特表 2024-540653 積層体内の複数の電極シートの積層精度を決定するための方法および測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-31

(54)【発明の名称】積層体内の複数の電極シートの積層精度を決定するための方法および測定装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20241024BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024530565

(86)(22)【出願日】2022-11-18

(85)【翻訳文提出日】2024-07-09

(86)【国際出願番号】 EP2022082422

(87)【国際公開番号】W WO2023094278

(87)【国際公開日】2023-06-01

(31)【優先権主張番号】102021130653.1

(32)【優先日】2021-11-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】596107062

【氏名又は名称】フォルクスヴァーゲン アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＶＯＬＫＳＷＡＧＥＮ ＡＫＴＩＥＮＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ

【住所又は居所原語表記】Ｂｅｒｌｉｎｅｒ Ｒｉｎｇ ２， ３８４４０ Ｗｏｌｆｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】シュテフェン マズーフ

(72)【発明者】

【氏名】クリスティアン シュレーダー

【テーマコード（参考）】

5H028

【Ｆターム（参考）】

5H028AA05

5H028BB11

5H028BB19

5H028CC08

(57)【要約】

複数の電極シート（１，２，３）の積層精度を決定するための方法が提案され、電極シート（１，２，３）は、少なくともそれぞれ１つのアノードシート（１）、１つのカソードシート（２）、および１つのセパレータシート（３）を含み、ここで、電極シート（１，２，３）は、相互に平行な平面（４）内を延在し、相互に積層されて配置され、１つの積層体（５）を形成し、ここで、積層精度は、少なくとも積層体（５）内の電極シート（１，２，３）のうちの１つの電極シートの境界縁部（９）のそれぞれの位置（６，７，８）を表し、ここで、本方法は、少なくとも１つのカメラ（１１）と１つの光源（１２）とを有する測定装置（１０）を用いて実施される。さらに、本方法を実施するための測定装置（１０）も提案される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電極シート（１，２，３）の積層精度を決定するための方法であって、
前記電極シート（１，２，３）は、少なくともそれぞれ１つのアノードシート（１）、１つのカソードシート（２）、および１つのセパレータシート（３）を含み、前記電極シート（１，２，３）は、相互に平行な平面（４）内を延在し、相互に積層されて配置され、１つの積層体（５）を形成し、前記積層精度は、少なくとも前記積層体（５）内の前記アノードシート（１）、前記カソードシート（２）、または前記セパレータシート（３）の境界縁部（９）のそれぞれの位置（６，７，８）を表し、前記方法は、少なくとも１つのカメラ（１１）と１つの光源（１２）とを有する測定装置（１０）を用いて実施され、少なくとも以下のステップ：
ａ）前記積層体（５）を提供し、前記積層体（５）を前記測定装置（１０）内に配置するステップであって、前記光源（１２）と前記カメラ（１１）との間の接続直線（２７）は、前記平面（４）に対して実質的に平行に延びているステップと、
ｂ）前記積層体（５）を前記光源（１２）を用いて照明し、それによって、光ビーム（１３）が少なくとも前記積層体（５）の１つの領域（１４）を貫通するか、または当該領域（１４）から反射され、前記光ビーム（１３）は前記カメラ（１１）によって捕捉されるステップと、
ｃ）前記カメラ（１１）を用いた少なくとも前記積層体（５）の前記領域（１４）の１つの写像（１５）を記録するステップと、
ｄ）前記写像（１５）を評価し、少なくとも前記アノードシート（１）、前記カソードシート（２）、または前記セパレータシート（３）の前記領域（１４）内に配置された前記境界縁部（９）の前記位置（６，７，８）を決定するステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記積層体（５）は、前記複数の電極シート（１，２，３）によって形成される複数の側面（１６，１７，１８，１９）を有し、前記積層体（５）は、前記ステップａ）において、前記接続直線（２７）が、相互に１８０度未満の最小の第１の角度（２０）で配置された第１の側面（１６）と第２の側面（１７）とを通って延びるように前記光源（１２）と前記カメラ（１１）との間に配置される、請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記第１の側面（１６）と前記第２の側面（１７）とが相互に隣接して配置される、請求項２記載の方法。

【請求項4】

前記領域（１４）は、相互に隣接する側面（１６，１７）によって形成される前記積層体（５）の縁部（２５）を含む、請求項３記載の方法。

【請求項5】

前記ステップｄ）において、少なくとも前記アノードシート（１）と前記カソードシート（２）との境界縁部（９）の位置（６，７，８）が決定される、請求項１～４までのいずれか１項記載の方法。

【請求項6】

前記光源（１２）は、可視光を生成する、請求項１～５までのいずれか１項記載の方法。

【請求項7】

前記光ビーム（１３）は、少なくともコヒーレントまたはコリメートされ、前記平面（４）に対して実質的に平行に延びる、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。

【請求項8】

少なくとも前記ステップｄ）のために、人工知能が使用される、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。

【請求項9】

請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を実施するための測定装置（１０）であって、少なくともカメラ（１１）と光源（１２）とを含み、相互に平行な平面（４）内を延在する相互に積層された電極シート（１，２，３）からなる積層体（５）が、前記カメラ（１１）と前記光源（１２）とに対して、当該光源（１２）と当該カメラ（１１）との間の接続直線（２７）が前記平面（４）に対して実質的に平行に延びるように配置可能である、測定装置（１０）。

