JP7487155B2 - Information processing device, program, and information processing method - Google Patents
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Description
本発明は、情報処理装置、プログラム、及び、情報処理方法に関する。 The present invention relates to an information processing device, a program, and an information processing method.
例えば、特許文献1には、分析目的と関連のある材料データを集めたデータベースから化合物空間を利用者が選択し、オートエンコーダの学習を行うことによって、より分析目的に合致した効果的な材料特徴量を生成することが開示されている。特許文献2には、ナノカーボンによる酵素-電極間電子伝達を増強する作用の有無を、当該作用に関連する記述子の関数として表される予測モデルを用いて予測することが開示されている。非特許文献1~3には、マテリアルズインフォマティクスを用いて、物質又はプロセスを探索することが開示されている。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1]特開2021-39534号公報
[特許文献2]特開2021-40633号公報
[非特許文献]
[非特許文献1]G. Nakada, Y. Igarashi, H. Imai, Y. Oaki, Adv. Theory Simul. 2019, 2, 1800180.
[非特許文献2]H. Numazawa, Y. Igarashi, K. Sato, H. Imai, Y. Oaki, Adv. Theory Simul. 2019, 2, 1900130.
[非特許文献3]R. Mizuguchi, Y. Igarashi, H. Imai, Y. Oaki, Nanoscale 2021, 13, 3853.
For example, Patent Literature 1 discloses that a user selects a compound space from a database that collects material data related to the analysis objective, and generates effective material features that are more suited to the analysis objective by learning an autoencoder. Patent Literature 2 discloses predicting the presence or absence of an effect of enhancing electron transfer between an enzyme and an electrode by nanocarbon using a prediction model expressed as a function of a descriptor related to the effect. Non-Patent Literatures 1 to 3 disclose the use of materials informatics to search for substances or processes.
[Prior Art Literature]
[Patent Documents]
[Patent Document 1] JP 2021-39534 A [Patent Document 2] JP 2021-40633 A [Non-Patent Document]
[Non-Patent Document 1] G. Nakada, Y. Igarashi, H. Imai, Y. Oaki, Adv. Theory Simul. 2019, 2, 1800180.
[Non-Patent Document 2] H. Numazawa, Y. Igarashi, K. Sato, H. Imai, Y. Oaki, Adv. Theory Simul. 2019, 2, 1900130.
[Non-Patent Document 3] R. Mizuguchi, Y. Igarashi, H. Imai, Y. Oaki, Nanoscale 2021, 13, 3853.
本発明の第1の態様によれば、情報処理装置が提供される。上記の情報処理装置は、例えば、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測する。上記の情報処理装置は、例えば、予測の対象となる電極材料である対象材料を決定する材料決定部を備える。上記の情報処理装置は、例えば、予測の対象となる特性である対象特性を決定する特性決定部を備える。上記の情報処理装置は、例えば、対象特性が、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の反応電位である場合、(i)対象材料の分子のLUMO準位のエネルギーの値、及び、(ii)対象材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーの値を取得する入力値取得部を備える。上記の情報処理装置は、例えば、入力値取得部が取得した値を予測モデルに入力して、対象材料の対象特性の予測値を出力する予測部を備える。上記の情報処理装置において、予測モデルは、例えば、材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の電位を目的変数とし、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー及び(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーを記述子として含む回帰モデルである。 According to a first aspect of the present invention, an information processing device is provided. The information processing device predicts the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of an electrode material of the secondary battery, for example. The information processing device includes, for example, a material determination unit that determines a target material, which is an electrode material to be predicted. The information processing device includes, for example, a characteristic determination unit that determines a target characteristic, which is a characteristic to be predicted. For example, when the target characteristic is a reaction potential of a positive electrode when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, the information processing device includes an input value acquisition unit that acquires (i) an energy value of the LUMO level of a molecule of the target material, and (ii) an energy value of a level one level higher than the LUMO level of the molecule of the target material. The information processing device includes, for example, a prediction unit that inputs the value acquired by the input value acquisition unit into a prediction model and outputs a predicted value of the target characteristic of the target material. In the above information processing device, the prediction model is, for example, a regression model in which the objective variable is the potential of the positive electrode when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, and the descriptors include (a) the energy of the LUMO level of the material's molecules and (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the material's molecules.
本発明の第2の態様によれば、情報処理装置が提供される。上記の情報処理装置は、例えば、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測する。上記の情報処理装置は、例えば、予測の対象となる電極材料である対象材料を決定する材料決定部を備える。上記の情報処理装置は、例えば、予測の対象となる特性である対象特性を決定する特性決定部を備える。上記の情報処理装置は、例えば、対象特性が、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の容量である場合、(iii)対象材料の分子構造から導出される対象材料及び二次電池の金属イオンの反応数の1分子当たりの値、及び、(iv)対象材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数の1分子当たりの値を取得する入力値取得部を備える。上記の情報処理装置は、例えば、入力値取得部が取得した値を予測モデルに入力して、対象材料の対象特性の予測値を出力する予測部を備える。上記の情報処理装置において、予測モデルは、例えば、材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極容量を目的変数とし、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を記述子として含む回帰モデルである。 According to a second aspect of the present invention, an information processing device is provided. The information processing device predicts the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of an electrode material of the secondary battery, for example. The information processing device includes, for example, a material determination unit that determines a target material, which is an electrode material to be predicted. The information processing device includes, for example, a characteristic determination unit that determines a target characteristic, which is a characteristic to be predicted. When the target characteristic is, for example, a capacity when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, the information processing device includes an input value acquisition unit that acquires (iii) a value per molecule of the number of reactions of the target material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the target material, and (iv) a value per molecule of the number of orbitals of the molecules of the target material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery. The information processing device includes, for example, a prediction unit that inputs the value acquired by the input value acquisition unit into a prediction model and outputs a predicted value of the target characteristic of the target material. In the above information processing device, the prediction model is a regression model that uses, for example, the positive electrode capacity when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery as the objective variable, (c) the number of reactions between the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule, as a descriptor.
本発明の第3の態様によれば、情報処理装置が提供される。上記の情報処理装置は、例えば、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測する。上記の情報処理装置は、例えば、予測の対象となる電極材料である対象材料を決定する材料決定部を備える。上記の情報処理装置は、例えば、予測の対象となる特性である対象特性を決定する特性決定部を備える。上記の情報処理装置は、例えば、対象特性が、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合のエネルギー密度である場合、(i)対象材料の分子のLUMO準位のエネルギーの値、(ii)対象材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーの値、(iii)対象材料の分子構造から導出される対象材料及び二次電池の金属イオンの反応数の1分子当たりの値、及び、(iv)対象材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数の1分子当たりの値を取得する入力値取得部を備える。上記の情報処理装置は、例えば、入力値取得部が取得した値を予測モデルに入力して、対象材料の対象特性の予測値を出力する予測部を備える。上記の情報処理装置において、予測モデルは、例えば、材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合のエネルギー密度を目的変数とし、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を記述子として含む回帰モデルである。 According to a third aspect of the present invention, an information processing device is provided. The information processing device predicts the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of an electrode material of the secondary battery, for example. The information processing device includes, for example, a material determination unit that determines a target material, which is an electrode material to be predicted. The information processing device includes, for example, a characteristic determination unit that determines a target characteristic, which is a characteristic to be predicted. When the target characteristic is, for example, an energy density when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, the information processing device includes an input value acquisition unit that acquires (i) an energy value of a LUMO level of a molecule of the target material, (ii) an energy value of a level one level higher than the LUMO level of the molecule of the target material, (iii) a value per molecule of the number of reactions of the target material and the metal ion of the secondary battery derived from the molecular structure of the target material, and (iv) a value per molecule of the number of orbitals of the molecule of the target material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ion of the secondary battery. The information processing device includes, for example, a prediction unit that inputs the value acquired by the input value acquisition unit into a prediction model and outputs a predicted value of the target characteristic of the target material. In the above information processing device, the prediction model is a regression model that uses, as an objective variable, the energy density when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, and includes, as a descriptor, (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule.
上記の第1の態様から第3までの態様に係る情報処理装置(単に、上記の情報処理装置と称される場合がある。)において回帰モデルは、線形回帰式又は非線形回帰式により表されてよい。 In the information processing device according to the first to third aspects described above (which may be simply referred to as the information processing device described above), the regression model may be represented by a linear regression equation or a nonlinear regression equation.
上記の情報処理装置は、機械学習により予測モデルを構築するモデル構築部を備えてもよい。上記の情報処理装置において、モデル構築部は、それぞれが材料の特徴を表すN個の説明変数(Nは、2以上の正の整数である。)の中から、M個の説明変数(Mは、1以上N以下の正の整数である。)を、回帰モデルの記述子又は記述子の候補として選択する第1変数選択部を有してよい。上記の情報処理装置において、第1変数選択部は、スパースモデリング法によりM個の説明変数を選択してよい。上記の情報処理装置において、第1変数選択部は、M個の説明変数のそれぞれに対応する回帰係数又は偏回帰係数を決定してよい。 The information processing device may include a model construction unit that constructs a predictive model by machine learning. In the information processing device, the model construction unit may have a first variable selection unit that selects M explanatory variables (M is a positive integer between 1 and N) from N explanatory variables (N is a positive integer between 2 and N) each of which represents a characteristic of a material, as descriptors or candidates for the descriptors of a regression model. In the information processing device, the first variable selection unit may select the M explanatory variables by a sparse modeling method. In the information processing device, the first variable selection unit may determine regression coefficients or partial regression coefficients corresponding to each of the M explanatory variables.
上記の情報処理装置において、材料は、有機分子又はその塩であってよい。上記の情報処理装置において、N個の説明変数は、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を含んでよい。上記の情報処理装置において、N個の説明変数は、(e)材料及び二次電池の電解液のハンセン溶解性パラメータの分散項、(f)ハンセン溶解性パラメータの分極項、(g)ハンセン溶解性パラメータの水素結合項、(h)材料の分子の双極子モーメント、(i)材料の分子の部分電荷密度の最小値、及び、(j)材料の分子に含まれる炭素、水素及び酸素以外の元素の数であって、1分子当たりの元素数からなる群から選択される少なくとも1つをさらに含んでよい。 In the above information processing device, the material may be an organic molecule or a salt thereof. In the above information processing device, the N explanatory variables may include (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule. In the above information processing device, the N explanatory variables may further include at least one selected from the group consisting of (e) the dispersion term of the Hansen solubility parameters of the material and the electrolyte of the secondary battery, (f) the polarization term of the Hansen solubility parameters, (g) the hydrogen bond term of the Hansen solubility parameters, (h) the dipole moment of the molecules of the material, (i) the minimum value of the partial charge density of the molecules of the material, and (j) the number of elements other than carbon, hydrogen, and oxygen contained in the molecules of the material, which is the number of elements per molecule.
上記の情報処理装置において、N個の説明変数は、(k)材料の分子のLUMO準位から2つ上の準位のエネルギー、(l)材料の分子のLUMO準位から3つ上の準位のエネルギー、(m)材料の分子のLUMO準位から4つ上の準位のエネルギー、(n)材料の分子の分子量、(o)材料の分子に含まれるπ結合で共役している炭素の数であって、1分子当たりの炭素数、(p)材料の分子の軌道のうち0以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数、(q)材料の1分子当たりの0以下のエネルギー準位の総和の絶対値、及び、(r)材料の分子の部分電荷密度の最大値を含んでよい。 In the above information processing device, the N explanatory variables may include (k) the energy of the level two above the LUMO level of the molecules of the material, (l) the energy of the level three above the LUMO level of the molecules of the material, (m) the energy of the level four above the LUMO level of the molecules of the material, (n) the molecular weight of the molecules of the material, (o) the number of carbon atoms conjugated by π bonds contained in the molecules of the material, which is the number of carbon atoms per molecule, (p) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level of 0 or less, which is the number of orbitals per molecule, (q) the absolute value of the sum of the energy levels of 0 or less per molecule of the material, and (r) the maximum value of the partial charge density of the molecules of the material.
上記の情報処理装置において、材料は、有機分子又はその塩であってよい。上記の情報処理装置において、M個の説明変数は、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数から選択される少なくとも2つを含んでよい。 In the above information processing device, the material may be an organic molecule or a salt thereof. In the above information processing device, the M explanatory variables may include at least two selected from (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule.
上記の情報処理装置において、モデル構築部は、ユーザの指示に基づいて、M個の説明変数の中から、K個の説明変数(Kは、1以上M以下の正の整数である。)を、記述子として選択する第2変数選択部を有してよい。上記の情報処理装置において、モデル構築部は、それぞれが材料の特徴を表すL個の説明変数(Lは、N以上の正の整数である。)の中から、N個の説明変数を、記述子の候補として選択する第3変数選択部を有してよい。上記の情報処理装置において、第3変数選択部は、L個の説明変数のそれぞれについて、他の説明変数との相関関係の程度を決定てよい。第3変数選択部は、相関関係の程度が予め定められた基準よりも強い複数の説明変数のうち、一の説明変数を残し、他の説明変数を除外することで、L個の説明変数の中からN個の説明変数を選択してよい。 In the above information processing device, the model construction unit may have a second variable selection unit that selects K explanatory variables (K is a positive integer between 1 and M) as descriptors from among M explanatory variables based on a user's instruction. In the above information processing device, the model construction unit may have a third variable selection unit that selects N explanatory variables as candidates for descriptors from among L explanatory variables (L is a positive integer between N and N), each of which represents a characteristic of a material. In the above information processing device, the third variable selection unit may determine the degree of correlation with other explanatory variables for each of the L explanatory variables. The third variable selection unit may select N explanatory variables from among the L explanatory variables by leaving one explanatory variable out of multiple explanatory variables whose degree of correlation is stronger than a predetermined standard and excluding the other explanatory variables.
本発明の第4の態様によれば、情報処理装置が提供される。上記の情報処理装置は、例えば、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測するための予測モデルを構築する。上記の情報処理装置において、予測モデルは、例えば、二次電池の特性を目的変数とし、電極材料に関する1以上の特徴のそれぞれを記述子とする回帰モデルである。上記の情報処理装置は、例えば、それぞれが材料の特徴を表すN個の説明変数(Nは、2以上の正の整数である。)の中から、M個の説明変数(Mは、1以上N以下の正の整数である。)を、回帰モデルの記述子又は記述子の候補として選択する第1変数選択部を備える。上記の情報処理装置において、第1変数選択部は、例えば、複数の材料のそれぞれについて、当該材料が電極材料として用いられた場合の二次電池に関する一の特性の値と、当該材料の特徴に関するN個の説明変数の値とが対応付けられた教師データ群が入力される。第1変数選択部は、例えば、機械学習に基づく回帰分析を実行することで、N個の説明変数の中からM個の説明変数を選択する。 According to a fourth aspect of the present invention, an information processing device is provided. The information processing device constructs a prediction model for predicting the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of an electrode material of the secondary battery, for example. In the information processing device, the prediction model is, for example, a regression model in which the characteristics of the secondary battery are set as a response variable and one or more characteristics related to the electrode material are each a descriptor. The information processing device includes, for example, a first variable selection unit that selects M explanatory variables (M is a positive integer between 1 and N) as descriptors or candidates for the regression model from N explanatory variables (N is a positive integer between 2 and 1) each of which represents a characteristic of a material. In the information processing device, the first variable selection unit receives, for example, a group of teacher data in which, for each of a plurality of materials, a value of one characteristic related to a secondary battery when the material is used as an electrode material is associated with values of N explanatory variables related to the characteristics of the material. The first variable selection unit selects M explanatory variables from the N explanatory variables by, for example, executing a regression analysis based on machine learning.
上記の情報処理装置において、N個の説明変数は、例えば、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を含む。上記の情報処理装置において、N個の説明変数は、例えば、(e)材料及び二次電池の電解液のハンセン溶解性パラメータの分散項、(f)ハンセン溶解性パラメータの分極項、(g)ハンセン溶解性パラメータの水素結合項、(h)材料の分子の双極子モーメント、(i)材料の分子の部分電荷密度の最小値、及び、(j)材料の分子に含まれる炭素、水素及び酸素以外の元素の数であって、1分子当たりの元素数、からなる群から選択される少なくとも1つを含む。 In the above information processing device, the N explanatory variables include, for example, (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule. In the above information processing device, the N explanatory variables include, for example, at least one selected from the group consisting of (e) the dispersion term of the Hansen solubility parameters of the material and the electrolyte of the secondary battery, (f) the polarization term of the Hansen solubility parameters, (g) the hydrogen bond term of the Hansen solubility parameters, (h) the dipole moment of the molecules of the material, (i) the minimum value of the partial charge density of the molecules of the material, and (j) the number of elements other than carbon, hydrogen, and oxygen contained in the molecules of the material, which is the number of elements per molecule.
本発明の第5の態様によれば、情報処理方法が提供される。上記の情報処理方法は、例えば、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測するための方法である。上記の情報処理方法は、例えば、コンピュータが、予測の対象となる電極材料である対象材料を決定する材料決定段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、コンピュータが、予測の対象となる特性である対象特性を決定する特性決定段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、対象特性が、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の電位である場合、コンピュータが、(i)対象材料の分子のLUMO準位のエネルギーの値、及び、(ii)対象材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーの値を取得する入力値取得段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、コンピュータが、入力値取得段階において取得された値を予測モデルに入力して、対象材料の対象特性の予測値を出力する予測段階を有する。上記の情報処理方法において、予測モデルは、例えば、材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の電位を目的変数とし、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー及び(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーを記述子として含む回帰モデルである。 According to a fifth aspect of the present invention, an information processing method is provided. The information processing method is, for example, a method for predicting the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of an electrode material of the secondary battery. The information processing method has, for example, a material determination step in which a computer determines a target material, which is an electrode material to be predicted. The information processing method has, for example, a characteristic determination step in which a computer determines a target characteristic, which is a characteristic to be predicted. For example, when the target characteristic is the potential of the positive electrode when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, the information processing method has an input value acquisition step in which the computer acquires (i) the energy value of the LUMO level of the molecule of the target material, and (ii) the energy value of the level one level higher than the LUMO level of the molecule of the target material. The information processing method has, for example, a prediction step in which the computer inputs the values acquired in the input value acquisition step into a prediction model and outputs a predicted value of the target characteristic of the target material. In the above information processing method, the prediction model is, for example, a regression model in which the objective variable is the potential of the positive electrode when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, and the descriptors include (a) the energy of the LUMO level of the material's molecules and (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the material's molecules.
本発明の第6の態様によれば、情報処理方法が提供される。上記の情報処理方法は、例えば、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測するための方法である。上記の情報処理方法は、例えば、コンピュータが、予測の対象となる電極材料である対象材料を決定する材料決定段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、コンピュータが、予測の対象となる特性である対象特性を決定する特性決定段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、対象特性が、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極容量である場合、コンピュータが、(iii)対象材料の分子構造から導出される対象材料及び二次電池の金属イオンの反応数の1分子当たりの値、及び、(iv)対象材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数の1分子当たりの値を取得する入力値取得段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、コンピュータが、入力値取得段階において取得された値を予測モデルに入力して、対象材料の対象特性の予測値を出力する予測段階を有する。上記の情報処理方法において、予測モデルは、例えば、材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極容量を目的変数とし、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を記述子として含む回帰モデルである。 According to a sixth aspect of the present invention, an information processing method is provided. The information processing method is, for example, a method for predicting the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of an electrode material of the secondary battery. The information processing method has, for example, a material determination step in which a computer determines a target material, which is an electrode material to be predicted. The information processing method has, for example, a characteristic determination step in which a computer determines a target characteristic, which is a characteristic to be predicted. For example, when the target characteristic is a positive electrode capacity when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, the information processing method has an input value acquisition step in which the computer acquires (iii) a value per molecule of the number of reactions of the target material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the target material, and (iv) a value per molecule of the number of orbitals of the molecules of the target material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery. The information processing method has, for example, a prediction step in which the computer inputs the values acquired in the input value acquisition step into a prediction model and outputs a predicted value of the target characteristic of the target material. In the above information processing method, the prediction model is, for example, a regression model in which the objective variable is the positive electrode capacity when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, (c) the number of reactions between the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule, are included as descriptors.
本発明の第7の態様によれば、情報処理方法が提供される。上記の情報処理方法は、例えば、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測するための方法である。上記の情報処理方法は、例えば、コンピュータが、予測の対象となる電極材料である対象材料を決定する材料決定段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、コンピュータが、予測の対象となる特性である対象特性を決定する特性決定段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、対象特性が、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合のエネルギー密度である場合、コンピュータが、(i)対象材料の分子のLUMO準位のエネルギーの値、(ii)対象材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーの値、(iii)対象材料の分子構造から導出される対象材料及び二次電池の金属イオンの反応数の1分子当たりの値、及び、(iv)対象材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数の1分子当たりの値を取得する入力値取得段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、コンピュータが、入力値取得段階において取得された値を予測モデルに入力して、対象材料の対象特性の予測値を出力する予測段階を有する。上記の情報処理方法において、予測モデルは、例えば、材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合のエネルギー密度を目的変数とし、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を記述子として含む回帰モデルである。 According to a seventh aspect of the present invention, an information processing method is provided. The information processing method is, for example, a method for predicting the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of an electrode material of the secondary battery. The information processing method has, for example, a material determination step in which a computer determines a target material, which is an electrode material to be predicted. The information processing method has, for example, a characteristic determination step in which a computer determines a target characteristic, which is a characteristic to be predicted. For example, when the target characteristic is an energy density when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, the information processing method has an input value acquisition step in which the computer acquires (i) the energy value of the LUMO level of the molecule of the target material, (ii) the energy value of the level one level above the LUMO level of the molecule of the target material, (iii) the value per molecule of the number of reactions of the target material and the metal ion of the secondary battery derived from the molecular structure of the target material, and (iv) the value per molecule of the number of orbitals having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ion of the secondary battery among the orbitals of the molecule of the target material. The above information processing method includes, for example, a prediction step in which a computer inputs the values acquired in the input value acquisition step into a prediction model and outputs a predicted value of the target property of the target material. In the above information processing method, the prediction model is, for example, a regression model in which the energy density when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery is used as an objective variable, and includes (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule, as a descriptor.
本発明の第8の態様によれば、情報処理方法が提供される。上記の情報処理方法は、例えば、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測するための予測モデルを構築するための方法である。上記の情報処理方法において、予測モデルは、例えば、二次電池の特性を目的変数とし、電極材料に関する1以上の特徴のそれぞれを記述子とする回帰モデルである。上記の情報処理方法は、例えば、コンピュータが、それぞれが材料の特徴を表すN個の説明変数(Nは、2以上の正の整数である。)の中から、M個の説明変数(Mは、1以上N以下の正の整数である。)を、回帰モデルの記述子又は記述子の候補として選択する第1変数選択段階を有する。上記の情報処理方法において、第1変数選択段階は、例えば、コンピュータが、複数の材料のそれぞれについて、当該材料が電極材料として用いられた場合の二次電池に関する一の特性の値と、当該材料の特徴に関するN個の説明変数の値とが対応付けられた教師データ群を取得する段階を含む。第1変数選択段階は、例えば、コンピュータが、機械学習に基づく回帰分析を実行することで、N個の説明変数の中からM個の説明変数を選択する段階を含む。 According to an eighth aspect of the present invention, an information processing method is provided. The information processing method is, for example, a method for constructing a prediction model for predicting the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of an electrode material of the secondary battery. In the information processing method, the prediction model is, for example, a regression model in which the characteristics of the secondary battery are set as the objective variable and one or more characteristics related to the electrode material are each set as a descriptor. The information processing method has, for example, a first variable selection step in which a computer selects M explanatory variables (M is a positive integer between 1 and N) from N explanatory variables (N is a positive integer between 2 and 1) each representing a characteristic of a material as a descriptor or a candidate for a descriptor of the regression model. In the information processing method, the first variable selection step includes, for example, a step in which a computer acquires a group of teacher data in which, for each of a plurality of materials, a value of one characteristic related to a secondary battery when the material is used as an electrode material is associated with values of N explanatory variables related to the characteristics of the material. The first variable selection step includes, for example, a step in which a computer selects M explanatory variables from N explanatory variables by performing a regression analysis based on machine learning.
上記の情報処理方法において、N個の説明変数は、例えば、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を含む。上記の情報処理方法において、N個の説明変数は、例えば、(e)材料及び二次電池の電解液のハンセン溶解性パラメータの分散項、(f)ハンセン溶解性パラメータの分極項、(g)ハンセン溶解性パラメータの水素結合項、(h)材料の分子の双極子モーメント、(i)材料の分子の部分電荷密度の最小値、及び、(j)材料の分子に含まれる炭素、水素及び酸素以外の元素の数であって、1分子当たりの元素数、からなる群から選択される少なくとも1つを含む。 In the above information processing method, the N explanatory variables include, for example, (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule. In the above information processing method, the N explanatory variables include, for example, at least one selected from the group consisting of (e) the dispersion term of the Hansen solubility parameters of the material and the electrolyte of the secondary battery, (f) the polarization term of the Hansen solubility parameters, (g) the hydrogen bond term of the Hansen solubility parameters, (h) the dipole moment of the molecules of the material, (i) the minimum value of the partial charge density of the molecules of the material, and (j) the number of elements other than carbon, hydrogen, and oxygen contained in the molecules of the material, which is the number of elements per molecule.
本発明の第9の態様においては、プログラムが提供される。上記のプログラムを格納するコンピュータ可読媒体が提供されてもよい。コンピュータ可読媒体は、非一時的コンピュータ可読媒体であってもよく、コンピュータ可読記録媒体であってもよい。上記のプログラムは、コンピュータを、上記の第1の態様から第4の態様に係る情報処理装置として機能させるためのプログラムであってよい。上記のプログラムは、コンピュータに、上記の第5の態様から第8の態様に係る情報処理方法を実行させるためのプログラムであってもよい。 In a ninth aspect of the present invention, a program is provided. A computer-readable medium storing the above program may be provided. The computer-readable medium may be a non-transitory computer-readable medium or a computer-readable recording medium. The above program may be a program for causing a computer to function as an information processing device according to the first to fourth aspects above. The above program may be a program for causing a computer to execute an information processing method according to the fifth to eighth aspects above.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 Note that the above summary of the invention does not list all of the necessary features of the present invention. Also, subcombinations of these features may also be inventions.
