Battery Manufacturing Process

バッテリー製造

高精度な水分・液体濃度計測

充電式電池の品質と性能を最大限に引き出す

グリーントランジションの進展に伴い、二次電池の新たな技術や用途が急速に広がっています。リチウムイオン(Li-ion)電池、ナトリウムイオン電池をはじめとするさまざまな電池は、電気自動車(EV)、バッテリーエネルギー貯蔵システム(BESS)、そして拡大を続ける幅広い消費財の電源として利用されています。

製造工程では、電極材料や電解液、製造に使用する化学物質が水分の影響を受けるため、ドライルーム、ドライブース、グローブボックス、不活性雰囲気において、低露点または超低露点の環境を安定して維持する必要があります。低露点・超低露点環境を維持することは、バッテリーの安全性、歩留まり、製造効率を確保するうえで重要です。

製造施設、特にギガファクトリーは大規模であり、管理された環境を所定の露点まで乾燥させるには多くのエネルギーを必要とします。また、カソード乾燥など、一部の製造工程も大きなエネルギーを消費します。

ドライルームを効率的かつ持続可能に運用するために

1. 迅速な応答で、変化をすばやく捉える

製造工程のダウンタイムは大きなコストにつながります。ヴァイサラの高速応答・高精度な露点プローブは、ドライルームや除湿ユニットにおける湿度変化をすばやく捉え、安定した製造環境の維持を支援します。

安全な生産を継続するために、プローブが安定するまで何時間も、何日も待つ必要はありません。

2. シンプルで、使いやすく

ヴァイサラのプローブは、使いやすく、堅牢でコンパクト。さまざまな規模の製造設備に対応し、設置や操作、メンテナンスも容易です。

複雑さや不確実性ではなく、信頼性とシンプルさを選ぶことで、計測をより確かなものにします。

3. 計測をつなぐエコシステム

ヴァイサラの露点プローブは、Indigo変換器と組み合わせることで、露点をはじめとするさまざまな計測パラメータに対応します。

ヴァイサラの計測機器を活用することで、生産プロセス全体で一貫性のある計測結果を容易に得ることができます。

Drying applications in battery

乾燥しすぎればコストがかかり、乾燥が不十分なら危険につながる

ヴァイサラとともに、より安全な製造環境を。

リチウムイオン電池製造の中間工程を支える信頼できるパートナー

 

Vaisala offering for battery manufacturing
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ヴァイサラは、製造における重要な工程に必要なさまざまな計測パラメータを提供します。
正確かつリアルタイムに計測:

  • 温度(T)
  • 露点(Td)
  • 相対湿度(RH) 
  • 化学濃度(nD)  

超低湿度環境や、重要な充填・シーリング工程に適した製品を用いて、高精度な計測を実現します。ヴァイサラは、こうした厳しい製造条件に対応する高性能な計測ソリューションを提供します。 
 

技術比較

バッテリーや半導体の製造など、厳しい運用環境において、
ヴァイサラの露点プローブとCRDS(Cavity Ring-Down Spectrometer)、
冷却鏡式変換器の性能を比較します。

 ヴァイサラの露点プローブCRDS冷却鏡式変換器
露点(Td)計測
範囲*
-80 °C~+20 °C-100 °C~-50 °C-100 °C~-50 °C
インラインで計測可能不可。サンプリングと大きな圧力差が必要不可。サンプリングが必要
実験室条件における露点(Td)精度*±2 °C±0.2°C±0.2°C
圧力範囲* 1~50 bar 1~5 bar約1 barのみ
大気条件への依存なしあり。安定した大気条件が必要。実験室以外の環境では、サンプリングによって誤差が生じる可能性があります。あり。周囲温度が上昇すると、測定可能な最低露点も高くなります。実験室以外の環境では、サンプリングによって誤差が生じる可能性があります。
応答時間* 数分数十分数時間
感度高低(急速な変化を検出できず、計測値が平均化される)低(急速な変化を検出できず、計測値が平均化される)
サイズ 小型・軽量。複数の場所に容易に設置可能中型、約10kg大型・重量級から中型まで
オペレーターによる定期的なサービス不要不要必要
サービスが必要なコンポーネントなしなし(クリーンな環境の場合)あり(例:ペルチェ素子)
現地校正・サポートあり可能性は低い可能性は低い
バックグラウンドガスへの依存軽微大きい可能性あり大きい可能性あり

