JP2023010013A - Heating apparatus for electrode sheet for all-solid-state battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、全固体電池用電極シートの加熱装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a heating device for an electrode sheet for an all-solid-state battery.
近年、携帯機器や自動車等の電源として高性能な電池が広く利用されている。このような高性能な電池の例としては、複数の単位セルが互いに積層された構成を有する、全固体電池が挙げられる。 In recent years, high-performance batteries have been widely used as power sources for mobile devices, automobiles, and the like. An example of such a high-performance battery is an all-solid-state battery having a structure in which a plurality of unit cells are stacked together.
全固体電池を構成する単位セルとなる積層体は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出し得る材料(電極活物質)が、導電性部材(電極集電体)に保持された構成の電極シートを備えている。このような電極シートは、導電性部材(電極集電体)に電極活物質を含むペースト(電極合剤)を塗布し、加熱して乾燥させつつ、あるいは乾燥させた後に、加圧して緻密化する工程を実施することで作製される。 A laminate that becomes a unit cell constituting an all-solid-state battery is an electrode sheet in which a material (electrode active material) capable of reversibly absorbing and desorbing lithium ions is held by a conductive member (electrode current collector). It has Such an electrode sheet is produced by applying a paste (electrode mixture) containing an electrode active material to a conductive member (electrode current collector) and drying it by heating, or after drying, pressurizing to densify it. It is produced by performing the step of
ここで、乾燥装置について、特許文献1には、所定パターンで厚膜ペーストが塗布された基板を、中赤外線ヒーターを用いて乾燥させる装置が記載されている。特許文献1に記載の装置によれば、厚膜ペーストをムラなく乾燥させることができるとされている。
As for the drying apparatus,
なお、特許文献2には、熱風を吹き付ける複数の熱風ノズルと、複数の電気式遠赤外線ヒーターからなるウェブの乾燥装置が記載されている。特許文献2に記載の装置は、昇温時間が短く、且つ表面温度を高くできる電気加熱式遠赤外線ヒーターを備えさせることで、乾燥能力を向上できるとされている。
また、特許文献3には、導電性部材(電極集電体)の表面にペースト(電極合剤)が塗布された電極シートを、遠赤外線により乾燥させる装置が記載されている。特許文献3に記載の装置によれば、乾燥炉構造を複雑化させることなく、乾燥炉内での電極シートの揺れを抑え、電極合剤の乾燥を効率よくかつ安全に行うことができるとされている。
Further,
さらに、特許文献4には、電極集電体の塗膜面に対して並行方向に熱風を送出する送風部を備える電極製造装置が記載されている。特許文献4に記載の装置によれば、電極集電体の塗膜面に対して並行方向に熱風を送風することによって、塗膜からの溶媒の急激な蒸発を抑制することで、電極合剤スラリー塗膜中のバインダーが表層部に浮き上がるマイグレーションを有効に防止することができ、電極内のバインダー分布を均一にできるとされている。
Furthermore,
全固体電池の単位セルを構成する電極シートの製造にあたっては、導電性部材(電極集電体)の表面に塗布されたペースト(電極合剤)を、厳密な温度管理のもとで加熱する必要がある。 In manufacturing the electrode sheets that make up the unit cells of all-solid-state batteries, it is necessary to heat the paste (electrode mixture) applied to the surface of the conductive member (electrode current collector) under strict temperature control. There is
しかしながら、特許文献1から4に記載の乾燥装置では、厳密な温度管理による加熱が困難であった。例えば、特許文献1に記載の乾燥装置の場合には、ペースト(電極合剤)が塗布された電極シートは、搬送される前のヒーター昇温時や、搬送停止後のヒーター冷却時に、過加熱を生じさせる恐れがあった。
However, in the drying apparatuses described in
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、温度管理が可能であり、特に、過加熱を効果的に抑制することのできる、全固体電池用電極シートの加熱装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above background, and provides an apparatus for heating an electrode sheet for an all-solid-state battery that enables temperature control and, in particular, can effectively suppress overheating. It is in.
本発明者らは、上記の課題を解決するため、電極シートの温度について詳細に検討した。そして、電極シートの温度は、ヒーターから電極シートに供給される放射エネルギー(ヒーター表面温度に比例し、電極シート搬送速度の逆数に比例する)で決まることに着目した。 In order to solve the above problems, the inventors have made detailed studies on the temperature of the electrode sheet. The inventors have focused on the fact that the temperature of the electrode sheet is determined by the radiant energy supplied from the heater to the electrode sheet (which is proportional to the surface temperature of the heater and proportional to the reciprocal of the conveying speed of the electrode sheet).
そして、ヒーターの表面温度についてみると、図1に示すように、ヒーター停止後からある程度の時間が経過しても、温度の低下はわずかであることが判った。また、搬送速度についてみると、電極シートが搬送停止状態となると、電極シートへの放射エネルギーが搬送時より大きくなることから、電極シートの温度は、搬送時よりも搬送停止時のほうが高くなることとなる。 As for the surface temperature of the heater, as shown in FIG. 1, it was found that the temperature decreased slightly even after a certain amount of time had passed after the heater was stopped. Regarding the transport speed, when the electrode sheet stops transporting, the radiant energy to the electrode sheet becomes larger than that during transport, so the temperature of the electrode sheet is higher when transport is stopped than during transport. becomes.