近年、蓄電池の電池性能のさらなる向上が望まれている。例えば、蓄電池の電位、容量、及び、エネルギー密度の大きさは、電極材料(例えば、正極材料である。)に大きく依存する。例えば、質量エネルギー密度が400~500[Wh/kg‐蓄電池]を超える蓄電池を開発する場合、既存の正極材料の正極容量を大きく超える正極材料を開発することが望まれる。 In recent years, there has been a demand for further improvements in the battery performance of storage batteries. For example, the potential, capacity, and energy density of a storage battery are highly dependent on the electrode material (e.g., the positive electrode material). For example, when developing a storage battery with a mass energy density of more than 400 to 500 [Wh/kg-storage battery], it is desirable to develop a positive electrode material that greatly exceeds the positive electrode capacity of existing positive electrode materials.
また、有機材料は軽量で比較的安価に入手できることから、正極材料として有機材料を用いることで、質量エネルギー密度が大きく、安価な蓄電池を作製することが期待されている。しかしながら、正極材料として利用可能な有機材料の種類は1060種類以上とも言われている。このような多種多様な有機材料の中から、電極材料として利用可能な新たな材料を探索することは容易ではない。 In addition, since organic materials are lightweight and relatively inexpensive, it is expected that the use of organic materials as positive electrode materials will lead to the production of inexpensive storage batteries with high mass energy density. However, it is said that there are more than 10 60 types of organic materials that can be used as positive electrode materials. It is not easy to find new materials that can be used as electrode materials from such a wide variety of organic materials.
この点に関し、近年、データ科学的手法を利用して、材料、プロセスなどを探索するマテリアルズインフォマティクス(MIと称される場合がある。)が注目を集めている。一般に、MIでは学習用に大規模なデータが必要とされている。しかしながら、上述された新規な電極材料の探索にMIを適用する場合、大規模なデータを準備することが難しい。 In this regard, materials informatics (sometimes referred to as MI), which uses data science techniques to explore materials, processes, and the like, has been attracting attention in recent years. In general, MI requires large amounts of data for learning. However, when applying MI to the search for new electrode materials as described above, it is difficult to prepare large amounts of data.
本技術の一実施形態によれば、機械学習と、研究者の経験及び考察とを適度に融合したMIを利用することで、比較的小規模なデータを用いて、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測するための予測モデルが構築される。本実施形態によれば、例えば、上記の二次電池の特性として、正極の電位、二次電池の容量、又は、二次電池のエネルギー密度を予測するための予測モデルを構築するための機械学習に用いられる教師データが、新規な説明変数を含む。これにより、新規な予測モデルが構築され得る。また、本実施形態によれば、例えば、スパースモデリング法により、研究者の経験及び考察に基づいて列挙された複数の特徴を表す説明変数の中から、予測モデルの記述子として用いられる説明変数が選択される。これにより、比較的小規模なデータを用いて、予測精度の良好な予測モデルが構築され得る。 According to one embodiment of the present technology, by utilizing MI that appropriately combines machine learning with the experience and consideration of a researcher, a prediction model for predicting the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of the electrode material of the secondary battery is constructed using relatively small-scale data. According to this embodiment, for example, as the characteristics of the secondary battery, the teacher data used in the machine learning for constructing a prediction model for predicting the potential of the positive electrode, the capacity of the secondary battery, or the energy density of the secondary battery includes a new explanatory variable. This allows a new prediction model to be constructed. Also, according to this embodiment, for example, an explanatory variable to be used as a descriptor of the prediction model is selected from explanatory variables representing multiple features listed based on the experience and consideration of a researcher by a sparse modeling method. This allows a prediction model with good prediction accuracy to be constructed using relatively small-scale data.
本技術の他の実施形態によれば、予測モデルを用いて、二次電池の電極材料の候補材料が探索される。具体的には、二次電池の特性を目的変数とし、電極材料に関する1以上の特徴のそれぞれを記述子とする回帰モデルを用いて、二次電池の正極活物質の候補材料が探索される。例えば、上記の回帰モデルを用いて、二次電池の正極活物質の候補材料が探索される。 According to another embodiment of the present technology, a prediction model is used to search for candidate materials for the electrode material of a secondary battery. Specifically, a regression model is used to search for candidate materials for the positive electrode active material of a secondary battery, with the characteristics of the secondary battery as the objective variable and with one or more features related to the electrode material as the descriptor. For example, the above regression model is used to search for candidate materials for the positive electrode active material of a secondary battery.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 The present invention will be described below through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. Furthermore, not all of the combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the solution of the invention.
[材料探索システム100の概要]
図1は、材料探索システム100のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態においては、材料探索システム100が、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測する場合を例として、材料探索システム100の詳細が説明される。また、本実施形態においては、二次電池の電極材料が正極活物質として用いられる材料である場合を例として、材料探索システム100の詳細が説明される。
[Outline of the material exploration system 100]
1 is a schematic diagram showing an example of a system configuration of a material exploration system 100. In this embodiment, the details of the material exploration system 100 are described using an example in which the material exploration system 100 predicts the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of the electrode material of the secondary battery. In this embodiment, the details of the material exploration system 100 are described using an example in which the electrode material of the secondary battery is a material used as a positive electrode active material.
本実施形態において、材料探索システム100は、二次電池の特性を表すデータと、二次電池の電極材料の特徴を表すデータとを教師データとして、機械学習により予測モデルを構築する。例えば、材料探索システム100は、上記の教師データを用いた機械学習に基づく回帰分析により、回帰モデルを構築する。材料探索システム100は、1以上の特性のそれぞれについて予測モデルを構築してよい。 In this embodiment, the material exploration system 100 constructs a prediction model by machine learning using data representing the characteristics of the secondary battery and data representing the characteristics of the electrode material of the secondary battery as training data. For example, the material exploration system 100 constructs a regression model by regression analysis based on machine learning using the training data. The material exploration system 100 may construct a prediction model for each of one or more characteristics.
本実施形態において、材料探索システム100は、予測対象となる材料(対象材料と称される場合がある。)の1以上の特徴のそれぞれを表す入力データを取得する。また、材料探索システム100は、予測対象となる二次電池の特性(対象特性と称される場合がある。)を示す情報を取得する。材料探索システム100は、上記入力データを、対象特性を予測するための予測モデルに入力することで、当該対象材料が二次電池の電極材料として用いられた場合における対象特性の予測値を出力する。 In this embodiment, the material exploration system 100 acquires input data representing one or more characteristics of the material to be predicted (sometimes referred to as the target material). The material exploration system 100 also acquires information indicating the characteristics of the secondary battery to be predicted (sometimes referred to as the target characteristics). The material exploration system 100 inputs the above input data into a prediction model for predicting the target characteristics, and outputs a predicted value of the target characteristics when the target material is used as an electrode material for a secondary battery.
二次電池の種類は特に限定されるものではないが、二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、カリウムイオン電池などが例示される。電極材料は、無機材料であってもよく、有機材料であってもよく、無機材料及び有機材料の組み合わせであってもよい。電極材料として有機材料が用いられた場合、高電位及び/又は高容量の電極が安価に作製され得る。有機材料としては、有機分子又はその塩が例示される。 The type of secondary battery is not particularly limited, but examples of the types of secondary batteries include lithium ion batteries, sodium ion batteries, and potassium ion batteries. The electrode material may be an inorganic material, an organic material, or a combination of an inorganic material and an organic material. When an organic material is used as the electrode material, a high-potential and/or high-capacity electrode can be produced inexpensively. Examples of organic materials include organic molecules or salts thereof.
探索対象となる材料は特に限定されるものではないが、二次電池の正極活物質として探索対象となる有機材料は、π結合を有する共役系有機分子又はその塩であってよい。上記の有機材料は、2以上のπ結合を有する共役系有機分子又はその塩であってもよい。上記の有機材料としては、キノン及びその誘導体並びにこれらの塩(キノン系有機化合物と称される場合がある)、ジスルフィド及びその誘導体並びにこれらの塩(ジスルフィド系有機化合物と称される場合がある)、芳香族イミン及びその誘導体並びにこれらの塩(イミン系有機化合物と称される場合がある)などが例示される。 The material to be searched for is not particularly limited, but the organic material to be searched for as the positive electrode active material of the secondary battery may be a conjugated organic molecule having a π bond or a salt thereof. The above organic material may be a conjugated organic molecule having two or more π bonds or a salt thereof. Examples of the above organic material include quinones and their derivatives and their salts (sometimes referred to as quinone-based organic compounds), disulfides and their derivatives and their salts (sometimes referred to as disulfide-based organic compounds), and aromatic imines and their derivatives and their salts (sometimes referred to as imine-based organic compounds).
予測の対象となる二次電池の特性としては、二次電池の正極の電位[V]、二次電池の正極の容量[Ah]、二次電池のエネルギー密度[Wh/kg又はWh/L]などが例示される。電位[V]は、充放電曲線等の電気化学測定から求められた対象化合物の酸化還元反応がおこる電位であってよい。電位は、標準電極電位であってよい。電位は、平均反応電位であってよい。二次電池がリチウムイオン電池である場合、電位[V]は、リチウムの酸化還元反応が起こるポテンシャルを基準とした電位[V vs Li/Li+]であってもよい。正極の容量(正極容量、容量などと称される場合がある。)は、単位質量当たりの正極容量[mAh/g又はAh/kg]であってよい。エネルギー密度は、質量エネルギー密度[Wh/kg又はWh/g]であってもよく、体積エネルギー密度[Wh/L]であってもよい。 Examples of the characteristics of the secondary battery to be predicted include the potential [V] of the positive electrode of the secondary battery, the capacity [Ah] of the positive electrode of the secondary battery, and the energy density [Wh/kg or Wh/L] of the secondary battery. The potential [V] may be a potential at which an oxidation-reduction reaction of the target compound occurs, determined from electrochemical measurements such as a charge/discharge curve. The potential may be a standard electrode potential. The potential may be an average reaction potential. When the secondary battery is a lithium ion battery, the potential [V] may be a potential [V vs Li/Li + ] based on the potential at which an oxidation-reduction reaction of lithium occurs. The capacity of the positive electrode (sometimes referred to as positive electrode capacity, capacity, etc.) may be the positive electrode capacity per unit mass [mAh/g or Ah/kg]. The energy density may be a mass energy density [Wh/kg or Wh/g] or a volumetric energy density [Wh/L].
予測に用いられる電極材料の特徴は、文献値、カタログ値、実験値又は計算値として取得可能なものであればよく、その種類は特に限定されない。例えば、電極材料が有機材料である場合、電極の特徴として、有機材料を構成する分子(構成分子と称される場合がある。)に関する様々な特性が用いられ得る。上記の特性としては、物理的性質、化学的性質、量子的性質などが例示される。物理的性質としては、力学的性質、熱的性質、電気的性質、磁気的性質、光学的性質などが例示される。化学的性質としては、分子量、双極子モーメント、分子構造の性質、構成元素の性質、官能基の性質、溶解性、官能基の数、ヘテロ元素の数などが例示される。量子的性質としては、分子軌道の性質、部分電荷密度などが例示される。 The characteristics of the electrode material used in the prediction may be any that can be obtained as literature values, catalog values, experimental values, or calculated values, and the type is not particularly limited. For example, when the electrode material is an organic material, various properties related to the molecules that make up the organic material (sometimes referred to as constituent molecules) may be used as the characteristics of the electrode. Examples of the above characteristics include physical properties, chemical properties, and quantum properties. Examples of physical properties include mechanical properties, thermal properties, electrical properties, magnetic properties, and optical properties. Examples of chemical properties include molecular weight, dipole moment, properties of molecular structure, properties of constituent elements, properties of functional groups, solubility, number of functional groups, and number of heteroelements. Examples of quantum properties include properties of molecular orbitals and partial charge density.
[第1の特徴群]
本実施形態において、電極材料が有機材料である場合の電極材料の特徴としては、(A)構成分子の融点、(B)構成分子の分子量、(C)構成分子の双極子モーメント、(D)構造分子に含まれる炭素のうち、π結合で共役している炭素の数、(E)構造分子に含まれる、炭素、水素及び酸素以外の元素の数、(F)構成分子に含まれるカルボキシル基の数、(G)構造分子の分子構造から導出される、構造分子と二次電池の金属イオンとの反応数、(H)構成分子の分子内における電荷の偏りを示す指標(例えば、密度汎関数法で計算される電子密度の偏りを示す部分電荷密度である。)の最大値及び最小値、(I)構成分子の軌道に関する少なくとも1つのエネルギー準位のエネルギー、(J)構成分子の軌道に関する2つのエネルギー準位の間のエネルギー差、(K)構成分子の軌道のうち第1条件に合致する軌道の数、(L)構成分子の軌道のうち第2条件に合致する軌道のエネルギー準位の総和の絶対値、(M)構造分子と二次電池の電解液とのハンセン溶解性パラメータの分散項、(N)構造分子と二次電池の電解液とのハンセン溶解性パラメータの分極項、(O)構造分子と二次電池の電解液とのハンセン溶解性パラメータの水素結合項、並びに、(P)構造分子とカーボネート系電解液とのHSP値の差からなる群(第1の特徴群と称される場合がある。)から選択される少なくとも1つの特徴が例示される。上記の特徴の値は、構成分子の1分子当たりの値であってよい。第1特徴群に含まれる特徴は、発明者らの経験及び考察に基づいて列挙された特徴の一例であってよい。
[First feature group]
In this embodiment, when the electrode material is an organic material, the characteristics of the electrode material include (A) the melting point of the constituent molecule, (B) the molecular weight of the constituent molecule, (C) the dipole moment of the constituent molecule, (D) the number of carbons conjugated by π bonds among the carbons contained in the structural molecule, (E) the number of elements other than carbon, hydrogen, and oxygen contained in the structural molecule, (F) the number of carboxyl groups contained in the structural molecule, (G) the number of reactions between the structural molecule and the metal ions of the secondary battery, which is derived from the molecular structure of the structural molecule, (H) the maximum and minimum values of an index indicating the charge bias within the structural molecule (for example, a partial charge density indicating the bias of the electron density calculated by the density functional theory), and (I) at least one entropy related to the orbital of the structural molecule. (J) the energy level of the orbital of the constituent molecule, (K) the number of orbitals that meet the first condition among the orbitals of the constituent molecule, (L) the absolute value of the sum of the energy levels of the orbitals that meet the second condition among the orbitals of the constituent molecule, (M) the dispersion term of the Hansen solubility parameter between the structural molecule and the electrolyte of the secondary battery, (N) the polarization term of the Hansen solubility parameter between the structural molecule and the electrolyte of the secondary battery, (O) the hydrogen bond term of the Hansen solubility parameter between the structural molecule and the electrolyte of the secondary battery, and (P) the difference in HSP value between the structural molecule and the carbonate-based electrolyte (sometimes referred to as the first characteristic group). The value of the above characteristic may be a value per molecule of the structural molecule. The characteristic included in the first characteristic group may be an example of a characteristic listed based on the experience and consideration of the inventors.
本実施形態において、(C)構成分子の双極子モーメント、(H)構成分子の分子内における電荷の偏りを示す指標の最大値及び最小値、(I)構成分子の軌道に関する少なくとも1つのエネルギー準位のエネルギー、(J)構成分子の軌道に関する2つのエネルギー準位の間のエネルギー差、(K)構成分子の軌道のうち第1条件に合致する軌道の数、及び、(L)構成分子の軌道のうち第2条件に合致する軌道のエネルギー準位の総和の絶対値は、例えば、公知のDFT計算により導出される。DFT計算の一例として、交換相関汎関数としてB3LYPが用いられ、基底関数として6-311Gが用いられる。 In this embodiment, (C) the dipole moment of the constituent molecule, (H) the maximum and minimum values of the index showing the charge bias within the constituent molecule, (I) the energy of at least one energy level related to the orbital of the constituent molecule, (J) the energy difference between two energy levels related to the orbital of the constituent molecule, (K) the number of orbitals of the constituent molecule that meet the first condition, and (L) the absolute value of the sum of the energy levels of the orbitals of the constituent molecule that meet the second condition are derived, for example, by known DFT calculations. As an example of DFT calculations, B3LYP is used as the exchange-correlation functional and 6-311G is used as the basis function.
MIを用いて正極材料を探索する場合、候補となる化合物の構造情報に基づいて記述子を生成することが考えられる。化合物の構造情報は、例えば、SMILES記法に基づいて記述される。一方、本実施形態においては、化合物の構造情報に基づいてDFT計算を実行し、当該実行結果を記述子候補となる上記の特徴として用いる。これにより、研究者がSMILESからのみではわからないものの、明らかに性能を発揮しえない分子や爆発などの危険性を持ちうる分子を候補から排除することができる。 When searching for positive electrode materials using MI, it is conceivable to generate a descriptor based on structural information of candidate compounds. The structural information of the compound is described, for example, based on the SMILES notation. On the other hand, in this embodiment, a DFT calculation is performed based on the structural information of the compound, and the execution result is used as the above-mentioned features that become descriptor candidates. This allows researchers to eliminate from the candidates molecules that are clearly unable to demonstrate performance or that may pose a risk such as an explosion, although they cannot be determined from SMILES alone.
本実施形態において、(M)構造分子と二次電池の電解液とのハンセン溶解性パラメータの分散項、(N)構造分子と二次電池の電解液とのハンセン溶解性パラメータの分極項、(O)構造分子と二次電池の電解液とのハンセン溶解性パラメータの水素結合項、及び、(P)構造分子とカーボネート系電解液とのHSP値の差は、例えば、公知のハンセン溶解性パラメータの計算手法を用いて導出される。二次電池の電解液としては、例えば、電解液自体のイオンの移動度及び/又は伝導度、正極及び/又は負極に用いる物質の種類、充放電にかかわる条件により決定される任意の電解液が用いられる。カーボネート系電解液としては、例えば、公知のカーボネート系電解液が用いられる。 In this embodiment, the dispersion term of the Hansen solubility parameter between the (M) structural molecule and the electrolyte of the secondary battery, the polarization term of the Hansen solubility parameter between the (N) structural molecule and the electrolyte of the secondary battery, the hydrogen bond term of the Hansen solubility parameter between the (O) structural molecule and the electrolyte of the secondary battery, and the difference in HSP value between the (P) structural molecule and the carbonate-based electrolyte are derived, for example, using a known calculation method for the Hansen solubility parameter. As the electrolyte of the secondary battery, for example, any electrolyte is used that is determined by the ion mobility and/or conductivity of the electrolyte itself, the type of material used for the positive electrode and/or negative electrode, and the conditions related to charging and discharging. As the carbonate-based electrolyte, for example, a known carbonate-based electrolyte is used.
(I)構成分子の軌道に関する少なくとも1つのエネルギー準位のエネルギーとしては、最低空軌道(LUMO)のエネルギー準位(LUMO準位と称される場合がある。)のエネルギー、LUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、LUMO準位から2つ上の準位のエネルギー、LUMO準位から3つ上の準位のエネルギー、LUMO準位から4つ上の準位のエネルギー、最高被占軌道のエネルギー準位(HOMO準位と称される場合がある。)のエネルギー、HOMO準位から1つ下の準位のエネルギー、HOMO準位から2つ下の準位のエネルギー、HOMO準位から3つ下の準位のエネルギー、HOMO準位から4つ下の準位のエネルギーなどが例示される。(J)構成分子の軌道に関する2つのエネルギー準位の間のエネルギー差としては、上述された複数の準位のうちから選択される任意の2つの準位の間のエネルギー差が例示される。 (I) Examples of the energy of at least one energy level related to the orbital of the constituent molecules include the energy of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy level (sometimes referred to as the LUMO level), the energy of the level one level above the LUMO level, the energy of the level two levels above the LUMO level, the energy of the level three levels above the LUMO level, the energy of the level four levels above the LUMO level, the energy of the highest occupied molecular orbital (sometimes referred to as the HOMO level), the energy of the level one level below the HOMO level, the energy of the level two levels below the HOMO level, the energy of the level three levels below the HOMO level, and the energy of the level four levels below the HOMO level. (J) Examples of the energy difference between two energy levels related to the orbital of the constituent molecules include the energy difference between any two levels selected from the multiple levels described above.
(K)構成分子の軌道のうち第1条件に合致する軌道の数としては、二次電池のキャリアとなるイオンを還元して得られる金属(例えば、リチウムイオン電池の場合、リチウムである。)の仕事関数以下のエネルギー準位をもつ軌道の数、0以下のエネルギー準位をもつ軌道の数などが例示される。(L)構成分子の軌道のうち第2条件に合致する軌道のエネルギー準位の総和の絶対値としては、エネルギー準位が0以下である軌道のエネルギー準位の総和の絶対値が例示される。 (K) Examples of the number of orbitals of the constituent molecules that meet the first condition include the number of orbitals that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal (e.g., lithium in the case of a lithium ion battery) obtained by reducing the ions that serve as the carrier of the secondary battery, and the number of orbitals that have an energy level equal to or lower than 0. (L) Examples of the absolute value of the sum of the energy levels of the orbitals of the constituent molecules that meet the second condition include the absolute value of the sum of the energy levels of orbitals that have an energy level equal to or lower than 0.
これにより、第1の特徴群を構成する1以上の特徴のそれぞれを表す1以上の記述子を含む予測モデルが構築される。その結果、後述される実施例において示されるとおり、対象物質の対象特性が精度よく予測される。 This allows the construction of a prediction model that includes one or more descriptors that represent each of the one or more features that make up the first feature group. As a result, the target properties of the target substance are accurately predicted, as shown in the examples described below.
[第2の特徴群]
上述されたとおり、第1特徴群を構成する複数の特徴は、発明者らの経験及び考察に基づいて選択された特徴である。そのため、第1の特徴群には、互いに相関する複数の特徴の組が含まれる可能性がある。そこで、発明者らは、第1の特徴群に含まれる複数の特徴の相関関係を考慮して、記述子の候補となる電極材料の特徴を決定することを検討した。
[Second feature group]
As described above, the features constituting the first feature group are features selected based on the experience and consideration of the inventors. Therefore, the first feature group may include a set of features that are correlated with each other. Therefore, the inventors considered determining features of the electrode material that are candidates for the descriptor, taking into account the correlations of the features included in the first feature group.
本実施形態において、電極材料が有機材料である場合の電極材料の特徴としては、(B)構成分子の分子量、(C)構成分子の双極子モーメント、(D)構造分子に含まれる炭素のうち、π結合で共役している炭素の数、(E)構造分子に含まれる、炭素、水素及び酸素以外の元素の数、(G)構造分子の分子構造から導出される、構造分子と二次電池の金属イオンとの反応数、(H)構成分子の分子内における電荷の偏りを示す指標(例えば、部分電荷密度である。)の最大値及び最小値、(I)構成分子の軌道に関する少なくとも1つのエネルギー準位のエネルギー、(K)構成分子の軌道のうち第1条件に合致する軌道の数、(L)構成分子の軌道のうち第2条件に合致する軌道のエネルギー準位の総和の絶対値、(M)構造分子と二次電池の電解液とのハンセン溶解性パラメータの分散項、(N)構造分子と二次電池の電解液とのハンセン溶解性パラメータの分極項、(O)構造分子と二次電池の電解液とのハンセン溶解性パラメータの水素結合項からなる群(第2の特徴群と称される場合がある。)から選択される少なくとも1つの特徴が例示される。上記の特徴の値は、構成分子の1分子当たりの値であってよい。 In this embodiment, when the electrode material is an organic material, the characteristics of the electrode material include (B) the molecular weight of the constituent molecule, (C) the dipole moment of the constituent molecule, (D) the number of carbons conjugated by π bonds among the carbons contained in the structural molecule, (E) the number of elements other than carbon, hydrogen, and oxygen contained in the structural molecule, (G) the number of reactions between the structural molecule and the metal ions of the secondary battery, derived from the molecular structure of the structural molecule, (H) the maximum and minimum values of an index indicating the charge bias within the structural molecule (e.g., partial charge density), and (I) at least one of the characteristics related to the orbitals of the structural molecule. At least one characteristic selected from the group consisting of (M) the energy of the other energy level, (K) the number of orbitals of the constituent molecules that meet the first condition, (L) the absolute value of the sum of the energy levels of the orbitals of the constituent molecules that meet the second condition, (N) the polarization term of the Hansen solubility parameter between the structural molecule and the electrolyte of the secondary battery, and (O) the hydrogen bond term of the Hansen solubility parameter between the structural molecule and the electrolyte of the secondary battery (sometimes referred to as the second characteristic group). The value of the above characteristic may be a value per molecule of the structural molecule.
第2の特徴群において、(I)構成分子の軌道に関する少なくとも1つのエネルギー準位のエネルギーとしては、最低空軌道(LUMO)のエネルギー準位(LUMO準位と称される場合がある。)のエネルギー、LUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、LUMO準位から2つ上の準位のエネルギー、LUMO準位から3つ上の準位のエネルギー、及び、LUMO準位から4つ上の準位のエネルギーが例示される。第2の特徴群における(K)構成分子の軌道のうち第1条件に合致する軌道の数、及び、(L)構成分子の軌道のうち第2条件に合致する軌道のエネルギー準位の総和の絶対値は、第1の特徴群と同様であってよい。 In the second feature group, (I) the energy of at least one energy level related to the orbital of the constituent molecule may be exemplified by the energy level of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) (sometimes referred to as the LUMO level), the energy of the level one level above the LUMO level, the energy of the level two levels above the LUMO level, the energy of the level three levels above the LUMO level, and the energy of the level four levels above the LUMO level. (K) The number of orbitals of the constituent molecules that meet the first condition in the second feature group, and (L) the absolute value of the sum of the energy levels of the orbitals of the constituent molecules that meet the second condition in the second feature group may be the same as those in the first feature group.
これにより、第2の特徴群を構成する1以上の特徴のそれぞれを表す1以上の記述子を含む予測モデルが構築される。その結果、後述される実施例において示されるとおり、対象物質の対象特性が精度よく予測される。 This allows the construction of a prediction model that includes one or more descriptors that represent each of the one or more features that make up the second feature group. As a result, the target properties of the target substance are accurately predicted, as shown in the examples described below.
