JP6149360B2 - 蓄電材料の混練装置および混練方法 - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電材料を混練する混練装置および混練方法に関するものである。
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車等にリチウムイオン二次電池が適用されている。リチウムイオン二次電池の電極は、アルミニウム箔等の基材に活物質材料（蓄電材料）のスラリを塗布して乾燥することにより製造される。活物質材料のスラリは、液体分に活物質の粉末等の固形分を混練することにより製造される。
特許文献１には、流体エネルギミル装置を用いて活物質の粒子に所定の運動エネルギを与え、粒子を装置壁又は粒子相互間で衝突させて粉砕し、粒度調整した活物質の粉末を製造する方法が記載されている。これにより、粒子の変形を抑えた活物質の粉末を得ることができる。しかし、特許文献１には、活物質材料のスラリを製造する混練については記載されていない。
特許文献２には、活物質の粉末等の固形分を予め乾式混合し、その後に液体分を混合したものを加えて混練する混練方法が記載されている。これにより、活物質の粉末等の部分凝集を防止でき、均一な粘度の活物質材料のスラリを得ることができる。
特開平５−５４８８６号公報 特開平１−３２０７６１号公報
一般的に、スラリの粘度が低いほど、電池の初期性能は高まるが、混練工程の後工程である塗布工程および乾燥工程を良好に行うことが困難になる。よって、スラリの粘度は、電池の初期性能および塗布・乾燥工程の実行性の指標として用いることができる。ところが、電池の耐久性（繰り返し充放電特性）は、スラリの粘度が同一になるように混練しても変化することが知られている。よって、スラリの粘度を管理するのみでは、良好な電池性能を得ることは困難である。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電池の耐久性を向上させることができる蓄電材料の混練が可能な混練装置および混練方法を提供することを目的とする。
（請求項１）本発明に係る蓄電材料の混練装置は、蓄電材料を構成する液体分と固形分とを混練領域にて混練してスラリを生成し、生成された前記スラリを前記混練領域に吸入して再び混練する混練装置であって、前記混練領域、前記混練領域から前記スラリを排出する排出口、および、前記スラリを吸入する吸入口を備える装置本体と、第１凸歯を周方向に複数有し、前記装置本体の前記混練領域にて回転可能な第１環状混練部材と、前記第１凸歯と径方向に所定の隙間をあけて対向配置される第２凸歯を周方向に複数有し、前記混練領域にて前記装置本体に固定される第２環状混練部材と、を備え、前記混練装置は、前記第１環状混練部材を回転し、前記混練領域に投入される蓄電材料を構成する固形分及び液体分を混練しつつ前記第１環状混練部材及び前記第２環状混練部材によるせん断力によって分散し、前記混練装置は、前記第１環状混練部材の前記第１凸歯と前記第２環状混練部材の前記第２凸歯との間の混練周速（混練周速）により表される前記蓄電材料の粒子の運動エネルギと、前記蓄電材料の粒子が所定空間を運動するモデルにおいて、前記混練周速、および、前記蓄電材料の前記固形分と前記液体分との合計に対する前記固形分の比率（固形分率）により表される前記蓄電材料の損傷確率と、前記第１環状混練部材の混練時間（混練時間）とに基づいて、次式（１）により、混練の指標として前記蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギを設定する指標設定手段と、前記設定した混練の指標と前記蓄電材料を有する電池の容量維持率との関係を求め、必要最低限の前記電池の容量維持率となる前記蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギを求め、求めた前記蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギ以下となる前記混練の条件として前記混練周速、前記固形分率および前記混練時間を設定する条件設定手段と、前記条件設定手段により設定された前記固形分率となるように前記固形分および前記液体分を投入し、前記条件設定手段により設定された前記混練周速と前記混練時間にしたがって、前記混練周速と前記混練時間を制御する混練制御手段と、を備える。
