JP5503937B2 - 電極乾燥装置及び電極乾燥方法 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱によって、活物質が塗布された電極を乾燥させる技術に関する。

従来、リチウム電池等の電池用電極膜の製造において、電極膜を乾燥させるために、誘導加熱によって電極膜を乾燥させる誘導加熱方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術によると、誘導加熱コイルの磁束を磁気コアによって集電体に集中させて、集電体を発熱させることができる。これによって、集電体の表面に塗布された活物質を乾燥させることができる。

特開２００４−３２７２０３号公報 特開平９−２８３１２３号公報

前述した特許文献１に記載された誘導加熱コイル（及び磁気コア）等を用いる従来の誘導加熱方式では、誘導加熱コイルの温度上昇を防ぐために、例えば、誘導加熱コイルの内部に備えられた冷却水路に冷却液を供給することによって、誘導加熱コイル自体を冷却している。このため、発生した溶剤蒸気が乾燥炉内で凝結することがある。これによって、乾燥炉の天井部又は誘導加熱コイルの周囲で凝結した溶剤が落下し、落下した溶剤が乾燥した電極膜に再付着する可能性がある。

つまり、特許文献１に記載された技術では、乾燥炉内で凝結した溶剤の処理について考慮されておらず、均一に乾燥した電極膜を作製することが難しいという問題があった。

本発明は前述した問題に鑑みてなされたものであって、発生した溶剤蒸気を冷却によって積極的に凝結させ、凝結した溶剤が乾燥した電極膜へ再付着することを防ぎ、均一に乾燥した電極膜を作製することができる技術を提供することを目的とする。

本発明は、誘導加熱によって電極箔を乾燥させる電極乾燥装置である。この電極乾燥装置は、電極箔を誘導加熱によって加熱する誘導加熱手段と、前記誘導加熱手段によって前記電極箔から蒸発した溶剤蒸気を凝結させる冷却手段と、前記冷却手段によって凝結した溶剤を回収する回収手段と、前記誘導加熱手段、前記冷却手段、及び前記回収手段を格納する電極乾燥室と、さらに、前記蒸発した溶剤蒸気を吸引するダクトを備え、前記冷却手段は、前記ダクトの内部、または前記ダクトの外壁を冷却するように配置されることを特徴とする。

また、活物質が塗布された電極箔を乾燥室内で乾燥させる電極乾燥方法である。この電極乾燥方法は、誘導加熱によって前記電極箔を加熱し、前記誘導加熱によって前記電極箔から蒸発した溶剤蒸気をダクトで吸引し、前記乾燥室内の前記ダクトの内部または外壁で溶剤蒸気を凝結させ、凝結した溶剤を回収することを特徴とする。

本発明によれば、電極箔から蒸発した溶剤蒸気を冷却して凝結させ、凝結した溶剤を回収するので、凝結した溶剤が電極に再付着することを防ぐことができる。

本発明の第１の実施形態の電極乾燥装置の構成を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態の冷却装置の構成を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態の誘導加熱装置の配置の例を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態の冷却装置の配置の例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態の冷却装置の配置の例を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態の冷却装置の構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の第１の実施形態の電極乾燥装置の構成を示す説明図である。

本実施形態の電極乾燥装置は、電極製造装置において、電極用の活物質が塗布された集電体７を誘導加熱によって乾燥させる装置であり、誘導加熱装置３、冷却装置４、及び誘導加熱装置３と冷却装置４とを格納する誘導加熱乾燥炉２、を備える。

なお、電極製造装置は、電極乾燥装置の他、例えば、塗工機１、及び移送装置８を備える。

塗工機１は、活物質を帯状の集電体７に塗布する。塗工機については、広く知られた技術であるので、詳細な説明については省略する。

活物質は、正極又は負極の活物質、導電材及び結着剤を有機溶剤に分散することによって調製される。なお、活物質は、電池の種類に応じて適宜選択される。例えば、リチウム電池の正極に用いられる活物質には、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等のリチウム及び遷移金属の複合酸化物がある。また、例えば、リチウム電池の負極に用いられる活物質には、黒鉛、金属リチウム、リチウム合金、スズ化合物等の金属材料、導電性ポリマー等がある。

