JP2014223581A - 低剪断型同芯２軸ミキサー - Google Patents

Abstract

【課題】熱に対して準安定な水系バインダーを用いてリチウムイオン二次電池等の電極用の活物質ペースト、特に水系負極ペーストを製造するとき、負極活物質に混合する水系バインダーを少量の添加量で済ませることができかつ変質させることなく低剪断力で均質かつソフトに撹拌、混練、分散できるようにした低剪断型同芯２軸ミキサーを提供する。【解決手段】タンク２に側壁内面に沿って回転する低剪断用の枠型翼６と、円周方向流を発生させるよう回転する切込み平板大型翼１０を同芯の駆動軸に設ける。上記切込み平板大型翼１０の上方に下方に向かう軸方向流を発生する傾斜パドル型翼１５を設ける。上記枠型翼６と切込み平板大型翼１０と傾斜パドル型翼１５を低速で回転して全体流を発生させるとともにタンク内に上部から下部に向かうゆっくりした軸方向流を生じさせ、水系バインダーが負極活物質中に変質することなく混入した水系負極ペーストを得る。【選択図】図１

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池等の電極層の集電体に塗布される活物質ペースト、特に水系負極ペーストの製造に好適に使用される低剪断型同芯２軸ミキサーに関するものである。

リチウムイオン二次電池の電極層は、金属箔製の集電体の表面に正極活物質ペーストを塗布した正極層、集電体に負極活物質ペーストを塗布した負極層で構成され、上記活物質ペーストとしては、例えば負極活物質ペーストは、負極活物質に、バインダーを混合し、溶媒を加えて負極合剤とし、これを混練して製造されている。このバインダーは、活物質同志の結着と該活物質を集電体に結着させる機能を有するから、バインダーが活物質内に均質に混練していないと、剥離強度が減少し、活物質と集電体を強固に結着することができない。このようなバインダーとしては、有機溶媒を含む溶媒系バインダーや、水溶性の水系バインダーが知られており、水系バインダーは、材料費の低減、設備の簡素化、取扱いの安全性、環境問題等の観点から好ましいとされている。しかし、この水系バインダーとして使用されている、例えばスチレンブタジエンゴムラテックス(ＳＢＲ)等を含むバインダーは、熱に対して準安定状態であるため、混練処理する際に発熱を生じると変質するおそれがあった。

上記のように、活物質粒子とバインダーが十分に混合しかつ溶媒中に均一に分散していないと、集電体に対する剥離強度が弱くなり、電池の特性が劣化する原因となる。従来、活物質とバインダーを混練をするためには、例えば特許文献１に記載されているように、いかり型羽根やねじり型羽根を有するミキサーが用いられている。しかし、このような構成のミキサーはタンク(撹拌槽)内での流体の流動状態がタンクの上部と下部で相違し、全体流が得にくい。そのため、従来のミキサーでは、タンク内全体にわたって均質に混練させることがむずかしいので、活物質ペーストの製造用としては十分に満足できるものとはいえない。

タンク内で全体流を生じさせるようにしたミキサーとしては、タンクの中央部に高速ブレードを配置するとともにその周囲にタンク内面に近接して低速回転する枠型の低速ブレードを設けた同芯２軸ミキサーが知られている(例えば特許文献２参照)。このような同芯２軸ミキサーは、高速ブレードと低速ブレードによりタンク内で全体流を生じさせることができるが、中央の高速ブレードで高剪断力を流体に与えて処理するものであるため、必然的に発熱を伴う現象が見られる。そのため、上述したようにＳＢＲ等で構成された水系バインダーは、熱に対して準安定な状態でエラストマー微粒子が水に分散しているので、発熱を生じると変質するおそれがある。したがって、強力な剪断作用を伴う上記のような高剪断型のミキサーを用いると、タンク内で全体流動が得られるとしても、同時に発生する大きな発熱により、水系バインダーが変質してその特性が十分に活かされなくなるとともに、均質撹拌が不足し、得られた活物質ペーストは集電体に対する結着が弱くなってしまう。

