(57)【要約】【課題】全固体電池を構成する粒子及び線状部材の充填構造を再現する。【解決手段】充填構造シミュレーション方法は、複数の粒子（１００）各々の表面に複数の質点（２００）を配置する質点配置工程と、複数の粒子を相互に重ならないように空間（１）に夫々配置する粒子配置工程と、複数の粒子各々における複数の質点の相互間の相対位置が固定された状態で、複数の粒子の相互間に働く反発力を設定しつつ、空間の圧縮を行う圧縮工程と、線状部材（３００）を、圧縮工程において圧縮された空間にランダムに配置する線状部材配置工程とを備える。【選択図】図２
2014016724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の粒子各々の表面に複数の質点を配置する質点配置工程と、
前記複数の粒子を相互に重ならないように空間に夫々配置する粒子配置工程と、
前記複数の粒子各々における前記複数の質点の相互間の相対位置が固定された状態で、前記複数の粒子の相互間に働く反発力を設定しつつ、前記空間の圧縮を行う圧縮工程と、
線状部材を、前記圧縮工程において圧縮された前記空間にランダムに配置する線状部材配置工程と
を備えることを特徴とする充填構造シミュレーション方法。
【請求項２】
前記複数の粒子及び前記線状部材が配置された前記空間を用いて、前記線状部材の存在を考慮した前記複数の粒子の結合性を評価する評価工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の充填構造シミュレーション方法。
【請求項３】
複数の粒子各々の表面に複数の質点を配置する質点配置手段と、
前記複数の粒子を相互に重ならないように空間に夫々配置する粒子配置手段と、
前記複数の粒子各々における前記複数の質点の相互間の相対位置が固定された状態で、前記複数の粒子の相互間に働く反発力を設定しつつ、前記空間の圧縮を行う圧縮手段と、
線状部材を、前記圧縮工程において圧縮された前記空間にランダムに配置する線状部材配置手段と
を備えることを特徴とする充填構造シミュレーション装置。
【請求項４】
コンピュータに、
複数の粒子各々の表面に複数の質点を配置する質点配置工程と、
前記複数の粒子を相互に重ならないように空間に夫々配置する粒子配置工程と、
前記複数の粒子各々における前記複数の質点の相互間の相対位置が固定された状態で、前記複数の粒子の相互間に働く反発力を設定しつつ、前記空間の圧縮を行う圧縮工程と、
線状部材を、前記圧縮工程において圧縮された前記空間にランダムに配置する線状部材配置工程と
を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ある空間内に充填された粒子及び線状部材の充填構造に係るシミュレーションを行う充填構造シミュレーション方法、充填構造シミュレーション装置、及びコンピュータプログラムの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される電池の安全性の向上を図るため、固体電解質を用いた全固体電池の開発が進められている。このような全固体電池は、例えば活物質と電解質とが型に入れられた後に押し固められることによって作成される。
【０００３】
ところで、活物質等の粒子を取り扱う場合には、粒子の挙動を把握することが重要な課題の一つである。このような粒子の挙動の把握には、上述したような充填構造シミュレーション方法が利用されることが多い。
【０００４】
この種の充填構造シミュレーション方法として、例えば、複数の粒子各々の表面に複数の質点を配置し、複数の粒子を相互に重ならないように空間に配置し、複数の粒子各々における複数の質点の相互間の相対位置が固定された状態で、複数の粒子の相互間に働く反発力を設定しつつ空間の圧縮を行う充填構造シミュレーション構造が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
尚、その他に本願発明に関連する先行技術文献として、特許文献２があげられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２１０５２６号公報
