JP7137302B2 - Control method for secondary battery manufacturing system - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオン二次電池等の二次電池製造システムに関する。 The present invention relates to a secondary battery manufacturing system such as a lithium ion secondary battery.
二次電池は、太陽電池や燃料電池等の発電装置で生成した電力を一時的に蓄える家庭用蓄電池の用途として期待されている。家庭用蓄電池は、一般的に複数個の二次電池を電気的に直列接続することで電圧が高められ、蓄電池全体の充放電容量を高める構造となっている(例えば、特許文献1)。 Secondary batteries are expected to be used as domestic storage batteries for temporarily storing power generated by power generation devices such as solar cells and fuel cells. Domestic storage batteries generally have a structure in which a plurality of secondary batteries are electrically connected in series to increase the voltage and increase the charge/discharge capacity of the entire storage battery (for example, Patent Document 1).
ところで、家庭用蓄電池内で直列接続された二次電池は、同一種類、同一形状の二次電池を使用した場合であっても、製造時の個体差等によって、二次電池群の中で容量が小さい二次電池において過放電や過充電が生じやすいという問題がある。
そこで、蓄電池の製造では、製造した二次電池の中から、出力等の電池の特性の品質によって分別し、同程度の品質の二次電池を抽出し、同程度の品質の二次電池を直列接続や並列接続した二次電池ユニットを組んで蓄電池を形成している。
その他、蓄電池に関連する公報として、特許文献2がある。
By the way, even if secondary batteries of the same type and shape are used, secondary batteries connected in series in a household storage battery may have different capacities in a group of secondary batteries due to individual differences in manufacturing. There is a problem that over-discharging and over-charging tend to occur in a secondary battery with a small capacity.
Therefore, in the production of storage batteries, the secondary batteries manufactured are sorted according to the quality of battery characteristics such as output, secondary batteries with similar quality are extracted, and secondary batteries with similar quality are connected in series. A storage battery is formed by assembling secondary battery units that are connected or connected in parallel.
In addition, there is
ところで、二次電池の製造では、製造環境や、各製造工程で用いている装置の消耗、誤差等により、結果的に製品の品質にバラツキが生じる。例えば、環境設定温度が25度の場合でも24.8度や25.2度のように実測温度が、設定温度に対して変動する。そのため、従来から、各工程の変動ごとに、製造工程での製造パラメータを微調整して可能な限り多くの二次電池の品質の変動幅が一定の範囲内で、かつ、二次電池の品質が一定以上の品質となるように保っている。 By the way, in the production of secondary batteries, the quality of products varies as a result due to the production environment, wear and error of equipment used in each production process, and the like. For example, even if the ambient temperature setting is 25 degrees, the measured temperature fluctuates from the set temperature to 24.8 degrees or 25.2 degrees. Therefore, conventionally, for each variation in each process, the manufacturing parameters in the manufacturing process are finely adjusted to as many secondary batteries as possible. are maintained at a certain level of quality.
しかしながら、二次電池の製造を長期的に行うと、製造パラメータの変動幅が大きくなり、微調整が積み重なって個々の製造工程の製造パラメータの調整だけでは一定範囲内に品質を納めることが難しくなり、かつ一定以上の品質を担保することも困難となる。その結果、図17のように製造される二次電池の品質が全体的に低下する傾向にある。すなわち、二次電池の製造は、各製造工程の製造パラメータが複雑に絡み合うため、複数の製造工程の製造パラメータの調整を行うと、製造工程ごとの製造パラメータの調整では品質の担保が難しくなり、製造される二次電池の品質が低下し、ばらつく場合がある。 However, when manufacturing secondary batteries over a long period of time, the range of fluctuations in manufacturing parameters increases, and it becomes difficult to keep the quality within a certain range only by adjusting the manufacturing parameters of individual manufacturing processes due to the accumulation of fine adjustments. Moreover, it becomes difficult to secure a certain level of quality. As a result, the quality of secondary batteries manufactured as shown in FIG. 17 tends to be generally degraded. That is, in the manufacture of secondary batteries, the manufacturing parameters of each manufacturing process are intricately intertwined. Therefore, if the manufacturing parameters of multiple manufacturing processes are adjusted, it becomes difficult to ensure quality by adjusting the manufacturing parameters for each manufacturing process. The quality of manufactured secondary batteries may deteriorate and vary.
そこで、本発明は、一定品質以上の二次電池を継続的に製造できる二次電池製造システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a secondary battery manufacturing system capable of continuously manufacturing secondary batteries of a certain quality or higher.
上記した課題を解決するために本発明者は、各製造工程の中から品質低下に影響を与える支配的なパラメータを抽出し、当該パラメータを初期設定のパラメータ又は初期設定のパラメータ側に大きく戻すことによって、二次電池の品質を改善でき、一定品質以上の二次電池を大きく増やすことができると考えた。しかしながら、上記したように二次電池の品質は、各製造工程のパラメータが複雑に絡み合うため、膨大なパラメータの中から支配的なパラメータを抽出することは、人為的には困難である。そこで、本発明者は、今までの製造の際に取得した膨大な量の製造パラメータと、これらの製造パラメータで製造した二次電池の品質を評価した評価結果を紐付けし、人工知能等の機械学習装置によって製造パラメータと品質との相関関係を機械学習させることによって、製造された二次電池の品質から品質低下を誘因する支配的なパラメータを特定し、当該パラメータを調整することによって品質が改善され、一定品質以上の二次電池を継続的に製造できると考えた。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor extracts dominant parameters that affect quality deterioration from each manufacturing process, and restores the parameters to the default parameters or the default parameters. By doing so, the quality of secondary batteries can be improved, and the number of secondary batteries with a certain quality or higher can be greatly increased. However, as described above, the quality of the secondary battery is intricately intertwined with the parameters of each manufacturing process, and it is artificially difficult to extract the dominant parameter from a huge number of parameters. Therefore, the present inventor linked the huge amount of manufacturing parameters acquired during manufacturing so far and the evaluation results of evaluating the quality of secondary batteries manufactured with these manufacturing parameters, and used artificial intelligence and the like. By machine learning the correlation between manufacturing parameters and quality using a machine learning device, the dominant parameter that induces quality deterioration is identified from the quality of the manufactured secondary battery, and the quality is improved by adjusting the parameter. We thought that it would be possible to continuously manufacture secondary batteries that have been improved and have a certain level of quality or higher.
このような考察のもと導き出された請求項1に記載の発明は、制御部と、二次電池の一部又は全部の製造工程を自動で行う製造部と、前記製造部によって製造された前記二次電池の品質を評価する評価部を備え、前記制御部は、記憶部と、機械学習部を有するものであって、前記製造部での製造に使用する製造パラメータを制御可能であり、前記記憶部は、現在及び過去の製造パラメータと、当該過去の製造パラメータを用いて製造した二次電池の前記評価部による評価結果を紐づけて記憶するものであり、前記制御部は、前記二次電池の品質が所定の基準以下に低下したかどうかを判断し、前記製造部によって製造された二次電池の品質が前記所定の基準以下に低下したと判断した場合に、前記記憶部で記憶された過去の製造パラメータ及び過去の評価結果の関係により、製造パラメータの中から品質の低下に影響を与える誘因パラメータを特定し、当該誘因パラメータを初期設定時の製造パラメータに戻すことを特徴とする二次電池製造システムの制御方法である。
本発明は、制御部と、二次電池の一部又は全部の製造工程を自動で行う製造部と、前記製造部によって製造された前記二次電池の品質を評価する評価部を備え、前記制御部は、記憶部と、機械学習部を有するものであって、前記製造部での製造に使用する製造パラメータを制御可能であり、前記記憶部は、過去の製造パラメータと、当該過去の製造パラメータを用いて製造した二次電池の前記評価部による評価結果を紐づけて記憶するものであり、前記機械学習部は、前記二次電池の品質が所定の基準以下に低下したと判断した場合に、前記記憶部で記憶された過去の製造パラメータ及び過去の評価結果の関係により、製造パラメータの中から品質の低下に影響を与える誘因パラメータを特定し、当該誘因パラメータを初期設定時の製造パラメータに近づけるか、初期設定時の製造パラメータに戻す二次電池製造システムに関連する。
The invention according to
The present invention comprises a control unit, a manufacturing unit that automatically performs part or all of the manufacturing process of a secondary battery, and an evaluation unit that evaluates the quality of the secondary battery manufactured by the manufacturing unit, The unit has a storage unit and a machine learning unit, and is capable of controlling manufacturing parameters used for manufacturing in the manufacturing unit, and the storage unit stores past manufacturing parameters and the past manufacturing parameters The evaluation result by the evaluation unit of the secondary battery manufactured using , based on the relationship between the past manufacturing parameters and the past evaluation results stored in the storage unit, specifying the inducement parameter that affects quality deterioration from among the manufacturing parameters, and setting the inducement parameter as the manufacturing parameter at the time of initial setting. It relates to a secondary battery manufacturing system that approximates or restores manufacturing parameters to the initial settings.
ここでいう「二次電池の品質が所定の基準以下に低下した」とは、二次電池の品質が規定された基準範囲を満たさないことをいう。
ここでいう「初期設定時の製造パラメータに戻す」とは、初期設定の状態に戻すことをいい、部材そのものを新品のものに交換する場合も含む。
Here, "the quality of the secondary battery has fallen below a predetermined standard" means that the quality of the secondary battery does not satisfy the specified standard range.
Here, "returning to the manufacturing parameters at the time of initial setting" means returning to the state of initial setting, and includes the case where the member itself is replaced with a new one.
請求項2に記載の発明は、複数の二次電池を同時又は連続的に製造するものであり、前記複数の二次電池のうち所定数の二次電池を抽出し、前記所定数の二次電池のうち品質が所定の範囲に収まるものの割合が所定の閾値を下回った場合に、前記機械学習部は二次電池の品質が低下したと判断することを特徴とする請求項1に記載の二次電池製造システムの制御方法である。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、前記二次電池の製造工程には、少なくともスラリー形成工程と、塗工工程と、電極体形成工程と、取出電極接続工程を含み、前記スラリー形成工程は、電動プロペラにより、少なくとも電極活物質と溶媒とバインダーを混練しスラリー状の電極材料を形成する工程であり、前記塗工工程は、前記スラリー状の電極材料を金属箔に塗布し乾燥させて電極を形成する工程であり、前記電極体形成工程は、前記電極及びセパレータを重ねて電極体を形成する工程であり、前記取出電極接続工程は、取出電極を溶接により前記電極体に接続する工程であり、前記製造パラメータは、以下(1)~(4)の各パラメータを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の二次電池製造システムの制御方法である。
(1)前記スラリー形成工程における、混練温度、環境温度、環境湿度、前記電極材料の粘度、前記電動プロペラの回転数、及び前記電動プロペラの駆動電力から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。
(2)前記塗工工程における、環境温度、環境湿度、前記電極材料の粘度、塗布速度、電極の厚み、乾燥温度、及び乾燥雰囲気から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。
(3)前記電極体形成工程における、環境温度、環境湿度、電極とセパレータとの接触面積、電極とセパレータの重なり数、及び電極とセパレータとの重なり順序から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。
(4)前記取出電極接続工程における、環境温度、環境湿度、溶接温度、溶接圧力、保持時間、及び溶接のセンシング時期から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。
In the invention according to
(1) At least one parameter selected from kneading temperature, environmental temperature, environmental humidity, viscosity of electrode material, number of revolutions of electric propeller, and driving power of electric propeller in the slurry forming step.
