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JP-2026076978-A - 乾式電極フィルムをカレンダー加工する実ギャップおよび最小ギャップ法、ならびにそのシステム

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Abstract

【課題】乾式電極フィルムを正確におよび／または的確にカレンダー加工するカレンダー加工法、ならびにそのシステムを提供する。 【解決手段】方法およびシステムは、カレンダー加工距離の変動が低減されるように、電極フィルムおよび／または電極粉末混合物の存在の有無にかかわらず、カレンダーローラ間のカレンダーニップおよび／またはカレンダー加工距離を制御することができる。 【選択図】図１

Inventors

  • レン，ズーハン
  • エグルストン，ボンヌ
  • ワン，カイピン
  • チャン，チュンレイ

Assignees

  • テスラ，インコーポレイテッド

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20251023
Priority Date
20241024

Claims (20)

  1. 乾式電極フィルムをカレンダー加工する方法であって、 第１のローラ表面および第１のローラジャーナルを含む第１のカレンダーロールを回転させるステップであって、前記第１のローラジャーナルは、第１のベアリングおよび第２のベアリングを含む第１のベアリングブロックアセンブリ内に位置する、ステップと、 第２のローラ表面および第２のローラジャーナルを含む第２のカレンダーロールを回転させるステップであって、前記第２のローラジャーナルは、第３のベアリングおよび第４のベアリングを含む第２のベアリングブロックアセンブリ内に位置し、前記第１のローラ表面と前記第２のローラ表面との間のカレンダー加工距離は、カレンダーニップを画定し、前記第１のベアリングおよび前記第４のベアリングは対応しないベアリングであり、前記第２のベアリングおよび前記第３のベアリングは対応しないベアリングである、ステップと、 前記第１および第２のカレンダーロールの各々の回転中に前記カレンダーニップ内で乾式電極フィルムをカレンダー加工するステップであって、カレンダー加工は、前記第１および第２のベアリングブロックの各々に２５～４５０ＫＮの偏向力を加える、ステップと、 前記第１のベアリングと前記第４のベアリングとの間に第１の押圧／引張力を加え、前記第２のベアリングと前記第３のベアリングとの間に第２の押圧／引張力を加え、それによってカレンダー加工距離の精度を最大３０μｍに制御するステップであって、加えられる前記第１および第２の押圧／引張力の各々が２５～４５０ＫＮである、ステップと、 カレンダーギャップから前記乾式電極フィルムを出すステップであって、前記第１および第２のカレンダーロールは、前記乾式電極フィルムが前記カレンダーニップを出た後に回転し続け、前記乾式電極フィルムが前記カレンダーニップを出た後のカレンダー加工距離は、少なくとも１μｍである、ステップと、 を含む、方法。
  2. 乾式電極フィルムをカレンダー加工する方法であって、 第１のローラ表面および第１のローラジャーナルを含む第１のカレンダーロールを回転させるステップであって、前記第１のローラジャーナルは、第１のベアリングおよび第２のベアリングを含む第１のベアリングブロックアセンブリ内に位置する、ステップと、 第２のローラ表面および第２のローラジャーナルを含む第２のカレンダーロールを回転させるステップであって、前記第２のローラジャーナルは、第３のベアリングおよび第４のベアリングを含む第２のベアリングブロックアセンブリ内に位置し、前記第１のローラ表面と前記第２のローラ表面との間のカレンダー加工距離は、カレンダーニップを画定し、前記第１のベアリングおよび前記第４のベアリングは対応しないベアリングであり、前記第２のベアリングおよび前記第３のベアリングは対応しないベアリングである、ステップと、 前記第１および第２のカレンダーロールの各々の回転中に前記カレンダーニップ内で乾式電極フィルムをカレンダー加工するステップと、 前記第１のベアリングと前記第４のベアリングとの間に第１の押圧／引張力を加え、前記第２のベアリングと前記第３のベアリングとの間に第２の押圧／引張力を加え、それによってカレンダー加工距離の精度を最大５０μｍに制御するステップと、 を含む、方法。
