JP5415017B2 - 二次電池、二次電池の製造方法、及び製造システム - Google Patents

Description

本発明は、二次電池、その製造方法、その製造システムに関するものである。

充電・放電を繰り返し行うことができる二次電池は、高い品質管理が求められる。例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車載用リチウム二次電池は、その用途から安全性、信頼性に関する要求が強い。具体的には、電極製造工程において金属異物が混入した場合、金属の種類、大きさ、量によっては発火の可能性もある。したがって、製造工程において厳しく製造品質を保つ必要がある。一方、車載用リチウム二次電池は、民生用のリチウム二次電池と比べ高出力化の要求が強いため、電池単体のサイズも大きくなっている。そのため、製造工程における異物混入等のポテンシャルは高く、車載用リチウム二次電池製造において高度な品質管理が必要となっている。

リチウム二次電池の製造のような、シートフィルム状態の材料を切り出し、各種部品の組立を行い、最終製品を製造する製造工程における品質管理方法として、特許文献１では、シートフィルムの定尺検出と欠陥検出とを同期させて行い、欠陥検出が行われた際には直ちに短尺切断指令によりシートフィルムの欠陥部分を短尺切断することにより、欠陥のないシートフィルムの製造を図っている。

特許文献２では、フィルム状製品の欠陥を斜方および落斜照明の２系統の検出系にて撮像される画像を用いてフィルム上の欠陥種、大きさおよび欠陥座標を検査し、その結果を記録することにより、フィルム状製品の品質改善を図っている。

特許文献３では、二次電池の製造システムにおいて、多数の電池の収容および各処理設備間への一括搬送が可能なコンテナと、コンテナに収容されている多数の電池本体の属性がアクセスされるデータカードＤＣにより、各処理設備においてコンテナに取り付けられたデータカードＤＣを通じてコンテナに収容されている多数の電池本体のセル情報等にアクセスし、各電池本体に対してその属性に応じた処理を行うことより、人手による作業ミスの発生の軽減を図っている。

特許文献４では、薄膜太陽電池製造において、電池の基板部に個別マーカを設け、製造工程の経過に従って基板の複数種類の中間検査を行い、その検査結果と個別マーカを対応させて管理することにより、製造工程における歩留り向上を図っている。
特開昭５８−１８６５９６号公報 特開２００３−２１５０５１号公報 特開平１０−３１２８２３号公報 特開２００５−２３５９２０号公報

しかし、従来の公知技術は、フィルム材料自体の品質管理方法や、電池組立工程の品質管理方法に関するものであり、電極材料の使用箇所に応じた品質管理を行うことはできない。これでは、高い品質要求に答えるのには不十分である。

本発明は、電極材料の使用箇所による品質のばらつきに配慮して、高品質の二次電池の製造を行う技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明は、電極材料の使用箇所ごとに品質を管理する。

例えば、本発明は、二次電池の製造方法であって、切り出し前の電極材料の位置を取得する位置情報取得ステップと、取得した前記位置に応じた品質情報を取得する品質情報取得ステップと、前記品質情報に基づいて、前記電極材料における製品ごとの使用範囲を決定する使用範囲決定ステップと、を含み、前記品質情報は、欠陥と、膜厚と、を特定するための情報を少なくとも含む。

また、本発明は、コンピュータで構成される二次電池の製造システムである。製造システムは、切り出し前の電極材料の位置を取得する位置情報取得手段と、取得した前記位置に応じた品質情報を取得する品質情報手段と、前記品質情報に基づいて、前記電極材料における製品ごとの使用範囲を決定する使用範囲決定手段と、を含み、前記品質情報は、欠陥と、膜厚と、を特定するための情報を少なくとも含む。

本発明によれば、電極材料の使用箇所による品質のばらつきに配慮して、高品質の二次電池が提供される。特に、電極材料の面積が大きい車載用リチウム二次電池製造において、その効果が大きい。

本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。

まず、リチウム二次電池、及びその製造工程の概要について説明する。

図１は、リチウム二次電池の動作原理を模式的に示す図である。リチウム二次電池１００は、金属酸化物の活物質から成る正極１０１と、炭素材料の活物質から成る負極１０２と、有機溶媒とリチウム塩から成る電解液１０３と、セパレータ１０４とで構成される。リチウム二次電池１００は、正極１０１と負極１０２との間を、リチウムイオンが移動することにより充電と放電が行われる。充電時は、正極１０１のリチウムイオンが負極１０２に移動する。放電時は、負極１０２のリチウムイオンが正極１０１に移動する。リチウム二次電池１００は原理的には化学反応を伴わない動作原理のため、寿命が長い、エネルギー効率が高いといった特徴を持つ。

図２は、リチウム二次単電池および電池モジュールの製造方法を模式的に示す図である。正極材料製造工程（Ｓ０１０）では、正極材料の原料となる各種材料を混練、調合し、スラリー材料を作成する（Ｓ０１１）。そして、フィルム状の金属箔にスラリー材料を塗工した後（Ｓ０１２）、スラリーが塗工された金属箔に圧縮や切断といった加工が行われ、正極材料が製造される（Ｓ０１３）。負極材料製造工程（Ｓ０２０）では、正極材料製造工程とは使用される原料となる各種材料は異なるが、手順は同じである。負極材料の原料となる各種材料を混練、調合し、スラリー材料を作成した後（Ｓ０２１）、フィルム状の金属箔にスラリー材料を塗工し（Ｓ０２２）、スラリーが塗工された金属箔の圧縮や切断といった加工が行われ、負極材料が製造される（Ｓ０２３）。

リチウム二次電池の単電池組立工程（Ｓ０３０）では、捲回と呼ばれる工程にて、正極材料、負極材料および正極材料と負極材料を分離するためのセパレータと呼ばれる材料を必要量だけ切り出し、各材料を重ねて捲き合わせる（Ｓ０３１）。そして、捲き合わさった正極、負極、セパレータの材料群の組立および溶接を行う（Ｓ０３２）。そして、電解液を電池缶に注入（注液）した後（Ｓ０３３）、電池缶を完全に密閉（封口）する（Ｓ０３４）。単電池組立工程の後、リチウム二次電池の充放電を繰り返し行い、リチウム二次電池の単電池の性能および信頼性に関する検査を行う（Ｓ０３５）。

