JP5222313B2 - 電極材料製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池の電極材料の製造装置に関する。

リチウムイオン電池の正極板は、一般的に、特許文献１に記載のとおり、活物質としてのリチウム-金属複合酸化物の粉末と、アセチレンブラックの粉末を含む導電材の粉末とを混合し、この混合物に、結着剤と溶剤とを加えて、混練してスラリーを作り、このスラリーを電極芯剤に塗布することで、製造される。

また、特許文献２に記載のとおり、活物質としてのリチウム-金属複合酸化物の粉末と、アセチレンブラックの粉末と、結着剤とを攪拌・混合して合剤を作成し、これを所定の型に入れてプレスすることでシートを作成し、さらにこれをアルミニウムなどの芯材の両面に配して正極を作成する製造方法もある。

特許第２７５００７７号公報 特許第４２１９７０５号公報

しかしながら、上記方法では、電極の性能を十分に引き出すことができない。この理由は、攪拌・混合の際に活物質、導電材、および結着剤を入れているので、結着剤が活物質にも付着し、活物質の周囲の一部にしか導電材を付着させることができない、言い換えれば、活物質の周囲に均一にほぼ満遍なく導電材を付着させることができないからである。
一方、結着剤を入れず、活物質と導電材とを容器に入れて攪拌翼を回転させる乾式混合では、粉末の活物質の重さと粉末の導電材の重さとが異なるために、容器内で攪拌翼を長時間回転させても、容器内に活物質と導電材とがそれぞれ均一に分散しないため、やはり、活物質の周囲に均一にほぼ満遍なく導電材を付着させること（以下、均一混合という）が困難である。
このため、結果として、電池の性能向上が図れないという問題点がある。

本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、粉末の活物質と粉末の導電材とを均一混合し、電池性能の向上を図ることができる技術を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するための電池の電極材料製造装置に係る発明は、
導電材粉末を第１のガス中に混入させた第１混入ガスを所定の圧力で送風する第１混入ガス送風部と、活物質粉末を浮上させる活物質粉末浮上部と、前記浮上させた活物質粉末に前記第１混入ガスを吹き付け、前記活物質粉末に前記導電材粉末が付着した混合物を生成する混合部と、粒径による沈降速度の差を用いて前記混合物の中から所定粒径の混合物を抽出する抽出部とを有することを特徴とする。

本発明では、活物質粉末を浮上させた状態でガス中に混入させた導電材粉末と混合が行われるので、活物質粉末と導電材粉末との均一混合を図ることができる。さらに沈降速度の差を用いて所定粒径の混合物を効率良く得ることができる。従って、電池性能の向上を図ることができる。

本発明に係る第一実施形態における製造装置の系統図である。 本発明に係る第一実施形態における混合及び分級原理を示す説明図である。 本発明に係る第一実施形態における製造装置の動作を示すタイムチャートである。 本発明に係る第二実施形態における製造装置の系統図である。 本発明に係る第二実施形態における製造装置の動作を示すタイムチャートである。 本発明に係る第二実施形態における分級器の変形例を示す説明図である。 本発明に係る第二実施形態における混合部の変形例を示す説明図である。 本発明に係る一実施形態におけるリチウムイオン電池の正極材料の製造過程を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
まず、図８を用いて、以下で説明するリチウムイオン電池の正極材料の基本的な製造方法について説明する。なお、以下では、リチウムイオン電池の正極材料の製造について説明しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、他の電池の電極材料の製造に本発明を提供してもよい。

まず、粉末の導電材と粉末の活物質とを乾式紛体混合し、活物質の粒子に導電材の粒子が付着した混合物を生成する。ここで、導電材としては、例えば、アセチレンブラックを用いる。なお、導電材には、このアセチレンブラック（粒径約０．１μｍ）と共に、黒鉛（粒径約４μｍ）を用いる場合もある。また、活物質としては、例えば、ＬｉＣｏＯ_２やＬｉＦｅＰＯ_４等（粒径約１０μｍ）を用いる。

次に、結着剤を溶剤中に入れて、結着剤と溶剤とを混合する。ここで、結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン等を用い、溶剤としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ビロリジノン等を用いる。なお、以上では、便宜上、導電材と活物質との混合後に、結着剤と溶剤との混合を行うように説明しているが、いずれの混合を先に行っても一向に構わない。

次に、結着剤が混入されている溶剤中に、導電材（以下、ＡＢとする）と活物質ＡＭとの混合物Ｃを入れて、これらを混合して、スラリーを生成する。このスラリーを正極芯材に塗布したものが、リチウムイオン電池の正極材料となる。

以下、前述のＡＢと活物質ＡＭとの混合物Ｃの生成工程、及びこの工程で用いる製造装置に関する各種実施形態について説明する。

「第一実施形態」
まず、図１〜図３を用いて、本発明の第一実施形態について説明する。

本実施形態の製造装置は、図１に示すように、内部でＡＢと活物質ＡＭとの混合が行われると共に、この混合で得られた混合物Ｃの分級が行われる分級器３１と、この分級器３１内に導電材としてのＡＢ粉末を供給する導電材供給系１０と、分級器３１内に活物質ＡＭの粉末を供給すると共に、この活物質ＡＭを一時的にこの分級器３１内に滞在させる活物質供給系２０と、分級器３１からの混合物Ｃを粉砕する粉砕系５０と、分級器３１内の混合物Ｃを粉砕系５０に搬送する混合物搬送系４０と、これらを制御する制御装置７０と、粉砕系５０を通過した混合物Ｃを貯める混合物容器６１と、を備えている。

