(57)【要約】【課題】  リチウムイオン電池等の電極材料用の電極用乾燥炉用水分量計測装置において、ガスサンプル流路における水分の付着を抑制しつつ、速やかに起動させる。【解決手段】  電極用乾燥炉と水分量センサの間に設けられたフィルタに電熱線等のヒータを内蔵し、フィルタを直接加熱することで、速やかに水分量計測装置を起動する。水分量センサに導入されるサンプルガスの温度を、電極用乾燥炉内ガスの温度が等しくなるようヒータを制御して、水分量センサの計測精度を向上させる。【選択図】  図１
2009259709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体に活物質ペーストを塗布した電池電極用素材を乾燥する炉内の水分量を計測する装置であって、
乾燥炉内の気体が通過するフィルタと、
前記フィルタを通過した後の気体に含まれる水分量を計測する水分量センサと、
前記フィルタに接触しており、前記フィルタを直接加熱するフィルタヒータと、
を備えている水分量計測装置。
【請求項２】
前記フィルタと前記水分量センサの間に設置されている第１温度センサと、
前記乾燥炉内に設置されている第２温度センサと、
前記第１温度センサの検出結果と前記第２温度センサの検出結果とが等しくなるように前記フィルタヒータの出力を制御する制御装置が付加されており、
前記水分量センサが、計測する気体の温度によって異なる値をとる単位で水分量を計測することを特徴とする請求項１に記載の水分量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
リチウムイオン２次電池等に用いる電池電極は、集電体に活物質ペーストを塗布した電池電極用素材を乾燥して製造する。本発明は、湿潤な活物質ペーストを塗布した電池電極用素材を乾燥する乾燥炉内の水分量を計測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン２次電池等に用いる電池電極は、活物質粉末と結着剤などを水または有機溶媒に配合、混練して得られる活物質ペーストを金属箔状の集電体に塗布し、湿潤な活物質ペーストを塗布した素材を乾燥炉内で乾燥することによって製造される。
電池電極の活物質層の組成が不均一な場合、集電体と活物質層間の接着強度が不足し、高温保存中や繰り返し実施する充放電中に集電体と活物質層の界面で自然剥離が生じ、充放電容量の劣化や負荷特性の悪化の原因となる。
電池電極の活物質層の均一性を確保するためには、電池電極の乾燥工程において、活物質層内の含水率の変化速度、すなわち乾燥速度を適切に管理する必要がある。活物質層の乾燥速度は、乾燥炉に送風する外気の温度や水分量、乾燥炉内の温度や水分量などの影響を受けるため、電池電極用素材を乾燥する炉内の水分量を正確に計測して管理する必要がある。
【０００３】
気体に含まれる水分量を計測する水分量センサが実用化されており、乾燥炉内の気体を水分量センサに導入することによって乾燥炉内の水分量を計測することができる。水分量センサに異物が導入されるとセンサ出力が異常となることから、水分量センサに導入する気体から異物を除去しておく必要がある。すなわち、乾燥炉内の気体をフィルタに通し、フィルタを通過することで異物が除去された気体を水分量センサに導入する必要がある。
フィルタの温度が低いと、気体中の水分がフィルタに結露することがある。あるいは、気体中の水分がフィルタに吸着されてしまうことがある。気体中の水分がフィルタに結露または吸着されてしまうと、水分量センサで計測する水分量が乾燥炉内の水分量から相違してしまう。気体中の水分がフィルタに捕獲されてしまうことを防止する必要がある。
【０００４】
特許文献１に、フィルタケースを発熱抵抗体などによって加熱し、フィルタケースの内部に配置されているフィルタを間接加熱することによって、気体中の水分がフィルタに結露することを防止する技術が開示されている。また、特許文献２に、断熱性のフィルタケースの内面近傍にヒータを設けてフィルタケース内部を加熱し、フィルタケースの内部に配置されているにおいて、フィルタを間接加熱することによって、気体中の水分がフィルタに結露することを防止する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−５４７９１号公報
