(57)【要約】  従来技術の欠点に悩まされない基材の両面コーティングのためのシステム及び方法を提供すること。バッテリー電極として有用な基材などの基材をコーティングするための両面コーティングシステム及び方法。特定の実施形態では、システムは、乾燥機と基材の巻き戻しとの間に配置されたインラインカレンダーステーションを含む。すなわち、基材（又はウェブ）の進行方向において、乾燥機の下流、及び巻き戻しの上流に配置される。特定の実施形態では、カレンダー操作は乾燥機のすぐ下流に配置される。真空乾燥機など、基材を処理する中間装置は、乾燥機とカレンダーの間に配置されない。このようなシステムと方法の利点には、片面コーティング操作と比較して処理能力が２倍、タンデムコーティングラインと比較して装置の設置面積が小さい、タンデムコーティングラインと比較して資本コストと運用コストが低く、基材のしわの問題が少ないなどがある。
2020533171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルパスで基材の第１面と第２面をコーティングするシステムであって、
ａ．前記基材の第１面に第１コーティング層を塗布するための第１コーター、
ｂ．前記基材の第２面に第２コーティング層を塗布するための第２コーター、
ｃ．前記第１及び第２のコーティング層が所定レベルの残留水分を保持するように前記第１及び第２のコーティング層を乾燥させるための、前記第２コーターの下流にある乾燥機、
ｄ．前記第１及び第２コーティング層をカレンダー加工するために、前記乾燥機の下流に配置されるカレンダー
を含むシステム。
【請求項２】
前記カレンダーが前記乾燥機のすぐ下流にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記基材が金属箔である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１面が前記第２面の反対側にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１コーティング層が活性電極材料を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記活性電極材料がリチウムを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
残留水分の前記所定レベルが、当該所定レベルよりも高い残留水分レベルで必要な力よりも小さいカレンダー力を前記カレンダーにより加えて前記基材に目標のコーティング厚を達成するのに有効である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記基材が、オフラインのドライダウン期間を経ることなく、前記乾燥機から前記カレンダーに進む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記基材が、オフラインの真空乾燥をされることなく、前記乾燥機から前記カレンダーに進む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記乾燥機が浮揚乾燥機である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
さらに、前記カレンダーの下流に二次乾燥機を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記二次乾燥機がフェスツーン乾燥機である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
シングルパスで基材の第１面及び第２の面をコーティングする方法であって、
ａ．第１コーターを用いて、前記基材の第１面に第１コーティング層を塗布する工程、
ｂ．第２コーターを用いて、前記基材の第２面に第２コーティング層を塗布する工程、
ｃ．前記第１及び第２コーターの下流に配置される浮揚乾燥機で、前記第１及び第２コーティング層が前記乾燥機を出るときに所定レベルの残留水分を保持するように、前記第１及び第２コーティング層を非接触乾燥する工程、
ｄ．前記乾燥機の下流で、コーティングされた前記基材をカレンダー加工する工程
を含む方法。
【請求項１４】
前記カレンダーが前記乾燥機のすぐ下流にある、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記基材が金属箔である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１面が前記第２面の反対側にある、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１コーティング層が活性電極材料を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記活性電極材料がリチウムを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
残留水分の前記所定レベルが、当該所定レベルよりも高い残留水分レベルで必要な力よりも小さいカレンダー力で前記基材に目標のコーティング厚を達成するのに有効である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記基材が、前記第１及び第２コーティング層を非接触乾燥する工程と前記カレンダー加工する工程の間に、オフラインのドライダウン期間を経ていない、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記基材が、前記第１及び第２コーティング層を非接触乾燥する工程と前記カレンダー加工する工程の間に、オフラインの真空乾燥をされていない、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
さらに、カレンダー加工後に、前記基材を二次乾燥に供する工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記二次乾燥がフェスツーン乾燥機で実施される、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される実施形態は、例えば電池の製造に使用されるコーティング処理などの基材をコーティングするためのシステム及び方法に関し、ここで、基材は一連の個別のパッチ（断続コーティング）及び／又はレーンでコーティングされる。
【背景技術】
【０００２】
材料のシートの少なくとも一部にコーティングを堆積することが望まれるさまざまな用途がある。例えば、電池の電極は、シート又はウェブなどの基材に層又はコーティングを塗布し、次いで基材を適切な寸法の部分に切断することにより製造され得る。特に重要なのは、層が均一な厚さで塗布されることである。特定の用途では、シートが後で切り離される領域では、層又はコーティングはシートに塗布されない。
【０００３】
したがって、均一な層又はコーティングをシートに適用でき、必要に応じてその層の塗布を有効又は無効にする機能を有するシステムが使用される。例えば、リチウムイオン電池などの製造において、スロットダイコーターなどを用いて、アノードスラリーを導電性基材（例えば、銅箔）に塗布するコーティングプロセス、及びカソードスラリーを導電性基材（例えば、アルミニウムホイル）に塗布する別のコーティングプロセスが採用されることがある。これら２つのコーティングプロセスには、２つの異なるコーティング方法がある：不連続コーティング（スキップコーティング又はパッチコーティングとも呼ばれる。）と連続コーティングである。いずれの方法の実施においても、コーティング材料は、連続的に移動する基材の進行方向に平行に走る１つ以上のレーンの形で当該連続的に移動する基材に塗布されることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のリチウムイオン電池電極の製造では、集電体基材（例えば、銅箔）は、一度に片側で活物質（例えば、酸化リチウムなどのリチウム系材料）のスラリーでコーティングされることがある。最も一般的なコーティングラインレイアウトは、標準の片面ラインである。このレイアウトには通常、巻き出し、コーティングステーション、乾燥機、巻き戻しがある。図１は、この片面レイアウトの簡略化された概略図を示している。図１に示すように、集電体基材２００はロール３００から巻き出され、バッキングロール５００に支持されながら、基材の第１面がコーティングヘッド４００（スロットダイコーターの一部など）を使用してコーティングされるコーティングステーションに進む。基材２００は乾燥機６００に進み、そこでコーティングが乾燥され、次いで片面コーティングされた基材が巻き戻しロール７００に巻き取られる。次に、集電体基材２００の片面コーティングされたロールは、同様のプロセスにより（図示せず）反対側の第２面をコーティングされる。集電体基材のコーティングされたロールが複数回移動するため、このプロセスは非常に非効率的で労働集約的である。材料のロールが巻きだされたり巻き戻されたりするたびに、プロセススクラップが生成され、コストが増加する。
【０００５】
