JP3796156B2

JP3796156B2 - 粉粒体連続処理装置

Info

Publication number: JP3796156B2
Application number: JP2001318514A
Authority: JP
Inventors: 彰橋本; 茂花岡; 真司有元
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-10-16
Filing date: 2001-10-16
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2021-10-16
Also published as: JP2003121078A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体又は粒体である被処理物を熱処理や乾燥処理等の工程に連続的に搬送して処理する粉粒体連続処理装置に関するもので、リチウムイオン二次電池の正極活物質として用いられるニッケル酸リチウム等の粉体を熱処理するのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
粉体又は粒体である被処理物を連続的に熱処理や乾燥処理するには、一般的にはベルトコンベア上に被処理物を敷きつめ、ベルトコンベアが処理装置内を通過するように搬送することにより、所要の処理がなされるものが広く用いられている。また、容器内に粉体又は粒体を収容し、その容器を連続して処理装置内を通過させることにより所要の処理がなされるようにした構成も知られている。しかし、被処理物が腐食性のものである場合に、前記ベルトコンベア等のコンベア方式の搬送手段は用いることはできない。また、前記容器もその材質が限定されることになる。このような腐食性の粉体又は粒体を高温処理する例として、リチウムイオン二次電池の正極活物質を熱合成する場合の従来技術を以下に示す。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は新しい電池系でありながらエネルギー密度が高いことなどの理由から携帯機器等の電源として利用が高まり、種々の電池の中で最も大きな市場を形成するまでに至っている。このリチウムイオン二次電池の正極活物質としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）等のリチウム複合金属酸化物が知られている。コバルト酸リチウムを正極活物質に用いたリチウムイオン二次電池は既に商品化がなされているが、コスト高になることや、資源が偏在しているため変動要因が多いことなどが問題になっている。資源が豊富で価格の安い金属を用いて正極活物質を形成することが望まれており、その候補としてニッケル酸リチウムが有望視されている。ニッケル酸リチウムはコバルト酸リチウムに比して低コストで、高容量が得られることが知られているが、ニッケル酸リチウムの合成はコバルト酸リチウムに比して難しい課題がある。
【０００４】
ニッケル酸リチウムを製造する方法として、例えば、特開平８−１８５８６１号公報には、リチウム化合物とニッケル化合物の混合物を６００〜９００℃の温度で一次焼成した後、粉砕し、これを酸素存在雰囲気中で一次焼成より低い温度で二次焼成する技術が開示されている。
【０００５】
このような粉体又は粒体の被焼成物を焼成するとき、被焼成物を焼成炉に搬送するために、被焼成物をリチウム耐蝕性を有するセラミックス製の箱型セッターに収容する方法が知られている。また、特開平９−２５９８８１号公報では、易分解性のリチウム化合物と易分解性のニッケル化合物とを混合して、これをニッケル製の容器に入れて焼成する方法が示されている。また、特開平１０−１５２３２７号公報では、ニッケル原料化合物とリチウム原料化合物とを含む原料化合物を焼成するとき、原料化合物が接触する焼成炉中の炉材または被焼成物を収容するステンレス鋼やニッケル製の容器の表面を銀で被覆する製造方法が開示されている。
【０００６】
また、特開２０００−２０３９４７号公報に開示されたリチウム複合金属酸化物の焼成装置は、図６に示すように、セラミックス製の管状のセッター１０１ａを搬送方向に並列配置し、その配列間に直径が小さい管状の小径セッター１０１ｂを載せた構成である。このセッター１０１ａ及び小径セッター１０１ｂの上に粉体又は粒体の被焼成物を載せ、これを搬送手段により焼成炉内を通過させることにより、被焼成物を連続的に焼成処理することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ニッケル酸リチウムを合成するための被焼成物を収容する容器はリチウム耐蝕性を有する必要があり、セラミックス製の箱型セッターの場合では、セラミックス材質として高純度アルミナやＺｒＯ_２入りアルミナ等が適したものとなる。しかし、緻密質セラミックス製の箱型セッターを用いた場合、金属に比べると熱衝撃に弱く、急激な温度変化を受けると、ひびや割れなどが発生する。そのため、セラミックス製の箱型セッターに被焼成物を収容して焼成を行うときには、焼成時の昇温速度や降温速度を低く抑える必要がある。また、多孔質セラミックス製の箱型セッターを用いた場合、熱衝撃性は緻密質のものより僅かに向上するが、機械的強度の減少や材質内部へのリチウムの浸透があり、実用性の低いものであった。