【特許文献２】特開平６−６６６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記文献に記載の技術では、水分量計測装置の起動時の課題が解決されない。
水分量計測装置の起動時にはフィルタが低温であり、水分を含む気体を通すと水分が結露する。フィルタに結露すると、その結露を除去するのに時間を要し、信頼のできる水分量が計測可能となるまでの時間が遅れる。そこで、水分量計測装置の起動時には、フィルタ温度が上昇するまで、乾燥気体を通過させる必要がある。
上記文献に記載の技術では、乾燥気体を通過させながらフィルタを間接的に加熱する。この方式では、フィルタ温度が上昇するまでに長時間を要し、信頼のできる水分量が計測可能となるまでの時間が遅れてしまう。
そこで本発明は、起動時にフィルタ温度を速やかに上昇させることができ、迅速かつ確実に起動できる電池電極用素材の乾燥炉の水分量計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、集電体に活物質ペーストを塗布した電池電極用素材を乾燥する炉内の水分量を計測する装置であり、乾燥炉内の気体が通過するフィルタと、フィルタを通過した後の気体に含まれる水分量を計測する水分量センサと、フィルタに接触してフィルタを直接加熱するフィルタヒータとを備えている水分量計測装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の水分量計測装置によれば、起動時にフィルタヒータによってフィルタを直接加熱することができ、フィルタに結露や吸着が生じない温度にまでフィルタを速やかに加熱することができる。迅速かつ確実に起動を完了することができる水分量計測装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に説明する実施例の主要な特徴を以下に列記する。
（特徴１）  フィルタ材料は、耐熱温度が１００℃以上のものを用いる。
（特徴２）  フィルタとフィルタケースは互いに接触しておらず十分な隙間があり、隙間が気体流路として機能する。
（特徴３）  フィルタは中空形状である。
（特徴４）  乾燥炉内の気体はフィルタの内側に導入され、フィルタの内側から外側に通過した気体がフィルタケースから水分量センサに送られる。
（特徴５）  乾燥炉の上部から、水分量を検出する気体が採取される。
（特徴６）  電池電極用素材は、活物質ペーストが塗布された面を上にして乾燥炉を通過する。
【実施例】
【０００９】
（実施例１）
以下、本発明の実施例１について、図面を参照しながら説明する。
図１は、実施例１の水分量計測装置１の設置例である。水分量計測装置１は、乾燥炉６の上面に接続されている。乾燥炉６を、電池電極用素材７が通過する。図２に示すように、電池電極用素材７は長尺な集電体１０の表面に湿潤な活物質ペースト９が塗布されたものであり、ローラ８に巻き取られることによって乾燥炉６を通過し、通過することで湿潤な活物質ペースト９が乾燥される。
【００１０】
図３は、実施例１の水分量計測装置１のシステム構成図である。乾燥炉６とフィルタ部２は、第１流路４ａを介して接続されており、フィルタ部２と水分量センサ３は、第２流路４ｂを介して接続されている。制御装置１２はフィルタ部２の温度制御を行う。
図４は、実施例１のフィルタ部２の断面図である。フィルタ部２は、フィルタ２１と、フィルタ２１が内部に配置されたフィルタケース２２によって構成されている。フィルタ２１は円筒形状で上面が開口しており、側面および底面はガラスウール製のフィルタで構成され、フィルタヒータ２３が内蔵されている。フィルタケース２２は、円筒形状の金属製のケースで、側面および底面にフィルタケースヒータ２４が内蔵されている。
第１流路４ａは、フィルタ２１の上部においてフィルタ２１の内側空間に接続されており、第２流路４ｂは、フィルタ２１の外側空間に接続されている。
フィルタ２１には、温度センサ３１が設けられており、制御装置１２がフィルタヒータ２３とフィルタケースヒータ２４の出力を調整し、フィルタ２１に結露や水分吸着が生じない温度（例えば１００℃以上）となるように調整する。
【００１１】
