JP5359148B2 - Solvent recovery system and solvent recovery method - Google Patents
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Description
本発明は、溶媒回収システムおよび溶媒回収方法に関する。 The present invention relates to a solvent recovery system and a solvent recovery method.
近年、電気自動車やハイブリッド電気自動車の実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池として、リチウムイオン二次電池に注目が集まっている。リチウムイオン二次電池は、集電体としての金属箔の平面に扁平な電極を形成し、これらを複数積層した構造を一般的に有する。 In recent years, lithium ion secondary batteries have attracted attention as secondary batteries for motor driving that hold the key to commercialization of electric vehicles and hybrid electric vehicles. Lithium ion secondary batteries generally have a structure in which flat electrodes are formed on the plane of a metal foil as a current collector, and a plurality of these are laminated.
電極は、活物質、結着剤、導電剤、およびこれらを均一に分散させる溶媒を含んだスラリーを金属箔に塗布し、溶媒を蒸発させることにより乾燥させて形成される。例えば、特許文献1に記載の発明は、磁場の作用により熱を付与する誘導コイルによりスラリーを加熱し、スラリー内の溶媒を蒸発させている。劣化や性能低下防止のため、誘導コイルは、加熱の際に例えば冷媒管により冷却される。 The electrode is formed by applying a slurry containing an active material, a binder, a conductive agent, and a solvent that uniformly disperses them to a metal foil and evaporating the solvent to dry the electrode. For example, in the invention described in Patent Document 1, the slurry is heated by an induction coil that applies heat by the action of a magnetic field, and the solvent in the slurry is evaporated. In order to prevent deterioration and performance degradation, the induction coil is cooled by, for example, a refrigerant pipe during heating.
蒸発した溶媒は、製造所等での環境対策に応じて、回収され処理される。溶媒の回収は、冷却凝縮法、または吸着法が主流である。冷却凝縮法は、蒸発した溶媒を冷却し凝縮させて回収する方法であり、吸着法は、蒸発した溶媒を吸着材に吸着させて回収する方法である。いずれの方法においても、溶媒の温度低下により回収率が向上するため、蒸発した溶媒を冷却することにより溶媒排出が抑制できる。
しかし、加熱され蒸発した溶媒の温度は上昇しており、冷却のためにエネルギーが必要となる。このため、効率的な溶媒の冷却、ひいては省エネの実現が課題となる。 However, the temperature of the heated and evaporated solvent is rising, and energy is required for cooling. For this reason, efficient cooling of the solvent, and hence realization of energy saving becomes a problem.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、効率的に溶媒を冷却し、省エネを実現し得る溶媒回収システムおよび溶媒回収方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a solvent recovery system and a solvent recovery method that can efficiently cool the solvent and realize energy saving.
上記目的を達成するための本発明の溶媒回収システムは、金属箔に塗布された電極形成に用いられるスラリーに含まれる溶媒を、磁場の作用により熱を付与する誘導コイルにより蒸発させる乾燥部と、蒸発した溶媒を回収する回収部とを有する。また、本発明の溶媒回収システムは、誘導コイルを冷却する冷却部を有し、乾燥部と回収部との間で、誘導コイルを冷却する冷却部によって、蒸発した溶媒を冷却する。 The solvent recovery system of the present invention for achieving the above object includes a drying unit that evaporates a solvent contained in a slurry used for electrode formation applied to a metal foil by an induction coil that applies heat by the action of a magnetic field; A recovery unit for recovering the evaporated solvent. Moreover, the solvent collection | recovery system of this invention has a cooling part which cools an induction coil, and cools the evaporated solvent by the cooling part which cools an induction coil between a drying part and a collection | recovery part.
上記目的を達成するための本発明の溶媒回収方法は、金属箔に塗布された電極形成に用いられるスラリーに含まれる溶媒を、磁場の作用により熱を付与する誘導コイルにより蒸発させる乾燥工程と、蒸発した溶媒を回収する回収工程とを有する。また、本発明の溶媒回収方法は、乾燥工程と回収工程との間で、誘導コイルを冷却する冷却部によって、蒸発した溶媒を冷却する冷却工程を有する。 In order to achieve the above object, the solvent recovery method of the present invention comprises a drying step of evaporating a solvent contained in a slurry used for electrode formation applied to a metal foil by an induction coil that applies heat by the action of a magnetic field; A recovery step of recovering the evaporated solvent. Moreover, the solvent collection | recovery method of this invention has a cooling process which cools the evaporated solvent by the cooling part which cools an induction coil between a drying process and a collection process.
