JP2024006201A - 電池用材料製造装置、電池用材料製造システムおよび電池用材料製造方法 - Google Patents

電池用材料製造装置、電池用材料製造システムおよび電池用材料製造方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2024006201000001
【課題】電池用材料を連続して効率よく製造できる電池材料製造装置等を提供する。
【解決手段】
本開示にかかる電池用材料製造装置200は、受入口210、展伸部220、結合部230および送出口240を有している。受入口210は、流体状の複数の異なる組成物をそれぞれ連続して受け入れる。展伸部220は、注入された組成物をそれぞれ送出方向の直交方向に展伸させつつ送出方向に案内する。結合部230は、複数の組成物を層状に結合して送出方向に案内する。送出口240は、展伸と結合とを施して一体化した複数の組成物を送出物として連続して送出可能なスリット状の開口部である。
【選択図】図2

Description

本発明は電池用材料製造装置、電池用材料製造システムおよび電池用材料製造方法に関する。
近年、様々な場面において電池に対する需要が高まる中、次世代電池の開発が進展している。次世代電池の1つとして、例えば、集電体を金属から樹脂に置き換える技術や、電解液を所定のポリマーに含浸させる技術等が提案されている。
例えば特許文献1は、マトリックス樹脂、導電性フィラー及び導電性フィラー用分散剤を含む導電性樹脂層を有するリチウムイオン電池用樹脂集電体について開示している。
特許文献2は、所定の重合体を含むマトリックス樹脂に導電性フィラーが分散した正極用樹脂集電体について開示している。
特許文献3は、集電体と上記集電体の表面に配置された負極組成物層とを有するリチウムイオン電池用負極とその製造方法について開示している。
特開2021-068587号公報 特開2021-118046号公報 特開2021-125337号公報
しかしながら、上述の特許文献による発明では、リチウムイオン電池ないし電池用材料を大量生産するための手段が確立しているとは言い難い。
本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、電池用材料を連続して効率よく製造できる電池材料製造装置等を提供する。
本開示にかかる電池用材料製造装置は、受入口、展伸部、結合部および送出口を有している。受入口は、流体状の複数の異なる組成物をそれぞれ連続して受け入れる。展伸部は、注入された組成物をそれぞれ送出方向の直交方向に展伸させつつ送出方向に案内する。結合部は、複数の組成物を層状に結合して送出方向に案内する。送出口は、展伸と結合とを施して一体化した複数の組成物を送出物として連続して送出可能なスリット状の開口部である。
本開示にかかる電池用材料製造方法は、電池用材料製造装置が以下の処理を実行する。電池用材料製造装置は、少なくとも電池材料を製造するために必要な複数の異なる組成物をそれぞれ連続して受け入れる。電池用材料製造装置は、注入された前記組成物をそれぞれ送出方向の直交方向に展伸させつつ前記送出方向に案内する。電池用材料製造装置は、複数の前記組成物を層状に結合して前記送出方向に案内する。電池用材料製造装置は、展伸と結合とを施して一体化した複数の前記組成物を連続して送出する。
本開示によれば、電池用材料を連続して効率的に製造できる電池材料製造装置等を提供できる。
実施の形態1にかかる電池の構成図である。 実施の形態1にかかる電池用材料製造システムの全体構成図である。 電池用材料製造装置の第1の断面図である。 電池用材料製造装置の第2の断面図である。 電池用材料製造装置の第2の例を示す断面図である。 脱気部500の構成を説明するための図である。 実施の形態2にかかる電池用材料製造システムの全体構成図である。 実施の形態3にかかる電池用材料製造システムの構成図である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
<実施の形態1>
以下、図を参照して実施の形態1にかかる電池用材料製造システムについて説明する。本実施の形態にかかる電池用材料製造システムは、所定の電池を製造するための材料を製造する。所定の電池とは例えば半固体電池に類するリチウムイオン電池である。
図1は、実施の形態1にかかる電池の構成図である。図1に示す電池P100は上から順に、集電体P10、正極層P20、セパレータP30、負極層P40および集電体P10が層状に重なっている。
集電体P10は、上から順に、負極用集電体P11、集電基材P12および正極用集電体P13が層状に重なっている。
負極用集電体P11は主な構成として、マトリックス樹脂と、マトリクス樹脂に分散した導電性フィラーと、を有している。マトリクス樹脂は例えばPP(ポリプロピレン)、PMMA(アクリル樹脂)またはPVC(ポリ塩化ビニル)等である。導電性フィラーは例えば、チタン粉末、ニッケル粉、アルミ粉またはカーボンブラックのように導電性を有する粉粒体である。導電性フィラーは、上記に限らず、例えば、カーボンナノチューブ、グラフェンまたは金属ナノワイヤのように導電性を有する繊維体であってもよい。負極用集電体P11は分散剤を含んでもよい。分散剤は、フィルムやシート状に成形可能な樹脂であれば成分や組成は特に限定されない。分散剤は、例えばPPおよびPE(ポリエチレン)の共重合体であってもよい。