【特許文献２】特開平８−１９０５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方で、全固体電池では、活物質間の結合性を高めるために、線状の導電補助材（例えば、ＶＧＣＦ：Ｖａｐｅｒ  Ｇｒｏｗｎ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ）が導入されることがある。しかしながら、線状の導電補助材が導入された全固体電池に対して上述した特許文献１に開示された充填構造シミュレーション方法をそのまま適用すると、以下に示す技術的な問題点が生ずる。まず、導電補助材の形状が線状であるがゆえに、導電補助材の表面に複数の質点を好適に配置する（例えば、３次元的に配置する）ことが技術的に困難である。一方で、導電補助材の表面に複数の質点を等間隔で（例えば、２次元的に）配置したとしても、空間の圧縮を行う分子動力学演算が異常終了してしまうという技術的問題点が生ずる。というのも、導電補助材の表面に複数の質点を３次元的に配置することができないがゆえに、粒子の質点と導電補助材の質点とが過度に近づきすぎてしまい、その結果、分子動力学演算が破たんしてしまうからである。つまり、上述した特許文献１に開示された充填構造シミュレーション方法では、線状の導電補助材を、粒子と同等に取り扱うことが技術的に困難である。言い換えれば、線状の導電補助材を粒子と同等に取り扱いながら上述した特許文献１に開示された充填構造シミュレーション方法を実行することが技術的に困難である。
【０００８】
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、全固体電池を構成する粒子及び線状部材の充填構造を再現可能な充填構造シミュレーション方法、充填構造シミュレーション装置、及びコンピュータプログラムを提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（充填構造シミュレーション方法）
＜１＞
本発明の充填構造シミュレーション方法は、上記課題を解決するために、複数の粒子各々の表面に複数の質点を配置する質点配置工程と、前記複数の粒子を相互に重ならないように空間に夫々配置する粒子配置工程と、前記複数の粒子各々における前記複数の質点の相互間の相対位置が固定された状態で、前記複数の粒子の相互間に働く反発力を設定しつつ、前記空間の圧縮を行う圧縮工程と、線状部材を、前記圧縮工程において圧縮された前記空間にランダムに配置する線状部材配置工程とを備える。
【００１０】
本発明の充填構造シミュレーション方法によれば、質点配置工程において、複数の粒子各々の表面に複数の質点が配置される。複数の質点の各々は、粒子の表面に任意に配置されてもよいが、等間隔に配置されることが好ましい。また、粒子の表面に配置される質点の個数は、後述する圧縮工程において粒子同士の重なりを回避するために、ある程度多いことが好ましい。一方で、粒子の表面に配置される質点の個数は、後述する圧縮工程における演算負荷を低減するために、過度に多くないことが好ましい。
【００１１】
粒子配置工程において、複数の粒子が相互に重ならないように空間に夫々配置される。ここで、「空間」は、複数の粒子各々の体積の合計である総体積よりも十分大きな容積を有するように設定されることが好ましい。尚、複数の粒子が相互に重ならないようにするには、例えば、複数の粒子各々の直径（粒子が楕円体である場合は、該楕円体の長軸）のうち最も長い直径よりも長い間隔を隔てて２つの粒子が隣り合うように、複数の粒子を等間隔で空間に夫々配置すればよい。
【００１２】
圧縮工程において、複数の粒子各々における複数の質点の相互間の相対位置が固定された状態で、複数の粒子の相互間に働く反発力が設定されつつ、空間の圧縮が行なわれる。ここで、「複数の粒子各々における複数の質点」とは、同一粒子の表面に配置された複数の質点を意味する。また、「複数の粒子各々における複数の質点の相互間の相対位置が固定された状態」とは、粒子が変形しないこと（即ち、粒子を剛体として扱うこと）を意味する。
【００１３】
尚、「複数の粒子の相互間に働く反発力」としては、例えば、一の粒子の表面に配置された一の質点と、他の粒子の表面に配置された一の質点との間に、一の粒子と他の粒子とが相互に近づくと反発する２体力間ポテンシャルを設定すればよい。また、空間の圧縮は、例えば分子動力学演算等により行えばよい。
【００１４】
線状部材配置工程において、一又は複数の線状部材が空間に配置される。特に、一又は複数の線状部材は、圧縮工程において圧縮された空間（つまり、複数の粒子各々における複数の質点の相互間の相対位置が固定された状態で、複数の粒子の相互間に働く反発力を設定しつつ圧縮された空間）内に配置される。このとき、一又は複数の線状部材は、空間内にランダムに配置される。尚、一又は複数の線状部材がランダムに配置される（例えば、一定の規則性を有することなく配置される）がゆえに、配置後の一又は複数の線状部材の配置位置が一定の規則性を有していないことが好ましい。但し、一又は複数の線状部材がランダムに配置される結果、配置後の一又は複数の線状部材の配置位置が偶発的に一定の規則性を有してしまってよい。