[第3の特徴群]
本実施形態において、二次電池の正極活物質として用いられる有機材料を探索するための予測モデルを構築する場合、上記の電極材料の特徴としては、(a)構成分子のLUMO準位のエネルギー、(b)構成分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)構成分子の分子構造から導出される構成分子及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、(d)構成分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数、(e)構成分子及び二次電池の電解液のハンセン溶解性パラメータの分散項、(f)構成分子及び二次電池の電解液のハンセン溶解性パラメータの分極項、(g)構成分子及び二次電池の電解液のハンセン溶解性パラメータの水素結合項、(h)構成分子の双極子モーメント、(i)構成分子の部分電荷密度の最小値、及び、(j)構成分子に含まれる炭素、水素及び酸素以外の元素の数であって、1分子当たりの元素数からなる群(第3の特徴群と称される場合がある。)から選択される少なくとも1つの特徴が例示される。上記の特徴の値は、構成分子の1分子当たりの値であってよい。
[Third feature group]
In this embodiment, when constructing a prediction model for searching for an organic material to be used as a positive electrode active material of a secondary battery, the characteristics of the above-mentioned electrode material include: (a) the energy of the LUMO level of the constituent molecule; (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the constituent molecule; (c) the number of reactions between the constituent molecule and the metal ion of the secondary battery derived from the molecular structure of the constituent molecule, which is the number of reactions per molecule; (d) the number of orbitals of the constituent molecule having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ion of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule; (e) dispersion term of the Hansen solubility parameters of the constituent molecules and the electrolyte of the secondary battery, (f) polarization term of the Hansen solubility parameters of the constituent molecules and the electrolyte of the secondary battery, (g) hydrogen bond term of the Hansen solubility parameters of the constituent molecules and the electrolyte of the secondary battery, (h) dipole moment of the constituent molecules, (i) minimum value of partial charge density of the constituent molecules, and (j) at least one characteristic selected from the group consisting of the number of elements other than carbon, hydrogen and oxygen contained in the constituent molecules, the number of elements per molecule (sometimes referred to as the third characteristic group). The value of the above characteristic may be a value per molecule of the constituent molecules.
上記の電極材料の特徴は、(a)構成分子のLUMO準位のエネルギー、(b)構成分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)構成分子の分子構造から導出される構成分子及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)構成分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を含んでよい。上記の電極材料の特徴は、(a)~(d)のうちの少なくとも2つを含んでよい。 The characteristics of the electrode material may include (a) the energy of the LUMO level of the constituent molecule, (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the constituent molecule, (c) the number of reactions between the constituent molecule and the metal ion of the secondary battery derived from the molecular structure of the constituent molecule, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the constituent molecule that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ion of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule. The characteristics of the electrode material may include at least two of (a) to (d).
例えば、正極の電位を予測するための予測モデルを構築する場合、上記の電極材料の特徴は、(a)構成分子のLUMO準位のエネルギー及び(b)構成分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーを含んでよい。例えば、正極の容量を予測するための予測モデルを構築する場合、上記の電極材料の特徴は、(c)構成分子の分子構造から導出される構成分子及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)構成分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を含んでよい。例えば、二次電池のエネルギー密度を予測するための予測モデルを構築する場合、上記の電極材料の特徴は、(a)構成分子のLUMO準位のエネルギー、(b)構成分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)構成分子の分子構造から導出される構成分子及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)構成分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を含んでよい。 For example, when constructing a predictive model for predicting the potential of the positive electrode, the characteristics of the electrode material may include (a) the energy of the LUMO level of the constituent molecule and (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the constituent molecule. For example, when constructing a predictive model for predicting the capacity of the positive electrode, the characteristics of the electrode material may include (c) the number of reactions of the constituent molecule and the metal ion of the secondary battery derived from the molecular structure of the constituent molecule, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the constituent molecule having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ion of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule. For example, when constructing a prediction model for predicting the energy density of a secondary battery, the characteristics of the electrode material may include: (a) the energy of the LUMO level of the constituent molecule; (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the constituent molecule; (c) the number of reactions between the constituent molecule and the metal ion of the secondary battery derived from the molecular structure of the constituent molecule, which is the number of reactions per molecule; and (d) the number of orbitals of the constituent molecule that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ion of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule.
上記の電極材料の特徴は、上述されたこれらの説明変数の組み合わせに加えて、他の説明変数をさらに含んでよい。例えば、上記の電極材料の特徴は、(e)構成分子及び二次電池の電解液のハンセン溶解性パラメータの分散項、(f)構成分子及び二次電池の電解液のハンセン溶解性パラメータの分極項、(g)構成分子及び二次電池の電解液のハンセン溶解性パラメータの水素結合項、(h)構成分子の双極子モーメント、(i)構成分子の部分電荷密度の最小値、及び、(j)構成分子に含まれる炭素、水素及び酸素以外の元素の数であって、1分子当たりの元素数からなる群から選択される少なくとも1つをさらに含む。 The above-mentioned electrode material characteristics may further include other explanatory variables in addition to the combination of the explanatory variables described above. For example, the above-mentioned electrode material characteristics further include at least one selected from the group consisting of (e) the dispersion term of the Hansen solubility parameters of the constituent molecules and the electrolyte of the secondary battery, (f) the polarization term of the Hansen solubility parameters of the constituent molecules and the electrolyte of the secondary battery, (g) the hydrogen bond term of the Hansen solubility parameters of the constituent molecules and the electrolyte of the secondary battery, (h) the dipole moment of the constituent molecules, (i) the minimum value of the partial charge density of the constituent molecules, and (j) the number of elements other than carbon, hydrogen, and oxygen contained in the constituent molecules, which is the number of elements per molecule.
これにより、例えば、上記の特徴群を構成する1以上の特徴のそれぞれを表す1以上の記述子を含む予測モデルが構築される。その結果、後述される実施例において示されるとおり、対象物質の対象特性が精度よく予測される。 This allows the construction of a prediction model that includes, for example, one or more descriptors that represent each of the one or more features that make up the above feature group. As a result, the target properties of the target substance are predicted with high accuracy, as shown in the examples described below.
[材料探索システム100の各部の概要]
本実施形態において、材料探索システム100は、例えば、制御部112と、入力部114と、出力部116と、格納部118とを備える。本実施形態において、材料探索システム100は、例えば、データベース構築部120と、予測モデル構築部140と、特性予測部160とを備える。
[Overview of each part of the material exploration system 100]
In this embodiment, the material exploration system 100 includes, for example, a control unit 112, an input unit 114, an output unit 116, and a storage unit 118. In this embodiment, the material exploration system 100 includes, for example, a database construction unit 120, a prediction model construction unit 140, and a property prediction unit 160.
本実施形態において、予測モデル構築部140は、例えば、データセット生成部142と、スパースモデリング部144と、記述子調整部146と、再構築部148とを有する。本実施形態において、特性予測部160は、例えば、対象材料決定部162と、対象特性決定部164と、予測値出力部166とを有する。材料探索システム100の各部は、例えば、互いに情報を送受可能に構成される。 In this embodiment, the predictive model construction unit 140 has, for example, a dataset generation unit 142, a sparse modeling unit 144, a descriptor adjustment unit 146, and a reconstruction unit 148. In this embodiment, the property prediction unit 160 has, for example, a target material determination unit 162, a target property determination unit 164, and a predicted value output unit 166. Each unit of the material exploration system 100 is configured, for example, to be able to send and receive information to and from each other.
本実施形態において、制御部112は、材料探索システム100の動作を制御する。制御部112は、材料探索システム100における各種の情報処理を制御してもよい。上記の情報処理としては、入出力処理、データベースの構築処理、予測モデルの構築処理、予測処理などが例示される。 In this embodiment, the control unit 112 controls the operation of the material exploration system 100. The control unit 112 may control various information processing in the material exploration system 100. Examples of the above information processing include input/output processing, database construction processing, prediction model construction processing, prediction processing, etc.
本実施形態において、入力部114は、ユーザ又は他の情報処理装置からの入力又は要求を受け付ける。例えば、入力部114は、材料探索システム100に対するユーザの指示を受け付ける。入力部114は、データベースの構築処理において、ユーザからのデータ入力を受け付けてよい。 In this embodiment, the input unit 114 accepts inputs or requests from a user or other information processing devices. For example, the input unit 114 accepts user instructions for the material exploration system 100. The input unit 114 may accept data input from the user in the database construction process.
入力部114としては、入力装置、通信装置などが例示される。入力装置としては、キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、マイク、カメラなどが例示される。 Examples of the input unit 114 include an input device and a communication device. Examples of the input device include a keyboard, a pointing device, a touch panel, a microphone, and a camera.
本実施形態において、出力部116は、ユーザ又は他の情報処理装置に情報を出力する。例えば、出力部116は、ユーザに材料探索システム100における情報処理の結果を示すための画面を出力する。出力部116は、ユーザが材料探索システム100に対する指示などを入力するための画面を出力してもよい。 In this embodiment, the output unit 116 outputs information to a user or another information processing device. For example, the output unit 116 outputs a screen to show the user the results of information processing in the material exploration system 100. The output unit 116 may also output a screen for the user to input instructions, etc., to the material exploration system 100.
出力部116としては、出力装置、通信装置などが例示される。出力装置としては、表示装置、音声出力装置、振動出力装置などが例示される。表示装置としては、ディスプレイ、プロジェクタなどが例示される。 Examples of the output unit 116 include an output device and a communication device. Examples of the output device include a display device, an audio output device, and a vibration output device. Examples of the display device include a display and a projector.
本実施形態において、格納部118は、各種の情報を格納する。一実施形態において、格納部118は、材料探索システム100の情報処理において使用される各種の情報を格納する。他の実施形態において、格納部118は、材料探索システム100の情報処理において生成される各種の情報を格納する。格納部118の詳細は後述される。 In this embodiment, the storage unit 118 stores various types of information. In one embodiment, the storage unit 118 stores various types of information used in the information processing of the material exploration system 100. In another embodiment, the storage unit 118 stores various types of information generated in the information processing of the material exploration system 100. Details of the storage unit 118 will be described later.
[データベースの構築]
本実施形態において、データベース構築部120は、各種のデータベースを構築する。一実施形態において、データベース構築部120は、複数の材料のそれぞれについて、当該材料が二次電池の電極材料として用いられた場合における当該二次電池に関する少なくとも1つの特性の値と、上述された各種の特徴の値とを対応付けて格納するデータベース(第1DBと称される場合がある。)を構築する。他の実施形態において、探索対象となる複数の材料のそれぞれについて、上述された各種の特徴の値を格納するデータベース(第2DBと称される場合がある。)を構築する。データベース構築部120の詳細は後述される。
[Database construction]
In this embodiment, the database construction unit 120 constructs various databases. In one embodiment, the database construction unit 120 constructs a database (sometimes referred to as a first DB) that stores, for each of a plurality of materials, at least one characteristic value related to the secondary battery when the material is used as an electrode material of the secondary battery and the values of the various features described above in association with each other. In another embodiment, a database (sometimes referred to as a second DB) that stores the values of the various features described above for each of a plurality of materials to be searched is constructed. Details of the database construction unit 120 will be described later.
[予測モデルの構築]
本実施形態において、予測モデル構築部140は、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測するための予測モデルを構築する。予測モデル構築部140は、例えば、機械学習により予測モデルを構築する。
[Construction of predictive model]
In this embodiment, the prediction model construction unit 140 constructs a prediction model for predicting characteristics of a secondary battery based on the characteristics of the electrode material of the secondary battery. The prediction model construction unit 140 constructs the prediction model by, for example, machine learning.
より具体的には、予測モデル構築部140は、二次電池の特性を表すデータと、二次電池の電極材料の特徴を表すデータとを教師データとして、機械学習により予測モデルを構築する。例えば、材料探索システム100は、上記の教師データを用いた機械学習に基づく回帰分析により、予測モデルを構築する。上記の予測モデルは、線形回帰式又は非線形回帰式により表される回帰モデルであってよい。上記の予測モデルは、二次電池の特性を目的変数とし、電極材料に関する1以上の特徴のそれぞれを記述子とする回帰モデルであってよい。上記の予測モデルは、二次電池の特性を目的変数とし、電極材料に関する複数の特徴のそれぞれを記述子とする線形の重回帰モデルであってよい。 More specifically, the prediction model construction unit 140 constructs a prediction model by machine learning using data representing the characteristics of the secondary battery and data representing the characteristics of the electrode material of the secondary battery as training data. For example, the material exploration system 100 constructs a prediction model by regression analysis based on machine learning using the training data. The prediction model may be a regression model represented by a linear regression equation or a nonlinear regression equation. The prediction model may be a regression model in which the characteristics of the secondary battery are the objective variable and one or more characteristics related to the electrode material are each a descriptor. The prediction model may be a linear multiple regression model in which the characteristics of the secondary battery are the objective variable and multiple characteristics related to the electrode material are each a descriptor.
[正極電位の予測モデル]
一実施形態において、予測モデルは、材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の電位(例えば、反応電位である。)を目的変数とし、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー及び(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーを記述子として含む回帰モデルであってよい。本実施形態によれば、特性予測部160が上記の予測モデルを用いることで、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の電位が精度よく予測され得る。
[Prediction model of positive electrode potential]
In one embodiment, the prediction model may be a regression model in which the potential of the positive electrode (e.g., reaction potential) when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery is used as a response variable, and (a) the energy of the LUMO level of the molecule of the material and (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecule of the material are included as descriptors. According to this embodiment, the characteristic prediction unit 160 uses the above prediction model, so that the potential of the positive electrode when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery can be accurately predicted.
[正極容量の予測モデル]
他の実施形態において、予測モデルは、材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の容量(例えば、単位質量当たりの容量である。)を目的変数とし、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を記述子として含む回帰モデルであってよい。本実施形態によれば、特性予測部160が上記の予測モデルを用いることで、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の二次電池の正極の容量が精度よく予測され得る。
[Positive electrode capacity prediction model]
In another embodiment, the prediction model may be a regression model including, as a response variable, the capacity of the positive electrode (e.g., capacity per unit mass) when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule, as a descriptor. According to this embodiment, the characteristic prediction unit 160 uses the above prediction model, so that the capacity of the positive electrode of the secondary battery when the target material is used as a positive electrode active material of the secondary battery can be accurately predicted.
[エネルギー密度の予測モデル]
さらに他の実施形態において、予測モデルは、材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の二次電池のエネルギー密度(例えば、質量エネルギー密度である。)を目的変数とし、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を記述子として含む回帰モデルであってよい。本実施形態によれば、特性予測部160が上記の予測モデルを用いることで、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の二次電池のエネルギー密度が精度よく予測され得る。
[Energy density prediction model]
In yet another embodiment, the prediction model may be a regression model that uses the energy density (for example, mass energy density) of the secondary battery when the material is used as a positive electrode active material of the secondary battery as a response variable, and includes (a) the energy of the LUMO level of the molecule of the material, (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecule of the material, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecule of the material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule, as a descriptor. According to this embodiment, the characteristic prediction unit 160 uses the above prediction model, so that the energy density of the secondary battery when the target material is used as a positive electrode active material of the secondary battery can be accurately predicted.
本実施形態において、データセット生成部142は、例えば、スパースモデリング部144における機械学習に用いられる各種のデータセットを生成する。データセット生成部142は、例えば、複数の材料のそれぞれについて、当該材料が電極材料として用いられた場合の二次電池に関する一の特性の値と、当該材料の複数の特徴のそれぞれを表す複数の説明変数(材料に関する説明変数と称される場合がある。)の値とが対応付けられたデータセットを、スパースモデリング部144における機械学習の教師データ群として生成する。データセット生成部142は、再構築部148における予測モデルの構築に用いられる各種のデータセットを生成する。データセット生成部142は、例えば、上述された第1DBを参照して、機械学習に用いられる各種のデータセットを生成する。 In this embodiment, the dataset generation unit 142 generates, for example, various datasets used for machine learning in the sparse modeling unit 144. For example, for each of a plurality of materials, the dataset generation unit 142 generates a dataset in which the value of one characteristic related to a secondary battery when the material is used as an electrode material is associated with the values of a plurality of explanatory variables (sometimes referred to as explanatory variables related to materials) that represent each of a plurality of characteristics of the material, as a group of teacher data for machine learning in the sparse modeling unit 144. The dataset generation unit 142 generates various datasets used to build a predictive model in the reconstruction unit 148. For example, the dataset generation unit 142 generates various datasets used for machine learning by referring to the first DB described above.
データセット生成部142は、例えば、再構築部148における予測モデルの構築に用いられる各種のデータセットを生成する。データセット生成部142は、例えば、再構築部148における機械学習に用いられる各種のデータセットを生成する。データセット生成部142は、スパースモデリング部144における機械学習用のデータセットと同様の手順により、例えば、再構築部148における機械学習用のデータセットを生成してよい。データセット生成部142の詳細は後述される。 The dataset generation unit 142 generates, for example, various datasets used to construct a predictive model in the reconstruction unit 148. The dataset generation unit 142 generates, for example, various datasets used for machine learning in the reconstruction unit 148. The dataset generation unit 142 may generate, for example, a dataset for machine learning in the reconstruction unit 148 by a procedure similar to that for the dataset for machine learning in the sparse modeling unit 144. Details of the dataset generation unit 142 will be described later.
本実施形態において、スパースモデリング部144は、予測モデルの候補を生成する。スパースモデリング部144は、二次電池の1以上の特性のそれぞれに関する予測モデルの候補を生成してよい。 In this embodiment, the sparse modeling unit 144 generates candidates for a predictive model. The sparse modeling unit 144 may generate candidates for a predictive model for each of one or more characteristics of the secondary battery.
上述されたとおり、予測モデルの候補は、線形回帰式又は非線形回帰式により表される回帰モデルであってよい。 予測モデルの候補は、二次電池の特性を目的変数とし、電極材料に関する1以上の特徴のそれぞれを記述子とする回帰モデルであってよい。予測モデルの候補は、二次電池の特性を目的変数とし、電極材料に関する複数の特徴のそれぞれを記述子とする線形の重回帰モデルであってよい。 As described above, the candidate prediction model may be a regression model represented by a linear regression equation or a nonlinear regression equation. The candidate prediction model may be a regression model in which the characteristics of the secondary battery are the response variables and each of the one or more features related to the electrode material is a descriptor. The candidate prediction model may be a linear multiple regression model in which the characteristics of the secondary battery are the response variables and each of the multiple features related to the electrode material is a descriptor.
例えば、スパースモデリング部144は、データセット生成部142が生成したデータセットを教師データとして、機械学習により予測モデルの候補を生成する。スパースモデリング部144は、例えば、正極の電位を予測するための予測モデルの候補を生成する。スパースモデリング部144は、例えば、二次電池の正極容量を予測するための予測モデルの候補を生成する。スパースモデリング部144は、例えば、二次電池のエネルギー密度を予測するための予測モデルの候補を生成する。 For example, the sparse modeling unit 144 generates candidate prediction models by machine learning using the dataset generated by the dataset generation unit 142 as training data. For example, the sparse modeling unit 144 generates candidate prediction models for predicting the potential of a positive electrode. For example, the sparse modeling unit 144 generates candidate prediction models for predicting the positive electrode capacity of a secondary battery. For example, the sparse modeling unit 144 generates candidate prediction models for predicting the energy density of a secondary battery.
このとき、スパースモデリング部144は、材料の特徴を表す複数の説明変数の中から、予測モデルの記述子又は記述子の候補として用いられる説明変数を選択してよい。上述されたとおり、本実施形態においては、回帰モデルが予測モデルとして用いられる。例えば、スパースモデリング部144は、それぞれが材料の特徴を表すN個の説明変数(Nは、2以上の正の整数である。)の中から、M個の説明変数(Mは、1以上N以下の正の整数である。Mは、1以上N未満の正の整数であってもよい)を、回帰モデルの記述子又は記述子の候補として選択する。 At this time, the sparse modeling unit 144 may select explanatory variables to be used as descriptors or candidate descriptors of the prediction model from among multiple explanatory variables that represent the characteristics of the material. As described above, in this embodiment, a regression model is used as the prediction model. For example, the sparse modeling unit 144 selects M explanatory variables (M is a positive integer between 1 and N, inclusive; M may also be a positive integer between 1 and N, inclusive) from among N explanatory variables (N is a positive integer between 2 and 1, inclusive) that each represent the characteristics of the material, as descriptors or candidate descriptors of the regression model.
より具体的には、例えば、スパースモデリング部144には、複数の材料のそれぞれについて、当該材料が電極材料として用いられた場合の二次電池に関する一の特性の値と、当該材料の特徴に関するN個の説明変数の値とが対応付けられたデータセットが、教師データ群として入力される。二次電池に関する一の特性としては、正極の電位、二次電池の正極容量、又は、二次電池のエネルギー密度が例示される。上記のN個の説明変数のそれぞれは、上述された第1の特徴群、第2の特徴群又は第3の特徴群に含まれる複数の特徴のうちのN個の特徴のそれぞれを表す説明変数であってよい。N個の説明変数のそれぞれは、第2の特徴群に含まれるN個の特徴を表す説明変数であってもよい。N個の説明変数のそれぞれは、第3の特徴群に含まれるN個の特徴を表す説明変数であってもよい。 More specifically, for example, the sparse modeling unit 144 receives, as a teacher data group, a data set in which, for each of a plurality of materials, the value of one characteristic related to a secondary battery when the material is used as an electrode material is associated with the values of N explanatory variables related to the characteristics of the material. Examples of one characteristic related to a secondary battery include the potential of the positive electrode, the positive electrode capacity of the secondary battery, or the energy density of the secondary battery. Each of the N explanatory variables may be an explanatory variable representing each of the N characteristics among the multiple characteristics included in the first feature group, the second feature group, or the third feature group described above. Each of the N explanatory variables may be an explanatory variable representing the N characteristics included in the second feature group. Each of the N explanatory variables may be an explanatory variable representing the N characteristics included in the third feature group.
スパースモデリング部144は、機械学習に基づく回帰分析を実行することで、N個の説明変数の中からM個の説明変数を選択する。スパースモデリング部144は、さらに、M個の説明変数のそれぞれに対応する回帰係数又は偏回帰係数を決定してよい。スパースモデリング部144は、回帰モデルの回帰定数を決定してもよい。これにより、予測モデルの候補が生成される。 The sparse modeling unit 144 selects M explanatory variables from the N explanatory variables by performing a regression analysis based on machine learning. The sparse modeling unit 144 may further determine a regression coefficient or partial regression coefficient corresponding to each of the M explanatory variables. The sparse modeling unit 144 may also determine a regression constant of the regression model. This generates candidates for a prediction model.
スパースモデリング部144は、例えば、スパースモデリング法により、N個の説明変数の中からM個の説明変数を選択する。M個の説明変数のそれぞれは、第2の特徴群に含まれるM個の特徴を表す説明変数であってもよい。M個の説明変数のそれぞれは、第3の特徴群に含まれるM個の特徴を表す説明変数であってもよい。M個の説明変数は、第3の特徴群に関連して説明された説明変数の組み合わせのうち少なくとも2つを含んでもよい。スパースモデリング部144は、スパースモデリング法により、M個の説明変数のそれぞれに対応する回帰係数又は偏回帰係数をさらに決定してよい。スパースモデリング部144は、スパースモデリング法により、回帰定数をさらに決定してもよい。 The sparse modeling unit 144 selects M explanatory variables from the N explanatory variables, for example, by a sparse modeling method. Each of the M explanatory variables may be an explanatory variable representing the M features included in the second feature group. Each of the M explanatory variables may be an explanatory variable representing the M features included in the third feature group. The M explanatory variables may include at least two of the combinations of explanatory variables described in relation to the third feature group. The sparse modeling unit 144 may further determine a regression coefficient or partial regression coefficient corresponding to each of the M explanatory variables by the sparse modeling method. The sparse modeling unit 144 may further determine a regression constant by the sparse modeling method.
スパースモデリング法としては、変数を選択するための公知の回帰分析手法が採用され得る。スパースモデリング法による回帰分析手法としては、(i)全状態探索法(Exhaustive search for linear regression。ES-LiR、総当たり法などと称される場合がある。)のように説明変数の全ての組み合わせを探索するアプローチ、ラッソ回帰(least absolute shrinkage and selection operator、 LASSOなどと称される場合がある)などの緩和法的な近似的アプローチ、サンプリング手法によるサンプリングアプローチなどが例示される。 As the sparse modeling method, a known regression analysis method for selecting variables can be adopted. Examples of regression analysis methods using the sparse modeling method include (i) an approach that searches all combinations of explanatory variables, such as the exhaustive search for linear regression method (ES-LiR, sometimes called a brute force method, etc.), a relaxed approximation approach, such as lasso regression (sometimes called least absolute shrinkage and selection operator, LASSO, etc.), and a sampling approach using a sampling method.
スパースモデリング部144は、M個の説明変数として、例えば、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数から選択される少なくとも2つを選択する。これにより、正極活物質を探索する場合において、予測精度に優れた予測モデルが構築され得る。 The sparse modeling unit 144 selects, as the M explanatory variables, at least two selected from, for example, (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, (b) the energy of the level one level above the LUMO level of the molecules of the material, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule. This allows for the construction of a prediction model with excellent prediction accuracy when searching for a positive electrode active material.
一実施形態において、回帰モデルの目的変数が正極の電位である場合、スパースモデリング部144は、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー及び(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーを含む、M個の説明変数を選択してよい。これにより、正極活物質を探索する場合において、予測精度に優れた新規な予測モデルが構築され得る。特に、材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーに基づいて正極の電位を予測する新たな予測モデルが構築される。 In one embodiment, when the objective variable of the regression model is the potential of the positive electrode, the sparse modeling unit 144 may select M explanatory variables including (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material and (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material. This allows a new prediction model with excellent prediction accuracy to be constructed when searching for a positive electrode active material. In particular, a new prediction model is constructed that predicts the potential of the positive electrode based on the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material.
他の実施形態において、回帰モデルの目的変数が二次電池の正極容量である場合、スパースモデリング部144は、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を含む、M個の説明変数を選択してよい。これにより、正極活物質を探索する場合において、予測精度に優れた新規な予測モデルが構築され得る。 In another embodiment, when the objective variable of the regression model is the positive electrode capacity of the secondary battery, the sparse modeling unit 144 may select M explanatory variables, including (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule. This allows the construction of a new prediction model with excellent prediction accuracy when searching for a positive electrode active material.
