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CN102549367A - 干燥装置和干燥方法 - Google Patents

干燥装置和干燥方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种干燥装置和干燥方法。其目的在于缩短卷绕电极的干燥时间。因此用于使卷绕在卷绕芯上的卷绕电极干燥的干燥装置构成为具有从卷绕芯侧加热卷绕电极的加热部。由此，由于是使热量从卷绕电极的芯部向表面传递，所以能够使电极和电极的层间产生微小的空间，而使水分从该空间蒸发。因此，能够令水分很难蒸发的芯部侧的水分可靠地蒸发，能够缩短卷绕电极的干燥时间。

Description

干燥装置和干燥方法
技术领域
本发明涉及一种干燥装置和干燥方法。
背景技术
因为与其它一般用途的锂离子二次电池相比，汽车用锂离子二次电池要求高性能、长寿命等，所以汽车用锂离子二次电池需要尽可能除去水等杂质。
因此，在JP 2009-266739A中记载了：首先，将卷绕电极切割加工制造成所需长度的电极，依次层叠所制造的电极和隔膜形成蓄电单元；然后，在把上述蓄电单元放入外壳并注入电解质液之前，干燥上述蓄电单元除去了电极所包含的水分。
但是，在形成蓄电单元之后干燥蓄电单元时，因为需要将热量从蓄电单元的外侧传递至内部，所以将水分蒸发所需的热量传递至内部费时，存在干燥时间变长这个问题。
发明内容
本发明是着眼于上述问题点而做成的，其目的在于缩短卷绕电极的干燥时间。
为了达到上述目的，本发明的特征在于，在用于使卷绕在卷绕芯上的卷绕电极干燥的干燥装置中，具有从卷绕芯侧加热卷绕电极的加热部。
下面结合附图详细地说明本发明的实施方式、本发明的优点。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的锂离子二次电池的俯视图。
图2是本发明一个实施方式的锂离子二次电池的剖视图。
图3是本发明一个实施方式的卷绕电极的立体图。
图4是本发明一个实施方式的干燥装置的概略结构图。
图5A是本发明一个实施方式的卷绕电极的剖视图。
图5B是图5A中用虚线圈起部分的放大图。
图5C是图5A中用虚线圈起部分的放大图。
图6是表示使用本发明一个实施方式的干燥装置时，卷绕电极的温度和真空腔内气压的时间变化的时序图。
图7是以往的通用的辐射式真空干燥机的概略构成图。
图8是表示使用以往的通用的辐射式真空干燥机时，卷绕电极的温度和真空腔内气压的时间变化的一个例子的时序图。
图9是表示使用以往的通用的辐射式真空干燥机时，卷绕电极的温度和真空腔内气压的时间变化的另一个例子的时序图。
具体实施方式
下面，参照附图等说明本发明的一个实施方式。
图1及图2是锂离子二次电池的概略结构图。图1是锂离子二次电池100的俯视图，图2是图1的II-II剖视图。
如图1及图2所示，锂离子二次电池100具有蓄电单元1和收容蓄电单元1的外壳2。
蓄电单元1构成为将电极10、及作为电解质层的隔膜11等依次层叠而成的层叠体。在电极10上分别连接有用于取出电力的端子3，上述端子3的一部分自外壳2突出。外壳2是将重叠的2片层叠膜的周缘部21热熔接而构成的。
在锂离子二次电池100的制造工序中，先将电极10卷绕成卷状，形成如图3所示的卷绕电极4，再将卷绕电极4送出所需长度后，将卷绕电极4切断，从而制成电极10。将电极10卷绕成卷状是考虑了输送的便利性等。
图3是卷绕电极4的立体图。
卷绕电极4是以中空的卷绕芯41为中心将电极10卷绕成卷状而成的。以下，将电极10的位于卷绕芯41附近的部分称作芯部。