【００１５】
尚、「線状部材」とは、長手方向に延在する（言い換えれば、短手方向に延在しない）形状（つまり、線状の形状であり、言い換えれば、棒状の形状、直線状の形状、線分状の形状、又は曲線状の形状等）を有している部材を意味する。従って、「線状部材」には、２次元空間で定義される形状を有する部材（例えば、長さのみを有し且つ高さを有さない部材）のみならず、３次元空間で定義される形状を有する部材（例えば、長さ及び高さを有する部材）も含まれる。このような「線状部材」として、例えば、粒子（例えば、電池（例えば、全固体電池）の活物質等のモデルとなる粒子）間の結合性を補うための線状の導電補助材のモデルとなる線状部材が一例としてあげられる。
【００１６】
本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、圧粉全固体電池は、活物質と電解質とを型に入れ圧力を加え、所定の密度となるまで押し固めることによって作成される。圧粉全固体電池が適切に充放電するためには、活物質と電極との間に導電性が確保されていることが好ましい。従って、活物質を構成する粒子間の結合性が重要となる。活物質を構成する粒子間の結合性は、粒子の形状や粒子の密度に影響を受ける。この影響を実験で解析するためには膨大な時間と費用がかかるため、該影響の解析には充填構造シミュレーション方法が用いられることが多い。しかしながら、圧縮後の空間に所定の密度まで粒子を配置しようとすると、粒子同士の重なりの発生等により、所定の密度を再現することが困難である。
【００１７】
しかるに本発明では、実際の圧粉全固体電池の製造工程を模擬して、粒子配置工程において、複数の粒子が相互に重ならないように空間に夫々配置され、その後、圧縮工程において、複数の粒子各々における複数の質点の相互間の相対位置が固定された状態で、複数の粒子の相互間に働く反発力が設定されつつ、空間の圧縮が行われる。ここで、質点配置工程において、予め、複数の粒子各々の表面に複数の質点が配置されているので、空間の圧縮が行われる際に、粒子同士が相互に重なることを回避することができる。このように、本発明では、実際の圧粉全固体電池の製造工程を模擬すると共に、粒子の重なりを回避した上で粒子間反発力を考慮したシミュレーションを行っているので、全固体電池を構成する粒子の充填構造を精度よく再現することができる。
【００１８】
加えて、本発明では、粒子とは異なる線状部材は、圧縮した後の空間に配置される。つまり、本発明では、線状部材の表面に複数の質点が配置されることはなく且つ当該線状部材が配置された後に空間が圧縮されることはない。このため、本発明では、圧縮工程における分子動力学演算は、粒子のみを対象として行われる。言い換えれば、本発明では、圧縮工程における分子動力学演算が、線状部材を対象として行われることがない。従って、線状部材を圧縮後の空間に配置したとしても、圧縮工程における分子動力演算が破たんしてしまうおそれがなくなる。従って、本発明によれば、粒子及び線状部材の充填構造を再現可能な充填構造シミュレーション方法が実現される。
【００１９】
＜２＞
本発明の充填構造シミュレーション方法の他の態様では、前記複数の粒子及び前記線状部材が配置された前記空間を用いて、前記線状部材の存在を考慮した前記複数の粒子の結合性を評価する評価工程を更に備える。
【００２０】
この態様によれば、圧縮工程における分子動力演算が破たんすることなく得られた空間（つまり、複数の粒子及び線状部材が配置され且つ圧縮された空間）を用いて、複数の粒子及び線状部材の結合性（つまり、線状部材によって補われている粒子間の結合性）が評価される。
【００２１】
（充填構造シミュレーション装置）
＜３＞
本発明の充填構造シミュレーション装置は、複数の粒子各々の表面に複数の質点を配置する質点配置手段と、前記複数の粒子を相互に重ならないように空間に夫々配置する粒子配置手段と、前記複数の粒子各々における前記複数の質点の相互間の相対位置が固定された状態で、前記複数の粒子の相互間に働く反発力を設定しつつ、前記空間の圧縮を行う圧縮手段と、線状部材を、前記圧縮工程において圧縮された前記空間にランダムに配置する線状部材配置手段とを備える。
【００２２】
本発明の充填構造シミュレーション装置によれば、質点配置手段は、上述した質点配置工程において行われる動作を行う。粒子配置手段は、上述した粒子配置工程において行われる動作を行う。圧縮手段は、上述した圧縮工程において行われる動作を行う。線状部材配置手段は、上述した線状部材配置工程において行われる動作を行う。従って、本発明の充填構造シミュレーション装置は、上述した本発明の充填構造シミュレーション方法が享受する各種効果と同様の効果を享受することができる。
