JP5920155B2 - 攪拌装置、及び攪拌装置の清掃方法 - Google Patents

Description

本発明は、活物質、バインダ、及び溶媒を含む原材料を攪拌して電極用の塗膜剤を調製するための攪拌装置、及び該攪拌装置の清掃方法に関する。

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塗膜剤（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。そして、活物質を含む各種の原材料を攪拌して電極用の塗膜剤を調製するための攪拌装置としては、特許文献１のようなものが提案されている。

特開２０１０−１１５５９５号公報

ところで、攪拌装置の攪拌羽根（ブレード）を清掃せずに放置しておくと、該攪拌羽根に付着した塗膜剤は、吸湿などによって活物質の性能が低下したり、乾燥によって固化したりする。このような塗膜剤が付着したままの攪拌羽根を用いて、新たに塗膜剤を調製する場合には、性能の低下した活物質や、固化した塗膜剤が混入してしまう問題が生じる。

このため、連続して塗膜剤を調製しない場合には、早期に攪拌羽根の清掃を行い、攪拌羽根に付着した塗膜剤を除去することが好ましい。しかしながら、電極用の塗膜剤は、活物質を金属箔の表面に結着させるためのバインダや、溶媒などを含む比較的高粘度のスラリ状（ペースト状）であることから、攪拌羽根に付着した塗膜剤をウエスなどで拭取ることが困難である。

この発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、攪拌羽根の清掃を容易にできる攪拌装置、及び攪拌装置の清掃方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、活物質、バインダ、及び溶媒を含む原材料を攪拌して電極用の塗膜剤を調製するための攪拌装置であって、前記原材料を収容するタンクと、前記タンクに収容された原材料に接触し前記原材料を攪拌する接触部を有する攪拌羽根と、前記攪拌羽根を駆動する駆動装置と、を備え、前記接触部の少なくとも一部には取外し可能な被膜材が設けられており、前記被膜材は、前記溶媒に対する耐性を有するとともに、取外し可能なコーティング剤であることを要旨とする。

これによれば、塗膜剤の原材料と接触する攪拌羽根の接触部には、少なくとも一部に取外し可能な被膜材が設けられている。このため、塗膜剤の調製後、攪拌羽根を清掃する際に、被膜材を該被膜材に付着した塗膜剤と共に取外すことにより、被膜材が設けられていた部分の塗膜剤を簡便に除去できる。このため、例えばウエスなどによって接触部に付着した塗膜剤を拭取る場合と比較して、攪拌羽根の清掃を容易にできる。
また、被膜材は溶剤に対する耐性を有することから、例えば原材料の攪拌中に被膜材が溶けたり、脱落したりすることを抑制できる。
上記課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、活物質、バインダ、及び溶媒を含む原材料を攪拌して電極用の塗膜剤を調製するための攪拌装置であって、前記原材料を収容するタンクと、前記タンクに収容された原材料に接触し前記原材料を攪拌する接触部を有する攪拌羽根と、前記攪拌羽根を駆動する駆動装置と、を備え、前記接触部の少なくとも一部には取外し可能な被膜材が設けられており、前記被膜材は、前記溶媒に対する耐性を有するとともに、前記原材料の攪拌中に前記攪拌羽根から離脱せず、且つ清掃時に取外しが可能な粘着力を有する粘着テープであることを要旨とする。
これによれば、塗膜剤の原材料と接触する攪拌羽根の接触部には、少なくとも一部に取外し可能な被膜材が設けられている。このため、塗膜剤の調製後、攪拌羽根を清掃する際に、被膜材を該被膜材に付着した塗膜剤と共に取外すことにより、被膜材が設けられていた部分の塗膜剤を簡便に除去できる。このため、例えばウエスなどによって接触部に付着した塗膜剤を拭取る場合と比較して、攪拌羽根の清掃を容易にできる。
また、これによれば、被膜材は粘着テープであることから、被膜材を設ける作業や、逆に取外す作業を容易にできる。
また、被膜材は溶剤に対する耐性を有することから、例えば原材料の攪拌中に被膜材が溶けたり、脱落したりすることを抑制できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の攪拌装置において、前記接触部は、複数の面と、隣り合う面との間の境界部とを有し、前記被膜材は、少なくとも前記境界部に設けられている。これによれば、接触部において、隣り合う面との間の境界部に被膜材が設けられていることから、該被膜材を取外すことにより、ウエスなどによって拭取り難い境界部の清掃を容易にできる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の攪拌装置において、前記被膜材は、前記接触部の全体を覆う。これによれば、接触部の全体が被膜材によって覆われていることから、被膜材を取外すことで接触部の全体から塗膜剤を除去できる。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の攪拌装置において、前記被膜材は、フッ素樹脂を含む。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の攪拌装置の清掃方法であって、前記被膜材を除去する第１工程と、前記接触部の少なくとも一部に新しい前記被膜材を取外し可能に設ける第２工程と、を含む。

