特開 2020-153733 自動電気化学測定システム、および、電気化学特性を自動測定する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-153733(P2020-153733A)

(43)【公開日】2020年9月24日

(54)【発明の名称】自動電気化学測定システム、および、電気化学特性を自動測定する方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 35/10 20060101AFI20200828BHJP

   G01N 27/416 20060101ALI20200828BHJP

   G01N 27/28 20060101ALI20200828BHJP

【ＦＩ】

   G01N35/10 D

   G01N27/416 300M

   G01N27/28 301Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】36

(21)【出願番号】特願2019-50783(P2019-50783)

(22)【出願日】2019年3月19日

(71)【出願人】

【識別番号】301023238

【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構

(72)【発明者】

【氏名】松田 翔一

【テーマコード（参考）】

2G058

【Ｆターム（参考）】

2G058CA01

2G058CB16

2G058CC02

2G058CD23

(57)【要約】

【課題】 限られた空間で２以上の母液からなる被験液の電気化学特性を一斉に測定する自動電気化学測定システム、および、その電気化学特性を一斉に自動測定する方法を提供すること。
【解決手段】 本発明のシステムは、母液プレートと評価プレートとを設置するプレートスタッカと、これらを搬送する搬送手段と、母液プレートから母液を抽液し、被験液を評価プレートに調製する分注手段と、評価プレートを載置する測定ステージと、電気化学特性を一斉に測定する電気化学測定装置と、これらの動作を制御する制御手段とを備え、制御手段は、分注手段が、母液プレートのウェルから固定量ｖの母液の抽液と、評価プレートのウェルへの注液とを基本とし、母液プレートに収容された全母液に対して繰り返し、母液プレートのそれぞれに対して、母液の容量Ｖを固定量ｖで除した解の整数部分ｎに相当する数の評価プレートに被験液を調製するよう、分注手段の動作を制御する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２以上の母液を混合してなる被験液の電気化学特性を一斉に測定する自動電気化学測定システムであって、
複数の母液のそれぞれを収容した複数のウェルを備えた１以上の母液プレートと、複数の被験液のそれぞれを収容するための複数のウェルを備えた１以上の評価プレートとを設置するプレートスタッカであって、前記１以上の評価プレートが備える前記複数のウェルのそれぞれには、一対の電極、および、前記一対の電極の間に位置するセパレータが配置され、前記一対の電極の一方の電極は前記複数のウェルのそれぞれの底部に位置する、プレートスタッカと、
前記１以上の母液プレート、および、前記１以上の評価プレートを搬送する搬送手段と、
前記１以上の母液プレートの前記複数のウェルのそれぞれから母液を抽液し、前記抽液した母液を前記１以上の評価プレートの前記複数のウェルに注液し、前記複数の被験液を調製する分注手段と、
前記複数の被験液のそれぞれを収容した前記複数のウェルを備えた評価プレートを載置する測定ステージであって、前記測定ステージは、前記複数のウェルのそれぞれに配置された前記一対の電極の一方とそれぞれ電気的に接続する複数のプローブからなる第１のプローブ群、および、前記一対の電極の他方とそれぞれ電気的に接続する複数のプローブからなる第２のプローブ群を備える、測定ステージと、
前記第１のプローブ群および第２のプローブ群と電気的に接続され、前記複数の被験液のそれぞれの電気化学特性を一斉に測定する電気化学測定装置と、
前記搬送手段、前記分注手段、前記測定ステージおよび前記電気化学測定装置の動作をそれぞれ制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、
前記分注手段が、
（Ａ）前記１以上の母液プレートのうち１つの母液プレートの１つのウェルから固定量ｖの母液（ただし、前記固定量ｖは、前記１つの母液プレートが備える前記１つのウェルに収容された母液の容量Ｖ以下である）を抽液し、前記抽液した母液を１つの評価プレートのウェルに注液し、
（Ｂ）前記１つの母液プレートの別のウェルから前記固定量ｖの母液を抽液し、前記抽液した母液を前記１つの評価プレートのウェルに注液し、
（Ｃ）前記（Ａ）および前記（Ｂ）を繰り返し、前記１つの評価プレートに前記複数の被験液を調製し、
（Ｄ）前記１以上の母液プレートのそれぞれに対して、前記容量Ｖを前記固定量ｖで除した解の整数部分ｎに相当する数の評価プレートに前記複数の被験液を調製するよう、前記（Ａ）、前記（Ｂ）および前記（Ｃ）を繰り返すよう、
前記分注手段の動作を制御する、自動電気化学測定システム。

【請求項2】

前記制御手段は、前記分注手段の動作と連動し、前記搬送手段が、
前記１以上の母液プレートのそれぞれ、および、前記１以上の評価プレートのそれぞれを前記プレートスタッカから前記分注手段の分注位置へと搬送し、
前記分注手段によって調製された前記複数の被験液のそれぞれを収容した前記複数のウェルを備えた前記評価プレートを前記分注位置から前記測定ステージへと搬送するよう、
前記搬送手段の動作を制御する、請求項１に記載の自動電気化学測定システム。

【請求項3】

前記制御手段は、前記搬送手段の動作に連動し、前記測定ステージが、
前記複数の被験液のそれぞれを収容した前記複数のウェルを備えた前記評価プレートが前記測定ステージに載置されると、前記第１のプローブ群および前記第２のプローブ群の少なくともいずれか一方が可動し、前記第１のプローブ群が前記複数のウェルのそれぞれに配置された前記一対の電極の一方と電気的に接続し、かつ、前記第２のプローブ群が前記一対の電極の他方と電気的に接続し、前記第１のプローブ群および前記第２のプローブ群を電気的に前記電気化学測定装置と接続し、
前記電気化学測定装置による測定が終了すると、前記第１のプローブ群および前記第２のプローブ群の少なくともいずれか一方が可動し、前記第１のプローブ群および前記第２のプローブ群が前記一対の電極から離間するよう、
前記測定ステージの動作を制御する、請求項１または２に記載の自動電気化学測定システム。

【請求項4】

前記制御手段は、前記電気化学測定装置が、前記第１のプローブ群および前記第２のプローブ群が前記一対の電極と電気的に接続すると、前記電気化学測定装置が前記複数の被験液の電気化学特性を測定するよう、前記電気化学測定装置の動作を制御する、請求項３に記載の自動電気化学測定システム。

【請求項5】

表示手段をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載の自動電気化学測定システム。

【請求項6】

前記制御手段は、前記表示手段が、前記電気化学測定装置による測定結果を表示するよう、前記表示手段の動作を制御する、請求項５に記載の自動電気化学測定システム。

【請求項7】

前記制御手段は、前記表示手段が、ユーザに、少なくとも、前記固定量ｖ、前記複数の母液の組成および前記複数の被験液の組成を含む分注条件を入力させる、および／または、電気化学測定条件を入力させるユーザインターフェースを表示するよう、前記表示手段の動作を制御する、請求項５または６に記載の自動電気化学測定システム。

【請求項8】

前記制御手段は、前記分注条件に基づいて、前記１以上の評価プレートのそれぞれに対して、前記複数の被験液の組成から前記複数の母液のそれぞれが使用される総量を算出し、前記複数の母液のそれぞれの使用される総量と前記固定量ｖとを比較し、前記複数の母液のそれぞれの使用される総量の少なくとも１つが前記固定量ｖを超えている場合には、前記１以上の母液プレートのそれぞれに対して、前記容量Ｖを前記固定量ｖで除した解の整数部分ｎに相当する数の評価プレートに前記複数の被験液を調製できないと判断し、前記表示手段に警告を表示させ、前記ユーザに前記分注条件の再設定を促す、請求項７に記載の自動電気化学測定システム。

【請求項9】

前記１以上の評価プレートが備える前記複数のウェルのそれぞれは、リチウム塩である共通電解液を有する、請求項１〜８のいずれかに記載の自動電気化学測定システム。

【請求項10】

前記分注手段は、前記評価プレートが備える前記複数のウェルのそれぞれに収容された被験液の前記ウェルの底部からの高さが、前記底部に位置する一方の電極に対向する側のもう一方の電極の高さよりも低くなるように、前記複数の被験液を調製する、請求項９に記載の自動電気化学測定システム。

【請求項11】

前記プレートスタッカ、前記搬送手段、前記分注手段、および、前記測定ステージを収容するグローブボックスをさらに備える、請求項１〜１０のいずれかに記載の自動電気化学測定システム。

【請求項12】

前記グローブボックス内の雰囲気は、不活性ガス雰囲気である、請求項１１に記載の自動電気化学測定システム。

【請求項13】

前記第１のプローブ群および前記第２のプローブ群は、前記一対の電極を２００ｇｆ以上１０ｋｇｆ以下の範囲の力で加圧する、請求項１〜１２のいずれかに記載の自動電気化学測定システム。

