JP2010064022A - 溶媒回収システムおよび溶媒回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極作製においてスラリーから蒸発する溶媒の回収率を向上させ、溶媒の排出を抑制し得る溶媒回収システムおよび溶媒回収方法を提供することを目的とする。
【解決手段】溶媒回収システム１０は、金属箔６３に塗布された電極形成に用いられるスラリー６４に含まれる溶媒を蒸発させるための乾燥部３０と、蒸発した溶媒を循環させる循環部２７と、蒸発した溶媒を回収する回収部２２と、を有する。循環部は、乾燥部の排気口３５および乾燥部の吸気口３４に連通し、排気口から排気される蒸発した溶媒を吸気口まで戻して循環させる。回収部は、循環部に接続し、蒸発した溶媒を回収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶媒回収システムおよび溶媒回収方法に関する。

近年、電気自動車やハイブリッド電気自動車の実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池として、リチウムイオン二次電池に注目が集まっている。リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度を向上させるため、集電体としての金属箔の平面に電極を形成し、これらを複数積層した構造を一般的に有する。

電極は、活物質、結着剤、および導電剤を含むスラリーを金属箔に塗布し、スラリーが加熱され乾燥して形成される（例えば、特許文献１を参照）。スラリー内の活物質、結着剤、および導電剤は均一に分散させる必要があり、スラリーは有機溶媒等の溶媒により活物質等を均一に分散させている。このためスラリーを加熱したとき、スラリーからの溶媒の蒸発が避けられない。
特開２００４−３３５３７４号公報

しかし、大気汚染に対処するための環境対策、例えば揮発性有機化合物（ＶＯＣ）排出規制により、製造所等では溶媒排出が規制されており、溶媒の排出をいかに抑制するかが課題となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、溶媒の回収率を向上させ、溶媒の排出を抑制し得る溶媒回収システムおよび溶媒回収方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の溶媒回収システムは、金属箔に塗布された電極形成に用いられるスラリーに含まれる溶媒を蒸発させるための乾燥部と、蒸発した溶媒を循環させる循環部と、蒸発した溶媒を回収する回収部と、を有する。循環部は、乾燥部の排気口および乾燥部の吸気口に連通し、排気口から排気される蒸発した溶媒を吸気口まで戻して循環させる。回収部は、循環部に接続し、蒸発した溶媒を回収する。

上記目的を達成するための本発明の溶媒回収方法は、金属箔に塗布された電極形成に用いられるスラリーに含まれる溶媒を蒸発させるための乾燥部で、溶媒を蒸発させる乾燥工程と、蒸発した溶媒を循環させる循環工程と、蒸発した溶媒を回収する回収工程と、を有する。循環工程は、乾燥部の排気口から排気される蒸発した溶媒を、乾燥部の吸気口まで戻して循環させる。回収工程は、循環工程の間に、蒸発した溶媒を回収する。

本発明は、蒸発した溶媒を循環させて回収し溶媒の回収率を向上できる。よって、本発明は溶媒の排出を抑制できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

図１は実施形態の溶媒回収システムを示す概略図、図２は溶媒回収装置を説明するための概略図、図３は他の溶媒回収装置に内蔵された溶媒を吸着させるローターを説明するための概略斜視図である。

図１において概説すると、本実施形態の溶媒回収システム１０は、リチウムイオン二次電池の電極作製の過程で蒸発する溶媒を回収するものであり、溶媒を循環させて回収する２つの循環系２０、５０を有する。リチウムイオン二次電池の電極作製では、集電体としての金属箔６３の両面に溶媒を含んだスラリー６４が塗布され、スラリー６４が加熱されて固化する過程でスラリー６４内の溶媒が蒸発する。

まず、循環系２０について説明する。

スラリー６４を加熱し溶媒を蒸発させるための乾燥炉３０（乾燥部に相当する）、溶媒を循環させるための循環部２７、および循環部２７に接続して溶媒を回収する溶媒回収装置２２（回収部に相当する）が、循環系２０を構成する。

乾燥炉３０は、磁場の作用により熱を付与する複数の誘導コイル３７、３８と、フェライトからなる磁気コア３９、４２と、冷媒が流れる冷媒管４０、４１と、これらを囲むケーシング３１とを有する。また、乾燥炉３０は、金属箔６３が通過する入口３２と出口３３とをケーシング３１に有する。

