JP5422915B2

JP5422915B2 - 電子材料構造体の組み合わせ方法とそれを備えた電子モジュール体の製造方法と、電子材料構造体の組み合わせ装置とそれを備えた電子モジュール体の製造装置

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Publication number: JP5422915B2
Application number: JP2008125479A
Authority: JP
Inventors: 幸夫得原
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2028-05-13
Also published as: JP2009277402A

Description

この発明は、電子材料構造体の組み合わせ方法と、電子モジュール体の製造方法と、電子材料構造体の組み合わせ装置と、電子モジュール体の製造装置に関する。

一般に、電子部品においては、金属材料やセラミック材料、有機材料などからなる箔、粉体、発泡体、ペーストなどを複合化して電子材料構造体が構成され、電子材料構造体を複数個積層するなどして集合化して大容量の電子材料構造体群が構成されている。電子材料構造体群は、電池や組電池、電解コンデンサなどの蓄電デバイスや、光トランシーバーモジュール等の電子部品に用いられる。

電子材料構造体群を構成する各電子材料構造体の物性は、完全に同一であることが理想である。しかしながら、実際には、電子材料構造体群を構成する各電子材料構造体の物性は、各材料製造工程や複合化工程における設計公差や製造公差の範囲内でばらついている。物性がばらついている複数の電子材料構造体を用いて電子材料構造体群を構成すると、電子材料構造体群の物性もばらついてしまう。

そこで、従来、電子材料構造体を集合化して構成した電子材料構造体群の物性のばらつきを調整する方法が提案されている。例えば、特開２００７−３２５４５１号公報（特許文献１）には、複数のリチウムイオン二次電池を直列接続した組電池の電圧バランス調整法が記載されている。この電圧バランス調整法では、組電池を構成する複数のリチウムイオン二次電池のうちのいずれかの電圧が、満充電電圧と限界電圧の間の電圧に達するまで組電池の充電を行なう。このようにすることによって、複数のリチウムイオン二次電池をほぼ満充電電圧に揃えることが記載されている。
特開２００７−３２５４５１号公報

しかしながら、特開２００７−３２５４５１号公報（特許文献１）に記載の電圧バランス調整法では、リチウムイオン二次電池の容量のばらつきや、組電池の容量のばらつきなどを解消することができない。電子材料構造体群を用いた電池や組電池などの電子モジュール体の物性のばらつきを解消することができないので、電子モジュール体の製造の後工程において、エージング、すなわち、電圧測定や良否判定などを行なう必要がある。

均一な物性を有する電子材料構造体のみを用いて電子材料構造体群を構成することができれば、複数のリチウムイオン二次電池や複数の組電池など、複数の電子モジュール体の物性を揃えることが可能である。しかしながら、このようにして複数の電子モジュール体の物性を揃えるためには、設計公差や製造公差の範囲内で物性がばらついている電子材料構造体から、所定の物性の電子材料構造体のみを選び取って電子材料構造体群や電子モジュール体の製造に用いることになり、非常に無駄が大きくなる。

そこで、この発明の目的は、電子材料構造体群間の物性のばらつきを簡単に低減させることが可能な電子材料構造体の組み合わせ方法とそれを備えた電子モジュール体の製造方法と、電子材料構造体の組み合わせ装置とそれを備えた電子モジュール体の製造装置を提供することである。

この発明に従った電子材料構造体の組み合わせ方法は、複数の電子材料構造体のそれぞれについて、少なくとも重量値を測定する測定段階と、所定の個数の電子材料構造体を組み合わせて電子材料構造体群を構成するために、測定段階において測定された複数の電子材料構造体の少なくとも重量値に基づいて算出される電子材料構造体群の全体の少なくとも重量値が所定の範囲内になるように、複数の電子材料構造体から所定の個数の電子材料構造体を選択して組み合わせて、一つの電子材料構造体群を求める組み合わせ段階と、を備える。

このようにして、個々の電子材料構造体の重量値が設計公差や製造公差の範囲内でばらついていても、電子材料構造体群の物性のばらつきを小さくすることができる。電子材料構造体群の物性のばらつきを小さくすることによって、電子材料構造体群の製造後に、改めて電子材料構造体群の物性値を測定し直すなどの後工程を省略したり簡単にしたりすることができる。このような後工程を省略したり簡単にしたりすることによって、電子材料構造体群や、電子材料構造体群の製造に必要な日数を少なくし、また、製造コストを下げることができる。

このようにすることにより、電子材料構造体群間の物性のばらつきを簡単に低減させることが可能な電子材料構造体の組み合わせ方法を提供することができる。

この発明に従った電子材料構造体の組み合わせ方法においては、測定段階は、電子材料構造体の重量値を測定する重量測定段階と、電子材料構造体の表面抵抗を測定する抵抗測定段階と、を含む。

重量値と表面抵抗を測定して、これらの値に基づいて電子材料構造体群の全体の値が所定の範囲内になるようにすることにより、電子材料構造体群の物性をより最適化することができる。

この発明に従った電子材料構造体の組み合わせ方法においては、組み合わせ段階は、重量測定段階において測定された複数の電子材料構造体の重量値に基づいて算出される電子材料構造体群の全体の重量値が所定の範囲内になるように、複数の電子材料構造体から所定の個数の電子材料構造体を選択して組み合わせて、各々が複数の電子材料構造体の組み合わせからなる複数の電子材料構造体群を求める第１の組み合わせ段階と、第１の組み合わせ段階で得られた複数の電子材料構造体群に含まれる複数の電子材料構造体について、抵抗測定段階において測定された複数の電子材料構造体の表面抵抗に基づいて算出される電子材料構造体群の全体の表面抵抗が所定の範囲内になるように、複数の電子材料構造体から所定の個数の電子材料構造体を選択して組み合わせて、一つの電子材料構造体群を求める第２の組み合わせ段階と、を含む。