導電材供給系１０は、ＡＢを分級器３１内に供給するＡＢライン１１と、ＡＢ粉末を貯めておくＡＢポット１２と、ＡＢポット１２内のＡＢ粉末をＡＢライン１１へ定量供給するＡＢ定量供給機Ｒ１と、ＡＢライン１１にガスを送り込むＡＢ用送風機Ｂ１と、ＡＢライン１１を流れるガス流量を調節するＡＢ用ガス流量調節器Ｖ１と、を有している。
ＡＢ定量供給機Ｒ１、ＡＢ用送風機Ｂ１及びＡＢ用ガス流量調節器Ｖ１は、いずれもその駆動量が制御装置７０により制御される。

ＡＢライン１１は、一方の端部がＡＢ用送風機Ｂ１に接続され、他方の端部が分級器３１の下部に接続されている。ＡＢ用送風機Ｂ１からのガスは、ＡＢ用ガス流量調節器Ｖ１により流量調節され、このガス中に、ＡＢ定量供給機Ｒ１からのＡＢ粉末が定量供給される。このＡＢ粉末は、ＡＢライン１１内をガス搬送され、分級器３１の下部から分級器３１内に送られる。

活物質供給系２０は、活物質ＡＭの粉末を分級器３１の中胴部分の側方から供給する活物質供給ライン２１と、活物質供給ライン２１から供給された活物質の粉末が載るメッシュ２３と、を有している。

活物質供給ライン２１の一方の端部には、活物質（ＡＭ）の粉末が投入される活物質投入口が形成されている。また、この活物質供給ライン２１の他方の端部には、活物質投入口側から分級器３１内への流入を受け入れ、分級器３１内から活物質投入口への流出を拒む逆止弁的役割を果たすバタフライ弁等２２が設けられている。

メッシュ２３は、分級器３１内であって、活物質供給ライン２１の分級器３１への接続部よりも下部の位置に、水平方向に広がるように配置されている。メッシュ２３の穴径は、少なくとも目的の粒径範囲以下のＡＢ粉末が通過できる一方で、目的の粒径範囲以上の活物質粉末が上面に載ることができるサイズである。なお、ＡＢ粉末の目的の粒径範囲は、活物質粉末の目的の粒径範囲より１桁ほど小さい。

分級器３１は、下部から鉛直上方へのいずれの位置でも断面積が同じ直胴空間３２が内部に形成されている。この直胴空間３２の真下に、ＡＢライン１１が接続されている。この直胴空間３２の最上部は、混合物搬送空間３７を成し、その下が分級空間３６を成し、さらにその下が混合空間３５を成している。この混合空間３５の最下部に、前述のメッシュ２３が配置されている。

分級空間３６よりも下方の下部空間３３は、鉛直方向に伸びる仕切り部材により、鉛直方向に伸びる複数のガス流路３４，３４，…が形成されている。この際、仕切り部材として複数の板材を用いて、下部空間３３を仕切っても、仕切り部材として複数の配管を用いて、下部空間３３を仕切ってもよい。各ガス流路３４，３４，…には、各ガス流路３４，３４，…相互間での流速の均一化を図る流路流速調節器Ｖ３が設けられている。この流路流速調節器Ｖ３の弁開度は、制御装置７０からの指示により調節されてもよいが、ここでは、手動調節される。この手動調節では、予め、各ガス流路３４，３４，…の流速を計測し、この計測結果に基づいて調節する。また、複数のガス流路３４，３４，…には、それぞれ、前述のメッシュ２３が配置されていると共に、活物質供給ライン２１が接続されている。

なお、ここでは、分級空間３６よりも下方であって、混合空間３５を含む下部空間３３を複数のガス流路３４，３４，…に仕切っているが、混合空間３５から下方の空間を複数のガス流路に仕切ってもよいし、さらに、分級空間３６を複数のガス流路に仕切ってもよい。

分級空間３６と混合物搬送空間３７との境目、又は沈降分級空間３６内の上部には、直胴空間３２を上下に仕切る空間シャッターＳ１が設けられている。この空間シャッターＳ１は、制御装置７０からの指示に応じて駆動する。空間シャッターＳ１の上空間と下空間とは、均圧管３８により連結されている。この均圧管３８には、混合物Ｃを捕捉するフィルタ３８ａ，３８ｂが設けられている。この均圧菅３８は、空間シャッターＳ１が閉状態から開状態に移行する際に、空間シャッターＳ１の上部空間と下部空間との間の圧力差をなくしておき、上部空間と下部空間との間で、ガス及び粒子の急激な移動を防ぐために設けられている。

分級空間３６と混合物搬送空間３７との境目には、混合物Ｃの粒径分布を検知する粒径検知器７５が設けられている。この粒径検知器７５は、分級器３１内にレーザ光を出力するレーザ発振部７５ａと、レーザ発振部７５ａからのレーザ光を受信する受光部７５ｂとを有している。制御装置７０は、受光部７５ｂでの受光データから、分級器３１内で発生したミー散乱強度を得て、このミー散乱強度から混合物Ｃの粒径分布を求める。そして、制御装置７０は、この粒径分布に関して、粒径を大きくすべきときには、分級器３１内のガス流速が増加するよう、分級空間流量調節手段としてのＡＢ用ガス流量調節器Ｖ１へ弁開度を大きくする旨の指令を出力し、粒径を小さくすべきときには、分級器３１内のガス流速が減少するよう、分級空間流量調節手段としてのＡＢ用ガス流量調節器Ｖ１へ弁開度を小さくする旨の指令を出力する。