このプロセスの代替として、コーティング機が典型的には巻き出し３００、第１コーティングステーション４００、一次乾燥機６００、第２コーティングステーション４００’、第２乾燥機６００’、及び巻き戻し７００を有するタンデムコーターを含む。図２は、このタイプのレイアウトを概略的に示す。図２に示すように、基材２００の第１面にコーティングを塗布するために使用されるシステム及び実行されるプロセスは、図１の片面コーティングシステム及びプロセスと同じである。しかしながら、片面コーティングされた基材２００を巻き戻す代わりに、基材２００は第２コーティングステーションに案内され、その後に第２乾燥ステーションが続き、その後巻き戻しロール７００に巻き取られる。タンデムコーターは、複数の巻き出し及び巻き戻しステップの問題を解決するが、コーティングラインの工場設置面積が２倍になる。さらに、タンデムコーターシステムでも、集電体基材は２つの別々の乾燥ステップを経る。１つは第１面のコーティングを乾燥するためのもので、もう１つは第２面のコーティングを乾燥するためのものである。したがって、第１面のコーティングは２回乾燥される。
【０００６】
先行技術のさらなる問題は、各面が順次にコーティング及び乾燥されるため、コーティングが収縮し、乾燥したコーティングに内部応力が生じ、乾燥中にコーティングがカールする傾向があることである。この応力により、図３に示すように、基材２００がカールする。この乾燥のカールしたコーティングが次のコーティングステーションを通過すると、カールにより、コーティングされた箔がバッキングロールに対して平らになることが妨げられる。バッキングロールスロットにおけるダイコーティングの重要なパラメーターの１つは、スロットダイと基材間のギャップが均一かつ平行でなければならないことである。スロットコーティングプロセスでは、均一なコーティング厚を形成するために、コーティングヘッドの幅全体で均一な圧力降下がさらに必要である。不均一なコーティングギャップが原因で発生し得る圧力降下の違いは、ウェットコーティング層の不均一性を引き起こす。これは図４に示されるように、第１パスのコーティングがもたらしたカールが、箔がバッキングロール５００上に平らに横たわることを妨げる。スロットダイと基材との間のこの非平行なギャップにより、ウェットコーティング層が不均一になる。この不均一性は、コーティングギャップの不均一性と、スロットダイを出るコーティング液の圧力差の直接的な結果である。理想的なバッテリー性能を実現するには、一般に、金属箔基材上でコーティングを均一にする必要がある。コーティングが不均一になると、リチウムイオン濃度に差が生じ、バッテリーにホットスポットができ、バッテリーの寿命や性能が低下する可能性がある。
【０００７】
既存の従来技術の別のよく知られた問題は、両面コーティングされた電極が、カレンダー加工の前に、中間の「ドライダウン」期間を経なければならないことである。「ドライダウン」期間では、前工程でコーティング及び乾燥された箔のロールが特定の時間間隔、典型的には数時間から数日の間、低湿度雰囲気制御の貯蔵室／部屋や、真空乾燥ステップが実行される真空室などの気候制御環境に保持される。これには時間がかかるが、電極コーティングの両側の残留溶媒レベルを同じ濃度にするために必要である。この追加の真空乾燥ステップなしで電極をカレンダー加工すると、電極の上面と下面が異なる密度と気孔率を持ち、これは許容できない。
【０００８】
さらに別の問題は、電極の片側が２回乾燥するため、電極の両側の組成が、残留溶媒、密度、気孔率、さらにはバインダーの分布において異なることである。その結果、このプロセスで作製されたバッテリー電極は、電極内の残留溶媒レベルをさらに減らすために、さらに真空乾燥ステップ（又は乾燥期間）を経る必要がある。
【０００９】
したがって、本明細書に開示される実施形態の目的は、前述の欠点に悩まされない基材の両面コーティングのためのシステム及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
先行技術の問題は、電池電極として有用な基材などの基材をコーティングするための両面コーティングシステム及び方法に関する本明細書に開示される実施形態によって克服された。特定の実施形態では、システムは、乾燥機と基材の巻き戻しとの間に配置されたインラインカレンダーステーションを含む。すなわち、基材（又はウェブ）の進行方向において、乾燥機の下流、及び巻き戻しの上流に配置される。本明細書で開示される実施形態において、「インライン」という用語は、基材の連続ウェブにウェブの巻き取り及びその後の巻き戻しなしに第１のプロセス操作を実行した後に、第２のプロセス操作に入ることを指す。そのため、第２のプロセス操作は、当該第１のプロセス操作に対してインラインで実行されるものとして定義される。さらに、このように、一連のプロセス操作間で処理されるウェブの中間巻き取り及び巻き戻しなしで実行される一連のプロセス操作は、インラインで実行されると説明される。したがって、インラインという用語は、オフラインプロセスステップとは異なり、後者は、このオフラインプロセスステップの前に、少なくとも１つの中間巻き取りステップ（又は他のウェブ蓄積保管手段）及び後続の巻き出しステップ（又は他の蓄積保管解除手段）で実行される。特定の実施形態では、カレンダー操作は乾燥機のすぐ下流に配置される。乾燥機とカレンダーの間に、基材を処理する中間装置、例えば基材が乾燥期間中保持される真空乾燥機や、雰囲気制御の貯蔵室／部屋は乾燥機とカレンダーの間に配置されない。このようなシステムと方法の利点には、片面コーティング操作と比較して処理能力が２倍、タンデムコーティングラインと比較して装置の設置面積が小さい、タンデムコーティングラインと比較して資本コストと運用コストが低く、基材のしわの問題が少ないなどがある。
【００１１】
特定の実施形態では、システム及び方法は、乾燥機を出る基材の水分含有量を制御することにより、カレンダー加工前のドライダウン期間又は真空乾燥の必要性を排除する。
【００１２】
したがって、いくつかの実施形態では、ウェブなどの基材をコーティングするためのシステムが提供される。このシステムは、単一パスで基材の両面のコーティングが実行されるコーティングステーションと、コーティングされた基材が乾燥される乾燥ステーションを含み得る。いくつかの実施形態では、基材の両側のコーティングは同時に実施される。基材の両側が１回乾燥されるので、基材の両側のコーティング組成物は、残留溶媒レベル、密度、多孔度、及びバインダー組成などにおいて同じ又は実質的に同じ特性を有する。特定の実施形態において、乾燥は、基材が乾燥機を出るときに所定の残留溶媒含量が残るように実施される。これにより、あらかじめ真空乾燥などの二次乾燥プロセスを実行せずに、後続のカレンダー加工プロセスを実行できる。
【００１３】
特定の実施形態では、システムは、単一パスで基材の第１面及び第２面をコーティングするためのものであり、前記基材の第１面に第１コーティング層を塗布するための第１コーターと、前記基材の第２面に第２コーティング層を塗布するための第２コーターと、前記第２コーターの下流にある乾燥機であって前記基材が当該乾燥機を出るとき前記第１及び第２のコーティング層が所定レベルの残留溶媒を保持するように前記第１及び第２のコーティング層を乾燥させるための乾燥機と、前記第１及び第２のコーティング層をカレンダー加工するために、前記乾燥機の下流に配置されるカレンダーを含む。特定の実施形態では、基材は金属箔であり、平面であり、第１面は第２面の反対側にある。
【００１４】
本発明の方法の態様において、本明細書に開示される実施形態は、基材の第１面をコーティングし、基材の反対側の第２面をコーティングし、続いて所定の残留溶媒レベルまで基材上のコーティングを乾燥し、カレンダー加工の前に二次乾燥プロセスを経ることなく当該基材をカレンダー加工することを含む、シングルパスで基材の両面をコーティングする方法に関する。特定の実施形態では、前記カレンダー加工プロセスに続いて二次乾燥ステップが実行される。好ましい実施形態において、二次乾燥工程は、カレンダー加工後にインラインで実施される。特定の実施形態において、基材の第１面及び第２面は同時にコーティングされる。両側のコーティングの直線性は、同時両面コーティングにより改善される。特定の実施形態では、カレンダー加工操作前の基材の真空乾燥又はドライダウン期間は設けられない。いくつかの実施形態では、乾燥は、非接触方式で、例えば、基材が乾燥機構成要素と接触することなく乾燥機ハウジング内で浮遊する浮揚乾燥機で実行される。
【００１５】
本開示のこれら及び他の非限定的な態様及び／又は目的は、以下により詳細に説明される。本明細書で開示される実施形態のより良い理解のために、本開示の一部を形成する添付の図面及び説明を参照する。
【００１６】
本明細書で開示される実施形態は、様々な構成要素及び構成要素の配置、ならびに様々なプロセス動作及びプロセス操作の配置の態様をとることができる。図面は、好ましい実施形態を例示する目的のためだけであり、限定するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来技術によるシングルパスコーティングレイアウトの概略図である。
【図２】従来技術によるタンデムコーティングレイアウトの概略図である。
【図３】従来技術によるカールした基材の図である。
【図４】従来技術によりコーティングされた基材の概略図である。
【図５】特定の実施形態による基材の両面コーティングのためのシステムの概略図である。
【図６】別の実施形態による基材の両面コーティングのためのシステムの概略図である。
【図６Ａ】別の実施形態による、コントローラを含む、基材の両面コーティングのためのシステムの概略図である。
【図７】別の実施形態による、基材の両面コーティングのためのシステムの概略図である。
