JP2018067398A - 活物質粉末の供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】活物質粉末の供給を停止することなくフィルタのメンテナンスを行い、かつ、メンテナンス時の活物質粉末の凝集を抑制することができる活物質粉末の供給装置を提供する。【解決手段】ホッパー２０と接続され、互いに並列な複数本の副供給ライン４０〜４４と、複数本の副供給ライン４０〜４４と接続された円筒容器５０と、円筒容器５０の内部に配置され、円筒容器５０の長さ方向の中心軸と同軸上を回転して活物質粉末Ｐを送り出す螺旋型スクリュー部材６０と、円筒容器５０と混練機３０とを接続した主供給ライン７０と、複数本の副供給ライン４０〜４４にそれぞれ設けられたフィルタ８０〜８４と、活物質粉末Ｐを通す副供給ラインを選択する開閉弁４５ａ，４５ｂと、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ホッパーから混練機へ活物質粉末を供給するための活物質粉末の供給装置に関するものである。

二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）などの車両に搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などがよく知られている。これらの二次電池では、金属箔の表面に活物質を含むペースト状又はスラリー状の活物質合剤を塗布して活物質層を形成した電極を、間にセパレータを介在させた状態で積層又は捲回するなどして電極組立体を形成するとともに、該電極組立体をケースに収容している。

スラリー状の電極用活物質合剤は、活物質粉末、バインダ、溶媒等を混練機で混練したものが使用される。混練機として連続混練機が使用される（例えば特許文献１等）。混練機への活物質粉末はホッパーから供給される。

特開２０１５−２９９７５号公報

ホッパーから混練機に至る活物質粉末の通路に活物質粉末を押し込むとともに通路にフィルタを備える構成とした場合において、フィルタの目詰まりを未然に防ぐためにフィルタの洗浄や交換といったメンテナンスを行う際には、混練機への活物質粉末の供給を停止しなければならない。また、メンテナンス時には活物質粉末が凝集しやすくなる。

本発明の目的は、活物質粉末の供給を停止することなくフィルタのメンテナンスを行い、かつ、メンテナンス時の活物質粉末の凝集を抑制することができる活物質粉末の供給装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、ホッパーから混練機へ活物質粉末を供給するための活物質粉末の供給装置であって、前記ホッパーと接続され、互いに並列な複数本の副供給ラインと、前記複数本の副供給ラインと接続された円筒容器と、前記円筒容器の内部に配置され、前記円筒容器の長さ方向の中心軸と同軸上を回転して活物質粉末を送り出す螺旋型スクリュー部材と、前記円筒容器と前記混練機とを接続した主供給ラインと、前記複数本の副供給ラインにそれぞれ設けられたフィルタと、活物質粉末を通す副供給ラインを選択する選択手段と、を備えていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、ホッパーは、フィルタが設けられた並列な複数本の副供給ライン、内部に螺旋型スクリュー部材が配置された円筒容器、主供給ラインを介して混練機と接続されており、選択手段により、活物質粉末を通す副供給ラインが選択される。よって、メンテナンスを行おうとする副供給ライン以外の副供給ラインにおいて活物質粉末を通すことにより活物質粉末を連続的に混練機に供給することができる。また、メンテナンス対象の副供給ラインにおけるフィルタについて交換等を行うことができる。また、円筒容器の内部において螺旋型スクリュー部材により活物質粉末が搬送されながら凝集するのが抑制され、粒度分布が偏析することを防止することができる。即ち、均質な粒径にすることができる。このようにして活物質粉末の供給を停止することなくフィルタのメンテナンスを行い、かつ、メンテナンス時の活物質粉末の凝集を抑制することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の活物質粉末の供給装置において、前記複数本の副供給ラインは３本以上であるとよい。
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の活物質粉末の供給装置において、前記複数本の副供給ラインは前記円筒容器における活物質粉末の搬送方向での前記円筒容器の全長の２／３より上流側に接続されているとよい。こうすると、活物質粉末をより凝集しにくくすることができる。

請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の活物質粉末の供給装置において、前記混練機は連続混練機であるとよい。