Figure 0006149360
Ｄ：蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギ、ｍ：蓄電材料の単粒子重量、ｖ：混練周速、η：固形分率、σ：蓄電材料の粒子の平均粒径、ｔ：混練時間
（請求項２）本発明に係る蓄電材料の混練方法は、蓄電材料を構成する液体分と固形分とを混練領域にて混練してスラリを生成し、生成された前記スラリを前記混練領域に吸入して再び混練する混練装置を用いた混練方法であって、前記混練装置は、前記混練領域、前記混練領域から前記スラリを排出する排出口、および、前記スラリを吸入する吸入口を備える装置本体と、第１凸歯を周方向に複数有し、前記装置本体の前記混練領域にて回転可能な第１環状混練部材と、前記第１凸歯と径方向に所定の隙間をあけて対向配置される第２凸歯を周方向に複数有し、前記混練領域にて前記装置本体に固定される第２環状混練部材と、を備え、前記混練方法は、前記第１環状混練部材を回転し、前記混練領域に投入される蓄電材料を構成する固形分及び液体分を混練しつつ前記第１環状混練部材及び前記第２環状混練部材によるせん断力によって分散し、前記混練方法は、前記第１環状混練部材の前記第１凸歯と前記第２環状混練部材の前記第２凸歯との間の混練周速（混練周速）により表される前記蓄電材料の粒子の運動エネルギと、前記蓄電材料の粒子が所定空間を運動するモデルにおいて、前記混練周速、および、前記蓄電材料の前記固形分と前記液体分との合計に対する前記固形分の比率（固形分率）により表される前記蓄電材料の損傷確率と、前記第１環状混練部材の混練時間（混練時間）とに基づいて、次式（１）により、混練の指標として前記蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギを設定する指標設定工程と、前記設定した混練の指標と前記蓄電材料を有する電池の容量維持率との関係を求め、必要最低限の前記電池の容量維持率となる前記蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギを求め、求めた前記蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギ以下となる前記混練の条件として前記混練周速、前記固形分率および前記混練時間を設定する条件設定工程と、前記条件設定工程により設定された前記固形分率となるように前記固形分および前記液体分を投入し、前記条件設定工程により設定された前記混練周速と前記混練時間にしたがって、前記混練周速と前記混練時間を制御する混練制御工程と、を備える。
Figure 0006149360
Ｄ：蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギ、ｍ：蓄電材料の単粒子重量、ｖ：混練周速、η：固形分率、σ：蓄電材料の粒子の平均粒径、ｔ：混練時間
（請求項１）蓄電材料の粒子は、混練の速度が速くなったり時間が長くなると混練中の衝突回数が多くなって損傷する確率が高くなる。そして、蓄電材料の粒子が損傷して小さく分裂すると、表面積が増大し電解液の分解が促進される。以上のことから、電池の耐久性は、蓄電材料の粒子の損傷が大きく関わっていることが考えられる。本発明によれば、蓄電材料の粒子の運動エネルギ、蓄電材料の粒子が所定空間を運動するモデルにおいての前記蓄電材料の損傷確率および蓄電材料の混練時間に基づいて、混練の指標を設定している。これにより、混練する前の段階で混練での蓄電材料の粒子の損傷状態を予測することができるので、蓄電材料の粒子が損傷し難い混練を行うことができる。よって、耐久性の高い電池の製造が可能となる。
