JP7376599B2 - 電極用成形体の製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献2:特許第3743706号公報
特許文献3:特開2007-5747号公報
特許文献4:特許第6211429号公報
また、上記特許文献4では、気流制御板によって長手方向への空気を減らすことができる反面、ロールの幅手方向に気流が生じる。気流は、ロールの幅手方向において不均一な密度分布が生じる一因となる。
本開示の実施形態が解決しようとする課題は、質量分布の面内均一性を保ち、かつ、生産性に優れた電極用成形体の製造方法を提供することにある。
<1> 電極活物質を含む電極材料を一対の搬送ベルトの間隙に落下させて、一対の搬送ベルトの搬送面の間に上記電極材料を導入する第1工程と、導入された上記電極材料を、上記一対の搬送ベルトによって、ベルト搬送し、かつ、加圧する第2工程と、上記ベルト搬送及び上記加圧を行った後の上記電極材料を成膜ベルトの上に移送する第3工程と、を有し、上記成膜ベルトの上記電極材料を搬送する搬送路における搬送方向と、上記一対の搬送ベルトの上記電極材料を搬送する搬送路における搬送方向と、が交差する、電極用成形体の製造方法である。
<2> 上記電極材料が、粉体を含む<1>に記載の電極用成形体の製造方法である。
<3> 上記第2工程は、上記電極材料をベルト搬送する搬送路のベルト搬送方向下流に向かって上記電極材料に加える圧力を漸増する工程である<1>又は<2>に記載の電極用成形体の製造方法である。
<4> 上記一対の搬送ベルトは、側面視で上記電極材料を搬送する搬送路における搬送面の移動方向が反重力方向に対して左右方向の一方に傾斜角度θ1を0°<θ1≦60°として傾く第1ベルトと、側面視で上記電極材料を搬送する搬送路における搬送面の移動方向が反重力方向に対して左右方向の他方に傾斜角度θ2を0°<θ2≦60°として傾く第2ベルトと、を備える<1>~<3>のいずれか1つに記載の電極用成形体の製造方法である。
<5> 上記成膜ベルトの上記電極材料の搬送方向に並んで上記第2ベルトと上記第1ベルトとがこの順に配置されており、上記傾斜角度θ1と上記傾斜角度θ2とはθ2≦θ1の関係にある、<4>に記載の電極用成形体の製造方法である。
<6> 上記成膜ベルトの上記電極材料の搬送方向に並んで上記第2ベルトと上記第1ベルトとがこの順に配置されており、上記第1ベルト及び上記第2ベルトは、それぞれ、少なくとも2つのロールに巻き掛けられた無端ベルトであり、上記一対の搬送ベルトにおける電極材料の搬送路の最下流に位置する、上記第1ベルトのロールと上記第2ベルトのロールとが、下記の式1を満たす、<4>又は<5>に記載の電極用成形体の製造方法である。
第1ベルトのロールの直径r1≦第2ベルトのロールの直径r2 式1
<8> 上記第2ベルトの上記電極材料を搬送する搬送面、及び上記成膜ベルトの上記電極材料を成膜する成膜面に、長尺の第1支持部材を連続供給する工程を更に有し、
上記第2工程は、導入された上記電極材料を、上記第2ベルト上の上記第1支持部材と上記第1ベルトとによりベルト搬送し、かつ、加圧し、
上記第3工程は、上記電極材料を、上記成膜ベルト上の上記第1支持部材の表面に移送する、<4>~<7>のいずれか1つに記載の電極用成形体の製造方法である。
<9> 上記第1ベルトの上記電極材料を搬送する搬送面、及び上記成膜ベルトの上に移送された電極材料上に、長尺の第2支持部材を連続供給する工程を更に有し、
上記第2工程は、導入された上記電極材料を、上記第2ベルト上の上記第1支持部材と上記第1ベルト上の上記第2支持部材とを介してベルト搬送し、かつ、加圧し、
上記第3工程は、上記電極材料を、上記成膜ベルト上の上記第1支持部材の表面に上記第2支持部材と接触した状態で移送する、<8>に記載の電極用成形体の製造方法である。
上記第3工程は、上記電極材料を、成膜ベルト上の上記第3支持部材の表面に移送する、<4>~<7>のいずれか1つに記載の電極用成形体の製造方法である。
<11> 上記第1ベルトの上記電極材料を搬送する搬送面、及び上記成膜ベルトの上に移送された電極材料上に、長尺の第2支持部材を連続供給する工程を更に有し、
上記第2工程は、導入された上記電極材料を、上記第2ベルトと上記第1ベルト上の上記第2支持部材とによりベルト搬送し、かつ、加圧し、
上記第3工程は、上記電極材料を、上記成膜ベルト上の上記第3支持部材の表面に上記第2支持部材と接触した状態で移送する、<10>に記載の電極用成形体の製造方法である。
<12> 上記第1支持部材、上記第2支持部材、及び上記第3支持部材の少なくとも1つは、集電体又は離型材である、<8>~<11>のいずれか1つに記載の電極用成形体の製造方法である。
<13> 上記成膜ベルトの上記電極材料の搬送方向に並んで上記第2ベルトと上記第1ベルトとがこの順に配置され、成膜ベルトのベルト搬送速度が、上記一対の搬送ベルトの第1ベルトのベルト搬送速度より大きい、<4>~<12>のいずれか1つに記載の電極用成形体の製造方法である。
<14> 上記第1工程は、上記電極材料を供給用ベルトで搬送し、搬送された上記電極材料を上記供給用ベルトの搬送方向下流で落下させる<1>~<13>のいずれか1つに記載の電極用成形体の製造方法である。
<15> 上記第1工程は、上記電極材料を、均一化部材を上記電極材料に接触させて上記供給用ベルトにより搬送する<14>に記載の電極用成形体の製造方法である。
