JP2011165504A

JP2011165504A - 乾燥用冶具、乾燥装置、および乾燥方法

Info

Publication number: JP2011165504A
Application number: JP2010027742A
Authority: JP
Inventors: Kazuma Hiraguri; 一磨平栗; Kazuhiro Teraguchi; 和宏寺口; Shin Sakamoto; 慎坂本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】チャンバを用いずに乾燥可能な乾燥用冶具とそれを用いた乾燥装置とその乾燥方法を提供する。
【解決手段】複数の被乾燥物内へ気体の供給及び排出を行う給排気部２ａおよび前記給排気部２ａに連接される給排気接続ポート端子２ｃを有する給排気機構部２と、複数の被乾燥物が載置される載置部３ａおよび前記給排気機構部２を取外し可能に支持する支持部３ｂを有する支持機構部３と、前記載置部３ａ上に前記被乾燥物の各々をそれぞれ挟むように設置され、且つ前記被乾燥物の対向面にそれぞれ接触する複数のヒータ４とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、乾燥用冶具、乾燥装置、および乾燥方法に係り、特に非水電解液を有する電池セルの乾燥用冶具、乾燥装置、および乾燥方法に関する。

通常、電池セルに使用される非水電解液は、水分が混入すると反応し、放電時のエネルギー密度が低下してしまうことから、電池セルを製造する際には非水電解液に接触する部材を乾燥させる必要がある。

一般的に、物を乾燥させる方法として、チャンバ内を減圧もしくは真空状態にし、被乾燥物を加熱しながら乾燥させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された乾燥装置１０１は、図９に示すように、チャンバ１０２内を真空ポンプ１０３により減圧もしくは真空状態にし、チャンバ１０２内に設けられたヒータ１０４上に被乾燥物１０５を接触させて乾燥を行っている。

特開２００８−８４５６６号

しかし、特許文献１に記載の乾燥装置１０１では、複数の被乾燥物１０５を一括して乾燥を行う場合、複数の被乾燥物１０５を収納できる容積の大きい大型のチャンバ１０２が必要となり、これによりチャンバ１０２内を加熱しながら減圧もしくは真空状態にする容積が大きくなり時間がかかってしまう。

そこで本発明では、チャンバを用いずに乾燥可能な乾燥用冶具、乾燥装置、および乾燥方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の乾燥用冶具は、複数の被乾燥物内へ気体の供給及び排出を行う給排気部および前記給排気部に連接される給排気接続ポート端子を有する給排気機構部と、複数の被乾燥物が載置される載置部および前記給排気機構部を取外し可能に支持する支持部を有する支持機構部と、前記載置部上に前記被乾燥物の各々をそれぞれ挟むように設置され、且つ前記被乾燥物の対向面にそれぞれ接触する複数のヒータとを備えることを特徴としている。

また、本発明の乾燥装置は、請求項１に記載の乾燥用冶具を収納でき、前記乾燥用冶具の前記給排気接続ポート端子と前記電源接続ポート端子に接続可能な給排気接続ポートと電源接続ポートがそれぞれ設けられている収納部と、前記収納部の前記給排気接続ポートと接続可能な排気調整弁を有する真空ポンプが少なくとも設けられている調整部と、前記調整部の前記真空ポンプを少なくとも制御可能な制御部とを備えることを特徴としている。

