JP6601400B2 - 複合粒子の製造方法 - Google Patents

複合粒子の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6601400B2
JP6601400B2 JP2016545481A JP2016545481A JP6601400B2 JP 6601400 B2 JP6601400 B2 JP 6601400B2 JP 2016545481 A JP2016545481 A JP 2016545481A JP 2016545481 A JP2016545481 A JP 2016545481A JP 6601400 B2 JP6601400 B2 JP 6601400B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotating disk
slurry
composite particles
inclined surface
disk
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016545481A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2016031692A1 (ja
Inventor
圭佑 伊藤
琢也 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zeon Corp
Original Assignee
Zeon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zeon Corp filed Critical Zeon Corp
Publication of JPWO2016031692A1 publication Critical patent/JPWO2016031692A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6601400B2 publication Critical patent/JP6601400B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2/00Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
    • B01J2/02Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops
    • B01J2/04Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops in a gaseous medium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • B01D1/16Evaporating by spraying
    • B01D1/18Evaporating by spraying to obtain dry solids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D1/00Evaporating
    • B01D1/16Evaporating by spraying
    • B01D1/20Sprayers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/10Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/10Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces
    • B05B3/1007Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces characterised by the rotating member
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/10Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces
    • B05B3/1007Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces characterised by the rotating member
    • B05B3/1014Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces characterised by the rotating member with a spraying edge, e.g. like a cup or a bell
