(57)【要約】【課題】電池の乾燥させるための気密室の小型化が難しいこと。【解決手段】加熱したセルを、鉄芯を含む拘束治具によって拘束した状態で、チャンバ４０に収容する。チャンバ４０内を減圧し、チャンバ４０の外部に配置された誘導加熱装置６０によって、２０ｋＨｚの変動磁場を発生させる（工程Ｐ２１）。鉄芯は、２０ｋＨｚによる変動磁場によって誘導加熱される。セルの主要構成材料は、鉄とは異なる。【選択図】図２
2015125946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器を利用して電池を乾燥させる装置であって、
前記容器の外に位置する電池を加熱する加熱部と、
前記電池を収容した前記容器の圧力を低減する減圧部と、
前記容器の外部に配置され、所定周波数による変動磁場を発生させる磁場発生部とを備え、
前記電池は、導体を含む治具に接触した状態で、前記減圧された容器に収容され、
前記導体は、前記電池の主要構成材料とは異なる物質であり、
前記所定周波数は、前記導体が誘導加熱される周波数である
電池乾燥装置。
【請求項２】
前記加熱部は、発熱体と、前記発熱体の上に配置された易融合金製の熱媒体とを備え、
前記発熱体は、前記熱媒体が液体になるように発熱する
請求項１に記載の電池乾燥装置。
【請求項３】
前記治具は、前記導体よりも熱伝導率が高い物質を含む
請求項１又は請求項２に記載の電池乾燥装置。
【請求項４】
前記導体は、鉄を含む
請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の電池乾燥装置。
【請求項５】
前記治具の表面の少なくとも一部は、黒色である
請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の電池乾燥装置。
【請求項６】
加熱した電池を、導体を含む治具に接触させた状態で、容器に収容する工程と、
前記容器内を減圧し、前記容器の外部に配置された装置によって、所定周波数の変動磁場を発生させる工程とを含み、
前記導体は、前記電池の主要構成材料とは異なる物質であり、
前記所定周波数は、前記導体が誘導加熱される周波数である
電池乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の乾燥に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池の製造に用いられる金属箔積層体を乾燥する手法として、次のものが知られている。まず、ガスにより満たされた気密室内で、金属箔積層体を加熱する。続いて、気密室内を真空状態に減圧しつつ、金属箔積層体を加熱することによって、金属箔積層体を乾燥させる。上記の加熱は、気密室内に配置されたヒータによって実現する（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９２３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記先行技術が有する課題は、気密室の小型化が難しいことである。上記先行技術の場合、気密室内において加熱を実現するためのヒータが、気密室内に配置されている。よって、気密室は、ヒータを収容するスペースが必要となり、その分、大型化することになる。この他、装置の低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、容器を利用して電池を乾燥させる装置であって；前記容器の外に位置する電池を加熱する加熱部と；前記電池を収容した前記容器の圧力を低減する減圧部と；前記容器の外部に配置され、所定周波数による変動磁場を発生させる磁場発生部とを備え；前記電池は、導体を含む治具に接触した状態で、前記減圧された容器に収容され；前記導体は、前記電池の主要構成材料とは異なる物質であり；前記所定周波数は、前記導体が誘導加熱される周波数である。この形態によれば、容器を小型化できる。加熱部と磁場発生部とが容器の外に配置されるからである。電池の乾燥は、減圧部による減圧と、磁場発生部による誘導加熱とによって促進される。誘導加熱によって発生した熱は、治具を介して電池に伝わり、電池の乾燥を促進する。電池の主要構成材料とは、電池を構成する材料のなかで、最も含有率が高いもののことである。
