JP2018133191A - 混練方法及び混練機 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない原材料を容器の内部で撹拌して混練することができる混練方法及び混練機を提供する。【解決手段】容器２０内に収容された、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料Ｒを、容器２０内の一定の高さに位置する羽根５０で撹拌することによって混練する際に、容器２０内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部に、泡を混入して嵩を大きくした状態で羽根５０で撹拌する。【選択図】図１

Description

本発明は、混練方法及び混練機に係り、詳しくは蓄電装置の電極用活物質合剤を製造するための混練方法及び混練機に関する。

リチウムイオン電池等の蓄電装置における電極として金属箔の表面に活物質を含む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ものが使用される。この電極は、間にセパレータを介在させた状態で電極組立体としてケースに収容されている。スラリー状の電極用活物質合剤は、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料を混練することにより得られる。特許文献１等においてバッチ式の混練機が開示されており、バッチ式の混練機においては混練機の容器内で１回分の原材料を投入して撹拌により混練する。

特開２０１５−７７６９８号公報

ところで、混練では、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、容器１００内において底面から所定高さ位置に羽根１０１が設置されており、容器１００に原材料Ｒを足しながら混練していく。そのため、混練量が徐々に増加していくときにおいて図５（ａ）に示す初期は原材料Ｒが少なく攪拌羽根１０１に当たらないので混練できない。また、小さい容器を有する混練機を別途設けて混練する必要がある。

本発明の目的は、少ない原材料を容器の内部で撹拌して混練することができる混練方法及び混練機を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、容器内に収容された、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料を、容器内の一定の高さに位置する羽根で撹拌することによって混練する際に、容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部に、泡を混入して嵩を大きくした状態で前記羽根で撹拌することを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部に、泡を混入して嵩が大きくされる。この状態で、容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部が、容器内の一定の高さに位置する羽根で撹拌される。よって、少ない原材料を容器の内部で撹拌して混練することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の混練方法において、整泡剤を含ませた、原材料のうちの少なくとも一部に、泡を混入して嵩を大きくした状態で前記羽根で撹拌するとよい。

請求項３に記載の発明では、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料を混練するための混練機であって、前記原材料の少なくとも一部を収容する容器と、前記容器内に収容された、前記原材料の少なくとも一部に、泡を混入させるための泡発生器と、前記容器内で回転するシャフトと、前記容器内の一定の高さにおいて前記シャフトに固定され、前記シャフトの回転に伴って回転して、前記泡が混入されて嵩が大きくなった状態の、容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部を、撹拌する羽根と、を備えたことを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、泡発生器による泡が容器内に収容された、原材料の少なくとも一部に、混入される。シャフトの回転に伴って、容器内の一定の高さの羽根が回転して、泡が混入されて嵩が大きくなった状態の、容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部が、撹拌される。よって、少ない原材料を容器の内部で撹拌して混練することができる。

請求項４に記載のように、請求項３に記載の混練機において、前記泡発生器は、整泡剤を含ませた、原材料の少なくとも一部に、泡を混入させるためのものであるとよい。

本発明によれば、少ない原材料を容器の内部で撹拌して混練することができる。

（ａ）は実施形態における混練機の概略平面図、（ｂ）は混練機の正面での概略断面図。 （ａ），（ｂ）は混練機の概略斜視図。 別例の混練機の概略平面図。 別例の混練機の概略平面図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は課題を説明するための混練機の概略斜視図。

以下、本発明を、リチウムイオン電池の電極用活物質合剤を製造するための混練機に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、混練機１０は、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料Ｒを混練するためのものである。混練機１０は、容器２０と、泡発生器３０と、シャフト４０と、羽根（撹拌羽根）５０を備えている。

容器２０は、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含み、必要に応じて助剤等を含む原材料Ｒを収容する。広義には、容器２０は、活物質及びバインダ及び溶媒の少なくとも一つといった、原材料の少なくとも一部を収容する。容器２０は、円筒容器（円筒状のタンク）であって、立設した状態で配置される。容器２０は、有底円筒状をなしている。活物質粉末を容器２０内に供給することができるとともに液体であるバインダ及び溶媒を容器２０内に供給することができるようになっている。

シャフト４０は、容器２０の開口部を貫通する状態で配置され、容器２０の外部から容器２０の内部に鉛直方向に延びている。シャフト４０は、容器２０内で回転する。具体的には、容器２０の外部に設けたモータＭにより回転する。

羽根５０は、複数設けられている。各羽根５０は、容器２０内においてシャフト４０の下部、即ち、容器２０の底面から一定の高さ位置に固定されている。羽根５０は、シャフト４０から水平方向に容器２０の外径側に向かって放射状に延び、容器２０の内壁面に接近する位置から上方に延びている（屈曲している）。羽根５０は、シャフト４０の回転に伴って回転して原材料Ｒを撹拌する。広義には羽根５０はシャフト４０の回転に伴って回転して、活物質及びバインダ及び溶媒の少なくとも一つといった、原材料の少なくとも一部を撹拌する。即ち、羽根５０は、容器２０内の一定の高さにおいてシャフト４０に固定され、シャフト４０の回転に伴って回転して、泡が混入されて嵩が大きくなった状態の容器２０内に収容された原材料（広義には活物質及びバインダ及び溶媒の少なくとも一つといった、原材料のうちの少なくとも一部）を撹拌することができる。