そこで、本発明者らは、電極シートの搬送停止後に、ヒーターの加熱面を電極シートの被加熱面に対して平行方向に移動させて、電極シートからヒーターを退避させれば、ヒーターから電極シートに供給される熱の放射量と放射時間の両者を効果的に制御することができ、その結果、電極シートの過加熱を抑制できると考え、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明は、以下のとおりである。 Therefore, the inventors of the present invention moved the heating surface of the heater in a direction parallel to the surface to be heated of the electrode sheet to retract the heater from the electrode sheet after stopping the transportation of the electrode sheet. It is possible to effectively control both the radiation amount and the radiation time of the heat supplied to the electrode sheet, and as a result, it is thought that overheating of the electrode sheet can be suppressed, and the present invention has been completed. That is, the present invention is as follows.
《態様1》
電極合剤が電極集電体の表面に塗布された電極シートを加熱するための全固体電池用電極シートの加熱装置であって、
前記電極シートの被加熱面に対向するよう加熱面が配置される赤外線ヒーター、及び
前記赤外線ヒーターを、前記被加熱面に対して平行方向に動くよう平行移動させて、前記被加熱面に対向する加熱空間と前記被加熱面に対向しない退避空間との間で移動させる平行移動機構
を有する、全固体電池用電極シートの加熱装置。
《態様2》
前記加熱空間において前記電極シートの温度が設定上限値に到達したときに、前記平行移動により、前記赤外線ヒーターを前記加熱空間から前記退避空間に退避させ、前記退避空間にて前記赤外線ヒーターを冷却する、態様1に記載の全固体電池用電極シートの加熱装置。
《態様3》
前記退避空間において前記赤外線ヒーターを昇温し、前記赤外線ヒーターの温度が設定下限値に到達したときに、前記平行移動により、前記赤外線ヒーターを前記退避空間から前記加熱空間に移動させ、前記加熱空間にて前記電極シートを加熱する、態様1又は2に記載の全固体電池用電極シートの加熱装置。
《態様4》
前記電極シートは、ロール・トゥ・ロール方式で搬送される、態様1~3のいずれか一態様に記載の全固体電池用電極シートの加熱装置。
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A heating device for an electrode sheet for an all-solid-state battery for heating an electrode sheet in which an electrode mixture is applied to the surface of an electrode current collector,
an infrared heater having a heating surface arranged so as to face the surface to be heated of the electrode sheet; and moving the infrared heater parallel to the surface to be heated so as to face the surface to be heated A heating device for an electrode sheet for an all-solid-state battery, having a parallel movement mechanism for moving between a heating space and a retraction space not facing the surface to be heated.
<<
When the temperature of the electrode sheet reaches a set upper limit value in the heating space, the infrared heater is retracted from the heating space to the retraction space by the parallel movement, and the infrared heater is cooled in the retraction space. A heating device for an electrode sheet for an all-solid-state battery according to
<<
The temperature of the infrared heater is raised in the evacuation space, and when the temperature of the infrared heater reaches a set lower limit, the infrared heater is moved from the evacuation space to the heating space by the parallel movement, and the heating space is The heating device for an all-solid-state battery electrode sheet according to
<<
The apparatus for heating an electrode sheet for an all-solid-state battery according to any one of
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置は、赤外線ヒーターの加熱面が、電極シートの被加熱面に対して平行方向に移動するため、電極シートの搬送開始前のヒーターの昇温と、電極シートの搬送停止後のヒーターの冷却とを、電極シートから退避させた場所で行うことができる。 In the apparatus for heating an electrode sheet for an all-solid-state battery of the present invention, the heating surface of the infrared heater moves in a direction parallel to the surface to be heated of the electrode sheet. Cooling of the heater after the transport of the electrode sheet is stopped can be performed at the place where the electrode sheet is evacuated.
したがって、赤外線ヒーターから電極シートに供給される熱の放射量と放射時間との両者を効果的に制御することができ、電極シートの過加熱を効果的に抑制することができる。その結果、全固体電池用の電極シートの製造過程において、電極シートの搬送速度を落とすことなく目標温度の管理を実施することができ、効率よく電極シートを作製することができる。 Therefore, it is possible to effectively control both the radiation amount and radiation time of heat supplied from the infrared heater to the electrode sheet, and to effectively suppress overheating of the electrode sheet. As a result, in the manufacturing process of the electrode sheet for the all-solid-state battery, the target temperature can be managed without lowering the transport speed of the electrode sheet, and the electrode sheet can be manufactured efficiently.
以下、本発明の実施の形態について詳述する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるのではなく、種々変形して実施することができる。 Embodiments of the present invention will be described in detail below. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments, and can be implemented in various modifications.
《全固体電池用電極シートの加熱装置》
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置は、全固体電池の単位セルを構成する電極の製造に適用されるものであり、厳密な温度管理のもとで加熱が可能となる加熱装置である。
<<Heating device for electrode sheet for all-solid-state battery>>
The apparatus for heating an electrode sheet for an all-solid-state battery according to the present invention is applicable to the production of electrodes constituting unit cells of an all-solid-state battery, and is a heating apparatus that enables heating under strict temperature control. be.