複数の誘導コイル３７は、金属箔６３の一の面に対向する。一方、複数の誘導コイル３８は、金属箔６３の他の面に対向する。誘導コイル３７、３８は、銅管からなる。誘導コイル３７、３８は、電源（不図示）に電気的に接続し、磁場を金属箔６３に作用させて金属箔６３を誘導加熱する。その金属箔６３の熱により、スラリー６４内の溶媒は蒸発し、スラリー６４の固化が進行する。

磁気コア３９、４２が誘導コイル３７、３８を覆って磁路を形成するため、誘導コイル３７、３８は効率良くスラリー６４を加熱できる。また、冷媒管４０、４１が磁気コア３９、４２に接し、スラリー６４を加熱するときの誘導コイル３７、３８、および磁気コア３９、４２の温度上昇を抑制する。

電極を形成するためのスラリー６４としては、正極を形成するために用いる正極スラリーと、負極を形成するために用いる負極スラリーとがある。

正極スラリーは、例えば、正極活物質、導電助剤、およびバインダを有し、溶媒を添加することにより、これらを均一に分散させ、所定の粘度にされる。正極活物質は、例えば、マンガン酸リチウムである。導電助剤は、例えば、アセチレンブラックである。バインダは、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）である。溶媒は、例えば、ＮＭＰ（ノルマルメチルピロリドン）である。

正極活物質は、マンガン酸リチウムに特に限定されないが、容量および出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。導電助剤は、例えば、カーボンブラックやグラファイトを利用することも可能である。バインダは、ＰＶＤＦに限定されない。

一方、負極スラリーは、例えば、負極活物質、導電助剤、およびバインダを有し、溶媒を添加することで、これらを均一に分散させ、所定の粘度にされる。負極活物質は、例えば、グラファイトである。導電助剤、バインダ、および溶媒は、それぞれ例えば、アセチレンブラック、ＰＶＤＦ、およびＮＭＰである。

負極活物質は、グラファイトに特に限定されず、ハードカーボンや、リチウム−遷移金属複合酸化物を利用することも可能である。導電助剤は、例えば、カーボンブラックやグラファイトを利用することも可能である。バインダは、ＰＶＤＦに限定されない。

正極スラリーの溶媒および負極スラリーの溶媒は、ＮＭＰに限定されず、公知の溶媒を用いることができる。また、正極スラリーの溶媒と負極スラリーの溶媒については、同一のものであり、また単一の溶媒であることが、再利用の点から好ましい。

直線状のスリットを備えるスリッドダイ６１が、金属箔６３に、スラリー６４を間欠的に塗布する。スラリー６４とスラリー６４との間で金属箔６３が露出した部分は、電池同士或いは電池の端子と金属箔６３とを電気的に接続するタブとなる。

金属箔６３は、適宜の材料、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレス鋼を用いることができる。具体的には、例えば、正極集電体にはアルミニウムなどの金属箔６３を用い、負極集電体には銅などの金属箔６３を用いることができる。金属箔６３の具体的な厚さについて特に制限はないが、例えば、アルミニウムの場合には２０μｍ、銅の場合には１０μｍ程度の薄膜である。

１個の単電池に使用する電極の枚数は非常に多く、電極を量産するために、長尺状の金属箔６３にスラリー６４を塗布して連続生産するのが一般的である。このように連続生産する場合、電極のスタッキング（保管）方式は、ロールトゥロール方式が適している。

このため、本実施形態では金属箔６３を巻き取る巻取りロール６５が、金属箔６３を供給する供給ロール６２から金属箔６３を搬送する。供給ロール６２は、金属箔６３を巻回しており、巻取りロール６５は、モータＭにより回転駆動しつつ金属箔６３を巻き取る。この搬送される金属箔６３に対して、スリットダイ６１はスラリー６４を塗布する。塗布されたスラリー６４は金属箔６３の搬送にともなって移動し、乾燥炉３０を通過する。

乾燥炉３０は、金属箔６３が通過する搬送路の下側に、吸気のための吸気口３４を有する。一方、乾燥炉３０は、排気のための排気口３５を搬送路の上側に有する。スラリー６４内の溶媒の蒸発量は、加熱が終了する乾燥炉３０の出口３３側に比べて入口３２側で多いため、排気口３５は、乾燥炉３０の入口３２と出口３３とのうち入口３２側に位置する。