このようにすることにより、電子材料構造体群について、重量値を均一に揃え、さらに、表面抵抗を均一に揃えることができるので、電子材料構造体群の全体の物性をより最適化することができる。

この発明に従った電子材料構造体の組み合わせ方法においては、電子材料構造体は電池の正極部材である。

電子材料構造体の重量値を測定することによって、電子材料構造体群の重量と、重量から二次的に算出される物性値を所定の範囲内に揃えることができる。電子材料構造体群の重量を所定の範囲内に揃えることによって、電子材料構造体群が電池の正極材料として用いられる場合には、電池の容量を揃えることができる。このようにして電池の容量を揃えることができるので、電池や組電池の容量試験工程や容量ランク識別を行なうことが不要になる。また、電池の容量が同じであれば、微小短絡による電池電圧低下量も同程度であると考えられる。そのため、電池や組電池の良否判定の検出精度を向上させることができるので、エージング日数を短縮することができる。

また、電子材料構造体の表面抵抗を測定することによって、電子材料構造体群の電流値を均一化することができる。電子材料構造体が正極部材であり、電子材料構造体群が単電池の正極として用いられると、単電池の電圧特性が均一になる。そのため、例えば、この単電池を複数並列接続して電子モジュール体として大容量の組電池を作製すると、組電池の充放電時に、各単電池に出入りする電流値を均一化することができる。また、例えば、この単電池を複数直列接続して電子モジュール体として大容量の組電池を作製すると、充放電時に各単電池の電圧上昇、電圧降下の特性を均一化することができる。

この発明に従った電子モジュール体の製造方法は、電子材料構造体群を含む電子モジュール体の製造方法であって、上記の電子材料構造体の組み合わせ方法を備える。

このようにすることにより、個々の電子材料構造体の重量値や表面抵抗が設計公差や製造公差の範囲内でばらついていても、電子材料構造体群の物性のばらつきを小さくすることができる。電子材料構造体群の物性のばらつきを小さくすることによって、電子材料構造体群を含む電子モジュール体の物性のばらつきを小さくすることができる。したがって、電子モジュール体群の製造後に、改めて電子モジュール体の物性値を測定し直すなどの後工程を省略したり、簡単にしたりすることができる。このような後工程を省略したり簡単にしたりすることによって、電子モジュール体の製造に必要な日数を少なくし、また、製造コストを下げることができる。

このようにすることにより、電子モジュール体間の物性のばらつきを簡単に低減させることが可能な電子モジュール体の製造方法を提供することができる。

この発明に従った電子モジュール体の製造方法においては、当該電子モジュール体は電池である。

このようにすることにより、測定段階において測定される値に応じて、電池の容量、厚み、充放電時の電流値、サイクル性能、極板の機械的強度、といった品質を揃えることができる。

この発明に従った電子モジュール体の製造方法においては、電池は組電池であることが好ましい。

このようにすることにより、測定段階において測定される値に応じて、組電池の容量、厚み、充放電時の電流値、サイクル性能、極板の機械的強度、といった品質を揃えることができる。

この発明に従った電子材料構造体の組み合わせ装置は、複数の電子材料構造体のそれぞれについて、少なくとも重量値を測定する測定部と、所定の個数の電子材料構造体を組み合わせて電子材料構造体群を構成するために、物性測定部において測定された複数の電子材料構造体の少なくとも重量値に基づいて算出される電子材料構造体群の全体の少なくとも重量値が所定の範囲内になるように、複数の電子材料構造体から所定の個数の電子材料構造体を選択して組み合わせて、一つの電子材料構造体群を求める組み合わせ部と、を備える。

このようにして、個々の電子材料構造体の重量値が設計公差や製造公差の範囲内でばらついていても、電子材料構造体群の物性のばらつきを小さくすることができる。電子材料構造体群の物性のばらつきを小さくすることによって、電子材料構造体群の製造後に、改めて電子材料構造体群の物性値を測定し直すなどの後工程を省略したり簡単にしたりすることができる。このような後工程を省略したり簡単にしたりすることによって、電子材料構造体群の製造に必要な日数を少なくし、また、製造コストを下げることができる。

このようにすることにより、電子材料構造体群間の物性のばらつきを簡単に低減させることが可能な電子材料構造体の組み合わせ装置を提供することができる。

この発明に従った電子材料構造体の組み合わせ装置においては、測定部は、電子材料構造体の重量値を測定する重量測定部と、電子材料構造体の表面抵抗を測定する抵抗測定部と、を含む。

この発明に従った電子材料構造体の組み合わせ装置においては、組み合わせ部は、重量測定部において測定された複数の電子材料構造体の重量値に基づいて算出される電子材料構造体群の全体の重量値が所定の範囲内になるように、複数の電子材料構造体から所定の個数の電子材料構造体を選択して組み合わせて、各々が複数の電子材料構造体の組み合わせからなる複数の電子材料構造体群を求める第１の組み合わせ部と、第１の組み合わせ部で得られた複数の電子材料構造体群に含まれる複数の電子材料構造体について、抵抗測定部において測定された複数の電子材料構造体の表面抵抗に基づいて算出される電子材料構造体群の全体の表面抵抗が所定の範囲内になるように、複数の電子材料構造体から所定の個数の電子材料構造体を選択して組み合わせて、一つの電子材料構造体群を求める第２の組み合わせ部と、を含む。