泡発生器３０は、容器２０内に収容された原材料（広義には活物質及びバインダ及び溶媒の少なくとも一つといった、原材料の少なくとも一部）にミリオーダー以上（直径が１ｍｍ以上）の泡Ｂ（図２（ｂ）参照）を混入させるためのものである。詳しくは、泡発生器３０は、容器２０の外部に配置される空気圧送器（例えば空気コンプレッサ）３１と、容器２０の内部に配置される泡送出パイプ３２を備えている。容器２０の底面には泡送出パイプ３２が設置されている。容器２０の底面は平面視において円形をなし、泡送出パイプ３２は容器２０の底面の中心から外周に向かって渦状に延びている。泡送出パイプ３２の外径側端部は空気圧送器３１の空気吐出口に接続されている。泡送出パイプ３２の内径側端部は閉じられている（封止されている）。泡送出パイプ３２に多数の泡放出用の小さな孔（貫通孔）３２ａが設けられている。そして、空気圧送器３１から送られた空気が泡送出パイプ３２の泡放出用の小さな孔３２ａから泡となって原材料Ｒに混入されるようになっている。

泡発生器３０は、整泡剤を含ませた原材料（広義には活物質及びバインダ及び溶媒の少なくとも一つといった、原材料の少なくとも一部）に泡を混入させるためのものである。つまり、整泡剤を含ませた原材料（広義には活物質及びバインダ及び溶媒の少なくとも一つといった、原材料のうちの少なくとも一部）に泡を混入して嵩を大きくした状態で羽根５０で撹拌するようになっている。表面張力を向上させる整泡剤として、例えば、ジメチルポリシロキサン、ジメチルケトン、シクロペンタン等を挙げることができる。他にも、ＨＦＣ化合物などを挙げることができる。

次に、作用について説明する。
活物質粉末、液体原料であるバインダ及び溶媒が、追加されながら、容器２０内に投入される。

原材料Ｒの追加に伴って撹拌が行われ、この処理においては、モータＭを駆動する。これにより容器２０内の原材料Ｒを羽根５０で撹拌して練る。
撹拌処理において、羽根５０が回転して原材料Ｒが撹拌される。容器２０内の混練後のスラリー状活物質合剤は、次の塗布工程において金属箔の表面に塗布される。そして、乾燥等の工程を経て電極にされる。その後、電極は、間にセパレータを介在させた状態で電極組立体としてケースに収容される。

以下、羽根５０の回転による原材料Ｒの撹拌について詳しく説明する。
容器（タンク）２０に原材料Ｒを投入して容器２０内に原材料Ｒを収容する。そして、シャフト４０を回転させる。これにより、容器２０内に収容された原材料Ｒが羽根５０で撹拌される。

このように、容器２０内に収容された原材料Ｒを容器２０内の一定の高さに位置する羽根５０で撹拌することによって混練する。この際、図２（ａ）に示す容器２０内に収容された原材料Ｒに対し、泡発生器３０の空気圧送器３１から空気を送り、泡送出パイプ３２の孔３２ａから図２（ｂ）に示すように泡Ｂを混入して嵩を大きくした状態で羽根５０で撹拌する。

図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように混練する場合においては、容器１００内において底面から所定高さ位置に羽根１０１が設置されており、容器１００に原材料Ｒを足しながら混練していく。そのため、混練量が徐々に増加していくときにおいて図５（ａ）に示す初期は原材料Ｒが少なく攪拌羽根１０１に当たらないので混練できない。また、小さい容器を有する混練機を別途設けて混練する必要がある。しかし、小さい容器を有する混練機を別途設けると、混練機が更に何台も増えてしまい設備投資額の増加や設置スペースの拡大を招いてしまう。さらには、原材料を混練機間で移動するとき付着等で組成がばらついてしまう。

これに対し、本実施形態では、泡発生器３０にて原材料Ｒ中に泡を混入して嵩を増やすことにより、少ない原材料を容器２０の内部で撹拌することができ、混練機を増やすことなく混練でき、設備額低減及び省スペースが図られ、更に、無駄な原料移動がないため組成も安定し品質向上が図られる。詳しく説明すると、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明した場合のように小さい容器を有する混練機を別途設けることなく混練機の台数が増えることを回避できる。これにより、混練機のコンパクト化が図られるとともに設備投資額の増加や設置スペースの拡大が抑制できる。さらに、原材料を混練機間で移動する必要がなく付着等で組成がばらつくこともない。また、泡の弾けるのも混練に作用するため、混練を促進させることができる。即ち、キャビテーション効果により混練を促進させることになる。このように、泡発生器３０による原材料の体積の増加を図るとともに、泡の生成／消滅による混練作用の促進効果も生じる。