 

*バッテリーおよび半導体製造における代表的な値

Dehumidifier unit with dew point probes

ドライルームの監視と制御

ドライルームは、汚染物質のない安全な作業環境を提供することを目的としており、特に水分の管理が重要です。一般的な露点温度は約-40°C Td/fですが、-70°C Td/fまで低くなる場合もあります。

乾燥環境を必要とする製造エリアは、最大10,000 m²にも及び、空気の加熱、冷却、乾燥に大量のエネルギーを必要とします。安定した乾燥状態を維持するには、所定の露点に調整した空気を適切な量で供給します。除湿ユニットでは、乾燥剤ホイールを通過する空気の流量を調整することで目標露点を実現し、ヴァイサラの露点プローブがその制御を支援します。

ヴァイサラの高速応答露点プローブは、平均化することなく、ドラムの1回転以内に生じる湿度変化を検知します。これにより、湿度の変化をリアルタイムに捉えた制御が可能になります。

ヴァイサラのプローブは、正確なリアルタイムデータを提供することで除湿ユニットの効率的な運用を支援し、エネルギー消費の削減と、よりコスト効率の高いバッテリー製造に貢献します。

製品について詳しくは:DMP7、DMP8、Indigo500、DMT143

専門家の記事を見る(英語)

DMP1-wall-installation

プロセス効率を最大化する室内全体の効率的なモニタリング

プローブを適切な間隔で戦略的に配置することで、ドライルームやクリーンルーム全体を効率的にモニタリングできます。部屋の規模にかかわらず、室内全体の状態を把握し、包括的に管理することが可能です。

DMP1はIndigo300と組み合わせることで、バッテリーおよび半導体製造におけるプロセスの信頼性を高め、適切な乾燥状態の維持を支援します。

DP370 with ATEX and EX certificate

乾式バッテリー電極(DBE)製造

粉末を扱う工程の安全なプロセスと電極製造を支えるATEX/Ex認証露点計測

ヴァイサラのDMP370はATEX/Ex認証を取得した防爆対応の露点計です。混合、移送、貯蔵など、微細な電極粉塵によって危険な環境が生じる工程でも、-70 °C Td/fまでの低露点を安全に計測できます。

ヴァイサラを選ぶ理由:  

  1. 電池の化学組成に応じた制御:NMC、LFPなど、電池の化学組成によって水分に対する感度や許容範囲が異なります。使用するカソード粉末の凝集しやすさに応じて、適切な露点制御目標を設定できます。
     
  2. ドライルーム全体で一貫した水分管理:粉末の投入からラミネーションまで、工程全体で継続的に水分を管理します。初回からの良品率を高め、セルのスクラップ削減に貢献します。
     
  3. 校正記録の文書化と規制への対応:品質マネジメントシステムの一環としてセンサの校正記録を文書化し、規制への対応と長期的なプロセスの信頼性を支援します。

中間工程の用途

陽極乾燥

Evaporating icon

露点を適切に制御して陽極を乾燥させることで、初期の充電サイクルにおける安定した固体電解質界面(SEI)の形成を促します。このSEI層は、バッテリーの性能と安全性を確保するうえで重要な役割を果たします。

ヴァイサラの露点、湿度、温度計測を活用することで、乾燥機の各乾燥工程を適切に制御できます。これにより、製品の品質と性能を維持しながら、バッテリーの材料や部品を水分から保護します。