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置によれば、電極シートの過加熱を効果的に抑制することができるため、全固体電池用電極シートの製造過程において、電極シートの搬送速度を低下させることなく目標温度の管理を実施することができ、効率よく電極を作製することができる。 According to the heating device for the all-solid-state battery electrode sheet of the present invention, overheating of the electrode sheet can be effectively suppressed. It is possible to manage the target temperature without causing a temperature change, and to efficiently produce the electrode.
《加熱装置の構成》
<赤外線ヒーター>
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置は、赤外線ヒーターを備える。赤外線ヒーターは、電極合剤が電極集電体の表面に塗布された電極シートを加熱するためのものであり、電極シートの被加熱面に対向するよう加熱面が配置される。
<<Configuration of Heating Device>>
<Infrared heater>
A heating device for an electrode sheet for an all-solid-state battery of the present invention includes an infrared heater. The infrared heater is for heating an electrode sheet in which an electrode mixture is applied to the surface of an electrode current collector, and a heating surface is arranged so as to face the surface to be heated of the electrode sheet.
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置が備える赤外線ヒーターは、特に限定されるものではない。電極シートの被加熱面に対向するよう配置が可能な、平面の加熱面を有するものであれば好ましい。 The infrared heater provided in the heating device for the electrode sheet for an all-solid-state battery of the present invention is not particularly limited. It is preferable if it has a flat heating surface that can be arranged so as to face the surface to be heated of the electrode sheet.
赤外線ヒーターは、電極シートの被加熱面に対向するよう配置するため、電極シートの片面のみに電極合剤が塗布されている場合には、赤外線ヒーターは電極合剤が塗布されている面に対向するように、1台のみが備えられていればよい。両面に電極合剤が塗布されている電極シートを加熱する場合には、赤外線ヒーターは、電極シートを挟み込むように、電極シートの両面にそれぞれ1台ずつ、合計で2台が備えられていてもよい。 Since the infrared heater is placed facing the heated surface of the electrode sheet, if the electrode mixture is applied to only one side of the electrode sheet, the infrared heater should face the surface coated with the electrode mixture. so that only one unit needs to be provided. When heating an electrode sheet coated with an electrode mixture on both sides, two infrared heaters in total, one on each side of the electrode sheet, may be provided so as to sandwich the electrode sheet. good.
<平行移動機構>
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置は、平行移動機構を備える。平行移動機構は、赤外線ヒーターを、電極シートの被加熱面に対して平行方向に動くよう平行移動させて、被加熱面に対向する加熱空間と被加熱面に対向しない退避空間との間で移動させる機構である。
<Parallel movement mechanism>
A heating device for an electrode sheet for an all-solid-state battery of the present invention includes a translation mechanism. The parallel movement mechanism moves the infrared heater parallel to the surface to be heated of the electrode sheet, and moves between the heating space facing the surface to be heated and the evacuation space not facing the surface to be heated. It is a mechanism that allows
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置は、平行移動機構により、電極シートの搬送開始前のヒーターの昇温と、電極シートの搬送停止後のヒーターの冷却とを、電極シートから退避させた場所で行うことができる。これにより、赤外線ヒーターから電極シートに供給される熱の放射量と放射時間との両者を効果的に制御することができ、電極シートの過加熱を効果的に抑制することができる。 The apparatus for heating an electrode sheet for an all-solid-state battery of the present invention uses a parallel movement mechanism to raise the temperature of the heater before starting the transportation of the electrode sheet and cool the heater after the transportation of the electrode sheet is stopped. can be done anywhere. As a result, it is possible to effectively control both the radiation amount and radiation time of the heat supplied from the infrared heater to the electrode sheet, and to effectively suppress overheating of the electrode sheet.
平行移動機構の構成は、特に限定されるものではない。赤外線ヒーターを、電極シートの被加熱面に対して平行方向に動くよう平行移動させて、被加熱面に対向しない空間まで移動でき、また、被加熱面に対向しない空間から対向する空間に戻すことのできる構成であればよい。 The configuration of the translation mechanism is not particularly limited. To move an infrared heater parallel to a surface to be heated of an electrode sheet so as to move in a direction parallel to the surface to be heated, to move to a space not facing the surface to be heated, and to return from the space not facing the surface to be heated to a space facing the surface to be heated. Any configuration that allows
例えば、電極シートの搬送ラインに回転軸を配置し、回転軸を中心にしてヒーターを回転させる機構が挙げられる。 For example, there is a mechanism in which a rotating shaft is arranged on the conveying line of the electrode sheet and the heater is rotated around the rotating shaft.
なお、本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置が、2台の赤外線ヒーターを備える場合には、2台の赤外線ヒーターは、電極シートの搬送方向に対して、互いに同じ側に平行移動させる機構であっても、互いに異なる側にそれぞれ平行移動させる機構であってもよい。 When the apparatus for heating an electrode sheet for an all-solid-state battery of the present invention is provided with two infrared heaters, the two infrared heaters are moved parallel to each other in the same side with respect to the conveying direction of the electrode sheet. It may be a mechanism or a mechanism for moving in parallel to different sides.
