JP7220245B2 - 空隙率導出方法及び空隙率導出装置 - Google Patents

Description

本発明は、空隙率導出方法及び空隙率導出装置に関する。

従来、被検査体の検査方式として、被検査体の空隙率を測定することが行われている。例えば、電解質が充填された固体電解質の空隙率を測定する方法としては、固体電解質の断面を撮影した画像に対し、画像解析ソフトを用いることで、空隙率を測定する方法が知られている（特許文献１参照）。

国際公開第２０１８／１８６４４２号

特許文献１に記載された空隙率の測定方法は、空隙率を測定する際にサンプルを切断した上で断面写真を撮影する必要があることから、実際の生産ラインに上記方法を適用する場合には抜き取り検査となる。従って、仕損品を発見できない恐れがあるばかりでなく、フィードバックが遅くなることで、仕損品が増加する恐れもある。従って、インラインで搬送中の被検査体の空隙率を導出する方法の開発が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、搬送中の被検査体の空隙率を導出することができる、空隙率導出方法及び空隙率導出装置を提供することを目的とする。

（１） 本発明は、被検査体の空隙率を導出する方法であって、搬送中の前記被検査体の特定箇所の目付量を測定する、目付量測定工程と、搬送中の前記被検査体の前記特定箇所の厚みを測定する、厚み測定工程と、前記目付量、前記厚み、並びに前記被検査体の真密度から、前記被検査体の空隙率を導出する空隙率導出工程と、を有する、空隙率導出方法に関する。

（１）の発明によれば、搬送中の被検査体の空隙率を導出することができる空隙率導出方法を提供できる。

（２） 前記被検査体は、充填物が充填された基材であり、前記目付量測定工程は、前記基材及び前記充填物の目付量を測定し、前記空隙率導出工程は、前記基材及び前記充填物の目付量、前記被検査体の厚み、並びに、前記基材及び前記充填物の真密度から、前記被検査体の空隙率を導出する、（１）に記載の空隙率導出方法。

（２）の発明によれば、搬送中の充填物が充填された基材の空隙率を導出することができる空隙率導出方法を提供できる。

（３） 前記充填物は、電解質である、（２）に記載の空隙率導出方法。

（３）の発明によれば、電池材料として用いられる電解質層の空隙率を導出できる。

（４）また、本発明は、被検査体を搬送する搬送部と、搬送中の前記被検査体の特定箇所の目付量を測定する、目付量測定部と、搬送中の前記被検査体の前記特定箇所の厚みを測定する、厚み測定部と、前記被検査体の真密度を記憶する、記憶部と、前記目付量、前記厚み、並びに前記被検査体の真密度から、前記被検査体の空隙率を導出する導出部と、を有する、空隙率導出装置に関する。

（４）の発明によれば、搬送中の被検査体の空隙率を導出することができる空隙率導出装置を提供できる。

（５）前記被検査体は、充填物が充填された基材であり、前記目付量測定部は、前記基材及び前記充填物の目付量を測定し、前記記憶部は、前記充填物及び前記基材の真密度を記憶し、前記導出部は、前記基材及び前記充填物の目付量、前記被検査体の厚み、並びに、前記基材及び前記充填物の真密度から、前記被検査体の空隙率を導出する、（４）に記載の空隙率導出装置。

（５）の発明によれば、搬送中の充填物が充填された基材の空隙率を導出することができる空隙率導出装置を提供できる。

実施形態に係る空隙率導出方法の対象である被検査体の概念断面図である。 図１Ａから空隙率を導出する際の導出方法に用いる概念断面図である。 実施形態に係る空隙率導出装置を示す概要図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明の内容は以下の実施例の記載に限定されない。

＜空隙率導出方法＞
本実施形態に係る空隙率導出方法は、被検査体の空隙率を導出する方法であって、搬送中の被検査体の空隙率を導出することができる方法である。空隙率導出方法は、搬送中の被検査体の特定箇所の目付量を測定する、目付量測定工程と、搬送中の被検査体の特定箇所の厚みを測定する、厚み測定工程と、上記測定されたパラメータ、被検査体の真密度から基材の空隙率を導出する空隙率導出工程と、を有する。

（目付量測定工程）
目付量測定工程は、搬送中の上記被検査体の特定箇所の目付量（ｇ／ｍ^２）を測定する工程である。目付量を測定する方法としては、搬送中の被検査体を測定可能な方法であれば特に制限されないが、例えば、蛍光Ｘ線検出方法が挙げられる。蛍光Ｘ線検出方法は、まず、測定対象である被検査体にＸ線を照射することで、被検査体を構成する原子が励起状態となる。次に、原子が励起状態から安定状態に戻る際に発生する蛍光Ｘ線を検出することで、被検査体である、例えば基材及び充填物の目付量をそれぞれ測定できる。蛍光Ｘ線の検出結果は、元素ごとに異なるエネルギー強度として得られ、エネルギー強度から被検査体の目付量を算出することができる。また、蛍光Ｘ線を用いた上記方法によれば、測定対象である被検査体の目付量を非接触で測定することができるため、搬送中の被検査体の目付量を測定することができる。他の目付量測定方法としては、β線等の放射線を測定対象である被検査体に照射し、放射線の透過量を測定する方法等が挙げられる。