本発明は、誘導コイルを冷却する冷却部によって、蒸発した溶媒を冷却する。すなわち、本発明は、冷却部を流用して、蒸発した溶媒を冷却するため、効率的に溶媒を冷却し省エネを実現し得る。 In the present invention, the evaporated solvent is cooled by the cooling unit that cools the induction coil. That is, the present invention uses the cooling unit to cool the evaporated solvent, so that the solvent can be efficiently cooled to realize energy saving.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は実施形態の溶媒回収システムを示す概略図であり、図2は溶媒回収装置を説明するための概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a solvent recovery system according to an embodiment, and FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a solvent recovery device.
概説すると、本実施形態の溶媒回収システム10は、リチウムイオン二次電池の電極作製の過程で蒸発する溶媒を回収するものであり、蒸発した溶媒を冷却した後、回収する。リチウムイオン二次電池の電極作製では、集電体としての金属箔63の両面に溶媒を含んだスラリー64が塗布され、スラリー64が加熱されて固化する過程でスラリー64内の溶媒が蒸発する。
In brief, the
図1に示すように、溶媒回収システム10は、熱を付与する誘導コイル37、38によりスラリー64内の溶媒を蒸発させる乾燥炉30(乾燥部に相当する)と、誘導コイル37、38を冷却する冷却装置50(冷却部に相当する)と、を有する。また、溶媒回収システム10は、蒸発した溶媒を循環させる循環部20と、循環部20に接続して溶媒を回収する溶媒回収装置29(回収部に相当する)と、を有する。
As shown in FIG. 1, the
乾燥炉30は、誘導コイル37、38の他に、フェライトからなる磁気コア39と、これらを囲むケーシング31とを有する。また、乾燥炉30は、金属箔63が通過する入口32と出口33とをケーシング31に有する。
In addition to the
複数の誘導コイル37は、金属箔63の一の面に対向する。一方、複数の誘導コイル38は、金属箔63の他の面に対向する。誘導コイル37、38は、銅管からなる。誘導コイル37、38は、電源(不図示)に電気的に接続し、磁場を金属箔63に作用させて金属箔63を誘導加熱する。その金属箔63の熱により、スラリー64内の溶媒は蒸発し、スラリー64の固化が進行する。磁気コア39が誘導コイル37、38の各々を覆って磁路を形成するため、誘導コイル37、38は効率良くスラリー64を加熱できる。
The plurality of
電極を形成するためのスラリー64としては、正極を形成するために用いる正極スラリーと、負極を形成するために用いる負極スラリーとがある。
The
正極スラリーは、例えば、正極活物質、導電助剤、およびバインダを有し、溶媒を添加することにより、これらを均一に分散させ、所定の粘度にされる。正極活物質は、例えば、マンガン酸リチウムである。導電助剤は、例えば、アセチレンブラックである。バインダは、例えば、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)である。溶媒は、例えば、NMP(ノルマルメチルピロリドン)である。 The positive electrode slurry has, for example, a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder, and by adding a solvent, these are uniformly dispersed to have a predetermined viscosity. The positive electrode active material is, for example, lithium manganate. The conductive auxiliary agent is, for example, acetylene black. The binder is, for example, PVDF (polyvinylidene fluoride). The solvent is, for example, NMP (normal methyl pyrrolidone).
正極活物質は、マンガン酸リチウムに特に限定されないが、容量および出力特性の観点から、リチウム−遷移金属複合酸化物を適用することが好ましい。導電助剤は、例えば、カーボンブラックやグラファイトを利用することも可能である。バインダは、PVDFに限定されない。 The positive electrode active material is not particularly limited to lithium manganate, but it is preferable to apply a lithium-transition metal composite oxide from the viewpoint of capacity and output characteristics. For example, carbon black or graphite can be used as the conductive assistant. The binder is not limited to PVDF.