そのような事態を避けるため、上記高速ブレード等の撹拌翼を高速回転させずに中剪断型に撹拌することも考えられるが、そのような回転では、撹拌翼の近傍とタンクの中心との間に、流体が流れない不動点となるいわゆる渦潮が形成され、全体流が得られず、タンク内全体としての均一化が妨げられる。このため、撹拌、混練、分散等の作業時間を延長しなければならなくなったり、水系バインダーの添加量を多くする必要が生じる。しかし、バインダー量を増大させると、相対的に活物質の量が減少することになるから、蓄電容量が減少してリチウムイオン二次電池としての十分な電気特性を発揮することができなくなる。

また、平板状翼とこの平板状翼に連続した格子状翼を有する撹拌翼を、撹拌槽の中心部に設けた撹拌軸に装着し、この撹拌翼の周りに撹拌槽の側壁内面に沿って回転可能な邪魔板を設けて回転させるようにした撹拌装置も知られている(例えば特許文献３参照)。このような攪拌機によれば、撹拌翼を低速で回転して槽内の全体にわたって低剪断力で流体を撹拌することも可能であるが、リチウムイオン二次電池の活物質ペースト、特に水系負極ペーストの製造に際しては、問題がある。すなわち、水系負極ペーストの製造に際しては、最初に負極活物質(負極ベース)をタンク内で混練し、負極活物質がタンク内である程度混練された後に水系バインダーをタンクに投入している。しかし、上記撹拌翼が低速で回転しているとき、タンク内の中心部には下向きの大きな軸方向流が発生しないとともに、負極活物質の混練物と水系バインダーは、大きな比重差があるため、タンクに投入された水系バインダーは混練物の表面に浮遊しているだけで簡単に負極活物質の混練物内へ巻き込まれない。撹拌翼を高速回転させれば、大きな全体流を発生させることができるとしても大きな発熱も生じるから、上述したように熱に対して準安定状態の水系バインダーを変質させてしまう。その上、格子型翼では開口部を形成する格子枠により開口部の上方が塞がれるため、上下方向の流動が上方の枠片で阻害され、上部枠の下方等に滞留するおそれがあり、タンク内全体としての均一撹拌を妨げる原因ともなる。したがって、いずれの場合も水系バインダーを均一に混合されることがむずかしくなり、結果として水系負極ペーストの集電体に対する結着性が劣り、十分な剥離強度は得られないことになる。

特開平１１−３２９４１６公報（段落００２１〜００２３） 特開２００１−２５９３９７公報（段落０００２、図４） 特許第３１１０７８１公報（特許請求の範囲、図１）

本発明の解決課題は、上記のように、熱に対して準安定な水系バインダーを用いてリチウムイオン二次電池等の電極用の活物質ペースト、特に水系負極ペーストを製造するとき、負極活物質に混合する水系バインダーの量を少量の添加量で済ませることができ、かつ変質させることなく低剪断力で均質かつソフトに撹拌、混練、分散できるようにした低剪断型同芯２軸ミキサーを提供することである。

上記したように熱に準安定な水系バインダーを撹拌、混練、分散する場合、発熱を生じさせない方法、装置を種々研究したところ、撹拌翼を高速で回転させずに、あたかも草津温泉の「湯もみ」のように、大きな板状の撹拌翼でゆっくりと掻き混ぜるとともに、後から添加する水系バインダーを巻き込むような流動を生じさせれば、比重差のある水系バインダーを変質させることなく負極活物質に混入させて、タンク内全体にわたって均一に撹拌できることを見出した。