本発明によれば、活物質粉末の供給を停止することなくフィルタのメンテナンスを行い、かつ、メンテナンス時の活物質粉末の凝集を抑制することができる。

実施形態における活物質粉末の供給装置を模式的に示す図。 活物質粉末の供給装置の一部を拡大して模式的に示す図。 活物質粉末の供給装置の作用を模式的に示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、活物質粉末の供給装置１０は、ホッパー２０から混練機３０へ活物質粉末Ｐを供給するための装置である。活物質粉末Ｐは活物質の粉末のみから成っていてもよいし、活物質の粉末の他に導電助剤の粉末等を合わせて含むものであってもよい。活物質粉末の供給装置１０は、複数本（本実施形態では５本）の副供給ライン４０，４１，４２，４３，４４と、水平に配置した円筒容器５０と、螺旋型スクリュー部材６０と、１本の主供給ライン７０と、フィルタ８０，８１，８２，８３，８４と、選択手段としての開閉弁４５ａ，４５ｂと、を備えている。混練機３０は連続混練機である。

ホッパー２０には供給ライン２１が接続され、供給ライン２１には押込装置２２が設けられている。押込装置２２はポンプ等により構成されている。ホッパー２０内の活物質粉末Ｐは、押込装置２２によって混練機３０側へと圧送される。

５本の副供給ライン４０，４１，４２，４３，４４の一端部は、供給ライン２１における押込装置２２より下流側に接続されている。よって、５本の副供給ライン４０，４１，４２，４３，４４は、供給ライン２１を介してホッパー２０と接続されている。

各副供給ライン４０，４１，４２，４３，４４の他端には混合ライン２３が接続されている。５本の副供給ライン４０，４１，４２，４３，４４は互いに並列であり、押込装置２２によって供給ライン２１に圧送された活物質粉末Ｐは、各副供給ライン４０，４１，４２，４３，４４に供給される。

５本の副供給ライン４０，４１，４２，４３，４４の流路断面積は、１本の副供給ラインが閉鎖された場合に、残りの４本の副供給ラインを通る活物質粉末Ｐの総量が、予め設定された混練機３０への供給量を下回らないように設定されている。

副供給ライン４０にはフィルタ８０が設置されている。副供給ライン４１にはフィルタ８１が設置されている。副供給ライン４２にはフィルタ８２が設置されている。副供給ライン４３にはフィルタ８３が設置されている。副供給ライン４４にはフィルタ８４が設置されている。

各フィルタ８０，８１，８２，８３，８４は、活物質粉末Ｐに含まれる凝集塊や粒径の大きい粗粒といった不要物を捕捉可能である。また、各フィルタ８０，８１，８２，８３，８４は各副供給ライン４０，４１，４２，４３，４４に対し着脱可能であり、定期的に洗浄又は交換といったメンテナンスが行われる。

各副供給ライン４０，４１，４２，４３，４４におけるフィルタ８０，８１，８２，８３，８４より上流側及び下流側には開閉弁４５ａ，４５ｂが、副供給ライン４０，４１，４２，４３，４４毎に設けられている。選択手段としての開閉弁４５ａ，４５ｂは、活物質粉末Ｐを通す副供給ラインを選択するためのものである。つまり、開閉弁４５ａ，４５ｂを開けることにより当該開閉弁４５ａ，４５ｂが装着されている副供給ラインに活物質粉末Ｐを通すことができる。

また、各副供給ライン４０，４１，４２，４３，４４におけるフィルタ８０，８１，８２，８３，８４より上流側及び下流側には圧力センサ４６ａ，４６ｂがそれぞれ設けられている。上流側及び下流側の開閉弁４５ａ，４５ｂが開状態では副供給ライン４０，４１，４２，４３，４４が開放されて活物質粉末Ｐが通過可能となり、上流側及び下流側の開閉弁４５ａ，４５ｂのいずれか一方が閉状態では副供給ライン４０，４１，４２，４３，４４が閉鎖されて活物質粉末Ｐが通ることができなくなる。