さらに他の実施形態において、回帰モデルの目的変数が二次電池のエネルギー密度である場合、スパースモデリング部144は、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を含む、M個の説明変数を選択してよい。これにより、正極活物質を探索する場合において、予測精度に優れた新規な予測モデルが構築され得る。 In yet another embodiment, when the objective variable of the regression model is the energy density of the secondary battery, the sparse modeling unit 144 may select M explanatory variables, including (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule. This allows the construction of a new prediction model with excellent prediction accuracy when searching for a positive electrode active material.
本実施形態において、記述子調整部146は、スパースモデリング部144が選択したM個の説明変数の中から、K個の説明変数(Kは、1以上M以下の正の整数である。Kは、1以上M未満の正の整数であってよい。)を、回帰モデルの記述子として選択する。記述子調整部146は、例えば、ユーザの指示に基づいて、M個の説明変数の中から、K個の説明変数を選択する。記述子調整部146は、選択されたK個の説明変数を示す情報を再構築部148に出力する。 In this embodiment, the descriptor adjustment unit 146 selects K explanatory variables (K is a positive integer between 1 and M inclusive. K may be a positive integer between 1 and M inclusive) from the M explanatory variables selected by the sparse modeling unit 144 as descriptors for the regression model. The descriptor adjustment unit 146 selects K explanatory variables from the M explanatory variables based on, for example, a user instruction. The descriptor adjustment unit 146 outputs information indicating the selected K explanatory variables to the reconstruction unit 148.
記述子調整部146は、K個の説明変数として、例えば、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数から選択される少なくとも2つを選択する。 これにより、正極活物質を探索する場合において、予測精度に優れた新規な予測モデルが構築され得る。 The descriptor adjustment unit 146 selects, as the K explanatory variables, at least two selected from, for example, (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, (b) the energy of the level one level above the LUMO level of the molecules of the material, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule. This allows the construction of a new prediction model with excellent prediction accuracy when searching for a positive electrode active material.
一実施形態において、回帰モデルの目的変数が正極の電位である場合、記述子調整部146は、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー及び(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーを含む、K個の説明変数を選択してよい。これにより、正極活物質を探索する場合において、予測精度に優れた新規な予測モデルが構築され得る。 In one embodiment, when the objective variable of the regression model is the potential of the positive electrode, the descriptor adjustment unit 146 may select K explanatory variables including (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material and (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material. This allows the construction of a new prediction model with excellent prediction accuracy when searching for a positive electrode active material.
他の実施形態において、回帰モデルの目的変数が二次電池の正極容量である場合、記述子調整部146は、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を含む、K個の説明変数を選択してよい。これにより、正極活物質を探索する場合において、予測精度に優れた新規な予測モデルが構築され得る。 In another embodiment, when the objective variable of the regression model is the positive electrode capacity of the secondary battery, the descriptor adjustment unit 146 may select K explanatory variables, including (c) the number of reactions between the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule. This allows the construction of a new prediction model with excellent prediction accuracy when searching for a positive electrode active material.
さらに他の実施形態において、回帰モデルの目的変数が二次電池のエネルギー密度である場合、記述子調整部146は、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を含む、K個の説明変数を選択してよい。これにより、正極活物質を探索する場合において、予測精度に優れた新規な予測モデルが構築され得る。 In yet another embodiment, when the objective variable of the regression model is the energy density of the secondary battery, the descriptor adjustment unit 146 may select K explanatory variables, including (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule. This allows the construction of a new prediction model with excellent prediction accuracy when searching for a positive electrode active material.
本実施形態において、再構築部148は、記述子調整部146が出力したK個の説明変数に基づいて予測モデルを構築する。再構築部148は、二次電池の1以上の特性のそれぞれに関する予測モデルを構築してよい。再構築部148は、例えば、データセット生成部142が生成したデータセットを教師データとして、機械学習により予測モデルを構築する。再構築部148は、二次電池の一の特性を目的変数とし、当該一の特性に関して記述子調整部146が出力したK個の説明変数を記述子として含む回帰モデルを構築してよい。 In this embodiment, the reconstruction unit 148 constructs a prediction model based on the K explanatory variables output by the descriptor adjustment unit 146. The reconstruction unit 148 may construct a prediction model for each of one or more characteristics of the secondary battery. For example, the reconstruction unit 148 constructs a prediction model by machine learning using a dataset generated by the dataset generation unit 142 as training data. The reconstruction unit 148 may construct a regression model that uses one characteristic of the secondary battery as a response variable and includes the K explanatory variables output by the descriptor adjustment unit 146 for the one characteristic as descriptors.
[電池特性の予測]
本実施形態において、特性予測部160は、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測する。特性予測部160は、例えば、予測モデル構築部140が構築した予測モデルを用いて、対象材料を二次電池の電極材料として用いた場合における、二次電池の対象特性を予測する。これにより、ユーザは、新規な電極材料を探索することができる。
[Prediction of battery characteristics]
In this embodiment, the characteristic prediction unit 160 predicts the characteristics of the secondary battery based on the characteristics of the electrode material of the secondary battery. For example, the characteristic prediction unit 160 predicts the target characteristics of the secondary battery when the target material is used as the electrode material of the secondary battery by using the prediction model constructed by the prediction model construction unit 140. This allows the user to search for new electrode materials.
本実施形態において、対象材料決定部162は、予測の対象となる電極材料である対象材料を決定する。対象材料決定部162は、例えば、入力部114が受け付けたユーザからの指示に基づいて、対象材料を決定する。対象材料決定部162は、対象材料を示す情報を予測値出力部166に出力してよい。 In this embodiment, the target material determination unit 162 determines a target material, which is an electrode material that is the target of prediction. The target material determination unit 162 determines the target material based on, for example, an instruction from a user received by the input unit 114. The target material determination unit 162 may output information indicating the target material to the prediction value output unit 166.
本実施形態において、対象特性決定部164は、予測の対象となる特性である対象特性を決定する。対象特性決定部164は、例えば、入力部114が受け付けたユーザからの指示に基づいて、対象特性を決定する。対象特性決定部164は、対象特性を示す情報を予測値出力部166に出力してよい。 In this embodiment, the target characteristic determination unit 164 determines a target characteristic, which is a characteristic to be predicted. The target characteristic determination unit 164 determines the target characteristic based on, for example, an instruction from a user received by the input unit 114. The target characteristic determination unit 164 may output information indicating the target characteristic to the predicted value output unit 166.
本実施形態において、予測値出力部166は、対象材料の対象特性の予測値を出力する。例えば、予測値出力部166は、対象材料の1以上の特徴のそれぞれを表す入力データを取得する。予測値出力部166は、上記の入力データを、対象特性を予測するための予測モデルに入力することで、当該対象材料が二次電池の電極材料として用いられた場合における対象特性の予測値を出力する。予測値出力部166の詳細は後述される。 In this embodiment, the predicted value output unit 166 outputs a predicted value of the target characteristic of the target material. For example, the predicted value output unit 166 acquires input data representing one or more characteristics of the target material. The predicted value output unit 166 inputs the input data into a prediction model for predicting the target characteristic, thereby outputting a predicted value of the target characteristic when the target material is used as an electrode material for a secondary battery. Details of the predicted value output unit 166 will be described later.
[材料探索システム100の各部の具体的な構成]
材料探索システム100の各部は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。材料探索システム100の各部は、その少なくとも一部が、単一のサーバによって実現されてもよく、複数のサーバによって実現されてもよい。材料探索システム100の各部は、その少なくとも一部が、仮想マシン上又はクラウドシステム上で実現されてもよい。材料探索システム100の各部は、その少なくとも一部が、パーソナルコンピュータ又は携帯端末によって実現されてもよい。携帯端末としては、携帯電話、スマートフォン、PDA、タブレット、ノートブック・コンピュータ又はラップトップ・コンピュータ、ウエアラブル・コンピュータなどを例示することができる。材料探索システム100の各部は、ブロックチェーンなどの分散型台帳技術又は分散型ネットワークを利用して、情報を格納してもよい。
[Specific configuration of each part of the material exploration system 100]
Each part of the material exploration system 100 may be realized by hardware, software, or a combination of hardware and software. Each part of the material exploration system 100 may be realized, at least in part, by a single server or by multiple servers. Each part of the material exploration system 100 may be realized, at least in part, on a virtual machine or a cloud system. Each part of the material exploration system 100 may be realized, at least in part, by a personal computer or a mobile terminal. Examples of mobile terminals include mobile phones, smartphones, PDAs, tablets, notebook computers or laptop computers, and wearable computers. Each part of the material exploration system 100 may store information using a distributed ledger technology such as a blockchain or a distributed network.
材料探索システム100を構成する構成要素の少なくとも一部がソフトウエアにより実現される場合、当該ソフトウエアにより実現される構成要素は、一般的な構成の情報処理装置において、当該構成要素に関する動作を規定したソフトウエア又はプログラムを起動することにより実現されてよい。上記の一般的な構成の情報処理装置は、(i)CPU、GPUなどのプロセッサ、ROM、RAM、通信インタフェースなどを有するデータ処理装置と、(ii)キーボード、ポインティングデバイス、タッチパネル、カメラ、音声入力装置、ジェスチャ入力装置、各種センサ、GPS受信機などの入力装置と、(iii)表示装置、音声出力装置、振動装置などの出力装置と、(iv)メモリ、HDD、SSDなどの記憶装置(外部記憶装置を含む。)とを備えてよい。 When at least some of the components constituting the material exploration system 100 are realized by software, the components realized by the software may be realized by starting software or a program that defines the operation of the components in an information processing device of a general configuration. The information processing device of the general configuration may include (i) a data processing device having a processor such as a CPU or GPU, a ROM, a RAM, a communication interface, etc., (ii) input devices such as a keyboard, a pointing device, a touch panel, a camera, a voice input device, a gesture input device, various sensors, a GPS receiver, etc., (iii) output devices such as a display device, a voice output device, a vibration device, etc., and (iv) storage devices such as memory, HDD, SSD, etc. (including external storage devices).
上記の一般的な構成の情報処理装置において、上記のデータ処理装置又は記憶装置は、上記のソフトウエア又はプログラムを記憶してよい。上記のソフトウエア又はプログラムは、プロセッサによって実行されることにより、上記の情報処理装置に、当該ソフトウエア又はプログラムによって規定された動作を実行させる。上記のソフトウエア又はプログラムは、非一時的なコンピュータ可読記録媒体に格納されていてもよい。上記のソフトウエア又はプログラムは、コンピュータを、材料探索システム100又はその一部として機能させるためのプログラムであってよい。上記のソフトウエア又はプログラムは、コンピュータに、材料探索システム100又はその一部における情報処理方法を実行させるためのプログラムであってよい。 In the information processing device of the above general configuration, the above data processing device or storage device may store the above software or program. The above software or program, when executed by a processor, causes the above information processing device to execute the operation defined by the software or program. The above software or program may be stored in a non-transitory computer-readable recording medium. The above software or program may be a program for causing a computer to function as the material exploration system 100 or a part thereof. The above software or program may be a program for causing a computer to execute an information processing method in the material exploration system 100 or a part thereof.
一実施形態において、上記の情報処理方法は、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測する情報処理方法であってよい。上記の情報処理方法は、例えば、予測の対象となる電極材料である対象材料を決定する材料決定段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、予測の対象となる特性である対象特性を決定する特性決定段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、対象特性が、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の電位である場合、(i)対象材料の分子のLUMO準位のエネルギーの値、及び、(ii)対象材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーの値を取得する入力値取得段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、入力値取得段階において取得された値を予測モデルに入力して、対象材料の対象特性の予測値を出力する予測段階を有する。上記の情報処理方法において、予測モデルは、例えば、材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の電位を目的変数とし、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー及び(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーを記述子として含む回帰モデルである。 In one embodiment, the information processing method may be an information processing method for predicting the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of an electrode material of the secondary battery. The information processing method has, for example, a material determination step for determining a target material, which is an electrode material to be predicted. The information processing method has, for example, a characteristic determination step for determining a target characteristic, which is a characteristic to be predicted. For example, when the target characteristic is the potential of the positive electrode when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, the information processing method has an input value acquisition step for acquiring (i) the energy value of the LUMO level of the molecule of the target material, and (ii) the energy value of the level one level higher than the LUMO level of the molecule of the target material. The information processing method has, for example, a prediction step for inputting the value acquired in the input value acquisition step into a prediction model and outputting a predicted value of the target characteristic of the target material. In the above information processing method, the prediction model is, for example, a regression model in which the objective variable is the potential of the positive electrode when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, and the descriptors include (a) the energy of the LUMO level of the material's molecules and (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the material's molecules.
他の実施形態において、上記の情報処理方法は、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測する情報処理方法であってよい。上記の情報処理方法は、例えば、予測の対象となる電極材料である対象材料を決定する材料決定段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、予測の対象となる特性である対象特性を決定する特性決定段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、対象特性が、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極容量である場合、(iii)対象材料の分子構造から導出される対象材料及び二次電池の金属イオンの反応数の1分子当たりの値、及び、(iv)対象材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数の1分子当たりの値を取得する入力値取得段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、入力値取得段階において取得された値を予測モデルに入力して、対象材料の対象特性の予測値を出力する予測段階を有する。上記の情報処理方法において、予測モデルは、例えば、材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極容量を目的変数とし、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を記述子として含む回帰モデルである。 In another embodiment, the information processing method may be an information processing method for predicting the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of an electrode material of the secondary battery. The information processing method may, for example, have a material determination step for determining a target material, which is an electrode material to be predicted. The information processing method may, for example, have a characteristic determination step for determining a target characteristic, which is a characteristic to be predicted. For example, when the target characteristic is a positive electrode capacity when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, the information processing method may have an input value acquisition step for acquiring (iii) a value per molecule of the number of reactions of the target material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the target material, and (iv) a value per molecule of the number of orbitals of the molecules of the target material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery. The information processing method may, for example, have a prediction step for inputting the values acquired in the input value acquisition step into a prediction model and outputting a predicted value of the target characteristic of the target material. In the above information processing method, the prediction model is, for example, a regression model in which the objective variable is the positive electrode capacity when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, (c) the number of reactions between the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule, as a descriptor.
さらに他の実施形態において、上記の情報処理方法は、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測する情報処理方法であってよい。上記の情報処理方法は、例えば、予測の対象となる電極材料である対象材料を決定する材料決定段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、予測の対象となる特性である対象特性を決定する特性決定段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、対象特性が、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合のエネルギー密度である場合、(i)対象材料の分子のLUMO準位のエネルギーの値、(ii)対象材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーの値、(iii)対象材料の分子構造から導出される対象材料及び二次電池の金属イオンの反応数の1分子当たりの値、及び、(iv)対象材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数の1分子当たりの値を取得する入力値取得段階を有する。上記の情報処理方法は、例えば、入力値取得段階において取得された値を予測モデルに入力して、対象材料の対象特性の予測値を出力する予測段階を有する。上記の情報処理方法において、予測モデルは、例えば、材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合のエネルギー密度を目的変数とし、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を記述子として含む回帰モデルである。 In yet another embodiment, the information processing method may be an information processing method for predicting the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of an electrode material of the secondary battery. The information processing method may, for example, have a material determination step for determining a target material, which is an electrode material to be predicted. The information processing method may, for example, have a characteristic determination step for determining a target characteristic, which is a characteristic to be predicted. For example, when the target characteristic is an energy density when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, the information processing method may have an input value acquisition step for acquiring (i) an energy value of the LUMO level of the molecule of the target material, (ii) an energy value of the level one level higher than the LUMO level of the molecule of the target material, (iii) a value per molecule of the number of reactions of the target material and the metal ion of the secondary battery derived from the molecular structure of the target material, and (iv) a value per molecule of the number of orbitals of the molecule of the target material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ion of the secondary battery. The information processing method may, for example, have a prediction step for inputting the value acquired in the input value acquisition step into a prediction model and outputting a predicted value of the target characteristic of the target material. In the above information processing method, the prediction model is a regression model that uses, for example, the energy density when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery as the objective variable, and includes, as descriptors, (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule.
さらに他の実施形態において、上記の情報処理方法は、二次電池の電極材料の特徴に基づいて二次電池の特性を予測するための予測モデルを構築する情報処理方法であってよい。上記の情報処理方法において、予測モデルは、例えば、二次電池の特性を目的変数とし、電極材料に関する1以上の特徴のそれぞれを記述子とする回帰モデルである。 In yet another embodiment, the above information processing method may be an information processing method for constructing a prediction model for predicting the characteristics of a secondary battery based on the characteristics of the electrode material of the secondary battery. In the above information processing method, the prediction model is, for example, a regression model in which the characteristics of the secondary battery are the objective variable and each of one or more characteristics related to the electrode material is a descriptor.
上記の情報処理方法は、例えば、それぞれが材料の特徴を表すN個の説明変数(Nは、2以上の正の整数である。)の中から、M個の説明変数(Mは、1以上N以下の正の整数である。)を、回帰モデルの記述子又は記述子の候補として選択する第1変数選択段階を有する。上記の情報処理方法において、第1変数選択段階は、例えば、複数の材料のそれぞれについて、当該材料が電極材料として用いられた場合の二次電池に関する一の特性の値と、当該材料の特徴に関するN個の説明変数の値とが対応付けられた教師データ群を取得する段階を含む。第1変数選択段階は、例えば、機械学習に基づく回帰分析を実行することで、N個の説明変数の中からM個の説明変数を選択する段階を含む。上記の情報処理方法において、N個の説明変数は、例えば、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を含む。N個の説明変数は、例えば、(e)材料及び二次電池の電解液のハンセン溶解性パラメータの分散項、(f)ハンセン溶解性パラメータの分極項、(g)ハンセン溶解性パラメータの水素結合項、(h)材料の分子の双極子モーメント、(i)材料の分子の部分電荷密度の最小値、及び、(j)材料の分子に含まれる炭素、水素及び酸素以外の元素の数であって、1分子当たりの元素数からなる群から選択される少なくとも1つをさらに含む。 The above information processing method includes, for example, a first variable selection step of selecting M explanatory variables (M is a positive integer between 1 and N) from among N explanatory variables (N is a positive integer between 2 and 1) each of which represents a characteristic of a material as a descriptor or candidate for a descriptor of a regression model. In the above information processing method, the first variable selection step includes, for example, a step of acquiring a group of teacher data in which, for each of a plurality of materials, a value of one characteristic related to a secondary battery when the material is used as an electrode material is associated with values of N explanatory variables related to the characteristics of the material. The first variable selection step includes, for example, a step of selecting M explanatory variables from among N explanatory variables by performing a regression analysis based on machine learning. In the above information processing method, the N explanatory variables include, for example, (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule. The N explanatory variables further include, for example, at least one selected from the group consisting of (e) the dispersion term of the Hansen solubility parameters of the material and the electrolyte of the secondary battery, (f) the polarization term of the Hansen solubility parameters, (g) the hydrogen bond term of the Hansen solubility parameters, (h) the dipole moment of the molecules of the material, (i) the minimum value of the partial charge density of the molecules of the material, and (j) the number of elements other than carbon, hydrogen, and oxygen contained in the molecules of the material, which is the number of elements per molecule.
材料探索システム100は、情報処理装置の一例であってよい。予測モデル構築部140は、モデル構築部又は情報処理装置の一例であってよい。スパースモデリング部144は、第1変数選択部、モデル構築部又は情報処理装置の一例であってよい。記述子調整部146は、第2変数選択部の一例であってよい。特性予測部160は、情報処理装置の一例であってよい。対象材料決定部162は、材料決定部の一例であってよい。対象特性決定部164は、特性決定部の一例であってよい。予測値出力部166は、情報処理装置の一例であってよい。構成分子は、材料の分子の一例であってよい。機械学習に用いられる各種のデータセットは、教師データ群の一例であってよい。 The material exploration system 100 may be an example of an information processing device. The predictive model construction unit 140 may be an example of a model construction unit or an information processing device. The sparse modeling unit 144 may be an example of a first variable selection unit, a model construction unit, or an information processing device. The descriptor adjustment unit 146 may be an example of a second variable selection unit. The property prediction unit 160 may be an example of an information processing device. The target material determination unit 162 may be an example of a material determination unit. The target property determination unit 164 may be an example of a property determination unit. The predicted value output unit 166 may be an example of an information processing device. The constituent molecules may be an example of molecules of the material. Various data sets used in machine learning may be an example of a teacher data group.
[別実施形態の一例]
本実施形態においては、スパースモデリング部144が、スパースモデリング法により、N個の説明変数の中からM個の説明変数を選択することで、予測モデルの候補を生成する場合を例として、材料探索システム100の一例が説明された。しかしながら、材料探索システム100は本実施形態に限定されない。
[An example of another embodiment]
In the present embodiment, an example of the material exploration system 100 has been described in which the sparse modeling unit 144 generates prediction model candidates by selecting M explanatory variables from N explanatory variables by the sparse modeling method. However, the material exploration system 100 is not limited to the present embodiment.
他の実施形態において、スパースモデリング部144は、任意の線形又は非線形の回帰分析手法を用いて予測モデルの候補を生成してよい。線形の回帰手法としては、上述された全状態探索法(ES-LiR法と称される場合がある)、ラッソ回帰(LASSOと称される場合がある)、重回帰(MLRと称される場合がある)、MCP回帰などが例示される。非線形の回帰手法としては、ランダムフォレスト回帰(RFと称される場合がある)、ニューラルネット回帰(NNと称される場合がある)、サポートベクター回帰(SVRと称される場合がある)、ロジスティック回帰などが例示される。 In other embodiments, the sparse modeling unit 144 may generate candidate predictive models using any linear or nonlinear regression analysis method. Examples of linear regression methods include the above-mentioned all-state search method (sometimes referred to as the ES-LiR method), lasso regression (sometimes referred to as LASSO), multiple regression (sometimes referred to as MLR), MCP regression, etc. Examples of nonlinear regression methods include random forest regression (sometimes referred to as RF), neural net regression (sometimes referred to as NN), support vector regression (sometimes referred to as SVR), logistic regression, etc.
本実施形態においては、スパースモデリング部144が予測モデルの候補を生成した後、記述子調整部146及び再構築部148における情報処理を経て予測モデルが構築される場合を例として、材料探索システム100の一例が説明された。しかしながら、材料探索システム100は本実施形態に限定されない。 In this embodiment, an example of the material exploration system 100 has been described using a case in which the sparse modeling unit 144 generates candidates for a predictive model, and then a predictive model is constructed through information processing in the descriptor adjustment unit 146 and the reconstruction unit 148. However, the material exploration system 100 is not limited to this embodiment.
他の実施形態において、記述子調整部146及び再構築部148における情報処理の少なくとも一部が省略されてよい。この場合、例えば、スパースモデリング部144の生成した予測モデルの候補が、予測モデルとして出力される。 In other embodiments, at least a portion of the information processing in the descriptor adjustment unit 146 and the reconstruction unit 148 may be omitted. In this case, for example, the candidate predictive model generated by the sparse modeling unit 144 is output as the predictive model.
図2は、格納部118の内部構造の一例を概略的に示す。本実施形態において、格納部118は、材料データベース220と、モデルデータベース240とを備える。本実施形態において、材料データベース220は、1以上の材料のそれぞれについて、材料ID222と、物質ID224と、二次電池の特性を表す情報226と、材料の特徴を表す情報228とを対応付けて格納する。本実施形態において、モデルデータベース240は、1以上の予測モデルのそれぞれについて、モデルID242と、目的変数ID244と、予測モデルを表す情報246とを対応づけて格納する。 Figure 2 shows a schematic diagram of an example of the internal structure of the storage unit 118. In this embodiment, the storage unit 118 includes a material database 220 and a model database 240. In this embodiment, the material database 220 stores, for each of one or more materials, a material ID 222, a substance ID 224, information 226 representing the characteristics of the secondary battery, and information 228 representing the characteristics of the material, in association with each other. In this embodiment, the model database 240 stores, for each of one or more prediction models, a model ID 242, a response variable ID 244, and information 246 representing the prediction model, in association with each other.
本実施形態において、材料ID222には、1以上の材料のそれぞれを識別するための識別情報が入力される。上記の識別情報は、各材料に割り当てられた記号であってもよく、各材料の名称であってもよい。 In this embodiment, identification information for identifying each of one or more materials is input to material ID 222. The above identification information may be a symbol assigned to each material, or may be the name of each material.
1以上の材料のそれぞれは、既知の電極材料であってもよく、探索対象となる材料であってもよい。材料ID222により識別される材料が既知の電極材料である場合、当該材料のレコードは、例えば、予測モデル構築部140における機械学習処理の教師データとして利用される。材料ID222により識別される材料が探索対象となる材料である場合、当該材料のレコードは、例えば、特性予測部160における予測処理の入力データとして利用される。 Each of the one or more materials may be a known electrode material or a material to be searched for. If the material identified by material ID 222 is a known electrode material, the record of the material is used, for example, as teacher data for machine learning processing in the prediction model construction unit 140. If the material identified by material ID 222 is a material to be searched for, the record of the material is used, for example, as input data for prediction processing in the characteristic prediction unit 160.
本実施形態において、物質ID224には、各材料に含まれる物質、又は、各材料を構成する物質を識別するための識別情報が入力される。上記の識別情報は、各物質に割り当てられた記号であってもよく、各物質の名称であってもよい。識別情報は、各物質の構造情報を含んでもよい。 In this embodiment, identification information for identifying the substances contained in each material or the substances constituting each material is input to the substance ID 224. The above identification information may be a symbol assigned to each substance or may be the name of each substance. The identification information may include structural information of each substance.
本実施形態において、二次電池の特性を表す情報226には、各材料が二次電池の電極材料として用いられた場合における当該二次電池の特性の値が入力される。例えば、二次電池の特性を表す情報226には、各材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合における当該二次電池の特性の値が入力される。上述されたとおり、二次電池の特性としては、正極の電位、二次電池の正極容量、二次電池のエネルギー密度などが例示される。 In this embodiment, the information 226 representing the characteristics of the secondary battery includes values of the characteristics of the secondary battery when each material is used as an electrode material of the secondary battery. For example, the information 226 representing the characteristics of the secondary battery includes values of the characteristics of the secondary battery when each material is used as a positive electrode active material of the secondary battery. As described above, examples of the characteristics of the secondary battery include the potential of the positive electrode, the positive electrode capacity of the secondary battery, and the energy density of the secondary battery.