【請求項14】

廃液を廃棄する廃液部と、
廃棄物を廃棄する廃棄部と
をさらに備え、
前記制御手段は、
前記分注手段が、前記１以上の母液プレートのうちの１つの母液プレートが備える前記複数のウェルのうち１つのウェルから前記固定量ｖの母液を抽液し、前記１つの評価プレートが備える前記複数のウェルに注液が終わるたびに、前記固定量ｖのうち残留する母液を前記廃液部に廃棄するよう、前記分注手段の動作を制御し、
前記分注手段が、前記１以上の母液プレートのうちの前記１つの母液プレートが備える前記複数のウェルのすべてから前記固定量ｖの母液を前記整数部分ｎの数だけ抽液するたびに、および／または、前記電気化学測定装置が、前記１つの評価プレートの前記複数の被験液の電気化学特性の測定を終了するたびに、前記搬送手段が、前記１つの母液プレート、および／または、前記１つの評価プレートを前記廃棄部に廃棄するよう、前記搬送手段の動作を制御する、請求項１〜１３のいずれかに記載の自動電気化学測定システム。

【請求項15】

前記制御手段は、前記１以上の評価プレートのそれぞれが備える前記複数のウェルの複数の被験液の情報と、前記複数の被験液に対応する測定結果とを合わせてメモリに保存する、請求項１〜１４のいずれかに記載の自動電気化学測定システム。

【請求項16】

前記プレートスタッカは、前記１以上の評価プレートの数が、前記１以上の母液プレートの数に前記整数部分ｎを乗じた数に相当する数となるように、前記１以上の母液プレートおよび前記１以上の評価プレートを設置する、請求項１〜１５のいずれかに記載の自動電気化学測定システム。

【請求項17】

２以上の母液を混合してなる被験液の電気化学特性を一斉に自動測定する方法であって、
複数の母液のそれぞれを収容した複数のウェルを備えた１以上の母液プレートのうち１つの母液プレートを分注位置に移動するステップと、
複数の被験液のそれぞれを収容するための複数のウェルを備えた１以上の評価プレートのうち１つの評価プレートを分注位置に移動するステップであって、前記１以上の評価プレートが備える前記複数のウェルのそれぞれには、一対の電極、および、前記一対の電極の間に位置するセパレータが配置され、前記一対の電極の一方の電極は前記複数のウェルのそれぞれの底部に位置する、ステップと、
前記１つの評価プレートに複数の被験液を調製するステップであって、
前記１つ母液プレートの１つのウェルから固定量ｖの母液（ただし、前記固定量ｖは、前記１つの母液プレートが備える前記１つのウェルに収容された母液の容量Ｖ以下である）を抽液し、前記抽液した母液を前記１つの評価プレートのウェルに注液するステップ（ａ）と、
前記１つの母液プレートの別のウェルから固定量ｖの母液を抽液し、前記抽液した母液を前記１つの評価プレートのウェルに注液するステップ（ｂ）と、
前記ステップ（ａ）および前記ステップ（ｂ）を繰り返し、前記１つの評価プレートに前記複数の被験液を調製するステップ（ｃ）と
を包含する、ステップと、
前記１つの評価プレートが備える前記複数のウェルのそれぞれが有する前記一対の電極と電気化学測定装置とを電気的に接続するステップと、
前記電気化学測定装置に前記１つの評価プレートの前記複数の被験液のそれぞれの電気化学特性を一斉に測定させるステップと、
前記測定された前記１つの評価プレートを廃棄するステップと、
前記１以上の評価プレートの数が２以上であり、かつ、前記容量Ｖを前記固定量ｖで除した解の前記整数部分ｎが２以上である場合、前記１つの母液プレートに対して前記整数部分ｎに相当する数の評価プレートについて、複数の被験液の電気化学特性を測定するよう、前記１つの評価プレートを取り出すステップ、前記複数の被験液を調製するステップ、前記電気的に接続するステップ、前記測定させるステップおよび前記廃棄するステップを、ｎ−１回繰り返すステップと
を包含する、方法。

【請求項18】

前記ｎ−１回繰り返すステップに続いて、前記１つの母液プレートを移動するステップ以降をさらに繰り返すステップをさらに包含する、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記複数の被験液を調製するステップは、ユーザによって入力される、少なくとも、前記固定量ｖ、複数の母液の組成および複数の被験液の組成を含む分注条件に基づく、請求項１７または１８に記載の方法。

【請求項20】

前記測定させるステップは、ユーザによって入力される電気化学測定条件に基づく、請求項１７〜１９のいずれかに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の被験液の電気化学特性に一斉に測定する自動電気化学測定システム、および、複数の被験液の電気化学特性を一斉に自動測定する方法に関する。本出願は、２０１８年３月２６日に出願された日本国特許出願である特願２０１８−５８７８５に記載されたすべての内容を援用するものである。

【背景技術】

【0002】

複数の母液が異なる割合で混合された複数種類の試料が収容された複数のウェルを有するマイクロプレートを用いたオートメーションシステムがバイオテクノロジーの分野で知られている（例えば、特許文献１〜４を参照）。このシステムは、複数種類の試料を光学的に測定する光学測定系が検出系として採用されていることが前提で確立されてきたスクリーニングシステムである。

【0003】

新しい用途の電解液（組成、添加剤）を探索する際には数多くのトライ＆エラーが必要となる。しかしながら、従来の電解液探索は経験に頼っていて、その経験に基づく暗黙知のアルゴリズム化が要望されている。

【0004】

このアルゴリズム化へ向けては、アルゴリズム化のベースとなる大きなデータ群が必要となる。しかしながら、そのような大きなデータ群を取得するためのハイスループットな電気化学測定システムは従来存在しなかった。

【0005】

前述した特許文献１〜４に記載のシステムは、複数種類の試料を光学的に測定する光学測定系が検出系として採用されていることが前提であるため、電解液の電気特性を測定することはできないという問題を抱えている。限られた空間でよりコンパクトでハイスループットな電気化学測定システム、さらには、長期運転が可能なハイスループットな電気化学測定システムの開発が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５９３０９６１号公報

