JP6429189B2

JP6429189B2 - 真空乾燥装置、真空乾燥方法、および電池電極の製造方法

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Publication number: JP6429189B2
Application number: JP2014240596A
Authority: JP
Inventors: 陽介森口
Original assignee: Eliiy Power Co Ltd
Current assignee: Eliiy Power Co Ltd
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2034-11-27
Also published as: JP2016102606A

Description

本発明は、真空乾燥装置、真空乾燥方法、および電池電極の製造方法に関する。

従来、被乾燥物を乾燥させる技術として、真空乾燥に関する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１には、容器内を真空ポンプで真空化して、容器内に収容されている被乾燥物を乾燥させる、真空乾燥に関する技術が示されている。また、特許文献２には、真空乾燥において、乾燥炉内の被乾燥物から発生した水蒸気をコールドトラップで凝固させて捕集する技術が示されている。

特開２００５−１４０５３６号公報特開２００９−１５６４９９号公報

特許文献２のようにコールドトラップを用いる真空乾燥では、乾燥炉と真空ポンプとの間にコールドトラップを設け、真空乾燥が完了するまで乾燥炉とコールドトラップとを常に接続した状態にする。このため、真空乾燥を行っている途中で、コールドトラップで凝固した氷が昇華により水蒸気に戻って被乾燥物に接触してしまい、被乾燥物の乾燥に時間がかかってしまったり、被乾燥物の乾燥を完了させることができなかったりするおそれがあった。特に、リチウムイオン電池といった二次電池の電極を乾燥させる場合には、電極を十分に乾燥できていないと、電池としての所望の性能を発揮できないおそれがあった。例えば、電極には、乾燥により水分が除去されることのみならず、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）のような有機溶剤が含まれることがある。ＮＭＰなどは、水分より冷却点が低いことから、このような溶剤もコールドトラップで効果的に捕集する必要がある。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、コールドトラップを用いた真空乾燥において、乾燥炉内の液体が気化した気体をコールドトラップで捕集したにもかかわらず、この気体が被乾燥物に接触してしまうのを防止することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。

（１）本発明は、被乾燥物（例えば、後述のリチウムイオン二次電池の電極に相当）が配置される乾燥炉（例えば、図１の乾燥炉１０に相当）と、当該乾燥炉内を真空排気する真空ポンプ（例えば、図１の真空ポンプ２０に相当）と、当該乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集するコールドトラップ（例えば、図１のコールドトラップ３０に相当）と、を備える真空乾燥装置（例えば、図１の真空乾燥装置１に相当）であって、前記真空乾燥装置内の圧力を測定する圧力測定手段（例えば、図１の圧力測定部４０に相当）と、前記コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該被乾燥物の乾燥を行うかを制御する制御手段（例えば、図１の制御部５０に相当）と、を備え、前記制御手段は、閾値を、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定し、前記圧力測定手段により測定された圧力と、前記閾値と、の関係に応じて、前記コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該被乾燥物の乾燥を行うかを選択的に制御することを特徴とする真空乾燥装置を提案している。

この発明によれば、真空乾燥装置に圧力測定手段および制御手段を設け、圧力測定手段により、真空乾燥装置内の圧力を測定することとした。また、制御手段により、閾値を、コールドトラップ内において固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定し、圧力測定手段により測定された圧力と閾値との関係に応じて、コールドトラップを用いて被乾燥物の乾燥を行うか、コールドトラップを用いずに被乾燥物の乾燥を行うかを選択的に制御することとした。このため、真空ポンプによる真空排気により真空乾燥装置内の圧力が低下していくことになるが、コールドトラップで捕集した固体が、真空乾燥装置内の圧力が低下することによって気体に昇華し始めるよりも前に、コールドトラップを用いた被乾燥物の乾燥を停止させることができる。したがって、コールドトラップを用いた真空乾燥において、乾燥炉内の液体が気化した気体をコールドトラップで捕集したにもかかわらず、この気体が被乾燥物に接触してしまうのを防止することができる。

（２）本発明は、（１）の真空乾燥装置について、前記圧力測定手段は、前記コールドトラップ内の圧力、または当該コールドトラップと連通する空間内（例えば、図１の乾燥炉１０内に相当）の圧力を測定することを特徴とする真空乾燥装置を提案している。

この発明によれば、（１）の真空乾燥装置において、圧力測定手段により、コールドトラップ内の圧力、またはコールドトラップと連通する空間内の圧力を測定することとした。このため、コールドトラップ内の圧力を直接求めたり、コールドトラップと連通する空間内の圧力を測定することでコールドトラップ内の圧力を間接的に求めたりすることができ、求めた圧力に基づいて、コールドトラップを用いて被乾燥物の乾燥を行うか、コールドトラップを用いずに被乾燥物の乾燥を行うかの選択的な制御を容易に実現することができる。

（３）本発明は、（１）または（２）の真空乾燥装置について、前記制御手段は、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際における当該コールドトラップ内の圧力と温度との関係を予め記憶する記憶手段（例えば、図５の記憶部５４に相当）と、前記コールドトラップ内の温度を測定する温度測定手段（例えば、図５の温度測定部５５に相当）と、を備え、前記温度測定手段により測定された真空乾燥処理中の温度において前記固体が気体に昇華し始める際の圧力を、前記記憶手段に記憶されている関係に基づいて決定し、決定した圧力に基づいて前記閾値を前記制御手段に設定することを特徴とする真空乾燥装置を提案している。