材料ID222により識別される材料が既知の電極材料である場合、二次電池の特性を表す情報226には、当該特性の実験値、文献値などが入力される。一方、材料ID222により識別される材料が探索対象となる材料である場合、二次電池の特性を表す情報226に当該情報が不明であることを示す記号が入力されてもよく、二次電池の特性を表す情報226は空欄であってもよい。 When the material identified by material ID 222 is a known electrode material, experimental values, literature values, etc. of the characteristics are input into information 226 representing the characteristics of the secondary battery. On the other hand, when the material identified by material ID 222 is a material to be searched for, a symbol indicating that the information is unknown may be input into information 226 representing the characteristics of the secondary battery, or information 226 representing the characteristics of the secondary battery may be left blank.
本実施形態において、材料の特徴を表す情報228には、各材料の1以上の特徴のそれぞれの値が入力される。図1の電極材料の特徴に関連して説明されたとおり、材料の特徴を表す情報228には、各材料の特徴を表す文献値、カタログ値、実験値、計算値などが入力される。計算値としては、DFT計算の計算値、ハンセン溶解性パラメータの各項の計算値、ハンセン溶解性パラメータの計算値などが例示される。 In this embodiment, the values of one or more characteristics of each material are input to information 228 representing the material characteristics. As explained in relation to the characteristics of the electrode material in FIG. 1, literature values, catalog values, experimental values, calculated values, etc. representing the characteristics of each material are input to information 228 representing the material characteristics. Examples of calculated values include values calculated by DFT calculation, calculated values of each term of the Hansen solubility parameter, and calculated values of the Hansen solubility parameter.
本実施形態において、モデルID242には、1以上の予測モデルのそれぞれを識別するための識別情報が入力される。上記の識別情報は、各予測モデルに割り当てられた記号であってもよく、各予測モデルの名称であってもよい。 In this embodiment, identification information for identifying each of the one or more prediction models is input to model ID 242. The above identification information may be a symbol assigned to each prediction model, or may be the name of each prediction model.
本実施形態において、目的変数ID244には、各予測モデルの目的変数の識別情報が入力される。上記の識別情報は、各目的変数に割り当てられた記号であってもよく、各目的変数にの名称であってもよい。 In this embodiment, identification information of the objective variable of each prediction model is input to the objective variable ID 244. The above identification information may be a symbol assigned to each objective variable, or may be the name of each objective variable.
本実施形態において、予測モデルを表す情報246には、予測モデルを特定するための各種の情報が入力される。例えば、予測モデルを表す情報246には、各予測モデルに含まれる1以上の記述子のそれぞれを識別するための識別情報(記述子IDと称される場合がある。)と、各記述子に対応する回帰係数の値を示す情報とが対応づけて入力される。予測モデルを表す情報246には、各予測モデルの回帰定数の値を示す情報が入力されてもよい。 In this embodiment, various information for identifying a prediction model is input to the information 246 representing the prediction model. For example, identification information (sometimes referred to as a descriptor ID) for identifying each of one or more descriptors included in each prediction model is input to the information 246 representing the prediction model in association with information indicating the value of a regression coefficient corresponding to each descriptor. Information indicating the value of the regression constant of each prediction model may also be input to the information 246 representing the prediction model.
図3は、データベース構築部120における情報処理の一例を概略的に示す。本実施形態において、データベース構築部120は、材料データ登録部322と、材料データ計算部324とを備える。 Figure 3 shows an example of information processing in the database construction unit 120. In this embodiment, the database construction unit 120 includes a material data registration unit 322 and a material data calculation unit 324.
本実施形態において、材料データ登録部322は、制御部112の指示に従って、材料データの登録処理を開始する。制御部112は、例えば、入力部114からの指示又は要求に基づいて、材料データの登録処理を開始することを決定する。材料データの登録処理が開始されると、材料データ登録部322は、例えば、出力部116に表示される材料データベース220を構築するためのデータ入力画面を介して、ユーザからの各種のデータ入力を受け付ける。材料データ登録部322は、ユーザからの入力値を取得し、当該入力値を材料データベース220に登録する。 In this embodiment, the material data registration unit 322 starts the material data registration process according to instructions from the control unit 112. The control unit 112 decides to start the material data registration process, for example, based on an instruction or request from the input unit 114. When the material data registration process starts, the material data registration unit 322 accepts various data inputs from the user, for example, via a data input screen for constructing the material database 220 displayed on the output unit 116. The material data registration unit 322 acquires input values from the user and registers the input values in the material database 220.
また、材料データ登録部322は、材料データ計算部324に対して、材料の特徴を表す情報228に入力される特徴のうち、予め定められた種類の特徴を導出するための計算処理の実行を要求する。材料データ登録部322は、材料データ計算部324が出力した計算値を取得し、当該計算値を材料データベース220に登録する。 The material data registration unit 322 also requests the material data calculation unit 324 to execute a calculation process to derive a predetermined type of characteristic from among the characteristics input to the information 228 representing the material characteristics. The material data registration unit 322 acquires the calculated value output by the material data calculation unit 324 and registers the calculated value in the material database 220.
本実施形態において、材料データ計算部324は、各種の計算処理を実行する。例えば、材料データ計算部324は、材料データ登録部322から計算処理の対象となる材料の物質IDを取得する。材料データ計算部324は、物質IDにより識別される物質に関するDFT計算を実行する。材料データ計算部324は、DFT計算の計算結果を材料データ登録部322に出力する。材料データ計算部324は、ハンセン溶解パラメータの各項の値を計算してもよく、ハンセン溶解パラメータの値を計算してもよい。 In this embodiment, the material data calculation unit 324 executes various calculation processes. For example, the material data calculation unit 324 acquires a substance ID of a material to be subjected to the calculation process from the material data registration unit 322. The material data calculation unit 324 executes a DFT calculation for a substance identified by the substance ID. The material data calculation unit 324 outputs the calculation result of the DFT calculation to the material data registration unit 322. The material data calculation unit 324 may calculate the value of each term of the Hansen solubility parameter, or may calculate the value of the Hansen solubility parameter.
図4は、データセット生成部142における情報処理の一例を概略的に示す。本実施形態においては、データセット生成部142が、訓練用データセット420と、検証用データセット440と、再構築用データセット460とを生成する場合を例として、データセット生成部142の詳細が説明される。 Figure 4 shows an example of information processing in the dataset generation unit 142. In this embodiment, the details of the dataset generation unit 142 are described using an example in which the dataset generation unit 142 generates a training dataset 420, a validation dataset 440, and a reconstruction dataset 460.
本実施形態において、データセット生成部142は、例えば、スパースモデリング部144が予測モデルの構築処理を開始したことに応じて、訓練用データセット420と、検証用データセット440とを生成する。データセット生成部142は、スパースモデリング部144が生成する予測モデルの目的変数に応じて、適切なデータセットを生成し、生成されたデータセットをスパースモデリング部144に出力する。 In this embodiment, the dataset generation unit 142 generates a training dataset 420 and a validation dataset 440 in response to, for example, the sparse modeling unit 144 starting the process of constructing a predictive model. The dataset generation unit 142 generates an appropriate dataset in response to the objective variable of the predictive model generated by the sparse modeling unit 144, and outputs the generated dataset to the sparse modeling unit 144.
訓練用データセット420は、例えば、正極の電位を予測するための予測モデルの学習に用いられるデータセット422、二次電池の正極容量を予測するための予測モデルの学習に用いられるデータセット424、及び/又は、二次電池のエネルギー密度を予測するための予測モデルの学習に用いられるデータセット426を含む。検証用データセット440は、例えば、正極の電位を予測するための予測モデルの検証に用いられるデータセット442、二次電池の正極容量を予測するための予測モデルの検証に用いられるデータセット444、及び/又は、二次電池のエネルギー密度を予測するための予測モデルの検証に用いられるデータセット446を含む。 The training dataset 420 includes, for example, a dataset 422 used to train a predictive model for predicting the potential of the positive electrode, a dataset 424 used to train a predictive model for predicting the positive electrode capacity of the secondary battery, and/or a dataset 426 used to train a predictive model for predicting the energy density of the secondary battery. The validation dataset 440 includes, for example, a dataset 442 used to validate a predictive model for predicting the potential of the positive electrode, a dataset 444 used to validate a predictive model for predicting the positive electrode capacity of the secondary battery, and/or a dataset 446 used to validate a predictive model for predicting the energy density of the secondary battery.
例えば、データセット生成部142は、まず、材料データベース220の二次電池の特性を表す情報226を参照して、複数の材料のそれぞれについて、スパースモデリング部144が生成する予測モデルの目的変数に対応する値を抽出する。また、データセット生成部142は、例えば、抽出された予測モデルの目的変数に対応する値と、材料データベース220の材料の特徴を表す情報228に含まれる各材料に関する複数の説明変数の値とを対応付けて、教師データ群となるデータセットを生成する。次に、データセット生成部142は、教師データ群となるデータセットを分割して、訓練用データセット420と、検証用データセット440とを生成する。 For example, the dataset generation unit 142 first refers to the information 226 representing the characteristics of the secondary battery in the material database 220, and extracts, for each of the multiple materials, a value corresponding to the objective variable of the prediction model generated by the sparse modeling unit 144. In addition, the dataset generation unit 142 generates a dataset that serves as a teacher data group by, for example, associating the value corresponding to the objective variable of the extracted prediction model with the values of multiple explanatory variables related to each material included in the information 228 representing the characteristics of the material in the material database 220. Next, the dataset generation unit 142 divides the dataset that serves as the teacher data group to generate a training dataset 420 and a validation dataset 440.
また、本実施形態において、データセット生成部142は、例えば、再構築部148が予測モデルの構築処理を開始したことに応じて、再構築用データセット460を生成する。再構築用データセット460は、例えば、正極の電位を予測するための予測モデルの学習に用いられるデータセット462、二次電池の正極容量を予測するための予測モデルの学習に用いられるデータセット464、及び/又は、二次電池のエネルギー密度を予測するための予測モデルの学習に用いられるデータセット466を含む。再構築用データセット460は、データセット462、データセット464、及び、データセット466のそれぞれに対応する予測モデルの検証用のデータセット(図示されていない。)を含んでもよい。 In addition, in this embodiment, the dataset generation unit 142 generates a reconstruction dataset 460, for example, in response to the reconstruction unit 148 starting the construction process of the prediction model. The reconstruction dataset 460 includes, for example, a dataset 462 used to train a prediction model for predicting the potential of the positive electrode, a dataset 464 used to train a prediction model for predicting the positive electrode capacity of the secondary battery, and/or a dataset 466 used to train a prediction model for predicting the energy density of the secondary battery. The reconstruction dataset 460 may include a dataset (not shown) for verifying the prediction model corresponding to each of the dataset 462, the dataset 464, and the dataset 466.
一実施形態において、データセット生成部142は、訓練用データセット420及び/又は検証用データセット440と同様の手順により、再構築用データセット460を生成する。再構築用データセット460として、訓練用データセット420及び/又は検証用データセット440が再利用されてもよい。 In one embodiment, the dataset generator 142 generates the reconstruction dataset 460 by a procedure similar to that for the training dataset 420 and/or the validation dataset 440. The training dataset 420 and/or the validation dataset 440 may be reused as the reconstruction dataset 460.
他の実施形態において、データセット生成部142は、訓練用データセット420及び/又は検証用データセット440の中から、予測モデルの目的変数に対応する値が予め定められた条件に合致するデータを抽出することで、再構築用データセット460を生成する。上記の条件としては、予測モデルの目的変数に対応する値が予め定められた数値範囲の範囲内であるという条件が例示される。上記の数値範囲は、上限のみが定められていてもよく、下限のみが定められていてもよく、上限及び下限が定められていてもよい。 In another embodiment, the dataset generator 142 generates the reconstruction dataset 460 by extracting data in which the value corresponding to the objective variable of the prediction model meets a predetermined condition from the training dataset 420 and/or the validation dataset 440. An example of the above condition is that the value corresponding to the objective variable of the prediction model is within a predetermined numerical range. The above numerical range may have only an upper limit, only a lower limit, or both an upper limit and a lower limit.
これにより、例えば、外れ値が除外されたり、望ましい結果が得られるデータが抽出されたりする。その結果、予測精度に優れた予測モデルが構築され得る。 This allows, for example, outliers to be removed and data that will produce desirable results to be extracted. As a result, a predictive model with excellent prediction accuracy can be constructed.
訓練用データセット420は、教師データ群の一例であってよい。データセット422は、教師データ群の一例であってよい。データセット424は、教師データ群の一例であってよい。データセット426は、教師データ群の一例であってよい。 Training dataset 420 may be an example of a teacher data group. Dataset 422 may be an example of a teacher data group. Dataset 424 may be an example of a teacher data group. Dataset 426 may be an example of a teacher data group.
図5は、再構築用データセット460の生成処理の一例を概略的に示す。本実施形態においては、データセット生成部142が、P個(Pは1以上の正の整数である。)のデータを含むデータセット422に基づいて、Q個(Qは1以上P以下の正の整数である。)のデータを含むデータセット462を生成する場合を例として、再構築用データセット460の生成処理の詳細が説明される。 Figure 5 shows an example of a process for generating the reconstruction dataset 460. In this embodiment, the details of the process for generating the reconstruction dataset 460 are described using as an example a case in which the dataset generator 142 generates a dataset 462 including Q pieces of data (Q is a positive integer between 1 and P) based on a dataset 422 including P pieces of data (P is a positive integer between 1 and P).
本実施形態において、データセット生成部142は、データセット422の中から、予測モデルの目的変数に対応する値が予め定められた条件に合致するデータを抽出することで、データセット462を生成する。上記の条件は、例えば、入力部114が受け付けたユーザからの指示に基づいて設定される。上述されたとおり、上記の条件としては、予測モデルの目的変数に対応する値が予め定められた数値範囲の範囲内であるという条件が例示される。 In this embodiment, the dataset generation unit 142 generates the dataset 462 by extracting data in which the value corresponding to the objective variable of the prediction model meets a predetermined condition from the dataset 422. The above condition is set, for example, based on an instruction from a user received by the input unit 114. As described above, an example of the above condition is that the value corresponding to the objective variable of the prediction model is within a predetermined numerical range.
例えば、データセット生成部142は、データセット422の中から、正極の電位の値が予め定められた値よりも大きなデータを抽出することで、データセット462を生成する。データセット生成部142は、データセット422の中から、記述子調整部146が選択した記述子以外の記述子に関するデータを削除することで、データセット462を生成してもよい。 For example, the dataset generation unit 142 generates the dataset 462 by extracting data in which the positive electrode potential value is greater than a predetermined value from the dataset 422. The dataset generation unit 142 may generate the dataset 462 by deleting data related to descriptors other than the descriptor selected by the descriptor adjustment unit 146 from the dataset 422.
図6は、予測モデル構築部140における情報処理の一例を概略的に示す。本実施形態によれば、まず、制御部112が、例えばユーザからの要求に応じて、スパースモデリング部144に予測モデルの構築処理を開始させる。このとき、制御部112は、予測モデルの構築処理に関する各種の設定の内容を示す情報(設定情報と称される場合がある。)をスパースモデリング部144に出力してよい。上記の設定としては、回帰手法の種類、予測モデルの種類、交差検証に関する各種の設定、記述子の選定などが例示される。 Figure 6 shows an example of information processing in the predictive model construction unit 140. According to this embodiment, first, the control unit 112 causes the sparse modeling unit 144 to start the construction process of a predictive model, for example, in response to a request from a user. At this time, the control unit 112 may output information indicating the contents of various settings related to the construction process of a predictive model (sometimes referred to as setting information) to the sparse modeling unit 144. Examples of the above settings include the type of regression method, the type of predictive model, various settings related to cross-validation, and the selection of a descriptor.
また、制御部112は、データセット生成部142に対して、訓練用データセット420及び検証用データセット440の生成処理を開始させる。このとき、制御部112は、予測モデルの目的変数の種類を示す情報をデータセット生成部142に出力してよい。 The control unit 112 also causes the dataset generation unit 142 to start the process of generating the training dataset 420 and the validation dataset 440. At this time, the control unit 112 may output information indicating the type of the objective variable of the prediction model to the dataset generation unit 142.
データセット生成部142は、制御部112からの指示に応じて、訓練用データセット420及び検証用データセット440を生成する。上述されたとおり、訓練用データセット420及び検証用データセット440のそれぞれは、複数の材料のそれぞれに対応する複数のレコードを含み、複数のレコードのそれぞれは、単一の目的変数の値と、N個の説明変数の値とを対応付けて格納する。 The dataset generation unit 142 generates a training dataset 420 and a validation dataset 440 in response to instructions from the control unit 112. As described above, each of the training dataset 420 and the validation dataset 440 includes a plurality of records corresponding to each of a plurality of materials, and each of the plurality of records stores the value of a single objective variable in association with the values of N explanatory variables.
データセット生成部142は、訓練用データセット420を構築部642に出力する。データセット生成部142は、検証用データセット440を検証部644に出力する。 The dataset generation unit 142 outputs the training dataset 420 to the construction unit 642. The dataset generation unit 142 outputs the validation dataset 440 to the validation unit 644.
次に、スパースモデリング部144が、入力された訓練用データセット420を教師データ群とする機械学習により、ユーザにより指示された二次電池の特性を目的変数とする予測モデルの候補を生成する。このとき、スパースモデリング部144は、スパースモデリング法により、訓練用データセット420に含まれるN個の説明変数の中から、M個の説明変数を選択してよい。 Next, the sparse modeling unit 144 generates candidates for a prediction model with the characteristics of the secondary battery specified by the user as the objective variable by machine learning using the input training dataset 420 as a teacher data group. At this time, the sparse modeling unit 144 may select M explanatory variables from the N explanatory variables included in the training dataset 420 by the sparse modeling method.
一実施形態において、スパースモデリング部144は、モデルに含まれる記述子の組み合わせを変えて、構築部642によるモデルの構築と、検証部644によるモデルの検証とを繰り返すことで、記述子の組み合わせを最適化する。訓練用データセット420に含まれるN個の説明変数の全ての組み合わせについて、構築部642によるモデルの構築と、検証部644によるモデルの検証とが終了すると、出力部646が、最適化された記述子の組み合わせを出力する。出力部646は、選択されたM個の説明変数を示す情報と、当該M個の説明変数に対応する回帰係数の値を示す情報とを出力してよい。出力部646は、回帰定数の値を示す情報を出力してもよい。これにより、予測モデルの候補が生成される。このとき、選択されなかった説明変数に対応する回帰係数の値は0であってよい。これにより、訓練用データセット420に含まれるN個の説明変数の中から、M個の説明変数が選択される。 In one embodiment, the sparse modeling unit 144 optimizes the combination of descriptors by changing the combination of descriptors included in the model and repeating the construction of the model by the construction unit 642 and the verification of the model by the verification unit 644. When the construction of the model by the construction unit 642 and the verification of the model by the verification unit 644 are completed for all combinations of the N explanatory variables included in the training dataset 420, the output unit 646 outputs the optimized combination of descriptors. The output unit 646 may output information indicating the selected M explanatory variables and information indicating the values of the regression coefficients corresponding to the M explanatory variables. The output unit 646 may output information indicating the value of the regression constant. In this way, a candidate prediction model is generated. At this time, the value of the regression coefficient corresponding to the explanatory variable that was not selected may be 0. In this way, M explanatory variables are selected from the N explanatory variables included in the training dataset 420.
他の実施形態において、スパースモデリング部144は、L1正則化を利用して記述子数を絞るLASSO回帰や複数の決定木を組み合わせてアンサンブル学習を行うランダムフォレスト、マージン最大化の考え方を利用しε-不感損失関数を最小化するサポートベクター回帰等の機械学習手法を活用し、モデルに含まれる記述子の組み合わせを変えてモデルを構築・検証を繰り返すことで記述子の組み合わせを最適化する。出力部では最適化された記述子の組み合わせを出力する。線形回帰手法を利用した場合には、出力部は選択されたM個の説明変数を示す情報と、当該M個の説明変数に対応する回帰係数の値を示す情報とを出力してよい。非線形回帰手法を利用した場合には、出力部は選択されたM個の説明変数を示す情報と、同M個の説明変数によるモデルのハイパーパラメータを出力する。これにより、訓練用データセット420に含まれるN個の説明変数の中から、M個の説明変数が選択される。 In another embodiment, the sparse modeling unit 144 optimizes the combination of descriptors by repeatedly constructing and verifying a model by changing the combination of descriptors included in the model using machine learning techniques such as LASSO regression that uses L1 regularization to reduce the number of descriptors, random forest that combines multiple decision trees to perform ensemble learning, and support vector regression that uses the idea of margin maximization to minimize the ε-insensitive loss function. The output unit outputs the optimized combination of descriptors. When a linear regression technique is used, the output unit may output information indicating the selected M explanatory variables and information indicating the values of the regression coefficients corresponding to the M explanatory variables. When a nonlinear regression technique is used, the output unit outputs information indicating the selected M explanatory variables and hyperparameters of the model using the M explanatory variables. As a result, M explanatory variables are selected from the N explanatory variables included in the training dataset 420.
次に、記述子調整部146が、スパースモデリング部144が選択したM個の説明変数の中から、K個の説明変数を、予測モデルの記述子として選択する。例えば、記述子調整部146は、出力部116に、スパースモデリング部144の出力結果を示すための画面を表示させる。また、記述子調整部146は、出力部116に、ユーザによる説明変数の選択指示を受け付けるための入力画面を表示させる。記述子調整部146は、ユーザが入力部114に入力した選択指示を受け付け、当該選択指示に基づいて、K個の説明変数を予測モデルの記述子として選択する。記述子調整部146は、選択結果を示す情報を再構築部148に出力する。 Next, the descriptor adjustment unit 146 selects K explanatory variables as descriptors of the prediction model from the M explanatory variables selected by the sparse modeling unit 144. For example, the descriptor adjustment unit 146 causes the output unit 116 to display a screen for showing the output result of the sparse modeling unit 144. The descriptor adjustment unit 146 also causes the output unit 116 to display an input screen for accepting an instruction to select explanatory variables by the user. The descriptor adjustment unit 146 accepts the selection instruction input by the user to the input unit 114, and selects K explanatory variables as descriptors of the prediction model based on the selection instruction. The descriptor adjustment unit 146 outputs information indicating the selection result to the reconstruction unit 148.
次に、再構築部148が、記述子調整部146が出力したK個の説明変数に基づいて予測モデルを構築する。また、データセット生成部142が、制御部112からの指示に応じて、再構築用データセット460を生成する。再構築部148は、例えば、入力された再構築用データセット460を教師データ群とする機械学習により、ユーザにより指示された二次電池の特性を目的変数とし、記述子調整部146が出力したK個の説明変数により説明される材料の特徴を表すK個の記述子を含む予測モデルを構築する。再構築部148は、構築された予測モデルに関する各種の情報をモデルデータベース240に格納する。 Next, the reconstruction unit 148 constructs a prediction model based on the K explanatory variables output by the descriptor adjustment unit 146. The dataset generation unit 142 generates a reconstruction dataset 460 in response to an instruction from the control unit 112. The reconstruction unit 148 constructs a prediction model including K descriptors that represent the characteristics of the material explained by the K explanatory variables output by the descriptor adjustment unit 146, using, for example, machine learning with the input reconstruction dataset 460 as a training data group, the characteristics of the secondary battery specified by the user as the objective variable. The reconstruction unit 148 stores various information related to the constructed prediction model in the model database 240.
図7は、予測モデル構築部140における情報処理の他の例を概略的に示す。本実施形態において、予測モデル構築部140は、記述子調整部146に代えて記述子調整部746を備え、再構築部148を備えない点で、図6に関連して説明された実施形態と相違する。また、本実施形態においては、データセット生成部142が訓練用データセット420及び検証用データセット440を生成する前に、記述子調整部746が訓練用データセット420及び検証用データセット440を構成する説明変数を調整する点で、図6に関連して説明された実施形態と相違する。上記の相違点以外の特徴に関し、図7に関連して説明される実施形態は、図6に関連して説明された実施形態と同様の構成を有してよい。 FIG. 7 is a schematic diagram showing another example of information processing in the prediction model construction unit 140. In this embodiment, the prediction model construction unit 140 is different from the embodiment described in relation to FIG. 6 in that the prediction model construction unit 140 includes a descriptor adjustment unit 746 instead of the descriptor adjustment unit 146 and does not include the reconstruction unit 148. In addition, this embodiment is different from the embodiment described in relation to FIG. 6 in that the descriptor adjustment unit 746 adjusts explanatory variables constituting the training dataset 420 and the validation dataset 440 before the dataset generation unit 142 generates the training dataset 420 and the validation dataset 440. With respect to features other than the above differences, the embodiment described in relation to FIG. 7 may have a configuration similar to that of the embodiment described in relation to FIG. 6.
上述されたとおり、本実施形態においては、データセット生成部142が訓練用データセット420及び検証用データセット440を生成する前に、記述子調整部746が訓練用データセット420及び検証用データセット440を構成する説明変数を調整する。より具体的には、例えば、データセット生成部142が制御部112からの指示を受信すると、データセット生成部142は、まず、材料データベース220を参照して、訓練用データセット420などと同様の手順により、調整用データセット720を生成する。 As described above, in this embodiment, before the dataset generation unit 142 generates the training dataset 420 and the validation dataset 440, the descriptor adjustment unit 746 adjusts the explanatory variables constituting the training dataset 420 and the validation dataset 440. More specifically, for example, when the dataset generation unit 142 receives an instruction from the control unit 112, the dataset generation unit 142 first refers to the material database 220 and generates the adjustment dataset 720 in a similar procedure to the training dataset 420, etc.
本実施形態において、調整用データセット720は、複数の材料のそれぞれに対応する複数のレコードを含み、複数のレコードのそれぞれは、制御部112により示された目的変数の値と、L個の説明変数(Lは、N以上の正の整数である。Lは、Nを超える正の整数であってよい。)の値とを対応付けて格納する。L個の説明変数のそれぞれは、材料に関する複数の特徴のそれぞれを表す。L個の説明変数のそれぞれは、上述された第1の特徴群、第2の特徴群又は第3の特徴群に含まれる複数の特徴のうちのL個の特徴のそれぞれを表す説明変数であってよい。L個の説明変数のそれぞれは、第1の特徴群に含まれるN個の特徴を表す説明変数であってもよい。データセット生成部142は、生成された調整用データセット720を記述子調整部746に出力する。 In this embodiment, the adjustment dataset 720 includes a plurality of records corresponding to each of the plurality of materials, and each of the plurality of records stores the value of the objective variable indicated by the control unit 112 in correspondence with the values of L explanatory variables (L is a positive integer equal to or greater than N. L may be a positive integer greater than N). Each of the L explanatory variables represents a plurality of characteristics related to the material. Each of the L explanatory variables may be explanatory variables representing a respective one of the L characteristics among the plurality of characteristics included in the first feature group, the second feature group, or the third feature group described above. Each of the L explanatory variables may be explanatory variables representing the N characteristics included in the first feature group. The dataset generation unit 142 outputs the generated adjustment dataset 720 to the descriptor adjustment unit 746.