【０００８】
また、ニッケル酸リチウムの合成に酸素は不可欠であり、箱型セッターに嵩高く被焼成物を収容して焼成を行うと、箱型セッターの下部に収容された被焼成物には酸素の供給が不足し、均一な合成状態が得られない。従って、箱型セッターにその容積に見合った被焼成物を収容することができず、生産性が低下する問題があった。
【０００９】
また、ニッケル製の容器に被焼成物を収容して焼成を行う場合には、耐熱衝撃性の点では問題がないが、長時間にわたって酸素雰囲気下に曝されるとニッケル製容器の表面が酸化し、繰り返し使用によって表面から酸化ニッケルが剥離し、被焼成物に不純物として混入する問題があり、頻繁に容器を更新する必要があった。ステンレス鋼やニッケル等の表面を銀で被覆した容器に被焼成物を収容して焼成を行うと、酸化ニッケルの生成が生じないため不純物が混入する問題点は解決されるが、容器のコストが非常に高価なものとなり、生産コスト面からは実用的でない。
【００１０】
また、管状のセッター１０１ａ及び小径セッター１０１ｂを配列した構成は、熱効率がよく、加熱が均一になされ、連続処理により生産性が向上する効果はあるが、下段のセッター１０１ａと小径セッター１０１ｂとが接する接線の角度が垂直方向に近いため、セッター１０１ａ及び小径セッター１０１ｂに少しのガタつきが生じても上に載せられた粉体が下に零れる問題があった。
【００１１】
本発明が目的とするところは、上記従来の課題に鑑みて創案されたもので、粉体又は粒体の被処理物を焼成炉等に連続的に搬送して処理する粉粒体連続処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る粉粒体連続処理装置は、筒形に形成された多数のセッターがその軸芯方向を平行にして搬送方向に等間隔に配列された下段列セッターと、この下段列セッターの各セッター間に筒形に形成されたセッターがその軸芯を下段列のセッターの上端より上になるようにして載置された上段列セッターと、を備えたセッター群を処理装置内を通過する搬送路上に配列し、搬送路の始点付近からセッター群上に粉体又は粒体である被処理物を載せ、このセッター群を搬送手段により連続して処理装置に搬送し、処理装置内を通過させて被処理物を処理することを特徴とするものである。
【００１３】
上記構成によれば、多数のセッターを搬送方向に配列した下段列セッターの上に上段列セッターを載せたセッター群が搬送手段により搬送されるので、搬送路の始点付近からセッター群上に粉体又は粒体の被処理物を載せると、被処理物はセッター群の移動とともに搬送され、搬送路に設置された処理装置に連続的に搬入することができる。筒形のセッターを等間隔に配列した下段列セッターの上に上段列セッターを各セッターの軸芯が下段列セッターの上端より上になるように載せると、各セッターの軸芯が平行であることにより上下セッターが周面で接触し、粉体でも下に零れることがない。
【００１４】
上記構成において、搬送路の始点位置にセッターを配列してセッター群に整列させる整列手段と、搬送路の終点位置においてセッター群の整列状態を解除して載置された被処理物を取り出す回収手段とを設けて構成することにより、個々に単体であるセッターを搬送路上に循環させることができ、破損したセッターは随時取り換えることができる。
【００１５】
また、回収手段は、セッター群から少なくとも上段列セッターを移動及び回転させるセッター駆動手段を備えて構成することにより、セッター群上に載せられた非処理物を上段列セッターの移動及び回転により下段列セッターの配列間から下に落として回収することができる。
【００１６】
また、所定数の下段列セッターを保持する保持台を搬送方向に連続配置して構成することにより、保持台を搬送することによりセッター群の搬送ができ、セッターの移動が容易となる。
【００１７】
また、当該粉粒体連続処理装置を並列に設置し、搬送路の終点位置に搬送されたセッターを互いに他方装置の搬送路の始点位置に移送する移送手段を設けて構成することにより、並列に設置された粉粒体連続処理装置で処理を同時進行させると同時に、それらの間でセッターを循環させ、効率のよい処理が可能となる。
【００１８】
また、移送手段は、保持台単位でセッターを移送すると移送効率がよく、セッター群への組み立て等が容易となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２０】
