JP2019029254A - ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライルーム内での静電気の発生を抑制すること。【解決手段】リチウムイオン二次電池を製造する製造設備１０は、ドライルーム１１と、ドライルーム１１内に配置された電池製造装置１２と、ドライルーム１１に調整用ガスＡを供給する供給装置２０と、ドライルーム１１から排出された被処理ガスＰＧ１に処理を施し、処理済みガスＧをドライルーム１１に供給するガス処理装置３０と、を備える。ガス処理装置３０は、冷却回収部４０と、有機溶剤除去装置５０と、３つの除電装置６０と、水分除去装置７０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス処理装置に関する。

リチウムイオン二次電池の製造環境には、低湿環境（低露点環境）が求められる。従って、リチウムイオン二次電池は、ドライルーム内で製造される。ドライルームは、調整用ガスの供給によって低湿環境に維持される。

特許文献１に記載のガス処理装置は、ドライルームから排出される被処理ガスから有機溶剤を除去して、処理済みガスの一部を調整用ガスとしてドライルームに供給する。低湿環境であるドライルームから排出された被処理ガスは、新鮮外気に比べて低湿であり、この被処理ガスに処理を施した処理済みガスは、新鮮外気に比べて低湿である。したがって、処理済みガスをドライルームに供給することで、新鮮外気のみでドライルームを低湿環境に維持する場合に比べ、低湿環境を維持しやすい。

特開２０１５−４４１６０号公報

ところで、ドライルーム内の気体は低湿なため帯電しやすく、ドライルーム内で静電気が発生しやすい。静電気の影響によって、セパレータや電極等のリチウムイオン二次電池を構成する部材に異物が付着すると、この異物はリチウムイオン二次電池を内部短絡させる一因となる。

本発明の目的は、ドライルーム内での静電気の発生を抑制できるガス処理装置を提供することにある。

上記課題を解決するガス処理装置は、リチウムイオン二次電池を製造する電池製造装置が配置されたドライルームから排出された被処理ガスに処理を施して得られた処理済みガスを、前記ドライルームに供給するガス処理装置であって、前記被処理ガスから有機溶剤を除去する有機溶剤除去装置と、前記被処理ガスから水分を除去する水分除去装置と、前記被処理ガスが帯びた電気を除去する除電装置と、を備える。

これによれば、有機溶剤除去装置によって被処理ガスから有機溶剤が除去され、水分除去装置によって被処理ガスから水分が除去される。更に、除電装置による除電によって被処理ガスが帯びた電気を除去することができる。ドライルームに供給される処理済みガスは、除電されたものとなるため、ドライルーム内での静電気の発生を抑制できる。

上記ガス処理装置について、前記被処理ガスの流れる方向において、前記有機溶剤除去装置よりも下流に前記除電装置が配置されていてもよい。
これによれば、有機溶剤が除去された後の被処理ガスに対して除電を行うことができる。

上記ガス処理装置について、前記被処理ガスの流れる方向において、前記水分除去装置よりも上流に前記除電装置が配置されていてもよい。
被処理ガスの除電は、有機溶剤を除去した後であり、水分を除去する前に行うことが好ましい。被処理ガスの流れる方向において、有機溶剤除去装置と水分除去装置との間に除電装置を配置することで、適切に除電を行うことができる。

上記ガス処理装置について、前記除電装置を複数備えていてもよい。
これによれば、被処理ガスが帯びた電気を除去しやすい。

本発明によれば、ドライルーム内での静電気の発生を抑制できる。

リチウムイオン二次電池を製造する製造設備の概略図。

以下、ガス処理装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、リチウムイオン二次電池を製造する製造設備１０は、ドライルーム１１と、ドライルーム１１内に配置された電池製造装置１２と、ドライルーム１１に調整用ガスＡを供給する供給装置２０と、ガス処理装置３０と、を備える。ガス処理装置３０は、ドライルーム１１から排出された被処理ガスＰＧ１に処理を施し、処理済みガスＧをドライルーム１１に供給する。

供給装置２０は、雰囲気調整用の気体として、新鮮外気ＯＡを含む調整用ガスＡをドライルーム１１に供給する。供給装置２０は、ドライルーム１１外に繋がる外気路２１と、外気路２１に設けられた吸気ファン２２と、外気路２１に繋がる混合路２３と、除塵用のフィルタ２４と、２つの予熱器２５，２６と、調整用ガスＡをドライルーム１１に供給するための供給路２７と、を備える。外気路２１及び混合路２３は、ダクトである。

外気路２１には吸気ファン２２の駆動によって新鮮外気ＯＡが取り込まれる。混合路２３には、ガス処理装置３０から処理済みガスＧが送られる。処理済みガスＧは、混合路２３から外気路２１に流入し、これにより新鮮外気ＯＡと処理済みガスＧとが混合された調整用ガスＡが調整される。調整用ガスＡは、外気路２１を介してフィルタ２４に供給される。

