JP2014227328A

JP2014227328A - 熱処理容器

Info

Publication number: JP2014227328A
Application number: JP2013110153A
Authority: JP
Inventors: 康太小池; Yasuta Koike; 友幸福田; Tomoyuki Fukuda; 寛二加藤; Kanji Kato; 孝広神谷; Takahiro Kamiya
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2014-12-08

Abstract

【課題】耐熱衝撃性に優れた熱処理容器を提供する。【解決手段】本発明の熱処理容器は、板状の底部と、底部の周縁部に全周にわたって形成された、立設した板状の壁部と、を備えた槽状の熱処理容器であって、全体の質量を１００％としたときに、５〜４０％のコーディエライト粉末と、５〜６５％のアルミナ粉末と、５〜６５％のムライト粉末と、からなる混合粉末を焼成して形成されていることを特徴とする。混合粉末はバインダーを含有する。【選択図】図１

Description

本発明は、被熱処理化合物が熱処理されるときに被熱処理化合物が配される熱処理容器に関する。

種々の化合物、特に無機系化合物が熱処理工程を経て製造されている。熱処理（加熱）は、通常、耐熱性の熱処理容器に被熱処理化合物（無機系化合物やその原料）を配した状態で行われる。熱処理容器は、被熱処理化合物の熱処理に繰り返し使用される。

熱処理容器は、被熱処理化合物と反応しないこと、耐熱衝撃性があること、伝熱特性に優れていることが求められている。そして、熱処理容器は、被熱処理化合物の熱処理に繰り返し使用されることから、耐熱衝撃性があることが特に求められている。

熱処理容器としては、たとえば特許文献１に、リチウムイオン電池の正極活物質製造用匣鉢が記載されている。特許文献１には、被熱処理化合物であるリチウムイオン電池の正極活物質の原料（リチウム含有化合物）に対する反応性及び耐熱衝撃性の観点から、スピネル，ムライト，コーディエライトを有するように選択された匣鉢が記載されている。

しかしながら、特許文献１に記載の匣鉢では、コーディエライトは熱膨張率の低下に寄与しており、コーディエライトの含有率が１５質量％未満であると、匣鉢の熱膨張率が高くなり、クラックが発生しやすくなるという問題があった。すなわち、繰り返しの使用による熱衝撃に対して十分な特性（耐熱衝撃性）が得られなかった。

特開２００９−２９２７０４号公報

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、耐熱衝撃性に優れた熱処理容器を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者等は熱処理容器の原料に用いられるセラミックス粉末の含有割合について検討を重ねた結果、コーディエライト粉末，アルミナ粉末及びムライト粉末をそれぞれ所定の割合で含有する組成とすることで上記課題を解決できることを見出し、本発明をなすに至った。

本発明の熱処理容器は、板状の底部と、底部の周縁部に全周にわたって形成された、立設した板状の壁部と、を備えた槽状の熱処理容器であって、全体の質量を１００％としたときに、５〜４０％のコーディエライト粉末と、５〜６５％のアルミナ粉末と、５〜６５％のムライト粉末と、からなる混合粉末を焼成して形成されていることを特徴とする。

本発明の熱処理容器は、コーディエライト粉末，アルミナ粉末及びムライト粉末をそれぞれ所定の割合で含有してなる混合粉末の成形体を焼成してなるものであり、コーディエライトを含有してなる熱処理容器であることから、高い耐熱衝撃性を発揮する熱処理容器となっている。

本発明の熱処理容器は、従来の熱処理容器よりも５〜４０％と低いコーディエライトの含有割合であっても耐熱衝撃性に優れた熱処理容器となっている。また、コーディエライト粉末を用いていながら、リチウム化合物のような反応性の高い原料に用いても、被熱処理化合物の汚染を押さえることができる。

