特許 7595662 アルカリ金属またはアルカリ金属の合金のシートを膜へと薄化するための圧延機の加工ローラを潤滑するための薄化用潤滑剤分注ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-28

(45)【発行日】2024-12-06

(54)【発明の名称】アルカリ金属またはアルカリ金属の合金のシートを膜へと薄化するための圧延機の加工ローラを潤滑するための薄化用潤滑剤分注ユニット

(51)【国際特許分類】

   B21B 1/40 20060101AFI20241129BHJP

   B21B 3/00 20060101ALI20241129BHJP

   B21B 27/00 20060101ALI20241129BHJP

   B21B 27/10 20060101ALI20241129BHJP

   B21B 45/02 20060101ALI20241129BHJP

   C22C 24/00 20060101ALN20241129BHJP

【ＦＩ】

B21B1/40

B21B3/00 L

B21B27/00 B

B21B27/10 B

B21B45/02 310

C22C24/00

【請求項の数】 26

(21)【出願番号】P 2022528673

(86)(22)【出願日】2020-11-18

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-01-26

(86)【国際出願番号】 CA2020051571

(87)【国際公開番号】W WO2021097568

(87)【国際公開日】2021-05-27

【審査請求日】2023-10-18

(31)【優先権主張番号】62/936,806

(32)【優先日】2019-11-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/936,809

(32)【優先日】2019-11-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/936,814

(32)【優先日】2019-11-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】518203836

【氏名又は名称】ブルー・ソリューションズ・カナダ・インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】ジョナサン・デュベ

(72)【発明者】

【氏名】ギヨーム・デレイエ

【審査官】隅川 佳星

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６０－１４８６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－２２７９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１３５５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２９８９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５３８８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２５２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２４３４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２６７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０３７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５１９３７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｂ １／４０

３／００

２７／００ － ２７／１０

４５／０２

Ｃ２２Ｃ ２４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルカリ金属または前記アルカリ金属の合金のシートを膜へと薄化するための圧延機であって、前記圧延機は、
フレームと、
前記フレームに回転可能に備え付けられる第１の加工ローラであって、第１の薄化表面を有する、第１の加工ローラと、
前記フレームに回転可能に備え付けられ、前記第１の加工ローラの下方に配置され、第２の薄化表面を有する第２の加工ローラであって、前記第１の加工ローラおよび前記第２の加工ローラは、前記第１の加工ローラおよび前記第２の加工ローラの間に前記シートを受け入れるように位置決めされる、第２の加工ローラと、
潤滑剤を前記第２の薄化表面へ供給するための薄化用潤滑剤分注ユニットであって、前記薄化用潤滑剤分注ユニットは、
横方向に延びる壁を定める分注ユニット本体、
前記横方向に延びる壁から前方に延びる第１の側壁および第２の側壁、ならびに、
前記横方向に延びる壁の下端に接続され、前記横方向に延びる壁から前方に延びる棚部
を備え、
前記棚部は、前記第１の側壁および前記第２の側壁の下端に接続され、前記第１の側壁および前記第２の側壁の間で延び、
前記棚部と、前記第１の側壁および前記第２の側壁と、前記横方向に延びる壁と、は、開放側を有する凹部を定め、
前記棚部は、前記第２の薄化表面に当接する前縁を有し、
前記棚部の少なくとも一部分が、前記前縁から前記横方向に延びる壁に向けて上向きおよび後向きに延びる斜め部分であり、
前記分注ユニット本体は、前記横方向に延びる壁において定められる出口を有する少なくとも１つの潤滑剤通路を定める、
薄化用潤滑剤分注ユニットと、
薄化用潤滑剤を保持するための潤滑剤貯留部と、
薄化用潤滑剤を前記潤滑剤貯留部から前記少なくとも１つの潤滑剤通路へと供給するために、前記潤滑剤貯留部と前記少なくとも１つの潤滑剤通路との間で流体接続されるポンプと、
を備え、
前記少なくとも１つの潤滑剤通路の前記出口から、薄化用潤滑剤が、前記棚部に沿って前記棚部の前記前縁へと流れ、前記前縁から前記第２の薄化表面へと流れる、圧延機。

【請求項2】

前記棚部は、横方向に延びる溝を前記棚部の前記斜め部分において定め、前記溝は前記棚部の前記前縁から離間される、請求項１に記載の圧延機。

【請求項3】

前記溝の端は前記第１の側壁および前記第２の側壁から離間される、請求項２に記載の圧延機。

【請求項4】

前記棚部の前記前縁は前記第２の薄化表面より幅広である、請求項１から３のいずれか一項に記載の圧延機。

【請求項5】

前記少なくとも１つの潤滑剤通路は単一の潤滑剤通路である、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧延機。

【請求項6】

前記単一の潤滑剤通路の前記出口は、前記横方向に延びる壁において横方向で中央にある、請求項５に記載の圧延機。

【請求項7】

前記少なくとも１つの潤滑剤通路の前記出口の底部が、前記棚部の隣接する部分と鉛直方向において並べられる、請求項１から６のいずれか一項に記載の圧延機。

【請求項8】

前記棚部の前記斜め部分と前記棚部の前記前縁との間のコーナーが弓状である、請求項１から７のいずれか一項に記載の圧延機。

【請求項9】

前記棚部は、前記棚部の前記斜め部分と前記横方向に延びる壁との間で延びる概して水平の部分を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の圧延機。

【請求項10】

前記斜め部分は、水平から５度から２５度の間の角度にある、請求項１から９のいずれか一項に記載の圧延機。

【請求項11】

前記第１の加工ローラおよび前記第２の加工ローラは、前記第１の薄化表面および前記第２の薄化表面にクロムコーティングを有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の圧延機。

【請求項12】

前記第１の薄化表面および前記第２の薄化表面は、０．０２５ミクロンのＲａから０．５ミクロンのＲａの間の範囲で表面粗さを有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の圧延機。

【請求項13】

前記範囲は０．０５ミクロンのＲａから０．３ミクロンのＲａの間である、請求項１２に記載の圧延機。

【請求項14】

前記フレームに回転可能に備え付けられる第１のバックアップローラであって、圧力を前記第１の加工ローラに加えるために前記第１の加工ローラと接触している、第１のバックアップローラと、
前記フレームに回転可能に備え付けられる第２のバックアップローラであって、圧力を前記第２の加工ローラに加えるために前記第２の加工ローラと接触している、第２のバックアップローラと、
をさらに備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の圧延機。

【請求項15】

前記薄化用潤滑剤分注ユニットは第２の潤滑剤分注ユニットであり、
前記圧延機は、潤滑剤を前記第１の薄化表面に供給するための第１の薄化用潤滑剤分注ユニットをさらに備える、請求項１から１４のいずれか一項に記載の圧延機。

【請求項16】

前記第１の薄化用潤滑剤分注ユニットは、薄化用潤滑剤を前記第１の薄化表面に噴霧するための複数のノズルを備える、請求項１５に記載の圧延機。

【請求項17】

前記棚部の前記前縁は、前記第２の加工ローラの中心軸の鉛直方向で下方の位置において前記第２の薄化表面に当接する、請求項１から１６のいずれか一項に記載の圧延機。

【請求項18】

アルカリ金属または前記アルカリ金属の合金のシートを膜へと薄化するための圧延機の加工ローラを潤滑するための薄化用潤滑剤分注ユニットであって、前記薄化用潤滑剤分注ユニットは、
横方向に延びる壁を定める分注ユニット本体と、
前記横方向に延びる壁から前方に延びる第１の側壁および第２の側壁と、
前記横方向に延びる壁の下端に接続され、前記横方向に延びる壁から前方に延びる棚部と、
を備え、
前記棚部は、前記第１の側壁および前記第２の側壁の下端に接続され、前記第１の側壁および前記第２の側壁の間で延び、
前記棚部と、前記第１の側壁および前記第２の側壁と、前記横方向に延びる壁と、は、開放側を有する凹部を定め、
前記棚部は、前記加工ローラの薄化表面に当接する前縁を有し、
前記棚部の少なくとも一部分が、前記前縁から前記横方向に延びる壁に向けて上向きおよび後向きに延びる斜め部分であり、
前記分注ユニット本体は、前記横方向に延びる壁において定められる出口を有する少なくとも１つの潤滑剤通路を定める、薄化用潤滑剤分注ユニット。

