JP2023080523A - Battery electrode manufacturing device and battery electrode manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a battery electrode manufacturing apparatus and a battery electrode manufacturing method.
リチウムイオン電池は高容量の二次電池であり、近年様々な用途で使用されている。例えば、リチウムイオン二次電池の電極は、集電体上に活物質層を備えている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。 Lithium ion batteries are high-capacity secondary batteries and have been used in various applications in recent years. For example, an electrode of a lithium ion secondary battery has an active material layer on a current collector (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
特許文献1は、リチウムイオン伝導性ゲルを固体の電解質として用いるリチウムポリマー二次電池の製造方法を開示している。特許文献1では、例えば、リチウムイオン伝導性ゲルのプレカーサー溶液を含浸させた電極(活物質層)を保持する容器をローラにより平坦化した後に、プレカーサー溶液を硬化させることで、電極表面に平坦なリチウムイオン伝導性ゲル層を形成している。 Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a lithium polymer secondary battery using a lithium ion conductive gel as a solid electrolyte. In Patent Document 1, for example, a container holding an electrode (active material layer) impregnated with a precursor solution of a lithium ion conductive gel is flattened with a roller, and then the precursor solution is cured to form a flat surface on the electrode surface. It forms a lithium ion conductive gel layer.
特許文献2では、帯状の基材フィルムであるシート状の集電体に、活物質とバインダとを含む複合粒子(粒体)を電極組成物として供給し、ロールプレスにより電極組成物を圧延することで、活物質層を形成している。例えば、特許文献2では、第一圧延工程として一対のローラにより電極組成物を1回圧延した後、第二圧延工程として複数の一対のローラにより電極組成物を多段で圧延することで、高密度な活物質層を形成している。 In Patent Document 2, composite particles (granules) containing an active material and a binder are supplied as an electrode composition to a sheet-like current collector that is a strip-shaped base film, and the electrode composition is rolled by a roll press. Thus, an active material layer is formed. For example, in Patent Document 2, after the electrode composition is rolled once with a pair of rollers as a first rolling step, the electrode composition is multi-rolled with a plurality of pairs of rollers as a second rolling step to achieve a high density. active material layer.
特許文献2では、大径のローラで第一圧延工程を行い、小径のローラで第二圧延工程を行っている。しかし、圧縮前の電極組成物の状態によっては、1回目の圧縮で大径ローラを用いると、電極組成物が平坦な状態で押し固められずに、不均一な状態で圧縮される場合がある。かかる場合、高密度な活物質層が形成できず、電子伝導性が低下する。 In Patent Literature 2, the first rolling step is performed with large-diameter rollers, and the second rolling step is performed with small-diameter rollers. However, depending on the state of the electrode composition before compression, when a large-diameter roller is used in the first compression, the electrode composition may not be compacted in a flat state and may be compressed in an uneven state. . In such a case, a high-density active material layer cannot be formed, resulting in a decrease in electron conductivity.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、高密度な電極活物質層を形成して電子伝導性を向上させることができる電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a battery electrode manufacturing apparatus and a battery electrode manufacturing method capable of forming a high-density electrode active material layer to improve electron conductivity. intended to
上記目的を達成するために、本発明に係る電池用電極製造装置は、電極活物質及び電解液を含む湿潤粉体を、帯状の基材フィルムに供給する粉体供給部と、前記粉体供給部から供給された前記湿潤粉体を載せた前記基材フィルムを搬送する搬送部と、前記粉体供給部から前記基材フィルムに供給された前記湿潤粉体を圧縮する一対の予備ローラを含む予備プレス部と、前記予備プレス部による圧縮の後に、前記湿潤粉体を圧縮する一対のローラを含むプレス部とを備える。前記予備プレス部は、前記湿潤粉体を段階的に圧縮する前記一対の予備ローラを複数含み、前記一対の予備ローラ間のギャップは、前記一対のローラ間のギャップよりも大きく設定されている。 In order to achieve the above object, the battery electrode manufacturing apparatus according to the present invention includes a powder supply unit that supplies wet powder containing an electrode active material and an electrolytic solution to a strip-shaped base film; and a pair of spare rollers for compressing the wet powder supplied from the powder supply unit onto the base film. A pre-press section and a press section including a pair of rollers for compressing the wet powder after compression by the pre-press section. The preliminary press section includes a plurality of the pair of preliminary rollers for compressing the wet powder in stages, and the gap between the pair of preliminary rollers is set larger than the gap between the pair of rollers.
本発明の電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法によれば、高密度な活物質層を形成して電子伝導性を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the battery electrode manufacturing apparatus and battery electrode manufacturing method of this invention, a high-density active material layer can be formed and electronic conductivity can be improved.
(実施形態)
以下、図面を参照して、本発明を適用した実施形態について説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、同様の目的で、一部を省略して図示している場合がある。
(embodiment)
Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following explanations, characteristic parts may be enlarged for the sake of convenience for the purpose of emphasizing the characteristic parts, and the dimensional ratios, etc. of each component may not necessarily be the same as the actual ones. do not have. Also, for the same purpose, some parts may be omitted from the drawings.
<組電池(二次電池)>
実施形態の電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法は、例えば、リチウムイオン電池の製造に適用される。リチウムイオン電池は、複数のリチウムイオン単電池(単セル又は電池セルとも記載する)を組み合わせてモジュール化した組電池、或いは、このような組電池を複数組み合わせて電圧及び容量を調整した電池パックの形態で使用される。
<Assembled battery (secondary battery)>
The battery electrode manufacturing apparatus and the battery electrode manufacturing method of the embodiments are applied, for example, to the manufacture of lithium ion batteries. Lithium ion batteries are assembled batteries that are modularized by combining a plurality of lithium ion single cells (also referred to as single cells or battery cells), or battery packs that are made by combining multiple such assembled batteries and adjusting the voltage and capacity. used in the form.
