JP6011478B2 - 電池用電極板の製造装置及び電池用電極板の製造方法 - Google Patents
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Description
う問題が生じる。なお,ここでいう熱伝達率とは,熱風ノズル120などの熱源からワーク110への熱の伝わり易さを示す指標である。また本明細書中,ワーク110内における熱の伝わり易さを示す指標を,熱伝導率という。熱伝導率も,熱伝達率同様,図中aの位置では必要以上に高くなり,図中bの位置では図中aの位置に比べて極端に低くなる。
図1は,電極板1の断面を示した斜視図である。電極板1は,リチウムイオン二次電池用の電極板であり,図1に示すように,帯状の電極箔2の両面に塗工層3が形成されたものである。この構造は,正極板であっても負極板であっても同様である。このため,特に必要がない限り,両者を区別しないで説明する。ただし,その材質等に関しては,正極板と負極板とで異なっている。
正極活物質:ニッケル酸リチウム(LiNiO2),マンガン酸リチウム(LiMnO2),コバルト酸リチウム(LiCoO2)等のリチウム複合酸化物等
導電材:アセチレンブラック,ファーネスブラック,ケッチェンブラック等のカーボンブラック,グラファイト粉末等のカーボン粉末等
結着材:ポリテトラフルオロエチレン(PTFE),スチレンブタジエンラバー(SBR),ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等
増粘材:カルボキシメチルセルロース(CMC)等
また,正極用塗工液(ペースト)を調製する溶媒としては,下記の材料が用いられる。
溶媒:トルエン,メチルエチルケトン,N−メチル−2−ピロリドン或いはこれらの混合物のような有機溶媒,又は,水,さらには,これらの有機溶媒および水から選ばれる2成分以上の混合溶媒
負極活物質:非晶質炭素,難黒鉛化炭素,易黒鉛化炭素,黒鉛等の炭素系物質
図2は,図1に示した電極板1を製造するための電極板製造装置10を模式的に示した図である。電極板製造装置10は,図2に示すように,巻出し部20と,塗工部30と,乾燥部40と,巻取り部50とを備えている。電極板製造装置10は,電極箔2に塗工層3となる塗工液を塗布して,その塗工液を乾燥させて電極板1を製造する装置である。この電極板製造装置10は,クリーン室CL内に設置されている。クリーン室CL内は,空調機によって常温雰囲気が保たれている。
図3は,乾燥炉60を模式的に示した図である。図1に示すように,乾燥炉60には,複数の搬送ローラー66と,複数の熱風ノズル70とが設けられている。搬送ローラー66は,電極芯材2にペースト4を塗布したもの(以下,「ワーク6」という)を載せて搬送するものである。熱風ノズル(加熱装置に相当する)70は,ワーク6に向けて熱風を噴き付けるものである。各熱風ノズル70には,ファン80と,ヒーター81とが送風路82を介して接続されている。ファン80の回転速度を変化させると,熱風ノズル70から出る熱風の風速および風量が変化する。ヒーター81の温度を調整すると,熱風ノズル70から出る熱風の温度が変化する。
次に,図7に基づいて電極板製造装置10の電気系統について説明する。図7に示すように,電極板製造装置10は,制御基板100を備えている。制御基板100は,電極板製造装置10の各種動作を制御するものである。制御基板100は,CPU101,ROM102,RAM103等を備えている。CPU101は,ROM102に格納されたプログラムに基づいて各処理を実行する。ROM(記憶部に相当する)102には,図8にフローチャートで示す処理のプログラムをはじめ,CPU101により実行される各種プログラムが格納されている。RAM103は,ROM102に格納されたプログラムの実行エリアとなるものである。ノズル側温度センサー84,ワーク上面側温度センサー86,およびワーク下面側温度センサー87によって計測された温度情報は,RAM103に記憶される。
次に図8に示すフローチャートに基づいて,乾燥工程における電極板製造装置10の動作について説明する。電極板製造装置10は,乾燥工程において乾燥炉60の状態を次のように制御する。