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/10Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces
    • B05B3/1007Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces characterised by the rotating member
    • B05B3/1021Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces characterised by the rotating member with individual passages at its periphery
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26DRYING
    • F26BDRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/02Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
    • F26B3/10Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour carrying the materials or objects to be dried with it
    • F26B3/12Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour carrying the materials or objects to be dried with it in the form of a spray, i.e. sprayed or dispersed emulsions or suspensions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • H01M4/1393Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Glanulating (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Description

本発明は、スラリーを遠心噴霧するアトマイザ、該アトマイザを備えた噴霧乾燥装置及び電気化学素子用電極の製造に用いられる複合粒子の製造方法に関するものである。
従来、粒子を製造する方法のひとつである噴霧乾燥造粒法においては、ピン型回転ディスクを備えたアトマイザを用いる方法が知られている。例えば、特許文献1にはアトマイザを構成する噴霧部が開示されており、噴霧部は、スラリーを吐出するスラリーホース及びスラリーを遠心噴霧するピン型回転ディスクを備えている。このピン型回転ディスクは、ドーナツ形状の上板、平面円形状の下板、及び該下板の上面外周側に周方向に配置され、該上板と該下板とを結合する複数の分散ピンを備えている。この特許文献1に記載の噴霧乾燥装置においては、スラリーホースから吐出したスラリーを、回転する回転ディスクの下板表面に滴下する。そして、回転ディスクの回転による遠心力により、下板表面を外周側に移動し分散ピンを介して回転ディスクから噴霧されたスラリーを、熱風乾燥することにより粒子を得る。
特開2006−43555号公報
上述したように従来のアトマイザにおいては、上板、下板及びこれらを結合する複数のピンにより構成されるピン型回転ディスクを備えたものが一般的である。しかし、ノズル部から滴下されたスラリーは、平面状の下板表面に均一に拡がらず、噴霧されるスラリーの量にばらつきが生じていた。また、スラリーが例えばピンの下端や上端から遠心噴霧されるなど、ピンとピンの間の様々な箇所から遠心噴霧されるため、スラリーの液滴の大きさにばらつきが生じていた。したがって、製造される粒子の粒径がそろわず、粒度分布がシャープでないという問題があった。
また、下板が円板形状であり、下板のエッジ部からスラリーが遠心噴霧されるため、スラリーの一部がピン型回転ディスクから遠心噴霧されずに、下板の側面部に固着する場合があった。同様に、スラリーの一部がピン型回転ディスクから遠心噴霧されずに、ピンの下端、上端、あるいは上板の裏面などに固着する場合があった。したがって、詰まりが生じたり、固着したものが剥離して造粒粒子に混入したりする問題があった。
本発明の目的は、造粒粒子の粒径にばらつきが生じることを防止し、シャープな粒度分布を得ることができるアトマイザ、該アトマイザを備えた噴霧乾燥装置及び該アトマイザを用いた電気化学素子用電極の製造に用いられる複合粒子の製造方法を提供することである。