【請求項10】

少なくとも２つのカメラ（１１，２１）と２つの光源（１２，２２）とを含み、前記積層体（５）は、複数の電極シート（１，２，３）によって形成された複数の側面（１６，１７，１８，１９）を有し、前記カメラ（１１，２１）および前記光源（１２，２２）は、第１のカメラ（１１）と第１の光源（１２）との間の第１の接続直線（２７）が、相互に１８０度未満の最小の第１の角度（２０）で配置された前記積層体（５）の第１の側面（１６）と第２の側面（１７）とを通って延び、かつ第２のカメラ（２１）と第２の光源（２２）との間の第２の接続直線（２７）が、相互に１８０度未満の最小の角度（２０）で配置された前記積層体（５）の第３の側面（１８）と第４の側面（１９）とを通って延びるように配置されている、請求項９記載の測定装置（１０）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層体内の複数の電極シートの積層精度を決定するための方法ならびに測定装置に関する。電極シートは、相互に平行な平面内を延在し、相互に積層されて配置され、１つの積層体を形成する。積層精度は、積層体内の電極シート相互の境界縁部の位置を表す。

【0002】

自動車の駆動のために、バッテリー、特にリチウムイオン電池がますます使用されている。これらの電池は、通常セルから構成され、ここで、各セルは、アノードシート、カソードシート、および場合によってはセパレータシートもしくはセパレーター材料の複合体を有している。これらのアノードシート、カソードシート、および場合によってはセパレータシートは、以下では電極シートと称する。

【0003】

これらの電極シートは、通常パンチングまたは例えばレーザーカッティングなどの切断技術によって製造される。

【0004】

積層体内の個々の電極シートの積層精度は、リチウムイオン電池セルの安全関連の品質基準とその性能に重大な影響を及ぼす。電池セルの電気化学的性能は、動作中の電極被覆率または活性物質の被覆率が低いほど、より急速に低下する。付加的に、アノードシートとカソードシートとの直接接触により、電池セルの短絡や故障がトリガされる。この理由から、積層体内の基準を、積層体が電池セルのハウジングに収納される前に検査する必要がある。積層精度、つまり個々の電極シート相互の位置のずれは、狭い境界内に維持されなければならない。

【0005】

積層精度を求めるための確立された手法は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）である。ここでは、長時間の測定によって積層体の３次元写像が生成される。

【0006】

ＣＴとは対照的に、Ｘ線により積層体もしくは検査対象の２次元写像を可能にする検査装置も存在する。これらは、コンピュータ断層撮影法とは対照的に、検査をより迅速に実施することができるものである。ただし、このやり方では、電極シート相互の相対的な位置の直接的な測定は今もなお不可能であり、両手法は、Ｘ線の使用に基づき高い投資、運用、および保守コストを用いてしか使用することはできない。その他に、包括的な放射線防護を実現する必要があり、そのため、これらの手法は、生産ラインでの使用については限られた範囲でしか適していない。付加的に、ＣＴを用いた検査は、その長い測定時間に基づきインライン対応向きではない。

【0007】

さらに、電極シートの位置は、既に個々の電極シートの積層プロセス中に記録することができる。ここでは、積層プロセスのサイクルタイムの低下、データ量の増加、張力のかかった積層体の最終位置が不明などの欠点が存在する。

【0008】

米国特許出願公開第２０１３／００４８３４０号明細書からは、電池セルのための電極と、該電極を製造するための方法が公知である。ここでは、支持体材料上に配置された活性材料の縁部の光学的捕捉も提案されている。ここでは、縁部の位置を識別するために、光の異なる反射が利用されている。

【0009】

米国特許出願公開第２０１３／０３２０２１６号明細書からは、電極上の異物粒子を識別するための方法にスポットが向けられている。ここでは、４μｍ～１０ｍｍの波長を有する光が使用されている。

【0010】

米国特許第６，５８５，８４６号明細書からは、電極を製造するための方法が公知である。

【0011】

本発明の課題は、挙げられた問題を少なくとも部分的に解決することである。特に、積層体内の複数の電極シートの積層精度を決定するための方法が提案されるべきであろう。さらに、積層精度を決定するための測定装置も提案されるべきであろう。

【0012】

請求項１による特徴を有する方法および請求項９による特徴を有する測定装置は、これらの課題の解決に寄与する。好適な発展形態は、従属請求項の対象である。請求項に個別に記載された特徴は、技術的に有意な手法で相互に組み合わせ可能であり、明細書からの事例および／または図面からの詳細によって補足することができ、ここでは、本発明のさらなる実施態様が示される。

【0013】

複数の電極シートの積層精度を決定するための方法が提案される。これらの電極シートは、それぞれ、少なくとも１つのアノードシート（または複数のアノードシート）、１つのカソードシート（または複数のカソードシート）、および１つのセパレータシート（または複数のセパレータシート）を含む。これらの電極シートは、相互に（実質的に）平行な平面内を延在し、相互に積層されて配置される。これらの電極シートは、１つの積層体を形成する。積層精度は、少なくとも積層体内のアノードシート、カソードシート、またはセパレータシートの境界縁部のそれぞれの位置を表す。本方法は、少なくとも１つのカメラと光源とを有する測定装置を用いて実施される。本方法は、少なくとも以下のステップ：
ａ）積層体を準備し、当該積層体を測定装置内に配置するステップであって、ここで、光源とカメラとの間の接続直線は、当該平面に対して実質的に平行に延びているステップと、
ｂ）積層体を光源を用いて照射し、それによって、光ビームが少なくとも積層体の１つの領域を貫通するか、または当該領域から反射され、ここで、光ビームはカメラによって捕捉されるステップと、
ｃ）カメラを用いた少なくとも積層体の領域の１つの写像（または複数の写像）を記録するステップと、
ｄ）当該写像（または複数の写像）を評価し、少なくともアノードシート、カソードシート、またはセパレータシートの領域内に配置された境界縁部の位置を決定するステップと、を含む。

