JP5298976B2 - 乾燥装置および乾燥方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池の製造において用いられる乾燥装置および乾燥方法に関する。

近年、環境面からハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両が注目されており、電動車両にとって不可欠な電源装置について、様々な研究・開発が進められている。電源装置としては、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等が挙げられる。

これらの電池は一般的に、充放電反応を進行させるための発電要素を外装材によって覆った構成を有し、例えば特許文献１に記載のように、外装材内に電解液を充填して製造される。電解液によっては、水と反応してガスが生成し、電池の品質を低下させる虞があるため、電解液の充填前、外装材の内側および発電要素を充分乾燥しておく必要がある。乾燥にあたり、発電要素を外装材によって覆ったワークを、外装材を封止せずに乾燥炉内に入れる。乾燥炉内のヒータの熱は輻射および対流によってワークに伝わり、発電要素および外装材の内側が乾燥する。

特許第３４６７１３５号公報

しかし、外装材が発電要素を覆ったワークでは、ヒータからの光を外装材が遮り、輻射熱が外装材の内側および発電要素に伝わり難い。外装材がアルミニウムのような光を反射し易い材料を含む場合には、輻射が特に遮られ易く、熱の伝達効率の悪化が顕著となる。また、水を蒸発し易くするために乾燥炉内を減圧して水の沸点を低下させると、乾燥炉内の空気が減少するため、対流による熱がワークに伝わり難くなる。以上のように熱が伝わり難いと、乾燥に時間がかかる。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものである。特に、発電要素に接続したタブを未封止の外装材から引き出したワークにつき、外装材の内側および発電要素への熱の伝達効率を向上させ、乾燥時間の短縮を図り得る乾燥装置および乾燥方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の乾燥装置は、発電要素を外装材によって覆い、発電要素に接続したタブを未封止の外装材から引き出してなるワークを乾燥させるものであり、タブに接してタブに熱を伝える加熱部を有する。

上記目的を達成するための本発明の乾燥方法は、発電要素を外装材によって覆い、発電要素に接続したタブを未封止の外装材から引き出してなるワークを乾燥させるものであり、熱伝導によってタブに熱を伝える加熱工程を有する。

本発明によれば、熱がタブから発電要素および外装材の内側に直接伝わるため、これらへの熱の伝達効率が良好で、乾燥時間の短縮を図り得る。

第１実施形態の乾燥装置の概略図である。 乾燥方法のフローチャートである。 熱の伝達を示すワークの平面図である。 熱の伝達を示すワークの平面図である。 第２実施形態の乾燥装置の概略図である。 第３実施形態の乾燥装置の概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、以下で説明する実施形態において、各実施形態で共通する機能を有する部材については、類似の符号を付し、また、重複する説明は省略する。

＜第１実施形態＞
図１において概説すると、第１実施形態の乾燥装置１００は、リチウムイオン二次電池の中間品であるワーク２０を乾燥するためのものである。

ワーク２０は、充放電反応を進行させるための発電要素２１を、高分子と金属とを複合したラミネートシート２２によって覆い、発電要素２１に接続したタブ２３を未封止のラミネートシート２２から引き出した構成を有する。タブ２３は扁平な金属で、発電要素２１に電気的に接続している。

発電要素２１は、扁平な正極集電体の面に正極活物質層が配置された正極と、扁平な負極集電体の面に負極活物質層が配置された負極とを、電解質層を介して積層した構成を有する。正極集電体および負極集電体は金属箔であり、正極集電体の材質は例えばアルミニウムであり、負極集電体の材質は例えば銅である。

ラミネートシート２２は、金属の薄膜または箔を、絶縁性の樹脂フィルムで被覆した構成を有する。ラミネートシート２２は矩形形状であり、ラミネートシート２２の対向する２辺のそれぞれからタブ２３が引き出されている。タブ２３が引き出された、ラミネートシート２２の２辺では、熱融着によってラミネートシート２２同士が接合しており、ラミネートシート２２はタブ２３に密着している。ラミネートシート２２はまた、周辺部の一部に開口を有する。

