JP2023501751A - アルカリ金属又はその合金のラミネートフィルム及びその製造装置 - Google Patents

アルカリ金属又はその合金のラミネートフィルム及びその製造装置 Download PDF

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Abstract

Figure 2023501751000001
アルカリ金属又はその合金のシートをフィルムにラミネートするための圧延機用作業ローラが開示される。作業ローラは、中心軸を画定する円筒形の中央部分であって、ラミネーション面を画定する外面を有する、円筒形の中央部分と、それぞれ中央部分の第１及び第２の端から延びる第１及び第２の円錐台状部分と、を有する。中心軸がまっすぐであるとき、中央部分の外面と第１及び第２の円錐台状部分の各々の外面との角度は０．０５度未満である。中央部分の幅は、第１及び第２の円錐台状部分の各々の幅よりも大きい。中央部分の幅は、第１及び第２の部分の幅の合計よりも小さい。２つのこのような作業ローラを有する圧延機も開示される。本技術の作業ローラによって得られるアルカリ金属又はその合金のラミネートシートも開示される。

Description

［関連出願への相互参照］
本出願は、２０１９年１１月１８日に出願された米国仮出願第６２／９３６，８０６号、及び２０１９年１１月１８日に出願された米国仮出願第６２／９３６，８０９号、及び２０１９年１１月１８日に出願された米国仮出願第６２／９３６，８１４号の利益を主張し、これらの全ての開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれるものとする。
本技術は、アルカリ金属又はその合金のシートをフィルムにラミネートするための圧延機用作業ローラ及びそのような作業ローラを有する圧延機に関するものである。また、本技術は、このような作業ローラを含む圧延機から得られるアルカリ金属又はその合金のラミネートフィルムに関する。
固体高分子電解質と薄膜アノード及びカソードとのラミネートから製造される二次電池は、従来の液体電解質電池と比較して多くの利点を見せる。このような利点には、電池全体の重量の低減、高い比エネルギー、長寿命、及び有毒な液体が環境に流出する危険性が排除されることによる環境保護が含まれる。
固体高分子電池の構成要素は、正極、負極、及び電極間に挟まれた固体高分子電解質などのイオン伝導を許容することができる絶縁材料を含む。アノード又は負極は、通常、アルカリ金属及びその合金、例えば、リチウム金属、リチウムアルミニウム合金などの軽量金属フィルムで作られている。複合カソード又は正極は、通常、遷移金属酸化物などの活物質、通常は炭素粒子である導電性フィラー、イオン導電性高分子電解質材料、及び通常はアルミニウムの薄板である集電体の混合物で形成されている。複合カソード薄膜は、通常、集電体上にコーティングすることによって得られる。
１００ミクロンより下の厚さを有するリチウムの薄膜を、例えば１０センチメートル以上の広い帯状で、何百メートルもの長さで、迅速かつ信頼性の高いプロセスによって製造することは、化学反応性、可鍛性、低い機械強度、単純な接触による迅速な自己溶接、及びほとんどの固体物質への強い接着などのこの金属の極度の物理的及び化学的特性に起因する重要な技術的困難性に直面している。
冷間押出は、１００ミクロン以上のシートの連続生産に使用される。これらの厚さは、一般に、液体電解質を利用するリチウムセルの製造に適応される。それより下の厚さの場合、押出によって得られたフィルムは、その後、硬質材料から作られた作業ローラの間でラミネートされる。
大規模な生産プロセスにおいて、ポリマー電解質セルの製造のために、２０～１００ミクロンの間で変化する厚さに高密度リチウムを効率的にラミネートすることを達成することの困難さは、多数存在する。
ラミネートされたリチウム金属は、しばしば、ラミネーションプロセス中に接触している作業ローラと反応し、及び／又は変形し、そして付着する。この問題は、特許文献１、２及び３（何れも参照により本明細書に組み込まれる）に記載されているような潤滑剤を使用することによって解決することができる。潤滑剤は、薄いラミネートリチウムフィルムが作業ローラと反応したり、作業ローラに過度に付着したりすることを防止する添加剤を含み、得られる電気化学セルの電気化学的性質に影響を与えないものである。しかしながら、ラミネーションプロセスの間に潤滑剤を適切かつ効率的に塗布することが望まれている。
リチウム又はその合金の極めて高い延性により、作業ローラから出たリチウムフィルムへの極僅かな引出し張力が可能である。従って、リチウムフィルムの破損や裂け、結果として高価な生産中断を防ぐために、引出し張力を正確に監視し制御する必要がある。
２０～１００ミクロンである厚さでは、リチウム又はその合金のフィルムを、フィルムの全幅を横切って、かつフィルムの伸びた長さにわたって一定の厚さにラミネートすることは困難である。従来のラミネーションプロセスでは、ラミネートされたリチウムフィルムの幅に厚みのばらつきが生じ、そのことは、ラミネーション操作中のリチウムフィルムの破損を促進し、得られるラミネートリチウムフィルムが電気化学セルに適さないものとなっていた。
作業ローラは、従来、リチウムと相溶性のある（すなわち、リチウムと反応しない）硬質プラスチック材料であるポリアセタールで作られている。しかしながら、大量生産する場合、ポリアセタールのローラは急速に摩耗するため、摩耗したローラを頻繁に交換したり廃棄したりする必要があり、コストが大幅に上昇する。このため、ラミネーション製造プロセスは経済的に困難であった。
従って、上記の問題の少なくとも幾つかに対処する、アルカリ金属又はその合金のシートをフィルムにラミネートするために適応された圧延機が望まれている。また、そのような圧延機によって製造された、フィルムの幅及び長さにわたって望ましい特性を維持するアルカリ金属フィルムに対する要望もある。
米国特許第５，８３７，４０１号 米国特許第５，５２８，９２０号 米国特許第６，０１９，８０１号
本技術の目的は、先行技術に存在する不都合の少なくとも幾つかを改善することである。
本技術の幾つかの実施形態では、圧延機によって得られるラミネートリチウム又はリチウム合金フィルムに関し、圧延機は、フレーム；フレームに回転自在に取り付けられた第１の作業ローラ；フレームに回転自在に取り付けられた第２の作業ローラであって、第１及び第２の作業ローラは、その間にシートを受け取るように配置されている、第２の作業ローラ；第１の作業ローラを曲げるために第１の作業ローラの反対側の端部に動作可能に接続された少なくとも２つの第１のアクチュエータ；及び、第２の作業ローラを曲げるために第２の作業ローラの反対側の端部に動作可能に接続された少なくとも２つの第２のアクチュエータ；を含み、第１及び第２の作業ローラの各々は、中心軸を画定する円筒形の中央部分であって、ラミネーション面を画定する外面を有する、円筒形の中央部分；中央部分の第１の端から延びる第１の円錐台状部分；及び、中央部分の第２の端から延びる第２の円錐台状部分；を含み、中心軸がまっすぐであるとき、中央部分の外面と第１及び第２の円錐台状部分の各々の外面との角度は０．０５度未満であり、中央部分の幅は、第１及び第２の円錐台状部分の各々の幅よりも大きく、中央部分の幅は、第１及び第２の部分の幅の合計よりも小さい。