赤外線ヒーターの冷却時間を短縮したい場合には、互いに異なる側にそれぞれ平行移動させる機構とすることが好ましい。 If it is desired to shorten the cooling time of the infrared heater, it is preferable to employ a mechanism for moving the infrared heaters in parallel to different sides.
<その他の構成>
(温度測定手段)
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置は、赤外線ヒーターの加熱面の温度、及び電極シートの被加熱面の温度を計測するための温度測定手段を備えていてもよい。温度測定手段により得られた結果に基づき、赤外線ヒーターの平行移動を開始する。
<Other configurations>
(Temperature measuring means)
The apparatus for heating an electrode sheet for an all-solid-state battery of the present invention may include temperature measuring means for measuring the temperature of the heating surface of the infrared heater and the temperature of the heated surface of the electrode sheet. Based on the results obtained by the temperature measuring means, translational movement of the infrared heater is initiated.
(移動制御手段)
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置は、平行移動機構を制御するための移動制御手段を備えていてもよい。移動制御手段は、例えば、温度測定手段により得られた結果が設定温度に到達しているか否かを判断し、判断結果に基づいて、平行移動機構に移動開始の指令を伝達する手段であってよい。
(movement control means)
The apparatus for heating an electrode sheet for an all-solid-state battery of the present invention may include movement control means for controlling the parallel movement mechanism. The movement control means, for example, is means for determining whether or not the result obtained by the temperature measuring means has reached the set temperature, and transmitting a movement start command to the parallel movement mechanism based on the determination result. good.
<全固体電池用電極シート>
本発明の加熱装置が適用される全固体電池用電極シートは、特に限定されるものではない。公知の材料による公知の構成の全固体電池用電極シートであってよい。
<Electrode sheet for all-solid-state battery>
The all-solid-state battery electrode sheet to which the heating device of the present invention is applied is not particularly limited. It may be an electrode sheet for an all-solid-state battery with a known structure made of a known material.
全固体電池用電極シートは、一般に、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出し得る電極活物質を含む電極合剤が、導電性部材である電極集電体に保持された構成を有する。 An electrode sheet for an all-solid-state battery generally has a configuration in which an electrode mixture containing an electrode active material capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions is held by an electrode current collector, which is a conductive member.
その製造にあたっては、電極集電体の表面に電極活物質を含む電極合剤ペーストを塗布し、厳密な温度管理のもとで、電極合剤ペーストを加熱して乾燥させつつ、又は電極合剤ペーストを乾燥させた後に、加圧して緻密化することで電極とする。 In its production, an electrode mixture paste containing an electrode active material is applied to the surface of the electrode current collector, and the electrode mixture paste is heated and dried under strict temperature control, or the electrode mixture is dried. After the paste is dried, it is pressurized and densified to form an electrode.
(電極集電体)
電極集電体に用いられる材料としては、例えば、SUS、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、チタン、又はカーボン等が挙げられる。なかでも、正極集電体層の材料は、アルミニウムであることが好ましく、負極集電体層の材料は、銅であることが好ましい。
(electrode current collector)
Materials used for the electrode current collector include, for example, SUS, aluminum, copper, nickel, iron, titanium, carbon, and the like. Among them, the material of the positive electrode current collector layer is preferably aluminum, and the material of the negative electrode current collector layer is preferably copper.
集電体層の形状としては、例えば、箔状、板状、又はメッシュ状等を挙げることができる。これらの中で、箔状が好ましい。 Examples of the shape of the current collector layer include a foil shape, a plate shape, and a mesh shape. Among these, the foil shape is preferred.
(電極合剤)
電極合剤は、電極活物質を含む。その他に、任意の成分として、導電助剤やバインダー、更には固体電解質等が含まれていてもよい。
(electrode mixture)
The electrode mixture contains an electrode active material. In addition, as optional components, a conductive aid, a binder, a solid electrolyte, and the like may be included.
正極となる正極電極合剤に用いられる正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、Li1+xMn2-x-yMyO4(Mは、Al、Mg、Co、Fe、Ni、及びZnから選ばれる1種以上の金属元素)で表される組成の異種元素置換Li-Mnスピネル等が挙げられる。
限定されない。
Examples of the positive electrode active material used in the positive electrode mixture that serves as the positive electrode include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMn 2 O 4 ), and LiCo 1/3 Ni 1 . /3 Mn 1/3 O 2 , Li 1+x Mn 2-xy M y O 4 (M is one or more metal elements selected from Al, Mg, Co, Fe, Ni, and Zn). Li—Mn spinel substituted with a different element having a composition of
Not limited.
負極となる負極電極合剤に用いられる負極活物質としては、例えば、金属リチウムや、リチウムイオン等の金属イオンを吸蔵及び放出可能な材料が挙げられる。リチウムイオン等の金属イオンを吸蔵及び放出可能な材料としては、例えば、合金系負極活物質又は炭素材料等が挙げられる。 Examples of the negative electrode active material used in the negative electrode mixture that serves as the negative electrode include metal lithium and materials capable of intercalating and deintercalating metal ions such as lithium ions. Materials capable of intercalating and deintercalating metal ions such as lithium ions include, for example, alloy-based negative electrode active materials and carbon materials.