一方、負極スラリーは、例えば、負極活物質、導電助剤、およびバインダを有し、溶媒を添加することで、これらを均一に分散させ、所定の粘度にされる。負極活物質は、例えば、グラファイトである。導電助剤、バインダ、および溶媒は、それぞれ例えば、アセチレンブラック、PVDF、およびNMPである。 On the other hand, the negative electrode slurry has, for example, a negative electrode active material, a conductive additive, and a binder, and by adding a solvent, these are uniformly dispersed to have a predetermined viscosity. The negative electrode active material is, for example, graphite. The conductive assistant, binder, and solvent are, for example, acetylene black, PVDF, and NMP, respectively.
負極活物質は、グラファイトに特に限定されず、ハードカーボンや、リチウム−遷移金属複合酸化物を利用することも可能である。導電助剤は、例えば、カーボンブラックやグラファイトを利用することも可能である。バインダは、PVDFに限定されない。 The negative electrode active material is not particularly limited to graphite, and hard carbon or lithium-transition metal composite oxide can also be used. For example, carbon black or graphite can be used as the conductive assistant. The binder is not limited to PVDF.
正極スラリーの溶媒および負極スラリーの溶媒は、NMPに限定されず、公知の溶媒を用いることができる。また、正極スラリーの溶媒と負極スラリーの溶媒については、同一のものであり、また単一の溶媒であることが、再利用の点から好ましい。 The solvent for the positive electrode slurry and the solvent for the negative electrode slurry are not limited to NMP, and known solvents can be used. The solvent for the positive electrode slurry and the solvent for the negative electrode slurry are the same and are preferably a single solvent from the viewpoint of reuse.
直線状のスリットを備えるスリッドダイ61が、金属箔63に、スラリー64を間欠的に塗布する。スラリー64とスラリー64との間で金属箔63が露出した部分は、電池同士或いは電池の端子と金属箔63とを電気的に接続するタブとなる。
A slide die 61 having straight slits applies the
金属箔63は、適宜の材料、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレス鋼を用いることができる。具体的には、例えば、正極集電体にはアルミニウムなどの金属箔63を用い、負極集電体には銅などの金属箔63を用いることができる。金属箔63の具体的な厚さについて特に制限はないが、例えば、アルミニウムの場合には20μm、銅の場合には10μm程度の薄膜である。
For the
1個の単電池に使用する電極の枚数は非常に多く、電極を量産するために、長尺状の金属箔63にスラリー64を塗布して連続生産するのが一般的である。このように連続生産する場合、電極のスタッキング(保管)方式は、ロールトゥロール方式が適している。
The number of electrodes used for one unit cell is very large, and in order to mass-produce the electrodes, it is common to apply
このため、本実施形態では金属箔63を巻き取る巻取りロール65が、金属箔63を供給する供給ロール62から金属箔63を搬送する。供給ロール62は、金属箔63を巻回しており、巻取りロール65は、モータMにより回転駆動しつつ金属箔63を巻き取る。この搬送される金属箔63に対して、スリットダイ61はスラリー64を塗布する。塗布されたスラリー64は金属箔63の搬送にともなって移動し、乾燥炉30を通過する。
For this reason, in this embodiment, the
乾燥炉30は、金属箔63が通過する搬送路の下側に、気体の吹き出し口である送気口34を備え、蒸発した溶媒を排出するための排気口35を搬送路の上側に備える。スラリー64内の溶媒の蒸発量は、加熱が終了する乾燥炉30の出口33側に比べて入口32側で多いため、排気口35は、乾燥炉30の入口32と出口33とのうち入口32側に位置する。
The
循環部20は、排気口35と乾燥炉30に気体を取り込むための吸気口27とに連通した配管28、吸気口27と送気口34とに連通した配管26、および配管26に接続した送風ファン24により構成されている。乾燥炉30がスラリー64を加熱して溶媒を蒸発させる間、送風ファン24は作動する。
The