様々な態様によれば、本技術は、作業ローラを含む圧延機によって得られるラミネートリチウム又はリチウム合金フィルムに関し、作業ローラは、中心軸を画定する円筒形の中央部分であって、ラミネーション面を画定する外面を有する、円筒形の中央部分；中央部分の第１の端から延びる第１の円錐台状部分；及び、中央部分の第２の端から延びる第２の円錐台状部分；を含み、中心軸がまっすぐであるとき、中央部分の外面と第１及び第２の円錐台状部分の各々の外面との角度は０．０５度未満であり、中央部分の幅は、第１及び第２の円錐台状部分の各々の幅よりも大きく、中央部分の幅は、第１及び第２の部分の幅の合計よりも小さい。
様々な態様によれば、本技術は、金属元素を含むリチウム又はリチウム合金フィルムに関し、金属元素は、リチウム又はリチウム合金フィルム中に少なくとも３０００ｐｐｍの量で存在し；リチウム又はリチウム合金フィルムは、約１×１０－４～約７×１０－４の間の厚さと幅との比率を有する。
様々な態様によれば、本技術は、少なくとも約３０００ｐｐｍのアルミニウムを含むラミネートリチウム又はリチウム合金フィルムに関し、ラミネートリチウム又はリチウム合金フィルムは、厚さ、幅及び長さを有し、厚さと幅との比率は、約１×１０－４～約７×１０－４の間であり、リチウム又はリチウム合金フィルムの全長にわたって均一である。
本出願の目的のために、表面粗さは、メートル単位、具体的にはミクロンで表される粗さ平均（Ｒａ）で提供され、角度は、度（すなわち、全回転では３６０度）で表される。本出願の目的のために、硬度は、材料（例えば、シート及びフィルム）の局所的な変形に対する耐性を表し、その変形は、機械的な圧痕又は摩耗の何れかによって誘発される。本出願の目的のために、引張強さ（ＴＳ）は、材料（例えば、シート及びフィルム）の荷重がかかるとその材料が伸びる傾向を示す能力を意味する。引張強さは、材料が破断する前に伸ばしたり引っ張ったりして耐えることのできる最大応力によって測定される。
本明細書では、明示的であろうとなかろうと、「約」との用語が使用される；本明細書で与えられる全ての量は、実際の与えられた値を指すことを意味し、また、当業者に基づき合理的に推論されるであろう、そのような与えられた値に対する実験及び／又は測定条件による同等値及び近似値を含む、かかる与えられた値の近似値を指すことを意味している。例えば、所与の値又は範囲の文脈における用語「約」は、所与の値又は範囲の２０％以内、好ましくは１５％以内、より好ましくは１０％以内、より好ましくは９％以内、より好ましくは８％以内、より好ましくは７％以内、より好ましくは６％以内、及びより好ましくは５％以内である、値又は範囲を意味する。
本技術の実施形態は、それぞれ、上述した目的及び／又は態様の少なくとも１つを有するが、必ずしもその全てを有する必要はない。上述した目的を達成しようとした結果生じた本技術の幾つかの態様は、この目的を満たさない可能性があり、及び／又は、本明細書に特に記載されていない他の目的を満たす可能性があることを理解されたい。
本技術の実施形態の追加的及び／又は代替的な特徴、態様及び利点は、以下の説明、添付の図面、及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
本技術、並びにその他の態様、及びさらなるその特徴のより良い理解のために、添付の図面と共に使用される以下の説明を参照されたい。
図１は、リチウム又はリチウム合金シートを薄膜にラミネートするための圧延機及び関連部品の概略側方断面図である。 図２は、ラミネートされるリチウム又はリチウム合金フィルムの厚さ及び形状の制御を可能にする図１の圧延機の主要部品を示す概略側方立面図である。 図３は、図２の圧延機の主要な構成要素を示す概略正面立面図である。 図４Ａ～図４Ｃは、異なる調整で示された図２の圧延機のバックアップローラ及び作業ローラの概略正面立面図であり、作業ローラの円錐台状部分の角度及び作業ローラの曲げの程度は、説明の目的で誇張されている。 図５は、図２の圧延機の１つの作業ローラの正面立面図である。 図６Ａは、図５のローラの１つの実施形態による図５の部分６のクローズアップ図である。図６Ｂは、図５のローラの別の実施形態による図５の部分６のクローズアップ図である。 図７は、図２の圧延機に供給されるリチウム又はリチウム合金シートの概略断面プロファイルである。 図８は、図１の圧延機の上側作業ローラを滑らかにするためのラミネーション用潤滑剤分配ユニットの透視図である。 図９は、図１の圧延機の下側作業ローラを滑らかにするためのラミネーション用潤滑剤分配ユニットの透視図である。 図１０は、図９のラミネーション用潤滑剤分配ユニットの上面図である。 図１１は、図９のラミネーション用潤滑剤分配ユニットの正面立面図である。 図１２は、図１０の線１２－１２を通って取られた図９のラミネーション用潤滑剤分配ユニットの断面図である。 図１３は、図１２の部分１３のクローズアップ図である。
図１は、約１００～５００ミクロンの厚さの事前に押出成形されたリチウム又はリチウム合金シート１４から１００ミクロン未満の厚さのリチウム又はリチウム合金薄膜１２を製造するために適合された圧延機１０及び関連部品を概略的に示す。本技術の実施形態は、リチウム又はリチウム合金シート１４からのリチウム又はリチウム合金薄膜１２の製造に関して説明されるが、本技術の少なくとも幾つかの態様は、他のアルカリ金属又はアルカリ金属合金シートからの他のアルカリ金属又はアルカリ金属合金薄膜の製造に使用できることが想定される。
圧延機１０は、メインフレーム１６と、一対の作業ローラ１８ａ及び１８ｂと、作業ローラ１８ａに隣接し、作業ローラ１８ａと接触するバックアップローラ２０ａと、作業ローラ１８ｂに隣接し、作業ローラ１８ｂと接触するバックアップローラ２０ｂと、作業ローラ１８ａに潤滑剤を分配するためのラミネーション用潤滑剤分配ユニット２２と、作業ローラ１８ａに潤滑剤を分配するためのラミネーション用潤滑剤分配ユニット２００とを備えている。見て分かるように、作業ローラ１８ａは、作業ローラ１８ｂの下方に配置されている。以下、作業ローラ１８ａ、１８ｂ及びラミネーション用潤滑剤分配ユニット２２、２００について、より詳細に説明する。作業ローラ１８ａ、１８ｂ及びバックアップローラ２０ａ、２０ｂは、以下に詳述するように、支持フレーム５０及び５２（図２）に回転自在に取り付けられている。
巻かれた押出リチウム又はリチウム合金シート１４のロール２４は、作業ローラ１８ａ及び１８ｂに達する前にリチウムシート１４の張力を制御するように適合された駆動モータ制御ユニット（図示せず）を含む供給ローラ２６に配置される。シート１４は、走行するシート１４の正確な速度を測定するエンコーダローラ４１と、ラミネーション装置１０に入るシート１４の張力を正確に測定するのに適合したロードセルを備えたテンションローラ４３と、に至る一連のフリーローラ２８を蛇行しながら通過する。テンションローラ４３のロードセルは、ロール２４の駆動モータの制御ユニットに電子的に結合されて、シート１４に及ぼされる張力を自動的に調整することができる。次に、シート１４は、シート１４の横方向の変位を排除し、シート１４のジグザグ運動を防止する効果を有する一連の密なローラ３２を通してシート１４を急速に巻き取るストレートナ３０に供給され、それによって、シート１４が、ラミネーションプロセスに有害である横方向のウィービング運動なしに作業ローラ１８ａ及び１８ｂの中央部分にまっすぐに供給されることが保証される。従って、シート１４は、ローラ１８ａ、１８ｂ間の一定の位置で作業ローラ１８ａ及び１８ｂに供給される。