<16> 上記第3工程は、上記電極材料を、均し部材を上記電極材料に接触させて上記成膜ベルトで移送する<1>~<15>のいずれか1つに記載の電極用成形体の製造方法である。
なお、本開示は、以下において図面を参照して説明する実施形態に何ら制限されず、本開示の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。各図面において同一の符号を用いて示す構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。各実施形態において重複する構成要素及び符号については、説明を省略することがある。
図面における寸法は、必ずしも実際の寸法及び比率を表すものではない。
本開示において、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する複数の物質の合計量を意味する。
本開示において、「質量%」と「重量%」とは同義であり、「質量部」と「重量部」とは同義である。
本開示において、2以上の好ましい態様の組み合わせはより好ましい態様である。
本開示において、「固形分」とは、1gの試料に対して、窒素雰囲気下、200℃で6時間乾燥処理を行った際に、揮発又は蒸発によって消失しない成分を意味する。
本開示の電極用成形体の製造方法は、第1工程~第3工程に加え、電極材料を準備する工程、電極材料を均す工程等の他の構成を更に有していてもよい。
しかしながら、従来から知られている上記方法では、一対のプレス用ロール等の間隙に供給される粉体の量に脈動が生じやすい。プレス部に供給される粉体における多少又は脈動は、プレス成形された成形体の形状に直接影響を与える。結果、成形体には、不均一な質量分布が発生することになる。
本開示の電極用成形体の製造方法では、一対の搬送ベルトの間隙に電極材料を落下させて導入し、導入された電極材料を一対の搬送ベルトにより、ベルト搬送し、かつ、加圧した後、別の成膜ベルト上に移送する。つまり、以下の製造プロセスを採用する。電極材料の供給先を一対の搬送ベルトの間隙とし、間隙として所望の間隔を有する搬送ベルトが、2つのベルト面で電極材料を扱いてあらかじめ定めた量にて搬送する搬送機能と、電極材料を加圧して密度を高める圧密機能とを担う。その後、電極材料を成膜ベルトに移送する。これにより、電極材料がベルト搬送されるベルト搬送方向及びベルト搬送方向に直交するベルト幅方向を含む面内における、電極材料の質量分布の均一性が保たれ、かつ、電極用成形体の生産性に優れたものとなる。
以下において説明する具体的な実施形態(第1実施形態~第5実施形態)では、粉体を用いた場合を中心に示す。
本開示の電極用成形体の製造方法における第1工程では、電極活物質を含む電極材料を一対の搬送ベルトの間隙に落下させて、一対の搬送ベルトの搬送面の間に電極材料を導入する。電極材料を重力方向に落下させて搬送ベルトの間隙に導入するので、搬送ベルトの間隙におけるベルト幅方向(ベルト搬送方向と直交する方向)に均一性の高い導入操作を行いやすい。
なお、電極活物質を含む電極材料の詳細については後述する。
開閉機構は、吐出装置から吐出口までの流路に配置されることも好ましい。
第1工程において供給用ベルトなどの搬送装置を用いる場合、均一化部材を電極材料に接触させて均一化する工程(以下、均一化工程ともいう。)を有することが好ましい。
第1工程は、均一化部材を電極材料に接触させて電極材料を供給用ベルトにより搬送することが好ましい。搬送装置の電極材料が搬送される搬送路に、付与された電極材料を均一化するための均一化部材を配置し、後述する第2工程の前に電極材料の偏りをあらかじめより均一化しておくことが好ましい。
均一化部材がロールである場合、ロール(以下、均一化ロールともいう。)の例としては、ロール面に複数の突状構造を有するロール、ロール面に凹凸状に傾斜面を有する凹凸ロール、ロール表面に軸方向中心から両端に左右対称の溝が加工形成されたヘリカルロール、回転軸の外周に螺旋構造を有するスパイラルロール、等が挙げられる。また、均一化部材として、後述する均し部材として挙げる部材も用いることができる。
本開示の電極用成形体の製造方法における第2工程は、第1工程で導入された電極材料を、一対の搬送ベルトによってベルト搬送し、かつ、加圧する。
第2工程から第3工程へ移送される電極材料の量は、第1工程で導入される電極材料の量に依存し、第2工程においては、一対の搬送ベルトの間隙を調節することで第3工程へ移送される電極材料の厚みを制御することができる。
2つの搬送ベルトの配置関係は、電極材料を搬送する搬送路における搬送面の移動方向が互いに平行とされていてもよく、電極材料を搬送する搬送路における搬送面の移動方向が互いに交差する向き、又は電極材料を搬送する搬送路における搬送面の移動方向の延長線において互いに交差する向きとされていてもよい。
一対の搬送ベルト11では、一対の搬送ベルト11を構成している一方の第1ベルトの一例である搬送ベルト11aは、側面視で反重力方向の中心軸Cに対して左右方向の一方(即ち、左右方向の右)に傾斜角度θ1で傾斜させて配置されている。他方の第2ベルトの一例である搬送ベルト11bは、側面視で反重力方向の中心軸Cに対して左右方向の他方(即ち、左右方向の左)に傾斜角度θ2で傾斜させて配置されている。これにより、搬送ベルト11を構成している第1ベルト及び第2ベルトはV字形配置となっている。