本実施例の構成によれば、フィルタ２１に内蔵されたフィルタヒータ２３によって、直接的にフィルタ２１が加熱されるので、流路４ａ，４ｂと比較して表面積が大きく、水分が結露したり吸着し易いフィルタの温度を速やかに上昇させ、迅速かつ確実に水分量計測装置の起動を完了することが可能である。
【００１２】
通常、水分量計測装置では、結露等の発生を防ぐためや水分量センサを保護するために、起動が完了するまで、Ｎ２等の乾燥ガスを水分量計測装置に流通させておく必要がある。起動時間が短くなれば、乾燥ガスの使用量を少なくできる効果も得ることができる。
【００１３】
なお本実施例では、フィルタヒータ２３が、ガラスウール製のフィルタ層に内蔵されているが、フィルタを直接加熱できるものであれば、図５ａに示すように、フィルタに外接していてもよいし、内接していてもよい。また、フィルタの材料に金属などの熱伝導度の高い材料を用いる場合には、図５ｂに示すように、フィルタの一部を加熱して全体に伝熱させるものでもよい。
【００１４】
（実施例２）
図６は、実施例２の水分量計測装置の構成を示している。実施例２の水分量計測装置は、温度センサ３１に代えて水分量センサ入口流路部分に設けられた第１温度センサ３３が設置されている。また乾燥炉６内の温度を検出する第２温度センサ３２が設けられている。
制御装置１２は、第１温度センサ３３と第２温度センサ３２の検出値に基づいてフィルタヒータ２３とフィルタケースヒータ２４の出力を制御する。その他は、実施例１の水分量計測装置と同一であり、重複説明を省略する。
【００１５】
本実施例によれば、水分量センサ３に導入される気体の温度と、乾燥炉６内の気体の温度をほぼ等しくすることができる。
水分量センサの中には、計測する気体の温度によって異なる値をとる単位で水分量を計測するものがある。例えば、電気式湿度計を水分センサに用いた場合、湿度という水分量を示す値は、気体の温度によって変化する。水分量センサ３に導入される気体の温度と、乾燥炉６内の気体の温度が等しければ、水分量センサ３で計測した湿度がそのまま乾燥炉６内の気体の湿度となる。温度に関する補正を行う補正機構を設ける必要がなく、乾燥炉６内の湿度を直接的に測定することができる。
【００１６】
本実施例では、第１温度センサ３３を水分量センサ３の入り口に配置したが、例えば、第２流路４ｂを断熱部材で覆って保温性を高めることによってフィルタ部２から水分量センサ３までの間に温度変化が殆ど生じないようにすれば、第１温度センサ３３をフィルタ部２から水分量センサ３までの任意の位置に配置することができる。
また、水分量センサに、気体の温度を検出する温度センサが設けられている水分量センサを用いる場合には、第１温度センサ３３に代えて、気体温度を計測する温度センサの検出結果に基づいて、フィルタヒータ２３の出力を制御するように水分量計測装置を設計してもよい。
なお、実施例１と実施例２の水分量計測装置では、第１流路４ａと第２流路４ｂにヒータが配置されていないが、第１流路４ａと第２流路４ｂにもヒータを設けることができる。そのヒータの出力を制御装置１２によって制御すれば、水分量計測装置の気体流路の全体の温度をより確実に均一に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１の水分量計測装置の設置例。
【図２】電池電極用素材の平面図。
【図３】実施例１の水分量計測装置のシステム構成図。
【図４】実施例１のフィルタ部の断面図。
【図５】変形例のフィルタ部の断面図。
【図６】実施例２の水分量計測装置のシステム構成図。
【符号の説明】
【００１８】
１    水分量計測装置
２    フィルタ部
３    水分量センサ
４ａ  第１流路
４ｂ  第２流路
６    乾燥炉
７    電池電極用素材
８    巻き取りローラ
９    活物質ペースト
１０  集電体
１２  制御装置
２１  フィルタ
２２  フィルタケース
２３  フィルタヒータ
２４  フィルタケースヒータ 
２５  内接フィルタヒータ
２６  外接フィルタヒータ
２７  金属製フィルタ
２８  金属製フィルタのヒータ
３１  温度センサ 
３２  第２温度センサ
３３  第１温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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