これによれば、塗膜剤の調製後、攪拌羽根の接触部に設けられた被膜材を、該被膜材に付着した塗膜剤とともに取外すことにより、被膜材が設けられている部分の塗膜剤を簡便に除去できる。このため、例えばウエスなどによって接触部に付着した塗膜剤を拭取る場合と比較して、攪拌羽根の清掃を容易にできる。

本発明によれば、攪拌羽根の清掃を容易にできる。

リチウムイオン二次電池を模式的に示す断面図。 電極組立体を模式的に示す斜視図。 攪拌装置を模式的に示す正面図。 攪拌羽根を模式的に示す斜視図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、車両に搭載される蓄電装置としてのリチウムイオン二次電池（以下「二次電池」と示す）１０は、金属製のケース１１に電極組立体１２が収容されている。本実施形態の二次電池１０は、その外観が角型をなす角型電池である。ケース１１内には、電解質として非水電解液１３が充填されている。また、ケース１１には、正極端子１５及び負極端子１６が外部に向かって突設されている。

図２に示すように、電極組立体１２は、電極としての正極シート１８と、正極シート１８とは極性が異なる電極としての負極シート１９と、正極シート１８と負極シート１９との間を絶縁する矩形シート状のセパレータ２０とを有する。そして、電極組立体１２は、複数の正極シート１８、及び複数の負極シート１９を、間にセパレータ２０を介在させた状態で交互に層状に重なるように積層された積層型の電極組立体である。

正極シート１８は、正極用の金属箔（本実施形態ではアルミニウム箔）２１と、その両面に正極活物質を含む塗膜剤（活物質合剤）を塗布し、乾燥させて形成された正極活物質層２２を有する。正極活物質層２２が形成されていない部分の金属箔２１は、非形成部としての非塗工部２３を構成する。また、正極シート１８の縁部１８ａには、正極集電タブ２４が突出している。正極集電タブ２４は、非塗工部２３を構成する金属箔２１の一部である。

また、負極シート１９は、負極用の金属箔（本実施形態では銅箔）２５と、その両面に負極活物質を含む塗膜剤（活物質合剤）を塗布し、乾燥させて形成された負極活物質層２６を有する。負極活物質層２６が形成されていない部分の金属箔２５は、非形成部としての非塗工部２７を構成する。また、負極シート１９の縁部１９ａには、負極集電タブ２８が突出している。負極集電タブ２８は、非塗工部２７を構成する金属箔２５の一部である。

そして、図１に示すように、電極組立体１２の縁部１２ａには、複数の正極集電タブ２４が層状に重なった正極集電タブ群２４ａが突設される。正極集電タブ群２４ａには、正極端子１５が電気的に接続される。また、電極組立体１２の縁部１２ａには、正極集電タブ群２４ａとは異なる部分に、複数の負極集電タブ２８が層状に重なった負極集電タブ群２８ａが突設されている。負極集電タブ群２８ａには、負極端子１６が電気的に接続される。

次に、各種の原材料を攪拌し、正極シート１８の金属箔２１、及び負極シート１９の金属箔２５に塗布される塗膜剤を調製するための攪拌装置３０について説明する。
図３に示すように、攪拌装置３０は、塗膜剤の原材料３２を収容するタンク３１を有する。タンク３１は、例えばステンレスなどの金属製であり、有底筒状の容器である。ここで、塗膜剤の原材料３２は、活物質と、例えばアセチレンブラックなどの導電剤と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのバインダと、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）などの溶媒と、を含む。なお、金属箔２１に塗布する塗膜剤の原材料３２には、活物質として正極活物質が含まれる一方、金属箔２５に塗布する塗膜剤の原材料３２には、活物質として負極活物質が含まれる。