（厚み測定工程）
厚み測定工程は、搬送中の上記被検査体の特定箇所の厚みを測定する工程である。厚みを測定する方法としては、搬送中の被検査体を測定可能な方法であれば特に制限されないが、例えば、分光干渉レーザ変位測定による方法が挙げられる。分光干渉レーザ変位測定による方法は、例えば一対のセンサを被検査体の厚み方向の両側に配置し、様々な波長を含む光を被検査体に照射し、反射光と出射光との位相差を測定することで、センサから被検査体までの距離を測定し、被検査体の厚みを算出する方法である。他の厚み測定方法としては、超音波による測定方法等も挙げられるが、被検査体を高精度に測定する観点からは分光干渉レーザ変位測定による方法が好ましい。

目付量測定工程と、厚み測定工程における測定箇所である、上記充填物が充填された被検査体の特定箇所は、同期された同一の特定箇所である。目付量測定工程と、厚み測定工程における測定箇所を同期させる方法としては、例えば、目付測定装置で測定した位置座標を記録し、同じ位置を厚み測定装置に計測するよう指示をする方法が挙げられる。

（空隙率導出工程）
空隙率導出工程は、上記目付量測定工程で測定された目付量、及び上記厚み測定工程で測定された厚み、並びに、被検査体としての、例えば基材及び充填物の真密度から空隙率を導出する工程である。本実施形態に係る空隙率は、基材中の充填物の体積に対する、基材中の空隙の体積の比率（％）を示す。以下、空隙率を導出する方法について、被検査体としての充填物が充填された基材の例である、固体電解質シートを例に挙げて説明する。

図１Ａは、基材としての不織布シートに充填物としての固体電解質が充填された固体電解質シートＢの構成を示す概要断面図である。図１に示すように、固体電解質シートＢは、固体電解質層Ｓと、不織布層Ｎｗと、を有する。不織布層Ｎｗには、固体電解質が充填されている。固体電解質層Ｓ中には、無数の空隙Ｖが存在している。仮に体積Ｖの充填物中に体積ｖ_１の空隙がＮ個存在する場合、空隙率は、以下の式（１）により求めることができる。
空隙率［％］＝（Ｎ×ｖ_１）／Ｖ×１００ ・・・（１）

ここで、上記式（１）における空隙率は、仮に基材中に存在する空隙を、厚みＨを有する充填物の一端側に厚みｈで積層したと仮定した場合、厚みＨに対する厚みｈの比率と等しい。

図１Ｂは、図１Ａにおける空隙Ｖ、固体電解質層Ｓ、及び不織布層Ｎｗを、仮に固体電解質シートＢの一端側から順にそれぞれ単独で積層した場合の、各層の厚みを示す概念図である。図１Ｂに示すように、厚みＨは固体電解質シートＢ全体の厚みを示す。厚みｈ_１は固体電解質層Ｓの厚みを示し、厚みｈ_２は基材である不織布のみを含む不織布層Ｎｗの実厚みを示す。導出すべき空隙率は、充填物である固体電解質中に含まれる空隙の体積割合である。従って、空隙率は、シートＢ全体の厚みであるＨから、基材である不織布層Ｎｗの実厚みｈ_２を差し引いた厚み（図１ＢにおけるＨ１）に対する、空隙Ｖの厚みとして導出される。具体的には、空隙率は以下の式（２）で導出される。なお、被検査体が不織布Ｎｗ等の基材を有しない、例えば固体電解質Ｓのみで構成される被検査体である場合には、以下の式（２）における厚みｈ_２は０とする。
空隙率［％］＝｛１－ｈ_１／（Ｈ－ｈ_２）｝×１００ ・・・（２）

ここで、上記式（２）における厚みＨは、厚み測定工程により測定される、充填物が充填された基材の特定箇所における厚みである。厚みｈ_１は、目付量測定工程により測定される、固体電解質Ｓの特定箇所の目付量（ｇ／ｍ^２）と、予め得ておいた充填物である固体電解質Ｓの真密度（ｇ／ｍ^３）から、特定箇所における厚み、として算出することができる。厚みｈ_２も同様に、基材である不織布Ｎｗの真密度を予め得ておくことにより、特定箇所における厚み、として算出することができる。