【0014】

これらの方法ステップのａ）～ｄ）への上記の（非最終的な）分類は、区別のためだけに優先的に用いられるべきものであり、順序および／または依存性を強いるものではない。また、例えば本方法の実施中の方法ステップの頻度も変化する可能性がある。同様に、これらの方法ステップが、相互に少なくとも部分的に時間的に重なる可能性もある。とりわけて好適には、方法ステップａ）は、ステップｂ）～ｄ）よりも時間的に先に行われる。特に、ステップｂ）およびｃ）は、少なくとも部分的に相互に時間的に並行して行われる。特に、ステップｄ）は、ステップｄ）よりも時間的に後に行われる。特に、ステップａ）～ｄ）は、指定された順序で実施される。

【0015】

本方法は、特に、電池セルのための製造方法の枠内で使用される。ここでは、適合する形態に適正に切断された電極シート、つまり少なくとも１つのアノードシート、少なくとも１つのカソードシート、および／または少なくとも１つのセパレータシートが、予め定められた順序で１つの積層体に配置されて相互に位置合わせされる。そのように生成された積層体では、個々の（それぞれ同一の）電極シートの境界縁部が相互に可及的に面一に配置されるべきである。

【0016】

これらの電極シートは、特に、相互に平行な平面内を延在し、相互に積層されて配置された１つの積層体を形成する。この積層体は、特に、少なくとも２つの電極シート、つまり少なくとも１つのアノードシート／カソードシートおよび１つのセパレータシートを含む。好適には、積層体は、少なくとも１つのアノードシート、少なくとも１つのカソードシート、および介在的に配置される１つのセパレータシートを含む。

【0017】

電極シートは、特に、それぞれ実質的に矩形の形状を有する。場合によっては、導出ラグがこれらの矩形の形状を超えて延在している。これらは、一般に、未コーティングであり、つまり活性材料でコーティングされずに構成されており、それぞれの電極シート、すなわちアノードシートもしくはカソードシートの電気的接触接続に用いられる。

【0018】

積層精度は、特に、少なくとも積層体内のアノードシート、カソードシートおよび／またはセパレータシートもしくはアノードシート、カソードシート、またはセパレータシートの境界縁部のそれぞれの位置を表す。特に、電極シートは、相互で予め定められた位置に配置されるべきである。アノードシートおよびカソードシート、ならびに場合によっては存在するセパレータシートのサイズは相互に異なる可能性があるので、積層精度は、特に、平面に対して横方向に延在する方向に沿って相互に面一に配置される電極シートの境界縁部において決定される。

【0019】

特に、電極シートの積層精度は、電極シートのそれぞれの１つの境界縁部もしくは１つの箇所でのみ決定される。

【0020】

本方法は、特に、少なくとも１つのカメラと１つの光源とを有する測定装置を用いて実施される。複数の固定設置の光源または可動の光源が設けられていてもよい。また、複数の固定設置のカメラまたは可動のカメラが設けられていてもよい。特に、各光源は、１つのカメラにのみ割り当てられるが、複数の光源が１つのカメラに割り当てられていてもよい。

【0021】

光源は、特に少なくとも可視光を含む光ビームを放射するために用いられる。カメラは、写像を表示するための光ビームを記録するために用いられる。カメラは、特に、少なくとも１つの対物レンズ（例えば、テレセントリック系）と、入射光を電気信号に変換するセンサとを含む。

【0022】

カメラは、特に、光源の光ビームによって照射される積層体の領域の２次元写像の表示を可能にする。

【0023】

ステップａ）によれば、積層体を提供し、当該積層体を測定装置内へ、特に光源とカメラとの間に、または光ビームが積層体からカメラに向かって反射されるように配置することが行われ、ここで、光源とカメラとの間の接続直線は（この接続直線は、積層体を貫通するか、または積層体から離間して延びる）、平面に対して実質的に平行に延びている。積層体が別個に形成され、次いで、一緒に測定装置内に配置されることが可能である。しかしながら、積層体自体が測定装置内で（部分的に）形成され、したがって同時に配置されることも可能である。光源は、特に、カメラに向かって位置合わせされ、それによって光ビームが光源からカメラに向かって放射される。代替的に、光源とカメラとが積層体の（同じ）領域に配向され、それによって積層体から反射された光ビームがカメラによって捕捉される。光源およびカメラは、光ビームが（これが配向されて、ひいては相互に並行に光源から出射し、接続直線に沿ってカメラに向かって延びるのであるならば）平面に対して平行に延びるように積層体に対して位置合わせされる。

【0024】

ステップｂ）によれば、積層体を光源を用いて照明することが行われ、それによって、光ビームが積層体の少なくとも１つの領域を貫通するか、または積層体からカメラに向かって反射される。この光ビームは、カメラによって捕捉される。つまり、積層体は、特に、少なくとも部分的に透過照明される。ここでは、積層体を貫通する光源からの光ビームのみがカメラによって捕捉可能であり、つまり、例えば電極シート間に存在する自由空間を通る光ビームのみがカメラによって捕捉可能である。

【0025】

光源の光ビームは、電極シートの相互に重ね合わせて配置された境界縁部を捕捉するため、カメラにより、積層体の境界縁部の２次元写像が捕捉可能でかつ記録可能である。

【0026】

ステップｃ）によれば、カメラを用いた少なくとも積層体の領域の１つの写像を記録することが行われる。特に、積層体の領域の１つの写像のみの記録が行われる。当該領域のさらなる記録は、特に不要である。場合によっては、（他の側面によって形成される）他の領域のさらなる写像が記録可能でかつ評価可能である。通常はアノードシートおよびカソードシートよりも長いセパレータシートの境界縁部の捕捉のために、光源およびカメラの他の配置も可能である。このケースでは、光ビームは、平面に対して横方向にもしくは角度をつけて（つまり必ずしも平行ではなく）延びる可能性があろう。