【特許文献2】米国特許第８２２２０４８号明細書

【特許文献3】米国特許第７１６９３６２号明細書

【特許文献4】国際公開第２００７／０３８５２１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

以上より、本発明の課題は、限られた空間で複数の電解液が異なる割合で混合された複数の被験液を電気化学特性に一斉に測定する自動電気化学測定システム、および、複数の被験液の電気化学特性を一斉に自動測定する方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明による２以上の母液を混合してなる被験液の電気化学特性を一斉に測定する自動電気化学測定システムは、複数の母液のそれぞれを収容した複数のウェルを備えた１以上の母液プレートと、複数の被験液のそれぞれを収容するための複数のウェルを備えた１以上の評価プレートとを設置するプレートスタッカであって、前記１以上の評価プレートが備える前記複数のウェルのそれぞれには、一対の電極、および、前記一対の電極の間に位置するセパレータが配置され、前記一対の電極の一方の電極は前記複数のウェルのそれぞれの底部に位置する、プレートスタッカと、前記１以上の母液プレート、および、前記１以上の評価プレートを搬送する搬送手段と、前記１以上の母液プレートの前記複数のウェルのそれぞれから母液を抽液し、前記抽液した母液を前記１以上の評価プレートの前記複数のウェルに注液し、前記複数の被験液を調製する分注手段と、前記複数の被験液のそれぞれを収容した前記複数のウェルを備えた評価プレートを載置する測定ステージであって、前記測定ステージは、前記複数のウェルのそれぞれに配置された前記一対の電極の一方とそれぞれ電気的に接続する複数のプローブからなる第１のプローブ群、および、前記一対の電極の他方とそれぞれ電気的に接続する複数のプローブからなる第２のプローブ群を備える、測定ステージと、前記第１のプローブ群および第２のプローブ群と電気的に接続され、前記複数の被験液のそれぞれの電気化学特性を一斉に測定する電気化学測定装置と、前記搬送手段、前記分注手段、前記測定ステージおよび前記電気化学測定装置の動作をそれぞれ制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記分注手段が、
（Ａ）前記１以上の母液プレートのうち１つの母液プレートの１つのウェルから固定量ｖの母液（ただし、前記固定量ｖは、前記１つの母液プレートが備える前記１つのウェルに収容された母液の容量Ｖ以下である）を抽液し、前記抽液した母液を１つの評価プレートのウェルに注液し、
（Ｂ）前記１つの母液プレートの別のウェルから前記固定量ｖの母液を抽液し、前記抽液した母液を前記１つの評価プレートのウェルに注液し、
（Ｃ）前記（Ａ）および前記（Ｂ）を繰り返し、前記１つの評価プレートに前記複数の被験液を調製し、
（Ｄ）前記１以上の母液プレートのそれぞれに対して、前記容量Ｖを前記固定量ｖで除した解の整数部分ｎに相当する数の評価プレートに前記複数の被験液を調製するよう、前記（Ａ）、前記（Ｂ）および前記（Ｃ）を繰り返すよう、前記分注手段の動作を制御し、これにより上記課題を解決する。
前記制御手段は、前記分注手段の動作と連動し、前記搬送手段が、前記１以上の母液プレートのそれぞれ、および、前記１以上の評価プレートのそれぞれを前記プレートスタッカから前記分注手段の分注位置へと搬送し、前記分注手段によって調製された前記複数の被験液のそれぞれを収容した前記複数のウェルを備えた前記評価プレートを前記分注位置から前記測定ステージへと搬送するよう、前記搬送手段の動作を制御してもよい。
前記制御手段は、前記搬送手段の動作に連動し、前記測定ステージが、前記複数の被験液のそれぞれを収容した前記複数のウェルを備えた前記評価プレートが前記測定ステージに載置されると、前記第１のプローブ群および前記第２のプローブ群の少なくともいずれか一方が可動し、前記第１のプローブ群が前記複数のウェルのそれぞれに配置された前記一対の電極の一方と電気的に接続し、かつ、前記第２のプローブ群が前記一対の電極の他方と電気的に接続し、前記第１のプローブ群および前記第２のプローブ群を電気的に前記電気化学測定装置と接続し、前記電気化学測定装置による測定が終了すると、前記第１のプローブ群および前記第２のプローブ群の少なくともいずれか一方が可動し、前記第１のプローブ群および前記第２のプローブ群が前記一対の電極から離間するよう、前記測定ステージの動作を制御してもよい。
前記制御手段は、前記電気化学測定装置が、前記第１のプローブ群および前記第２のプローブ群が前記一対の電極と電気的に接続すると、前記電気化学測定装置が前記複数の被験液の電気化学特性を測定するよう、前記電気化学測定装置の動作を制御してもよい。
表示手段をさらに備えてもよい。
前記制御手段は、前記表示手段が、前記電気化学測定装置による測定結果を表示するよう、前記表示手段の動作を制御してもよい。
前記制御手段は、前記表示手段が、ユーザに、少なくとも、前記固定量ｖ、前記複数の母液の組成および前記複数の被験液の組成を含む分注条件を入力させる、および／または、電気化学測定条件を入力させるユーザインターフェースを表示するよう、前記表示手段の動作を制御してもよい。
前記制御手段は、前記分注条件に基づいて、前記１以上の評価プレートのそれぞれに対して、前記複数の被験液の組成から前記複数の母液のそれぞれが使用される総量を算出し、前記複数の母液のそれぞれの使用される総量と前記固定量ｖとを比較し、前記複数の母液のそれぞれの使用される総量の少なくとも１つが前記固定量ｖを超えている場合には、前記１以上の母液プレートのそれぞれに対して、前記容量Ｖを前記固定量ｖで除した解の整数部分ｎに相当する数の評価プレートに前記複数の被験液を調製できないと判断し、前記表示手段に警告を表示させ、前記ユーザに前記分注条件の再設定を促してもよい。
前記１以上の評価プレートが備える前記複数のウェルのそれぞれは、リチウム塩である共通電解液を有してもよい。
前記分注手段は、前記評価プレートが備える前記複数のウェルのそれぞれに収容された被験液の前記ウェルの底部からの高さが、前記底部に位置する一方の電極に対向する側のもう一方の電極の高さよりも低くなるように、前記複数の被験液を調製してもよい。
前記プレートスタッカ、前記搬送手段、前記分注手段、および、前記測定ステージを収容するグローブボックスをさらに備えてもよい。
前記グローブボックス内の雰囲気は、不活性ガス雰囲気であってもよい。
前記第１のプローブ群および前記第２のプローブ群は、前記一対の電極を２００ｇｆ以上１０ｋｇｆ以下の範囲の力で加圧してもよい。
廃液を廃棄する廃液部と、廃棄物を廃棄する廃棄部とをさらに備え、前記制御手段は、前記分注手段が、前記１以上の母液プレートのうちの１つの母液プレートが備える前記複数のウェルのうち１つのウェルから前記固定量ｖの母液を抽液し、前記１つの評価プレートが備える前記複数のウェルに注液が終わるたびに、前記固定量ｖのうち残留する母液を前記廃液部に廃棄するよう、前記分注手段の動作を制御し、前記分注手段が、前記１以上の母液プレートのうちの前記１つの母液プレートが備える前記複数のウェルのすべてから前記固定量ｖの母液を前記整数部分ｎの数だけ抽液するたびに、および／または、前記電気化学測定装置が、前記１つの評価プレートの前記複数の被験液の電気化学特性の測定を終了するたびに、前記搬送手段が、前記１つの母液プレート、および／または、前記１つの評価プレートを前記廃棄部に廃棄するよう、前記搬送手段の動作を制御してもよい。
前記制御手段は、前記１以上の評価プレートのそれぞれが備える前記複数のウェルの複数の被験液の情報と、前記複数の被験液に対応する測定結果とを合わせてメモリに保存してもよい。
前記プレートスタッカは、前記１以上の評価プレートの数が、前記１以上の母液プレートの数に前記整数部分ｎを乗じた数に相当する数となるように、前記１以上の母液プレートおよび前記１以上の評価プレートを設置してもよい。
本発明による２以上の母液を混合してなる被験液の電気化学特性を一斉に自動測定する方法は、複数の母液のそれぞれを収容した複数のウェルを備えた１以上の母液プレートのうち１つの母液プレートを分注位置に移動するステップと、複数の被験液のそれぞれを収容するための複数のウェルを備えた１以上の評価プレートのうち１つの評価プレートを分注位置に移動するステップであって、前記１以上の評価プレートが備える前記複数のウェルのそれぞれには、一対の電極、および、前記一対の電極の間に位置するセパレータが配置され、前記一対の電極の一方の電極は前記複数のウェルのそれぞれの底部に位置する、ステップと、前記１つの評価プレートに複数の被験液を調製するステップであって、前記１つ母液プレートの１つのウェルから固定量ｖの母液（ただし、前記固定量ｖは、前記１つの母液プレートが備える前記１つのウェルに収容された母液の容量Ｖ以下である）を抽液し、前記抽液した母液を前記１つの評価プレートのウェルに注液するステップ（ａ）と、前記１つの母液プレートの別のウェルから固定量ｖの母液を抽液し、前記抽液した母液を前記１つの評価プレートのウェルに注液するステップ（ｂ）と、前記ステップ（ａ）および前記ステップ（ｂ）を繰り返し、前記１つの評価プレートに前記複数の被験液を調製するステップ（ｃ）とを包含する、ステップと、前記１つの評価プレートが備える前記複数のウェルのそれぞれが有する前記一対の電極と電気化学測定装置とを電気的に接続するステップと、前記電気化学測定装置に前記１つの評価プレートの前記複数の被験液のそれぞれの電気化学特性を一斉に測定させるステップと、前記測定された前記１つの評価プレートを廃棄するステップと、前記１以上の評価プレートの数が２以上であり、かつ、前記容量Ｖを前記固定量ｖで除した解の前記整数部分ｎが２以上である場合、前記１つの母液プレートに対して前記整数部分ｎに相当する数の評価プレートについて、複数の被験液の電気化学特性を測定するよう、前記１つの評価プレートを取り出すステップ、前記複数の被験液を調製するステップ、前記電気的に接続するステップ、前記測定させるステップおよび前記廃棄するステップを、ｎ−１回繰り返すステップとを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記ｎ−１回繰り返すステップに続いて、前記１つの母液プレートを移動するステップ以降をさらに繰り返すステップをさらに包含してもよい。
前記複数の被験液を調製するステップは、ユーザによって入力される、少なくとも、前記固定量ｖ、複数の母液の組成および複数の被験液の組成を含む分注条件に基づいてもよい。
前記測定させるステップは、ユーザによって入力される電気化学測定条件に基づいてもよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明による複数の被験液の電気化学特性を一斉に測定する自動電気化学測定システムは、上述したように、母液プレートと評価プレートとを設置するプレートスタッカと、母液プレートおよび評価プレートを搬送する搬送手段と、母液プレートから母液を抽液し、それを評価プレートに注液し、複数の被験液を調製する分注手段と、評価プレートを載置する測定ステージと、複数の被験液の電気化学特性を一斉に測定する電気化学測定装置と、これらの動作をそれぞれ制御する制御手段とを備える。制御手段は、分注手段が、母液プレートから固定量ｖの母液（ただし、固定量ｖは、母液プレートの各ウェルに収容された母液の容量Ｖ以下である）を抽液し、抽液した固定量ｖ以下の母液を評価プレートに注液するよう、分注手段の動作を制御するため、分注手段が母液を調製する際の液面センサを不要とできる。その結果、限られた空間であっても本発明のシステムを実現できる。

【0010】

さらに、制御手段は、容量Ｖを固定量ｖで除した解の整数部分ｎに母液プレートの数を乗じた数に相当する数の評価プレートに、複数の被験液を注液するよう、分注手段の動作を制御するため、プレートスタッカに設置したすべての母液プレートからの抽液の終了と、すべての評価プレートへの注液の終了とが常に一定となり、プレートスタッカごとの交換を行うだけで、効率的な長期運転を可能する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の自動電気化学測定システムを示す模式図である。