本実施形態は、リチウムイオン二次電池の正極活物質の材料であるリチウム複合金属酸化物の焼成に用いた粉粒体連続処理装置について示すもので、図１に示すように、円筒形に形成されたセラミック製のセッター１をその軸芯方向を平行にして搬送方向に２段重ねに配列した上に被焼成物とする粉体を載せ、搬送手段により連続して焼成炉中に搬送し、被焼成物を焼成することを特徴とするものである。
【００２１】
図２は、本実施形態に係る粉粒体連続処理装置の構成を示すもので、２組の焼成装置１０、１１を上下平行に配設し、両装置で被焼成物の焼成処理を同時進行で行うと共に、両装置間で前記セッター１を循環させることができるように構成されている。各焼成装置１０、１１は、焼成炉１４と、その中にセッター群を連続的に送り込む搬送レ−ル１３を備え、搬送レール１３上には、図３に示すように、所定数のセッター１を搭載した保持台２が連続して配列されている。
【００２２】
保持台２には所定数のセッター１をその軸心方向を平行にして等間隔に保持するための凹部２ａが等間隔に且つ隣り合う保持台２との間でも等間隔が維持されるように形成されており、この凹部２ａに下段列のセッター１が載せられ、更に下段列の各セッター１の間に上段列のセッター１が載せられる。このとき、図示するように上段列のセッター１の軸心ｃが、下段列のセッター１の上端ｕより上に位置するように下段列のセッター１の配列間隔、即ち、保持台２上の凹部２ａの形成間隔が設定される。このように上段列のセッター１の軸心ｃの位置が下段列のセッター１の上端ｕより上になるように配列することにより、セッター１の配列上に粉体が載せられても、それが下にこぼれない状態が得られる。
【００２３】
保持台２は、図４に示すように、搬送方向に直交する方向に左右一対が搬送方向の同一位置に位置するように搬送される。セッター１を載せた保持台２は、図３に示すように、隣り合う間が密着するように配置され、隣り合う保持台２に跨がる下段列のセッター１の間には中間セッター１ａ（斜線表示）が載せられるので、下段列と上段列とにセッター１が等間隔に並んだ状態が得られる。
【００２４】
図４は、焼成炉１４内の横断面で、炉内の両側を走る搬送レール１３、１３上には一対の保持台２、２が載せられ、その上にセッター１が載っている。セッター１上には炉外で被焼成物Ｌが載せられて炉内に搬送されることにより、炉内に列設された上下のヒータ１８によって加熱され、所定長さの炉内を所定速度で移動する間に被焼成物Ｌに対する焼成がなされる。
【００２５】
図２に示すように、搬送レール１３の始点側に配設されたホッパー８から、図４に示すようにセッター１の長手方向に広がるように連続的に被焼成物Ｌが供給される。保持台２は図示しない駆動手段により所定速度で送られるので、被焼成物Ｌが供給されたセッター１は焼成炉１４内に入って他端側に出てくるまでの間に被焼成物Ｌに対する焼成がなされる。多数のセッター１が配列された広い面積に、ほぼ均等な厚さに被焼成物Ｌが載せられ、上下から加熱されるので、セッター１上に載せられた被焼成物Ｌの各部で均等な加熱状態が得られる。また、被焼成物Ｌが、例えばニッケル酸リチウムを合成するための原材料化合物である場合、合成反応に酸素を必要とするが、ほぼ均等な厚さに被焼成物Ｌが載せられているため、酸素の供給が各部になされて均一な合成が達成される。また、ヒーター１８による加熱温度設定及び保持台２の搬送速度によって焼成状態の調整が可能であり、被焼成物Ｌの種類に対応した焼成ができる。
【００２６】
焼成炉１４を通過して焼成がなされた被焼成物Ｌは、取り出し装置（回収手段）９によってセッター１上から取り出される。取り出し装置９は、上段列のセッター１を回転させ、上方に移動させる取り出し動作により、セッター１上の被焼成物Ｌは下段列のセッター１の間から落下し、取り出し装置９の下に配設された容器（図示せず）に投入され、この容器から焼成された被焼成物Ｌを外部に取り出すことができる。前記取り出し装置９によるセッター１の回転あるいは移動は、セッター１の両端からその中空部に軸体を挿入し、軸体を回転あるいは移動させることによって行うことができる。
【００２７】
セッター１上から被焼成物Ｌが取り除かれた後、搬送レール１３の終点側に移動した保持台２上から、移載装置１２により、図３に示すような隣り合う保持台２の間にまたがる中間セッター１ａが取り外され、複数のセッター１を載せた保持台２と取り外された中間セッター１ａとは、昇降搬送装置（移送手段）１６により、図２に示す左側では下降、右側では上昇して、それぞれ上下の焼成装置１０、１１に移動し、組立装置（整列手段）１５により搬送レール１３に供給される。搬送レール１３への供給は、搬送レール１３上に保持台２がセットされた後、中間セッター１ａが隣り合う保持台２の間にまたがる位置に載置される。このように中間セッター１ａ及びセッター群を載せた保持台２を２組の焼成装置１０、１１の間で循環搬送させることにより、少ない設置面積で連続的に焼成処理を実施することができる。