本発明は上記のような考究結果に基づき開発されたリチウムイオン二次電池の電極層に使用される水系負極ペーストの製造に好適に使用される低剪断型同芯２軸ミキサーであって、平板状の翼本体に上方に開口する切り込みスリットを設けタンクの中央で低速で回転する切込み平板大型翼と、該切込み平板大型翼の周囲を囲みタンクの側壁内面に沿って低速で回転する枠型翼と、上記切込み平板大型翼の上方に同芯に設けられ下方に向かう掻き下げ軸方向流を発生させる傾斜パドル型翼を具備し、上記枠型翼と切込み平板大型翼と傾斜パドル型翼によりタンク内で全体流を発生させるとともにタンク内に上部から下部に向かう軸方向流を生じさせるようにしたことを特徴とする低剪断型同芯２軸ミキサーが提供され、上記課題が解決される。

本発明において、上記枠型翼の回転速度は、約１．０〜２．０ｍ/ｓｅｃであり、また上記切込み平板大型翼の回転速度は約１．０〜２．０ｍ/ｓｅｃであることが好ましく、上記傾斜パドル型翼は傾斜角度が約３０°〜６０°の傾斜パドル型翼が好ましい。また、タンク内に供給される処理材料の液面高さは、上記傾斜パドル型翼の上面よりの液面高さをｈ、傾斜パドル型翼の直径をｄ、係数をＸとしたとき、ｈ＝ｄ/Ｘの式において、Ｘ＝４〜６であることが好ましい。さらに、切込み平板大型翼の表面はテフロン(登録商標)等の疎水性プラスチックで疎水性処理しておくとよい。

本発明は上記のように構成され、平板状の翼本体に上方に開口する切り込みスリットを設けタンクの中央で低速で回転する切込み平板大型翼と、該切込み平板大型翼の周囲を囲みタンクの側壁内面に沿って低速で回転する枠型翼と、上記切込み平板大型翼の上方に傾斜パドル型翼を同芯に設けたから、タンク内に処理材料を投入して切込み平板大型翼をゆっくり回転させると、平板状の切込み平板大型翼の前面側の材料は圧縮を受け、後面側の材料は負圧により切込み平板大型翼の翼面側に引き込まれて円周方向に流動する。また、切込み平板大型翼とともに回転する傾斜パドル型翼により吐出される材料は、傾斜パドル型翼の半径方向へ向かう放射流(半径方向流)と円周方向への旋回流(円周方向流)が合成された下方に向かう軸方向流を主流とする斜流となり、半径方向に流動しつつ掻き下げられて上記切込み平板大型翼方向に向かい、該切込み平板大型翼により撹拌されている処理材料中に容易に巻き込まれる。さらに、タンクの内側面に沿って回転する枠型翼は邪魔板効果も発揮して上下方向の流動に寄与する。また、切込みは上方が開口しているので材料が切込み平板大型翼の上部に滞留するおそれもない。このようにして、これらの各翼が共働きしてゆっくり回転することにより、低剪断力でタンク内全体を均一に流動する全体流が得られるから、大きな発熱を生じることがなく、水系バインダーのように熱に準安定状態なものでも、変質することなく混練することができる。また、負極活物質と水系バインダーに大きな比重差があっても、ゆっくりと回転する上記傾斜パドル型翼により掻き下げられて切込み平板大型翼方向に向かうから、スムーズに負極活物質中に混合され、全体流により均一に混練することができる。この際、上記枠型翼はタンクの内側壁面に沿って回転するので、タンク内壁面に付着する材料を掻き取ることができ、タンク側面に沿って通常設けられる冷却ジャケットの熱効率を高め、温度低減にも寄与することができる。その上、上記のように低剪断力で確実にタンク内を流動する全体流が得られるので、極力人手を要しない安全性の高い、生産性の向上した低剪断型同芯２軸ミキサーが得られる。

上記のようにして大きな発熱を生じることなく全体流を生じさせて混練できるので、負極活物質に水系バインダーを混練して水系負極ペーストを製造する際、本発明の低剪断型同芯２軸ミキサーを用いることにより水系バインダーの変質を防止して少量の添加量でかつタンクの上部、下部にわたって均一に混練することができる。そのため、得られた水系負極ペーストは水系バインダーが負極活物質中に均質に混練されたものとなり、結果として蓄電効果の優れたリチウムイオン電池等が得られる。