<単セル(電池セル)>
図1は、単セル10の断面模式図である。単セル10を複数組み合わせることで上記の組電池を作製することが可能である。例えば、単セル10は、2つの電極20(電池用電極)としての正極20a及び負極20bと、セパレータ30とを有する。
<Single cell (battery cell)>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
セパレータ30は、正極20aと負極20bとの間に配置される。組電池において、複数の単セル10は、正極20aと負極20bとを同方向に向けて積層される。
The
セパレータ30には、電解質が保持される。これにより、セパレータ30は、電解質層として機能する。セパレータ30は、正極20a及び負極20bの電極活物質層22の間に配置され、これらが互いに接触することを抑制する。これにより、セパレータ30は、正極20aと負極20bとの間の隔壁として機能する。
The
セパレータ30に保持される電解質としては、例えば、電解液またはゲルポリマー電解質等が挙げられる。これらの電解質を用いることで、高いリチウムイオン伝導性が確保される。セパレータの形態としては、例えば、上記電解質を吸収保持するポリマーや繊維からなる多孔性シートのセパレータや不織布セパレータ等を挙げることができる。
The electrolyte held in the
正極20a及び負極20bは、それぞれ、集電体21と、電極活物質層22と、枠体35とを有する。電極活物質層22と集電体21とは、セパレータ30側からこの順に並ぶ。枠体35は、額縁状(環状)である。枠体35は、電極活物質層22の周囲を囲む。正極20aの枠体35と負極20bの枠体35とは、互いに溶着され一体化されている。以下の説明において、正極20a及び負極20bの電極活物質層22を互いに区別する場合、これらをそれぞれ正極活物質層22a、負極活物質層22bと呼ぶ。
The
<正極集電体の具体例>
正極集電体層21aを構成する正極集電体としては、公知のリチウムイオン単電池に用いられる集電体を用いることができ、例えば、公知の金属集電体及び導電材料と樹脂とから構成されてなる樹脂集電体(特開2012-150905号公報及び国際公開第2015/005116号等に記載の樹脂集電体等)を用いることができる。正極集電体層21aを構成する正極集電体は、電池特性等の観点から、樹脂集電体であることが好ましい。
<Specific example of positive electrode current collector>
As the positive electrode current collector constituting the positive electrode
金属集電体としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン及びこれらの金属を1種以上含む合金、並びに、ステンレス合金からなる群から選択される一種以上の金属材料が挙げられる。これらの金属材料は、薄板や金属箔等の形態で用いてもよい。また、上記金属材料以外で構成される基材表面にスパッタリング、電着、塗布等の方法により上記金属材料を形成したものを金属集電体として用いてもよい。 Metal current collectors include, for example, copper, aluminum, titanium, nickel, tantalum, niobium, hafnium, zirconium, zinc, tungsten, bismuth, antimony, alloys containing one or more of these metals, and the group consisting of stainless alloys. and one or more metal materials selected from These metal materials may be used in the form of thin plates, metal foils, or the like. Alternatively, a metal current collector formed by forming the above metal material on the surface of a base material other than the above metal material by sputtering, electrodeposition, coating, or the like may be used.
樹脂集電体としては、導電性フィラーとマトリックス樹脂とを含むことが好ましい。マトリックス樹脂としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリメチルペンテン(PMP)等が挙げられるが、特に限定されない。また、導電性フィラーは、導電性を有する材料から選択されれば特に限定されない。導電性フィラーは、その形状が繊維状である導電性繊維であってもよい。 The resin current collector preferably contains a conductive filler and a matrix resin. Examples of the matrix resin include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethylpentene (PMP) and the like, but are not particularly limited. Also, the conductive filler is not particularly limited as long as it is selected from materials having conductivity. The conductive filler may be a conductive fiber having a fibrous shape.
樹脂集電体は、マトリックス樹脂及び導電性フィラーのほかに、その他の成分(分散剤、架橋促進剤、架橋剤、着色剤、紫外線吸収剤、可塑剤等)を含んでいてもよい。また、複数の樹脂集電体を積層して用いてもよく、樹脂集電体と金属箔とを積層して用いても良い。 The resin current collector may contain other components (dispersant, cross-linking accelerator, cross-linking agent, colorant, ultraviolet absorber, plasticizer, etc.) in addition to the matrix resin and the conductive filler. Also, a plurality of resin current collectors may be laminated and used, or a resin current collector and a metal foil may be laminated and used.
正極集電体層21aの厚さは、特に限定されないが、5~150μmであることが好ましい。複数の樹脂集電体を積層して正極集電体層21aとして用いる場合には、積層後の全体の厚さが5~150μmであることが好ましい。正極集電体層21aは、例えば、マトリックス樹脂、導電性フィラー及び必要により用いるフィラー用分散剤を溶融混練して得られる導電性樹脂組成物を公知の方法でフィルム状に成形することにより得ることができる。
Although the thickness of the positive electrode
<正極活物質の具体例>
正極活物質層22aは、正極活物質を含む混合物の非結着体であることが好ましい。ここで、非結着体とは、正極活物質層中において正極活物質の位置が固定されておらず、正極活物質同士及び正極活物質と集電体とが不可逆的に固定されていないことを意味する。正極活物質層22aが非結着体である場合、正極活物質同士は不可逆的に固定されていないため、正極活物質同士の界面を機械的に破壊することなく分離することができ、正極活物質層22aに応力がかかった場合でも正極活物質が移動することで正極活物質層22aの破壊を防止することができ好ましい。非結着体である正極活物質層22aは、正極活物質層22aを、正極活物質と電解液とを含みかつ結着剤を含まない正極活物質層22aにする等の方法で得ることができる。なお、本明細書において、結着剤とは、正極活物質同士及び正極活物質と集電体とを可逆的に固定することができない薬剤を意味し、デンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、スチレン-ブタジエンゴム、ポリエチレン及びポリプロピレン等の公知の溶剤乾燥型のリチウムイオン電池用結着剤等が挙げられる。これらの結着剤は、溶剤に溶解又は分散して用いられ、溶剤を揮発、留去することで表面が粘着性を示すことなく固体化するので正極活物質同士及び正極活物質と集電体とを可逆的に固定することができない。
<Specific example of positive electrode active material>
The positive electrode
正極活物質としては、例えば、リチウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属元素が2種である複合酸化物、金属元素が3種類以上である複合酸化物等が挙げられるが、特に限定されない。 Examples of the positive electrode active material include, but are not particularly limited to, a composite oxide of lithium and a transition metal, a composite oxide containing two transition metal elements, and a composite oxide containing three or more metal elements. .