そして、蓄電材料の粒子の損傷は、蓄電材料の混練を高速で行ったり長時間行うことにより生じると考えられる。また、蓄電材料の固形分率が異なっても蓄電材料の粒子の損傷に違いが生じることが考えられる。よって、少なくとも混練部材の混練周速、蓄電材料の固形分率および蓄電材料の混練時間を調整して混練の条件を設定することにより、耐久性の高い電池の製造が可能となる。
そして、蓄電材料の粒子は、混練中に衝突を繰り返すことにより損傷する。本発明によれば、蓄電材料の粒子の平均自由行程に基づいて、蓄電材料の粒子が所定空間内を自由運動するモデルで蓄電材料の粒子の衝突回数を求めることができる。よって、この蓄電材料の粒子の衝突回数と蓄電材料の運動エネルギと蓄電材料の混練時間とを乗算することにより蓄電材料の累積衝突エネルギを求めることができ、電池の耐久性の指標として用いることができる。
（請求項２）本発明の蓄電材料を混練する混練方法によれば、上述した蓄電材料を混練する混練装置における効果と同様の効果を奏する。
本発明の実施の形態：混練制御装置を備えた混練装置の軸方向断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施の形態：混練を制御する混練制御装置の概略ブロック図である。 図４の混練制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 電池の容量維持率、すなわち電池の耐久性（繰り返し充放電特性）と活物質材料のスラリの粘度との関係を示す図である。 電池の容量維持率と活物質材料の累積衝突エネルギとの関係を示す図である。
（１．混練装置により混練される蓄電材料）
本実施形態による蓄電材料の混練装置は、例えば、リチウムイオン二次電池の電極（正極および負極）を製造するための装置を構成する。リチウムイオン二次電池の電極は、アルミニウム箔や銅箔等の基材に蓄電材料として活物質材料のスラリを塗布して乾燥することにより製造される。活物質材料のスラリは、液体分に活物質の粉末等の固形分を混練することにより製造される。本実施形態の混練装置は、活物質材料のスラリを製造する装置である。活物質材料の具体例としては、正極の電極の場合、液体分としてＮ−メチルピロリドン、固形分としてリチウムニッケル酸化物等の活物質、アセチレンブラック等の導電材およびポリフッ化ビニリデン等のバインダがある。負極の電極の場合、液体分として水、固形分としてグラファイト等の活物質、カルボキシメチルセルロース等の増粘材、ＳＢＲゴムやポリアクリル酸等のバインダがある。
（２．蓄電材料の混練装置の構成）
本実施形態の蓄電材料の混練装置について、図１〜図３を参照して説明する。混練装置は、図１の下方から液体分をハウジング１１０内に吸入し、図１の上方から固形分をハウジング１１０内に吸入し、ハウジング１１０内において、液体分と固形分とを混練してスラリを生成する。そして、生成されたスラリをハウジング１１０の外周面から径方向外方に排出する。
この混練装置は、図１に示すように、装置本体１００と、固形分を収容する粉体ホッパ２０と、駆動モータ４０と、混練制御装置６０とを備える。ここで、粉体ホッパ２０、駆動モータ４０は、装置本体１００のハウジング１１０に支持されている。
装置本体１００は、ハウジング１１０、仕切板１２０、回転羽根１３０、誘導部材１４０、第１環状混練部材１５０、第２環状混練部材１６０を備える。
ハウジング１１０は、中空円盤状に形成されている。ハウジング１１０の下面の中心には、液体分を吸入する液体分用吸入口１１１が形成されている。ハウジング１１０の上面の中心付近には、粉体ホッパ２０の固形分の排出端を装着可能であって、粉体ホッパ２０から固形分を吸入する固形分用吸入口１１２が形成されている。そして、ハウジング１１０内においては、液体分用吸入口１１１から吸入した液体分と固形分用吸入口１１２から吸入された固形分とを混練し、スラリを生成する。さらに、ハウジング１１０の外周面の一部には、ハウジング１１０内にて生成されたスラリを排出する排出口１１３が形成されている。