また、導電剤とは、正極の導電性を確保するために用いられる物質であり、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック等である。また、結着剤とは、活物質の粒子をつなぎ止める作用を持つ化合物であり、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等である。

集電体７は、電池の種類に応じて適宜選択される帯状の電極箔であり、正極の場合、例えば、アルミニウム、ステンレス等であり、負極の場合、銅、ニッケル等である。

誘導加熱装置３は、誘導加熱によって、活物質が塗布された集電体７を加熱する。誘導加熱装置３の構成については、図３を用いて後述する。

冷却装置４は、誘導加熱によって蒸発した溶剤蒸気を冷却することによって、溶剤蒸気を凝結させ、凝結した溶剤を回収する。冷却装置４の構成の詳細については、図２を用いて後述する。

移送装置８は、集電体７を略水平状態に保持し、保持された集電体７を誘導加熱乾燥炉２に連続的に送り出す。

図２は、本発明の第１の実施形態の冷却装置４の構成を示す説明図である。

冷却装置４は、冷却板４１、回収桶４３、ダクト４４及びファン４５を備える。なお、冷却板４１の構成は特に制限されない。例えば、冷却板４１は、銅、銅合金等が鍛造又は圧延されたインゴットで構成され、内部に冷却水（冷却媒体）の通路を備え、冷却水（冷却媒体）を供給又は排出するための連結管に接続される。

溶剤蒸気は、ファン４５によって、ダクト４４の吸い込み口４６から吸引され、冷却板４１によって冷却される。溶剤蒸気は、冷却されると凝結し、凝結した溶剤は、冷却板４１の内壁に付着する。

そして、付着した溶剤は、冷却板４１の内壁に沿って落下し、回収桶４３によって回収される。また、溶剤蒸気は、冷却板４１を通過すると乾燥空気となり、ファン４５によって、ダクト４４から排出される。

なお、誘導加熱方式では、誘導加熱乾燥炉２の内部に熱風を還流させる必要がない。また、有機溶剤の沸点は一般的に低い（例えば、３０°Ｃから４５°Ｃ）。このため、冷却装置４は、溶剤蒸気を室温よりもわずかに高い温度まで冷却するだけで、溶剤蒸気から溶剤を除去することできる。したがって、本実施形態の電極乾燥装置は、冷却装置４を運転するコストを低減させることができる。

図３は、本発明の第１の実施形態の誘導加熱装置３の配置の例を示す説明図である。

誘導加熱装置３は、例えば、電力を供給する電源３３、誘導電流を発生させる共振周波数自動調整器３４、誘導電流を制御するトランス３５、誘導加熱コイル３１及び磁束を集中させる磁気コア３２を備える。

誘導加熱コイル３１は、例えば、直線部３６を持つ略矩形状の一重又は多重の扁平コイルである。略矩形状の直線部３６は、帯状の集電体７の幅方向に沿って配置される。誘導加熱コイル３１は、誘導電流によって、磁束を発生させる。

磁気コア３２は、例えば、凹部の形状のフェライトであり、帯状の集電体７の幅方向に沿って配置される誘導加熱コイル３１の直線部３６を収容する。磁気コア３２は、誘導加熱コイル３１が発生させた磁束を集中させる。磁気コアによって集中された磁束は、集電体７を透過する。集電体７は、この磁束によって発熱する。

電源３３は、入力された交流電流を直流電流として供給する装置である。共振周波数自動調整器３４は、電源３３から供給された直流電流を交流電流に変換し、変換された交流電流の周波数を制御することによって、誘導電流を発生させる。トランス３５は、電圧を増減させることによって、誘導加熱コイル３１に供給される誘導電流の大きさを制御する。なお、誘導加熱装置３は、広く知られた技術であるので、各構成の詳細な説明については省略する。

図４は、本発明の第１の実施形態の冷却装置４の配置の例を示す説明図である。

図４では、一組の誘導加熱装置３及び一つの冷却装置４が図示されている。

図４に示す点線で囲まれた部分は、図３に示した誘導加熱装置３の一部であり、集電体７の上下に配置された一組の誘導加熱コイル３１及び磁気コア３２を、集電体の長さ方向に沿って切り取った断面（図３のＡ−Ａの断面）である。