この発明に従った電子材料構造体の組み合わせ装置においては、電子材料構造体は正極部材である。

この発明に従った電子モジュール体の製造装置は、電子材料構造体群を含む電子モジュール体の製造装置であって、上記の電子材料構造体の組み合わせ装置を備える。

このようにすることにより、個々の電子材料構造体の重量値や表面抵抗が設計公差や製造公差の範囲内でばらついていても、電子材料構造体群の物性のばらつきを小さくすることができる。電子材料構造体群の物性のばらつきを小さくすることによって、電子材料構造体群を含む電子モジュール体の物性のばらつきを小さくすることができる。したがって、電子モジュール体の製造後に、改めて電子モジュール体の物性値を測定し直すなどの後工程を省略したり簡単にしたりすることができる。このような後工程を省略したり簡単にしたりすることによって、電子モジュール体の製造に必要な日数を少なくし、また、製造コストを下げることができる。

このようにすることにより、電子モジュール体間の物性のばらつきを簡単に低減させることが可能な電子モジュール体の製造装置を提供することができる。

この発明に従った電子モジュール体の製造装置においては、当該電子モジュール体は電池である。

このようにすることにより、測定部において測定される値に応じて、電池の容量、厚み、充放電時の電流値、サイクル性能、極板の機械的強度、といった品質を揃えることができる。

この発明に従った電子モジュール体の製造装置においては、電池は組電池であることが好ましい。

このようにすることにより、測定部において測定される値に応じて、組電池の容量、厚み、充放電時の電流値、サイクル性能、極板の機械的強度、といった品質を揃えることができる。

以上のように、この発明によれば、電子材料構造体群間の物性のばらつきを簡単に低減させることが可能な電子材料構造体の組み合わせ方法とそれを備えた電子モジュール体の製造方法と、電子材料構造体の組み合わせ装置とそれを備えた電子モジュール体の製造装置を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の一つの実施の形態として、組電池製造装置の全体を模式的に示す図である。

図１に示すように、電子モジュール体の製造装置として組電池製造装置２は、電子材料構造体の組み合わせ装置として複数の組み合わせシステム２００と、単電池組立て部２８０と、組電池組立て部２９０と、主組立てライン２４０と送出ライン２３０とから構成されている。主組立てライン２４０は、組み合わせシステム２００と単電池組立て部２８０と組電池組立て部２９０とを連結する。送出ライン２３０は、組み合わせシステム２００と主組立てライン２４０とを連結する。それぞれの組み合わせシステム２００は、測定ステージ２１０と積層ステージ２２０とを備える。

図２は、組み合わせシステムの全体を模式的に示す図（Ａ）と、測定ステージを模式的に示す図（Ｂ）である。

図２の（Ａ）に示すように、それぞれの組み合わせシステム２００は、１２個の測定ステージ２１０と、１個の積層ステージ２２０を備える。１２個の測定ステージ２１０は、排出ライン２１６によって積層ステージ２２０に連結されている。

図２の（Ｂ）に示すように、それぞれの測定ステージ２１０は、ストッカー２１１と、重量測定部２１３と、抵抗測定部２１５を含む。ストッカー２１１には、電子材料構造体として正極部材１１が蓄えられる。ストッカー２１１と重量測定部２１３は、第１搬送部２１２によって連結されている。重量測定部２１３と抵抗測定部２１５は、第２搬送部２１４によって連結されている。重量測定部２１３は、正極部材１１の重量を測定する。抵抗測定部２１５は、正極部材１１の表面抵抗を測定する。この実施の形態では、重量合算値が所定の規格値を満たす１０個の正極部材１１の組み合せ抽出を一次判断とし、二次判断として１０個の正極部材１１を並列接続した際の表面抵抗の合算値が所定の規格値を満たす最適組み合わせを抽出する。

図３は、抵抗測定部の構成を模式的に示す図である。

図３に示すように、抵抗測定部２１５は、プローブＡ、Ｂ、Ｃ、および、ａ、ｂ、ｃを有する。プローブＡとａ、Ｂとｂ、Ｃとｃは、それぞれ同軸上に配置されている。正極部材１１は、集電部１１ｃと、集電部１１ｃの表面上に形成される表面素子部１１ａと、集電部１１ｃの裏面上に形成される裏面素子部１１ｂとから構成されているので、正極部材１１が抵抗測定部２１５に載置されると、プローブＡとａが正極部材１１の集電部１１ｃを表面側と裏面側に接触する。また、プローブＢとＣが正極部材１１の表面素子部１１ａに接触し、プローブｂとｃが正極部材１１の裏面素子部１１ｂに接触する。プローブＡとａによって、集電部１１ｃの厚みを測定することができる。また、プローブＢとｂ、Ｃとｃによって、正極部材１１の複数箇所の厚みを測定することができる。各プローブは、交流４端子法による抵抗測定のプローブも兼ねているので、プローブＡとａによって、集電部１１ｃの抵抗値を測定することができる。また、プローブＢとｂ、Ｃとｃによって、正極部材１１の複数箇所の全体抵抗値を測定することができる。また、プローブＡとＢ、ＡとＣ、ＢとＣ、ａとｂ、ａとｃ、ｂとｃによって、正極部材１１の表面側と裏面側の表面抵抗を測定することができる。抵抗測定部２１５のプローブの本数や配置、特性確認項目は、任意に変更することができる。

図４は、組み合わせシステムの制御関連の構成を示すブロック図である。

図４に示すように、組み合わせシステム２００は、組み合わせ制御部２０１と、重量測定部２１３と、抵抗測定部２１５と、排出制御部２７０とを備える。組み合わせ制御部２０１は、重量組み合わせ部２５０と抵抗組み合わせ部２６０とから構成されている。重量組み合わせ部２５０は、重量演算部２５１と重量記憶部２５２とから構成されている。抵抗組み合わせ部２６０は、抵抗演算部２６１と抵抗記憶部２６２とから構成されている。重量組み合わせ部２５０は、第１の組み合わせ部の一例であり、抵抗組み合わせ部２６０は、第２の組み合わせ部の一例である。