(2) At least one parameter selected from environmental temperature, environmental humidity, viscosity of the electrode material, coating speed, electrode thickness, drying temperature, and drying atmosphere in the coating step.
(3) At least one parameter selected from environmental temperature, environmental humidity, contact area between electrodes and separators, number of overlapping electrodes and separators, and overlapping order of electrodes and separators in the electrode body forming step.
(4) At least one parameter selected from environmental temperature, environmental humidity, welding temperature, welding pressure, holding time, and welding sensing timing in the extraction electrode connecting step.
ここでいう「電動プロペラの駆動電力」とは、電動プロペラを駆動する際に供給する電力をいう。
「環境温度」とは、工程を実施する際に仕掛品又は製品が晒される環境の温度であり、例えば、ドライルームで製造工程が実施される場合には、ドライルーム内の温度をいう。
「環境湿度」とは、製造工程を実施する際に仕掛品又は製品が晒される環境の湿度であり、例えば、ドライルームで製造工程が実施される場合には、ドライルーム内の湿度をいう。
「乾燥温度」とは、塗工工程で仕掛品を乾燥する際に仕掛品を晒す仕掛品周囲の温度をいう。
「乾燥湿度」とは、塗工工程で仕掛品を乾燥する際に仕掛品を晒す仕掛品周囲の湿度をいう。
「乾燥雰囲気」とは、塗工工程で仕掛品を乾燥する際に仕掛品を晒す仕掛品周囲の気体をいう。
「電極とセパレータとの接触面積」とは、電極とセパレータが接触する面積をいう。例えば、積層型の二次電池の場合には、一枚の電極と一枚のセパレータが接触する面積であってもよいし、電極とセパレータが接触する総面積であってもよい。
「電極とセパレータの重なり数」とは、電極とセパレータが重なる数をいう。例えば、積層型の二次電池の場合には、積層数をいい、巻回型の二次電池の場合には、径方向における内外の電極の一部とセパレータの一部の重なり数をいう。
「電極とセパレータとの重なり順序」とは、電極とセパレータが重なる順番をいう。例えば、積層型の二次電池の場合には、積層方向の重なり順序をいい、巻回型の二次電池の場合には、径方向における内外の電極の一部とセパレータの一部の重なり順序をいう。
「溶接のセンシング時期」とは、溶接が完了したと判断する時期をいう。
The term "power for driving the electric propeller" used herein refers to power supplied to drive the electric propeller.
"Environmental temperature" is the temperature of the environment to which the work-in-progress or product is exposed when performing the process, for example, when the manufacturing process is performed in a dry room, it means the temperature in the dry room.
The term "environmental humidity" refers to the humidity of the environment to which the work-in-progress or product is exposed when the manufacturing process is performed. For example, when the manufacturing process is performed in a dry room, it means the humidity in the dry room.
"Drying temperature" refers to the ambient temperature of the work-in-process product exposed when drying the work-in-process product in the coating process.
The term "drying humidity" refers to the humidity around the work-in-progress that exposes the work-in-progress when drying the work-in-progress in the coating process.
The term "drying atmosphere" refers to the gas surrounding the work-in-progress that exposes the work-in-progress when drying the work-in-progress in the coating process.
The term "contact area between the electrode and the separator" refers to the area where the electrode and the separator are in contact. For example, in the case of a laminated secondary battery, it may be the area where one electrode and one separator come into contact, or the total area where the electrode and the separator come into contact.
"The number of overlapping electrodes and separators" refers to the number of overlapping electrodes and separators. For example, in the case of a laminated secondary battery, it refers to the number of laminations, and in the case of a wound secondary battery, it refers to the overlapping number of a part of the inner and outer electrodes and a part of the separator in the radial direction.
"The order in which the electrodes and the separators overlap" means the order in which the electrodes and the separators overlap. For example, in the case of a laminated secondary battery, it refers to the stacking order in the stacking direction. Say.
"Welding sensing timing" refers to the timing at which welding is determined to be completed.
請求項4に記載の発明は、前記二次電池の製造工程には、電極切断機の切断部によって前記電極を切断し、前記電極の形状を整える電極成形工程を含み、前記製造パラメータは、以下(5)のパラメータを含むことを特徴とする請求項3に記載の二次電池製造システムの制御方法である。
(5)前記電極成形工程における、環境温度、環境湿度、切断後の電極のバリの発生数、及び切断後の電極体のバリの面積から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。
In the invention according to
(5) At least one parameter selected from environmental temperature, environmental humidity, the number of burrs generated on the electrode after cutting, and the area of burrs on the electrode body after cutting in the electrode forming step.
ここでいう「切断後の電極のバリの発生数」とは、切断部によって電極の縁に形成されるバリの発生数をいう。
ここでいう「切断後の電極体のバリの面積」とは、切断部によって電極の縁に形成されるバリの一つの面積又は総面積をいう。
Here, "the number of burrs generated on the electrode after cutting" means the number of burrs generated on the edge of the electrode by the cut portion.
Here, "the area of burrs on the electrode body after cutting" refers to the area of one burr or the total area of burrs formed on the edge of the electrode by the cut portion.
請求項5に記載の発明は、前記製造パラメータは、前記電極成形工程における切断後の電極のバリの発生数又は切断後の電極体のバリの面積を含み、前記誘因パラメータとして切断後の電極のバリの発生数又は切断後の電極体のバリの面積が特定された場合には、前記電極切断機の切断部を交換することを特徴とする請求項4に記載の二次電池製造システムの制御方法である。
In the invention according to
請求項6に記載の発明は、前記二次電池の製造工程には、前記電極体を袋状の封止部材の内部に収容し真空ポンプにて真空引きしながら乾燥させる真空乾燥工程と、電解液を前記封止部材に注入して前記封止部材の一部を溶着して封止する電解液注入工程を含み、前記製造パラメータは、以下(6)及び(7)の各パラメータを含むことを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の二次電池製造システムの制御方法である。
(6)前記真空乾燥工程における、乾燥温度、乾燥湿度、真空度、及び真空ポンプの使用電力から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。
(7)前記電解液注入工程における、環境温度、環境湿度、前記封止部材の溶着温度、前記封止部材の溶着圧力、前記封止部材の溶着時間、前記封止部材のセンシング時期、前記電解液の注入量、及び前記電解液の濃度から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。
In the invention according to
(6) At least one parameter selected from drying temperature, drying humidity, degree of vacuum, and power consumption of a vacuum pump in the vacuum drying step.
(7) Environmental temperature, environmental humidity, welding temperature of the sealing member, welding pressure of the sealing member, welding time of the sealing member, sensing timing of the sealing member, and the electrolysis in the electrolytic solution injection step At least one parameter selected from the injection amount of the liquid and the concentration of the electrolyte.
ここでいう「封止部材のセンシング時期」とは、封止部材の溶着が完了したと判断する時期をいう。 The term "sealing member sensing timing" as used herein refers to the timing at which it is determined that the welding of the sealing member has been completed.
請求項7に記載の発明は、前記二次電池の製造工程には、一対のロールで挟むことで前記電極を圧延する電極圧延工程を含み、前記製造パラメータは、以下(8)のパラメータを含むことを特徴とする請求項3乃至6のいずれかに記載の二次電池製造システムの制御方法である。
(8)前記電極圧延工程における、環境温度、環境湿度、前記一対のロールの回転速度、前記一対のロールの間隔、圧延後の電極密度、及び電極の厚みから選ばれる少なくとも一つのパラメータ。
In the invention according to
(8) At least one parameter selected from environmental temperature, environmental humidity, rotation speed of the pair of rolls, gap between the pair of rolls, electrode density after rolling, and electrode thickness in the electrode rolling step.
ここでいう「圧延後の電極密度」とは、電極圧延工程後における単位体積当たりの電極の重量をいい、金属箔を除いた所定の大きさの電極の厚みと重量から算出できる。 The term "electrode density after rolling" as used herein refers to the weight of the electrode per unit volume after the electrode rolling process, and can be calculated from the thickness and weight of the electrode of a predetermined size excluding the metal foil.
請求項8に記載の発明は、前記二次電池の製造工程には、少なくともスラリー形成工程と、塗工工程と、圧延工程を含んだ電極形成工程を含み、前記スラリー形成工程は、電動プロペラにより、少なくとも電極活物質と溶媒とバインダーを混練しスラリー状の電極材料を形成する工程であり、前記塗工工程は、前記スラリー状の電極材料を金属箔に塗布し乾燥させて電極を形成する工程であり、前記圧延工程は、前記電極が形成された金属箔を圧延する工程であり、前記電極形成工程は、自動で行われることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の二次電池製造システムの制御方法である。 According to an eighth aspect of the invention, the secondary battery manufacturing process includes an electrode forming process including at least a slurry forming process, a coating process, and a rolling process, and the slurry forming process is performed by an electric propeller. and a step of kneading at least an electrode active material, a solvent and a binder to form a slurry electrode material, and the coating step is a step of applying the slurry electrode material to a metal foil and drying it to form an electrode. and the rolling step is a step of rolling the metal foil on which the electrodes are formed, and the electrode forming step is automatically performed. A control method for a secondary battery manufacturing system.
請求項9に記載の発明は、前記機械学習部は、教師あり学習を行うものであって、前記記憶部で記憶された過去の製造パラメータ及び過去の評価結果の関係を教師データとして学習することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の二次電池製造システムの制御方法である。
According to a ninth aspect of the invention, the machine learning unit performs supervised learning, and learns the relationship between past manufacturing parameters and past evaluation results stored in the storage unit as teacher data. 9. A control method for a secondary battery manufacturing system according to any one of
請求項10に記載の発明は、前記機械学習部は、4層以上のニューラルネットワークに則して学習するディープラーニング部であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の二次電池製造システムの制御方法である。 The invention according to claim 10 is characterized in that the machine learning unit is a deep learning unit that learns according to a neural network of four or more layers. A control method for a battery manufacturing system.