【0027】

ステップｄ）によれば、写像を評価し、アノードシート、カソードシート、および／またはセパレータシートの領域内に配置された境界縁部の位置を決定することが行われる。評価は、特に、データ処理のためのシステムによって行うことができる。特に、積層体について、１つの写像の評価のみが行われ、場合によっては、他の領域の記録によって生成されたさらなる写像の評価が行われる。

【0028】

特に、本方法は、複数回実行され、それによって、個々の電極シートの積層精度が十分正確に決定される。特に、そのためには、積層体の複数の異なる領域を照明し、カメラによって捕捉し、対応する写像を生成して評価する必要がある。それにより、特に、目標位置に対する各電極シートの回転もしくは移送を決定することができる。

【0029】

積層体全体の積層精度を管理して決定するために、特に、少なくとも３つの異なる領域、例えば積層体の縁部などが、測定装置を用いて記録される。

【0030】

特に、積層体の特定の縁部（つまり、直方体形状の積層体における－導出部は考慮しない－４つの最短縁部）では、三角測量を介して縁部の空間座標を決定するために、両方向から１回写像が生成される。特に、積層体は、保持装置によってカメラと光源とに対して回転および方向転換させられる。したがって、前述した縁部の各々は、２つの方向からカメラによって捕捉される。つまり、各積層体は、特に８つの写像が生成される。

【0031】

特に、測定装置は、本方法の実施のために適切に装備され、構成され、またはプログラミングされた手段、もしくは本方法を実行する手段を有するデータ処理のためのシステムを含む。これらの手段は、例えば、プロセッサと、該プロセッサにより実行される命令が格納されたメモリ、ならびに前述した要素間で命令、測定値、データなどの伝送が可能なデータ線路もしくは伝送デバイスを含む。

【0032】

特に、積層体は、複数の電極シートによって形成される複数の側面を有する。積層体は、ステップａ）において、接続直線が、相互に１８０度未満、特に１５０度未満、好適には１２０度未満の最小の角度で配置された第１の側面と第２の側面とを通って延びるように光源とカメラとの間に配置される。特に、側面間の最小の角度は、少なくとも７０度、好適には少なくとも８０度である。

【0033】

つまり、特に、側面は、相互に平行に配置されず、または相互に相対向して配置されない。

【0034】

ここで考慮される積層体の側面は、特に電極シート、特にセパレータシートの境界縁部によって形成される。なぜなら、このセパレータシートは、短絡の回避のために、通常、アノードシートおよびカソードシートよりも長い延在部を有するからである。これらの側面は、特に、電極シートがそれに沿って延在している平面に対して横方向に延在している。

【0035】

特に、第１の側面と第２の側面とが相互に隣接して配置される。

【0036】

特に、領域は、相互に隣接する側面によって形成される積層体の縁部を含む。

【0037】

特に、接続直線は、第１の側面と第２の側面とに対して、９０度未満、特に７５度未満、好適には６０度未満の最小の第２の角度で延びる。特に、それぞれの側面と接続直線との間の最小の第２の角度は、少なくとも２５度、好適には少なくとも４０度である。

【0038】

特に、ステップｄ）において、少なくとも１つのアノードシートと少なくとも１つのカソードシートの少なくとも境界縁部の位置が決定される。

【0039】

特に、セパレータシートの境界縁部の決定は必要ではない。なぜなら、この電極シートは、通常、アノードシートおよびカソードシートよりも長く構成されているからである。上述したように、セパレータシートの境界縁部の決定は、光源およびカメラの他の配置を用いて行うことも可能である。

【0040】

少なくとも１つのアノードシートおよび少なくとも１つのカソードシートの境界縁部の決定は、特に必要である。なぜなら、動作中の電池セルの電気化学的性能は、電極被覆率もしくは活性材料の被覆率が低いほどより急速に低下するからである。

【0041】

特に、光源は、好適には少なくとも３６５～８７０ｎｍ［ナノメートル］の波長を有する可視光を生成する。

【0042】

特に、光ビームはコヒーレントおよび／またはコリメートされている（つまり、相互に平行に位置合わせされる）。代替的に、光ビームは、拡散および／またはコヒーレントされる。主に、特に、平面に対して実質的に平行に延びる光が用いられる。これにより、写像の精度が向上され、評価が簡素化され得る。この精度は、特に、コヒーレントまたはコリメートされた光によりさらに向上させることができる。

【0043】

特に、測定装置は、少なくともステップｂ）およびステップｃ）の間に領域にガス流が供給可能であるノズルを含む。特に、ノズルは、電極シートがガス流によって扇状に広がるかもしくは位置合わせされるように位置決めされる。これにより、電極シートを通る光ビームの透過が改善され得る。

【0044】

特に、ガス流は、イオン化していてよく、それにより、電極シートの、特にセパレータシートとアノードもしくはカソードシートとの間の静電的な帯電をトリガすることができる。これにより、電極シートを貫通する光ビームの透過がさらに改善され得る。

【0045】

特に、少なくともステップｄ）のために、人工知能が使用される。この人工知能を用いることにより、特に、写像内の境界縁部の位置の決定を支援することができる。

【0046】

特に、少なくとも１つの写像の評価は、畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ）を用いて行われる。畳み込みニューラルネットワークは、ステップｃ）に従って捕捉された当該積層体の写像から、次いで、（所望の）電極シートの境界縁部の位置を決定するために、電極シートの境界縁部の既知の位置を伴う積層体の合成の、つまり人工的に生成されたデータセットに基づいて学習する。電極シートが例えばたるんでいる場合、つまり水平方向の平面内を理想的に延びていない場合、多項式を用いて境界縁部の適正な位置を計算することができる。

【0047】

畳み込みニューラルネットワークを用いる代わりに、他の機械学習方式で、または自動化されて実施可能な学習法を用いて評価を実施することも可能である。以下では、畳み込みニューラルネットワークと、その際に使用される経過プロセスおよび用語に焦点を当てる。