上記枠型翼の回転速度を、約１．０〜２．０ｍ/secにすると、処理材料の上下流を確実に生じさせることができ、かつタンク側壁内面との間で剪断速度があまり大きくならないので、熱の発生も少なく、水系バインダーの変質を抑制することができる。また上記切込み平板大型翼の回転速度を、約１．０〜２．０ｍ/secにすると、後から水系バインダーを添加したとき確実に上下流を発生させて負極活物質中に混入させることができ、かつ流動過多による泡の巻き込みもなく、タンク内の上部、下部で不均一に混合するおそれもない。さらに、上記傾斜パドル型翼として、傾斜角度が約３０°〜６０°の傾斜パドル型翼を用いると、確実に軸方向流を生じさせて水系バインダーを負極活物質中に的確に巻き込んでタンク内の上部、下部を均一に混練することができる。さらに、切込み平板大型翼の表面を疎水性処理しておくと、翼への材料の固着が殆どなく、タンク内上部、下部に大差のない全体流を発生させて材料を撹拌することができ、水系負極ペーストの集電体への結着性をよくし、剥離強度を向上させることができる。

本発明の一実施例を示す断面図。 本発明の他の実施例を示す断面図。

本発明は、上記のようにリチウムイオン二次電池の水系負極ペーストの製造に好適に使用されるが、低剪断作用で撹拌、混練、分散等することが要求される化学、医薬、電子、セラミックス、食品、飼料その他の分野の処理材料の処理に使用することもできる。図１は、本発明の一実施例を示し、ベアリングケース１とタンク(撹拌槽)２は、タンク２の上方の開口部を開閉できるよういずれか一方側が上下動可能に設けられており、図に示す状態は、タンク２の開口部がフード３で閉鎖された状態を示し、タンクの周囲には冷却ジャケットが設けられている。

上記ベアリングケース１には、外方駆動軸４と内方駆動軸５が同芯状態に設けられており、それぞれの駆動軸は図示を省略したモーター等の駆動源により個別に回転され、同方向に回転させたり、異方向に回転させたり、回転速度を変えたり、種々に駆動することができる。上記外方駆動軸４には、タンク２の側壁内面に沿って低速で回転する低剪断用の枠型翼６が設けられている。該枠型翼６は、斜行部材７と、その下端からタンク側壁内面に近接して下方に延びる縦部材８と、縦部材８の下端を連結しタンクの底面に沿って延びる底部材９で構成されている。該縦部材８はタンク内側面に付着する処理材料を掻き落とすことができるよう断面略三角形に形成してあるが、邪魔板効果を強調するよう板状に形成したり、適宜の断面形状に形成することができる。上記水系バインダーの混練処理をする際、高剪断力を生じないようこの枠型翼６の回転速度は、約１．０〜２．０ｍ/ｓｅｃ程度にするのが好ましい。１．０ｍ/ｓｅｃ未満では処理材料の上下流が発生しないため、タンク内全体にわたっての全体流の発生に寄与することができなくなる。また、２．０ｍ/ｓｅｃを超えるとタンク内壁と枠型翼の先端間のクリアランスが狭いため、この部分での剪断速度がやや大きくなり、熱に対して準安定状態の水系バインダーが変質し、電池の特性を劣化させるおそれがある。

