JP2014506723A - リチウムイオンセル設計装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、一般に、水溶性のポリビニルアルコール(PVA)を含む一体型のセパレータに関する。環境に優しいことに加えて、PVAは比較的安価でもある。PVAの融点は、加水分解度に応じて、摂氏180〜230度で変動する。PVAはまた、引張り強度および可撓性を有する。多孔性のPVA膜を得るには、高温噴霧法またはエレクトロスピニング法を用いることができる。高温噴霧法、エレクトロスピニング法、ドクター(dr)ブレード法、またはこれらの組合せを使用して、PVAセパレータを形成することができる。これらの処理により、厚さおよび多孔性の制御が可能になり、またこれらの処理は大型の機器で実施することができ、最終的には電池の全体的なコストが低減することになる。特定の実施形態では、PVAセパレータの製造は1つの組立てライン内で実行され、これには電極の製造も含まれる。
以下の仮説に基づく非限定的な実施例は、本明細書に記載の実施形態についてさらに説明するために提供する。しかし、これらの実施例はすべて包括的なものではなく、本明細書に記載の実施形態の範囲を限定しようとするものではない。
図7は、本明細書に記載の実施形態による加熱式ローラを備えるスプレーモジュール720を有する垂直インライン式のスプレー処理システム700の一実施形態の概略図である。垂直インライン式のスプレー処理システム700は、可撓性の導電性基板750をスプレーモジュール720に供給するための繰出しモジュール710と、可撓性の導電性基板750の上に電気活性材料を堆積させるための加熱式ローラを有するスプレーモジュール720と、堆積させた電気活性材料を圧縮して所望の多孔性を実現するためのカレンダ加工モジュール730と、処理済みの可撓性の導電性基板750を収集するための巻上げモジュール740とを備える。モジュール710〜740は、共通の輸送アーキテクチャによって可撓性の導電性基板750の部分を各モジュールで効率化できるように、1本の線に沿って概ね構成される。共通の輸送アーキテクチャは、可撓性の導電性基板750を供給するための送出しロールと、可撓性の導電性基板750を収集するための巻取りロールとを含むことができる。送出しロールは、繰出しモジュール710内に位置決めすることができ、巻取りロールは、巻上げモジュール740内に位置決めすることができる。送出しロールと巻取りロールは、処理中に可撓性の導電性基板750の各部分を前方へ動かすように、任意選択の中間移送ローラとともに、基板の移送中に同時に起動させることができる。
Claims (20)
- 可撓性の導電性基板の上に電気活性材料を堆積させる方法であって、
第1の加熱式ローラの上で可撓性の導電性基板を移送しながら、前記可撓性の導電性基板の上に第1の電気活性材料を同時に噴霧することと、
第2の加熱式ローラの上で前記可撓性の導電性基板を移送しながら、前記可撓性の導電性基板の上に第2の電気活性材料を同時に噴霧することと
を含み、前記第1および第2の電気活性材料がそれぞれ、カソード活性材料またはアノード活性材料を含む、方法。 - 第1の電気活性材料を同時に噴霧することおよび第2の電気活性材料を同時に噴霧することは、水圧スプレー法、原子化スプレー法、電気スプレー法、プラズマスプレー法、および火炎スプレー法から選択されるスプレー法を使用して実行される、請求項1に記載の方法。
- 複数の前記加熱式ローラが、摂氏50度〜摂氏250度の温度まで加熱される、請求項2に記載の方法。
- 前記可撓性の導電性基板が各加熱式ローラに巻き付き、各加熱式ローラの表面の円周の少なくとも180度を覆う、請求項3に記載の方法。
- 前記第1の電気活性材料および前記第2の電気活性材料が、結合剤および溶剤をさらに含む混合スラリの一部である、請求項2に記載の方法。
- 前記混合スラリが、約50重量%〜約70重量%の高い固体含有率を有する、請求項5に記載の方法。
- 前記第1の電気活性材料および前記第2の電気活性材料が、前記可撓性の導電性基板の両面に堆積される、請求項1に記載の方法。
- 可撓性の導電性基板の上に電気活性材料を堆積させるスプレーモジュールであって、
前記可撓性の導電性基板を加熱および移送する第1の加熱式ローラと、
前記可撓性の導電性基板を加熱および移送する第2の加熱式ローラと、
前記可撓性の導電性基板が前記第1の加熱式ローラによって加熱されるときに前記可撓性の導電性基板上へ電気活性材料を噴霧するために前記第1の加熱式ローラに隣接して位置決めされた第1のスプレーディスペンサと、
前記可撓性の導電性基板が前記第2の加熱式ローラによって加熱されるときに前記可撓性の導電性基板の上に電気活性材料を噴霧するために前記第2の加熱式ローラに隣接して位置決めされた第2のスプレーディスペンサと
を備えるスプレーモジュール。 - 前記第1のスプレーディスペンサおよび前記第2のスプレーディスペンサが、前記可撓性の導電性基板の両面に前記電気活性材料を堆積させるように位置決めされる、請求項8に記載のスプレーモジュール。
- 前記第1のスプレーディスペンサおよび前記第2のスプレーディスペンサが、前記可撓性の導電性基板の同じ面に前記電気活性材料を堆積させるように位置決めされる、請求項8に記載のスプレーモジュール。
- 前記第1のスプレーディスペンサおよび前記第2のスプレーディスペンサが、水圧スプレーノズル、2流体ノズル、回転アトマイザ、超音波アトマイザ、および静電スプレーノズルを含む群から選択される少なくとも1つのスプレーノズルを含む、請求項8に記載のスプレーモジュール。
- 前記第1の加熱式ローラおよび前記第2の加熱式ローラが、前記可撓性の導電性基板が各加熱式ローラに巻き付き各加熱式ローラの表面の少なくとも180度を覆うように寸法設定される、請求項8に記載のスプレーモジュール。
- 前記加熱式ローラが、銅、アルミニウム、これらの合金、またはこれらの組合せを含み、ナイロン、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、エチレンクロロトリフルオロエチレン(ECTFE)、またはこれらの組合せでコーティングされる、請求項12に記載のスプレーモジュール。
- アノード電極とカソード電極を分離するセパレータであって、
ポリビニルアルコール(PVA)層と、
前記PVA層内に埋め込まれた無機粒子と
を含むセパレータ。 - 前記PVA層がナノファイババックボーン構造であり、前記無機粒子が前記ナノファイババックボーン構造のナノファイバ内に埋め込まれる、請求項14に記載のセパレータ。
- 前記無機粒子がセラミック粒子である、請求項15に記載のセパレータ。
- 前記PVA層の第1の面上に形成された第1のセラミック粒子層と、
前記PVA層の第2の面上に形成された第2のセラミック粒子層と
をさらに含む、請求項15に記載のセパレータ。 - 前記セラミック粒子が、BaTiO3、HfO2(ハフニア)、SrTiO3、TiO2(チタニア)、SiO2(シリカ)、Al2O3(アルミナ)、ZrO2(ジルコニア)、SnO2、CeO2、MgO、CaO、Y2O3、CaCO3、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項15に記載のセパレータ。
- 前記ナノファイババックボーン構造の前記ナノファイバが、約100ナノメートル〜約200ナノメートルの直径を有する、請求項15に記載のセパレータ。
- 前記ナノファイババックボーン構造が、同じ材料から形成された固体の膜と比較すると、約40%〜約90%の多孔性を有する、請求項19に記載のセパレータ。
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