【請求項19】

前記棚部は、横方向に延びる溝を前記棚部の前記斜め部分において定め、前記溝は前記棚部の前記前縁から離間される、請求項１８に記載の薄化用潤滑剤分注ユニット。

【請求項20】

前記溝の端は前記第１の側壁および前記第２の側壁から離間される、請求項１９に記載の薄化用潤滑剤分注ユニット。

【請求項21】

前記少なくとも１つの潤滑剤通路は単一の潤滑剤通路である、請求項１８から２０のいずれか一項に記載の薄化用潤滑剤分注ユニット。

【請求項22】

前記単一の潤滑剤通路の前記出口は、前記横方向に延びる壁において横方向で中央にある、請求項２１に記載の薄化用潤滑剤分注ユニット。

【請求項23】

前記少なくとも１つの潤滑剤通路の前記出口の底部が、前記棚部の隣接する部分と鉛直方向において並べられる、請求項１８から２２のいずれか一項に記載の薄化用潤滑剤分注ユニット。

【請求項24】

前記棚部の前記斜め部分と前記棚部の前記前縁との間のコーナーが弓状である、請求項１８から２３のいずれか一項に記載の薄化用潤滑剤分注ユニット。

【請求項25】

前記棚部は、前記棚部の前記斜め部分と前記横方向に延びる壁との間で延びる概して水平の部分を有する、請求項１８から２４のいずれか一項に記載の薄化用潤滑剤分注ユニット。

【請求項26】

前記斜め部分は、水平から５度から２５度の間の角度にある、請求項１８から２５のいずれか一項に記載の薄化用潤滑剤分注ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

相互参照
本出願は、２０１９年１１月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／９３６，８０６号、２０１９年１１月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／９３６，８０９号、および２０１９年１１月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／９３６，８１４号の便益を主張し、それらのすべての開示は、その全体において、本明細書で参照により組み込まれている。

【0002】

本技術は、アルカリ金属またはアルカリ金属の合金のシートを膜へと薄化するための圧延機の加工ローラを潤滑するための薄化用潤滑剤分注ユニットと、このような薄化用潤滑剤分注ユニットを有する圧延機と、に関する。

【背景技術】

【0003】

固体高分子電解質と薄膜のアノードおよびカソードとの積層体から製造される充電式電池は、従来の液体電解質の電池に対して多くの利点を呈する。これらの利点には、より小さい電池全体の重量、高い比エネルギー、より長い耐用期間、および、毒性の液体が環境に漏れる危険性が排除されることによる環境適合性がある。

【0004】

固体高分子電池の構成要素には、正の電極と、負の電極と、電極同士の間に挟まれる固体高分子電解質など、イオン伝導を可能とすることができる絶縁材料と、がある。アノードまたは負の電極は、リチウム金属、リチウム－アルミニウム合金などといったアルカリ金属およびアルカリ金属の合金など、軽量な金属膜から通常は作られる。複合カソードまたは正の電極は、遷移金属酸化物などの活性物質の混合物と、通常は炭素粒子である導電性フィラーと、イオン電導性高分子電解質材料と、アルミニウムの薄いシートである集電材と、から通常は形成される。複合カソード薄膜は、集電材にコーティングすることで通常は得られる。

【0005】

素早く信頼できる工程を用いて、例えば１０センチメートル以上といった幅の帯の形態で、数百メートルの長さで、１００ミクロン未満の厚さを有するリチウムの薄膜の生産は、化学反応性、可鍛性、低い機械的強度、接触だけによる急速な自己融着、および、ほとんどの固体材料における強い付着など、この金属の極端な物理的および化学的な特性に起因する重要な技術的困難に直面する。

【0006】

冷間押出しが、１００ミクロン以上のシートの連続的な生産のために使用される。この厚さは、液体電解質を利用するリチウム電池の生産に概して適合させられる。より小さい厚さについて、押出しによって得られた膜は、その後、硬い材料から作られた加工ローラ同士の間で薄化させられる。

【0007】

大規模な生産工程では、高分子電解質電池の生産のために、２０ミクロンから１００ミクロンの間で変化する厚さへの高密度のリチウムの効率的な薄化を達成するときの難しさは、いくつもある。

【0008】

薄化されたリチウム金属は、薄化工程の間に接触する加工ローラと反応し、かつ／または変形し、加工ローラに付着することが多い。この問題は、特許文献１～３に記載されているような潤滑剤の使用によって解決でき、これら文献の各々の全体が、本明細書において参照により組み込まれている。潤滑剤は、薄化された薄いリチウム膜が、反応するのを防止する、または、加工ローラに過剰に付着するのを防止する添加物を含み、結果的にできた電気化学電池の電気化学性に影響を与えない。しかしながら、薄化工程の間に潤滑剤の適切で効率的な適用に対する要求がある。

【0009】

リチウムまたはリチウムの合金の過剰な延性は、加工ローラを出るリチウム膜における極小さい引っ張り張力だけを許容する。そのため、引っ張り張力は、リチウム膜の破壊または引き裂き、およびその結果としての多大の損失となる生産の中断を防止するために、正確に監視および制御されなければならない。

【0010】

２０ミクロンから１００ミクロンの間の厚さの場合、リチウムまたはリチウムの合金の膜を、膜の全幅にわたり、膜の広げられた長さにわたって、一定の厚さへと薄化することは困難である。厚さの変化が、従来の薄化工程では、薄化されたリチウム膜の幅にわたって起こり、これは、薄化作業の間にリチウム膜の破壊を助長し、電気化学電池にとって適切とは言えない薄化リチウム膜を結果的に提供する。

【0011】

加工ローラは、リチウムと相性の良い（つまり、リチウムと反応しない）硬いプラスチック材料であるポリアセタールから従来は作られている。しかしながら、大規模な生産に対して、ポリアセタールのローラはすぐに摩耗し、摩耗したローラの頻繁な交換および廃棄を必要とし、それによってコストを大幅に増加させている。これは、薄化製造工程を経済的に難しくさせている。

【0012】

したがって、上記問題のうちの少なくとも一部に対処する、アルカリ金属またはアルカリ金属の合金のシートを膜へと薄化することに適合された圧延機に対する要求がある。このような圧延機によって生産され、膜の幅および長さにわたって望ましい特性を保つアルカリ金属膜に対する要求もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【文献】米国特許第５８３７４０１号明細書

【文献】米国特許第５５２８９２０号明細書

【文献】米国特許第６０１９８０１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

先行技術に存在する不都合のうちの少なくとも一部を改善することが、本技術の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本技術の一態様によれば、アルカリ金属またはアルカリ金属の合金のシートを膜へと薄化するための圧延機が提供される。圧延機は、フレームと、フレームに回転可能に備え付けられる第１の加工ローラであって、第１の薄化表面を有する、第１の加工ローラと、フレームに回転可能に備え付けられ、第１の加工ローラの下方に配置され、第２の薄化表面を有する第２の加工ローラであって、第１の加工ローラおよび第２の加工ローラは第１の加工ローラおよび第２の加工ローラの間にシートを受け入れるように位置決めされる、第２の加工ローラと、潤滑剤を第２の薄化表面へ供給するための薄化用潤滑剤分注ユニットと、を有する。薄化用潤滑剤分注ユニットは、横方向に延びる壁を定める分注ユニット本体と、横方向に延びる壁から前方に延びる第１の側壁および第２の側壁と、横方向に延びる壁の下端に接続され、横方向に延びる壁から前方に延びる棚部と、を備える。棚部は、第１の側壁および第２の側壁の下端に接続され、第１の側壁および第２の側壁の間で延びる。棚部と、第１の側壁および第２の側壁と、横方向に延びる壁と、は、開放側を有する凹部を定める。棚部は、第２の薄化表面に当接する前縁を有する。棚部の少なくとも一部分が、前縁から横方向に延びる壁に向けて上向きおよび後向きに延びる斜め部分である。分注ユニット本体は、横方向に延びる壁において定められる出口を有する少なくとも１つの潤滑剤通路を定める。圧延機は、薄化用潤滑剤を保持するための潤滑剤貯留部と、薄化用潤滑剤を潤滑剤貯留部から少なくとも１つの潤滑剤通路へと供給するために、潤滑剤貯留部と少なくとも１つの潤滑剤通路との間で流体接続されるポンプと、を備えもする。少なくとも１つの潤滑剤通路の出口から、薄化用潤滑剤が、棚部に沿って棚部の前縁へと流れ、前縁から第２の薄化表面へと流れる。

