JP2014184397A - 攪拌装置及び攪拌方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】消泡処理の処理時間を短くしながら、攪拌部材に加わるトルクの増大を抑制することを目的とする。
【解決手段】ペースト状の流体を攪拌する攪拌部材を容器の内部に備えた攪拌装置において、前記攪拌部材は、前記容器の側壁部に沿って容器底部側から容器上部側に向かって延びるとともに、先端部が前記液体の液面から容器上部側に向かって延出した状態で回転する第1の攪拌部を有しており、前記第1の攪拌部には、互いに前記延出方向における位置が異なる複数の流通孔が形成されていることを特徴とする攪拌装置。
【選択図】図1

Description

本発明は、ペースト状の液体を攪拌部材で攪拌する攪拌装置に関するものである。
ハイブリッド自動車、電気自動車等に搭載される電池は、正極板、負極板及び電解質を含む。一般に電池は、種々の製造工程を経て製造される。例えば、リチウムイオン二次電池の製造工程には、ペースト混練工程が含まれる。ペースト混練工程は、電極反応を起こす電極合材層(正極合材層及び負極合材層)となるペーストを混練する工程である。すなわち、ペースト混練工程においては、例えば正極活物質、導電剤、結着材、粘結材、溶媒が、容器内に混入され、攪拌部材によって攪拌される。これにより、正極ペーストが生成される。また、負極ペーストについても同様に作成される。
ペースト混練工程では、ペーストに作用するせん断力により攪拌が進行し、副産物として泡が発生する。この泡は、溶液中に含まれる窒素や酸素、又は粉体の表面に付着していたガス成分、或いは攪拌の際にペースト中に取り込まれた空気によって、生成される。
このように、攪拌を進行させる場合には、常にペーストに泡が発生する。このため、ペーストが泡を多く含んだ状態で電極芯材に塗工されると、電極板の活物質層にピンホールやひび割れが発生し、電極の性能が損なわれてしまう。また、ペーストに含まれる泡が多いと、ペーストの粒ゲージによる粗粒検査の際に、測定誤差の原因となる。
特許文献1は、槽内に、槽の内壁面に接近した状態で枠状に組み付けられたU字型の撹拌棒と撹拌棒に組付けられた消泡アームからなる攪拌部材を備え、高粘度粘性液体の液面付近における気泡を消泡する技術を開示する。
特開平05−115706号公報 実開平07−041508号公報
しかしながら、特許文献1の技術では、消泡アーム付近までペーストの液面が上昇してからでないと、消泡処理ができないため、処理時間が長くなるという問題がある。また、攪拌時に、消泡アームが抵抗となるため、攪拌部材に対して過剰にトルクがかかるという問題がある。
そこで、本願発明は、消泡処理の処理時間を短くしながら、攪拌部材に加わるトルクの増大を抑制することを目的とする。
上記課題を解決するために、本願発明は、ペースト状の流体を攪拌する攪拌部材を容器の内部に備えた攪拌装置において、前記攪拌部材は、前記容器の側壁部に沿って容器底部側から容器上部側に向かって延びるとともに、先端部が前記液体の液面から容器上部側に向かって延出した状態で回転する第1の攪拌部を有しており、前記第1の攪拌部には、互いに前記延出方向における位置が異なる複数の流通孔が形成されていることを特徴とする。
本願発明によれば、消泡処理の処理時間を短くしながら、攪拌部材に加わるトルクの増大を抑制することができる。
ペースト攪拌装置の概略構成図である。 消泡処理のフローチャートである。 消泡処理の効果を検証した実験結果である。 図3の実験結果のグラフである。
以下、本発明の実施形態について説明する。
図1は、ペースト攪拌装置の概略構成図であり、攪拌部材を透視して図示する。X軸、Y軸及びZ軸は、互いに直交する三軸であり、Z軸は容器の高さ方向(延出方向に相当する)に対応している。ペースト攪拌装置100は、容器部10と、攪拌部材20と、減圧装置30と、モータ40とを含み、いわゆるバッチ処理により電極ペーストAを生成する。電極ペーストAは、電池の電極芯材に塗工される正極ペースト、或いは負極ペーストであってもよい。
容器部10は、電極ペーストAの混練を行う混練容器である。この容器部10は、有底筒状の容器本体11と、容器本体11の開口部を閉塞する蓋部材12とを含む。モーノポンプ14は、電極ペーストAを送液する送液ポンプであり、送液された電極ペーストAは、流入パイプ13(供給口に相当する)を介して、容器部10の内部に流入する。電極ペーストAには、活物質、導電材、粘結材、結着材、溶媒の混合物を用いることができる。攪拌された電極ペーストAは、排出パイプ15から容器部10の外部に排出される。
攪拌部材20は、いわゆるU字状に形成されており、容器本体11の側壁部11bに沿って延びる(Z軸方向に延びる)第1攪拌部21と、容器本体11の底壁部11aに沿って延びる第2攪拌部22と、を含む。第1攪拌部21及び第2攪拌部22の連設部分は、R形状に形成されている。第1攪拌部21及び第2攪拌部22は、一体的に形成することができる。
軸部23は、Z軸方向に延びており、容器本体11の略軸中心に位置する。軸部23の下端部は、第2攪拌部22に連結されている。軸部23は、モータ40に接続されており、このモータ40を回転動作させることにより、軸部23に連結された第1攪拌部21及び第2攪拌部22をZ軸方向周りに一体的に回転させることができる。そして、これにより、電極ペーストAを攪拌することができる。軸部23の回転速度は、40〜60rpmであってもよい。
第1攪拌部21には、複数の流通孔21aが形成されており、これらの流通孔21aはZ軸方向に沿って異なる位置に形成されている。第2攪拌部22には、複数の流通孔22aが形成されている。