正極活物質は、その表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆材により被覆された被覆正極活物質であってもよい。正極活物質の周囲が被覆材で被覆されていると、正極の体積変化が緩和され、正極の膨張を抑制することができる。 The positive electrode active material may be a coated positive electrode active material in which at least part of the surface is coated with a coating material containing a polymer compound. When the positive electrode active material is covered with the coating material, the volume change of the positive electrode is moderated, and the expansion of the positive electrode can be suppressed.
被覆材を構成する高分子化合物としては、特開2017-054703号公報及び国際公開第2015/005117号等に活物質被覆用樹脂として記載されたものを好適に用いることができる。 As the polymer compound constituting the coating material, those described as active material coating resins in JP-A-2017-054703 and WO 2015/005117 can be preferably used.
被覆材には、導電剤が含まれていてもよい。導電剤としては、正極集電体層21aに含まれる導電性フィラーと同様のものを好適に用いることができる。
The coating material may contain a conductive agent. As the conductive agent, the same conductive filler as contained in the positive electrode
正極活物質層22aには、粘着性樹脂が含まれていてもよい。粘着性樹脂としては、例えば、特開2017-054703号公報に記載された非水系二次電池活物質被覆用樹脂に少量の有機溶剤を混合してそのガラス転移温度を室温以下に調節したもの、及び、特開平10-255805号公報に粘着剤として記載されたもの等を好適に用いることができる。なお、粘着性樹脂は、溶媒成分を揮発させて乾燥させても固体化せずに粘着性(水、溶剤、熱等を使用せずに僅かな圧力を加えることで接着する性質)を有する樹脂を意味する。一方、結着剤として用いられる溶液乾燥型の電極用バインダーは、溶媒成分を揮発させることで乾燥、固体化して活物質同士を強固に接着固定するものを意味する。したがって、上述した結着剤(溶液乾燥型の電極バインダー)と粘着性樹脂とは、異なる材料である。
The positive electrode
正極活物質層22aには、電解質と非水溶媒を含む電解液が含まれていてもよい。電解質としては、公知の電解液に用いられているもの等が使用できる。非水溶媒としては、公知の電解液に用いられているもの(例えば、リン酸エステル、ニトリル化合物等及びこれらの混合物等)等が使用できる。例えば、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)の混合液、又は、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の混合液を用いることができる。
The positive electrode
正極活物質層22aには、導電助剤が含まれていてもよい。導電助剤としては、正極集電体層21aに含まれる導電性フィラーと同様の導電性材料を好適に用いることができる。
The positive electrode
正極活物質層22aの厚さは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、150~600μmであることが好ましく、200~450μmであることがより好ましい。
Although the thickness of the positive electrode
実施形態において、正極活物質層22aを形成するために供給される正極組成物は、正極活物質と非水電解液を含んでなる湿潤粉体である。また、湿潤粉体はペンデュラー状態又はファニキュラー状態であることがより好ましい。
In the embodiment, the positive electrode composition supplied to form the positive electrode
湿潤粉体における非水電解液の割合は、特に限定されないが、ペンデュラー状態又はファニキュラー状態とするためには、正極の場合には非水電解液の割合を湿潤粉体全体の0.5~15重量%とすることが望ましい。 The ratio of the non-aqueous electrolyte in the wet powder is not particularly limited, but in the case of the positive electrode, the ratio of the non-aqueous electrolyte to the entire wet powder is 0.5 to 0.5 to make the pendular state or funicular state. 15% by weight is desirable.
<負極集電体の具体例>
負極集電体層21bを構成する負極集電体としては、正極集電体で記載した構成と同様のものを適宜選択して用いることができ、同様の方法により得ることができる。負極集電体層21bは、電池特性等の観点から、樹脂集電体であることが好ましい。負極集電体層21bの厚さは、特に限定されないが、5~150μmであることが好ましい。
<Specific example of negative electrode current collector>
As the negative electrode current collector constituting the negative electrode
<負極活物質の具体例>
負極活物質層22bは、負極活物質を含む混合物の非結着体であることが好ましい。負極活物質層が非結着体であることが好ましい理由、及び非結着体である負極活物質層22bを得る方法等は、正極活物質層22aが非結着体であることが好ましい理由、及び非結着体である正極活物質層22aを得る方法と同様である。
<Specific example of negative electrode active material>
The negative electrode
負極活物質としては、例えば、炭素系材料、珪素系材料及びこれらの混合物等を用いることができるが、特に限定されない。 As the negative electrode active material, for example, a carbon-based material, a silicon-based material, a mixture thereof, or the like can be used, but the material is not particularly limited.
負極活物質は、その表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆材により被覆された被覆負極活物質であってもよい。負極活物質の周囲が被覆材で被覆されていると、負極の体積変化が緩和され、負極の膨張を抑制することができる。 The negative electrode active material may be a coated negative electrode active material in which at least part of the surface is coated with a coating material containing a polymer compound. When the periphery of the negative electrode active material is covered with the coating material, the volume change of the negative electrode is moderated, and the expansion of the negative electrode can be suppressed.
被覆材としては、被覆正極活物質を構成する被覆材と同様のものを好適に用いることができる。 As the coating material, the same coating material as that constituting the coated positive electrode active material can be suitably used.