本実施形態に係る空隙率導出方法によれば、搬送中の被検査体である基材の空隙率を、非接触かつ高精度で導出することができる。

＜被検査体＞
本実施形態に係る被検査体としては、特に制限されないが、例えば、内部に充填物が充填可能な多孔質体等により構成される基材に、充填物を充填した被検査体が挙げられる。なお、本実施形態に係る空隙率導出方法の被検査体は、上記基材を有さないものであってもよい。例えば、充填物として以下に例示する電解質等のみにより構成される被検査体に対しても、本実施形態に係る空隙率導出方法を適用できる。上記被検査体は、図１Ａに示すようなシート状の外形を有する部材であってもよい。

（基材）
本実施形態に係る空隙率導出方法の被検査体である基材は、内部に充填物が充填可能な空隙を有するものであれば特に制限されない。基材に充填される充填物が、後述する固体電解質等の電解質であり、充填物が充填された基材を固体電解質シートとして用いる場合、基材は、不織布の形状であることが好ましい。これにより、固体電解質層として好ましい空隙率や厚みを満たすことが容易となる。基材の形状は、織布の形状、多孔質の形状等であってもよい。上記以外に、充填物が充填された基材をリチウムイオン二次電池等の電極集電体として用いる場合、基材は、発泡金属等の金属多孔体であってもよい。

基材の材質としては、特に制限されないが、固体電解質層として用いられる基材の材質としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、アラミド、Ａｌ_２Ｏ_３、ガラス等が挙げられる。上記以外に、電極集電体として用いられる基材の材質としては、銅、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属多孔体が挙げられる。

（充填物）
本実施形態に係る基材に充填される充填物としては、特に制限されない。充填物が充填された基材をリチウムイオン二次電池等の電解質シートとして用いる場合、充填される電解質としては、例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料、窒化物固体電解質材料、ハロゲン化物固体電解質材料等を挙げることができる。上記以外に、充填される電解質は、液系電池に用いられる公知の液体電解質や、ゲル状電解質であってもよい。充填物が充填された基材をリチウムイオン二次電池等の電極集電体として用いる場合、充填される充填物としては、負極合材や正極合材等の電極合材が挙げられる。

基材に充填物を充填する方法としては特に制限されず、基材及び充填物の種類に応じた充填方法が選択できる。例えば、不織布の形状である基材に対して、固体電解質を溶媒に溶解又は分散させて調製したスラリーを塗布して乾燥する方法が挙げられる。塗布方法としては、例えば、スライドダイコート、コンマダイコート、コンマリバースコート、グラビアコート、グラビアリバースコート等による方法を挙げることができる。乾燥方法としては、例えば、熱風、ヒーター、高周波等を用いた乾燥装置による方法が挙げられる。乾燥後にシートプレスやロールプレス等により加圧を行うことで、強度及び密度を上昇させてもよい。

充填物が充填された基材の厚み及び空隙率は、特に制限されない。しかし、例えば充填物が充填された基材をリチウムイオン二次電池等の電解質シートとして用いる場合、例えばイオン伝導度の低下抑制の観点等から、基材の最適な空隙率が存在する。

＜空隙率導出装置＞
本実施形態に係る空隙率導出装置は、搬送中の被検査体の空隙率を導出可能な装置である。上記被検査体は、充填物が充填された基材であってもよいし、基材を有しない被検査体であってもよい。図２に示すように、空隙率導出装置１は、搬送部２と、目付量測定部３０と、厚み測定部４０と、記憶部５１及び導出部５２を有する機能部５０と、を有する。機能部５０は、ネットワークＮＷを介してサーバ装置６０と通信可能に接続される。

搬送部２は、特に制限されず、被検査体Ｂを搬送可能なベルトコンベア等、所定の搬送速度で被検査体を搬送可能な公知の搬送装置を用いることができる。

（目付量測定部）
目付量測定部３０としては、特に制限されず、例えば蛍光Ｘ線検出装置やβ線厚さ計等、非接触で被検査体Ｂの目付量を測定可能な公知の装置を用いることができる。目付量測定部３０は、被検査体Ｂが、充填物が充填された基材である場合、基材及び充填物の目付量をそれぞれ測定可能であることが好ましい。

（厚み測定部）
厚み測定部４０としては、特に制限されず、可視光・紫外光・赤外光などの集束光であるレーザ光を用いた分光干渉レーザ変位測定装置等、非接触で対象物との距離を測定可能な公知の装置を用いることができる。