本発明者らは、鋭意検討の結果、回転ディスクから上板及びピンを取り除き、回転ディスク(下板)のスラリーが噴霧される面の少なくとも外縁部に放射方向に延びる複数の溝を形成することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明によれば、
(1) スラリーを滴下するノズル部と、前記ノズル部から滴下される前記スラリーを遠心噴霧する回転ディスクと、を備え、前記回転ディスクは、前記スラリーが噴霧される面の少なくとも外縁部に放射方向に延びる複数の溝を有するアトマイザ、
(2) 前記回転ディスクは、円板形状を有し、前記円板形状の中心部の周りに水平方向に対して所定の角度を有し、放射方向に傾斜する環状の傾斜面を有する(1)記載のアトマイザ、
(3) 前記回転ディスクは、前記円板形状の上面の少なくとも中心部の周りに前記スラリーを溜める液だまり部を有する(2)記載のアトマイザ。
(4) 前記複数の溝を有する面が前記回転ディスクの上面にある(1)〜(3)の何れかに記載のアトマイザ、
(5) 前記複数の溝を有する面が前記回転ディスクの下面にあり、前記回転ディスクは、該回転ディスクの上面から前記下面に貫通し、円周状に20個以上配列される孔を有する(1)〜(3)の何れかに記載のアトマイザ、
(6) 前記溝は、幅が50μm以上5mm以下且つ深さが50μm以上5mm以下である(1)〜(5)の何れかに記載のアトマイザ、
(7) 前記ノズル部より滴下される前記スラリーの線速度は、50m/min以上である(1)〜(6)の何れかに記載のアトマイザ、
(8) 前記溝の幅をa、隣り合う前記溝とのピッチをbとしたとき、a/bが0.8以上である(1)〜(7)の何れかに記載のアトマイザ、
(9) 前記回転ディスクは、撥水性を有する材料によりコーティングされている(1)〜(8)の何れかに記載のアトマイザ、
(10) 前記回転ディスクは、撥水性を有する材料及び前記回転ディスクを形成する材料より高い耐磨耗性を有する材料によりコーティングされている(1)〜(8)の何れかに記載のアトマイザ、
(11) 前記スラリーが前記ノズル部から滴下される位置と、前記傾斜面の最も低い位置または前記傾斜面の最も高い位置との鉛直方向における差は、1mm以上である(2)記載のアトマイザ、
(12) 前記傾斜面は、曲面を有する(2)または(11)に記載のアトマイザ、
(13) 前記液だまり部は、環状の凹部である(3)記載のアトマイザ、
(14) 前記スラリーは、電気化学素子用電極の製造に用いられる乾式成形用複合粒子用のスラリーである(1)〜(13)の何れかに記載のアトマイザ、
(15) (1)〜(14)の何れかに記載のアトマイザと、前記アトマイザから遠心噴霧されたスラリーを乾燥する乾燥炉と、を備える噴霧乾燥装置、
(16) (1)〜(14)の何れかに記載のアトマイザを用いて、電気化学素子用電極の製造に用いられる乾式成形用複合粒子用のスラリーを遠心噴霧する噴霧工程と、前記噴霧工程により遠心噴霧された前記スラリーを乾燥する乾燥工程と、を含む複合粒子の製造方法、
が提供される。
本発明によれば、造粒粒子の粒径にばらつきが生じることを防止し、シャープな粒度分布を得ることができるアトマイザ、該アトマイザを備えた噴霧乾燥装置及び該アトマイザを用いた電気化学素子用電極の製造に用いられる複合粒子の製造方法を提供することができる。
本発明の実施の形態に係る噴霧乾燥装置の概略を示す図である。 本発明の実施の形態に係る回転ディスクの構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る他の回転ディスクの構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る他の回転ディスクの構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る他の回転ディスクの構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る他の回転ディスクの構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る他の回転ディスクの構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る他の回転ディスクの構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る他の回転ディスクの溝の構成を示す拡大図である。 実施の形態に係る回転ディスク及び従来の回転ディスクの個数基準粒度分布を示すグラフである。 実施の形態に係る回転ディスク及び従来の回転ディスクの体積基準粒度分布を示すグラフである。 撥水性ICFコートを施していない回転ディスクの体積基準粒度分布を示すグラフである。 撥水性ICFコートを施した回転ディスクの体積基準粒度分布を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る他の回転ディスクの構成を示す図である。 比較例1に係る回転ディスクの構成を示す図である。 比較例2に係る回転ディスクの構成を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係るアトマイザ、該アトマイザを備えた噴霧乾燥装置及び電気化学素子用電極の製造に用いられる複合粒子の製造方法について説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る噴霧乾燥装置の概略を示す図である。図1に示すように、噴霧乾燥装置2は、滴下されたスラリーを熱風により乾燥させる乾燥炉4を備えている。