圧延機１０の入口で、潤滑剤分配ユニット２２及び２００は、シート１４が適切に滑らかにされた作業ローラ１８ａ及び１８ｂでラミネートされ、それによって作業ローラ１８ａ、１８ｂの何れか一方へのラミネートフィルム１２の望ましくない付着を防止するように、ラミネーション領域より上流の各作業ローラ１８ａ及び１８ｂの作業面に、リチウムに適合するラミネーション用潤滑剤を適量吐出させる。１つの適切な潤滑剤は、特許文献１（米国特許第５，８３７，４０１号）及び特許文献３（米国特許第６，０１９，８０１号）に記載されており、その全体は、参照により本明細書に組み込まれる。一実施形態では、潤滑剤は、トルエン、ヘキサン及びポリオキシエチレンジステレートをベースとし、各作業ローラ１８ａ及び１８ｂ上に十分な量で使用されて、ラミネートフィルム１２の何れかへの過剰な付着を防止することができる。
シート１４は、２つの作業ローラ１８ａ及び１８ｂの間を通過し、そこで、フィルム１２の所望の最終厚さに応じて、その厚さが約１００～５００ミクロンから約２０～１００ミクロンに減少される。バックアップローラ２０ａ及び２０ｂによって作業ローラ１８ａ及び１８ｂに圧力が加えられ、それによって、シート１４の厚さを減少させてフィルム１２に変形させるのに十分な圧力がシート１４に与えられる。ラミネーション圧力は、フィルム１２の形状及び厚さに反映されるであろう作業ローラ１８ａ及び１８ｂの不要な曲げを回避する手助けをするために、作業ローラ１８ａ及び１８ｂに直接ではなくバックアップローラ２０ａ及び２０ｂを介して加えられる。後述するように、品質の高い薄膜１２を製造するために、作業ローラ１８ａ及び１８ｂの表面粗さは最小であるべきである。バックアップローラ２０ａ及び２０ｂが作業ローラ１８ａ及び１８ｂに加える圧力は、各ローラ１８ａ及び１８ｂの表面で均一に分散され、それによって作業ローラ１８ａ及び１８ｂの形状は乱されないままである。しかしながら、作業ローラ１８ａ及び１８ｂが十分に剛性であれば、シート１４の厚さを減少させてフィルム１２に変形させるために必要な圧力は、バックアップローラを使用せずに作業ローラ１８ａ及び１８ｂによって直接加えることができる。また、複数のバックアップローラを使用して、作業ローラ１８ａ及び１８ｂの各々に均等な圧力を加えることができることが想定される。例えば、２対のバックアップローラを作業ローラ１８ａ及び１８ｂの両側に配置することができる。
ラミネートフィルム１２は、フィルム１２の表面の均一性を測定し、またフィルム１２上の空隙やフィルム１２の縁に沿った亀裂を検出する光学耐火システム３６を通って引っ張られる。光学システムを、フィルム１２の厚さを測定するために使用することもできる。フィルム１２が適切に巻かれるように、駆動巻取りローラ３８によって、制御された張力がフィルム１２に加えられる。巻取りローラ３８に到達する前に、ラミネートフィルム１２は、制御された張力下で一連のローラを蛇行しながら通過する。これらのローラのうち最初のものは、圧延機１０を出たラミネートフィルム１２にかかる張力を正確に測定するのに適合したロードセルを備えたテンションローラ４５である。テンションローラ４５のロードセルは、巻取りローラ３８の駆動モータの制御ユニットに電子的に結合されて、シート１２に及ぼされる張力を自動的に調整することができる。次に、フィルム１２は、走行するフィルム１２の正確な速度を測定するエンコーダローラ４７の上を通過する。フィルム１２は、次に、巻取りローラ３８に至る一連のフリーローラ３４を通過する。
ポリプロピレンフィルムのような薄い絶縁フィルム９０も、フィルム１２の層が互いに付着しないように分離するために、巻取りローラ３８に巻かれる。絶縁フィルム９０は、ロール９２から巻取りローラ３８によって引っ張られる。ロール９２から、絶縁フィルム９０は、テンションローラ９４の上を通過した後、ローラ３８に到達する。テンションローラ９４は、絶縁フィルム９０の張力を正確に測定するように適合されたロードセルを備えている。この張力測定は、巻取りローラ３８によって及ぼされる張力がフィルム１２と絶縁フィルム９０との間で分割されるため、巻取りローラ３８によってフィルム１２に及ぼされる張力を制御するために使用される。
エンコーダローラ４１及び４７はそれぞれ、圧延機１０に入るシート１４の速度と、圧延機１０を出るラミネートフィルム１２の速度と、を測定する。シート１４の進入速度とラミネートフィルム１２の出口速度との関係は、初期シート１４からフィルム１２までの厚み減少量に正比例する。このように、初期シート１４の厚さが既知である場合、ラミネートフィルム１２の厚さは数学的に決定することができる。従って、ラミネートフィルム１２の厚みは、エンコーダローラ４１及び４７によって測定される速度間の速度差を通じて制御され、検証される。ラミネートフィルム１２の厚さは、異なる方法で制御及び検証され得ることが想定される。
一実施形態では、ラミネーションプロセスは、リチウムフィルム１２を電気化学セルでの使用に適さないものにするリチウムフィルム１２と水粒子との望ましくない化学反応を防止するために、１％未満の相対湿度を含む無水雰囲気中で実施される。
次に、図２及び図３に目を向けて、ラミネートされるフィルム１２の厚さ及び形状の制御を可能にする圧延機１０の主要部品について説明する。図示された圧延機１０は、ラミネートフィルム１２の形状及び厚さを制御するように適合された圧延機の例示的な一実施形態であり、他の実施形態が想定されていることを理解されたい。例えば、支持部材やフレームは異なる構成を有していてもよく、様々な油圧システム構成が使用されてもよい。
バックアップローラ２０ａ及び２０ｂは、それぞれ支持フレーム５０及び５２のベアリングに回転自在に取り付けられている。支持フレーム５２は、摺動チャネル又はベアリングなどの任意の適切な手段を介してメインフレーム１６の垂直部材に摺動可能に取り付けられている。支持フレーム５０は、メインフレーム１６の垂直部材に固定的に取り付けられている。従って、支持フレーム５２は、垂直方向に移動することができる。作業ローラ１８ａ及び１８ｂは、それぞれ電気モータ又は油圧モータ（図示せず）により駆動される。作業ローラ１８ａ、１８ｂは、バックアップローラ２０ａ及び２０ｂを摩擦により駆動する。メインフレーム１６の上部水平部材には、一対の油圧リニアアクチュエータ６６が取り付けられている。油圧アクチュエータは、支持フレーム５２に接続されている。油圧リニアアクチュエータ６６は、支持フレーム５２の上下運動と、作業ローラ１８ａ及び１８ｂに加えられる圧力と、を制御する。作業ローラ１８ａ及び１８ｂは、それぞれ支持部材５４及び５６に回転自在に取り付けられている。支持部材５４及び５６は、それぞれ支持フレーム５０及び５２に動作可能に連結されている。支持部材５４の端部５８及び５９は、一対の油圧リニアアクチュエータ６０及び６１を介して支持フレーム５０に動作可能に連結され、支持部材５６の端部６２及び６３は、一対の油圧リニアアクチュエータ６４及び６５を介して支持フレーム５２に動作可能に連結される。