【0048】

この種のＣＮＮを写像の評価に、つまりカメラの記録撮影に使用することは、基本的に公知である。本発明では、電極シートの（カットされた）境界縁部の品質評価のために、つまり電池構成部品の製造の枠内でＣＮＮを使用することが提案される。

【0049】

ＣＮＮを用いた評価の枠内では、自動化されたインライン対応向きの境界縁部の評価を実装するために、特に、最初はトレーニングデータセット、つまり合成データセットが生成され得る。このトレーニングデータセットの各写像に対して、境界縁部の位置が手動でマーキング可能である。それに続いて、この手動のマーキング、つまり境界縁部のマーキングされた位置のツールからの手動のエクスポートが行われる。ピクセルマトリックスとしてコード化された写像内の境界縁部の位置は、トレーニングデータセットのための境界縁部の積層体幾何形状もしくは配置、いわゆるグラウンドトゥルースに写像される。

【0050】

以下では、写像内に表される境界縁部をそれに対応する幾何形状に数学的に写像することを学習するためにＣＮＮが使用される。続いて、そのようにトレーニングされたＣＮＮは、事前に学習されていないカメラの写像について、境界縁部もしくは幾何形状を認識することができる。確定された境界縁部の目標幾何形状との、実質的に同種の本体、ここでは積層された電極シートの境界縁部の異なる写像の分散が低いことと、大量のデータの統計的有意性とに基づいて、この認識は、例えば傾向的縁部認識などの類似の手法よりも正確である。

【0051】

ＣＮＮは、公知のように、固定された数のフィルタにより複数の写像区分が離散的に畳み込まれる一連のいわゆる畳み込み層から成っている。それらの各フィルタについて、この層は、いわゆる特徴マップを算出する。この特徴マップは、フィルタパラメータによって定義されたパターンが、それぞれの第２の写像内もしく輪郭内の対応する箇所で認識されたかどうかを表す。これらの特徴マップのサイズは、計算の複雑さを軽減するために、いわゆる最大プーリング層または平均プーリング層を用いて縮小される。この最大プーリングもしくは平均プーリング層は、ｎ×ｎ個の窓を特徴マップ上に押し込み、特に、最大値だけを１つの区分から次の層に転送する。

【0052】

畳み込み層および最大プーリングもしくは平均プーリング層の順序と数、ならびにそれぞれの窓およびフィルタのサイズは、いわゆるハイパーパラメータである。これらのハイパーパラメータの最適化は、特に、モデルパラメータの最適化に影響しない検証データセットによって行われる。

【0053】

最後のステップでは、すべての特徴マップの値が、ベクトルに連結されていわゆるフラット化がなされ、したがって、それらはフィードフォワードニューラルネットワークへの入力として用いられる。このネットワークも、隠れ層の可変の数と、各隠れ層内のニューロンの可変の数とによって特徴付けられる。これらの数はさらなるハイパーパラメータを形成する。

【0054】

フラット化に対して代替的に、転置畳み込みを用いて、圧縮された特徴マップを最初に再び元のサイズに変換し、次いで、その数を畳み込み層を用いて再び１まで低減することができる。

【0055】

その出力層では、ネットワークは、各ピクセルに０または１（「１」）を割り当てることにより、手動で生成された積層体のグラウンドトゥルースの縁部幾何形状を近似することを試みる。

【0056】

トレーニングの開始時では、フィルタパラメータとフィードフォワードニューラルネットワークのパラメータとが（両方合わせてＣＮＮを形成し）、ランダムに初期化可能であり、この場合、このことは、最初は不正確な幾何形状予測につながる。トレーニングの経過中、すべてのモデルパラメータは、いわゆる勾配降下法を用いることにより、誤って分類されたピクセルの数がすべてのトレーニング例を越えて最小化されるように適合化される。

【0057】

トレーニングの終了後、ＣＮＮは、例えば、ステップｄ）の枠内で、未知の積層体もしくは新たに作成された写像について、写像内の少なくとも１つの境界縁部の位置を認識するために使用することができる。

【0058】

特に、さらなるステップでは、ステップｄ）による積層精度の評価から、それぞれの積層体の製造に使用された少なくとも１つのプロセスパラメータが決定されて変更され、それによって、さらなる積層体についての積層精度が向上する。

【0059】

つまり、特に、例えば限界値の上回りが確定された場合、かつ／または後続の測定の枠内で検証された場合、誤って位置決めされた電極シートと、その目標位置からの偏差とが決定可能である。それに応じて、電極シートの知識からその製造プロセスを追跡することができ、場合によっては設定可能なプロセスパラメータを変更することができる。

【0060】

説明した方法を実施するための測定装置も提案され、本測定装置は、少なくともカメラと光源とを含んでいる。特に、相互に平行な平面内を延在する相互に積層された電極シートからなる積層体は、カメラと光源とに対して、当該光源と当該カメラとの間の接続直線が平面に対して実質的に平行に延びるように配置可能である。特に、光源はカメラに向かって位置合わせされ、積層体は、光源とカメラとの間に配置され、それによって、光ビームが積層体の少なくとも１つの領域を貫通する。代替的に、光源とカメラとが積層体の（同じ）領域に位置合わせされ、ここで、光ビームは当該領域によって反射され、カメラによって捕捉される。

【0061】

特に、本測定装置は、少なくとも２つのカメラと２つの光源とを含み、ここで、積層体は、複数の電極シートによって形成された複数の側面を有する。カメラおよび光源は、第１のカメラと第１の光源との間の第１の接続直線が、相互に１８０度未満の最小の第１の角度で配置された積層体の第１の側面と第２の側面とを通って延び、かつ第２のカメラと第２の光源との間の第２の接続直線が、相互に１８０度未満、特に１５０度未満、好適には１２０度未満の最小の第１の角度で配置された積層体の第３の側面と第４の側面とを通って延びるように配置される。特に、側面間の最小の第１の角度は、少なくとも７０度、好適には少なくとも８０度である。