また、本発明の乾燥方法は、複数の被乾燥物内へ気体の供給及び排出を行う給排気部および前記給排気部に連接される給排気接続ポート端子を有する給排気機構部と、複数の被乾燥物が載置される載置部および前記給排気機構部を取外し可能に支持する支持部を有する支持機構部と、前記載置部上に前記被乾燥物の各々をそれぞれ挟むように設置され、且つ前記被乾燥物の対向面にそれぞれ接触する複数のヒータと、を備える乾燥用冶具と、前記乾燥用冶具を収納でき、前記乾燥用冶具の前記給排気接続ポート端子と前記電源接続ポート端子に接続可能な給排気接続ポートと電源接続ポートがそれぞれ設けられている収納部と、前記収納部の前記給排気接続ポートと接続可能な排気調整弁を有する真空ポンプが少なくとも設けられている調整部と、前記調整部の前記真空ポンプを少なくとも制御可能な制御部と、を備える乾燥装置とを有し、前記乾燥用冶具の前記ヒータの間に前記被乾燥物をそれぞれ設ける被乾燥物設置工程と、前記給排気機構部の前記給排気部を前記被乾燥物に接続させる給排気部接続工程と、前記乾燥用冶具の前記給排気接続ポート端子と前記電源接続ポート端子を、前記乾燥装置の収納部の前記給排気接続ポートと前記電源接続ポートにそれぞれ接続して収納する収納工程と、前記ヒータにより前記被乾燥物を加熱し、前記乾燥装置の前記真空ポンプにより前記被乾燥物内を排気する排気工程と、前記真空ポンプによる排気を停止し、前記電源接続ポートからの電力供給を停止する乾燥終了工程とを含むことを特徴としている。

本発明では、チャンバを用いずに乾燥可能な乾燥用冶具、乾燥装置、および乾燥方法を提供する。

一般の電池セルの斜視図。本発明の第１実施形態に係る乾燥用冶具の斜視図。本発明の第１実施形態に係る乾燥装置の模式図。本発明の第１実施形態に係る乾燥装置の収納部の概略図。本発明の第１実施形態に係る乾燥方法を示すフローチャート。図２に示す乾燥用冶具の給排気部を除いて被乾燥物を設置した状態を示す図。本発明の第２実施形態に係る乾燥装置の模式図。本発明の第２実施形態に係る乾燥方法を示すフローチャート。従来の乾燥装置の概略図。

以下、本発明の実施形態に係る乾燥用冶具、乾燥装置、および乾燥方法について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、電池セルを乾燥するための乾燥用冶具、乾燥装置、および乾燥方法を例に説明する。

（第１実施形態）
まず、被乾燥物である電池セル５の構成について、図１を用いて説明する。図１に示すように、電池セル５は、内部に正極５ａ、負極５ｂ、セパレータ５ｃ、および有機溶媒を含む非水電解液を収納する長方体構造の筺体５ｄを有する。この筺体５ｄは、相対向する広面積の第１側面５ｄ１および第１側面５ｄ１よりも狭面積の第２側面５ｄ２と、底面５ｄ３および上面５ｄ４とを有している。そして、上面５ｄ４には、電解注入口５ｅ、ガス排気口５ｆ、正極５ａに接続された正極端子５ｇ、および負極５ｂに接続された負極端子５ｈが設けられている。

次に、本発明の第1実施形態に係る乾燥用冶具１について、図２を参照して説明する。図２に示すように、乾燥用冶具１は、複数の電池セル５内へ気体を供給又は排気することが可能な給排気機構部２と、複数の電池セル５が載置される載置部３ａ、および給排気機構部２を支持する支持部３ｂとを有する支持機構部３と、電池セル５を加熱する複数のヒータ４とで構成されている。

給排気機構部２は、複数の電池セル５内へ気体を供給又は排気するためのもので、給排気部２ａと、接続部２ｂと、給排気接続ポート端子２ｃとで構成されている。給排気部２ａは、内部が空洞になった略長方体構造を有し、下面には複数の電池セル５のガス排気口５ｆの各々と接離可能な複数の接続部２ｂが設けられ、また一端部には給排気部２ａと連通する給排気接続ポート端子２ｃが設けられている。なお、給排気部２ａの構造は略長方体構造に限らず、円柱や多角柱構造など、どのような構造でも良い。