本発明の二次電池製造システムによれば、機械学習部によって二次電池の製造パラメータの中から品質低下を誘因する誘因パラメータを特定し、誘因パラメータを初期設定時のパラメータに戻すため、一定品質以上の二次電池を継続的に製造できる。
本発明が関連する二次電池製造システムによれば、機械学習部によって二次電池の製造パラメータの中から品質低下を誘因する誘因パラメータを特定し、誘因パラメータを初期設定時のパラメータに近づけるか、初期設定時のパラメータに戻すため、一定品質以上の二次電池を継続的に製造できる。
According to the secondary battery manufacturing system of the present invention, the machine learning unit identifies the inducement parameter that induces quality deterioration from among the production parameters of the secondary battery, and restores the inducement parameter to the parameter at the time of initial setting. Secondary batteries of higher quality can be continuously manufactured.
According to the secondary battery manufacturing system to which the present invention relates, the machine learning unit identifies the triggering parameter that induces quality deterioration from among the manufacturing parameters of the secondary battery, and brings the triggering parameter closer to the parameter at the time of initial setting, or Since the parameters are returned to the initial settings, it is possible to continuously manufacture secondary batteries of a certain quality or higher.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、特に断りのない限り、物性については摂氏25度、1気圧を基準とする。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. Unless otherwise specified, physical properties are based on 25 degrees Celsius and 1 atmosphere.
本発明の第1実施形態の二次電池製造システム1は、二次電池200を製造する装置であり、図1のように、二次電池200の一部又は全部の製造工程を自動で行う製造部2と、製造部2での製造工程を制御する制御部3と、製造部2によって製造された二次電池200の性能を評価する評価部4を備えている。
そして、本実施形態の二次電池製造システム1は、所定数の二次電池200の製造ごとに、特定の二次電池200を抽出して、又は、全ての二次電池200を評価部4で性能を評価し、評価部4による評価結果が所定の基準よりも低下した場合に、制御部3のディープラーニング部170(機械学習部)がデータ蓄積部171で記憶された過去のパラメータ及び過去の評価結果から低下した評価結果に影響を与える誘因パラメータを選出し、誘因パラメータを初期設定時の製造パラメータに近づけるか、初期設定時の製造パラメータに戻すパラメータ調整動作を実施することを主な特徴の一つとする。
以下、このことを踏まえながら、本実施形態の二次電池製造システム1の各構成について説明する。
A secondary
Then, the secondary
Based on this fact, each configuration of the secondary
製造部2は、図1のように、電極形成装置5(5a,5b)と、電極積層装置6と、溶接装置7と、封止装置8を備えており、これらが制御部3によって制御されている。
As shown in FIG. 1, the
電極形成装置5a,5bは、二次電池200の各電極210,211(図16参照)を形成する装置であり、第一混練塗工装置20と、第二混練塗工装置21と、プレス装置22と、成形装置23で構成されている。
正極210を形成する電極形成装置5aと負極211を形成する電極形成装置5bは、構造的に同様のものであるため、以下、電極形成装置5aの構成のみ説明し、電極形成装置5bの構成については、説明を省略する。また、第一混練塗工装置20と第二混練塗工装置21とで共通する部材については、共通の付番を振って説明を省略する。
The
Since the
第一混練塗工装置20は、二次電池200の電極層201a(電極層201b)を構成する電極活物質と溶媒と導電助剤とバインダーを含む電極材料を混練し、金属箔202の一方の主面に対して電極層201a(電極層201b)を塗工し、電極210(電極211)を形成する装置である。
第一混練塗工装置20は、図2,図3から読み取れるように、温度や湿度等の環境調整が可能な製造室(図示せず)内に材料供給部30と、材料送出部31と、吐出装置32と、搬送装置33と、乾燥装置34を備えている。
The first kneading and
As can be seen from FIGS. 2 and 3, the first kneading and
材料供給部30は、図2のように、材料容器40と、混練装置41を備えており、材料容器40に投入された電極活物質等の電極材料を混練装置41で混練し、スラリー状態で材料送出部31のシリンダー部55内に供給する部位である。
材料容器40は、電極活物質等の電極材料を収容するホッパーであり、漏斗状であって上方が開放した容器である。
材料容器40の下端部には、供給口42が設けられており、供給口42を介して材料送出部31に接続されている。
As shown in FIG. 2, the
The
A
混練装置41は、図2のように、蓋部45と、電動プロペラ部46を備えている。
蓋部45は、材料容器40の上部を閉塞し、材料容器40内の空間を密閉する蓋である。
電動プロペラ部46は、駆動モーター47と、プロペラ本体48と、軸部49で構成されている。電動プロペラ部46は、軸部49を駆動モーター47の回転軸に接続し、駆動モーター47を駆動することで、プロペラ本体48により電極材料を混練することが可能となっている。
駆動モーター47は、プロペラ本体48を回転させるモーターであり、外部の制御部3(図1参照)によってプロペラ本体48の回転速度を制御可能となっている。
The kneading
The
The
The
材料送出部31は、図2のように、シリンダー部55と、スクリュー部56と、駆動モーター57を備えている。材料送出部31は、駆動モーター57を駆動することで、シリンダー部55内でスクリュー部56が回転し、混練装置41で混練された電極材料が材料容器40から掻き取られ、電極材料をさらにかき混ぜながらシリンダー部55の中を進ませて吐出装置32に送り出す装置である。
シリンダー部55は、混練装置41の供給口42に接続され、スラリー状態の電極材料が収容される筒状の部位である。
スクリュー部56は、螺旋状の羽根を有するスクリューであり、シリンダー部26に挿入されている。
駆動モーター57は、スクリュー部56を回転させるモーターであり、外部の制御部3によってスクリュー部56の回転速度を制御可能となっている。
シリンダー部55は、材料容器40の下部にあって、材料容器40の軸線に対して交差する方向に延びている。材料容器40の下部とシリンダー部55の内部は連通している。シリンダー部55の長手方向は、駆動モーター57の回転軸の軸方向と一致している。
The
The
The
The
The
吐出装置32は、混練装置41及びスクリュー部56で混練されたスラリー状の電極材料を集電体たる金属箔202に対して所定の薄さになるように吐出し、金属箔202上に電極層201を塗布する装置である。
吐出装置32は、図2のように、スラリー状の電極材料を一時的に留めるキャビティ部60と、電極材料を吐出する吐出口61と、吐出口61の幅を調整する調整部材62を備えている。
吐出口61は、図3のように、搬送装置33で搬送される金属箔202の流れ方向MDに対して直交する方向に直線状の延びたスリットである。
調整部材62は、吐出口61の開口幅を制御する部材であり、吐出口61の長手方向に調整ボルトが並設されて構成されている。
The discharging
As shown in FIG. 2, the
As shown in FIG. 3, the
The adjusting
搬送装置33は、図3のように、材料リール部65と、搬送ローラー66a~66cと、押さえローラー67を備えており、金属箔202を下流側(第二混練塗工装置21側)に搬送する装置である。
材料リール部65は、金属箔202がリール状に巻かれた金属箔リールが取り付けられ、当該金属箔リールの金属箔202を下流側に流す部位である。
搬送ローラー66a~66cは、金属箔202を下流側に搬送するローラーである。
押さえローラー67は、片面にスラリー状の電極材料が塗工されて電極層201が形成された金属箔202を押さえることで、金属箔202にテンションをかけるローラーである。
As shown in FIG. 3, the conveying
The
The
The
乾燥装置34は、片面に電極層201が塗布された金属箔202を通過させ、電極層201から水分や溶媒等を蒸発させる装置である。
乾燥装置34は、加熱装置、除湿装置、及び雰囲気制御装置を備えており、電極層201が塗布された金属箔202を所望の乾燥温度、乾燥湿度、及び乾燥雰囲気で乾燥可能となっている。
The drying
The drying
第二混練塗工装置21は、第一混練塗工装置20と同様、電極材料を混練し、金属箔202の他方の主面(電極層201が塗工された面とは反対側の面)に対して電極層201を塗工し、電極210(電極211)を形成する装置である。
第二混練塗工装置21は、図4のように、温度や湿度等の環境調整が可能な製造室(図示せず)内に、材料供給部30と、材料送出部31と、吐出装置32と、搬送装置36と、乾燥装置34を備えている。
搬送装置36は、図4のように材料リール部65がなく、搬送ローラー66d~66eと、押さえローラー67を備えている。
The second kneading and
As shown in FIG. 4, the second kneading and
The conveying
第二混練塗工装置21よりも下流側に位置するプレス装置22は、図5のように、一対の圧延ロール70,71と、複数の搬送ローラー72a,72bを備え、金属箔202上の電極層201を所定の厚みになるように圧延する圧延装置である。
すなわち、プレス装置22は、搬送ローラー72a,72bで電極210(電極211)を搬送しながら、圧延ロール70,71で電極210(電極211)を圧縮することで金属箔202上の電極層201の厚み及び密度を調整可能となっている。
プレス装置22は、制御部3と接続されており、圧延ロール70,71間の間隔及び圧延ロール70,71の回転速度を調整可能となっている。
The
That is, the
The
成形装置23は、電極210(電極211)を所定の大きさに切断して成形する装置である。
成形装置23は、図6,図7のように、温度や湿度等の環境調整が可能なドライルーム内に打抜装置80(電極切断機)と、第1分断装置81(電極切断機)と、第2分断装置82(電極切断機)と、搬送装置83を備えている。
The shaping
As shown in FIGS. 6 and 7, the
打抜装置80は、図6のように、電極210(電極211)の一部を切断する切断装置であって、電極210(電極211)の金属箔202の一部分を打ち抜き、タブ電極部材213(214)との接続部205を形成する装置である。
打抜装置80は、金属箔202を矩形波状に打ち抜き可能となっており、図示しない切断部で四角形状の接続部205を形成可能となっている。
As shown in FIG. 6, the punching
The punching
第1分断装置81は、図7のように、電極210(電極211)の一部を切断する切断装置であって、分断刃90を有し、分断刃90(切断部)で電極210(電極211)を流れ方向MDに分断する装置である。
