JP5643246B2 - リチウムシート製造のための方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、概して、リチウム金属ポリマーバッテリー、より詳細には、電気化学(EC)セルのリチウム又はリチウム合金アノード部材の製造方法に関する。本発明はまた、リチウム/リチウム合金アノード部材の製造装置に関する。
シート状電極の間にはさまれた固体ポリマー電解質の積層体から製造される充電式バッテリーは、従来の液体電解質バッテリーに対し多くの利点を示す。これらの利点として典型的には:全体のバッテリー重量が小さいこと;電力密度が大きいこと;比エネルギーが高いこと;及び、サービス寿命が長いこと;が挙げられる。更に、このようなバッテリーはまた、より環境に優しい。環境中に毒性液体をこぼす危険性が除かれるからである。
従って、本発明の目的は、インゴットの直径によって制限されない幅の薄シート又はフィルムへと、リチウム/リチウム合金インゴットを押出す方法を提供することである。
本発明の別の目的は、半連続的プロセスで、薄シート又はフィルムへとリチウム/リチウム合金を押出す方法を提供することである。
本発明の更なる目的は、押出加工で得られ、元のリチウム/リチウム合金インゴットの直径を超える幅もつリチウム/リチウム合金の薄シートフィルムを提供することである。
−ある長さと直径を有するリチウム金属又はリチウム合金のインゴットを供給し;
−第1の高さと第1の幅を有する入口、第2の高さと第2の幅を有する出口および入口と出口とを連結する通過部を備え、リチウム金属又はリチウム合金がインゴットの直径を超える全幅をもって流動チャンネルから出るよう第2の幅が第1の幅よりも大きい、流動チャンネルを通して該インゴットをプレスし、;及び
−その後、押出しダイ孔を通してリチウム金属又はリチウム合金を薄シートの形態で押出す;
工程を含む方法を提供する。
−リチウム金属又はリチウム合金の第1のインゴットを内部チャンバー内に挿入すること;
−内部チャンバー内に部分的な真空を生じさせること、ここで、部分的な真空はピストンヘッドの前と後ろに拡がる;
−流動ダイと押出しダイアッセンブリィを通して、ピストンヘッドでインゴットをプレスすること;
−第1のインゴットを部分的に押出すときに、内部チャンバー内で部分的な真空を維持しながらピストンヘッドを戻すこと;
−ピストンヘッドを戻すときに、押出し装置の背部ドアを開け、第2のインゴットの一端が第1のインゴットの一端に接するように、リチウム金属又はリチウム合金の第2のインゴットを内部チャンバー内に挿入すること;
−ピストンヘッドで第2のインゴットを第1のインゴット上へとプレスし、第1のインゴットと第2のインゴットの隣接端がピストンヘッドによって適用された圧力下で融合して、リチウム又はリチウム合金の連続した長さの薄シートが2つ以上のインゴットから押出されるようにすること;
の工程を含む方法をも提供する。
以下、本発明の実施の例の詳細な説明を図面を参照しながら提供する。
図面において、本発明の実施態様は例示によって示される。説明と図面は、説明のためだけ、そして、理解の助けとしてだけであり、本発明の限定の規定であるとは意図されないことを明確に理解されるべきである。
図1を参照すると、固体リチウム又はその合金を押出すための装置10が示される。装置10は主要構造体12を備え、主要構造体12は前面ドア14と背部ドア16とを有し、全体が押出し装置10内に生じる高圧に耐えるよう適合した厚い鋳造鉄から製造される。構造体12並びに前面ドア14と背部ドア16は一緒になって、シリンダー状内部チャンバー18を定義する。内部チャンバー18は、市販のリチウム/リチウム合金インゴット22を受容し収容するのに適合する、4140スチールスリーブ20を備える。スリーブ20は、洗浄と一般的なメンテナンスのために、構造体12から取り外ししうる。背部ドア16は、それを通しピストン24を収容し、ピストン24は内部チャンバー18内で往復運動してインゴット22に圧力をかけるのに適合したピストンヘッド26を有する。押出加工中に、ピストン24がインゴットの背面22を押すときインゴットの背面22が完全に平滑のままであるよう、インゴットに一様な圧力をかけるための平滑で平らな表面をもつ前面アダプタープレート28をピストンヘッド26は備える。背部ドア16は更に真空導管30を備え、真空導管30は真空ポンプ(図示せず)へ一端で連結し、内部チャンバー18の背部32へ他端で連結しており、それによって、押出加工は真空下で行われ、内部チャンバー18全体は真空下にあり、背部32はピストンヘッド26の後に位置するようにする。前面ドア14は、押出しダイ34を受容するよう適合した内部ハウジング、セパレータプレート36、及びインゴット22が通過して薄シート40へと押出される流動ダイ38アッセンブリィを備える。押出された薄シート40は、当業界周知のように、一連のシリンダー状ローラー42によっておよびそれを介して、所定の張力の下に引っ張られて丸められ、それに次ぐ保存又は更なる加工のために最終的にロール44上に巻かれる。