減圧装置30は、容器部10の内部から空気を排出する真空ポンプ31と、空気の排出を制御するバルブ32とを含む。減圧装置30は、容器部10の内部を減圧して、電極ペーストAの消泡を促進する。すなわち、容器部10の内部が減圧されることにより、電極ペーストAに含まれている泡が液相と気層との境界である界面に浮上し易くなるとともに、界面に浮上した泡がはじけ易くなるため、消泡効率が向上する。
次に、図2のフローチャートを参照しながら、電極ペーストAの攪拌方法について説明する。なお、本フローチャートに示す処理は、図示しないコントローラによって実行される。ステップS101において、減圧装置30を動作させて、容器部10を減圧する。ステップS102において、容器部10の内圧が所定圧に達したか否かを判別する。ここで、所定圧は、消泡を促進する観点から、大気圧よりも低い適宜の値に設定することができる。
容器部10の内圧が所定圧に達した場合(ステップS102 Yes)には、処理はステップS103に進む。容器部10の内圧が所定圧に達していない場合(ステップS102 No)には、処理はステップS101に戻る。
ステップS103において、モーノポンプ14を駆動して電極ペーストAの供給を開始するとともに、モータ40を駆動して攪拌部材20を回転させる。容器部10に注入された電極ペーストAは、回転動作する攪拌部材20によって順次攪拌され、消泡される。
ここで、第1攪拌部21は、電極ペーストAの液面から常時突出している。言い換えると、第1攪拌部21の上端部は、電極ペーストAの液面よりも常時高いポジションに位置する。また、第1攪拌部21は、複数の流通孔21aを有しており、これらの流通孔21aはZ軸方向に沿って異なる位置に形成されている。上述の構成によれば、電極ペーストAが容器部10に流入する過程において、時々刻々と液面高さが変わるその時々において、液面に生じた泡を液面近くに位置する流通孔21aを通過させて引き伸ばすことができるとともに、液中の泡についても同様に消泡することができる。これにより、タイムリーに消泡処理が実施されるため、処理時間を短くすることができる。
また、消泡処理が進まない状態で電極ペーストAの処理を継続すると、液表面に生成された泡が液面センサー(不図示)に接触して誤検知が生じたり、真空ポンプ31が泡を吸い込むことによって設備故障を招くなどの不具合が生じるおそれがある。これに対して、本実施形態では、供給される電極ペーストAに対して順次消泡処理が実施されるため、前記不具合を防止することができる。
さらに、本実施形態では、電極ペーストAが流通孔21a、22aを通過する際に、乱流が生成されるため、攪拌効果を高めることができる。
さらにまた、本実施形態では、電極ペーストAを流通孔21a、22aから逃がしながら攪拌部材20を回転させることができるため、攪拌抵抗を下げることができる。これにより、攪拌部材20に過剰なトルクが加わることを抑制できる。
ステップS104において、電極ペーストAの供給処理が完了したか否かを判別する。本実施形態では、バッチ処理が実施されるため、電極ペーストAの供給量が所定量に達したタイミングで供給処理を完了する。電極ペーストAの供給処理が完了した場合(ステップS104 Yes)、処理はステップS105に進む。電極ペーストAの供給処理が完了していない場合(ステップS104 No)、処理はステップS103に戻る。
ステップS105において、減圧装置30を作動して容器部10の内圧を大気圧に復帰させるとともに、モータ40を停止して攪拌部材20による攪拌処理を停止する。ステップS106において、消泡処理が終わった電極ペーストAを排出パイプ15から排出して、処理を終了する。
本実施形態によれば、電極ペーストAに含まれる泡の数を削減できるため、電極ペーストAを電極芯材に塗工する塗工工程において、塗工不良が発生することを抑制できる。これにより、電池の歩留まりを向上させることができる。
次に、実施例を示して、本発明についてより具体的に説明する。図3の表は、比較例1、比較例2及び実施例1それぞれの実験データであり、図4は図3の実験データをグラフ化したものである。比較例1では、攪拌部材20を停止させた状態で、容器部10の内部に電極ペーストAを供給した。比較例2では、第1攪拌部21の上端部を液面下10cmに沈降させた状態で、攪拌部材20を回転速度60rpmで回転させた。実施例1では、第1攪拌部21の上端部を液面から3cm突出させた状態で、攪拌部材20を回転速度60rpmで回転させた。比較例1、比較例2及び実施例1いずれの場合も、電極ペーストAの供給は、容器部10の内圧を-0.085KPaに減圧した状態で実施した。なお、比較例1では、攪拌部材20を停止しているため、羽根の位置を省略している。電極ペーストを容器部10に供給する際の流量を0.85L/minに設定した。容器部10に供給された電極ペーストの粘度は、1500mPa・Sであった。
比較例1及び比較例2では、液表面の泡数が無数に確認されたが、実施例1では、80個に制限することができた。また、比較例1及び2ではそれぞれ、液中の泡数が56個及び20個確認されたが、実施例1では、2個に制限することができた。このように、実施例1では、泡の総数が100個以下に制限され、大きな消泡効果が得られることがわかった。
10:容器部 11:容器本体 11a:底壁部 11b:側壁部
12:蓋部材 13:流入ダクト 14:モーノポンプ 15:排出パイプ
20:攪拌部材 21:第1攪拌部 21a:流通孔 22:第2攪拌部
22a:流通孔 23:軸部 30:減圧装置 31:真空ポンプ
32:バルブ 40:モータ