循環部２７は、乾燥炉３０と連通する配管２６および配管２６に接続した送風ファン２４により構成されており、配管２６が、乾燥装置３０の排気口３５および吸気口３４に連通している。乾燥炉３０がスラリー６４を加熱して溶媒を蒸発させる間、送風ファン２４は作動する。

送風ファン２４が作動すると、循環系２０内に導入されている不活性ガス、例えば窒素が、蒸発した溶媒を輸送するキャリアガスとして循環する。蒸発した溶媒を含んだキャリアガスは、排気口３５および配管２６を通り、吸気口３４に設けられたパンチングメタル３６の小孔を通って乾燥炉３０内に流れ込み、絶えず循環する。

溶媒回収装置２２は、排気口３５と吸気口３４との間で配管２６に接続し、キャリアガスに含まれる溶媒を回収する。

ＣＰＵおよびメモリを主体として構成されるコントローラ６０が、循環系２０の作動を制御する。コントローラ６０は、乾燥炉３０の作動を制御し、誘導コイル３７、３８の出力などを調整する。また、コントローラ６０は、スリットダイ６１の作動を制御し、スラリー６４の塗布量、塗布厚さなどを調整する。さらに、コントローラ６０は、モータＭの作動を制御して、金属箔６３の搬送速度を調整する。コントローラ６０はまた、送風ファン２４の作動を制御して循環させるキャリアガスの流量を調整したり、溶媒回収装置２２の作動を制御したりする。コントローラ６０のメモリは、動作を制御するためのプログラムを記憶している。

次に循環系５０について説明する。

乾燥炉３０を収容する建物５１（収容部に相当する）、建物５１内に連通し建物内の気体を循環させる循環部５９（他の循環部に相当する）、および循環部５９に接続して建物５１内の気体に含まれる溶媒を回収する溶媒回収装置５２（他の回収部に相当する）が、循環系５０を構成する。

建物５１は、屋内の気体を排出するための排気口５４（収容部の排気口に相当する）を天井に有する。また、建物５１は、屋内に気体を取り込むための吸気口５５（収容部の吸気口に相当する）を建物５１の壁に有する。

乾燥炉３０で蒸発した溶媒の一部は、乾燥炉３０の入口３２または出口３３から建物５１内に漏出するため、建物５１内の気体は、溶媒を含む。スラリー６４内の溶媒の蒸発量は、加熱が終了する乾燥炉３０の出口３３側に比べて入口３２側で多いため、乾燥炉３０から漏出する量も、入口３２側で多い。これに対応して、建物５１の排気口５４は、乾燥炉３０の入口３２と出口３３とのうち、入口３２側に設けられる。

循環部５９は、建物５１の排気口５４に設けられたファン５８、および排気口５４および吸気口５５に連通する配管５３により構成される。建物５１内の気体は、ファン５８により排気口５４から排出され、配管５３によって吸気口５５に戻されて循環する。

吸気口５５は、循環系２０の配管２６に連通しており、吸気口５５から取り込まれた気体は、乾燥炉３０の排気口３５から排出されたキャリアガスに合流して、溶媒回収装置２２を通り、乾燥炉３０内に入る。乾燥炉３０がスラリー６４を加熱して溶媒を蒸発させる間、ファン５８は作動し、溶媒を含んだ気体は、建物５１および配管５３を絶えず循環する。

溶媒回収装置５２は、排気口５４と吸気口５５との間で配管５３に接続して、循環する気体に含まれる溶媒を回収する。

溶媒回収装置２２および溶媒回収装置５２について述べる。

溶媒回収装置２２は、溶媒を凝縮させて回収するものである。概説すると、図２に示すように、溶媒回収装置２２は、冷媒が流れるコイル状のパイプ２１を有し、このパイプ２１に溶媒を含むキャリアガス２３を接触させ、溶媒を凝縮させて液体２５にして回収する。

一方、溶媒回収装置５２は、風量の大きな排ガスから低濃度の溶媒を除去するのに適したものが用いられる。溶媒回収装置５２は、活性炭等の吸着剤に溶媒を吸着させて溶媒を回収するものであり、図３に示すように、吸着剤を結合させたディスク型ローター５６を内部に備える。