上記内方駆動軸５は、タンク２の中央部で下方に向かって延出しており、下端には、タンク内で円周方向流を発生させるよう低速で回転する切込み平板大型翼１０が設けられている。該切込み平板大型翼１０は、上記枠型翼６に周囲を囲まれる程度の大型の平板状の翼本体１１を有し、その上部に間隔をあけて上方が開口する切込みスリット１２を有している。該切込み平板大型翼１０は、図に示す実施例では、中央に上記内方駆動軸５を挿通する開口部１３を設けて連結部材１４で上記翼本体１１に連結し、該開口部１３から外方に向かって間隔をあけて縦溝状の開口部を形成して複数の切込みスリット１２としてあるが、この切込みの形状、数は適宜に形成することもできる(図示略)。該切込み平板大型翼の回転速度は、約１．０〜２．０ｍ/ｓｅｃ程度にするのが好ましい。回転速度が１．０ｍ/ｓｅｃ未満では、後から負極活物質に添加した水系バインダーに不動部がみられ、上下流が不十分になるからである。また、２．０ｍ/ｓｅｃを超えると円周方向の流動が過大となり、泡の巻き込み量が多くなる。その結果、タンク内での上部と下部の混練が不均一になり、均質化が不足して水系負極ペーストを集電体に塗布したときの剥離強度が悪くなり、好ましくない。

上記枠型翼６と切込み平板大型翼１０は、同方向に回転するが、逆方向に回転させることもできる。逆方向に回転させると、撹拌時に真空脱泡を必要とする場合に、撹拌により液面を更新することができるので、脱泡効果を高めることができる。

上記切込み平板大型翼１０の上方の内方駆動軸５には、下方に向かう軸方向流を発生する傾斜パドル型翼１５が設けられている。該傾斜パドル型翼１５は、翼上部から流体を吸い込んで軸方向に吐出させることができるように板面を適宜角度に傾斜させてあり、軸流型の傾斜パドル型翼となっている。この傾斜パドル型翼によれば、すべて軸流になりきらずに半径方向の放射流(半径方向流)と円周方向の旋回流(円周方向流)が合成された軸方向の斜流となり、この傾斜角度により変化する。この傾斜角度は、上記切込み平板大型翼と同速度で回転した際確実に軸方向流を発生させることが必要であり、好ましくは約３０〜６０°に形成されている。傾斜角度が３０°の傾斜パドル型翼は、回転方向への放射流れ１．０に対し軸流は２．０となる。流れ方向に対して傾斜角度が９０°の平パドルよりもパドル幅は狭くなり、動力の低減はみられるが軸流が弱くなる。そのため、３０°未満の傾斜パドル型翼は、タンク内の上部、下部を均一に撹拌するための時間を要し、作業効率上好ましくない。一方、６０°に傾斜させた傾斜パドル型翼は、放射流れ２．０に対し軸流は１．０となり、抵抗が大きく、駆動に要する動力が平パドルに近くなるとともに均一化に時間を要する。そのため、６０°を超えて傾斜させるのは好ましくない。４５°の場合は、理論上、放射流と軸流が１:1に分割して斜流となり、好都合である。

上記低速剪断用の枠型翼６は、タンク２の内壁との間隙が、約２〜１０ｍｍに設けられており、その回転速度は翼径により決定される。また、枠型翼６の内面と切込み平板大型翼１０の外面間の間隙Ｓは、約２０〜５０ｍｍが好ましい。両撹拌翼ともに上述したように回転速度が低速であるから、間隙Ｓを２０ｍｍ未満にすると材料が共回りする現象が発生し、均一に処理することができなくなる。間隙Ｓが５０ｍｍを超えると、切込み平板大型翼１０により発生する円周方向流を、枠型翼６によって軸方向流、半径方向流に変化させるとういう循環流を繰り返して発生させることができなくなり、タンク内の全体流の発生が妨げられるからである。