混合物搬送系４０は、搬送ガスを分級器３１内に送り込むためのガス送込みライン４１と、分級器３１からのガス及びこのガスに含まれている混合物Ｃを粉砕系５０へ搬送する搬送ライン４２と、ガス送込みライン４１にガスを送り込む搬送用送風機Ｂ４と、ガス送込みライン４１を流れるガス流量を調節する搬送用ガス流量調節器Ｖ４と、分級器３１内の混合物Ｃがガス送込みライン４１に流れ込むのを防ぐ送込みラインシャッターＳ４と、を有している。搬送用送風機Ｂ４、搬送用ガス流量調節器Ｖ４、送込みラインシャッターＳ４は、いずれもその駆動量が制御装置７０により制御される。

なお、搬送用送風機Ｂ４及び前述のＡＢ用送風機Ｂ１がそれぞれラインに送り込むガスは、例えば、窒素ガス等の不活性ガスである。

ガス送込みライン４１の分級器３１との接続口と、搬送ライン４２の分級器３１との接続口は、いずれも、分級器３１の混合物搬送空間３７に臨み、互いに対向している。これは、直線的な流路を形成するためである。

粉砕系５０は、粉砕容器５１と、粉砕翼を有する粉砕機５２とを有している。粉砕機５２の粉砕翼は、粉砕容器５１内の下部に配置されている。粉砕容器５１の上部は、混合物容器６１と接続されている。また、粉砕容器５１の上部には、混合物搬送ライン４２の端部が下向き接続されている。この下向きに接続された混合物搬送ライン４２の端部の内径は、混合物搬送ライン４２の分級器３１との接続口の内径よりも小さい。

混合物容器６１には、混合物入口６１ｉと、混合物出口６１ｏと、排気口６１ｅとが設けられている。混合物入口６１ｉには、粉砕容器５１が接続されている。また、排気口６１ｅには、排気ライン６２が接続されている。この排気ライン６２には、混合物の流出を防ぐフィルタ６３が設けられている。

次に、以上で説明した製造装置の動作について、図３に示すタイムチャートに従って説明する。

まず、活物質供給ライン２１の活物質投入口から活物質ＡＭの粉末を投入して、各ガス流路３４，３４，…内に設けられているメッシュ２３上に、活物質ＡＭの粉末を載せる（Ｔ_０）。なお、ここでは、活物質ＡＭの粉末投入を人手で行うことにしているが、各活物質供給ライン２１に定量供給機を設けて、制御装置７０から指示で、各活物質供給ライン２１の定量供給機を駆動させ、これにより活物質ＡＭの粉末投入を実現するようにしてもよい。

続いて、制御装置７０からの指示に従って、ＡＢ定量供給機Ｒ１及びＡＢ用送風機Ｂ１が駆動する（Ｔ_１）。この際（Ｔ_１）、分級器３１内の各ガス流路３４，３４，…に設けられている流路流速調節器Ｖ３は、その弁開度が、各ガス流路３４，３４，…相互間で流速が均一になるよう予め設定されている。また、空間シャッターＳ１は開状態で、ラインシャッターＳ４は閉状態である。さらに、搬送用送風機Ｂ４及び粉砕機５２は駆動していない。

ＡＢ定量供給機Ｒ１及びＡＢ用送風機Ｂ１が駆動すると、ＡＢ定量供給機Ｒ１からのＡＢ粉末がＡＢライン１１内に投入されると共に、ＡＢ用送風機Ｂ１からのＡＢライン１１へガスが送り込まれる。この結果、ＡＢ粉末を含むガスがＡＢライン１１から分級器３１内に流入する。

分級器３１内に流入したＡＢ粉末を含むガスは、分級器３１内を上昇して、分級器３１内のメッシュ２３を通過し、さらに上昇する。

ここで、図２を用いて、分級器３１内のメッシュ２３より上方の混合空間３５、分級空間３６、混合物搬送空間３７での現象について説明する。

図２（ａ）に示すように、混合空間３５の最下部に位置しているメッシュ２３上には、活物質ＡＭの粉末が載せられている。この混合空間３５にメッシュ２３を介して下方からガスが流れてくると、同図（ｂ）に示すように、メッシュ２３上に載っていた活物質ＡＭの粉末が浮上し、この浮上した活物質ＡＭの粉末中に、下方からのガスに含まれているＡＢ粉末（混合空間３５内ではすでに均一にＡＢ粉末がガス中に存在する）が吹き込まれて、両者が混合し、活物質ＡＭの粒子にＡＢ粒子が付着して、混合物Ｃの粒子が生成される。原料の活物質の粒が浮上中（回転運動あり）に、ガスに混合されたＡＢ粒子が接触することで、この粒の全周囲に均一に満遍なくＡＢ粒子を付着させることができる。

以上のように、本実施形態では、活物質ＡＭの粉末及びＡＢ粉末がガス中で分散している状態で、両粉末の混合が行われるので、活物質ＡＭの粉末とＡＢ粉末との均一混合を図ることができる。すなわち、本実施形態では、活物質ＡＭの粒子のうちで、ＡＢ粒子が付着していない粒子の量を極めて少なくすることができる。