【図2】本発明の母液プレートを示す模式図である。

【図3】本発明の評価プレートを示す模式図である。

【図4】第１のプローブ群を模式的に示す図である。

【図5】第２のプローブ群を模式的に示す図である。

【図6】本発明の別の自動電気化学測定システムを示す模式図である。

【図7】例示的なユーザインターフェースを示す図である。

【図8】例示的な分注条件設定画面を示す図である。

【図9】アップロードされる複数の母液の組成である例示的な母液プレートレシピを示す図である。

【図10】アップロードされる複数の被験液の組成である例示的な評価プレートレシピを示す図である。

【図11】例示的な警告メッセージを示す図である。

【図12】例示的な電気化学測定条件設定画面を示す図である。

【図13】例示的な測定結果を示す図である。

【図14】本発明の被験液の電気化学特性を一斉に自動測定するフローを示す図である。

【図15】図１４に続く本発明の被験液の電気化学特性を一斉に自動測定するフローを示す図である。

【図16】実施例で使用した自動電気化学測定システムを示す模式図である。

【図17】評価プレートの外観を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。

【0013】

図１は、本発明の自動電気化学測定システムを示す模式図である。

【0014】

本発明の自動電気化学測定システム１００は、２以上の母液を混合してなる被験液の電気化学特性を一斉に測定するシステムである。本発明の自動電気化学測定システム１００は、２以上の母液を収容した１以上の母液プレート１１０と、被験液が収容される１以上の評価プレート１２０とを設置するプレートスタッカ１３０と、１以上の母液プレート１１０および１以上の評価プレート１２０を搬送する搬送手段１４０と、母液プレートから抽液した母液を評価プレートに分注することによって被験液を調製する分注手段１５０と、被験液が調製された評価プレートを載置する測定ステージ１６０と、被験液の電気化学特性を測定する電気化学測定装置１７０と、搬送手段１４０、分注手段１５０、測定ステージ１６０および電気化学測定装置１７０の動作を制御する制御手段１８０とを備える。

【0015】

本発明の自動電気化学測定システム１００は、好ましくは、プレートスタッカ１３０、搬送手段１４０、分注手段１５０および測定ステージ１６０を収容するグローブボックス１９０をさらに備える。これにより、内部の雰囲気を制御できるので、調製された被験液の化学変化を抑制し、被験液の測定条件を一定にできるため、測定精度を向上できる。

【0016】

グローブボックス１９０内の雰囲気は、好ましくは、不活性ガス雰囲気である。不活性ガスは、例示的には、乾燥窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスであり得る。

【0017】

各構成要素について詳細に説明する。
図２は、本発明の母液プレートを示す模式図である。

【0018】

図２には、１以上の母液プレート１１０のうちの１つの母液プレート２００を模式的に示す。母液プレート２００は、複数のウェル２１０を備えており、複数のウェル２１０のそれぞれに母液２２０が収容されている。収容された母液２２０の量を容量Ｖと表す。図２では、母液プレート２００は、８行×１２列のマトリクス状に９６個のウェル２１０が示されるが、ウェル２１０の数や配列はこれに限らない。

【0019】

母液は、電池の電解液を構成し得る溶液を意図しており、電解質、溶媒などに相当する。すべてのウェル２１０に母液２２０が収容されてもよいし、一部のウェル２１０に母液が収容されていてもよいが、２以上の異なる母液が収容される。また、母液プレート２００は、母液との反応性が低い材料（例えば、ポリプロピレン）により構成することが好ましい。

【0020】

図３は、本発明の評価プレートを示す模式図である。

【0021】

図３には、１以上の評価プレート１１０のうちの１つの評価プレート３００を模式的に示す。評価プレート３００は、複数のウェル３１０を備えており、複数のウェル３１０のそれぞれに被験液３６０（すなわち、電解液）が調製され、収容される。図３（Ａ）では、評価プレート３００は、８行×１２列のマトリクス状に９６個のウェル３１０が示されるが、ウェル３１０の数や配列はこれに限らない。

【0022】

図３（Ｂ）に示されるように、ウェル３１０のそれぞれには、一対の電極３３０、３４０、および、一対の電極３３０、３４０の間に位置するセパレータ３５０が予め配置されている。一対の電極３３０、３４０のうち一方の電極３４０が、ウェル３１０の底部に位置するように配置される。図３（Ｂ）には、ウェル３１０に調製された被験液３６０が収容されている様子も併せて示す。

【0023】

例えば、電極３３０が正極であり、電極３４０が負極として機能する。リチウム電池に使用する電解液の評価の場合、電極３３０には、ニッケル箔、ステンレス鋼、銅、これらの合金等が使用でき、電極３４０には、金属リチウム、あるいは、マグネシウム、チタン、スズ、鉛、アルミニウム、インジウム、ケイ素、亜鉛、アンチモン、ビスマス、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム等とリチウムとのリチウム合金を使用できる。

【0024】

なお、本発明の自動電気化学測定システム１００を用いてナトリウム電池に使用する電解液を評価する場合には、電極３４０には、金属ナトリウム、あるいは、マグネシウム、チタン、スズ、鉛、アルミニウム、インジウム、ケイ素、亜鉛、アンチモン、ビスマス、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム等とナトリウムとのナトリウム合金を使用できる。このように、電極３４０は、電池の種類に応じて適宜変更され得る。

【0025】

また、図３では、電極３３０が正極であり、電極３４０が負極であるものとして示したが、逆であってもよい。

【0026】

セパレータ３５０は、アルカリ金属イオン、および／または、アルカリ土類金属イオンが通過可能であり、多孔質構造を有する絶縁性材料で形成されたものであれば特に制限はなく、既存の金属電池に使用されるセパレータを適用できる。例示的には、セパレータ３５０は、ポリエチレンやポリプロピレンをはじめとするポリオレフィン製の多孔質膜、ガラス繊維製の不織布等が挙げられる。

【0027】

すべてのウェル３１０に被験液３６０が収容されてもよいし、一部のウェル３１０に被験液３６０が収容されていてもよいが、長期間効率的な自動電気化学測定の観点から、ウェル３１０のすべてに被験液３６０が調製され、収容されることが望ましい。ここでも、評価プレート３００は、電解液との反応性が低い材料（例えば、ポリプロピレン）により構成することが好ましい。

【0028】

なお、すべてのウェル３１０に予め共通電解液を収容しておいてもよい。これにより、被験液３６０がその中に調製されると、容易に混合し、一対の電極３３０、３４０およびセパレータ３５０と被験液３６０とが良好になじみ、測定精度を向上させることができる。このような共通電解液には、リチウムイオン電池の場合にはリチウム塩を含有する任意の電解液を使用でき、代表的には、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）およびジメチルカーボネート（ＤＭＣ）からなる群から少なくとも１種選択される溶媒中にＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４等のリチウム塩を溶解させたもの（濃度は、例えば、１Ｍ）がある。その他の電池の場合にも同様に共通電解液を採用できる。

【0029】

共通電解液は、好ましくは、調製される被験液３６０と共通電解液との体積比が、被験液：共通電解液＝２：１〜１：１となるように収容される。これにより、測定精度を向上させることができる。

【0030】

図３（Ｃ）に示すように、ウェル３１０は、後述する、一対の電極３３０、３４０の一方の電極３３０とプローブ３７０とが電気的に接続し、もう一方の電極３４０とプローブ３８０とが電気的に接続し、電気化学測定装置と接続し、測定を可能にする。

【0031】

このような母液プレート２００からなる１以上の母液プレート１１０と、評価プレート３００からなる１以上の評価プレート１２０とが、測定に先立って、プレートスタッカ１３０に設置される。

【0032】

再度図１に戻る。
搬送手段１４０は、１以上の母液プレート１１０および１以上の評価プレート１２０をプレートスタッカ１３０から取り出し、搬送する。このような観点から、搬送手段１４０は、ロボットアームを備えていることが好ましい。

【0033】

分注手段１５０は、１以上の母液プレート１１０のうちの１つの母液プレート１１０’の複数のウェル２１０のそれぞれから抽液した母液を、１以上の評価プレート１２０のうちの１つの評価プレート１２０’の複数のウェル３１０に注液し、これにより評価プレートに複数の被験液を調製する。なお、抽液した母液は、必ずしも評価プレート１２０’の複数のウェル３１０のすべてに分注される必要はなく、後述する被験液の組成に応じて分注されればよい。このような分注手段には、所定量の抽液・注液が可能な分注システムを採用できる。