次に、記述子調整部746が、調整用データセット720に含まれるL個の説明変数の中から、N個の説明変数を、予測モデルの記述子の候補として選択する。例えば、記述子調整部746は、L個の説明変数のそれぞれについて、他の説明変数との相関関係の程度を決定する。記述子調整部746は、相関関係の程度が予め定められた基準よりも強い複数の説明変数のうち、一の説明変数を残し、他の説明変数を除外することで、L個の説明変数の中からN個の説明変数を選択する。 Next, the descriptor adjustment unit 746 selects N explanatory variables from the L explanatory variables included in the adjustment dataset 720 as candidates for the descriptor of the prediction model. For example, the descriptor adjustment unit 746 determines the degree of correlation with the other explanatory variables for each of the L explanatory variables. The descriptor adjustment unit 746 selects N explanatory variables from the L explanatory variables by leaving one explanatory variable out of multiple explanatory variables whose degree of correlation is stronger than a predetermined standard and excluding the other explanatory variables.
これにより、説明変数の個数が調整される。記述子調整部746は、調整結果を示す情報をデータセット生成部142に出力する。調整結果を示す情報は、例えば、記述子調整部746により選択されたN個の説明変数のそれぞれの識別情報を含む。 This adjusts the number of explanatory variables. The descriptor adjustment unit 746 outputs information indicating the adjustment result to the dataset generation unit 142. The information indicating the adjustment result includes, for example, identification information for each of the N explanatory variables selected by the descriptor adjustment unit 746.
次に、データセット生成部142が、材料データベース220を参照して、記述子調整部746により選択されたN個の説明変数の値を取得し、訓練用データセット420及び検証用データセット440を生成する。上述されたとおり、訓練用データセット420及び検証用データセット440のそれぞれは、複数の材料のそれぞれに対応する複数のレコードを含み、複数のレコードのそれぞれは、単一の目的変数の値と、N個の説明変数の値とを対応付けて格納する。データセット生成部142は、生成された訓練用データセット420及び検証用データセット440をスパースモデリング部144に出力する。 Next, the dataset generation unit 142 refers to the material database 220 to obtain the values of the N explanatory variables selected by the descriptor adjustment unit 746, and generates a training dataset 420 and a validation dataset 440. As described above, each of the training dataset 420 and the validation dataset 440 includes a plurality of records corresponding to each of the multiple materials, and each of the multiple records stores the value of a single objective variable and the values of the N explanatory variables in correspondence with each other. The dataset generation unit 142 outputs the generated training dataset 420 and validation dataset 440 to the sparse modeling unit 144.
次に、スパースモデリング部144が、図6に関連して説明された手順と同様の手順により、予測モデルの候補を生成する。本実施形態においては、記述子調整部146及び再構築部148における情報処理が省略される。そのため、上記の予測モデルの候補が、予測モデルとして出力される。スパースモデリング部144は、構築された予測モデルに関する各種の情報をモデルデータベース240に格納する。 Next, the sparse modeling unit 144 generates candidates for prediction models using a procedure similar to that described in relation to FIG. 6. In this embodiment, the information processing in the descriptor adjustment unit 146 and the reconstruction unit 148 is omitted. Therefore, the above-mentioned candidates for prediction models are output as prediction models. The sparse modeling unit 144 stores various information related to the constructed prediction models in the model database 240.
記述子調整部746は、第3変数選択部の一例であってよい。調整用データセット720を構成する複数の説明変数は、L個の説明変数の一例であってよい。 The descriptor adjustment unit 746 may be an example of a third variable selection unit. The multiple explanatory variables that make up the adjustment dataset 720 may be an example of L explanatory variables.
[別実施形態の一例]
本実施形態においては、予測モデル構築部140が記述子調整部146及び再構築部148を備えない場合を例として、材料探索システム100の一例が説明された。しかしながら、材料探索システム100は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、予測モデル構築部140は、記述子調整部746に加えて、記述子調整部146及び再構築部148を備えてよい。
[An example of another embodiment]
In this embodiment, an example of the material exploration system 100 has been described by taking as an example a case in which the predictive model construction unit 140 does not include the descriptor adjustment unit 146 and the reconstruction unit 148. However, the material exploration system 100 is not limited to this embodiment. In other embodiments, the predictive model construction unit 140 may include the descriptor adjustment unit 146 and the reconstruction unit 148 in addition to the descriptor adjustment unit 746.
図8は、特性予測部160における情報処理の一例を概略的に示す。本実施形態によれば、まず、対象材料決定部162が、対象材料を決定する。対象材料決定部162は、例えば、入力部114が受け付けたユーザからの指示に基づいて、対象材料を決定する。また、対象特性決定部164が、対象特性を決定する。対象特性決定部164は、例えば、入力部114が受け付けたユーザからの指示に基づいて、対象特性を決定する。 Figure 8 shows an example of information processing in the property prediction unit 160. According to this embodiment, first, the target material determination unit 162 determines the target material. The target material determination unit 162 determines the target material, for example, based on instructions from the user received by the input unit 114. In addition, the target property determination unit 164 determines the target property. The target property determination unit 164 determines the target property, for example, based on instructions from the user received by the input unit 114.
次に、予測値出力部166が、対象特性を予測するための予測モデルを特定する。予測値出力部166は、例えば、モデルデータベース240を参照して、対象特性決定部164が決定した対象特性を目的変数とする予測モデルを特定する。また、予測値出力部166は、モデルデータベース240を参照して、特定された予測モデルに含まれる記述子を特定する。 Next, the prediction value output unit 166 identifies a prediction model for predicting the target characteristic. The prediction value output unit 166, for example, refers to the model database 240 to identify a prediction model that uses the target characteristic determined by the target characteristic determination unit 164 as a target variable. The prediction value output unit 166 also refers to the model database 240 to identify the descriptors included in the identified prediction model.
次に、予測値出力部166は、例えば、材料データベース220にアクセスして、特定された予測モデルに含まれる記述子に対応する説明変数の値を示す情報を取得する。予測値出力部166は、取得された値を予測モデルに入力して、対象材料の対象特性の予測値を出力する。出力部116は、予測値出力部166が出力した予測値をユーザに提示する。 The predicted value output unit 166 then accesses, for example, the material database 220 to obtain information indicating the values of explanatory variables corresponding to the descriptors included in the identified prediction model. The predicted value output unit 166 inputs the obtained values into the prediction model and outputs the predicted values of the target properties of the target material. The output unit 116 presents the predicted values output by the predicted value output unit 166 to the user.
一実施形態において、対象特性が、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の電位である場合、予測値出力部166は、(i)対象材料の分子のLUMO準位のエネルギーの値、及び、(ii)対象材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーの値を取得する。予測値出力部166は、取得された値を上述された正極電位の予測モデルに入力して、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の電位の予測値を出力する。 In one embodiment, when the target characteristic is the potential of the positive electrode when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, the predicted value output unit 166 acquires (i) the energy value of the LUMO level of the molecules of the target material, and (ii) the energy value of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the target material. The predicted value output unit 166 inputs the acquired values into the above-described prediction model of the positive electrode potential, and outputs the predicted value of the positive electrode potential when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery.
他の実施形態において、対象特性が、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極容量である場合、予測値出力部166は、(iii)対象材料の分子構造から導出される対象材料及び二次電池の金属イオンの反応数の1分子当たりの値、及び、(iv)対象材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数の1分子当たりの値を取得する。予測値出力部166は、取得された値を上述された正極容量の予測モデルに入力して、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の二次電池の正極容量の予測値を出力する。 In another embodiment, when the target characteristic is the positive electrode capacity when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, the predicted value output unit 166 acquires (iii) a value per molecule of the number of reactions between the target material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the target material, and (iv) a value per molecule of the number of orbitals of the molecules of the target material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery. The predicted value output unit 166 inputs the acquired values into the above-described positive electrode capacity prediction model, and outputs a predicted value of the positive electrode capacity of the secondary battery when the target material is used as a positive electrode active material of the secondary battery.
さらに他の実施形態において、対象特性が、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合のエネルギー密度である場合、予測値出力部166は、(i)対象材料の分子のLUMO準位のエネルギーの値、(ii)対象材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーの値、(iii)対象材料の分子構造から導出される対象材料及び二次電池の金属イオンの反応数の1分子当たりの値、及び、(iv)対象材料の分子の軌道のうち二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数の1分子当たりの値を取得する。予測値出力部166は、取得された値を上述されたエネルギー密度の予測モデルに入力して、対象材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の二次電池のエネルギー密度の予測値を出力する。 In yet another embodiment, when the target characteristic is the energy density when the target material is used as a positive electrode active material of a secondary battery, the predicted value output unit 166 acquires (i) the energy value of the LUMO level of the molecule of the target material, (ii) the energy value of the level one level higher than the LUMO level of the molecule of the target material, (iii) the value per molecule of the number of reactions between the target material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the target material, and (iv) the value per molecule of the number of orbitals of the molecule of the target material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery. The predicted value output unit 166 inputs the acquired values into the energy density prediction model described above, and outputs a predicted value of the energy density of the secondary battery when the target material is used as a positive electrode active material of the secondary battery.
図9は、材料探索システム100における情報処理方法の一例を概略的に示す。本実施形態によれば、まず、ステップ912(ステップがSと省略される場合がある。)において、データベース構築部120が、材料データベース220を構築する。 Figure 9 shows an example of an information processing method in the material exploration system 100. According to this embodiment, first, in step 912 (step may be abbreviated as S), the database construction unit 120 constructs the material database 220.
次に、S922、S924及びS926において、特定の特性を目的変数とする予測モデルが構築される。まず、S922において、予測モデルに含まれる記述子の候補となる説明変数が決定される。例えば、記述子調整部746が、L個の説明変数の中からN個の説明変数を選択する。また、スパースモデリング部144が、N個の説明変数の中からM個の説明変数を選択する。S924において、記述子の候補となる説明変数の中から、予測モデルに用いられる記述子が決定される。例えば、記述子調整部146が、スパースモデリング部144により選択されたN個の説明変数の中からM個の説明変数を選択する。その後、S926において、選択された記述子を用いて予測モデルを構築する。例えば、再構築部148が、記述子調整部146により選択されたK個の説明変数を記述子として含む予測モデルを構築する。 Next, in S922, S924, and S926, a prediction model is constructed with a specific characteristic as the objective variable. First, in S922, explanatory variables that are candidates for the descriptors included in the prediction model are determined. For example, the descriptor adjustment unit 746 selects N explanatory variables from the L explanatory variables. Also, the sparse modeling unit 144 selects M explanatory variables from the N explanatory variables. In S924, a descriptor to be used in the prediction model is determined from the explanatory variables that are candidates for the descriptors. For example, the descriptor adjustment unit 146 selects M explanatory variables from the N explanatory variables selected by the sparse modeling unit 144. Then, in S926, a prediction model is constructed using the selected descriptors. For example, the reconstruction unit 148 constructs a prediction model that includes the K explanatory variables selected by the descriptor adjustment unit 146 as descriptors.
次に、S932において、特性予測部160が、予測モデル構築部140により構築された予測モデルを用いて、対象特性の予測値を算出する。これにより、処理が終了する。 Next, in S932, the characteristic prediction unit 160 calculates a predicted value of the target characteristic using the prediction model constructed by the prediction model construction unit 140. This ends the process.
図10は、本発明の複数の態様が全体的又は部分的に具現化されてよいコンピュータ3000の一例を示す。材料探索システム100の少なくとも一部は、コンピュータ3000により実現されてよい。例えば、データベース構築部120の少なくとも一部が、コンピュータ3000により実現される。例えば、予測モデル構築部140の少なくとも一部が、コンピュータ3000により実現される。例えば、特性予測部160の少なくとも一部が、コンピュータ3000により実現される。 Figure 10 shows an example of a computer 3000 in which multiple aspects of the present invention may be embodied in whole or in part. At least a part of the material exploration system 100 may be realized by the computer 3000. For example, at least a part of the database construction unit 120 is realized by the computer 3000. For example, at least a part of the predictive model construction unit 140 is realized by the computer 3000. For example, at least a part of the property prediction unit 160 is realized by the computer 3000.
コンピュータ3000にインストールされたプログラムは、コンピュータ3000に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられるオペレーション又は当該装置の1又は複数の「部」として機能させ、又は当該オペレーション又は当該1又は複数の「部」を実行させることができ、及び/又はコンピュータ3000に、本発明の実施形態に係るプロセス又は当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ3000に、本明細書に記載のフローチャート及びブロック図のブロックのうちのいくつか又はすべてに関連付けられた特定のオペレーションを実行させるべく、CPU3012によって実行されてよい。 A program installed on the computer 3000 may cause the computer 3000 to function as or perform operations associated with an apparatus according to an embodiment of the present invention or one or more "parts" of the apparatus, and/or to perform a process or steps of the process according to an embodiment of the present invention. Such a program may be executed by the CPU 3012 to cause the computer 3000 to perform certain operations associated with some or all of the blocks of the flowcharts and block diagrams described herein.
本実施形態によるコンピュータ3000は、CPU3012、RAM3014、グラフィックコントローラ3016、及びディスプレイデバイス3018を含み、それらはホストコントローラ3010によって相互に接続されている。コンピュータ3000はまた、通信インターフェース3022、ハードディスクドライブ3024、DVD-ROMドライブ3026、及びICカードドライブのような入出力ユニットを含み、それらは入出力コントローラ3020を介してホストコントローラ3010に接続されている。コンピュータはまた、ROM3030及びキーボード3042のようなレガシの入出力ユニットを含み、それらは入出力チップ3040を介して入出力コントローラ3020に接続されている。 The computer 3000 according to this embodiment includes a CPU 3012, a RAM 3014, a graphics controller 3016, and a display device 3018, which are interconnected by a host controller 3010. The computer 3000 also includes input/output units such as a communication interface 3022, a hard disk drive 3024, a DVD-ROM drive 3026, and an IC card drive, which are connected to the host controller 3010 via an input/output controller 3020. The computer also includes legacy input/output units such as a ROM 3030 and a keyboard 3042, which are connected to the input/output controller 3020 via an input/output chip 3040.
CPU3012は、ROM3030及びRAM3014内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ3016は、RAM3014内に提供されるフレームバッファ等又はそれ自体の中に、CPU3012によって生成されるイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス3018上に表示されるようにする。 The CPU 3012 operates according to the programs stored in the ROM 3030 and the RAM 3014, thereby controlling each unit. The graphics controller 3016 acquires image data generated by the CPU 3012 into a frame buffer or the like provided in the RAM 3014 or into itself, and causes the image data to be displayed on the display device 3018.
通信インターフェース3022は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ3024は、コンピュータ3000内のCPU3012によって使用されるプログラム及びデータを格納する。DVD-ROMドライブ3026は、プログラム又はデータをDVD-ROM3001から読み取り、ハードディスクドライブ3024にRAM3014を介してプログラム又はデータを提供する。ICカードドライブは、プログラム及びデータをICカードから読み取り、及び/又はプログラム及びデータをICカードに書き込む。 The communication interface 3022 communicates with other electronic devices via a network. The hard disk drive 3024 stores programs and data used by the CPU 3012 in the computer 3000. The DVD-ROM drive 3026 reads programs or data from the DVD-ROM 3001 and provides the programs or data to the hard disk drive 3024 via the RAM 3014. The IC card drive reads programs and data from an IC card and/or writes programs and data to an IC card.
ROM3030はその中に、アクティブ化時にコンピュータ3000によって実行されるブートプログラム等、及び/又はコンピュータ3000のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入出力チップ3040はまた、様々な入出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入出力コントローラ3020に接続してよい。 The ROM 3030 stores therein a boot program or the like that is executed by the computer 3000 upon activation, and/or a program that depends on the hardware of the computer 3000. The input/output chip 3040 may also connect various input/output units to the input/output controller 3020 via a parallel port, a serial port, a keyboard port, a mouse port, etc.
プログラムが、DVD-ROM3001又はICカードのようなコンピュータ可読記憶媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読記憶媒体から読み取られ、コンピュータ可読記憶媒体の例でもあるハードディスクドライブ3024、RAM3014、又はROM3030にインストールされ、CPU3012によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ3000に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置又は方法が、コンピュータ3000の使用に従い情報のオペレーション又は処理を実現することによって構成されてよい。 The programs are provided by a computer-readable storage medium such as a DVD-ROM 3001 or an IC card. The programs are read from the computer-readable storage medium, installed in the hard disk drive 3024, RAM 3014, or ROM 3030, which are also examples of computer-readable storage media, and executed by the CPU 3012. The information processing described in these programs is read by the computer 3000, and brings about cooperation between the programs and the various types of hardware resources described above. An apparatus or method may be constructed by realizing the operation or processing of information according to the use of the computer 3000.
例えば、通信がコンピュータ3000及び外部デバイス間で実行される場合、CPU3012は、RAM3014にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インターフェース3022に対し、通信処理を命令してよい。通信インターフェース3022は、CPU3012の制御の下、RAM3014、ハードディスクドライブ3024、DVD-ROM3001、又はICカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、又はネットワークから受信した受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ領域等に書き込む。 For example, when communication is performed between computer 3000 and an external device, CPU 3012 may execute a communication program loaded into RAM 3014 and instruct communication interface 3022 to perform communication processing based on the processing described in the communication program. Under the control of CPU 3012, communication interface 3022 reads transmission data stored in a transmission buffer area provided in RAM 3014, hard disk drive 3024, DVD-ROM 3001, or a recording medium such as an IC card, and transmits the read transmission data to the network, or writes received data received from the network to a reception buffer area or the like provided on the recording medium.
また、CPU3012は、ハードディスクドライブ3024、DVD-ROMドライブ3026(DVD-ROM3001)、ICカード等のような外部記録媒体に格納されたファイル又はデータベースの全部又は必要な部分がRAM3014に読み取られるようにし、RAM3014上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。CPU3012は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックしてよい。 The CPU 3012 may also cause all or a necessary portion of a file or database stored on an external recording medium such as the hard disk drive 3024, the DVD-ROM drive 3026 (DVD-ROM 3001), an IC card, etc. to be read into the RAM 3014, and perform various types of processing on the data on the RAM 3014. The CPU 3012 may then write back the processed data to the external recording medium.
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、及びデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。CPU3012は、RAM3014から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプのオペレーション、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索/置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をRAM3014に対しライトバックする。また、CPU3012は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第2の属性の属性値に関連付けられた第1の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、CPU3012は、当該複数のエントリの中から、第1の属性の属性値が指定されている条件に一致するエントリを検索し、当該エントリ内に格納された第2の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第1の属性に関連付けられた第2の属性の属性値を取得してよい。 Various types of information, such as various types of programs, data, tables, and databases, may be stored on the recording medium and may undergo information processing. The CPU 3012 may execute various types of processing on the data read from the RAM 3014, including various types of operations, information processing, conditional judgment, conditional branching, unconditional branching, information search/replacement, etc., as described throughout this disclosure and specified by the instruction sequence of the program, and write back the results to the RAM 3014. The CPU 3012 may also search for information in a file, database, etc. in the recording medium. For example, when a plurality of entries each having an attribute value of a first attribute associated with an attribute value of a second attribute are stored in the recording medium, the CPU 3012 may search for an entry whose attribute value of the first attribute matches a specified condition from among the plurality of entries, read the attribute value of the second attribute stored in the entry, and thereby obtain the attribute value of the second attribute associated with the first attribute that satisfies a predetermined condition.
上で説明したプログラム又はソフトウェアモジュールは、コンピュータ3000上又はコンピュータ3000近傍のコンピュータ可読記憶媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワーク又はインターネットに接続されたサーバシステム内に提供されるハードディスク又はRAMのような記録媒体が、コンピュータ可読記憶媒体として使用可能であり、それにより、上記のプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ3000に提供する。 The above-described programs or software modules may be stored in a computer-readable storage medium on the computer 3000 or in the vicinity of the computer 3000. In addition, a recording medium such as a hard disk or RAM provided in a server system connected to a dedicated communication network or the Internet can be used as a computer-readable storage medium, thereby providing the above-described programs to the computer 3000 via the network.
上記実施形態におけるフローチャート及びブロック図におけるブロックは、オペレーションが実行されるプロセスの段階又はオペレーションを実行する役割を持つ装置の「部」を表わしてよい。特定の段階及び「部」が、専用回路、コンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、及び/又はコンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタル及び/又はアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路(IC)及び/又はディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、及びプログラマブルロジックアレイ(PLA)等のような、論理積、論理和、排他的論理和、否定論理積、否定論理和、及び他の論理演算、フリップフロップ、レジスタ、並びにメモリエレメントを含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。 The blocks in the flowcharts and block diagrams in the above embodiments may represent stages of a process in which an operation is performed or "parts" of a device responsible for performing the operation. Particular stages and "parts" may be implemented by dedicated circuitry, programmable circuitry provided with computer-readable instructions stored on a computer-readable storage medium, and/or a processor provided with computer-readable instructions stored on a computer-readable storage medium. Dedicated circuitry may include digital and/or analog hardware circuitry, and may include integrated circuits (ICs) and/or discrete circuits. Programmable circuitry may include reconfigurable hardware circuitry including AND, OR, XOR, NAND, NOR, and other logical operations, flip-flops, registers, and memory elements, such as, for example, field programmable gate arrays (FPGAs), programmable logic arrays (PLAs), and the like.
コンピュータ可読記憶媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読記憶媒体は、フローチャート又はブロック図で指定されたオペレーションを実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読記憶媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例としては、フロッピー(登録商標)ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROM又はフラッシュメモリ)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)、静的ランダムアクセスメモリ(SRAM)、コンパクトディスクリードオンリメモリ(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、ブルーレイ(登録商標)ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。 A computer-readable storage medium may include any tangible device capable of storing instructions that are executed by a suitable device, such that a computer-readable storage medium having instructions stored thereon comprises an article of manufacture that includes instructions that can be executed to create means for performing the operations specified in the flowchart or block diagram. Examples of computer-readable storage media may include electronic storage media, magnetic storage media, optical storage media, electromagnetic storage media, semiconductor storage media, and the like. More specific examples of computer-readable storage media may include floppy disks, diskettes, hard disks, random access memories (RAMs), read-only memories (ROMs), erasable programmable read-only memories (EPROMs or flash memories), electrically erasable programmable read-only memories (EEPROMs), static random access memories (SRAMs), compact disk read-only memories (CD-ROMs), digital versatile disks (DVDs), Blu-ray disks, memory sticks, integrated circuit cards, and the like.
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ(ISA)命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、又はSmalltalk(登録商標)、JAVA(登録商標)、C++等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、及び「C」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、1又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコード又はオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。 The computer readable instructions may include either assembler instructions, instruction set architecture (ISA) instructions, machine instructions, machine-dependent instructions, microcode, firmware instructions, state setting data, or source or object code written in any combination of one or more programming languages, including object-oriented programming languages such as Smalltalk (registered trademark), JAVA (registered trademark), C++, etc., and conventional procedural programming languages such as the "C" programming language or similar programming languages.
コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサ、又はプログラマブル回路が、フローチャート又はブロック図で指定されたオペレーションを実行するための手段を生成するために当該コンピュータ可読命令を実行すべく、ローカルに又はローカルエリアネットワーク(LAN)、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク(WAN)を介して、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサ、又はプログラマブル回路に提供されてよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。 The computer-readable instructions may be provided to a processor of a general-purpose computer, special-purpose computer, or other programmable data processing apparatus, or a programmable circuit, either locally or over a local area network (LAN), a wide area network (WAN), such as the Internet, to cause the processor of the general-purpose computer, special-purpose computer, or other programmable data processing apparatus, or a programmable circuit, to execute the computer-readable instructions to generate means for performing the operations specified in the flowcharts or block diagrams. Examples of processors include computer processors, processing units, microprocessors, digital signal processors, controllers, microcontrollers, etc.
以下、実施例を示し、本技術を具体的に説明する。なお、本技術は下記の実施例に制限されるものではない。 The following provides examples to explain this technology in detail. Note that this technology is not limited to the following examples.
[実施例1]
(教師データの作成)
まず、下記の手順に従って、材料データベースを構築した。17報(参考文献1~17と称される。)の有機正極活物質の先行研究に基づいて、26種のキノン系有機化合物、2種のジスルフィド系有機化合物、及び、5種のイミン系有機化合物を含む38種類の低分子化合物について、平均反応電位[V]、単位質量当たりの正極容量[mAh/g]、及び、質量エネルギー密度[Wh/g]に関する文献値を収集した。また、上記の38種類の低分子化合物のそれぞれについて、DFT計算、ハンセン溶解度パラメータ計算などにより、上述の第1特徴群に関連して説明された46種類の説明変数の値を用意した。38種類の低分子化合物(化合物1~38と称される。)の構造式は下記のとおりであった。
[Example 1]
(Creating training data)
First, a material database was constructed according to the following procedure. Based on 17 previous studies of organic positive electrode active materials (referred to as References 1 to 17), literature values for the average reaction potential [V], positive electrode capacity per unit mass [mAh/g], and mass energy density [Wh/g] were collected for 38 types of low molecular weight compounds, including 26 types of quinone-based organic compounds, 2 types of disulfide-based organic compounds, and 5 types of imine-based organic compounds. In addition, for each of the above 38 types of low molecular weight compounds, values for 46 types of explanatory variables explained in relation to the above-mentioned first characteristic group were prepared by DFT calculation, Hansen solubility parameter calculation, etc. The structural formulas of the 38 types of low molecular weight compounds (referred to as Compounds 1 to 38) were as follows.
また、参考文献1~参考文献17は下記のとおりであった。
[参考文献1]M. M. Doeff, S. J. Visco, L. C. De Jonghe, J. Appl. Elctrochem, 1992, 22, 307.
[参考文献2]S. R. Deng, L. B. Kong, G. Q. Hu, T. Wu, D. Li, Y. H. Zhou, Z. Y. Li, Electrochemica Acta, 2006, 51, 2589.