ここで、固体が気体に昇華し始める際の圧力は、固体の温度によって変化する。そこで、この発明によれば、（１）または（２）の真空乾燥装置において、制御手段に記憶手段および温度測定手段を設け、記憶手段により、コールドトラップ内において固体が気体に昇華し始める際におけるコールドトラップ内の圧力と温度との関係を予め記憶するとともに、温度測定手段により、コールドトラップ内の温度を測定することとした。また、制御手段により、温度測定手段により測定された真空乾燥処理中の温度において固体が気体に昇華し始める際の圧力を、記憶手段に記憶されている関係から決定し、決定した圧力に基づいて上述の閾値を設定することとした。このため、コールドトラップで捕集されている固体の温度に応じて閾値を設定することができるので、コールドトラップを用いた被乾燥物の乾燥の終了タイミングをさらに適切に制御することができる。

（４）本発明は、（１）から（３）のいずれか１つの真空乾燥装置について、前記制御手段は、前記閾値として、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力より高い値を設定することを特徴とする真空乾燥装置を提案している。

この発明によれば、（１）から（３）のいずれか１つの真空乾燥装置において、制御手段により、閾値として、コールドトラップ内において固体が気体に昇華し始める際の圧力より高い値を設定することとした。このため、乾燥炉内の液体が気化した気体をコールドトラップで捕集したにもかかわらず、この気体が被乾燥物に接触してしまうのをより確実に防止することができる。

（５）本発明は、（１）から（４）のいずれか１つの真空乾燥装置について、前記乾燥炉と前記真空ポンプとの間に設けられ、前記コールドトラップと接続された第１の排気経路（例えば、図１の配管５２４、５２５に相当）と、当該コールドトラップと接続されていない第２の排気経路（例えば、図１の配管５２２に相当）と、を備え、前記制御手段は、前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも高い期間では、前記乾燥炉を前記第１の排気経路と接続し、前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記乾燥炉を前記第２の排気経路と接続することを特徴とする真空乾燥装置を提案している。

この発明によれば、（１）から（４）のいずれか１つの真空乾燥装置において、コールドトラップと接続された第１の排気経路と、コールドトラップと接続されていない第２の排気経路と、を乾燥炉と真空ポンプとの間に設けることとした。また、制御手段により、圧力測定手段により測定された圧力が閾値よりも高い期間では、乾燥炉を第１の排気経路と接続し、圧力測定手段により測定された圧力が閾値よりも低い期間では、乾燥炉を第２の排気経路と接続することとした。このため、真空乾燥装置内の圧力が閾値よりも高い期間では、真空乾燥にコールドトラップを用いることができ、真空乾燥装置内の圧力が閾値よりも低い期間では、コールドトラップを乾燥炉から切り離すことができる。

（６）本発明は、（１）から（４）のいずれか１つの真空乾燥装置について、前記乾燥炉は、前記コールドトラップ（例えば、図６のコールドトラップ３０に相当）と接続された第１の乾燥炉（例えば、図６の第１の乾燥炉１０Ａに相当）と、当該コールドトラップと接続されていない第２の乾燥炉（例えば、図６の第２の乾燥炉１０Ｂに相当）と、を備え、前記真空ポンプは、前記第１の乾燥炉内および前記第２の乾燥炉内を真空排気し、前記コールドトラップは、前記第１の乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集し、前記制御手段は、前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも高い期間では、前記被乾燥物を前記第１の乾燥炉に配置し、前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記被乾燥物を前記第１の乾燥炉から前記第２の乾燥炉に移すことを特徴とする真空乾燥装置を提案している。

この発明によれば、（１）から（４）のいずれか１つの真空乾燥装置において、乾燥炉として、コールドトラップと接続された第１の乾燥炉と、コールドトラップと接続されていない第２の乾燥炉と、を設け、真空ポンプにより、第１の乾燥炉内および第２の乾燥炉内を真空排気することとした。また、コールドトラップにより、第１の乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集することとした。また、圧力測定手段により測定された圧力が閾値よりも高い期間では、制御手段により、被乾燥物を第１の乾燥炉に配置することとした。また、圧力測定手段により測定された圧力が閾値よりも低い期間では、制御手段により、被乾燥物を第１の乾燥炉から第２の乾燥炉に移すこととした。このため、真空乾燥装置内の圧力が閾値よりも高い期間では、コールドトラップが接続されている第１の乾燥炉内に被乾燥物が配置されているので、真空乾燥にコールドトラップを用いることができる。一方、真空乾燥装置内の圧力が閾値よりも低い期間では、コールドトラップが接続されていない第２の乾燥炉内に被乾燥物が配置されているので、コールドトラップで捕集した気体が被乾燥物に接触してしまうのを防止することができる。

（７）本発明は、（６）の真空乾燥装置について、前記真空ポンプは、前記第１の乾燥炉内を真空排気する第１の真空ポンプ（例えば、図６の第１の真空ポンプ２０Ａに相当）と、前記第２の乾燥炉内を真空排気する第２の真空ポンプ（例えば、図６の第２の真空ポンプ２０Ｂに相当）と、を備えることを特徴とする真空乾燥装置を提案している。

この発明によれば、（６）の真空乾燥装置において、真空ポンプとして、第１の乾燥炉内を真空排気する第１の真空ポンプと、第２の乾燥炉内を真空排気する第２の真空ポンプと、を設けることとした。このため、第１の乾燥炉および第２の乾燥炉について、それぞれ独立した真空排気を行うことができる。

（８）本発明は、（１）から（７）のいずれか１つの真空乾燥装置について、前記コールドトラップは、捕集した固体を溶かして排出するための排出口を備えることを特徴とする真空乾燥装置を提案している。

この発明によれば、（１）から（７）のいずれか１つの真空乾燥装置において、コールドトラップに、捕集した固体を溶かして排出するための排出口を設けることとした。このため、コールドトラップにて捕集された固体を、排出口を介してコールドトラップから適宜除去することができる。