モジュール電池組立工程（Ｓ０４０）では、単電池を複数個直列に組み合わせたモジュール電池にコントローラを接続してモジュール電池を製造する（Ｓ０４１）。その後、リチウム二次電池のモジュール電池の性能および信頼性に関する検査を行う（Ｓ０４２）。

図３は、ロール状に巻かれたシートフィルム形状の電極材料（ロール材料）１１０を示す。車載用リチウム二次電池製造においては、図示するように、シートフィルム形状の正極または負極材料を送り出しながら、製造品質や材料特性値（例えば、欠陥や膜厚や塗工材料の密度等）を光学検出系や目視による観察等において検査する。

しかし、電極材料面積の増加に伴い、同一の電極材料内における製造品質や材料特性値にばらつきが生じる。

図４は、ロール材料の回転送り方向の材料特性値の変動例を示すものである。また、図５は、材料特性値と電池性能値との関係を示す。

ロール材料の巻き始めから巻き終わりにかけて、例えば膜厚などの材料特性値は一定とはならず変動している。また、ロール材料から複数の電池が製造されるため、１個のロール材料の中での材料特性値の変動は、個々の電池性能変動の原因となる。そのため、ロール材料単位で品質管理をするのでは不十分であり、１個のロール材料の各部分について、位置情報と連動した品質管理が必要となる。

本実施形態のリチウム二次電池の製造システムは、かかる要求に答えるものである。

図６は、リチウム二次電池の製造システムの概略構成を示すブロック図である。

本製造システムは、各工程（電極材料製造工程、単電池組立工程、及びモジュール電池組立工程）における製造装置及び検査装置を管理するデータ演算部１を中心に構成される。

電極材料製造工程の製造装置群２１は、少なくとも１台以上の製造装置２２から構成されている。また、製造装置群２１は、電極材料製造工程に応じて、異なる機能を持つ複数の製造装置群が存在する。同一の製造装置群は、同一の機能を持つ製造装置から構成される。

電極材料製造工程の検査装置群２３は、少なくとも１台以上の検査装置２４から構成されている。検査装置２４は、検査種別により、異なる機能を有する検査装置が複数存在する。

製造装置群２１および検査装置群２３は、データ演算部１と接続されている。

単電池組立工程に関しても同様に、製造装置群３１は、少なくとも１台以上の製造装置３２から構成されている。また、製造装置群３１は、単電池組立工程に応じて、異なる機能を持つ複数の製造装置群が存在する。同一の製造装置群は、同一の機能を持つ製造装置から構成される。

単電池組立工程の検査装置群３３は、少なくとも１台以上の検査装置３４から構成されている。検査装置として、製造の途中段階の中間品質を検査する中間品質検査装置と、製品の性能を検査する製品検査装置が存在する。また、中間品質検査装置および製品検査装置においても、検査種別により異なる機能を有する検査装置が複数存在する。

製造装置群３１および検査装置群３３は、データ演算部１と接続されている。

モジュール電池組立工程に関しても同様に、製造装置群４１は、少なくとも１台以上の製造装置４２から構成されている。また、製造装置群は単電池組立工程に応じて、異なる機能を持つ複数の製造装置群が存在する。同一の製造装置群は、同一の機能を持つ製造装置から構成される。

モジュール電池組立工程の検査装置群４３は、少なくとも１台以上の検査装置４４から構成されている。

製造装置群４１および検査装置群４３は、データ演算部１と接続されている。

データ演算部１は、電極材料製造工程の製造品質情報を収集する第１の情報収集部１１と、電極材料の位置情報を読み取る位置情報読取部１２と、単電池組立工程の製造条件を制御する製造条件制御部１３と、単電池組立工程の製造品質情報を収集する第２の情報収集部１４と、モジュール電池組立工程の製造品質情報を収集する第３の情報収集部１５と、品質を解析する品質解析部１６と、各種データを格納するデータベース部１７と、備える。

データベース部１７は、図７に示すように、電極材料の品質管理データ１７１と、電池の品質管理データ１７２と、を格納する。

電極材料の品質管理データ１７１は、電極材料の製造管理番号１７１１及び電極材料内の位置情報１７１２に対応させて、製品名１７１３、工程名（またはコード）１７１４、処理日時１７１５、材料種類毎の名称（またはコード）１７１６、製造管理番号（例えば、ロット番号）１７１７、当該工程における使用量１７１８、製造装置の名称（またはコード）１７１９、レシピ名（当該製品・工程で使用する製造装置の動作プログラム名称）１７１９ａ、製造装置の動作を制御する各種制御パラメータ値１７１９ｂ、装置内に搭載された各種センサの計測データ１７１９ｃ、電極材料の中間品質検査データ（例えば、欠陥の種類や大きさ、膜厚など各種材料特性値）１７１９ｄなどを含む。なお、電極材料の品質管理データ１７１は、これらの情報以外の情報を格納してもよい。

電池の品質管理データ１７２は、単電池またはモジュール電池の製造管理番号１７２１に対応して、製品名１７２２、工程名（またはコード）１７２３、処理日時１７２４、使用したロール材料の製造管理番号とその位置座標（使用範囲）１７２５、他に使用された部品種類毎の名称（またはコード）１７２６、部品の製造管理番号（例えば、ロット番号）１７２７、部品の使用量１７２８、製造装置の名称（またはコード）１７２９、レシピ名（当該製品・工程で使用する製造装置の動作プログラム名称）１７２９ａ、製造装置の動作を制御する各種制御パラメータ値、装置内の搭載された各種センサ計測データ１７２９ｂ、中間品質検査データ（例えば、電池の質量、寸法、強度等）１７２９ｃ、製品検査データ１７２９ｄなどを含む。なお、電池の品質管理データ１７２は、これらの情報以外の情報を格納してもよい。