負極活物質層22bは、電解質と非水溶媒を含む電解液を含有する。電解液の組成は、正極活物質層22aに含まれる電解液と同様の電解液を好適に用いることができる。
The negative electrode
負極活物質層22bには、導電助剤が含まれていてもよい。導電助剤としては、正極活物質層22aに含まれる導電性フィラーと同様の導電性材料を好適に用いることができる。
The negative electrode
負極活物質層22bには、粘着性樹脂が含まれていてもよい。粘着性樹脂としては、正極活物質層22aの任意成分である粘着性樹脂と同様のものを好適に用いることができる。
The negative electrode
負極活物質層22bの厚さは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、150~600μmであることが好ましく、200~450μmであることがより好ましい。
Although the thickness of the negative electrode
実施形態において、負極活物質層22bを形成するために供給される負極組成物は、負極活物質と非水電解液を含んでなる湿潤粉体である。また、湿潤粉体はペンデュラー状態又はファニキュラー状態であることがより好ましい。
In the embodiment, the negative electrode composition supplied to form the negative electrode
湿潤粉体における非水電解液の割合は、特に限定されないが、ペンデュラー状態又はファニキュラー状態とするためには、負極の場合には非水電解液の割合を湿潤粉体全体の0.5~25重量%とすることが望ましい。 The ratio of the non-aqueous electrolyte in the wet powder is not particularly limited, but in the case of the negative electrode, the ratio of the non-aqueous electrolyte to the entire wet powder is 0.5 to 0.5 to make the pendular state or funicular state. 25% by weight is desirable.
<セパレータの具体例>
セパレータ30に保持される電解質としては、例えば、電解液又はゲルポリマー電解質等が挙げられる。セパレータ30は、これらの電解質を用いることで、高いリチウムイオン伝導性が確保される。セパレータ30の形態としては、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレン製の多孔性フィルム等が挙げられるが、特に限定されない。
<Specific example of separator>
Examples of the electrolyte held in the
<枠体の具体例>
枠体35としては、電解液に対して耐久性のある材料であれば特に限定されないが、例えば、高分子材料が好ましく、熱硬化性高分子材料がより好ましい。枠体35を構成する材料としては、絶縁性、シール性(液密性)、電池動作温度下での耐熱性等を有するものであればよく、樹脂材料が好適に採用される。より具体的には、枠体35としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂及びポリフッ化ビニリデン樹脂等が挙げられ、耐久性が高く取り扱いが容易であることからエポキシ系樹脂が好ましい。
<Specific example of frame>
The material for the
<電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法>
次に、本実施形態の電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法(以下、製造方法と略して呼ぶ)について説明する。例えば、電池用電極製造装置及び電池用電極製造方法では、まず正極20a及び負極20bが製造される。正極20aの製造方法と負極20bの製造方法とは、主に電極活物質層22に含まれる電極活物質が異なる。ここでは、電極20の製造方法として、正極20a及び負極20bの製造方法をまとめて説明する。
<Battery Electrode Manufacturing Apparatus and Battery Electrode Manufacturing Method>
Next, a battery electrode manufacturing apparatus and a battery electrode manufacturing method (hereinafter abbreviated as a manufacturing method) of the present embodiment will be described. For example, in the battery electrode manufacturing apparatus and the battery electrode manufacturing method, the
図2は、電池用電極製造装置1000の概略図である。例えば、電池用電極製造装置1000は、チャンバ100、搬送機構150、枠体供給装置200、粉体供給装置300、予備プレス装置400及びプレス装置500を含む。搬送機構150は、搬送部の一例であり、粉体供給装置300は、粉体供給部の一例であり、予備プレス装置400は、予備プレス部の一例であり、プレス装置500は、プレス部の一例である。なお、以下では、帯状の基材フィルムが帯状の集電体21Bである場合を一例として説明する。
FIG. 2 is a schematic diagram of the battery
チャンバ100は、内部を大気圧よりも減圧された状態に保持できる部屋である。チャンバ100の内部は、図示しない減圧ポンプにより大気圧よりも減圧される。なお、標準大気圧は、約1013hPa(約105Pa)である。
The
例えば、チャンバ100の外部に集電体ロール21Rが配置され、集電体ロール21Rから引き出された帯状の集電体21Bが、スリットを通してチャンバ100の内部に搬送される。以下、帯状の集電体21Bを集電体21Bと記載する場合がある。なお、集電体21Bは、上述した集電体21が所定の形状に切り出される前のものである。集電体21Bは、搬送方向Dに沿って搬送される。例えば、集電体21Bは、搬送機構150によって、所定の速度で搬送される。以下では、集電体21Bが搬送される方向を下流側D1、その反対方向を上流側D2として説明する。なお、集電体ロール21Rが配置されるチャンバ100の外部空間は、常圧であってもよいし、チャンバ100と異なるチャンバによって減圧されていてもよい。
For example, a
図2に示す搬送機構150は、駆動ローラ及び従動ローラを有する。駆動ローラは、集電体21Bの上方向側に配置されており、図示しない制御装置による駆動制御により、集電体21Bが搬送方向Dの下流側D1に搬送されるよう、回転する。従動ローラは、集電体21Bの下方向側に配置されており、駆動ローラの回転により集電体21Bが搬送方向Dの下流側D1に移動することに連動して、回転する。搬送機構150は、チャンバ100の内部空間において、搬送方向Dに離間して複数設置されている。最上流側の搬送機構150は、集電体21Bのみを上下方向において挟み込んで、搬送方向Dの下流側D1に搬送する。最下流側の搬送機構150は、少なくとも集電体21B及び枠体35を上下方向において挟み込んで搬送方向Dの下流側D1に搬送する。