合金系負極活物質としては、例えば、Si合金系負極活物質、又はSn合金系負極活物質等が挙げられる。 Examples of alloy-based negative electrode active materials include Si alloy-based negative electrode active materials and Sn alloy-based negative electrode active materials.
Si合金系負極活物質には、ケイ素、ケイ素酸化物、ケイ素炭化物、ケイ素窒化物、又はこれらの固溶体等がある。また、Si合金系負極活物質には、ケイ素以外の元素、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Sn、Ti等が含まれていてもよい。 Si alloy-based negative electrode active materials include silicon, silicon oxides, silicon carbides, silicon nitrides, solid solutions thereof, and the like. In addition, the Si alloy-based negative electrode active material may contain elements other than silicon, such as Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Cu, Zn, Ge, In, Sn, and Ti.
Sn合金系負極活物質には、スズ、スズ酸化物、スズ窒化物、又はこれらの固溶体等がある。また、Sn合金系負極活物質には、スズ以外の元素、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Cu、Zn、Ge、In、Ti、Si等が含まれていてもよい。 Sn alloy-based negative electrode active materials include tin, tin oxides, tin nitrides, and solid solutions thereof. The Sn alloy-based negative electrode active material may contain elements other than tin, such as Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Cu, Zn, Ge, In, Ti, and Si.
炭素材料としては、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、又はグラファイト等が挙げられる。 Examples of carbon materials include hard carbon, soft carbon, and graphite.
導電助剤としては、例えば、VGCF(気相成長法炭素繊維、Vapor Grown Carbon Fiber)、カーボンナノ繊維等の炭素材料、又は金属材等が挙げられる。 Examples of conductive aids include VGCF (Vapor Grown Carbon Fiber), carbon materials such as carbon nanofibers, and metal materials.
バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等の材料、又はこれらの組合せが挙げられる。 Binders include, for example, materials such as polyvinylidene fluoride (PVdF), carboxymethyl cellulose (CMC), butadiene rubber (BR), styrene butadiene rubber (SBR), or combinations thereof.
(搬送方法)
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置に適用される電極シートは、ロール・トゥ・ロール方式で搬送されるものであってよい。
(Conveyance method)
The electrode sheet applied to the heating device for the electrode sheet for an all-solid-state battery of the present invention may be conveyed by a roll-to-roll system.
具体的には、電極合剤ペーストを隣り合う回転ロールの間に通し、電極集電体上に転写することにより、電極集電体上に電極合剤ペーストを塗布する方法で製造され、搬送されるものであってよい。 Specifically, the electrode mixture paste is passed between adjacent rotating rolls and transferred onto the electrode current collector, thereby manufacturing and transporting the electrode mixture paste on the electrode current collector. can be anything.
電極シートがロール・トゥ・ロール方式で搬送される場合には、作業効率を向上させることができる。 When the electrode sheet is conveyed by the roll-to-roll method, working efficiency can be improved.
《加熱装置の作用》
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置は、予め設定した設定温度に到達したときに、赤外線ヒーターを、電極シートの被加熱面に対して平行方向に動くよう平行移動させて、被加熱面に対向する加熱空間と被加熱面に対向しない退避空間との間で移動させる作用を有する。
<<Action of the heating device>>
In the heating device for an electrode sheet for an all-solid-state battery of the present invention, when a preset temperature is reached, the infrared heater is moved parallel to the surface of the electrode sheet to be heated. It has an action of moving between a heating space facing the surface and a retreating space not facing the surface to be heated.
<退避>
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置は、電極シートの温度が設定上限値に到達したときに、平行移動機構による平行移動を実施して、赤外線ヒーターを加熱空間から退避空間に退避させて、退避空間にて赤外線ヒーターを冷却する。
<Evacuate>
In the all-solid-state battery electrode sheet heating device of the present invention, when the temperature of the electrode sheet reaches the set upper limit value, the parallel movement mechanism performs parallel movement to retract the infrared heater from the heating space to the retraction space. and cool the infrared heater in the evacuation space.
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置の退避について、図2及び図3を用いて説明する。 Retraction of the heating device for the all-solid-state battery electrode sheet of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.
図2(a)及び図2(b)は、一実施形態に係る全固体電池用電極シートの加熱装置の上面図であり、図3(a)及び図3(b)は、当該装置の正面図である。そして、図2(a)及び図3(a)は、加熱空間における加熱装置の状態であり、図2(b)及び図3(b)は、退避空間における加熱装置の状態である。 2(a) and 2(b) are top views of a heating device for an electrode sheet for an all-solid-state battery according to one embodiment, and FIGS. 3(a) and 3(b) are front views of the device. It is a diagram. 2(a) and 3(a) show the state of the heating device in the heating space, and FIGS. 2(b) and 3(b) show the state of the heating device in the evacuation space.