【０００７】
（２）上記形態において、前記加熱部は、発熱体と、前記発熱体の上に配置された易融合金製の熱媒体とを備え；前記発熱体は、前記熱媒体が液体になるように発熱してもよい。この形態によれば、加熱部による加熱効率が、熱媒体によって向上する。熱媒体は、易融合金製なので、発熱体から発生した熱によって液体になりやすく、電池への伝熱効率の向上に貢献するからである。
【０００８】
（３）上記形態において、前記治具は、前記導体よりも熱伝導率が高い物質を含んでもよい。この形態によれば、誘導加熱によって発生した熱が電池に伝わりやすくなる。
【０００９】
（４）上記形態において、前記導体は、鉄を含んでもよい。この形態によれば、鉄以外を主要構成材料とする電池を乾燥対象にすることができる。
【００１０】
（５）上記形態において、前記治具の表面の少なくとも一部は、黒色でもよい。この形態によれば、治具の温度を測定しやすくなる。表面が黒色である場合、表面から放出される赤外線の量に基づく温度測定がしやすいからである。ここでいう黒色とは、厳密に真っ黒な色に限られず、おおよその色合いとして黒と視認される程度の色を含む。
【００１１】
本発明は、上記以外の種々の形態でも実現できる。例えば、電池の乾燥方法、この方法に用いられる治具等の形態で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】アッセンブリの斜視図。
【図２】乾燥工程の手順を概略的に示す図。
【図３】乾燥装置の斜視図。
【図４】拘束治具の斜視図および断面図。
【図５】比較例における乾燥工程の手順を概略的に示す図。
【図６】比較例における乾燥装置の斜視図。
【図７】乾燥工程におけるアッセンブリの温度の時間変化を示したグラフ。
【図８】実施形態２における予備加熱の手法を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施形態１を説明する。実施形態１は、セル２１０の製造工程の一部としての乾燥工程に関するものである。セル２１０は、自動車に搭載されるリチウムイオン二次電池である。この乾燥工程は、セル２１０内部に存在する微量な水分を、真空乾燥法によって除去する工程である。
【００１４】
図１は、アッセンブリ２０の斜視図である。アッセンブリ２０は、２５個のセル２１０と、２６個の拘束治具２２０と、第１のエンドプレート２３１と、第２のエンドプレート２３２と、２枚のサイドプレート２３５（図示は１枚のみ）とを含む。アッセンブリ２０は、乾燥工程によって複数のセル２１０を一度に乾燥させるために、組み付けられたものである。
【００１５】
拘束治具２２０は、セル２１０を拘束するために１列に配列している。セル２１０は、拘束治具２２０同士の間に、１つずつ挟み込まれる。
【００１６】
第１のエンドプレート２３１は、一列に並んだセル２１０と拘束治具２２０とを、第２のエンドプレート２３２との間に挟み込む。挟み込む力は、本実施形態においては約９８０Ｎである。２枚のサイドプレート２３５は、第１のエンドプレート２３１と第２のエンドプレート２３２とを連結し、拘束治具２２０を拘束するための側壁として機能する。
【００１７】
拘束治具２２０の主な材質は、Ａ６０６１−Ｔ６である。Ａ６０６１−Ｔ６は、ＪＩＳ（日本工業規格）によって規定されたアルミニウム合金の一種である。アルミニウムの熱伝導率は、比較的大きく、少なくとも鉄より大きい。拘束治具２２０は、後述するように伝熱に利用される。熱伝導率が大きいことは、伝熱効率を向上させるのに貢献する。