【図８】別の実施形態による、基材の両面コーティングのためのシステムの概略図である。
【図９】特定の実施形態による、スリッターでスリットされている基材を示す図である。
【図１０】特定の実施形態による、ウェットラミネーションを含む基材の両面コーティングのためのシステムの概略図である。
【図１１】特定の実施形態による、エッジコーティング機構の図である。
【図１２】特定の実施形態によるインライン二次乾燥操作の概略図である。
【図１３】インライン二次乾燥操作の別の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書で開示される構成要素、プロセス、システム、及び装置のより完全な理解は、添付の図面を参照することにより得られる。図面は、本開示の説明の利便性及び容易さのための単なる概略図であり、したがって、デバイス又はその構成要素の相対的なサイズ及び寸法を示すこと、及び／又は例示的な実施態様の範囲を定義若しくは制限することを必ずしも意図しない。
【００１９】
以下の説明では明確にするために特定の用語を使用しているが、これらの用語は、図面で例示するために選択した実施形態の特定の構造のみを指すことを意図している。図面及び以下の説明において、同様の数字表示は同様の機能の構成要素を指すことを理解されたい。
【００２０】
単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」には、文脈からそうでないことが明確に示されていない限り、複数の指示対象が含まれる。
【００２１】
本明細書で使用されているように、さまざまなデバイス及び部品は、他の構成要素を「含む」と説明される場合がある。本明細書で使用される用語「含む」、「有する」、「できる」、及びそれらの変形は、非限定的な、追加のコンポーネントの可能性を排除しない移行句、用語、又は単語であることを意図している。
【００２２】
本明細書に開示されるすべての範囲は、列挙された端点を含み、独立して組み合わせることができる（例えば、「２インチから１０インチ」の範囲とは、端点の２インチ及び１０インチ、及びすべての中間値を含む）。
【００２３】
本明細書で使用される場合、近似言語は、関連する基本機能の変化をもたらすことなく変化する可能性のある定量的表現を修正するために適用され得る。したがって、「約」や「実質的に」などの用語によって修飾された値は、特定の値に限定されない場合がある。修飾「約」は、２つの端点の絶対値によって定義された範囲をも開示していると理解されるべきである。例えば、表現「約２から約４」は、「２から４」の範囲も開示している。
【００２４】
本明細書で使用される用語の多くは相対的な用語であることに留意されたい。たとえば、「上部」と「下部」という用語は、位置に関して相対的である。つまり、上部の構成要素は下部の構成要素よりも高い位置にすぎず、構造の特定の配向又は位置を要求するものと解釈されるべきではない。さらなる例として、「内部」、「外部」、「内向き」、及び「外向き」という用語は中心に対して相対的であるにすぎず、構造の特定の配向又は一を要求ものとして解釈されるべきではない。
【００２５】
「上部」及び「底部」という用語は、絶対参照、つまり地表に関連している。言い換えれば、上部の位置は常に、地表に関して底部の位置よりも高い位置にある。
【００２６】
「水平」及び「垂直」という用語は、絶対基準、つまり地面レベルに対する相対的な方向を示すために使用される。ただし、これらの用語は、構造が互いに完全に平行又は完全に垂直であることを要求するものと解釈されるべきではない。
【００２７】
用語「本質的に…からなる」とは、本明細書において、請求の範囲を特定の材料又はステップ、及び請求の範囲の実質的内容の基本的な新規特徴に実質的に影響を及ぼさないものに限定するために使用される。この用語は、請求の範囲の実質的内容の基本的な新規特徴に実質的に影響を及ぼさない要素の追加を許容する。したがって、「本質的に…からなる」という表現は、列挙された実施形態、特徴、構成要素などが存在しなければならないことを示し、他の実施形態、特徴、構成要素などは、その存在が記載された実施形態、特徴、構成要素などの性能、特性又は効果に実質的に影響を与えない限り、存在してもよい。例えば、浮揚乾燥機とカレンダー加工の間に、真空乾燥ステップ又は他のドライダウン操作により、実質的にすべての残留溶媒を除去することを包含することは、実質的内容の基本的な新規特徴に実質的に影響を及ぼすと考えられる。
【００２８】
ところで、図５を参照すると、特定の実施形態による両面コーティング、乾燥及びカレンダー加工システム１８０が示されている。集電体などの基材２０は、巻き出しローラ２２に巻き付けられて示されている。特定の実施形態では、集電体は、リチウムイオン電池などの電池の電極として使用するのに適した金属箔である。通常、金属箔は、陽極用の銅と陰極用のアルミニウムである。当業者は、本明細書に開示されるシステム及び方法において集電体以外の基材を使用することができ、金属箔集電体基材は単なる例示的な実施形態であることを理解するはずである。
【００２９】
特定の実施形態では、基材２０は概ね平坦であり、細長い第１面及び第２面を含み、第１面は第２面の反対側にある。図５に示す実施形態では、第１面２０Ａは第１コーティングヘッド２４でコーティングされ、第２面２０Ｂは第２コーティングヘッド２６でコーティングされる。コーティング操作は、同時に又はほぼ同時に実行され得る。第１コーティングヘッド２４によるコーティング塗布中に基材２０を支持するために、バッキングロール２５を使用することができる。
【００３０】
基材２０の第１面及び第２面に適用される適切なコーティングは特に限定されない。電極が製造される実施形態では、コーティングは通常、グラファイト（アノード用）及びリチウム（例えば、カソード用酸化リチウム）などの活物質、及びバインダーを含むことができるスラリーである。活性物質は、典型的には９０重量％を超える量である。導電性添加剤、バインダー、増粘剤などの他の添加剤が含まれていてもよい。バインダー含有量は、典型的には約１％〜約１０％の範囲であり、より少ない量が好ましい。適切なバインダーには、テフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン、ＳＢＲラテックスなどがある。典型的な目標は、最適な電池性能と寿命を維持しながら、活物質含有量を最大化することである。基材２０の各面に適用されるコーティングは、同じでも異なる種類でもよく、同じ量で、又は異なる量で適用することができる。電極が製造される実施形態では、典型的には、基材２０の各面に適用されるコーティングは同種であり、同様の量、例えば同様の厚さで適用される。
【００３１】
基材２０の第１面及び第２面がコーティングされると、基材２０は乾燥機３０に案内される。特定の実施形態では、乾燥機３０は、塗布されたコーティング（及び基材）の損傷を避けるために乾燥中に基材２０を非接触支持することが望ましいため、浮揚乾燥機である。乾燥中に基材（又はウェブ）を非接触で支持するための適切な構成の１つは、基材がその間で移動するノズル又はエアバーの水平上下セットを含む乾燥機ハウジングを含む。エアバーから出た熱気は、乾燥機３０を通過する際にウェブを乾燥及び支持する。乾燥機ハウジングは、例えば、水、コーティング、溶媒などの乾燥の結果としての基材から発せられる水分又は他の揮発物を放出する排気ブロワーなどによってわずかに大気圧未満に維持することができる。特定の実施形態では、エアバーは、高熱伝達及び優れた浮揚特性を示すバブコック・アンド・ウィルコックス・メグテック社から市販されているＨＩ−ＦＬＯＡＴ（登録商標）エアバーなどのコアンダ効果を示す浮揚ノズルを含むことができる。このようなコアンダ浮揚ノズルを備えた一般的な乾燥機構成では、上下の対向ノズルアレイが提供され、下部アレイの各ノズル（エンドノズルを除く）は上部アレイの２つのノズルの間に配置される。すなわち、上部ノズルと下部ノズルは互いに対してずれている。当業者は、乾燥機３０内のノズルの他の構成が使用されてもよく、乾燥及び／又は浮揚が赤外線、紫外線、電子ビーム、又は前述のものの任意の組み合わせを含む他の技術を使用して実行又は強化されてもよいことを理解するはずである。コーティング層の浮揚と適切な乾燥又は硬化を効果的かつ効率的に達成するため。例えば、１つ以上のノズルは、ホールアレイバーなどの複数の開口部を有する直接衝突ノズル、又は１つ以上のスロットを有する直接衝突ノズルなどの直接衝突ノズルであってもよい。直接衝突ノズルは、浮揚ノズルよりも、所定の空気量とノズル速度に対する熱伝達係数が高い。ホールアレイバーとスロットバーとでは、前者は等しいノズル速度で所定の空気量に対してより高い熱伝達係数を提供する。
【００３２】
浮揚乾燥機３０は、乾燥機の全長にわたって対流ノズルからの設定空気温度及び設定空気ジェット速度を有する単一のゾーンで構成されてもよく、又は好ましい実施形態では、それぞれ独立した空気温度設定及び風速設定を有する２つ以上のゾーンで構成されてもよい。さらに、乾燥機の全乾燥時間内で乾燥プロファイルの所定の段階でコーティング層の加熱と乾燥を強化するため、１つ又は複数のゾーンには、赤外線、紫外線、電子ビーム、又は任意の組み合わせを含む前述の技術を含むことができる。
【００３３】