第2分断装置82は、電極210(電極211)の一部を切断する切断装置であって、分断歯91を有し、分断歯91(切断部)を回転させることで電極210(電極211)を幅方向TDに分断する装置である。
The
The
搬送装置83は、電極210(電極211)を打抜装置80に通過させる複数の搬送ローラー94a,94bと、各分断装置81,82を通過させる複数の搬送コンベア95a~95dで構成されている。
搬送コンベア95a~95dは、ベルトコンベアであり、ベルト部材96と、回転ローラー97を備えている。搬送コンベア95a~95dのうち最も下流側に位置する搬送コンベア95c,95dは、搬送コンベア95bよりも一段低くなっており、搬送コンベア95c,95dの間には、分別部材98が配されている。
分別部材98は、第2分断装置82で分断された電極210(電極211)を個々に分別する部材であり、搬送コンベア95c,95dの間から搬送コンベア95c,95dの最上面に対して立設されている。
The conveying
The
The separating
電極形成装置5bは、上記したように電極形成装置5aと構造が同様であり、負極層201bを形成すること以外は同様であるため説明を省略する。
The
電極積層装置6は、電極210,211とセパレータ212を交互に積層した電極体218を形成する装置である。
電極積層装置6は、図8のように、温度や湿度等の環境調整が可能なドライルーム(図示せず)内に、電極搬送ライン100,101と、セパレータ搬送ライン102と、ステージ103と、セル搬送ライン105を備えている。
電極搬送ライン100,101は、電極形成装置5a,5bの成形装置23の搬送コンベア95c又は搬送コンベア95dから電極210,211が搬送される搬送ラインである。すなわち、電極搬送ライン100では、電極形成装置5aで製造された正極210が搬送され、電極搬送ライン101では、電極形成装置5bで製造された負極211が搬送される。
セパレータ搬送ライン102は、所定の形状に切り取られたセパレータ212が搬送される搬送ラインである。
電極搬送ライン100,101とセパレータ搬送ライン102は、下流端がステージ103に向かっている。
ステージ103は、セル搬送ライン105上に配され、各搬送ライン100~102から搬送される電極210,211及びセパレータ212を所定の積層順で積層させる部位である。
セル搬送ライン105は、ステージ103で積層された電極210,211及びセパレータ212を溶接装置7に搬送する搬送ラインである。
The
As shown in FIG. 8, the
The
The
The downstream ends of the
The
The
溶接装置7は、超音波を利用して電極体218の接続部205a,205bにタブ電極部材213,214を溶接するものであり、具体的には、超音波溶接装置である。
溶接装置7は、図9のように、温度や湿度等の環境調整が可能なドライルーム(図示せず)内にロボットアーム(図示せず)と、ホールド部110と、溶接部111と、撮影手段(図示せず)を備えている。
ロボットアームは、セル搬送ライン105で搬送されたステージ103を所望の位置に移動させる装置であり、タブ電極部材213,214をステージ103上の電極体218に載置する装置でもある。
ホールド部110は、ステージ103を固定し、位置決めする部位である。
The
As shown in FIG. 9, the
The robot arm is a device that moves the
The holding
溶接部111は、図9のように、本体部115と、ホーン部116a,116bを備えている。
本体部115は、超音波振動子を内蔵し、ホーン部116a,116bを介してステージ103内の電極体218側に荷重を与える部位である。
ホーン部116a,116bは、本体部115の超音波振動子に共振し、電極体218及びタブ電極部材213,214に対して振動及び荷重を加える部位である。
撮影手段は、電極体218及びタブ電極部材213,214の界面を撮影し、溶接状況を検知する装置である。
As shown in FIG. 9, the
The
The
The photographing means is a device that photographs the interface between the
封止装置8は、図10,図11,図12から読み取れるように、温度や湿度等の環境調整が可能なドライルーム(図示せず)内に第1溶着装置130と、真空乾燥装置131と、電解液注入装置132と、第2溶着装置133を備えている。
第1溶着装置130は、2枚のラミネートフィルム230,231で少なくとも電極体218を挟んだ状態で2枚のラミネートフィルム230,231を溶着させ、ラミネートフィルム230,231で一辺に開口をもち、電極体218等を収容した収容体を形成する装置である。
As can be seen from FIGS. 10, 11 and 12, the
The
第1溶着装置130は、図10のように、ロボットアーム(図示せず)と、一対の溶着部材135,136を備えている。
溶着部材135,136は、共に面状に広がりをもち、対向する面に溶着部137,138を備えている。
溶着部137,138は、「コ」字状であって、加熱や加圧により、ラミネートフィルム230,231の電極体218周囲の三辺を溶着可能となっている。
The
The
The
真空乾燥装置131は、電極体218等を真空乾燥させる装置であり、図11のように、真空乾燥室140と、搬送装置141を備えている。
真空乾燥室140は、搬送方向の上流側と下流側に開口部145a,145bを備える本体部146と、開口部145a,145bを開閉する扉部材147a,147bと、真空ポンプ148を備えている。そして、真空乾燥室140は、扉部材147a,147bをともに閉状態とし真空ポンプ148を駆動することで本体部146内を実質的な真空空間にすることが可能となっている。
搬送装置141は、ステージ150に載置されラミネートフィルム230,231で覆われた電極体218を搬送する装置であり、具体的には、ローラーコンベアである。
The
The
The conveying
電解液注入装置132は、ラミネートフィルム230,231の開口から電解液215を注入する装置であり、図11のように、注入部155と、搬送装置156を備えている。
注入部155は、図示しない電解液タンクから電解液215を注入するノズルを有する。
搬送装置156は、真空乾燥された電極体218等を搬送する装置であり、ローラーコンベアやベルトコンベアを採用できる。
The electrolytic
The
The conveying
第2溶着装置133は、真空引きしながらラミネートフィルム230,231の開口を溶着する真空溶着装置であり、図12のように、溶着部160と、真空ポンプ161と、搬送装置162を備えている。
溶着部160は、ラミネートフィルム230,231の開口付近を溶着し、電極体218をラミネートフィルム230,231内に封止する部位である。
真空ポンプ161は、溶着部160に接続され、溶着部160を通過するラミネートフィルム230,231内を真空引きする装置である。
搬送装置162は、電極体218等を搬送する装置であり、ローラーコンベアやベルトコンベアを採用できる。
The
The
The
The conveying
制御部3は、図1のように、無線又は有線を介して製造部2及び評価部4に接続されており、製造部2での製造パラメータや評価部4からの評価結果を取得可能となっている。
制御部3は、製造部2や評価部4と異なる建屋に設けられていてもよい。この場合、制御部3は、製造部2や評価部4とイントラネット等のネットワークを介して通信可能に相互接続されていることが好ましい。また、制御部3は、製造部2や評価部4とインターネット等を介して接続されていてもよい。こうすることで、建屋の異なる複数拠点で製造部2及び評価部4を一括管理することもできる。
As shown in FIG. 1, the
The
制御部3は、図1のように、主要構成要素として、ディープラーニング部170(機械学習部)と、データ蓄積部171(記憶部)と、評価結果取得部172と、判定部173と、出力制御部174を備えている。
ディープラーニング部170は、データ蓄積部171に蓄積された過去の製造パラメータ、評価結果、及び判定結果を使用して自ら機械学習をする機能をもち、当該学習に基づいて品質の低下を誘因する誘因パラメータを特定し、データ蓄積部171に記憶可能となっている。
As shown in FIG. 1, the
The
本実施形態のディープラーニング部170は、いわゆる教師あり学習で学習する機能があり、後述するニューラルネットワーク等のアルゴリズムに則して教師あり学習を行うことが可能となっている。
ここで、「教師あり学習」とは、教師データ、すなわち、ある入力と結果のデータの組を大量にディープラーニング部170に与えることで、それらのデータセットにある特徴を学習し、入力から結果を推定するモデル(誤差モデル)、すなわち、入力と結果の関係性を帰納的に獲得するものである。
すなわち、ディープラーニング部170は、過去の製造パラメータの変動と、その製造パラメータを用いて製造された二次電池200の評価結果及びその判定結果を紐付けし、製造パラメータの変動と二次電池200の品質との相関関係を学習する。そして、品質が一定の基準を下回ると、二次電池200の品質との相関関係に基づいて、主に品質低下をもたらす誘因パラメータを抽出可能となっている。
本実施形態のディープラーニング部170の詳細については、後述する。
The
Here, “supervised learning” means that by giving a large amount of teacher data, that is, a set of certain input and result data to the
That is, the
The details of the
データ蓄積部171は、メモリやハードディスク等の記憶装置を備え、過去及び現在の製造部2での製造パラメータ、評価部4での評価結果、判定部173での判定基準を記憶し、蓄積する部位である。
評価結果取得部172は、各評価装置11~16から二次電池200の評価結果を取得し、データ蓄積部171及び判定部173に送信する部位である。
判定部173は、評価結果取得部172で取得した二次電池200の評価結果をデータ蓄積部171で記憶された判定基準により二次電池200の品質を判定する部位である。
出力制御部174は、製造部2の各装置5~8の製造パラメータを制御し、使用又は計測した製造パラメータをデータ蓄積部171に送信する部位である。また出力制御部174は、ディープラーニング部170で抽出した誘因パラメータを制御する部位でもある。
The
The evaluation
The
The
評価部4は、図1のように電気特性評価装置11と、抵抗特性評価装置12と、形状評価装置13と、構造評価装置14を備えている。
電気特性評価装置11は、二次電池200の電気特性に関する評価を行う装置であり、充放電サイクル試験や充放電特性試験、定電流試験、レート特性試験、過充電試験を行う装置である。
抵抗特性評価装置12は、二次電池200の抵抗特性に関する評価を行う装置であり、インピーダンス測定を行う装置である。
形状評価装置13は、二次電池200の外形形状に関する評価を行う装置であり、寸法や体積、重量を測定し、膨張等の発生を評価する装置である。
構造評価装置14は、二次電池200の構造等に関する評価を行う装置であり、例えば、X線CT装置により内部構造を観察することで異常を感知する異常感知装置である。
The
The electrical
The resistance
The
The
続いて、二次電池製造システム1を用いて二次電池200を製造する際の主要工程について説明する。
Next, main steps in manufacturing the
まず、各電極210,211を作成する電極形成工程を行う。
電極形成工程では、主要工程としてスラリー形成工程と、送出工程と、塗工工程と、乾燥工程と、圧延工程がある。
電極形成工程では、まず、スラリー形成工程を行い、電極活物質、溶媒、導電助剤、バインダー等の電極材料を材料容器40に導入し、所定の粘度になるまで電動プロペラ部46で混練することによって流動性を帯びたスラリー状の電極材料を形成する。
First, an electrode forming process for forming the
The electrode forming process includes a slurry forming process, a sending process, a coating process, a drying process, and a rolling process as main processes.