【0016】

本技術のある態様によれば、棚部は、横方向に延びる溝を棚部の斜め部分において定め、溝は棚部の前縁から離間される。

【0017】

本技術のある態様によれば、溝の端は第１の側壁および第２の側壁から離間される。

【0018】

本技術のある態様によれば、棚部の前縁は第２の薄化表面より幅広である。

【0019】

本技術のある態様によれば、少なくとも１つの潤滑剤通路は単一の潤滑剤通路である。

【0020】

本技術のある態様によれば、単一の潤滑剤通路の出口は、横方向に延びる壁において横方向で中央にある。

【0021】

本技術のある態様によれば、少なくとも１つの潤滑剤通路の出口の底部が、棚部の隣接する部分と鉛直方向において並べられる。

【0022】

本技術のある態様によれば、棚部の斜め部分と棚部の前縁との間のコーナーが弓状である。

【0023】

本技術のある態様によれば、棚部は、棚部の斜め部分と横方向に延びる壁との間で延びる概して水平の部分を有する。

【0024】

本技術のある態様によれば、斜め部分は、水平から５度から２５度の間の角度にある。

【0025】

本技術のある態様によれば、第１の加工ローラおよび第２の加工ローラは、第１の薄化表面および第２の薄化表面にクロムコーティングを有する。

【0026】

本技術のある態様によれば、第１の薄化表面および第２の薄化表面は、０．０２５ミクロンのＲａから０．５ミクロンのＲａの間の範囲で表面粗さを有する。

【0027】

本技術のある態様によれば、範囲は０．０５ミクロンのＲａから０．３ミクロンのＲａの間である。

【0028】

本技術のある態様によれば、第１のバックアップローラがフレームに回転可能に備え付けられる。第１のバックアップローラは、圧力を第１の加工ローラに加えるために第１の加工ローラと接触している。第２のバックアップローラがフレームに回転可能に備え付けられ、第２のバックアップローラは、圧力を第２の加工ローラに加えるために第２の加工ローラと接触している。

【0029】

本技術のある態様によれば、薄化用潤滑剤分注ユニットは第２の潤滑剤分注ユニットである。圧延機は、潤滑剤を第１の薄化表面に供給するための第１の薄化用潤滑剤分注ユニットも有する。

【0030】

本技術のある態様によれば、第１の薄化用潤滑剤分注ユニットは、薄化用潤滑剤を第１の薄化表面に噴霧するための複数のノズルを備える。

【0031】

本技術のある態様によれば、棚部の前縁は、第２の加工ローラの中心軸の鉛直方向で下方の位置において第２の薄化表面に当接する。

【0032】

本技術の別の態様によれば、アルカリ金属またはアルカリ金属の合金のシートを膜へと薄化するための圧延機の加工ローラを潤滑するための薄化用潤滑剤分注ユニットが提供される。潤滑剤分注ユニットは、横方向に延びる壁を定める分注ユニット本体と、横方向に延びる壁から前方に延びる第１の側壁および第２の側壁と、横方向に延びる壁の下端に接続され、横方向に延びる壁から前方に延びる棚部と、を備える。棚部は、第１の側壁および第２の側壁の下端に接続され、第１の側壁および第２の側壁の間で延びる。棚部と、第１の側壁および第２の側壁と、横方向に延びる壁と、は、開放側を有する凹部を定める。棚部は、加工ローラの薄化表面に当接する前縁を有する。棚部の少なくとも一部分が、前縁から横方向に延びる壁に向けて上向きおよび後向きに延びる斜め部分である。分注ユニット本体は、横方向に延びる壁において定められる出口を有する少なくとも１つの潤滑剤通路を定める。

【0033】

本技術のある態様によれば、棚部は、横方向に延びる溝を棚部の斜め部分において定め、溝は棚部の前縁から離間される。

【0034】

本技術のある態様によれば、溝の端は第１の側壁および第２の側壁から離間される。

【0035】

本技術のある態様によれば、少なくとも１つの潤滑剤通路は単一の潤滑剤通路である。

【0036】

本技術のある態様によれば、単一の潤滑剤通路の出口は、横方向に延びる壁において横方向で中央にある。

【0037】

本技術のある態様によれば、少なくとも１つの潤滑剤通路の出口の底部が、棚部の隣接する部分と鉛直方向において並べられる。

【0038】

本技術のある態様によれば、棚部の斜め部分と棚部の前縁との間のコーナーが弓状である。

【0039】

本技術のある態様によれば、棚部は、棚部の斜め部分と横方向に延びる壁との間で延びる概して水平の部分を有する。

【0040】

本技術のある態様によれば、斜め部分は、水平から５度から２５度の間の角度にある。

【0041】

本出願の目的に関して、表面粗さは、メートル法で表され、明確にはミクロンで表された粗さ平均（Ｒａ）で提供され、角度は度で表される（つまり、完全な回転については３６０度）。本出願の目的に関して、硬度は、変形が機械的な押し込みまたは摩耗のいずれかによって導入される材料（例えば、シートおよび膜）の局所的な変形に対する抵抗を表している。本出願の目的に関して、引張強度（ＴＳ）は、このような材料を細長くしようとする荷重に抵抗するための材料（例えば、シートおよび膜）の能力に言及している。引張強度は、材料が破壊の前に引き伸ばされまたは引っ張られている間に耐えることができる最大応力によって測定される。

【0042】

「約」という用語が、明示的であろうがなかろうが、本明細書において使用されており、本明細書で提供されているあらゆる数量は、実際の提供された値に言及するように意味されており、また、このような提供された値についての実験条件および／または測定条件による同等および近似を含め、通常の技術的な技量に基づいて合理的に推量される、このような所与の値への近似に言及するようにも意味されている。例えば、提供された値または範囲の文脈における「約」という用語は、提供された値または範囲の２０％以内、好ましくは１５％以内、より好ましくは１０％以内、より好ましくは９％以内、より好ましくは８％以内、より好ましくは７％以内、より好ましくは６％以内、およびより好ましくは５％以内である値または範囲に言及している。

【0043】

本技術の実施形態は、上記の目的および／または態様のうちの少なくとも１つをそれぞれ有し、必ずしもそれらのすべてを有していない。前述した目的を達成しようとする試みから生じた本技術のある態様が、この目的を満たさない可能性があること、および／または、本明細書において明示的に提唱されていない他の目的を満たす可能性があることは、理解されるべきである。

【0044】

本技術の実施形態の追加および／または代替の特徴、態様、および利点は、以下の記載、添付の図面、および添付の請求項から明らかとなる。

【0045】

本技術に加え、本技術の他の態様およびさらなる特徴のより良い理解のために、添付の図面と併せて用いられる以下の記載が参照される。

【図面の簡単な説明】

【0046】

【図1】リチウムまたはリチウム合金のシートを薄膜へと薄化するための圧延機および関連する構成要素の側方からの概略的な断面図である。

【図2】薄化されたリチウムまたはリチウム合金の膜の厚さおよび形の制御を可能にする、図１の圧延機の主要な構成要素を示す側方からの概略的な立面図である。

【図3】図２の圧延機の主要な構成要素の前方からの概略的な立面図である。

【図4A】加工ローラの円錐台部分の角度と、加工ローラの曲げの度合いと、が、図示の目的のために誇張されている、異なる調整で示された図２の圧延機のバックアップローラおよび加工ローラの前方からの概略的な立面図である。

【図4B】加工ローラの円錐台部分の角度と、加工ローラの曲げの度合いと、が、図示の目的のために誇張されている、異なる調整で示された図２の圧延機のバックアップローラおよび加工ローラの前方からの概略的な立面図である。

【図4C】加工ローラの円錐台部分の角度と、加工ローラの曲げの度合いと、が、図示の目的のために誇張されている、異なる調整で示された図２の圧延機のバックアップローラおよび加工ローラの前方からの概略的な立面図である。

【図5】図２の圧延機の１つの加工ローラの前方からの立面図である。

【図6A】図５のローラの一実施形態による図５の区域６の拡大図である。

【図6B】図５のローラの別の実施形態による図５の区域６の拡大図である。

【図7】図２の圧延機に供給されるリチウムまたはリチウム合金のシートの概略的な断面輪郭図である。

【図8】図１の圧延機の上方加工ローラを潤滑するための薄化用潤滑剤分注ユニットの斜視図である。

【図9】図１の圧延機の下方加工ローラを潤滑するための薄化用潤滑剤分注ユニットの斜視図である。

【図10】図９の薄化用潤滑剤分注ユニットの上平面図である。

【図11】図９の薄化用潤滑剤分注ユニットの前方からの立面図である。

【図12】図１０の線１２－１２を通って切り取られた図９の薄化用潤滑剤分注ユニットの断面図である。

【図13】図１２の部分１３の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0047】

図１は、約１００ミクロン～５００ミクロンの厚さの事前に押出しされたリチウムまたはリチウム合金のシート１４から、１００ミクロン未満の厚さのリチウムまたはリチウム合金の薄い膜１２を生産するように適合された圧延機１０および関連する構成要素を、概略的に示している。本技術の実施形態は、リチウムまたはリチウム合金のシート１４からのリチウムまたはリチウム合金の薄い膜１２の生産に関連して説明されるが、本技術の少なくともいくつかの態様は、他のアルカリ金属またはアルカリ金属合金のシートからの他のアルカリ金属またはアルカリ金属合金の薄い膜の生産のために使用できることが、考えられる。