卷绕电极4的从制造至切断加工过程中，例如卷绕电极4的输送过程中，有时空气中的水分会凝结，水分会附着至电极10。如果电极10上有水分附着，则电池功能下降。和一般用途的锂离子二次电池相比，汽车用锂离子二次电池100的尺寸较大，水分附着量也容易变多，因此特别需要针对水分附着的解决方案。
因为蓄电单元1构成为将多个电极10及隔膜11依次层叠而成的层叠体，所以如果在蓄电单元1形成后，对蓄电单元1进行干燥，则很多时候不能向内部的电极10施加除去水分所必需的热量，水分的除去会很不充分。因此，优选在切断加工前干燥卷绕电极4。
但是，如果使用如图7所示的一般的通用的辐射式真空干燥机6，从表面加热干燥卷绕电极4，则干燥容易变得不充分，并且，存在到完成干燥为止需要很长时间这个问题。下面，参照图7～图9说明该问题。
图7是通用的辐射式真空干燥机6的概略构成图。
如图7所示，通用的辐射式真空干燥机6利用设置于真空腔61的外壁61a的加热器62加热卷绕电极4的表面，从表面向芯部传递热量，使附着于卷绕电极4的水分蒸发，从而干燥卷绕电极4。
图8是用于说明利用通用的辐射式真空干燥机6对卷绕电极4进行干燥的干燥方法的一个例子的图，是表示使用通用的辐射式真空干燥机6时，卷绕电极4的温度和真空腔内气压的时间变化的时序图。在图8中，粗线表示真空腔内气压，细线表示卷绕电极4的表面温度，细虚线表示卷绕电极4的芯部温度。
如图8所示，此干燥方法的情况下，在加热的同时减小真空腔内气压降低沸点，进行卷绕电极4的干燥(加热减压工序)。但是，如果在加热过程中将真空腔内气压降低到大气压以下来提高真空度，则真空腔内环境下的热传递率会下降。因此，就变成主要依靠辐射热进行加热，所以到达卷绕电极4的表面的热量会不足，无法将卷绕电极4的表面加热至充分地干燥卷绕电极4所需的目标温度。如果欲将卷绕电极4的表面加热至目标温度，则需要很长时间。
并且，由于表面加热不充分，所以热量从表面传递至芯部费时间，表面和芯部的温度差也容易变大。因此，很难使卷绕电极整体均匀地干燥，芯部的干燥容易不充分。
并且，由于电池自身是由处理上需要注意的材料构成的，所以多数情况下并不能向其施加为除去水分所必需的热量。
再者，由于干燥完成后需要设置冷却时间，因为如上所述真空腔内的热传递率下降，所以冷却也需要时间(冷却工序)。
图9是用于说明利用通用的辐射式真空干燥机6对卷绕电极4进行干燥的干燥方法的另一个例子的图，是表示利用通用的辐射式真空干燥机6时的卷绕电极4的温度和真空腔内气压的时间变化的时序图。在图9中，粗线表示真空腔内气压，细线表示卷绕电极4的表面温度，细虚线表示卷绕电极4的芯部温度。
如图9所示，利用此干燥方法时，在大气压状态下加热至卷绕电极4的表面到达目标温度(加热工序)。并且，卷绕电极4的表面到达目标温度后，减小真空腔内气压而降低沸点，干燥卷绕电极4(减压工序)。此时，加热工序中由于沸点还没有下降，所以无法干燥卷绕电极4，而在减压工序中进行干燥。干燥完毕后，再次将真空腔内恢复到大气压冷却卷绕电极4(冷却工序)。
如上所述，在大气压下进行加热，之后进行减压，从而能够在短时间使卷绕电极4的表面可靠地达到目标温度，与此同时，通过加热至目标温度而能够充分地进行干燥。
但是，由于加热工序和减压工序是分开的，所以加热开始到干燥完毕需要花时间。并且，无法缩短减压工序所需要的时间，即无法缩短干燥卷绕电极4所需要的时间。并且，由于卷绕电极4的电极10和电极10的层间为紧密贴紧的状态，所以只能使卷绕电极中的水分从表面蒸发。因此，减压工序所需时间尤其容易变长。
如上所述，如果卷绕电极4的干燥工作费时，则为了确保必要的生产数量需要增加通用的辐射式真空干燥机6的台数，锂离子二次电池100的生产成本将增加。
