JP2016102606A - 真空乾燥装置、真空乾燥方法、および電池電極の製造方法 - Google Patents

真空乾燥装置、真空乾燥方法、および電池電極の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】コールドトラップを用いた真空乾燥において、乾燥炉内の液体が気化した気体をコールドトラップで捕集したにもかかわらず、この気体が被乾燥物に接触してしまうのを防止する。【解決手段】真空乾燥装置1は、真空乾燥装置1内の圧力を測定する圧力測定部40と、乾燥炉10とコールドトラップ30との接続を制御する制御部50と、を備える。制御部50は、閾値を、コールドトラップ30内にて固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定し、圧力測定部40により測定された圧力と、上述の閾値と、の関係に応じて、乾燥炉10とコールドトラップ30とを接続するか切り離すかを選択的に制御する。【選択図】図1

Description

本発明は、真空乾燥装置、真空乾燥方法、および電池電極の製造方法に関する。
従来、被乾燥物を乾燥させる技術として、真空乾燥に関する技術が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
特許文献1には、容器内を真空ポンプで真空化して、容器内に収容されている被乾燥物を乾燥させる、真空乾燥に関する技術が示されている。また、特許文献2には、真空乾燥において、乾燥炉内の被乾燥物から発生した水蒸気をコールドトラップで凝固させて捕集する技術が示されている。
特開2005−140536号公報 特開2009−156499号公報
特許文献2のようにコールドトラップを用いる真空乾燥では、乾燥炉と真空ポンプとの間にコールドトラップを設け、真空乾燥が完了するまで乾燥炉とコールドトラップとを常に接続した状態にする。このため、真空乾燥を行っている途中で、コールドトラップで凝固した氷が昇華により水蒸気に戻って被乾燥物に接触してしまい、被乾燥物の乾燥に時間がかかってしまったり、被乾燥物の乾燥を完了させることができなかったりするおそれがあった。特に、リチウムイオン電池といった二次電池の電極を乾燥させる場合には、電極を十分に乾燥できていないと、電池としての所望の性能を発揮できないおそれがあった。例えば、電極には、乾燥により水分が除去されることのみならず、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)のような有機溶剤が含まれることがある。NMPなどは、水分より冷却点が低いことから、このような溶剤もコールドトラップで効果的に捕集する必要がある。
そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、コールドトラップを用いた真空乾燥において、乾燥炉内の液体が気化した気体をコールドトラップで捕集したにもかかわらず、この気体が被乾燥物に接触してしまうのを防止することを目的とする。
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
(1) 本発明は、被乾燥物(例えば、後述のリチウムイオン二次電池の電極に相当)が配置される乾燥炉(例えば、図1の乾燥炉10に相当)と、当該乾燥炉内を真空排気する真空ポンプ(例えば、図1の真空ポンプ20に相当)と、当該乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集するコールドトラップ(例えば、図1のコールドトラップ30に相当)と、を備える真空乾燥装置(例えば、図1の真空乾燥装置1に相当)であって、前記真空乾燥装置内の圧力を測定する圧力測定手段(例えば、図1の圧力測定部40に相当)と、前記コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該被乾燥物の乾燥を行うかを制御する制御手段(例えば、図1の制御部50に相当)と、を備え、前記制御手段は、閾値を、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定し、前記圧力測定手段により測定された圧力と、前記閾値と、の関係に応じて、前記コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該被乾燥物の乾燥を行うかを選択的に制御することを特徴とする真空乾燥装置を提案している。
この発明によれば、真空乾燥装置に圧力測定手段および制御手段を設け、圧力測定手段により、真空乾燥装置内の圧力を測定することとした。また、制御手段により、閾値を、コールドトラップ内において固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定し、圧力測定手段により測定された圧力と閾値との関係に応じて、コールドトラップを用いて被乾燥物の乾燥を行うか、コールドトラップを用いずに被乾燥物の乾燥を行うかを選択的に制御することとした。このため、真空ポンプによる真空排気により真空乾燥装置内の圧力が低下していくことになるが、コールドトラップで捕集した固体が、真空乾燥装置内の圧力が低下することによって気体に昇華し始めるよりも前に、コールドトラップを用いた被乾燥物の乾燥を停止させることができる。したがって、コールドトラップを用いた真空乾燥において、乾燥炉内の液体が気化した気体をコールドトラップで捕集したにもかかわらず、この気体が被乾燥物に接触してしまうのを防止することができる。
(2) 本発明は、(1)の真空乾燥装置について、前記圧力測定手段は、前記コールドトラップ内の圧力、または当該コールドトラップと連通する空間内(例えば、図1の乾燥炉10内に相当)の圧力を測定することを特徴とする真空乾燥装置を提案している。
この発明によれば、(1)の真空乾燥装置において、圧力測定手段により、コールドトラップ内の圧力、またはコールドトラップと連通する空間内の圧力を測定することとした。このため、コールドトラップ内の圧力を直接求めたり、コールドトラップと連通する空間内の圧力を測定することでコールドトラップ内の圧力を間接的に求めたりすることができ、求めた圧力に基づいて、コールドトラップを用いて被乾燥物の乾燥を行うか、コールドトラップを用いずに被乾燥物の乾燥を行うかの選択的な制御を容易に実現することができる。