上述の構成の内、導電性フィラーは、粉粒体にあっては、例えば粒子径が10マイクロメートル以上且つ500マイクロメートル以下であって、質量パーセントが20パーセント以上且つ70パーセント以下であることが好ましい。導電性フィラーは、二次粒子を形成していてもよい。二次粒子とは、1ナノメートル以上且つ10マイクロメートル未満の一次粒子が凝集(クラスター化)して形成された凝集粒子である。二次粒子の形状は必ずしも球状の形状や球形に近い塊状の形状である必要は無く、数珠状に連結した形状であってもよいし、樹枝状に枝分かれした部分を有していてもよい。
また、導電性フィラーは、繊維体にあっては、例えば繊維径が1ナノメートル以上且つ500ナノメートル以下であって、繊維長が1マイクロメートル以上且つ500マイクロメートル以下であって、質量パーセントが20パーセント以上且つ70パーセント以下であることが好ましい。
なお、粒子径は、レーザ光の回折と散乱を利用した粒度分布測定装置を用いて、好適に測定可能である。すなわち、粒子径は、粒度分布測定装置による測定において、粒度分布の平均としてもよい。また、繊維径と繊維長についても、上述の粒度分布測定装置を用いて測定可能である。この場合、測定により得られる粒度分布パターンは複数のピークを有するので、小径側のピークを繊維径とし、大径側のピークを繊維長としてもよい。
集電基材P12は、負極用集電体P11と正極用集電体P13との間に設けられている。集電基材P12は、例えばPP、PPおよびPEの共重合体、カーボンブラックおよび黒鉛等を含む。
正極用集電体P13は、主な構成として、マトリックス樹脂と、マトリクス樹脂に分散した導電性フィラーと、を有している。マトリクス樹脂は例えばPPである。また導電性フィラーは例えば炭素粉および炭素繊維である。炭素粉とは、炭素を主成分とする粉粒体であれば、その形態は限定されない。すなわち、炭素粉は黒鉛でもよいし、カーボンブラックでもよい。また、炭素繊維とは、炭素を主成分とする繊維体であれば、その形態は限定されない。すなわち、炭素繊維はカーボンナノチューブでもよいし、グラフェンでもよい。また、正極用集電体P13は分散剤を含んでもよい。分散剤は、例えばPPおよびPEの共重合体である。
上述の構成の内、導電性フィラーは、粉粒体にあっては、例えば粒子径が10マイクロメートル以上且つ500マイクロメートル以下であって、質量パーセントが20パーセント以上且つ70パーセント以下であることが好ましい。導電性フィラーは、二次粒子を形成していてもよい。二次粒子とは、1ナノメートル以上且つ10マイクロメートル未満の一次粒子が凝集(クラスター化)して形成された凝集粒子である。二次粒子の形状は必ずしも球状の形状や球形に近い塊状の形状である必要は無く、数珠状に連結した形状であってもよいし、樹枝状に枝分かれした部分を有していてもよい。
また、導電性フィラーは、繊維体にあっては、例えば繊維径が1ナノメートル以上且つ500ナノメートル以下であり、繊維長が1マイクロメートル以上且つ500マイクロメートル以下であって、質量パーセントが20パーセント以上且つ70パーセント以下であることが好ましい。正極側の集電体P10は、反対の側に負極用集電体P11が配置され、正極用集電体P13が正極層P20に接する。
正極層P20は正極用集電体P13とセパレータP30との間に設けられている。正極層P20は、ゲル状の高分子化合物、正極活物質および導電性フィラーを含む。ゲル状の高分子化合物は、導電性を有する樹脂であってもよい。
セパレータP30は、正極層P20と負極層P40との間に設けられている。セパレータP30は、例えばポリオレフィン(PO)系の微多孔膜等である。
負極層P40は、セパレータP30と負極用集電体P11との間に設けられている。負極層P40は、ゲル状の高分子化合物、負極活物質粒子および導電性フィラーを含む。ゲル状の高分子化合物は、導電性を有する樹脂であってもよい。
負極層P40がセパレータP30と接する反対の側には集電体P10が配置されている。負極側の集電体P10は、負極用集電体P11が負極層P40に接し、反対の側に正極用集電体P13が配置される。
以上、本実施の形態にかかる電池P100の構成について説明したが、電池P100は、上述の構成に加えて、電池P100の形態を維持するための構造材等を有していても良い。また電池P100は、複数の電池P100が層状に重なるように構成されていてもよい。
上述の電池P100において、例えば集電体P10は、以下のように製造できる。すなわちまず製造者は、集電基材P12を成形する。次に製造者は、成形した集電基材P12の一方の面に負極用集電体P11を塗布して乾燥させる。さらに製造者は、集電基材P12の反対側の面に正極用集電体P13を塗布して乾燥させる。このように、集電体P10の製造者は、それぞれの層をバッチ処理により加工することが可能である。しかしながら、集電体P10を構成する組成物は粘性が高いので、上述の方法では品質が安定せず、歩留まりの観点において量産用の製法として適していない。さらに、塗布による加工は、製造工程の数が多いので、リードタイム(工程時間)の観点において製造コストを低減することが難しい。そのため、集電体P10をより効率よく量産する方法が望まれる。
