CN113699692A

CN113699692A - 纤维片的制造方法以及纤维片的制造装置

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Publication number: CN113699692A
Application number: CN202110543096.6A
Authority: CN
Inventors: 内田健哉; 菊地佑磨; 中具道
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2020-05-21
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2041-05-19
Also published as: JP2021183733A; CN113699692B

Abstract

本发明的实施方式涉及纤维片的制造方法以及纤维片的制造装置。本发明要解决的课题在于，提供一种将所制造的纤维片中所含的溶剂量抑制地较低，并且高效地干燥纤维片的纤维片的制造方法以及制造装置。根据实施方式的纤维片的制造方法，将卷绕成卷筒状的基材开卷，并且使在溶剂中溶解了有机材料的原料溶液向开卷后的基材的表面喷出，由此在基材的所述表面形成纤维片。然后，在制造方法中，将在表面形成了纤维片的基材卷取成卷筒状，并且在卷取基材之前，使形成于基材的表面的纤维片干燥。

Description

纤维片的制造方法以及纤维片的制造装置

技术领域

本发明的实施方式涉及纤维片的制造方法以及纤维片的制造装置。

背景技术

通过电场纺丝法等使在溶剂中溶解了有机材料的原料溶液向基材的表面喷出而在基材的表面形成有机纤维的纤维片的制造方法被广泛应用。例如，在电池的电极组中，有时将使正极与负极之间绝缘的隔膜与正极或负极一体地形成。在该情况下，在与隔膜一体地形成的电极(正极或负极)的表面，通过电场纺丝法等形成有机纤维的纤维片，并且纤维片成为隔膜。

在如上述那样形成的纤维片中，从确保纤维片的耐久性以及确保使用了纤维片的产品的性能等观点出发，要求将所制造的纤维片中所含的溶剂量抑制得较低。另外，在制造纤维片时等，在通过干燥减少纤维片中所含的溶剂量的情况下，要求高效地干燥纤维片。

发明内容

本发明要解决的课题在于，提供一种将所制造的纤维片中所含的溶剂量抑制地较低，并且高效地干燥纤维片的纤维片的制造方法以及制造装置。

根据实施方式的纤维片的制造方法，将卷绕成卷筒状的基材开卷，并且使在溶剂中溶解了有机材料的原料溶液向开卷后的基材的表面喷出，由此在基材的所述表面形成纤维片。然后，在制造方法中，将表面形成了纤维片的基材卷取成卷筒状，并且在卷取基材之前，使形成于基材的表面的纤维片干燥。

根据上述纤维片的制造方法，可以将所制造的纤维片中所含的溶剂量抑制地较低，并且高效地干燥纤维片。

附图说明

图1是表示第一实施方式的纤维片的制造装置的概略图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图1表示第一实施方式的纤维片的制造装置1。如图1所示，制造装置1具备开卷机2、纺丝机3、干燥机5以及卷取机6。另外，在制造装置1中形成输送线8。在制造装置1中，通过输送线8，将基材10从开卷机2依次通过纺丝机3及干燥机5而输送到卷取机6。

开卷机2具备卷轴21。在卷轴21上，基材10卷绕成卷筒状。在开卷机2中，通过驱动电动马达等驱动部件(未图示)，使卷轴21向箭头R1的方向旋转。由此，卷绕于卷轴21的基材10被开卷。然后，开卷后的基材10被向输送线8送出。

卷取机6具备卷轴61。在卷取机6中，通过驱动电动马达等驱动部件(未图示)，使卷轴61向箭头R2的方向旋转。由此，由输送线8输送的基材10被卷轴61卷取成卷筒状。

在制造装置1中，在使卷轴21向箭头R1的方向旋转的同时使卷轴61向箭头R2的方向旋转，由此从开卷机2向卷取机6通过输送线8输送基材10。另外，在输送线8上，也可以设有一个以上的从开卷机2向卷取机6引导基材10的引导辊(未图示)。在该情况下，在输送线8上，在开卷机2与纺丝机3之间、纺丝机3与干燥机5之间以及干燥机5与卷取机6之间的至少任地方配置引导辊。另外，也可以在纺丝机3内以及干燥机5内的任一方中配置引导辊。