組み合わせシステム２００に含まれる個々の測定ステージ２１０（図２）の重量測定部２１３は、正極部材１１の重量を測定し、重量組み合わせ部２５０の重量演算部２５１に信号を送信する。重量演算部２５１は、重量測定部２１３から受信した信号を重量記憶部２５２に送信する。重量記憶部は、個々の測定ステージ２１０で測定された正極部材１１の重量を記憶する。重量演算部２５１は、個々の重量測定部２１３において測定された正極部材１１の重量を、重量記憶部２５２から読み出して、全体の重量値として重量の合算値が所定の範囲内になる正極部材１１の組み合わせを抽出する。

組み合わせシステム２００に含まれる個々の測定ステージ２１０の抵抗測定部２１５は、正極部材１１の表面抵抗Ｒを測定し、抵抗組み合わせ部２６０の抵抗演算部２６１に信号を送信する。抵抗演算部２６１は、抵抗測定部２１５から受信した信号に基づいて、表面抵抗Ｒの逆数を算出し、表面抵抗の逆数（１／Ｒ）を抵抗記憶部２６２に送信する。抵抗記憶部２６２は、個々の測定ステージ２１０で測定された正極部材１１の表面抵抗の逆数（１／Ｒ）を記憶する。抵抗演算部２６１は、個々の抵抗測定部２１５において測定された正極部材１１の表面抵抗Ｒから算出された表面抵抗の逆数（１／Ｒ）を、抵抗記憶部２６２から読み出して、全体の表面抵抗として表面抵抗の逆数（１／Ｒ）の合算値が所定の範囲内になる正極部材１１の組み合わせを抽出する。

排出制御部２７０は、個々の測定ステージ２１０上の正極部材１１を積層ステージ２２０（図２）に排出するように、測定ステージ２１０と排出ライン２１６を制御する。

組み合わせ制御部２０１は、重量演算部２５１と抵抗演算部２６１における演算の結果に基づいて、重量の合算値と表面抵抗の逆数の合算値が所定の範囲内になる正極部材１１の組み合わせを抽出する。組み合わせ制御部２０１は、排出制御部２７０に制御信号を送信して、この正極部材１１の組み合わせを各測定ステージ２１０から積層ステージ２２０に排出させる。

次に、一つの実施の形態の組電池製造装置２を用いて組電池１を製造する工程を順に説明する。

図５は、組電池を構成する個々の単電池の正極部材の製作工程を示す図である。

図５の（Ａ）と（Ｂ）に示すように、厚み２０μｍのアルミニウム箔９０の塗布部分９２に、スラリーを塗布する。隣接する塗布部分９２の間には、スラリーが塗布されない未塗布部分９１が形成される。アルミニウム箔９０に塗布されるスラリーは、この実施の形態においては、携帯機器に使用されるリチウムイオン電池の正極主材料であるＬｉＣｏＯ₂と、結着剤であるポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）と、導電助剤であるアセチレンブラックとをＮＭＰ（Ｎ‐メチルピロリドン）に均一に分散させたスラリーである。塗布部分９２の長さＰは、１２２ｍｍ、未塗布部分９１の長さＱは、１０ｍｍである。アルミニウム箔９０の幅Ｌは、６５０ｍｍ程度である。スラリーを塗布し、乾燥させた後、アルミニウム箔９０の裏面に同一ピッチで、表面と同様に塗布部分９２と未塗布部分９１を交互に設けながら、スラリーを塗布する。表面と裏面とに塗布するスラリーの厚みや塗布量は、同一であるようにする。

図５の（Ｃ）に示すように、スラリーを塗布して乾燥させたアルミニウム箔９０を、約１００μｍの厚さまでロールプレスした後、長さ１３０ｍｍ（このうちアルミニウムが露出した端部の長さＱ１を８ｍｍとする）、幅Ｌ１が６５ｍｍの短冊状に切断して正極部材１１を作製する。

このようにして作製された正極部材１１は、組電池製造装置２のストッカー２１１に蓄えられる。

図６は、組電池製造装置の個々の組み合わせシステムにおいて正極部材を組み合わせる工程を順に示すフローチャートである。

図１から図６を用いて、組電池製造装置２における正極部材１１の組み合わせ方法を順に説明する。

図６に示すように、ストッカー２１１に蓄えられている正極部材１１のうちの１つが第１搬送部２１２によって重量測定部２１３に搬送されると、重量測定段階としてステップＳ１で、重量測定部２１３は正極部材１１の重量を測定する。重量測定部２１３は、測定した正極部材１１の重量についての信号を重量演算部２５１を介して重量記憶部２５２に送信する。測定された重量は、例えば、表１から表３に示すように、１５０個の正極部材１１でばらつきがある。重量を測定された正極部材１１は、第２搬送部２１４によって抵抗測定部２１５に搬送される。

ステップＳ２では、重量演算部２５１は、組み合わせシステム２００の１２個の測定ステージ２１０のそれぞれの重量測定部２１３で測定され、重量記憶部２５２に記憶されている正極部材１１の重量を、重量記憶部２５２から読み出す。重量演算部２５１は、１２個のうち１０個の正極部材１１を選択する組合せのすべての場合について、重量の合算値Ａを算出する。