【００１８】
拘束治具２２０の表面は、黒アルマイト処理が施されており、黒色である。表面が黒色であることを利用し、拘束治具２２０から放射される赤外線の量を測定することによって、拘束治具２２０の温度を精度良く推定できる。
【００１９】
図２は、乾燥工程の手順を概略的に示す。初めに工程Ｐ１１として、アッセンブリ２０を加熱する。この加熱は、セル２１０の乾燥の準備として実施され、ヒーティングプレート３０の発熱によって実現される。ヒーティングプレート３０は、ジュール熱によって発熱し、上に載っている物を加熱する。以下、工程Ｐ１１における加熱を、後述する補助加熱と区別するために、予備加熱とも呼ぶ。
【００２０】
図３は、乾燥装置１００の斜視図である。乾燥装置１００は、５枚のヒーティングプレート３０と、真空ポンプ５０と、誘導加熱装置６０とを備える。図３に示されるように、アッセンブリ２０は、１つずつ時間差で工程Ｐ１１に投入され、何れか１つのヒーティングプレート３０の上に載せられて、下部から加熱される。工程Ｐ１１としての予備加熱が完了したアッセンブリ２０から順に、チャンバ４０に収容されて、次の工程Ｐ２１（減圧および補助加熱）が実施される。
【００２１】
工程Ｐ１１における予備加熱について更に説明するために、拘束治具２２０を詳しく説明する。図４は、拘束治具２２０の斜視図と断面図とを示す。この断面図は、図４に示されるように、平面Ａにおける断面を概略的に示す。平面Ａは、拘束治具２２０の配列方向と平行な仮想平面である。
【００２２】
拘束治具２２０は、壁部２２１と底部２２３とを備える。拘束治具２２０の断面形状は、図４に示されるように、おおよそ逆Ｔ字形状である。壁部２２１がＴ字の縦棒に相当し、底部２２３がＴ字の横棒に相当する。つまり、壁部２２１は、所定の厚みと幅を有する底部２２３の略中央に立設している。
【００２３】
底部２２３は、拘束治具２２０の姿勢を安定させつつ、工程Ｐ１１においてヒーティングプレート３０との接触面積を増大させて、ヒーティングプレート３０からの伝熱を促進する。なお、拘束治具２２０がアッセンブリ２０として組み付けられた状態において、隣接する底部２２３同士の間に隙間ができるように、底部２２３の寸法が設計されている。
【００２４】
底部２２３は、図４に示されるように、内部に鉄芯２２５を備える。鉄芯２２５は、拘束治具２２０の幅方向に延びる角材である。鉄芯２２５の材質は、Ｓ４５Ｃである。Ｓ４５Ｃとは、ＪＩＳによって規定された炭素鋼の一種である。鉄芯２２５は、後述する工程Ｐ２１における誘導加熱のために、底部２２３に埋め込まれたものである。
【００２５】
壁部２２１は、セル２１０と接触し、拘束治具２２０からセル２１０への伝熱を促進する。接触面の面積は、セル２１０全体の表面積に対して比較的、大きな値であるので、セル２１０が局所的に高温になることは抑制される。
【００２６】
なお、拘束治具２２０は、図４に示されるように、上凹部２２７と下凹部２２９とを備える。上凹部２２７は、壁部２２１の幅方向端部に設けられている。下凹部２２９は、底部２２３の幅方向端部に設けられている。上凹部２２７と下凹部２２９とには、挿入治具（図示しない）が挿入される。挿入治具の挿入は、拘束治具２２０同士の間隔を揃え、セル２１０の出し入れを容易にするために実施される。
【００２７】
工程Ｐ２１は、図２に示されるように、減圧と加熱とを実行する工程である。この減圧は、真空乾燥のために実施される。この減圧を実現するために、アッセンブリ２０はチャンバ４０内に収容される。チャンバ４０は、アクリル製の密封容器である。この減圧は、アッセンブリ２０を収容したチャンバ４０内部を、真空ポンプ５０によって真空引きすることよって実現される。チャンバ４０内の圧力の目標値は、実施形態１においては１００Ｐａに設定される。
【００２８】