【0048】

圧延機１０は、主フレーム１６と、加工ローラ１８ａおよび１８ｂの対と、加工ローラ１８ａに隣接して接触するバックアップローラ２０ａと、加工ローラ１８ｂに隣接して接触するバックアップローラ２０ｂと、加工ローラ１８ｂに潤滑剤を分注するための薄化用潤滑剤分注ユニット２２と、加工ローラ１８ａに潤滑剤を分注するための薄化用潤滑剤分注ユニット２００と、を有する。見て取れるように、加工ローラ１８ａは加工ローラ１８ｂの下方に配置される。加工ローラ１８ａ、１８ｂおよび薄化用潤滑剤分注ユニット２２、２００は、後でより詳細に説明される。加工ローラ１８ａ、１８ｂおよびバックアップローラ２０ａ、２０ｂは、後でより詳細に説明されるように、支持フレーム５０および５２（図２）に回転可能に備え付けられている。

【0049】

巻かれた押出しされたリチウムまたはリチウム合金のシート１４のロール２４が、加工ローラ１８ａおよび１８ｂに到達する前に、リチウムシート１４の引っ張りを制御するように適合された駆動モータ制御ユニット（図示されていない）を備える送りローラ２６に配置される。シート１４は、進行するシート１４の正確な速度を測定するエンコーダローラ４１に一連の自由ローラ２８を通り、薄化装置１０に入るシート１４における引っ張りを正確に測定するように適合されたロードセルが搭載された引っ張りローラ４３へと蛇行していく。引っ張りローラ４３のロードセルは、シート１４に与えられる引っ張りを自動的に調整するために、ロール２４の駆動モータの制御ユニットに電子的に連結され得る。次に、シート１４はストレートナ３０へと送り込まれ、ストレートナ３０は密に詰め込まれた一連のローラ３２を通じてシート１４を素早く巻き、一連のローラ３２は、シート１４の横方向の変位を排除し、シート１４のジグザグの動きを防止することで、シート１４が、薄化工程にとって有害となる横方向の曲がりくねる動きなしで、加工ローラ１８ａおよび１８ｂの中央部分へと真っ直ぐ送り込まれることを確保する効果を有する。そのため、シート１４は、加工ローラ１８ａおよび１８ｂへと、ローラ１８ａ、１８ｂの間の固定位置において送り込まれる。

【0050】

圧延機１０の入口において、潤滑剤分注ユニット２２および２００は、シート１４が適切に潤滑された加工ローラ１８ａおよび１８ｂで薄化され、それによって、加工ローラ１８ａ、１８ｂのいずれかへの薄化された膜１２の望ましくない付着を防止するように、リチウムと相性の良い薄化用潤滑剤を適切な量で、薄化領域の上流において各々の加工ローラ１８ａおよび１８ｂの加工面へと排出する。１つの適切な潤滑剤が、特許文献１および３に記載されており、それらの全体が、本明細書において参照により組み込まれている。一実施形態では、潤滑剤は、トルエン、ヘキサン、およびポリオキシエチレンディステリエート(polyoxyethylene distereate)をベースとし、加工ローラ１８ａおよび１８ｂのいずれかへの薄化された膜１２の過剰な付着を防止するために、十分な量で各々の加工ローラ１８ａおよび１８ｂに使用される。

【0051】

シート１４は２つの加工ローラ１８ａおよび１８ｂの間を通り、そこでシート１４の厚さは、膜１２の所望の最終的な厚さに応じて、約１００ミクロン～５００ミクロンから約２０ミクロン～１００ミクロンへと低減させられる。圧力が、バックアップローラ２０ａおよび２０ｂによって加工ローラ１８ａおよび１８ｂへと加えられ、加工ローラ１８ａおよび１８ｂはさらに、シート１４の厚さを低減し、シート１４を膜１２へと変形するのに十分な圧力を、シート１４に与える。薄化の圧力は、膜１２の形および厚さに反映される加工ローラ１８ａおよび１８ｂの望ましくない曲げを回避するのを助けるために、加工ローラ１８ａおよび１８ｂへと直接的に加えられる代わりに、バックアップローラ２０ａおよび２０ｂを通じて加えられる。後で説明されるように、加工ローラ１８ａおよび１８ｂの表面粗さは、高品質の薄膜１２を生産するために最小である必要がある。バックアップローラ２０ａおよび２０ｂによって加工ローラ１８ａおよび１８ｂに加えられる圧力は、各々のローラ１８ａおよび１８ｂの表面に均一に分配され、それによって、加工ローラ１８ａおよび１８ｂの形を乱さないままにする。しかしながら、加工ローラ１８ａおよび１８ｂが十分に剛性のある場合、シート１４の厚さを低減するために、かつ、シート１４を膜１２へと変形するために要求される必要な圧力は、バックアップローラを使用することなく、加工ローラ１８ａおよび１８ｂによって直接的に加えられてもよい。複数のバックアップローラが、加工ローラ１８ａおよび１８ｂの各々に均一な圧力を加えるために使用できることも、考えられる。例えば、バックアップローラの２つの対が、加工ローラ１８ａおよび１８ｂの両側に位置決めされてもよい。

【0052】

薄化された膜１２は、膜１２の表面の均一性を測定し、膜１２における孔または膜１２の縁に沿っての割れも検出する光学耐熱システム３６を通じて、引っ張られる。光学システムは、膜１２の厚さを測定するために使用することもできる。制御された引っ張りは、膜１２が適切に巻かれることを確保するために、被駆動巻き付けローラ３８によって膜１２へと適用される。巻き付けローラ３８に到達する前に、薄化された膜１２は、一連のローラを通じて、制御された引っ張りの下で蛇行していく。これらのローラのうちの第１のものは、圧延機１０を出て行く薄化された膜１２における引っ張りを正確に測定するように適合されたロードセルが搭載された引っ張りローラ４５である。引っ張りローラ４５のロードセルは、膜１２に与えられる引っ張りを自動的に調整するために、巻き付けローラ３８の駆動モータの制御ユニットに電子的に連結され得る。次に、膜１２は、進行する膜１２の正確な速度を測定するエンコーダローラ４７の上を通過する。次に、膜１２は、巻き付けローラ３８へと繋がる一連の自由ローラ３４を通過する。

【0053】

ポリプロピレン膜などの薄い絶縁膜９０も、膜１２が互いに付着しないように膜１２の層を分離するために、巻き付けローラ３８の周りに巻き付けられる。絶縁膜９０は、巻き付けローラ３８によってロール９２から引っ張られる。ロール９２から、絶縁膜９０は、ローラ３８に到達する前に引っ張りローラ９４の上を通過する。引っ張りローラ９４には、絶縁膜９０における引っ張りを正確に測定するように適合されたロードセルが搭載されている。この引っ張り測定は、巻き付けローラ３８によって与えられた引っ張りが膜１２と絶縁膜９０との間で分けられるため、巻き付けローラ３８によって膜１２に与えられる引っ張りを制御するために使用される。

【0054】

エンコーダローラ４１および４７は、圧延機１０に入るシート１４の速度と、圧延機１０を出る薄化された膜１２の速度と、をそれぞれ測定する。シート１４の進入速度と、薄化された膜１２の退出速度と、の間の関係は、最初のシート１４から膜１２への厚さ低減に直接的に比例する。それによって、薄化された膜１２の厚さは、最初のシート１４の厚さが分かっているとき、数学的に決定できる。したがって、薄化された膜１２の厚さは、エンコーダローラ４１および４７によって測定された速度の速度差を通じて、制御および確認される。薄化された膜１２の厚さが異なるように制御および確認され得ることも、考えられる。

【0055】

一実施形態では、薄化工程は、リチウム膜１２を電気化学電池における使用に対して不適当にさせる水粒子とのリチウム膜１２の望ましくない化学反応を防止するために、１％未満の相対湿度を含む無水雰囲気において実行される。

【0056】

ここで図２および図３を見て、薄化される膜１２の厚さおよび形の制御を可能にする圧延機１０の主構成要素が説明される。図示されている圧延機１０が、薄化された膜１２の形および厚さを制御するために適合された圧延機の１つの例示の実施形態であることと、他の実施形態が考えられることと、は、理解されるべきである。例えば、支持部材およびフレームは異なる構成を有してもよく、様々な液圧システム構成が使用されてもよい。