  3. 前記第１の押圧／引張力が押圧力であり、前記第２の押圧／引張力が引張力である、請求項２に記載の方法。
  4. 前記カレンダー加工距離が少なくとも１μｍである、請求項２または３に記載の方法。
  5. 前記カレンダー加工距離が、前記第１のカレンダーロールと前記第２のカレンダーロールとを衝突させない最小距離である、請求項２または３に記載の方法。
  6. 前記カレンダー加工距離の精度が１～３０μｍである、請求項２または３に記載の方法。
  7. 前記カレンダー加工が、前記第１および第２のベアリングブロックの各々に２５～４５０ＫＮの偏向力を加える、請求項２または３に記載の方法。
  8. 加えられる前記第１および第２の押圧／引張力の各々が２５～４５０ＫＮである、請求項２または３に記載の方法。
  9. 前記乾式電極フィルムが前記カレンダーニップを出ることをさらに含む、請求項２または３に記載の方法。
  10. 前記乾式電極フィルムが前記カレンダーニップを出た後のカレンダー加工距離が少なくとも１μｍである、請求項９に記載の方法。
  11. 前記第１および第２のカレンダーロールが、前記乾式電極フィルムが前記カレンダーニップを出た後に回転し続ける、請求項９に記載の方法。
  12. 前記乾式電極フィルムをカレンダー加工する前のカレンダー加工距離が少なくとも１μｍである、請求項９に記載の方法。
  13. 前記乾式電極フィルムが自己支持型であり、溶媒残留物が実質的に存在しない、請求項２または３に記載の方法。
  14. 前記乾式電極フィルムがフィブリル化バインダーを含む、請求項２または３に記載の方法。
  15. 前記乾式電極フィルムが活物質を含む、請求項２または３に記載の方法。
  16. カレンダーシステムであって、 第１のローラ表面および第１のジャーナルを含む第１のカレンダーロールと、 第１のベアリングおよび第２のベアリングを含む第１のベアリングブロックアセンブリであって、前記第１のベアリングが第１のベアリング位置を含み、前記第２のベアリングが第２のベアリング位置を含み、前記第１のジャーナルが前記第１のベアリングブロックアセンブリ内に配置される、第１のベアリングブロックアセンブリと、 第２のローラ表面および第２のジャーナルを含む第２のカレンダーロールと、 第３のベアリングおよび第４のベアリングを含む第２のベアリングブロックアセンブリであって、前記第３のベアリングが第３のベアリング位置を含み、前記第４のベアリングが第４のベアリング位置を含み、前記第１および第４のベアリングが対応しないベアリングであり、前記第２および第３のベアリングが対応しないベアリングであり、前記第２のジャーナルが前記第２のベアリングブロックアセンブリ内に配置される、第２のベアリングブロックアセンブリと、 前記第１のベアリングと前記第４のベアリングとの間に第１の押圧／引張力を加え、前記第２のベアリングと前記第３のベアリングとの間に第２の押圧／引張力を加えるように構成されたフィードバック制御システムと 前記フィードバック制御システムと電気的に通信するコントローラと、 を備え、 前記第１のローラ表面と前記第２のローラ表面との間のカレンダー加工距離が、カレンダーニップを画定する、カレンダーシステム。
  17. 前記フィードバック制御システムが、油圧システム、サーボモータシステム、磁気浮上システム、空気圧システム、およびそれらの組み合わせを含む、請求項１６に記載のシステム。
  18. 前記コントローラと電気的に通信し、前記第１および第２のベアリング位置を検出するように構成されたベアリングセンサをさらに備える、請求項１６または１７に記載のシステム。
  19. 前記ベアリングセンサは、機械センサ、光学センサ、電磁センサ、静電容量センサ、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１８に記載のシステム。
  20. 前記コントローラと電気的に通信し、前記カレンダー加工距離を検出するように構成されたニップセンサをさらに備える、請求項１６または１７に記載のシステム。