一方、例えばポリエチレンの樹脂フィルムを製造する場合には、押出機で加熱および混練した樹脂素材をTダイ法により展伸させて成形する場合がある。そこで、例えば上述の集電体P10をTダイ法により製造することができれば、連続的に製造が可能となる。しかし、樹脂フィルムをTダイ法により成形する場合と違い、集電体P10は所定割合の導電性フィラーを含む。そのため、Tダイ法を用いる場合には、導電性フィラーを含む組成物が好適に成形される必要がある。具体的には例えば集電体P10は、マトリクス樹脂中において導電性フィラーが好適に分散し、均質性を有することが求められる。
次に、図2を参照して、電池用材料製造システム10について説明する。図2は、実施の形態1にかかる電池用材料製造システム10の全体構成図である。図2に示す電池用材料製造システム10は、各構成を理解容易のために模式的に示したものである。図に示す電池用材料製造システム10は、上述の集電体P10を製造する。すなわち電池用材料製造システム10は、負極用集電体P11、集電基材P12および正極用集電体P13を同時に連続して成形する。電池用材料製造システム10は、主な構成として原料投入ブロック100、電池用材料製造装置200および圧延ブロック300を有している。
なお、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものとして、図2は、右手系の直交座標系が付されている。また、図3以降において、直交座標系が付されている場合、図2のX軸、Y軸、およびZ軸方向と、これらの直交座標系のX軸、Y軸、およびZ軸方向はそれぞれ一致している。
原料投入ブロック100は、集電体P10を構成する各層を形成する組成物の原料を受け入れると共に、受け入れた原料に所定の処理を施したうえで、電池用材料製造装置200に供給する。原料投入ブロック100は主な構成として、第1押出装置101、第2押出装置102および第3押出装置103を含む。
第1押出装置101は、例えば、負極用集電体P11の原料として、所定の樹脂およびフィラーを受け入る。第1押出装置101は、受け入れた原料を混練し、第1送出部111を介して電池用材料製造装置200に負極用集電体P11を形成するための組成物を供給する。第1押出装置101は例えば2軸押出機である。また第1送出部111は例えばギアポンプである。このような構成により、第1押出装置101は、好適に原料を混練すると共に、所定の圧力により電池用材料製造装置200に対して負極用集電体P11の組成物を供給(圧送)できる。
第2押出装置102は、例えば、集電基材P12の原料として、所定の樹脂およびフィラーを受け入れる。第2押出装置102は、受け入れた原料を混練し、第2送出部112を介して電池用材料製造装置200に集電基材P12を形成するための組成物を供給する。第2押出装置102は例えば2軸押出機である。また第2送出部112は例えばギアポンプである。このような構成により、第2押出装置102は、好適に原料を混練すると共に、所定の圧力により電池用材料製造装置200に対して集電基材P12の組成物を供給できる。
第3押出装置103は、例えば、正極用集電体P13の原料として、所定の樹脂およびフィラーを受け入れる。第3押出装置103は、受け入れた原料を混練し、第3送出部113を介して電池用材料製造装置200に正極用集電体P13を形成するための組成物を供給する。第3押出装置103は例えば2軸押出機である。また第3送出部113は例えばギアポンプである。このような構成により、第3押出装置103は、好適に原料を混練すると共に、所定の圧力により電池用材料製造装置200に対して正極用集電体P13の組成物を供給できる。
電池用材料製造装置200は、原料投入ブロック100から複数の組成物を受け入れ、受け入れた組成物を層状に結合したシート状の成形品を連続して送出する。電池用材料製造装置200はいわゆるTダイを含む。なお、電池用材料製造装置200の詳細は後述する。電池用材料製造装置200は、負極用集電体P11、集電基材P12および正極用集電体P13を層状に形成した集電体P10を送出する。このときに送出口240が送出する集電体P10の厚さは20マイクロメートルから150マイクロメートル程度である。集電体P10は厚さが薄いものほど好ましい。
圧延ブロック300は、主な構成として、第1圧延装置301、第2圧延装置302および第3圧延装置303を含む。圧延ブロック300は、電池用材料製造装置200が送出した集電体P10を受け入れ、受け入れた集電体P10を第1圧延装置301により圧延する。第1圧延装置301は、圧延ローラにより集電体P10の表裏を挟み、集電体P10を圧縮しながら送出する。
第1圧延装置301は圧延した集電体P10を第2圧延装置302に供給する。第2圧延装置302は第1圧延装置301が送出した集電体P10をさらに圧延し、圧延した集電体P10を第3圧延装置303に供給する。第3圧延装置303は第2圧延装置302が送出した集電体P10をさらに圧延し、次の工程に送出する。