予熱器２５，２６は、フィルタ２４によって除塵された調整用ガスＡを予熱する。本実施形態では、２つの予熱器２５，２６によって調整用ガスＡは段階的に予熱される。２つの予熱器２５，２６のうち一方の予熱器２５は、前段予熱器となる。２つの予熱器２５，２６によって予熱された後の調整用ガスＡは、供給路２７を介してドライルーム１１に供給される。

ドライルーム１１は、例えば、工場に設けられた建家などの一室であってもよいし、建家の全体であってもよい。ドライルーム１１内は、リチウムイオン二次電池の製造環境に適合するような低湿環境（低露点環境）とされている。

電池製造装置１２は、リチウムイオン二次電池を製造する装置である。なお、リチウムイオン二次電池は、複数の正極電極と複数の負極電極とをセパレータを介して重ねた発電要素と、発電要素を収容するケースと、を備える。正極電極及び負極電極のそれぞれは、金属箔と、金属箔に設けられた活物質層と、を備える。活物質層は、それぞれの極性に応じた活物質、導電材、及び、バインダなどを含む。

電池製造装置１２には、金属箔に活物質合剤を塗布する塗工装置、活物質合剤を乾燥させることで活物質層を形成する乾燥装置などが含まれる。また、電池製造装置１２には、正極電極、負極電極、及び、セパレータを層状に重ねることで発電要素を製造する発電要素製造装置や、発電要素をケースに収容する収容装置も含まれる。

活物質合剤は、活物質、導電材、バインダ、及び、有機溶剤を混練したものである。したがって、乾燥装置で活物質合剤を乾燥させると、有機溶剤は気化することになり、ドライルーム１１内の気体には気化した有機溶剤である溶剤蒸気が含まれることになる。また、ドライルーム１１内の気体には、水分（水蒸気）が含まれる。この水分は、新鮮外気ＯＡに含まれる水分や、ドライルーム１１内で作業を行う作業員の不感蒸泄に起因するものである。

製造設備１０は、ドライルーム１１内から気体を排出し、この気体をガス処理装置３０に送る排気路１３を備える。排気路１３によってガス処理装置３０に送られる気体は、ガス処理装置３０によって処理が施される被処理ガスＰＧ１である。排気路１３は、ダクトである。

ガス処理装置３０は、冷却回収部４０と、有機溶剤除去装置５０と、３つの除電装置６０と、水分除去装置７０と、を備える。また、ガス処理装置３０は、冷却回収部４０と有機溶剤除去装置５０とを繋ぐ第１中継路３１と、第１中継路３１に設けられた中継ファン３２と、有機溶剤除去装置５０と除電装置６０とを繋ぐ第２中継路３３と、除電装置６０と水分除去装置７０とを繋ぐ第３中継路３４と、水分除去装置７０と混合路２３とを繋ぐ排出路３５と、を備える。第１中継路３１、第２中継路３３、第３中継路３４、及び、排出路３５は、ダクトである。

冷却回収部４０は、予冷器４１、一次冷却器４２、二次冷却器４３、再熱器４４、受液パン４５、及び、これらを収容したリザーブタンク４６を備える。また、冷却回収部４０は、リザーブタンク４６外に配置された冷凍機４７と、二次冷却器４３と冷凍機４７との間で冷却用熱媒Ｍ１を循環させる冷却循環路４８と、リザーブタンク４６外に配置された回収容器４９と、を備える。

製造設備１０は、予冷器４１と予熱器２６との間で温熱回収用の共通熱媒Ｍ２を循環させる温熱回収用の熱媒循環路１４と、予熱器２５、再熱器４４、及び、一次冷却器４２の三者間で冷熱回収用の共通熱媒Ｍ３を循環させる冷熱回収用の熱媒循環路１５と、を備える。共通熱媒Ｍ３は、予熱器２５→再熱器４４→一次冷却器４２→予熱器２５…の順に循環する。

予冷器４１、一次冷却器４２、二次冷却器４３、及び、再熱器４４は、リザーブタンク４６内の空間であって、被処理ガスＰＧ１の流れる方向の上流側から、予冷器４１、一次冷却器４２、二次冷却器４３、再熱器４４の順番で配置されている。予冷器４１、一次冷却器４２、二次冷却器４３、及び、再熱器４４としては、例えば、コイル式熱交換器を用いることができる。本実施形態において、予冷器４１、及び、一次冷却器４２は温熱回収器を兼ね、再熱器４４は冷熱回収器を兼ねる。