另外，从开卷机2到卷取机6的输送线8的延伸设置状态未被特别限定。在某一例中，输送线8沿着水平方向延伸设置，在另一例中，沿着铅垂方向延伸设置。另外，也可以在开卷机2与卷取机6之间设置一处以上的输送线8的弯折部分或折回部分等，在弯折部分或折回部分等中，变更输送线8的延伸设置方向。在某一例中，在纺丝机3与干燥机5之间设置输送线8的折回部分，在另一例中，在纺丝机3内以及干燥机5内的任一方中设置输送线8的折回部分。

纺丝机3具备一个以上的纺丝头31，在图1的一例中，具备六个纺丝头31。纺丝头31分别具备头主体32以及从头主体32突出的喷嘴33。在纺丝头31的每一个中，喷嘴33可以仅设置一个，也可以设置多个。在纺丝头31的每一个中，在头主体32的内部能够收纳在溶剂中溶解了有机材料的原料溶液。

在纺丝机3中，从卷轴21开卷后的基材10被朝向卷取机6输送。另外，在纺丝机3中设有电源(未图示)，能够利用电源对开卷后的基材10与纺丝头31各自的喷嘴33之间施加电压。在纺丝头31各自的头主体32的内部收纳有原料溶液的状态下，对基材10与纺丝头31各自的喷嘴33之间施加电压，由此从纺丝头31各自的喷嘴33喷出原料溶液。此时，向由开卷机2开卷后的基材10的表面喷出原料溶液。由此，在基材10的表面形成有机纤维的纤维片11。因而，本实施方式的纺丝机3通过电场纺丝法形成纤维片11。

在图1的一例中，对开卷后的基材10的两面喷出原料溶液，在基材10的两面形成纤维片11。但是，在某一例中，也可以仅对开卷后的基材10的一面喷出原料溶液。在该情况下，仅在基材10的一面形成纤维片11。

作为用于原料溶液的有机材料，例如选择聚烯烃、聚醚、聚酰亚胺、聚酮、聚砜、纤维素、聚乙烯醇(PVA)、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺以及聚偏氟乙烯(PVdf)中的任意一种以上。作为聚烯烃，例如可列举聚丙烯(PP)以及聚乙烯(PE)等。

另外，在纺丝头31各自的内部，有机材料例如以5质量％以上且60质量％以下的浓度溶解于溶剂中。作为在原料溶液中溶解有机材料的溶剂，可使用二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮、二甲氧基乙烯、甲苯、四氢呋喃、水以及烷烃类、酮类、酯类、醇类、醚类等。另外，对于溶解性低的有机材料，也可以利用激光等来溶解片状的有机材料。而且，在原料溶液中，也可以混合使用多种溶剂。这里，原料溶液中使用的溶剂的一种以上优选的是沸点为100℃以上的有机溶剂。作为沸点为100℃以上的有机溶剂，可列举二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N、N-二甲基甲酰胺以及N-甲基吡咯烷酮、甲苯等。

纺丝头31各自的喷嘴33与基材10之间的电压对应于原料溶液中的溶剂及溶质的种类、原料溶液的溶剂的沸点及蒸气压曲线、原料溶液的浓度及温度、喷嘴33的形状以及基材10与喷嘴33之间的距离等而适当决定。在某一例中，纺丝头31各自的喷嘴33与基材10之间的电压在1kV～100kV之间适当决定。另外，来自纺丝头31各自的喷嘴33的原料溶液的喷出速度为与原料溶液的浓度、粘度及温度、施加于纺丝头31各自的喷嘴33与基材10之间的电压以及喷嘴33的形状等对应的大小。

另外，在纺丝机3中，也可以通过电场纺丝法以外的方法对基材10的表面形成纤维片11。在某一例中，代替电场纺丝法，通过喷墨法、喷射分配法以及喷涂法中的任一种在基材10的表面形成有机纤维的纤维片11。在该情况下，在纺丝机3中，从纺丝头31向基材10的表面喷出在溶剂中溶解了有机材料的原料溶液。

这里，在某一例中，在电池的电极组中，将使正极与负极之间绝缘的隔膜形成为上述的纤维片11。在该情况下，在电极组中，正极和负极中的一方与隔膜一体地形成，与隔膜一体地形成的电极(正极或负极)成为基材10。然后，在与隔膜一体地形成的电极的表面，通过电场纺丝法等形成有机纤维的纤维片11。另外，在与电极(正极或负极)一体的隔膜形成为纤维片11的情况下，纤维片11由具有电绝缘性的材料形成。另外，在电池的电极组中，正极及负极分别具备集电体以及含有活性物质的活性物质含有层。而且，在正极及负极的每一个中，在集电体的一面或两面担载活性物质含有层。