混合ライン２３には複数本の円筒容器供給ライン２４の一端が接続されている。各円筒容器供給ライン２４の他端には円筒容器５０が接続されている。よって、円筒容器５０は、混合ライン２３及び円筒容器供給ライン２４を介して５本の副供給ライン４０〜４４と接続されている。各副供給ライン４０〜４４から混合ライン２３に供給された活物質粉末Ｐは、各円筒容器供給ライン２４を介して円筒容器５０に供給され、活物質粉末Ｐは円筒容器５０で集約されるとともに、円筒容器５０で一旦貯留される。

図２に示すように、円筒容器５０の内部に螺旋型スクリュー部材６０が配置されている。螺旋型スクリュー部材６０は、シャフト６１と、螺旋状の羽根６２を備える。シャフト６１は、円筒容器５０の長さ方向の中心軸上において円筒容器５０の軸方向に延びている。シャフト６１は回転可能に支持されている。シャフト６１には螺旋状の羽根６２が固定されている。そして、モータ６３によるシャフト６１の回転に伴い羽根６２が回転する。螺旋型スクリュー部材６０は、円筒容器５０の長さ方向の中心軸と同軸上を回転して活物質粉末Ｐを軸方向に送り出す。このとき、剪断力が働き、活物質粉末Ｐの凝集が抑制される（活物質粉末Ｐが凝集していても分散させることができる）。

複数本の副供給ライン４０〜４４は、円筒容器供給ライン２４を介して円筒容器５０における活物質粉末Ｐの搬送方向での上流側に接続されている。詳しくは、活物質粉末Ｐの搬送方向（シャフト６１の正回転による活物質粉末Ｐの搬送方向）での円筒容器５０の全長の２／３より上流側に接続されている。

円筒容器５０には長手方向両端部に異物抜き５１が備えられている。異物抜き５１は、メンテナンス用である。円筒容器５０における長手方向の両端部は活物質粉末Ｐの流れが滞留しやすい部位であり、長時間の使用に伴い活物質粉末Ｐの粒の大きなものが溜まりやすい。異物抜き５１は、円筒容器５０内から異物を抜いて詰まりを防止するためのものであり、異物抜き５１から異物を抜くことにより円筒容器５０内において活物質粉末Ｐが詰まるのが防止できる。円筒容器５０における活物質粉末Ｐの搬送方向での上流側に配置されている異物抜き５１から異物を抜く時にはシャフト６１を運転時の正回転に対し逆回転させて行う。

主供給ライン７０の一端部は円筒容器５０に接続されるとともに、主供給ライン７０の他端部は混練機３０に接続されている。よって、主供給ライン７０により円筒容器５０と混練機３０とが接続されている。主供給ライン７０は、円筒容器５０の端部に接続されている。つまり、シャフト６１の正回転による活物質粉末Ｐの搬送方向での円筒容器５０の下流側端部に接続されている。そして、円筒容器５０から主供給ライン７０に供給された活物質粉末Ｐが混練機３０に供給される。混練機３０は、活物質粉末Ｐ、バインダ、溶媒等を混練する。これにより、スラリー状となった活物質合剤が製造される。

混練機３０には塗工部１１が接続されており、スラリー状となった活物質合剤が塗工部１１に供給されて塗工部１１から活物質合剤が吐出され、搬送される帯状金属箔の片面に塗布される。金属箔の表面に塗布された活物質合剤が乾燥工程、切断工程等を経て活物質層が形成された電極となって、間にセパレータを介在させた状態で積層又は捲回するなどして電極組立体が形成されるとともに、該電極組立体がケースに収容されることになる。

次に、活物質粉末の供給装置１０の作用について説明する。
まず、図１の○印に示すように、５本の副供給ライン４０〜４４において、開閉弁４５ａ，４５ｂが全て開状態になっている。そして、ホッパー２０内の活物質粉末Ｐは、押込装置２２によって圧送される。活物質粉末Ｐは、供給ライン２１から各副供給ライン４０〜４４に分岐され、混合ライン２３及び円筒容器供給ライン２４を介して円筒容器５０に供給される。円筒容器５０では、活物質粉末Ｐが集約されるとともに、一旦貯留される。円筒容器５０の内部において螺旋型スクリュー部材６０により活物質粉末Ｐが軸方向に送り出される。