混合空間３５内で生成された混合物Ｃの粒子は、分級空間３６を上昇していく。この過程で、粒径が大きい混合物Ｃの粒子、例えば、活物質の上記粒同士が多数付着して粒径が大きくなった塊などは、ガスから受ける上昇力よりも、重力が優って下降する。一方、粒径が小さい混合物Ｃの粒子は、重力より、ガスから受ける上昇力が優って、そのままガスと共に上昇し続け、混合物搬送空間３７を経て、搬送ライン４２から粉砕容器５１内に入る（粒径による沈降速度の差を用いて分級される）。粉砕容器５１内に入った混合物Ｃの粒子のうち、比較的粒径の小さいものの一部は、この粉砕容器５１から混合物容器６１内に流入し、残りの一部は、粉砕容器５１内に留まる。

以上のように、本実施形態では、ＡＢ定量供給機Ｒ１及びＡＢ用送風機Ｂ１が駆動すると（Ｔ_１）、ＡＢ粉末の供給工程、活物質ＡＭの粉末とＡＢ粉末との混合工程、混合により生成された混合物Ｃの粒子の分級工程、分級後の混合物Ｃの粒子の搬送工程が実施される。

ところで、混合物Ｃの粒子の分級工程では、分級空間３６と混合物搬送空間３７との境目に設置された粒径検知器７５により、前述したように、混合物Ｃの粒子の粒径分布が検知される。

制御装置７０は、この粒径分布が、混合物Ｃの目的の粒径範囲より大きい粒径の多い分布を示している場合には、分級器３１３１内のガス流速が減少するよう、分級空間流量調節手段としてのＡＢ用ガス流量調節器Ｖ１へ弁開度を小さくする旨の指令を出力する。また、制御装置７０は、検知された粒径分布が、混合物Ｃの目的の粒径範囲（例えば、粒径約３０μｍ〜５０μｍ）より小さい粒径の多い分布を示している場合には、分級器３１内のガス流速が増加するよう、分級空間流量調節手段としてのＡＢ用ガス流量調節器Ｖ１へ弁開度を大きくする旨の指令を出力する。この結果、分級空間３６を経て混合物搬送空間３７に入ってきた混合物Ｃの粒子には、目的の粒径範囲内の粒子が多くなり、目的の粒径範囲より大きな粒子は少なくなる。特に、目的の粒径範囲内の最大粒径よりも１桁以上大きな粒径の粒子は極めて少なくなる。
なお、目的の粒径が約５０μｍである場合には、原料の活物質の粒径が約１０μｍであるとすると、およそ１００個以上の粒が付着して１つの塊になっていることを意味する。この塊の周囲に均一に満遍なくＡＢが付着した状態のものもあれば、周囲に均一に満遍なくＡＢが付着した状態の１つの粒が、およそ１００個以上付着して塊になっているものも含まれる。いずれにしても目的の粒径の塊の周囲に均一に満遍なくＡＢが付着した状態の混合物Ｃを抽出できるので、後に混合物Ｃを用いてスラリーを生成する際に、目的の粒径の活物質の周囲の一部にしか導電材を付着させることができなかったという上記問題点を解決することができる。

また、分級の際、分級空間３６内の流路断面での流速分布が分級精度を高める上で重要なパラメータとなる。一般的に、ある流路中に流体を流すと、流路を形成している壁面近傍の流速が低下し、壁面からの抵抗を受けない流路中心近傍の流速が高まる。このため、分級器３１の内部空間のように流路断面積が比較的広い場合、流路断面内で流速分布の幅が広がる。このように、流路断面内で流速分布の幅が広がると、分級サイズのバラツキが大きくなり、結果として、分級精度が低下する。

そこで、本実施形態では、分級空間３６より下方の下部空間３３に複数のガス流路３４，３４，…を形成し、各ガス流路３４，３４，…内に設けた流路流速調節器Ｖ３により、ガス流路３４，３４，…相互間での流速の均一化を図っている。このため、本実施形態では、分級空間３６の流路断面での流速分布、言い換えると水平方向の流速分布の幅が狭まるので、分級精度を高めることができる。

制御装置７０は、ＡＢ定量供給機Ｒ１及びＡＢ用送風機Ｂ１を駆動させてから（Ｔ_１）、活物質ＡＭの粉末とＡＢ粉末との混合が一応終了したと想定される予め定められた時間が経過すると、これらＡＢ定量供給機Ｒ１及びＡＢ用送風機Ｂ１を停止させると共に、搬送用送風機Ｂ４及び粉砕機５２を駆動させる。さらに、空間シャッターＳ１を閉状態、ラインシャッターＳ４を開状態にする（Ｔ₂）。

ＡＢ定量供給機Ｒ１及びＡＢ用送風機Ｂ１が停止し、且つ空間シャッターＳ１が閉状態になると、空間シャッターＳ１より下方に位置している混合物Ｃの粒子は直ちに下降し、メッシュ２３上に載る。このメッシュ２３上に載った混合物Ｃの粒子は、分級工程で、混合物搬送空間３７へ上昇することができなかった粒子であるため、目的の粒径範囲より大きな粒径の粒子である。そこで、メッシュ２３上に残った混合物Ｃの粒子を、活物質供給ライン２１から吸引等して、メッシュ２３上から除去する。