特定の実施形態において、乾燥機３０における基材２０上のコーティング層の乾燥又は硬化は、基材２０が乾燥機３０を出るときにコーティングに所定レベルの残留溶媒が保持されるように調節される。残留溶媒量は、所望のコーティングの厚さ又は密度を達成するために必要なカレンダー加工力に影響する。残留溶媒量が多いと、必要な厚さと密度を実現するために必要なカレンダー力が低下する。特定の実施形態では、約２５％から約４０％、好ましくは約３０％から約３５％の気孔率を達成することが望ましい。カレンダー加工による厚さの減少と、結果として生じる気孔率の減少は、通常４０〜約３５％の範囲である。コーティングされた電極の気孔率は、通常、約５０〜６０％の範囲であり、ほとんどの場合、個々の部材の真の密度と電極配合物の相対割合を使用して計算される。電極コーティングは乾燥して引き締まるか、粒子サイズと粒子形態に基づいて乾燥プロセス中に異なる態様で定着するため、気孔率を正確に測定又は予測することは困難である。いくつかの実施形態において、乾燥は、約０．０５％〜約５％の残留溶媒レベルが基材２０上に保持されるように実行され、より好ましい溶媒レベルは０．２％〜２％の範囲である。均一なコーティング厚が目的であり、特定の実施形態では、当技術分野で知られている方法によって測定される約１ミクロン以内の厚さのばらつきが好ましい。基材２０の両側は乾燥機３０を一度だけ通過するので、塗布されたコーティングの特性（例えば、残留溶媒レベル、気孔率、密度、バインダー組成など）は、基材が乾燥機３０を出るとき、同じ又は実質的に同じである。当業者は、例えば、スラリーの必要な特性に応じて、本明細書に開示される実施形態で混合、コーティング、及び処理される電池電極スラリーの調製に溶媒の多くの選択を使用できることを認識するはずである。有機溶媒（例：Ｎ−メチル−ピロリドン（ＮＭＰ））に加えて、水も特定のスラリー調製（例：水性電極スラリー／コーティング）に一般的に使用される溶媒である。したがって、残留溶媒は、例えば処理される電極スラリーの成分として存在する可能性がある水又は有機溶媒を指し、したがって、乾燥又はさらなる処理後に製品に残る水分は「残留水分」又は「残留溶媒」と呼ばれる場合がある。通常、すべての乾燥操作が完了した後の目標残留溶媒レベル（たとえば、セルアセンブリの直前の残留溶媒レベル）は５％以下であり、多くの場合２００ｐｐｍ未満であり、１００ｐｐｍ未満になることもある。しかし、カレンダー加工を促進するために、特定の実施形態では、最終目標残留溶媒レベルよりも高い残留溶媒レベルを達成するように、一次乾燥操作が実行される。たとえば、ＮＭＰが溶媒であり、目標の最終残留溶媒レベルが１００ｐｐｍ未満である特定の実施形態では、所望の厚さ／気孔率に必要なカレンダー加工の力の量を効果的に減らすため、一次乾燥操作は、一次乾燥機を出る際の残留溶媒レベルが約１．５％になるように実行できる。いくつかの実施形態では、二次乾燥操作を下流で実施して、残留溶媒レベルを最終目標量まで低下させることができる（例えば、４００ｐｐｍ未満、好ましくは２００ｐｐｍ未満、場合によっては１００ｐｐｍ未満）。
【００３４】
いくつかの実施形態では、乾燥機３０を出ると、基材２０は次にインラインカレンダー加工操作を受ける。特定の実施形態では、インラインカレンダー加工操作は、基材が乾燥機３０を出た直後に実行される。いくつかの実施形態では、乾燥機３０とカレンダーとの間にオフライン真空乾燥操作又はドライダウンなどのオフライン操作はない。オフライン操作は通常、基材のロールをプロセスラインから取り出し、別のオフライン真空乾燥オーブンに入れて真空乾燥するか、制御雰囲気の貯蔵室／部屋に入れてからロールツーロールプロセスラインに戻すので、起動及びシャットダウンスクラップが発生する。したがって、特定の実施形態では、最初の乾燥及びカレンダー加工は、中間のオフライン操作又は装置なしで実行される。いくつかの実施形態では、基材２０を両面コーティングするための装置及びプロセスステップのすべては、オフライン要件なしで、巻き出しロールと巻き戻しロール（又はスリット／セル処理）の間で実行される。
【００３５】
図５に示すように、カレンダー加工は、２つの対向するローラ３２Ａ、３２Ｂの間に形成されたニップ又はギャップ間で基材２０を通過させることにより実行することができる。従来のシステムとは異なり、カレンダー操作の前に中間真空（又はその他）の乾燥は必要ではない。いくつかの実施形態では、乾燥機３０での乾燥後、残留溶媒又は残留水分がコーティング層に保持されるため、残留溶媒又は残留水分は可塑剤のように振る舞い、コーティングされた基材を所望の厚さまで圧縮するために必要な圧縮力の量を減らすことができる。特定の実施形態では、ロール直径は、カレンダー加工力によるロール間の表面のたわみを最小限に抑えるように設計されている。特定の実施形態では、ロール３２Ａ、３２Ｂは鋼でできており、研磨及び／又はクロムめっきされている。他の実施形態では、ロール３２Ａ、３２Ｂは、積層プロセスを改善するために変形可能であってもよく、したがって、ゴム又は他のエラストマーで作られてもよい。いくつかの実施形態では、ロールの１つのみが変形可能である。ロール間のニップは、一定の力で制御できるが、固定ギャップ制御、又は一定力と固定ギャップ制御の組み合わせで制御することもできる。
【００３６】
カレンダー処理は、高温で実行できる。適切なカレンダー温度は、室温付近（例えば、２５℃）から約１００℃の範囲である。積層の場合、例えば、カソードとアノードの箔の間にバッテリーセパレーターを積層する場合、より高い温度を使用できる。当技術分野で知られているように、室温より高いカレンダー温度は、カレンダーロールの一方又は両方を加熱することにより達成できる。
【００３７】
基材の適切な搬送速度は特に限定されず、約０．１メートル／分から約５０メートル／分までであり得、約２００メートル／分もの速さであり得る。
【００３８】
特定の実施形態において、インライン二次乾燥工程を、カレンダー加工後に実行してもよい。図５に示されるように、二次乾燥機３４は、基材上のコーティングをさらに乾燥させ、残留溶媒レベルを最終目標値まで低減するために、カレンダー加工操作の下流に配置され得る。特定の実施形態では、二次乾燥機に入るコーティングに５％以上の入口溶媒／水分レベルが含まれてもよく、典型的な値は０．１〜２％の範囲である。８０〜１８０℃の範囲の温度で、調整された乾燥雰囲気の湿度レベルで加熱された空気から適用される対流により、セル生産における溶媒／水分残留要件に応じて、コーティングの残留溶媒／水分レベルを目標値、通常４００ｐｐｍ未満、好ましくは２００ｐｐｍ未満、時には１００ｐｐｍ未満に乾燥することができる。浮揚乾燥機を二次乾燥機として使用することもできるが、ローラなどの機器との接触によってコーティングが損傷しないため、プロセスのこの段階では基材の非接触支持は不要である。特定の実施形態において、二次乾燥機は、乾燥筐体内に基材の連続ウェブを収容及び搬送するように構成され、ウェブは、前の乾燥ステップでコーティングが固化又は硬化された状態で蛇行又は「フェスツーン」のような経路で案内される。この構成は、コーティングされた基材の両側を乾燥雰囲気にさらしながら、二次乾燥機の容積内に含まれる実質的な累積長さのウェブ経路を提供する。０．５分又は５分の範囲の乾燥時間などの比較的長い露出時間は、平面又はアーチ型ロールサポートオーブンなどの他のウェブパス構成と比較して、より小さな設置面積で達成できる。露出時間は、フェスツーンの累積経路長を乾燥する基材の輸送速度で除算することによって計算できる。１０〜５０メートルの累積経路長の合計が実用的で、低慣性ローラ又は従動ローラで１００メートル以上の累積経路長も達成できる。
【００３９】
特定の実施形態において、ウェブ経路は、図１２に示されるように配置された複数のローラによって画定されてもよい。基材又はウェブ２０と接触し、各ローラは、ウェブが移動し、各ローラの周りに案内されるときにウェブの経路を変える。図１２に示されるように、電気ヒーター８０からの加熱及び調整された乾燥空気１の供給は、乾燥雰囲気を生成／制御するために二次乾燥機３４の乾燥筐体に導入される。乾燥筐体からの再循環空気２は、空気処理システムに再循環する。いくつかの実施形態において、空気処理システムは、乾燥剤乾燥機８１を含むことができ、乾燥剤乾燥機８１は、脱着のための乾燥剤乾燥機二次空気９（典型的には周囲空気）を受け取り、ヒーター８３によって加熱されて、脱着のための加熱乾燥剤乾燥機二次空気１０を生成する。乾燥剤乾燥機８１から得られた調整空気８は循環送風機８５に送られ、そこでヒーター８０に導入される。乾燥剤乾燥機の二次空気排気１１はファン８２で排出され得る。補給空気６は、通常、ろ過及び事前調整（ほこり、エアロゾルなどの粒子状汚染物質を除去し、湿度を６０°Ｆ露点未満に初期低下させる適切なＨＶＡＣユニットを使用）された周囲空気であり、乾燥剤乾燥機８１に再循環される再循環された補給空気７の混合物を形成するために組み合わされてもよい。適切な乾燥剤乾燥機には、Ｍｕｎｔｅｒｓから市販されているものなどのローター型乾燥機が含まれる。いくつかの実施形態では、二次乾燥機３４のウェブ入口及び出口スロットはエアシールを有してもよく、乾燥機筐体／エアシールのウェブ入口及び出口スロットからの空気の排出はそれぞれ３及び４で示される。
【００４０】