誘導加熱コイル３１及び磁気コア３２は、集電体７の上面及び下面から、空気の流れを妨げない程度の間隔を離して配置される。

冷却装置４は、ダクト４４の吸込み口４６付近の外壁に、冷却板４１を備える。ダクト４４の吸込み口４６は、一組の誘導加熱装置３の誘導加熱コイル３１の中央に設けられた開口部の上部に配置される。なお、冷却装置４は、ダクト４４の吸込み口４６付近の内壁に、冷却板４１を備えてもよい。

活物質が塗布された集電体７は、上下一組の誘導加熱コイル３１の間を通過すると、誘導加熱によって加熱される。このため、集電体７の活物質から溶剤蒸気が発生する。

そして、冷却装置４は、ダクト４４の吸い込み口４６から、発生した溶剤蒸気を回収する。この場合、集電体７と誘導加熱コイル３１との間の隙間から周囲の空気が流れ込むので、冷却装置４は、効率よく溶剤蒸気を吸引することができる。

図２で説明したとおり、吸引された溶剤蒸気が冷却板４１によって冷却されると、凝結した溶剤は、回収桶４３に回収される。

なお、冷却装置４は、外部に備えられた図示しない有機溶剤回収装置に接続されてもよい。この場合、回収桶４３が回収した溶剤は、例えば、図示しないパイプ及びポンプを介して有機溶剤回収装置に圧送される。

また、冷却装置４のダクト４４の全部は、誘導加熱乾燥炉２の内部に配置されるのが望ましい。これによって、溶剤蒸気が除去された乾燥空気は、誘導加熱乾燥炉２の内部で還流される。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、誘導加熱コイルの直上に配置されたダクトの吸込み口付近を冷却することによって、溶剤蒸気を積極的に凝結させ、凝結した溶剤を回収するので、凝結した溶剤が電極膜に再付着することを防ぐことができる。これによって、均一に乾燥した電極膜を作製することができる。

［実施形態２］
図５は、本発明の第２の実施形態の冷却装置４の配置の例を示す説明図である。

本実施形態の冷却装置４は、図４に示した冷却板４１の代わりに、ダクト４４の吸込み口４６の上部の内壁に冷却フィン４２を備える。冷却フィン４２は、例えば、多数の冷却用のフィンを備えたコンデンサ等の熱交換器である。なお、冷却装置４は、冷却板、冷却フィン以外の他の装置によって、ダクト４４全体を冷却してもよい。

また、ダクト４４は、少なくとも二つのファン４５及び少なくとも二つの排気口を備えてもよい。この場合、二つの排気口のうちの一方は、誘導加熱乾燥炉２の内部に配置され、他方は、外部に備えられた図示しない排気濃縮装置に接続されてもよい。

そして、有機溶剤を含む一部のガスは、排気濃縮装置に供給され、他の残りのガスは、誘導加熱乾燥炉２の内部に還流される。つまり、全部のガスが誘導加熱乾燥炉２から排気されないので、本実施形態の電極乾燥装置は、外部に備えられる排気濃縮装置の負荷を軽減することができる。

なお、排気濃縮装置は、誘導加熱乾燥炉２から排気されたガスを、濃縮された有機溶剤を含むガスと有機溶剤を含まないガスとに分離した後、有機溶剤を含まないガスを系外に排出してもよい。また、排気濃縮装置は、図示しない有機溶剤回収装置に接続され、接続された有機溶剤回収装置に濃縮ガスを供給してもよい。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、誘導加熱コイルの直上に配置されたダクトの内部、又はダクト自体を冷却することによって、溶剤蒸気を積極的に凝結させ、凝結した溶剤を回収するので、凝結した溶剤が電極膜に再付着することを防ぐことができる。これによって、均一に乾燥した電極膜を作製することができる。

また、冷却装置を通過し、溶剤蒸気が除去された排気の少なくとも一部が、誘導加熱乾燥炉に還流されるので、誘導加熱乾燥炉の外部に配置される排気濃縮装置の負荷を減少させることができる。