実施例の匣鉢を示した図である。実施例の匣鉢を示した上面図である。実施例の匣鉢の構造を模式的に示した断面図である。

本発明の熱処理容器は、板状の底部と、底部の周縁部に全周にわたって形成された、立設した板状の壁部と、を備えている。底部と、底部の周縁部に立設下壁部とを有することで、槽状の熱処理容器となる。本発明の熱処理容器においては、底部と壁部は一体に形成されていることが好ましい。

そして、本発明の熱処理容器は、コーディエライト粉末，アルミナ粉末及びムライト粉末の混合粉末の成形体を焼成してなる。これらのセラミックス粉末の混合粉末から製造されることで、本発明の熱処理容器が多孔質セラミックスにより形成されることとなり、耐熱衝撃性を有するようになる。

また、本発明の熱処理容器を形成するセラミックスのうち、コーディエライト粉末は、耐熱衝撃性を高める効果を発揮する。すなわち、本発明の熱処理容器は、コーディエライト粉末を含有することで、高い耐熱衝撃性を発揮する。

また、アルミナ粉末及びムライト粉末は、熱処理容器を用いて熱処理される被熱処理化合物（たとえば、リチウムイオン電池の正極活物質）に対する反応性が低く、熱処理容器を用いて被熱処理化合物を熱処理しても、被熱処理化合物が熱処理容器と反応を生じることが抑えられる。

本発明の熱処理容器は、混合粉末の質量を１００％としたときに、５〜４０％のコーディエライト粉末と、５〜６５％のアルミナ粉末と、５〜６５％のムライト粉末と、からなる混合粉末から形成される。

本発明の熱処理容器は、混合粉末にコーディエライト粉末を５〜４０％で含有させることで、高い耐熱衝撃性を得られる。コーディエライト粉末の含有割合が５％未満となると、コーディエライト粉末の含有の効果を十分に発揮できなくなり、４０％を超えると、熱処理容器による被熱処理化合物（特に、リチウムイオン電池の正極活物質等のリチウムを含有する化合物）の汚染が生じやすくなる。好ましいコーディエライト粉末の割合は１０〜４０％であり、より好ましい割合は２０〜３０％である。

本発明の熱処理容器は、混合粉末にアルミナ粉末を５〜６５％で含有させることで、被熱処理化合物に対する高い耐反応性を得られる。アルミナ粉末の含有割合が５％未満となると、アルミナ粉末の含有の効果を十分に発揮できなくなり、６５％を超えると、耐熱衝撃性が低下する。好ましいアルミナ粉末の割合は１０〜３０％であり、より好ましい割合は１０〜２０％である。

本発明の熱処理容器は、混合粉末にムライト粉末を５〜６５％で含有させることで、高い耐熱衝撃性を得られる。ムライト粉末の含有割合が５％未満となると、ムライト粉末の含有の効果を十分に発揮できなくなり、６５％を超えると、耐熱衝撃性が低下する。好ましいムライト粉末の割合は３０〜６０％であり、より好ましい割合は３０〜５０％である。

混合粉末は、従来公知の添加剤を含有していることが好ましい。この添加剤としては、熱処理容器の特性に変化を生じさせない従来の熱処理容器に用いられている添加剤をあげることができる。添加剤としては、たとえば、成形体を焼成するときに消失する化合物や、バインダをあげることができる。

すなわち、本発明の熱処理容器において、混合粉末は、バインダを含有することが好ましい。混合粉末がバインダを含有することで、熱処理容器の成形体の成形性が向上し、熱処理容器の製造時のコストの上昇を抑えることができる。

本発明の熱処理容器は、リチウム含有化合物の熱処理時に用いられる熱処理容器であることが好ましく、リチウムイオン二次電池の正極活物質の熱処理（製造）に用いられる熱処理容器であることがより好ましい。このとき、本発明の熱処理容器で熱処理される被熱処理化合物は、粉末状，成形された成形体、のいずれの形態で熱処理容器に配されていてもよい。