熱伝導率S(W/m・K)=(Q×d1)/(t1−t2)
Q:模擬ワーク90の熱量密度(W/m2,ワット・パー・メートル二乗)
d1:模擬ワーク90の上下方向に沿う厚さ寸法(m,メートル,図5参照)
t1:ワーク上面側温度センサー86の測定した温度(K,ケルビン)
t2:ワーク下面側温度センサー87の測定した温度(K,ケルビン)
広範囲となるので,熱伝導率は小さくなる。なお,離隔距離L1の変更は,箔-ノズル距
離調整M98(図7参照)の駆動を制御することにより行う。(5)スリット71の傾きθ1は,スリット71から噴き出す熱風の向きを変えるためのパラメータで,スリット71の傾きθ1を調整して,熱風を向ければ,その箇所の熱伝導率は大きくなり,熱風が向かなくなった箇所の熱伝導率は小さくなる。なお,スリット71の傾きθ1の変更は,ノズル角度調整M99(図7参照)の駆動を制御することにより行う。
熱伝達率R(W/m2・K)=(S×(t1−t2))/(d1×(t0−t1))
S:算出した熱伝導率(W/m・K)
t0:ノズル側温度センサー84の測定した温度(K,ケルビン)
t1:ワーク上面側温度センサー86の測定した温度(K,ケルビン)
t2:ワーク下面側温度センサー87の測定した温度(K,ケルビン)
d1:模擬ワーク90の上下方向に沿う厚さ寸法(m,メートル,図5参照)
J=R×(t0−t1)
の関係があり,熱流束密度J(W/m2)と,熱伝導率Sとの間に,
J=S×(t1−t2)/d1
の関係があることから,導出される式である。
次に本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態の電極板製造装置10は,図8に示す熱風ノズル調整処理を行う。これにより,ワーク6の熱伝導率および熱伝達率を,ワーク6の搬送方向に沿って所定間隔で一定に保ち続けることができる。よって,ワーク6中に,熱伝導率および熱伝達率が高すぎる箇所や低すぎる箇所がなくなる。すなわち,ワーク6中の熱伝導率および熱伝達率のばらつきが小さくなる。そのため,ワーク6全体が均一に温められることとなる。
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば実施形態では,熱風ノズル70は,図6中の右側部のみにスリット71が形成された片出ノズルを採用した。これに対して,図10に示す両出ノズル105を採用してもよい。両出ノズル105は,図10中の左側部および右側部(ワーク6の搬送方向に沿う両端部)に,熱風を噴き出すためのスリット106a,106bを有している。このような両出ノズル105では,両出ノズル105の下端からワーク6の上面までの離隔距離L2,上流側スリット106aの傾きθ2,上流側スリット106aの開口幅(スリット幅)W2,下流側スリット106bの傾きθ3,下流側スリット106bの開口幅(スリット幅)W3が,変更可能となっている。従って,制御基板100(図7参照)は,これらの各パラメータを適宜変更することにより,ワーク6の熱伝達率および熱伝導率を目標値に近づける制御を行う。なお,このような両出ノズル105を用いる場合には,ノズル側温度センサー84を,各スリット106a,106bの近くにそれぞれ設けることが,より正確な温度制御のためには望ましい。
G1=(t1−t2)/d1
t1:ワーク上面側温度センサー86の測定した温度(K,ケルビン)
t2:ワーク下面側温度センサー87の測定した温度(K,ケルビン)
d1:模擬ワーク90の上下方向に沿う厚さ寸法(m,メートル,図5参照)
G2=(t0−t1)/d2
t0:ノズル側温度センサー84の測定した温度(K,ケルビン)
t1:ワーク上面側温度センサー86の測定した温度(K,ケルビン)
d2:熱風ノズル70のスリット71から模擬ワーク90の上面までの距離(m)
また実施形態では,ノズル側温度センサー84が,加熱元温度測定部を構成する。
また実施形態では,ワーク上面側温度センサー86と模擬ワーク90とが,第1ワーク温度測定部を構成する。