【0057】

バックアップローラ２０ａおよび２０ｂは、それぞれ支持フレーム５０および５２の軸受けに回転可能に備え付けられている。支持フレーム５２は、スライド通路または軸受けなどの任意の適切な手段を通じて、主フレーム１６の鉛直部材にスライド可能に備え付けられている。支持フレーム５０は、主フレーム１６の鉛直部材に固定的に備え付けられている。そのため、支持フレーム５２は鉛直方向に移動することができる。加工ローラ１８ａおよび１８ｂは、電気式または液圧式のモータ（図示されていない）によってそれぞれ駆動される。加工ローラ１８ａ、１８ｂは、摩擦によってバックアップローラ２０ａおよび２０ｂを駆動させる。液圧式線形アクチュエータ６６の対が、主フレーム１６の上方の水平部材に備え付けられている。液圧式アクチュエータは支持フレーム５２に接続されている。液圧式線形アクチュエータ６６は、支持フレーム５２の上下の移動を制御すると共に、加工ローラ１８ａおよび１８ｂへと加えられる圧力を制御する。加工ローラ１８ａおよび１８ｂはそれぞれ支持部材５４および５６に回転可能に備え付けられる。支持部材５４および５６はそれぞれ支持フレーム５０および５２に動作可能に繋げられる。支持部材５４の端部分５８および５９は、液圧式線形アクチュエータ６０および６１の対を介して支持フレーム５０に動作可能に接続され、支持部材５６の端部分６２および６３は、液圧式線形アクチュエータ６４および６５の対を介して支持フレーム５２に動作可能に接続されている。

【0058】

動作中、薄化の速度は加工ローラ１８ａおよび１８ｂの速度によって設定される。膜１２を所望の厚さに低減するために必要な圧力Ｐは、液圧式線形アクチュエータ６６を制御する液圧弁を通じて調整される。バックアップローラ２０ｂは圧力Ｐを加工ローラ１８ｂに伝達する。所望の圧力Ｐが設定されると、薄化された膜１２の最終的な形は、後でより詳細に説明されているように、液圧式線形アクチュエータ６０、６１、６４、および６５によっての各々への流体圧力を調節し、それによって、液圧式線形アクチュエータ６０、６１、６４、および６５の各々によって支持部材５４および５６に与えられる力を調整することで、細かくチューニングされる。液圧式線形アクチュエータ６０、６１、６４、６５、および６６は、電気式アクチュエータなど、十分な力を発生させることができる他の種類のアクチュエータによって置き換えられてもよい。代替の実施形態では、追加の液圧式線形アクチュエータが支持部材５４、５６の間に接続される。このような実施形態では、液圧式線形アクチュエータ６０、６１、６４、６５、および６６は、支持部材５４、５６を互いに向けて押すために使用され、追加の液圧式線形アクチュエータが支持部材５４、５６を互いに向けて押すために使用される。

【0059】

薄化工程の間、加工ローラ１８ａおよび１８ｂを若干膨張させる影響により薄化表面において発生させられる摩擦を通じて、熱が加工ローラ１８ａおよび１８ｂへと蓄積する。薄化領域における数ミクロンでの加工ローラ１８ａ、１８ｂの膨張は、薄い膜の電気化学電池に対して不適当である不均一な厚さの膜１２を生産するのに十分である。この問題を緩和し、均一な厚さの膜１２を確保するのを助けるために、膨張した加工ローラ１８ａおよび１８ｂの中央部分１００（図４Ａ）が、中央部分１００を真っ直ぐにし、均一な厚さのリチウムの膜１２を生産するために、加工ローラ１８ａおよび１８ｂを曲げることによって調整される。この制御工程は、図４Ａ～図４Ｃに関連して後で説明される。図４Ａ～図４Ｃに示されている加工ローラ１８ａおよび１８ｂの形が明確にするために大きく誇張されていることに留意されたく、加工ローラ１８ａ、１８ｂの端部分の先細り、および曲げの輪郭は、完全な線形の輪郭からほんの数ミクロンのずれを表しているため、実際には裸眼では視認できないことは、理解されるべきである。

【0060】

図４Ａは、中立位置における加工ローラ１８ａおよび１８ｂを示している。バックアップローラ２０ａおよび２０ｂは、シート１４の厚さを膜１２の所望の厚さへと低減するのに十分な圧力Ｐを加工ローラ１８ａおよび１８ｂに加えるが、横方向の力は、加工ローラ１８ａ、１８ｂの支持部材５４および５６に加えられない。

【0061】

図４Ｂでは、バックアップローラ２０ａおよび２０ｂは、シート１４の厚さを膜１２の所望の厚さへと低減するのに十分な圧力Ｐを加工ローラ１８ａおよび１８ｂになおも加える。しかしながら、熱膨張のため、加工ローラ１８ａおよび１８ｂの中央部分は、シート１４と接触する中央部分１００の摩擦によって発生させられる熱の蓄積を通じて拡張している。加工ローラ１８ａおよび１８ｂを変形させたこの熱膨張を相殺するために、内向きに配向された横方向の力Ｆｘが支持部材５４および５６に加えられる。横方向の力Ｆｘは、加工ローラ１８ａおよび１８ｂを若干外向きに曲げ、それによって、中央部分１００を図４Ｂに描写されているように平坦にする。加工ローラ１８ａおよび１８ｂの外側の縁は、中央部分１００を真っ直ぐにするために内向きに曲げられる。そのため、結果的にできた薄化された膜１２は、平坦であり、均一な厚さを有する。加工ローラ１８ａ、１８ｂの熱膨張は、加工ローラ１８ａ、１８ｂへの薄化用潤滑剤の付与によって、いくらか弱められる。加工ローラ１８ａ、１８ｂを冷却する追加の手段が、加工ローラ１８ａ、１８ｂの熱膨張を弱めるのを助けるために使用できることも考えられる。

【0062】

薄化されているシート１４の縁がシート１４の中央部分より厚いとき、膜１２の幅にわたって均一な厚さを有する膜１２を薄化するために、より大きな圧力が、加工ローラ１８ａおよび１８ｂによってシート１４の外側縁に加えられ、そのため中央部分１００の外側縁に加えられることになる。そのようにするために、同じ横方向の力Ｆｘが支持部材５４および５６に加えられ、それによって加工ローラ１８ａおよび１８ｂの外側縁を内向きに若干曲げ、より大きな圧力を、シート１４の中央部分よりも縁に加える。結果として、薄化された膜１２は、その幅にわたって均一な厚さを有する。シート１４と接触する中央部分１００の摩擦を通じて加工ローラ１８ａおよび１８ｂにおいて熱が蓄積するにつれて、加工ローラ１８ａおよび１８ｂの中央部分は僅かに膨張する。加工ローラ１８ａおよび１８ｂの中央部分の直径を僅かに増加させるこの熱膨張を相殺するために、横方向の力Ｆｘは、結果的にできた薄化された膜１２がその全体の幅にわたって均一な厚さを有するように、中央部分１００を真っ直ぐに保つために比例的に減少させられる。

【0063】

そのとき、薄化させられるシート１４の中央部分は、その縁より厚くなる可能性がある。膜１２の幅にわたって均一な厚さを有する膜１２を薄化するために、より大きな圧力が、加工ローラ１８ａおよび１８ｂによってシート１４の中央部分に加えられる必要があり、そのため中央部分１００の中央部分に加えられることになる。図４Ｃに示されているように、そのようにするために、外向きに配向された横方向の力Ｆｙが支持部材５４および５６に加えられる。横方向の力Ｆｙは、加工ローラ１８ａおよび１８ｂの中央部分を内向きに若干曲げ、中央部分１００の中央部分を内向きに押し、それによって、より大きな圧力をシート１４の中央部分に加え、膜１２の全体の幅にわたって均一な厚さを有する膜１２を薄化する。

【0064】

ある状況において、シート１４と接触する中央部分１００の摩擦によって発生させられる熱は、加工ローラ１８ａおよび１８ｂの直面する表面同士の外側部分において蓄積し、それら外側部分を膨張させ、中央部分１００の中央部分に小さい隙間を開ける。この熱膨張を相殺するために、外向きに配向された横方向の力Ｆｙが、加工ローラ１８ａおよび１８ｂの支持部材５４および５６に加えられる。横方向の力Ｆｙは、中央部分１００の中央部分を若干曲げ、中央部分１００を真っ直ぐにする。加工ローラ１８ａ、１８ｂの中央部分１００の輪郭は、結果的にできた薄化された膜１２が平坦であり、その全体の幅にわたって均一な厚さを有するように、真っ直ぐな線へと戻るように曲げられる。

【0065】

加工ローラ１８ａ、１８ｂの対称的な調整だけが図４Ｂおよび図４Ｃに示されているが、支持部材５４および５６は互いから独立しているため、他の調整が可能である。例えば、加工ローラ１８ａ、１８ｂが、一方の側において他方の側より膨張する場合、左または右の支持部材５４、５６は、多数の細かく調整するチューニングが可能となるように、反対側の支持部材５４、５６の力ＦｘまたはＦｙを超える力ＦｘまたはＦｙを有してもよい。

