JP2024006201A

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

Info

Publication number: JP2024006201A
Application number: JP2022106875A
Authority: JP
Inventors: 直樹植田; Naoki Ueda; 諭中村; Satoshi Nakamura; 賢一古木; Kenichi Furuki
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2022-07-01
Filing date: 2022-07-01
Publication date: 2024-01-17
Anticipated expiration: 2042-07-01
Also published as: JP7168813B1

Abstract

【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。

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。