仕切板１２０は、円盤状に形成され、その中心部が駆動モータ４０の回転軸の端部に固定されている。仕切板１２０は、ハウジング１１０内に、その中心軸回りに回転可能に配置されている。この仕切板１２０は、ハウジング１１０内の中心付近を上下に区画し、下側に位置する液体分用吸入口１１１側の領域Ｅ１（液体分側領域）と上側に位置する固形分用吸入口１１２側の領域Ｅ２（固形分側領域）とに仕切っている。なお、駆動モータ４０は、装置本体１００の上面側に固定されている。
回転羽根１３０は、仕切板１２０の下面のうち径方向外方の位置に、周方向に複数設けられている。つまり、回転羽根１３０は、仕切板１２０の回転に伴って回転する。回転羽根１３０は、径方向内方に位置する液体分用吸入口１１１から吸入した液体分を、径方向外方へ送出するポンプ羽根として機能する。それぞれの回転羽根１３０は、径方向外方に行くに従って回転羽根１３０の回転方向とは反対方向に位相がずれるように形成されている。図２においては、回転羽根１３０の回転方向が右回りであるため、それぞれの回転羽根１３０の位相は径方向外方に行くに従って左回り側にずれている。
誘導部材１４０は、仕切板１２０の径方向外方（仕切板１２０および回転羽根１３０の下流側）に配置されており、ハウジング１１０に固定されている。誘導部材１４０は、回転羽根１３０から送出された液体分をさらに径方向外方の混練領域に向かって増速して送出する液体分用案内通路１４１を有する。この液体分用案内通路１４１は、径方向外方に行くに従って回転羽根１３０の回転方向に位相がずれるように形成されている。つまり、回転羽根１３０と誘導部材１４０の液体分用案内通路１４１とにより、いわゆるディフューザポンプとして機能する。この液体分用案内通路１４１は、径方向外方に行くに従って流路断面積が小さくなるように形成されている。液体分用案内通路１４１の流路断面積を下流に向かって小さくすることで、液体分をより高速化することができる。
さらに、誘導部材１４０は、固形分側領域Ｅ２における固形分を径方向外方に位置する混練領域に向かって案内する固形分用案内通路１４２を有する。固形分用案内通路１４２は、少なくとも径方向内方において、仕切部１４３を介して、液体分用案内通路１４１とは独立して形成されている。ただし、固形分用案内通路１４２における径方向外方は、液体分用案内通路１４１における径方向外方に連通している。つまり、液体分用案内通路１４１の径方向外方に位置する混練領域における液体分の流通に伴って、固形分用案内通路１４２を介して固形分側領域Ｅ２における固形分を混練領域へ誘導することができる。
この固形分用案内通路１４２は、液体分用案内通路１４１と同様の方向に延びるように形成されており、径方向外方に行くに従って回転羽根１３０の回転方向に位相がずれるように形成されている。さらに、固形分用案内通路１４２は、径方向外方に行くに従って流路断面積が小さくなるように形成されている。このように液体分用案内通路１４１および固形分用案内通路１４２を形成することで、固形分側領域Ｅ２における固形分を混練領域へより効果的に誘導することができる。さらに、固形分用案内通路１４２の流路断面積を下流に向かって小さくすることで、固形分を混練領域へより誘導しやすくなる。
第１環状混練部材１５０は、中心に貫通孔を有する環状に形成されており、回転羽根１３０の下縁に一体的に連結されている。第１環状混練部材１５０は、円盤部１５１、第１内周側凸歯１５２および第１外周側凸歯１５３を備える。円盤部１５１は、回転羽根１３０の下縁に連結されており、その中心孔が液体分用吸入口１１１に連通している。第１内周側凸歯１５２は、誘導部材１４０の径方向外方（誘導部材１４０の下流側）である混練領域に配置されており、円盤部１５１の上面から軸方向上方（スラリの流通方向に直交する方向）に突出するように、かつ、周方向に複数形成されている。第１外周側凸歯１５３は、第１内周側凸歯１５２の径方向外方であって円盤部１５１の外周縁から軸方向上方に突出するように、かつ、周方向に複数形成されている。
これら第１内周側凸歯１５２および第１外周側凸歯１５３の歯先は、ハウジング１１０の内面に対して相対回転可能となるように僅かな隙間を有している。そして、第１内周側凸歯１５２および第１外周側凸歯１５３の周方向縁面は、周方向にそれぞれ隣り合う第１内周側凸歯１５２および第１外周側凸歯１５３の歯先側の隙間幅が歯元側の隙間幅とほぼ同程度となるように形成されている。