【0066】

光学耐熱システム３６などの適切な測定装置の正確な測定と組み合わされる中央部分１００の形の調整は、全体の長さおよび幅にわたってほぼ一定の厚さを呈する、２０ミクロン～１００ミクロンの厚さの範囲で高品質の薄化された膜１２を、圧延機１０に生産させることができる。

【0067】

薄化された膜１２の輪郭および厚さの調整は、バックアップローラ２０ａおよび２０ｂによって加えられる圧力、ならびに、支持部材５４および５６に加えられる圧力を細かくチューニングする現場における操作者によって実施されるか、または、この作業は、測定読取りと、バックアップローラ２０ａ、２０ｂおよび加工ローラ１８ａ、１８ｂの様々な圧力および力を制御するアクチュエータと、を、これらのパラメータのリアルタイム調整を提供するコンピュータへと繋げることで、電子的に実施される。

【0068】

ここで図５～図６Ｂを見て、加工ローラ１８ａがより詳細に説明される。本実施形態では、加工ローラ１８ｂは加工ローラ１８ａと同一であり、そのため加工ローラ１８ｂは本明細書において別個に説明されることはない。加工ローラ１８ｂが加工ローラ１８ａと一部で異なり得ることが、考えられる。

【0069】

先に言及されているように、加工ローラ１８ａは中央部分１００を有する。中央部分１００は円筒形の中央部分１００である。中央部分１００の外面１０２は、薄化工程の間にシート１４にわたって転がる薄化表面を定める。それによって、中央部分１００は、薄化させられるシート１４の幅Ｗ２（図７）より若干広い幅Ｗ１を有する。中央部分１００は加工ローラ１８ａの中心軸１０４を定める。

【0070】

円錐台部分１０６が中央部分１００の端から延びている。円錐台部分１０６同士は互いの鏡像となっている。図５では、円錐台部分１０６の外面１１０は、先細りとなるように見えない。これは、先細りの角度が非常に小さく、裸眼では見えないためである。この角度は、加工ローラ１８ａの２つの異なる実施形態を示している図６Ａおよび図６Ｂにおいて誇張されており、後で説明される。各々の円錐台部分１０６は幅Ｗ３を有する。中央部分１００の幅Ｗ１は、各々の円錐台部分１０６の幅Ｗ３より大きい。中央部分１００の幅Ｗ１は、両方の円錐台部分１０６の幅Ｗ３の合計より小さい（つまり、Ｗ１＜Ｗ３＋Ｗ３）。ある実施形態では、幅Ｗ１は１２５ｍｍから２１０ｍｍの間であり、幅Ｗ３は６５ｍｍから１１０ｍｍの間である。

【0071】

図６Ａに示されている一実施形態では、円錐台部分１０６は、中央部分１００から離れるように延びるにつれて先細りとなっている。この実施形態は、先細りが誇張された図４Ａ～図４Ｃに示されたものである。この実施形態では、肩部１０８が、中央部分１００と、各々の円錐台部分１０６（図６Ａでは１つの円錐台部分について示されている）と、の間に定められている。ある実施形態では、肩部１０８は、０．０５ｍｍより小さい高さＨ１を有する。ある実施形態では、高さＨ１は０．０２ｍｍより小さい。肩部１０８が省略され得ることが考えられる。中心軸１０４が真っ直ぐであるとき（つまり、加工ローラ１８ａが図４Ａにあるような中立位置にあるとき）、中央部分１００の外面１０２と円錐台部分１０６の外面１１０との間の角度Ａは０．０５度より小さい。ある実施形態では、角度Ａは０．０３度より小さい。ある実施形態では、角度Ａは０．０２度より小さい。ある実施形態では、角度Ａは０．０２度より小さいが、０．０１度より大きい。ある実施形態では、中央部分１００は、７０ｍｍから９０ｍｍの間の直径Ｄ１を有する。ある実施形態では、各々の円錐台部分１０６の最小直径Ｄ２と最大直径Ｄ３との間の差は０．０３ｍｍから０．１７ｍｍの間である。この実施形態による加工ローラ１８ａおよび１８ｂの輪郭は、加工ローラ１８ａおよび１８ｂの端が中央部分１００を望まれるように曲げるために移動させられ得るように、円錐台部分１０６同士の間の自由ゾーン８４（図４Ａ）と、円錐台部分１０６とバックアップローラ２０ａおよび２０ｂとの間の自由ゾーン８５（図４Ａ）と、を提供することで、加工ローラ１８ａおよび１８ｂの曲げを容易にしている。自由ゾーン８４は、過剰な薄化用潤滑剤を薄化工程の間に横方向に排出させることもできる。図６Ａに示されている実施形態の加工ローラ１８ａは、圧延機１０において行われ得る調整のおかげで（図４Ａ～図４Ｃに関連して詳述されているように）、多くの異なる輪郭を有するシート１４で使用できるが、加工ローラ１８ａのこの実施形態は、中央部分１１２がシート１４の側方部分１１４（図７）の高さＨ３より小さい高さＨ２（図７）を有して押出しされたシート１４を薄化するのに特に良好に適合されている。ここでも、図７では、高さＨ２およびＨ３は、差が裸眼では見えないため、違いとなって現れていない。ある実施形態では、高さＨ２は、高さＨ３より１５ミクロン未満だけ小さい。

【0072】

図６Ｂに示されている他の実施形態では、各々の円錐台部分１０６は、その外側端から中央部分１００に向けて延びるにつれて先細りとなる（つまり、Ｄ２はＤ３より大きい）。中心軸１０４が真っ直ぐであるとき（つまり、加工ローラ１８ａが中立位置にあるとき）、中央部分１００の外面１０２と円錐台部分１０６の外面１１０との間の角度Ｂは０．０５度より小さい。ある実施形態では、角度Ｂは０．０３度より小さい。ある実施形態では、角度Ｂは０．０２度より小さい。ある実施形態では、角度Ｂは０．０２度より小さいが、０．０１度より大きい。ある実施形態では、中央部分１００は、７０ｍｍから９０ｍｍの間の直径Ｄ１を有する。ある実施形態では、各々の円錐台部分１０６の最大直径Ｄ２と最小直径Ｄ３との間の差は０．０３ｍｍから０．１７ｍｍの間である。図６Ｂに示されている実施形態の加工ローラ１８ａは、圧延機１０において行われ得る調整のおかげで（図４Ａ～図４Ｃに関連して詳述されているように）、多くの異なる輪郭を有するシート１４で使用できるが、加工ローラ１８ａのこの実施形態は、中央部分１１２がシート１４の側方部分１１４（図７）の高さＨ３より大きい高さＨ２（図７）を有して押出しされたシート１４を薄化するのに特に良好に適合されている。ある実施形態では、高さＨ２は、高さＨ３より１５ミクロン未満だけ大きい。

【0073】

図５に戻って、加工ローラ１８ａは、円錐台部分１０６の端から延びる支持シャフト１１６、１１８を有する。支持シャフト１１６、１１８は、加工ローラ１８ａを支持部材５４に（または、加工ローラ１８ｂのための支持部材５６に）回転可能に備え付けるための軸受け（図示されていない）に受け入れられる。支持シャフト１１８は、加工ローラ１８ｂを駆動するためのモータへの接続のために適合されている延長部１２０を有する。部分１００、１０６と支持シャフト１１６、１１８とは一体的に形成されている。

【0074】

先に言及されているように、加工ローラ１８ａおよび１８ｂに分注された薄化用潤滑剤は、膜１２が真っ直ぐな線で加工ローラ１８ａ、１８ｂを出るように、加工ローラ１８ａ、１８ｂへのリチウムの膜１２の付着を防止するのを助ける。潤滑剤の使用は、リチウムへの付着のため通常は適切ではない材料から作られた加工ローラ１８ａ、１８ｂで、リチウムおよびリチウム合金を薄化することを可能にする。潤滑剤はこの制限を無効にする。そのため、大規模な生産については、加工ローラ１８ａ、１８ｂは、鋼鉄、ステンレス鋼、さらにはセラミックなど、耐久性のある硬い材料から好ましくは作られる。ある実施形態では、鋼鉄またはステンレス鋼のローラ１８ａ、１８ｂは、追加の硬度のために薄いクロムコーティングを有する。クロムコーティングは、少なくとも加工ローラ１８ａ、１８ｂの中央部分１００および円錐台部分１０６に適用される。ある実施形態では、クロムコーティングは硬いクロムコーティングである。膜１２に所望の表面仕上げを提供するために、かつ、加工ローラ１８ａ、１８ｂへの薄化用潤滑剤のいくらかの付着を許容するために、ある実施形態では、中央部分１００の外面１０２および円錐台部分１０６の外面１１０は、０．０２５ミクロンのＲａから０．５ミクロンのＲａの間の範囲での表面粗さを有する。他の実施形態では、表面粗さは０．０５ミクロンのＲａから０．３０ミクロンのＲａの間の範囲にある。