このとき、第1圧延装置301が集電体P10を送出する送出速度(第1送出速度)と、第1圧延装置301の次の工程である第2圧延装置302が集電体P10を送出する送出速度(第2送出速度)と、を比較すると、第2送出速度の方が第1送出速度より速い。換言すると、第1圧延装置301の圧延ローラの直径と第2圧延装置302の圧延ローラの直径とが等しい場合に、第2圧延装置302の回転速度は、第1圧延装置301の回転速度より速い。同様に、第2圧延装置302が集電体P10を送出する送出速度(第2送出速度)と、第2圧延装置302次の工程である第3圧延装置303が集電体P10を送出する送出速度(第3送出速度)と、を比較すると、第3送出速度の方が第2送出速度より速い。換言すると、第2圧延装置302の圧延ローラの直径と第3圧延装置303の圧延ローラの直径とが等しい場合に、第3圧延装置303の回転速度は、第2圧延装置302の回転速度より速い。
この様に圧延ブロック300の各々の圧延装置を個別に速度制御することにより、圧延ブロック300は集電体P10の厚み方向に対して押し広げる力と集電体P10の送出方向に対して引き延ばす力とを重畳させることができる。このため、圧延ブロック300を用いれば集電体P10を速く薄く加工できる。よって、電池用材料製造システム10は生産性を向上させることができる。
圧延ブロック300は、上述の構成に加えて、加熱装置をさらに有していても良い。また圧延ブロック300は、圧延装置を1台以上有していればよい。圧延ブロック300は、電池用材料製造装置200から受け取った集電体P10の厚さを、例えば500マイクロメートルから50マイクロメートル程度に圧延する。
以上、電池用材料製造システム10について説明した。電池用材料製造システム10は、圧延ブロック300の後工程において、集電体P10を裁断する工程をさらに有していても良い。あるいは電池用材料製造システム10は、圧延ブロック300の後工程において、電池用材料製造システム10を巻き取る手段をさらに有していてもよい。
次に、図3および図4を参照して、電池用材料製造装置200についてさらに説明する。図3は、電池用材料製造装置200の第1の断面図である。図4は、電池用材料製造装置の第2の断面図である。図4に示す断面図は、図3に示した断面III-IIIを示したものである。電池用材料製造装置200は主な構成として、受入口210、展伸部220、結合部230および送出口240を有している。
受入口210は、熱可塑性を有する重合体と導電性フィラーとを含む流体状の複数の異なる組成物をそれぞれ連続して受け入れる。図3に示す電池用材料製造装置200は、受入口210として、第1受入口210A、第2受入口210Bおよび第3受入口210Cを有している。第1受入口210Aは、負極用集電体P11を受け入れる。第2受入口210Bは、集電基材P12を受け入れる。第3受入口210Cは、正極用集電体P13を受け入れる。第1受入口210A、第2受入口210Bおよび第3受入口210Cはそれぞれ、大きさが500マイクロメートル以下であって、質量パーセントが20パーセント以上70パーセント以下の導電性フィラーを含む組成物を受け入れる。導電性フィラーの大きさとは、導電性フィラーの粒子径もしくは繊維長のいずれかである。
展伸部220は、それぞれの受入口210から注入された組成物をそれぞれ送出方向(すなわち図のZ軸マイナス方向)の直交方向(すなわちY軸方向)に展伸させつつ送出方向に案内する。展伸部220は、マニホールド部222および案内部223を有している。
マニホールド部222は、受入口210にそれぞれ接続する接続部221から直交方向(図4のY軸プラス方向およびY軸マイナス方向)に二股に延伸する空間である。案内部223は、マニホールド部222から送出方向に形成されたスリット状の空間である。展伸部220はマニホールド部222により組成物を上記直交方向に延伸させるとともに、そこから案内部223に案内して、組成物を所望の形状に処理する。
結合部230は、展伸部220から送出方向に案内された複数の組成物を層状に結合する。そして結合部230は層状に結合した組成物を送出方向に案内する。
送出口240は、展伸と結合とを施して一体化した複数の組成物を送出物として連続して送出可能なスリット状の開口部である。図3に示すように、送出口240から送出される集電体P10は、負極用集電体P11、集電基材P12および正極用集電体P13が層状に、且つ、シート状に形成されている。
なお、電池用材料製造装置200は、上述の構成に加えて、温度制御装置を有していても良い。これにより電池用材料製造装置200は、負極用集電体P11、集電基材P12および正極用集電体P13のそれぞれの温度および送出圧力を適宜調整し、組成物のムラを抑制できる。
以上、電池用材料製造システム10について説明したが、電池用材料製造システム10は上述の構成に限られない。例えば原料投入ブロック100が有する押出装置は、4以上であってもよい。この場合、電池用材料製造装置200は、押出装置の数に対応した受入口210を有し、それぞれの組成物を層状に重ねたうえで送出口240から送出する。