第１の組み合わせ段階としてステップＳ３では、重量演算部２５１は、１２個の正極部材１１のうちから、１０個の正極部材１１の重量合算値Ａが所定の範囲内になる正極部材１１の組み合わせを抽出する。例えば、表１の正極Ｎｏ．１〜１２の正極部材１１から１０個の正極部材１１を組み合わせるとき、重量合算値Ａの所定の規格値範囲が２２．６９５ｇ〜２２．７０５ｇである場合には、表４に示すように、２７例の組み合わせＢが抽出される。重量演算部２５１は、この２７例の組み合わせＢを重量記憶部２５２に記憶させる。

抵抗測定段階としてステップＳ４では、抵抗測定部２１５が正極部材１１の表面抵抗を測定する。抵抗測定部２１５のプローブＢとＣの間に交流１ｋＨｚを印加して、正極部材１１の表面素子の表面抵抗を測定する。抵抗測定部２１５は、測定した表面抵抗についての信号を抵抗演算部２６１に送信する。抵抗演算部２６１は、表面抵抗の逆数を算出して、算出された表面抵抗の逆数を抵抗記憶部２６２に記憶させる。

ステップＳ５では、抵抗演算部２６１は、測定システムの１２個の測定ステージ２１０のそれぞれの抵抗測定部２１５で測定され、抵抗記憶部２６２に記憶されている正極部材１１の表面抵抗の逆数を、抵抗記憶部２６２から読み出す。抵抗演算部２６１は、表４に示す、重量合算値が所定の規格値を満たす２７例の正極部材１１の組み合わせについて、表面抵抗の逆数の合算値Ｃを算出する。

第２の組み合わせ段階としてステップＳ６では、抵抗演算部２６１は、表４に示す２７例の正極部材１１の組み合わせのうち、表面抵抗の逆数の合算値Ｃが所定の規格値範囲内にある正極部材１１の組み合わせを抽出する。表面抵抗の逆数の合算値Ｃについて、所定の規格値範囲を例えば３０．８〜３１．８×１０³Ω^-1とすると、表４に示す２７例の組み合わせＢのうち、組合せグループＮｏ．２等の１９例の組み合わせＤが抽出される。

ステップＳ７では、組み合わせ制御部２０１は、ステップＳ６で抽出された１９例の組み合わせＤのうち、任意の１つの組み合わせを選択し、この組み合わせに含まれる１０個の正極部材１１を積層ステージ２２０に排出するように、排出制御部２７０に制御信号を送信する。たとえば、組合せグループＮｏ．２が選択された場合には、正極Ｎｏ．２，３，５，６，７，８，９，１０，１１，１２の正極部材１１が測定ステージ２１０から積層ステージ２２０に、１つずつ、排出される。

このとき、それぞれの正極部材１１を積層ステージ２２０に排出する順序や、積層方向に対する正極部材１１の表裏面選択を制御することによって、種々の目的に合致した積層順を構成することができる。

正極Ｎｏ．１と正極Ｎｏ．４の正極部材１１は、積層ステージ２２０に排出されず、測定ステージ２１０に残される。正極Ｎｏ．２，３，５，６，７，８，９，１０，１１，１２の正極部材１１が載置されていた測定ステージ２１０の重量測定部２１３には、ストッカー２１１から、新たな正極部材１１が供給される。組み合わせ制御部２０１は、正極Ｎｏ．１とＮｏ．４の正極部材１１と、新たな１０個の正極部材１１について、ステップＳ１〜Ｓ７を繰り返す。新たに組み合わせる１２個の正極部材１１は、正極Ｎｏ．１３〜２４とする。正極Ｎｏ．１３〜２４の正極部材１１について、重量の合算値が所定の規格値範囲内、すなわち、２２．６９５ｇ〜２２．７０５ｇである正極部材１１の組み合わせを表５に示す。

組合せ制御部は、表５から、例えば組合わせグループＮｏ．１０１の組み合わせを選択する。組み合わせグループＮｏ．１０１を構成する正極部材１１、すなわち、正極Ｎｏ．１５,１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４は、測定ステージ２１０から積層ステージ２２０に排出される。排出されなかったＮｏ．１３と１４の正極部材１１はそのまま測定ステージ２１０に残され、新たに１０個の正極部材１１がストッカー２１１から重量測定部２１３に供給されて、ステップＳ１〜Ｓ７が繰り返される。

なお、１２箇所の各重量測定部２１３における重量測定において規格値を満たす組合せが１例もない場合には、該当する１２個の正極部材１１すべてを積層ステージ２２０から、一旦、待機用ストッカー（図示せず）に排出し、新たな１２個の正極部材１１を各ストッカー２１１から各重量測定部２１３に供給する。

たとえば、ステップＳ１〜Ｓ７を８回繰り返して、表６に示すように、組合わせグループＡ〜Ｈの８個、正極部材１１の組み合わせを求める。それぞれの組合せグループの正極部材１１は、積層ステージ２２０で積層される。

積層ステージ２２０で積層された正極部材１１は、送出ライン２３０を通って、主組立てライン２４０上に送出される。主組立てライン２４０上の積層された正極部材１１は、単電池組立て部２８０に搬送される。単電池組立て部２８０においては、積層された正極部材１１を用いて、電子材料構造体群として単電池の発電要素が製作される。

図７は、単電池として非水電解液電池の一例を示す概略的な平面図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った方向から見た断面を拡大して示す部分断面図、図９は図７のＩＸ−ＩＸ線に沿った方向から見た断面を拡大して示す部分断面図である。

図７に示すように、単電池１００は、発電要素１０と、発電要素１０を収容して封止する外装部材２０と、複数の集電部を介して発電要素１０に接続されて外装部材２０の外周縁から導出された正極端子３０および負極端子４０とから構成される。