【００２３】
尚、上述した本発明の充填構造シミュレーション方法が採用し得る各種態様に対応して、本発明の充填構造シミュレーション装置もまた、各種態様を採用してもよい。
【００２４】
（コンピュータプログラム）
＜４＞
本発明のコンピュータプログラムは、コンピュータに、複数の粒子各々の表面に複数の質点を配置する質点配置工程と、前記複数の粒子を相互に重ならないように空間に夫々配置する粒子配置工程と、前記複数の粒子各々における前記複数の質点の相互間の相対位置が固定された状態で、前記複数の粒子の相互間に働く反発力を設定しつつ、前記空間の圧縮を行う圧縮工程と、線状部材を、前記圧縮工程において圧縮された前記空間にランダムに配置する線状部材配置工程とを実行させる。
【００２５】
本発明のコンピュータプログラムによれば、上述した質点配置工程、粒子配置工程、圧縮工程及び線状部材配置工程がコンピュータによって実行される。このとき、当該コンピュータプログラムが記録された記録媒体がコンピュータにローディングされてもよい。或いは、当該コンピュータプログラムがネットワークを介してコンピュータにダウンロードされてもよい。その結果、本発明のコンピュータプログラムによって、上述した本発明の充填構造シミュレーション方法が享受する各種効果と同様の効果が実現される。
【００２６】
尚、上述した本発明の充填構造シミュレーション方法が採用し得る各種態様に対応して、本発明のコンピュータプログラムもまた、各種態様を採用してもよい。
【００２７】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する、発明を実施するための形態から更に明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態の充填構造シミュレーション装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態の充填構造シミュレーション装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】本実施形態の充填構造シミュレーション装置によって実現される充填構造モデルを示す説明図である。
【図４】圧縮した後であって且つ線状部材が配置された後の空間（充填構造モデル）の一例を示す説明図である。
【図５】圧縮した後であって且つ線状部材を配置される前の空間（充填構造モデル）の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本実施形態の充填構造シミュレーション装置を、図面に基づいて説明する。
【００３０】
（１）充填構造シミュレーション装置の構成
はじめに、図１を参照して、本実施形態の充填構造シミュレーション装置１０の構成について説明する。図１は、本実施形態の充填構造シミュレーション装置１０の構成を示すブロック図である。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態の充填構造シミュレーション装置１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１と、メモリ１２とを備える。
【００３２】
ＣＰＵ１１は、質点配置処理部１１１と、粒子配置処理部１１２と、圧縮処理部１１３と、線状部材配置処理部１１４と、評価処理部１１５を備える。質点配置処理部１１１、粒子配置処理部１１２、圧縮処理部１１３、線状部材配置処理部１１４及び評価処理部１１５は、例えば専用のＩＣチップ等によって物理的に実現されてもよい。或いは、質点配置処理部１１１、粒子配置処理部１１２、圧縮処理部１１３、線状部材配置処理部１１４及び評価処理部１１５は、例えば、ＣＰＵ１１上で動作するコンピュータプログラム（言い換えれば、ソフトウェア）によって論理的に実現されてもよい。
【００３３】
尚、質点配置処理部１１１、楕円体配置処理部１１２、圧縮処理部１１３、線状部材配置処理部１１４及び評価処理部１１５の夫々の動作については、後に図２を参照しながら詳述するため、ここでの説明を省略する。
【００３４】
メモリ１２は、充填構造シミュレーション装置１０におけるデータ処理全般において使用されるＲＡＭ領域や、ＣＰＵ１１を動作させるためのコンピュータプログラムが格納されるＲＯＭ領域を含んでいる。尚、ＣＰＵ１１を動作させるためのコンピュータプログラムは、メモリ１２に格納されることに加えて又は代えて、充填構造シミュレーション装置１０に対して着脱可能なリムーバブルメディアに格納されていてもよいし、ネットワークを介して充填構造シミュレーション装置１０に供給されてもよい。