Claims (13)
- ダイホルダーと、前記ダイホルダー内に位置する押出ダイとを備え、
前記押出ダイが、実質的に直線状のダイ孔を画定する第1プレート及び第2プレートを備え、
前記押出ダイが、前記第1プレート及び前記第2プレートの各々の曲率を調整することにより前記ダイ孔の形状を調整するための、前記第1プレート及び前記第2プレートの両端部に連結された一対の調整手段を備え、
前記調整手段を締めることにより、前記第1プレートの端部と前記第2プレートの端部とが近づくことで前記第1プレート及び前記第2プレートの全長が曲がり、前記ダイ孔の中央部が側部よりも開いた形状となる、リチウムまたはリチウム合金インゴットを薄シートへ押出すのに使用するためのダイアセンブリィ。 - リチウムまたはリチウム合金インゴットを押出しながら操作者が前記ダイ孔を調整できるように、前記押出しダイが前記ダイホルダー内に位置するときに、前記第1プレート及び前記第2プレートに連結された前記調整手段に到達できる、請求項1に記載のダイアセンブリィ。
- 前記押出しダイの上流に位置する流動ダイをさらに備え、前記流動ダイが、第1の高さ及び第1の幅を有する入口と、第2の高さ及び第2の幅を有する出口と、前記入口と前記出口とを連結する通過部とを含む流動ダイチャンネルを有し、前記リチウムまたはリチウム合金がインゴットの直径を超える全幅で前記流動ダイチャンネルから出るように、前記第2の幅が、前記第1の幅よりも広くかつ押出すべきインゴットの直径よりも広い、請求項1に記載のダイアセンブリィ。
- 前記通過部が、上壁、底壁、前記上壁と前記底壁とを連結する一対の側壁、及び前記側壁の各々に沿って延びる、断面積が増加したサブチャンネルを備え、前記側壁の各々の方へと外向きの金属の流れを作るように前記サブチャンネルが構成されている、請求項3に記載のダイアセンブリィ。
- 前記流動ダイと前記押出しダイとの間に位置するセパレータプレートをさらに備え、押出すべきリチウムまたはリチウム合金薄シートの幅を制御するために前記セパレータプレートが正確な幅の孔を有する、請求項3に記載のダイアセンブリィ。
- 前記ダイ孔が略250μm以下の高さを有する、請求項1に記載のダイアセンブリィ。
- ある形状を有する実質的に直線状のダイ孔を画定する第1プレート及び第2プレートと、前記第1プレート及び前記第2プレートの少なくとも一方の各々の曲率を調整することにより前記ダイ孔の前記形状を調整するための、前記第1プレート及び前記第2プレートの少なくとも一方の両端部に連結された一対の調整手段とを備え、
前記調整手段を締めることにより、前記第1プレートの端部と前記第2プレートの端部とが近づくことで前記第1プレート及び前記第2プレートの全長が曲がり、前記ダイ孔の中央部が側部よりも開いた形状となる、リチウムまたはリチウム合金インゴットを薄シートへと押出すのに使用するための押出ダイ。 - 前記調整手段が、前記第1プレート及び前記第2プレートを相互に連結させる少なくとも1つのネジ部材を含む、請求項7に記載の押出しダイ。
- 前記調整手段が、前記ダイ孔の両側上の前記第1プレート及び前記第2プレートの少なくとも一方上で作動する、請求項7に記載の押出しダイ。
- 前記ダイ孔が略250μm以下の高さを有する、請求項7に記載の押出しダイ。
- ダイ孔を有する押出しダイと、前記押出しダイの上流に位置する流動ダイとを備え、前記流動ダイが、第1の高さ及び第1の幅を有する入口と、第2の高さ及び第2の幅を有する出口と、前記入口と前記出口とを連結する通過部とを含む流動ダイチャンネルを有し、インゴットの直径を超える全幅で前記リチウムまたはリチウム合金が前記流動ダイチャンネルから出るように、前記第2の幅が、前記第1の幅より広くかつ押出すべきインゴットの直径よりも広く、
前記通過部が、上壁、底壁、前記上壁と前記底壁とを連結する一対の側壁、及び前記側壁の各々に沿って延びる、断面積が増加したサブチャンネルを備え、前記側壁の各々の方へと外向きの金属の流れを作るように前記サブチャンネルが構成されている、リチウムまたはリチウム合金インゴットを薄シートへと押出すのに使用するためのダイアセンブリィ。 - 前記流動ダイと前記押出しダイとの間に位置するセパレータプレートをさらに備え、押出されるリチウムまたはリチウム合金薄シートの幅を制御するために前記セパレータプレートが正確な幅の孔を有する、請求項11に記載のダイアセンブリィ。
- 前記ダイ孔が略250μm以下の高さを有する、請求項11に記載のダイアセンブリィ。
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