図８と図９に示すように、発電要素１０は、複数の正極部材１１と、複数の負極部材１２と、各々が複数の正極部材１１の各々と複数の負極部材１２の各々との間に介在するように配置された複数のセパレータ部材１３と、図示しない非水電解液とを含む。複数の正極部材１１の各々と複数の負極部材１２の各々が複数のセパレータ部材１３の各々を間に介在して交互に積層されている。正極部材１１、負極部材１２およびセパレータ部材１３は、板状、フィルム状、箔状などに形成される。たとえば、複数のフィルム状の正極部材１１と負極部材１２がセパレータ部材１３を介して密着状態で積層された積層体が、アルミニウムラミネートフィルムからなる外装部材２０の内部に充填されている。図９に示すように、複数の負極部材１２は複数の集電部材４１を介して負極端子４０に接続されている。図示されていないが、複数の正極部材１１も同様に正極端子３０（図７）に接続されている。

単電池組立て部２８０において、このような構成に作製された単電池１００は、次に、主組立てライン２４０を通って、組電池組立て部２９０に送出される。

図１０は、組電池の全体を示す斜視図である。

図１０に示すように、組電池１は、積層された単電池１００と、保護回路モジュール１３０と、単電池１００に接続される正極端子１１０と負極端子１２０とから構成されている。単電池１００は、冷却用溝１０１が形成されたケースに入れられて積層されている。

以上のように、組み合わせシステム２００は、複数の正極部材１１のそれぞれについて、少なくとも重量値を測定する重量測定部２１３と抵抗測定部２１５と、所定の個数の正極部材１１を組み合わせて発電要素１０を構成するために、重量測定部２１３と抵抗測定部２１５において測定された複数の正極部材１１の重量値と表面抵抗に基づいて算出される発電要素１０の全体の重量値と表面抵抗が所定の範囲内になるように、複数の正極部材１１から所定の個数の正極部材１１を選択して組み合わせて、一つの発電要素１０を求める重量組み合わせ部２５０と抵抗組み合わせ部２６０と、を備える。

また以上のように、組電池製造装置２における正極部材１１の組み合わせ方法は、複数の正極部材１１のそれぞれについて、少なくとも重量値を測定するステップＳ１とステップＳ４と、所定の個数の正極部材１１を組み合わせて発電要素１０を構成するために、ステップＳ１とステップＳ４において測定された複数の正極部材１１の重量値と表面抵抗に基づいて算出される発電要素１０の全体の重量値と表面抵抗が所定の範囲内になるように、複数の正極部材１１から所定の個数の正極部材１１を選択して組み合わせて、一つの発電要素１０を求めるステップＳ３とステップＳ６と、を備える。

このようにして、個々の正極部材１１の重量値と表面抵抗が設計公差や製造公差の範囲内でばらついていても、発電要素１０の物性のばらつきを小さくすることができる。発電要素１０の物性のばらつきを小さくすることによって、発電要素１０の製造後に、改めて発電要素１０の物性値を測定し直すなどの後工程を省略したり簡単にしたりすることができる。このような後工程を省略したり簡単にしたりすることによって、発電要素１０の製造に必要な日数を少なくし、また、製造コストを下げることができる。

このようにすることにより、発電要素１０間の物性のばらつきを簡単に低減させることが可能な正極部材１１の組み合わせ方法と、組み合わせシステム２００を提供することができる。

また、組み合わせシステム２００においては、測定ステージ２１０は、正極部材１１の重量を測定する重量測定部２１３と、正極部材１１の表面抵抗を測定する抵抗測定部２１５と、を含む。また、正極部材１１の組み合わせ方法においては、測定段階は、正極部材１１の重量を測定するステップＳ１と、正極部材１１の表面抵抗を測定するステップＳ４と、を含む。

正極部材１１は、重量、厚みや電気抵抗などの直接測定可能な値や、これらの値から二次的に算出される空隙率や体積抵抗率など、多くの物性値によって表される物性を有する。

そこで、重量と表面抵抗を測定して、これらの値に基づいて発電要素１０の全体の値が所定の範囲内になるようにすることにより、発電要素１０の物性をより最適化することができる。

また、組み合わせシステム２００は、重量測定部２１３において測定された複数の正極部材１１の重量に基づいて算出される重量合算値が所定の範囲内になるように、複数の正極部材１１から所定の個数の正極部材１１を選択して組み合わせて、各々が複数の正極部材１１の組み合わせからなる複数の発電要素１０を求める重量組み合わせ部２５０と、重量組み合わせ部２５０で得られた複数の発電要素１０に含まれる複数の正極部材１１について、抵抗測定部２１５において測定された複数の正極部材１１の表面抵抗に基づいて算出される表面抵抗の逆数の合算値が所定の範囲内になるように、複数の正極部材１１から所定の個数の正極部材１１を選択して組み合わせて、一つの発電要素１０を求める抵抗組み合わせ部２６０と、を含む。

また、この発明に従った正極部材１１の組み合わせ方法においては、組み合わせ段階は、ステップＳ１において測定された複数の正極部材１１の重量に基づいて算出される重量合算値が所定の範囲内になるように、複数の正極部材１１から所定の個数の正極部材１１を選択して組み合わせて、各々が複数の正極部材１１の組み合わせからなる複数の発電要素１０を求めるステップＳ３と、ステップＳ２で得られた複数の発電要素１０に含まれる複数の正極部材１１について、ステップＳ４において測定された複数の正極部材１１の表面抵抗に基づいて算出される表面抵抗の逆数の合算値が所定の範囲内になるように、複数の正極部材１１から所定の個数の正極部材１１を選択して組み合わせて、一つの発電要素１０を求めるステップＳ６と、を含む。