傾斜角度θ1と傾斜角度θ2とは、図6に示すように、反重力方向である中心軸Cに対して同一(即ち、θ1=θ2)の関係にあってもよい。傾斜角度θ1と傾斜角度θ2との関係は、θ1=θ2に限られず、傾斜角度θ1と傾斜角度θ2とが大小異なっていてもよい。中でも、例えば図1に示す場合のように、成膜ベルトに移送された電極材料(粉体)15を成膜ベルトのベルト搬送方向である矢印方向Bに送りやすくし、膜厚の均一化を図る観点から、傾斜角度θ1と傾斜角度θ2との関係は、側面視でθ2<θ1であってもよい。傾斜角度θ1と傾斜角度θ2とがθ2<θ1の関係にある場合、0°<θ2<15°、かつ、15°<θ1≦40°であることが好ましい。
一対の搬送ベルトが電極材料を加圧する際、一対の搬送ベルトにおいて電極材料をベルト搬送するベルト搬送方向の下流に向かって電極材料に加える圧力を漸増しながら加圧することが好ましい。本開示における一対の搬送ベルトが、2つの搬送ベルトをV字形に配置したものである場合、電極材料を、電極材料のベルト搬送方向において下流側へ移送するに従って電極材料に加えられる圧力を漸増する。この際、一対の搬送ベルトの下流端(例えば図1に示す場合では、一対の搬送ベルト11の下流に位置するロール17及びロール19間)において、電極材料への加圧が所望圧に達していることが好ましい。
圧力は、圧力測定用の感圧記録材料を用いた測定により得られる値であり、例えば、圧力・面圧測定フィルム(商品名:プレスケール(登録商標)、富士フイルム株式会社製)を用いて測定することができる。
第1ベルトのロールの直径r1≦第2ベルトのロールの直径r2 :式1
0≦(ロールの直径r2-ロールの直径r1)≦100 :式2
1≦(ロールの直径r2-ロールの直径r1)≦30 :式3
一対の搬送ベルトにおける電極材料の搬送路の、最上流(即ち、電極材料の導入側)に位置する第1ベルトの搬送面と第2ベルトの搬送面との間の距離(導入側の搬送面間距離)は、0.1mm~50mmの範囲で適宜選択することができる。導入側の搬送面間距離は、例えば図6に示すように、側面視で搬送ベルト11aにおけるロール16の軸心を通る線と搬送ベルト11aの材料搬送面(電極材料を搬送する搬送面)とが垂直に交わる点Pと、側面視で搬送ベルト11bにおけるロール18の軸心を通る線と搬送ベルト11bの材料搬送面とが垂直に交わる点Qと、の最短距離である。
また、一対の搬送ベルトにおける電極材料の搬送路の、最下流(即ち、電極材料の移送側)に位置する第1ベルトの搬送面と第2ベルトの搬送面との間の距離(移送側の搬送面間距離)は、0.1mm~50mmの範囲で適宜選択することができる。移送側の搬送面間距離は、例えば図6に示すように、側面視で搬送ベルト11aにおけるロール17の軸心を通る線と搬送ベルト11aの材料搬送面とが垂直に交わる点Rと、側面視で搬送ベルト11bにおけるロール19の軸心を通る線と搬送ベルト11bの材料搬送面とが垂直に交わる点Sと、の最短距離である。
本開示の電極用成形体の製造方法における第3工程は、第2工程でのベルト搬送及び加圧の後の電極材料を成膜ベルトの上に移送する。この際、成膜ベルトの電極材料を搬送する搬送路における搬送方向と、一対の搬送ベルトの電極材料を搬送する搬送路における搬送方向と、は互いに交差する位置関係となっている。
一対の搬送ベルトの搬送方向下流側の搬送ベルトと成膜ベルトとの搬送成膜面間距離は、図8に示すように、側面視で成膜ベルト21における電極材料の搬送路の最表面の点Tと、点Tを通る成膜ベルトの法線が搬送ベルト11aの最表面と交わる点Uと、の長さが最短となる距離を指す。
第3工程では、電極材料を、均し部材を電極材料に接触させて均す工程を有することが好ましい。均し工程を有することで、電極材料を均しながら搬送することができる。
本開示の電極用成形体の製造方法は、上記の第1工程~第3工程に加えて、一対の搬送ベルトの第2ベルトの電極材料を搬送する搬送面、及び成膜ベルトの電極材料を成膜する成膜面に、長尺の第1支持部材を連続供給する工程(以下、「第1支持部材供給工程」ともいう。)を更に有していることが好ましい。
第1支持部材の形状は、制限されない。第1支持部材の形状は、平板状であることが好ましい。
本開示の電極用成形体の製造方法は、上記の第1工程~第3工程及び第1支持部材供給工程に加えて、更に、第1ベルトの電極材料を搬送する搬送面、及び成膜ベルトの上に移送された電極材料上に、長尺の第2支持部材を連続供給する工程(以下、「第2支持部材供給工程A」ともいう。)を有していることが好ましい。
第2支持部材供給工程Aでは、第1支持部材供給工程も行っている。
集電体及び離型材の詳細及び好ましい態様等の詳細については、上記の第1支持部材供給工程における第1支持部材における場合と同様である。
第2支持部材供給工程Aでは、第1支持部材及び第2支持部材としては、一方が集電体であり、他方が離型材であることが好ましい。
第2支持部材供給工程Bでは、第1支持部材供給工程は行われていない。
本開示の電極用成形体の製造方法は、上記の第1工程~第3工程に加えて、更に、成膜ベルトの成膜面に長尺の第3支持部材を連続供給する工程(以下、「第3支持部材供給工程」ともいう。)を有していることも好ましい。
集電体及び離型材の詳細及び好ましい態様等の詳細については、上記の第1支持部材供給工程における第1支持部材における場合と同様である。