作動中、ラミネーションの速度は、作業ローラ１８ａ及び１８ｂの速度によって設定される。フィルム１２の厚さを所望の厚さに減少させるのに必要な圧力Ｐは、油圧リニアアクチュエータ６６を制御する油圧バルブを通して調節される。バックアップローラ２０ｂは、圧力Ｐを作業ローラ１８ｂに伝達する。所望の圧力Ｐが設定されると、以下により詳細に説明するように、油圧リニアアクチュエータ６０、６１、６４及び６５の各々への流体圧を調節し、それによって油圧リニアアクチュエータ６０、６１、６４及び６５の各々が支持部材５４及び５６に及ぼす力を調節することによって、ラミネートフィルム１２の最終形状が微調整される。油圧リニアアクチュエータ６０、６１、６４、６５及び６６は、十分な力を発生させることができる他のタイプのアクチュエータ、例えば電気アクチュエータで置き換えてもよい。代替の実施形態では、追加の油圧式リニアアクチュエータが支持部材５４、５６の間に接続される。このような実施形態では、油圧リニアアクチュエータ６０、６１、６４、６５及び６６は、支持部材５４、５６を互いに向かって押すために使用され、追加の油圧リニアアクチュエータは、支持部材５４、５６を互いに向かって押すために使用される。
ラミネーションプロセスの間、ラミネーション面で発生する摩擦によって作業ローラ１８ａ及び１８ｂに熱が蓄積され、作業ローラ１８ａ及び１８ｂを僅かに膨張させる効果がある。ラミネーション領域における数ミクロンの作業ローラ１８ａ、１８ｂの膨張は、薄膜電気化学セルには不適切な厚みむらのあるフィルム１２を生成するのに十分である。この問題を緩和し、均一な厚さのフィルム１２を確保する手助けをするために、膨張した作業ローラ１８ａ及び１８ｂの中央部分１００（図４Ａ）を、作業ローラ１８ａ及び１８ｂを曲げることによって調整し、中央部分１００をまっすぐにし、均一な厚さのリチウムフィルム１２を生成する。この制御プロセスについては、図４Ａ～図４Ｃを参照して後述する。なお、図４Ａ～図４Ｃに図示された作業ローラ１８ａ及び１８ｂの形状は、明確性のために大きく誇張されているが、作業ローラ１８ａ、１８ｂの端部のテーパリング及び曲がったプロファイルは、実際には、完全に直線的なプロファイルからの単なるミクロンの偏差を表すので肉眼では見えないことが理解されよう。
図４Ａは、中立位置にある作業ローラ１８ａ及び１８ｂを示す。バックアップローラ２０ａ及び２０ｂは、シート１４の厚さをフィルム１２の所望の厚さまで減少させるのに十分な圧力Ｐを作業ローラ１８ａ及び１８ｂに加える一方、作業ローラ１８ａ、１８ｂの支持部材５４及び５６には横方向の力は加わっていない。
図４ｂにおいて、バックアップローラ２０ａ及び２０ｂは依然として、シート１４の厚さをフィルム１２の所望の厚さまで減少させるのに十分な圧力Ｐを作業ローラ１８ａ及び１８ｂ上に加えている。しかしながら、熱膨張により、作業ローラ１８ａ及び１８ｂの中央部分は、中央部分１００のシート１４に対する摩擦により発生した熱の蓄積により膨張している。作業ローラ１８ａ及び１８ｂを変形させたこの熱膨張を補うために、支持部材５４及び５６には内側に向いた横方向の力Ｆｘが加えられている。横方向の力Ｆｘは、作業ローラ１８ａ及び１８ｂを外側に僅かに曲げ、それによって、図４Ｂに描かれているように中央部分１００を平坦にする。作業ローラ１８ａ及び１８ｂの外側縁部は、中央部分１００をまっすぐにするために内側に曲げられる。従って、得られるラミネートフィルム１２は、平坦で均一な厚みを有するものとなる。また、作業ローラ１８ａ、１８ｂの熱膨張は、作業ローラ１８ａ、１８ｂへのラミネーション用潤滑剤の塗布により一部打ち消される。また、作業ローラ１８ａ、１８ｂの熱膨張を打ち消す手助けをするように、作業ローラ１８ａ、１８ｂを冷却する追加の手段が使用され得ることが想定される。
ラミネートされるシート１４の縁部がその中央部分よりも厚い場合、その幅全体に均一な厚さを有するフィルム１２をラミネートするために、作業ローラ１８ａ、１８ｂによってシート１４の外側縁部、従って中央部分１００の外側縁部にさらに多くの圧力が加えられる。そのために、支持部材５４及び５６に同じ横方向の力Ｆｘを加え、それによって作業ローラ１８ａ及び１８ｂの外側縁部を僅かに内側に曲げ、シート１４の縁部にその中央部分よりも多くの圧力を加える。その結果、ラミネートフィルム１２は、その幅全体にわたって均一な厚みを有する。シート１４に対する中央部分１００の摩擦によって作業ローラ１８ａ及び１８ｂに熱が蓄積されると、作業ローラ１８ａ及び１８ｂの中央部分はほんの僅かに膨張する。作業ローラ１８ａ及び１８ｂの中央部分の直径をほんの僅かに増加させるこの熱膨張を補うために、横方向の力Ｆｘを比例的に減少させて、中央部分１００をまっすぐに維持し、得られるラミネートフィルム１２がその全幅にわたって均一な厚さを有するようにする。
たまに、ラミネートされるシート１４の中央部分がその端部よりも厚くなることがある。幅全体にわたって均一な厚さを有するフィルム１２をラミネートするために、作業ローラ１８ａ及び１８ｂによって、シート１４の中央部分、従って中央部分１００の中央部分に、より多くの圧力を加える必要がある。図４ｃに示すように、そうするために、外側に向いた横方向の力Ｆｙが支持部材５４及び５６に加えられる。横方向の力Ｆｙは、作業ローラ１８ａ及び１８ｂの中央部分を僅かに内側に曲げて、中央部分１００の中央部分を内側に強制することにより、シート１４の中央部分にさらに圧力を加え、その全幅にわたって均一な厚さを有するフィルム１２をラミネートする。
状況によっては、シート１４に対する中央部分１００の摩擦によって発生した熱が、作業ローラ１８ａ及び１８ｂの会合面の外側部分に蓄積してそれらを膨張させ、中央部分１００の中央部分に小さな隙間が開くことになる。この熱膨張を補うために、外側に向いた横方向の力Ｆｙが作業ローラ１８ａ及び１８ｂの支持部材５４及び５６に加えられる。横方向の力Ｆｙは、中央部分１００の中央部分を僅かに内側に曲げ、中央部分１００をまっすぐにする。作業ローラ１８ａ、１８ｂの中央部分１００のプロファイルは、得られるラミネートフィルム１２が平坦で、その全幅にわたって均一な厚さを有するように、直線に曲げ戻される。
図４Ｂ及び図４Ｃでは、作業ローラ１８ａ、１８ｂの対称的な調整のみを示したが、支持部材５４及び５６は互いに独立しているため、他の調整も可能である。例えば、作業ローラ１８ａ、１８ｂが他方よりも一方の側でより膨張する場合、左又は右の支持部材５４、５６は、多数の微調整が可能であるように、反対側の支持部材５４、５６の力Ｆｘ又はＦｙを超える力Ｆｘ又はＦｙを有していてもよい。
中央部分１００の形状の調整と、光学耐火システム３６のような適切な測定デバイスの正確な測定とを組み合わせることにより、圧延機１０は、その全長及び全幅にわたってほぼ一定の厚みを示す、２０～１００ミクロンの範囲の厚みの品質のラミネートフィルム１２を製造することができる。