(3) 本発明は、(1)または(2)の真空乾燥装置について、前記制御手段は、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際における当該コールドトラップ内の圧力と温度との関係を予め記憶する記憶手段(例えば、図5の記憶部54に相当)と、前記コールドトラップ内の温度を測定する温度測定手段(例えば、図5の温度測定部55に相当)と、を備え、前記温度測定手段により測定された真空乾燥処理中の温度において前記固体が気体に昇華し始める際の圧力を、前記記憶手段に記憶されている関係に基づいて決定し、決定した圧力に基づいて前記閾値を前記制御手段に設定することを特徴とする真空乾燥装置を提案している。
ここで、固体が気体に昇華し始める際の圧力は、固体の温度によって変化する。そこで、この発明によれば、(1)または(2)の真空乾燥装置において、制御手段に記憶手段および温度測定手段を設け、記憶手段により、コールドトラップ内において固体が気体に昇華し始める際におけるコールドトラップ内の圧力と温度との関係を予め記憶するとともに、温度測定手段により、コールドトラップ内の温度を測定することとした。また、制御手段により、温度測定手段により測定された真空乾燥処理中の温度において固体が気体に昇華し始める際の圧力を、記憶手段に記憶されている関係から決定し、決定した圧力に基づいて上述の閾値を設定することとした。このため、コールドトラップで捕集されている固体の温度に応じて閾値を設定することができるので、コールドトラップを用いた被乾燥物の乾燥の終了タイミングをさらに適切に制御することができる。
(4) 本発明は、(1)から(3)のいずれか1つの真空乾燥装置について、前記制御手段は、前記閾値として、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力より高い値を設定することを特徴とする真空乾燥装置を提案している。
この発明によれば、(1)から(3)のいずれか1つの真空乾燥装置において、制御手段により、閾値として、コールドトラップ内において固体が気体に昇華し始める際の圧力より高い値を設定することとした。このため、乾燥炉内の液体が気化した気体をコールドトラップで捕集したにもかかわらず、この気体が被乾燥物に接触してしまうのをより確実に防止することができる。
(5) 本発明は、(1)から(4)のいずれか1つの真空乾燥装置について、前記乾燥炉と前記真空ポンプとの間に設けられ、前記コールドトラップと接続された第1の排気経路(例えば、図1の配管524、525に相当)と、当該コールドトラップと接続されていない第2の排気経路(例えば、図1の配管522に相当)と、を備え、前記制御手段は、前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも高い期間では、前記乾燥炉を前記第1の排気経路と接続し、前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記乾燥炉を前記第2の排気経路と接続することを特徴とする真空乾燥装置を提案している。
この発明によれば、(1)から(4)のいずれか1つの真空乾燥装置において、コールドトラップと接続された第1の排気経路と、コールドトラップと接続されていない第2の排気経路と、を乾燥炉と真空ポンプとの間に設けることとした。また、制御手段により、圧力測定手段により測定された圧力が閾値よりも高い期間では、乾燥炉を第1の排気経路と接続し、圧力測定手段により測定された圧力が閾値よりも低い期間では、乾燥炉を第2の排気経路と接続することとした。このため、真空乾燥装置内の圧力が閾値よりも高い期間では、真空乾燥にコールドトラップを用いることができ、真空乾燥装置内の圧力が閾値よりも低い期間では、コールドトラップを乾燥炉から切り離すことができる。
(6) 本発明は、(1)から(4)のいずれか1つの真空乾燥装置について、前記乾燥炉は、前記コールドトラップ(例えば、図6のコールドトラップ30に相当)と接続された第1の乾燥炉(例えば、図6の第1の乾燥炉10Aに相当)と、当該コールドトラップと接続されていない第2の乾燥炉(例えば、図6の第2の乾燥炉10Bに相当)と、を備え、前記真空ポンプは、前記第1の乾燥炉内および前記第2の乾燥炉内を真空排気し、前記コールドトラップは、前記第1の乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集し、前記制御手段は、前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも高い期間では、前記被乾燥物を前記第1の乾燥炉に配置し、前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記被乾燥物を前記第1の乾燥炉から前記第2の乾燥炉に移すことを特徴とする真空乾燥装置を提案している。
この発明によれば、(1)から(4)のいずれか1つの真空乾燥装置において、乾燥炉として、コールドトラップと接続された第1の乾燥炉と、コールドトラップと接続されていない第2の乾燥炉と、を設け、真空ポンプにより、第1の乾燥炉内および第2の乾燥炉内を真空排気することとした。また、コールドトラップにより、第1の乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集することとした。また、圧力測定手段により測定された圧力が閾値よりも高い期間では、制御手段により、被乾燥物を第1の乾燥炉に配置することとした。また、圧力測定手段により測定された圧力が閾値よりも低い期間では、制御手段により、被乾燥物を第1の乾燥炉から第2の乾燥炉に移すこととした。このため、真空乾燥装置内の圧力が閾値よりも高い期間では、コールドトラップが接続されている第1の乾燥炉内に被乾燥物が配置されているので、真空乾燥にコールドトラップを用いることができる。一方、真空乾燥装置内の圧力が閾値よりも低い期間では、コールドトラップが接続されていない第2の乾燥炉内に被乾燥物が配置されているので、コールドトラップで捕集した気体が被乾燥物に接触してしまうのを防止することができる。
(7) 本発明は、(6)の真空乾燥装置について、前記真空ポンプは、前記第1の乾燥炉内を真空排気する第1の真空ポンプ(例えば、図6の第1の真空ポンプ20Aに相当)と、前記第2の乾燥炉内を真空排気する第2の真空ポンプ(例えば、図6の第2の真空ポンプ20Bに相当)と、を備えることを特徴とする真空乾燥装置を提案している。
この発明によれば、(6)の真空乾燥装置において、真空ポンプとして、第1の乾燥炉内を真空排気する第1の真空ポンプと、第2の乾燥炉内を真空排気する第2の真空ポンプと、を設けることとした。このため、第1の乾燥炉および第2の乾燥炉について、それぞれ独立した真空排気を行うことができる。