The
枠体供給装置200は、搬送される集電体21Bに対して枠体35を供給する。なお、図2では枠体供給装置200がチャンバ100の内部に配置される場合を示すが、枠体供給装置200はチャンバ100の外部に配置されてもよい。例えば、枠体供給装置200は、ロボットアームを有し、事前に製造された枠体35を、搬送される集電体21B上の所定の位置に配置する。なお、枠体35を集電体21Bに配置した後、集電体21B及び枠体35を挟み込むように、ロールプレスで圧縮することとしてもよい。
The
また、図2においては予め製造された枠体35を集電体21B上に置くものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、枠体35は、集電体21Bの上で製造されてもよい。一例を挙げると、集電体21Bを基材とし、ディスペンサーやコーター等によって集電体21B上に所定の材料を所定の形状に吐出又は塗布することで、集電体21B上に枠体35を形成することができる。
In addition, in FIG. 2, the
粉体供給装置300は、図2に示す通り、チャンバ100内で搬送される集電体21B上に電極組成物22cを供給する。上述したように、実施形態において、電極活物質層22(正極活物質層22a、負極活物質層22b)を形成するために、粉体供給装置300から供給される電極組成物22c(正極組成物、負極組成物)は、電極活物質(正極活物質、負極活物質)と電解液(非水電解液)を含んでなる湿潤粉体である。すなわち、粉体供給装置300は、電極活物質及び電解液を含む湿潤粉体を、帯状の基材フィルムである集電体21Bに供給する。また、実施形態において、電極組成物22cとしての湿潤粉体は、ペンデュラー状態又はファニキュラー状態であることがより好ましい。また、電極活物質は、高分子化合物を含む被覆材により被覆された被覆電極活物質である。
The
例えば、粉体供給装置300は、内部に湿潤粉体である電極組成物22cを保持するホッパと、当該ホッパの開口を開閉するシャッタとを備える。粉体供給装置300は、シャッタを開閉することにより、搬送される集電体21B上の搬送方向Dにおける所望の位置に、所望の量の電極組成物22cを供給することができる。電極組成物22cに含まれる電極活物質は、被覆電極活物質であるため、集電体21B上に供給する工程では、電極組成物22cを柔らかい状態にしておくことが必要となる。上述した搬送機構150は、粉体供給装置300から供給された電極組成物22c(湿潤粉体)を載せた集電体21Bを搬送する。
For example, the
予備プレス装置400及びプレス装置500は、帯状の基材フィルムの一例である帯状の集電体21B上に供給された電極組成物22cを圧縮して、図1に示す電極活物質層22を形成する。図3は、電池用電極製造装置1000に含まれる予備プレス装置400及びプレス装置500を示す図である。図4は、予備プレス装置400及びプレス装置500による電極組成物22cの圧縮過程を模式的に示す図である。なお、図3は、図2に示す予備プレス装置400及びプレス装置500の拡大図であり、枠体35を省略して図示している。
The preliminary
予備プレス装置400は、粉体供給装置300から集電体21Bに供給された湿潤粉体(電極組成物22c)を圧縮する一対の予備ローラを含む。ここで、予備プレス装置400は、湿潤粉体(電極組成物22c)を段階的に圧縮する一対の予備ローラを複数含む。すなわち、予備プレス装置400は、一対の予備ローラを少なくとも2つ含む。予備プレス装置400は、集電体21Bに載置された、電極活物質及び電解液を含んだ湿潤粉体である電極組成物22cを、搬送方向Dに沿って複数配置された一対の予備ローラにより集電体21Bと共に挟み込んで段階的に圧縮する。図2及び図3に示す一例では、予備プレス装置400は、8つの一対の予備ローラとして、上予備ローラ401a及び下予備ローラ402aと、上予備ローラ401b及び下予備ローラ402bと、上予備ローラ401c及び下予備ローラ402cと、上予備ローラ401d及び下予備ローラ402dと、上予備ローラ401e及び下予備ローラ402eと、上予備ローラ401f及び下予備ローラ402fと、上予備ローラ401g及び下予備ローラ402gと、上予備ローラ401h及び下予備ローラ402hとを有する。なお、以下では、上予備ローラ401a~hや下予備ローラ402a~hを特に区別しない場合、総称して「上予備ローラ401」や「下予備ローラ402」と記載する。
The
図2及び図3に示すように、上予備ローラ401は、ペアとなる下予備ローラ402と同じ径である。集電体21Bに下から接触する下予備ローラ402a~hは、同じ高さに配置される。一方、電極組成物22c(湿潤粉体)に上から接触する上予備ローラ401a~hは、上流側D2から下流側D1に向かって、徐々に低くなるように配置されている。換言すると、上予備ローラ401と下予備ローラ402とが対向する距離は、上流側D2から下流側D1に向かって徐々に短くなっている。すなわち、複数の一対の予備ローラ間のギャップは、集電体21Bの搬送方向Dの下流側D1に向かうに従い減少する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the upper
電極組成物22cは、図3に示すように、予備プレス装置400により、段階的に厚さAから厚さB1まで圧縮される。例えば、厚さAは1000μmであり、厚さB1は700~800μmである。すなわち、予備プレス装置400は、電極組成物22cの厚さを、1000μmから700~800μmまで、8段階で減少させる。例えば、予備プレス装置400は、電極組成物22cの厚さを、8回のロールプレスそれぞれで、25~37.5μm減少させる。なお、一対の予備ローラ(上予備ローラ401及び下予備ローラ402)の数は、8つに限定されず、2つ以上であれば良く、少しずつ段階的に圧縮を行うため、3つ以上であることが好ましい。
The
プレス装置500は、予備プレス装置400による圧縮の後に、電極組成物22c(湿潤粉体)を圧縮する一対のローラを含む。プレス装置500は、予備プレス装置400における一対の予備ローラより径が大きい一対のローラによって電極組成物22c(湿潤粉体)を圧縮する。すなわち、プレス装置500は、予備プレス装置400により圧縮された電極組成物22cを、一対の予備ローラより径が大きい一対のローラにより集電体21Bと共に挟み込んで圧縮する。図2及び図3に示す一例では、プレス装置500は、一対のローラとして、上ローラ501及び上ローラ502を有する。図2及び図3に示すように、上ローラ501は、ペアとなる下ローラ502と同じ径であり、上ローラ501の径は、上予備ローラ401の径より大きい。例えば、上予備ローラ401の径は、上ローラ501の径の1/3倍以下である。また、上ローラ501と下ローラ502とが対向する距離は、上予備ローラ401hと下予備ローラ402hとが対向する距離より短い。換言すると、一対の予備ローラ間のギャップは、一対のローラ間のギャップよりも大きく設定されている。そして、複数の一対の予備ローラ間のギャップのうち最小のギャップは、一対のローラ間のギャップよりも大きく設定されている。