図８は、二次電池の製造システムの構成を、製造工程にともなうデータの流れとともに示した図である。

第１の情報収集部１１は、正極および負極毎の電極材料製造工程を構成する各工程（小工程）における電極材料の位置情報に応じた製造品質情報を収集し、電極材料の品質管理データ１７１に格納する。

製造品質情報は、小工程ごとに、その小工程で使用される各種材料情報１１１と、その小工程で使用される製造装置の製造条件情報１１２と、その小工程における処理中の装置内に搭載された各種センサの計測結果といった装置計測情報１１３と、その小工程の中間品質を確認するための中間品質検査情報１１４と、などを含む。

各種材料情報１１１は、例えば、材料種類毎の名称（またはコード）、製造管理番号（例えば、ロット番号）、その工程における使用量、などである。

製造条件情報１１２は、例えば、製造装置の名称（またはコード）、処理を行う製品・工程の名称（またはコード）、レシピ名（その製品・工程で使用する製造装置の動作プログラム名称）、製造装置の動作を制御する各種制御パラメータ値、などである。

装置計測情報１１３は、例えば、製造管理番号およびその位置座標に対応した、装置内に搭載された各種センサの計測データである。もしくは、製造装置の動作シーケンスであってもよい。

中間品質検査情報１１４は、例えば、製造管理番号およびその位置座標に対応した、電極材料の製造品質の検査データ（例えば、欠陥の種類や大きさ、膜厚など各種材料特性値）である。

位置情報読取部１２は、電池組立工程で使用される正極、負極の電極材料の位置情報（１個のロール材料中の使用予定部分の位置）１２１を取得する。

電極材料は、シートフィルム材料に電極材料が塗工されたものであり、搬送の利便性の観点よりロール状にまとめて管理されることが多い。以降、ロール状の電極材料（ロール材料）を例に、位置情報の読み取り方法を説明する。なお、ロール状ではないシートフィルム材料においても同様に位置座標を読み取ることができる。

ロール材料の場合、電極材料の位置情報は、所定の原点（例えば、巻き始めまたは、巻き終わりを原点とする）を基準とした２次元の位置座標（ロールの送り方向およびロール長手方向）である。

位置情報読取部１２は、例えば、ロール材料を送り出す機構部の回転数および回転速度または、送り速度および送りに要した時間から、送り量を求め、原点からの位置を計算することにより、位置情報を求めることができる。

また、位置情報読取部１２は、ロール材料内部に位置座標を示すマークが作成されている場合には、今回使用する箇所に最も近い位置座標マークを読み取ることにより、その位置情報を取得することができる。

位置座標を示すマークは、ロール材料の製造工程において、製造装置に備えられたレーザ装置などにより形成される。

図９〜図１３は、位置座標を示すマークが形成されているロール材料２００を例示する。

図９は、位置座標を認識することができるマーク２０４が形成されているロール材料２００の構成を示す図である。同図は、ロール材料の片面に関して図示したものであるが、裏面に関しても同様なマークが形成されていてもよい。表面、裏面で同一の座標系である必要はなく、それぞれにおいて座標系を定義してもよい。

ここで示すロール材料２００は、シートフィルム上の電極活物質が塗工されている材料塗工部２０１と、その両脇の縁部（余白部）２０２とを備える。シートフィルムの内、電極物質が塗工されていない余白部分２０２に、位置座標マーク形成部２０３が存在する。位置座標マーク形成部２０３に、位置座標が認識可能なマーク２０４が形成されている。同図では、シートフィルムの余白部の下側に位置座標マーク２０４を形成しているが、上側に形成されていてもよく、また、上側、下側の両方に形成されていてもよい。

位置座標マーク２０４は、原点位置からの送り方向の位置座標が特定可能なように、所定間隔で形成されていてもよい。かかる場合、位置情報読取部１２は、原点位置からのマークの数をカウントすることにより、位置座標を認識する。

位置座標マーク２０４を所定間隔で形成する場合、その間隔および個数について制限はないが、例えば、１個の電池の組立で使用するシート材料の送り方向の全長に対して、２０〜１００程度のマークが均等間隔に形成されている。

図１０は、位置座標を認識することができるマークが形成されているロール材料の別の構成を示す図である。図１０の例では、材料塗工部２０１に位置座標マーク２０４が形成されている。同図では、材料塗工部２０１の下部に位置座標マーク２０４が形成されているが、材料塗工部２０１のどの位置に形成されていてもよい。また、同図では、材料塗工部２０１の一方向のみに対して位置座標マーク２０４が形成されているが、複数箇所に位置座標マーク２０４が形成されていてもよい。また、図９の例と同様に、表面のみでなく、裏面に形成されていてもよい。

図１１は、ロール材料中に特定の品質（例えば、「欠陥」）の部分がある場合に、そのことが認識できるマークを形成した例を示す。

図示するように、ロール材料２００には、材料塗工部２０１に欠陥Ｆが存在する。そして、ロール材料２００の余白部２０２の位置座標マーク形成部２０３には、欠陥Ｆがあることを示す予告マーク２１４Ａ、２１４Ｂ、およびその位置を示す欠陥位置座標マーク２１５が形成されている。すなわち、予告マーク２１４Ａ、２１４Ｂは、ロール材料上に、特定の特徴（例えば、欠陥）を示す部分があることを示す。位置座標マーク２１５は、その特徴を示す部分の位置を示す。

欠陥位置座標マーク２１５は、位置座標マーク形成部２０３内の欠陥Fが発生した位置に対応する箇所に形成されている。

予告マーク２１４Ａ，２１４Ｂは、欠陥位置座標マーク２１５から所定のオフセットを持った位置に形成されている。これは、ロール材料２００を所定の送り速度を送り出す際、欠陥位置座標マーク２１５を検出してから次処理を実施するまでに送り出されるロール材料の送り出し量を考慮しているからである。予告マーク２１４Ａ、２１４Ｂには、ロール材料２００の送り速度により使用できない範囲を規定する、開始、終了点の２種類がある。予告マーク２１４Ａ，２１４Ｂの部分自体は、欠陥ではないため、実製品に使用される。