陽極乾燥は、通常は水系の溶媒を使用するため、溶媒の沸点が低く、比較的短時間で乾燥できます。一方で、プロセス制御を最適化することで、さらなるエネルギー削減につなげることができます。詳しくはお問い合わせください。

お問い合わせ

 

カソード乾燥

Evaporating icon

適切なカソード乾燥は、有害な副反応や腐食を防ぐとともに、イオンや電解質が適切に移動できる多孔質構造の形成を促します。また、電解質中にバインダーを均一に分散させることで、適切な電気化学的性能の実現に貢献します。カソード乾燥は、適切に管理・最適化されていない場合、製造工程の中でも特にコストのかかる工程の一つです。

ヴァイサラのプローブは、乾燥工程のさまざまな段階で使用できます。N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などの化学溶媒や非常に高い温度を伴う、異なる運用環境にも対応します。こうした厳しい条件下でもヴァイサラの計測機器を使用することで、正確な計測と、異なる乾燥工程間で一貫性のある計測結果を実現できます。

カソード乾燥工程を適切に管理し、歩留まりの向上につなげましょう。

eBook(英語版)をダウンロード

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除湿機の制御

Battery icon

ヴァイサラの露点プローブは、バッテリー製造における除湿ユニット(DHU)の効率を最適化し、エネルギー消費と運用コストの大幅な削減を支援します。高速応答の露点プローブを高性能な乾燥機と組み合わせて閉ループ制御を構築することで、乾燥プロセスをより効率的に最適化できます。

専門家の記事を読む(英語)

 

製品の詳細を見る:

DMP7 
DMP8 
Indigo500 
DMT143

グローブボックス

Battery icon

グローブボックスは、バッテリー製造において重要な設備です。密閉された制御環境で不活性雰囲気を維持し、水分や酸素の濃度を低く保つことで、リチウム、電極材料などが水分や酸素と反応して劣化するのを防ぎます。

ヴァイサラの小型で組み込みやすい計測プローブを使用することで、グローブボックス内の湿度を適切な低湿度レベルに維持し、厳密に管理できます。これにより、電解液の分解を防ぎ、バッテリー部品の品質、安全性、性能の維持を支援します。

プローブをグローブボックスに直接設置できることに加え、高い耐薬品性と高速応答を備えているため、シーケンス制御にも迅速に対応できます。

お問い合わせ

乾燥ブースやその他の不活性雰囲気

Battery icon

充電式バッテリーの製造工程では、通常のドライルームよりもさらに乾燥した環境が必要となる場合があります。そのような工程では、制御された密閉環境での厳密な水分管理が求められます。

ヴァイサラの高精度な計測と小型プローブは、高い精度が求められる環境での計測に適しています。推奨製品をご覧ください。

超低湿度環境や、重要な充填・シーリング工程に適した製品を用いて、高精度な計測を実現します。
 
DMP7 

DMT143

DMT152

NMPおよびその他の溶媒

Battery manufacturing mixer icon

N-メチル-2-ピロリドン(NMP)は、高性能なリチウムイオンバッテリーの製造に不可欠な溶媒です。NMPはPVDF(ポリフッ化ビニリデン)バインダーを効果的に溶解し、均一なスラリーを形成します。これにより、活物質を均一に分散させ、電極を均一にコーティングすることができます。これは、バッテリーの性能を最適化するうえで重要です。

ヴァイサラの化学濃度計測ソリューションであるPolarisプロセス屈折計は、高価で有害なNMPを効率的に回収できるよう支援します。化学廃棄物を削減し、環境負荷を低減することで、バッテリー製造の効率化と持続可能な生産を支援するとともに、コスト削減にも貢献します。

ヴァイサラのプロセス屈折計が、コスト削減、持続可能な運用、製品品質の向上にどのように貢献するかをご覧ください。
アプリケーションノートを見る(英語)