工程Ｐ２１における加熱は、減圧による温度低下を相殺し、乾燥を促進するために実行される。真空引きは、断熱膨張による温度低下を引き起こす。以下、工程Ｐ２１における加熱を、補助加熱とも呼ぶ。
【００２９】
補助加熱は、誘導加熱装置６０による誘導加熱によって実現される。誘導加熱装置６０は、交流回路を内部に備え、２０ｋＨｚの変動磁場を発生させる。この変動磁場は、チャンバ４０が置かれる場所である誘導加熱装置６０の上方を向いている。２０ｋＨｚの変動磁場は、鉄に対しては効果的な誘導加熱をもたらすのに対し、セル２１０に対しては殆ど誘導加熱をもたらさない。なお、セル２１０が効果的に誘導加熱される周波数は、約６０〜１００ｋＨｚである。セル２１０は、アルミニウム、銅、カーボン等を多く含み、これらの物質の何れか１つがセル２１０の主要構成材料である。
【００３０】
拘束治具２２０に含まれる鉄芯２２５は、誘導加熱装置６０によって遠隔的に加熱される。鉄芯２２５において発生した熱は、拘束治具２２０の本体（アルミニウムの部位）を経てセル２１０に伝わり、セル２１０の温度を上昇させる。
【００３１】
誘導加熱装置６０は、図３に示されるように、工程Ｐ２１においてチャンバ４０の下に配置される。先述したように鉄芯２２５は、拘束治具２２０の接地面付近に配置される。このように誘導加熱装置６０と鉄芯２２５との距離が近いことによって、誘導加熱が効率的に実行される。
【００３２】
工程Ｐ２１が完了すると、工程Ｐ３１として、乾燥を実施する。具体的には、工程Ｐ２１が完了したチャンバ４０を、所定時間、放置する。この放置を実施するために、工程Ｐ２１が完了したチャンバ４０を、コック等によって密封した上で真空ポンプ５０との接続を外し、上方に持ち上げる。持ち上げてできた隙間に、新たに工程Ｐ２１を開始するチャンバ４０を移動させ、このチャンバ４０の上に、工程Ｐ２１が完了したチャンバ４０を載せる。
【００３３】
実施形態１における工程Ｐ３１としての放置は、工程Ｐ２１において予備加熱する時間（例えば５０分間）の３／５倍（例えば３０分間）、実施する。ヒーティングプレート３０が５枚、用いられるので、図３に示されるように、工程Ｐ３１においては３つのチャンバ４０が用いられることによって、工程Ｐ２１と工程Ｐ３１との処理速度が均等になる。
【００３４】
上記放置のために、工程Ｐ３１に投入されてからの経過時間が短いチャンバ４０ほど下になるように、３つのチャンバ４０が積み上げられる。このように放置されていても、チャンバ４０の圧力が低く維持されているため、チャンバ４０内の温度はあまり変化せず、乾燥にとって良好な条件が保持される。
【００３５】
工程Ｐ３１が完了したチャンバ４０は、更に１段、上に積み上げられ、工程Ｐ４１として大気開放される。この結果、アッセンブリ２０は、大気によって冷却される。工程Ｐ４１が完了してチャンバ４０から取り出されたアッセンブリ２０は、乾燥工程を完了する。空になったチャンバ４０は、工程Ｐ１１を完了したアッセンブリ２０を新たに収容するために用いられる。
【００３６】
図５は、比較例における乾燥工程の手順を概略的に示す。図６は、比較例における乾燥装置１１０の斜視図である。図６に示されるように比較例は、実施形態１とは異なり、チャンバ４０を移動させずに全工程を実施する。このため比較例においては、実施形態１と同じく１０個のアッセンブリ２０を乾燥工程に投入し、同じ処理速度（例えば１０分間で１つのアッセンブリ２０を処理）を実現できるように、１０個のチャンバ４２が用意される。チャンバ４２は、実施形態１のチャンバ４０に比べてサイズが大きい。
【００３７】
初めに工程Ｐ１２として、ヒーティングプレート３０によって、所定時間、アッセンブリ２０を予備加熱する。比較例におけるヒーティングプレート３０は、実施形態１とは異なり、チャンバ４２の内部に配置されている。よって、予備加熱は、チャンバ４２内において実施される。チャンバ４２がチャンバ４０よりも大きいのは、ヒーティングプレート３０を収容するためである。