(8) 本発明は、(1)から(7)のいずれか1つの真空乾燥装置について、前記コールドトラップは、捕集した固体を溶かして排出するための排出口を備えることを特徴とする真空乾燥装置を提案している。
この発明によれば、(1)から(7)のいずれか1つの真空乾燥装置において、コールドトラップに、捕集した固体を溶かして排出するための排出口を設けることとした。このため、コールドトラップにて捕集された固体を、排出口を介してコールドトラップから適宜除去することができる。
(9) 本発明は、(1)から(8)のいずれか1つの真空乾燥装置について、前記被乾燥物は、電池電極であることを特徴とする真空乾燥装置を提案している。
この発明によれば、(1)から(8)のいずれか1つの真空乾燥装置において、被乾燥物は、電池電極であることとした。このため、コールドトラップを用いた真空乾燥において、乾燥炉内の液体が気化した気体をコールドトラップで捕集したにもかかわらず、この気体が電池電極に接触してしまうのを防止することができる。
(10) 本発明は、被乾燥物(例えば、後述のリチウムイオン二次電池の電極に相当)が配置される乾燥炉(例えば、図1の乾燥炉10に相当)と、当該乾燥炉内を真空排気する真空ポンプ(例えば、図1の真空ポンプ20に相当)と、当該乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集するコールドトラップ(例えば、図1のコールドトラップ30に相当)と、を備える真空乾燥装置(例えば、図1の真空乾燥装置1に相当)における真空乾燥方法であって、前記乾燥炉内に前記被乾燥物を配置し、前記真空ポンプで当該乾燥炉内を真空排気することにより当該被乾燥物の乾燥を行うとともに、前記真空乾燥装置内の圧力を測定する第1のステップと、前記コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該被乾燥物の乾燥を行うかを制御する第2のステップと、を備え、前記第2のステップでは、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定された閾値よりも、前記第1のステップにより測定された圧力が高い期間では、当該コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行い、前記第1のステップにより測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記コールドトラップを用いずに前記被乾燥物の乾燥を行うことを特徴とする真空乾燥方法を提案している。
この発明によれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
(11) 本発明は、(10)の真空乾燥方法について、前記閾値を、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い値に設定することを特徴とする真空乾燥方法を提案している。
この発明によれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
(12) 本発明は、(10)または(11)の真空乾燥方法について、前記コールドトラップにて捕集された固体を溶かして、当該コールドトラップから排出する第3のステップを備えることを特徴とする真空乾燥方法を提案している。
この発明によれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
(13) 電池電極を真空乾燥する電池電極の製造方法であって、乾燥炉(例えば、図1の乾燥炉10に相当)内に前記電池電極を配置し、真空ポンプ(例えば、図1の真空ポンプ20に相当)で当該乾燥炉内を真空排気することにより当該電池電極の真空乾燥を行うとともに、コールドトラップ(例えば、図1のコールドトラップ30に相当)内または当該コールドトラップに連通する空間内の圧力を測定する第1のステップと、前記コールドトラップを用いて前記電池電極の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該電池電極の乾燥を行うかを制御する第2のステップと、前記真空乾燥の完了した電池電極を前記乾燥炉から取り出して、次の工程へ搬送する第3のステップと、を備え、前記第2のステップでは、前記コールドトラップにより捕集された固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定された閾値よりも、前記第1のステップにより測定された圧力が高い期間では、当該コールドトラップを用いて前記電池電極の乾燥を行い、前記第1のステップにより測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記コールドトラップを用いずに前記電池電極の乾燥を行うことを特徴とする電池電極の製造方法を提案している。
この発明によれば、電池電極を製造する際に、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
(14) 本発明は、(13)の電池電極の製造方法について、前記閾値を、前記コールドトラップ内により捕集された固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い値に設定することを特徴とする電池電極の製造方法を提案している。
この発明によれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
(15) 本発明は、(13)または(14)の電池電極の製造方法について、前記コールドトラップにて捕集された固体を溶かして、当該コールドトラップから排出する第4のステップを備えることを特徴とする電池電極の製造方法を提案している。
この発明によれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
本発明によれば、コールドトラップを用いた真空乾燥において、乾燥炉内の液体が気化した気体をコールドトラップで捕集したにもかかわらず、この気体が被乾燥物に接触してしまうのを防止することができる。