その後、活物質粉末Ｐは、円筒容器５０から主供給ライン７０を介して混練機３０に供給される。混練機３０において活物質粉末Ｐ、バインダ、溶媒等が混練されてスラリー状となった活物質合剤が塗工部１１に供給され、塗工部１１から活物質合剤が吐出され、搬送される帯状金属箔の片面に塗布される。

複数本の副供給ラインのそれぞれに設置したフィルタ８０〜８４により、ホッパー２０から円筒容器５０に至るまでの間に、活物質粉末Ｐから不要物が除去される。また、円筒容器５０の内部において螺旋型スクリュー部材６０により活物質粉末Ｐが搬送される。このとき、活物質粉末Ｐの凝集が防止される。

また、フィルタ８０〜８４の目詰まりを未然に防ぐため、フィルタ８０〜８４の定期的なメンテナンスが行われる。以下、図３に示すように、フィルタ８０のメンテナンスを行う場合について説明する。

１本の副供給ライン４０に設置されたフィルタ８０のメンテナンスを行う場合、そのメンテナンスを行うフィルタ８０の設置された副供給ライン４０を閉鎖する（×印）。まず、フィルタ８０より上流側の開閉弁４５ａを閉状態としつつ、下流側の開閉弁４５ｂを開状態とし、上流側の圧力センサ４６ａ及び下流側の圧力センサ４６ｂによってフィルタ８０より上流側及び下流側の圧力を監視する。そして、上流側及び下流側の圧力センサ４６ａ，４６ｂによって検出された圧力が、所定の圧力になったら、下流側の開閉弁４５ｂを閉状態とする。その後、副供給ライン４０からフィルタ８０を取り出し、洗浄又は新しいフィルタ８０に交換する。フィルタ８０の洗浄又は交換後、開閉弁４５ａ，４５ｂを開状態として、副供給ライン４０を開放する。

他のフィルタ８１〜８４をメンテナンスする場合についても同様に行う。
１本の副供給ライン（４０〜４４のいずれか）が閉鎖され、フィルタ８０〜８４のメンテナンスが行われている最中であっても、○印の付いた他の４本の副供給ラインでは活物質粉末Ｐが通り、円筒容器５０に活物質粉末Ｐが供給されている。つまり、複数本の副供給ラインのうちの１本を閉鎖しても、残りの副供給ラインでは活物質粉末Ｐが通り、円筒容器５０及び主供給ライン７０を介して混練機３０に活物質粉末Ｐが供給される。このため、１本の副供給ラインが閉鎖されても混練機３０による活物質粉末Ｐの混練を継続でき、生産性が低下しない。メンテナンス時において、閉鎖された副供給ラインのフィルタが洗浄や交換される。なお、フィルタの洗浄や交換に代わり、帯状のフィルタを用いて同フィルタを移動させて副供給ラインの外部において洗浄した後に移動させて副供給ラインに戻す方式を採用してもよいし、他にも、帯状のフィルタを移動させて副供給ラインの外部においてエアー吹きして残留物をフィルタ上から浮かしてから廃棄回収タンクに入れる方式を採用してもよい。

また、フィルタのメンテナンス時において、円筒容器５０の内部において螺旋型スクリュー部材６０により活物質粉末Ｐが搬送される際に、活物質粉末Ｐの凝集が抑制される。
また、円筒容器５０に設けられた異物抜き５１により、円筒容器５０内での詰まりが防止される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）活物質粉末の供給装置１０の構成として、ホッパー２０と接続され、互いに並列な複数本の副供給ライン４０〜４４と、複数本の副供給ライン４０〜４４と接続された円筒容器５０と、円筒容器５０の内部に配置され、円筒容器５０の長さ方向の中心軸と同軸上を回転して活物質粉末Ｐを送り出す螺旋型スクリュー部材６０を備えている。さらに、円筒容器５０と混練機３０とを接続した主供給ライン７０と、複数本の副供給ライン４０〜４４にそれぞれ設けられたフィルタ８０〜８４と、活物質粉末Ｐを通す副供給ラインを選択する選択手段としての開閉弁４５ａ，４５ｂを備えている。