[参考文献3]M. Lee, J. Hong, D. H. Seo, D. H. Nam, K. T. Nam, K. Kang, C. B. Park, Angew. Chem. Int. Ed, 2013, 52, 8322.
[参考文献4]S. Nishide, Y. Yamamoto, T. Takui, Y. Morita, ChemSusChem, 2013, 6, 794.
[参考文献5]T. Yokoji, Y. Kameyama, S. Sakaida, N. Maruyama, M. Satoh, H. Matsubara, Chem. Lett, 2015, 44, 1726.
[参考文献6]M. Yao, H. Senoh, S. Yamazaki, Z. Siroma, T. Sakai, K. Yasuda, Journal of Power Sources, 2010, 195, 8336.
[参考文献7]T. Yokoji, Y. Kameyama, N. Maruyama, H. Matsubara, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 5457.
[参考文献8]Y. Liang, P. Zhang, J. Chen, Chem. Sci, 2013, 4, 1330.
[参考文献9]Y. Liang, P. Zhang, S. Yang, Z. Tao, J. Chen, Adv. Energy Mater, 2013, 3, 600.
[参考文献10]Z. Luo, L. Liu, Q. Zhao, F. Li, J. Chen, Angew. Chem. Int. Ed, 2017, 56, 12561.
[参考文献11]A. Shimizu, H. Kuramoto, Y. Tsujii, T. Nokami, Y. Inatomi, N. Hojo, H. Suzuki, J. Yoshida, Journal of Power Sources, 2014, 260, 211.
[参考文献12]W. Wan, H. Lee, X. Yu, C. Wang, K. W. Nam, X. Q. Yang, H. Zhou, RSC Adv, 2014, 4, 19878.
[参考文献13]T. Yokoji, H. Matsubara, M. Satoh, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 19347.
[参考文献14]S. Gottis, A. L. Barres, F. Dolhem, P. Poizot, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 10870.
[参考文献15]R. Zeng, L. Xing, Y. Qiu, Y. Wang, W. Huang, W. Li, S. Yang, Electrochemica Acta, 2014, 146, 447.
[参考文献16]M. Yao, S. Yamazaki, H. Senoh, T. Sakai, T. Kiyobayashi, Mater. Sci. Engineering B, 2012, 177, 483.
[参考文献17]B. Tian, Z. Ding, G. H. Ning, W. Tang, C. Peng, B. Liu, J. Su, C. Su, K. P. Loh, Chem. Commun, 2017, 53, 2914.
Furthermore, References 1 to 17 were as follows.
[Reference 1] MM Doeff, SJ Visco, LC De Jonghe, J. Appl. Electrochem, 1992, 22, 307.
[Reference 2] SR Deng, LB Kong, GQ Hu, T. Wu, D. Li, YH Zhou, ZY Li, Electrochemica Acta, 2006, 51, 2589.
[Reference 3] M. Lee, J. Hong, DH Seo, DH Nam, KT Nam, K. Kang, CB Park, Angew. Chem. Int. Ed, 2013, 52, 8322.
[Reference 4] S. Nishide, Y. Yamamoto, T. Takui, Y. Morita, ChemSusChem, 2013, 6, 794.
[Reference 5] T. Yokoji, Y. Kameyama, S. Sakaida, N. Maruyama, M. Satoh, H. Matsubara, Chem. Lett, 2015, 44, 1726.
[Reference 6] M. Yao, H. Senoh, S. Yamazaki, Z. Siroma, T. Sakai, K. Yasuda, Journal of Power Sources, 2010, 195, 8336.
[Reference 7] T. Yokoji, Y. Kameyama, N. Maruyama, H. Matsubara, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 5457.
[Reference 8] Y. Liang, P. Zhang, J. Chen, Chem. Sci, 2013, 4, 1330.
[Reference 9] Y. Liang, P. Zhang, S. Yang, Z. Tao, J. Chen, Adv. Energy Mater, 2013, 3, 600.
[Reference 10] Z. Luo, L. Liu, Q. Zhao, F. Li, J. Chen, Angew. Chem. Int. Ed, 2017, 56, 12561.
[Reference 11] A. Shimizu, H. Kuramoto, Y. Tsujii, T. Nokami, Y. Inatomi, N. Hojo, H. Suzuki, J. Yoshida, Journal of Power Sources, 2014, 260, 211.
[Reference 12] W. Wan, H. Lee, X. Yu, C. Wang, KW Nam, XQ Yang, H. Zhou, RSC Adv, 2014, 4, 19878.
[Reference 13] T. Yokoji, H. Matsubara, M. Satoh, J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 19347.
[Reference 14] S. Gottis, AL Barres, F. Dolhem, P. Poizot, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 10870.
[Reference 15] R. Zeng, L. Xing, Y. Qiu, Y. Wang, W. Huang, W. Li, S. Yang, Electrochemica Acta, 2014, 146, 447.
[Reference 16] M. Yao, S. Yamazaki, H. Senoh, T. Sakai, T. Kiyobayashi, Mater. Sci. Engineering B, 2012, 177, 483.
[Reference 17] B. Tian, Z. Ding, GH Ning, W. Tang, C. Peng, B. Liu, J. Su, C. Su, KP Loh, Chem. Commun, 2017, 53, 2914.
次に、46種類の説明変数の相関関係に基づいて、28種類の説明変数の値を削除した。これにより、上記の38種類の低分子化合物のそれぞれについて、(i)平均反応電位[V]、単位質量当たりの正極容量[mAh/g]、及び、質量エネルギー密度[Wh/g]に関する文献値と、(ii)上記の第2特徴群に関連して説明された18種類の説明変数の値とが対応づけられたデータセットが構築された。 Next, based on the correlations among the 46 explanatory variables, the values of 28 explanatory variables were deleted. As a result, a data set was constructed in which, for each of the 38 low molecular weight compounds mentioned above, (i) literature values for the average reaction potential [V], positive electrode capacity per unit mass [mAh/g], and mass energy density [Wh/g] were associated with (ii) the values of the 18 explanatory variables described in relation to the second group of features mentioned above.
(予測モデルの構築)
次に、上記のデータセットを教師データとして用いて、全状態探索法に基づくスパースモデリングを実行することにより説明変数を削減した。スパースモデリングにおいては、38種類の低分子化合物のデータのうち、30種類前後の低分子化合物のデータを訓練用データとして利用し、10種類前後の低分子化合物のデータを検証用データとして利用した。
(Building a predictive model)
Next, the explanatory variables were reduced by performing sparse modeling based on the full state search method using the above dataset as training data. In the sparse modeling, data on about 30 types of low molecular weight compounds out of the data on 38 types of low molecular weight compounds were used as training data, and data on about 10 types of low molecular weight compounds were used as validation data.
次に、化学的考察と、データ取得の容易性とを考慮して、スパースモデリングにより抽出された説明変数をさらに削減した。これにより、平均反応電位[V]の予測モデルの記述子として、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギーと、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーとを抽出した。また、単位質量当たりの正極容量[mAh/g]の予測モデルの記述子として、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数と、(d)材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数とを抽出した。さらに、質量エネルギー密度[Wh/g]の予測モデルの記述子として、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギーと、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーと、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数と、(d)材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数とを抽出した。 Next, taking into consideration chemical considerations and ease of data acquisition, the explanatory variables extracted by sparse modeling were further reduced. As a result, (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, and (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material were extracted as descriptors of the prediction model of the average reaction potential [V]. In addition, (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule, were extracted as descriptors of the prediction model of the positive electrode capacity per unit mass [mAh/g]. Furthermore, as descriptors of the prediction model for mass energy density [Wh/g], (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material, (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material, (c) the number of reactions between the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material that have an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule.
次に、平均反応電位[V]、単位質量当たりの正極容量[mAh/g]、及び、質量エネルギー密度[Wh/g]のそれぞれの予測モデルについて、上述されたデータセットを用いて、抽出された記述子からなる線形回帰モデルの機械学習を実行した。このとき、38種類の低分子化合物のデータを訓練用データとして利用した。 Next, machine learning of a linear regression model consisting of the extracted descriptors was performed using the above-mentioned dataset for each prediction model of the average reaction potential [V], the positive electrode capacity per unit mass [mAh/g], and the mass energy density [Wh/g]. At this time, data on 38 types of low molecular weight compounds was used as training data.
[実施例2]
予測モデルの構築時に、全状態探索法に基づくスパースモデリングを実行することにより説明変数を削減する代わりに、ラッソ回帰(LASSO)に基づくスパースモデリングを実行することにより説明変数を削減した点を除いて、実施例1と同様の手順により、平均反応電位[V]、単位質量当たりの正極容量[mAh/g]、及び、質量エネルギー密度[Wh/g]のそれぞれの予測モデルを構築した。
[Example 2]
When constructing the prediction model, instead of reducing the explanatory variables by performing sparse modeling based on the full state search method, sparse modeling based on Lasso regression (LASSO) was performed to reduce the explanatory variables, and the same procedures as in Example 1 were used to construct prediction models for the average reaction potential [V], the positive electrode capacity per unit mass [mAh / g], and the mass energy density [Wh / g].
[実施例3]
予測モデルの構築時に、全状態探索法に基づくスパースモデリングを実行することにより説明変数を削減する代わりに、重回帰(MLR)に基づくスパースモデリングを実行することにより説明変数を削減した点を除いて、実施例1と同様の手順により、平均反応電位[V]、単位質量当たりの正極容量[mAh/g]、及び、質量エネルギー密度[Wh/g]のそれぞれの予測モデルを構築した。
[Example 3]
When constructing the prediction models, instead of reducing the explanatory variables by performing sparse modeling based on the full state search method, sparse modeling based on multiple linear regression (MLR) was performed to reduce the explanatory variables. Except for this, a prediction model was constructed for each of the average reaction potential [V], the positive electrode capacity per unit mass [mAh/g], and the mass energy density [Wh/g] by the same procedure as in Example 1.
[実施例4]
予測モデルの構築時に、全状態探索法に基づくスパースモデリングを実行することにより説明変数を削減する代わりに、ランダムフォレスト回帰(RF)に基づくスパースモデリングを実行することにより説明変数を削減した点を除いて、実施例1と同様の手順により、平均反応電位[V]、単位質量当たりの正極容量[mAh/g]、及び、質量エネルギー密度[Wh/g]のそれぞれの予測モデルを構築した。
[Example 4]
When constructing the prediction models, instead of reducing the explanatory variables by performing sparse modeling based on the full state search method, sparse modeling based on random forest regression (RF) was performed to reduce the explanatory variables. Except for this, a prediction model was constructed for each of the average reaction potential [V], the positive electrode capacity per unit mass [mAh/g], and the mass energy density [Wh/g] by the same procedure as in Example 1.
[実施例5]
予測モデルの構築時に、全状態探索法に基づくスパースモデリングを実行することにより説明変数を削減する代わりに、ニューラルネット回帰(NN)に基づくスパースモデリングを実行することにより説明変数を削減した点を除いて、実施例1と同様の手順により、平均反応電位[V]、単位質量当たりの正極容量[mAh/g]、及び、質量エネルギー密度[Wh/g]のそれぞれの予測モデルを構築した。
[Example 5]
When constructing the prediction models, instead of reducing the explanatory variables by performing sparse modeling based on the full state search method, sparse modeling based on neural network regression (NN) was performed to reduce the explanatory variables. Except for this, a prediction model was constructed for each of the average reaction potential [V], the positive electrode capacity per unit mass [mAh/g], and the mass energy density [Wh/g] by the same procedure as in Example 1.
[実施例6]
予測モデルの構築時に、全状態探索法に基づくスパースモデリングを実行することにより説明変数を削減する代わりに、サポートベクター回帰(SVR)に基づくスパースモデリングを実行することにより説明変数を削減した点を除いて、実施例1と同様の手順により、平均反応電位[V]、単位質量当たりの正極容量[mAh/g]、及び、質量エネルギー密度[Wh/g]のそれぞれの予測モデルを構築した。
[Example 6]
When constructing the prediction models, instead of reducing the explanatory variables by performing sparse modeling based on the full state search method, sparse modeling based on support vector regression (SVR) was performed to reduce the explanatory variables. Except for this, a prediction model was constructed for each of the average reaction potential [V], the positive electrode capacity per unit mass [mAh/g], and the mass energy density [Wh/g] by the same procedure as in Example 1.
[予測モデルの評価]
(評価用データセットの作成)
下記の手順に従って、予測モデルの評価用のデータセットを作成した。まず、教師データの作成に用いた17報の先行研究とは異なる21報の先行研究に基づいて、15種のキノン系有機化合物及び6種のイミン系有機化合物を含む22種類の低分子化合物について、平均反応電位[V]、単位質量当たりの正極容量[mAh/g]、及び、質量エネルギー密度[Wh/g]に関する文献値を収集した。22種類の低分子化合物は、上述された38種類の低分子化合物とは異なる化合物である。
[Evaluation of predictive models]
(Creating an evaluation dataset)
A data set for evaluating the predictive model was created according to the following procedure. First, based on 21 previous studies different from the 17 previous studies used to create the teacher data, literature values for the average reaction potential [V], positive electrode capacity per unit mass [mAh/g], and mass energy density [Wh/g] were collected for 22 types of low molecular weight compounds, including 15 types of quinone organic compounds and 6 types of imine organic compounds. The 22 types of low molecular weight compounds are different from the 38 types of low molecular weight compounds described above.
また、上記の22種類の低分子化合物のそれぞれについて、DFT計算、ハンセン溶解度パラメータ計算などにより、(a)材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)材料の分子構造から導出される材料及び二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数の4個の説明変数のそれぞれの値を用意した。これにより、上記の22種類の低分子化合物のそれぞれについて、(i)平均反応電位[V]、単位質量当たりの正極容量[mAh/g]、及び、質量エネルギー密度[Wh/g]に関する文献値と、(ii)上記の4種類の説明変数の値とが対応づけられた評価用データセットが構築された。 For each of the 22 types of low molecular weight compounds, values for four explanatory variables were prepared by DFT calculation, Hansen solubility parameter calculation, etc.: (a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material; (b) the energy of the level one level higher than the LUMO level of the molecules of the material; (c) the number of reactions of the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, which is the number of reactions per molecule; and (d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, which is the number of orbitals per molecule. As a result, an evaluation dataset was constructed in which literature values for (i) the average reaction potential [V], the positive electrode capacity per unit mass [mAh/g], and the mass energy density [Wh/g] were associated with (ii) the values of the four explanatory variables for each of the 22 types of low molecular weight compounds.
(実施例1の予測モデルの評価)
評価用データセットに含まれる22種類の低分子化合物のそれぞれについて、実施例1において構築された各予測モデルに、評価用データセットに含まれる説明変数の値を入力して、平均反応電位、単位質量当たりの正極容量、及び、質量エネルギー密度のそれぞれの予測値を算出した。また、参考として、教師データに含まれる38種類の低分子化合物のそれぞれについて、実施例1において構築された各予測モデルに、教師データに含まれる説明変数の値を入力して、平均反応電位、単位質量当たりの正極容量、及び、質量エネルギー密度のそれぞれの予測値を算出した。
(Evaluation of the prediction model of Example 1)
For each of the 22 types of low molecular weight compounds included in the evaluation dataset, the predicted values of the average reaction potential, the positive electrode capacity per unit mass, and the mass energy density were calculated by inputting the values of the explanatory variables included in the evaluation dataset into each prediction model constructed in Example 1. Also, for reference, for each of the 38 types of low molecular weight compounds included in the teacher data, the predicted values of the average reaction potential, the positive electrode capacity per unit mass, and the mass energy density were calculated by inputting the values of the explanatory variables included in the teacher data into each prediction model constructed in Example 1.
図11に、平均反応電位の予測値及び実測値の関係を示す。図12に、単位質量当たりの正極容量の予測値及び実測値の関係を示す。図13に、質量エネルギー密度の予測値及び実測値の関係を示す。図11~図13において、縦軸は予測値を示し、横軸は実測値(文献値)を示す。図11~図13において、丸形のマーカは、教師データを用いた場合における予測値及び実測値の関係を示し、三角形のマーカは、評価用データを用いた場合における予測値及び実測値の関係を示す。 Figure 11 shows the relationship between the predicted and measured average reaction potential. Figure 12 shows the relationship between the predicted and measured positive electrode capacity per unit mass. Figure 13 shows the relationship between the predicted and measured mass energy density. In Figures 11 to 13, the vertical axis shows the predicted values, and the horizontal axis shows the measured values (literature values). In Figures 11 to 13, circular markers show the relationship between the predicted and measured values when teacher data is used, and triangular markers show the relationship between the predicted and measured values when evaluation data is used.
平均反応電位、単位質量当たりの正極容量、及び、質量エネルギー密度のそれぞれの予測値と、評価用データセットに含まれるそれぞれの実測値とを比較したところ、平均反応電位の二乗平均平方誤差(RMSE)は、0.240[V]であった。単位質量当たりの正極容量の二乗平均平方誤差(RMSE)は、52.2[mAh/g]であった。質量エネルギー密度の二乗平均平方誤差(RMSE)は、0.160[Wh/g]であった。 When the predicted values of the average reaction potential, the positive electrode capacity per unit mass, and the mass energy density were compared with the actual measured values included in the evaluation dataset, the root mean square error (RMSE) of the average reaction potential was 0.240 [V]. The root mean square error (RMSE) of the positive electrode capacity per unit mass was 52.2 [mAh/g]. The root mean square error (RMSE) of the mass energy density was 0.160 [Wh/g].
なお、評価用データセット(テストデータと)に対するRMSEはそれぞれ、0.293[V]100[mAh/g]、0.263[Wh/g]であった。これにより、実施例1の予測モデルは十分な予測精度を有することが示された。 The RMSE for the evaluation data set (and the test data) was 0.293 [V] 100 [mAh/g] and 0.263 [Wh/g], respectively. This shows that the prediction model of Example 1 has sufficient prediction accuracy.
また、図11~図13に示されるとおり、教師データが存在しない領域に存在する評価用データについても精度よく予測できていることがわかる。これにより、実施例1の予測モデルは外挿性を有することが示された。 In addition, as shown in Figures 11 to 13, it can be seen that accurate predictions can be made even for evaluation data that exists in areas where no training data exists. This demonstrates that the prediction model of Example 1 has extrapolation capabilities.
(実施例2~実施例6の予測モデルの評価)
実施例2~実施例6の予測モデルについても、実施例1の予測モデルと同様の手順により、評価用データセットに含まれる22種類の低分子化合物のそれぞれについて、平均反応電位、単位質量当たりの正極容量、及び、質量エネルギー密度のそれぞれの予測値を算出した。また、参考として、教師データに含まれる38種類の低分子化合物のそれぞれについて、平均反応電位、単位質量当たりの正極容量、及び、質量エネルギー密度のそれぞれの予測値を算出した。
(Evaluation of Prediction Models of Examples 2 to 6)
For the prediction models of Examples 2 to 6, the predicted values of the average reaction potential, the positive electrode capacity per unit mass, and the mass energy density were calculated for each of the 22 types of low molecular weight compounds included in the evaluation dataset using the same procedure as for the prediction model of Example 1. In addition, for reference, the predicted values of the average reaction potential, the positive electrode capacity per unit mass, and the mass energy density were calculated for each of the 38 types of low molecular weight compounds included in the teacher data.
実施例2~実施例6の各予測モデルの結果に関して、実施例1の予測モデルと同様の手順により、評価用データセットを用いた場合における、平均反応電位、単位質量当たりの正極容量及び質量エネルギー密度の二乗平均平方誤差(RMSE)を算出した。また、教師データを用いた場合における、平均反応電位、単位質量当たりの正極容量及び質量エネルギー密度の二乗平均平方誤差(RMSE)を算出した。 For the results of each prediction model in Examples 2 to 6, the root mean square error (RMSE) of the average reaction potential, the positive electrode capacity per unit mass, and the mass energy density was calculated using the same procedure as for the prediction model in Example 1 when the evaluation data set was used. In addition, the root mean square error (RMSE) of the average reaction potential, the positive electrode capacity per unit mass, and the mass energy density was calculated when the training data was used.
図14に、実施例1~実施例6における平均反応電位のRMSEを示す。図15に、実施例1~実施例6における単位質量当たりの正極容量のRMSEを示す。図16に、実施例1~実施例6における質量エネルギー密度のRMSEを示す。図14~図16において、縦軸は各特性のRMSEの大きさを示す。図14~図16において、各実施例の左側の棒グラフは教師データが用いられた場合におけるRMSEを示し、各実施例の右側の棒グラフは評価用データセットが用いられた場合におけるRMSEを示す。 Figure 14 shows the RMSE of the average reaction potential in Examples 1 to 6. Figure 15 shows the RMSE of the positive electrode capacity per unit mass in Examples 1 to 6. Figure 16 shows the RMSE of the mass energy density in Examples 1 to 6. In Figures 14 to 16, the vertical axis shows the magnitude of the RMSE of each characteristic. In Figures 14 to 16, the bar graphs on the left side of each Example show the RMSE when the training data was used, and the bar graphs on the right side of each Example show the RMSE when the evaluation dataset was used.
図14~図16に示されるとおり、実施例2~実施例6の予測モデルも十分な予測精度を有することがわかる。また、本明細書の記載に接した当業者であれば、実施例1~3の実施例を考慮して、MCP回帰などの他の線形の回帰手法によっても比較的精度のよい予測モデルが得られることを理解することができる。同様に、本明細書の記載に接した当業者であれば、実施例4~6の実施例を考慮して、ロジスティック回帰など他の非線形の回帰手法によっても比較的精度のよい予測モデルが得られることを理解することができる。 As shown in Figures 14 to 16, it can be seen that the prediction models of Examples 2 to 6 also have sufficient prediction accuracy. Furthermore, a person skilled in the art who has read the description of this specification can understand that, taking into account Examples 1 to 3, a relatively accurate prediction model can also be obtained using other linear regression methods such as MCP regression. Similarly, a person skilled in the art who has read the description of this specification can understand that, taking into account Examples 4 to 6, a relatively accurate prediction model can also be obtained using other non-linear regression methods such as logistic regression.
また、特に、実施例1の手法によれば、他の実施例の手法と比較して、平均反応電位、単位質量当たりの正極容量及び質量エネルギー密度の全てにおいて、RMSEが小さく、教師データに対するRMSE及び評価用データセットに対するRMSEの差が小さいことがわかる。このように、実施例1の手法によれば、平均反応電位、単位質量当たりの容量及び質量エネルギー密度の全てにおいて、汎化性能に優れた予測モデルが構築され得る。 In particular, it can be seen that the method of Example 1 has a smaller RMSE for all of the average reaction potential, positive electrode capacity per unit mass, and mass energy density, and the difference between the RMSE for the training data and the RMSE for the evaluation data set is smaller, compared to the methods of the other examples. Thus, the method of Example 1 can construct a prediction model with excellent generalization performance for all of the average reaction potential, capacity per unit mass, and mass energy density.
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、技術的に矛盾しない範囲において、特定の実施形態について説明した事項を、他の実施形態に適用することができる。また、各構成要素は、名称が同一で、参照符号が異なる他の構成要素と同様の特徴を有してもよい。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It is clear to those skilled in the art that various modifications or improvements can be made to the above embodiments. Furthermore, the matters described for a specific embodiment can be applied to other embodiments to the extent that there is no technical contradiction. Furthermore, each component may have the same characteristics as other components with the same name but different reference numbers. It is clear from the claims that forms with such modifications or improvements can also be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process, such as operations, procedures, steps, and stages, in the devices, systems, programs, and methods shown in the claims, specifications, and drawings is not specifically stated as "before" or "prior to," and it should be noted that the processes may be performed in any order, unless the output of a previous process is used in a later process. Even if the operational flow in the claims, specifications, and drawings is explained using "first," "next," etc. for convenience, it does not mean that it is necessary to perform the processes in that order.
100 材料探索システム、112 制御部、114 入力部、116 出力部、118 格納部、120 データベース構築部、140 予測モデル構築部、142 データセット生成部、144 スパースモデリング部、146 記述子調整部、148 再構築部、160 特性予測部、162 対象材料決定部、164 対象特性決定部、166 予測値出力部、220 材料データベース、222 材料ID、224 物質ID、226 情報、228 情報、240 モデルデータベース、242 モデルID、244 目的変数ID、246 情報、288 情報、322 材料データ登録部、324 材料データ計算部、420 訓練用データセット、422 データセット、424 データセット、426 データセット、440 検証用データセット、442 データセット、444 データセット、446 データセット、460 再構築用データセット、462 データセット、464 データセット、466 データセット、642 構築部、644 検証部、646 出力部、720 調整用データセット、746 記述子調整部、3000 コンピュータ、3001 DVD-ROM、3010 ホストコントローラ、3012 CPU、3014 RAM、3016 グラフィックコントローラ、3018 ディスプレイデバイス、3020 入出力コントローラ、3022 通信インターフェース、3024 ハードディスクドライブ、3026 DVD-ROMドライブ、3030 ROM、3040 入出力チップ、3042 キーボード 100 Material exploration system, 112 Control unit, 114 Input unit, 116 Output unit, 118 Storage unit, 120 Database construction unit, 140 Prediction model construction unit, 142 Data set generation unit, 144 Sparse modeling unit, 146 Descriptor adjustment unit, 148 Reconstruction unit, 160 Property prediction unit, 162 Target material determination unit, 164 Target property determination unit, 166 Prediction value output unit, 220 Material database, 222 Material ID, 224 Material ID, 226 Information, 228 Information, 240 Model database, 242 Model ID, 244 Object variable ID, 246 Information, 288 Information, 322 Material data registration unit, 324 Material data calculation unit, 420 Training data set, 422 Data set, 424 Data set, 426 Data set, 440 Verification data set, 442 Data set, 444 Data set, 446 Data set, 460 Reconstruction data set, 462 Data set, 464 Data set, 466 Data set, 642 Construction unit, 644 Verification unit, 646 Output unit, 720 Adjustment data set, 746 Descriptor adjustment unit, 3000 Computer, 3001 DVD-ROM, 3010 Host controller, 3012 CPU, 3014 RAM, 3016 Graphic controller, 3018 Display device, 3020 Input/output controller, 3022 Communication interface, 3024 Hard disk drive, 3026 DVD-ROM drive, 3030 ROM, 3040 Input/output chip, 3042 Keyboard
Claims (18)
前記予測の対象となる前記電極材料である対象材料を決定する材料決定部と、
前記予測の対象となる前記特性である対象特性を決定する特性決定部と、
前記対象特性が、前記対象材料が前記二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の反応電位である場合、(i)前記対象材料の分子のLUMO準位のエネルギーの値、及び、(ii)前記対象材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーの値を取得する入力値取得部と、
前記入力値取得部が取得した前記値を予測モデルに入力して、前記対象材料の前記対象特性の予測値を出力する予測部と、
を備え、
前記予測モデルは、
材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の電位を目的変数とし、
(a)前記材料の分子のLUMO準位のエネルギー及び(b)前記材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーを記述子として含む、
回帰モデルである、
情報処理装置。 An information processing device for predicting characteristics of a secondary battery based on characteristics of an electrode material of the secondary battery,
a material determination unit that determines a target material that is the electrode material that is the target of the prediction;
a characteristic determination unit that determines a target characteristic, which is the characteristic that is a target of the prediction;
an input value acquisition unit that acquires, in a case where the target characteristic is a reaction potential of a positive electrode when the target material is used as a positive electrode active material of the secondary battery, (i) an energy value of a LUMO level of a molecule of the target material, and (ii) an energy value of a level one level higher than the LUMO level of the molecule of the target material;
a prediction unit that inputs the values acquired by the input value acquisition unit into a prediction model and outputs a predicted value of the target property of the target material;
Equipped with
The predictive model is
The objective variable is the potential of the positive electrode when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery,
(a) the energy of a LUMO level of a molecule of the material, and (b) the energy of a level one level above the LUMO level of a molecule of the material,
The regression model,
Information processing device.