ラミネートフィルム１２のプロファイル及び厚さの調整は、バックアップローラ２０ａ及び２０ｂによって加えられる圧力及び支持部材５４及び５６に加えられる圧力を微調整する現場のオペレータによって行われるか、又はこの作業は、測定読取り値と、バックアップローラ２０ａ、２０ｂ及び作業ローラ１８ａ、１８ｂの種々の圧力及び力を制御するアクチュエータとを、これらのパラメータのリアルタイム調整を行うコンピュータにリンクすることによって電子的に行われてもよい。
次に、図５から図６Ｂに目を向けて、作業ローラ１８ａをより詳細に説明する。本実施形態では、作業ローラ１８ｂは作業ローラ１８ａと同一であり、そのため、作業ローラ１８ｂは本明細書で別途説明しない。なお、作業ローラ１８ｂは、作業ローラ１８ａと部分的に異なる可能性があることが想定される。
前述したように、作業ローラ１８ａは、中央部分１００を有する。中央部分１００は、円筒状の中央部分１００である。中央部分１００の外面１０２は、ラミネーションプロセス中にシート１４を転がすラミネーション面を画定する。このように、中央部分１００は、ラミネートされるシート１４の幅Ｗ２（図７）よりも僅かに広い幅Ｗ１を有する。中央部分１００は、作業ローラ１８ａの中心軸１０４を画定する。
中央部分１００の端部からは、円錐台状部分１０６が延びている。円錐台状部分１０６は、互いの鏡像である。図５では、円錐台状部分１０６の外面１１０は、先細りになっていないように見える。これは、テーパリング角が非常に小さく、肉眼では見えないからである。この角度は、作業ローラ１８ａの２つの異なる実施形態を示す図６Ａ及び図６Ｂにおいて誇張されており、以下に説明する。各円錐台状部分１０６は、幅Ｗ３を有する。中央部分１００の幅Ｗ１は、各円錐台状部分１０６の幅Ｗ３よりも大きい。中央部分１００の幅Ｗ１は、両方の円錐台状部分１０６の幅Ｗ３の合計よりも小さい（すなわち、Ｗ１＜Ｗ３＋Ｗ３）。ある実施形態では、幅Ｗ１は１２５ｍｍと２１０ｍｍとの間であり、幅Ｗ３は６５ｍｍと１１０ｍｍとの間である。
図６Ａに示される一実施形態では、円錐台状部分１０６は、中央部分１００から離れる方向に延びるにつれて先細りになっている。この実施形態は、テーパリングが誇張されている図４Ａ～図４Ｃに示されているものである。この実施形態では、肩部１０８が、中央部分１００と各円錐台状部分１０６（図６Ａにおいて１つの円錐台状部分について示される）との間に画定される。幾つかの実施形態では、肩部１０８は、０．０５ｍｍ未満である高さＨ１を有する。幾つかの実施形態では、高さＨ１は、０．０２ｍｍ未満である。肩部１０８は省略され得ることが想定される。中心軸１０４がまっすぐであるとき（すなわち、作業ローラ１８ａが図４Ａのように中立位置にあるとき）、中央部分１００の外面１０２と円錐台状部分１０６の外面１１０との間の角度Ａは０．０５度未満である。幾つかの実施形態では、角度Ａは０．０３度未満である。幾つかの実施形態では、角度Ａは０．０２度未満である。幾つかの実施形態では、角度Ａは、０．０２度未満であるが、０．０１度を超える。幾つかの実施形態では、中央部分１００は、７０ｍｍと９０ｍｍとの間の直径Ｄ１を有する。幾つかの実施形態では、各円錐台状部分１０６の最小直径Ｄ２と最大直径Ｄ３との間の差は、０．０３ｍｍと０．１７ｍｍとの間である。本実施形態による作業ローラ１８ａ及び１８ｂのプロファイルは、作業ローラ１８ａ及び１８ｂの端部を動かして中央部分１００を所望のように曲げることができるように、円錐台状部分１０６の間にフリーゾーン８４（図４Ａ）を、円錐台状部分１０６とバックアップローラ２０ａ及び２０ｂの間にフリーゾーン８５（図４Ａ）を設けることによって、それらの曲げを容易にしている。また、フリーゾーン８４は、ラミネーションプロセス中に余分なラミネーション用潤滑剤を横方向に排出することができる。図６Ａに示す実施形態の作業ローラ１８ａは、（図４Ａ～図４Ｃに関して上述したように）圧延機１０で行うことができる調整のおかげで多くの異なるプロファイルを有するシート１４と共に使用することができるが、作業ローラ１８ａのこの実施形態は、その側部１１４の高さＨ３（図７）よりも小さい高さＨ２（図７）を有する中央部分１１２で押し出されたシート１４をラミネートするのに特に好適である。再び、図７において、高さＨ２及びＨ３は、その差が肉眼で見えないので、異なっているように見えない。幾つかの実施形態では、高さＨ２は、高さＨ３よりも１５ミクロン未満小さくなっている。
図６Ｂに示される別の実施形態では、各円錐台状部分１０６は、その外側端部から中央部分１００に向かって延びるにつれて先細りになる（すなわち、Ｄ２はＤ３よりも大きい）。中心軸１０４がまっすぐであるとき（すなわち、作業ローラ１８ａが中立位置にあるとき）、中央部分１００の外面１０２と円錐台状部分１０６の外面１１０との間の角度Ｂは、０．０５度未満である。幾つかの実施形態では、角度Ｂは０．０３度未満である。幾つかの実施形態では、角度Ｂは０．０２度未満である。幾つかの実施形態では、角度Ｂは、０．０２度未満であるが、０．０１度を超える。幾つかの実施形態では、中央部分１００は、７０ｍｍと９０ｍｍとの間の直径Ｄ１を有する。幾つかの実施形態において、各円錐台状部分１０６の最大直径Ｄ２と最小直径Ｄ３との間の差は、０．０３ｍｍと０．１７ｍｍとの間である。図６Ｂに示す実施形態の作業ローラ１８ａは、（図４Ａ～図４Ｃに関して上述したように）圧延機１０で行うことができる調整のおかげで多くの異なるプロファイルを有するシート１４と共に使用することができるが、作業ローラ１８ａのこの実施形態は、その側部１１４の高さＨ３（図７）よりも大きい高さＨ２（図７）を有する中央部分１１２で押し出されたシート１４をラミネートするのに特に好適である。幾つかの実施形態では、高さＨ２は、高さＨ３よりも１５ミクロン未満大きくなっている。
図５に戻ると、作業ローラ１８ａは、円錐台状部分１０６の端部から延びる支持シャフト１１６、１１８を有する。支持シャフト１１６、１１８は、作業ローラ１８ａを支持部材５４に（又は、作業ローラ１８ｂについては支持部材５６に）回転自在に取り付けるためのベアリング（図示せず）に受け入れられている。支持シャフト１１８は、作業ローラ１８ｂを駆動するモータに接続するために適合された延長部１２０を有する。部分１００、１０６、及び支持シャフト１１６、１１８は、一体的に形成されている。
前述したように、作業ローラ１８ａ、１８ｂに分配されるラミネーション用潤滑剤は、フィルム１２が作業ローラ１８ａ、１８ｂから直線的に出るように、作業ローラ１８ａ、１８ｂへのリチウムフィルム１２の付着を防止するのに役立つ。潤滑剤を使用することにより、通常はリチウムとの付着のために適切でない材料から作られた作業ローラ１８ａ、１８ｂでリチウム及びリチウム合金をラミネートすることができる。潤滑剤はこの制約を否定するものである。従って、大規模生産のために、作業ローラ１８ａ、１８ｂは、好ましくは、鋼又はステンレス鋼、あるいはセラミックなどの耐久性のある硬質材料で作られる。幾つかの実施形態では、鋼又はステンレス鋼ローラ１８ａ、１８ｂは、硬度を増すために薄いクロムコーティングを有する。クロムコーティングは、少なくとも作業ローラ１８ａ、１８ｂの中央及び円錐台状部分１００、１０６上に適用される。幾つかの実施形態では、クロムコーティングは、硬質クロムコーティングである。フィルム１２に所望の表面仕上げを提供し、作業ローラ１８ａ、１８ｂ上へのラミネーション用潤滑剤のある程度の付着を可能にするために、幾つかの実施形態では、中央及び円錐台状部分１００、１０６の外面１０２、１１０は、０．０２５ミクロンＲａと０．５ミクロンＲａの間の範囲の表面粗さを有する。他の実施形態では、表面粗さは、０．０５ミクロンＲａと０．３０ミクロンＲａの間の範囲にある。