この場合、第3支持部材供給工程において、第3支持部材が成膜ベルト上に連続的に供給され、かつ、第2支持部材供給工程Bにおいて、第1ベルトの電極材料を搬送する搬送面、及び第3支持部材上に移送された電極材料の上に、長尺の第2支持部材が連続的に供給される。
集電体及び離型材の詳細及び好ましい態様等の詳細については、上記の第1支持部材と同様である。
本開示に係る電極用成形体の製造方法は、第1工程~第3工程の前に、電極活物質を含む電極材料を準備する工程(準備工程」)を有することが好ましい。
本開示において、「電極材料を準備する」とは、電極材料を使用可能な状態にすることを意味し、特に断りのない限り、電極材料を調製することを含む。すなわち、準備工程においては、予め調製した電極材料又は市販されている電極材料を準備してもよく、電極材料を調製してもよい。
電極材料は、電極活物質を含む。電極材料は、必要に応じて、電極活物質以外の成分を含んでいてもよい。以下、電極材料の成分について説明する。
電極活物質は、周期律表における第1族、又は第2族に属する金属元素のイオンを挿入、及び放出することが可能な物質である。電極活物質としては、例えば、正極活物質、及び負極活物質が挙げられる。
正極活物質としては、制限されず、正極に用いられる公知の活物質を利用できる。正極活物質は、可逆的にリチウムイオンを挿入及び放出できる正極活物質であることが好ましい。
負極活物質としては、制限されず、負極に用いられる公知の活物質を利用できる。負極活物質は、可逆的にリチウムイオンを挿入及び放出できる負極活物質であることが好ましい。
電極材料は、電池性能(例えば、放電容量、及び出力特性)の向上という観点から、無機固体電解質を含むことが好ましい。ここで、「固体電解質」とは、内部においてイオンを移動させることができる固体状の電解質を意味する。
硫化物系無機固体電解質は、硫黄原子(S)を含み、周期律表における第1族又は第2族に属する金属元素のイオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有することが好ましい。
酸化物系無機固体電解質は、酸素原子(O)を含み、周期律表における第1族又は第2族に属する金属元素のイオン伝導性を有し、かつ、電子絶縁性を有することが好ましい。
(1)LixaLayaTiO3(以下、「LLT」という。xaは0.3≦xa≦0.7を満たし、yaは0.3≦ya≦0.7を満たす。)
(2)LixbLaybZrzbMbb mbOnb(MbbはAl、Mg、Ca、Sr、V、Nb、Ta、Ti、Ge、In、及びSnからなる群より選択される少なくとも1種の元素である。xbは5≦xb≦10を満たし、ybは1≦yb≦4を満たし、zbは1≦zb≦4を満たし、mbは0≦mb≦2を満たし、nbは5≦nb≦20を満たす。)
(3)LixcBycMcc zcOnc(MccはC、S、Al、Si、Ga、Ge、In、及びSnからなる群より選択される少なくとも1種の元素である。xcは0≦xc≦5を満たし、ycは0≦yc≦1を満たし、zcは0≦zc≦1を満たし、ncは0≦nc≦6を満たす。)
(4)Lixd(Al,Ga)yd(Ti,Ge)zdSiadPmdOnd(xdは1≦xd≦3を満たし、ydは0≦yd≦1を満たし、zdは0≦zd≦2を満たし、adは0≦ad≦1を満たし、mdは1≦md≦7を満たし、ndは3≦nd≦13を満たす。)
(5)Li(3-2xe)Mee xeDeeO(xeは0≦xe≦0.1を満たし、Meeは2価の金属原子を表し、Deeはハロゲン原子又は2種以上のハロゲン原子の組み合わせを表す。)
(6)LixfSiyfOzf(xfは1≦xf≦5を満たし、yfは0<yf≦3を満たし、zfは1≦zf≦10を満たす。)
(7)LixgSygOzg(xgは1≦xg≦3を満たし、ygは0<yg≦2を満たし、zgは1≦zg≦10を満たす。)
(8)Li3BO3
(9)Li3BO3-Li2SO4
(10)Li2O-B2O3-P2O5
(11)Li2O-SiO2
(12)Li6BaLa2Ta2O12
(13)Li3PO(4-3/2w)Nw(wはw<1を満たす。)
(14)LISICON(Lithium super ionic conductor)型結晶構造を有するLi3.5Zn0.25GeO4
(15)ペロブスカイト型結晶構造を有するLa0.55Li0.35TiO3
(16)NASICON(Natrium super ionic conductor)型結晶構造を有するLiTi2P3O12
(17)Li1+xh+yh(Al,Ga)xh(Ti,Ge)2-xhSiyhP3-yhO12(xhは0≦xh≦1を満たし、yhは0≦yh≦1を満たす。)
(18)ガーネット型結晶構造を有するLi7La3Zr2O12(以下、「LLZ」という。)
電極材料は、電極材料同士の密着性の向上という観点から、バインダーを含むことが好ましい。バインダーとしては、有機ポリマーであれば制限されず、電池材料の正極又は負極において結着剤として用いられる公知のバインダーを利用できる。バインダーとしては、例えば、含フッ素樹脂、炭化水素系熱可塑性樹脂、アクリル樹脂、及びウレタン樹脂が挙げられる。
電極材料は、活物質の電子導電性の向上という観点から、導電助剤を含むことが好ましい。導電助剤としては、制限されず、公知の導電助剤を利用できる。特に、電極材料が正極活物質を含む場合、電極材料は、導電助剤を含むことが好ましい。
電極材料は、電池性能の向上の観点から、リチウム塩を含むことが好ましい。リチウム塩としては、制限されず、公知のリチウム塩を利用できる。