特定の実施形態では、二次乾燥機３４の内部は、ウェブ経路を乾燥機に出入りさせるためにそれぞれウェブ入口ガイドローラー９５及びウェブ出口ガイドローラー９６を含む。複数のローラ７０Ａ〜７０Ｋは、対で配置され、これらの対のローラ間の設定距離で乾燥機フレームに支持されることが好ましい。ウェブは、第１のローラ７０Ａの周りに巻き付けられて接点７１Ａから出ることにより案内され、第１のローラ７０Ａから支持距離だけ離間した第２のローラ７０Ｂの接線進入点７１Ｂによって画定される経路をたどる。第２のローラ７０Ｂに巻き付けられた後、ウェブ２０は、出口接点７２Ｂで第２のローラ７０Ｂを出て、好ましくは第１のローラ７０Ａに隣接する第３のローラ７０Ｃの入口接線入口点への経路を取る。このパターンを交互に繰り返して、ローラのペアで定義された複数のストランドで構成されるローラ周りの累積ウェブ経路を画定する。したがって、上部ローラ７０Ａ及び７０Ｃは、ローラ７０Ｃ及び７０Ｅ、７０Ｅ及び７０Ｇ、及び７０Ｇ及び７０Ｉと同様に、隣接又は近接（互いに隣接）している。同様に、下部ローラ７０Ｂ及び７０Ｄは、隣接又は近接している（互いに隣接）。ローラ７０Ｄと７０Ｆ、７０Ｆと７０Ｈ、７０Ｈと７０Ｊも同様である。ローラの数は特に限定されない。配置は、示されているように垂直でも、水平でも、乾燥筐体の利用できるスペースにつながる任意のウェブストランド経路角度でもよい。ローラへの巻き付け角度は、図のように１８０°にすることも、９０°にすることも、ノズルに合わせて最もコンパクトにするために１８０°をわずかに超えることもできる。ローラは、フレームなど（図示せず）に支持されていてもよい。ウェブ２０は乾燥機３４を出て、巻き戻しロール３６に巻き取られてもよい。
【００４１】
図１３は、図１２のロールツーロール構成ではなく、ロールツーダイレクトプロセス構成であることを除いて、同様の実施形態を示す。したがって、巻き戻し操作は排除され、基材は、二次乾燥機３４を出た直後に後処理（例えば、スリット操作）に案内される。
【００４２】
二次乾燥機内の乾燥雰囲気は、好ましくは、１８０℃までの高温、より好ましくは８０〜１４０℃の範囲の温度まで、二次乾燥筐体と連絡する電気、蒸気又は熱流体コイルなどによって加熱される。さらに、加熱コイルを通して二次乾燥機筐体内で乾燥空気を循環させる手段を提供するファンなどと連通することが好ましい。いくつかの実施形態では、循環空気は、ウェブ経路ストランドの近く及び間に取り付けられたノズル又はブローボックス９０に循環空気を送ることによって加熱及び調整された後、支持経路ローラ間のウェブ経路ストランドと接触する。特定の実施形態において、空気は、ウェブ経路ストランドに沿って並流経路（ウェブ進行方向に対して）、あるいは、逆流経路（ウェブの進行方向に対して）で乾燥雰囲気を循環させることにより、ウェブと接触するように向けられ得る。好ましい実施形態では、乾燥空気は、ノズル又はブローボックス９０から発するエアジェットによってウェブと接触するように導かれ、ウェブへの対流熱伝達を提供する。空気ジェットは、ウェブ表面に熱伝達係数を提供するように構成されたスロット又はアレイ又は穴又は他の開口形状から放出されてもよい。いくつかの実施形態では、エアジェットは、ウェブ表面に１０〜５０ワット／平方メートル／℃の範囲で熱伝達係数を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、ウェブは、ノズル又はブローボックス９０からの対流空気に加えて、又はその代わりに、赤外線エミッタ（図示せず）によって任意に加熱されてもよい。特定の実施形態では、フェスツーン経路ローラは、ローラに接触する際にウェブに熱を伝導するために加熱されてもよい。特定の実施形態では、ローラは、ローラジャーナルを介して流体連通し回転ユニオンを介してローラを循環する加熱された熱流体によって加熱され、ローラの内部流路を通る熱流体の流れを可能にする。いくつかの実施形態では、ローラは、ローラ内に支持され、ジャーナルを介して導電体によってシリコン制御整流装置などの可変電源に接続され、ローラの温度を制御する電気抵抗素子（例えば、ヒーターロッド）によって内部で加熱され、結果として生じる熱はウェブに伝導する。
【００４３】
二次乾燥機筐体内の乾燥雰囲気は、乾燥雰囲気からの水分除去を促進するために低湿度にさらに調整されてもよい。例えば、乾燥剤乾燥機ユニット８１又は他の適切な空気乾燥機を前述の循環空気ヒーター及びファンと連通して使用して、乾燥空気の湿度を下げ、例えば、加湿を体積で１０００ｐｐｍ未満の水、好ましくは５０〜２００ｐｐｍの範囲で減らすことができる。補給空気は、同様に低湿度に調整してから、二次乾燥機の供給に入れることができる。
【００４４】
二次乾燥機筐体内の乾燥雰囲気は、狭いウェブの出入りスロットによって部屋から隔離され、好ましくは、部屋の空気が二次乾燥機の筐体に入るのを防ぐエアシール７４Ａ、７４Ｂによって、部屋の空気の侵入からさらに隔離することができる。具体的には、５から３０パスカルの範囲で部屋の圧力と比較してわずかな過圧を作成するドライシールエアを注入する。循環空気の一部は、排気としてウェブスロットから排出できる。必要に応じて、乾燥中のコーティングされた材料に有機溶媒が存在する場合に、二次乾燥機の筐体から排気口を介して排気を排出して、有機溶媒の蓄積を軽減することができる。
【００４５】
二次乾燥工程の後、追加のプロセス工程を実行するか、又は適切なウェブ処理装置で基材を搬送し、最終的に例えばローラ３６に巻き戻すことができる。
【００４６】
図６は、カレンダー加工操作及び二次乾燥機（存在する場合）の下流にスリッティングステーション３９が設けられる実施形態を示す。代替的に、スリッティングステーション３９は、カレンダー加工操作の下流であるが二次乾燥機の上流に配置することができる。いくつかの実施形態では、基材２０のスリッティング（その例は図９に示される）は例えば集電タブ取付けのための領域を作るために行う場合がある。図９に示す実施形態では、コーティング１９は黒で示され、基材２０は４つのセクション２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ及び２０Ｄにスリットされる。適切なスリッター２１はナイフを備えた剪断スリッターを含む。いくつかの実施形態では、材料の複数のスリットロールを巻き戻すために差動巻戻し機が使用されてもよい。
【００４７】
図７は、両面コーティング基材が浮揚乾燥機３２に入る前に積層工程が実施される実施形態を示す。削られたテフロンなどのキャリアウェブにコーティングされたポリマー電解質など、基材２０に積層される材料４２を巻き出すための巻き出しロール４１が設けられる。コーティングステップの直後に、乾燥のために乾燥機に入る前に、膨張したＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）ウェブを湿潤ポリマー電解質に湿式積層してもよい。積層は、図１０に示されるような湿式積層プロセスであり得る。カレンダー加工工程中など、基材が乾燥機を出た後、任意の（二次）さらなる積層工程を実行できる。特定の実施形態では、湿式又は乾式積層プロセスのいずれかを使用して、コーティングされた基材の片側又は両側にキャリアライナーを積層することができる。積層は、基材又はキャリアに直接積層するコーティングプロセス、又はコーティングされたウェブ又はラミネーションキャリアに転写される間接コーティング法でもあり得る。湿式積層の場合、ウェットコーティング層が乱れる可能性があるため、ニップを使用できない。代わりに、いくつかの実施形態では、積層されるフィルムは、好ましくはウェットコーティング層の近くに配置されたアイドラを通して駆動される巻き戻しから供給される。基材上の積層点は、図１０に見られる別のアイドラで生じる。そこで基材上のウェットコーティングがアイドラを「ラッピング」する。この「ラッピング」ポイントは、プロセスの積層点を形成する。
【００４８】
特定の実施形態では、一次コーティングヘッドでの基材のエッジコーティングなどのために、又はプロセスフローの他の場所に、二次コーティングの適用を含むことができる。例えば、二次コーティング操作は、既存のコーティングステーションで、最初の湿式積層ステーションで、又はカレンダー加工操作の前後に実行できる。例えば、エッジコーティングプロセスは、ＮＭＰのバインダーとしてのＰＶＤＦ、ヒュームドシリカ、又は他のセラミックタイプの材料の混合物などの絶縁コーティングである場合がある。図１１は、エッジコーティングの一般的な機構を示している。これらのコーティングヘッド６０、６１は、注射器、又はより丸い開口部を備えたスロットダイに似ているが、必ずしもそうではない。これらのエッジコーティングヘッド６０、６１は、バッキングロール６３に対して、又は張力ウェブエッジコーティングのためのフリースパンダイの近くに配置することができる。他の実施形態では、多層スロットダイを使用することができ、これは、同じスロットダイ本体に複数のスロットを通して複数のコーティングを供給する。多層ダイは、押出技術及び写真フィルム業界でよく知られている。
【００４９】