（機能部）
機能部５０は、記憶部５１及び導出部５２を有する。機能部５０は、上記以外に、機能部５０は、空隙率導出装置１のユーザが、被検査体としての例えば基材及び充填物の真密度等の各種情報を入力するための入力部や、導出部５２により導出された空隙率を出力可能な出力部を有する。上記以外に、機能部５０は、導出部５２により導出された空隙率が、所定の数値範囲内であるか否かを判定する判定部を備えていてもよい。機能部５０は、有線又は無線の通信手段により、目付量測定部３０、厚み測定部４０及び、ネットワークＮＷを介してサーバ装置６０と通信可能に接続される。このような機能部５０は、特に制限されず、例えばメモリやハードディスク等の記憶装置、ＣＰＵ等の演算装置、ディスプレイ装置等の公知の装置によって実現される。

（記憶部）
記憶部５１には、被検査体としての例えば基材及び充填物の真密度が予め入力されることで記憶される。また、記憶部５１には、上記説明した空隙率を導出するための計算式及び、上記計算式を実行するためのプログラム等が予め記憶される。上記以外に、記憶部５１には、目付量測定部３０及び厚み測定部４０により測定された被検査体Ｂの測定位置座標、及び目付量や厚みの測定値が記憶される。

（導出部）
導出部５２は、記憶部５１に記憶された基材の真密度及び充填物の真密度、並びに目付量測定部３０及び厚み測定部４０により測定された被検査体Ｂの目付量や厚みの測定値から、上記説明した空隙率を導出するための計算式に従って空隙率を導出する。

上記構成を有する空隙率導出装置１を用いた、被検査体Ｂの空隙率測定手順の概要を以下に説明する。まず、目付量測定部３０は、被検査体Ｂの目付量を測定し、被検査体Ｂの目付量及び測定位置座標を機能部５０に送信する。送信された被検査体Ｂの目付量及び測定位置座標は、記憶部５１に記憶される。次に、機能部５０は、厚み測定部４０に対して被検査体Ｂの測定位置座標を送信する。厚み測定部４０は、受信した被検査体Ｂの測定位置座標における被検査体Ｂの厚みを測定し、機能部５０に送信する。送信された被検査体Ｂの厚みは、記憶部５１に記憶される。次に、導出部５２は、予め記憶部５１に記憶された被検査体Ｂを構成する、例えば基材及び充填物の真密度、並びに、被検査体Ｂの目付量及び厚みの測定値から、被検査体Ｂの空隙率を導出する。機能部５０は、導出された被検査体Ｂの空隙率及び測定位置座標を、ネットワークＮＷを介してサーバ装置６０に送信する。サーバ装置６０において、被検査体Ｂの空隙率が所定の数値範囲内にあるか否かが判定され、仕損品が発見される。

上記構成を有する空隙率導出装置１によれば、生産ライン上で搬送される被検査体Ｂの空隙率を、抜き取り方式ではなく搬送中にリアルタイムで測定できるため、仕損品を確実に発見できると共に、仕損率を低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の内容は上記実施形態に限定されず、適宜変更が可能である。

１ 空隙率導出装置
３０ 目付量測定部
４０ 厚み測定部
５１ 記憶部
５２ 導出部
Ｂ 被検査体
Ｓ 固体電解質（電解質）
Ｎｗ 不織布

Claims (3)

1. 被検査体の空隙率を導出する方法であって、
   前記被検査体は、充填物が充填された基材であり、
   搬送中の前記被検査体の特定箇所の目付量を測定する、目付量測定工程と、
   搬送中の前記被検査体の前記特定箇所の厚みを測定する、厚み測定工程と、
   前記目付量、前記厚み、並びに前記被検査体の真密度から、前記被検査体の空隙率を導出する空隙率導出工程と、を有し、
   前記目付量測定工程は、前記基材及び前記充填物の目付量をそれぞれ測定し、
   前記空隙率導出工程は、前記基材及び前記充填物の目付量、前記被検査体の厚み、並びに、前記基材及び前記充填物の真密度から、前記被検査体の空隙率を導出する、空隙率導出方法。
2. 前記充填物は、電解質である、請求項１に記載の空隙率導出方法。
3. 被検査体を搬送する搬送部と、
   搬送中の前記被検査体の特定箇所の目付量を測定する、目付量測定部と、
   搬送中の前記被検査体の前記特定箇所の厚みを測定する、厚み測定部と、
   前記被検査体の真密度を記憶する、記憶部と、
   前記目付量、前記厚み、並びに前記被検査体の真密度から、前記被検査体の空隙率を導出する導出部と、を有し、
   前記被検査体は、充填物が充填された基材であり、
   前記目付量測定部は、前記基材及び前記充填物の目付量をそれぞれ測定し、
   前記記憶部は、前記充填物及び前記基材の真密度を記憶し、
   前記導出部は、前記基材及び前記充填物の目付量、前記被検査体の厚み、並びに、前記基材及び前記充填物の真密度から、前記被検査体の空隙率を導出する、空隙率導出装置。

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