電極材料は、分散剤を含むことが好ましい。電極材料が分散剤を含むことで、電極活物質、及び無機固体電解質のいずれか一方の濃度が高い場合における、電極活物質、及び無機固体電解質のいずれか一方の凝集を抑制できる。
電極材料は、液体成分を含んでいてもよい。液体成分としては、例えば、電解液が挙げられる。
(1)特開2017-104784号公報の段落0029~段落0037に記載の造粒体。
(2)特開2016-059870号公報の段落0054に記載の正極合剤塗料。
(3)特開2016-027573号公報の段落0017~段落0070に記載の複合粒子。
(4)特許第6402200号公報の段落0020~段落0033に記載の複合粒子。
(5)特開2019-046765号公報の段落0040~段落0065に記載の電極組成物。
(6)特開2017-054703号公報の段落0080~段落0114に記載の材料(例えば、活物質、正極スラリー、及び負極スラリー)。
(7)特開2014-198293号公報に記載の粉体。
(8)特開2016-062654号公報の段落0024~段落0025、段落0028、及び段落0030~段落0032に記載の活物質、バインダー、及び複合粒子。
電極材料は、例えば、電極活物質と、必要に応じて、電極活物質以外の上記成分と、を混合することによって調製できる。混合方法としては、例えば、ボールミル、ビーズミル、プラネタリミキサー、ブレードミキサー、ロールミル、ニーダー、又はディスクミルを用いる方法が挙げられる。
本開示の第1実施形態に係る電極用成形体の製造方法を図1を参照して説明する。
図1は、電極用成形体の製造に用いる粉体成形装置100の概略構成を示す概略構成図である。
搬送ベルト11aは、2つのロール16、17に巻き掛けられ、矢印方向に回転するロールに伴って走行可能になっている。
搬送ベルト11bは、2つのロール18、19に巻き掛けられ、矢印方向に回転するロールに伴って走行可能になっている。
また、電極材料は、ベルト搬送方向に向かって徐々に狭まるV字形の間隙をベルト搬送方向に送られる。これにより、電極材料に加えられる圧力は搬送方向に搬送されるに従い漸増し、下流に搬送される電極材料の質量分布を小さく抑えることができる。結果、成膜ベルトに移送される前の電極材料の質量分布に起因した脈動は生じ難い。
以上のように、本開示では、成膜ベルト21に移送される電極材料の、搬送方向に直交するベルト幅方向における、加圧後の電極材料の質量分布の均一性が高められる。
供給フィーダー41に代えて、他の供給装置を配置した態様としてもよい。
次に、本開示の第2実施形態に係る電極用成形体の製造方法について、図2を参照して説明する。
複数の供給フィーダー41は、吐出口が同一の供給フィーダーを複数用いてもよいし、吐出口が異なる供給フィーダーを組み合わせて用いてもよい。
均一化ロール53は、ロール面に複数の突状構造を有するロール等であり、供給用ベルト31上に不均一に存在する電極材料の偏りを均一化し、一対の搬送ベルト11へ導入される前の電極材料の質量分布を均す。
次に、本開示の第3実施形態に係る電極用成形体の製造方法について、図3を参照して説明する。
次に、本開示の第4実施形態に係る電極用成形体の製造方法について、図4を参照して説明する。
第1支持部材については、集電体に代えて離型材等の他の第1支持部材を用いることもでき、第2支持部材については、離型材に代えて集電体等の他の第2支持部材を用いることもできる。また、第1支持部材及び第2支持部材に同じ部材を用いてもよく、例えば、第1支持部材及び第2支持部材の双方に離型材を用いてもよい。
次に、本開示の第5実施形態に係る電極用成形体の製造方法について、図5を参照して説明する。
第2支持部材については、離型材に代えて集電体等の他の第2支持部材を用いることもでき、第3支持部材については、集電体に代えて離型材等の他の第3支持部材を用いることもできる。また、第2支持部材及び第3支持部材に同じ部材を用いてもよく、例えば、第2支持部材及び第3支持部材の双方に離型材を用いてもよい。
<正極用電極材料(P-1)の準備>
以下の手順に従って正極用電極材料(P-1)を準備した(準備工程)。
硫化物系無機固体電解質は、「T.Ohtomo,A.Hayashi,M.Tatsumisago,Y.Tsuchida,S.Hama,K.Kawamoto,Journal of Power Sources,233,(2013),pp231-235、及びA.Hayashi,S.Hama,H.Morimoto,M.Tatsumisago,T.Minami,Chem.Lett.,(2001),pp872-873」を参考にして調製した。
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを66個投入し、次いで、上記硫化リチウムと上記五硫化二リンとの混合物の全量を投入した後、アルゴン雰囲気下で容器を完全に密閉した。フリッチュ社製遊星ボールミルP-7(商品名)に容器を取り付け、温度25℃、回転数510rpm(revolutions per minute)で20時間メカニカルミリングを行うことによって、黄色粉体の硫化物固体電解質材料(Li-P-S系ガラス)6.2gを得た。以上の工程を100回繰り返し、620gの固体電解質材料を得た。