【0062】

特に、測定装置は、３つまたは４つのカメラさえも含み、比較可能なもしくは要件に適合化された数の光源を含む。これにより、すべての電極シートの積層精度の決定をさらに加速することができる。なぜなら、異なるまたは同一の領域の（場合によっては他の方向からも記録された）写像を同時に生成し、評価することができるからである。

【0063】

特に、データ処理のためのシステムが提案され、このシステムは、本方法の実施のために適切に装備され、構成され、またはプログラミングされた手段、もしくは本方法を実行する手段を有する。

【0064】

この手段は、例えば、プロセッサと、該プロセッサにより実行される命令が格納されたメモリ、ならびに前述した要素間で命令、測定値、データなどの伝送が可能なデータ線路または伝送デバイスを含む。

【0065】

さらに、コンピュータプログラムが提案され、該コンピュータプログラムは、プログラムがコンピュータによって実行されるときに、コンピュータに、説明された本方法もしくは説明された本方法のステップを実行させる命令を含んでいる。

【0066】

さらに、コンピュータ可読記憶媒体が提案され、該コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータによって実行されるときに、コンピュータに、説明された本方法もしくは説明された方法のステップを実行させる命令を含んでいる。

【0067】

特に、本方法に対する実施形態は、データ処理のためのシステムおよび／またはコンピュータ実装方法（つまり、コンピュータプログラムおよびコンピュータ可読記憶媒体）に転用可能であり、その逆も可能である。

【0068】

特に特許請求の範囲およびそれを再現する明細書における不定冠詞（「１つの」）の使用は、表記の数詞として理解されるべきではない。したがって、それに応じて導入された用語もしくは構成部品は、それにより、これらが少なくとも１度は存在しているが、特に、何度も存在していてもよいことを理解すべきである。

【0069】

予防的に述べておくが、本明細書で使用される数詞（「第１の」、「第２の」、．．．）は、主に複数の同種の対象、サイズ、またはプロセスの区別のために（だけ）用いられ、つまり、必ずしもこれらの対象、サイズ、またはプロセス相互の依存性および／または順序を予め定めるものではないことに留意すべきであろう。依存性および／または順序が必要とされるべき場合ならば、このことは本明細書で明示的に示されるか、または当業者にとって、具体的に説明された実施形態の学習の際に明らかになるであろう。構成部品が（「少なくとも１つ」など）複数回出現する可能性がある限り、これらの構成部品のうちの１つに関する説明が、これらの構成部品のすべてに、または複数のうちの一部に同じように適用可能であるが、このことは必ずしも必須ではない。

【0070】

以下では、本発明ならびに技術的な背景を添付の図面に基づきより詳細に説明する。本発明は、記載された実施例によって限定されるべきものではないことを言及しておく。特に、明示的に他が示されていない限り、図面において説明された事項の一部態様を抽出し、本明細書からの他の構成部品および知見と組み合わせることも可能である。特に、これらの図面、特に表されているサイズ比は概略的なものにすぎないことを言及しておく。

【図面の簡単な説明】

【0071】

【図1】保持装置内の積層体を示す斜視図である。

【図2】図１による積層体を示す側面図である。

【図3】積層体の写像と、積層体がそこに配置されている測定装置とを示す図であり、該測定装置を用いて写像が生成可能である。

【図4】積層体がそこに配置されたさらなる測定装置を示す平面図である。

【図5】積層体がそこに配置された他の測定装置を示す平面図である。

【0072】

図１は、保持装置２３内の積層体５を斜視図で示す。図２は、図１による積層体５を側面図で示す。図１および図２は、以下で一緒に説明する。

【0073】

電極シート１，２，３は、アノードシート１、カソードシート２、およびセパレータシート３を含む。電極シート１，２，３は、相互に平行な平面４内を延在し、相互に積層されて配置されている。電極シート１，２，３は、１つの積層体を形成する。積層精度は、積層体５内のアノードシート１、カソードシート２、またはセパレータシート３の境界縁部９のそれぞれの位置６，７，８を表す。電極シート１，２，３は、相互に平行な平面４内を延在し、相互に積層されて積層体５を形成する。

【0074】

電極シート１，２，３は、それぞれ実質的に矩形の形状を有する。積層体５は、複数の電極シート１，２，３によって形成された複数の側面１６，１７，１８，１９を有する。積層体５のこれらの側面１６，１７，１８，１９は、電極シート１，２，３、ここではセパレータシート３の境界縁部９によって形成される。なぜなら、このセパレータシート３が、短絡の回避のために、通常、アノードシート１およびカソードシート２よりも長く延在しているからである。側面１６，１７，１８，１９は、電極シート１，２，３がそれに沿って延在している平面４に対して横方向に延在している。

【0075】

導出部（導出ラグ）２４は、電極シート１，２，３のこの矩形の形状を超えて延在している。これらの導出部２４は、一般に、未コーティングであり、つまり活性材料でコーティングされずに構成されており、それぞれの電極シート１，２、つまりアノードシート１もしくはカソードシート２の電気的接触接続に用いられる。

【0076】

図２は、電極シート１，２，３の境界縁部９がどのように目標配置に配置されているかを詳細図で表している。電極シート１，２，３は、（平面４に対して横方向に延びる）積層方向に沿って交互に配置されている。カソードシート２の第２の位置７は、最も内側に、つまり第１の側面１６に対して最大の距離に配置されている。アノードシート１の第１の位置６は、第２の位置７とセパレータシート３の第３の位置８との間に配置されている。積層体５の第１の側面１６は、セパレータシート３の境界縁部９によって形成される。