図１１では、シートフィルムの余白部２０２の下側に予告マーク２１４Ａ、２１４Ｂ、及び、位置座標マーク２１５が形成されている。しかしこれに限定されず、上側にあっても、また、上側、下側の両方にあってもよい。

また、材料塗工部２０１の欠陥Ｆが発生した位置上に、欠陥座標位置マーク２１７を形成し、その前後に予告マーク２１６Ａ、２１６Ｂを形成してもよい。

図１２は、位置座標が認識可能なマークの例を示す図である。余白部２０２の位置座標マーク形成部２０３に、位置座標を示す数字を形成し、位置座標を直接認識可能としている。

図１３は、位置座標および位置座標に対応した品質情報が認識可能なマーク２２５の例を示す図である。図１３に示すように、マーク形状自体が位置座標を示すようにコード化されていてもよい。また、品質情報をコード化したバーコードが形成されていてもよい。かかる場合、位置情報読取部１２は、読み取ったバーコードから、座標位置および、その座標位置の部分の品質情報を取得できる。

図８に戻って説明する。

製造条件制御部１３は、位置情報読取部１２にて取得した、電池に使用される正極、負極の電極材料の位置情報に基づいて、組立工程の製造条件を変更し、処理を実施する。

具体的には、製造条件制御部１３は、まず、今回使用する電極材料の製造管理番号を取得する。そして、その製造管理番号と、位置情報読取部１２で取得した位置（組み立てに使用予定のロール材料中の部分）と、に対応する製造品質情報を、電極材料の品質管理データ１７１から取得する。取得する製造品質情報は、例えば、中間品質検査情報に含まれる、欠陥数や膜厚分布などである。

次に、製造条件制御部１３は、取得した電極材料の製造品質情報に基づき、組立工程で行われる製造処理の製造条件を変更する。例えば、欠陥数が所定の規格値を上回る場合、欠陥箇所が終わるまでロール材料を空で送り出し、電池組立には使用しないようにする。また、膜厚分布に変動がある場合、電極材料を捲き合わせて１個の電池とした場合の最終的な総材料量が一定となるように電極材料の使用量を変更する。

第２の情報収集部１４は、単電池組立工程の各小工程における電池の製造管理番号に対応した製造品質情報および製品検査情報を収集し、電池の品質管理データ１７２に格納する。

製造品質情報は、小工程ごとに、その小工程で使用される各種部品情報１２３、その小工程で使用される製造装置の製造条件情報１２４、その小工程の処理中の装置内に搭載された各種センサの計測結果といった装置計測情報１２５、その小工程の中間品質を確認するための中間品質検査情報１２６、製造された単電池の製品検査情報１２７、などを含む。

各種部品情報１２３は、例えば、部品種類毎の名称（またはコード）、部品管理番号（例えば、ロット番号）、その小工程における使用量などである。

製造条件情報１２４は、例えば、製造装置の名称（またはコード）、処理を行う製品・小工程の名称（またはコード）、レシピ名（当該製品・小工程で使用する製造装置の動作プログラム名称）、製造装置の動作を制御する各種制御パラメータ値などである。

装置計測情報１２５は、例えば、製造装置の動作シーケンスや、処理を行う電池の製造管理番号に対応した装置内の搭載された各種センサ計測データなどである。

中間品質検査情報１２６は、例えば、その小工程で処理された電池の製造管理番号に対応した電池の製造品質の検査データ（例えば、電池の質量、寸法、強度等）などである。

単電池の製品検査情報１２７は、例えば、単電池の製造管理番号に対応した電池の容量、電圧といった性能データの他に、充電／放電時の電流、電圧のアナログデータなどがある。

第３の情報収集部１５は、モジュール電池組立工程の各小工程におけるモジュール電池の製造管理番号に対応した製造品質情報および製品検査情報を収集し、電池の品質管理データ１７２に格納する。

製造品質情報は、小工程ごとに、その小工程で使用される各種部品情報１３１、その小工程で使用される製造装置の製造条件情報１３２、その小工程の処理中の装置内に搭載された各種センサの計測結果といった装置計測情報１３３、モジュール電池の製品検査情報１３４などを含む。

モジュール電池の製品検査情報１３４は、例えば、モジュール電池の製造管理番号に対応した電池の容量、電圧といった性能データの他に、充電／放電時の電流、電圧のアナログデータなどである。

品質解析部１６は、電極材料の品質管理データ１７１及び電池の品質管理データ１７２から、必要のデータを取得し、品質解析を実施する。品質解析は、操作者からの要求に応じてなされる。例えば、品質解析部１６は、操作者から要求されたデータを、電極材料の品質管理データ１７１及び電池の品質管理データ１７２から検索し、ディスプレイ等に出力する。また、操作者の要求に従って、検索したデータを集計したり、平均したり、グラフ化したりして出力する。

以上の機能部を有するデータ演算部１は、主制御装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メインメモリとしてデータ等を一時的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）と、プログラム等が記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、キーボードなどの入力装置と、ディスプレイなどの出力装置と、外部の製造装置および検査装置との入出力を制御するインタフェースと、各装置間の通信経路となるシステムバスとを備えたコンピュータにより構成される。データ演算部１の各要素及び機能は、ＣＰＵがメインメモリにロードした所定のプログラムを実行することにより達成される。また、各記憶部は、ＲＡＭや外部記憶装置上に構成される。

次に、上記のように構成されるリチウム二次電池の製造システムの特徴的な動作について、（１）電極材料製造工程における処理、（２）単電池組立工程における製造条件の変更処理、（３）電池組立工程における製造品質情報の収集処理、（４）品質解析処理、の順で説明する。

（１）電極材料製造工程における処理
図１４は、電極材料製造工程における動作を示すフローチャートである。本フローでは、電極材料製造工程を構成する各小工程に対して、Ｓ１０１〜Ｓ１０８のステップが繰り返される。ここでは、ロール材料に注目して説明する。