因此，本实施方式通过改变干燥装置和干燥方法从而缩短干燥工作所需的时间。
图4是本实施方式的干燥装置5的概略结构图。
干燥装置5具有：真空腔51、支承构件52、加热器53、真空泵54。
真空腔51是能够在其中取放卷绕电极4的容器，为了在减压后气体不会流入其内部而提高了气密性。
支承构件52具有：固定于真空腔51的支承棒52a；能够拆下地固定于支承棒52a的筒部52b；支承构件52设置于真空腔51的内部。支承构件52的筒部52b贯穿卷绕电极4的卷绕芯41而支承卷绕电极4。
加热器53设置于筒部52b的外周面或外周面的近旁，从卷绕电极4的芯部向表面传递热量。
真空泵54设置于真空腔51的外部，用于将真空腔51的内部的气体排出至外部。
如上所述，本实施方式的干燥装置5由于其支承构件52的筒部和卷绕电极4的卷绕芯41接触，所以能够利用热传递将加热器53的热量传递至卷绕电极4的芯部。
图5A至图5C是说明本实施方式的干燥装置5的作用的图。图5A是卷绕电极4的剖视图。图5B是图5A中用虚线圈起部分的放大图。图5C是由干燥装置5加热后的用虚线圈起部分的放大图。
如图5B所示，干燥装置5直接加热卷绕电极4的芯部，从芯部向表面通过热传递来传递热量，干燥卷绕电极4。因此，如果比较卷绕电极4的卷绕芯侧和表面侧，则卷绕芯侧的温度高于表面侧，即使比较电极10的卷绕芯侧的面(以下称作“内表面”)和表面侧的面(以下称作“外表面”)，也当然是内表面的温度高于外表面。
并且，卷绕成卷状的电极10的内外表面存在温度差时，当内表面的温度高于外表面时，在内表面产生卷绕方向的压缩应力，在外表面产生卷绕方向的拉伸应力。并且，由于热膨胀而在电极10上发生卷绕方向的拉伸。
因此，如图5C所示，在应力和热膨胀的作用下，电极10起伏变形产生褶皱，在卷绕的电极10和电极10的层间产生微小的空间。如上所示地，能够通过故意地使电极10和电极10的层间产生微小的空间，而使水分从该空间蒸发。因此，不仅是从卷绕电极4的表面，也能够从卷绕电极4的内部直接使水分蒸发，从而能够缩短干燥卷绕电极4所花的时间本身。
图6是用于说明干燥装置5的卷绕电极4的干燥方法的图，是表示使用干燥装置5时，卷绕电极4的温度和真空腔内气压的时间变化的时序图。在图6中，粗线表示真空腔内气压，细线表示卷绕电极4的表面温度，细虚线表示卷绕电极4的芯部温度。
如图6所示，在使用干燥装置5的干燥方法时，在加热开始的同时，开始减小真空腔内的气压，降低沸点，干燥卷绕电极4(加热减压工序)。干燥完毕后，再次将真空腔内恢复到大气压冷却卷绕电极4(冷却工序)。
干燥装置5的情况下，由于其支承构件52的筒部52b和卷绕电极4的卷绕芯41接触，所以即使在加热的同时减小真空腔内的气压，也不会受到真空腔内环境的影响，能够通过热传递将加热器53的热量直接传递至卷绕电极4的芯部。
因此，能够使卷绕电极4的芯部温度快速地上升至目标温度，一边加热一边进行干燥。
并且，由于是使热量从芯部向表面传递，所以能够如上所述地使电极10产生褶皱，在卷绕的电极10和电极10的层间产生微小的空间。因此，能够使水分从该空间蒸发，所以在能够缩短干燥所需要的时间的同时，能够利用通用的辐射式真空干燥机6，使很难蒸发水分的芯部侧的水分可靠地蒸发。
甚至，由于干燥完毕后将真空腔内的气压恢复至大气压，所以真空腔内环境的热传递率也恢复，能够通过对流从卷绕电极4的表面散热。因此，与在降低了真空腔内的气压的状态下进行冷却相比，能够缩短冷却时间。
如上所述，因为依据本实施方式的干燥装置5，加热和干燥能够同时进行，所以与分别进行加热工序和干燥工序相比，能够缩短干燥作业整体的时间。