乾燥炉4の上方には、スラリーを乾燥炉4内に遠心噴霧するアトマイザ6及びアトマイザ6にスラリーを供給するスラリー供給部8が設けられている。アトマイザ6は、ノズル部10、バルブ駆動部12、回転ディスク14、モータ16、及び制御部18を備えて構成されている。
ノズル部10は、スラリー供給部8から供給されたスラリーを回転ディスク14上に滴下する。バルブ駆動部12は、ノズル部10から滴下されるスラリーの量を調整するためのバルブ(図示せず)の開閉を行う。回転ディスク14は、円板形状を有し(図2参照)、回転することによりノズル部10から円板形状の中央部近傍上面に滴下されるスラリーを遠心噴霧する。モータ16は、回転ディスク14を回転させる。制御部18は、バルブ駆動部12及びモータ16の駆動を制御することにより、ノズル10から滴下されるスラリーの量及び回転ディスク14の回転速度を制御する。
この実施の形態においては、制御部18は、ノズル部10より滴下されるスラリーの線速度が50m/min以上になるように、バルブ駆動部12の駆動を制御する。スラリーの線速度が50m/minより小さい場合には、スラリーを回転ディスク14の傾斜面14a(図2参照)上に拡げて供給できないからである。ここで、スラリーの線速度は、ノズル部10のスラリーを供給する部分の径(以下、ノズル径という。)及びノズル部10から供給されるスラリーの流量により定まる。なお、ノズル径及びスラリーの流量は、回転ディスクの径が小さい場合、回転ディスクの回転速度などの処理能力が低い場合、または乾燥炉の乾燥能力が低い場合等には小さいほうがよい。例えばノズル径は、回転ディスク14の直径が50mm、乾燥炉4の乾燥能力(単位時間蒸発水量)が10〜50g/minである場合、1.8mm以下が好ましく、1mm以下がより好ましく、0.8mm以下が更に好ましい。
但し、ノズル径がスラリーに含まれるフィラーのサイズに対して小さい場合、ノズル部10が詰まるおそれがある。また、ノズル径を過剰に小さくした場合、スラリー供給部8からスラリーを供給する際に高い圧力を必要とし、ノズル部10が磨耗するおそれがある。したがって、ノズル径は、0.3mm以上にすることが好ましい。なお、この実施の形態に係るアトマイザ6においては1つのノズル部10を備えているが、複数のノズル部を備えてもよい。この場合には、各ノズル径は、1つのノズル部を備えている場合より小さくすることが好ましく、そのいずれのノズルからも線速度50m/min以上でスラリーが供給されるように調整する。
ノズル部10のノズル径は、ノズル部10を構成するチューブ内にシリコンチューブ等を挿入することにより調整することができる。例えばノズル部10を構成するチューブ(既存チューブ)の外径が4mmで内径が3mmの場合、外径が3mmで内径が1mmのシリコンチューブを既存チューブ内に挿入することにより、ノズル径を3mmから1mmに変更することができる。また、さらに外径が1mmで内径が0.5mmのシリコンチューブを外径が3mmで内径が1mmのシリコンチューブ内に挿入することにより、ノズル径を1mmから0.5mmに変更することができる。
図2は、回転ディスク14の構成を示す図である。図2に示すように、回転ディスク14の上面には、回転ディスク14の中心部の周りに水平方向に対して所定の角度を有し、放射方向に傾斜する環状の傾斜面14a,14bが形成されている。傾斜面14aは、回転ディスク14の中心部から放射方向に上昇する環状の傾斜曲面であり、傾斜面14bは、傾斜面14aの外周に位置し、回転ディスク14の中心部から放射方向に下降する環状の傾斜曲面である。即ち傾斜面14aは、回転ディスク14における円板形状の中心部の周りであって、少なくともスラリーが滴下される位置からスラリーが噴霧される位置に亘り、回転ディスク14の回転軸に対する垂直面方向(通常は水平方向)に対して所定の角度を有し、放射方向に傾斜する環状の面である。
回転ディスク14の上面の中心部周りは、傾斜面14aにより囲まれた環状の凹部となっており、ノズル部10から滴下されたスラリーを溜める液だまり部15を構成する。即ち液だまり部15は、回転ディスク14におけるスラリーが滴下される位置と回転ディスク14の外縁部の溝20との間に形成され、遠心力により回転ディスク14の外周方向に移動するスラリーを一旦滞留させ得る、回転ディスク14の回転軸に垂直な面に対して角度が次第に大きくなる環状の傾斜部分(傾斜面14a)と、回転ディスク14の中心部との間に環状に形成された凹部である。