乾燥装置１００は、ワーク２０を収納するチャンバ１２０、チャンバ１２０内に連通したポンプ１３０、およびワーク２０を加熱する加熱装置１１０（加熱部）を有する。

加熱装置１１０は、熱源としてのヒータ１１２、タブ２３を挟むクリップ１１６、およびヒータ１１２とクリップ１１６とを連結する連結部材１１４を有する。クリップ１１６および連結部材１１４の材質は、熱伝導性に優れる金属である。クリップ１１６はタブ２３に面接触する。連結部材１１４はクリップ１１６とヒータ１１２とを熱的に接続する。

乾燥方法について述べる。

図２に示すように、実施形態の乾燥方法は、チャンバ１２０内を減圧する減圧工程Ｓ１０と、ワーク２０を加熱する加熱工程Ｓ２０と、を有する。

減圧工程Ｓ１０では、ポンプ１３０がチャンバ１２０内の空気を排出して減圧する。減圧工程Ｓ１０の前、作業者はチャンバ１２０内にワーク２０を入れ、クリップ１１６をタブ２３に留める。ワーク２０をセットした後、作業者はチャンバ１２０を密閉する。

加熱工程Ｓ２０では、加熱装置１１０が熱伝導によってタブ２３に熱を伝える。図３に示すように、ヒータ１１２からの熱は、連結部材１１４およびクリップ１１６を介してタブ２３に伝わる。

その後、図４に示すように、熱はタブ２３から発電要素２１に伝わる。また、タブ２３とラミネートシート２２とは密着しているため、熱はそれらの密着部分に伝わり、さらにラミネートシート２２の内側に伝わる。また、発電要素２１からもラミネートシート２２の内側に熱が伝わる。発電要素２１およびラミネートシート２２の内側が充分乾燥した後、加熱装置１１０は加熱を停止する。

本実施形態の効果を述べる。

本実施形態によれば、熱がタブ２３から発電要素２１およびラミネートシート２２の内側に直接伝わるため、これらへの熱の伝達効率が良好で、乾燥時間の短縮を図り得る。

また、本実施形態では熱がタブ２３から発電要素２１およびラミネートシート２２の内側に直接伝わるため、雰囲気の圧力を低下させても対流のように熱の伝達効率が低下しない。したがって本実施形態は、水の沸点を低下させつつ、熱を効率良く伝えられる。

＜第２実施形態＞
図５において概説すると、第２実施形態は、ホットプレート２１０（加熱部）によってタブ２３に熱を伝える点で第１実施形態と異なる。

第２実施形態の乾燥装置２００では、チャンバ２２０が、積層された複数のワーク２０を収納する。複数のワーク２０はタブ２３の向きを揃えた状態で積層されている。ホットプレート２１０は、積層された複数のワーク２０における、複数のタブ２３に接する。より具体的には、ホットプレート２１０は、ワーク２０の積層方向に沿って複数のタブ２３に対向し、タブ２３の端面に接する。

ホットプレート２１０からの熱は、タブ２３の端面からタブ２３全体に伝わり、さらに発電要素２１およびラミネートシート２２の内側へと伝わる。熱によるワーク２０の変形を防止するため、積層した複数のワーク２０の上に錘を配置してもよい。

第２実施形態の効果を述べる。

第２実施形態では、ホットプレート２１０が、積層された複数のワーク２０における複数のタブ２３に接する。したがって、ホットプレート２１０からの熱が複数のワーク２０に同時に伝わり、第１実施形態の効果に加え、複数のワーク２０を一度に加熱して乾燥できるという効果を奏する。