本発明の第1実施形態に係る真空乾燥装置のブロック図である。 コールドトラップにおける気体から固体への昇華を説明するための図である。 コールドトラップにおける固体から気体への昇華を説明するための図である。 除去対象物における温度と圧力とに基づく状態変化の関係を示す図である。 本発明の第2実施形態に係る真空乾燥装置のブロック図である。 本発明の第3実施形態に係る真空乾燥装置のブロック図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る真空乾燥装置1のブロック図である。真空乾燥装置1は、乾燥炉10、真空ポンプ20、コールドトラップ30、圧力測定部40、および制御部50を備える。
乾燥炉10の内部には、被乾燥物が配置される。本実施形態では、被乾燥物は、リチウムイオン二次電池の電極であるものとする。
圧力測定部40は、乾燥炉10内の圧力を測定する。
制御部50は、バルブ制御部51と、配管521、522、523、524、525と、バルブ531、532、533、534と、を備える。バルブ制御部51は、圧力測定部40による測定結果と、後述の閾値と、の関係に応じて、バルブ531から534のそれぞれの開閉を制御して、乾燥炉10と真空ポンプ20との接続を制御する。
真空ポンプ20は、バルブ制御部51によるバルブ531から534のそれぞれの開閉の制御に応じた経路で、乾燥炉10内を真空排気する。
コールドトラップ30は、バルブ533が開いている期間、すなわち乾燥炉10とコールドトラップ30とが接続されている期間に、乾燥炉10内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集する。また、コールドトラップ30は、内部の温度を予め定められた温度に維持する。なお、本実施形態では、上述の液体として、水分を想定しているが、NMPのような有機溶剤を含むものであってもよい。
図2、3は、コールドトラップ30内の様子を示す模式図である。コールドトラップ30は、捕集部31を備えており、この捕集部31を予め定められた温度に冷却する。
図4は、コールドトラップ30により捕集する除去対象物の状態と圧力と温度との関係を示す図である。除去対象物は、図4に示すように、温度および圧力に応じて、気体、液体、および固体のいずれかの状態になる。
まず、圧力測定部40により測定された乾燥炉10内の圧力が、コールドトラップ30内にて固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い場合について、図2、4を用いて以下に説明する。この場合、冷却されている捕集部31に気体が接触すると、この気体は、固体に昇華して捕集部31に捕集される。なお、上述の固体が気体に昇華し始める際の圧力は、この固体が水分のみである場合には、水分が気体に昇華し始める際の圧力のことであり、この固体が水分およびNMPである場合には、これら水分およびNMPが共に気体に昇華し始める際の圧力のことである。
次に、圧力測定部40により測定された乾燥炉10内の圧力が、コールドトラップ30内にて固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも低い場合について、図3、4を用いて以下に説明する。この場合、捕集部31に捕集されていた固体が昇華により気体に戻ってしまい、この気体が被乾燥物に接触してしまう可能性がある。
そこで、バルブ制御部51は、まず、コールドトラップ30内にて固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い値を、上述の閾値として予め設定する。
バルブ制御部51は、次に、圧力測定部40により測定された乾燥炉10内の圧力が閾値よりも高い期間では、バルブ531、532を閉じるとともに、バルブ533、534を開く。これによれば、乾燥炉10と真空ポンプ20とが、配管521と、配管524と、コールドトラップ30と、配管525と、配管523と、を介して接続されることになる。このため、乾燥炉10内の液体が気化した気体は、コールドトラップ30により固体に昇華して捕集される。
一方、バルブ制御部51は、圧力測定部40により測定された乾燥炉10内の圧力が閾値よりも低い期間では、バルブ531、532を開くとともに、バルブ533、534を閉じる。これによれば、乾燥炉10と真空ポンプ20とが、配管521と、配管522と、配管523と、を介して接続され、乾燥炉10と真空ポンプ20との接続においてコールドトラップ30がバイパスされることになる。このため、乾燥炉10内の圧力がさらに低下して、コールドトラップ30により捕集されている固体が昇華により気体に戻ってしまう圧力となってしまっても、コールドトラップ30は乾燥炉10と接続されていないので、この気体が乾燥炉10内の被乾燥物に接触することはない。
コールドトラップ30にて捕集された固体は、被乾燥物への乾燥処理を所定の回数行った後や、被乾燥物への乾燥処理が全て終了して真空乾燥装置を止める前などのように、被乾燥物への乾燥処理を行っていないタイミングで、取り除かれる。具体的には、コールドトラップ30にて捕集された固体は、コールドトラップ30へ暖められたガスを導入するなどによって溶かされて、コールドトラップ30の開状態の排出口から排出される。これにより、被乾燥物に対する次の乾燥処理の前にコールドトラップ30にて捕集された除去対象物(水、NMPなど)を除去することができる。コールドトラップ30の排出口は、コールドトラップ30で捕集された固体を取り除く排出処理の際に開状態となり、それ以外の際に閉状態となることができる機構を有する。なお、この排出処理の際には、暖められたガスの導入のために少なくともバルブ534は開状態とする。この排出処理の際には、さらに、除去対象物が再び気化して乾燥炉10に戻ることがないように、バルブ531やバルブ533を閉状態としておくことが望ましい。
以上の真空乾燥装置1によれば、以下の効果を奏することができる。
真空乾燥装置1は、圧力測定部40により、真空乾燥装置1内の圧力として乾燥炉10内の圧力を測定する。また、制御部50により、閾値を、コールドトラップ30内において固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定し、圧力測定部40により測定された圧力と閾値との関係に応じて、乾燥炉10とコールドトラップ30とを接続するか切り離すかを選択的に制御する。このため、真空ポンプ20による真空排気により真空乾燥装置1内の圧力が低下していくことになるが、コールドトラップ30で捕集した固体が、真空乾燥装置1内の圧力が低下することによって気体に昇華し始めるよりも前に、コールドトラップ30を乾燥炉10から切り離すことができる。したがって、コールドトラップ30を用いた真空乾燥において、乾燥炉10内の液体が気化した気体をコールドトラップ30で捕集したにもかかわらず、この気体が被乾燥物に接触してしまうのを防止することができる。