［実施形態３］
図６は、第３の実施形態の冷却装置４の構成を示す説明図である。

第３の実施形態の冷却装置４では、誘導過熱装置３に隣接した位置に、誘導過熱装置３を冷却するための冷却板６０が設けられている。冷却板６０は、冷却板４１と同様の構造、例えば、銅、銅合金等が鍛造又は圧延されたインゴットで構成され、内部に冷却水（冷却媒体）の通路を備え、冷却水（冷却媒体）を供給又は排出するための連結管に接続される構造としてもよいし、冷却板４１と異なる構造としてもよい。また、冷却板６０を配置する位置も、図６に示す位置に限定されることはない。

誘導加熱によって蒸発した溶剤蒸気は、ファン４５によって、ダクト４４の吸い込み口４６から吸引される。この時、冷却板６０によって、溶剤蒸気が冷却されて凝結しないように、冷却板６０の温度を設定しておく。すなわち、冷却板６０の温度は、冷却板４１の温度よりも高い。

以上説明したとおり、第３の実施形態によれば、誘導過熱装置３を冷却する冷却板６０を設けたので、誘導加熱装置３を冷却することができる。また、冷却板６０の温度を冷却板４１の温度よりも高く設定しておくことにより、誘導加熱によって蒸発した溶剤蒸気が冷却板６０によって凝結するのを防いで、凝結した溶剤が電極膜に再付着することを防ぐことができる。すなわち、溶剤蒸気は、第１の実施形態と同様に、冷却板４１によって冷却されて凝結し、回収桶４３によって回収される。

なお、図６では、図４に示す第１の実施形態の冷却装置４の構成に対して、冷却板６０を追加した構成を示したが、図５に示す第２の実施形態の冷却装置４の構成に対して、誘導過熱装置３を冷却するための冷却板６０を追加することもできる。

また、誘導加熱装置３を冷却する手段として、冷却板６０を一例に挙げて説明したが、冷却板に限定されることはない。

１ 塗工機
２ 誘導加熱乾燥炉（電極乾燥室）
３ 誘導加熱装置（誘導加熱手段）
４ 冷却装置
７ 集電体（電極箔）
８ 移送装置
３１ 誘導加熱コイル
４１ 冷却板（冷却手段、第一の冷却手段）
４２ 冷却フィン（冷却手段、第一の冷却手段）
４３ 回収桶（回収手段）
４４ ダクト
４５ ファン
４６ 吸込み口
６０ 冷却板（第二の冷却手段）

Claims (6)

1. 活物質が塗布された電極箔を乾燥させる電極乾燥装置であって、
   誘導加熱によって前記電極箔を加熱する誘導加熱手段と、
   前記誘導加熱手段によって前記電極箔から蒸発した溶剤蒸気を凝結させる冷却手段と、
   前記冷却手段によって凝結した溶剤を回収する回収手段と、
   前記誘導加熱手段、前記冷却手段及び前記回収手段を格納する電極乾燥室とを備え、
   前記電極乾燥装置は、さらに、前記蒸発した溶剤蒸気を吸引するダクトを備え、
   前記冷却手段は、前記ダクトの内部、または前記ダクトの外壁を冷却するように配置されることを特徴とする電極乾燥装置。
2. 前記回収手段は、前記ダクトの鉛直下方に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電極乾燥装置。
3. 前記冷却手段を通過した空気の一部又は全部を、前記電極乾燥室内に戻すことを特徴とする請求項１又は２に記載の電極乾燥装置。
4. 前記誘導加熱手段は、概略矩形状の誘導加熱コイルを備え、
   前記ダクトは、前記概略矩形状の誘導加熱コイルの中央上面に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の電極乾燥装置。
5. 活物質が塗布された電極箔を乾燥室内で乾燥させる電極乾燥方法であって、
   誘導加熱によって前記電極箔を加熱し、
   前記誘導加熱によって前記電極箔から蒸発した溶剤蒸気をダクトで吸引し、
   前記乾燥室内の前記ダクトの内部または外壁で溶剤蒸気を凝結させ、
   凝結した溶剤を回収することを特徴とする電極乾燥方法。
6. 前記凝結した溶剤を、前記ダクトの鉛直下方で回収することを特徴とする請求項５に記載の電極乾燥方法。

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