【0034】

測定ステージ１６０は、分注手段１５０によって調製された複数の被験液のそれぞれを収容した複数のウェル３１０を備えた評価プレート１２０”を載置する。測定ステージ１６０は、複数のウェル３１０のそれぞれに配置された一対の電極３３０、３４０の一方の電極３３０とそれぞれ電気的に接続する複数のプローブ（例えば図３（Ｃ）のプローブ３７０）からなる第１のプローブ群１６１、および、もう一方の電極３４０とそれぞれ電気的に接続する複数のプローブ（例えば図３（Ｃ）のプローブ３８０）からなる第２のプローブ群１６２を備える。第１のプローブ群１６１および第２のプローブ群１６２の少なくともいずれか一方が可動式であれば、ウェル３１０の一対の電極３３０、３４０との電気的に接続を可能にするため好ましい。

【0035】

図４は、第１のプローブ群を模式的に示す図である。
図５は、第２のプローブ群を模式的に示す図である。

【0036】

図４（Ａ）は、第１のプローブ群１６１の平面図であり、図４（Ｂ）は、第１のプローブ群１６１の側面図である。第１のプローブ群１６１は、穴４２０を有する板４１０と、穴４２０に圧入される複数のプローブ４３０からなる。板４１０に形成される穴４２０は、評価プレート３００の複数のウェル３１０の数に一致する。第１のプローブ群１６１の複数のプローブ３７０のそれぞれは、複数のウェル３１０のそれぞの電極３３０と電気的に接続するよう構成されている。

【0037】

図５（Ａ）は、第２のプローブ群１６２の平面図であり、図５（Ｂ）は、第２のプローブ群１６２の側面図である。第２のプローブ群１６２は、穴５２０を有する板５１０と、穴５２０に圧入される複数のプローブ５３０からなる。ここでも、板５１０に形成される穴５２０は、評価プレート３００の複数のウェル３１０の数に一致する。図４と同様であるが、第２のプローブ群１６２の複数のプローブ３８０のそれぞれは、複数のウェル３１０のそれぞの電極３４０と電気的に接続するよう構成されている。

【0038】

再度図１に戻る。
電気化学測定装置１７０は、第１のプローブ群１６１および第２のプローブ群１６２と電気的に接続され、評価プレート１２０”の複数のウェル３１０に収容された複数の被験液のそれぞれの電気化学特性を一斉に測定する。このような電気化学測定装置１７０は、充放電試験機やインピーダンス測定機を備えているとよい。

【0039】

制御手段１８０は、上述した搬送手段１４０、分注手段１５０、測定ステージ１６０および電気化学測定装置１７０の動作をそれぞれ制御する。このような制御手段１８０は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、データを格納するメモリ、必要に応じて通信手段を備えていることが好ましい。このような制御手段１８０は、パーソナルコンピュータ等であり得る。

【0040】

制御手段１８０についてさらに詳述する。
本発明によれば、制御手段１８０は、分注手段１５０が、以下のステップ（Ａ）〜（Ｄ）を行うように分注手段１５０の動作を制御する。

【0041】

ステップ（Ａ）：１以上の母液プレート１１０のうち１つの母液プレート１１０’の１つのウェルから固定量ｖの母液（ただし、固定量ｖは、１つの母液プレート１１０’が備えるウェル２１０に収容された母液の容量Ｖ以下である）を抽液し、抽液した母液を１つの評価プレート１２０’のウェル３１０に注液する。ここでも、抽液した母液は、必ずしも評価プレート１２０’の複数のウェル３１０のすべてに分注される必要はない。なお、母液の容量Ｖは、母液が収容されたすべてのウェルについて同じ容量であるものとする。

【0042】

ステップ（Ｂ）：１つの母液プレート１１０’の別のウェルから固定量ｖの母液を抽液し、抽液した母液を１つの評価プレート１２０’のウェル３１０に注液する。

【0043】

ステップ（Ｃ）：ステップ（Ａ）およびステップ（Ｂ）を繰り返し、１つの評価プレート１２０’に複数の被験液を調製する。繰り返しの合計回数は、１つの母液プレート１１０’に収容された母液の数だけ行えばよい。すなわち、母液が入っているすべてのウェル２１０に対して繰り返し行えばよい。これにより、１つの評価プレート１２０’に複数の被験液を調製される。このように、ステップ（Ａ）〜（Ｃ）において、固定量ｖを常に抽液するため、分注手段１５０が母液を抽液する際の液面センサを不要にできる。この結果、本発明のシステムの省スペース化を可能にする。

【0044】

また、このようにして得られた評価プレート１２０’は、搬送手段１４０によって測定ステージ１６０に搬送され、電気化学測定装置１７０により複数の被験液それぞれの電気化学特性が一斉に測定されることになる。

【0045】

ステップ（Ｄ）：分注手段１５０は、ステップ（Ａ）〜（Ｃ）を基本動作とし、１以上の母液プレート１１０のそれぞれに対して、容量Ｖを固定量ｖで除した解の整数部分ｎに相当する数の評価プレートに複数の被験液を調製するよう、ステップ（Ａ）〜（Ｃ）を繰り返す。なお、ｎが１の場合には、ステップ（Ｄ）は、ステップ（Ａ）〜（Ｃ）を０回繰り返す（ステップ（Ｄ）は行わない）ことになる。

【0046】

制御手段１８０が、分注手段１５０による分注を上述のステップ（Ａ）〜（Ｄ）を行うように分注手段１５０の動作を制御するので、容量Ｖを固定量ｖで除した解の整数部分ｎに母液プレートの数を乗じた数に相当する数の評価プレートに、複数の被験液を調製することができる。例えば、容量Ｖが１ｍＬ（＝１０００μＬ）であり、固定量ｖが１５０μＬである場合、ｎは６となり、母液プレートの数が２枚であれば、評価プレートの数は１２枚となる。

【0047】

このように、プレートスタッカ１３０に、１以上の母液プレート１１０と、１以上の母液プレート１１０の数にｎを乗じた数の１以上の評価プレート１２０とを設置するだけで、１以上の母液プレート１１０からの抽液の終了と、１以上の評価プレート１２０のすべての評価プレートへの注液の終了とが同時となる。これにより、プレートスタッカ１３０ごとの交換を行うだけで、効率的な長期運転を可能する。

【0048】

制御手段１８０は、好ましくは、分注手段１５０が、図３（Ｂ）に示すように、評価プレート３００が備える複数のウェル３１０のそれぞれに収容された被験液３６０のウェル３１０の底部からの高さが、底部に位置する一方の電極３４０に対向する側のもう一方の電極３３０の高さよりも低くなるように、被験液３６０を調製するよう制御する。これにより、上述のプローブ３７０が被験液３６０と接触することがないので、被験液３６０が互いに混ざらず、測定精度を向上することができる。なお、ウェル３１０に共通電解液が予め収容されている場合も同様である。制御手段１８０は、好ましくは、後述するユーザによって入力される被験液３６０の量の設定を含む分注条件に基づいて行う。

【0049】

制御手段１８０は、好ましくは、搬送手段１４０が、１以上の母液プレート１１０のそれぞれ、および、１以上の評価プレート１２０のそれぞれをプレートスタッカ１３０から取り出し、分注手段１５０の分注位置へと搬送し、分注手段１５０によって調製された複数の被験液３６０のそれぞれを収容した複数のウェル３１０を備えた評価プレートを分注位置から測定ステージ１６０へと搬送するよう、搬送手段１４０の動作を制御する。

【0050】

例示的には、制御手段１８０によって、搬送手段１４０は、プレートスタッカ１３０の１以上の母液プレート１１０から１つの母液プレート１１０’を取り出し、分注手段１５０の分注位置に搬送し、次いで、１以上の評価プレート１２０から１つの評価プレート１２０’を取り出し、分注手段１５０の分注位置に搬送する。さらに、制御手段１８０によって、搬送手段１４０は、分注手段１５０によって調製された複数の被験液３６０を収容した評価プレート１２０”を分注位置から測定ステージ１６０へと搬送する。このように、制御手段１８０が、分注手段１５０の動作と連動して、搬送手段１４０の動作を制御することにより、長期運転を可能にする。

【0051】

制御手段１８０は、好ましくは、測定ステージ１６０が、評価プレート１２０”が測定ステージに載置されると、第１のプローブ群１６１および第２のプローブ群１６２の少なくともいずれか一方が可動し、第１のプローブ群１６１が複数のウェル３１０のそれぞれに配置された一対の電極３３０、３４０の一方の電極３３０と電気的に接続し、かつ、第２のプローブ群１６２が他方の電極３４０と電気的に接続し、第１のプローブ群１６１および第２のプローブ群１６２を電気的に電気化学測定装置１７０と接続し、次いで、電気化学測定装置１７０による測定が終了すると、第１のプローブ群１６１および第２のプローブ群１６２の少なくともいずれか一方が可動し、第１のプローブ群１６１および第２のプローブ群１６２が一対の電極３３０、３４０から離間するよう、測定ステージ１６０の動作を制御する。このように、制御手段１８０が、搬送手段１４０の動作と連動して、測定ステージ１６０の動作を制御することにより、長期運転を可能にする。第１のプローブ群１６１および／または第２のプローブ群１６２は、例えば、上昇や下降するよう可動する。