Description

［関連出願の相互参照］ 本出願は、２０２４年１０月２４日に出願された「ＲＥＡＬ ＧＡＰ ＡＮＤ ＭＩＮＩＭＵＭ ＧＡＰ ＭＥＴＨＯＤＳ ＯＦ ＣＡＬＥＮＤＥＲＩＮＧ Ａ ＤＲＹ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＦＩＬＭ，ＡＮＤ ＳＹＳＴＥＭＳ ＴＨＥＲＥＯＦ（乾式電極フィルムをカレンダー加工する実ギャップおよび最小ギャップ法、ならびにそのシステム）」という表題の米国特許出願第１８／９２６，０６０号の優先権の利益を主張し、その全体があらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる。 本開示は、一般に電極フィルムをカレンダー加工することに関し、特に乾式電極フィルムを正確にカレンダー加工することに関する。 エネルギー貯蔵デバイスに実装される電極は、湿式および乾式プロセスによって製造することができる。湿式処理された電極は、電極フィルムの物理的特性を形成および制御するためにスラリーキャスト法を利用するが、そのような方法は、カレンダー圧延システムで形成され得る乾式処理された電極フィルムには適用できない場合がある。したがって、電極フィルムを製造するための改善された方法およびシステムが望ましいであろう。 本発明は、添付の図面を参照して説明され、図面において、同様の参照符号は同様の要素を参照する。 いくつかの実施形態による、ローラシステムの概略図である。 いくつかの実施形態による、乾式電極フィルムをカレンダー加工する方法のフローチャートである。 いくつかの実施形態による、カレンダーベアリングの実験的な剛性および力の結果を示すグラフである。 いくつかの実施形態による、カレンダーベアリングの実験的な圧縮および力の結果を示すグラフである。 いくつかの実施形態による、カレンダーベアリングの実験的なてこの作用および引張力の結果を示すグラフである。 いくつかの実施形態による、カレンダーベアリングの実験的なてこの作用および引張力の結果を示す別のグラフである。 いくつかの実施形態による、カレンダーベアリングの実験的なてこの作用および押圧力の結果を示すグラフである。 いくつかの実施形態による、カレンダーベアリングの実験的なてこの作用および押圧力の結果を示す別のグラフである。 いくつかの実施形態による、様々な押圧力および引張力の動作条件下でのカレンダーニップ精度の実験的な改善を示す棒グラフである。 発明の詳細な説明 特定の実施形態の以下の詳細な説明は、特定の実施形態の様々な説明を提示する。しかしながら、本明細書に記載される技術革新は、例えば、特許請求の範囲によって定義および包含されるように、多数の異なる方法で具現化することができる。この説明では、同様の参照番号および／または用語が同一のまたは機能的に類似する要素を示すことができる図面を参照する。図面に示されている要素は、必ずしも縮尺通りに描かれていないことが理解されよう。さらに、特定の実施形態は、図面に示されているよりも多くの要素および／または図面に示されている要素のサブセットを含むことができることが理解されよう。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの任意の好適な特徴の組み合わせを組み込むことができる。見出しは、便宜上提供されているにすぎず、特許請求の範囲の範囲または意味に影響を及ぼすものではない。 乾式電極フィルムを正確におよび／または的確にカレンダー加工するカレンダー加工法、ならびにそのシステムが記載される。方法およびシステムは、カレンダー加工距離の変動が低減されるように、電極フィルムおよび／または電極粉末混合物の存在の有無にかかわらず、カレンダーローラ間のカレンダーニップおよび／またはカレンダー加工距離を制御することができる。