In the electrode forming process, first, a slurry forming process is performed, and electrode materials such as an electrode active material, a solvent, a conductive aid, and a binder are introduced into the
このとき、環境温度(製造室内の温度)、環境湿度(製造室内の湿度)、材料容器40内の混練温度及び混練湿度、駆動モーター47の駆動時の駆動電力、電動プロペラ部46の回転数、電極材料の粘度を検知し、製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信する。
なお、常時粘度を測定する必要はなく、任意のタイミングでスラリー状の電極材料の粘度を測定してもよい。
At this time, the environmental temperature (temperature in the manufacturing room), the environmental humidity (humidity in the manufacturing room), the kneading temperature and kneading humidity in the
It should be noted that it is not necessary to measure the viscosity all the time, and the viscosity of the slurry electrode material may be measured at any timing.
スラリー形成工程により、混練装置41内でスラリー状の電極材料が形成されると、図2のように、電極材料を供給口42から材料送出部31のシリンダー部55内に導入し、スクリュー部56で混練しながら電極材料を吐出装置32のキャビティ部60まで送り出す(送出工程)。
After the slurry-like electrode material is formed in the
このとき、シリンダー部55内の温度及び湿度、駆動モーター57の駆動時の駆動電力、スクリュー部56の回転数、電極材料の粘度を検知し、製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信する。
At this time, the temperature and humidity in the
スラリー状の電極材料がキャビティ部60に至ると、図3のように、搬送ローラー66a~66cによって搬送される金属箔202に向かって吐出口61から、スラリー状の電極材料が吐出され、搬送ローラー66bと押さえローラー67の間の塗工開始部68で金属箔202の一方の主面上に電極材料が塗工され、電極層201が形成される(塗工工程)。そして、電極層201が片面に形成され、押さえローラー67を通過した金属箔202は、乾燥装置34を通過し(乾燥工程)、図示しない反転装置によって反転されて第二混練塗工装置21に搬送される。
When the slurry-like electrode material reaches the
このとき、塗工工程及び乾燥工程では、環境温度(製造室内の温度)、環境湿度(製造室内の湿度)、吐出口61の開口幅、塗工速度、搬送ローラー66bの最上部と押さえローラー67の最下部との落差(高低差)、乾燥装置34内の乾燥温度、乾燥雰囲気を検知し、製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信する。
At this time, in the coating process and the drying process, the environmental temperature (temperature in the manufacturing room), the environmental humidity (humidity in the manufacturing room), the opening width of the
第二混練塗工装置21に至った金属箔202は、図4のようにスラリー形成工程と送出工程が行われた電極材料が第二混練塗工装置21の吐出装置32の吐出口61から吐出されて塗工され、搬送ローラー66bと押さえローラー67の間の塗工開始部68で金属箔202の他方の主面上に電極材料が塗工され、電極層201が形成され(塗工工程)、電極210(電極211)が形成される。そして、電極層201が両面に形成された金属箔202(電極210(電極211))は、乾燥装置34を通過する(乾燥工程)。
The
なお、第二混練塗工装置21においても、スラリー形成工程では、材料容器40内の温度及び湿度、駆動モーター47の駆動時の電力量、電動プロペラ部46の回転数、電極材料の粘度を検知し、製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信される。
送出工程では、シリンダー部55内の温度及び湿度、駆動モーター57の駆動時の電力量、スクリュー部56の回転数、電極材料の粘度を検知し、製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信する。
塗工工程及び乾燥工程では、吐出口61の開口幅、塗布速度、環境温度(製造室内の温度)、環境湿度(製造室内の湿度)、搬送ローラー66dの最上部と押さえローラー67の最下部との落差(高低差)、乾燥装置34での乾燥温度、乾燥雰囲気を検知し、製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信する。
Also in the second kneading and
In the delivery process, the temperature and humidity in the
In the coating process and the drying process, the width of the opening of the
図5のように、乾燥装置34を通過した電極210(電極211)を搬送ローラー94a,94bで搬送し、圧延ロール70,71の間を通過させ、電極層201が所定の電極密度となるように圧延する(電極圧延工程)。
As shown in FIG. 5, the electrode 210 (electrode 211) that has passed through the drying
このとき、環境温度(製造室内の温度)、環境湿度(製造室内の湿度)、圧延ロール70,71の間隔、各圧延ロール70,71の回転速度、圧延後の電極密度及び電極層201の厚みを検知し、製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信する。
At this time, the environmental temperature (the temperature in the production room), the environmental humidity (the humidity in the production room), the interval between the rolling rolls 70 and 71, the rotation speed of the rolling rolls 70 and 71, the electrode density after rolling, and the thickness of the
圧延ロール70,71で圧延した電極210(電極211)をドライルーム内に搬送し、図6のように、打抜装置80で電極210(電極211)の金属箔202の一部を打ち抜いて切断し、接続部205を形成する。そして、図7のように接続部205が形成された電極210(電極211)を搬送コンベア95a,95bで搬送し、分断装置81,82に通過させて電極210(電極211)を所望の大きさに切断して成形し、電極210を形成する(電極成形工程)。
The electrode 210 (electrode 211) rolled by the rolling rolls 70 and 71 is conveyed into a dry room, and as shown in FIG. to form the connecting
このとき、環境温度(ドライルーム内の温度)、環境湿度(ドライルーム内の湿度)、切断後の電極210(電極211)のバリの発生数、バリの面積、バリの位置、接続部205の位置、接続部205の面積を検知し、製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信する。
At this time, the environmental temperature (the temperature in the dry room), the environmental humidity (the humidity in the dry room), the number of burrs generated on the electrode 210 (electrode 211) after cutting, the area of the burrs, the position of the burrs, the The position and the area of the connecting
分断装置81,82で成形された電極210は、分別部材98によって各搬送コンベア95c,95dに分別されて搬送される。
The
各電極形成装置5a,5bによって電極210,211が形成されると、電極210,211は、電極積層装置6の各電極搬送ライン100,101に搬送される。
各電極搬送ライン100,101で搬送される電極210,211は、図8のように、セパレータ搬送ライン102で搬送されるセパレータ212とともにステージ103上で交互に積層されて電極体218が形成される。
具体的には、ステージ103の底から順にセパレータ212、負極211、セパレータ212、正極210、セパレータ212、負極211、セパレータ212、正極210、・・・、正極210、セパレータ212の順に電極210,211の間にセパレータ212が介在するように積層されて電極体218が形成される(電極体形成工程)。
After the
As shown in FIG. 8, the
Specifically, from the bottom of the
このとき、各正極210の接続部205aは厚み方向の投影面上に位置しており、各負極211の接続部205bは厚み方向の投影面上に位置している。
またこのとき、環境温度(製造室内の温度)、環境湿度(製造室内の湿度)、電極210,211とセパレータ212との接触面積、電極210,211とセパレータ212の積層数、及び電極210,211とセパレータ212との積層順序をそれぞれ製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信する。
At this time, the connecting
At this time, the environmental temperature (temperature in the manufacturing room), the environmental humidity (humidity in the manufacturing room), the contact area between the
電極体218が形成されると、電極体218が積層されたステージ103は、電極体218とともにセル搬送ライン105によって溶接装置7に搬送される。
After the
ステージ103が溶接装置7に至ると、ステージ103は、図示しないロボットアームによってセル搬送ライン105から移動され、図9のように、位置調整してホールド部110に固定される。
When the
このとき、ステージ103は、その内部の電極体218の接続部205a,205bが上方に露出するように固定される。
At this time, the
そして、図9のように、ホールド部110に固定されたステージ103内の電極体218の接続部205a,205b上にタブ電極部材213,214が載置され、その状態でホールド部110の上方に位置する溶接部111が下降し、ホーン部116a,116bがタブ電極部材213,214を振動しながら押圧し、その振動エネルギーによってタブ電極部材213,214と電極体218の接続部205a,205bの間、電極体218の接続部205a,205aの間、及び電極体218の接続部205b,205bの間が溶接される(取出電極接続工程)。
Then, as shown in FIG. 9, the
このとき、環境温度(ドライルーム内の温度)、環境湿度(ドライルーム内の湿度)、ホーン部116a,116bによる溶接温度、溶接圧力、保持時間、及び溶接のセンシング時期をそれぞれ製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信する。
At this time, the environmental temperature (the temperature in the dry room), the environmental humidity (the humidity in the dry room), the welding temperature, the welding pressure, the holding time, and the sensing timing of the welding by the
取出電極接続工程において電極体218とタブ電極部材213,214との溶接が完了すると、電解液注入工程に移り、ホールド部110から封止装置8に移動させる。
電解液注入工程では、まず、図示しないロボットアームにより、溶着部材135の溶着部137を覆うように載置されたラミネートフィルム230上にタブ電極部材213,214が取り付けられた電極体218を載置する。次に、図10のように電極体218を覆うようにあらかじめ凹部加工されたラミネートフィルム231を被せる。そして、溶着部材136を下降させ、溶着部138でラミネートフィルム231を押圧し、ラミネートフィルム230,231の3辺が溶着部137,138で挟持される状態とする。その状態で溶着部137,138を加熱し、ラミネートフィルム230,231同士を溶着し、ラミネートフィルム230,231を袋状にする(第1ラミネート工程)。
When the welding of the
In the electrolytic solution injection step, first, an
このとき、環境温度(ドライルーム内の温度)、環境湿度(ドライルーム内の湿度)、溶着部137,138の溶着温度、溶着部137,138の溶着圧力、溶着部137,138の溶着時間、溶着のセンシング時期をそれぞれ製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信する。
At this time, the environmental temperature (the temperature in the dry room), the environmental humidity (the humidity in the dry room), the welding temperature of the welded
続いて、図示しないロボットアームにより、ステージ150に3方がラミネートフィルム230,231で覆われた電極体218をラミネートフィルム230,231の開口232が上方を向くように設置し、搬送装置141上に載置する。そして、図11のように、搬送装置141により真空乾燥装置131の真空乾燥室140に搬送し、真空ポンプ148を駆動し、所定時間、真空乾燥を行う(真空乾燥工程)。
Subsequently, by a robot arm (not shown), the
このとき、真空乾燥室140内の乾燥温度(ドライルーム内の温度)、乾燥湿度(ドライルーム内の湿度)、真空度、及び真空ポンプ148の使用電力をそれぞれ製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信する。
At this time, the drying temperature (temperature inside the dry room), the drying humidity (humidity inside the dry room), the degree of vacuum, and the power consumption of the
真空乾燥が完了すると、図11のように搬送装置141により真空乾燥された電極体218等を真空乾燥室140から電解液注入装置132に搬送し、搬送装置156に載せ替える。そして、搬送装置156で注入部155に搬送し、注入部155でラミネートフィルム230,231の開口232から電解液215を注液する(注液工程)。
When the vacuum drying is completed, the vacuum-dried
このとき、環境温度(ドライルーム内の温度)、環境湿度(ドライルーム内の湿度)、電解液215の注入量、電解液215の濃度をそれぞれ製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信する。