ジルコニア製45mL容器(フリッチュ社製)に、直径5mmのジルコニアビーズを180個投入し、次いで、調製した上記Li-P-S系ガラス3.0gを投入した。フリッチュ社製遊星ボールミルP-7に容器を取り付け、温度25℃、回転数300rpm(revolutions per minute)で2時間混合した。次に、活物質としてLCO(LiCoO2、日本化学工業株式会社製)6.8g、及び導電助剤として株式会社デンカ製のLi-100(0.2g)を容器に投入し、次いで、遊星ボールミルP-7に容器を取り付け、温度25℃、回転数100rpmで10分間混合を行うことによって、粒子状の正極用電極材料(P-1)を得た。以上の工程を100回繰り返し、必要量の正極用電極材料を得た。
図1に示す粉体成形装置100を準備し、供給フィーダー41の一例であるスクリューフィーダーにホッパーを通じて正極用電極材料(P-1)を投入した。
粉体成形装置100を起動し、電極材料(粉体)15の一例である正極用電極材料(P-1)を、スクリューフィーダーの吐出口から供給用ベルト31に吐出した。供給用ベルト31上に吐出された正極用電極材料(P-1)は、供給用ベルト31によってベルト搬送方向下流の端部まで搬送され、供給用ベルト31の下流端から落下させることにより、一対の搬送ベルト(本実施例において「V字形搬送ベルト」という。)11の間隙に導入した(第1工程)。
<V字形搬送ベルトの設定>
・搬送ベルト11aの傾斜角度θ1:30°
・搬送ベルト11aのベルト搬送速度:5m/min
・搬送ベルト11bの傾斜角度θ2:30°
・搬送ベルト11bのベルト搬送速度:5m/min
・電極材料導入口側の搬送ベルト11aと搬送ベルト11bの搬送面間距離:50mm
・電極材料移送口側の搬送ベルト11aと搬送ベルト11bの搬送面間距離:500μm
・搬送ベルト11aと成膜ベルト21との搬送成膜面間距離:500μm
電極材料移送口側の搬送面間距離は、図6に示すように、側面視で搬送ベルト11aにおけるロール17の軸心を通る線と搬送ベルト11aの材料搬送面(電極材料を搬送する搬送路におけるベルトの最表面)とが垂直に交わる点Rと、側面視で搬送ベルト11bにおけるロール19の軸心を通る線と搬送ベルト11bの材料搬送面(電極材料を搬送する搬送路におけるベルトの最表面)とが垂直に交わる点Sと、の最短距離を指す。
また、搬送ベルト11aと成膜ベルト21との搬送成膜面間距離は、図8に示すように、側面視で成膜ベルト21における電極材料を搬送する搬送路の最表面の点Tと、点Tを通る成膜ベルトの法線が搬送ベルト11aの最表面と交わる点Uと、の長さが最短となる距離Dを指す。
実施例1において、スクリューフィーダーを2つに増やし、2つのスクリューフィーダーをベルト幅方向の両端からそれぞれ等距離の位置に並列に2か所配置し、内部が2つに区画されたホッパーを通じてスクリューフィーダーの1つの吐出口からベルト幅方向に20mmの電極材料を供給したこと以外は、実施例1と同様にして、粉体シートを作製した。
実施例1において、スクリューフィーダーを4つに増やし、4つのスクリューフィーダーをベルト幅方向に等間隔で並列に4か所配置し、内部が4つに区画されたホッパーを通じてスクリューフィーダーの1つの吐出口からベルト幅方向に20mmの電極材料を供給したこと以外は、実施例1と同様にして、粉体シートを作製した。
実施例1において、粉体成形装置100の供給用ベルト31の搬送路に均一化ロール53を配置した図2に示す粉体成形装置200を準備し、均一化ロールを用いて供給用ベルト上に吐出された正極用電極材料(P-1)を均したこと以外は、実施例1と同様にして、粉体シートを作製した。
ここで、均一化ロールとして、回転軸の外周に螺旋構造を有するφ50mmのスパイラルロールを用いた。均一化ロールを電極材料と接触させることにより、電極材料をその周囲方向に移動させて均した。
実施例1において、V字形搬送ベルト11の間隙を以下の設定に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粉体シートを作製した。
<V字形搬送ベルトの設定>
・搬送ベルト11aの傾斜角度θ1:45°
・搬送ベルト11bの傾斜角度θ2:45°
・電極材料導入口側の搬送ベルト11aと搬送ベルト11bの搬送面間距離:100mm
ここで、電極材料導入口側の搬送面間距離は実施例1における場合と同様である。
・電極材料移送口側の搬送ベルト11aと搬送ベルト11bの搬送面間距離:500μm
ここで、電極材料移送口側の搬送面間距離は実施例1における場合と同様である。
実施例1において、粉体成形装置100に代えて図3に示す粉体成形装置300を準備し、V字形搬送ベルト11の第2ベルトである搬送ベルト11bの材料搬送面(電極材料を搬送する搬送面)に、長尺の離型紙(グラシンダイレクトタイプ、リンテック社製、厚さ60μm;第1支持部材)が巻回された離型紙ロールから巻き出された離型紙を連続的に供給したこと以外は、実施例1と同様にして、粉体シートを作製した。
実施例1において、粉体成形装置100に代えて図4に示す粉体成形装置400を準備し、V字形搬送ベルト11の、第2ベルトである搬送ベルト11bの材料搬送面(電極材料を搬送する搬送面)に、長尺の離型紙(グラシンダイレクトタイプ、リンテック社製、厚さ60μm;第1支持部材)が巻回された離型紙ロールから巻き出された離型紙を連続的に供給し、かつ、第1ベルトである搬送ベルト11aの材料搬送面(電極材料を搬送する搬送面)に、長尺の離型紙(グラシンダイレクトタイプ、リンテック社製、厚さ60μm;第2支持部材)が巻回された離型紙ロールから巻き出された離型紙を連続的に供給したこと以外は、実施例1と同様にして、粉体シートを作製した。