被処理ガスＰＧ１は、予冷器４１、一次冷却器４２、及び、二次冷却器４３によって段階的に冷却される。冷却回収部４０での段階的な冷却過程において被処理ガスＰＧ１の含有溶剤蒸気（有機溶剤）を凝縮させ、被処理ガスＰＧ１から有機溶剤を分離回収する。受液パン４５は、凝縮により落下する有機溶剤を受け止める。受け止められた有機溶剤は、受液パン４５から回収容器４９に流れ、回収容器４９に貯留される。

再熱器４４は、二次冷却器４３で冷却された後の被処理ガスＰＧ１を共通熱媒Ｍ３と熱交換させることで加熱する。この再熱器４４での加熱により湿度を低下させた被処理ガスＰＧ２が調整される。被処理ガスＰＧ２を有機溶剤除去装置５０に供給することで、有機溶剤除去装置５０での有機溶剤の除去効率が高められる。被処理ガスＰＧ２は、中継ファン３２の駆動によって第１中継路３１を介して有機溶剤除去装置５０に供給される。

有機溶剤除去装置５０は、吸脱着式の濃縮装置である。有機溶剤除去装置５０は、通気性の吸着剤層Ｘを並べて配置した吸着ロータ５１と、吸着ロータ５１が収容されたケース５２と、を備える。吸着剤層Ｘは、吸着ロータ５１の回転方向に並べて配置されている。ケース５２内は、第１中継路３１を通じてケース５２内に供給された被処理ガスＰＧ２を吸着ロータ５１に通過させる吸着回収部５３と、高温の脱着用ガスＨ１を吸着ロータ５１の吸着剤層Ｘに通過させる濃縮部（所謂、脱着域）５４とに区画されている。吸着ロータ５１を回転させることで吸着ロータ５１における吸着剤層Ｘを吸着回収部５３と濃縮部５４とに交互に位置させることができる。

濃縮部５４では、再熱器４４によって加熱された被処理ガスＰＧ２を、吸着ロータ５１の吸着剤層Ｘに通過させることで、被処理ガスＰＧ２に残存する溶剤蒸気を吸着剤層Ｘに吸着させて分離回収する。濃縮部５４で溶剤蒸気が除去された被処理ガスＰＧ３は、第２中継路３３を介して除電装置６０に供給される。吸着回収部５３では、吸着剤層Ｘに対し高温の脱着用ガスＨ１を通過させることで吸着剤層Ｘに吸着された溶剤蒸気と、脱着用ガスＨ１とが混合される。溶剤蒸気を含んだ脱着用ガスＨ２は、被処理ガスＰＧ１として、冷却回収部４０に供給される。

本実施形態において、濃縮部５４には、調整用ガスＡの一部が脱着用ガスＨ１として供給される。製造設備１０は、予熱された後の調整用ガスＡの一部が供給される加熱器１６と、加熱器１６に調整用ガスＡを送るファン１７と、を備える。加熱器１６によって加熱された調整用ガスＡは、脱着用ガスＨ１として濃縮部５４に供給される。

除電装置（イオナイザ）６０は、被処理ガスＰＧ３の流れる方向において、有機溶剤除去装置５０よりも下流に設けられている。３つの除電装置６０は、被処理ガスＰＧ３の流れる方向に並んで設けられている。３つの除電装置６０は、同一のものであってもよいし、配置位置に応じて性能の異なるものを用いてもよい。

除電装置６０は、除電を行うことで、被処理ガスＰＧ３が帯びた電気を除去する。本実施形態の除電装置６０は、コロナ放電式（例えば、自己放電式や、電圧印加式）である。３つの除電装置６０は、被処理ガスＰＧ３が帯びた電気を段階的に除去する。被処理ガスＰＧ３が帯びた電気を除去した被処理ガスＰＧ４は、第３中継路３４を介して水分除去装置７０に供給される。

水分除去装置７０は、被処理ガスＰＧ４の流れる方向において、除電装置６０よりも下流に設けられている。水分除去装置７０としては、被処理ガスＰＧ４を冷却する冷却方式、圧縮機で被処理ガスＰＧ４を圧縮する圧縮方式、除湿剤を層状に重ねた除湿剤層に被処理ガスＰＧ４を通過させる吸着方式など、どのような方式のものを用いてもよい。

水分除去装置７０は、被処理ガスＰＧ４に含まれる水分を除去する。以上の結果、被処理ガスＰＧ４は、有機溶剤、電気、及び、水分が除去されたガスである処理済みガスＧとなる。したがって、ガス処理装置３０で行われる処理とは、有機溶剤除去、除電、及び、水分を除く処理である。