（９）本発明は、（１）から（８）のいずれか１つの真空乾燥装置について、前記被乾燥物は、電池電極であることを特徴とする真空乾燥装置を提案している。

この発明によれば、（１）から（８）のいずれか１つの真空乾燥装置において、被乾燥物は、電池電極であることとした。このため、コールドトラップを用いた真空乾燥において、乾燥炉内の液体が気化した気体をコールドトラップで捕集したにもかかわらず、この気体が電池電極に接触してしまうのを防止することができる。

（１０）本発明は、被乾燥物（例えば、後述のリチウムイオン二次電池の電極に相当）が配置される乾燥炉（例えば、図１の乾燥炉１０に相当）と、当該乾燥炉内を真空排気する真空ポンプ（例えば、図１の真空ポンプ２０に相当）と、当該乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集するコールドトラップ（例えば、図１のコールドトラップ３０に相当）と、を備える真空乾燥装置（例えば、図１の真空乾燥装置１に相当）における真空乾燥方法であって、前記乾燥炉内に前記被乾燥物を配置し、前記真空ポンプで当該乾燥炉内を真空排気することにより当該被乾燥物の乾燥を行うとともに、前記真空乾燥装置内の圧力を測定する第１のステップと、前記コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該被乾燥物の乾燥を行うかを制御する第２のステップと、を備え、前記第２のステップでは、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定された閾値よりも、前記第１のステップにより測定された圧力が高い期間では、当該コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行い、前記第１のステップにより測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記コールドトラップを用いずに前記被乾燥物の乾燥を行うことを特徴とする真空乾燥方法を提案している。

この発明によれば、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

（１１）本発明は、（１０）の真空乾燥方法について、前記閾値を、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い値に設定することを特徴とする真空乾燥方法を提案している。

（１２）本発明は、（１０）または（１１）の真空乾燥方法について、前記コールドトラップにて捕集された固体を溶かして、当該コールドトラップから排出する第３のステップを備えることを特徴とする真空乾燥方法を提案している。

（１３）電池電極を真空乾燥する電池電極の製造方法であって、乾燥炉（例えば、図１の乾燥炉１０に相当）内に前記電池電極を配置し、真空ポンプ（例えば、図１の真空ポンプ２０に相当）で当該乾燥炉内を真空排気することにより当該電池電極の真空乾燥を行うとともに、コールドトラップ（例えば、図１のコールドトラップ３０に相当）内または当該コールドトラップに連通する空間内の圧力を測定する第１のステップと、前記コールドトラップを用いて前記電池電極の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該電池電極の乾燥を行うかを制御する第２のステップと、前記真空乾燥の完了した電池電極を前記乾燥炉から取り出して、次の工程へ搬送する第３のステップと、を備え、前記第２のステップでは、前記コールドトラップにより捕集された固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定された閾値よりも、前記第１のステップにより測定された圧力が高い期間では、当該コールドトラップを用いて前記電池電極の乾燥を行い、前記第１のステップにより測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記コールドトラップを用いずに前記電池電極の乾燥を行うことを特徴とする電池電極の製造方法を提案している。

この発明によれば、電池電極を製造する際に、上述した効果と同様の効果を奏することができる。

（１４）本発明は、（１３）の電池電極の製造方法について、前記閾値を、前記コールドトラップ内により捕集された固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い値に設定することを特徴とする電池電極の製造方法を提案している。

（１５）本発明は、（１３）または（１４）の電池電極の製造方法について、前記コールドトラップにて捕集された固体を溶かして、当該コールドトラップから排出する第４のステップを備えることを特徴とする電池電極の製造方法を提案している。

本発明によれば、コールドトラップを用いた真空乾燥において、乾燥炉内の液体が気化した気体をコールドトラップで捕集したにもかかわらず、この気体が被乾燥物に接触してしまうのを防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る真空乾燥装置のブロック図である。コールドトラップにおける気体から固体への昇華を説明するための図である。コールドトラップにおける固体から気体への昇華を説明するための図である。除去対象物における温度と圧力とに基づく状態変化の関係を示す図である。本発明の第２実施形態に係る真空乾燥装置のブロック図である。本発明の第３実施形態に係る真空乾燥装置のブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る真空乾燥装置１のブロック図である。真空乾燥装置１は、乾燥炉１０、真空ポンプ２０、コールドトラップ３０、圧力測定部４０、および制御部５０を備える。

乾燥炉１０の内部には、被乾燥物が配置される。本実施形態では、被乾燥物は、リチウムイオン二次電池の電極であるものとする。

圧力測定部４０は、乾燥炉１０内の圧力を測定する。

制御部５０は、バルブ制御部５１と、配管５２１、５２２、５２３、５２４、５２５と、バルブ５３１、５３２、５３３、５３４と、を備える。バルブ制御部５１は、圧力測定部４０による測定結果と、後述の閾値と、の関係に応じて、バルブ５３１から５３４のそれぞれの開閉を制御して、乾燥炉１０と真空ポンプ２０との接続を制御する。

真空ポンプ２０は、バルブ制御部５１によるバルブ５３１から５３４のそれぞれの開閉の制御に応じた経路で、乾燥炉１０内を真空排気する。

コールドトラップ３０は、バルブ５３３が開いている期間、すなわち乾燥炉１０とコールドトラップ３０とが接続されている期間に、乾燥炉１０内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集する。また、コールドトラップ３０は、内部の温度を予め定められた温度に維持する。なお、本実施形態では、上述の液体として、水分を想定しているが、ＮＭＰのような有機溶剤を含むものであってもよい。

図２、３は、コールドトラップ３０内の様子を示す模式図である。コールドトラップ３０は、捕集部３１を備えており、この捕集部３１を予め定められた温度に冷却する。

図４は、コールドトラップ３０により捕集する除去対象物の状態と圧力と温度との関係を示す図である。除去対象物は、図４に示すように、温度および圧力に応じて、気体、液体、および固体のいずれかの状態になる。