実施例1において、粉体成形装置100に代えて図4に示す粉体成形装置400を準備し、V字形搬送ベルト11の、第2ベルトである搬送ベルト11bの材料搬送面(電極材料を搬送する搬送面)に、長尺の集電体(厚さ20μmのアルミニウム箔;第1支持部材)が巻回された集電体ロールから巻き出された集電体を連続的に供給し、かつ、第1ベルトである搬送ベルト11aの材料搬送面(電極材料を搬送する搬送面)に、長尺の離型紙(グラシンダイレクトタイプ、リンテック社製、厚さ60μm;第2支持部材)が巻回された離型紙ロールから巻き出された離型紙を連続的に供給したこと以外は、実施例1と同様にして、粉体シートを作製した。
実施例8において、第2ベルトである搬送ベルト11bの材料搬送面に供給した長尺の集電体を、長尺の離型紙(グラシンダイレクトタイプ、リンテック社製、厚さ60μm;第2支持部材)に代え、かつ、第1ベルトである搬送ベルト11aの材料搬送面に供給した長尺の離型紙を、長尺の集電体(厚さ20μmのアルミニウム箔;第1支持部材)に代えたこと以外は、実施例8と同様にして、粉体シートを作製した。
実施例1において、粉体成形装置100に代えて図5に示す粉体成形装置500を準備し、V字形搬送ベルト11の第1ベルトである搬送ベルト11aの材料搬送面(電極材料を搬送する搬送面)に、長尺の離型紙(グラシンダイレクトタイプ、リンテック社製、厚さ60μm;第2支持部材)が巻回された離型紙ロールから巻き出された離型紙を連続的に供給し、かつ、成膜ベルト21の成膜面に、長尺の集電体(厚さ20μmのアルミニウム箔;第3支持部材)が巻回された集電体ロールから巻き出された集電体を連続的に供給したこと以外は、実施例1と同様にして、粉体シートを作製した。
実施例10において、搬送ベルト11aの材料搬送面に長尺の離型紙を連続的に供給することを行わなかったこと以外は、実施例10と同様にして、粉体シートを作製した。
実施例1において、一対の搬送ベルト11における、搬送ベルト11aの傾斜角度θ1、及び搬送ベルト11bの傾斜角度θ2をそれぞれ表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粉体シートを作製した。
実施例1において、一対の搬送ベルト11における、搬送ベルト11aのロール17の直径r1、及び搬送ベルト11bのロール19の直径r2をそれぞれ表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粉体シートを作製した。
実施例1において、V字形搬送ベルト11の搬送ベルト11aと成膜ベルト21との搬送成膜面間距離を表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、粉体シートを作製した。
実施例1において、V字形搬送ベルト11を用いず、第1工程において、供給用ベルト31を通じて正極用電極材料(P-1)を成膜ベルト21上に直接落下して均しロール51で成膜しながら矢印方向Bへ搬送したこと以外は、実施例1と同様にして、比較用の粉体シートを作製した。
実施例1において、V字形搬送ベルト11を直径φ50mmの一対の圧着ロール(電極材料が走行する速度5m/min、圧着ロールの表面と成膜ベルトの最表面との間の最短距離:500μm)に代え、供給用ベルト31の下流端から圧着ロールの圧着部へ正極用電極材料(P-1)を落下させて導入し(第1工程)、導入された正極用電極材料(P-1)を、圧着ロール(ロール間ギャップ:500μm)で加圧しながらあらかじめ定めた量を成膜ベルト21に移送した(第2工程~第3工程)こと以外は、実施例1と同様にして、比較用の粉体シートを作製した。
実施例1において、V字形搬送ベルト11から送り出された正極用電極材料(P-1)を成膜ベルト21へ移送する第3工程を設けず、V字形搬送ベルト11から送り出された正極用電極材料(P-1)を粉体シートとしたこと以外は、実施例1と同様にして、比較用の粉体シートを作製した。
-1.粉体シートの質量分布-
粉体シートの幅方向の2か所、及び粉体シートの長手方向の10か所から、それぞれ、1cm2の大きさの試験片を切り取った。試験片の切り取りには、1つの枠あたりの枠内面積を1cm2に調節した枠状のトムソン刃を用いた。粉体シートの合計20か所から切り取った各試験片の質量を測定し、次いで、各試験片の質量からσ(標準偏差)を求めた。得られたσに基づいて質量分布を評価し、5%未満を合格とした。
10枚の粉体シートを作製した場合に、以下の式に従って算出される稼働率に基づいて、以下の基準にしたがって生産性を評価した。通常、1枚の粉体シートを作製するに要する時間は30秒である。正常に稼働することができれば、300秒で10枚の粉体シートを作製することができる。そこで、以下の式において、「目標の作製時間」を300秒とし、0.6以上を合格として評価した。
式: 稼働率=目標の作製時間/実際の作製時間
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び、技術規格は、個々の文献、特許出願、及び、技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (13)
- 電極活物質を含む電極材料を一対の搬送ベルトの間隙に落下させて、一対の搬送ベルトの搬送面の間に前記電極材料を導入する第1工程と、