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バッテリー製造の重要な計測ポイントで、信頼性とシンプルさを

正確で信頼性の高い計測機器を選択することで、よりスマートな判断につなげ、バッテリー製造における作業負荷や不確実性を軽減できます。

バッテリー製造向けドライルームで高速応答プローブを活用するメリット

乾燥工程は、バッテリー製造向けドライルームにおいて、特にコストのかかる工程の一つです。また、乾燥は繊細な工程でもあります。乾燥しすぎればコストが増加し、乾燥が不十分であれば安全上のリスクにつながります。

乾燥機の露点プローブの応答が遅いと、なぜ問題が生じるのかをご紹介します。

なぜヴァイサラ?

エネルギー削減

ドライルームの乾燥機運転にかかるエネルギーを削減します。乾燥機を正確に制御し、プローブの高速応答によって乾燥機を迅速に調整できます。

低露点環境に対応

ヴァイサラのIndigo製品を使用してドライルームの状態を監視し、標準的な条件から特殊な条件まで、目標に沿った一貫した運用を実現します。高性能なヴァイサラのIndigo製品は、将来的にさらに厳しい乾燥要件にも対応できるよう設計されています。

高温・乾燥・化学プロセスに対応

ヴァイサラの計測プローブは、厳しい環境での使用を想定して設計されています。高温、極度に乾燥した環境、化学物質を扱うプロセスなど、さまざまな条件で信頼性の高い計測を提供します。

データを収集し、安全なプロセスを実現

Indigo製品で計測データを収集し、ドライルームにローカルディスプレイを設置して、監視制御システム(SCADA)にデータを連携できます。これにより、状況に応じた迅速な調整と安全なプロセス運用を支援します。

幅広い計測ソリューション

計測範囲、温度、サンプリング方式、さまざまなデジタル出力、耐薬品性プローブなど、多様な要件に対応する計測ソリューションを提供します。

製品を組み合わせて構成できるエコシステムにより、それぞれの用途やニーズに適したプローブを柔軟に選択・構成できます。

次世代の全固体電池にも対応

次世代の全固体電池では、-80 °C Td/fまでのさらに厳しい露点条件が求められることがあります。ヴァイサラは、こうした要件にも対応する製品をすでに提供しています。DMT152をご紹介します。 

solid state battery

全固体電池の研究、その先へ

リチウムイオン(Li-ion)電池、リチウム硫黄(Li-S)電池、ナトリウムイオン電池、そして全固体電池。

より高出力で、安全性が高く、小型化された製品への需要が高まるなか、バッテリー技術はかつてないスピードで進化しています。一方で、こうした新しい電池技術は湿度の影響をより受けやすく、正確な環境制御とモニタリングが不可欠です。

ヴァイサラは、研究開発、ラボ、製造規模の拡大に対応する計測ソリューションを提供しています。必要な計測が明確でありながら適切な計測機器が見つからない場合にも、ニーズに応じたソリューションをご提案します。

信頼性の高い計測結果と安全な実験環境を実現し、次世代のバッテリー技術の発展を支えるパートナーとして、ヴァイサラの高性能な湿度・露点プローブをご活用ください。

Lithium-ion rocks

湿式冶金リサイクル

有価金属のリサイクルは、二次電池製造において循環型経済を実現するための重要な要素の一つです。経済性と持続可能性を両立しながら高い金属回収率を実現するため、新たな技術やイノベーションが生まれています。その一つが、浸出などの化学プロセスによって金属を回収する湿式冶金リサイクルです。

リサイクル工程全体を通じて、水分管理は重要です。リチウムは水分と反応するため、安全かつ効率的なプロセスを実現するには、露点を正確に監視する必要があります。ヴァイサラの計測機器は、重要なプロセスデータを提供し、材料の劣化を防ぎ、安全な処理環境の維持を支援します。

ヴァイサラとともに、安全なプロセスを実現しましょう。

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