また、空間シャッターＳ１が閉状態になり、ラインシャッターＳ４が開状態になり、且つ搬送用送風機Ｂ４が駆動すると、分級器３１の混合物搬送空間３７及び搬送ライン４２に存在していた混合物Ｃの粒子は、粉砕容器５１内に流入する。この粉砕容器５１内では、粉砕機５２が駆動しているため、この粉砕機５２の粉砕翼に衝突した混合物Ｃの粒子は粉砕されて、その粒径がより小さくなる。この場合の粉砕は、例えば上記原料の活物質であっておよそ１００個以上の粒からなる塊が搬送ライン４２を通過する際に複数の塊同士で凝集することもありうるので、この凝集した塊を個別の塊に分解する処理を含む。上述のように１つの塊の周囲には満遍なくＡＢが付着しており、この分解によっても個々の塊にいったん付着したＡＢが剥がれ落ちることの極力ないよう粉砕翼の回転速度等が調整される。

この粉砕容器５１内では、搬送ライン４２が接続されている中心部では、搬送ライン４２からのガスにより下方への流れとなり、粉砕容器５１の内壁側では、搬送ライン４２からのガスの排気及び粉砕翼による風力のため、上方への流れとなる。このため、搬送ライン４２からガスと共に送られてきた混合物Ｃの粒子のうち、比較的粒径の大きい粒子は、粉砕容器５１の下部に設けられている粉砕機５２により粉砕されて、その粒径が小さくなった後、粉砕容器５１の内壁側を上昇して、混合物容器６１内に流入する。また、混合物Ｃの粒子のうち、比較的粒径の小さい粒子は、粉砕容器５１の下部に設けられている粉砕機５２に至らずに、粉砕容器５１の内壁側を上昇して、混合物容器６１内に流入する。

なお、本実施形態において、一旦、粉砕容器５１内に流入した混合物Ｃの粒子は、粉砕翼による風力のために逆流して、搬送ライン４２へ基本的に戻らない。これは、粉砕機５２が駆動している間、搬送用送風機Ｂ４も駆動しており、粉砕容器５１内の圧力よりも搬送ライン４２内の圧力の方が高いからである。さらに、搬送ライン４２の粉砕容器５１接続部分では、その内径が小さくなっており、搬送ライン４２から粉砕容器５１内に流入するガス速度が高められているからでもある。但し、粉砕容器５１内に流入した混合物Ｃの粒子が搬送ライン４２内に逆流する恐れがある場合には、図１に示すように、この搬送ライン４２にラインシャッターＳ５等を設けてもよい。

前述したように、活物質ＡＭの粒にＡＢが付着し且つ目的の粒径範囲と同等または小さな粒子を分級器３１で抽出し、この抽出された粒子が凝集したとしても粉砕機５２により再度分解するので目的の粒径範囲の混合物Ｃを得ることができる。

以上のように、搬送用送風機Ｂ４及び粉砕機５２が駆動すると（Ｔ₂）、混合物Ｃの混合物容器６１への搬送工程、混合物Ｃの粉砕工程が実施される。

制御装置７０は、搬送用送風機Ｂ４及び粉砕機５２を駆動させてから（Ｔ₂）、混合物搬送空間３７内、搬送ライン４２内及び粉砕容器５１内の混合物Ｃの粒子が全て混合物容器６１へ搬送されたと想定される予め定められた時間が経過すると、これら搬送用送風機Ｂ４及び粉砕機５２を停止させると共に、空間シャッターＳ１を開状態、ラインシャッターＳ４を閉状態にする（Ｔ₃）。

以上で、混合物生成工程が終了し、再度、混合物生成工程を実施する場合には、再び、ＡＭの供給処理（Ｔ₀）から始める。

以上、本実施形態では、活物質ＡＭの粉末及びＡＢ粉末がガス中で分散している状態で、両粉末の混合が行われるので、活物質ＡＭの粉末とＡＢ粉末との均一混合を図ることができる。

「第二実施形態」
次に、図４及び図５を用いて、本発明の第二実施形態について説明する。

本実施形態は、図４に示すように、導電材供給系１０と同様に、ガス流で活物質ＡＭの粉末を搬送する活物質供給系２０ａを設け、導電材供給系１０からのＡＢ粉末と活物質供給系２０ａからの活物質ＡＭの粉末とを、分級器３１ａ内に入る前に混合し、この混合で得られた混合物Ｃの粉末を分級器３１ａ内に流入するようにしたものである。このため、第一実施形態における活物質供給系２０のメッシュ等２１，２２，２３は、本実施形態では設けられていない。なお、本実施形態の製造装置は、以上の点を除き、第一実施形態の製造装置と基本的に同一構成である。

本実施形態の活物質供給系２０ａは、活物質ＡＭを分級器３１ａ内へ供給するための活物質ライン２１ａと、活物質ＡＭの粉末を貯めておく活物質ポット２２ａと、活物質ポット２２ａ内の活物質ＡＭの粉末を活物質ライン２１ａへ定量供給する活物質定量供給機Ｒ２と、活物質ライン２１ａに窒素等の不活性ガスを送り込む活物質用送風機Ｂ２と、活物質ライン２１ａを流れるガス流量を調節する活物質用ガス流量調節器Ｖ２とを有している。

活物質定量供給機Ｒ２、活物質用送風機Ｂ２及び活物質用ガス流量調節器Ｖ２は、いずれもその駆動量が制御装置７０により制御される。

活物質ライン２１ａは、一方の端部が活物質用送風機Ｂ２に接続され、他方の端部がＡＢライン１１に接続されている。この接続部が混合部２５を成し、内部に混合空間３５ａを形成している。この混合部２５は、分級器３１ａの下部に接続されている。活物質用送風機Ｂ２からのガスは、活物質用ガス流量調節器Ｖ２により流量調節され、このガス中に、活物質定量供給機Ｒ２からの活物質ＡＭの粉末が供給される。