第２環状混練部材１６０は、第１環状混練部材１５０との相対動作によって、スラリを混練する。この第２環状混練部材１６０は、ハウジング１１０の内面に固定されており、第２内周側凸歯１６１および第２外周側凸歯１６２を備える。第２内周側凸歯１６１および第２外周側凸歯１６２は、ハウジング１１０の内面から軸方向下方（第１内周側凸歯１５２の突出方向とは反対方向）に突出するように、かつ、周方向に複数形成されている。
そして、第２内周側凸歯１６１は、第１内周側凸歯１５２と第１外周側凸歯１５３との径方向間に、それらに対してスラリの流通方向に対向するように配置されている。第２外周側凸歯１６２は、第１外周側凸歯１５３の径方向外方に、当該第１外周側凸歯１５３に対してスラリの流通方向に対向するように配置されている。
第２内周側凸歯１６１および第２外周側凸歯１６２の歯先は、第１環状混練部材１５０の円盤部１５１に対して僅かな隙間を有している。そして、第２内周側凸歯１６１および第２外周側凸歯１６２の周方向縁面は、周方向にそれぞれ隣り合う第２内周側凸歯１６１および第２外周側凸歯１６２の歯先側の隙間幅が歯元側の隙間幅とほぼ同程度となるように形成されている。
（３．蓄電材料の混練装置の作用）
以上説明した混練装置の作用について説明する。駆動モータ４０が動作することにより、仕切板１２０、回転羽根１３０、第１環状混練部材１５０が、ハウジング１１０に対して回転する。一方、誘導部材１４０および第２環状混練部材１６０は、ハウジング１１０に固定されているため、回転しない。
回転羽根１３０が回転することにより、回転羽根１３０と誘導部材１４０とによりディフューザポンプとしての作用が生じ、液体分が、液体分用吸入口１１１から液体分側領域Ｅ１に吸入される。吸入された液体分は、回転羽根１３０および液体分用案内通路１４１を通過して、混練領域に送出される。そして、液体分の流通によって、固形分が固形分用吸入口１１２から固形分側領域Ｅ２に吸入される。吸入された固形分は、固形分用案内通路１４２を通過して、混練領域に誘導される。
混練領域においては、第１環状混練部材１５０と第２環状混練部材１６０が配置されている。そして、径方向内方から径方向外方に向かって、第１内周側凸歯１５２、第２内周側凸歯１６１、第１外周側凸歯１５３、第２外周側凸歯１６２の順に配置されており、相互に相対回転している。従って、誘導部材１４０から送出された液体分および固形分は、混練されつつ、それぞれの凸歯１５２，１５３，１６１，１６２によるせん断力によって分散される。そして、第２外周側凸歯１６２を通過したスラリは、排出口１１３から排出される。このようにして、スラリが生成される。そして、この動作を継続すると、液体分用吸入口１１１から先に生成されたスラリが吸入され、再び固形分と混練される。
（４．混練制御装置の構成）
次に、混練制御装置６０について、図４を参照して説明する。混練制御装置６０は、指標設定部６１と、条件設定部６２と、混練制御部６３と、記憶部６４とを備えて構成される。ここで、指標設定部６１、条件設定部６２、混練制御部６３、記憶部６４は、それぞれ個別のハードウエアによる構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。
指標設定部６１は、詳細は後述するが、活物質材料の粒子の運動エネルギ、活物質材料の粒子が所定空間を運動するモデルにおいての活物質材料の損傷確率および活物質材料の混練時間に基づいて、混練の指標を設定する。
条件設定部６２は、設定した混練の指標が目標値以下となるように、混練の条件を設定する。
混練制御部６３は、設定した混練の条件にしたがって、活物質材料の混練を制御する。
記憶部６４は、混練の指標を求めるための後述する式（１）を記憶する。
