リチウムイオン電池電極製造プロセスにおける間欠塗工技術と乾燥、スラリー分散技術

AndanTEC　代表　浜本 伸夫　氏元富士フイルム(株)、元サムスン電子

略歴1992年　北海道大学 工学部 合成化学工学専攻 修士修了　同年　 富士写真フィルム 塗工を中心としたフィルム生産工程業務に従事2007年 　同 社　フラットパネル生産部 主任技師(管理職)2013年　サムスン電子 総合技術院 素材開発センター 主席研究員 新素材開発に従事2019年　栗村化学 工程開発チーム長 粘着フィルム・離型フィルム等の工程開発2021年　米国 Zymergen社 シニアマネージャー バイオ由来ポリイミド開発2022年　ミドリ安全 商品開発部 ジェネラルマネージャー ニトリルゴム手袋開発2023年　AndanTECとして執筆・講演・コンサル業に専念専門塗工／Roll To Roll製造／クリーンルーム／静電気

リチウムイオン電池の電極量産工程で汎用の間欠塗工方式は、各メーカーの独自開発で進化してきたため、体系的に整理した解説は少ない。しかし共通課題への対策は共通しており、間欠塗工全般を俯瞰した整理に価値があります。本セミナーでは各社の特許事例を基に間欠塗工の変遷と各方式の特徴と仕組みに併せ、塗工後の乾燥、塗工スラリーの分散技術も解説し、リチウムイオン電池の電極基材製造の全般を解説します。これらの「理論」 と「現場ノウハウ」をバランスよく知ると、より良い製品を作りやすくなります。このセミナーでは、各項目で現象イメージ作りを助ける演習ツールも用意し、LiB新製品の開発や製造現場の課題解決を全方位的にサポートします。