また、真空乾燥装置1は、制御部50により、圧力測定部40により測定された圧力が閾値よりも高い期間では、乾燥炉10とコールドトラップ30とを接続し、圧力測定部40により測定された圧力が閾値よりも低い期間では、コールドトラップ30を乾燥炉10から切り離す。このため、真空乾燥装置1内の圧力が閾値よりも高い期間では、真空乾燥にコールドトラップ30を用いることができる。また、真空乾燥装置1内の圧力が閾値よりも低い期間では、コールドトラップ30を乾燥炉10から切り離すことができる。
また、真空乾燥装置1は、圧力測定部40により、真空乾燥装置1内の圧力として乾燥炉10内の圧力を測定する。このため、乾燥炉10とコールドトラップ30とが接続されている期間において、圧力測定部40により測定された乾燥炉10内の圧力から、コールドトラップ30内の圧力を間接的に求めることができる。したがって、求めた圧力に基づいて、乾燥炉10とコールドトラップ30とを接続するか切り離すかの制御を容易に実現することができる。
また、真空乾燥装置1は、制御部50により、閾値として、コールドトラップ30内において固体が気体に昇華し始める際の圧力より高い値を設定する。このため、乾燥炉10内の液体が気化した気体をコールドトラップ30で捕集したにもかかわらず、この気体が被乾燥物に接触してしまうのをより確実に防止することができる。
また、真空乾燥装置1は、圧力測定部40により測定された圧力が閾値よりも高い期間では、制御部50により、乾燥炉10と真空ポンプ20とをコールドトラップ30を介して接続する。また、圧力測定部40により測定された圧力が閾値よりも低い期間では、制御部50により、乾燥炉10と真空ポンプ20とをコールドトラップ30を介することなく接続する。このため、乾燥炉10内の圧力が閾値よりも高い期間では、真空乾燥にコールドトラップ30を用いることができる。また、乾燥炉10内の圧力が閾値よりも低い期間では、コールドトラップ30を乾燥炉10から切り離すことができる。
また、真空乾燥装置1は、被乾燥物として、リチウムイオン二次電池の電極を真空乾燥させることができる。
また、真空乾燥装置1では、コールドトラップ30は、捕集した固体を溶かして排出するための排出口を備える。このため、コールドトラップ30にて捕集された固体を、排出口を介してコールドトラップ30から適宜除去することができる。
<第2実施形態>
図5は、本発明の第2実施形態に係る真空乾燥装置1Aのブロック図である。真空乾燥装置1Aは、図1に示した本発明の第1実施形態に係る真空乾燥装置1とは、制御部50の代わりに制御部50Aを備える点で異なる。なお、真空乾燥装置1Aにおいて、真空乾燥装置1と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
制御部50Aは、バルブ制御部51Aと、配管521、522、523、524、525と、バルブ531、532、533、534と、記憶部54と、温度測定部55と、を備える。
記憶部54は、コールドトラップ30内の除去対象物が固体から気体へ昇華し始める際におけるコールドトラップ内の圧力と温度との関係を、予め記憶する。なお、除去対象物が複数ある場合には、固体から気体へ昇華し始める際の圧力と温度との関係を除去対象物ごとに予め記憶するか、または全ての除去対象物が固体から気体へ昇華する際の圧力と温度との関係を予め記憶する。
温度測定部55は、コールドトラップ30内の温度を測定する。より具体的には、温度測定部55は、コールドトラップ30に設けられた捕集部31の温度を測定する。
バルブ制御部51Aは、まず、温度測定部55により測定された真空乾燥処理中の温度を取得する。次に、記憶部54に記憶されている関係を読み出す。なお、除去対象物が複数あり、記憶部54に複数の関係が記憶されている場合には、これら複数の関係から、全ての除去対象物が固体から気体へ昇華する際の圧力と温度との関係を演算などで求める。次に、取得した温度において固体が気体に昇華し始める際の圧力を、記憶部54に記憶されている関係(除去対象物が1つの場合)、または記憶部54に記憶されている複数の関係から求めた関係(除去対象物が複数の場合)から決定し、決定した圧力よりも高い値を、閾値として予め設定する。次に、制御部50に設けられたバルブ制御部51と同様に、圧力測定部40による測定結果と閾値との関係に応じて、バルブ531から534のそれぞれの開閉を制御して、乾燥炉10と真空ポンプ20との接続を制御する。
以上の真空乾燥装置1Aによれば、真空乾燥装置1が奏することのできる上述の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。
真空乾燥装置1Aは、記憶部54により、コールドトラップ30内において固体が気体に昇華し始める際におけるコールドトラップ内の圧力と温度との関係を予め記憶するとともに、温度測定部55により、コールドトラップ30内の温度を測定する。また、バルブ制御部51Aにより、温度測定部55により測定された真空乾燥処理中の温度において固体が気体に昇華し始める際の圧力を、記憶部54に記憶されている関係から決定し、決定した圧力に基づいて閾値を設定する。このため、コールドトラップ30で捕集されている固体の温度に応じて閾値を設定することができるので、コールドトラップ30を乾燥炉10から切り離すタイミングをさらに適切に制御することができる。
また、真空乾燥装置1Aは、除去対象物が複数ある場合、全ての除去対象物が固体から気体へ昇華する際の圧力と温度との関係を、記憶部54により予め記憶しておくか、またはバルブ制御部51Aにより演算などで求める。このため、除去対象物が複数ある場合でも、これら除去対象物をコールドトラップ30で捕集できるように、閾値を適切に設定することができる。
<第3実施形態>
図6は、本発明の第3実施形態に係る真空乾燥装置1Bのブロック図である。真空乾燥装置1Bは、図1に示した本発明の第1実施形態に係る真空乾燥装置1とは、乾燥炉10の代わりに第1の乾燥炉10Aおよび第2の乾燥炉10Bを備える点と、真空ポンプ20の代わりに第1の真空ポンプ20Aおよび第2の真空ポンプ20Bを備える点と、制御部50の代わりに制御部50Bを備える点と、で異なる。なお、真空乾燥装置1Bにおいて、真空乾燥装置1と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。