図2及び図3に示される一実施形態に係る全固体電池用電極シートの加熱装置は、2台の赤外線ヒーター1及び3を備えており、加熱空間では、これら赤外線ヒーター1及び3の間に、電極シート2を配置して加熱する。本実施形態に係る電極シート2は、電極集電体の両面に電極合剤が塗布されており、電極シートの両面が被加熱面となっている。
The heating device for an electrode sheet for an all-solid-state battery according to one embodiment shown in FIGS. 2 and 3 includes two
図2(a)及び図3(a)に示されるように、加熱空間においては、電極シート2の被加熱面に対向するように、赤外線ヒーター1及び3の加熱面を配置して、電極シート2の被加熱面を加熱する。
As shown in FIGS. 2A and 3A, in the heating space, the heating surfaces of the
そして、電極シートの温度が、予め設定されている設定温度の上限値に到達したときに、赤外線ヒーターを加熱空間から退避空間に、平行移動機構による平行移動により退避させて、退避空間にて赤外線ヒーターを冷却する。 Then, when the temperature of the electrode sheet reaches the preset upper limit of the set temperature, the infrared heater is retracted from the heating space to the evacuation space by parallel movement by the translation mechanism, and the infrared rays are emitted in the evacuation space. Cool the heater.
赤外線ヒーターの退避により、赤外線ヒーターから電極シートに供給される熱の放射量と放射時間との両者を低減させることができ、その結果、電極シートの過加熱を抑制することができる。 By retracting the infrared heater, it is possible to reduce both the radiation amount and radiation time of heat supplied from the infrared heater to the electrode sheet, and as a result, it is possible to suppress overheating of the electrode sheet.
なお、図2(b)及び図3(b)に示されるように、本実施形態に係る固体電池用電極シートの加熱装置は、2台の赤外線ヒーター1及び3を、同じ方向に平行移動させて、電極シートから退避させる。
As shown in FIGS. 2(b) and 3(b), the solid-state battery electrode sheet heating apparatus according to the present embodiment moves the two
本発明の固体電池用電極シートの加熱装置は、退避の状態となったときは、電極シートの搬送を停止してもよい。搬送を停止した後に、加圧して緻密化することで電極とすることができる。 The solid-state battery electrode sheet heating apparatus of the present invention may stop conveying the electrode sheet when it is in the retracted state. An electrode can be obtained by pressurizing and densifying after stopping the transportation.
退避を判断するために予め設定する設定温度は、特に限定されるものではない。電極シートの過加熱を抑制できる範囲で、電極合剤の組成や厚み等に応じて、適宜設定することができる。 The set temperature that is set in advance for judging evacuation is not particularly limited. It can be appropriately set according to the composition, thickness, etc. of the electrode mixture within a range where overheating of the electrode sheet can be suppressed.
<加熱の開始>
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置は、退避空間において赤外線ヒーターを昇温し、赤外線ヒーターの温度が設定下限値に到達したときに、平行移動機構による平行移動を実施して、赤外線ヒーターを退避空間から加熱空間に移動させて、加熱空間にて電極シートを加熱する。
<Start of heating>
The heating device for an electrode sheet for an all-solid-state battery of the present invention raises the temperature of the infrared heater in the evacuation space, and when the temperature of the infrared heater reaches a set lower limit value, the parallel movement mechanism performs parallel movement to The heater is moved from the evacuation space to the heating space, and the electrode sheet is heated in the heating space.
本発明の全固体電池用電極シートの加熱装置による加熱の開始は、上記した退避とは反対の平行移動である。 The start of heating by the heating device for the electrode sheet for an all-solid-state battery of the present invention is parallel movement opposite to the retraction described above.
退避空間にて、予め赤外線ヒーターを加熱した後に、平行移動機構による平行移動を実施して、赤外線ヒーターを退避空間から加熱空間まで移動させて、加熱空間にて電極シートを加熱する。 After heating the infrared heater in advance in the evacuation space, parallel movement is performed by the translation mechanism to move the infrared heater from the evacuation space to the heating space, and the electrode sheet is heated in the heating space.
赤外線ヒーターが十分に昇温されるまでは、電極シートは加熱されないことから、赤外線ヒーターから電極シートに供給される熱の放射量と放射時間との両者を低減させることができ、その結果、電極シートの過加熱を抑制することができる。 Since the electrode sheet is not heated until the temperature of the infrared heater is sufficiently raised, both the radiation amount and radiation time of the heat supplied from the infrared heater to the electrode sheet can be reduced. Overheating of the sheet can be suppressed.
前進を判断するために予め設定する設定温度は、特に限定されるものではない。電極シートの過加熱を抑制できる範囲で、電極合剤の組成や厚み等に応じて、適宜設定することができる。 The set temperature that is set in advance to determine forward movement is not particularly limited. It can be appropriately set according to the composition, thickness, etc. of the electrode mixture within a range where overheating of the electrode sheet can be suppressed.
以下、実験結果を示して、本発明を更に詳細に説明する。実施例1、並びに比較例1及び2は、固体電池用電極シートの加熱装置において、赤外線ヒーターの退避の態様を異ならせた例である。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by showing experimental results. Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are examples in which the withdrawal mode of the infrared heater in the solid battery electrode sheet heating device is different.