第１の情報収集部１１は、操作者からの指示に従って、本フローを開始する。

第１の情報収集部１１は、ロール材料の製造工程を構成する各小工程を、順に、「対象小工程」に設定し、その小工程において処理を行うロール材料の製造管理番号を取得する（Ｓ１０１）。

さらに、第１の情報収集部１１は、「対象小工程」で使用されるロール材料以外の各種材料の製造管理番号も取得する（Ｓ１０２）。

なお、ロール材料の製造管理番号は、ロール材料内の所定の位置に形成されている。または、製造管理番号を示す情報は、ロール材料に貼り付けられている場合もある。また、ロール材料以外の各種材料の製造番号は、各材料の格納する容器または袋にその製造管理番号が記載されている場合がある。第１の情報収集部１１は、製造装置に設置された管理番号読取センサを介して、各管理番号を読み取ってもよいし、操作者から入力装置を介して各管理番号を受け付けることにより収集してもよい。

また、第１の情報収集部１１は、「対象小工程」で使用される製造装置の製造条件を取得する（Ｓ１０３）。

そして、第１の情報収集部１１は、製造装置に対して、「対象小工程」の製造処理を実行させる（Ｓ１０４）。そして、製造処理の実行中、「対象小工程」の内容に応じて、Ｓ１０５〜Ｓ１０８の処理を行う。

例えば、第１の情報収集部１１は、所定の小工程（例えば、加工工程）において、製造装置に対して、ロール材料内に位置座標が認識可能なマークを作成するように指示する（Ｓ１０５）。なお、品質に関するマークを形成する場合は、品質検査が終了した後に、マークの作成を指示する。製造装置は、例えば、レーザにより、ロール材料の所定の位置に、位置座標が認識可能なマークを形成する。マークの態様は、図９〜図１３に示したとおりである。

また、第１の情報収集部１１は、ロール材料の位置座標に対応した製造装置内に搭載された各種センサの計測情報を収集する（Ｓ１０６）。なお、ロール材料の位置座標は、ステップＳ１０５にて作成したロール材料内の位置座標マークを認識することにより把握することができる。

また、第１の情報収集部１１は、ロール材料の製造処理中においてロール材料の中間品質検査を行い、ロール材料の位置座標に対応した中間品質検査情報を収集する（Ｓ１０７）。ここで収集される製造品質の検査データとしては、欠陥の種類や大きさ、膜厚など各種材料特性値などがある。

なお、第１の情報収集部１１は、「対象小工程」の製造処理が終了した後に、ロール材料の中間品質検査を行い、ロール材料の位置座標に対応した中間品質検査情報を収集してもよい（Ｓ１０８）。中間品質検査は、ステップＳ１０７、Ｓ１０８の両方行ってもよいし、ステップＳ１０７またはステップＳ１０８においてのみ実施しても構わない。

その後、第１の情報収集部１１は、ロール材料の製造工程を構成する各小工程が全て終了したかどうかのチェックを行う（Ｓ１０９）。まだ、製造工程が残っている場合（Ｓ１０９でＮｏ）は、次の小工程を「対象小工程」に設定し、ステップＳ１０１からの処理を繰り返し実行する。一方、製造工程の全てが終了した場合（Ｓ１０９でＹｅｓ）、第１の情報収集部１１は、収集した情報を、電極材料の品質管理データ１７１に格納し、本処理を終了する。

図１５は、本処理により、第１の情報収集部１１により収集されたロール材料の製造品質情報３００を示す。

ロール材料の製造品質情報３００には、ロール材料の各部分の品質を特定する情報が格納されている。製造品質情報３００は、例えば、対象のロール材料の製造管理番号３０１と、ロール材料中の各部分の位置情報３０２と、その部分のロール面（表、裏）３０３と、その部分の厚さ３０４と、その部分の欠陥の有無３０６と、その部分の密度３０７と、などを含む。

位置情報３０２のＸ座標は、ロール材料の回転送り方向である。Ｙ座標は、ロールの幅方向である。位置情報３０２は、必ずしも数値データではなく、領域Ａ、Ｂといった特定の位置（範囲）を表す記号で表現されてもよい。また、製造品質情報３００は、全ての位置座標に対する品質を示す情報が揃っている必要はない。

なお、第１の情報収集部１１は、操作者からの要求に応じて、製造品質情報３００をディスプレイに出力することができる。

以上、電極材料製造工程における動作について説明した。

（２）単電池組立工程における製造条件の変更処理
図１６は、単電池組立工程における製造条件の変更処理のフローチャートである。

ここでは、ロール材料から所定の使用量を切り出した後に、電池の組立を行うことを前提に説明を行う。

製造条件制御部１３は、操作者からの指示に従って、本フローを開始し、まず、電池の組立工程において使用されるロール材料の製造管理番号を取得する（Ｓ２０１）。製造条件制御部１３は、ロール材料に添付されている製造管理番号を、製造装置に搭載されたセンサを介して読み取って取得してもよいし、操作者から入力を受け付けて取得してもよい。

次に、製造条件制御部１３は、ロール材料内の今回の組立てで使用予定の部分の位置情報を、位置情報読取部１２を介して取得する（Ｓ２０２）。ロール材料内の位置情報は、上述したように、例えば、製品に使用されるロール材料の原点（例えば、巻き始めまたは、巻き終わりを原点とする）と基準とした２次元の位置座標（ロールの送り方向およびロール長手方向）である。なお、ロール材料内の今回の組立てで使用予定の部分の範囲は、操作者により予め入力されているものとする。

位置情報読取部１２の位置情報の読み取り方法としては、前述の通り、ロール材料を送り出す機構部の回転数および回転速度、または、送り速度および送りに要した時間から現状の位置情報を計算してもよい。また、ロール材料内部に位置座標を示すマークが作成されている場合には、今回使用する箇所に最も近い位置座標マークを読み取ることにより、その位置情報を取得することができる。

次に、製造条件制御部１３は、電極材料の品質管理データ１７１から、Ｓ２０１で取得したロール材料の製造管理番号と、Ｓ２０２で取得した位置情報とに対応したロール材料の製造品質情報を取得する（Ｓ２０３）。