ここで図８に目を向けると、ラミネーション用潤滑剤分配ユニット２２がより詳細に説明される。ラミネーション用潤滑剤分配ユニット２２は、レール１５２に取り付けられた４つのノズル１５０を含む。ラミネーション用潤滑剤分配ユニット２２は、４つよりも多い又は少ないノズル１５０を有し得ることが想定される。ラミネーション用潤滑剤は、吸入コネクタ１５４を介して、レール１５２の内部の通路（図示せず）に供給される。吸入コネクタ１５４は、その中にラミネーション用潤滑剤を保持する潤滑剤リザーバ（図示せず）から吸入コネクタ１５４に潤滑剤を供給するポンプ（図示せず）に流体的に接続されている。４つのノズル１５０は、レール１５２の内部の通路と流体連通している。図１で分かるように、ラミネーション用潤滑剤分配ユニット２２は、ラミネーション領域の上流に、作業ローラ１８ｂから間隔を空けて配置される。ラミネーション用潤滑剤分配ユニットは、作業ローラ１８ｂの中心軸１０４の上方に配置され、ノズル１５０が作業ローラ１８ｂのラミネーション面にラミネーション用潤滑剤を連続して噴霧するような角度を有している。ノズル１５０からの噴霧は、ラミネーション面よりも僅かに広い領域をカバーする。
各ノズル１５０は、ノズル本体１５６、フィルタ、ノズルヘッド１５８、及びナット１６０を有する。ノズル本体１５６は、レール１５２にねじ込まれている。フィルタは、ノズル本体１５６の内部に配置されている。ノズルヘッド１５８は、スプレー開口部１６２を画定し、ノズル本体１５６の端部に配置される。ナット１６０は、ノズル本体１５６の上に配置され、ノズル本体１５６にねじ込まれ、ノズルヘッド１５８及びフィルタを所定の位置に維持する。
次に、図９～図１３に目を向けると、ラミネーション用潤滑剤分配ユニット２００が説明される。本実施形態では、ラミネーション用潤滑剤分配ユニット２００は、静電気散逸性アセタールコポリマーの単一ピースから作られる。例えばポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、熱可塑性ポリウレタン、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ塩化ビニル、真鍮及びアルミニウムなど他の種類の材料を使用できることが想定される。他の材料も想定されている。また、ラミネーション用潤滑剤分配ユニット２００は、互いに接着された、又は他の方法で接続された複数の部品から作られ得ることも想定されている。
ラミネーション用潤滑剤分配ユニット２００は、分配ユニット本体２０２を有する。分配ユニット本体２０２の各後方角部は、２つの開口部２０６を画定する。開口部２０６には、作業ローラ１８ａとストレートナ３０との間の位置で分配ユニット本体２０２を圧延機１０のフレーム１６に固定するためのファスナー（図示せず）が受け入れられている。分配ユニット本体２０２は、横方向に延びる壁２０８を画定する。図１２に最もよく見られるように、単一の潤滑剤通路２１０が分配ユニット本体２０２に画定される。潤滑剤通路２１０は、分配ユニット本体２０２の後壁２１４に画定された入口（図示せず）と、横方向に延びる壁２０８に画定された出口２１６と、を有する。見て分かるように、出口２１６は、横方向に延びる壁２０８の横方向の中央にあり、その底部に配置される。複数の潤滑剤通路２１０が分配ユニット本体２０２内に画定され得、これらの通路の出口は、横方向に延びる壁２０８に沿った異なる位置にあることが想定される。また、これらの複数の潤滑剤通路２１０の少なくとも幾つかは、共通の入口を有し得ることが想定される。
２つの側壁２１８は、横方向に延びる壁２０８から前方に延びている。図１０に見られるように、側壁２１８は互いに平行である。図１２で分かるように、側壁２１８の前端２２０は、作業ローラ１８ａと干渉しないように、垂直から角度が付けられている。
また、ラミネーション用潤滑剤分配ユニット２００は、レッジ２２２を有する。レッジ２２２は、横方向に延びる壁２０８の下端部に接続され、そこから前方に延びている。レッジ２２２はまた、側壁２１８の下端部に接続され、その間に延在する。レッジ２２２、側壁２１８、及び横方向に延びる壁２０８はともに、ラミネーション用潤滑剤分配ユニット２００の前部において、開口した側面を有する凹部２２４を画定する。レッジ２２２は、図１２で分かるように、作業ローラ１８ａの中心軸１０４の鉛直下方の位置で、作業ローラ１８ａのラミネーション面に接する前縁２２６を有している。前縁２２６は、ラミネーション用潤滑剤がラミネーション面を横切って全幅にわたって適用されることを確実にする手助けをするために、作業ローラ１８ａのラミネーション面の幅Ｗ１よりも大きい幅Ｗ４（図１０）を有する。
図１３を参照すると、レッジ２２２は、前縁２２６から横方向に延びる壁２０８に向かって上方及び後方に延びる角度付き部分２２８を有している。角度付き部分２２８と前縁２２６との間の角部２３０は、弓状である。幾つかの実施形態では、角度付き部分２２８は、水平から５～２５度の間の角度Ｃで延びている。幾つかの実施形態では、角度Ｃは、水平から１０度～２０度の間である。レッジ２２２はまた、角度付き部分２２８と横方向に延びる壁２０８との間に延びる概ね水平な部分２３２を有する。部分２３２は、側面から見た場合（すなわち、図１２及び図１３で見た場合）、水平である。しかしながら、部分２３２の正面から見ると（すなわち、図１１で見ると）、部分２３２は、その横方向中心の両側で僅かに下方に傾斜しており、従って、横方向中心は部分２３２の頂点に対応する。幾つかの実施形態では、部分２３２の横方向中心の両側の表面間の角度Ｄ（図１１）は、１８０度より大きいが１８５度未満であり、幾つかの実施形態では１８２度未満である。また、部分２３２は、部分２３２の正面図から見て（すなわち、図１１で見て）平坦（すなわち、角度Ｄが１８０度）であり得ることも想定される。図１１及び図１２から分かるように、潤滑剤通路２１０の出口２１６は、部分２３２の頂点と横方向に整列し、出口２１６の底部は、それに隣接するレッジ２２２の部分２３２の頂部と縦方向に整列している。部分２３２を省略することができ、角度付き部分２２８が前縁２２６から横方向に延びる壁２０８まで延びることができることが想定される。
横方向に延びるガター２３４は、レッジ２２２の角度付き部分２２８に画定されている。図１０に最もよく見られるように、ガター２３４の端部は、側壁２１８から間隔をあけている。ガター２３４は、レッジ２２２の前縁２２６から間隔をあけている。図１３で分かるように、ガター２３４は、レッジ２２２の部分２３２よりも前縁２２６に近い。