制御部50Bは、移送制御部51Bと、配管526、527、528と、移送部56と、を備える。配管526は、第1の乾燥炉10Aとコールドトラップ30とを接続し、配管527は、コールドトラップ30と第1の真空ポンプ20Aとを接続する。配管528は、第2の乾燥炉10Bと第2の真空ポンプ20Bとを接続する。移送部56は、移送制御部51Bによる制御に応じて、第1の乾燥炉10Aから第2の乾燥炉10Bに被乾燥物を移したり、第2の乾燥炉10Bから第1の乾燥炉10Aに被乾燥物を移したりする。
なお、移送部56の略中央には、開閉可能に設けられたシャッター(図示省略)が設けられている。第1の乾燥炉10Aから第2の乾燥炉10Bに被乾燥物を移したり、第2の乾燥炉10Bから第1の乾燥炉10Aに被乾燥物を移したりする場合には、移送部56は、シャッターを開いて、第1の乾燥炉10Aと第2の乾燥炉10Bとを連通させる。また、被乾燥物の真空乾燥処理を第1の乾燥炉10Aまたは第2の乾燥炉10Bで行う場合には、シャッターを閉じて、第1の乾燥炉10Aと第2の乾燥炉10Bとを切り離す。
移送制御部51Bは、圧力測定部40により測定された第1の乾燥炉10A内の圧力と閾値との関係に応じて、移送部56を制御して、第1の乾燥炉10Aおよび第2の乾燥炉10Bのうちどちらに被乾燥物を配置するのかを制御する。なお、第1の乾燥炉10Aの内部および第2の乾燥炉10Bの内部と同様に、移送部56の内部は、外気に触れないように形成される。
具体的には、移送制御部51Bは、まず、コールドトラップ30内にて固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い値を、閾値として予め設定する。
移送制御部51Bは、次に、圧力測定部40により測定された第1の乾燥炉10A内の圧力が閾値よりも高い期間では、移送部56を制御して、第1の乾燥炉10Aに被乾燥物を配置し、上述のシャッターを閉じて第1の乾燥炉10Aと第2の乾燥炉10Bとを切り離す(第1の乾燥炉10Aと第2の乾燥炉10Bとの間を遮断状態とする)。このため、第1の乾燥炉10A内の液体が気化した気体は、コールドトラップ30により固体に昇華して捕集される。
一方、移送制御部51Bは、圧力測定部40により測定された第1の乾燥炉10A内の圧力が閾値よりも低い期間では、移送部56を制御して、上述のシャッターを開いて第1の乾燥炉10Aと第2の乾燥炉10Bとを連通させ、第1の乾燥炉10Aから第2の乾燥炉10Bに被乾燥物を移して第2の乾燥炉10Bに被乾燥物を配置した後に、上述のシャッターを閉じて第1の乾燥炉10Aと第2の乾燥炉10Bとを切り離す。このため、圧力測定部40により測定された第1の乾燥炉10A内の圧力が閾値よりも低い期間において、コールドトラップ30により捕集されている固体が昇華により気体に戻ってしまっても、コールドトラップ30は第2の乾燥炉10Bと接続されていないので、この気体が第2の乾燥炉10B内の被乾燥物に接触することはない。
コールドトラップ30にて捕集された固体は、被乾燥物への乾燥処理を所定の回数行った後や、被乾燥物への乾燥処理が全て終了して真空乾燥装置を止める前などのように、被乾燥物への乾燥処理を行っていないタイミングで、取り除かれる。具体的には、コールドトラップ30にて捕集された固体は、コールドトラップ30へ暖められたガスを導入するなどによって溶かされて、コールドトラップ30の開状態の排出口から排出される。これにより、被乾燥物に対する次の乾燥処理の前にコールドトラップ30にて捕集された除去対象物(水、NMPなど)を除去することができる。コールドトラップ30の排出口は、コールドトラップ30で捕集された固体を取り除く排出処理の際に開状態となり、それ以外の際に閉状態となることができる機構を有する。
以上の真空乾燥装置1Bによれば、真空乾燥装置1が奏することのできる上述の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。
真空乾燥装置1Bは、第1の真空ポンプ20Aにより第1の乾燥炉10A内を真空排気するとともに、第2の真空ポンプ20Bにより第2の乾燥炉10B内を真空排気する。また、コールドトラップ30により、第1の乾燥炉10A内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集する。また、圧力測定部40により測定された圧力が閾値よりも高い期間では、制御部50Bにより、被乾燥物を第1の乾燥炉10Aに配置する。また、圧力測定部40により測定された圧力が閾値よりも低い期間では、制御部50Bにより、被乾燥物を第1の乾燥炉10Aから第2の乾燥炉10Bに移す。このため、第1の乾燥炉10A内の圧力が閾値よりも高い期間では、コールドトラップ30が接続されている第1の乾燥炉10A内に被乾燥物が配置されているので、真空乾燥にコールドトラップ30を用いることができる。一方、第1の乾燥炉10A内の圧力が閾値よりも低い期間では、コールドトラップ30が接続されていない第2の乾燥炉10B内に被乾燥物が配置されているので、コールドトラップ30で捕集した気体が被乾燥物に接触してしまうのを防止することができる。
また、真空乾燥装置1Bは、第1の乾燥炉10A内を真空排気する第1の真空ポンプ20Aと、第2の乾燥炉10B内を真空排気する第2の真空ポンプ20Bと、を備える。このため、第1の乾燥炉10Aおよび第2の乾燥炉10Bについて、それぞれ独立した真空排気を行うことができる。
また、真空乾燥装置1Bは、移送部56の略中央にシャッターを備える。このため、1つのシャッターで、第1の乾燥炉10Aと第2の乾燥炉10Bとを連通させたり切り離したりすることができるので、複数のシャッターを備える場合と比べて、真空乾燥装置1Bの製造コストを抑制できるとともに、シャッターの制御を簡易化することができる。
以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計なども含まれる。
例えば、上述の各実施形態では、コールドトラップ30で捕集する対象は、気体としたが、例えば水蒸気であってよい。
また、上述の各実施形態では、被乾燥物は、リチウムイオン二次電池の電極であるものとしたが、これに限らない。
また、上述の第1実施形態および第2実施形態では、圧力測定部40により、真空乾燥装置1、1A内の圧力として乾燥炉10内の圧力を測定することとした。しかし、コールドトラップ30内の圧力を求めることができればよく、圧力測定部40により、例えばコールドトラップ30内の圧力を測定したり、コールドトラップ30に接続された配管524や配管525内の圧力を測定したりしてもよい。