次に、製造条件制御部１３は、Ｓ２０２にて取得した今回使用予定のロール材料の位置情報に対応した製造品質情報を用いて、組立工程の製造条件を変更する（Ｓ２０４）。

具体的には、製造条件制御部１３は、今回使用予定のロール材料の部分（範囲）の欠陥数（または、欠陥総面積）が所定の規格値を上回る場合、欠陥箇所が終わるまでロール材料を送り流し、製品組立には使用しないようにする。そのため、所定量の空の送り出しを実施するように製造条件を変更する。空送り量は、ロール材料の標準使用量（１個の電池に使用される基準長さ）などの一定値としてもよい。

また、製造条件制御部１３は、膜厚分布に変動がある場合、ロール材料を捲き合わせた際の最終的な総材料量が一定となるようにロール材料の使用量（長さ）を変更する。例えば、製造品質情報３００の厚さ３０４の値のばらつきが所定値以上の場合や、所定の標準使用量（長さ）における総材料量（例えば、標準使用量（長さ）×平均膜厚）が所定範囲を超える場合に、ロール材料の使用量（長さ）を変更する。より具体的には、膜厚（例えば、平均厚さ）にロール材料の長さを乗じた値が、予め定めた総材料量に等しくなるように、使用するロール材料の長さの調整量を決定する。これにより、個々の電池間で、電極活物質の量に差がでないようにする。

製造条件制御部１３は、こうしてロール材料の使用条件を変更することにより、製造条件を変更する。

図１７は、製造条件制御部１３により生成されるロール材料の使用条件データ３１０を示す。

ロール材料の使用条件データ３１０は、組立製品の製造管理番号３１１ごとのレコードからなる。各レコードには、製品の組立で使用されるロール材料３１２ごとに、そのロール材料の使用条件３１３が含まれている。

使用条件３１３は、使用するロール材料の製造管理番号３２１と、そのロール材料中の使用する範囲の開始位置座標３２２と、標準使用量の範囲における欠陥の有無３２３と、空送り出し量３２４と、標準使用量における総材料量の計算値３２５と、使用量（長さ）の調整量３２６とを含んでいる。

図１７の例の「ロール材料１」では、標準使用量の範囲において欠陥が存在するため、まず指定された空送り量３２４だけ空送り出しを行ったのち、組立処理が行われる。また、使用量調整量３２６の値に応じて、使用するロール材料の長さが調整される。

ここで、欠陥位置を示すマークが図１１に示したように、予告マーク２１４Ａ，２１４Ｂ、２１６Ａ、２１６Ｂと、位置座標マーク２１５、２１７からなる場合について説明する。

位置情報読取部１２は、今回の電池組立の標準量にて使用するシート材料の領域内において、開始予告マーク２１４Ａの有無を検査し、開始予告マーク２１４Ａが存在しない場合、現行のシート材料位置から組立を開始するように、製造条件制御部１３に指示する。一方、開始予告マーク２１４Ａが存在する場合、終了予告マーク２１４Ｂまで空送りを行った後、シート材料の組立処理を行うように、製造条件制御部１３に指示する。製造条件制御部１３は、位置情報読取部１２からの指示にしたがって、製造条件（ロール材料の使用条件）を設定する。なお、位置情報読取部１２は、予告マーク２１４Ａ，２１４Ｂの有無の確認を、ロール材料２００を全体に渡り事前に検査した結果を検索することにより行ってもよい。

製造条件制御部１３は、変更した製造条件（ロール材料の使用条件データ）を、電池の品質管理データ１７２に格納する。なお、製造条件制御部１３は、開始位置３２２に、標準使用量（長さ）を足して、さらに、使用量調整量３２６で調整することに、電池の品質管理データ１７２に格納すべき使用位置（使用範囲）１７２５を求める。

以上、製造条件の変更処理について説明した。

（３）電池組立工程における製造品質情報の収集処理
図１８は、電池組立工程における製造品質情報の収集処理のフローチャートである。

本フローでは、組立工程を構成する各小工程に対して、Ｓ３０１〜Ｓ３０６のステップが繰り返される。

第２の情報収集部１４は、操作者からの指示に従って、本フローを開始し、まず、組立工程を構成する各小工程を、順に、「対象小工程」と設定し、その小工程で処理を行う組立製品の製造管理番号を取得する（Ｓ３０１）。

次に、第２の情報収集部１４は、「対象小工程」で使用される各種部品の製造管理番号を取得する（Ｓ３０２）。各種部品の製造番号は、各部品の所定の位置にその製造管理番号が形成されている場合もある。また、部品を格納する容器または袋にその製造管理番号が記載されている場合もある。第２の情報収集部１４は、製造管理番号を読み取るセンサを介して、または、操作者からの入力によって、各製造管理番号を取得する。

第２の情報収集部１４は、「対象小工程」で使用される製造装置の製造条件（ロール材料の使用条件データ）を取得する（Ｓ３０３）。

そして、第２の情報収集部１４は、所定の製造装置に、Ｓ３０３で取得した製造条件で製造を行うように指示する（Ｓ３０４）。

このとき、第２の情報収集部１４は、製造装置に対して、組立製品に対して製造管理番号を形成するように指示する。これを受けて、製造装置は、所定のタイミングで、組立製品に製造管理番号を示すマークを形成する。

図２１〜図２４は、組立製品に形成される製造管理番号の態様を示す。

図２１は、リチウム二次電池の円筒型単電池５０１を模式的に示す図である。同図では、円筒型単電池５０１の側面に当該単電池の製造管理番号を示すマーク５０２が付加されている。マークの位置は必ずしも側面にある必要はなく、円筒の上面または下面にあってもよい。

図２２は、リチウム二次電池の角型単電池５０３を模式的に示す図である。同図では、角型単電池５０３の側面に当該単電池の製造管理番号を示すマーク５０４が付加されている。

図２３は、リチウム二次電池のラミネート型単電池５０６を模式的に示す図である。リチウム二次電池の単電池の形状によらず、単電池の製造管理番号５０７を示すマークを読み取ることにより、当該製造管理番号に関連する製造品質情報を取得することができる。