また実施形態では,ワーク下面側温度センサー87と模擬ワーク90とが,第2ワーク温度測定部を構成する。
2…電極芯材
4…ペースト
6…ワーク
10…電極板製造装置
60…乾燥炉
70…熱風ノズル(加熱装置)
71…スリット
84…ノズル側温度センサー
86…ワーク上面側温度センサー
87…ワーク下面側温度センサー
90…模擬ワーク
100…制御基板
102…ROM(記憶部)
Claims (12)
- ペーストを塗工した電極芯材であるワークを通過させることにより前記ペーストを乾燥させる乾燥炉を備える電池用電極板の製造装置において,
前記乾燥炉内に配され,前記ワークを加熱する加熱装置と,
前記加熱装置との離隔距離が,前記加熱装置から前記ワークの搬送経路までの離隔距離よりも小さくなる位置に配され,その位置の温度(以下「加熱元温度」という)を測定する加熱元温度測定部と,
前記ワークにおける前記加熱装置側の第1側面の温度(以下「第1ワーク温度」という)を測定する第1ワーク温度測定部と,
前記ワークにおける前記第1側面とは反対の第2側面の温度(以下「第2ワーク温度」という)を測定する第2ワーク温度測定部と,
前記ワーク内の熱伝導状況を示す値(以下「熱伝導値」という)を,少なくとも前記第1ワーク温度と前記第2ワーク温度に基づいて算出する熱伝導値算出部と,
前記加熱装置から前記ワークへの熱伝達状況を示す値(以下「熱伝達値」という)を,少なくとも前記加熱元温度と前記第1ワーク温度に基づいて算出する熱伝達値算出部と,
前記熱伝導値の目標値である目標熱伝導値と,前記熱伝達値の目標値である目標熱伝達値とを記憶する記憶部と,
前記熱伝導値算出部により算出した熱伝導値と前記記憶部に記憶された目標熱伝導値とを比較する熱伝導値比較部と,
前記熱伝達値算出部により算出した熱伝達値と前記記憶部に記憶された目標熱伝達値とを比較する熱伝達値比較部と,
前記熱伝導値比較部による比較の結果,前記熱伝導値算出部により算出した熱伝導値が前記目標熱伝導値よりも熱伝導状況が悪いことを示す場合は,前記加熱装置による加熱対象範囲を小さくし,前記熱伝導値算出部により算出した熱伝導値が前記目標熱伝導値よりも熱伝導状況が良いことを示す場合は,前記加熱装置による加熱対象範囲を大きくする加熱対象範囲制御部と,
前記熱伝達値比較部による比較の結果,前記熱伝達値算出部により算出した熱伝達値が前記目標熱伝達値よりも熱伝達状況が悪いことを示す場合は,前記加熱装置の加熱力を大きくし,前記熱伝達値算出部により算出した熱伝達値が前記目標熱伝達値よりも熱伝達状況が良いことを示す場合は,前記加熱装置の加熱力を小さくする加熱力制御部と,を備えていることを特徴とする電池用電極板の製造装置。 - 請求項1に記載の電池用電極板の製造装置において,
前記ワークと材料組成比および固形分率を同じにする模擬ワークが,前記加熱装置からの離隔距離を,前記加熱装置から前記ワークの搬送経路までの離隔距離と同じにして,前記乾燥炉内に配され,
前記第1ワーク温度測定部は,前記模擬ワークにおける前記加熱装置側の第1側面の温度を前記第1ワーク温度として測定するものであり,
前記第2ワーク温度測定部は,前記模擬ワークにおける前記第1側面とは反対の第2側面の温度を前記第2ワーク温度として測定するものである
ことを特徴とする電池用電極板の製造装置。 - 請求項2に記載の電池用電極板の製造装置において,
前記加熱装置は,前記ワークの上方に配され,前記ワークに向かって熱風を噴き出すスリットを備える熱風ノズルであり,
前記模擬ワークは,前記熱風ノズルの直下に固定されていることを特徴とする電池用電極板の製造装置。 - 請求項3に記載の電池用電極板の製造装置において,
前記加熱対象範囲制御部は,前記スリットの開口量および前記熱風ノズルと前記ワークとの離隔距離の少なくとも一方を変えることにより,前記熱風ノズルの加熱対象範囲を変更するものであり,
前記加熱力制御部は,前記熱風ノズルから噴き出される熱風の温度および風量の少なくとも一方を変えることにより,前記熱風ノズルの加熱力を変更するものである
ことを特徴とする電池用電極板の製造装置。 - ペーストを塗工した電極芯材であるワークを通過させることにより前記ペーストを乾燥させる乾燥炉を備える電池用電極板の製造装置において,