在本实施方式中，在开卷机2与卷取机6之间的纺丝机3中，如上述那样，在基材10的表面形成纤维片11。因而，在卷取机6中，纤维片11形成于表面的基材10被卷取于卷轴61。

干燥机5在输送线8上配置于纺丝机3与卷取机6之间。然后，从纺丝机3向干燥机5输送纤维片11形成于表面的基材10。然后，干燥机5在将基材10卷取于卷取机6的卷轴61之前，对形成于基材10的表面的纤维片11进行干燥。因此，在本实施方式的制造装置1中，在未卷绕基材10及纤维片11的状态下，通过干燥机5对纤维片11进行干燥。另外，在本实施方式中，在通过纺丝机3形成纤维片11之后，不在其间进行其他工序，而进行基于干燥机5的干燥。

在本实施方式中，干燥机5具备红外线加热器51。红外线加热器51产生红外线。然后，红外线加热器51向形成于基材10的表面的纤维片11放射所产生的红外线。然后，在纤维片11中，有机材料及溶剂等中所含的官能团吸收从红外线加热器51放射的红外线，由此将纤维片11加热，纤维片11中所含的溶剂蒸发。由此，纤维片11中所含的溶剂量减少，纤维片11被干燥。

这里，红外线加热器51优选对纤维片11放射与极大放射强度对应的波长为10μm以下的红外光。在该情况下，在放射红外线的状态下，红外线加热器51的温度为17℃(290K)以上。这里，在纤维片11中，有机材料及溶剂等中所含的官能团大多容易吸收波长为10μm以下的红外线。因此，通过以与极大放射强度对应的波长为10μm以下的光谱放射红外线，在纤维片11中，有机材料及溶剂等中所含的官能团更容易吸收所放射的红外线，纤维片11中所含的溶剂容易因加热而变得容易蒸发。由此，进一步适当地进行纤维片11的干燥。另外，在纤维片11的溶剂中所含的官能团之中，作为容易吸收波长为10μm以下的红外线的官能团，可列举甲基以及羰基等。

另外，在从红外线加热器51放射的红外线的光谱中，与极大放射强度对应的波长进一步优选为4μm以上且7μm以下。通过使所放射的红外线的光谱中与极大放射强度对应的波长为7μm以下，在放射红外线的状态下，红外线加热器51的温度为137℃(410K)以上。因此，通过放射使与极大放射强度对应的波长为7μm以下的光谱的红外线，沸点为100℃以上的有机溶剂等也变得容易蒸发，纤维片11中所含的溶剂进一步被适当地蒸发。另外，通过使所放射的红外线的光谱中与极大放射强度对应的波长为4μm以上，在放射红外线的状态下，红外线加热器51的温度为451℃(724K)以下。由此，在放射红外线的状态下，有效地防止了使纤维片11干燥的空间的温度过度变高。

如上述那样，通过利用干燥机5对纤维片11进行干燥，在某一例中，在由干燥机5进行的干燥之后，纤维片11中所含的溶剂的比例为5质量％以上且25质量％以下。另外，在由干燥机5进行的干燥之后，纤维片11中所含的溶剂的比例优选为5质量％以上且10质量％以下。通过使纤维片11中所含的溶剂的比例为5质量％以上且10质量％以下，在使用了与电极(正极或负极)一体的隔膜作为纤维片11而形成的电池等的纤维片11的产品中，性能得以提高。

另外，干燥机5中的纤维片11的干燥并不限于使用了从红外线加热器51放射的红外线的干燥。在某一例中，在干燥机5中，也可以代替从红外线加热器51放射的红外线而使用温风来使纤维片11干燥。

如上述那样，在本实施方式中，当通过原料溶液的喷出而在基材10的表面形成纤维片11时，在基材10被卷取机6卷取之前，纤维片11由干燥机5进行干燥。通过干燥机5的干燥，纤维片11中所含的溶剂减少，从而在由制造装置1制造出的纤维片11中，纤维片11中所含的溶剂量被抑制地较低。由此，可确保所制造出的纤维片11的耐久性，并且可确保使用了纤维片11的产品的性能。

例如，在与电极(正极或负极)一体的隔膜作为纤维片11而形成的电池中，通过将作为纤维片11的隔膜中所含的溶剂量抑制地较低，使得隔膜的耐久性提高，并且电池的耐久性也提高。另外，通过将作为纤维片11的隔膜中所含的溶剂量抑制地较低，电池的内部电阻被抑制地较低，能够实现电池的高输出化。由此，确保了电池的性能。