ローター５６は、ハニカム構造を有し、軸５７を中心に連続的に回転している。溶媒回収装置５２は、溶媒を含む溶媒含有気体を軸方向からローター５６に通して、溶媒をローター５６の吸着剤に一旦吸着させる。その後、ローター５６が回転し、溶媒が吸着した部分が移動したところで、配管５３を流れる気体の流量よりはるかに少ない流量の脱着用空気により脱着させて溶媒を回収する。溶媒回収装置５２は、例えば、株式会社西部技研製スカイセーブＣ（登録商標）である。

溶媒回収装置２２、および溶媒回収装置５２が回収した溶媒は、遠心分離または蒸留加熱等が施された後、再利用される。また、回収した溶媒は、処理場で処分してもよい。

本実施形態の効果を説明する。

本実施形態は、循環系２０において溶媒を循環させながら回収するため、一度に回収できない溶媒も循環する過程で回収でき、回収率を向上できる。したがって、本実施形態は溶媒の排出を抑制できる。また、本実施形態は、循環系５０においても溶媒を循環させながら回収するため、溶媒の回収率をより向上でき、溶媒の排出を抑制できる。さらに、本実施形態の溶媒回収システム１０は、循環系２０および循環系５０により閉じた系を形成しているため、外部への溶媒の排出を抑制できる。

本実施形態は、乾燥炉３０内の雰囲気を加熱するのではなく、スラリー６４に直接的に熱を付与する誘導コイル３７、３８により、スラリー６４内の溶媒を蒸発させる。このため、例えば熱風をスラリー６４に当てて溶媒を蒸発させる場合のように雰囲気の加熱を伴う場合に比べ、乾燥炉３０内の雰囲気の温度上昇を抑え、乾燥炉３０から排出されるキャリアガスの温度上昇が抑制される。したがって、溶媒の凝縮が容易で、溶媒を凝縮して回収する溶媒回収装置２２は、効率良く溶媒を回収できる。

また、冷媒管４０、４１が、誘導コイル３７、３８、および磁気コア３９、４２だけでなく乾燥炉３０内の雰囲気を冷却するため、乾燥炉３０内の雰囲気の温度上昇が抑えられ、溶媒回収装置２２での溶媒の凝縮が容易となる。

また、溶媒回収装置２２は、溶媒を凝縮して回収するため、循環するキャリアガスを冷却でき、キャリアガスは乾燥炉３０に戻ったとき、誘導コイル３７、３８および磁気コア３９、４２の冷却を助ける。

本実施形態のスラリー６４は、単一の溶媒を含む。したがって、本実施形態では、複数の溶媒が混ざって回収されることが防止され、回収後の再利用が容易である。

乾燥炉３０の排気口３５が、乾燥炉３０の入口３２と出口３３とのうち、スラリー６４内の溶媒の蒸発量が多い入口３２側に設けられており、本実施形態は溶媒の回収率を向上できる。また、建物５１の排気口５４が、溶媒の漏出する量が多い乾燥炉３０の入口３２側に設けられているため、本実施形態は溶媒の回収率を向上できる。

本実施形態は、乾燥炉３０で溶媒が蒸発する間、循環系２０において、溶媒を含んだキャリアガスを循環させるため、逆流が防止され、キャリアガスに含まれる溶媒が確実に溶媒回収装置２２を通過する。よって、本実施形態は、溶媒の回収率が良好である。

同様に、循環系５０においても溶媒を含んだ気体が循環するため、逆流が防止され、溶媒を含んだ気体が確実に溶媒回収装置５２を通過する。よって、本実施形態は、溶媒の回収率が良好である。

また、本実施形態では、循環系２０において溶媒を含んだキャリアガスが循環するため、この流れにより、誘導コイル３７、３８および磁気コア３９、４２を冷却できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変できる。例えば、溶媒回収装置２２および溶媒回収装置５２は、上述したものに限定されず、溶媒を回収する他の公知のものであってもよい。また、収容部は、建物５１に限定されず、建物内の部屋であってもよい。