前記乾燥炉内に配され,前記ワークを加熱する加熱装置と,
前記ワークにおける前記加熱装置側の第1側面の温度(以下「第1ワーク温度」という)を測定する第1ワーク温度測定部と,
前記ワークにおける前記第1側面とは反対の第2側面の温度(以下「第2ワーク温度」という)を測定する第2ワーク温度測定部と,
前記ワーク内の熱伝導状況を示す値(以下「熱伝導値」という)を,少なくとも前記第1ワーク温度と前記第2ワーク温度に基づいて算出する熱伝導値算出部と,
前記熱伝導値の目標値である目標熱伝導値を記憶する記憶部と,
前記熱伝導値算出部により算出した熱伝導値と前記記憶部に記憶された目標熱伝導値とを比較する熱伝導値比較部と,
前記熱伝導値比較部による比較の結果,前記熱伝導値算出部により算出した熱伝導値が前記目標熱伝導値よりも熱伝導状況が悪いことを示す場合は,前記加熱装置による加熱対象範囲を小さくし,前記熱伝導値算出部により算出した熱伝導値が前記目標熱伝導値よりも熱伝導状況が良いことを示す場合は,前記加熱装置による加熱対象範囲を大きくする加熱対象範囲制御部と,を備えていることを特徴とする電池用電極板の製造装置。 - ペーストを塗工した電極芯材であるワークを通過させることにより前記ペーストを乾燥させる乾燥炉を備える電池用電極板の製造装置において,
前記乾燥炉内に配され,前記ワークを加熱する加熱装置と,
前記加熱装置との離隔距離が,前記加熱装置から前記ワークの搬送経路までの離隔距離よりも小さくなる位置に配され,その位置の温度(以下「加熱元温度」という)を測定する加熱元温度測定部と,
前記ワークにおける前記加熱装置側の側面の温度(以下「ワーク温度」という)を測定するワーク温度測定部と,
前記加熱装置から前記ワークへの熱伝達状況を示す値(以下「熱伝達値」という)を,少なくとも前記加熱元温度と前記ワーク温度に基づいて算出する熱伝達値算出部と,
前記熱伝達値の目標値である目標熱伝達値を記憶する記憶部と,
前記熱伝達値算出部により算出した熱伝達値と前記記憶部に記憶された目標熱伝達値とを比較する熱伝達値比較部と,
前記熱伝達値比較部による比較の結果,前記熱伝達値算出部により算出した熱伝達値が前記目標熱伝達値よりも熱伝達状況が悪いことを示す場合は,前記加熱装置の加熱力を大きくし,前記熱伝達値算出部により算出した熱伝達値が前記目標熱伝達値よりも熱伝達状況が良いことを示す場合は,前記加熱装置の加熱力を小さくする加熱力制御部と,を備えていることを特徴とする電池用電極板の製造装置。 - ペーストを塗工した電極芯材であるワークを,乾燥炉内を通過させることにより,前記乾燥炉内に配された加熱装置を用いて乾燥させる乾燥工程を含む電池用電極板の製造方法において,前記乾燥工程は,
前記加熱装置までの距離が,前記加熱装置から前記ワークの搬送経路までの距離よりも小さい位置での温度(以下「加熱元温度」という)と,前記ワークにおける前記加熱装置側の第1側面の温度(以下「第1ワーク温度」という)と,前記ワークにおける前記第1側面とは反対の第2側面の温度(以下「第2ワーク温度」という)とを測定する温度測定工程と,
前記ワーク内の熱伝導状況を示す値(以下「熱伝導値」という)を,少なくとも前記第1ワーク温度と前記第2ワーク温度に基づいて算出する熱伝導値算出工程と,
前記加熱装置から前記ワークへの熱伝達状況を示す値(以下「熱伝達値」という)を,少なくとも前記加熱元温度と前記第1ワーク温度に基づいて算出する熱伝達値算出工程と,
算出した熱伝導値と目標熱伝導値とを比較する熱伝導値比較工程と,
算出した熱伝達値と目標熱伝達値とを比較する熱伝達値比較工程と,
前記熱伝導値比較工程による比較の結果,前記熱伝導値算出工程により算出した熱伝導値が前記目標熱伝導値よりも熱伝導状況が悪いことを示す場合は,前記加熱装置による加熱対象範囲を小さくし,前記熱伝導値算出工程により算出した熱伝導値が前記目標熱伝導値よりも熱伝導状況が良いことを示す場合は,前記加熱装置による加熱対象範囲を大きくする加熱対象範囲制御工程と,