【0052】

測定ステージ１６０の第１のプローブ群１６１と第２のプローブ１６２とが、複数のウェル３１０内の一対の電極３３０、３４０を上下から抑え込むことにより、電気化学測定装置１７０との電気的な接続を可能にするが、さらに好ましくは、第１のプローブ群１６１および第２のプローブ群１６２は、複数のウェル３１０のそれぞれの一対の電極３３０、３４０を、２００ｇｆ以上の値で加圧する。これにより、電気的な接続が維持され、測定精度が向上し得る。さらに好ましくは、加圧する力は、４００ｇｆ以上１０ｋｇｆ以下の範囲である。これにより、測定精度が向上し、再現性に優れる。

【0053】

制御手段１８０は、好ましくは、電気化学測定装置１７０が、第１のプローブ群１６１および第２のプローブ群１６２が一対の電極３３０、３４０と電気的に接続すると、電気化学測定装置１７０が複数の被験液３６０の電気化学特性を一斉に測定するよう、電気化学測定装置１７０の動作を制御する。電気的な接続は、例えば、第１のプローブ群１６１および第２のプローブ群１６２が、測定ステージ１６０の所定の位置に到達したことにより、すなわち、複数のウェル３１０のそれぞれの所定の位置にプローブ３７０、３８０が到達したことにより、電気的に接続したとみなすことができる。このように、制御手段１８０が、測定ステージ１６０の動作と連動して、電気化学測定装置１７０の動作を制御することにより、長期運転を可能にする。

【0054】

ここで、自動電気化学測定システム１００の動作を説明する。

【0055】

自動電気化学測定システム１００は次のように動作する。搬送手段１４０が、プレートスタッカ１３０から１つの母液プレート１１０’と１つの評価プレート１２０’とをそれぞれ取り出し、分注手段１５０の分注位置に移動する。次いで、分注手段１５０が、母液プレート１１０’から評価プレート１２０’への抽液・注液を繰り返し、評価プレート１２０’に複数の被験液を調製する。搬送手段１４０は、複数の被験液が調製された評価プレート１２０”を測定ステージ１６０に移動する。

【0056】

測定ステージ１６０は、評価プレート１２０”の一対の電極３３０、３４０と第１のプローブ群１６１と第２のプローブ群１６２とを電気的に接続し、第１のプローブ群１６１および第２のプローブ群１６２と電気化学測定装置１７０とが電気的に接続すると、電気化学測定装置１７０が、評価プレート１２０”の複数の被験液のそれぞれの電気化学特性を一斉に測定する。制御手段１８０が、以上の搬送手段１４０、分注手段１５０、測定ステージ１６０および電気化学測定装置１７０の動作を制御する。このようにして、複数の被験液の電気化学特性をハイスループットで測定できる。

【0057】

また、本発明の自動電気化学測定システム１００は、プレートスタッカ１３０に設置された１以上の母液プレート１１０からの抽液の終了と、１以上の評価プレート１２０のすべての評価プレートへの注液の終了とが同時となるように、繰り返し測定を行うことができる。

【0058】

図６は、本発明の別の自動電気化学測定システムを示す模式図である。

【0059】

図１と同様の構成要素には同様の参照符号を付し、説明を省略する。別の自動電気化学測定システム６００は、図１の自動電気化学測定システム１００に加えて、廃液を廃棄する廃液部６１０と、廃棄物を廃棄する廃棄部６２０と、表示手段６３０とをさらに備える以外は同様である。

【0060】

以降では、図６の自動電気化学測定システム６００は、廃液部６１０、廃棄部６２０および表示手段６３０のすべてを備えるものとして説明するが、図１の自動電気化学測定システム１００が、廃液部６１０、廃棄部６２０、表示手段６３０のいずれか１以上を任意に備えてよいことは言うまでもない。

【0061】

制御手段６４０は、好ましくは、分注手段１５０が、１以上の母液プレート１１０のうちの１つの母液プレート１１０’が備える複数のウェル２１０のうち１つのウェルから固定量ｖの母液を抽液し、１つの評価プレート１２０’が備える複数のウェル３１０に注液が終わるたびに、固定量ｖのうち残留する母液を廃液部６１０に廃棄するよう、分注手段１５０の動作を制御する。これにより、分注手段１５０において、母液の混合が抑制されるので、測定精度が向上し、再現性に優れる。このような廃液部６１０を設けることにより、抽液した母液を、必ずしも評価プレート１２０’の複数のウェル３１０のすべてに分注する必要がなくなるので、被験液の設計の自由度が増す。

【0062】

制御手段６４０は、好ましくは、分注手段１５０が、１つの母液プレート１１０’が備える複数のウェル２１０のうち母液が収容されたすべてのウェル２１０から固定量ｖの母液を整数部分ｎの数だけ抽液するたびに、および／または、電気化学測定装置１７０が、１つの評価プレート１２０”の複数の被験液３６０の電気化学特性の測定を終了するたびに、搬送手段１４０が、１つの母液プレート１１０’、および／または、１つの評価プレート”を廃棄部６２０に廃棄するよう、搬送手段１４０の動作を制御する。このように、制御手段６４０が、母液の廃棄、および、母液プレートおよび評価プレートの廃棄をするため、長期運転を可能にする。

【0063】

表示手段６３０は、好ましくは、ディスプレイ等の画像表示モニタである。これにより、ユーザの操作性が向上する。なお、制御手段６４０が表示手段６３０と一体であってもよい。

【0064】

制御手段６４０は、好ましくは、表示手段６３０が、電気化学測定装置１７０による測定結果を表示するよう、表示手段６３０の動作を制御する。これにより、ユーザは、測定結果を目視にて確認できる。

【0065】

制御手段６４０は、好ましくは、表示手段６３０が、ユーザに、少なくとも、固定量ｖ、複数の母液の組成および複数の被験液の組成を含む分注条件を入力させる、および／または、電気化学測定条件を入力させるユーザインターフェースを表示するよう、表示手段６３０の動作を制御する。ユーザによって入力された分注条件および電気化学測定条件に基づいて、制御手段６４０は、上述した搬送手段１４０、分注手段１５０、測定ステージ１６０および電気化学測定装置１７０の動作を制御することができる。

【0066】

制御手段６４０は、好ましくは、分注条件に基づいて、複数の被験液の組成から複数の母液のそれぞれが使用される総量を算出し、各総量と固定量ｖとを比較し、各総量のうち少なくとも１つが固定量ｖを超えている場合には、１以上の母液プレート１１０のそれぞれに対して、ｎ個の評価プレート１２０（ｎは、母液プレート２００のウェル２１０の容量Ｖを固定量ｖで除した解の整数部分に相当する）に複数の被験液を調製できないと判断し、表示手段６３０に警告を表示させ、ユーザに分注条件の再設定を促すことができる。このように測定前にエラーをチェックできるため、測定開始後にエラーによって自動測定が停止することがない。

【0067】

制御手段６４０は、好ましくは、１以上の評価プレート１２０のそれぞれが備える複数のウェル３１０の複数の被験液の情報と、複数の被験液に対応する測定結果とを合わせてメモリに保存することができる。これにより、情報の管理が容易になる。

【0068】

図７は、例示的なユーザインターフェースを示す図である。
図８は、例示的な分注条件設定画面を示す図である。

【0069】

ユーザインターフェース７００は、少なくとも、分注条件設定ボタン７１０、電気化学測定条件設定ボタン７２０、実行ボタン７３０、結果ボタン７４０および終了ボタン７５０を備える。

【0070】

ユーザが分注条件設定ボタン７１０を押すと、少なくとも、固定量ｖ、複数の母液の組成および複数の被験液の組成を含む分注条件設定画面８００へと移動する。

【0071】

ここで、ユーザは、母液タブにて、固定量ｖに相当する母液抽液量の選択、母液プレート２００の複数のウェル２１０の使用数の選択、複数の母液の組成のアップロード、および、プレートスタッカ１３０に設置する母液プレートの数の入力を行う。また、ユーザは、母液プレート２００のウェル２１０に収容される母液の容量（母液の容量Ｖに相当）を入力できる。常に同じ母液プレート２００を使用する場合には、容量Ｖは固定にしておくことも可能である。

【0072】

図９は、アップロードされる複数の母液の組成である例示的な母液プレートレシピを示す図である。

【0073】

図９に示すように、母液プレートレシピは、ウェルの番号と、それに対応する母液の種類および濃度とが各母液プレートごとのシートによって管理されている。予め母液プレートレシピを制御手段１８０のメモリ等に保存しておけば、読み出すだけでよい。

【0074】

再度、図８に戻る。続いて、ユーザは、被験液タブにて、評価プレート３００の複数のウェル３１０のそれぞれに調製される被験液量の選択、複数の被験液の組成のアップロード、および、プレートスタッカ１３０に設置する評価プレートの数の入力を行う。評価プレートの数は、上述したように母液プレートの数にｎ（ｎは、母液プレートの母液の容量Ｖを固定量ｖで除した解の整数部分）を乗じた数であるため、自動的に入力されてもよい。