まず、圧力測定部４０により測定された乾燥炉１０内の圧力が、コールドトラップ３０内にて固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い場合について、図２、４を用いて以下に説明する。この場合、冷却されている捕集部３１に気体が接触すると、この気体は、固体に昇華して捕集部３１に捕集される。なお、上述の固体が気体に昇華し始める際の圧力は、この固体が水分のみである場合には、水分が気体に昇華し始める際の圧力のことであり、この固体が水分およびＮＭＰである場合には、これら水分およびＮＭＰが共に気体に昇華し始める際の圧力のことである。

次に、圧力測定部４０により測定された乾燥炉１０内の圧力が、コールドトラップ３０内にて固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも低い場合について、図３、４を用いて以下に説明する。この場合、捕集部３１に捕集されていた固体が昇華により気体に戻ってしまい、この気体が被乾燥物に接触してしまう可能性がある。

そこで、バルブ制御部５１は、まず、コールドトラップ３０内にて固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い値を、上述の閾値として予め設定する。

バルブ制御部５１は、次に、圧力測定部４０により測定された乾燥炉１０内の圧力が閾値よりも高い期間では、バルブ５３１、５３２を閉じるとともに、バルブ５３３、５３４を開く。これによれば、乾燥炉１０と真空ポンプ２０とが、配管５２１と、配管５２４と、コールドトラップ３０と、配管５２５と、配管５２３と、を介して接続されることになる。このため、乾燥炉１０内の液体が気化した気体は、コールドトラップ３０により固体に昇華して捕集される。

一方、バルブ制御部５１は、圧力測定部４０により測定された乾燥炉１０内の圧力が閾値よりも低い期間では、バルブ５３１、５３２を開くとともに、バルブ５３３、５３４を閉じる。これによれば、乾燥炉１０と真空ポンプ２０とが、配管５２１と、配管５２２と、配管５２３と、を介して接続され、乾燥炉１０と真空ポンプ２０との接続においてコールドトラップ３０がバイパスされることになる。このため、乾燥炉１０内の圧力がさらに低下して、コールドトラップ３０により捕集されている固体が昇華により気体に戻ってしまう圧力となってしまっても、コールドトラップ３０は乾燥炉１０と接続されていないので、この気体が乾燥炉１０内の被乾燥物に接触することはない。

コールドトラップ３０にて捕集された固体は、被乾燥物への乾燥処理を所定の回数行った後や、被乾燥物への乾燥処理が全て終了して真空乾燥装置を止める前などのように、被乾燥物への乾燥処理を行っていないタイミングで、取り除かれる。具体的には、コールドトラップ３０にて捕集された固体は、コールドトラップ３０へ暖められたガスを導入するなどによって溶かされて、コールドトラップ３０の開状態の排出口から排出される。これにより、被乾燥物に対する次の乾燥処理の前にコールドトラップ３０にて捕集された除去対象物（水、ＮＭＰなど）を除去することができる。コールドトラップ３０の排出口は、コールドトラップ３０で捕集された固体を取り除く排出処理の際に開状態となり、それ以外の際に閉状態となることができる機構を有する。なお、この排出処理の際には、暖められたガスの導入のために少なくともバルブ５３４は開状態とする。この排出処理の際には、さらに、除去対象物が再び気化して乾燥炉１０に戻ることがないように、バルブ５３１やバルブ５３３を閉状態としておくことが望ましい。

以上の真空乾燥装置１によれば、以下の効果を奏することができる。

真空乾燥装置１は、圧力測定部４０により、真空乾燥装置１内の圧力として乾燥炉１０内の圧力を測定する。また、制御部５０により、閾値を、コールドトラップ３０内において固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定し、圧力測定部４０により測定された圧力と閾値との関係に応じて、乾燥炉１０とコールドトラップ３０とを接続するか切り離すかを選択的に制御する。このため、真空ポンプ２０による真空排気により真空乾燥装置１内の圧力が低下していくことになるが、コールドトラップ３０で捕集した固体が、真空乾燥装置１内の圧力が低下することによって気体に昇華し始めるよりも前に、コールドトラップ３０を乾燥炉１０から切り離すことができる。したがって、コールドトラップ３０を用いた真空乾燥において、乾燥炉１０内の液体が気化した気体をコールドトラップ３０で捕集したにもかかわらず、この気体が被乾燥物に接触してしまうのを防止することができる。

また、真空乾燥装置１は、制御部５０により、圧力測定部４０により測定された圧力が閾値よりも高い期間では、乾燥炉１０とコールドトラップ３０とを接続し、圧力測定部４０により測定された圧力が閾値よりも低い期間では、コールドトラップ３０を乾燥炉１０から切り離す。このため、真空乾燥装置１内の圧力が閾値よりも高い期間では、真空乾燥にコールドトラップ３０を用いることができる。また、真空乾燥装置１内の圧力が閾値よりも低い期間では、コールドトラップ３０を乾燥炉１０から切り離すことができる。

また、真空乾燥装置１は、圧力測定部４０により、真空乾燥装置１内の圧力として乾燥炉１０内の圧力を測定する。このため、乾燥炉１０とコールドトラップ３０とが接続されている期間において、圧力測定部４０により測定された乾燥炉１０内の圧力から、コールドトラップ３０内の圧力を間接的に求めることができる。したがって、求めた圧力に基づいて、乾燥炉１０とコールドトラップ３０とを接続するか切り離すかの制御を容易に実現することができる。

また、真空乾燥装置１は、制御部５０により、閾値として、コールドトラップ３０内において固体が気体に昇華し始める際の圧力より高い値を設定する。このため、乾燥炉１０内の液体が気化した気体をコールドトラップ３０で捕集したにもかかわらず、この気体が被乾燥物に接触してしまうのをより確実に防止することができる。