このようにすることにより、発電要素１０について、重量を均一に揃え、さらに、表面抵抗を均一に揃えることができるので、発電要素１０の全体の物性をより最適化することができる。

正極部材１１の重量値を測定することによって、発電要素１０の重量と、重量から二次的に算出される物性値を所定の範囲内に揃えることができる。発電要素１０の重量と、重量から二次的に算出される物性値を所定の範囲内に揃えることによって、発電要素１０の品質を揃えることができる。

また、組み合わせシステム２００と電子材料構造体の組み合わせ方法においては、電子材料構造体は正極部材１１である。

正極部材１１の重量値を測定することによって、発電要素１０の重量と、重量から二次的に算出される物性値を所定の範囲内に揃えることができる。発電要素１０の重量を所定の範囲内に揃えることによって、発電要素１０が電池の正極材料として用いられる場合には、電池の容量を揃えることができる。このようにして電池の容量を揃えることができるので、単電池１００や組電池１の容量試験工程や容量ランク識別を行なうことが不要になる。また、電池の容量が同じであれば、微小短絡による電池電圧低下量も同程度であると考えられる。そのため、単電池１００や組電池１の良否判定の検出精度を向上させることができるので、エージング日数を短縮することができる。

単電池１００の製造工程においては、正極部材１１の組み合わせを選択した後、正極部材１１、セパレータ部材１３、負極部材１２を積層し、ラミネートシートによって形成されている外装部材２０に封入する。その後、外装部材２０内に電解液を注入し、初充電する。このときの初充電によって、負極部材１２が炭素系負極材料によって形成されている場合には、負極部材１２にＳＥＩ（ＳｏｌｉｄＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＩｎｔｅｒｆａｃｅ、固体電解質被膜）が形成される。この被膜によって、単電池１００の安全性やサイクル特性を向上させることができる。しかしながら、この被膜が形成されるときには副反応としてガスが発生するので、その後にガス抜きの工程が必要になる。初充電し、ガス抜きを行なった後、エージングＡを行なう。エージングＡでは、電圧測定などを行なう。

一方、負極部材１２をチタン酸リチウムなどの負極材料によって形成すると、ＳＥＩは形成されない。そのため、負極部材１２がチタン酸リチウムなどによって形成されている場合には、ＳＥＩを形成するために初充電を行なう必要がない。ＳＥＩが形成されないので、初充電時に副反応としてガスが発生することもないので、初充電後にガス抜きを行なう必要がない。この場合には、使用者が、使用時に初充電を行なえばよいので、初充電、ガス抜き、エージングＡを省略することができる。このようにして、単電池１００や組電池１の製造に要する間接費やリードタイムを大きく低減することができる。

その後、単電池１００の容量試験を行なう。容量試験においては、内部抵抗の測定などを行なう。容量試験は、短絡した電池などの不良品を市場に出さないためのスクリーニングのために行なわれる。従来の各単電池の放電容量は、たとえば設計値を中心とした正規分布など、一定の分布を示す。そこで、容量ランクを、たとえば５ランクに識別して、保証値に準じて顧客仕向け先を変えたり、組電池１を同一ランクの放電容量や内部抵抗を有する単電池で構成したりする。

このような容量試験は、正極活物質塗布総重量が各単電池で異なるために必要になるものである。各単電池間で正極活物質塗布量が一致すれば、各単電池の放電容量も一致する。正極活物質塗布量は、正極部材１１の重量値に反映される。そこで、各単電池１００を構成する正極部材１１全体の重量を均一に揃えて、正極活物質塗布量を一致させることによって、容量ランクの識別が不要になるので、容量試験工程を省略したり、簡単にしたりすることができる。

容量試験の後、エージングＢを行なう。エージングＢの工程では、微小短絡による電池電圧低下量により、良否判定をする。電池の容量が同じであれば、微小短絡による電池電圧低下量も同程度であると考えられる。そのため、各単電池１００を構成する正極部材１１全体の重量を均一に揃えて、正極活物質塗布量を一致させることによって、単電池１００や組電池１の良否判定の検出精度を向上させることができるので、エージング日数を短縮することができる。

また、正極部材１１の表面抵抗を測定することによって、発電要素１０の電流値を均一化することができる。電子材料構造体が正極部材１１であり、発電要素１０が単電池１００の正極として用いられると、単電池１００の電圧特性が均一になる。そのため、例えば、この単電池１００を複数並列接続して電子モジュール体として大容量の組電池１を作製すると、組電池１の充放電時に、各単電池１００に出入りする電流値を均一化することができる。また、例えば、この単電池１００を複数直列接続して電子モジュール体として大容量の組電池１を作製すると、充放電時に各単電池１００の電圧上昇、電圧降下の特性を均一化することができる。

また、組電池製造装置２は、発電要素１０を含む単電池１００と組電池１の製造装置であって、組み合わせシステム２００を備える。また、組電池製造装置２において用いられる単電池１００と組電池１の製造方法は、発電要素１０を含む単電池１００と組電池１の製造方法であって、上記の正極部材１１の組み合わせ方法を備える。

このようにすることにより、個々の正極部材１１の重量値や表面抵抗が設計公差や製造公差の範囲内でばらついていても、発電要素１０の物性のばらつきを小さくすることができる。発電要素１０の物性のばらつきを小さくすることによって、発電要素１０を含む単電池１００や組電池１の物性のばらつきを小さくすることができる。したがって、単電池１００や組電池１の製造後に、改めて単電池１００や組電池１の物性値を測定し直すなどの後工程を省略したり簡単にしたりすることができる。このような後工程を省略したり簡単にしたりすることによって、単電池１００や組電池１の製造に必要な日数を少なくし、また、製造コストを下げることができる。