ここで、混練の指標および条件の設定について説明する。図６の実験結果に示すように、活物質材料のスラリの粘度νの上昇に伴って電池の容量維持率Ｐ、すなわち電池の耐久性（繰り返し充放電特性）は上昇する。ところが、混練装置の第１、第２環状混練部材１５０，１６０の混練周速ｖを高めると（ｖａ＜ｖｂ）、活物質材料のスラリの粘度νが同一になるように混練しても、電池の容量維持率Ｐは低下する。活物質材料の粒子は、第１、第２環状混練部材１５０，１６０の混練周速ｖが速くなると混練中の衝突回数が多くなって損傷する確率が高くなる。そして、活物質材料の粒子が損傷して小さく分裂すると、表面積が増大し電解液の分解が促進される。以上のことから、電池の容量維持率Ｐは、活物質材料の粒子の損傷が大きく関わっていることが考えられる。
活物質材料の粒子の損傷の要因としては、第１、第２環状混練部材１５０，１６０の混練周速ｖの他に、活物質材料の混練時間ｔや活物質材料の固形分率（固形分／（固形分＋液体分））ηが考えられる。そこで、活物質材料の粒子が所定空間内を自由運動するモデルで活物質材料の損傷確率を求める。そして、次式（１）に示すように、活物質材料の粒子の運動エネルギｍｖ2／２と活物質材料の損傷確率√２・η・σ・ｖと活物質材料の混練時間ｔとを乗算することにより、混練の指標となる活物質材料の累積衝突エネルギＤを求めることができる。これにより、混練する前の段階で混練での活物質材料の粒子の損傷状態を予測することができる。
Figure 0006149360
 ここで、Ｄ：活物質材料の粒子の累積衝突エネルギ、ｍ：活物質材料の単粒子重量、ｖ：第１、第２環状混練部材１５０，１６０の混練周速、η：活物質材料の固形分率、σ：活物質材料の粒子の平均粒径、ｔ：活物質材料の混練時間
そして、図７に示すように、電池の容量維持率Ｐと活物質材料の累積衝突エネルギＤとの関係を求める。この関係は、活物質材料の粒子の損傷の要因となる第１、第２環状混練部材１５０，１６０の混練周速ｖ、活物質材料の固形分率η（固形分率は、固形分と液体分との比率を変化させる）および活物質材料の混練時間ｔを調整することにより求める。そして、このときの関係式Ｐ＝ｆ（Ｄ）を求め、必要最低限の電池の容量維持率Ｐｐとなる活物質材料の累積衝突エネルギＤｐを求め、活物質材料の累積衝突エネルギがＤｐ以下となる混練の条件、すなわち第１、第２環状混練部材１５０，１６０の混練周速ｖ、活物質材料の固形分率ηおよび活物質材料の混練時間ｔを設定する。
上述の混練装置では、第２環状混練部材１６０の第２内周側凸歯１６１は、第１環状混練部材１５０の第１内周側凸歯１５２と第１外周側凸歯１５３との径方向間に、それらに対してスラリの流通方向に対向するように配置され、第２環状混練部材１６０の第２外周側凸歯１６２は、第１環状混練部材１５０の第１外周側凸歯１５３の径方向外方に、当該第１外周側凸歯１５３に対してスラリの流通方向に対向するように配置されている。よって、第１内周側凸歯１５２と第２内周側凸歯１６１との間の混練周速ｖ１、第２内周側凸歯１６１と第１外周側凸歯１５３との間の混練周速ｖ２、および第１外周側凸歯１５３と第２外周側凸歯１６２との間の混練周速ｖ３を用いて、活物質材料の粒子の各累積衝突エネルギＤ１，Ｄ２，Ｄ３を求め、各累積衝突エネルギＤ１，Ｄ２，Ｄ３の総和Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３を指標として設定する。
（５．混練制御装置による処理）
次に、混練制御装置６０による処理について、図５を参照して説明する。図５に示すように、活物質材料の粒子の運動エネルギ、活物質材料の粒子が所定空間を運動するモデルにおいての活物質材料の損傷確率および活物質材料の混練時間に基づいて、混練の指標を設定する（ステップＳ１、本発明の「指標設定工程」に相当する）。具体的には、指標設定部６１は、記憶部６４から式（１）を読み込み、活物質材料の単粒子重量ｍ、第１、第２環状混練部材１５０，１６０の混練周速ｖ１，ｖ２，ｖ３、活物質材料の固形分率η、活物質材料の粒子の平均粒径σ、活物質材料の混練時間ｔを用いて、活物質材料の粒子の各累積衝突エネルギＤ１，Ｄ２，Ｄ３を求め、各累積衝突エネルギＤ１，Ｄ２，Ｄ３の総和Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３を指標として設定する。