At this time, the environmental temperature (the temperature in the dry room), the environmental humidity (the humidity in the dry room), the injection amount of the
注液工程が完了すると、図12のように、搬送装置156により、注液された電極体218を第2溶着装置133に搬送し、搬送装置162に載せ替える。そして、搬送装置162で溶着部160に搬送し、溶着部160で真空ポンプ161により真空引きを行いながら、ラミネートフィルム230,231の開口232付近を溶着する(第2ラミネート工程)。
When the injection process is completed, as shown in FIG. 12, the
このとき、環境温度(ドライルーム内の温度)、環境湿度(ドライルーム内の湿度)、溶着部160の溶着温度、溶着部160の溶着圧力、溶着部160の溶着時間、溶着のセンシング時期をそれぞれ製造パラメータとして制御部3のデータ蓄積部171に送信する。
At this time, the environmental temperature (the temperature in the dry room), the environmental humidity (the humidity in the dry room), the welding temperature of the welded
その後、必要に応じてラミネートフィルム230,231の溶着部分の外側を成形し、二次電池200が完成する。
After that, the outside of the welded portions of the
続いて、本実施形態の二次電池製造システム1のパラメータ調整動作について図13のフローチャートに則して説明する。
Next, the parameter adjustment operation of the secondary
パラメータ調整動作では、まず、製造部2によって同時に又は一定期間内に連続的に製造された所定数の二次電池200(以下、二次電池群ともいう)に対して各評価装置11~16により品質評価を行う(ステップ1)。本実施形態では、製造部2の同時期に製造された一定数(例えば、500個)の二次電池200をまとめて二次電池群として抽出し、二次電池群の一部又は全部の品質を各評価装置11~16により評価する。
In the parameter adjustment operation, first, each
制御部3の評価結果取得部172が各評価装置11~16での二次電池群の品質評価結果を取得し、判定部173が二次電池群の品質評価結果から二次電池群の品質を総合的に定量化し、図14のような二次電池群の品質の分布を算出する。そして、図14(a)のように二次電池群の中で品質が所定の基準以上の二次電池200の割合(図14でのハッチング部分S)、すなわち、品質が上限閾値と下限閾値の間の範囲に収まるものの割合が所定の閾値を下回ると、二次電池200の品質が所定の基準以下に低下したと判断し(ステップ2でYes)、ディープラーニング部170が、事前に学習し導き出された製造パラメータの変動と二次電池200の品質との相関関係から、二次電池群で使用し、データ蓄積部171で記憶された製造パラメータの中で品質の低下をもたらす一又は複数の誘因パラメータを特定する(ステップ3)。
このときの二次電池200の割合の閾値は、50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましい。二次電池200の割合の閾値は、99%以下であることが好ましく、90%以下であることがより好ましい。
品質は、主に4つに分類され、設計に関する品質、設備に関する品質、不良に関する品質、抜き取り検査で用いるための品質がある。設計に関する品質は、電池の形状に伴う電池部材の使用可能量を基準として判断され、例えば、打ち抜き後の残った電極が多いほど、設計に関する品質は低いことを意味する。設備に関する品質は、製造設備に残ってしまう電極材料を基準として判断され、例えば電極活物質が製造ラインに付着し、電池製造に直接用いられた使用量が、初期の投入量を大きく下回った場合、設備に関する品質は低いことを意味する。不良に関する品質とは、最終製品として製造した二次電池が所定の特性を得られなかった場合の品質をいう。抜き取り検査で用いるための品質とは、抜き取り検査で使用したため出荷できなくなった場合の品質をいう。当該4つの品質の兼ね合いから、上記の閾値が有効と考えられる。
The evaluation
At this time, the threshold for the proportion of the
Quality is mainly classified into four types, namely design quality, facility quality, defect quality, and quality for use in sampling inspection. Design-related quality is judged based on the usable amount of battery members according to the shape of the battery. For example, the more electrodes left after punching, the lower the design-related quality. Equipment-related quality is judged based on the electrode material that remains in the manufacturing equipment. , means that the quality of the equipment is poor. The quality related to defects refers to the quality when the secondary battery manufactured as the final product does not have the desired characteristics. The quality for use in sampling inspection refers to the quality when the product cannot be shipped because it has been used in sampling inspection. Considering the trade-off between the four qualities, the above threshold is considered effective.
ディープラーニング部170が誘因パラメータを特定すると、制御部3は、誘因パラメータをデータ蓄積部171に蓄積するとともに、製造部2で用いる誘因パラメータを初期設定時の製造パラメータに近づけるか、初期設定時の製造パラメータに変更する(ステップ4)。
When the
すなわち、誘因パラメータとして特定された各工程の製造パラメータは以下のように変更することになる。
電極形成工程では、製造パラメータとして、環境温度、環境湿度、材料容器40内の混練温度及び混練湿度、駆動モーター47の駆動時の駆動電力、電動プロペラ部46の回転数、及び電極材料の粘度を含み、これらの製造パラメータのうち特定された誘因パラメータを初期設定に近づけるか、初期設定に戻す。
スラリー形成工程では、製造パラメータとして、材料容器40内の温度及び湿度、駆動モーター47の駆動時の電力量、電動プロペラ部46の回転数、電極材料の粘度を含み、これらの製造パラメータのうち特定された誘因パラメータを初期設定に近づけるか、初期設定に戻す。
送出工程では、製造パラメータとして、シリンダー部55内の温度及び湿度、駆動モーター57の駆動時の駆動電力、スクリュー部56の回転数、及び電極材料の粘度を含み、これらの製造パラメータのうち特定された誘因パラメータを初期設定に近づけるか、初期設定に戻す。
塗工工程及び乾燥工程では、製造パラメータとして、環境温度、環境湿度、混練塗工装置20,21の吐出口61,61の開口幅、塗工速度、混練塗工装置20,21の搬送ローラー66b,66dの最上部と押さえローラー67の最下部との落差、混練塗工装置20,21の乾燥装置34,34内の乾燥温度、及び乾燥雰囲気を含み、これらの製造パラメータのうち特定された誘因パラメータを初期設定に近づけるか、初期設定に戻す。
電極圧延工程では、製造パラメータとして、環境温度、環境湿度、圧延ロール70,71の間隔、各圧延ロール70,71の回転速度、圧延後の電極密度及び電極層201の厚みを含み、これらの製造パラメータのうち特定された誘因パラメータを初期設定に近づけるか、初期設定に戻す。
電極成形工程では、製造パラメータとして、環境温度、環境湿度、切断後の電極210(電極211)のバリの発生数、バリの面積、バリの位置、接続部205の位置、接続部205の面積を含み、これらの製造パラメータのうち特定された誘因パラメータを初期設定に近づけるか、初期設定に戻す。なお、誘因パラメータとして、切断後の電極210(電極211)のバリの発生数、バリの面積が特定された場合には、バリに対応する打抜装置80の切断部、第1分断装置81の分断刃90、第2分断装置82の分断歯91を新品のものに交換する。
電極体形成工程では、製造パラメータとして、環境温度、環境湿度、電極210,211とセパレータ212との接触面積、電極210,211とセパレータ212の積層数、及び電極210,211とセパレータ212との積層順序を含み、これらの製造パラメータのうち特定された誘因パラメータを初期設定に近づけるか、初期設定に戻す。
取出電極接続工程では、製造パラメータとして、環境温度、環境湿度、ホーン部116a,116bによる溶接温度、溶接圧力、保持時間、及び溶接のセンシング時期を含み、これらの製造パラメータのうち特定された誘因パラメータを初期設定に近づけるか、初期設定に戻す。
第1ラミネート工程では、製造パラメータとして、環境温度、環境湿度、溶着部137,138の溶着温度、溶着部137,138の溶着圧力、溶着部137,138の溶着時間、溶着のセンシング時期を含み、これらの製造パラメータのうち特定された誘因パラメータを初期設定に近づけるか、初期設定に戻す。
真空乾燥工程では、製造パラメータとして、真空乾燥室140内の乾燥温度、乾燥湿度、真空度、及び真空ポンプ148の使用電力を含み、これらの製造パラメータのうち特定された誘因パラメータを初期設定に近づけるか、初期設定に戻す。
注液工程では、製造パラメータとして、環境温度、環境湿度、電解液215の注入量、電解液215の濃度を含み、これらの製造パラメータのうち特定された誘因パラメータを初期設定に近づけるか、初期設定に戻す。
第2ラミネート工程では、製造パラメータとして、環境温度、環境湿度、溶着部160の溶着温度、溶着部160の溶着圧力、溶着部160の溶着時間、溶着のセンシング時期を含み、これらの製造パラメータのうち特定された誘因パラメータを初期設定に近づけるか、初期設定に戻す。
That is, the manufacturing parameters of each process identified as trigger parameters are changed as follows.
In the electrode forming process, as manufacturing parameters, the environmental temperature, the environmental humidity, the kneading temperature and kneading humidity in the
In the slurry forming step, manufacturing parameters include the temperature and humidity in the
In the delivery process, manufacturing parameters include temperature and humidity in the
In the coating process and the drying process, the manufacturing parameters include the environmental temperature, the environmental humidity, the opening widths of the
In the electrode rolling step, manufacturing parameters include environmental temperature, environmental humidity, spacing between the rolling rolls 70 and 71, rotational speed of the rolling rolls 70 and 71, electrode density after rolling, and thickness of the
In the electrode forming process, as manufacturing parameters, the environmental temperature, the environmental humidity, the number of burrs generated on the electrode 210 (electrode 211) after cutting, the area of the burr, the position of the burr, the position of the connecting
In the electrode body forming step, manufacturing parameters include environmental temperature, environmental humidity, contact area between the
In the extraction electrode connection process, manufacturing parameters include environmental temperature, environmental humidity, welding temperature, welding pressure, holding time, and welding sensing time by the
In the first laminating step, the manufacturing parameters include environmental temperature, environmental humidity, welding temperature of the welded
In the vacuum drying process, the manufacturing parameters include the drying temperature, drying humidity, vacuum degree, and power consumption of the
In the injection process, the production parameters include environmental temperature, environmental humidity, injection amount of the
In the second lamination step, the manufacturing parameters include environmental temperature, environmental humidity, welding temperature of the
図14(b)のように二次電池群の中で品質が所定の基準以上の二次電池200の割合(図14でのハッチング部分S)、すなわち、品質が上限閾値と下限閾値の間の範囲に収まるものの割合が所定の閾値を上回ると、二次電池200の品質が所定の基準を満たすと判断し、その後の製造部2での製造において、各製造パラメータを維持したまま製造を続ける。
As shown in FIG. 14(b), the ratio of
続いて、本実施形態のディープラーニング部170について説明する。
Next, the
本実施形態のディープラーニング部170は、価値関数の近似アルゴリズムとして、図15(a)のようなニューロンモデルを組み込んだニューラルネットワークを実現する演算装置及びメモリ等で構成されている。
すなわち、ニューロンは、図15(a)のように、m個の入力xi(iは正の整数)に対する出力yを出力するものであり、各xiには、この入力xiに対応する重みwiが掛けられ、下記式(1)により表現される出力yを出力する。なお、入力xi、出力y、及び重みwiは全てベクトルである。
The
That is, as shown in FIG. 15(a), a neuron outputs an output y for m inputs x i (i is a positive integer), and each x i corresponds to this input x i It is multiplied by the weight wi and outputs an output y expressed by the following equation (1). Note that the inputs x i , outputs y, and weights w i are all vectors.