接続部２ｂは、給排気部２ａと電池セル５のガス排気口５ｆとをそれぞれ接続するもので、電池セル５が載値部３ａ上に載置された際、電池セル５のガス排気口５ｆの位置と一致するように設けられている。また、電池セル５内を減圧もしくは真空状態にする場合や、電池セル５内に気体を供給する際には、これを介して行う。

給排気接続ポート端子２ｃは、複数の電池セル５内と給排気部２ａ内を一括して減圧もしくは真空状態にすることが出来る。

支持機構部３は、複数の電池セル５が載置される載置部３ａと給排気機構部２を取外し可能に支持する支持部３ｂとを有するＬ型構造に構成されている。

載置部３ａは、複数の電池セル５の上面５ｄ４を上方にして所定間隔を置いて載置できるような長さに形成され、且つ電池セル５の第１側面５ｄ１の幅よりも若干、大きな幅に形成されている。載置部３ａの上面は、電池セル５を安定に載置できるように平坦面に形成されている。

支持部３ｂは、載置部３ａの一端部において上方向に直角に延びており、その内側面には、給排気機構部２を取外し可能に支持するための突起部３ｃが設けられている。

突起部３ｃは、給排気部２ａが複数の電池セル５と接続された状態において、給排気機構部２を支持するためのものであり、本実施形態では２つの五角柱の部材により支持しているが、給排気機構部２を支持することが可能であれば、例えば突起部３ｃの数は１つでも３つ以上でも良く、突起部３ｃの形状も円柱や多角柱など、どのような形状であっても良い。

複数のヒータ４は、載置部３ａの上面に互いに間隔を置いて設置され、その間に電池セル５がそれぞれ配置されるように設けられている。即ち、ヒータ４は、複数の電池セル５と交互になるように設けられている。また、ヒータ４の各々は、電池セル５と同構造の長方体構造で、ほぼ同じ大きさに形成され、ヒータ４間に電池セル５が配置された際には、ヒータ４の側面と電池セル５の第１側面５ｄ１とが接触するようになっている。

なお、ヒータ４は、電池セル５の最も広い第１側面５ｄ１を加熱できるように設けられていることが望ましいが、電池セル５を加熱することが可能であればこれに限られない。また、ヒータ４の構造は、本実施形態では略直方体構造としているが、この構造に限られることはなく、例えば電池セル５の第１側面５ｄ１が曲面であれば、その曲面に対応した構造にしても良い。

載置部３ａの他端面３ｄには、複数のヒータ４に電力供給するための電源接続ポート端子３ｅが設けられている。この電源接続ポート端子３ｅは、凸型の四角柱に形成されている。

電源接続ポート端子３ｅは、本実施形態では他端面３ｄに設けられているが、ヒータ４に電力を供給することが可能であれば、他端面３ｄの両側面など、どの面に設けも良い。また、本実施形態では、電源接続ポート端子３ｅは、凸型の四角柱構造となっているが、これに限られず凹型でも良く、また円柱や多角錘などのような構造であっても良い。

次に、本発明の第１実施形態に係る乾燥装置１０について、図３及び図４を参照して説明する。図３に示すように、乾燥装置１０は、上記構成の複数の乾燥用冶具１を収納可能な収納部１１と、複数の乾燥用冶具１を減圧もしくは真空状態に調整する調整部１４と、調整部を制御する制御部１６とで構成されている。

収納部１１は、図４に示すように、複数の乾燥用冶具１をそれぞれ収納するために棚状になっており、各棚は乾燥用冶具１の１つを収納できる空間を有する。また、各棚には乾燥用冶具１の給排気接続ポート端子２ｃと接続して電池セル５内の排気を行うための給排気接続ポート１２と、電源接続ポート端子３ｅと接続してヒータに電力を供給する電源接続ポート１３が設けられている。なお、収納部１１の各棚は、乾燥用冶具１を１つだけでなく、複数の収納が可能な空間としてもよい。