【0077】

保持装置２３は、ここでは２つのプレートを含み、それらの間に積層体５が配置されている。これらの保持装置２３を介して、電極シート１，２，３は、それらの位置６，７，８に確定もしくは固定され、それによって、積層体５は、測定装置１０内に配置可能になる。

【0078】

図３は、積層体５の写像（左方）と、積層体５がそこに配置された測定装置１０（右方）とを示しており、この測定装置１０を用いて写像１５が生成可能である。図１および図２に対する実施形態が参照される。

【0079】

測定装置１０は、カメラ１１と光源１２とを有する。積層体５は、ステップａ）において、接続直線２７（ここでは、コリメートされた光ビーム１３に対して平行に延びる）が、相互に９０度の最小の第１の角度２０で配置され、相互に隣接する第１の側面１６および第２の側面１７を通って延びるように光源１２とカメラ１１との間に配置される。

【0080】

ステップｂ）によれば、積層体５を光源１２を用いて照明することが行われ、それによって、光ビーム１３が積層体５の領域１４を貫通し、カメラ１１によって捕捉される。この領域１４は、隣接する側面１６，１７によって形成される積層体５の縁部２５を含む。

【0081】

接続直線２７は、第１の側面１６および第２の側面１７に対して約４５度の最小の第２の角度２６で延びている。

【0082】

つまり、積層体５は少なくとも部分的に透過照明される。ここでは、積層体５を貫通する光源１２の光ビーム１３のみがカメラ１１によって捕捉可能であり、つまり、例えば、電極シート１，２，３間に存在する自由空間を通る光ビームのみがカメラによって捕捉可能である。

【0083】

光源１２の光ビーム１３は、電極シート１，２，３の重ね合わせて配置された境界縁部９を捕捉し、それによって、カメラ１１により、積層体５の境界縁部９の２次元写像１５が捕捉可能でかつ記録可能である。

【0084】

ステップｃ）によれば、カメラ１１を用いた少なくとも積層体５の領域１４の１つの写像１５を記録することが行われる。積層体５の領域１４の写像１５の記録が行われる。領域１４もしくは他の領域１４のさらなる記録が、積層精度の決定のために場合によっては必要になり、積層体５の位置の変更により、またはカメラ１１もしくは光源１２の位置の変更により生成することができる。それによって（他の側面１８，１９によって形成される；図４参照）少なくとも１つの他の領域１４のさらなる写像１５が記録可能でかつ評価可能になる。

【0085】

ステップｄ）によれば、写像１５を評価し、少なくともアノードシート１およびカソードシート２の領域１４内に配置された境界縁部９の位置６，７，８を決定することが行われる。評価は、データ処理のためのシステム２８によって行われる。

【0086】

図４は、積層体５がそこに配置されたさらなる測定装置１０を平面図で示す。図１～図３に対する実施形態が参照される。

【0087】

電極シート１，２，３は、それぞれ実質的に矩形の形状を有する。積層体５は、複数の電極シート１，２，３によって形成された複数の側面１６，１７，１８，１９を有する。積層体５のこれらの側面１６，１７，１８，１９は、電極シート１，２，３、ここではセパレータシート３の境界縁部９によって形成される。側面１６，１７，１８，１９は、電極シート１，２，３がそれに沿って延在している平面４に対して横方向に延在している。導出部（導出ラグ）２４は、電極シート１，２，３のこの矩形の形状を超えて延在している。積層体５は、保持装置２３内に配置されている。

【0088】

測定装置１０は、第１のカメラ１１および第１の光源１２と、第２のカメラ２１および第２の光源２２とを含んでいる。積層体５は、ステップａ）では、それぞれの接続直線２７が第１の側面１６と第２の側面１７とを通って、もしくは第３の側面１８と第４の側面１９とを通って延びるように、第１の光源１２と第１のカメラ１１との間、ならびに同時に第２の光源２２と第２のカメラ２１との間に配置される。

【0089】

第１の側面１６と第２の側面１７とが相互に９０度の最小の第１の角度２０で配置され、相互に隣接している。ステップｂ）によれば、第１の光源１２を用いた積層体５の照明が行われ、それによって、光ビーム１３が積層体５の領域１４を貫通し、第１のカメラ１１によって捕捉される。この領域１４は、隣接する側面１６，１７によって形成される積層体５の縁部２５を含む。接続直線２７は、第１の側面１６に対して約３０度の第２の角度２６で、かつ第２の側面１７に対して約６０度の最小の第２の角度２６で延びる。

【0090】

第３の側面１８と第４の側面１９とが相互に９０度の最小の第１の角度２０で配置され、相互に隣接している。ステップｂ）によれば、（また）第２の光源２２を用いた積層体５の照明が行われ、それによって、光ビーム１３が積層体５のさらなる領域１４を貫通し、第２のカメラ２１によって捕捉される。この領域１４は、隣接する側面１８，１９によって形成される積層体５の縁部２５を含む。接続直線２７は、第３の側面１８に対して約３０度の最小の第２の角度２６で、かつ第４の側面１９に対して約６０度の最小の第２の角度２６で延びる。

【0091】

ステップｃ）によれば、それぞれのカメラ１１，２１を用いた積層体５の２つの領域１４の写像１５を記録することが行われる。積層体５の２つの領域１４の２つの写像１５のみの記録が行われる。これらの領域１４のさらなる記録は、積層精度の決定のために相前後してまたは同時に生成することができる。

【0092】

ステップｄ）によれば、写像１５を評価し、少なくともアノードシート１およびカソードシート２のそれぞれの領域１４内に配置された境界縁部９の位置６，７，８を決定することが行われる。評価は、データ処理のためのシステム２８によって行われる。