【0075】

ここで図８を見て、薄化用潤滑剤分注ユニット２２がより詳細に説明される。薄化用潤滑剤分注ユニット２２は、レール１５２に備え付けられた４つのノズル１５０を備える。薄化用潤滑剤分注ユニット２２は、５つ以上または３つ以下のノズル１５０を有してもよいことが考えられる。薄化用潤滑剤が、吸入コネクタ１５４を介してレール１５２の内部の通路（図示されていない）に供給される。吸入コネクタ１５４は、薄化用潤滑剤を保持する潤滑剤貯留部（図示されていない）から吸入コネクタ１５４に潤滑剤を供給するポンプ（図示されていない）に流体接続されている。４つのノズル１５０はレール１５２の内部の通路と流体連通している。図１において見て取れるように、薄化用潤滑剤分注ユニット２２は、薄化領域の上流に配置されており、加工ローラ１８ｂから離間されている。薄化用潤滑剤分注ユニット２２は、加工ローラ１８ｂの中心軸１０４の上方に配置されており、ノズル１５０が加工ローラ１８ｂの薄化表面に薄化用潤滑剤を連続的に噴霧するように斜めにされている。ノズル１５０からの噴霧は、薄化表面より若干広い領域を網羅する。

【0076】

各々のノズル１５０は、ノズル本体１５６と、フィルタと、ノズルヘッド１５８と、ナット１６０と、を有する。ノズル本体１５６はレール１５２へと捩じ込まれる。フィルタは、ノズル本体１５６の内部に配置される。ノズルヘッド１５８は、噴霧開口１６２を定めており、ノズル本体１５６の端に配置されている。ナット１６０は、ノズル本体１５６に配置されており、ノズルヘッド１５８とフィルタとを所定位置で保つためにノズル本体１５６に捩じ込まれる。

【0077】

ここで図９～図１３を見て、薄化用潤滑剤分注ユニット２００が説明される。本実施形態では、薄化用潤滑剤分注ユニット２００は、静電気散逸アセタール共重合体の単一品から作られている。例えば、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、熱可塑性ポリウレタン、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ塩化ビニル、真鍮、およびアルミニウムなど、他の種類の材料が使用されてもよいことが考えられる。他の材料も考えられる。薄化用潤滑剤分注ユニット２００が、互いに結合または他に接続された複数の部品から作られ得ることも、考えられる。

【0078】

薄化用潤滑剤分注ユニット２００は分注ユニット本体２０２を有する。分注ユニット本体２０２の各々の後コーナー部分は、２つの開口２０６を定めている。留め具（図示されていない）が、分注ユニット本体２０２を、加工ローラ１８ａとストレートナ３０との間の位置において圧延機１０のフレーム１６に留め付けるために、開口２０６に受け入れられる。分注ユニット本体２０２は、横方向に延びる壁２０８を定めている。単一の潤滑剤通路２１０が、図１２において最もよく見られるように、分注ユニット本体２０２において定められている。潤滑剤通路２１０は、分注ユニット本体２０２の後壁２１４において定められた入口（図示されていない）と、横方向に延びる壁２０８において定められた出口２１６と、を有する。見て取れるように、出口２１６は、横方向に延びる壁２０８において横方向で中央にあり、壁２０８の底に配置されている。複数の潤滑剤通路２１０が、これらの通路の出口が横方向に延びる壁２０８に沿う異なる位置にある状態で、分注ユニット本体２０２に定められてもよいことが、考えられる。これらの複数の潤滑剤通路２１０のうちの少なくとも一部が共通の入口を有してもよいことも、考えられる。

【0079】

２つの側壁２１８が、横方向に延びる壁２０８から前方に延びている。図１０において見て取れるように、側壁２１８同士は互いに平行である。図１２において見て取れるように、側壁２１８の前端２２０は、加工ローラ１８ａと干渉しないように鉛直から斜めにされている。

【0080】

薄化用潤滑剤分注ユニット２００は棚部２２２も有する。棚部２２２は、横方向に延びる壁２０８の下端に接続されており、底から前方に延びている。棚部２２２は、側壁２１８の下端にも接続されており、それらの間で延びている。棚部２２２、側壁２１８、および、横方向に延びる壁２０８は、薄化用潤滑剤分注ユニット２００の前に開放側を有する凹部２２４を一緒になって定めている。棚部２２２は、図１２において見て取れるように、加工ローラ１８ａの中心軸１０４の鉛直方向で下方の位置において、加工ローラ１８ａの薄化表面に当接する前縁２２６を有する。前縁２２６は、薄化用潤滑剤が薄化表面の幅全体にわたって適用されることを確保するのを助けるために、加工ローラ１８ａの薄化表面の幅Ｗ１より大きい幅Ｗ４（図１０）を有する。

【0081】

図１３を参照すると、棚部２２２は、前縁２２６から横方向に延びる壁２０８に向けて上向きおよび後向きに延びる斜め部分２２８を有する。斜め部分２２８と前縁２２６との間のコーナー２３０は弓状である。ある実施形態では、斜め部分２２８は、水平から５度から２５度の間の角度Ｃで延びる。ある実施形態では、角度Ｃは、水平から１０度から２０度の間である。棚部２２２は、斜め部分２２８と横方向に延びる壁２０８との間で延びる概して水平の部分２３２も有する。部分２３２は、側方から見られるとき（つまり、図１２および図１３で見られるように見られるとき）、水平である。しかしながら、部分２３２の前方から見たとき（つまり、図１１で見られるように見られるとき）、部分２３２は、その横方向中央の両側において若干下向きに傾斜しており、そのため、その横方向中央は部分２３２の頂点に対応する。ある実施形態では、部分２３２の横方向中央の両側における表面同士の間の角度Ｄ（図１１）は、１８０度より大きいが１８５度より小さく、ある実施形態では、１８２度より小さい。部分２３２は、部分２３２の前方から見たとき（つまり、図１１で見られるように見られるとき）、平坦であってもよい（つまり、角度Ｄは１８０度である）ことも考えられる。図１１および図１２において見て取れるように、潤滑剤通路２１０の出口２１６は、部分２３２の頂点と横方向において並べられ、出口２１６の底部は、そこに隣接する棚部２２２の部分２３２の上部と鉛直方向において並べられる。部分２３２が省略できることと、斜め部分２２８が前縁２２６から横方向に延びる壁２０８へと延び得ること、とが、考えられる。

【0082】

横方向に延びる溝２３４が、棚部２２２の斜め部分２２８に定められている。図１０において最もよく見られるように、溝２３４の端は側壁２１８から離間されている。溝２３４は棚部２２２の前縁２２６から離間されている。図１３において見て取れるように、溝２３４は、棚部２２２の部分２３２より前縁２２６の近くにある。

【0083】

図１２を参照すると、潤滑剤通路２１０の入口はポンプ２３６に流体接続されており、ポンプ２３６自体は、潤滑剤貯留部２３８に流体接続されている。潤滑剤貯留部２３８は、そこで薄化用潤滑剤を保持している。潤滑剤貯留部２３８が、薄化用潤滑剤を、先に記載されている薄化用潤滑剤分注ユニット２２に供給するためにも使用され得ることが、考えられる。ポンプ２３６は、薄化用流体を潤滑剤貯留部２３８から潤滑剤通路２１０へと汲み上げる。潤滑剤通路２１０の出口２１６から、潤滑剤は棚部の部分２３２に沿って前方向および横方向（角度Ｄのため）に流れる。次に、潤滑剤は斜め部分２２８に沿って下へと流れる。潤滑剤のうちの一部は、棚部２２２の幅にわたって、潤滑剤の均一な分配を確保するのを助ける溝２３４へと流れる。次に、潤滑剤は、加工ローラ１８ａの薄化表面との接触を行う前縁２２６へと流れる。加工ローラ１８ａの上向きに移動する薄化表面は潤滑剤を取り上げ、潤滑剤は、シート１４と接触する薄化表面を効果的にコーティングする。

【0084】

ある実施形態では、本技術のアルカリ金属またはアルカリ金属合金の膜は、本明細書で定められているような圧延機および加工ローラを用いて得られた薄化されたリチウム膜または薄化されたリチウム合金膜である。

【0085】

本技術の膜を準備するために使用され得るリチウム合金には、限定されることはないが、リチウム－シリコン、リチウム－アルミニウム、リチウム－マグネシウム、リチウム－ストロンチウム、リチウム－バリウムなどがある。

【0086】

本技術のリチウムまたはリチウム合金の膜は、ある量の金属元素を含む。リチウムまたはリチウム合金の膜への金属元素の添加は、膜の全体の厚さを低減し、膜の全体の機械的強度を向上させることができる。ある例では、金属元素は、膜の幅、厚さ、および長さにわたって機械的強度を向上させる量で、リチウムまたはリチウム合金の膜に存在する。