送風ファン24が作動すると、乾燥炉30および循環部20に導入されている不活性ガス、例えば窒素が、蒸発した溶媒を輸送するキャリアガスとして循環する。蒸発した溶媒を含んだキャリアガスは、排気口35、配管28、吸気口27、および配管26を通り、送気口34に設けられたパンチングメタル36の小孔を通って乾燥炉30内に流れ込み、絶えず循環する。溶媒回収装置29は、排気口35と吸気口27との間で配管28に接続し、キャリアガスに含まれる溶媒を回収する。
When the
CPUおよびメモリを主体として構成されるコントローラ60が、乾燥炉30、スリットダイ61、モータM、および送風ファン24を制御する。コントローラ60は、乾燥炉30の作動を制御し、誘導コイル37、38の出力などを調整する。また、コントローラ60は、スリットダイ61の作動を制御し、スラリー64の塗布量、塗布厚さなどを調整する。コントローラ60は、モータMの作動を制御して、金属箔63の搬送速度を調整する。コントローラ60はまた、送風ファン24の作動を制御して、循環させるキャリアガスの流量を調整する。コントローラ60のメモリは、動作を制御するためのプログラムを記憶している。
A
誘導コイル37、38を冷却する冷却装置50は、冷媒を循環させるとともに循環する冷媒を一定温度に保つためのチラー51と、チラー51に連通した冷媒管52と、を有する。冷媒は例えば水である。
The
冷媒管52は、磁気コア39に接する(図1の符号54、55で表された部分であり、除熱部54、55と称す)。また、冷媒管52は、乾燥炉30と溶媒回収装置29との間の配管28に巻き付くようにして接する(図1の符号53で表された部分であり、除熱部53と称す)。
The
冷媒管52を流れる水は、チラー51から流れ出て除熱部53を通過した後、除熱部54、55を通り、チラー51に戻る。冷却装置50は、除熱部54、55により磁気コア39および誘導コイル37、38を冷却する。また、冷却装置50は、乾燥炉30から排出され溶媒回収装置29に至る前の蒸発した溶媒を、除熱部53により冷却する。冷媒としての水が除熱部54、55を通過する前に、除熱部53を通過するため、冷却装置50は蒸発した溶媒の冷却効果を高められる。
The water flowing through the
溶媒回収装置29は、溶媒を凝縮させて回収するものである。具体的には、図2に示すように、溶媒回収装置29は、冷媒が流れるコイル状のパイプ21を内部に有し、このパイプ21に溶媒を含むキャリアガス23を接触させ、溶媒を凝縮させて液体25にして回収する。溶媒回収装置29が回収した溶媒は、遠心分離または蒸留加熱等が施された後、再利用される。また、回収した溶媒は、処理場で処分してもよい。
The
本実施形態の効果を説明する。 The effect of this embodiment will be described.
本実施形態では、冷却装置50が、乾燥炉30と溶媒回収装置29との間で、蒸発した溶媒を冷却する。すなわち、本実施形態は、冷却装置50を流用して、蒸発した溶媒を冷却するため、効率的に溶媒を冷却し省エネを実現し得る。
In the present embodiment, the
本実施形態では、冷却装置50が、除熱部54、55により、誘導コイル37、38、および磁気コア39だけでなく乾燥炉30内の雰囲気を冷却するため、乾燥炉30内の雰囲気の温度上昇が抑えられ、溶媒回収装置29での溶媒の凝縮が容易となる。
In the present embodiment, since the
本実施形態では、溶媒回収装置29が、キャリアガスを冷却し溶媒を凝縮して回収するため、循環するキャリアガスを冷却でき、キャリアガスは乾燥炉30に戻ったとき、誘導コイル37、38および磁気コア39の冷却を助ける。
In this embodiment, since the
本実施形態は、乾燥炉30内の雰囲気を加熱するのではなく、スラリー64に直接的に熱を付与する誘導コイル37、38により、スラリー64内の溶媒を蒸発させる。このため、例えば熱風をスラリー64に当てて溶媒を蒸発させる場合のように雰囲気の加熱を伴う場合に比べ、乾燥炉30内の雰囲気の温度上昇を抑え、乾燥炉30から排出されるキャリアガスの温度上昇が抑制される。したがって、溶媒の凝縮が容易で、溶媒回収装置29は、効率良く溶媒を回収できる。
In this embodiment, the atmosphere in the drying
本実施形態のスラリー64は、単一の溶媒を含む。したがって、本実施形態では、複数の溶媒が混ざって回収されることが防止され、回収後の再利用が容易である。
The
乾燥炉30の排気口35が、乾燥炉30の入口32と出口33とのうち、スラリー64内の溶媒の蒸発量が多い入口32側に設けられており、本実施形態は溶媒の回収率を向上できる。
The
本実施形態では、溶媒を含んだキャリアガスが循環するため、溶媒回収装置29は一度に回収できない溶媒も循環する過程で回収でき、回収率を向上できる。したがって、本実施形態は溶媒の排出を抑制できる。
In the present embodiment, since the carrier gas containing the solvent circulates, the
また、本実施形態は、溶媒を含んだキャリアガスが循環するため、逆流が防止され、キャリアガスに含まれる溶媒が確実に溶媒回収装置29を通過する。よって、本実施形態は、溶媒の回収率が良好である。
Further, in this embodiment, since the carrier gas containing the solvent circulates, backflow is prevented, and the solvent contained in the carrier gas surely passes through the
また、乾燥炉30で溶媒が蒸発する間、溶媒を含んだキャリアガスが循環するため、この流れにより、誘導コイル37、38および磁気コア39を冷却できる。