本実施形態の分級器３１ａ内は、その最上部に第一実施形態と同様の混合物搬送空間３７が形成されているものの、分級器３１ａ外に混合部２５が存在しているため、混合物搬送空間３７よりも下方の空間は、すべて分級空間３６ａを成している。

次に、以上で説明した製造装置の動作について、図５に示すタイムチャートに従って説明する。

まず、制御装置７０からの指示に従って、ＡＢ定量供給機Ｒ１及びＡＢ用送風機Ｂ１が駆動すると共に、活物質定量供給機Ｒ２及び活物質用送風機Ｂ２が駆動する（Ｔ_１）。この際（Ｔ_１）、空間シャッターＳ１は開状態で、ラインシャッターＳ４は閉状態である。さらに、搬送用送風機Ｂ４及び粉砕機５２は駆動していない。

ＡＢ定量供給機Ｒ１及びＡＢ用送風機Ｂ１が駆動すると、ＡＢライン１１中にＡＢ粉末を含むガスが流れる。また、活物質定量供給機Ｒ２及び活物質用送風機Ｂ２が駆動すると、活物質ライン２１ａ中に活物質ＡＭの粉末を含むガスが流れる。ＡＢライン１１と活物質ライン２１ａとは、混合部２５で接続されているため、混合部２５内の混合空間３５ａで、両粉末が混合し、活物質ＡＭの粒子にＡＢ粒子が付着して、混合物Ｃの粒子が生成される。

以上のように、本実施形態でも、活物質ＡＭの粉末及びＡＢ粉末がガス中で浮上している状態で、両粉末の混合が行われるので、活物質ＡＭの粉末とＡＢ粉末との均一混合を図ることができる。

混合空間３５ａで生成された混合物Ｃの粒子は、分級器３１ａの分級空間３６ａ内に入り、そこで、第一実施形態と同様に、分級作用を受ける。すなわち、比較的粒径の小さい混合物Ｃの粒子は、分級器３１ａ内の混合物搬送空間３７まで上昇し、比較的粒径の大きい混合物Ｃの粒子は、この混合物搬送空間３７まで達し得ない。比較的粒径が小さく、混合物搬送ライン４２まで上昇した混合物Ｃの粒子は、第一実施形態と同様に、搬送ライン４２から粉砕容器５１内に入る。粉砕容器５１内に入った混合物Ｃの粒子のうち、比較的粒径の小さいものの一部は、この粉砕容器５１から混合物容器６１内に流入し、残りの一部は、粉砕容器５１内に留まる。

以上のように、本実施形態では、ＡＢ定量供給機Ｒ１及びＡＢ用送風機Ｂ１が駆動すると共に、活物質定量供給機及び活物質用送風機が駆動すると（Ｔ_１）、ＡＢ粉末の供給工程、活物質ＡＭの供給工程、活物質ＡＭの粉末とＡＢ粉末との混合工程、混合により生成された混合物Ｃの粒子の分級工程、分級後の混合物Ｃの粒子の搬送工程が実施される。

なお、本実施形態において、制御装置７０は、粒径検知器７５による検知結果に基づいて、分級空間流量調節手段としてのＡＢ用ガス流量調節器Ｖ１及び活物質用流量調節器の弁開度を制御する。

制御装置７０は、ＡＢ定量供給機Ｒ１、ＡＢ用送風機Ｂ１、活物質定量供給機Ｒ２、及び活物質用送風機Ｂ２を駆動させてから（Ｔ_１）、活物質ＡＭの粉末とＡＢ粉末とをそれぞれ一定以上供給し、一定以上の混合物Ｃが生成されたと想定される予め定められた時間が経過すると、これらＡＢ定量供給機Ｒ１、ＡＢ用送風機Ｂ１、活物質定量供給機Ｒ２、及び活物質用送風機Ｂ２を停止させると共に、搬送用送風機Ｂ４及び粉砕機５２を駆動させる。さらに、空間シャッターＳ１を閉状態、ラインシャッターＳ４を開状態にする（Ｔ₂）。

ＡＢ定量供給機Ｒ１、ＡＢ用送風機Ｂ１、活物質定量供給機Ｒ２、及び活物質用送風機Ｂ２が停止し、且つ空間シャッターＳ１が閉状態になると、空間シャッターＳ１より下方に位置している混合物Ｃの粒子は直ちに下降し、分級器３１ａ外の混合空間３５ａ内に溜まる。この混合空間３５ａ内に溜まった混合物Ｃの粒子は、分級工程で、混合物搬送空間３７へ上昇することができなかった粒子であるため、目的の粒径範囲より大きな粒径の粒子である。そこで、混合部２５の排出口の蓋２９を開けて、混合空間３５ａ内に溜まった混合物Ｃの粒子を、混合空間３５ａから取り出す。

また、空間シャッターＳ１が閉状態になり、ラインシャッターＳ４が開状態になり、且つ搬送用送風機Ｂ４が駆動すると、第一実施形態と同様に、分級器３１ａの混合物搬送空間３７及び搬送ライン４２に存在していた混合物Ｃの粒子は、粉砕容器５１内に流入する。この粉砕容器５１内では、粉砕機５２が駆動しているため、この粉砕機５２の粉砕翼に衝突した混合物Ｃの粒子は粉砕されて、その粒径が小さくなる。その後、粉砕容器５１内に流入した混合物Ｃの粒子は、粉砕機５２の粉砕翼による風力等により、混合物容器６１内に流入する。