次に、設定した混練の指標に基づいて、混練の条件を設定する（ステップＳ２、本発明の「条件設定工程」に相当する）。具体的には、条件設定部６２は、設定した指標Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３が予め設定されている目標値Ｄｐ１＋Ｄｐ２＋Ｄｐ３以下となる混練の条件、すなわち第１、第２環状混練部材１５０，１６０の混練周速ｖ１，ｖ２，ｖ３、活物質材料の固形分率ηおよび活物質材料の混練時間ｔを設定する。活物質材料の粒子の損傷は、活物質材料の混練を高速で行ったり長時間行うことにより生じると考えられ、また、活物質材料の固形分率が異なっても活物質材料の粒子の損傷に違いが生じることが考えられるためである。
そして、設定した混練の条件にしたがって、活物質材料の混練を制御し（ステップＳ３、本発明の「制御工程」に相当する）、処理を終了する。具体的には、混練制御部６３は、設定した混練の条件、すなわち活物質材料の固形分率がηとなるように固形分および液体分を混練装置に投入する。そして、設定した混練の条件、すなわち第１、第２環状混練部材１５０，１６０の混練周速ｖ１，ｖ２，ｖ３、および活物質材料の混練時間ｔにより活物質材料の混練を制御する。
（６．混練制御による効果）
上述したように、本実施形態によれば、活物質材料の粒子の運動エネルギ、活物質材料の粒子が所定空間を運動するモデルにおいての活物質材料の損傷確率および活物質材料の混練時間に基づいて、混練の指標を設定している。すなわち、活物質材料の粒子が所定空間内を自由運動するモデルで活物質材料の損傷確率を求めている。よって、この活物質材料の損傷確率と活物質材料の運動エネルギと活物質材料の混練時間とを乗算することにより活物質材料の累積衝突エネルギを求めることができ、電池の耐久性の指標として用いることができる。そして、混練する前の段階で混練での活物質材料の粒子の損傷状態を予測することができるので、活物質材料の粒子が損傷し難い混練を行うことができる。よって、耐久性の高い電池の製造が可能となる。
なお、本発明が適用される蓄電材料としては、リチウムイオン二次電池の電極用の活物質材料に限定されるものではなく、蓄電材料であれば例えばキャパシタの材料等にも適用可能である。また、活物質材料の粒子の損傷の考え方は、ビーズミルの分散力の計算やビーズの交換寿命の推定等に適用可能である。
６０：混練制御装置、 ６１：指標設定部、 ６２：条件設定部、 ６３：混練制御部、 １５０：第１環状混練部材、 １５２，１５３：第１凸歯、 １６０：第２環状混練部材、 １６１，１６２：第２凸歯

Claims (2)

  1. 蓄電材料を構成する液体分と固形分とを混練領域にて混練してスラリを生成し、生成された前記スラリを前記混練領域に吸入して再び混練する混練装置であって、
    前記混練領域、前記混練領域から前記スラリを排出する排出口、および、前記スラリを吸入する吸入口を備える装置本体と、
    第１凸歯を周方向に複数有し、前記装置本体の前記混練領域にて回転可能な第１環状混練部材と、
    前記第１凸歯と径方向に所定の隙間をあけて対向配置される第２凸歯を周方向に複数有し、前記混練領域にて前記装置本体に固定される第２環状混練部材と、
    を備え、
    前記混練装置は、前記第１環状混練部材を回転し、前記混練領域に投入される蓄電材料を構成する固形分及び液体分を混練しつつ前記第１環状混練部材および前記第２環状混練部材によるせん断力によって分散し、
    前記混練装置は、
    前記第１環状混練部材の前記第１凸歯と前記第２環状混練部材の前記第２凸歯との間の混練周速（混練周速）により表される前記蓄電材料の粒子の運動エネルギと、前記蓄電材料の粒子が所定空間を運動するモデルにおいて、前記混練周速、および、前記蓄電材料の前記固形分と前記液体分との合計に対する前記固形分の比率（固形分率）により表される前記蓄電材料の損傷確率と、前記第１環状混練部材の混練時間（混練時間）とに基づいて、次式（１）により、混練の指標として前記蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギを設定する指標設定手段と、