圧延ブロック300が有する圧延装置は、1以上であればよく、4以上であってもよい。圧延ブロック300は、各々の圧延装置において加熱装置を併せて有していてもよい。圧延ブロック300が集電体P10の温度を制御しながら圧延することにより、集電体P10は導電性フィラーの機能を維持したまま圧延できる。
図5は、電池用材料製造装置の第2の例を示す断面図である。図5は電池用材料製造装置400が示されている。電池用材料製造システム10は電池用材料製造装置200に代えて電池用材料製造装置400を有してもよい。
電池用材料製造装置400は、結合部230と展伸部220の位置関係が電池用材料製造装置200と異なる。すなわち図5に示すように、電池用材料製造装置400は、それぞれの受入口210から注入された複数の組成物を結合部230において層状に結合する。そして結合部230は層状に結合した組成物を展伸部220に送出する。なお、結合部230を含む領域は、フィードブロックと称されてもよい。フィードブロックは、結合部230が交換可能な態様に構成されていてもよい。
展伸部220は、結合部230から供給された層状に結合した組成物を送出方向の直交方向に展伸させつつ送出方向に案内する。展伸部220は展伸させた組成物を送出口240に送出する。なお、展伸部220は、マニホールド部222および案内部223を有する構成であってもよい。
次に、図6について説明する。電池用材料製造システム10が製造する電池用材料は、その組成物の性質上、所定の粘性(例えば1000ミリパスカル秒~10万パスカル秒程度)を有する。また組成物は押出装置により混練された状態となっている。そのため、電池用材料製造装置200または電池用材料製造装置400に注入された組成物は空気などの気体を含んでいる可能性がある。そこで、電池用材料製造装置200または電池用材料製造装置400は、図6に示す脱気部500を含むことにより、組成物に含まれる気体を取り除く。
図6は脱気部500の構成を説明するための図である。脱気部500は主な構成として、分岐部510、分岐管520、貯留部530および導出管540を有している。
分岐部510は、電池用材料製造装置200または電池用材料製造装置400における組成物の流路に設けられた流路である。分岐部510の目的は組成物に含まれる気泡等のガスを抽出することである。そのため、分岐部510は電池用材料製造装置200または電池用材料製造装置400の複数の場所に設けられ得る。
分岐管520は、分岐部510から少なくとも組成物に含まれる気体を導くための管である。そのため、分岐管520の流路断面積は、組成物の流路と比べて充分に小さい。
貯留部530は、分岐管520に接続し、分岐部510よりも上方に設けられており、分岐管520の流路断面積より大きい流路断面積を有する所定の空間である。このような構成により、脱気部500は、分岐部510から組成物それ自体が分岐管520に流入してきたとしても、貯留部530から先へ組成物が逆流することを抑制できる。
導出管540は、貯留部530に溜まった気体を電池用材料製造装置200または電池用材料製造装置400の外部に導く。導出管540は例えば真空ポンプに接続している。これにより脱気部500は組成物に含まれる気体を吸引する。なお、真空ポンプは複数の導出管540に接続していてもよい。貯留部530は複数の分岐管520に接続していてもよい。このような構成により、電池用材料製造システム10は電池用材料に気泡が発生することを抑制できる。
以上に説明した電池用材料製造システム10は、2以上の異なる電池用材料を、同時に且つ連続的に成形できる。また電池用材料製造システム10は、2以上の電池用材料を、製造する際に、圧力を制御しながら成形する。これにより電池用材料製造システム10は、均質な電池用材料を連続して成形できる。よって、実施の形態1によれば、電池用材料を連続して効率よく製造できる電池材料製造装置等を提供できる。
<実施の形態2>
次に、図7を参照して、実施の形態2について説明する。図7は、実施の形態2にかかる電池用材料製造システムの全体構成図である。図7に示す電池用材料製造システム20は、延伸装置600を有する点が、実施の形態1と異なる。
延伸装置600は、電池用材料製造装置200から送出された送出物である集電体P10を延伸する。また延伸装置600は、延伸した集電体P10を圧延ブロック300に供給する。
電池用材料を連続的に製造する場合に、電池用材料製造装置200が送出する集電体P10は薄い方が好ましい。しかし、電池用材料製造装置200の構成要素であるTダイのみによりフィラーを含む組成物を薄く成形することは難しい。そこで実施の形態1にかかる電池用材料製造システム10は、電池用材料製造装置200の後工程に圧延ブロック300を有している。圧延ブロック300を用いることにより、電池用材料製造システム10は集電体P10を薄く加工できる。しかし、厚い集電体P10を圧延ブロック300に供給すると、集電体P10の厚みムラを引き起こしたり、集電体P10の内部に分散しているフィラーを偏在させたりしてしまう虞がある。これを防ぐために、圧延ブロック300を構成する圧延装置の数を多くする必要がある。より具体的には、厚さ1mmの集電体P10を厚さ0.05mmに薄くするために、圧延ブロック300は例えば4以上の圧延装置を要する。そこで本実施の形態は、電池用材料製造装置200と圧延ブロック300との間に延伸装置600を設ける。延伸装置600は主な構成として、張力センサ610、延伸ローラ620、回転駆動部621、変位駆動部622および駆動制御部630を有している。