上記切込み平板大型翼１０と傾斜パドル型翼１５により効果的に水系バインダーを負極活物質の混練物中に巻き込ませるには、タンク内の液面高さは、考究の結果下記の関係となることが確かめられた。すなわち、傾斜パドル型翼１５の上面から液面までの高さをｈとし、傾斜パドル型翼１５の直径をｄとし、係数をＸとしたとき、ｈ＝ｄ/Ｘの式において、Ｘ＝４〜６の関係が好ましく、特にＸ＝５であることが好ましい。係数Ｘが４未満となるようにすると、傾斜パドル型翼１５上の液面が深くなり、比重の軽い水系バインダーを後から添加して撹拌混合を良好にするためには、翼１５の回転速度を２ｍ/ｓｅｃ以上にする必要がある。そのようにすると、切込み平板大型翼１０の剪断速度が大きくなり、発熱を生じて熱に準安定な水系バインダーが変質するおそれがある。また、係数Ｘが６以上になると、傾斜パドル型翼１５の上面の直ぐ上に液面が位置することになって、傾斜パドル型翼１５を低回転させたとしても気泡の混入が多くなる。その結果、得られた水系負極ペースト中に気泡が多数存在することになり集電体と電極層の結着性が妨げられ、電池としての特性に影響を与えることになる。

上記タンク２の容量が大きい大型設備の場合は、上記傾斜パドル型翼１５の周速を一定にすると、傾斜パドル型翼の軸中心部の速度と翼先端部の速度の差が大きくなり、中心側での吐出流量が不足し、内方駆動軸５の付近に淀みが発生しやすい。このような場合は、図２に示すように、枠型翼６の縦部材８から軸中心側に向けて、補助傾斜パドル型翼１６を設けることができる。この補助傾斜パドル型翼１６により掻き下げ軸方向に向かう流動変形を発生させて、淀みのない流動を確保し撹拌効果を向上させることができる。なお、上記傾斜パドル型翼１５及び補助傾斜パドル型翼１６の枚数は複数枚設けることができる。この際、上記液面の最適の高さｈは最上部の補助傾斜パドル型翼１６の上面からの高さとする。この補助傾斜パドル型翼１６による効果は、タンクの直径φ１０００ｍｍ以上で全容量１０００Ｌ以上の設備において効果的であることが目視による表面流動で確かめられた。

上記補助傾斜パドル型翼１６によっても駆動軸の中心付近では周速０ｍ/ｓｅｃであるため流動不良となるから、その周辺の材料に流動変形を与えるため、補助傾斜パドル型翼１６の大きさは、枠型翼６の内側より切込み平板大型翼１０の駆動軸５の付近に延びることが好ましい。該駆動軸５の外周面と補助傾斜パドル型翼１６の内方先端との間隙は約５〜１０ｍｍ程度で接触しない範囲とするのがよい。

さらに、上記切込み平板大型翼１０を疎水性処理、例えばテフロン(登録商標)やシリコーン等の疎水性プラスチックでコーティングすることが好ましい。表面が疎水性処理された翼には、疎水性となり、摩擦係数も低くなって処理材料が殆ど固着しないので、タンク内の上部、下部を流動する混練物の組成に大差がなく、全体流に寄与し、均一に撹拌することができる。その結果、得られた水系負極ペーストと集電体との結着がよく、剥離強度を向上させることができる。換言すれば、従来と同程度の剥離強度でもよい場合には、水系バインダーの添加量を少なくすることができるから、相対的に負極活物質の量を増大させることができ、蓄電効果を高め、優れた電池特性が得られる。また、洗浄性にも優れ、作業効率を高めることができる。なお、枠型翼６及び傾斜パドル型翼１５、１６についても、表面を疎水処理しておくことができる。

図１に示すように、傾斜パドル型翼１５と切込み平板大型翼１０を中心部に有し、周囲に枠型翼６を設けた容量７０Ｌの低剪断型同芯２軸ミキサーを用い、別途製造されたリチウムイオン二次電池の水系負極ベース(水系負極活物質の混練物)に、熱に準安定な水系バインダーを添加し、１５分間撹拌運転して水系負極ペーストを製造し、電池特性の評価を行った。