本発明の熱処理容器は、被熱処理化合物を配する（保持する）ことができる槽状の形状であれば、その形状が特に限定されるものではない。たとえば、上方又は側方が開口した槽状（筒状）の形状，槽状（筒状）の開口を蓋部材で覆う閉鎖形状（いわゆる、匣鉢），等の形状をあげることができる。

以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。
本発明の実施例として、槽状のリチウム含有化合物用熱処理容器（匣鉢）を製造した。

（実施例）
アルミナ粉末，ムライト粉末，コーディエライト粉末，粘土を含むその他の成分の粉末を準備した。そして、表１に示した質量部で秤量し、混合した。

混合粉末を成形型のキャビティに投入して、２５ＭＰａの圧力で加圧して槽状に成形し、室温で２４時間保持して乾燥した。
その後、大気雰囲気で１３５０℃で５時間保持して焼結させた（焼成した）。
焼成後、放冷して槽状の試料１〜５の匣鉢が製造された。

製造された試料１〜５の匣鉢１は、図１〜図２に示したように、外形が略正方形の平板状の底部２と、底部２の周縁部に全周にわたって形成された、立設した板状の壁部３と、を有する。また、試料１〜５の匣鉢は、いずれも同じ形状である。
底部２は、一辺が３３０ｍｍで、厚さ１４ｍｍの平板状を有している。

壁部３は、底部２と同様に、厚さがおよそ１２ｍｍの板が略環状をなすように形成されている。壁部３は、環状の軸方向（壁部３の立設方向，槽状の深さ方向）に垂直な断面による開口部が、角部がＲ形状をなすように形成された略正方形状をなすように形成されている。

壁部３は、図３の断面図で示したように、槽状の開口部での壁厚が最も薄く１２ｍｍとなる先細の形状をなしている。また、壁部３は、外表面が略垂直に広がり、内表面が傾斜して形成されている。なお、図３は、図２中のＩ−Ｉ断面における断面図である。

試料１〜５の匣鉢は、底部２及び壁部３が均一な構造で形成され、気孔率が試料１；３０．５％，試料２；２９．４％，試料３；２８．９％，試料４；２８．７％，試料５；２６．８％であった。

（評価）
実施例及び比較例の匣鉢の評価として、以下の耐熱衝撃試験を施した。
耐熱衝撃試験は、略同一形状の実施例及び比較例の匣鉢を加熱し、亀裂が発生するまでの時間を測定することで行い、測定結果を表２に示した。

具体的には、実施例及び比較例の匣鉢に、バーナを用いてプロパンと酸素の混合気を燃焼させた炎を吹き付けていて加熱（強熱）した。この加熱を１分行った後に放冷することを繰り返した。

表２に示したように、試料１〜４の匣鉢は最初の加熱開始から２７秒以上の長時間が経過した後にそれぞれ亀裂が発生したが、試料５の匣鉢は加熱開始から８秒と加熱開始後直ぐに亀裂が発生した。すなわち、コーディエライト粉末，アルミナ粉末及びムライト粉末のそれぞれを所定の割合で含有する試料１〜４の匣鉢は、コーディエライトを含有しない試料５の匣鉢と比較して、耐熱衝撃性に優れていることが確認できた。
その上で、試料１〜４の匣鉢の比較から、コーディエライト粉末の割合が高くなるほど、耐熱衝撃性に優れたものとなっていることが確認できた。

上記のように、コーディエライト粉末，アルミナ粉末及びムライト粉末のそれぞれを所定の割合で含有することで、耐熱衝撃性に優れた匣鉢（熱処理容器）となることが確認できた。

１：匣鉢
２：底部
３：壁部

Claims

板状の底部と、
該底部の周縁部に全周にわたって形成された、立設した板状の壁部と、
を備えた槽状の熱処理容器であって、
全体の質量を１００％としたときに、５〜４０％のコーディエライト粉末と、５〜６５％のアルミナ粉末と、５〜６５％のムライト粉末と、からなる混合粉末を焼成して形成されていることを特徴とする熱処理容器。
前記混合粉末は、バインダを含有する請求項１記載の熱処理容器。