并且，通过从卷绕电极4的芯部向表面传递热量，能够使电极10和电极10的层间产生微小的空间，使水分从该空间蒸发，从而能够缩短干燥所需时间本身。因此，能够缩短干燥工作整体的时间。
并且，通过使电极10和电极10的层间产生微小的空间，使水分从该空间蒸发，从而能够使利用通用的辐射式真空干燥机6很难蒸发的芯部侧的水分、附着于芯部的水分可靠地蒸发。
由于冷却是在大气压下进行的，所以与在降低了真空腔内的气压的状态下进行冷却相比，能够缩短冷却时间。
关于上述说明，引用了申请日为2010年2月17日，在日本提交的特愿2010-32830号专利申请的内容而作成。
上面，通过特定的实施方式说明了本发明，但是本发明并不局限于上述实施方式。对于本领域技术人员来说，能够在本发明的技术范围内，对上述实施方式施加各种修改或变形。
例如，在上述实施方式中，使用干燥装置5干燥卷绕电极4，但是干燥装置5也可使用于电极以外的，并不局限于卷状的物体。
此外，是同时实施了加热和减压，但是也可以是将真空腔内的气压降低到目标之后，一边维持该减压状态一边实施加热。由于干燥装置5是利用加热器53通过直接的热传递来加热芯部的，所以即使在减压后也能够不受真空腔内环境的影响，快速地加热至目标温度。
此外，使筒部52b贯穿卷绕电极4的卷绕芯41，利用设置在筒部52b的加热器53，从芯部向表面加热了卷绕电极4，但是，也可以是在筒状或柱状的卷绕芯本身上设置加热器等加热部，固定于支承棒52a，从芯部向表面加热卷绕电极4。

Claims (10)

1.一种用于使卷绕在卷绕芯(41)上的卷绕电极(4)干燥的干燥装置，其特征在于，具有从卷绕芯(41)侧加热上述卷绕电极(4)的加热部(53)。
2.根据权利要求1所述的干燥装置，其中，具有贯穿中空的上述卷绕芯(41)并支承上述卷绕电极(4)的支承构件(52)，
上述加热部(53)设置于上述支承构件(52b)。
3.根据权利要求1所述的干燥装置，其中，上述加热部(53)设置于上述卷绕芯(41)。
4.根据权利要求1～3的任一项所述干燥装置，其中，具有：
容器(51)，其用于收纳上述卷绕电极(4)；
减压器(54)，其用于降低上述容器(51)的内部气压，降低容器(51)内的沸点，加快上述卷绕电极(4)的干燥；
该干燥装置中，上述加热部(53)的加热和上述减压器(54)的减压同时进行。
5.根据权利要求1所述的干燥装置，其中，具有：
容器(51)，其用于收纳上述卷绕电极(4)；
减压器(54)，其用于降低上述容器(51)的内部气压，降低容器(51)内的沸点，加快上述卷绕电极(4)的干燥；
该干燥装置中，在上述减压器(54)进行减压后，上述加热部(53)进行加热。
6.一种用于使卷绕在卷绕芯(41)上的卷绕电极(4)干燥的干燥方法，其特征在于，具有从卷绕芯(41)侧加热上述卷绕电极(4)的加热工序。
7.根据权利要求6所述的干燥方法，其中，在上述加热工序中，利用设置于支承构件(52b)上的加热部(53)，从卷绕芯(41)侧加热上述卷绕电极(4)，上述支承构件(52b)贯穿中空的上述卷绕芯(41)，用于支承上述卷绕电极(4)。
8.根据权利要求6所述的干燥方法，其中，上述加热工序中，利用设置于上述卷绕芯(41)上的加热部(53)，从卷绕芯(41)侧加热上述卷绕电极(4)。
9.根据权利要求6～8的任一项所述的干燥方法，其中，具有使收纳有上述卷绕电极(4)的容器(51)的内部气压降低的减压工序，同时实施上述加热工序和上述减压工序。
10.根据权利要求6～8的任一项所述的干燥方法，其中，具有使收纳有上述卷绕电极(4)的容器(51)的内部气压降低的减压工序，在上述减压工序后实施上述加热工序。
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