【００３５】
（２）充填構造シミュレーション装置の動作
続いて、図２及び図３を参照しながら、本実施形態の充填構造シミュレーション装置１０の動作の流れについて説明する。図２は、本実施形態の充填構造シミュレーション装置１０の動作の流れを示すフローチャートである。図３は、本実施形態の充填構造シミュレーション装置１０によって実現される充填構造モデルを示す説明図である。
【００３６】
図２に示すよう、まず、質点配置処理部１１１は、圧粉全固体電池を構成する活物質を模擬した粒子２００を複数個生成する（ステップＳ１０１）。以下では、粒子２００の一例である楕円体２１０を用いた説明を進める。
【００３７】
質点配置処理部１１１は、例えば、楕円体２１０の各種パラメータ（例えば、楕円体２１０の長軸半径、当該長軸半径の標準偏差、楕円体２１０のアスペクト比、当該アスペクト比の標準偏差及び楕円体２１０の個数等のうちの少なくとも一つ）を指定することで、楕円体２１０を生成してもよい。尚、質点配置処理部１１１は、楕円体２１０の各種パラメータの値として、実際の活物質の各種パラメータを測定することで得られる値を用いてもよい。或いは、質点配置処理部１１１は、楕円体２１０の各種パラメータの値として、解析者（即ち、充填構造シミュレーション装置１０のユーザ）が恣意的に決定した値を用いてもよい。
【００３８】
続いて、質点配置処理部１１１は、図３（ａ）に示すように、ステップＳ１０１で生成した複数の楕円体２１０の夫々の表面に、複数の質点２１１を配置する（ステップＳ１０２）。このとき、質点配置処理部１１１は、複数の質点２１１が等間隔で配列するように、複数の質点２１１を配置することが好ましい。但し、質点配置処理部１１１は、複数の質点２１１が任意の態様で配列するように、複数の質点２１１を配置してもよい。
【００３９】
尚、複数の楕円体２１０の夫々の表面に配置される複数の質点２１１は、後述する圧縮処理部１１３の動作で使用される。尚、圧縮時における複数の楕円体２１０同士の重なりを回避するためには、複数の質点２１１の間隔は狭いほうが好ましい。一方で、複数の質点２１１の間隔が狭くなればなるほど、各楕円体２１０の表面に配置される質点２１１の数が増加するがゆえに、圧縮処理部１１３の動作（つまり、分子動力学演算）に費やされる時間が長くなる。このため、各楕円体２１０の表面に配置される質点２１１の数は、例えば、要求されるシミュレーション結果の精度や解析時間等に応じて適宜調整されることが好ましい。
【００４０】
続いて、粒子配置処理部１１２は、図３（ｂ）に示すように、複数の楕円体２１０の夫々が相互に重ならないように、複数の楕円体２１０を空間１内に配置する（ステップＳ１０３）。尚、複数の楕円体２１０同士の重なりの発生を回避するためには、粒子配置処理部１１２は、例えば、ステップＳ１０１で生成した複数の楕円体２１０の夫々の長軸半径のうち最も長い長軸半径よりも長い間隔を隔てて隣り合う２つの楕円体２１０が配置されるように、複数の楕円体２１０を配置すればよい。
【００４１】
続いて、圧縮処理部１１３は、図３（ｃ）に示すように、複数の楕円体２１０が配置された空間１を圧縮することで、所定の密度を有する空間１’を生成する（ステップＳ１０４）。特に、圧縮処理部１１３は、複数の楕円体２１０の夫々の表面に配置された複数の質点２１１の相対位置が固定された状態で（即ち、複数の楕円体２１０の夫々を剛体として取り扱いながら）、空間１を圧縮する。更に、圧縮処理部１１３は、複数の質点２１１間に反発の２体力間ポテンシャルを設定しつつ、空間１を圧縮する。ここで、圧縮後の空間１’の容積は、例えば、複数の楕円体２１０各々の体積の合計である楕円体総体積と、予め設定された体積密度とにより決定される。尚、ステップＳ１０４では、楕円体２１０の運動速度を低下させることで、楕円体２１０同士の重なりを回避するために系の温度が冷却される。
【００４２】
続いて、線状部材配置処理部１１４は、圧粉全固体電池を構成する線状の導電補助材（例えば、ＶＧＣＦ：Ｖａｐｏｒ  Ｇｒｏｗｎ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ）を模擬した線状部材３００を複数個生成する（ステップＳ１０５）。但し、線状部材配置処理部１１４は、単一の線状部材３００を生成してもよい。但し、複数の楕円体２１０の結合性を向上させるために線状部材３００が用いられる（つまり、線状部材３００の数が多くなるほど複数の楕円体２１０の結合性が向上しやすくなる）ことを考慮すれば、線状部材配置処理部１１４は、複数の線状部材３００を生成することが好ましい。