いくつかの実施形態では、一連の組み合わされた両面コーティング及びカレンダー加工操作を組み合わせて、多層の可変密度電極、又はさまざまなコーティング組成の電極を作成することができる。これらの多層電極は、好ましいコーティング位置で複数の層にコーティングするか、一連のシーケンシャル又はタンデム同時両面コーティング機を直列に接続して、コーティング、乾燥、多層カレンダー、可変密度、又はさまざまな組成の電極を実行することができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、処理ユニット及び記憶素子を有するコントローラが提供されてもよい。処理ユニットは、マイクロプロセッサなどの汎用コンピューティングデバイスであり得る。あるいは、プログラマブルロジックコントローラー（ＰＬＣ）などの特殊な処理デバイスでもよい。記憶要素は、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ、ＥＥＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ、磁気媒体、又は他のコンピュータ可読データ及び命令を保持するのに適した媒体など、任意のメモリ技術を利用してもよい。コントローラユニットは、コーティングヘッド、乾燥機、カレンダー、スリッター、ウェブ搬送機器、センサーの１つ以上を含むシステムの１つ以上の操作ユニットと電気通信（たとえば、有線、無線）してもよい。また、コントローラは、本明細書に記載のシステムの操作及び／又は方法の実行に関連する１つ以上のパラメーターをオペレータに表示又は指示するかヒューマンマシンインターフェース又はＨＭＩに関連付けられてもよい。記憶要素は、処理ユニットによって実行されるとシステムが本明細書で説明される機能を実行できるようにする命令を含むことができる。いくつかの実施形態では、複数のコントローラを使用することができる。特定の実施形態において、両面コーティング操作を可能にするユニット操作のすべては、単一のＰＬＣシステムによって制御される。
【００５１】
特定の実施形態では、１つ以上のセンサーを使用して、コーティングの厚さ領域が所定のレベルを超える時点を識別することができる。１つ以上のセンサーがＰＬＣに信号を送信し、その信号に応答して、カレンダー加工操作を変更できる（カレンダーロール間の損傷を防ぐためにカレンダーロール間のニップのサイズを大きくするなど）。特定の実施形態では、センサーは、レーザー厚さ計、超音波コーティング重量計、ベータ計、又は単純なメカニカル落下計であり得る。いくつかの実施形態では、センサーはカレンダーの上流にあり、重量又は厚みの超過を感知し、カレンダーロールの損傷を防ぐ。特定の実施形態において、センサーはカレンダーの下流にあり、厚さを感知し、カレンダーギャップ又はニップを制御するためにフィードバック制御を提供する。いくつかの実施形態では、上流及び下流センサーの両方が使用され得る。
【００５２】
図８は、アノード電極とカソード電極を同時にコーティングできる実施形態を示している。例えば、基材は、ポリアミド、テフロン、ポリエチレンなどの絶縁材料の複合材であり、陽極用の銅と陰極用のアルミニウムで、各面が金属化又は導電材料でコーティングされている。この基材がシステムを通過するとき、アノード活物質はアノード被覆ヘッド５０により銅にコーティングされ、カソード活物質は銅被覆ヘッド５２によりアルミニウムにコーティングされる。次に、両面コーティングされた基材を前述のように乾燥及びカレンダー加工し、スリッティング、ラミネーションなどを含む追加の単位操作にかけることができる。その結果、単一の統合プロセスでロールツーロール捲回式電池セルが得られる。
【実施例】
【００５３】
次の例は、コントローラ、制御要素、及びプロセス機器が図６の実施形態に従ってインラインプロセスとしてどのように機能するかを示す。この例はプロセス条件の１セットの制御機能の説明としてのみ機能すること、ここ開示されているインラインプロセスの操作における乾燥製品の要件を満たすために、必要に応じて他の多くの条件が可能であることを理解すべきである。
【００５４】
幅６００ミリメートル、厚さ１５ミクロンのアルミニウム箔基材に対し、両面に水性カソードスラリーでコーティングし、乾燥して、１立方あたり１．５グラムの密度で、片面あたり５０ミクロン、残留水分が２００ｐｐｍ未満の乾燥及びカレンダー加工されたコーティング厚さを生成する。ライン速度（ウェブの輸送速度）は２０メートル／分である。アルミニウム基材２０は、機械的に保持され、巻き戻し２２で巻き出された基材のロールから連続ウェブとして供給され、制御された張力下で搬送されてウェブ経路バッキングローラー２５をたどる。コーティングヘッド２４には、適切な流体ハンドリングポンピングシステム（図示せず）から３３％固形分を含むウェットコーティングスラリーが供給され、基材の第１面を、（ポンプ速度とコーティングヘッド２４スロットダイギャップ及びスロットダイ排出から基材までのギャップ距離の設定によって）最初の目標湿潤厚さ１７５ミクロンまでの湿式コーティングをするために制御ユニットで最初に設定された体積流量でスロットダイ開口から排出される。第１のコーティングヘッド２４でのスラリー塗布に続いて、塗布されたコーティング質量は、（任意に）超音波コーティング重量計１２４（又はベータ計）で測定され、第２のコーティングヘッド２６の位置に到達する前の位置で片側にコーティングされた移動中のウェブ上の現在のコーティングの量を測定する。前記コーティング重量測定値及びスラリー配合で指定された湿潤スラリー中の固体の比重に基づいて、単位面積当たりの等価乾燥コーティング質量の質量平衡及びカレンダー加工された厚さは、コントローラユニット１００で確定でき、前述のコーティング重量密度及び厚さ仕様と比較され得る。これらの仕様又は生産目標は、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）１０１を介してコントローラユニット１００のメモリに入力される。これらの仕様は、格納されているさまざまな製品タイプの生産目標の簡単な検索及び変更のためのレシピとして設定される。計算されたコーティング重量が目標値と異なる場合、新しい目標湿潤厚さは制御ユニットで自動的に（又は手動手段によって）計算され、測定値が目標よりも小さい場合には第１コーティングヘッド２４に供給される湿潤スラリーの体積流量を増加し、又は測定された厚さの値が目標を超えている場合は減少する。したがって、制御ユニット内のポンプ駆動部への制御機能出力により、ポンプ速度が増減する。
【００５５】
第１コーターの第１面へのコーティングの塗布（及び任意の測定）に続いて、ウェブは第２コーティングヘッド２６上を横切る。コーティングヘッド２６には、適切な流体ハンドリングポンピングシステム（図示せず）から同様に３３％固形分を含むウェットコーティングスラリーが供給され、基材の第１面を、（ポンプ速度とコーティングヘッド２６スロットダイギャップ及びスロットダイ排出から基材までのギャップ距離の設定によって）最初の目標湿潤厚さ１７５ミクロンまでの湿式コーティングをするために制御ユニットで最初に設定された体積流量でスロットダイ開口から排出され、第２のサイドコーティングを形成する。第２コーティングの塗布後、第１コーティングと第２コーティングの両方の総塗布質量を、（任意に）超音波コーティング重量計１２６（又はベータ計）で測定され、乾燥機３０の位置に到達する前の位置で両面コーティングされた移動中のウェブ上の現在のコーティングの量を測定する。総コーティング重量測定値からの第１コーティングヘッド２４に続く前記第１面コーティング重量測定値の減算と、スラリー配合物から特定される湿潤スラリー中の固体の比重に基づいて、前記第２面の単位面積当たりの等価乾燥コーティング質量及び厚さの決定は、コントローラユニットで行われ、前述の５０ミクロンの厚さ仕様と比較され得る。計算された第２面のコーティング重量と厚みが目標値と異なる場合、新しい目標湿潤厚さは制御ユニットで自動的に（又は手動手段によって）計算され、測定値が目標よりも小さい場合には第２コーティングヘッド２６に供給される湿潤スラリーの体積流量を増加し、又は測定された厚さの値が目標を超えている場合は減少する。
【００５６】
上記の基材の両側にウェットコーティングを施した直後に、コーティングされたウェブを、例えば、合計２４メートルの乾燥長さを有する３ゾーン浮揚乾燥機３０でウェットコーティングから水分を除去するために（両側で同時に）乾燥させる。浮遊空気乾燥機３０の浮遊ノズルに供給される乾燥空気温度と流速は、上部（１番目）と２番目（下部）の両方のコーティングを、その後のカレンダー加工操作に資する可塑性を維持することが知られている目標残留水分レベル２．５％まで均一に十分に乾燥するように選択される。コーティングされたウェブの温度は、乾燥エンクロージャーの移動ウェブ通過ポートに位置し、又は適切に冷却して内部に取り付けた非接触赤外線温度センサー（図示せず）によって測定される。ウェブ温度は、非接触ＩＲセンサー１３０により乾燥機の出口で測定され、好ましい実施形態では各乾燥機ゾーンの端部で同様に測定され、乾燥機ゾーンのそれぞれは、２．５％の目標出口水分に対応する目標ウェブ出口温度に到達するために特定の空気速度及び空気温度設定を有する。上記の対応するウェブの温度と速度の設定は、乾燥操作の当業者に知られているような、構造化実験（ＤＯＥとして知られる「実験の設計」など）、回帰研究、乾燥工学モデル、又は他の適切な技術単独又は組み合わせで、バッテリーコーティングの各タイプ用に開発されたアルゴリズムによって制御ユニットで事前に決定される。所定の設定は典型的には、ＨＭＩ  １０１のメモリにレシピとして保存され、バッテリーコレクター製品の製造準備中にコントローラユニット１００（ＰＬＣ）のメモリにロードされる。本実施例では、制御ユニットによって設定される浮揚空気ジェット速度は、摂氏度当たり５０から１００ワット／平方メートルの範囲の熱伝達係数を提供するために、毎秒３０から３５メートルの範囲にあり、センサー１３０で測定されたゾーン３のウェブ出口温度制御は、前記アルゴリズムで決定されたように６５℃に設定され、２．５％水分の出口目標に到達する。前記ゾーンの気温は、各ゾーンに含まれる閉ループ制御システムによって、ゾーン１、２、３でそれぞれ１１０、１１５、１２０℃の設定点に測定及び調整される。ノズルのエアジェット速度は、各ゾーンに含まれる閉ループ制御システムによって設定点に測定及び調整されることが好ましい。