よって、ホッパー２０は、フィルタ８０〜８４が設けられた並列な複数本の副供給ライン４０〜４４、内部に螺旋型スクリュー部材６０が配置された円筒容器５０、主供給ライン７０を介して混練機３０と接続されており、選択手段としての開閉弁４５ａ，４５ｂにより、活物質粉末Ｐを通す副供給ライン（４０，４１，４２，４３，４４）が選択される。よって、メンテナンスを行おうとする副供給ライン以外の副供給ラインにおいて活物質粉末Ｐを通すことにより活物質粉末Ｐを連続的に混練機３０に供給することができる。また、メンテナンス対象の副供給ラインにおけるフィルタについて交換等を行うことができる。また、円筒容器５０の内部において螺旋型スクリュー部材６０により活物質粉末Ｐが搬送されながら凝集するのが抑制され、粒度分布が偏析することを防止することができる。即ち、均質な粒径にすることができる。このようにして活物質粉末Ｐの供給を停止することなくフィルタのメンテナンスを行い、かつ、メンテナンス時の活物質粉末Ｐの凝集を抑制することができる。

（２）複数本の副供給ライン４０〜４４は３本以上であるので、例えば、１本の副供給ラインが閉鎖されても、残りの２本以上の副供給ラインにより、混練機３０に供給する活物質粉末Ｐの量を確保しやすい。例えば、副供給ラインが２本の場合と比べると、１本の副供給ラインが閉鎖されたときに通ることができる活物質粉末Ｐの量を増やし、混練機３０への活物質粉末Ｐの供給量が低下することを抑制できる。

（３）複数本の副供給ライン４０〜４４は円筒容器５０における活物質粉末Ｐの搬送方向での円筒容器５０の全長の２／３より上流側に接続されているので、より長い搬送経路において混ぜられて、螺旋型スクリュー部材６０における円筒容器５０の長さ方向の中心軸と同軸上を回転する剪断力により活物質粉末Ｐをより凝集しにくくすることができ、粒子の均質性を確保することができる。

（４）混練機３０は連続混練機である場合において特に有用となる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ 副供給ラインを１本だけ閉鎖し、残りの４本の副供給ラインで活物質粉末Ｐを通す形態に具体化したが、これに限らない。例えば、閉鎖する副供給ラインは２本であってもよい。要は、副供給ラインを閉鎖しても、残りの副供給ラインでホッパー２０からの粉末量を確保できれば、閉鎖する副供給ラインの本数は適宜変更してもよい。

○ 副供給ラインの本数は、２本、３本、４本、又は６本以上でもよい。
○ 主供給ラインの本数は、１本以外でもよい。
○ 混練機は連続混練機でなくてもよい。

○ 円筒容器５０の異物抜き５１はなくてもよい。

１０…供給装置、２０…ホッパー、３０…混練機、４０〜４４…副供給ライン、開閉弁４５ａ，４５ｂ…開閉弁、５０…円筒容器、６０…螺旋型スクリュー部材、７０…主供給ライン、８０〜８４…フィルタ、Ｐ…活物質粉末。

Claims (4)

1. ホッパーから混練機へ活物質粉末を供給するための活物質粉末の供給装置であって、
   前記ホッパーと接続され、互いに並列な複数本の副供給ラインと、
   前記複数本の副供給ラインと接続された円筒容器と、
   前記円筒容器の内部に配置され、前記円筒容器の長さ方向の中心軸と同軸上を回転して活物質粉末を送り出す螺旋型スクリュー部材と、
   前記円筒容器と前記混練機とを接続した主供給ラインと、
   前記複数本の副供給ラインにそれぞれ設けられたフィルタと、
   活物質粉末を通す副供給ラインを選択する選択手段と、
   を備えていることを特徴とする活物質粉末の供給装置。
2. 前記複数本の副供給ラインは３本以上であることを特徴とする請求項１に記載の活物質粉末の供給装置。
3. 前記複数本の副供給ラインは前記円筒容器における活物質粉末の搬送方向での前記円筒容器の全長の２／３より上流側に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の活物質粉末の供給装置。
4. 前記混練機は連続混練機であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の活物質粉末の供給装置。
   

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