いくつかの実施形態では、方法およびシステムは、カレンダー加工距離がゼロに減少し、それによってカレンダーローラが互いに衝突するのを防止するように、電極フィルムおよび／または電極粉末混合物の存在の有無にかかわらず、カレンダーローラ間のカレンダーニップおよび／またはカレンダー加工距離を制御することができる。いくつかの実施形態では、カレンダーローラ間のカレンダー加工距離は、２つのカレンダーローラ間の距離が、それらが互いに衝突する前の２つのカレンダーローラ間の最小許容空間である場合の最小距離である。 そのような方法およびシステムは、カレンダー加工プロセスの後には調整することができない乾式電極フィルムの厚さの正確な制御を可能にすることができる。さらに、記載される方法およびシステムは、ニップ間の電極フィルムの有無に起因してカレンダーローラを開始および停止する必要なく、カレンダーローラ間の電極フィルムの移送を可能にすることによって、より高いスループットおよび製造効率を可能にすることができる。 図１は、ローラシステム１００の概略図である。ローラシステム１００は、互いに隣接する第１のカレンダーロール１０２Ａおよび第２のカレンダーロール１０２Ｂを含む。第１のカレンダーロール１０２Ａは、第１のローラ表面１０４Ａおよび第１のローラジャーナル１１０Ａを含み、第２のカレンダーロール１０２Ｂは、第２のローラ表面１０４Ｂおよび第２のローラジャーナル１１０Ｂを含む。第１のローラ表面１０４Ａと第２のローラ表面１０４Ｂとの間のカレンダー加工距離１０６は、カレンダーニップ１０８を画定する。第１のローラジャーナル１１０Ａは、第１のベアリング位置で第１のベアリングブロックアセンブリ１１２Ａ内に配置され、第２のローラジャーナル１１０Ｂは、第２のベアリング位置で第２のベアリングブロックアセンブリ１１２Ｂ内に配置される。第１のベアリングブロックアセンブリ１１２Ａは、第１のベアリング１１３Ａおよび第２のベアリング１１５Ａを含み、第２のベアリングブロックアセンブリ１１２Ｂは、第３のベアリング１１３Ｂおよび第４のベアリング１１５Ｂを含む。第１のベアリング１１３Ａおよび第３のベアリング１１３Ｂは、それぞれ第１および第２のローラジャーナル１１０Ａおよび１１０Ｂの同一の、同様の、または実質的に同様の表面に接触して力を作用させるという点で対応するベアリングであり、第２のベアリング１１５Ａおよび第４のベアリング１１５Ｂは、それぞれ第１および第２のローラジャーナル１１０Ａおよび１１０Ｂの同一の、同様の、または実質的に同様の表面に接触して力を作用させるという点で対応するベアリングである。第１のベアリング１１３Ａおよび第４のベアリング１１５Ｂは、それぞれ第１および第２のローラジャーナル１１０Ａおよび１１０Ｂの異なるまたは実質的に異なる表面に接触して力を作用させるという点で対応しないベアリングであり、第２のベアリング１１５Ａおよび第３のベアリング１１３Ｂは、それぞれ第１および第２のローラジャーナル１１０Ａおよび１１０Ｂの異なるまたは実質的に異なる表面に接触して力を作用させるという点で対応しないベアリングである。フィードバック制御システム１１４は、第１のベアリングブロックアセンブリ１１２Ａと第２のベアリングブロックアセンブリ１１２Ｂとの間に位置することが示されており、第１のベアリングブロックアセンブリ１１２Ａおよび第２のベアリングブロックアセンブリ１１２Ｂの各々に第１の押圧／引張力１１６および第２の押圧／引張力１１８を加えることが示されている。具体的には、フィードバック制御システム１１４は、対応しない第１および第４のベアリング１１３Ａおよび１１５Ｂに第１の押圧／引張力１１６を印加するように構成され、対応しない第２および第３のベアリング１１３Ｂおよび１１５Ａに第２の押圧／引張力１１８を印加するように構成される。ベアリングセンサ１２０は、第１のベアリングブロックアセンブリ１１２Ａおよび第２のベアリングブロックアセンブリ１１２Ｂ、具体的には第１、第２、第３および第４のベアリング１１３Ａ、１１５Ａ、１１３Ｂおよび１１５Ｂの位置（例えば、偏向）ならびに／またはそこに加えられる力（例えば、押圧、引張）を検出および／または測定するように位置し、構成される。