図３に示すように、調整部１４は、複数の電池セル５と複数の乾燥用冶具１の給排気機構部２内を減圧もしくは真空状態にするための、排気調整弁１５ａを有する真空ポンプ１５が設けられており、制御部１６は、減圧もしくは真空状態の制御を行っている。

次に、本発明の第１実施形態に係る乾燥装置１０による乾燥方法について、図５及び図６を参照して説明する。

まず、図６に示すように、乾燥用冶具１に、複数の電池セル５を複数のヒータ４の間にそれぞれ設置し（ステップＳ１）、乾燥用冶具１の給排気機構部２の接続部２ｂを電池セル５のガス排気口５ｆにそれぞれ接続する（ステップＳ２）。

次に、電池セル５を設置した乾燥用冶具１を、乾燥装置１０の収納部１１の各棚にそれぞれ収納し、乾燥用冶具１の給排気接続ポート端子２ｃと電源接続ポート端子３ｅとを乾燥装置１０の給排気接続ポート１２と電源接続ポート１３とにそれぞれを接続する（ステップＳ３）。

その後、制御部１６により電源接続ポート１３から電源接続ポート端子３ｅへと電力を供給し、乾燥用冶具１のヒータ４を加熱させ(ステップＳ４)、例えば電池セル５内および乾燥用冶具１内を真空状態にする場合には、約１５０〜１６０℃の温度に、また減圧状態にする場合であれば、真空状態する場合の温度よりも低い温度に達する所定時間の経過後に（ステップＳ５）、排気調整弁１５ａを開き、真空ポンプ１５により電池セル５内および乾燥用冶具１の給排気部２ａ内を排気する（ステップＳ６）。

そして、一定時間、排気した後（ステップＳ７）、排気調整弁１５ａを閉じて排気を停止させ、また同時に電源接続ポート１３からの電力供給を停止させ、乾燥を終える（ステップＳ８）。

以上、第１実施形態によれば、乾燥用冶具１に電池セル５をヒータ４の間に設け、給排気機構部２の接続部２ｂを電池セル５に接続させ、乾燥装置１０の収納部１１の各棚に乾燥用冶具１を収納し、乾燥用冶具１の給排気接続ポート端子２ｃと電源接続ポート端子３ｅを、収納部１１の各棚に設けられている給排気接続ポート１２と電源接続ポート１３とにそれぞれ接続し、乾燥用冶具１のヒータ４を加熱して電池セル５５の接触している第１側面５ｄ１を直接加熱し、調整部１４内の真空ポンプ１５で電池セル５内および乾燥用冶具１内の給排気部２ａ内を減圧または真空状態にして乾燥を行う。そのため、電池セル５の全体を加熱しながら減圧または真空状態にするチャンバを用いることなく、乾燥用冶具１とそれを用いた乾燥装置１０により電池セル５を短時間で乾燥させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る乾燥用冶具、乾燥装置、および乾燥方法について、図７及び図８を参照して説明する。本実施形態は、乾燥装置２０の調整部１４内にガス供給部１７とガス脱水部１８を更に設けた点で、第１実施形態とは異なり、構成部分については同様の構成を有している。従って、以下の説明においては、第１実施形態と同様の構成部分の説明を省略し、乾燥用冶具１を用いた乾燥装置２０とその乾燥方法の説明をする。

まず、図７を使用して乾燥装置２０の説明を行う。ガス供給部１７は、ガス調整弁１７ａを備えており、ガス調整弁１７ａを開いて加熱された不活性ガス、例えばＡｒ（アルゴン）等のような希ガスを電池セル５内および乾燥用冶具１の給排気機構部２内に供給するものであり、給排気接続ポート１２とガス調整弁１７ａを介して接続している。

ガス脱水部１８は、真空ポンプ１５とガス供給部１７と接続しており、真空ポンプ１５により排出される、水分を含んだ不活性ガスを回収し、不活性ガス内の水分を脱水し、再びガス供給部１７へガスを供給するものである。脱水方法としては、例えば不活性ガスを冷却して濃縮を行う方法や、不活性ガスを吸湿性固体や吸着性固体または液体と接触させる方法、また不活性ガスを圧縮して飽和湿度を減少させる方法や、不活性ガスを高分子半透膜を介して真空にする方法等があげられる。

