JP4948786B2 - 磁気分離装置 - Google Patents

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Description

本発明は、流体中の被分離物質である磁性異物を磁力により流体から分離する磁気分離装置に関する。
小型の電子機器の電源として各種の電池が用いられており、携帯電話、ノートパソコン等の電源として、小型で大容量のリチウムイオン二次電池が用いられている。リチウムイオン二次電池は、セパレータをはさんで正極材と負極材が配置され巻回あるいは積層して電池缶等に収納され構成されている。正極材は集電体となるアルミニウム箔上にマンガン酸リチウムあるいはコバルト酸リチウム等の正極活物質が、負極材は集電体となる銅箔上に炭素材料等の負極活物質が形成されている。正極材、負極材は共に粉体状の活物質にポリフッ化ビニリデン等の結着材を混合し、ｎ−メチルピロリドン等の有機溶媒に分散しスラリー状混合物をドクターブレード法等により集電体上に塗布するが、粉体状の活物質を製造する際の粉砕工程や、スラリー化する際のミキシング工程等で金属粉が混入することがあり、このような金属粉たとえば鉄粉が活物質に混入した場合には自己放電が大きくなる等の特性劣化あるいは短絡等の故障の原因となることがある。
図５は、スラリー状混合物を集電体に塗布する工程の説明図である。スラリー状混合物を入れたスラリータンク１１からポンプ１２によりスラリー状混合物を塗布装置１４に送る。スラリー状混合物中の金属粉を除去するための磁気分離装置１３を、塗布装置１４の前に配置し、金属不純物を除去している。従来、流体内に混在している磁性異物の捕集方法は、流体が流れる管路の外側に設置された強力な磁石によって生じる磁気力により、磁性体を分離吸着させて行なっていた。
図２、図３、図４は、従来の磁気分離装置の一例の説明図である。図２に示すように、流体が流れる管路１の外側に管路を挟んで対向するように設置された磁石６，７により生じる磁気力により磁性異物４を管壁に分離吸着していた。この場合の磁気力は、磁極に近い側壁８近傍が強く、管路中央部９が弱く設定されているのが一般的であり、磁気力が弱い部分を通過する流体については磁性体を分離しにくいという欠点があった。また、磁性異物の捕集能力は、磁石の能力で決定する磁気力場によって限定されていた。
特許文献１には、管路自体に高勾配の磁場をもたらす工夫をしているが、スラリー状の流体の場合には適切ではなかった。捕集能力向上の手段は、図３に示すように大型の磁石を導入したり、図４に示すように磁石を直列に複数個並べる等の手段があり、特許文献２には管路内に複数個の棒状磁石を備える工夫をしているが、これらの装置は設備が大掛かりになるという問題があった。
特開２００３−３２０２７２号公報 特開２００４−２２３３３３号公報
従来技術による磁気分離装置では、小型のままでは金属粉の分離が充分ではなく、金属粉を充分に分離しようとすると装置が大掛かりになり好ましくなかった。この状況において、本発明の課題は、小型で低価格な磁気分離装置を提供することにある。
本発明は、非磁性材料からなる管路と、前記管路を挟んで対向して配置した異極の磁石と、前記管路内部の前記磁石側の両側壁から被処理流体の流入口と流出口を結ぶ方向と直角方向に互い違いに管中央部に張り出した板状の非磁性体の突起を、前記板状の突起の板状面を流れ方向と直角方向に配置したものである磁気分離装置である。
前記凸部は、前記異極に存在する凸部と、流入口と流出口を結ぶ方向の位置が互い違いであって、それぞれの磁極側に位置する前記突起の張り出し部と、前記凸部の側壁面へ投影した投影部間の距離が互いに最も短い突起と凸部とは、前記最も近い突起の流れ方向の厚さの中心が前記最も近い凸部の前記側壁面への投影部よりも、流れ方向に対して下流にずれて設置した前記の磁気分離装置である。
前記突起と、前記突起流入口と流出口を結ぶ流れ方向の上流側に位置する前記側壁とで形成される角部に磁性異物を滞留させる前記の前記の磁気分離装置である。
前記突起の先端は断面が円弧状である前記の磁気分離装置である。
粉体状の活物質を含むスラリー状混合物を塗布する塗布装置の前に、非磁性材料からなる管路と、前記管路を挟んで対向して配置した異極の磁石と、前記管路内部の前記磁石側の両側壁から被処理流体の流入口と流出口を結ぶ方向と直角方向に互い違いに管中央部に張り出した板状の非磁性体の突起を、前記板状の突起の板状面を流れ方向と直角方向に配置した磁気分離装置によって磁性体を分離した後に、活物質を塗布した電池である。
本発明の磁気分離装置によれば、流体の流れを調整し、かつ、捕集に対して有効な流体の流路を設けることにより、磁性異物の捕集能力を向上させた磁気分離装置を提供できる。
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の磁気分離装置の断面図である。実施の形態として磁気分離装置は、例えばリチウムイオン二次電池の製造工程に設置する。調整された活物質、結着材、有機溶媒等からなるスラリー状混合物をポンプによりスラリータンクから流入させ、スラリー状混合物に混入した金属不純物を除去して塗布装置に供給する。
磁気分離装置は、図１に示すように、非磁性材料、例えばＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレス鋼からなる内寸法、縦１００ｍｍ、横１０ｍｍ、管壁の厚さ３ｍｍの角管の管路１を挟んで異極の磁石６，７を管の内寸法１０ｍｍの方向で対向配置する。磁石は管路側に軟質磁性材料１０例えば鉄片を配した１００ｍｍ角で厚さ５０ｍｍのネオジウム磁石を用い、軟質磁性材料１０例えば鉄片は管路側に高さ３ｍｍ、幅３ｍｍの凸部３を２０ｍｍ間隔で設けた厚さ１０ｍｍのものを用い周辺部に比較し磁気力の強い凸部３を設けている。
凸部３は、対向する異極の磁石について、互い違いに配置されている。凸部近傍は、その構造から比較的磁気力が強くなっている。管路内部の磁石側の側壁８には縦方向１００ｍｍの側壁全体に高さ７ｍｍ、幅３ｍｍの突起を２０ｍｍ間隔で、磁石の凸部３に対向する部分から流体の流れ方向に対して３ｍｍ下流位置に設ける。側壁８部の突起は左右から互い違いに管中央部に張り出す構造となっている。突起２の先端は断面円弧状として流体の流れやすさを考慮している。
スラリータンクから磁気分離装置に流入した磁性異物を含むスラリー状混合物は磁気分離装置の管路１内に設けられた突起２により管中央部を流れることができず磁石側の管側面部を磁石の方向に異なる極性の方向にジグザグに必ず流れる構造となる。磁石側の管側面部は管中央部に比較し磁気力が強く、管側面を流れる磁性異物を含むスラリー状混合物から磁性異物４が側壁８に分離吸着されることになる。
管路１内部の突起２を磁石の凸部３に対向する部分から流れ方向５に対して下流位置に設けることにより、磁気力の強い部分の側壁８に吸着された磁性異物４は、管路１内部の突起２と側壁８とで構成される流れの速度が比較的緩やかな角部に滞留し流されることがない。管路内部の突起を複数個設けることにより磁性異物の捕集能力は向上する。
なお、管路内部の突起により流体工学上の頭損失は大きくなるが、流体の輸送速度、粘度との兼ね合いとなり、リチウムイオン二次電池の製造に使用されるスラリー状混合物を用いた場合には頭損失の影響はほとんどない。また磁石はネオジウム磁石に限定されるものではなく、電磁石でもよいが永久磁石のほうが一般的に小型で安価である。
本発明の磁気分離装置を説明する断面図。 従来の磁気分離装置を説明する断面図。 従来の大型磁石を用いた磁気分離装置を説明する断面図。 従来の複数個の磁石を用いた磁気分離装置を説明する断面図。 リチウムイオン二次電池の製造工程の塗布工程の説明図。
符号の説明
１ 管路
２ 突起
３ （磁石）凸部
４ 磁性異物
５ 流れ方向
６ 磁石（Ｎ極）
７ 磁石（Ｓ極）
８ 側壁
９ 管路中央部
１０ 軟質磁性材料