<電極シートの作製>
電極集電体として、Ni箔を準備した。また、電極合剤として、正極活物質であるニッケルコバルトマンガン酸化物(NCM)を含む電極合剤ペーストを準備した。Ni箔の両面に、電極合剤ペーストを塗布することにより、電極シートを作製した。
<Production of electrode sheet>
A Ni foil was prepared as an electrode current collector. Also, as an electrode mixture, an electrode mixture paste containing nickel-cobalt-manganese oxide (NCM), which is a positive electrode active material, was prepared. An electrode sheet was produced by applying an electrode mixture paste to both sides of the Ni foil.
<実施例1>
実施例1で用いた固体電池用電極シートの加熱装置の退避の態様を、図2及び図3に示す。実施例1の退避の態様は、本発明の加熱装置によるものであり、具体的には、赤外線ヒーターを、加熱空間から退避空間に移動させるときに、電極シートの被加熱面に対して平行方向に動くよう平行移動させたものである。
<Example 1>
2 and 3 show how the heating device for the electrode sheet for a solid battery used in Example 1 is retracted. The retraction mode of Example 1 is based on the heating apparatus of the present invention. Specifically, when the infrared heater is moved from the heating space to the retraction space, the infrared heater is moved in a direction parallel to the surface to be heated of the electrode sheet. It is translated in parallel so that it moves to
実施例1における退避の状態については、上記の実施形態に記載したものと同様である。 The retraction state in Example 1 is the same as that described in the above embodiment.
加熱空間においては、電極シート2の被加熱面に対向するように、赤外線ヒーター1及び3の加熱面を配置して、電極シート2の被加熱面を加熱する。電極シートの温度が、予め設定した設定温度の上限値に到達したときに、赤外線ヒーターを退避空間に移動させて、退避空間にて赤外線ヒーターを冷却する。
In the heating space, the heating surfaces of the
実施例1においては、赤外線ヒーターを、電極シートの被加熱面に対して平行方向に動くよう平行移動させて、電極シートから退避させる。 In Example 1, the infrared heater is moved parallel to the surface of the electrode sheet to be heated, and retracted from the electrode sheet.
赤外線ヒーターを退避した後の電極シートの温度の変化を、図8に示す。図8において、横軸は、赤外線ヒーターを退避させた後の経過時間を示し、縦軸は、電極シートの温度を示す。なお、縦軸におけるMaxは、予め設定した設定温度の上限値である。 FIG. 8 shows changes in the temperature of the electrode sheet after the infrared heater is retracted. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the elapsed time after the infrared heater is retracted, and the vertical axis indicates the temperature of the electrode sheet. Note that Max on the vertical axis is the preset upper limit of the set temperature.
<比較例1>
比較例1で用いた固体電池用電極シートの加熱装置の退避の態様を、図4及び図5に示す。比較例1の退避の態様は、赤外線ヒーターを、加熱空間から退避空間に移動させるときに、電極シートの被加熱面に対して垂直方向に動くよう移動させたものである。
<Comparative Example 1>
FIGS. 4 and 5 show how the solid-state battery electrode sheet heating device used in Comparative Example 1 is retracted. In the retraction mode of Comparative Example 1, when the infrared heater is moved from the heating space to the retraction space, it is moved in a direction perpendicular to the surface to be heated of the electrode sheet.
図4(a)及び図4(b)は、比較例1の加熱装置の上面図であり、図5(a)及び図5(b)は、当該装置の正面図である。そして、図4(a)及び図5(a)は、加熱空間における加熱装置の状態であり、図4(b)及び図5(b)は、退避空間における加熱装置の状態である。 4(a) and 4(b) are top views of the heating device of Comparative Example 1, and FIGS. 5(a) and 5(b) are front views of the device. 4(a) and 5(a) show the state of the heating device in the heating space, and FIGS. 4(b) and 5(b) show the state of the heating device in the evacuation space.
図4及び図5に示される比較例1の全固体電池用電極シートの加熱装置は、実施例1と同様に、2台の赤外線ヒーター4及び6を備えており、図4(a)及び図5(a)に示すように、加熱空間では、これら赤外線ヒーター4及び6の間に、電極シート5を配置して加熱する。
The heating device for the all-solid-state battery electrode sheet of Comparative Example 1 shown in FIGS. As shown in 5(a), in the heating space, the
そして、電極シートの温度が、予め設定されている設定温度の上限値に到達したときに、赤外線ヒーター4及び6を退避空間に移動させて、退避空間にて赤外線ヒーター4及び6を冷却する。
When the temperature of the electrode sheet reaches the preset upper limit of the set temperature, the
比較例1においては、図4(b)及び図5(b)に示すように、2台の赤外線ヒーター4及び6を、電極シートの被加熱面に対して垂直方向に動くよう移動させて、電極シート5から退避させる。
In Comparative Example 1, as shown in FIGS. 4(b) and 5(b), the two
赤外線ヒーターを退避した後の電極シートの温度の変化を、実施例1と同様に、図8に示す。 FIG. 8 shows changes in the temperature of the electrode sheet after the infrared heater is retracted, as in the first embodiment.