【００４３】
線状部材配置処理部１１４は、例えば、線状部材３００の各種パラメータ（例えば、線状部材３００の長手方向（言い換えれば、延在方向）の長さ、当該長さの標準偏差及び線状部材３００の個数等のうちの少なくとも一つ）を指定することで、線状部材３００を生成してもよい。尚、線状部材配置処理部１１４は、線状部材３００の各種パラメータの値として、実際の導電補助材の各種パラメータを測定することで得られる値を用いてもよい。或いは、線状部材配置処理部１１４は、線状部材３００の各種パラメータの値として、解析者（即ち、充填構造シミュレーション装置１０のユーザ）が恣意的に決定した値を用いてもよい。
【００４４】
続いて、線状部材配置処理部１１４は、図３（ｄ）に示すように、ステップＳ１０４で生成した複数の線状部材３００を、圧縮された空間１’内にランダムに配置する（ステップＳ１０６）。このとき、線状部材配置処理部１１４は、複数の線状部材３００が相互に重ならないように、複数の線状部材３００を配置してもよい。或いは、線状部材配置処理部１１４は、複数の線状部材３００のうちの少なくとも一部が相互に重なるように、複数の線状部材３００を配置してもよい。或いは、線状部材配置処理部１１４は、複数の線状部材３００が複数の楕円体２１０と相互に重ならないように、複数の線状部材３００を配置してもよい。或いは、線状部材配置処理部１１４は、複数の線状部材３００のうちの少なくとも一部が複数の楕円体２１０のうちの少なくとも一部と相互に重なるように、複数の線状部材３００を配置してもよい。いずれにせよ、線状部材配置処理部１１４は、複数の線状部材３００を、圧縮後の空間１’にランダムに配置すればよい。
【００４５】
尚、線状部材配置処理部１１４は、一定の法則に従って複数の線状部材３００を圧縮後の空間１’に配置してもよい。例えば、線状部材配置処理部１１４は、複数の楕円体２１０の結合性を向上させるという観点から導かれる複数の線状部材３００の好適な配置位置を特定する一定の法則に従って、複数の線状部材３００を圧縮後の空間１’に配置してもよい。
【００４６】
続いて、評価処理部１１５は、上述したステップＳ１０１からステップＳ１０５の処理の結果得られる充填構造モデル（図３（ｄ）参照）を用いて、線状部材３００の存在を考慮しながら、複数の楕円体２１０間の結合性を評価する（ステップＳ１０７）。
【００４７】
ここで、図４及び図５を参照しながら、複数の楕円体２１０間の結合性の評価結果について説明する。図４は、圧縮した後であって且つ線状部材３００が配置された後空間１’（つまり、充填構造モデル）の一例を示す説明図である。図５は、圧縮した後であって且つ線状部材３００が配置される前の空間１’（つまり、充填構造モデル）の一例を示す説明図である。尚、図４及び図５では、説明の便宜上、楕円体２１０に代えて球２２０を粒子１００の一例として用いる。
【００４８】
図４（ａ）は、分子動力学演算による圧縮後であって且つ線状部材３００が配置された空間１’（つまり、充填構造モデル）を示す。より具体的には、図４（ａ）は、複数の球２２０各々の体積の合計である球総体積が空間１’の体積の２０％となるように、直径が「５」となる１７８個の球２２０及び無次元長さが「１５」となる１０００本の線状部材３００が配置されている、無次元長さが「４０」である空間１’（充填構造モデル）を示している。
【００４９】
このような充填構造モデルに対して、評価処理部１１５は、例えば、以下のように複数の球２２０間の結合性を評価する。即ち、先ず、評価処理部１１５は、空間１’全体を複数のメッシュに分割する。次に、評価処理部１１５は、各メッシュ内に球２２０が共存していた場合（つまり、各メッシュ内に複数の球２２０が存在していた場合）には、当該メッシュ内に存在する球２２０は結合していると判定する。加えて、評価処理部１１５は、各メッシュ内に球２２０と線状部材３００が共存していた場合には、当該メッシュ内に存在する球２２０は結合していると判定する。他方で、評価処理部１１５は、各メッシュ内に球２２０が他の球２２０又は線状部材３００と共存していない場合（つまり、各メッシュ内に単一の楕円体２１０しか存在していない場合）には、当該メッシュ内に存在する球２２０は結合していないと判定する。評価処理部１１５は、全てのメッシュで上述した結合判定を行うことで、結合している球２２０の群を抽出することができる。尚、メッシュが球２２０に対して十分小さければ、このような方法で結合性の評価が可能であることが、本願発明者の研究により判明している。
【００５０】