また、真空乾燥装置１は、圧力測定部４０により測定された圧力が閾値よりも高い期間では、制御部５０により、乾燥炉１０と真空ポンプ２０とをコールドトラップ３０を介して接続する。また、圧力測定部４０により測定された圧力が閾値よりも低い期間では、制御部５０により、乾燥炉１０と真空ポンプ２０とをコールドトラップ３０を介することなく接続する。このため、乾燥炉１０内の圧力が閾値よりも高い期間では、真空乾燥にコールドトラップ３０を用いることができる。また、乾燥炉１０内の圧力が閾値よりも低い期間では、コールドトラップ３０を乾燥炉１０から切り離すことができる。

また、真空乾燥装置１は、被乾燥物として、リチウムイオン二次電池の電極を真空乾燥させることができる。

また、真空乾燥装置１では、コールドトラップ３０は、捕集した固体を溶かして排出するための排出口を備える。このため、コールドトラップ３０にて捕集された固体を、排出口を介してコールドトラップ３０から適宜除去することができる。

＜第２実施形態＞
図５は、本発明の第２実施形態に係る真空乾燥装置１Ａのブロック図である。真空乾燥装置１Ａは、図１に示した本発明の第１実施形態に係る真空乾燥装置１とは、制御部５０の代わりに制御部５０Ａを備える点で異なる。なお、真空乾燥装置１Ａにおいて、真空乾燥装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

制御部５０Ａは、バルブ制御部５１Ａと、配管５２１、５２２、５２３、５２４、５２５と、バルブ５３１、５３２、５３３、５３４と、記憶部５４と、温度測定部５５と、を備える。

記憶部５４は、コールドトラップ３０内の除去対象物が固体から気体へ昇華し始める際におけるコールドトラップ内の圧力と温度との関係を、予め記憶する。なお、除去対象物が複数ある場合には、固体から気体へ昇華し始める際の圧力と温度との関係を除去対象物ごとに予め記憶するか、または全ての除去対象物が固体から気体へ昇華する際の圧力と温度との関係を予め記憶する。

温度測定部５５は、コールドトラップ３０内の温度を測定する。より具体的には、温度測定部５５は、コールドトラップ３０に設けられた捕集部３１の温度を測定する。

バルブ制御部５１Ａは、まず、温度測定部５５により測定された真空乾燥処理中の温度を取得する。次に、記憶部５４に記憶されている関係を読み出す。なお、除去対象物が複数あり、記憶部５４に複数の関係が記憶されている場合には、これら複数の関係から、全ての除去対象物が固体から気体へ昇華する際の圧力と温度との関係を演算などで求める。次に、取得した温度において固体が気体に昇華し始める際の圧力を、記憶部５４に記憶されている関係（除去対象物が１つの場合）、または記憶部５４に記憶されている複数の関係から求めた関係（除去対象物が複数の場合）から決定し、決定した圧力よりも高い値を、閾値として予め設定する。次に、制御部５０に設けられたバルブ制御部５１と同様に、圧力測定部４０による測定結果と閾値との関係に応じて、バルブ５３１から５３４のそれぞれの開閉を制御して、乾燥炉１０と真空ポンプ２０との接続を制御する。

以上の真空乾燥装置１Ａによれば、真空乾燥装置１が奏することのできる上述の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。

真空乾燥装置１Ａは、記憶部５４により、コールドトラップ３０内において固体が気体に昇華し始める際におけるコールドトラップ内の圧力と温度との関係を予め記憶するとともに、温度測定部５５により、コールドトラップ３０内の温度を測定する。また、バルブ制御部５１Ａにより、温度測定部５５により測定された真空乾燥処理中の温度において固体が気体に昇華し始める際の圧力を、記憶部５４に記憶されている関係から決定し、決定した圧力に基づいて閾値を設定する。このため、コールドトラップ３０で捕集されている固体の温度に応じて閾値を設定することができるので、コールドトラップ３０を乾燥炉１０から切り離すタイミングをさらに適切に制御することができる。

また、真空乾燥装置１Ａは、除去対象物が複数ある場合、全ての除去対象物が固体から気体へ昇華する際の圧力と温度との関係を、記憶部５４により予め記憶しておくか、またはバルブ制御部５１Ａにより演算などで求める。このため、除去対象物が複数ある場合でも、これら除去対象物をコールドトラップ３０で捕集できるように、閾値を適切に設定することができる。

＜第３実施形態＞
図６は、本発明の第３実施形態に係る真空乾燥装置１Ｂのブロック図である。真空乾燥装置１Ｂは、図１に示した本発明の第１実施形態に係る真空乾燥装置１とは、乾燥炉１０の代わりに第１の乾燥炉１０Ａおよび第２の乾燥炉１０Ｂを備える点と、真空ポンプ２０の代わりに第１の真空ポンプ２０Ａおよび第２の真空ポンプ２０Ｂを備える点と、制御部５０の代わりに制御部５０Ｂを備える点と、で異なる。なお、真空乾燥装置１Ｂにおいて、真空乾燥装置１と同一構成要件については、同一符号を付し、その説明を省略する。

制御部５０Ｂは、移送制御部５１Ｂと、配管５２６、５２７、５２８と、移送部５６と、を備える。配管５２６は、第１の乾燥炉１０Ａとコールドトラップ３０とを接続し、配管５２７は、コールドトラップ３０と第１の真空ポンプ２０Ａとを接続する。配管５２８は、第２の乾燥炉１０Ｂと第２の真空ポンプ２０Ｂとを接続する。移送部５６は、移送制御部５１Ｂによる制御に応じて、第１の乾燥炉１０Ａから第２の乾燥炉１０Ｂに被乾燥物を移したり、第２の乾燥炉１０Ｂから第１の乾燥炉１０Ａに被乾燥物を移したりする。