試験１
枠型翼６と切込み平板大型翼１０の回転速度を、ともに１．５ｍ/ｓｅｃとして撹拌したところ、得られたペーストの粘度は、粘度計の回転速度が０．３〜１００r/ｍｉｎの範囲であり、タンク(撹拌槽)内の上部サンプル、下部サンプルは理想品と比較して挙動差はなかった。
傾斜パドル型翼１５につき、傾斜角度を変えて試験したところ、剥離強度の理想値１．０に対する剥離強度指数Ｌ及び粘度安定指数Ｍは、表１に示す通りであった。
ここで、
剥離強度指数Ｌ＝(タンクの上部サンプルを用いたときの剥離強度)/(タンクの下部サンプルを用いた剥離強度)
粘度安定指数Ｍ＝(タンクの上部サンプルの粘度比Ｎ１)/(タンクの下部サンプルの粘度比Ｎ２)
また、
タンクの上部サンプルの粘度比Ｎ１＝タンク上部のスラリ作成直後の粘度Ｏ/タンク上部のスラリ作成後１日後の粘度Ｐ
タンクの下部サンプルの粘度比Ｎ２＝タンク下部のスラリ作成直後の粘度Ｏ/タンク下部のスラリ作成後１日後の粘度Ｐ
である。
傾斜パドル型翼１５の傾斜角度は、実施例１は３０度、実施例２は４５度、実施例３は６０度とし、比較例１は０度、比較例２は１５度、比較例３は９０度として試験した。

上記表１において、剥離強度指数Ｌが理想値に近いものは実施例１〜３であることが分かる。上記剥離強度指数Ｌの値が１より大きい場合は、下部サンプルを用いたときの剥離強度＜上部サンプルを用いたときの剥離強度であり、１より小さい場合は、下部サンプルを用いたときの剥離強度＞上部サンプルを用いたときの剥離強度であることを示している。粘度安定指数Ｍが１より大きい場合は、Ｎ２＜Ｎ１であってタンクの下部サンプルよりタンクの上部サンプルの粘度が高く、粘度安定指数Ｍが１より小さい場合は、Ｎ２＞Ｎ１であってタンクの下部サンプルの粘度がタンクの上部サンプルの粘度より高く、経時粘度変化を示すおそれがあって良好な混合とは言えない。

傾斜パドル型翼１５の角度については、傾斜パドル型翼がない場合には、タンクの下部よりタンクの上部のサンプル中のバインダー濃度が高くなり、剥離強度は高いが、タンクの下部サンプルではバインダー濃度が薄くなり、剥離強度も低くなる。傾斜角度が９０度(流れ方向に対して９０度)の翼の場合には、パドル型翼がない場合と同じような傾向を示した。傾斜角度が３０度、６０度の傾斜パドル型翼では、いづれもタンクの上部サンプルのバインダー濃度はやや濃く、剥離強度もやや高く、タンクの下部サンプルのバインダー濃度は薄く、剥離強度もやや低い結果となり、傾斜角度４５度の傾斜パドル型翼が理想値に等しかった。

試験２
次に、図１に示す装置で傾斜角度４５度の傾斜パドル型翼１５を用い、試験１と同じような条件で、切込み平板大型翼１０と枠型翼６の回転速度差による剥離強度への影響をテストし、理想値１．０に対する指数を求めたところ、表２に示すような結果が得られた。

上記表２に示す通り、実施例４、５に示すように、切込み平板大型翼１０と枠型翼６を低速で同じ回転数で回転すると、理想値に近い剥離強度指数Ｌが得られ、実施例６に示すように回転数が２．０ｍ/ｓｅｃ程度まではほぼ良好な剥離強度が得られた。しかし、比較例４〜８に示すように、切込み平板大型翼１０と枠型翼６のいづれか一方の回転を停止させたり、回転数を上げたりすると、理想とするような剥離強度指数Ｌは得られなかった。

試験３
さらに、傾斜パドル型翼１５上の液面高さｈが、電池特性へ与える影響につきテストした。
ここで、傾斜パドル型翼１５の直径を ｄとし、係数をＸとして、
傾斜パドル型翼の上面よりの液面の高さｈ＝傾斜パドル型翼の直径ｄ/係数Ｘ
の式中の係数Ｘの値を変えてテストしたところ、表３に示すような結果が得られた。