また、上述の第3実施形態では、圧力測定部40により、真空乾燥装置1B内の圧力として第1の乾燥炉10A内の圧力を測定することとした。しかし、コールドトラップ30内の圧力を求めることができればよく、圧力測定部40により、例えばコールドトラップ30内の圧力を測定したり、コールドトラップ30に接続された配管526や配管527内の圧力を測定したりしてもよい。
また、上述の第3実施形態において、第2実施形態で説明した記憶部54を制御部50Bに設けるとともに、第2実施形態で説明した温度測定部55によりコールドトラップ30内の温度を測定し、移送制御部51Bにより、温度測定部55により測定された真空乾燥処理中の温度を取得し、取得した温度において固体が気体に昇華し始める際の圧力を、記憶部54に記憶されている関係から決定し、決定した圧力よりも高い値を、閾値として予め設定することとしてもよい。
また、上述の第1実施形態および第2実施形態において、圧力測定部40により測定された圧力が閾値と等しい期間では、乾燥炉10とコールドトラップ30とを接続してもよいし、コールドトラップ30を乾燥炉10から切り離してもよい。
また、上述の第3実施形態において、圧力測定部40により測定された圧力が閾値と等しい期間では、被乾燥物を第1の乾燥炉10Aに配置してもよいし、被乾燥物を第2の乾燥炉10Bに配置してもよい。
また、上述の第3実施形態では、第1の乾燥炉10Aの内部の真空排気を第1の真空ポンプ20Aで行い、第2の乾燥炉10Bの内部の真空排気を第2の真空ポンプ20Bで行うこととした。しかし、これに限らず、第1の乾燥炉10Aおよび第2の乾燥炉10Bの内部の真空排気を、例えば1つの真空ポンプで行うこととしてもよい。乾燥炉ごとに真空ポンプを設けることで、それぞれ独立した真空排気を行うことができるが、複数の乾燥炉に対して共通の真空ポンプを設けることで、真空乾燥装置としての装置コストの増加を抑えることや、真空排気の制御の複雑化を抑えることができる。
また、上述の第3実施形態では、移送部56の略中央にシャッターを設けることとしたが、これに限らず、例えば、移送部56と第1の乾燥炉10Aとの接続部近傍と、移送部56と第2の乾燥炉10Bとの接続部近傍と、のいずれか一方に設けることとしてもよい。なお、シャッターを閉じた際に、第1の乾燥炉10A内の空間と、移送部56内のうち第1の乾燥炉10A内の空間と連通している空間と、のことを第1の空間と呼び、第2の乾燥炉10B内と、移送部56内のうち第2の乾燥炉10B内の空間と連通している空間と、のことを第2の空間と呼ぶこととする。すると、シャッターを設ける位置を調節して、第1の空間の大きさと、第2の空間の大きさと、を等しくすることで、第1の乾燥炉10Aにおける真空乾燥処理において第1の真空ポンプ20Aにより真空排気を行う範囲と、第2の乾燥炉10Bにおける真空乾燥処理において第2の真空ポンプ20Bにより真空排気を行う範囲と、を同程度にすることができる。
また、上述の第3実施形態では、移送部56の略中央にシャッターを設けることとしたが、これに限らず、例えば、移送部56と第1の乾燥炉10Aとの接続部近傍と、移送部56と第2の乾燥炉10Bとの接続部近傍と、にそれぞれシャッターを設けることとしてもよい。これによれば、被乾燥物の真空乾燥処理を第1の乾燥炉10Aで行う際に、移送部56と第1の乾燥炉10Aとの接続部近傍に設けたシャッターを閉じることで、移送部56の略中央にシャッターを設けた場合と比べて、被乾燥物が配置されている空間が狭くなるので、第1の乾燥炉10Aにおける真空乾燥処理にかかる時間を短縮することができる。また、被乾燥物の真空乾燥処理を第2の乾燥炉10Bで行う際に、移送部56と第2の乾燥炉10Bの接続部近傍に設けたシャッターを閉じることで、移送部56の略中央にシャッターを設けた場合と比べて、被乾燥物が配置されている空間が狭くなるので、第2の乾燥炉10Bにおける真空乾燥処理にかかる時間を短縮することができる。
1、1A、1B;真空乾燥装置
10;乾燥炉
10A;第1の乾燥炉
10B;第2の乾燥炉
20;真空ポンプ
20A;第1の真空ポンプ
20B;第2の真空ポンプ
30;コールドトラップ
31;捕集部
40;圧力測定部
50、50A、50B;制御部
51、51A;バルブ制御部
51B;移送制御部
521、522、523、524、525、526、527、528;配管
531、532、533、534;バルブ
54;記憶部
55;温度測定部
56;移送部

Claims (15)

  1. 被乾燥物が配置される乾燥炉と、当該乾燥炉内を真空排気する真空ポンプと、当該乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集するコールドトラップと、を備える真空乾燥装置であって、
    前記真空乾燥装置内の圧力を測定する圧力測定手段と、
    前記コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該被乾燥物の乾燥を行うかを制御する制御手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、
    閾値を、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定し、
    前記圧力測定手段により測定された圧力と、前記閾値と、の関係に応じて、前記コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該被乾燥物の乾燥を行うかを選択的に制御することを特徴とする真空乾燥装置。
  2. 前記圧力測定手段は、前記コールドトラップ内の圧力、または当該コールドトラップと連通する空間内の圧力を測定することを特徴とする請求項1に記載の真空乾燥装置。
  3. 前記制御手段は、
    前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際における当該コールドトラップ内の圧力と温度との関係を予め記憶する記憶手段と、
    前記コールドトラップ内の温度を測定する温度測定手段と、
    を備え、
    前記温度測定手段により測定された真空乾燥処理中の温度において前記固体が気体に昇華し始める際の圧力を、前記記憶手段に記憶されている関係に基づいて決定し、決定した圧力に基づいて前記閾値を前記制御手段に設定することを特徴とする請求項1または2に記載の真空乾燥装置。