また、ガス脱水部１８は含水ガス調整弁１８ａを備えており、不活性ガス以外のものは第１ライン１８ｂから排出し、水分を含んだ不活性ガスの回収を行う際には、ガス脱水部１８内に回収できるように第２ライン１８ｃに切り替えをおこなうことができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る乾燥装置２０による乾燥方法について、図８を参照して説明する。

第１実施形態のステップＳ１乃至Ｓ７までのステップを行った後、真空ポンプ１５の排気調整弁１５ａを閉じて排気を停止し、ガス供給部１７のガス調整弁１７ａを開いてヒータ４で過熱されている電池セル５内および乾燥用冶具１の給排気機構部２内に加熱された不活性ガスを供給する。（ステップＳ９）。

そして、電池セル５内の不活性ガスの圧力が所定の値になってから一定時間を経過した後に（ステップＳ１０）、ガス供給部１７のガス調整弁１７ａを閉じ、真空ポンプ１５の排気調整弁１５ａを開き、不活性ガスが第２ライン１８ｃを通るようにガス脱水部１８の含水ガス調整弁１８ａを切り替えてから不活性ガスの排気を行う。これにより、不活性ガスが熱伝達媒体となり、第１実施形態より短時間で電池セル５内を加熱でき、更に不活性ガスに電池セル５内の水分を含ませ、排出することが出来る。

なお、排気された不活性ガスはガス脱水部１８へと回収し、その後ガス脱水部１８の含水ガス調整弁１８ａは第２ライン１８ｃを閉じるように切り替わり、不活性ガス内の水分を脱水し、脱水済みの不活性ガスをガス供給部１７へ供給する（ステップＳ１１）。

ステップＳ９〜Ｓ１１を約５、６回程度繰り返した後（ステップＳ１２）、真空ポンプ１５の排気調整弁１５ａを閉じて排気を停止し、また同時に電源接続ポート１３の電力供給も停止して乾燥を終える（ステップＳ１３）。

以上、第２実施形態によれば、乾燥装置２０の調整部１４内にガス供給部１７を設け、被乾燥物５内を減圧または真空状態にした後、ガス供給部１７から加熱された不活性ガスを被乾燥物５内に供給し、再び被乾燥物５内を減圧または真空状態にして不活性ガスを排出するステップを複数回繰り返して乾燥を行うことにより、チャンバを用いることなく乾燥することができ、また第１実施形態より効率よく乾燥させることができる。

１…乾燥用冶具
２…給排気機構部
２ａ…給排気部
２ｂ…接続部
２ｃ…給排気接続ポート端子
３…支持機構部
３ａ…載置部
３ｂ…支持部
３ｃ…突起部
３ｄ…端面
３ｅ…電源接続ポート端子
４，１０４…ヒータ
５…電池セル
５ａ…正極
５ｂ…負極
５ｃ…セパレータ
５ｄ…筐体
５ｄ１…第１側面
５ｄ２…第２側面
５ｄ３…底面
５ｄ４…上面
５ｅ…電解注入口
５ｆ…ガス排気口
５ｇ…正極端子
５ｈ…負極端子
１０，１０１…乾燥装置
１１…収納部
１２…給排気接続ポート
１３…電源接続ポート
１４…調整部
１５，１０３…真空ポンプ
１５ａ…排気調整弁
１６…制御部
１７…ガス供給部
１７ａ…ガス調整弁
１８…ガス脱水部
１８ａ…含水ガス調整弁
１８ｂ…第１ライン
１８ｃ…第２ライン
１０２…チャンバ
１０５…被乾燥物