また、攪拌装置３０は、タンク３１に収容（投入）された原材料３２を攪拌（混練）するための攪拌羽根（ブレード）として、第１攪拌羽根３３と第２攪拌羽根３４とを有する。各攪拌羽根３３，３４は、例えばステンレスなどの金属製の角柱を矩形に繋ぎ合わせた枠状に形成されている。各攪拌羽根３３，３４は、複数（本実施形態では４つ）の面としての内面３５と、隣り合う内面３５との間の境界部としてのエッジ部（角部）３５ａとを有する。なお、隣り合う内面３５同士は直角に交わっている。

図３に示すように、各攪拌羽根３３，３４において、タンク３１の底壁側に配置される先端部３６とは反対側の基端部３７には、それぞれ各攪拌羽根３３，３４の回転軸となる軸部４０が設けられているとともに、該軸部４０は、各攪拌羽根３３，３４を遊星運動させるためのロータ４１に連結されている。ロータ４１は、図示しない複数のギアを組み合わせて構成されており、矢印Ｙ１で示すように、各攪拌羽根３３，３４をそれぞれ軸部４０の軸線まわりで回転運動させると共に、矢印Ｙ２で示すように、各攪拌羽根３３，３４を公転運動させる。

また、ロータ４１は、例えばステンレスなどの金属製であり、有天円筒状に形成されたフード４３に収容され、固定されている。フード４３は、各攪拌羽根３３，３４及びロータ４１を内部に収容した状態で、タンク３１の開口部を閉塞可能である。また、フード４３には、ロータ４１を介して各攪拌羽根３３，３４を駆動するための駆動装置としてのモータ４５が固定されている。

また、攪拌装置３０は、フード４３を昇降させる図示しない昇降装置を有しており、該昇降装置の駆動によって、矢印Ｙ３に示すように、タンク３１の開口部をフード４３で覆った状態で、各攪拌羽根３３，３４の先端部３６側を原材料３２に没入（浸漬）させるようになっている。

このため、図４に示すように、各攪拌羽根３３，３４の先端部３６側は、原材料３２に没入されると共に原材料３２と接触し、原材料３２を攪拌する接触部４７となる（図中において墨色に着色して示す）。なお、この接触部４７には、エッジ部３５ａが含まれる。そして、各攪拌羽根３３，３４の表面には、接触部４７の全体を含み、各攪拌羽根３３，３４の先端部３６から基端部３７の全範囲にわたって、取外し可能な被膜材としての粘着テープ４８が貼り付けられている。

この、粘着テープ４８は、樹脂製フィルムの片面に粘着剤層を有する。粘着テープ４８を構成する樹脂製フィルムは、例えばフッ素樹脂など、原材料３２に含まれる溶媒に対して耐性（耐溶媒性）を有する。また、粘着テープ４８を構成する粘着剤層は、例えばフッ素樹脂系接着剤や無機接着剤など、原材料３２に含まれる溶媒に対して耐性（耐溶媒性）を有する。

ここで、溶媒に対して耐性を有するとは、原材料３２の攪拌中（接触中）において、原材料３２に含まれる活物質の性能を低下させる程度に成分が溶出したり、粘着テープ４８としての強度や粘着力が低下したりしないことを意味する。なお、粘着テープ４８における粘着剤層の粘着力は、原材料３２の攪拌中に、容易に各攪拌羽根３３，３４から離脱せず、且つ取外しが困難にならない程度の粘着力である。

次に、上記のように構成した攪拌装置３０の使用方法について、その作用とともに説明する。最初に、攪拌装置３０を用いた二次電池１０の製造方法について説明する。
図３に示すように、まず原材料３２となる活物質、バインダ、導電剤、及び溶媒を秤量するとともに、タンク３１に収容（投入）する。次に、矢印Ｙ３に示すように、図示しない昇降装置を駆動し、タンク３１の開口部をフード４３で覆った状態で、接触部４７を原材料３２に没入させる。そして、モータ４５を駆動することにより、各攪拌羽根３３，３４を回転運動、及び遊星運動させ、原材料３２を十分に攪拌（混練）することにより塗膜剤が完成される。