図１２を参照すると、潤滑剤通路２１０の入口はポンプ２３６に流体的に接続されており、このポンプ２３６はそれ自体、潤滑剤リザーバ２３８に流体的に接続されている。潤滑剤リザーバ２３８は、その中にラミネーション用潤滑剤を保持する。潤滑剤リザーバ２３８は、上述したラミネーション用潤滑剤分配ユニット２２にラミネーション用潤滑剤を供給するためにも使用され得ることが想定される。ポンプ２３６は、ラミネーション液を潤滑剤リザーバ２３８から潤滑剤通路２１０に送り込む。潤滑剤通路２１０の出口２１６から、潤滑剤は、レッジの部分２３２に沿って（角度Ｄに起因して）前方及び横方向に流れる。その後、潤滑剤は、角度付き部分２２８に沿って下方に流れる。潤滑剤の一部は、レッジ２２２の幅にわたって潤滑剤の均等な分配を確保するのに役立つガター２３４に流れ込む。次いで、潤滑剤は、前縁２２６に流れ、そこで作業ローラ１８ａのラミネーション面と接触する。作業ローラ１８ａの上方に移動するラミネーション面は、シート１４と接触するラミネーション面を効果的に被覆する潤滑剤を拾い上げる。
幾つかの実施形態において、本技術のアルカリ金属又はアルカリ金属合金フィルムは、本明細書に定義される圧延機及び作業ローラを用いて得られるラミネートリチウムフィルム又はラミネートリチウム合金フィルムである。
本技術のフィルムを調製するために使用され得るリチウム合金は、限定されるものではないが、以下を含む：リチウム－シリコン、リチウム－アルミニウム、リチウム－マグネシウム、リチウム－ストロンチウム、リチウム－バリウムなど。
本技術のリチウム又はリチウム合金フィルムは、金属元素の量を含む。リチウム又はリチウム合金フィルムに金属元素を添加することにより、フィルムの全体的な厚さを減少させ、その全体的な機械的強度を向上させることができる。幾つかの実施態様では、金属元素は、フィルムの幅、厚さ及び長さ全体にわたって機械的強度を向上させる量でリチウム又はリチウム合金フィルムに存在する。
本技術のリチウム又はリチウム合金フィルムの調製に使用され得る金属元素は、好ましくは電気伝導性である。金属元素の存在は、リチウム又はリチウム合金フィルムの電気伝導性を阻害しないことが望ましいと理解される。例えば、アルミニウムは、リチウム又はリチウム合金フィルムに使用することができる金属元素である。幾つかの例では、アルミニウムは、約３０００ｐｐｍと約１００００ｐｐｍの間、又は約３０００ｐｐｍと約９０００ｐｐｍの間、又は約３０００ｐｐｍと約８０００ｐｐｍの間、又は約３０００ｐｐｍと約７０００ｐｐｍの間、又は約３０００ｐｐｍと約６０００ｐｐｍの間、又は約３００ｐｐｍと約５０００ｐｐｍの間の範囲の量でフィルムに存在する。幾つかの実施態様では、アルミニウムは、３０００ｐｐｍ以上の量でフィルムに存在する。
幾つかの実施態様において、本技術のリチウム又はリチウム合金フィルムは、ショアデュロメータ（Ｓｈｏｒｅ Ａ ｓｃａｌｅ）によって測定される硬度が、約５０と約８５の間、又は約６０と約８０の間、又は約６０と約７５の間、又は約５０と約７０の間、又は約６０と約７５の間、又は約６５と約７５の間、又は約６６と７０、又は約６６と６９の間の範囲である。幾つかの例では、硬度が少なくとも６５のものである。幾つかの他の例では、硬度が少なくとも約６６のものである。幾つかの例では、硬度は、リチウム又はリチウム合金フィルムの全体にわたって均一である。
本明細書に定義される技術によって得られるリチウムフィルムは、約１４０ｍｍと約２００ｍｍの間、又は約１５０ｍｍと約２００ｍｍの間、又は約１６０ｍｍと約１８０ｍｍの間、又は約１６０ｍｍと約１７５ｍｍ、又は約１６０ｍｍと約１７０ｍｍの間、又は約１６０ｍｍと１６５ｍｍの間の範囲である（フィルムの一方の端から他方への距離に相当する）幅を有し、約２０ミクロンと約１００ミクロンの間、又は約２０ミクロンと約９０ミクロンの間、又は約２０ミクロンと約７５ミクロンの間、又は約２０ミクロンと約５０ミクロンの間、又は約２０ミクロンと約３０ミクロンの間の範囲である厚さを有する。リチウム又はリチウム合金フィルムの厚さは、フィルムの全幅にわたって均一である。フィルムの全幅にわたって均等である厚さは、約±２ミクロンの厚さのばらつきを包含する。
幾つかの実施形態では、本明細書に定義される技術によって得られるリチウム又はリチウム合金フィルムは、約１×１０－４～約７×１０－４の間である厚み／幅（ｔ／ｗ）比を有する。幾つかの例では、このｔ／ｗ比は、膜の全長にわたって維持される。
特に、本技術により、リチウム又はリチウム合金フィルムの幅、厚さ及び硬度を、延長されたフィルム長にわたっても維持することが可能になる。例えば、本技術のリチウム又はリチウム合金フィルムは、少なくとも約１５０００メートルを超えて、少なくとも約１００００メートルを超えて、少なくとも約９０００メートルを超えて、少なくとも８０００メートルを超えて、少なくとも７０００メートルを超えて、少なくとも６０００メートルを超えて、少なくとも５０００メートルを超えて、少なくとも４０００メートルを超えて、少なくとも３０００メートルを超えて、少なくとも２０００メートルを超えて、又は少なくとも１０００メートルを超えてその幅、厚み、及び硬度を維持する。
以下の実施例は、本技術の様々な実施形態の実践を説明するように与えられている。それらは、本技術の全範囲を制限又は定義することを意図していない。本技術は、本明細書に記載及び図示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の実施形態で定義される本開示の範囲内に入る全ての修正及び変形を含むことを理解されたい。
［実施例１－ラミネートリチウム合金フィルム（３０００ｐｐｍ）の製造］
本明細書で定義した作業ローラを含む圧延機を用いて、ラミネートリチウムフィルムを調製した。得られたリチウムフィルムは、１７０ｍｍの幅、６０ミクロンの厚さ、及び３０００ｐｐｍのアルミニウム含有量を有していた。フィルムの硬度は、ショアデュロメータ（ＰＴＣモデル３２０－Ａスケール）を用いて評価した。その結果を表１に示す。
Figure 2023501751000002
［実施例２－ラミネートリチウム合金フィルム（５０００ｐｐｍ）の製造］
本明細書で定義した作業ローラを含む圧延機を用いて、ラミネートリチウムフィルムを調製した。得られたリチウムフィルムは、１７０ｍｍの幅、６０ミクロンの厚さ、及び５０００ｐｐｍのアルミニウム含有量を有していた。フィルムの硬度は、ショアデュロメータ（ＰＴＣモデル３２０－Ａスケール）を用いて評価した。その結果を表２に示す。
Figure 2023501751000003
［実施例３－ラミネートリチウム合金フィルム（３０００ｐｐｍ）の引張強度の評価］
本明細書で定義した作業ローラを含む圧延機を用いて、ラミネートリチウムフィルムを調製した。このリチウムフィルムは、１７０ｍｍの幅、６０ミクロンの厚さ、及び３０００ｐｐｍのアルミニウム含有量を有していた。リチウムフィルムの引張強度を、テストメトリックＭ５００ ２５ｋＮを使用して評価した。その結果を表３に示す。
Figure 2023501751000004
［実施例４－ラミネートリチウム合金フィルム（５０００ｐｐｍ）の引張強度の評価］