1．リチウムイオン電池塗工の概要　1-1．フィルムが利用されている製品は？　1-2．フィルム部材の役割り　1-3．性能の変遷（半導体）　1-4．性能の変遷（リチウムイオン二次電池）　1-5．リチウムイオン二次電池の構成　1-6．正負電極の塗工方法（間欠塗工）　1-7．間欠塗工の動画　1-8．リチウムイオン電極の塗工ライン（A）　1-9．リチウムイオン電極の塗工ライン（B）　1-10．リチウムイオン電極の塗工ライン（C） 2．特許に学ぶ間欠塗工の変遷　2-1．初期の電極製造（直交貼り合わせ方式）　2-2．初期の電極製造（マスキング）　2-3．初期の間欠塗工（開閉ブレード）　2-4．コンマロール着脱方式　2-5．コンマロール断続回転方式　2-6．スロット間欠方式（流量・ギャップ可変）　2-7．スロット沈降対策　2-8．スロット端部厚み調整　2-9．コッタによるギャップ調整　2-10．塗り切り厚み調整（ギャップ法）　2-11．厚塗り対策エア噴射　2-12．マニホールド・リターン　2-13．ポンプ・バルブ法　2-14．ピストン開閉法　2-15．回収バルブ遅延方式　2-16．開閉バルブ圧力制御方式　2-17．バルブ弁・ギャップのハイブリッド方式　2-18．背面減圧　2-19．背面減圧とエッジ分布　2-20．減圧の安定化（バッファとオリフィス）　2-21．基材サクション　2-22．バックアップサクション　2-23．逆転スロット　2-24．表裏厚み分布　2-25．表裏の塗り位置同期　2-26．表裏の塗り位置同期　2-27．表裏の塗り位置ズラシ　2-28．両面塗工の基材エア保持　2-29．両面塗工の塗工安定板　2-30．圧延クラウンローラー　2-31．加熱プレス分布によるカール補正 3．スロット塗工方式の概説　3-1．塗工方式に分類（ダイ方式は3種類のみ）　3-2．実験サンプルとRoll To Roll生産の違い　3-3．塗工液濃度の決め方と適した塗布方法　3-4．Roll To Rollのスロット塗工設備　3-5．ダイヘッドの向きは？　3-6．薄く塗る時、厚く塗る時　3-7．流れイメージに役立つCouette-Poiseuille流　3-8．Poiseuille流　3-9．Couette流とPoiseuille流のバランス　3-10．スロットダイのCouette-Poiseuille流　3-11．ビード内の剪断速度　3-12．剪断速度のオーダー　3-13．背面減圧しない操作方法　3-14．塗付けの流動　3-15．マニホールド構造　3-16．ダイ内の流れ　3-17．円管・マニホールド・スロットの流動　3-18．マニホールド断面形状と幅流量分布　3-19．テーパー・スロットによる幅分布補償　3-20．幅分布を均一化するために　3-21．シムとエッジの厚塗り　3-22．超硬スロットダイ（M）　3-23．ギャップの見積もり　3-24．Coating Window　3-25．間欠塗工のビード流動（物質収支）　3-26．間欠塗工のビード流動（ギャップ制御）　3-27．間欠塗工のビード流動（流量制御）　3-28．間欠塗工のビード流動（粒子法シミュレーション）4．コンマ塗工方式の概説　4-1．ブレード塗工の分類（ナイフ・スティッフ・ベント）　4-2．コンマ・コーターの特徴　4-3．ナイフ型ブレードの塗工厚み　4-4．ナイフ型ブレードの塗工厚み計算　4-5．コンマロールたわみ　4-6．コンマロール保温　4-7．液ダム内の流動　4-8．バックプレート　4-9．ダム液面と底面5．乾燥のツボ　… 設備・乾燥時間・膜質再現の考え方　5-1．乾燥現象の支配因子　5-2．乾燥方式と乾燥能力　5-3．乾燥効率の支配因子（噴流）　5-4．多孔板と二次元ノズル（軸対象とスリット）　5-5．溶媒の寄与（水と他の溶媒の比較）　5-6．塗膜の表面温度は湿球温度（空気線図）　5-7．各溶媒の空気線図　5-8．他の溶媒との違い ～ 飽和蒸気圧と温度　5-9．乾燥に関わる物性値　5-10．定率期間と減率期間　5-11．減率乾燥速度　5-12．簡易計算法（乾燥係数 N＝1/2～2/3）　5-13．膜内の溶媒移動　5-14．乾燥計算の練習　5-15．減率乾燥を実測で見積もる方法　5-16．減率乾燥を実測で見積もる手順　5-17．2成分系の減率乾燥（MEK+トルエン）　5-18．2成分系の乾燥挙動　5-19．2成分系で乾燥速度を概算したい場合　5-20．調湿時の含水率履歴　5-21．凝集系の乾燥　5-22．乾燥過程の粘弾性変化6．スラリーの分散　6-1．原材料を膜にするプロセス　6-2．スラリーの分散度　6-3．カーボン・ブラックの分散は一次粒子に留める　6-4．スラリー内の素材がレオロジーに及ぼす影響　6-5．分散度とレオロジー（静電反発・バインダーによる分散）　6-6．水系ではイオンが静電反発を阻害し構造粘性化　6-7．レオロジーのヒステリシスと経時増粘　6-8．混合・分散設備　6-9．攪拌方式と混合度　6-10．タンク形状・サイズと混合度　6-11．混錬方法（ニーダーとプラネタリーミキサー）　6-12．混錬（バッチ/連続）とパドル形状　6-13．混錬パドルのWD形状　6-14．二軸連続式混錬機　6-15．二軸連続式混錬機（負極）　6-16．二軸連続式混錬機（正極）　6-17．混錬時の希釈と分散　6-18．希釈法から予備混合＆高剪断分散へ　6-19．ビーズミル（マイルド分散化）　6-20．目標粒子サイズと循環方式　6-21．ビーズのサイズ選定　6-22．Roll To Roll工程とのマッチング　6-23．Batch TankとMix Tankのタスク　6-24．継ぎ足しと液年齢　6-25．平均ポット経時 　6-26．ポンプの種類と特徴　6-27．異物が多い時のフィルター並列化　6-28．ゲル状異物のろ過　6-29．フィルター構造と濾圧　6-30．ポンプ負荷は主にスロット　6-31．脱泡（壁面添加）　6-32．脱泡（真空度）　6-33．脱泡（遠心＆減圧）　6-34．脱泡（スクレバー＆減圧）　6-35．脱泡（放射ノズル＆減圧）7．ドライ方式　7-1．ドライ電極コーティング： EVへの展開　7-2．各社の動向　7-3．「ドライ電極」最新の開発　7-4．ドライ成膜の混合強度と導電助剤被覆率　7-5．テスラの電池用ドライ電極は何が凄いのか？　7-6．テスラのリチウムイオン電池「4680」開発・製造動向　7-7．Maxwell Technologiesの「ドライ電極の製造システム及び製造方法」 特許　7-8．Maxwell Technologiesのホワイトペーパー　7-9．圧延ロール鍍金剥がれDry Cathode Finally Solved! What was the delay? //Tesla Q2 Battery Report　7-10．4680技術のアップデート；Tesla 4680 Update / This Changes EVERYTHING 　7-11．ドライ方式特許/Dry Electrode Lithium Doping Process / (2023/05/24)　7-12．リン酸鉄系正極材料とニッケル酸化物系正極材料を含む混合正極 WO-A1-2024/229047 (2024.4.30)　7-13．LGのドライ技術/WO-A1-2024/144216; LG's GAME CHANGING　7-14．スプレー方式；” Can Dry Battery Electrodes Really Work?” (2020/12/08)　7-15．PTFE樹脂配合の取り組み質疑応答