【００３８】
次に工程Ｐ２２として、真空ポンプ５０によってチャンバ４２内を減圧しつつ、ヒーティングプレート３０によって補助加熱を実施する。減圧は、目標圧力（例えば１００Ｐａ）に達するように実施する。この補助加熱は、セル２１０が局所的に高温にならないように実施される。
【００３９】
続いて工程Ｐ３２として、乾燥を実施する。この乾燥のために、補助加熱と補助減圧とが所定時間、実施される。補助減圧とは、水蒸気の分圧の増大を抑制するために実行する真空引きのことである。
【００４０】
工程Ｐ３２が完了したチャンバ４２は、工程Ｐ４２として大気開放される。この結果、アッセンブリ２０は冷却される。工程Ｐ４２が完了してチャンバ４２から取り出されたアッセンブリ２０は、乾燥工程を完了する。
【００４１】
図７は、乾燥工程におけるアッセンブリ２０の温度の時間変化を示したグラフである。図７は、実施形態１と比較例とのそれぞれについての測定値を示す。この測定は、先述したように、拘束治具２２０から放出される赤外線の量に基づき実施した。横軸におけるゼロ分は、工程Ｐ２１，Ｐ２２の開始時刻に対応する。ゼロ分における温度が実施形態１と比較例とでほぼ同じになるように、工程Ｐ１１，Ｐ１２を実施した。
【００４２】
図７に示されるように、実施形態１の場合、工程Ｐ３１において、おおよそ９５〜１１０℃の範囲に保たれた。９５〜１１０℃は、乾燥のために好ましい温度範囲である。工程Ｐ３１は、加熱を実施しないものの、真空による断熱効果によって、温度の低下が抑制される。
【００４３】
これに対して比較例の場合、工程Ｐ２２において、減圧に伴い温度が大きく低下し、工程Ｐ３２において、乾燥のために好ましい温度よりも低い温度になった。これは、比較例の場合、工程Ｐ２２，Ｐ３２における補助加熱が、セル２１０が局所的に高温になるのが回避される程度にしか実施できないためである。
【００４４】
実施形態１によれば、これまでに記載した効果に加え、少なくとも以下の効果を得ることができる。（ａ）工程Ｐ３１において、セル２１０を安定して加熱でき、投入する熱量が制御しやすい。実施形態１における誘導加熱は、チャンバ４０の材質や、チャンバ４０内の圧力に殆ど影響されないからである。
【００４５】
（ｂ）工程Ｐ３１において、セル２１０が劣化することが抑制される。セル２１０は、先述したように、２０ｋＨｚによる誘導加熱によっては殆ど発熱しない。各セル２１０は、両側に配置された拘束治具２２０からの伝熱によって加熱され、全体的に温度が上昇する。この結果、局所的に高温になることで引き起こされる部分溶融や酸化などが殆ど発生しない。
【００４６】
（ｃ）比較例に比べて、省スペースと省コストとが実現される。実施形態１の場合、ヒーティングプレート３０とチャンバ４０との数がそれぞれ５個、真空ポンプ５０の数が１個で済み、省資源かつ省コストになる。これに加え、ヒーティングプレート３０、及び工程Ｐ２１〜Ｐ４１におけるチャンバ４０をそれぞれ鉛直方向に配列させることによって、乾燥装置１００の占有面積が低減される。このように鉛直方向への配列は、ヒーティングプレート３０及びチャンバ４０が簡素な構成であるので、容易に実施できる。
【００４７】
実施形態２を説明する。実施形態２は、実施形態１に対して、工程Ｐ１１における予備加熱の手法が異なる一方、工程Ｐ２１〜Ｐ４１については同じである。以下、この予備加熱について説明する。
【００４８】
図８は、実施形態２における予備加熱の手法を示す。工程Ｐ１１を実施するために、ヒーティングプレート３０の上にアッセンブリ２０が載せられた状態を示す。
【００４９】
実施形態１ではヒーティングプレート３０を５枚、使用するのに対し、実施形態２においてはヒーティングプレート３２を１枚のみ使用する。実施形態２におけるヒーティングプレート３２の上には、ビスマスとインジウムとスズとによる合金３５が載せられている。この合金は、易融合金（低融点合金）であり、融点は約７８．８℃である。予備加熱は、図７に示したように１００℃以上に加熱するので、この合金は予備加熱時においては溶融金属として存在する。