    前記設定した混練の指標と前記蓄電材料を有する電池の容量維持率との関係を求め、必要最低限の前記電池の容量維持率となる前記蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギを求め、求めた前記蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギ以下となる前記混練の条件として前記混練周速、前記固形分率および前記混練時間を設定する条件設定手段と、
    前記条件設定手段により設定された前記固形分率となるように前記固形分および前記液体分を投入し、前記条件設定手段により設定された前記混練周速と前記混練時間にしたがって、前記混練周速と前記混練時間を制御する混練制御手段と、
    を備える蓄電材料の混練装置。
    Figure 0006149360
    Ｄ：蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギ、ｍ：蓄電材料の単粒子重量、ｖ：混練周速、η：固形分率、σ：蓄電材料の粒子の平均粒径、ｔ：混練時間
  2. 蓄電材料を構成する液体分と固形分とを混練領域にて混練してスラリを生成し、生成された前記スラリを前記混練領域に吸入して再び混練する混練装置を用いた混練方法であって、
    前記混練装置は、
    前記混練領域、前記混練領域から前記スラリを排出する排出口、および、前記スラリを吸入する吸入口を備える装置本体と、
    第１凸歯を周方向に複数有し、前記装置本体の前記混練領域にて回転可能な第１環状混練部材と、
    前記第１凸歯と径方向に所定の隙間をあけて対向配置される第２凸歯を周方向に複数有し、前記混練領域にて前記装置本体に固定される第２環状混練部材と、
    を備え、
    前記混練方法は、前記第１環状混練部材を回転し、前記混練領域に投入される蓄電材料を構成する固形分及び液体分を混練しつつ前記第１環状混練部材及び前記第２環状混練部材によるせん断力によって分散し、
    前記混練方法は、
    前記第１環状混練部材の前記第１凸歯と前記第２環状混練部材の前記第２凸歯との間の混練周速（混練周速）により表される前記蓄電材料の粒子の運動エネルギと、前記蓄電材料の粒子が所定空間を運動するモデルにおいて、前記混練周速、および前記蓄電材料の前記固形分と前記液体分との合計に対する前記固形分の比率（固形分率）により表される前記蓄電材料の損傷確率と、前記第１環状混練部材の混練時間（混練時間）とに基づいて、次式（１）により、混練の指標として前記蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギを設定する指標設定工程と、
    前記設定した混練の指標と前記蓄電材料を有する電池の容量維持率との関係を求め、必要最低限の前記電池の容量維持率となる前記蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギを求め、求めた前記蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギ以下となる前記混練の条件として前記混練周速、前記固形分率および前記混練時間を設定する条件設定工程と、
    前記条件設定工程により設定された前記固形分率となるように前記固形分および前記液体分を投入し、前記条件設定工程により設定された前記混練周速と前記混練時間にしたがって、前記混練周速と前記混練時間を制御する混練制御工程と、
    を備える蓄電材料の混練方法。
    Figure 0006149360
    Ｄ：蓄電材料の粒子の累積衝突エネルギ、ｍ：蓄電材料の単粒子重量、ｖ：混練周速、η：固形分率、σ：蓄電材料の粒子の平均粒径、ｔ：混練時間
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