以上のように、搬送用送風機Ｂ４及び粉砕機５２が駆動すると（Ｔ₂）、混合物Ｃの混合物容器６１への搬送工程、混合物Ｃの粉砕工程が実施される。

制御装置７０は、第一実施形態と同様に、搬送用送風機Ｂ４及び粉砕機５２を駆動させてから（Ｔ₂）、混合物搬送空間３７内、搬送ライン４２内及び粉砕容器５１内の混合物Ｃの粒子が全て混合物容器６１へ搬送されたと想定される予め定められた時間が経過すると、これら搬送用送風機Ｂ４及び粉砕機５２を停止させると共に、空間シャッターＳ１を開状態、ラインシャッターＳ４を閉状態にする（Ｔ₃）。

以上で、混合物生成工程が終了し、再度、混合物生成工程を実施する場合には、再び、前述のＴ₁での処理が実行される。

以上、本実施形態でも、活物質ＡＭの粉末及びＡＢ粉末がガス中で分散している状態で、両粉末の混合が行われるので、活物質ＡＭの粉末とＡＢ粉末との均一混合を図ることができる。さらに、本実施形態でも、分級、及び粉砕により目的の粒径範囲内に収まる混合物Ｃの粒子を効率良く得ることができる。また、本実施形態では、活物質ＡＭのガス流路への投入とＡＢのガス流路への投入とを同時に行えるので、第一実施形態よりも、混合物生成工程の実施時間を短くすることができる。

「変形例」
次に、図６及び図７を用いて、第二実施形態における分級器３１ａ及び混合部２５の変形例について説明する。

変形例の分級器３１ｂには、図６に示すように、混合物Ｃの粒子を水平方向に流入させる混合物ライン２６がその一方の側部に接続され、混合物Ｃの粒子を水平方向に流出させる搬送ライン４２ｂがその他方の側部に接続されている。混合物ライン２６の他端は第二実施形態の混合部２５に接続されている。分級器３１ｂに対する混合物ライン２６の接続部と搬送ライン４２ｂの接続部とは、互いに向かい合っているものの、搬送ライン４２の接続部は、混合物ライン２６の接続部よりも下方に位置している。

混合物ライン２６には、分級器３１ｂへの混合物Ｃの流入を絶つための混合物ラインシャッターＳ７が設けられている。この混合物ライン２６には、さらに、混合物ラインシャッターＳ７が設けられている位置よりも分級器３１ｂ側に、搬送用のガスを分級器３１ｂ内に送り込むためのガス送込みライン４１ｂが接続されている。このガス送込みライン４１ｂには、このガス送り込みライン４１ｂ内への混合物Ｃの流入を絶つための送込みラインシャッターＳ４が設けられている。

分級器３１ｂ内には、水平方向であって、混合物ライン２６の接続部から搬送ライン４２ｂの接続部の方向へ広がっていると共に、混合物ライン２６の接続部から鉛直下方に広がっている分級空間３６ｂが形成されている。

この分級空間３６ｂの下部には、この空間３６ｂの底面に粉砕翼が沿うように、粉砕機５５が設けられている。また、この粉砕機５５のわずかに上には、この空間３６ｂを上下に仕切る空間シャッターＳ６が設けられている。さらに、この分級器３１ｂの底には、混合物Ｃの粉末を排出する排出口３９ｂが形成されている。

次に、この分級器３１ｂ回りの動作機器の動作と共に、混合物Ｃの分級工程及び搬送工程での動きについて説明する。

まず、混合物ラインシャッターＳ７を開状態、送込みラインシャッターＳ４を閉状態、空間シャッターＳ６を開状態、粉砕機５５を停止状態にしておく。この状態では、混合物ライン２６中の混合物の粉末は、この混合物ライン２６からガスと共に分級器３１ａの分級空間３６ｂ内に流入する。

混合物Ｃの粉末の流れ方向は、混合物ライン２６内では、ほぼ水平方向である。しかしながら、混合物Ｃの粉末は、分級空間３６ｂに流入すると、流路拡大のために流速が低下し、重力の影響を強く受けて、その流れ方向には鉛直下方への成分が加わる。

沈降速度は、混合物Ｃの粒子のうちで、粒径の大きいもの（又は重いもの）が大きく受けるため、粒径の比較的大きな混合物Ｃの粒子は、搬送ライン４２ｂへ至らずに、分級空間３６ｂの底に落下する。一方、粒径の比較的小さな混合物Ｃの粒子は、粒径の比較的大きな混合物Ｃの粒子よりも落下量が少ないため、この分級空間３６ｂから搬送ライン４２ｂに流入する。

以上のように、混合物ラインシャッターＳ７が開状態の際には、混合物Ｃの分級工程及び搬送工程が実施される。

制御装置７０は、混合物ラインシャッターＳ７を開状態にしてから、混合物Ｃの粒子が分級器３１ｂ内に所定量送り込まれたと想定される予め定められた時間が経過すると、この混合物ラインシャッターＳ７を閉状態、送込みラインシャッターＳ４を開状態、空間シャッターＳ６を閉状態にすると共に、粉砕機５５を駆動する。

空間シャッターＳ６が閉状態で、粉砕機５５が駆動すると、分級空間３６ｂの底面に溜まっていた比較的粒径の大きな混合物の粒子は、粉砕されつつ排出口３９ｂへ導かれ、排出口３９ｂから排出される。