これにより、圧延ブロック300を構成する圧延装置の数を少なくすることができる。より具体的には、延伸装置600により厚さ1mmの集電体P10を厚さ0.5mmとすることで、圧延ブロック300によって集電体P10の厚さを0.5mmから0.05mmにさらに薄くするために、圧延ブロック300を構成する圧延装置の数は例えば3以下となる。
張力センサ610は、送出物である集電体P10が受ける張力を測定する。より具体的には、張力センサ610は電池用材料製造装置200の送出口240と延伸ローラ620との間に介在し、集電体P10にかかる引っ張り方向の力を張力として測定する。例えば図7に示す張力センサ610は、送出口240と延伸ローラ620との間に従動ローラを有し、この従動ローラが受けるラジアル方向の力を測定する。張力センサ610は測定した張力に関するデータを、駆動制御部630に供給する。
延伸ローラ620は、送出口から第1速度V1により送出されたシート状の送出物を牽引して繰り出すローラである。延伸ローラ620の回転は回転駆動部621により駆動されている。また延伸ローラ620の位置は、変位駆動部622により設定されている。
回転駆動部621は、第1速度V1より速い第2速度V2により送出物である集電体P10を送出方向に送出するよう延伸ローラ620を駆動する。回転駆動部621は、駆動制御部630から制御信号を受けて回転駆動するモータおよび減速機等を含む。
変位駆動部622は、延伸ローラ620を変位させる。より具体的には変位駆動部622は例えばリニアレールと、リニアレールに係合し、延伸ローラ620を支持する軸受けと、この軸受けをリニアレールに沿って駆動するモータと、を含む。変位駆動部622は、駆動制御部630から制御信号を受けて延伸ローラ620を変位させる。
駆動制御部630は、回転駆動部621と変位駆動部622とをそれぞれ駆動する駆動回路と、張力センサ610から受け取る張力に関するデータに応じて回転駆動部621と変位駆動部622とをそれぞれ駆動する演算回路と、を含む。駆動制御部630は、張力に応じて延伸ローラ620の回転速度を調整する。また駆動制御部630は、張力に応じて、変位駆動部622に延伸ローラを変位させる。これにより延伸装置600は、集電体P10に過度な張力が掛かることを抑制しつつ、集電体P10を延伸する。
以上、実施の形態2について説明した。なお、圧延ブロック300および延伸装置600は温度制御部を有していて、集電体P10を加熱できることが好ましい。これにより、フィラーを含有する集電体P10を軟化させて、好適に薄くできる。以上に説明した電池用材料製造システム20は、2以上の異なる電池用材料を、同時に且つ連続的に成形する際に、段階的に厚みを薄くしつつ、集電体P10における特性の偏りを抑制できる。よって、実施の形態2によれば、電池用材料を連続して効率よく製造できる電池材料製造装置等を提供できる。
<実施の形態3>
図8を参照して実施の形態3について説明する。図8は実施の形態3にかかる電池用材料製造システム30の構成図である。電池用材料製造システム30は、キャストブロック700を有する点が、上述の実施形態と異なる。なお、電池用材料製造システム30は、キャストブロック700の後の行程に、圧延ブロック300および延伸装置600を有していてもよいが、ここでは詳述を省略する。
キャストブロック700は、電池用材料製造装置200の下方に位置し、電池用材料製造装置200から送出された集電体P10を延伸する。キャストブロック700は主な構成として、キャストローラ710、回転駆動部720、変位駆動部730および駆動制御部740を有している。
キャストローラ710は、回転駆動部720により回転するローラである。キャストローラ710は、回転しながら、集電体P10をローラ表面に受け、次の工程に送り出す。このとき、キャストローラ710の表面は速度V2である。ここで速度V2は、電池用材料製造装置200から送出された集電体P10の送出速度V1より速くなるように設定されている。これにより、キャストローラ710は、集電体P10を延伸できる。またキャストローラ710は、集電体P10と接触することにより、集電体P10を冷却する。
回転駆動部720は、駆動制御部740の指示に応じてキャストローラ710を回転させる。回転駆動部720はキャストローラ710を回転させるためのモータや、キャストローラ710の回転速度を測定するためのセンサ等を有している。
変位駆動部730は、図のZ軸方向(すなわち上下方向)および図のX軸方向(すなわち水平方向、あるいはシート状に送出される集電体P10の厚さ方向)に、キャストローラ710を変位させる。より具体的には変位駆動部730は例えばZ軸方向とX軸方向のそれぞれに沿って移動可能なリニアレールと、リニアレールに係合し、キャストローラ710を支持する軸受けと、この軸受けをリニアレールに沿って駆動するモータと、を含む。変位駆動部730は、駆動制御部740から制御信号を受けてキャストローラ710を変位させる。