本明細書で定義した作業ローラを含む圧延機を用いて、ラミネートリチウムフィルムを調製した。このリチウムフィルムは、１７０ｍｍの幅、６０ミクロンの厚さ、及び５０００ｐｐｍのアルミニウム含有量を有していた。リチウムフィルムの引張強度を、テストメトリックＭ５００ ２５ｋＮを使用して評価した。その結果を表４に示す。
Figure 2023501751000005
本技術の上述した実施形態に対する変更及び改良は、当業者にとって明らかになるであろう。前述の説明は、限定的というよりも例示的であることが意図されている。従って、本技術の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図される。
１０ 圧延機、ラミネーション装置
１２ リチウム又はリチウム合金薄膜
１４ リチウム又はリチウム合金シート
１６ メインフレーム
１８ａ、１８ｂ 作業ローラ
２０ａ、２０ｂ バックアップローラ
２２、２００ ラミネーション用潤滑剤分配ユニット
２４、９２ ロール
２６ 供給ローラ
２８、３４ フリーローラ
３０ ストレートナ
３２ 密なローラ
３６ 光学耐火システム
３８ 駆動巻取りローラ
４１、４７ エンコーダローラ
４３、４５、９４ テンションローラ
５０、５２ 支持フレーム
５４、５６ 支持部材
５８、５９、６２、６３ 支持部材の端部
６０、６１、６４、６５、６６ 油圧リニアアクチュエータ
８４、８５ フリーゾーン
９０ 絶縁フィルム
１００ 中央部分
１０２ 中央部分の外面
１０４ 中心軸
１０６ 円錐台状部分
１０８ 肩部
１１０ 円錐台状部分の外面
１１６、１１８ 支持シャフト
１５０ ノズル
１５２ レール
１５４ 吸入コネクタ
１５６ ノズル本体
１５８ ノズルヘッド
１６０ ナット
２０２ 分配ユニット本体
２０６ 開口部
２０８ 横方向に延びる壁
２１４ 後壁
２１６ 出口
２２０ 前端
２２２ レッジ
２２４ 凹部
２２６ 前縁
２２８ 角度付き部分
２３０ 角部
２３２ 概ね水平な部分
２３４ ガター
２３６ ポンプ
２３８ 潤滑剤リザーバ

Claims (15)

  1. 圧延機によって得られるラミネートリチウム又はリチウム合金フィルムであって、前記圧延機は、
    フレーム；
    前記フレームに回転自在に取り付けられた第１の作業ローラ；
    前記フレームに回転自在に取り付けられた第２の作業ローラであって、前記第１及び第２の作業ローラは、その間にシートを受け取るように配置されている、第２の作業ローラ；
    前記第１の作業ローラを曲げるために前記第１の作業ローラの反対側の端部に動作可能に接続された少なくとも２つの第１のアクチュエータ；及び、
    前記第２の作業ローラを曲げるために前記第２の作業ローラの反対側の端部に動作可能に接続された少なくとも２つの第２のアクチュエータ；
    を含み、
    前記第１及び第２の作業ローラの各々は、
    中心軸を画定する円筒形の中央部分であって、ラミネーション面を画定する外面を有する、円筒形の中央部分；
    前記中央部分の第１の端から延びる第１の円錐台状部分；及び、
    前記中央部分の第２の端から延びる第２の円錐台状部分；
    を含み、
    前記中心軸がまっすぐであるとき、前記中央部分の外面と前記第１及び第２の円錐台状部分の各々の外面との角度は０．０５度未満であり、
    前記中央部分の幅は、前記第１及び第２の円錐台状部分の各々の幅よりも大きく、
    前記中央部分の幅は、前記第１及び第２の部分の幅の合計よりも小さい、圧延機によって得られるラミネートリチウム又はリチウム合金フィルム。
  2. 作業ローラを含む圧延機によって得られるラミネートリチウム又はリチウム合金フィルムであって、前記作業ローラは、
    中心軸を画定する円筒形の中央部分であって、ラミネーション面を画定する外面を有する、円筒形の中央部分；
    前記中央部分の第１の端から延びる第１の円錐台状部分；及び、
    前記中央部分の第２の端から延びる第２の円錐台状部分；
    を含み、
    前記中心軸がまっすぐであるとき、前記中央部分の外面と前記第１及び第２の円錐台状部分の各々の外面との角度は０．０５度未満であり、
    前記中央部分の幅は、前記第１及び第２の円錐台状部分の各々の幅よりも大きく、
    前記中央部分の幅は、前記第１及び第２の部分の幅の合計よりも小さい、作業ローラを含む圧延機によって得られるラミネートリチウム又はリチウム合金フィルム。
  3. 金属元素を含むリチウム又はリチウム合金フィルムであって、前記金属元素は、前記リチウム又はリチウム合金フィルム中に少なくとも３０００ｐｐｍの量で存在し；前記リチウム又はリチウム合金フィルムは、約１×１０－４～約７×１０－４の間の厚さと幅との比率を有する、リチウム又はリチウム合金フィルム。
  4. 前記リチウム又はリチウム合金フィルムはラミネートされている、請求項３に記載のリチウム又はリチウム合金フィルム。
  5. 前記金属元素はアルミニウムである、請求項３又は４に記載のリチウム又はリチウム合金フィルム。
  6. 前記アルミニウムは、前記リチウム又はリチウム合金フィルム中に、約３０００ｐｐｍ～約１００００ｐｐｍ、約３０００ｐｐｍ～約９０００ｐｐｍ、約３０００ｐｐｍ～約８０００ｐｐｍ、約３０００ｐｐｍ～約７０００ｐｐｍ、約３０００ｐｐｍ～約６０００ｐｐｍ、又は約３０００ｐｐｍ～約５０００ｐｐｍの間の量で存在する、請求項５に記載のリチウム又はリチウム合金フィルム。
  7. 前記厚さは、約２０ミクロン～約１００ミクロンの間である、請求項３から６の何れか一項に記載のリチウム又はリチウム合金フィルム。
  8. 前記幅は、約１４０ｍｍ～約２００ｍｍの間である、請求項３から６の何れか一項に記載のリチウム又はリチウム合金フィルム。
  9. ショアＡスケールで約５０～約７５の間の硬度を有する、請求項３から８の何れか一項に記載のリチウム又はリチウム合金フィルム。
  10. ショアＡスケールで約６６～約６９の間の硬度を有する、請求項３から８の何れか一項に記載のリチウム又はリチウム合金フィルム。
  11. ショアＡスケールで少なくとも６６の硬度を有する、請求項３から８の何れか一項に記載のリチウム又はリチウム合金フィルム。
  12. 前記リチウム又はリチウム合金フィルムは長さを有し、前記厚さと幅との比率は全長にわたって均一である、請求項３から１１の何れか一項に記載のリチウム又はリチウム合金フィルム。
  13. 前記長さは少なくとも３０００メートルである、請求項１２に記載のリチウム又はリチウム合金フィルム。
  14. 前記長さは少なくとも５０００メートルである、請求項１２に記載のリチウム又はリチウム合金フィルム。
  15. 少なくとも約３０００ｐｐｍのアルミニウムを含み、前記ラミネートリチウム又はリチウム合金フィルムは、厚さ、幅及び長さを有し、前記厚さと幅との比率は、約１×１０－４～約７×１０－４の間であり、前記リチウム又はリチウム合金フィルムの全長にわたって均一である、請求項１又は２に記載のラミネートリチウム又はリチウム合金フィルム。
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