<比較例2>
比較例2で用いた固体電池用電極シートの加熱装置の退避の態様を、図6及び図7に示す。比較例2の退避の態様は、赤外線ヒーターを、加熱空間から退避空間に移動させるものではなく、電極シートの被加熱面と赤外線ヒーターの加熱面との間に、ステンレス製の遮蔽板を挿入するものである。
<Comparative Example 2>
FIGS. 6 and 7 show how the solid-state battery electrode sheet heating device used in Comparative Example 2 is retracted. The evacuation mode of Comparative Example 2 does not move the infrared heater from the heating space to the evacuation space, but inserts a stainless steel shielding plate between the heated surface of the electrode sheet and the heating surface of the infrared heater. It is.
図6(a)及び図6(b)は、比較例2の加熱装置の上面図であり、図7(a)及び図7(b)は、当該装置の正面図である。そして、図6(a)及び図7(a)は、加熱空間における加熱装置の状態であり、図6(b)及び図7(b)は、退避空間における加熱装置の状態である。 6(a) and 6(b) are top views of the heating device of Comparative Example 2, and FIGS. 7(a) and 7(b) are front views of the device. 6(a) and 7(a) show the state of the heating device in the heating space, and FIGS. 6(b) and 7(b) show the state of the heating device in the evacuation space.
図6及び図7に示される比較例2の全固体電池用電極シートの加熱装置は、2台の赤外線ヒーター7及び10を備えており、図6(a)及び図7(a)に示すように、加熱空間では、これら赤外線ヒーター7及び10の間に、電極シート8を配置して加熱する。
The heating device for the all-solid-state battery electrode sheet of Comparative Example 2 shown in FIGS. 6 and 7 includes two
そして、電極シートの温度が、予め設定されている設定温度の上限値に到達したときに、図6(b)及び図7(b)に示すように、赤外線ヒーターは移動させることなく、2台の赤外線ヒーター7及び10の加熱面と、電極シート8の被加熱面との間に、2枚の遮蔽板9を挿入する。
Then, when the temperature of the electrode sheet reaches the preset upper limit of the set temperature, as shown in FIGS. 6(b) and 7(b), the two infrared heaters are Two shielding
遮蔽板9を挿入した後の電極シートの温度の変化を、実施例1と同様に、図8に示す。
FIG. 8 shows changes in the temperature of the electrode sheet after the
<考察>
赤外線ヒーターを、電極シートの被加熱面に対して平行方向に動くよう平行移動させて退避させた実施例1においては、電極シートの温度は、予め設定した設定温度の上限値(図8におけるMax)を超えることなく、経過時間とともに大きく低下していくことが判る。
<Discussion>
In Example 1, in which the infrared heater was retracted by moving parallel to the surface to be heated of the electrode sheet, the temperature of the electrode sheet was set to the upper limit of the set temperature (Max in FIG. 8). ), and it decreases significantly with the passage of time.
一方で、赤外線ヒーターを、電極シートの被加熱面に対して垂直方向に動くよう移動させて退避させた比較例1においては、退避後もしばらくは電極シートの温度は上昇し、予め設定した設定温度の上限値(図8におけるMax)を上回った。すなわち、比較例1の加熱装置によれば、過加熱を避けることができなかった。 On the other hand, in Comparative Example 1, in which the infrared heater was retracted by moving in a direction perpendicular to the surface to be heated of the electrode sheet, the temperature of the electrode sheet increased for a while after retraction, and the preset setting The temperature exceeded the upper limit (Max in FIG. 8). That is, according to the heating device of Comparative Example 1, overheating could not be avoided.
また、2枚の遮蔽板により赤外線ヒーターの熱の遮蔽を試みた比較例2は、電極シートの温度が、予め設定した設定温度の上限値(図8におけるMax)を超えることはなかったものの、その温度の低下は、実施例1と比較して緩やかであった。 In Comparative Example 2, in which two shielding plates were used to shield the heat from the infrared heater, the temperature of the electrode sheet did not exceed the preset upper limit of the set temperature (Max in FIG. 8). The decrease in temperature was moderate compared to Example 1.
1、3、4、6、7、10 赤外線ヒーター
2、5、8 電極シート
9 遮蔽板
1, 3, 4, 6, 7, 10
Claims (4)
前記電極シートの被加熱面に対向するよう加熱面が配置される赤外線ヒーター、及び
前記赤外線ヒーターを、前記被加熱面に対して平行方向に動くよう平行移動させて、前記被加熱面に対向する加熱空間と前記被加熱面に対向しない退避空間との間で移動させる平行移動機構
を有する、全固体電池用電極シートの加熱装置。 A heating device for an electrode sheet for an all-solid-state battery for heating an electrode sheet in which an electrode mixture is applied to the surface of an electrode current collector,
an infrared heater having a heating surface arranged so as to face the surface to be heated of the electrode sheet; and moving the infrared heater parallel to the surface to be heated so as to face the surface to be heated A heating device for an electrode sheet for an all-solid-state battery, having a parallel movement mechanism for moving between a heating space and a retraction space not facing the surface to be heated.
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- 2021-07-08 JP JP2021113755A patent/JP2023010013A/en active Pending
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