駆動制御部740は、回転駆動部720と変位駆動部730とをそれぞれ駆動する駆動回路と、回転駆動部720および変位駆動部730から受け取るキャストローラ710の回転速度やキャストローラ710の位置に関するデータに応じて回転駆動部720と変位駆動部730とをそれぞれ駆動する演算回路と、を含む。
上述の構成により、キャストブロック700は、電池用材料製造装置200から送出された高温状態かつ流動性を有する状態の集電体P10を冷却しつつ、延伸する。一般的に、樹脂をフィルム状に成形し延伸する場合は、樹脂が固化した状態で延伸する。しかし、フィラーを含有するシート状の集電体P10が固化した状態で延伸する場合、特に展伸部220から送出された直後のシートのように厚さが例えば1mmのように厚いシートの場合には、延伸装置600による延伸時にシートが破断したり、シートの厚みムラが発生したりするおそれがある。これを防ぐため、延伸装置600は比較的に遅い速度で延伸を行う必要がある。そこで、上述の構成により溶融状態で微量の延伸を行うことにより、電池用材料製造システム30は、フィラーを含有するシート状の集電体P10を、速く、広い幅に、均一に薄くできる。
例えば、上述の構成により、キャストブロック700は、厚みが1mmの集電体P10を0.85mmの厚みになるように延伸を行う。換言すると、キャストブロック700が集電体P10を延伸する厚みは、0.15mmである。ここで、キャストブロック700により延伸する厚みに特に制限はないが、延伸装置600により延伸する厚みよりも小さいことが望ましい。すなわち、延伸装置600が集電体P10を延伸する厚みが、例えば0.35mmであるのに対して、キャストブロック700が集電体P10を延伸する厚みは、0.15mmである。なお、キャストブロック700は、送出口240から送出される集電体P10の温度よりも比較的に低い温度において、集電体P10の延伸を行う。キャストブロック700は、集電体P10の温度を調整するための温度制御部を有していてもよい。
またキャストブロック700は、キャストローラ710を変位させることにより、集電体P10を好適に延伸する条件を調整できる。具体的には、キャストブロック700は、キャストローラ710の上下方向(Z軸方向)の位置を調整することにより、キャストローラ710に接する集電体P10の温度を調整する。これによりキャストブロック700は集電体P10の固化の程度を調整できる。またキャストブロック700は、キャストローラ710の水平方向(X軸方向)の位置の調整することにより、集電体P10が接するキャストローラ710の位置を調整する。これによりキャストブロック700は集電体P10の延伸の程度を調整できる。なお、キャストブロック700は、集電体P10の組成に応じてキャストローラ710の位置を変えてもよい。
以上、実施の形態3について説明した。電池用材料製造システム30のキャストブロック700は、送出口から第1速度V1により送出されたシート状の送出物である集電体P10を受け止めて巻き込みながら繰り出すキャストローラ710を有する。またキャストブロック700は、第1速度V1より速い第2速度V2により送出物を送出方向に送出するようキャストローラ710を回転駆動する回転駆動部720を有する。
またキャストブロック700は、キャストローラ710を上下方向および水平方向に変位させる変位駆動部730をさらに有する。さらにキャストブロック700の駆動制御部740は、送出物の固化の程度および延伸の程度を調整することを目的としてキャストローラ710を変位させる。
なお、キャストブロック700において延伸された集電体P10は、キャストブロック700の後の工程における延伸装置600または圧延ブロック300において再び加熱されてもよい。これにより延伸装置600または圧延ブロック300は、効率よく集電体P10を延伸できる。またここまでに述べた温度制御部は、集電体P10の厚み方向の寸法に応じて集電体P10の温度を制御する機能を有していてもよい。すなわち電池用材料製造システム30は集電体P10の厚み方向の寸法を測定する機能を有し、さらに所定の圧延機能に連携する温度制御部は、厚み方向の寸法に応じて温度を設定してもよい。この様な構成により、電池用材料製造システム30は、集電体P10を所望の厚さに加工できる。
以上、実施の形態3によれば、製造条件を好適に調整しつつ、フィラーを含む電池用材料を連続して効率よく製造できる電池材料製造装置等を提供できる。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
10 電池用材料製造システム
20 電池用材料製造システム
30 電池用材料製造システム
100 原料投入ブロック
101 第1押出装置
102 第2押出装置
103 第3押出装置
111 第1送出部
112 第2送出部
113 第3送出部
200 電池用材料製造装置
210 受入口
220 展伸部
221 接続部
222 マニホールド部
223 案内部
230 結合部
240 送出口
300 圧延ブロック
301 第1圧延装置
302 第2圧延装置