【0075】

図１０は、アップロードされる複数の被験液の組成である例示的な評価プレートレシピを示す図である。

【0076】

図１０に示すように、評価プレートレシピは、評価プレート３００の複数のウェル３１０のそれぞれの位置をカラム（縦）とロウ（横）とで対応づけており、混合する母液の番号（図９のＮｏ．に対応）と母液の量と、それらの組み合わせが各評価プレートごとのシートによって管理されている。

【0077】

図１０では、評価プレート３００の複数のウェル３１０は、いずれも、５種類の母液（溶液１〜溶液５）をそれぞれ５μＬずつ混合し、被験液を調製する評価プレートレシピとなっている。例えば、縦Ａ横１のウェル３１０（図３）に調製される被験液は、溶液１として図９のＮｏ．１、溶液２として図９のＮｏ．１８、溶液３として図９のＮｏ．２０、溶液４として図９のＮｏ．２１および溶液５として図９のＮｏ．３２の母液をそれぞれ５μＬずつ混合されたものであることを意味する。

【0078】

図１１は、例示的な警告メッセージを示す図である。

【0079】

再度図８に戻り、ユーザが所定の情報を入力後、確認ボタンを押すと、制御手段１８０は、分注条件に基づいて、例えば、図１０に示す複数の被験液の組成から複数の母液のそれぞれが使用される総量を算出し、各総量と固定量ｖとを比較する。その結果、制御手段１８０が、各総量のうち少なくとも１つの総量が固定量ｖを超えていると判断した（エラーがある）場合には、例えば、図１１に示すように、表示手段６３０に警告を表示し、ユーザに分注条件の再設定を促すことができる。なお、表示手段６３０に詳細なエラー情報を表示させてもよい。これにより、ユーザによる分注条件の再設定が容易になる。

【0080】

図１２は、例示的な電気化学測定条件設定画面を示す図である。

【0081】

再度図７に戻り、分注条件にエラーがない場合、ユーザが、電気化学測定条件設定ボタン７２０を押すと、電気化学測定条件設定画面１２００へと移動する。

【0082】

ここで、ユーザは、クーロン効率（充放電効率とも呼ぶ）を測定する電気化学測定条件を入力する。詳細には、電気化学測定条件設定画面１２００では、ユーザは、充放電の繰り返し測定回数（サイクル数）に関するシーケンスの選択と、充電時の充電電気量および放電時の放電容量を設定するパターンの選択とを行う。

【0083】

例えば、図１２では、ユーザは、シーケンスタブにて、シーケンスＮｏ．１を選択しており、シーケンスＮｏ．１は、パターンＮｏ．２を用い、サイクル数が２０回のシーケンスからなることが分かる。さらに、ユーザは、シーケンスタブにて、シーケンスＮｏ．１で引用されるパターンＮｏ．２の詳細（電流密度、制御時間、データ保存時間間隔、必要に応じてカットオフ（目標）電圧）を設定する。図１２では、パターンＮｏ．２は、１０時間放電（ステップＮｏ．１）、３０分リセット（ステップＮｏ．２）、１０時間充電（ステップＮｏ．３）および３０分リセット（ステップＮｏ．４）の組み合わせであり、カットオフ電圧が２Ｖ〜４Ｖであることが分かる。

【0084】

予め種々のシーケンス、および、種々のパターンを制御手段１８０のメモリ等に保存しておけば、読み出すだけでよい。

【0085】

再度図７に戻り、電気化学設定条件が設定され、ユーザが実行ボタン７３０を押すと、制御手段１８０が、分注条件および電気化学設定条件に基づいて、上述した搬送手段１４０、分注手段１５０、測定ステージ１６０および電気化学測定装置１７０の動作をそれぞれ制御し、自動電気化学測定を実行する。

【0086】

図１３は、例示的な測定結果を示す図である。

【0087】

測定が終了すると、図７の結果ボタン７４０がアクティブとなり、ユーザが結果ボタン７４０を押すと、図１３に示すような測定結果が表示される。図１３では、評価プレートが備える複数のウェルおよび複数の被験液の情報（カラム（縦）とロウ（横）、被験液番号）と、それぞれに対応する各サイクル（１回目〜２０回目）のクーロン効率の結果とが、評価プレートのシートごとに表示される。ユーザは、クーロン効率を上位から並べ直すことも可能である。また、ユーザは、測定結果をグラフ（容量−電圧）で示すことも可能である。このようにして、ユーザは、２以上の母液を混合してなる被験液の電気化学特性を一斉に測定し、複数の被験液のハイスループット探索を可能とする。すべての測定終了後、終了ボタン７５０を押すと、図７のインターフェース７００が終了する。

【0088】

ここで、自動電気化学測定システム６００の動作を説明する。

【0089】

自動電気化学測定システム６００は、以下の点を除いて、自動電気化学測定システム１００の動作と同様である。分注手段１５０が母液プレート１１０’の１つのウェル２１０から抽液し、評価プレート１２０’の複数のウェル３１０に注液が終わるたびに、シリンジ等に残留する母液を廃液する点、母液プレート１１０’のすべてのウェル２１０からの抽液が終わるたび、ならびに、評価プレート１２０”の電気化学特性の評価が終わるたびに、母液プレート／評価プレートを廃棄する点、分注条件および電気化学設定条件を設定し、測定結果を表示する点が異なる。

【0090】

次に、本発明の２以上の母液を混合してなる被験液の電気化学特性を一斉に自動測定する方法について説明する。
図１４は、本発明の被験液の電気化学特性を一斉に自動測定するフローを示す図である。
図１５は、図１４に続く本発明の被験液の電気化学特性を一斉に自動測定するフローを示す図である。

【0091】

ステップＳ１４１０：複数の母液のそれぞれを収容した複数のウェル２１０を備えた１以上の母液プレート１１０のうち１つの母液プレート１１０’を分注位置に移動する。

【0092】

ステップＳ１４２０：複数の被験液のそれぞれを収容するための複数のウェル３１０を備えた１以上の評価プレート１２０のうちの１つの評価プレート１２０’を分注位置に移動する。ここで、評価プレート１２０’は、図３を参照して説明した評価プレート１３０と同様であり、複数のウェル３１０のそれぞれには、一対の電極３３０、３４０、および、その間に位置するセパレータ３５０が配置されており、一方の電極３４０が複数のウェル３１０のそれぞれの底部に位置する。

【0093】

ステップＳ１４３０：１つの評価プレート１２０’に複数の被験液を調製する。ここで複数の被験液の調製は以下の３つのステップからなる。
ステップ（ａ）：１つの母液プレート１１０’の１つのウェル２１０から固定量ｖの母液（ただし、固定量ｖは、１つの評価プレート１１０’が備える１つのウェル２１０に収容された母液の容量Ｖ以下である）を抽液し、これを１つの評価プレート１２０’のウェルに注液する。なお、母液の容量Ｖは、母液が収容されたすべてのウェルについて同じ容量であるものとする。
ステップ（ｂ）：１つの母液プレート１１０’の別のウェル２１０から固定量ｖの母液を抽液し、これを１つの評価プレート１２０’のウェルに注液する。
ステップ（ｃ）：ステップ（ａ）および（ｂ）を繰り返し、１つの評価プレート１２０’に複数の被験液を調製する。繰り返しの合計回数は、１つの母液プレート１１０’に収容された母液の数だけ行えばよい。すなわち、１つの母液プレート１１０’に収容されたすべての母液に対して繰り返される。例えば、１つの母液プレート１１０’の複数のウェル２１０が９６個あり、そのうちの３６個に母液が収容されている場合には、合計３６回となるよう繰り返せばよい。このようにして複数の被験液を備える１つの評価プレート１２０”が得られる。

【0094】

ステップＳ１４３０は、好ましくは、ユーザによって入力される、少なくとも、固定量ｖ、複数の母液の組成および複数の被験液の組成を含む分注条件に基づいて行われる。このような分注条件は、図７〜図１１を参照して説明したとおりであるため、省略する。なお、予めメモリ等に保存された分注条件を呼び出し、それに基づいてステップＳ１４３０を実施してもよい。

【0095】

ステップＳ１４４０：ステップＳ１４３０で得られた１つの評価プレート１２０”が備える複数のウェル３１０のそれぞれが有する一対の電極３３０、３４０と電気化学測定装置（図１の電気化学測定装置１７０）とを電気的に接続する。

【0096】

ステップＳ１４５０：電気化学測定装置に１つの評価プレート１２０”の複数の被験液のそれぞれの電気化学特性を一斉に測定させる。このようにして、複数の被験液の電気化学特性をハイスループットで測定できる。

【0097】

ステップＳ１４５０は、好ましくは、ユーザによって入力される電気化学測定条件に基づいて行われる。このような電気化学測定条件は、図７および図１２を参照して説明したとおりであるため、省略する。なお、予めメモリ等に保存された電気化学測定条件を呼び出し、それに基づいてステップＳ１４３０を実施してもよい。