The
電極組成物22cは、図3に示すように、プレス装置500により、厚さB1から厚さB2まで圧縮されることで、電極活物質層22となる。例えば、厚さB2は600μmである。すなわち、プレス装置500は、電極組成物22cの厚さを、1回のロールプレスで、700~800μmから600μmまで減少させる。
As shown in FIG. 3, the
予備プレス装置400による予備プレス工程では、小径ローラ(上予備ローラ401、下予備ローラ402)を用いた多段のロールプレスにより、柔らかい状態で載置されている電極組成物22cを、表面を平坦な状態に維持しつつ、少しずつ段階的に圧縮する(図4の左図を参照)。これにより、電極組成物22cに含まれる電極活物質は、相互の隙間が徐々に減少して液架橋が生じ、高分子化合物を介して相互にくっつきだし、最終的に、ある程度押し固められた状態となる。そして、プレス装置500によるプレス工程では、大径ローラ(上ローラ501、下ローラ502)を用いた1段のロールプレスにより、押し固められた状態の電極組成物22cを、変形させることなく均等に所望の厚さB2まで圧縮し、電極活物質層22を形成する(図4の右図を参照)。なお、図4では下予備ローラ402と下ローラ502を省略している。
In the preliminary pressing step by the preliminary
ここで、基材フィルムである集電体21Bの搬送方向Dに沿う搬送に応じて、予備プレス装置400が含む一対の予備ローラは回転駆動する。このため、予備プレス装置400は、複数の一対の予備ローラ(上予備ローラ401及び下予備ローラ402)を連動して回転させる回転機構403を有することが好ましい。図5は、予備プレス装置400が有する回転機構403の一例を示す図である。
Here, the pair of preliminary rollers included in the preliminary
図5に示す回転機構403は、ギヤドモータ403aの回転を、プーリー403b及びタイミングベルト403cを介して、保持部材403dにより所定の高さで回転可能に保持されている上予備ローラ401a~hそれぞれに伝達する。プーリー403bは、ギヤドモータ403a及び上予備ローラ401a~hそれぞれの回転軸に設けられ、タイミングベルト403cは、隣り合う2つのプーリー403bそれぞれに架け渡される。この構成において、ギヤドモータ403aが回転すると、上予備ローラ401a~hは連動して回転する。なお、予備プレス装置400は、下予備ローラ402a~hを連動して回転させるため、回転機構403と同様の構成の回転機構を有している。ここで、湿潤粉体が均一に圧縮されるように、基材フィルムである集電体21Bの搬送方向Dに沿う搬送速度と、一対の予備ローラの回転速度とは、一定範囲内で同期している。かかる同期制御は、例えば、搬送機構150の駆動ローラの回転速度と、ギヤドモータ403aの回転速度とを制御することで実現される。
The
これら予備プレス工程及びプレス工程の後、帯状の集電体21Bから集電体層21が適宜切り出される等して、電極20(集電体21、電極活物質層22及び枠体35)が製造される。また、一対の電極20(正極20a及び負極20b)を、セパレータ30を介して互いに向かい合わせに積層する等して、単セル10が製造される。
After the preliminary pressing step and the pressing step, the electrode 20 (the
上述したように、実施形態では、複数の一対の小径ローラ(上予備ローラ401及び下予備ローラ402)を用いたロールプレスにより、電極組成物22cである湿潤粉体を少しずつ圧縮させて、変形しにくくなる程度まで押し固める予備プレスを行なう。その後、実施形態では、大径ローラ(上ローラ501及び下ローラ502)を用いたロールプレスにより電極組成物22cを所望の厚さまで圧縮する。これにより、実施形態では、高密度な電極活物質層22を形成して電極20の電子伝導性を向上させることができる。
As described above, in the embodiment, by roll pressing using a plurality of pairs of small-diameter rollers (the upper
また、実施形態では、予備プレス装置400による多段のロールプレスを、例えば大径ローラの径より1/3以下の径の小径ローラで行なうことで、予備プレス工程及びプレス工程のラインが長くなることを防止することができる。
In addition, in the embodiment, the lines for the preliminary pressing process and the pressing process are lengthened by performing the multi-stage roll pressing by the preliminary
また、実施形態では、複数の一対の予備ローラ(上予備ローラ401及び下予備ローラ402)を連動して回転させることで、電極組成物22cを少しずつ確実に圧縮することができる。
Further, in the embodiment, by interlocking and rotating a plurality of pairs of preliminary rollers (upper
また、実施形態では、予備プレス装置400及びプレス装置500は、内部が大気圧よりも減圧されたチャンバ100内に配置される。電極組成物22cである湿潤粉体を減圧下で圧縮することで、電極組成物22cの内部に空気が残留することが防止でき、電極活物質層22の均一性を向上することができる。なお、実施形態では、多段のロールプレスを小径ローラで行なうことで、予備プレス工程及びプレス工程のラインが長くなることを防止することができるが、この利点は、減圧チャンバであるチャンバ100の内部で電極製造を行う場合、設備投資の観点からも大きな利点となる。
In addition, in the embodiment, the
なお、電極組成物22cはローラに付着しやすいが、これを防止するため、実施形態は、電極組成物22cの上にセパレータ30を供給して、電極組成物22cを予備プレス装置400及びプレス装置500により圧縮しても良い。図6は、第1変形例の電池用電極製造装置1000aの概略図である。
Note that the
図6に示す電池用電極製造装置1000aでは、粉体供給装置300と予備プレス装置400との間に、セパレータ供給装置600が配置され、プレス装置500の下流側D1にセパレータ回収装置700が配置される。セパレータ供給装置600は、セパレータ供給部の一例である。
In the battery
セパレータ供給装置600は、帯状の集電体21Bに載置された電極組成物22cである湿潤粉体に対して、セパレータ30を供給する。例えば、セパレータ供給装置600は、セパレータロールと、当該セパレータロールからセパレータシート30Bを引き出す駆動機構とから構成される。セパレータ供給装置600は、搬送方向Dに沿って所定速度で搬送される電極組成物22cに対して、セパレータシート30Bを同じ所定速度で搬送しながら重ね合わせる。より具体的には、セパレータ供給装置600は、搬送される電極組成物22cの上方に位置するローラを駆動機構として備え、当該ローラにより、セパレータシート30Bを所定速度で搬送しながら電極組成物22cに押し当てることで、電極組成物22cに対してセパレータ30を供給することができる。