ここで、bはバイアスであり、fは活性化関数である。 where b is the bias and f is the activation function.
本実施形態のディープラーニング部170のニューラルネットワークは、図15(b)のように、入力層180と、中間層181と、出力層182を備え、中間層181として上記のニューロン(ニューロンN1~Np)が組み合わせられ、p層(pは4以上の正の整数)の厚みを有する深層ニューラルネットワークである。すなわち、中間層181は、p層の中間層D1~Dpを有している。
本実施形態のニューラルネットワークは、入力層180からS個の入力X(X1~XS:Sは、正の整数)が入力され、中間層181を経て、出力層182からT個の結果Y(Y1~YT:Tは、正の整数)が出力される。
The neural network of the
The neural network of this embodiment receives S inputs X (X 1 to X S : S is a positive integer) from the
具体的には、入力層180の入力X(X1~XS)に対して対応する重みW1が掛けられて中間層181の第1中間層D1の各ニューロンN1に入力される。第1中間層D1のニューロンN1は、それぞれ特徴ベクトルZ1を出力し、特徴ベクトルZ1は、中間層181の第2中間層D2の各ニューロンN2に対して、対応する重みW2がかけられて入力される。
Specifically, the input X (X 1 to X S ) of the
特徴ベクトルZ1は、重みW1と重みW2との間の特徴ベクトルであり、入力ベクトルの特徴量を抽出したベクトルとみなすことができる。
特徴ベクトルZ1は、中間層181の第2中間層D2の各ニューロンN2に対して、対応する重みW2がかけられて入力される。
第2中間層D2のニューロンN2は、それぞれ特徴ベクトルZ2を出力し、特徴ベクトルZ2は、中間層181の第3中間層D3の各ニューロンN3に対して、対応する重みW3がかけられて入力される。
中間層181の各中間層で上記の処理が繰り返されていき、末端の第P中間層DpのニューロンNpは、それぞれ特徴ベクトルZpを出力し、特徴ベクトルZpは、出力層182に出力される。その結果、ニューラルネットワークは、結果Y(Y1~YT)を出力する。
重みW1~Wpは、誤差逆伝搬法により学習可能なものである。誤差逆伝搬法は、各ニューロンについて、入力xが入力されたときの出力yと真の出力y(教師)との差分を小さくするように、それぞれの重みWを調整(学習)する手法である。
The feature vector Z1 is a feature vector between the weight W1 and the weight W2, and can be regarded as a vector obtained by extracting the feature amount of the input vector.
The feature vector Z1 is input to each neuron N2 of the second intermediate layer D2 of the
Each neuron N2 of the second hidden layer D2 outputs a feature vector Z2, and the feature vector Z2 is input to each neuron N3 of the third hidden layer D3 of the hidden
The above processing is repeated in each intermediate layer of the
The weights W1 to Wp can be learned by the error backpropagation method. The error backpropagation method is a method of adjusting (learning) the weight W of each neuron so as to reduce the difference between the output y when the input x is input and the true output y (teacher). .
続いて、本実施形態の二次電池製造システム1で製造される二次電池200の一例について説明する。
Next, an example of the
二次電池200は、図16のように電極210,211とセパレータ212が積層された、いわゆる積層型の二次電池であって、金属イオンをキャリアとするものであり、封入体216(封止部材)の一辺から取出電極たるタブ電極部材213,214が張り出したものである。
本実施形態の二次電池200は、非水電解質二次電池であり、具体的には非電解液を電解質とするリチウムイオン二次電池である。
二次電池200は、正極210と、負極211と、セパレータ212と、タブ電極部材213,214(取出電極)と、電解液215と、封入体216を備えている。
The
The
The
正極210は、金属箔202の少なくとも一方の片面上に正極層201aが積層されたものである。本実施形態の正極210は、金属箔202の両面に正極層201a,201aが積層されている。
正極210は、金属箔202の一部が他の部分に比べて面状に張り出し、タブ電極部材213と接続可能な接続部205aを備えている。
The
The
負極211は、金属箔202の少なくとも一方の片面上に負極層201bが形成されたものである。本実施形態の負極211は、金属箔202の両面に負極層201b,201bが積層されている。
負極211は、金属箔202の一部が他の部分に比べて面状に張り出し、タブ電極部材214と接続可能な接続部205bを備えている。
The
The
セパレータ212は、正極210と負極211を隔離し、短絡を防止する部材であり、電解液215を保持することで金属イオンの伝導性を確保する部材である。
タブ電極部材213は、充電時に正極210から電子を取り出し、放電時に正極210に電子を注入する部材である。
タブ電極部材214は、充電時に負極211に電子を注入し、放電時に負極211から電子を取り出す部材である。
The
The
The
電解液215は、電解質として機能するものであり、本実施形態では水を実質的に含まない非水電解液である。
封入体216は、正極210、負極211、セパレータ212、及び電解液215と、タブ電極部材213,214の一部を封入する部材であり、ラミネートフィルム230,231で形成されている。
The
The
二次電池200は、正極210、セパレータ212、負極211、セパレータ212の順で複数段積層されており、積層方向の最も外側(封入体216側)にセパレータ212が位置している。
各正極210の接続部205aは、平面視したときに重なっており、当該重なり部分にタブ電極部材213が接続されている。
同様に、各負極211の接続部205bは、平面視したときに重なっており、当該重なり部分にタブ電極部材214が接続されている。
封入体216は、その内部が密閉されており、実質的に空気が入っていない状態となっている。
In the
The connecting
Similarly, the connecting
The
本実施形態の二次電池製造システム1によれば、製造部2で製造された二次電池群の二次電池200の品質が所定の基準を下回った場合に、ディープラーニング部170によって二次電池200の製造パラメータの中から品質低下を誘因する誘因パラメータを特定し、誘因パラメータを初期設定時のパラメータに近づける。そのため、その後、製造部2で製造される二次電池群の品質を底上げでき、一定品質以上の二次電池200を継続的に製造できる。
According to the secondary
上記した実施形態では、製造部2での各製造工程を全て自動で行っていたが、本発明はこれに限定されるものではない。製造部2での各製造工程の一部を手動で行ってもよい。
In the above-described embodiment, each manufacturing process in the
上記した実施形態では、二次電池製造システム1によって積層構造をもつ二次電池200を製造する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。巻回構造をもつ二次電池200を製造してもよい。この場合、電極積層装置6は電極体218を巻回する電極巻回装置となる。
In the above-described embodiment, the secondary
上記した実施形態では、封入体216の一辺からタブ電極部材213,214が張り出した構造となっていたが、本発明はこれに限定されるものではない。タブ電極部材213,214の封入体216からの張り出し位置は問わない。例えば、封入体216の対向する二辺からタブ電極部材213,214がそれぞれ張り出した構造であってもよい。
In the above-described embodiment, the
上記した実施形態では、二次電池製造システム1は一つの製造部2を備えていたが、本発明はこれに限定されるものではない。二次電池製造システム1は、二つ以上の製造部2を備えていてもよい。
In the embodiment described above, the secondary
上記した実施形態では、二次電池200としてリチウムイオン二次電池を使用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ナトリウムイオン二次電池やカリウムイオン二次電池などの一価の電池やマグネシウムイオン二次電池等の多価イオン電池、空気電池等の他の二次電池であってもよい。
In the above-described embodiment, the case of using a lithium ion secondary battery as the
上記した実施形態では、電極体218の各電極210,211の積層枚数はそれぞれ3枚ずつであったが、本発明はこれに限定されるものではない。電極体218を構成する各電極210,211の積層枚数は、それぞれ1枚ずつ又は2枚ずつでもよいし、それぞれ4枚以上であってもよい。
In the above-described embodiment, the number of laminated layers of each of the
上記した実施形態では、電極体218の積層方向の最も外側にセパレータ212が位置していたが、本発明はこれに限定されるものではない。電極体218の積層方向の最も外側に電極210,211が位置してもよい。
In the embodiment described above, the
上記した実施形態では、ディープラーニング部170は、教師あり学習を行うものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。一部のみ入力と出力のデータの組が存在し、それ以外は入力のみのデータで機械学習を行う半教師あり学習を行うものであってもよい。また、必要に応じて教師なし学習や強化学習も行うものであってもよい。
In the embodiment described above, the
上記した実施形態では、機械学習部として4層以上の深層ニューラルネットワークのアルゴリズムに則して学習するディープラーニング部170の場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。3層以下のニューラルネットワークのアルゴリズムに則して学習するものであってもよい。
In the above-described embodiment, the case of the
上記した実施形態では、製造部2の混練塗工装置20,21は製造室に設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではない。製造部2の混練塗工装置20,21も他の装置と同様、ドライルームに設けられていてもよい。
In the embodiment described above, the kneading and
1 二次電池製造システム
2 製造部
3 制御部
4 評価部
5,5a,5b 電極形成装置
6 電極積層装置
7 溶接装置
8 封止装置
11 電気特性評価装置
12 抵抗特性評価装置
13 形状評価装置
14 構造評価装置
20 第一混練塗工装置
21 第二混練塗工装置
22 プレス装置
23 成形装置
46 電動プロペラ部
47 駆動モーター
55 シリンダー部
70,71 圧延ロール
80 打抜装置
81 第1分断装置
82 第2分断装置
90 分断刃(切断部)
91 分断歯(切断部)
100,101 電極搬送ライン
102 セパレータ搬送ライン
105 セル搬送ライン
116a,116b ホーン部
130 第1溶着装置
131 真空乾燥装置
132 電解液注入装置
133 第2溶着装置
135,136 溶着部材
137,138 溶着部
140 真空乾燥室
148,161 真空ポンプ
160 溶着部
170 ディープラーニング部(機械学習部)
171 データ蓄積部(記憶部)
172 評価結果取得部
173 判定部
180 入力層
181 中間層
182 出力層
200 二次電池
201a 正極層
201b 負極層
202 金属箔
205,205a,205b 接続部
210 正極(電極)
211 負極(電極)
212 セパレータ
213,214 タブ電極部材
215 電解液
216 封入体(封止部材)
218 電極体
230,231 ラミネートフィルム
1 Secondary
91 parting tooth (cutting part)
100, 101
171 data storage unit (storage unit)
172 Evaluation
211 negative electrode (electrode)
212
218
Claims (10)
前記制御部は、記憶部と、機械学習部を有するものであって、前記製造部での製造に使用する製造パラメータを制御可能であり、
前記記憶部は、現在及び過去の製造パラメータと、当該過去の製造パラメータを用いて製造した二次電池の前記評価部による評価結果を紐づけて記憶するものであり、
前記制御部は、前記二次電池の品質が所定の基準以下に低下したかどうかを判断し、前記製造部によって製造された二次電池の品質が前記所定の基準以下に低下したと判断した場合に、前記記憶部で記憶された過去の製造パラメータ及び過去の評価結果の関係により、製造パラメータの中から品質の低下に影響を与える誘因パラメータを特定し、当該誘因パラメータを初期設定時の製造パラメータに戻すことを特徴とする二次電池製造システムの制御方法。 A control unit, a manufacturing unit that automatically performs part or all of the manufacturing process of a secondary battery, and an evaluation unit that evaluates the quality of the secondary battery manufactured by the manufacturing unit,
The control unit has a storage unit and a machine learning unit, and is capable of controlling manufacturing parameters used for manufacturing in the manufacturing unit,
The storage unit associates and stores current and past manufacturing parameters and evaluation results of secondary batteries manufactured using the past manufacturing parameters by the evaluation unit,
The control unit determines whether the quality of the secondary battery has deteriorated below a predetermined standard, and if it is determined that the quality of the secondary battery manufactured by the manufacturing unit has deteriorated below the predetermined standard. (2) specifying an inducement parameter that affects quality deterioration from among the manufacturing parameters based on the relationship between the past manufacturing parameters and the past evaluation results stored in the storage unit, and setting the inducement parameter as the manufacturing parameter at the time of initial setting; A control method for a secondary battery manufacturing system, characterized by returning to