次に、完成した正極用の塗膜剤を金属箔２１の両面に塗布するとともに、乾燥させることで正極活物質層２２を形成し、正極シート１８が完成される。同様に、完成した負極用の塗膜剤を金属箔２５の両面に塗布するとともに、乾燥させることで負極活物質層２６を形成し、負極シート１９が完成される。次に、完成した正極シート１８、及び負極シート１９を、間にセパレータ２０を介在させた状態で積層し、電極組立体１２が完成される。

続けて、電極組立体１２をケース１１に収容しつつ、正極集電タブ群２４ａと正極端子１５とを電気的に接続するとともに、負極集電タブ群２８ａと負極端子１６とを電気的に接続する。その後、ケース１１に非水電解液１３を充填して二次電池１０が完成される。

次に、攪拌装置３０の清掃方法について説明する。
図４に示すように、各攪拌羽根３３，３４に設けられた粘着テープ４８を剥がして取外すことにより、該粘着テープ４８と共に原材料３２や塗膜剤を除去する（第１工程）。本実施形態の攪拌装置３０では、タンク３１に収容された原材料３２に各攪拌羽根３３，３４を没入させることで、各攪拌羽根３３，３４のうち接触部４７の全体にわたって原材料３２や完成した塗膜剤が付着する。このとき、これら原材料３２や塗膜剤は、各攪拌羽根３３，３４の全体を覆う粘着テープ４８の表面に付着する。

攪拌装置３０の清掃では、各攪拌羽根３３，３４に設けられた粘着テープ４８を取外すことにより、該粘着テープ４８と共に原材料３２や塗膜剤を除去する。原材料３２や塗膜剤は、活物質の他にバインダや溶媒を含むことから比較的粘度が高く、ウエスなどで容易に拭取ることができない。しかしながら、本実施形態では、接触部４７を粘着テープ４８で予め覆っておくことで、このような問題を好適に解決できる。

また、本実施形態では、接触部４７を含む各攪拌羽根３３，３４の全体に粘着テープ４８を設けている。このため、例えば攪拌中に、原材料３２や塗膜剤が飛散して接触部４７以外の部分に付着する場合であっても、粘着テープ４８と共に原材料３２などを除去し、容易に清掃できる。また、粘着テープ４８は、清掃作業のスペースが少なく、ウエスでの拭取りが難しいエッジ部３５ａにも設けられていることから、粘着テープ４８を取外すことにより、エッジ部３５ａから原材料３２などを容易に除去できる。

そして、各攪拌羽根３３，３４から粘着テープ４８と共に原材料３２などを除去した後には、続けて接触部４７を含む各攪拌羽根３３，３４の全体に新しい粘着テープ４８を貼り付け、表面に粘着テープ４８を設ける（第２工程）。ここで「新しい粘着テープ４８（被膜材）」とは、各攪拌羽根３３，３４に設けた状態で原材料３２などの攪拌に用いられておらず、被膜材として未使用な状態である粘着テープ４８を意味するものとする。その他、タンク３１に残留する原材料３２や塗膜剤を除去して攪拌装置３０の清掃が終了する。

したがって、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）原材料３２と接触する各攪拌羽根３３，３４の接触部４７には、取外し可能な粘着テープ４８が設けられている。このため、塗膜剤の調製後、各攪拌羽根３３，３４を清掃する際に、粘着テープ４８を該粘着テープ４８に付着した塗膜剤と共に取外すことにより、塗膜剤を簡便に除去できる。このため、例えばウエスなどによって、接触部４７に付着した塗膜剤を拭取る場合と比較して、各攪拌羽根３３，３４の清掃を容易にできる。

（２）エッジ部３５ａに粘着テープ４８が設けられていることから、該粘着テープ４８を取外すことにより、ウエスなどによって拭取り難いエッジ部３５ａの清掃を容易にできる。

（３）粘着テープ４８は溶剤に対する耐性を有することから、例えば原材料３２の攪拌中に粘着テープ４８が溶けたり、脱落したりすることを抑制できる。
（４）本実施形態では、各攪拌羽根３３，３４の被膜材として粘着テープ４８を用いる。したがって、粘着テープ４８を各攪拌羽根３３，３４に設ける作業や、逆に取外す作業を容易にできる。