The
そして、複数の一対の予備ローラ(上予備ローラ401及び下予備ローラ402)及び一対のローラ(上ローラ501及び下ローラ502)は、電極組成物22cを、セパレータシート30Bと集電体21との間に挟み込んで圧縮する。
A plurality of pairs of preliminary rollers (upper
セパレータ回収装置700は、セパレータシート30Bにおける余剰部分を回収する。すなわち、セパレータシート30Bの全体がセパレータ30として使用されるのではなく、セパレータシート30Bの端部等、セパレータ30として切り出されない部分が生じる場合がある。セパレータ回収装置600は、このような余剰部分を回収する。なお、セパレータ供給装置600が、個々の電極組成物22cに対して、セパレータ30を供給する場合、電池用電極製造装置1000aは、セパレータ回収装置700を備えなくても良い。
The
上述した第1変形例では、予備プレス装置400及びプレス装置500による電極組成物22cの圧縮を、セパレータ30(セパレータシート30B)を介して行うことで、上予備ローラ401や上ローラ501への電極組成物22cの付着を防ぐことができる。これにより、第1変形例では、電極組成物22cの圧縮により形成される電極活物質層22の表面が不均一になったり、電極20に含まれる電極組成物22cの量が不安定になったりすることを確実に回避することができる。
In the first modified example described above, the
また、電極組成物22cのローラへの付着防止の観点からは、実施形態は、電極組成物22cの上に離形フィルムを供給して、電極組成物22cを予備プレス装置400及びプレス装置500により圧縮しても良い。図7は、第2変形例の電池用電極製造装置1000bの概略図である。
In addition, from the viewpoint of preventing the
図7に示す電池用電極製造装置1000bでは、粉体供給装置300と予備プレス装置400との間に、離型フィルム供給装置800が配置され、プレス装置500の下流側D1に離型フィルム回収装置900が配置される。離型フィルム供給装置800は、離型フィルム供給部の一例である。
In the battery
離型フィルム供給装置800は、集電体21Bに載置された電極組成物22cに対して、離型フィルム40Bを供給する。離型フィルム40Bの材質は特に限定されるものではないが、一例として、PET(Polyethylene terephthalate)を採用することができる。また、当該離型フィルム40Bの表面には離型剤を塗布することとしてもよい。例えば、離型フィルム供給装置400は、帯状の離型フィルム40Bをロール状に巻いた離型フィルムロールと、離型フィルムロールから離型フィルムを引き出す駆動機構とから構成される。離型フィルム供給装置400は、搬送方向Dに沿って所定速度で搬送される電極組成物22cに対して、離型フィルム40Bを同じ所定速度で搬送しながら重ね合わせる。より具体的には、離型フィルム供給装置400は、搬送される電極組成物22cの上方に位置するローラを駆動機構として備え、当該ローラにより、離型フィルム40Bを所定速度で搬送しながら電極組成物22cに押し当てることで、電極組成物22cに対して離型フィルム40Bを供給することができる。
The release
そして、複数の一対の予備ローラ(上予備ローラ401及び下予備ローラ402)及び一対のローラ(上ローラ501及び下ローラ502)は、電極組成物22cを、離型フィルム40Bと集電体21との間に挟み込んで圧縮する。
Then, a plurality of pairs of preliminary rollers (upper
離型フィルム回収装置600は、予備プレス装置400及びプレス装置500によって圧縮された後の離形フィルム40Bを、電極活物質層22から剥離させて回収する。例えば、離型フィルム回収装置600は、プレス装置500によって圧縮された後の離型フィルム40Bを巻き取り、廃棄や再利用をしやすいロール状にして管理する。
The release
上述した第2変形例では、予備プレス装置400及びプレス装置500による電極組成物22cの圧縮を、離形フィルム40Bを介して行うことで、上予備ローラ401や上ローラ501への電極組成物22cの付着を防ぐことができる。これにより、第2変形例でも、電極組成物22cの圧縮により形成される電極活物質層22の表面が不均一になったり、電極20に含まれる電極組成物22cの量が不安定になったりすることを確実に回避することができる。
In the second modified example described above, the
なお、上述した実施形態、第1変形例及び第2変形例では、枠体35内に載置された電極組成物22cを、予備プレス装置400及びプレス装置500により圧縮する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、帯状の集電体21Bの上に連続的に電極組成物22cを載置して、予備プレス装置400及びプレス装置500により圧縮して帯状の電極活物質層を形成し、その後、枠体35が配置可能なように、帯状の電極活物質層を矩形形状の電極活物質層22にトリミングしても良い。或いは、帯状の集電体21B上にマスク等内部に電極活物質層22を形成できる空間のあるものが載置され、その内部に電極組成物22cが供給され、予備プレス装置400及びプレス装置500により電極組成物22cが圧縮されても良い。かかる場合、マスクが除去された後に、枠体35が載置される。
In the above-described embodiment, the first modified example, and the second modified example, the case where the
また、上述した実施形態、第1変形例及び第2変形例では、電極組成物22cが載置される帯状の基材フィルムが帯状の集電体21Bであるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図2に示した帯状の集電体21Bに代えて、帯状のセパレータシート30Bや、帯状の離形フィルム40Bを基材フィルムとしてもよい。
Further, in the embodiment, the first modification, and the second modification described above, the strip-shaped base film on which the
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。更に、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。 As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment. is also included. Furthermore, it goes without saying that the configurations shown in the respective embodiments can be used in combination as appropriate.