【００５７】
乾燥機に続いて、コーティングされたウェブは周囲の空気と接触することにより冷却され、約３０℃でインラインカレンダー操作に入る。カレンダー操作では、カレンダローラ３２Ａと３２Ｂ間のニップ距離は、２００Ｎ／ｍｍのニップ圧縮力を適用した固定の機械的停止により１００ミクロンの最小ギャップに設定され、これによりコーティング密度を高め、厚さを片面あたり５０ミクロンの目標値に減らす。カレンダーニップを通過した後、塗布されたコーティングの質量は、好ましくは、両面にコーティングされ、乾燥及びカレンダー加工された移動ウェブ上のコーティングの量を測定するために配置された超音波コーティング重量計１３３Ａ（又はベータ計）で測定されることが好ましい。好ましくは、コーティング層の厚さは単独で、この同じ位置で、光学レーザー厚さ計１３３Ｂにより、合計厚さを測定し、１５ミクロンの既知の基材厚さを差し引くことで決定する。測定されたコーティング層の厚さ、コーティング重量の測定値、及び固体と残留水分の比重に基づいて、等価乾燥コーティング密度の決定は、コントローラユニットで行われ、一面につき５０ミクロンの厚さと１立方センチメートルあたり１．５グラムの目標密度という前述のコーティング重量仕様と比較され得る。
【００５８】
ニップローラ３２Ａ及び３２Ｂでインラインカレンダー加工プロセスを行う前に、基材の各側のコーティング層の厚さが検査され、そうでなければ過剰な厚さプロファイルがカレンダローラを損傷する可能性がある。検査は、高速レーザースキャナーデバイス１３１（又は高速カメラ又はその他の適切な表面プロファイル検査デバイス）を使用して光学的に実行すれば、ニップに入る前に、仕様厚さを３０％以上超える過剰な厚さを示す塊又は局所的な欠陥を検出し、応答をトリガーしてニップの損傷を回避することができる。トリガーされた応答は、ニップ圧力を解放する信号をコントローラユニット１００に送信し、検出された厚さ欠陥の安全な通過のためにニップを１ミリメートル以上に開く高速アクチュエータ１３２に信号を送ることを含む。
【００５９】
前述の測定及び単位面積当たりのコーティング重量、厚さ、及びコーティング密度の計算値から、コントローラユニット１００は、それに応じてプロセス調整を行うようにプログラムされている。コーティング重量は正しいが、厚さが片側７５ミクロン厚さの仕様値と異なる場合、カレンダーニップギャップと圧力設定の調整が行われ、コーティングヘッドに適用されるコーティングの量は一定に保たれる。この場合、コーティングの厚さが片面あたりの基材の厚さとの合計５０ミクロンよりも大きい場合、カレンダーニップギャップ又は圧力は、指定された厚さに近づくように増加する。逆に、総コーティング重量が仕様の範囲内であるが、コーティングの厚さが片面あたり基材の厚さとの合計５０ミクロンよりも小さい場合、カレンダーニップギャップ又は圧力は、指定された厚さに近づくように減少する。これらの調整は、カレンダー操作の設定点に作用する監視機能としてコントローラユニット１００によって行われることが好ましいが、ギャップ位置とニップ圧を監視するローカルセンサー及び関連する制御モジュール（図示せず）は、カレンダーロールセットでニップ圧とニップギャップ設定を操作に必要な高速機械機能を監視及び調整する。別のケースでは、コーティング層の総厚さが仕様を満たすが、単位面積あたりのコーティング重量（したがってコーティング密度）が仕様と異なる場合、コーティングヘッドからのコーティング量は正しい値に近づくように調整される。この場合、各コーティングヘッドに適用された湿潤厚さ目標の計算は制御ユニットで再計算され、各コーティングヘッドへの湿潤コーティングのフロー（ポンプ速度）はそれに応じて調整される。コーティングヘッドの動作に対するこれらの調整は、ローカルコーティングヘッドの流体供給動作の設定点に作用する監視機能として、コントローラユニット１００によって行われることが好ましい。
【００６０】
インライン制御システムとしての制御機能の前述の説明の意図をさらに強調するために、最初に塗布されたコーティングのコーティング重量をウェット状態で測定し、続いて第２ウェットコーティングを塗布する。両方のウェットコーティングの単位面積当たりの総重量は、ウェブの各側（上部と下部）に塗布されたコーティング重量の正しいバランスを達成するために、乾燥前に測定されることが好ましい。乾燥とカレンダー加工の後、単位面積あたりの総厚さと総コーティング重量が測定され、コーティング密度を直接計算できる。これらの測定値の１つ以上に応じて、ウェブの各側のコーティングヘッドでのウェットコーティング操作の即時インライン調整と、カレンダー加工操作での厚さ調整が行われる。
【００６１】
例に続いて、カレンダー加工工程とコーティングの重量と厚さの測定に続いて、ウェブをインライン二次乾燥操作に導き、残留水分を２．５％から目標値、例えば２００ｐｐｍ未満に減らすことが好ましい。二次乾燥機の目標出口ウェブ温度と乾燥雰囲気温度は、乾燥操作の当業者に知られているような、構造化実験（ＤＯＥとして知られる「実験の設計」など）、回帰研究、乾燥工学モデル、又は他の適切な技術単独又は組み合わせで、バッテリーコーティングの各タイプ用に開発されたアルゴリズムによって制御ユニットで事前に１７５℃決定されている。本実施例では、空気は電気コイルによって１８０℃の設定点温度まで加熱され、電気コイルからの熱出力を調整する閉ループ制御システムによって制御される。二次乾燥機を出るウェブの温度は、乾燥エンクロージャーの移動ウェブ通過ポートに位置し、又は適切に冷却して内部に取り付けた非接触赤外線温度センサー１３４（又は赤外線温度センサーのアレイ、あるいはラインスキャナー温度センサー）を使用して、ウェブの幅全体の１つ以上の場所で測定される。空気設定点温度の調整は、ウェブ出口温度の測定値と目標出口ウェブ温度の偏差に基づいて行われ、カスケード制御機能として空気設定点温度を調整する。
【００６２】
最後に、二次乾燥機３４に続いて、ウェブはインラインスリッティング操作に運ばれ、そこでカレンダー加工され完全に乾燥したコーティングされたウェブが縦方向に４本のストランドにスリットされ、リチウムイオン電池製造でカソード材料として消費されるようにマーク及びカタログされた個々のロールに巻き取られる。
【００６３】
前述のインラインプロセスステップの要約として、コレクタ材料のカタログ化された各スリットロールのプロセス履歴全体が制御システムコントローラユニット１００の記憶要素に取り込まれ、機能的な生産管理のため、及び品質管理と検証、及び記録管理のためのプロセス記録として、後続のプロセス（通常はバッテリーセルアセンブリ）に有線又は無線でデータ転送によってさらに処理及び転送できることを理解すべきである。たとえば、すべてのインライン処理ステップで記録された測定値から得られた正確なプロセス条件は、製造されたコーティング製品の長さにわたって同期され、ウェブが巻き出されてセル製造ステップに供給される際に、コーティング及び処理済みコレクタ材料のリアルタイム測定値を表す入力プロセス値として使用される。たとえば、保存されたプロセスデータには、材料の特定のロールの位置によってマッピングされたコーティング密度、厚さ、及び残留溶媒値が含まれる。このデータをフィードフォワード制御方式で使用して、仕様外の材料をアセンブリステップに供する前記ロールからスクラップにするか、又は仕様外の材料であるが、異なる厚さ又は密度の仕様のセルのために適する材料を保持する再生ステップに流用することもできる。
【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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【図６Ａ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年5月29日(2020.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルパスで基材の第１面と第２面をコーティングするシステムであって、
ａ．前記基材の第１面に第１コーティング層を塗布するための第１コーター、
ｂ．前記基材の第２面に第２コーティング層を塗布するための第２コーター、
ｃ．前記第１及び第２のコーティング層が所定レベルの残留水分を保持するように前記第１及び第２のコーティング層を乾燥させるための、前記第２コーターの下流にある乾燥機、
ｄ．前記第１及び第２コーティング層をカレンダー加工するために、前記乾燥機の下流に配置されるカレンダー
を含むシステム。
【請求項２】
前記カレンダーが前記乾燥機のすぐ下流にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記基材が金属箔である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１面が前記第２面の反対側にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１コーティング層が活性電極材料を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記活性電極材料がリチウムを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