【0087】

本技術のリチウムまたはリチウム合金の膜の準備で使用され得る金属要素は、好ましくは導電性である。金属元素の存在がリチウムまたはリチウム合金の膜の導電性を妨げるべきではないことは、理解されるものである。例えば、アルミニウムは、リチウムまたはリチウム合金の膜において使用され得る金属元素である。ある例では、アルミニウムは、約３０００ｐｐｍから約１００００ｐｐｍの間、約３０００ｐｐｍから約９０００ｐｐｍの間、約３０００ｐｐｍから約８０００ｐｐｍの間、約３０００ｐｐｍから約７０００ｐｐｍの間、約３０００ｐｐｍから約６０００ｐｐｍの間、または、約３０００ｐｐｍから約５０００ｐｐｍの間の範囲にある量で膜に存在する。ある例では、アルミニウムは、３０００ｐｐｍ以上である量で膜に存在する。

【0088】

ある例では、本技術のリチウムまたはリチウム合金の膜は、約５０から約８５の間、約６０から約８０の間、約６０から約７５の間、約５０から約７０の間、約６０から約７５の間、約６５から約７５の間、約６６から約７０の間、または、約６６から約６９の間の範囲にある、ショア押し込み硬度計（ショアＡスケール）によって測定された硬度を有する。ある例では、硬度は少なくとも６５である。ある他の例では、硬度は少なくとも約６６である。ある例では、硬度は、リチウムまたはリチウム合金の膜全体を通じて均一である。

【0089】

本明細書で定められている技術によって得られるリチウム膜は、約１４０ｍｍから約２００ｍｍの間、約１５０ｍｍから約２００ｍｍの間、約１６０ｍｍから約１８０ｍｍの間、約１６０ｍｍから約１７５ｍｍの間、約１６０ｍｍから約１７０ｍｍの間、または約１６０ｍｍから約１６５ｍｍの間の範囲にある幅（薄膜の一方の縁から他方の縁への距離に相当する）を有し、約２０ミクロンから約１００ミクロンの間、約２０ミクロンから約９０ミクロンの間、約２０ミクロンから約７５ミクロンの間、約２０ミクロンから約５０ミクロンの間、または約２０ミクロンから約３０ミクロンの間の範囲にある厚さを有する。リチウムまたはリチウム合金の膜の厚さは、膜の幅全体にわたって均一である。膜の幅全体にわたって均一である厚さは、約±２ミクロンの厚さの変化を包含する。

【0090】

いくつかの実施形態では、本明細書で定められている技術によって得られたリチウムまたはリチウム合金の膜は、約１ｘ１０^－４から約７ｘ１０^－４の間である幅に対する厚さの比（ｔ／ｗ）を有する。ある例では、このｔ／ｗは、膜の長さ全体にわたって維持される。

【0091】

具体的には、本技術は、引き伸ばされた膜の長さにわたっても、リチウムまたはリチウム合金の膜の幅、厚さ、および硬度を維持することができる。例えば、本技術のリチウムまたはリチウム合金の膜は、少なくとも約１５０００メートルにわたって、少なくとも約１００００メートルにわたって、少なくとも約９０００メートルにわたって、少なくとも８０００メートルにわたって、少なくとも７０００メートルにわたって、少なくとも６０００メートルにわたって、少なくとも５０００メートルにわたって、少なくとも４０００メートルにわたって、少なくとも３０００メートルにわたって、少なくとも２０００メートルにわたって、または、少なくとも１０００メートルにわたって、その幅、厚さ、および硬度を維持する。

【0092】

（実施例）
以下の例は、本技術の様々な実施形態の実施を示すように提供されている。これらの例は、本技術の範囲全体を限定または定義するように意図されていない。本技術が、本明細書に記載および図示されている具体的な実施形態に限定されず、添付の実施形態に定められているような本開示の範囲内にあるすべての変更および変形を含むことは理解されるべきである。

【0093】

（実施例１）
薄化されたリチウム合金膜の生産（３０００ｐｐｍ）
薄化されたリチウム膜が、本明細書に定められているような加工ローラを備える圧延機を用いて準備された。得られたリチウム膜は、１７０ｍｍの幅、６０ミクロンの厚さ、および３０００ｐｐｍのアルミニウム含有量を有していた。膜の硬度は、ショア押し込み硬度計（ＰＴＣモデル３２０－Ａスケール）を用いて評価された。結果は、表１に提示されている。

【0094】

【表1】

【0095】

（実施例２）
薄化されたリチウム合金膜の生産（５０００ｐｐｍ）
薄化されたリチウム膜が、本明細書に定められているような加工ローラを備える圧延機を用いて準備された。得られたリチウム膜は、１７０ｍｍの幅、６０ミクロンの厚さ、および５０００ｐｐｍのアルミニウム含有量を有していた。膜の硬度は、ショア押し込み硬度計（ＰＴＣモデル３２０－Ａスケール）を用いて評価された。結果は、表２に提示されている。

【0096】

【表2】

【0097】

（実施例３）
薄化されたリチウム合金膜の引張強度を評価する（３０００ｐｐｍ）
薄化されたリチウム－アルミニウム膜が、本明細書に定められているような加工ローラを備える圧延機を用いて準備された。リチウム膜は、１７０ｍｍの幅、６０ミクロンの厚さ、および３０００ｐｐｍのアルミニウム含有量を有していた。リチウム膜の引張強度が、Ｔｅｓｔｏｍｅｔｒｉｃ Ｍ５００の２５ｋＮを用いて評価された。結果は、表３に提示されている。

【0098】

【表3】

【0099】

（実施例４）
薄化されたリチウム合金膜の引張強度を評価する（５０００ｐｐｍ）
薄化されたリチウム－アルミニウム膜が、本明細書に定められているような加工ローラを備える圧延機を用いて準備された。リチウム膜は、１７０ｍｍの幅、６０ミクロンの厚さ、および５０００ｐｐｍのアルミニウム含有量を有していた。リチウム膜の引張強度が、Ｔｅｓｔｏｍｅｔｒｉｃ Ｍ５００の２５ｋＮを用いて評価された。結果は、表４に提示されている。

【0100】

【表4】

【0101】

本技術の前述の実施形態への変更および改良は、当業者には明らかとなり得る。先の記載は、限定ではなく例示となるように意図されている。したがって、本技術の範囲は、添付の請求項の範囲のみによって限定されるように意図されている。

【符号の説明】

【0102】

１０ 圧延機、薄化装置
１２ リチウムまたはリチウム合金の薄い膜
１４ リチウムまたはリチウム合金のシート
１６ 主フレーム
１８ａ、１８ｂ 加工ローラ
２０ａ、２０ｂ バックアップローラ
２２ 薄化用潤滑剤分注ユニット
２４ ロール
２６ 送りローラ
２８ 自由ローラ
３４ 自由ローラ
４１ エンコーダローラ
４３、４５ 引っ張りローラ
４７ エンコーダローラ
５０、５２ 支持フレーム
５４、５６ 支持部材
５８、５９、６２、６３ 端部分
６０、６１、６４、６５、６６ 液圧式線形アクチュエータ
８４、８５ 自由ゾーン
９０ 絶縁膜
９２ ロール
９４ 引っ張りローラ
１００ 中央部分
１０２ 中央部分１００の外面
１０４ 中心軸
１０６ 円錐台部分
１０８ 肩部
１１０ 円錐台部分１０６の外面
１１２ シート１４の中央部分
１１４ シート１４の側方部分
１１６、１１８ 支持シャフト
１２０ 延長部
１５０ ノズル
１５２ レール
１５４ 吸入コネクタ
１５６ ノズル本体
１５８ ノズルヘッド
１６０ ナット
１６２ 噴霧開口
２００ 薄化用潤滑剤分注ユニット
２０２ 分注ユニット本体
２０６ 開口
２０８ 横方向に延びる壁
２１０ 潤滑剤通路
２１４ 後壁
２１６ 出口
２１８ 側壁
２２０ 前端
２２２ 棚部
２２４ 凹部
２２６ 前縁
２２８ 斜め部分
２３０ コーナー
２３２ 概して水平の部分
２３４ 溝
２３６ ポンプ
２３８ 潤滑剤貯留部
Ｄ 角度
Ｄ１ 中央部分１００の直径
Ｄ２、Ｄ３ 円錐台部分１０６の最小直径または最大直径
Ｆｘ 横方向の力
Ｆｙ 横方向の力
Ｈ１ 肩部１０８の高さ
Ｈ２ 中央部分１１２の高さ
Ｈ３ 側方部分１１４の高さ
Ｗ１ 中央部分１００の幅
Ｗ２ シート１４の幅
Ｗ３ 円錐台部分１０６の幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】