バッテリー電極コーティングにおけるスラリーの均一性と粘度に対する温度の影響

リチウムポリマーバッテリーは、複数のアノード（負極）とカソード（正極）をセパレーターと呼ばれる薄いポリマーフィルムで区切り、それらを半液体の電解質で満たしたポーチセルで構成されています。アノードやカソードとなる金属箔には溶媒やバインダー、導電材などを混合したペースト状のスラリーが塗布されます。

塗布する際には、塗布に適した粘度を確保するために、スラリーを約60 ～ 80℃の最適温度範囲内に維持する必要があります。スラリーを金属箔（集電体）にコーティングして乾燥させると、コンポジット層と呼ばれる層ができます。この層は金属ローラーでプレスされ、強度が増し、密度が最適化され、活物質の導電性と接着性が向上します。このプロセスはカレンダー加工と呼ばれます。カレンダー加工後、希望の形状に切断され、電極に打ち抜かれます。これらの電極は、多層巻き取りまたは積層プロセスを使用してバッテリーセルに組み立てられます。最後に、セルに電解質を充填して密閉します。

リチウムイオン電池の品質は、電極の厚さの均一性を確保し、乾燥およびプレス工程中に変化する電気特性を最適化することで向上できます。均一性を維持するには、スラリーの粘度を最適にする必要があり、そのためには製造中にスラリーと金属箔の両方の温度を注意深く監視する必要があります。

バッテリーセル製造における電極シートのインライン赤外線温度モニタリング

赤外線パイロメーターはライン上の金属箔やスラリーの温度を監視するのに最適なツールです。ただし、材料の放射率、低温範囲での測定、測定速度、センサ設置可能なスペースが狭いことへの対応などの課題があります。

スラリーはノズルを介して金属箔に塗布されます。ノズル付近のスラリーが塗布される個所で、移動する箔の温度を測定することが理想的です。８ ～ 14µmの範囲のパイロメーターは、活性材料の薄い層が低放射率を提供するため、あまり適していません。波長としては、より短い波長を利用したパイロメーターの方が適しています。これは、短い波長の方が対象が高い放射率を有しているからです。ただし、多くの短波長パイロメーターはより高い温度範囲向けに設計されているため、60 ～ 80℃の測定範囲には適しません。

さらに、正確な測定値を得るためにはパイロメーターを測定対象の近くに配置する必要がありますが、機械の設置場所は非常に狭く、障害物が多いため、センサを設置できるスペースが限られています。この狭い設置スペースで、効果的な温度監視を保証し、スラリー塗布プロセスの品質と一貫性を維持するために、コンパクトで高精度のパイロメーターが必要です。

このアプリケーションでは、Optris社のCT 3MLがこれらの制約に対する理想的なソリューションです。このパイロメーターはフィルムの正確な温度を継続的に測定し、正確な監視と安定したプロセス条件の維持を可能にします。

Optris社のCT3MLで放射率の課題、低い測定温度、狭い設置スペースの課題を克服

短波長の赤外線センサーのほとんどは、通常、250℃を超える高温を測定します。しかし、CT 3MLは、2.3µmの波長で動作し、50℃という低い温度範囲で動作できます。これにより、材料に適した短波長での測定と、100℃未満の低いターゲット温度の正確な監視という、２つの重要な要件を満たすことができます。外側にM12ネジが切られた小型センサーヘッドを備えたコンパクトな設計により、狭く制限されたスペースでも簡単に設置でき、正確な照準合わせが可能です。これは、スペースが限られていることが多い産業環境では特に重要です。

またこのパイロメーターは１ミリ秒という短い時間で温度測定が可能なため、製造プロセスのリアルタイム監視と迅速な調整が可能になります。この迅速な応答時間は、一貫した品質を維持し、生産条件の安定性を確保するために役に立ちます。

これらの特徴の組み合わせにより、Optris社のCT 3MLは、限られたスペースで正確な温度制御と迅速な応答を必要とするアプリケーションに適しており、利用波長が測定対象物の放射率特性に適した場合には特に最適な選択肢となります。