図２４は、リチウム二次電池の円筒型単電池５０１から構成されるモジュール電池５１０を模式的に示す図である。モジュール組立工程においても、製造装置は、所定のタイミングで、組立製品であるモジュールに対して、製造管理番号を示すマークを形成する。複数のリチウム二次単電池の直列接続にて構成されるモジュール電池５１０には、当該モジュール電池に搭載された単電池の製造管理番号が特定可能な製造管理番号が付与される。モジュール電池５１０の製造管理番号マーク５１１を取得することにより、当該モジュール電池５１０に搭載された単電池の製造管理番号を取得することができるようになっている。

図１８に戻って説明する。

第２の情報収集部１４は、製造処理の開始後、組立製品の製造管理番号に対応した製造装置内に搭載された各種センサの計測情報を収集する（Ｓ３０５）。

さらに、第２の情報収集部１４は、製造処理の終了後、検査装置に組立製品の中間品質検査を行わせ、組立製品の製造管理番号に対応した中間品質検査情報を収集する（Ｓ３０６）。

そして、第２の情報収集部１４は、組立製品の製造工程の全小工程が終了したかどうかのチェックを行う（Ｓ３０７）。まだ、製造工程が残っている場合は、次の工程を「対象小工程」に設定し、ステップＳ３０１からの処理を繰り返し実行する。一方、製造工程が終了した場合（Ｓ３０７でＹｅｓ）、本処理を終了する。

以上、電池組立工程における製造品質情報の収集処理について説明した。

なお、第３の情報収集部１５が行うモジュール組立工程における製品品質情報の収集処理は、上記の第２の情報収集部１４の処理と基本的に同様である。第３の情報収集部１５の処理により、電池の品質管理データ１７２には、モジュールごとに、製造管理番号、そのモジュールを構成する単電池の製造管理番号、他の部品の製造管理番号、製造条件、計測データ、品質情報などが格納される。

（４）品質解析処理
品質解析部１６は、操作者からの要求に応じて、電極材料の品質管理データ１７１及び電池の品質管理データ１７２から、品質解析のための情報を抽出し出力する。

図１９は、組立製品の製造管理番号毎に、組立てに使用されたロール材料の製造品質情報を関連つけて生成したデータ（組立製品に関連するロール材料実績データ）４００を出力した例である。

組立製品に関連するロール材料実績データ４００は、組立製品の管理番号４０１ごとに、使用ロール材料の製造品質情報４０２を含んでいる。

使用ロール材料の製造品質情報４０２は、そのロール材料の製造管理番号４０３と、処理日時４０４と、組立製品における使用位置４０５と、厚さ４０６と、密度４０７と、欠陥数４０８と、製造に用いた調合材料４０９と、などを含む。

品質解析部１６は、操作者から組立製品の製造管理番号を受け付けると、電池の品質管理データ１７２から、その製造管理番号に対応するレコードを抽出する（図７参照）。

そして、抽出したレコードから、その組立製品に使用されたロール材料の製造管理番号と使用位置１７２５とを特定し、組立製品に関連するロール材料実績データ４００の製造管理番号４０３及び使用位置４０５とする。

また、品質解析部１６は、電極材料の品質管理データ１７１から、使用されたロール材料の製造管理番号に該当する品質情報を抽出し、製造処理が行われた処理日時１７１５を特定し、組立製品に関連するロール材料実績データ４００の処理日時４０４とする。

また、品質解析部１６は、製造管理番号４０３及び使用位置４０５に対応する製造品質情報３００から、使用位置４０５における品質（厚さ、密度、欠陥数）３０４、３０６、３０７を特定し、組立製品に関連するロール材料実績データ４００の厚さ４０６、密度４０７、欠陥数４０８を求める。

また、品質解析部１６は、電極材料の品質管理データ１７１から、組立製品に使用されたロール材料に使用された各種原材料の製造管理番号やその使用量を同時に取得し、組立製品に関連するロール材料実績データ４００の調合材料４０９とする。

また、品質解析部１６は、図２０（Ａ）に示すように、電極材料の品質管理データ１７１及び電池の品質管理データ１７２を参照することにより、操作者に指定された製造管理番号のロール材料について、各部分の位置と、組立製品の検査結果及びロール材料の特性値（例えば、膜厚）との関係を示すグラフ生成し、ディスプレイに出力する。図２０のグラフは、１個のロール材料の始めから終了までの範囲について、ロール材料の特性値（例えば、膜厚）を示し、かつ、製品１個あたりの使用区間と、その区間のロール材料で組立された製品の最終検査結果を示している。

このように、組立製品の最終製品検査結果を、その組立製品に使用されたロール材料内の位置座標と関連つけて表示したり、ロール材料の特性値を、そのロール材料内の位置座標と関連つけて表示したりすることで、最終製品の検査結果の変動要因の分析を行うことができる。

また、品質解析部１６は、図２０（Ａ）のグラフを基にして、図２０（Ｂ）に示すように、組立製品の検査結果と、当該組立製品に関連つくロール材料、位置座標におけるロール材料の特性値の相関を示すグラフを生成し表示する。このように、組立製品の検査結果とロール材料の特性値の相関を調べることにより、ロール材料のどの特性値が組立製品の検査結果に影響を与えているかを図示することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明した。

上記実施形態によれば、車載用リチウム二次単電池およびモジュール電池製造の高歩留り、高信頼性を確保するため、ロール材料である正極および負極材料に対してその位置座標に応じた製造品質の検査を行い、電池組立時に今回使用される正極および負極材料の位置座標を読み取り、該当する正極および負極材料の製造品質情報において、電池組立時における当該工程の製造条件を変更して処理を実施する。

すなわち、リチウム二次電池製造において、個々の電池に使用される正極、負極の電極材料の製造品質情報に応じて電池組立工程の当該工程の製造条件を変更し処理を実施する機能を有するため、リチウム二次電池製造の歩留りおよび信頼性を向上することができる。