積層した複数のワーク２０を輻射によって加熱しようとすると、ワーク２０の位置によっては、他のワーク２０によって光が遮られて当たり難く、熱が伝わり難い。このため、積層された複数のワーク２０に温度のばらつきが生ずる虞がある。対流についても同様であり、空気の流れが悪い等の要因によって、ワーク２０の位置によっては熱が伝わり難いため、複数のワーク２０に温度のばらつきが生ずる虞がある。しかし本実施形態によれば、ホットプレート２１０からの熱がタブ２３を介して複数のワーク２０の各々に直接伝わるため、温度のばらつきを防いで、複数のワーク２０を均一に加熱できる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、第２実施形態と略同様であるが、ホットプレート３１０からの熱を伝える金属板３４０（伝熱部材）が、ワーク２０とワーク２０との間に位置する点で、第２実施形態と異なる。

図６に示すように、金属板３４０は、面方向の両端に位置する端面でホットプレート３１０に接する。金属板３４０は、ラミネートシート２２に接してホットプレート３１０からの熱を伝える。また金属板３４０は、タブ２３に面接触してホットプレート３１０からの熱を伝える突部３４２（面接触部）を有する。突部３４２の先端は平面で、この平面でタブ２３の面に接触する。

第３実施形態の効果を述べる。

第３実施形態では、タブ２３の端面だけでなく、ラミネートシート２２からも発電要素２１およびラミネートシート２２の内側にホットプレート３１０の熱が伝わり、第３実施形態は、第２実施形態の効果に加え、熱の伝達効率を向上できるという効果を奏する。また、タブ２３だけでなく、ラミネートシート２２からもホットプレート３１０の熱が伝わるため、第３実施形態は各ワーク２０における温度分布を均一にできる。また、第３実施形態では突部３４２がタブ２３に面接触するため、タブ２３の端面だけでなく、タブ２３の面からもホットプレート３１０の熱が伝わり、熱の伝達効率を向上できる。なお、ワークを積層する際に、第２実施形態では金属板３４０を配置する必要がなくワーク同士を重ねるため、作業性に関しては第２実施形態は第３実施形態に比べ優れる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変できる。例えば実施形態では、２つのタブのそれぞれに加熱装置またはホットプレートが接しているが、本発明は、複数のタブのうちの１つに加熱装置またはホットプレートが接する形態を含む。また、ワークは、リチウムイオン二次電池の中間品に限定されず、発電要素に接続したタブが外装材から引き出された構成を有する他の電池であってもよい。また、第２実施形態および第３実施形態では複数のワークが積層されているが、これに限定されず、本発明は第２実施形態または第３実施形態においてワークを１つにしたものを含む。

２０ ワーク、
２１ 発電要素、
２２ ラミネートシート（外装材）、
２３ タブ、
１００、２００、３００ 乾燥装置、
１１０ 加熱装置（加熱部）、
１１２ ヒータ、
１１４ 連結部材、
１１６ クリップ、
１２０、２２０、３２０ チャンバ、
１３０、２３０、３３０ ポンプ、
２１０、３１０ ホットプレート（加熱部）、
３４０ 金属板（伝熱部材）、
３４２ 突部（面接触部）、
Ｓ１０ 減圧工程、
Ｓ２０ 加熱工程。

Claims (5)

1. 発電要素を外装材によって覆い、前記発電要素に接続したタブを未封止の前記外装材から引き出してなるワークを乾燥させる乾燥装置であって、前記タブに接して当該タブに熱を伝える加熱部を有する乾燥装置。
2. 前記加熱部は、積層された複数の前記ワークにおける、複数の前記タブに接する請求項１に記載の乾燥装置。
3. 前記外装材に接して前記加熱部からの熱を伝える伝熱部材をさらに有する請求項１または請求項２に記載の乾燥装置。
4. 前記タブは扁平で、前記伝熱部材は、前記タブに面接触して前記加熱部からの熱を伝える面接触部を有する請求項３に記載の乾燥装置。
5. 発電要素を外装材によって覆い、前記発電要素に接続したタブを未封止の前記外装材から引き出してなるワークを乾燥させる乾燥方法であって、熱伝導によって前記タブに熱を伝える加熱工程を有する乾燥方法。

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