なお、移送部５６の略中央には、開閉可能に設けられたシャッター（図示省略）が設けられている。第１の乾燥炉１０Ａから第２の乾燥炉１０Ｂに被乾燥物を移したり、第２の乾燥炉１０Ｂから第１の乾燥炉１０Ａに被乾燥物を移したりする場合には、移送部５６は、シャッターを開いて、第１の乾燥炉１０Ａと第２の乾燥炉１０Ｂとを連通させる。また、被乾燥物の真空乾燥処理を第１の乾燥炉１０Ａまたは第２の乾燥炉１０Ｂで行う場合には、シャッターを閉じて、第１の乾燥炉１０Ａと第２の乾燥炉１０Ｂとを切り離す。

移送制御部５１Ｂは、圧力測定部４０により測定された第１の乾燥炉１０Ａ内の圧力と閾値との関係に応じて、移送部５６を制御して、第１の乾燥炉１０Ａおよび第２の乾燥炉１０Ｂのうちどちらに被乾燥物を配置するのかを制御する。なお、第１の乾燥炉１０Ａの内部および第２の乾燥炉１０Ｂの内部と同様に、移送部５６の内部は、外気に触れないように形成される。

具体的には、移送制御部５１Ｂは、まず、コールドトラップ３０内にて固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い値を、閾値として予め設定する。

移送制御部５１Ｂは、次に、圧力測定部４０により測定された第１の乾燥炉１０Ａ内の圧力が閾値よりも高い期間では、移送部５６を制御して、第１の乾燥炉１０Ａに被乾燥物を配置し、上述のシャッターを閉じて第１の乾燥炉１０Ａと第２の乾燥炉１０Ｂとを切り離す（第１の乾燥炉１０Ａと第２の乾燥炉１０Ｂとの間を遮断状態とする）。このため、第１の乾燥炉１０Ａ内の液体が気化した気体は、コールドトラップ３０により固体に昇華して捕集される。

一方、移送制御部５１Ｂは、圧力測定部４０により測定された第１の乾燥炉１０Ａ内の圧力が閾値よりも低い期間では、移送部５６を制御して、上述のシャッターを開いて第１の乾燥炉１０Ａと第２の乾燥炉１０Ｂとを連通させ、第１の乾燥炉１０Ａから第２の乾燥炉１０Ｂに被乾燥物を移して第２の乾燥炉１０Ｂに被乾燥物を配置した後に、上述のシャッターを閉じて第１の乾燥炉１０Ａと第２の乾燥炉１０Ｂとを切り離す。このため、圧力測定部４０により測定された第１の乾燥炉１０Ａ内の圧力が閾値よりも低い期間において、コールドトラップ３０により捕集されている固体が昇華により気体に戻ってしまっても、コールドトラップ３０は第２の乾燥炉１０Ｂと接続されていないので、この気体が第２の乾燥炉１０Ｂ内の被乾燥物に接触することはない。

コールドトラップ３０にて捕集された固体は、被乾燥物への乾燥処理を所定の回数行った後や、被乾燥物への乾燥処理が全て終了して真空乾燥装置を止める前などのように、被乾燥物への乾燥処理を行っていないタイミングで、取り除かれる。具体的には、コールドトラップ３０にて捕集された固体は、コールドトラップ３０へ暖められたガスを導入するなどによって溶かされて、コールドトラップ３０の開状態の排出口から排出される。これにより、被乾燥物に対する次の乾燥処理の前にコールドトラップ３０にて捕集された除去対象物（水、ＮＭＰなど）を除去することができる。コールドトラップ３０の排出口は、コールドトラップ３０で捕集された固体を取り除く排出処理の際に開状態となり、それ以外の際に閉状態となることができる機構を有する。

以上の真空乾燥装置１Ｂによれば、真空乾燥装置１が奏することのできる上述の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。

真空乾燥装置１Ｂは、第１の真空ポンプ２０Ａにより第１の乾燥炉１０Ａ内を真空排気するとともに、第２の真空ポンプ２０Ｂにより第２の乾燥炉１０Ｂ内を真空排気する。また、コールドトラップ３０により、第１の乾燥炉１０Ａ内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集する。また、圧力測定部４０により測定された圧力が閾値よりも高い期間では、制御部５０Ｂにより、被乾燥物を第１の乾燥炉１０Ａに配置する。また、圧力測定部４０により測定された圧力が閾値よりも低い期間では、制御部５０Ｂにより、被乾燥物を第１の乾燥炉１０Ａから第２の乾燥炉１０Ｂに移す。このため、第１の乾燥炉１０Ａ内の圧力が閾値よりも高い期間では、コールドトラップ３０が接続されている第１の乾燥炉１０Ａ内に被乾燥物が配置されているので、真空乾燥にコールドトラップ３０を用いることができる。一方、第１の乾燥炉１０Ａ内の圧力が閾値よりも低い期間では、コールドトラップ３０が接続されていない第２の乾燥炉１０Ｂ内に被乾燥物が配置されているので、コールドトラップ３０で捕集した気体が被乾燥物に接触してしまうのを防止することができる。

また、真空乾燥装置１Ｂは、第１の乾燥炉１０Ａ内を真空排気する第１の真空ポンプ２０Ａと、第２の乾燥炉１０Ｂ内を真空排気する第２の真空ポンプ２０Ｂと、を備える。このため、第１の乾燥炉１０Ａおよび第２の乾燥炉１０Ｂについて、それぞれ独立した真空排気を行うことができる。