【0098】

ステップＳ１４６０：ステップＳ１４５０で測定が終了すると、測定された１つの評価プレート１２０”を廃棄する。

【0099】

ステップＳ１５１０：未使用の１以上の評価プレート１２０があり、かつ、容量Ｖを固定量ｖで除した解の整数部分ｎが２以上である場合、ステップＳ１５２０に進む。未使用の１以上の評価プレート１２０がない、または、容量Ｖを固定量ｖで除した解の整数部分ｎが１である場合、測定はここで終了する。

【0100】

ステップＳ１５２０：ステップＳ１４２０〜ステップＳ１４６０をｎ−１回繰り返す。ここでｎは、容量Ｖを固定量ｖで除した解の整数部分である。このようにして、１つの母液プレート１１０’に対して、ｎ個の評価プレートのそれぞれに複数の被験液を調製し、それらの電気化学特性をハイスループットで評価できる。

【0101】

ステップＳ１５３０：ステップＳ１５２０に続いて、未使用の１以上の母液プレート１１０があり、かつ、未使用の１以上の評価プレート１２０がある場合、さらにステップＳ１５４０に進んでもよい。未使用の１以上の母液プレート１１０がない、または、未使用の１以上の評価プレート１２０がない場合、測定はここで終了する。

【0102】

ステップＳ１５４０：ステップＳ１４１０〜ステップＳ１５２０を繰り返す。繰り返しの回数は、未使用の１以上の母液プレート１１０がなくなる、または、未使用の１以上の評価プレート１２０がなくなるまで行えばよい。これにより、少なくとも、母液プレートの数にｎを乗じた数に相当する数の評価プレートのそれぞれに複数の被験液を調製し、それらの電気化学特性をハイスループットで評価できる。母液プレートからの抽液の終了と、すべての評価プレートへの注液の終了とを常に一定とすることができるため、効率的な長期運転を可能する。

【0103】

次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。

【実施例】

【0104】

［実施例１］
実施例１では、図１６に示す自動電気化学測定システムを用いて種々の電解液の電気特性を一斉に測定した。

【0105】

図１６は、実施例で使用した自動電気化学測定システムを示す模式図である。

【0106】

図１６の自動電気化学測定システム１６００は、６枚の母液プレート１６１０と、３６枚の評価プレート１６２０とを設置したプレートスタッカ１６３０と、これらを搬送するロボットアーム１６４０と、非接触式分注システム１６５０と、第１のプローブ群および第２のプローブ群を備えた測定ステージ１６６０と、充放電試験機１６７０と、ロボットアーム１６４０、非接触式分注システム１６５０、測定ステージ１６６０および充放電試験機１６７０の動作を制御するディスプレイを備えたコンピュータ１８０とを備えた。さらに自動電気化学測定システム１６００は、廃液を廃棄する廃液容器１６０１およびプレートを廃棄する廃棄容器１６０２をさらに備えた。

【0107】

充放電試験機１６７０とコンピュータ１６８０とを除く要素がグローブボックス１６９０内に収容されており、グローブボックス内はアルゴン雰囲気に制御された。

【0108】

図１７は、評価プレートの外観を示す図である。

【0109】

評価プレートは、８行（Ａ〜Ｈ）×１２列（１〜１２）のマトリクス状の９６個のウェルを有しており、ウェルにはそれぞれ一対の電極（ニッケル箔とリチウム金属箔）とその電極間にガラス繊維ペーパ（Ｗｈａｔｍａｎ（登録商標）、ＧＦ／Ａ）とからなる電極部材を配置させた。なお、予め共通電解液としてＬｉＮＯ_３が１Ｍ溶解したＤＭＡ（ジメチルアセトアミド）を２５μＬずつ各ウェルに収容した。

【0110】

母液プレートも、評価プレートと同様に、８行×１２行のマトリクス状の９６個のウェルを有し、各ウェルに収容される母液の容量は１ｍＬであった。

【0111】

図７に示すインターフェースから分注条件設定ボタンを選択し、分注条件設定画面の母液タブにおいて、母液プレートのウェルの容量（容量Ｖに相当）に１ｍＬを、母液プレート数に６を入力した。次いで、母液抽液量（固定量ｖに相当）として１５０μＬを、母液プレートのウェルの使用数として３２を選択し、母液プレートレシピとして表１および表２をアップロードした。なお、表１および表２は、実際には連続した一つの表であることを理解されたい。

【0112】

続いて、被験液タブにおいて、評価プレートの各ウェルに調製される被験液量として２５μＬを選択し、評価プレートレシピとして表３〜表６をアップロードし、評価プレート数に３６を入力した。分注条件設定画面において確認ボタンを押し、分注条件に問題がないことを確認した。表３〜表６には、３６枚の評価プレートのうち１枚目の評価プレートに相当する評価プレートレシピのみ示す。なお、表３〜表６は、実際には連続した一つの表であり、１枚目の評価プレートに９６個のレシピが記載されていることを理解されたい。

【0113】

【表1】

【0114】

【表2】

【0115】

【表3】

【0116】

【表4】

【0117】

【表5】

【0118】

【表6】

【0119】

図７に示すインターフェースから電気化学測定条件設定ボタンを選択し、電気化学測定条件設定画面のシーケンスタブにおいて、シーケンスＮｏ．３（パターンＮｏ．１、サイクル数３）を選択し、パターンタブにおいて、パターンＮｏ．１の充放電条件を設定した。パターンＮｏ．１を表７に示す。

【0120】

【表7】

【0121】

再度、図７に示すインターフェースに戻り、実行ボタンを押した。エラーでシステム１６００が止まることなく、全３６枚の評価プレートに被験液を調製し、電気化学特性の測定が行われた。測定時間は１４４時間（約６日）であった。測定終了後、プレートスタッカ１６３０には、母液プレートも評価プレートもなく、空であることを確認した。

【0122】

母液プレートのウェルの容量Ｖが１ｍＬであり、固定量ｖが１５０μＬであることから、容量Ｖ（１ｍＬ＝１０００μＬ）を固定量ｖ（１５０μＬ）で除した解の整数部分ｎは６となり、母液プレートの数（６）に、６（＝ｎ）を乗じた数に相当する３６枚の評価プレートのそれぞれに複数の被験液が調製され、電気化学特性の測定が行われたことが確認された。プレートスタッカに設置したすべての母液プレートからの抽液の終了と、すべての評価プレートへの注液の終了とが常に一定となり、プレートスタッカごとの交換を行うだけで、効率的な長期運転が可能であることが示された。

【0123】

測定後、図７に示すインターフェースの結果ボタンを押すと、表８〜表１１に示す結果が表示された。表３〜表６では、３６枚の評価プレートのうち１枚目の評価プレートに相当する評価プレートレシピのみ示すが、表８〜表１１では、評価プレートが備える複数のウェルおよび複数の被験液の情報（カラム（縦）とロウ（横）、被験液番号）と、それぞれに対応する各サイクル（１回目〜３回目）のクーロン効率の結果とが、評価プレートのシートごとに表示された。なお、表８〜表１１は、実際には連続した一つの表であり、１枚目の評価プレートに９６個の結果が記載されていることを理解されたい。

【0124】

【表8】

【0125】

【表9】

【0126】

【表10】

【0127】

【表11】

【産業上の利用可能性】

【0128】

本発明の自動電気化学測定システムを用いれば、複数の被験液の電気化学特性を一斉に評価できるため、特に電池の電解液のアルゴリズム化に向けたデータ群の取得に有利である。

【符号の説明】

【0129】

１００、６００、１６００ 自動電気化学測定システム
１１０、１６１０ １以上の母液プレート
１１０’、２００ １つの母液プレート
１２０、１６２０ １以上の評価プレート
１２０’、３００ １つの評価プレート
１２０” 複数の被験液を収容した評価プレート
１３０、１６３０ プレートスタッカ
１４０ 搬送手段
１５０ 分注手段
１６０、１６６０ 測定ステージ
１６１ 第１のプローブ群
１６２ 第２のプローブ群
１７０ 電気化学測定装置
１８０、６４０ 制御手段
１９０、１６９０ グローブボックス
２１０、３１０ ウェル
２２０ 母液
３３０、３４０ 一対の電極
３５０ セパレータ
３６０ 被験液
３７０、３８０ プローブ
４１０、５１０ 板
４２０、５２０ 穴
６１０ 廃液部
６２０ 廃棄部
６３０ 表示手段
７００ ユーザインターフェース
７１０ 分注条件設定ボタン
７２０ 電気化学測定条件設定ボタン
７３０ 実行ボタン
７４０ 結果ボタン
７５０ 終了ボタン
８００ 分注条件設定画面
１２００ 電気化学測定条件設定画面
１６４０ ロボットアーム
１６５０ 非接触式分注システム
１６７０ 充放電試験機
１６８０ コンピュータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】