【００５０】
この溶融金属は、アッセンブリ２０とヒーティングプレート３２との間に存在する微小な隙間に入り込み、溶融金属浴による効率的な伝熱を実現する。この結果、ヒーティングプレート３２からアッセンブリ２０への熱伝達率が、数十倍から数百倍に向上する。よって、ヒーティングプレート３２が１枚であっても、工程Ｐ１１における処理能力は、実施形態１と同等以上になる。
【００５１】
なお、上記のように溶融金属を熱媒体として利用する手法は、実施形態２のように、予備加熱を実施する場所が真空引きされないことが好ましい。溶融金属の雰囲気を真空引きしてしまうと、溶融金属が気化する虞があるからである。
【００５２】
本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。
【００５３】
誘導加熱によって発熱する導体の材質は、セルが誘導加熱されない周波数の変動磁場によって誘導加熱されるものであれば、どのようなものでもよい。これを実現するために、導体の材質は、セルを構成する成分のなかで最も多いもの（主要構成材料）と異なることが好ましく、セルには殆ど含有されない物質であることが更に好ましい。物質が異なれば、効果的に誘導加熱される周波数が異なる可能性が高いからである。上記の「セルが誘導加熱されない」とは、セルが全く発熱しないことに限られず、セルが僅かに発熱することを含む。僅かな発熱とは、局所的な高温状態を引き起こさない程度の発熱のことである。局所的な高温状態とは、例えば、部分溶融や酸化等を引き起こしてセルを劣化させ、製造不良を発生させる状態を意味する。
【００５４】
易融合金の組成はどのようなものよい。例えば、単体の錫よりも融点が低く、予備加熱における加熱温度によって溶融するのが好ましい。
チャンバや拘束治具の材質は、適宜、変更してもよい。
乾燥装置に含まれる各機器の配置を変更してもよい。
チャンバは、減圧および補助加熱の工程や、放置の工程において積み上げられなくてもよい。
セルを予備加熱する手段は、ヒーティングプレート等の発熱体からの伝熱でなくてもよく、例えば、輻射熱を利用してもよいし、高温の気体による対流を利用してもよい。
乾燥させる物は、リチウムイオン二次電池でなくてもよく、他の二次電池でも、一次電池でもよい。或いは、電池でなくても、どのようなものでもよい。
実施形態として例示した数値、例えば、各工程の時間や、真空引きによる目標圧力、各種温度などは、適宜、変更してもよい。
拘束治具の表面は、黒色でなくてもよい。この場合、拘束治具の温度を測定しなくてもよいし、赤外線量に基づく手法以外の手法で測定してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
２０…アッセンブリ
３０…ヒーティングプレート
３２…ヒーティングプレート
３５…合金
４０…チャンバ
４２…チャンバ
５０…真空ポンプ
６０…誘導加熱装置
１００…乾燥装置
１１０…乾燥装置
２１０…セル
２２０…拘束治具
２２１…壁部
２２３…底部
２２５…鉄芯
２２７…上凹部
２２９…下凹部
２３１…第１のエンドプレート
２３２…第２のエンドプレート
２３５…サイドプレート
【図１】
2015125946.tif 000003
【図２】
2015125946.tif 000004
【図３】
2015125946.tif 000005
【図４】
2015125946.tif 000006
【図５】
2015125946.tif 000007
【図６】
2015125946.tif 000008
【図７】
2015125946.tif 000009
【図８】
2015125946.tif 000010