（５）接触部４７の全体が粘着テープ４８によって覆われていることから、粘着テープ４８を取外すことで接触部４７の全体から塗膜剤を除去できる。
（６）そして、攪拌装置３０の清掃が容易になることから、該攪拌装置３０（各攪拌羽根３３，３４）の清掃作業に要する時間を短縮できる。

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。
○ 各攪拌羽根３３，３４の表面には、粘着テープ４８に代えて、例えばフッ素樹脂など、取外し可能なコーティング剤を塗工することにより被膜材を設けてもよい。

○ 各攪拌羽根３３，３４の表面において、粘着テープ４８（被膜材）を設ける範囲を変更してもよい。例えば、接触部４７のみや、接触部４７の一部であるエッジ部３５ａの周辺部にのみ粘着テープ４８を設けてもよい。

○ タンク３１の内面に粘着テープ４８などの取外し可能な被膜材を設けてもよい。
○ 各攪拌羽根３３，３４の形状を変更してもよい。
○ 攪拌羽根は１つでもよく、また３つ以上設けてもよい。

○ 攪拌装置３０は、各攪拌羽根３３，３４を回転運動させる構成であってもよい。
○ 正極シート１８及び負極シート１９は帯状の電極であってもよい。この場合、電極組立体１２は、正極シート１８、及び負極シート１９を、間に帯状のセパレータ２０を介在させた状態で捲回した捲回型の電極組立体としてもよい。

○ 金属箔２１及び金属箔２５に代えて、所定の厚みを有する金属板であってもよい。
○ 正極シート１８、及び負極シート１９は、片面に活物質を塗布して形成されていてもよい。

○ ニッケル水素二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置に具体化してもよい。
○ 車両以外に用いられる蓄電装置に具体化してもよい。

１８…正極シート（電極）、１９…負極シート（電極）、３０…攪拌装置、３１…タンク、３２…原材料、３３…第１攪拌羽根（攪拌羽根）、３５ａ…エッジ部（境界部）、３４…第２攪拌羽根（攪拌羽根）、４５…モータ（駆動装置）、４７…接触部、４８…粘着テープ（被膜材）。

Claims (6)

1. 活物質、バインダ、及び溶媒を含む原材料を攪拌して電極用の塗膜剤を調製するための攪拌装置であって、
   前記原材料を収容するタンクと、
   前記タンクに収容された原材料に接触し前記原材料を攪拌する接触部を有する攪拌羽根と、
   前記攪拌羽根を駆動する駆動装置と、を備え、
   前記接触部の少なくとも一部には取外し可能な被膜材が設けられており、
   前記被膜材は、前記溶媒に対する耐性を有するとともに、取外し可能なコーティング剤であることを特徴とする攪拌装置。
2. 活物質、バインダ、及び溶媒を含む原材料を攪拌して電極用の塗膜剤を調製するための攪拌装置であって、
   前記原材料を収容するタンクと、
   前記タンクに収容された原材料に接触し前記原材料を攪拌する接触部を有する攪拌羽根と、
   前記攪拌羽根を駆動する駆動装置と、を備え、
   前記接触部の少なくとも一部には取外し可能な被膜材が設けられており、
   前記被膜材は、前記溶媒に対する耐性を有するとともに、前記原材料の攪拌中に前記攪拌羽根から離脱せず、且つ清掃時に取外しが可能な粘着力を有する粘着テープであることを特徴とする攪拌装置。
3. 前記接触部は、複数の面と、隣り合う面との間の境界部とを有し、
   前記被膜材は、少なくとも前記境界部に設けられている請求項１または２に記載の攪拌装置。
4. 前記被膜材は、前記接触部の全体を覆う請求項１〜３のいずれか１項に記載の攪拌装置。
5. 前記被膜材は、フッ素樹脂を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の攪拌装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の攪拌装置の清掃方法であって、
   前記被膜材を除去する第１工程と、
   前記接触部の少なくとも一部に新しい前記被膜材を取外し可能に設ける第２工程と、を含む攪拌装置の清掃方法。