また、真空乾燥装置１Ｂは、移送部５６の略中央にシャッターを備える。このため、１つのシャッターで、第１の乾燥炉１０Ａと第２の乾燥炉１０Ｂとを連通させたり切り離したりすることができるので、複数のシャッターを備える場合と比べて、真空乾燥装置１Ｂの製造コストを抑制できるとともに、シャッターの制御を簡易化することができる。

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計なども含まれる。

例えば、上述の各実施形態では、コールドトラップ３０で捕集する対象は、気体としたが、例えば水蒸気であってよい。

また、上述の各実施形態では、被乾燥物は、リチウムイオン二次電池の電極であるものとしたが、これに限らない。

また、上述の第１実施形態および第２実施形態では、圧力測定部４０により、真空乾燥装置１、１Ａ内の圧力として乾燥炉１０内の圧力を測定することとした。しかし、コールドトラップ３０内の圧力を求めることができればよく、圧力測定部４０により、例えばコールドトラップ３０内の圧力を測定したり、コールドトラップ３０に接続された配管５２４や配管５２５内の圧力を測定したりしてもよい。

また、上述の第３実施形態では、圧力測定部４０により、真空乾燥装置１Ｂ内の圧力として第１の乾燥炉１０Ａ内の圧力を測定することとした。しかし、コールドトラップ３０内の圧力を求めることができればよく、圧力測定部４０により、例えばコールドトラップ３０内の圧力を測定したり、コールドトラップ３０に接続された配管５２６や配管５２７内の圧力を測定したりしてもよい。

また、上述の第３実施形態において、第２実施形態で説明した記憶部５４を制御部５０Ｂに設けるとともに、第２実施形態で説明した温度測定部５５によりコールドトラップ３０内の温度を測定し、移送制御部５１Ｂにより、温度測定部５５により測定された真空乾燥処理中の温度を取得し、取得した温度において固体が気体に昇華し始める際の圧力を、記憶部５４に記憶されている関係から決定し、決定した圧力よりも高い値を、閾値として予め設定することとしてもよい。

また、上述の第１実施形態および第２実施形態において、圧力測定部４０により測定された圧力が閾値と等しい期間では、乾燥炉１０とコールドトラップ３０とを接続してもよいし、コールドトラップ３０を乾燥炉１０から切り離してもよい。

また、上述の第３実施形態において、圧力測定部４０により測定された圧力が閾値と等しい期間では、被乾燥物を第１の乾燥炉１０Ａに配置してもよいし、被乾燥物を第２の乾燥炉１０Ｂに配置してもよい。

また、上述の第３実施形態では、第１の乾燥炉１０Ａの内部の真空排気を第１の真空ポンプ２０Ａで行い、第２の乾燥炉１０Ｂの内部の真空排気を第２の真空ポンプ２０Ｂで行うこととした。しかし、これに限らず、第１の乾燥炉１０Ａおよび第２の乾燥炉１０Ｂの内部の真空排気を、例えば１つの真空ポンプで行うこととしてもよい。乾燥炉ごとに真空ポンプを設けることで、それぞれ独立した真空排気を行うことができるが、複数の乾燥炉に対して共通の真空ポンプを設けることで、真空乾燥装置としての装置コストの増加を抑えることや、真空排気の制御の複雑化を抑えることができる。

また、上述の第３実施形態では、移送部５６の略中央にシャッターを設けることとしたが、これに限らず、例えば、移送部５６と第１の乾燥炉１０Ａとの接続部近傍と、移送部５６と第２の乾燥炉１０Ｂとの接続部近傍と、のいずれか一方に設けることとしてもよい。なお、シャッターを閉じた際に、第１の乾燥炉１０Ａ内の空間と、移送部５６内のうち第１の乾燥炉１０Ａ内の空間と連通している空間と、のことを第１の空間と呼び、第２の乾燥炉１０Ｂ内と、移送部５６内のうち第２の乾燥炉１０Ｂ内の空間と連通している空間と、のことを第２の空間と呼ぶこととする。すると、シャッターを設ける位置を調節して、第１の空間の大きさと、第２の空間の大きさと、を等しくすることで、第１の乾燥炉１０Ａにおける真空乾燥処理において第１の真空ポンプ２０Ａにより真空排気を行う範囲と、第２の乾燥炉１０Ｂにおける真空乾燥処理において第２の真空ポンプ２０Ｂにより真空排気を行う範囲と、を同程度にすることができる。

また、上述の第３実施形態では、移送部５６の略中央にシャッターを設けることとしたが、これに限らず、例えば、移送部５６と第１の乾燥炉１０Ａとの接続部近傍と、移送部５６と第２の乾燥炉１０Ｂとの接続部近傍と、にそれぞれシャッターを設けることとしてもよい。これによれば、被乾燥物の真空乾燥処理を第１の乾燥炉１０Ａで行う際に、移送部５６と第１の乾燥炉１０Ａとの接続部近傍に設けたシャッターを閉じることで、移送部５６の略中央にシャッターを設けた場合と比べて、被乾燥物が配置されている空間が狭くなるので、第１の乾燥炉１０Ａにおける真空乾燥処理にかかる時間を短縮することができる。また、被乾燥物の真空乾燥処理を第２の乾燥炉１０Ｂで行う際に、移送部５６と第２の乾燥炉１０Ｂの接続部近傍に設けたシャッターを閉じることで、移送部５６の略中央にシャッターを設けた場合と比べて、被乾燥物が配置されている空間が狭くなるので、第２の乾燥炉１０Ｂにおける真空乾燥処理にかかる時間を短縮することができる。