図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す空間１’に対して行われた結合性の評価結果を、結合している球２２０と結合していない球２２０とを色別に分類することで示す空間１’（充填構造モデル）を示している。具体的には、相対的に色が薄い球２２０が、結合している球２２０に相当し、相対的に色が濃い球２２０が、結合していない球２２０に相当する。
【００５１】
ここで、例えば空間１’の上面に電極が位置していると仮定すると、結合した活物質の群を模擬した球２２０の群が空間１’の上面と接していれば、当該活物質の群は有効であると評価できる。図４（ｂ）に示すように、空間１’全体に渡って結合した球２２０の群（つまり、結合した活物質の群）が分布していることが分かる。従って、空間１’の下面から上面に至るまでの結合が実現されている（例えば、空間１’の下面から上面に至るまでのイオンの移動が実現される）ことが分かる。
【００５２】
尚、参考までに、図５（ａ）は、分子動力学演算による圧縮後であって且つ線状部材３００が配置されていない空間１’（つまり、充填構造モデル）を示す。つまり、図５（ａ）は、複数の球２２０各々の体積の合計である球総体積が空間１の体積の２０％となるように、直径が「５」となる１７８個の球２２０が配置された、無次元長さが「４０」である空間１’（充填構造モデル）を示している。
【００５３】
図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す空間１’に対して行われた結合性の評価結果を、結合している球２２０と結合していない球２２０とを色別に分類することで示す空間１’（充填構造モデル）を示している。図５（ｂ）に示すように、空間１’の上面付近（図５（ｂ）中、一点鎖線で囲った部分）のみにおいて、結合した球２２０の群（つまり、結合した活物質の群）が分布していることが分かる。従って、空間１’の下面から上面に至るまでの結合が実現されていない（例えば、空間１’の下面から上面に至るまでのイオンの移動が実現されていない）ことが分かる。このため、図５（ａ）に示す空間１’に対して図４（ａ）に示すように線状部材３００を配置することで、球２２０の結合性が向上することが分かる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態の充填構造シミュレーション装置１０によれば、活物質の結合性を向上させるために導電補助材を導入する場合であっても、活物質を模擬した粒子１００及び導電補助材を模擬した線状部材３００を用いて、粒子１００の結合性が好適に評価される。具体的には、本実施形態では、粒子１００とは異なる線状部材３００は、圧縮した後の空間１’に配置される。つまり、本実施形態では、線状部材３００の表面に複数の質点２１１が配置され且つ当該線状部材３００が配置された空間１が圧縮されることはない。このため、本実施形態では、空間１を圧縮するための分子動力学演算は、粒子１００のみを対象として行われる。言い換えれば、本発明では、空間１を圧縮するための分子動力学演算は、線状部材３００を対象として行われることがない。従って、線状部材３００を圧縮後の空間１’に配置したとしても、空間１を圧縮するための分子動力学演算が破たんしてしまうおそれがなくなる。従って、本実施形態によれば、活物質の結合性を向上させるために導電補助材を導入する場合であっても、活物質を模擬した粒子１００及び導電補助材を模擬した線状部材３００の充填構造が好適に再現される。その結果、導電補助材を模擬した線状部材３００の存在を考慮した上で、活物質を模擬した粒子１００の結合性が好適に評価される。
【００５５】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う充填構造シミュレーション方法、充填構造シミュレーション装置及びコンピュータプログラムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５６】
１  空間（圧縮前）
１’  空間（圧縮後）
１０  充填構造シミュレーション
１１  ＣＰＵ
１１１  質点配置処理部
１１２  粒子配置処理部
１１３  圧縮処理部
１１４  線状部材配置処理部
１１５  評価処理部
２００  粒子
２１０  楕円体
２１１  質点
２２０  球
３００  線状部材
【図１】
2014016724.tif 000003
【図２】
2014016724.tif 000004
【図３】
2014016724.tif 000005
【図４】
2014016724.tif 000006
【図５】
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