  4. 前記制御手段は、前記閾値として、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力より高い値を設定することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の真空乾燥装置。
  5. 前記乾燥炉と前記真空ポンプとの間に設けられ、前記コールドトラップと接続された第1の排気経路と、当該コールドトラップと接続されていない第2の排気経路と、を備え、
    前記制御手段は、
    前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも高い期間では、前記乾燥炉を前記第1の排気経路と接続し、
    前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記乾燥炉を前記第2の排気経路と接続することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の真空乾燥装置。
  6. 前記乾燥炉は、前記コールドトラップと接続された第1の乾燥炉と、当該コールドトラップと接続されていない第2の乾燥炉と、を備え、
    前記真空ポンプは、前記第1の乾燥炉内および前記第2の乾燥炉内を真空排気し、
    前記コールドトラップは、前記第1の乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集し、
    前記制御手段は、
    前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも高い期間では、前記被乾燥物を前記第1の乾燥炉に配置し、
    前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記被乾燥物を前記第1の乾燥炉から前記第2の乾燥炉に移すことを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の真空乾燥装置。
  7. 前記真空ポンプは、前記第1の乾燥炉内を真空排気する第1の真空ポンプと、前記第2の乾燥炉内を真空排気する第2の真空ポンプと、を備えることを特徴とする請求項6に記載の真空乾燥装置。
  8. 前記コールドトラップは、捕集した固体を溶かして排出するための排出口を備えることを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の真空乾燥装置。
  9. 前記被乾燥物は、電池電極であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載の真空乾燥装置。
  10. 被乾燥物が配置される乾燥炉と、当該乾燥炉内を真空排気する真空ポンプと、当該乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集するコールドトラップと、を備える真空乾燥装置における真空乾燥方法であって、
    前記乾燥炉内に前記被乾燥物を配置し、前記真空ポンプで当該乾燥炉内を真空排気することにより当該被乾燥物の乾燥を行うとともに、前記真空乾燥装置内の圧力を測定する第1のステップと、
    前記コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該被乾燥物の乾燥を行うかを制御する第2のステップと、
    を備え、
    前記第2のステップでは、
    前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定された閾値よりも、前記第1のステップにより測定された圧力が高い期間では、当該コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行い、
    前記第1のステップにより測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記コールドトラップを用いずに前記被乾燥物の乾燥を行うことを特徴とする真空乾燥方法。
  11. 前記閾値を、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い値に設定することを特徴とする請求項10に記載の真空乾燥方法。
  12. 前記コールドトラップにて捕集された固体を溶かして、当該コールドトラップから排出する第3のステップを備えることを特徴とする請求項10または11に記載の真空乾燥方法。
  13. 電池電極を真空乾燥する電池電極の製造方法であって、
    乾燥炉内に前記電池電極を配置し、真空ポンプで当該乾燥炉内を真空排気することにより当該電池電極の真空乾燥を行うとともに、コールドトラップ内または当該コールドトラップに連通する空間内の圧力を測定する第1のステップと、
    前記コールドトラップを用いて前記電池電極の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該電池電極の乾燥を行うかを制御する第2のステップと、
    前記真空乾燥の完了した電池電極を前記乾燥炉から取り出して、次の工程へ搬送する第3のステップと、
    を備え、
    前記第2のステップでは、
    前記コールドトラップにより捕集された固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定された閾値よりも、前記第1のステップにより測定された圧力が高い期間では、当該コールドトラップを用いて前記電池電極の乾燥を行い、
    前記第1のステップにより測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記コールドトラップを用いずに前記電池電極の乾燥を行うことを特徴とする電池電極の製造方法。
  14. 前記閾値を、前記コールドトラップ内により捕集された固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い値に設定することを特徴とする請求項13に記載の電池電極の製造方法。
  15. 前記コールドトラップにて捕集された固体を溶かして、当該コールドトラップから排出する第4のステップを備えることを特徴とする請求項13または14に記載の電池電極の製造方法。
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