另外，在本实施方式中，如上述那样，在基材10被卷取机6卷取之前，纤维片11由干燥机5进行干燥。即，在未卷绕基材10及纤维片11的状态下，通过干燥机5对纤维片11进行干燥。因此，纤维片11不需要长时间就被高效地干燥，纤维片11的干燥中的作业效率得以提高。另外，由于在未卷绕基材10及纤维片11的状态下对纤维片11进行干燥，因此纤维片11被适当地干燥。

另外，在纤维片11中，有机材料及溶剂等中所含的官能团大多容易吸收红外线，特别是，大多容易吸收波长为10μm以下的红外线。因此，通过利用从红外线加热器51放射的红外线对纤维片11进行加热和干燥，因有机材料及溶剂等中所含的官能团所吸收的红外线，溶剂容易在纤维片11中蒸发。特别是，通过放射与极大放射强度对应的波长为10μm以下的红外线，在纤维片11中，有机材料及溶剂等中所含的官能团更容易吸收所放射的红外线，纤维片11中所含的溶剂因加热而更容易蒸发。因而，在本实施方式中，通过使用红外线加热器51，能进一步适当地进行纤维片11的干燥。

(变形例)

作为本实施方式等的变形例，也可以构成为，除了开卷机2、纺丝机3、干燥机5以及卷取机6以外，在输送线8上具备压制机。在该情况下，压制机是对形成于基材10的表面的纤维片11进行压制的构成，通过利用压制机对纤维片11进行压制，纤维片11被压缩，能够提高纤维片11的密度及强度。

作为这样的压制机的一例，能够使用具备由电动马达等驱动的一对压制辊的构成。在该情况下，通过将纤维片11及基材10夹在一对压制辊之间，一方的压制辊从基材10的厚度方向的一侧对纤维片11及基材10进行压制，另一方的压制辊从基材10的厚度方向的另一侧对纤维片11及基材10进行压制。在制造装置1中，压制机只要至少在基材10被卷取于卷取机6之前对形成于基材10的表面的纤维片11进行压制即可。

根据这些至少一个实施方式或实施例的纤维片的制造方法以及制造装置，在卷取基材之前，使形成于基材的表面的纤维片干燥。由此，能够提供将所制造出的纤维片中所含的溶剂量抑制地较低、并且高效地干燥纤维片的纤维片制造方法以及制造装置。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等效的范围中。

Claims

1.一种纤维片的制造方法，具备如下工序：

将卷绕成卷筒状的基材开卷；

使在溶剂中溶解了有机材料的原料溶液向开卷后的所述基材的表面喷出，由此在所述基材的所述表面形成纤维片；

将在所述表面形成了所述纤维片的所述基材卷取成卷筒状；以及

在卷取所述基材之前，使形成于所述基材的所述表面的所述纤维片干燥。

2.如权利要求1所述的制造方法，

在所述纤维片的干燥中，通过利用从红外线加热器放射的红外线对所述纤维片进行加热，使所述纤维片干燥。

3.如权利要求2所述的制造方法，

在基于所述红外线的所述纤维片的加热中，放射与极大放射强度对应的波长为10μm以下的所述红外线。

4.如权利要求1至3中任一项所述的制造方法，

所述制造方法还具备如下工序：

在卷取所述基材之前，对形成于所述基材的所述表面的所述纤维片进行压制。

5.如权利要求1所述的制造方法，

通过所述纤维片的干燥，使得所述纤维片中所含的所述溶剂的比例为0.25质量％以上、且25质量％以下。

6.如权利要求1所述的制造方法，

在向所述基材的所述表面喷出的所述原料溶液中，所使用的所述溶剂的一种以上是沸点为100℃以上的有机溶剂。

7.如权利要求1所述的制造方法，

所述基材是在集电体的一面或两面担载了含有活性物质的活性物质含有层的电极。

8.一种纤维片的制造装置，具备：

开卷机，将卷绕成卷筒状的基材开卷；

纺丝头，通过向开卷后的所述基材的表面喷出在溶剂中溶解有有机材料的原料溶液，由此在所述基材的所述表面形成纤维片；

卷取机，将在所述表面形成了所述纤维片的所述基材卷取成卷筒状；以及

干燥机，在卷取所述基材之前，将形成于所述基材的所述表面的所述纤维片干燥。