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）混練方法として、容器２０内に収容された、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料Ｒを、容器２０内の一定の高さに位置する羽根５０で撹拌することによって混練する際に、容器２０内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部に、泡Ｂを混入して嵩を大きくした状態で羽根５０で撹拌する。よって、少ない原材料を容器２０の内部で撹拌して混練することができる。

（２）混練方法において、整泡剤を含ませた、原材料のうちの少なくとも一部に、泡を混入して嵩を大きくした状態で羽根５０で撹拌するので、泡を消しにくくして嵩を大きくした状態を保持しやすい。

（３）少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料Ｒを混練するための混練機１０の構成として、原材料の少なくとも一部を収容する容器２０と、容器２０内に収容された、原材料の少なくとも一部に、泡を混入させるための泡発生器３０と、容器２０内で回転するシャフト４０を備える。さらに、容器２０内の一定の高さにおいてシャフト４０に固定され、シャフト４０の回転に伴って回転して、泡が混入されて嵩が大きくなった状態の、容器２０内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部を、撹拌する羽根５０を備える。よって、少ない原材料を容器２０の内部で撹拌して混練することができる。

（４）泡発生器３０は、整泡剤を含ませた、原材料の少なくとも一部に、泡を混入させるためのものであるので、泡を消しにくくして嵩を大きくした状態を保持しやすい。
（５）泡発生器３０の構成として、空気を吹き込んで空気の泡を混入するので、安価である。

（６）泡はミリオーダー以上（直径が１ｍｍ以上）であり、嵩を大きくする上で好ましい。即ち、直径が１ｍｍ未満の泡を用いる場合には嵩を大きくしにくいが、直径が１ｍｍ以上の泡を用いることにより容易に嵩を大きくすることができる。

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。
○ 容器２０の内部に配置される泡送出パイプ３２は容器２０の底面の中心から外周に向かって渦状に延びていたが、他にも次のようにしてもよい。

図３に示すように、泡送出パイプ３３は容器２０の底面において容器２０の外壁に沿うように円形に延びていてもよい。泡送出パイプ３３の一端部から空気が送られてくる。泡送出パイプ３３の他端部は閉じられている。泡送出パイプ３３に多数の泡放出用の小さな孔（貫通孔）３３ａが設けられている。そして、送られてきた空気が孔３３ａから泡となって混入される。

他にも、図４に示すように、泡送出パイプ３４は容器２０の底面において容器２０の底面の中心から容器２０の外壁に向かって放射状に延びていてもよい。放射状に延びる泡送出パイプ３４の先端部は閉じられている。泡送出パイプ３４に多数の泡放出用の小さな孔（貫通孔）３４ａが設けられている。そして、送られてきた空気が、放射状に延びる泡送出パイプ３４の孔３４ａから泡となって混入される。

○ 空気圧送器３１から送られた空気を泡送出パイプ３２から泡として原材料Ｒに混入したが、他にも、例えば、空気圧送器３１から送られた空気を多孔質材料から泡として原材料に混入してもよい。

○ 泡発生器３０は、空気を吹き込んで空気の泡を混入したが、これに限らない。
例えば、ＣＯ２、Ｎ２などの不活性ガスを吹き込んで不活性ガスの泡を混入してもよい。この場合には不要な反応を抑制することができる。

他にも、原材料の溶媒として有機溶剤を用いた場合において有機溶剤の気化したガスを吹き込んで当該ガスの泡を混入してもよい。例えば、溶媒としてＮＭＰを用いた場合においてＮＭＰのガスを吹き込んでＮＭＰガスの泡を混入する。このように溶媒成分ガスを吹き込んでそのガスの泡を混入することにより混練時における原材料中の溶媒の減少を抑えることができる。

○ リチウムイオン電池以外の蓄電装置における電極用活物質合剤を製造するための混練機に適用してもよい。

１０…混練機、２０…容器、３０…泡発生器、４０…シャフト、５０…羽根、Ｒ…原材料。

Claims (4)

1. 容器内に収容された、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料を、容器内の一定の高さに位置する羽根で撹拌することによって混練する際に、容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部に、泡を混入して嵩を大きくした状態で前記羽根で撹拌することを特徴とする混練方法。
2. 整泡剤を含ませた、原材料のうちの少なくとも一部に、泡を混入して嵩を大きくした状態で前記羽根で撹拌することを特徴とする請求項１に記載の混練方法。
3. 少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料を混練するための混練機であって、
   前記原材料の少なくとも一部を収容する容器と、
   前記容器内に収容された、前記原材料の少なくとも一部に、泡を混入させるための泡発生器と、
   前記容器内で回転するシャフトと、
   前記容器内の一定の高さにおいて前記シャフトに固定され、前記シャフトの回転に伴って回転して、前記泡が混入されて嵩が大きくなった状態の、容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部を、撹拌する羽根と、
   を備えたことを特徴とする混練機。
4. 前記泡発生器は、整泡剤を含ませた、原材料の少なくとも一部に、泡を混入させるためのものであることを特徴とする請求項３に記載の混練機。
   

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