また、空間シャッターＳ６が閉状態で、送込みラインシャッターＳ４が開状態になると、分級空間３６ｂ内で空間シャッターＳ６よりも上部の空間に存在していた比較的粒径の小さな混合物Ｃの粒子は、ガス送込みライン４１ｂからのガスにより、この空間３６ｂから搬送ライン４２ｂに流入する。

以上のように、空間シャッターＳ６が閉状態で、送込みラインシャッターＳ４が開状態の際には、混合物Ｃの搬送工程が実施される。

なお、この変形例においても、混合物Ｃの粒径分布を目的の粒径範囲に近づけるために、以上の実施形態と同様に、分級器３１ｂ内の搬送ガスライン４２ｂの接続部近傍、又は搬送ガスライン４２ｂ中に、粒径検知器を設け、この粒径検知器による検知結果に基づいて、混合物ライン２６中の流速を制御することが好ましい。

次に、第二実施形態における混合部２５の二つの変形例について、図７を用いて説明する。

まず、混合部の第一変形例について、図７（ａ）を用いて説明する。
この第一変形例では、第二実施形態で１つ設けていたＡＢラインを複数のＡＢライン１１ｂ，１１ｂ，…に分岐している。これらの分岐ＡＢライン１１ｂ，１１ｂ，…は、これらのラインからのガスが活物質ライン２１ｂの外周側から中心部へ向かうよう、この活物質ライン２１ｂの外周に接続している。

この変形例において、混合部２５ｂは、活物質ＡＭが通るラインのうちで、複数の分岐ＡＢライン１１ｂが接続している位置よりも下流側の部分である。
以上、本変形例では、活物質ＡＢの粉末が流れている空間の各種方向からＡＢ粉末を噴出させるので、活物質ＡＢの粉末とＡＢ粉末とをより均一に混合することができる。

次に、混合部の第二変形例について、図７（ｂ）を用いて説明する。
この変形例では、内径を絞ったＡＢライン１１ｃが活物質ライン２１ｂ内に挿入され、このＡＢライン１１ｃの先端部が活物質ライン２１ｂ内の中心部に配置されている。ＡＢライン１１ｃの先端部には、放射方向にガスを噴出する複数のノズル１１ｄ，１１ｄ，１１ｄが設けられている。

この変形例において、混合部２５ｃは、活物質ＡＭが通るラインのうちで、ＡＢライン１１ｃの先端部に設けられているノズル１１ｄの位置よりも下流側の部分である。
以上、本変形例でも、第一変形例と同様に、活物質ＡＭの粉末が流れている空間の各種方向からＡＢ粉末を噴出させるので、活物質ＡＭの粉末とＡＢ粉末とをより均一に混合することができる。

なお、以上の変形例は、いずれも、活物質ＡＭの粉末が流れている空間の各種方向からＡＢ粉末を噴出させるものであるが、逆に、ＡＢ粉末が流れている空間の各種方向から活物質ＡＭの粉末を噴出させるようにしてもよい。

１０：導電材供給系、１１：ＡＢライン、２０，２０ａ：活物質供給系、２１：活物質供給ライン、２３：メッシュ、２５，２５ｂ，２５ｃ：混合部、３１，３１ａ，３１ｂ：分級器、３２：直胴空間、３３：下部空間、３４：ガス流路、３５，３５ａ，３５ｂ，３５ｃ：混合空間、３６，３６ａ，３６ｂ：分級空間、３７：混合物搬送空間、４０：混合物搬送系、４１，４１ｂ：ガス送込みライン、４２，４２ｂ：搬送ライン、５０：粉砕系、５１：粉砕容器、５２，５５：粉砕機、６１：混合物容器、７０：制御装置、７５：粒径検知器、Ｒ１：ＡＢ定量供給機、Ｂ１：ＡＢ用送風機、Ｂ２：活物質用送風機、Ｂ４：搬送用送風機、Ｖ１：ＡＢ用ガス流量調節器、Ｖ２：活物質用ガス流量調節器、Ｖ４：搬送用ガス流量調節器、Ｓ１，Ｓ６：空間シャッター、Ｓ４：送込みラインシャッター、ＡＭ：活物質、ＡＢ：導電材

Claims (5)

1. 導電材粉末を第１のガス中に混入させた第１混入ガスを所定の圧力で送風する第１混入ガス送風部と、
   活物質粉末を浮上させる活物質粉末浮上部と、
   前記浮上させた活物質粉末に前記第１混入ガスを吹き付け、前記活物質粉末に前記導電材粉末が付着した混合物を生成する混合部と、
   粒径による沈降速度の差を用いて前記混合物の中から所定粒径の混合物を抽出する抽出部と、
   を有することを特徴とする電極材料製造装置。
2. 前記活物質粉末浮上部は、前記活物質粉末を第２のガス中に混入させた第２混入ガスを所定の圧力で送風する送風部を備え、前記吹き付けが前記第２混入ガスに対して行われることで前記混合物が生成されることを特徴とする請求項１に記載の電極材料製造装置。
3. 前記混合部は、前記第１混入ガスが通過する複数のガス流路を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電極材料製造装置。
4. 前記第１および第２のガスは同一の不活性ガスであることを特徴とする請求項３に記載の電極材料製造装置。
5. 前記抽出部に接続され、前記抽出された混合物の少なくとも一部を分解する粉砕部をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の電極材料製造装置。

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