残留水分の前記所定レベルが、当該所定レベルよりも高い残留水分レベルで必要な力よりも小さいカレンダー力を前記カレンダーにより加えて前記基材に目標のコーティング厚を達成するのに有効である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記基材が、オフラインのドライダウン期間を経ることなく、前記乾燥機から前記カレンダーに進む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記基材が、オフラインの真空乾燥をされることなく、前記乾燥機から前記カレンダーに進む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記乾燥機が浮揚乾燥機である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
さらに、前記カレンダーの下流に二次乾燥機を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記二次乾燥機がフェスツーン乾燥機である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
シングルパスで基材の第１面及び第２の面をコーティングする方法であって、
ａ．第１コーターを用いて、前記基材の第１面に第１コーティング層を塗布する工程、
ｂ．第２コーターを用いて、前記基材の第２面に第２コーティング層を塗布する工程、
ｃ．前記第１及び第２コーターの下流に配置される浮揚乾燥機で、前記第１及び第２コーティング層が前記乾燥機を出るときに所定レベルの残留水分を保持するように、前記第１及び第２コーティング層を非接触乾燥する工程、
ｄ．前記乾燥機の下流で、コーティングされた前記基材をカレンダー加工する工程
を含む方法。
【請求項１４】
前記カレンダーが前記乾燥機のすぐ下流にある、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記基材が金属箔である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１面が前記第２面の反対側にある、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１コーティング層が活性電極材料を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記活性電極材料がリチウムを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
残留水分の前記所定レベルが、当該所定レベルよりも高い残留水分レベルで必要な力よりも小さいカレンダー力で前記基材に目標のコーティング厚を達成するのに有効である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記基材が、前記第１及び第２コーティング層を非接触乾燥する工程と前記カレンダー加工する工程の間に、オフラインのドライダウン期間を経ていない、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記基材が、前記第１及び第２コーティング層を非接触乾燥する工程と前記カレンダー加工する工程の間に、オフラインの真空乾燥をされていない、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
さらに、カレンダー加工後に、前記基材を二次乾燥に供する工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記二次乾燥がフェスツーン乾燥機で実施される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
請求項１３に記載の方法によりコーティングされた基材。
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月26日(2020.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルパスで基材の第１面と第２面をコーティングするシステムであって、
ａ．前記基材の第１面に第１コーティング層を塗布するための第１コーター、
ｂ．前記基材の第２面に第２コーティング層を塗布するための第２コーター、
ｃ．前記第１及び第２のコーティング層が所定レベルの残留水分を保持するように前記第１及び第２のコーティング層を乾燥させるための、前記第２コーターの下流にある乾燥機、
ｄ．前記第１及び第２コーティング層をカレンダー加工するために、前記乾燥機の下流に配置されるカレンダー
を含むシステム。
【請求項２】
前記カレンダーが前記乾燥機のすぐ下流にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記基材が金属箔である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１面が前記第２面の反対側にある、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１コーティング層が活性電極材料を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記活性電極材料がリチウムを含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
残留水分の前記所定レベルが、当該所定レベルよりも低い残留水分レベルで必要な力よりも小さいカレンダー力を前記カレンダーにより加えて前記基材に目標のコーティング厚を達成するのに有効である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記基材が、オフラインのドライダウン期間を経ることなく、前記乾燥機から前記カレンダーに進む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記基材が、オフラインの真空乾燥をされることなく、前記乾燥機から前記カレンダーに進む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記乾燥機が浮揚乾燥機である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
さらに、前記カレンダーの下流に二次乾燥機を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記二次乾燥機がフェスツーン乾燥機である、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
シングルパスで基材の第１面及び第２面をコーティングする方法であって、
ａ．第１コーターを用いて、前記基材の第１面に第１コーティング層を塗布する工程、
ｂ．第２コーターを用いて、前記基材の第２面に第２コーティング層を塗布する工程、
ｃ．前記第１及び第２コーターの下流に配置される浮揚乾燥機で、前記第１及び第２コーティング層が前記乾燥機を出るときに所定レベルの残留水分を保持するように、前記第１及び第２コーティング層を非接触乾燥する工程、
ｄ．前記乾燥機の下流で、コーティングされた前記基材をカレンダー加工する工程
を含む方法。
【請求項１４】
前記カレンダーが前記乾燥機のすぐ下流にある、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記基材が金属箔である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１面が前記第２面の反対側にある、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１コーティング層が活性電極材料を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記活性電極材料がリチウムを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
残留水分の前記所定レベルが、当該所定レベルよりも低い残留水分レベルで必要な力よりも小さいカレンダー力で前記基材に目標のコーティング厚を達成するのに有効である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記基材が、前記第１及び第２コーティング層を非接触乾燥する工程と前記カレンダー加工する工程の間に、オフラインのドライダウン期間を経ていない、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記基材が、前記第１及び第２コーティング層を非接触乾燥する工程と前記カレンダー加工する工程の間に、オフラインの真空乾燥をされていない、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
さらに、カレンダー加工後に、前記基材を二次乾燥に供する工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記二次乾燥がフェスツーン乾燥機で実施される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
請求項１３に記載の方法によりコーティングされた基材。
【国際調査報告】
2020533171.tif 000017