前記熱伝達値比較工程による比較の結果,前記熱伝達値算出工程により算出した熱伝達値が前記目標熱伝達値よりも熱伝達状況が悪いことを示す場合は,前記加熱装置の加熱力を大きくし,前記熱伝達値算出工程により算出した熱伝達値が前記目標熱伝達値よりも熱伝達状況が良いことを示す場合は,前記加熱装置の加熱力を小さくする加熱力制御工程と,
を含んでいることを特徴とする電池用電極板の製造方法。 - 請求項7に記載の電池用電極板の製造方法において,前記温度測定工程は,
前記加熱装置からの離隔距離を,前記加熱装置から前記ワークの搬送経路までの離隔距離と同じにして,前記乾燥炉内に配されており,前記ワークと材料組成比および固形分率を同じにする模擬ワークにおける前記加熱装置側の第1側面の温度を前記第1ワーク温度として測定し,且つ,前記模擬ワークにおける前記第1側面とは反対の第2側面の温度を前記第2ワーク温度として測定する工程である
ことを特徴とする電池用電極板の製造方法。 - 請求項8に記載の電池用電極板の製造方法において,
前記加熱装置は,前記ワークの上方に配され,前記ワークに向かって熱風を噴き出すスリットを備える熱風ノズルであり,
前記模擬ワークは,前記熱風ノズルの直下に固定されていることを特徴とする電池用電極板の製造方法。 - 請求項9に記載の電池用電極板の製造方法において,
前記加熱対象範囲制御工程は,前記スリットの開口量および前記熱風ノズルと前記ワークとの離隔距離の少なくとも一方を変えることにより,前記熱風ノズルの加熱対象範囲を変更する工程であり,
前記加熱力制御工程は,前記熱風ノズルから噴き出される熱風の温度および風量の少なくとも一方を変えることにより,前記熱風ノズルの加熱力を変更する工程である
ことを特徴とする電池用電極板の製造方法。 - ペーストを塗工した電極芯材であるワークを,乾燥炉内を通過させることにより,前記乾燥炉内に配された加熱装置を用いて乾燥させる乾燥工程を含む電池用電極板の製造方法において,前記乾燥工程は,
前記ワークにおける前記加熱装置側の第1側面の温度(以下「第1ワーク温度」という)と,前記ワークにおける前記第1側面とは反対の第2側面の温度(以下「第2ワーク温度」という)とを測定する温度測定工程と,
前記ワーク内の熱伝導状況を示す値(以下「熱伝導値」という)を,少なくとも前記第1ワーク温度と前記第2ワーク温度に基づいて算出する熱伝導値算出工程と,
算出した熱伝導値と目標熱伝導値とを比較する熱伝導値比較工程と,
前記熱伝導値比較工程による比較の結果,前記熱伝導値算出工程により算出した熱伝導値が前記目標熱伝導値よりも熱伝導状況が悪いことを示す場合は,前記加熱装置による加熱対象範囲を小さくし,前記熱伝導値算出工程により算出した熱伝導値が前記目標熱伝導値よりも熱伝導状況が良いことを示す場合は,前記加熱装置による加熱対象範囲を大きくする加熱対象範囲制御工程と,を含んでいることを特徴とする電池用電極板の製造方法。 - ペーストを塗工した電極芯材であるワークを,乾燥炉内を通過させることにより,前記乾燥炉内に配された加熱装置を用いて乾燥させる乾燥工程を含む電池用電極板の製造方法において,前記乾燥工程は,
前記加熱装置までの距離が,前記加熱装置から前記ワークの搬送経路までの距離よりも小さい位置の温度(以下「加熱元温度」という)と,前記ワークにおける前記加熱装置側の側面の温度(以下「ワーク温度」という)と,を測定する温度測定工程と,
前記加熱装置から前記ワークへの熱伝達状況を示す値(以下「熱伝達値」という)を,少なくとも前記加熱元温度と前記ワーク温度に基づいて算出する熱伝達値算出工程と,
算出した熱伝達値と目標熱伝達値とを比較する熱伝達値比較工程と,
前記熱伝達値比較工程による比較の結果,前記熱伝達値算出工程により算出した熱伝達値が前記目標熱伝達値よりも熱伝達状況が悪いことを示す場合は,前記加熱装置の加熱力を大きくし,前記熱伝達値算出工程により算出した熱伝達値が前記目標熱伝達値よりも熱伝達状況が良いことを示す場合は,前記加熱装置の加熱力を小さくする加熱力制御工程と,
を含んでいることを特徴とする電池用電極板の製造方法。
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