Claims (5)

  1. 非磁性材料からなる管路と、前記管路を挟んで対向して配置した異極の磁石と、
    前記管路内部の前記磁石側の両側壁から被処理流体の流入口と流出口を結ぶ方向と直角方向に互い違いに管中央部に張り出した板状の非磁性体の突起を、前記板状の突起の板状面を流れ方向と直角方向に配置したものであることを特徴とする磁気分離装置。
  2. 前記凸部は、前記異極に存在する凸部と、流入口と流出口を結ぶ方向の位置が互い違いであって、それぞれの磁極側に位置する前記突起の張り出し部と、前記凸部の側壁面へ投影した投影部間の距離が互いに最も短い突起と凸部とは、前記最も近い突起の流れ方向の厚さの中心が前記最も近い凸部の前記側壁面への投影部よりも、流れ方向に対して下流にずれて設置したことを特徴とする請求項１に記載の磁気分離装置。
  3. 前記突起と、前記突起流入口と流出口を結ぶ流れ方向の上流側に位置する前記側壁とで形成される角部に磁性異物を滞留させることを特徴とする請求項１から２のいずれか１項記載の磁気分離装置。
  4. 前記突起の先端は断面が円弧状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の磁気分離装置。
  5. 粉体状の活物質を含むスラリー状混合物を塗布する塗布装置の前に、非磁性材料からなる管路と、前記管路を挟んで対向して配置した異極の磁石と、前記管路内部の前記磁石側の両側壁から被処理流体の流入口と流出口を結ぶ方向と直角方向に互い違いに管中央部に張り出した板状の非磁性体の突起を、前記板状の突起の板状面を流れ方向と直角方向に配置した磁気分離装置によって磁性体を分離した後に、活物質を塗布したことを特徴とする電池。
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