【0093】

図５は、積層体５がそこに配置された他の測定装置１０を平面図で示している。図１～図４、特に図３および図４に対する実施形態が参照される。

【0094】

測定装置１０は、２つのノズル２９を含み、これらにより、それぞれの領域１４に少なくともステップｂ）およびステップｃ）の間にガス流３０が供給可能である。ノズル２９は、それぞれ、電極シート１，２，３がガス流３０によって扇状に広がるかもしくは位置合わせされるように位置決めされている（図５の右下の詳細を参照）。これにより、電極シート１，２，３を通る光ビーム１３の透過が改善され得る。

【符号の説明】

【0095】

１ アノードシート（電極シート）
２ カソードシート（電極シート）
３ セパレータシート（電極シート）
４ 平面
５ 積層体
６ 第１の位置
７ 第２の位置
８ 第３の位置
９ 境界縁部
１０ 測定装置
１１ （第１の）カメラ
１２ （第１の）光源
１３ 光ビーム
１４ 領域
１５ 写像
１６ 第１の側面
１７ 第２の側面
１８ 第３の側面
１９ 第４の側面
２０ 第１の角度
２１ 第２のカメラ
２２ 第２の光源
２３ 保持装置
２４ 導出部
２５ 縁部
２６ 第２の角度
２７ 接続直線
２８ システム
２９ ノズル
３０ ガス流

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2024-07-09

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電極シート（１，２，３）の積層精度を決定するための方法であって、
前記電極シート（１，２，３）は、少なくともそれぞれ１つのアノードシート（１）、１つのカソードシート（２）、および１つのセパレータシート（３）を含み、前記電極シート（１，２，３）は、相互に平行な平面（４）内を延在し、相互に積層されて配置され、１つの積層体（５）を形成し、前記積層精度は、少なくとも前記積層体（５）内の前記アノードシート（１）、前記カソードシート（２）、または前記セパレータシート（３）の境界縁部（９）のそれぞれの位置（６，７，８）を表し、前記方法は、少なくとも１つのカメラ（１１）と１つの光源（１２）とを有する測定装置（１０）を用いて実施され、少なくとも以下のステップ：
ａ）前記積層体（５）を提供し、前記積層体（５）を前記測定装置（１０）内に配置するステップであって、前記光源（１２）と前記カメラ（１１）との間の接続直線（２７）は、前記平面（４）に対して実質的に平行に延びているステップと、
ｂ）前記積層体（５）を前記光源（１２）を用いて照明し、それによって、光ビーム（１３）が少なくとも前記積層体（５）の１つの領域（１４）を貫通するか、または当該領域（１４）から反射され、前記光ビーム（１３）は前記カメラ（１１）によって捕捉されるステップと、
ｃ）前記カメラ（１１）を用いた少なくとも前記積層体（５）の前記領域（１４）の１つの写像（１５）を記録するステップと、
ｄ）前記写像（１５）を評価し、少なくとも前記アノードシート（１）、前記カソードシート（２）、または前記セパレータシート（３）の前記領域（１４）内に配置された前記境界縁部（９）の前記位置（６，７，８）を決定するステップと、
を含む、方法。

【請求項2】

前記積層体（５）は、前記複数の電極シート（１，２，３）によって形成される複数の側面（１６，１７，１８，１９）を有し、前記積層体（５）は、前記ステップａ）において、前記接続直線（２７）が、相互に１８０度未満の最小の第１の角度（２０）で配置された第１の側面（１６）と第２の側面（１７）とを通って延びるように前記光源（１２）と前記カメラ（１１）との間に配置される、請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記第１の側面（１６）と前記第２の側面（１７）とが相互に隣接して配置される、請求項２記載の方法。

【請求項4】

前記領域（１４）は、相互に隣接する側面（１６，１７）によって形成される前記積層体（５）の縁部（２５）を含む、請求項３記載の方法。

【請求項5】

前記ステップｄ）において、少なくとも前記アノードシート（１）と前記カソードシート（２）との境界縁部（９）の位置（６，７，８）が決定される、請求項１記載の方法。

【請求項6】

前記光源（１２）は、可視光を生成する、請求項１記載の方法。

【請求項7】

前記光ビーム（１３）は、少なくともコヒーレントまたはコリメートされ、前記平面（４）に対して実質的に平行に延びる、請求項１記載の方法。

【請求項8】

少なくとも前記ステップｄ）のために、人工知能が使用される、請求項１記載の方法。

【請求項9】

請求項１から８までのいずれか１項記載の方法を実施するための測定装置（１０）であって、少なくともカメラ（１１）と光源（１２）とを含み、相互に平行な平面（４）内を延在する相互に積層された電極シート（１，２，３）からなる積層体（５）が、前記カメラ（１１）と前記光源（１２）とに対して、当該光源（１２）と当該カメラ（１１）との間の接続直線（２７）が前記平面（４）に対して実質的に平行に延びるように配置可能である、測定装置（１０）。

【請求項10】

少なくとも２つのカメラ（１１，２１）と２つの光源（１２，２２）とを含み、前記積層体（５）は、複数の電極シート（１，２，３）によって形成された複数の側面（１６，１７，１８，１９）を有し、前記カメラ（１１，２１）および前記光源（１２，２２）は、第１のカメラ（１１）と第１の光源（１２）との間の第１の接続直線（２７）が、相互に１８０度未満の最小の第１の角度（２０）で配置された前記積層体（５）の第１の側面（１６）と第２の側面（１７）とを通って延び、かつ第２のカメラ（２１）と第２の光源（２２）との間の第２の接続直線（２７）が、相互に１８０度未満の最小の角度（２０）で配置された前記積層体（５）の第３の側面（１８）と第４の側面（１９）とを通って延びるように配置されている、請求項９記載の測定装置（１０）。

【国際調査報告】