Claims (6)

  1. ペースト状の流体を攪拌する攪拌部材を容器の内部に備えた攪拌装置において、
    前記攪拌部材は、前記容器の側壁部に沿って容器底部側から容器上部側に向かって延びるとともに、先端部が前記液体の液面から容器上部側に向かって延出した状態で回転する第1の攪拌部を有しており、
    前記第1の攪拌部には、互いに前記延出方向における位置が異なる複数の流通孔が形成されていることを特徴とする攪拌装置。
  2. 前記容器には、前記液体を流入させるための供給口が形成されており、
    前記攪拌部材は、前記供給口から前記液体が流入する流入状態において、回転動作することを特徴とする請求項1に記載の攪拌装置。
  3. さらに、前記容器の内圧を減圧する減圧装置を有し、
    前記攪拌部材は、前記容器の内圧を前記減圧装置によって減圧した状態で、前記液体を攪拌することを特徴とする請求項1又は2に記載の攪拌装置。
  4. 前記攪拌部材は、前記容器の底部に沿って延びる第2の攪拌部を有しており、
    前記第2の攪拌部には、複数の流通孔が形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一つに記載の攪拌装置。
  5. 請求項1に記載の攪拌装置を用いて前記液体を攪拌する攪拌方法であって、
    前記容器に前記液体を供給しながら、前記攪拌部材を回転させることを特徴とする攪拌方法。
  6. 前記容器の内圧を減圧した状態で、前記攪拌部材を回転させることを特徴とする請求項5に記載の攪拌方法。





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