前記複数の二次電池のうち所定数の二次電池を抽出し、前記所定数の二次電池のうち品質が所定の範囲に収まるものの割合が所定の閾値を下回った場合に、前記機械学習部は二次電池の品質が低下したと判断することを特徴とする請求項1に記載の二次電池製造システムの制御方法。 Simultaneously or continuously manufacturing multiple secondary batteries,
A predetermined number of secondary batteries are extracted from the plurality of secondary batteries, and if a ratio of secondary batteries whose quality is within a predetermined range among the predetermined number of secondary batteries is below a predetermined threshold, the machine learning unit 2. The method of controlling a secondary battery manufacturing system according to claim 1, wherein the step determines that the quality of the secondary battery has deteriorated.
前記スラリー形成工程は、電動プロペラにより、少なくとも電極活物質と溶媒とバインダーを混練しスラリー状の電極材料を形成する工程であり、
前記塗工工程は、前記スラリー状の電極材料を金属箔に塗布し乾燥させて電極を形成する工程であり、
前記電極体形成工程は、前記電極及びセパレータを重ねて電極体を形成する工程であり、
前記取出電極接続工程は、取出電極を溶接により前記電極体に接続する工程であり、
前記製造パラメータは、以下(1)~(4)の各パラメータを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の二次電池製造システムの制御方法。
(1)前記スラリー形成工程における、混練温度、環境温度、環境湿度、前記電極材料の粘度、前記電動プロペラの回転数、及び前記電動プロペラの駆動電力から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。
(2)前記塗工工程における、環境温度、環境湿度、前記電極材料の粘度、塗布速度、電極の厚み、乾燥温度、及び乾燥雰囲気から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。
(3)前記電極体形成工程における、環境温度、環境湿度、電極とセパレータとの接触面積、電極とセパレータの重なり数、及び電極とセパレータとの重なり順序から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。
(4)前記取出電極接続工程における、環境温度、環境湿度、溶接温度、溶接圧力、保持時間、及び溶接のセンシング時期から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。 The manufacturing process of the secondary battery includes at least a slurry forming process, a coating process, an electrode body forming process, and an extraction electrode connecting process,
The slurry forming step is a step of kneading at least an electrode active material, a solvent and a binder with an electric propeller to form a slurry electrode material,
The coating step is a step of applying the slurry electrode material to a metal foil and drying it to form an electrode,
The electrode body forming step is a step of forming an electrode body by stacking the electrode and the separator,
The extraction electrode connecting step is a step of connecting the extraction electrode to the electrode body by welding,
3. The method of controlling a secondary battery manufacturing system according to claim 1, wherein the manufacturing parameters include parameters (1) to (4) below.
(1) At least one parameter selected from kneading temperature, environmental temperature, environmental humidity, viscosity of electrode material, number of revolutions of electric propeller, and driving power of electric propeller in the slurry forming step.
(2) At least one parameter selected from environmental temperature, environmental humidity, viscosity of the electrode material, coating speed, electrode thickness, drying temperature, and drying atmosphere in the coating step.
(3) At least one parameter selected from environmental temperature, environmental humidity, contact area between electrodes and separators, number of overlapping electrodes and separators, and overlapping order of electrodes and separators in the electrode body forming step.
(4) At least one parameter selected from environmental temperature, environmental humidity, welding temperature, welding pressure, holding time, and welding sensing timing in the extraction electrode connecting step.
前記製造パラメータは、以下(5)のパラメータを含むことを特徴とする請求項3に記載の二次電池製造システムの制御方法。
(5)前記電極成形工程における、環境温度、環境湿度、切断後の電極のバリの発生数、及び切断後の電極体のバリの面積から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。 The manufacturing process of the secondary battery includes an electrode forming step in which the electrode is cut by a cutting part of an electrode cutting machine and the shape of the electrode is adjusted,
4. The method of controlling a secondary battery manufacturing system according to claim 3, wherein the manufacturing parameters include the following parameters (5).
(5) At least one parameter selected from environmental temperature, environmental humidity, the number of burrs generated on the electrode after cutting, and the area of burrs on the electrode body after cutting in the electrode forming step.
前記誘因パラメータとして切断後の電極のバリの発生数又は切断後の電極体のバリの面積が特定された場合には、前記電極切断機の切断部を交換することを特徴とする請求項4に記載の二次電池製造システムの制御方法。 The manufacturing parameters include the number of burrs generated on the electrode after cutting in the electrode forming step or the area of burrs on the electrode body after cutting,
5. When the number of burrs generated on the electrode after cutting or the area of burrs on the electrode body after cutting is specified as the trigger parameter, the cutting portion of the electrode cutting machine is replaced with a new one. A control method for the described secondary battery manufacturing system.
前記製造パラメータは、以下(6)及び(7)の各パラメータを含むことを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の二次電池製造システムの制御方法。
(6)前記真空乾燥工程における、乾燥温度、乾燥湿度、真空度、及び真空ポンプの使用電力から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。
(7)前記電解液注入工程における、環境温度、環境湿度、前記封止部材の溶着温度、前記封止部材の溶着圧力、前記封止部材の溶着時間、前記封止部材のセンシング時期、前記電解液の注入量、及び前記電解液の濃度から選ばれる少なくとも一つのパラメータ。 The manufacturing process of the secondary battery includes a vacuum drying process in which the electrode assembly is housed in a bag-shaped sealing member and dried while being vacuumed by a vacuum pump, and an electrolytic solution is injected into the sealing member. an electrolytic solution injection step of sealing by welding a part of the sealing member,
6. The method of controlling a secondary battery manufacturing system according to claim 3, wherein the manufacturing parameters include parameters (6) and (7) below.
(6) At least one parameter selected from drying temperature, drying humidity, degree of vacuum, and power consumption of a vacuum pump in the vacuum drying step.
(7) Environmental temperature, environmental humidity, welding temperature of the sealing member, welding pressure of the sealing member, welding time of the sealing member, sensing timing of the sealing member, and the electrolysis in the electrolytic solution injection step At least one parameter selected from the injection amount of the liquid and the concentration of the electrolyte.
前記製造パラメータは、以下(8)のパラメータを含むことを特徴とする請求項3乃至6のいずれかに記載の二次電池製造システムの制御方法。
(8)前記電極圧延工程における、環境温度、環境湿度、前記一対のロールの回転速度、前記一対のロールの間隔、圧延後の電極密度、及び電極の厚みから選ばれる少なくとも一つのパラメータ。 The manufacturing process of the secondary battery includes an electrode rolling process of rolling the electrode by sandwiching it between a pair of rolls,
7. The method of controlling a secondary battery manufacturing system according to any one of claims 3 to 6, wherein the manufacturing parameters include the following parameters (8).
(8) At least one parameter selected from environmental temperature, environmental humidity, rotation speed of the pair of rolls, gap between the pair of rolls, electrode density after rolling, and electrode thickness in the electrode rolling step.
前記スラリー形成工程は、電動プロペラにより、少なくとも電極活物質と溶媒とバインダーを混練しスラリー状の電極材料を形成する工程であり、
前記塗工工程は、前記スラリー状の電極材料を金属箔に塗布し乾燥させて電極を形成する工程であり、
前記圧延工程は、前記電極が形成された金属箔を圧延する工程であり、
前記電極形成工程は、自動で行われることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の二次電池製造システムの制御方法。 The manufacturing process of the secondary battery includes at least a slurry forming process, a coating process, and an electrode forming process including a rolling process,
The slurry forming step is a step of kneading at least an electrode active material, a solvent and a binder with an electric propeller to form a slurry electrode material,
The coating step is a step of applying the slurry electrode material to a metal foil and drying it to form an electrode,
The rolling step is a step of rolling the metal foil on which the electrodes are formed,
8. The method of controlling a secondary battery manufacturing system according to claim 1, wherein said electrode forming step is performed automatically.
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