また、電極材料の位置情報に応じた製造品質情報と、電池の製造品質情報および最終製品検査情報を関連つけた品質解析を行う機能を有するため、リチウム二次電池製造の不良解析の迅速化が可能となる。特に、電極材料の面積が大きい車載用リチウム二次電池製造において、その効果が大きい。

リチウム二次電池の動作原理を模式的に示す図である。 リチウム二次電池の製造工程を模式的に示す図である。 ロール材料の品質検査方法の事例を示す図である。 ロール材料の材料特性値の変動例を示す図である。 リチウム二次電池における材料特性値と電池性能の関係を模式的に示す図である。 二次電池の製造システムの概略構成図である。 データベース部の情報の構成図である。 二次電池の製造システムの概略構成図（データの流れを含む）である。 位置座標が認識可能なマークが形成されたロール材料の構成図である。 位置座標が認識可能なマークが形成されたロール材料の別の構成図である。 欠陥位置座標が認識可能なマークおよびその識別マークをあることを示す予告マークが生成されたロール材料の構成図である。 位置座標が認識可能なマークの例を示す図である。 位置座標および位置座標に対応した品質情報が認識可能なマークの例を示す図である。 電池材料の製造工程における処理のフローチャートである。 製造品質情報の構成図である。 電池材料の製造条件の変更処理のフローチャートである。 ロール材料の使用条件データの構成図ある。 電池材料の製造工程における品質情報収集処理のフローチャートである。 組立製品に関連するロール材料実績データの構成図ある。 図２０（Ａ）、（Ｂ）は、品質解析処理の出力例を示す図である。 リチウム二次電池の円筒型単電池を模式的に示す図である。 リチウム二次電池の角型単電池を模式的に示す図である。 リチウム二次電池のラミネート型単電池を模式的に示す図である。 リチウム二次電池の円筒型単電池から構成されるモジュール電池を模式的に示す図である。

符号の説明

１ データ演算部
１１ 第１の情報収集部
１２ 位置情報読取部
１３ 製造条件制御部
１４ 第２の情報収集部
１５ 第３の情報収集部
１６ 品質解析部
１７ データベース部
２１ 製造装置群
２２ 製造装置
２３ 検査装置群
２４ 検査装置
３１ 製造装置群
３２ 製造装置
３３ 検査装置群
３４ 検査装置
４１ 製造装置群
４２ 製造装置
４３ 検査装置群
４４ 検査装置
１００ リチウム二次電池
１０１ 正極
１０２ 負極
１０３ 電解液
１０４ セパレータ
１７１ 電極材料の品質管理データ
１７２ 電池の品質管理データ

Claims (14)

1. 二次電池の製造方法であって、
   切り出し前の電極材料の位置を取得する位置情報取得ステップと、
   取得した前記位置に応じた品質情報を取得する品質情報取得ステップと、
   前記品質情報に基づいて、前記電極材料における製品ごとの使用範囲を決定する使用範囲決定ステップと、を含み、
   前記品質情報は、欠陥と、膜厚と、を特定するための情報を少なくとも含む
   ことを特徴とする二次電池の製造方法。
2. 請求項１に記載の二次電池の製造方法であって、
   前記使用範囲は、前記欠陥を、所定の数以上、又は所定の総面積以上含まないよう決定される
   ことを特徴とする二次電池の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の二次電池の製造方法であって、
   前記使用範囲は、前記膜厚から定まる総材料量が、所定の範囲を超えないよう決定される
   ことを特徴とする二次電池の製造方法。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の二次電池の製造方法であって、
   前記電極材料には、当該電極材料中の各部分の位置を特定するためのマークが形成されており、
   前記位置情報取得ステップは、
   前記マークを読み取ることにより、前記電極材料の位置を特定する
   ことを特徴とする二次電池の製造方法。
5. 請求項４に記載の二次電池の製造方法であって、
   前記電極材料の製造工程において、
   前記電極材料に前記マークを形成するステップを含む
   ことを特徴とする二次電池の製造方法。
6. 請求項４または５に記載の二次電池の製造方法であって、
   前記電極材料の製造工程において、
   前記マークの位置に対応させて、その位置の部分の品質情報をデータベースに格納するステップを含む
   ことを特徴とする二次電池の製造方法。
7. 請求項４から６のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法であって、
   前記マークは、
   前記電極材料中の電極活物質の非塗工部に形成されている
   ことを特徴とする二次電池の製造方法。
8. 請求項４から６のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法であって、
   前記マークは、
   前記電極材料中の電極活物質の塗工部に形成されている
   ことを特徴とする二次電池の製造方法。
9. 請求項４から８のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法であって、
   前記マークは、位置座標情報を含む
   ことを特徴とする二次電池の製造方法。
10. 請求項４から９のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法であって、
    前記マークは、品質情報を含む
    ことを特徴とする二次電池の製造方法。
11. 請求項４から１０のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法であって、
    前記マークは、
    特定の品質の部分が存在することを示す予告マークと、
    前記予告マークが示す特定の品質の部分の位置を示すマークと、を含む
    ことを特徴とする二次電池の製造方法。
12. 請求項１から３の何れか一項に記載の二次電池の製造方法であって、
    前記位置情報取得ステップは、
    前記電極材料の送り速度および送りに要した時間から、前記電極材料の位置座標を求める
    ことを特徴とする二次電池の製造方法。
13. 請求項１２に記載の二次電池の製造方法であって、
    前記電極材料の製造工程において、
    前記電極材料の送り速度および送りに要した時間から、前記電極材料の各部分の位置座標を求め、
    前記位置座標に対応させて、その位置座標の部分の品質情報をデータベースに格納するステップ
    を含むことを特徴とする二次電池の製造方法。
14. コンピュータで構成される、二次電池の製造システムであって、
    切り出し前の電極材料の位置を取得する位置情報取得手段と、
    取得した前記位置に応じた品質情報を取得する品質情報手段と、
    前記品質情報に基づいて、前記電極材料における製品ごとの使用範囲を決定する使用範囲決定手段と、を含み、
    前記品質情報は、欠陥と、膜厚と、を特定するための情報を少なくとも含む
    ことを特徴とする二次電池の製造システム。

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