10:単セル
20:電極
20a:正極
20b:負極
21:集電体
21a:正極集電体層
21b:負極集電体層
21B:帯状の集電体
21R:集電体ロール
22:電極活物質層
22a:正極活物質層
22b:負極活物質層
22c:電極組成物(湿潤粉体)
30:セパレータ
30B:セパレータシート
35:枠体
40B:離型フィルム
100:チャンバ
150:搬送機構
200:枠体供給装置
300:粉体供給装置
400 予備プレス装置
401,401a,401b,401c,401d,401e,401f,401g,401h:上予備ローラ
402,402a,402b,402c,402d,402e,402f,402g,402h:下予備ローラ
403:回転機構
403a:ギヤドモータ
403b:プーリー
403c:タイミングベルト
403d:保持部材、
500:プレス装置
501:上ローラ
502:下ローラ
600:セパレータ供給装置
700:セパレータ回収装置
800:離型フィルム供給装置
900:離型フィルム回収装置
1000,1000a,1000b:電池用電極製造装置
D:搬送方向
D1:下流側
D2:上流側
10: Single cell 20:
30:
500: Press device 501: Upper roller 502: Lower roller 600: Separator supply device 700: Separator recovery device 800: Release film supply device 900: Release
Claims (9)
前記粉体供給部から供給された前記湿潤粉体を載せた前記基材フィルムを搬送する搬送部と、
前記粉体供給部から前記基材フィルムに供給された前記湿潤粉体を圧縮する一対の予備ローラを含む予備プレス部と、
前記予備プレス部による圧縮の後に、前記湿潤粉体を圧縮する一対のローラを含むプレス部と、
を備え、
前記予備プレス部は、前記湿潤粉体を段階的に圧縮する前記一対の予備ローラを複数含み、
前記一対の予備ローラ間のギャップは、前記一対のローラ間のギャップよりも大きく設定されている、電池用電極製造装置。 A powder supply unit that supplies wet powder containing an electrode active material and an electrolytic solution to a strip-shaped base film;
a conveying unit that conveys the base film on which the wet powder supplied from the powder supply unit is placed;
a preliminary press section including a pair of preliminary rollers for compressing the wet powder supplied from the powder supply section to the base film;
a press section including a pair of rollers for compressing the wet powder after compression by the preliminary press section;
with
The preliminary press unit includes a plurality of the pair of preliminary rollers for compressing the wet powder in stages,
The battery electrode manufacturing apparatus, wherein the gap between the pair of spare rollers is set larger than the gap between the pair of rollers.
複数の前記一対の予備ローラ間のギャップは、前記基材フィルムの搬送方向に向かうに従い減少し、
複数の前記一対の予備ローラ間のギャップのうち最小のギャップは、前記一対のローラ間のギャップよりも大きく設定されている、
請求項1に記載の電池用電極製造装置。 The preliminary press section includes at least two of the pair of preliminary rollers,
the gap between the plurality of pairs of spare rollers decreases in the conveying direction of the base film,
A minimum gap among the gaps between the plurality of pairs of spare rollers is set larger than the gap between the pair of rollers,
The battery electrode manufacturing apparatus according to claim 1.
請求項1又は2に記載の電池用電極製造装置。 The press section compresses the wet powder with the pair of rollers having a larger diameter than the pair of preliminary rollers in the preliminary press section.
The battery electrode manufacturing apparatus according to claim 1 or 2.
前記予備プレス部は、複数の前記一対の予備ローラを連動して回転させる回転機構を有する、
請求項1~3のいずれか1つに記載の電池用電極製造装置。 The pair of preliminary rollers are rotationally driven according to the transport along the transport direction of the base film,
The preliminary press unit has a rotation mechanism that rotates the plurality of pairs of preliminary rollers in conjunction with each other,
The battery electrode manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 3.
請求項1~4のいずれか1つに記載の電池用電極製造装置。 The conveying speed along the conveying direction of the base film and the rotational speed of the pair of preliminary rollers are synchronized within a certain range,
The battery electrode manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 4.
を更に備え、
複数の前記一対の予備ローラ及び前記一対のローラは、前記湿潤粉体を、前記セパレータと前記基材フィルムとの間に挟み込んで圧縮する、
請求項1~5のいずれか1つに記載の電池用電極製造装置。 A separator supply unit that supplies a separator to the wet powder,
further comprising
The plurality of pairs of preliminary rollers and pairs of rollers pinch and compress the wet powder between the separator and the base film.
The battery electrode manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 5.
請求項1~6のいずれか1つに記載の電池用電極製造装置。 The preliminary press section and the press section are arranged in a chamber whose interior is evacuated below atmospheric pressure,
The battery electrode manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 6.
請求項1~7のいずれか1つに記載の電池用電極製造装置。 The wet powder is a pendular or funicular wet powder,
The battery electrode manufacturing apparatus according to any one of claims 1 to 7.
前記供給工程によって供給された前記湿潤粉体を載せた前記基材フィルムを搬送する供給工程と、
前記供給工程によって前記基材フィルムに供給された前記湿潤粉体を一対の予備ローラにより圧縮する予備プレス工程と、
前記予備プレス工程による圧縮の後に、前記湿潤粉体を一対のローラにより圧縮するプレス工程と、
を含み、
前記予備プレス工程は、複数の前記一対の予備ローラにより前記湿潤粉体を段階的に圧縮し、
前記一対の予備ローラ間のギャップは、前記一対のローラ間のギャップよりも大きく設定されている、電池用電極製造方法。 A supply step of supplying a wet powder containing an electrode active material and an electrolytic solution to a strip-shaped base film;
A supply step of conveying the base film on which the wet powder supplied by the supply step is placed;
A preliminary pressing step of compressing the wet powder supplied to the base film by the supplying step with a pair of preliminary rollers;
A pressing step of compressing the wet powder with a pair of rollers after compression by the preliminary pressing step;
including
The preliminary pressing step includes stepwise compression of the wet powder by a plurality of pairs of preliminary rollers,
The method for manufacturing a battery electrode, wherein the gap between the pair of spare rollers is set larger than the gap between the pair of rollers.
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- 2021-11-30 JP JP2021193916A patent/JP2023080523A/en active Pending
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