303 第3圧延装置
400 電池用材料製造装置
500 脱気部
510 分岐部
520 分岐管
530 貯留部
540 導出管
600 延伸装置
610 張力センサ
620 延伸ローラ
621 回転駆動部
622 変位駆動部
630 駆動制御部
700 キャストブロック
710 キャストローラ
720 回転駆動部
730 変位駆動部
740 駆動制御部
P10 集電体
P11 正極用集電体
P12 集電基材
P13 負極用集電体
P20 正極層
P30 セパレータ
P40 負極層
P100 電池

Claims (15)

  1. 流体状の複数の異なる組成物をそれぞれ連続して受け入れる受入口と、
    注入された前記組成物をそれぞれ送出方向の直交方向に展伸させつつ前記送出方向に案内する展伸部と、
    複数の前記組成物を層状に結合して前記送出方向に案内する結合部と、
    展伸と結合とを施して一体化した複数の前記組成物を送出物として連続して送出可能なスリット状の開口部である送出口と、を備える
    電池用材料製造装置。
  2. 前記受入口は、導電性フィラーを含む前記組成物を受け入れる、
    請求項1に記載の電池用材料製造装置。
  3. 複数の前記受入口は、正極用集電体、集電基材および負極用集電体を形成するための前記組成物をそれぞれ受け入れ、
    前記送出口は、正極用集電体、集電基材および負極用集電体が層状に形成されたものを送出する、
    請求項2に記載の電池用材料製造装置。
  4. 前記送出口は、電池用の集電体を含む前記送出物をシート状に送出する、
    請求項3に記載の電池用材料製造装置。
  5. 前記組成物の流路に設けられた分岐部と、前記分岐部から少なくとも前記組成物に含まれる気体を導く分岐管と、前記分岐管に接続し前記分岐部よりも上方に設けられており前記分岐管の流路断面積より大きい流路断面積を有する所定の空間である貯留部と、前記貯留部に溜まった気体を外部に導く導出管と、を有する脱気部をさらに備える、
    請求項4に記載の電池用材料製造装置。
  6. 前記展伸部は、前記受入口にそれぞれ接続する接続部から前記直交方向に二股に延伸する空間であるマニホールド部と、前記マニホールド部から前記送出方向に形成されたスリット状の空間である案内部と、を有する、
    請求項1~5のいずれか一項に記載の電池用材料製造装置。
  7. 請求項1に記載の電池用材料製造装置と、
    前記受入口ごとに送出圧力を制御して前記組成物を圧送する押出機と、
    を備える電池用材料製造システム。
  8. 前記送出口から送出されたシート状の前記送出物の表裏を挟んで圧延する圧延装置をさらに備える、
    請求項7に記載の電池用材料製造システム。
  9. 前記圧延装置は、前記送出物を第1送出速度により圧延する第1圧延装置と、前記第1圧延装置から送出された前記送出物を前記第1送出速度より速い第2送出速度により圧延する第2圧延装置と、を含む、
    請求項8に記載の電池用材料製造システム。
  10. 前記送出口から第1速度により送出されたシート状の前記送出物を牽引して繰り出す延伸ローラと、前記第1速度より速い第2速度により前記送出物を前記送出方向に送出するよう前記延伸ローラを回転駆動する回転駆動部と、を有する延伸装置をさらに備える、
    請求項7~9のいずれか一項に記載の電池用材料製造システム。
  11. 前記延伸装置は、前記送出物が受ける張力を測定する張力センサと、前記張力に応じて前記延伸ローラの回転速度を調整する駆動制御部と、をさらに有する、
    請求項10に記載の電池用材料製造システム。
  12. 前記延伸装置は、前記延伸ローラを変位させる変位駆動部をさらに有し、前記駆動制御部は、前記張力に応じて、前記延伸ローラの前記回転速度を調整または前記延伸ローラを変位させる、
    請求項11に記載の電池用材料製造システム。
  13. 前記送出口から第1速度により送出されたシート状の前記送出物を受け止めて巻き込みながら繰り出すキャストローラと、前記第1速度より速い第2速度により前記送出物を前記送出方向に送出するよう前記キャストローラを回転駆動する回転駆動部と、を有するキャストブロックをさらに備える、
    請求項7~9のいずれか一項に記載の電池用材料製造システム。
  14. 前記キャストブロックは、前記キャストローラを上下方向および水平方向に変位させる変位駆動部と、
    前記送出物の固化の程度および延伸の程度を調整することを目的として前記キャストローラを変位させる駆動制御部と、をさらに有する、
    請求項13に記載の電池用材料製造システム。
  15. 熱可塑性を有する重合体と導電性フィラーとを含む流体状の複数の異なる組成物をそれぞれ連続して受け入れ、
    注入された前記組成物をそれぞれ送出方向の直交方向に展伸させつつ前記送出方向に案内し、
    複数の前記組成物を層状に結合して前記送出方向に案内し、
    展伸と結合とを施して一体化した複数の前記組成物を連続して送出する、
    電池用材料製造方法。
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