上記実施例７〜９に示すように係数Ｘが４〜６では十分な剥離強度が得られた。しかし、比較例９に示すように、Ｘ＝１．０では傾斜パドル型翼の直径ｄと液面高さｈが同じ(ｈ＝ｄ)になり、流動不足による混合不良を生じ、剥離強度不足が見られた。また、比較例１０に示すように、Ｘ＝１０．０とすると、液面の高さが低くなり、発泡が多く発生して十分な剥離強度が得られなかった。表３に示すように、係数Ｘが５になるように液面高さを定めた場合は最も高い剥離強度が得られた。

上記各実施例において、低剪断型の枠型翼６は、邪魔板の効果をなすとともにタンク内壁面に付着する材料の掻き取り、移動の作用効果もあるので、タンク壁面に設けたジャケットに冷却水を通水するだけで室温処理が可能であった。

試験４
上記各実施例と同じ方法で傾斜パドル型翼１５を用いないでテストしたところ、タンク内の上部サンプルを用いた場合の剥離強度は、実施例に示すような標準品と同程度であったが、タンクの下部サンプルを用いた場合の剥離強度は標準品よりも５〜１０％程度ダウンし、撹拌時間の延長を余儀なくされた。

２ タンク
４ 外方駆動軸
５ 内方駆動軸
６ 枠型翼
１０ 切込み平板大型翼
１１ 翼本体
１２ 切込みスリット
１５ 傾斜パドル型翼
１６ 補助傾斜パドル型翼

Claims (10)

1. 平板状の翼本体に上方に開口する切り込みスリットを設けタンクの中央で低速で回転する切込み平板大型翼と、該切込み平板大型翼の周囲を囲みタンクの側壁内面に沿って低速で回転する枠型翼と、上記切込み平板大型翼の上方に同芯に設けられ下方に向かう掻き下げ軸方向流を発生する傾斜パドル翼を具備し、上記枠型翼と切込み平板大型翼と傾斜パドル型翼によりタンク内で全体流を発生させるとともにタンク内に上部から下部に向かう軸方向流を生じさせるようにしたことを特徴とする低剪断型同芯２軸ミキサー
2. 上記ミキサーはリチウムイオン二次電池の電極層に使用される水系負極ペーストの製造に使用されものである請求項１に記載の低剪断型同芯２軸ミキサー。
3. 上記枠型翼の回転速度は、１．０〜２．０ｍ/ｓｅｃである請求項１又は２のいずれかに記載の低剪断型同芯２軸ミキサー。
4. 上記切込み平板大型翼の回転速度は１．０〜２．０ｍ/ｓｅｃである請求項１から３のいずれかに記載の低剪断型同芯２軸ミキサー。
5. 上記傾斜パドル型翼の傾斜角度は、３０°〜６０°である請求項１から４のいずれかに記載の低剪断型同芯２軸ミキサー。
6. タンク内に供給される処理材料の液面高さは、上記傾斜パドル型翼の上面よりの液面高さをｈ、傾斜パドル型翼の直径をｄ、係数をＸとしたとき、ｈ＝ｄ/Ｘの式において、Ｘ＝４〜６である請求項１から５のいずれかに記載の低剪断型同芯２軸ミキサー。
7. 上記枠型翼には、内方に向かって補助傾斜パドル型翼が設けられている請求項１から６のいずれかに記載の低剪断型同芯２軸ミキサー。
8. 上記補助傾斜パドル型翼の内方先端と切込み平板大型翼の駆動軸の外周面との間隙は、５〜１０ｍｍである請求項７に記載の低速剪断型同芯２軸ミキサー。
9. 上記切込み平板大型翼の外面と格子型翼の内面の間隙は、２０〜５０ｍｍである請求項１から８のいずれかに記載の低剪断型同芯２軸ミキサー。
10. 切込み平板大型翼の表面は、疎水性プラスチックで疎水性処理されている請求項１から９のいずれかに記載の低剪断型同芯２軸ミキサー。

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