【００２８】
２組の焼成装置１０、１１は、水平方向に並列配置してその間で保持台２を水平方向に搬送し、循環させるように構成することもできるが、設置面積の増大化が伴うので、本実施形態の構成のように上下平行に併設することが好ましい。
【００２９】
また、図５に示すように、単一の焼成装置により構成することもできる。この粉粒体連続焼成装置は、ベルトコンベア２０上にセッター１を２段重ねに配列してセッター群を形成し、セッター群上に被焼成物Ｌを載せ、ベルトコンベア２０の駆動によりセッター群を焼成炉１４中に搬送する。焼成炉１４を通過して被焼成物Ｌの焼成がなされた後、回収台２２上にセッター１が取り出され、そのときセッター１上に載せられた被焼成物Ｌはセッター群の分解により、回収台２２の中に落下回収される。回収台２２上に取り出されたセッター１は整列台２１上に戻され、再びベルトコンベア２０上に配列され、被焼成物Ｌを載せて焼成の用に循環使用される。
【００３０】
上記実施形態に用いたセッター１は、被焼成物Ｌがリチウム複合金属酸化物である場合に、その焼成温度６００〜９００℃の領域でリチウムに対する耐蝕性を有するものが好適である。例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、マグネシア（ＭｇＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、ベリリア（ＢｅＯ）などが使用できる。特に、高純度アルミナやジルコニア入りアルミナはリチウムに対する耐蝕性に優れるため好ましい。
【００３１】
上記実施形態はリチウム複合金属酸化物の焼成に適用した場合であるので、高温に対応できるようにセッター１は、その素材としてセラミックを用いているが、処理温度が５００℃以下であれば金属製のもの、更に低温であれば樹脂製のものを用いても同様に構成することができる。
【００３２】
また、上記実施形態においては、セッター１は円筒形のものを用いたが、これに限るものではなく、六角筒、八角筒など多角形の筒体に構成することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、筒形のセッターを搬送方向に２段重ねに配列した上に粉体又は粒体の非処理物を載せて処置装置に搬送して処理することができるので、粉体又は粒体の投入及び取り出しが容易であり、広い面積に粉粒体を均等な厚さに載せることができ、処理がムラなくなされると同時に効率的な処理が可能である。セッターは処理内容に応じてその材質を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るセッターの斜視図。
【図２】実施形態に係る粉粒体連続処理装置の構成を示す配置図。
【図３】保持台上にセッターを配列した状態を示す側面図。
【図４】焼成炉内の搬送状態を示す断面図。
【図５】粉粒体連続処理装置の別態様を示す配置図。
【図６】従来技術に係る粉粒体連続処理装置の要部構成を示す側面図。
【符号の説明】
１、１ａセッター
２保持台
１０，１１焼成装置
１２移載装置
１３搬送レール（搬送路）
１４焼成炉（処理装置）
１５組立装置（整列手段）
１６昇降搬送装置（移送手段）

Claims

筒形に形成された多数のセッターがその軸芯方向を平行にして搬送方向に等間隔に配列された下段列セッターと、この下段列セッターの各セッター間に筒形に形成されたセッターがその軸芯を下段列のセッターの上端より上になるようにして載置された上段列セッターとを備えたセッター群を処理装置内を通過する搬送路上に配列し、搬送路の始点付近からセッター群上に粉体又は粒体である被処理物を載せ、このセッター群を搬送手段により連続して処理装置に搬送し、処理装置内を通過させて被処理物を処理することを特徴とする粉粒体連続処理装置。
搬送路の始点位置にセッターを配列してセッター群に整列させる整列手段と、搬送路の終点位置においてセッター群の整列状態を解除して載置された被処理物を取り出す回収手段とが設けられてなる請求項１に記載の粉粒体連続処理装置。
回収手段は、セッター群から少なくとも上段列セッターを移動及び回転させるセッター駆動手段を備えてなる請求項２に記載の粉粒体連続処理装置。
所定数の下段列セッターを保持する保持台が搬送方向に連続配置されてなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の粉粒体連続処理装置。
当該粉粒体連続処理装置が並列に設置され、搬送路の終点位置に搬送されたセッターを互いに他方装置の搬送路の始点位置に移送する移送手段が設けられてなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の粉粒体連続処理装置。
移送手段は、保持台単位でセッターを移送する請求項１〜５のいずれか一項に記載の粉粒体連続処理装置。