Claims

複数の被乾燥物内へ気体の供給及び排出を行う給排気部および前記給排気部に連接される給排気接続ポート端子を有する給排気機構部と、
複数の被乾燥物が載置される載置部および前記給排気機構部を取外し可能に支持する支持部を有する支持機構部と、
前記載置部上に前記被乾燥物の各々をそれぞれ挟むように設置され、且つ前記被乾燥物の対向面にそれぞれ接触する複数のヒータと、
を備えることを特徴とする乾燥用冶具。
更に、前記給排気部は、前記被乾燥物に接離可能な接続部を有することを特徴とする請求項１記載の乾燥用冶具。
請求項１に記載の乾燥用冶具を収納でき、前記乾燥用冶具の前記給排気接続ポート端子と前記電源接続ポート端子に接続可能な給排気接続ポートと電源接続ポートがそれぞれ設けられている収納部と、
前記収納部の前記給排気接続ポートと接続可能な排気調整弁を有する真空ポンプが少なくとも設けられている調整部と、
前記調整部の前記真空ポンプを少なくとも制御可能な制御部と、
を備えることを特徴とする乾燥装置。
更に、前記調整部には、前記被乾燥物内へと不活性ガスを制御するためのガス調整弁を有するガス供給部が設けられていることを特徴とする請求項３記載の乾燥装置。
更に、前記調整部には、前記真空ポンプにより排気された不活性ガスを回収し、不活性ガス内の水分を脱水して前記ガス供給部へ脱水済み不活性ガスを供給するための、含水ガス調整弁を有するガス脱水部が設けられていることを特徴とする請求項４記載の乾燥装置。
複数の被乾燥物内へ気体の供給及び排出を行う給排気部および前記給排気部に連接される給排気接続ポート端子を有する給排気機構部と、複数の被乾燥物が載置される載置部および前記給排気機構部を取外し可能に支持する支持部を有する支持機構部と、前記載置部上に前記被乾燥物の各々をそれぞれ挟むように設置され、且つ前記被乾燥物の対向面にそれぞれ接触する複数のヒータと、を備える乾燥用冶具と、
前記乾燥用冶具を収納でき、前記乾燥用冶具の前記給排気接続ポート端子と前記電源接続ポート端子に接続可能な給排気接続ポートと電源接続ポートがそれぞれ設けられている収納部と、前記収納部の前記給排気接続ポートと接続可能な排気調整弁を有する真空ポンプが少なくとも設けられている調整部と、前記調整部の前記真空ポンプを少なくとも制御可能な制御部と、を備える乾燥装置と、
を有し、
前記乾燥用冶具の前記ヒータの間に前記被乾燥物をそれぞれ設ける被乾燥物設置工程と、
前記給排気機構部の前記給排気部を前記被乾燥物に接続させる給排気部接続工程と、
前記乾燥用冶具の前記給排気接続ポート端子と前記電源接続ポート端子を、前記乾燥装置の収納部の前記給排気接続ポートと前記電源接続ポートにそれぞれ接続して収納する収納工程と、
前記ヒータにより前記被乾燥物を加熱し、前記乾燥装置の前記真空ポンプにより前記被乾燥物内を排気する排気工程と、
前記真空ポンプによる排気を停止し、前記電源接続ポートからの電力供給を停止する乾燥終了工程と、
を含むことを特徴とする乾燥方法。
更に、前記排気工程の後に、前記乾燥装置の前記ガス供給部から加熱された不活性ガスを前記被乾燥物内に供給するガス供給工程と、
前記真空ポンプにより不活性ガスの排気を行うガス排気工程と、
を含むことを特徴とする請求項５記載の乾燥方法。
更に、前記ガス排気工程の際に排気された不活性ガスをガス脱水部内に回収し、不活性ガス内の水分を脱水し、前記ガス供給部へ脱水済みの不活性ガスを供給するガス脱水工程を含むことを特徴とする請求項７記載の乾燥方法。