ベアリングセンサ１２０は、カレンダー加工距離１０６を間接的に検出および／または測定するように位置し、構成される。ニップセンサ１２２は、カレンダー加工距離１０６を直接的に検出および／または測定するように位置し、構成される。コントローラ１２４は、フィードバック制御システム１１４と電気的に通信し、押圧力１１６および／または引張力１１８を制御するように構成され、ベアリングセンサと電気的に通信し、ニップセンサと電気的に通信している。 いくつかの実施形態では、ロールシステムは、１つまたは複数の追加のカレンダーロールおよび追加のベアリングブロックアセンブリを含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の追加のカレンダーロールおよびベアリングブロックアセンブリは、図１に記載のローラシステム１００の上流および／または下流にあってもよく、第１および／もしくは第２のカレンダーロールならびに／または追加のカレンダーロールと追加のニップを形成してもよい。いくつかの実施形態では、分注装置がニップの上に位置し、乾式電極フィルム混合物をニップに分注して乾式電極を形成するように構成される。いくつかの実施形態では、カレンダーロールは、その表面上に乾式電極を担持する一方で、下流ニップまで回転するように構成される。いくつかの実施形態では、ロールシステムは、乾式電極フィルムを集電体に積層して乾式電極を形成するように構成される。 いくつかの実施形態では、フィードバック制御システムは、油圧システム、サーボモータシステム、磁気浮上システム、空気圧システム、およびそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、フィードバック制御システムは、コントローラからの通信に基づいて、２つのカレンダーローラ間のギャップ距離を調整するために押圧力および／または引張力を加えることができるシステムである。いくつかの実施形態では、ベアリングセンサおよび／またはニップセンサは、機械センサ、光学センサ、電磁センサ、静電容量センサ、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、光学センサはレーザーセンサを含む。いくつかの実施形態では、ニップセンサは、カレンダー加工距離を決定するためのモデルを含む。 いくつかの実施形態では、ベアリングセンサは、カレンダーニップのギャップを測定するように構成される。いくつかの実施形態では、ベアリングセンサおよび／またはニップセンサは、コントローラを介してフィードバック制御システムと電気的に通信する。いくつかの実施形態では、ベアリングセンサは、カレンダー加工距離を決定するためのモデルを含む。いくつかの実施形態では、モデルは、引張／押圧力およびベアリングの剛性からベアリングの偏向を推定する線形回帰モデルまたは非線形パラメトリックモデルである。いくつかの実施形態では、モデルの式は以下を含む ｇｒ＝ｇｍ－ｇｄ ｇｒ＝ローラ表面間の距離 ｇｍ＝ベアリングセンサからの測定値 ｇｄ＝引張力および押圧力から推定されるベアリングの偏向 いくつかの実施形態では、ベアリングセンサは、ローラシステムの動作中に、カレンダー加工距離の制御を改善するために制御システムにフィードバック信号を提供するように構成されてもよい。 ベアリングブロックアセンブリはベアリングを含み、ジャーナルはベアリング内に位置するように、および／またはベアリングによって保持されるように構成される。いくつかの実施形態では、ベアリングは、ジャーナルに接触し、および／またはジャーナルに対して力を作用させて、カレンダーロールを定位置に保持するように、および／またはカレンダーロールの偏向（例えば、ローラシステムによってカレンダー加工されている材料に起因する偏向）に対抗するように構成される。いくつかの実施形態では、ベアリングブロックアセン