処理→混練工程へのフィードバックといった一連の制御フローが相互に協調して進行するように制御装置210がペースト製造システム10を制御してもよい。例えば、混練工程における原料の混練時間をモニタし、所定のタイミングでペーストの抜き取り及び評価が行われてもよい。このような構成は特に、連続式混練装置のように、複数の混練工程を経てペーストPが生成される場合には特に効率的である。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うペーストの製造方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
10…ペースト製造システム、100…混練装置、110…モータ制御装置、120…モータ、130…混練容器、200…評価装置、210…制御装置、220…ポテンショスタット、230…FRA、240…評価用電極、250…評価用容器、330…廃棄タンク。
Claims (7)
- 活物質と固体電解質と導電助剤とを含むペーストを製造する方法であって、
所定の測定周波数帯域に対応する前記ペーストの交流インピーダンスを測定する測定工程と、
前記測定された交流インピーダンスが複素インピーダンス平面上に描く軌跡における、所定周波数帯域に対応する円弧部分の実数部方向の幅に基づいて、前記ペーストの組成比率が所定範囲外であるか否かを判定する組成比率判定工程と、
前記組成比率が前記所定範囲外であると判定されたペーストを除去する除去工程と
を具備することを特徴とするペーストの製造方法。 - 前記幅に基づいて前記組成比率を算出する算出工程を更に備え、
前記判定工程は、前記算出された組成比率に基づいて前記組成比率が所定範囲外にあるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1に記載のペーストの製造方法。 - 前記判定工程は、第1の周波数帯域に対応する第1の円弧部分の幅に基づいて前記ペーストにおける前記固体電解質の比率が所定範囲外であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のペーストの製造方法。 - 前記第1の円弧部分は、前記軌跡において低インピーダンス側から実数部方向に二つ目の円弧部分である
ことを特徴とする請求項3に記載のペーストの製造方法。 - 前記判定工程は、第2の周波数帯域に対応する第2の円弧部分の幅に基づいて前記ペーストにおける前記導電助剤の組成比率が所定範囲外であるか否かを判定する
ことを特徴とする1から4のいずれか一項に記載のペーストの製造方法。 - 前記第2の円弧部分は、前記軌跡において低インピーダンス側から実数部方向に一つ目の円弧部分である
ことを特徴とする請求項5に記載のペーストの製造方法。 - 活物質と固体電解質と導電助剤とを含むペーストを製造する方法であって、
前記活物質と前記固体電解質と前記導電助剤とを混錬する混練工程において得られた前記ペーストについて、所定の測定周波数帯域に対応する交流インピーダンスを測定する測定工程と、
前記測定された交流インピーダンスが複素インピーダンス平面上に描く軌跡に基づいて、前記ペーストの均一性が基準を満たすか否かを判定する均一性判定工程と、
前記均一性が前記品質基準を満たさないと判定された場合に、前記混練工程における回転数を上昇側に更新するフィードバック制御工程と
を具備することを特徴とするペーストの製造方法。
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