前記予測の対象となる前記電極材料である対象材料を決定する材料決定部と、
前記予測の対象となる前記特性である対象特性を決定する特性決定部と、
前記対象特性が、前記対象材料が前記二次電池の正極活物質として用いられた場合の容量である場合、(iii)前記対象材料の分子構造から導出される前記対象材料及び前記二次電池の金属イオンの反応数の1分子当たりの値、及び、(iv)前記対象材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数の1分子当たりの値を取得する入力値取得部と、
前記入力値取得部が取得した前記値を予測モデルに入力して、前記対象材料の前記対象特性の予測値を出力する予測部と、
を備え、
前記予測モデルは、
材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の容量を目的変数とし、
(c)前記材料の分子構造から導出される前記材料及び前記二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)前記材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を記述子として含む、
回帰モデルである、
情報処理装置。 An information processing device for predicting characteristics of a secondary battery based on characteristics of an electrode material of the secondary battery,
a material determination unit that determines a target material that is the electrode material that is the target of the prediction;
a characteristic determination unit that determines a target characteristic, which is the characteristic that is a target of the prediction;
when the target characteristic is a capacity when the target material is used as a positive electrode active material of the secondary battery, (iii) an input value acquisition unit that acquires a value per molecule of the number of reactions between the target material and a metal ion of the secondary battery derived from a molecular structure of the target material, and (iv) a value per molecule of the number of orbitals of the molecules of the target material that have an energy level equal to or lower than a work function of a metal ion of the secondary battery;
a prediction unit that inputs the values acquired by the input value acquisition unit into a prediction model and outputs a predicted value of the target property of the target material;
Equipped with
The predictive model is
The capacity of the material when it is used as a positive electrode active material of a secondary battery is set as the objective variable,
(c) the number of reactions between the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, the number of reactions per molecule; and (d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, the number of orbitals per molecule being included as a descriptor.
The regression model,
Information processing device.
前記予測の対象となる前記電極材料である対象材料を決定する材料決定部と、
前記予測の対象となる前記特性である対象特性を決定する特性決定部と、
前記対象特性が、前記対象材料が前記二次電池の正極活物質として用いられた場合のエネルギー密度である場合、(i)前記対象材料の分子のLUMO準位のエネルギーの値、(ii)前記対象材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーの値、(iii)前記対象材料の分子構造から導出される前記対象材料及び前記二次電池の金属イオンの反応数の1分子当たりの値、及び、(iv)前記対象材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数の1分子当たりの値を取得する入力値取得部と、
前記入力値取得部が取得した前記値を予測モデルに入力して、前記対象材料の前記対象特性の予測値を出力する予測部と、
を備え、
前記予測モデルは、
材料が前記二次電池の正極活物質として用いられた場合のエネルギー密度を目的変数とし、
(a)前記材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)前記材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)前記材料の分子構造から導出される前記材料及び前記二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)前記材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を記述子として含む、
回帰モデルである、
情報処理装置。 An information processing device for predicting characteristics of a secondary battery based on characteristics of an electrode material of the secondary battery,
a material determination unit that determines a target material that is the electrode material that is the target of the prediction;
a characteristic determination unit that determines a target characteristic, which is the characteristic that is a target of the prediction;
an input value acquisition unit that acquires, in the case where the target characteristic is an energy density when the target material is used as a positive electrode active material of the secondary battery, (i) an energy value of a LUMO level of a molecule of the target material, (ii) an energy value of the level one level higher than the LUMO level of the molecule of the target material, (iii) a value per molecule of the number of reactions between the target material and a metal ion of the secondary battery derived from a molecular structure of the target material, and (iv) a value per molecule of the number of orbitals of the molecule of the target material having an energy level equal to or lower than a work function of a metal ion of the secondary battery;
a prediction unit that inputs the values acquired by the input value acquisition unit into a prediction model and outputs a predicted value of the target property of the target material;
Equipped with
The predictive model is
The energy density when the material is used as a positive electrode active material of the secondary battery is set as an objective variable,
(a) energy of a LUMO level of a molecule of the material, (b) energy of a level one level higher than the LUMO level of a molecule of the material, (c) the number of reactions between the material and a metal ion of the secondary battery derived from a molecular structure of the material, the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than a work function of a metal ion of the secondary battery, the number of orbitals per molecule being included as a descriptor.
The regression model,
Information processing device.
請求項1から請求項3までの何れか一項に記載の情報処理装置。 The regression model is represented by a linear regression equation or a nonlinear regression equation.
The information processing device according to any one of claims 1 to 3.
をさらに備え、
前記モデル構築部は、
それぞれが前記材料の特徴を表すN個の説明変数(Nは、2以上の正の整数である。)の中から、M個の説明変数(Mは、1以上N以下の正の整数である。)を、前記回帰モデルの前記記述子又は前記記述子の候補として選択する第1変数選択部、
を有する、
請求項1から請求項4までの何れか一項に記載の情報処理装置。 A model construction unit that constructs the predictive model by machine learning;
Further equipped with
The model construction unit includes:
a first variable selection unit that selects M explanatory variables (M is a positive integer of 1 to N) from N explanatory variables (N is a positive integer of 2 or more) each of which represents a characteristic of the material, as the descriptor or candidates for the descriptor of the regression model;
having
The information processing device according to any one of claims 1 to 4.
請求項5に記載の情報処理装置。 The first variable selection unit selects the M explanatory variables by a sparse modeling method.
The information processing device according to claim 5 .
前記M個の説明変数のそれぞれに対応する回帰係数又は偏回帰係数を決定する、
請求項5又は請求項6に記載の情報処理装置。 The first variable selection unit further includes:
determining a regression coefficient or partial regression coefficient corresponding to each of the M explanatory variables;
7. The information processing device according to claim 5 or 6.
前記N個の説明変数は、
(a)前記材料の分子のLUMO準位のエネルギー、
(b)前記材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、
(c)前記材料の分子構造から導出される前記材料及び前記二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、
(d)前記材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数、
を含み、
前記N個の説明変数は、
(e)前記材料及び前記二次電池の電解液のハンセン溶解性パラメータの分散項、
(f)前記ハンセン溶解性パラメータの分極項、
(g)前記ハンセン溶解性パラメータの水素結合項、
(h)前記材料の分子の双極子モーメント、
(i)前記材料の分子の部分電荷密度の最小値、及び、
(j)前記材料の分子に含まれる炭素、水素及び酸素以外の元素の数であって、1分子当たりの元素数、
からなる群から選択される少なくとも1つをさらに含む、
請求項5から請求項7までの何れか一項に記載の情報処理装置。 the material is an organic molecule or a salt thereof;
The N explanatory variables are:
(a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material;
(b) the energy of a level one level above the LUMO level of the molecules of the material;
(c) the number of reactions of the material and metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, the number of reactions per molecule; and
(d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ion of the secondary battery, the number of orbitals per molecule;
Including,
The N explanatory variables are:
(e) the variance term of the Hansen solubility parameters of the material and the electrolyte of the secondary battery;
(f) the polarization term of the Hansen solubility parameter;
(g) the hydrogen bond term of the Hansen solubility parameter;
(h) the dipole moment of the molecules of said material;
(i) a minimum partial charge density on the molecules of the material; and
(j) the number of elements other than carbon, hydrogen, and oxygen contained in the molecules of the material, which is the number of elements per molecule;
Further comprising at least one selected from the group consisting of:
The information processing device according to any one of claims 5 to 7.
(k)前記材料の分子のLUMO準位から2つ上の準位のエネルギー、
(l)前記材料の分子のLUMO準位から3つ上の準位のエネルギー、
(m)前記材料の分子のLUMO準位から4つ上の準位のエネルギー、
(n)前記材料の分子の分子量、
(o)前記材料の分子に含まれるπ結合で共役している炭素の数であって、1分子当たりの炭素数、
(p)前記材料の分子の軌道のうち0以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数、
(q)前記材料の1分子当たりの前記0以下のエネルギー準位の総和の絶対値、及び、
(r)前記材料の分子の部分電荷密度の最大値、
をさらに含む、
請求項8に記載の情報処理装置。 The N explanatory variables are:
(k) the energy of the level two levels above the LUMO level of the molecules of the material;
(l) the energy of the level three levels above the LUMO level of the molecules of the material;
(m) the energy of the level four levels above the LUMO level of the molecules of the material;
(n) the molecular weight of the molecule of the material;
(o) the number of carbon atoms conjugated by π bonds contained in the molecules of the material, which is the number of carbon atoms per molecule;
(p) the number of orbitals having an energy level equal to or less than 0 among the orbitals of the molecules of the material, the number of orbitals per molecule;
(q) the absolute value of the sum of the energy levels equal to or less than zero per molecule of the material; and
(r) the maximum partial charge density of the molecules of the material;
Further comprising:
The information processing device according to claim 8.
前記M個の説明変数は、
(a)前記材料の分子のLUMO準位のエネルギー、
(b)前記材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、
(c)前記材料の分子構造から導出される前記材料及び前記二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、
(d)前記材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数、
から選択される少なくとも2つを含む、
請求項5から請求項9までの何れか一項に記載の情報処理装置。 the material is an organic molecule or a salt thereof;
The M explanatory variables are:
(a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material;
(b) the energy of a level one level above the LUMO level of the molecules of the material;
(c) the number of reactions of the material and metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, the number of reactions per molecule; and
(d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ion of the secondary battery, the number of orbitals per molecule;
At least two selected from
The information processing device according to any one of claims 5 to 9.
ユーザの指示に基づいて、前記M個の説明変数の中から、K個の説明変数(Kは、1以上M以下の正の整数である。)を、前記記述子として選択する第2変数選択部、
をさらに有する、
請求項5から請求項10までの何れか一項に記載の情報処理装置。 The model construction unit includes:
a second variable selection unit that selects, based on a user's instruction, K explanatory variables (K is a positive integer not less than 1 and not more than M) from among the M explanatory variables as the descriptors;
Further comprising
The information processing device according to any one of claims 5 to 10.
それぞれが前記材料の特徴を表すL個の説明変数(Lは、N以上の正の整数である。)の中から、N個の説明変数を、前記記述子の候補として選択する第3変数選択部、
をさらに有し、
前記第3変数選択部は、
前記L個の説明変数のそれぞれについて、他の説明変数との相関関係の程度を決定し、
相関関係の程度が予め定められた基準よりも強い複数の説明変数のうち、一の説明変数を残し、他の説明変数を除外することで、L個の説明変数の中からN個の説明変数を選択する、
請求項5から請求項11までの何れか一項に記載の情報処理装置。 The model construction unit includes:
a third variable selection unit that selects N explanatory variables as candidates for the descriptor from among L explanatory variables (L is a positive integer equal to or greater than N) each of which represents a characteristic of the material;
and
The third variable selection unit is
determining, for each of the L explanatory variables, a degree of correlation with the other explanatory variables;
Selecting N explanatory variables from the L explanatory variables by leaving one explanatory variable out of a plurality of explanatory variables whose degree of correlation is stronger than a predetermined standard and excluding the other explanatory variables;
The information processing device according to any one of claims 5 to 11.
前記予測モデルは、前記二次電池の前記特性を目的変数とし、前記電極材料に関する1以上の特徴のそれぞれを記述子とする回帰モデルであり、
前記情報処理装置は、
それぞれが材料の特徴を表すN個の説明変数(Nは、2以上の正の整数である。)の中から、M個の説明変数(Mは、1以上N以下の正の整数である。)を、前記回帰モデルの前記記述子又は前記記述子の候補として選択する第1変数選択部、
を備え、
前記第1変数選択部は、
複数の材料のそれぞれについて、当該材料が前記電極材料として用いられた場合の前記二次電池に関する一の特性の値と、当該材料の特徴に関するN個の説明変数の値とが対応付けられた教師データ群が入力され、
機械学習に基づく回帰分析を実行することで、前記N個の説明変数の中から前記M個の説明変数を選択し、
前記N個の説明変数は、
(a)前記材料の分子のLUMO準位のエネルギー、
(b)前記材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、
(c)前記材料の分子構造から導出される前記材料及び前記二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、
(d)前記材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数、
を含み、
前記N個の説明変数は、
(e)前記材料及び前記二次電池の電解液のハンセン溶解性パラメータの分散項、
(f)前記ハンセン溶解性パラメータの分極項、
(g)前記ハンセン溶解性パラメータの水素結合項、
(h)前記材料の分子の双極子モーメント、
(i)前記材料の分子の部分電荷密度の最小値、及び、
(j)前記材料の分子に含まれる炭素、水素及び酸素以外の元素の数であって、1分子当たりの元素数、
からなる群から選択される少なくとも1つをさらに含む、
情報処理装置。 An information processing device that constructs a prediction model for predicting characteristics of a secondary battery based on characteristics of an electrode material of the secondary battery,
the prediction model is a regression model in which the characteristic of the secondary battery is a response variable and one or more features related to the electrode material are each a descriptor;
The information processing device includes:
a first variable selection unit that selects M explanatory variables (M is a positive integer of 1 to N) from N explanatory variables (N is a positive integer of 2 or more) each of which represents a characteristic of a material, as the descriptor or candidates for the descriptor of the regression model;
Equipped with
The first variable selection unit
A group of teacher data is input in which, for each of a plurality of materials, a value of one characteristic related to the secondary battery when the material is used as the electrode material is associated with values of N explanatory variables related to features of the material;
selecting the M explanatory variables from the N explanatory variables by performing a regression analysis based on machine learning;
The N explanatory variables are:
(a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material;
(b) the energy of a level one level above the LUMO level of the molecules of the material;
(c) the number of reactions of the material and metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, the number of reactions per molecule; and
(d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ion of the secondary battery, the number of orbitals per molecule;
Including,
The N explanatory variables are:
(e) the variance term of the Hansen solubility parameters of the material and the electrolyte of the secondary battery;
(f) the polarization term of the Hansen solubility parameter;
(g) the hydrogen bond term of the Hansen solubility parameter;
(h) the molecular dipole moment of said material;
(i) a minimum partial charge density on the molecules of the material; and
(j) the number of elements other than carbon, hydrogen, and oxygen contained in the molecules of the material, which is the number of elements per molecule;
Further comprising at least one selected from the group consisting of:
Information processing device.
コンピュータが、前記予測の対象となる前記電極材料である対象材料を決定する材料決定段階と、
前記コンピュータが、前記予測の対象となる前記特性である対象特性を決定する特性決定段階と、
前記対象特性が、前記対象材料が前記二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の電位である場合、前記コンピュータが、(i)前記対象材料の分子のLUMO準位のエネルギーの値、及び、(ii)前記対象材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーの値を取得する入力値取得段階と、
前記コンピュータが、前記入力値取得段階において取得された前記値を予測モデルに入力して、前記対象材料の前記対象特性の予測値を出力する予測段階と、
を有し、
前記予測モデルは、
材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の正極の電位を目的変数とし、
(a)前記材料の分子のLUMO準位のエネルギー及び(b)前記材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーを記述子として含む、
回帰モデルである、
情報処理方法。 1. An information processing method for predicting characteristics of a secondary battery based on characteristics of an electrode material of the secondary battery, comprising:
A material determination step in which a computer determines a target material, which is the electrode material that is the target of the prediction;
a characteristic determination step in which the computer determines a target characteristic, the characteristic being the subject of the prediction;
When the target characteristic is a potential of a positive electrode when the target material is used as a positive electrode active material of the secondary battery, the computer acquires (i) an energy value of a LUMO level of a molecule of the target material, and (ii) an energy value of a level one level higher than the LUMO level of the molecule of the target material;
a prediction step in which the computer inputs the values acquired in the input value acquisition step into a prediction model and outputs a predicted value of the target property of the target material;
having
The predictive model is
The objective variable is the potential of the positive electrode when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery,
(a) the energy of a LUMO level of a molecule of the material, and (b) the energy of a level one level above the LUMO level of a molecule of the material,
The regression model,
Information processing methods.
コンピュータが、前記予測の対象となる前記電極材料である対象材料を決定する材料決定段階と、
前記コンピュータが、前記予測の対象となる前記特性である対象特性を決定する特性決定段階と、
前記対象特性が、前記対象材料が前記二次電池の正極活物質として用いられた場合の容量である場合、前記コンピュータが、(iii)前記対象材料の分子構造から導出される前記対象材料及び前記二次電池の金属イオンの反応数の1分子当たりの値、及び、(iv)前記対象材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数の1分子当たりの値を取得する入力値取得段階と、
前記コンピュータが、前記入力値取得段階において取得された前記値を予測モデルに入力して、前記対象材料の前記対象特性の予測値を出力する予測段階と、
を有し、
前記予測モデルは、
材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合の容量を目的変数とし、
(c)前記材料の分子構造から導出される前記材料及び前記二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)前記材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を記述子として含む、
回帰モデルである、
情報処理方法。 1. An information processing method for predicting characteristics of a secondary battery based on characteristics of an electrode material of the secondary battery, comprising:
A material determination step in which a computer determines a target material, which is the electrode material that is the target of the prediction;
a characteristic determination step in which the computer determines a target characteristic, the characteristic being the subject of the prediction;
When the target characteristic is a capacity when the target material is used as a positive electrode active material of the secondary battery, the computer (iii) acquires a value per molecule of the number of reactions between the target material and a metal ion of the secondary battery derived from a molecular structure of the target material, and (iv) an input value acquisition step of acquiring a value per molecule of the number of orbitals of the molecules of the target material having an energy level equal to or lower than a work function of a metal ion of the secondary battery;
a prediction step in which the computer inputs the values acquired in the input value acquisition step into a prediction model and outputs a predicted value of the target property of the target material;
having
The predictive model is
The capacity of the material when it is used as a positive electrode active material of a secondary battery is set as the objective variable,
(c) the number of reactions between the material and the metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, the number of reactions per molecule; and (d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ions of the secondary battery, the number of orbitals per molecule being included as a descriptor.
The regression model,
Information processing methods.
コンピュータが、前記予測の対象となる前記電極材料である対象材料を決定する材料決定段階と、
前記コンピュータが、前記予測の対象となる前記特性である対象特性を決定する特性決定段階と、
前記対象特性が、前記対象材料が前記二次電池の正極活物質として用いられた場合のエネルギー密度である場合、前記コンピュータが、(i)前記対象材料の分子のLUMO準位のエネルギーの値、(ii)前記対象材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギーの値、(iii)前記対象材料の分子構造から導出される前記対象材料及び前記二次電池の金属イオンの反応数の1分子当たりの値、及び、(iv)前記対象材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数の1分子当たりの値を取得する入力値取得段階と、
前記コンピュータが、前記入力値取得段階において取得された前記値を予測モデルに入力して、前記対象材料の前記対象特性の予測値を出力する予測段階と、
を有し、
前記予測モデルは、
材料が二次電池の正極活物質として用いられた場合のエネルギー密度を目的変数とし、
(a)前記材料の分子のLUMO準位のエネルギー、(b)前記材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、(c)前記材料の分子構造から導出される前記材料及び前記二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、(d)前記材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数を記述子として含む、
回帰モデルである、
情報処理方法。 1. An information processing method for predicting characteristics of a secondary battery based on characteristics of an electrode material of the secondary battery, comprising:
A material determination step in which a computer determines a target material, which is the electrode material that is the target of the prediction;
a characteristic determination step in which the computer determines a target characteristic, the characteristic being the subject of the prediction;
an input value acquisition step in which, when the target characteristic is an energy density when the target material is used as a positive electrode active material of the secondary battery, the computer acquires (i) an energy value of a LUMO level of a molecule of the target material, (ii) an energy value of the level one level higher than the LUMO level of the molecule of the target material, (iii) a value per molecule of the number of reactions between the target material and a metal ion of the secondary battery derived from a molecular structure of the target material, and (iv) a value per molecule of the number of orbitals of the molecule of the target material having an energy level equal to or lower than a work function of a metal ion of the secondary battery;
a prediction step in which the computer inputs the values acquired in the input value acquisition step into a prediction model and outputs a predicted value of the target property of the target material;
having
The predictive model is
The energy density when the material is used as a positive electrode active material of a secondary battery is set as the objective variable,
(a) energy of a LUMO level of a molecule of the material, (b) energy of a level one level higher than the LUMO level of a molecule of the material, (c) the number of reactions between the material and a metal ion of the secondary battery derived from a molecular structure of the material, the number of reactions per molecule, and (d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than a work function of a metal ion of the secondary battery, the number of orbitals per molecule being included as a descriptor.
The regression model,
Information processing methods.
前記予測モデルは、前記二次電池の前記特性を目的変数とし、前記電極材料に関する1以上の特徴のそれぞれを記述子とする回帰モデルであり、
前記情報処理方法は、
コンピュータが、それぞれが材料の特徴を表すN個の説明変数(Nは、2以上の正の整数である。)の中から、M個の説明変数(Mは、1以上N以下の正の整数である。)を、前記回帰モデルの前記記述子又は前記記述子の候補として選択する第1変数選択段階、
を有し、
前記第1変数選択段階は、
前記コンピュータが、複数の材料のそれぞれについて、当該材料が前記電極材料として用いられた場合の前記二次電池に関する一の特性の値と、当該材料の特徴に関するN個の説明変数の値とが対応付けられた教師データ群を取得する段階と、
コンピュータが、機械学習に基づく回帰分析を実行することで、前記N個の説明変数の中から前記M個の説明変数を選択する段階と、
を含み、
前記N個の説明変数は、
(a)前記材料の分子のLUMO準位のエネルギー、
(b)前記材料の分子のLUMO準位から1つ上の準位のエネルギー、
(c)前記材料の分子構造から導出される前記材料及び前記二次電池の金属イオンの反応数であって、1分子当たりの反応数、及び、
(d)前記材料の分子の軌道のうち前記二次電池の金属イオンの仕事関数以下のエネルギー準位を有する軌道の数であって、1分子当たりの軌道数、
を含み、
前記N個の説明変数は、
(e)前記材料及び前記二次電池の電解液のハンセン溶解性パラメータの分散項、
(f)前記ハンセン溶解性パラメータの分極項、
(g)前記ハンセン溶解性パラメータの水素結合項、
(h)前記材料の分子の双極子モーメント、
(i)前記材料の分子の部分電荷密度の最小値、及び、
(j)前記材料の分子に含まれる炭素、水素及び酸素以外の元素の数であって、1分子当たりの元素数
からなる群から選択される少なくとも1つをさらに含む、
情報処理方法。 1. An information processing method for constructing a prediction model for predicting characteristics of a secondary battery based on characteristics of an electrode material of the secondary battery, comprising:
the prediction model is a regression model in which the characteristic of the secondary battery is a response variable and one or more features related to the electrode material are each a descriptor;
The information processing method includes:
a first variable selection step in which a computer selects M explanatory variables (M is a positive integer between 1 and N) from N explanatory variables (N is a positive integer between 2 and N) each of which represents a characteristic of a material, as the descriptor or candidates for the descriptor of the regression model;
having
The first variable selection step comprises:
a step of the computer acquiring a group of teacher data in which a value of one characteristic of the secondary battery when the material is used as the electrode material is associated with values of N explanatory variables related to features of the material, for each of a plurality of materials;
selecting the M explanatory variables from the N explanatory variables by performing a regression analysis based on machine learning by a computer;
Including,
The N explanatory variables are:
(a) the energy of the LUMO level of the molecules of the material;
(b) the energy of the level one level above the LUMO level of the molecules of the material;
(c) the number of reactions of the material and metal ions of the secondary battery derived from the molecular structure of the material, the number of reactions per molecule; and
(d) the number of orbitals of the molecules of the material having an energy level equal to or lower than the work function of the metal ion of the secondary battery, the number of orbitals per molecule;
Including,
The N explanatory variables are:
(e) the variance term of the Hansen solubility parameters of the material and the electrolyte of the secondary battery;
(f) the polarization term of the Hansen solubility parameter;
(g) the hydrogen bond term of the Hansen solubility parameter;
(h) the molecular dipole moment of said material;
(i) a minimum partial charge density on the molecules of the material; and
(j) the number of elements other than carbon, hydrogen, and oxygen contained in the molecules of the material, which is the number of elements per molecule;
Information processing methods.
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| JP2000100478A (en) | 1998-09-18 | 2000-04-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method for analyzing battery characteristics and analyzer using the same |
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|---|---|---|---|---|
| JP2000100478A (en) | 1998-09-18 | 2000-04-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method for analyzing battery characteristics and analyzer using the same |
| US20080226154A1 (en) | 2007-03-16 | 2008-09-18 | Alcoa Inc. | Systems and methods for producing carbonaceous pastes used in the production of carbon electrodes |
| US20180066940A1 (en) | 2015-03-09 | 2018-03-08 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Batch and continuous methods for evaluating the physical and thermal properties of films |
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