Further, since the carrier gas containing the solvent circulates while the solvent evaporates in the drying
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、溶媒回収装置29は、上述したものに限定されず、溶媒を回収する他の公知のものであってもよい。具体的には、活性炭等の吸着材に溶媒を吸着させて溶媒を回収するものが挙げられる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. For example, the
10 溶媒回収システム、
20 循環部、
24 送風ファン、
26、28 配管、
29 溶媒回収装置(回収部)、
30 乾燥炉(乾燥部)、
31 ケーシング、
32 入口、
33 出口、
34 送気口、
35 排気口、
36 パンチングメタル、
37、38 誘導コイル、
39 磁気コア、
50 冷却装置(冷却部)、
51 チラー、
52 冷媒管、
53、54、55 除熱部、
60 コントローラ、
61 スリットダイ、
62 供給ロール、
63 金属箔、
64 スラリー、
65 巻取りロール、
M モータ。
10 solvent recovery system,
20 Circulation section,
24 blower fan,
26, 28 piping,
29 Solvent recovery device (recovery unit),
30 Drying oven (drying section),
31 casing,
32 entrance,
33 Exit,
34 Air inlet,
35 Exhaust port,
36 punching metal,
37, 38 induction coil,
39 Magnetic core,
50 Cooling device (cooling part),
51 Chiller,
52 refrigerant pipe,
53, 54, 55 Heat removal part,
60 controller,
61 Slit die,
62 supply rolls,
63 metal foil,
64 slurry,
65 take-up roll,
M motor.
Claims (5)
蒸発した前記溶媒を回収する回収部と、
前記誘導コイルを冷却する冷却部と、を有し、
前記乾燥部と前記回収部との間で、前記誘導コイルを冷却する冷却部によって、蒸発した前記溶媒を冷却する溶媒回収システム。 A drying unit that evaporates the solvent contained in the slurry used for electrode formation applied to the metal foil by an induction coil that applies heat by the action of a magnetic field;
A recovery unit for recovering the evaporated solvent;
A cooling unit for cooling the induction coil,
A solvent recovery system that cools the evaporated solvent by a cooling unit that cools the induction coil between the drying unit and the recovery unit.
蒸発した前記溶媒を排出するための前記乾燥部の排気口は、前記金属箔が通過する前記乾燥部の入口と出口とのうち、前記入口側に設けられる請求項1または2に記載の溶媒回収システム。 The slurry is heated while moving in the drying unit with the conveyance of the metal foil,
3. The solvent recovery according to claim 1, wherein an exhaust port of the drying unit for discharging the evaporated solvent is provided on the inlet side of an inlet and an outlet of the drying unit through which the metal foil passes. system.
蒸発した前記溶媒を回収する回収工程と、
前記乾燥工程と前記回収工程との間で、前記誘導コイルを冷却する冷却部によって、蒸発した前記溶媒を冷却する冷却工程と、を有する溶媒回収方法。 A drying step of evaporating the solvent contained in the slurry used for electrode formation applied to the metal foil by an induction coil that applies heat by the action of a magnetic field;
A recovery step of recovering the evaporated solvent;
A cooling method for cooling the evaporated solvent by a cooling unit that cools the induction coil between the drying step and the recovery step.
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