図2に示すように、回転ディスク14上面の外縁部、即ち環状の傾斜面14bの上部には、放射方向に延びる複数の溝20が一定の間隔で形成されている。溝20の各々は、一定の幅及び深さを有している。また、回転ディスク14の表面には、真性カーボン膜(ICF)にフッ素をドーピングすることにより撥水性を付与したDLC(撥水性ICF)がコーティングされている。
ノズル部10より線速度50m/min以上で滴下されたスラリーは、回転ディスク14の中央部近傍上面に滴下される。回転ディスク14の中央部近傍上面に滴下され、回転ディスク14の中央部近傍の液だまり部15に一旦滞留したスラリーは、回転ディスク14の回転による遠心力により、傾斜面14aを均一に拡がりながら上昇する。傾斜面14aを上昇したスラリーは、遠心力による放射方向の力とスラリーの表面張力による下方向の力により、滑らかに接続されている傾斜面14aと傾斜面14bとの接続部で水平方向に噴霧されず、傾斜面14bの上部に形成されている溝20を通過して、図1に示すように、水平方向に対して所定の角度下方向に遠心噴霧される。
回転ディスク14の中央部近傍の液だまり部15に一旦滞留したスラリーは傾斜面14aを均一に拡がり上昇するため、回転ディスク14から遠心噴霧されるスラリーの量が安定し、ひいては製造される造粒粒子の粒径が安定する。また、傾斜面14bは曲面であるため、スラリーは、傾斜面14bの下部と回転ディスク14の側部との接続部に到達する前に噴霧される。したがって、スラリーの一部が回転ディスク14から遠心噴霧されずに回転ディスク14の側部14cに固着するのを防止することができる。また、回転ディスク14の表面が撥水性ICFでコーティングされているため、スラリーの回転ディスク14への濡れ性が弱くなっていることにより、回転ディスク14表面へのスラリーの固着を抑制できる。
ここで、スラリーがノズル部10から滴下される回転ディスク14の中央部近傍上面の位置と、傾斜面14aの最も高い位置との鉛直方向における差は、1mm以上であることが好ましい。差が1mmより小さい場合には、スラリーが傾斜面14a上に均一に拡がらず、細粒状(霧状)でない液体状で回転ディスク14から飛び出し、乾燥炉4内で乾燥する前に乾燥炉4の内壁に付着するため、複合粒子を得ることができないからである。
また、溝20は、スラリーが溝20を通過することにより、回転ディスク14から遠心噴霧されるスラリーの量を制御する。即ち、一定の幅及び深さを有する複数の溝20をスラリーが通過することにより、回転ディスク14から遠心噴霧されるスラリーの量が安定し、製造される造粒粒子の粒径が安定する。なお、溝20は、回転ディスク14におけるスラリーが噴霧される面(スラリー噴霧面)、即ち、スラリーが回転ディスク14から離れて噴霧される離点がある面、の少なくとも外縁部にあればよい。ここで「スラリーが噴霧される面」とは、回転ディスクの各面の中で、スラリーが回転ディスクから離れて霧(液滴)となる離点の存在する面のことを示し、当該面の少なくとも外縁部に、径方向に延びる複数の溝が形成され、前記溝を介して前記スラリーが噴霧される。なお、ノズルからのスラリーが滴下される面、即ち、スラリーが回転ディスクに初めて接触する面と、前記スラリーが噴霧される面とが異なる場合もあり、このような場合は、例えば両面が貫通孔等により通じており、滴下したスラリーは、当該貫通孔を通じてスラリーが噴霧される面に移動し、溝を介して噴霧される。
具体的には溝20は、スラリーが滴下される上面がスラリー噴霧面であればその外縁部に、スラリーが滴下される上面以外の面(例えば、スラリーが滴下される上面の裏面である場合や回転ディスク14の側面である場合等)がスラリー噴霧面であればその外縁部に、それぞれ溝20があればよい。また、外縁部であって、スラリーの滴下位置からスラリーの噴霧位置までの間のスラリーの流路の中で、スラリーの噴霧位置に近い位置に溝20があることが好ましい。
また、溝20の幅及び深さを変更することにより、回転ディスク14から遠心噴霧されるスラリーの量を制御することができ、その結果、製造される造粒粒子の粒径を制御することができる。即ち、溝20の幅及び深さを小さく(大きく)することにより回転ディスク14から遠心噴霧されるスラリーの量を減少(増大)させることができ、製造される造粒粒子の小粒径化(大粒径化)を実現することができる。
ここで溝20は、幅が50μm以上5mm以下且つ深さが50μm以上5mm以下、好ましくは幅が150μm以上2mm以下且つ深さが50μm以上1mm以下、さらに好ましくは幅が250μm以上1mm以下且つ深さが300μm以上1mm以下であることが好ましい。溝20の幅が50μm且つ深さが50μmより小さい場合にはスラリーが溝20内を通過できず、幅が5mm且つ深さが5mmより大きい場合には遠心噴霧されるスラリーの量、即ち造粒粒子の粒径にばらつきが生じるからである。