導入された前記電極材料を、前記一対の搬送ベルトによって、ベルト搬送し、かつ、加圧する第2工程と、
前記ベルト搬送及び前記加圧を行った後の前記電極材料を成膜ベルトの上に移送する第3工程と、
を有し、
前記成膜ベルトの前記電極材料を搬送する搬送路における搬送方向と、前記一対の搬送ベルトの前記電極材料を搬送する搬送路における搬送方向と、が交差し、
前記一対の搬送ベルトは、
側面視で前記電極材料を搬送する搬送路における搬送面の移動方向が反重力方向に対して左右方向の一方に傾斜角度θ1を0°<θ1≦60°として傾く第1ベルトと、
側面視で前記電極材料を搬送する搬送路における搬送面の移動方向が反重力方向に対して左右方向の他方に傾斜角度θ2を0°<θ2≦60°として傾く第2ベルトと、
を備え、
前記成膜ベルトの前記電極材料の搬送方向に並んで前記第2ベルトと前記第1ベルトとがこの順に配置されており、
前記第1ベルトのベルト搬送速度は、前記第2ベルトのベルト搬送速度より大きい、
電極用成形体の製造方法。 - 前記電極材料が、粉体を含む請求項1に記載の電極用成形体の製造方法。
- 前記第2工程は、前記電極材料をベルト搬送する搬送路のベルト搬送方向下流に向かって前記電極材料に加える圧力を漸増する工程である請求項1又は請求項2に記載の電極用成形体の製造方法。
- 前記成膜ベルトの前記電極材料の搬送方向に並んで前記第2ベルトと前記第1ベルトとがこの順に配置されており、
前記傾斜角度θ1と前記傾斜角度θ2とはθ2≦θ1の関係にある、
請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の電極用成形体の製造方法。 - 前記成膜ベルトの前記電極材料の搬送方向に並んで前記第2ベルトと前記第1ベルトと
がこの順に配置されており、
前記第1ベルト及び前記第2ベルトは、それぞれ、少なくとも2つのロールに巻き掛けられた無端ベルトであり、
前記一対の搬送ベルトにおける電極材料の搬送路の最下流に位置する、前記第1ベルトのロールと前記第2ベルトのロールとが、下記の式1を満たす、
請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の電極用成形体の製造方法。
第1ベルトのロールの直径r1≦第2ベルトのロールの直径r2 式1 - 前記第2ベルトの前記電極材料を搬送する搬送面、及び前記成膜ベルトの前記電極材料を成膜する成膜面に、長尺の第1支持部材を連続供給する工程を更に有し、
前記第2工程は、導入された前記電極材料を、前記第2ベルト上の前記第1支持部材と前記第1ベルトとによりベルト搬送し、かつ、加圧し、
前記第3工程は、前記電極材料を、前記成膜ベルト上の前記第1支持部材の表面に移送する、
請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の電極用成形体の製造方法。 - 前記第1ベルトの前記電極材料を搬送する搬送面、及び前記成膜ベルトの上に移送された電極材料上に、長尺の第2支持部材を連続供給する工程を更に有し、
前記第2工程は、導入された前記電極材料を、前記第2ベルト上の前記第1支持部材と前記第1ベルト上の前記第2支持部材とを介してベルト搬送し、かつ、加圧し、
前記第3工程は、前記電極材料を、前記成膜ベルト上の前記第1支持部材の表面に前記第2支持部材と接触した状態で移送する、
請求項6に記載の電極用成形体の製造方法。 - 前記成膜ベルトの上に長尺の第3支持部材を連続供給する工程を更に有し、
前記第3工程は、前記電極材料を、成膜ベルト上の前記第3支持部材の表面に移送する、
請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の電極用成形体の製造方法。 - 前記第1ベルトの前記電極材料を搬送する搬送面、及び前記成膜ベルトの上に移送された電極材料上に、長尺の第2支持部材を連続供給する工程を更に有し、
前記第2工程は、導入された前記電極材料を、前記第2ベルトと前記第1ベルト上の前記第2支持部材とによりベルト搬送し、かつ、加圧し、
前記第3工程は、前記電極材料を、前記成膜ベルト上の前記第3支持部材の表面に前記第2支持部材と接触した状態で移送する、
請求項8に記載の電極用成形体の製造方法。 - 前記成膜ベルトの前記電極材料の搬送方向に並んで前記第2ベルトと前記第1ベルトとがこの順に配置され、成膜ベルトのベルト搬送速度が、前記一対の搬送ベルトの第1ベルトのベルト搬送速度より大きい、請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の電極用成形体の製造方法。
- 前記第1工程は、前記電極材料を供給用ベルトで搬送し、搬送された前記電極材料を前記供給用ベルトの搬送方向下流で落下させる請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の電極用成形体の製造方法。
- 前記第1工程は、前記電極材料を、均一化部材を前記電極材料に接触させて前記供給用ベルトにより搬送する請求項11に記載の電極用成形体の製造方法。
- 前記第3工程は、前記電極材料を、均し部材を前記電極材料に接触させて前記成膜ベルトで移送する請求項1~請求項12のいずれか1項に記載の電極用成形体の製造方法。
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