また、本実施形態では、好ましい形態として誘導加熱を利用した乾燥方式を示したが、これに限定されるものではなく、本発明は、熱風を利用して溶媒を蒸発させる熱風乾燥方式を含む。また、実施形態は、２つの循環系２０、５０を有するが、本発明は、これに限定されない。すなわち、本発明は、建物５１（収容部）、循環部５９（他の循環部）、および溶媒回収装置５２（他の回収部）を有さない形態を含むものである。

溶媒回収システムを示す概略図である。 溶媒回収装置を説明するための概略図である。 他の溶媒回収装置に内蔵された溶媒を吸着させるローターを説明するための概略斜視図である。

符号の説明

１０ 溶媒回収システム、
２０、５０ 循環系、
２２ 溶媒回収装置（回収部）、
２４ 送風ファン、
２６ 配管、
２７ 循環部、
３０ 乾燥炉（乾燥部）、
３１ ケーシング、
３２ 入口、
３３ 出口、
３４ 乾燥炉の吸気口（乾燥部の吸気口）、
３５ 乾燥炉の排気口（乾燥部の排気口）、
３６ パンチングメタル、
３７、３８ 誘導コイル、
３９、４２ 磁気コア、
４０、４１ 冷媒管、
５１ 建物（収容部）、
５２ 溶媒回収装置（他の回収部）、
５３ 配管、
５４ 建物の排気口（収容部の排気口）、
５５ 建物の吸気口（収容部の吸気口）、
５６ ローター、
５８ ファン、
５９ 循環部（他の循環部）、
６０ コントローラ、
６１ スリットダイ、
６２ 供給ロール、
６３ 金属箔、
６４ スラリー、
６５ 巻取りロール、
Ｍ モータ。

Claims (11)

1. 金属箔に塗布された電極形成に用いられるスラリーに含まれる溶媒を蒸発させるための乾燥部と、
   前記乾燥部の排気口および前記乾燥部の吸気口に連通し、前記排気口から排気される蒸発した前記溶媒を前記吸気口まで戻して循環させる循環部と、
   前記循環部に接続し、蒸発した前記溶媒を回収する回収部と、を有する溶媒回収システム。
2. 前記乾燥部は、磁場の作用により熱を付与する誘導コイルにより前記溶媒を蒸発させる請求項１に記載の溶媒回収システム。
3. 前記スラリーは、単一の前記溶媒を含む請求項１または２に記載の溶媒回収システム。
4. 前記スラリーは、前記金属箔の搬送にともなって前記乾燥部内を移動しつつ加熱され、
   前記乾燥部の排気口は、前記金属箔が通過する前記乾燥部の入口と出口とのうち、前記入口側に設けられる請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶媒回収システム。
5. 前記乾燥部で前記溶媒が蒸発する間、蒸発した前記溶媒は前記乾燥部および前記循環部を循環する請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶媒回収システム。
6. 前記乾燥部を収容する収容部と、
   前記収容部の排気口および前記収容部の吸気口に連通し、前記収容部の排気口から排気される蒸発した前記溶媒を前記収容部の吸気口まで戻して循環させる他の循環部と、
   前記他の循環部に接続し、蒸発した前記溶媒を回収する他の回収部と、をさらに有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶媒回収システム。
7. 前記スラリーは、前記金属箔の搬送にともなって前記乾燥部内を移動しつつ加熱され、
   前記収容部の排気口は、前記金属箔が通過する前記乾燥部の入口と出口とのうち、前記入口側に設けられる請求項６に記載の溶媒回収システム。
8. 前記乾燥部で前記溶媒が蒸発する間、蒸発した前記溶媒は、前記収容部および前記他の循環部を循環する請求項６または７に記載の溶媒回収システム。
9. 金属箔に塗布された電極形成に用いられるスラリーに含まれる溶媒を蒸発させるための乾燥部で、前記溶媒を蒸発させる乾燥工程と、
   前記乾燥部の排気口から排気される蒸発した前記溶媒を、前記乾燥部の吸気口まで戻して循環させる循環工程と、
   前記循環工程の間に、蒸発した前記溶媒を回収する回収工程と、を有する溶媒回収方法。
10. 前記乾燥工程は、磁場の作用により熱を付与する誘導コイルにより前記溶媒を蒸発させる請求項９に記載の溶媒回収方法。
11. 前記乾燥工程で前記溶媒が蒸発する間、蒸発した前記溶媒は循環する請求項９または１０に記載の溶媒回収方法。

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