処理済みガスＧは、排出路３５を介して一部が混合路２３に供給される。なお、上記実施形態における「除去」とは、有機溶剤、電気、及び、水分を被処理ガスから完全に除くだけではなく、有機溶剤、電気、及び、水分の一部を被処理ガスから除くことも含まれる。即ち、有機溶剤、電気、及び、水分を除去する前に被処理ガスに比べて、これらを除去した後の被処理ガスに含まれる有機溶剤、電気、及び、水分が低減されていればよい。

次に、本実施形態のガス処理装置３０の作用について説明する。
ドライルーム１１から排出された被処理ガスＰＧ１に処理を施し、再度、ドライルーム１１に供給する場合、被処理ガスＰＧ１から有機溶剤、及び、水分を除去する必要がある。水分を除去することで、低湿となった気体は帯電しやすく、ドライルーム１１内での静電気の原因となる。

本実施形態では、除電装置６０を設けて、被処理ガスＰＧ３が帯びた電気を除去している。これにより、ドライルーム１１に供給される調整用ガスＡが帯びる電気が低減され、ドライルーム１１内で静電気が発生しにくい。

したがって、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ガス処理装置３０は、除電装置６０を備えているため、処理済みガスＧをドライルーム１１に供給しても、ドライルーム１１内で静電気が発生しにくい。したがって、リチウムイオン二次電池の製造過程で、静電気を原因としてセパレータ、正負の電極、ケース等のリチウムイオン二次電池を構成する部材に異物が付着することが抑制される。

（２）除電装置６０は、被処理ガスの流れる方向において、有機溶剤除去装置５０よりも下流であり、水分除去装置７０よりも上流に設けられている。被処理ガスの除電は、溶剤蒸気を除去した後であり、水分を除去する前に行うことが好ましい。除電装置６０を、有機溶剤除去装置５０と水分除去装置７０との間に配置することで、適切に除電を行うことができる。

（３）冷却回収部４０により除去されなかった溶剤蒸気を除去するため、有機溶剤除去装置５０は、被処理ガスＰＧ２の流れる方向において、冷却回収部４０よりも下流に設けられる。除電装置６０は、被処理ガスＰＧ３の流れる方向において、有機溶剤除去装置５０よりも更に下流に設けられ、ガス処理装置３０における下流側に位置することになる。ガス処理装置３０の下流側に除電装置６０が設けられることで、除電装置６０から供給装置２０までの経路長を短くすることができる。したがって、除電装置６０によって除電された被処理ガスが、供給装置２０に至るまでに再帯電することを抑制できる。

（４）複数の除電装置６０を設けているため、除電装置６０が単数の場合に比べて、被処理ガスＰＧ４が帯びた電気を除去しやすい。
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。

○除電装置６０は、単数であってもよい。また、除電装置６０は、２つ設けられていてもよいし、４つ以上設けられていてもよい。
○除電装置６０は、被処理ガスの流れる方向において、水分除去装置７０よりも下流に設けられていてもよい。

○除電装置６０として光照射式のものを用いてもよい。
○除電装置６０は、被処理ガスの流れる方向において、有機溶剤除去装置５０よりも上流に設けられていてもよい。この場合、光照射式の除電装置を用いることが好ましい。

○除電装置６０は、被処理ガスの流れる方向において、水分除去装置７０よりも下流であり、有機溶剤除去装置５０よりも上流に設けられていてもよい。
○水分除去装置７０は、被処理ガスの流れる方向において、有機溶剤除去装置５０よりも上流に設けられていてもよい。

○水分除去装置７０は、被処理ガスの流れる方向において、有機溶剤除去装置５０よりも上流であり、除電装置６０よりも下流に設けられていてもよい。
○処理済みガスＧを脱着ガスとしてもよい。例えば、水分除去装置７０から排出された処理済みガスＧの一部が濃縮部５４に供給されるようにしてもよい。

○調整用ガスＡとして、処理済みガスＧのみを用いてもよい。
○予熱器２５，２６は、単数であってもよい。

１１…ドライルーム、１２…電池製造装置、３０…ガス処理装置、５０…有機溶剤除去装置、６０…除電装置、７０…水分除去装置。

Claims (4)

1. リチウムイオン二次電池を製造する電池製造装置が配置されたドライルームから排出された被処理ガスに処理を施して得られた処理済みガスを、前記ドライルームに供給するガス処理装置であって、
   前記被処理ガスから有機溶剤を除去する有機溶剤除去装置と、
   前記被処理ガスから水分を除去する水分除去装置と、
   前記被処理ガスが帯びた電気を除去する除電装置と、を備えたガス処理装置。
2. 前記被処理ガスの流れる方向において、前記有機溶剤除去装置よりも下流に前記除電装置が配置されている請求項１に記載のガス処理装置。
3. 前記被処理ガスの流れる方向において、前記水分除去装置よりも上流に前記除電装置が配置されている請求項２に記載のガス処理装置。
4. 前記除電装置を複数備える請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のガス処理装置。