このようにすることにより、単電池１００や組電池１間の物性のばらつきを簡単に低減させることが可能な組電池製造装置２を提供することができる。

また、組電池製造装置２と製造方法においては、製造される電子モジュール体は単電池１００と、単電池１００を用いて製造される組電池１である。

このようにすることにより、測定段階において、重量測定部２１３、抵抗測定部２１５において測定される値に応じて、電池の容量、厚み、充放電時の電流値、サイクル性能、極板の機械的強度、といった品質を揃えることができる。

また、この実施の形態においては、電子モジュール体として組電池を用いたが、電子モジュール体は、リチウムイオンバッテリー（ＬＩＢ）の他の蓄電デバイスであってもよい。

以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。

この発明の一つの実施の形態として、組電池製造装置の全体を模式的に示す図である。組み合わせシステムの全体を模式的に示す図（Ａ）と、測定ステージを模式的に示す図（Ｂ）である。抵抗測定部の構成を模式的に示す図である。組み合わせシステムの制御関連の構成を示すブロック図である。組電池を構成する個々の単電池の正極部材の製作工程を示す図である。組電池製造装置の個々の組み合わせシステムにおいて正極部材を組み合わせる工程を順に示すフローチャートである。単電池として非水電解液電池の一例を示す概略的な平面図である。図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った方向から見た断面を拡大して示す部分断面図である。図７のＩＸ−ＩＸ線に沿った方向から見た断面を拡大して示す部分断面図である。組電池の全体を示す斜視図である。

１：組電池、２：組電池製造装置、１０：発電要素、１１：正極部材、１００：単電池、２１３：重量測定部、２１５：抵抗測定部、２５０：重量組み合わせ部、２６０：抵抗組み合わせ部。

Claims

複数の電子材料構造体のそれぞれについて、少なくとも重量値を測定する測定段階と、
所定の個数の電子材料構造体を組み合わせて電子材料構造体群を構成するために、前記測定段階において測定された前記複数の電子材料構造体の少なくとも重量値に基づいて算出される前記電子材料構造体群の全体の少なくとも重量値が所定の範囲内になるように、前記複数の電子材料構造体から所定の個数の電子材料構造体を選択して組み合わせて、一つの電子材料構造体群を求める組み合わせ段階と、
を備え、
前記測定段階は、
前記電子材料構造体の重量値を測定する重量測定段階と、
前記電子材料構造体の表面抵抗を測定する抵抗測定段階と、
を含み、
前記組み合わせ段階は、
前記重量測定段階において測定された前記複数の電子材料構造体の重量値に基づいて算出される前記電子材料構造体群の全体の重量値が所定の範囲内になるように、前記複数の電子材料構造体から所定の個数の電子材料構造体を選択して組み合わせて、各々が前記複数の電子材料構造体の組み合わせからなる複数の電子材料構造体群を求める第１の組み合わせ段階と、
前記第１の組み合わせ段階で得られた複数の電子材料構造体群に含まれる前記複数の電子材料構造体について、前記抵抗測定段階において測定された前記複数の電子材料構造体の表面抵抗に基づいて算出される前記電子材料構造体群の全体の表面抵抗が所定の範囲内になるように、前記複数の電子材料構造体から所定の個数の電子材料構造体を選択して組み合わせて、一つの電子材料構造体群を求める第２の組み合わせ段階と、
を含み、
前記電子材料構造体は電池の正極部材である、電子材料構造体の組み合わせ方法。
前記電子材料構造体群を含む電子モジュール体の製造方法であって、
請求項１に記載の電子材料構造体の組み合わせ方法を備え、前記電子モジュール体は電池である、電子モジュール体の製造方法。
前記電池は組電池である、請求項２に記載の電子モジュール体の製造方法。
複数の電子材料構造体のそれぞれについて、少なくとも重量値を測定する測定部と、
所定の個数の電子材料構造体を組み合わせて電子材料構造体群を構成するために、前記物性測定部において測定された前記複数の電子材料構造体の少なくとも重量値に基づいて算出される前記電子材料構造体群の全体の少なくとも重量値が所定の範囲内になるように、前記複数の電子材料構造体から所定の個数の電子材料構造体を選択して組み合わせて、一つの電子材料構造体群を求める組み合わせ部と、
を備え、
前記測定部は、
前記電子材料構造体の重量値を測定する重量測定部と、
前記電子材料構造体の表面抵抗を測定する抵抗測定部と、
を含み、
前記組み合わせ部は、
前記重量測定部において測定された前記複数の電子材料構造体の重量値に基づいて算出される前記電子材料構造体群の全体の重量値が所定の範囲内になるように、前記複数の電子材料構造体から所定の個数の電子材料構造体を選択して組み合わせて、各々が前記複数の電子材料構造体の組み合わせからなる複数の電子材料構造体群を求める第１の組み合わせ部と、
前記第１の組み合わせ部で得られた複数の電子材料構造体群に含まれる前記複数の電子材料構造体について、前記抵抗測定部において測定された前記複数の電子材料構造体の表面抵抗に基づいて算出される前記電子材料構造体群の全体の表面抵抗が所定の範囲内になるように、前記複数の電子材料構造体から所定の個数の電子材料構造体を選択して組み合わせて、一つの電子材料構造体群を求める第２の組み合わせ部と、
を含み、
前記電子材料構造体は正極部材である、電子材料構造体の組み合わせ装置。
前記電子材料構造体群を含む電子モジュール体の製造装置であって、
請求項４に記載の電子材料構造体の組み合わせ装置を備え、前記電子モジュール体は電池である、電子モジュール体の製造装置。
前記電池は組電池である、請求項５に記載の電子モジュール体の製造装置。