１、１Ａ、１Ｂ；真空乾燥装置
１０；乾燥炉
１０Ａ；第１の乾燥炉
１０Ｂ；第２の乾燥炉
２０；真空ポンプ
２０Ａ；第１の真空ポンプ
２０Ｂ；第２の真空ポンプ
３０；コールドトラップ
３１；捕集部
４０；圧力測定部
５０、５０Ａ、５０Ｂ；制御部
５１、５１Ａ；バルブ制御部
５１Ｂ；移送制御部
５２１、５２２、５２３、５２４、５２５、５２６、５２７、５２８；配管
５３１、５３２、５３３、５３４；バルブ
５４；記憶部
５５；温度測定部
５６；移送部

Claims

被乾燥物が配置される乾燥炉と、当該乾燥炉内を真空排気する真空ポンプと、当該乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集するコールドトラップと、を備える真空乾燥装置であって、
前記真空乾燥装置内の圧力を測定する圧力測定手段と、
前記コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該被乾燥物の乾燥を行うかを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
閾値を、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定し、
前記圧力測定手段により測定された圧力と、前記閾値と、の関係に応じて、前記コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該被乾燥物の乾燥を行うかを選択的に制御することを特徴とする真空乾燥装置。
前記圧力測定手段は、前記コールドトラップ内の圧力、または当該コールドトラップと連通する空間内の圧力を測定することを特徴とする請求項１に記載の真空乾燥装置。
前記制御手段は、
前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際における当該コールドトラップ内の圧力と温度との関係を予め記憶する記憶手段と、
前記コールドトラップ内の温度を測定する温度測定手段と、
を備え、
前記温度測定手段により測定された真空乾燥処理中の温度において前記固体が気体に昇華し始める際の圧力を、前記記憶手段に記憶されている関係に基づいて決定し、決定した圧力に基づいて前記閾値を前記制御手段に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の真空乾燥装置。
前記制御手段は、前記閾値として、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力より高い値を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の真空乾燥装置。
前記乾燥炉と前記真空ポンプとの間に設けられ、前記コールドトラップと接続された第１の排気経路と、当該コールドトラップと接続されていない第２の排気経路と、を備え、
前記制御手段は、
前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも高い期間では、前記乾燥炉を前記第１の排気経路と接続し、
前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記乾燥炉を前記第２の排気経路と接続することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の真空乾燥装置。
前記乾燥炉は、前記コールドトラップと接続された第１の乾燥炉と、当該コールドトラップと接続されていない第２の乾燥炉と、を備え、
前記真空ポンプは、前記第１の乾燥炉内および前記第２の乾燥炉内を真空排気し、
前記コールドトラップは、前記第１の乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集し、
前記制御手段は、
前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも高い期間では、前記被乾燥物を前記第１の乾燥炉に配置し、
前記圧力測定手段により測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記被乾燥物を前記第１の乾燥炉から前記第２の乾燥炉に移すことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の真空乾燥装置。
前記真空ポンプは、前記第１の乾燥炉内を真空排気する第１の真空ポンプと、前記第２の乾燥炉内を真空排気する第２の真空ポンプと、を備えることを特徴とする請求項６に記載の真空乾燥装置。
前記コールドトラップは、捕集した固体を溶かして排出するための排出口を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の真空乾燥装置。
前記被乾燥物は、電池電極であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の真空乾燥装置。
被乾燥物が配置される乾燥炉と、当該乾燥炉内を真空排気する真空ポンプと、当該乾燥炉内の液体が気化した気体を固体に昇華させて捕集するコールドトラップと、を備える真空乾燥装置における真空乾燥方法であって、
前記乾燥炉内に前記被乾燥物を配置し、前記真空ポンプで当該乾燥炉内を真空排気することにより当該被乾燥物の乾燥を行うとともに、前記真空乾燥装置内の圧力を測定する第１のステップと、
前記コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該被乾燥物の乾燥を行うかを制御する第２のステップと、
を備え、
前記第２のステップでは、
前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定された閾値よりも、前記第１のステップにより測定された圧力が高い期間では、当該コールドトラップを用いて前記被乾燥物の乾燥を行い、
前記第１のステップにより測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記コールドトラップを用いずに前記被乾燥物の乾燥を行うことを特徴とする真空乾燥方法。
前記閾値を、前記コールドトラップ内にて前記固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い値に設定することを特徴とする請求項１０に記載の真空乾燥方法。
前記コールドトラップにて捕集された固体を溶かして、当該コールドトラップから排出する第３のステップを備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載の真空乾燥方法。
電池電極を真空乾燥する電池電極の製造方法であって、
乾燥炉内に前記電池電極を配置し、真空ポンプで当該乾燥炉内を真空排気することにより当該電池電極の真空乾燥を行うとともに、コールドトラップ内または当該コールドトラップに連通する空間内の圧力を測定する第１のステップと、
前記コールドトラップを用いて前記電池電極の乾燥を行うか、当該コールドトラップを用いずに当該電池電極の乾燥を行うかを制御する第２のステップと、
前記真空乾燥の完了した電池電極を前記乾燥炉から取り出して、次の工程へ搬送する第３のステップと、
を備え、
前記第２のステップでは、
前記コールドトラップにより捕集された固体が気体に昇華し始める際の圧力に基づいて設定された閾値よりも、前記第１のステップにより測定された圧力が高い期間では、当該コールドトラップを用いて前記電池電極の乾燥を行い、
前記第１のステップにより測定された圧力が前記閾値よりも低い期間では、前記コールドトラップを用いずに前記電池電極の乾燥を行うことを特徴とする電池電極の製造方法。
前記閾値を、前記コールドトラップ内により捕集された固体が気体に昇華し始める際の圧力よりも高い値に設定することを特徴とする請求項１３に記載の電池電極の製造方法。
前記コールドトラップにて捕集された固体を溶かして、当該コールドトラップから排出する第４のステップを備えることを特徴とする請求項１３または１４に記載の電池電極の製造方法。