この噴霧乾燥装置2で用いられるスラリーとしては、電極活物質及び溶媒を含み、必要に応じて結着剤、分散剤、導電材及び添加剤を含んでもよい。また、食品、医薬品及び農薬など、噴霧乾燥により製造される造粒粒子の原料となるスラリーに広く適用できる。
複合粒子を例えばリチウムイオン電池用の電極材料として用いる場合、正極用の電極活物質としては、リチウムイオンを可逆的にドープ・脱ドープ可能な金属酸化物が挙げられる。かかる金属酸化物としては、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、燐酸鉄リチウム等を挙げることができる。なお、上記にて例示した正極用の電極活物質は適宜用途に応じて単独で使用してもよく、複数種混合して使用してもよい。
なお、例えばリチウムイオン電池用正極の対極としての負極用の電極活物質としては、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素、熱分解炭素などの低結晶性炭素(非晶質炭素)、グラファイト(天然黒鉛、人造黒鉛)、錫やケイ素等の合金系材料、ケイ素酸化物、錫酸化物、チタン酸リチウム等の酸化物等が挙げられる。なお、上記に例示した負極用の電極活物質は適宜用途に応じて単独で使用してもよく、複数種混合して使用してもよい。
例えばリチウムイオン電池電極用の電極活物質の体積平均粒子径は、正極、負極ともに通常0.1〜100μm、好ましくは0.5〜50μm、より好ましくは0.8〜30μmである。
スラリーに含まれる溶媒としては、水を用いることが好ましいが、水と有機溶媒との混合溶媒を用いてもよく、有機溶媒のみを単独または数種組み合わせて用いてもよい。この場合に用いることができる有機溶媒としては、たとえば、アルコール類、アルキルケトン類、エーテル類、アミド類等が挙げられる。有機溶媒を用いる場合には、アルコール類が好ましい。水と、水よりも沸点の低い有機溶媒とを併用することにより、乾燥時に、乾燥速度を速くすることができる。また、これにより、スラリーの粘度や流動性を調整することができ、生産効率を向上させることができる。
複合粒子に用いられる結着剤としては、電極活物質を相互に結着させることができる化合物であれば特に制限はない。好適な結着剤は、溶媒に分散する性質のある分散型結着剤である。分散型結着剤として、例えば、シリコン系重合体、フッ素含有重合体、共役ジエン系重合体、アクリレート系重合体、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン等の高分子化合物が挙げられ、好ましくはフッ素系含有重合体、共役系ジエン重合体およびアクリレート系重合体、より好ましくは共役ジエン系重合体およびアクリレート系重合体が挙げられる。
複合粒子の体積平均粒子径は、所望の厚みの電極活物質層を容易に得る観点から、通常0.1〜1000μm、好ましくは1〜500μm、より好ましくは30〜250μmの範囲である。
なお、複合粒子の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(たとえば、SALD−3100;島津製作所製)にて測定し、算出される体積平均粒子径である。
この噴霧乾燥装置2を用いて、電気化学素子用電極の製造に用いられる乾式成形用の複合粒子を造粒する場合には、まず、スラリーをスラリー供給部8からノズル部10へ供給し、ノズル部10から回転ディスク14の中央部近傍上面に滴下する。この際、制御部18は、バルブ駆動部12によるバルブ開閉を制御し、ノズル部10より滴下されるスラリーの線速度が50m/min以上になるようにノズル部10から滴下されるスラリーの量を調整する。尚、スラリーの供給方法は滴下に限らず、回転ディスク14下面にスラリーを供給する場合はノズルを回転ディスク14下面に近づけ供給してもよい。また、スラリーを供給するノズル部分の径を小さくすることで、間欠的な液供給を均一化することも可能であり、結果として得られる複合粒子の粒子径を均一化することが可能となる。その際に供給されるスラリーがノズル部10で霧化されて微細な液滴として供給されてもよい。また、モータ16による回転ディスク14の回転を制御し、回転ディスク14の回転速度を調整する。回転速度は、通常は1,000〜90,000rpmである。
次に、回転ディスク14の中央部近傍上面に滴下されたスラリーを、回転ディスク14の回転による遠心力により遠心噴霧する。この際、スラリーは、回転ディスク14の中央部近傍の液だまり部15に一旦滞留した後、回転ディスク14の回転による遠心力により傾斜面14aを上昇する。そして、傾斜面14aを上昇したスラリーは、傾斜面14b上部に形成されている溝20を通過して、回転ディスク14の回転による遠心力により水平方向に対して所定の角度下方向に遠心噴霧される。
即ち、回転ディスク14に滴下されたスラリーは、回転ディスク14の回転による遠心力を受けて回転ディスク14の外周方向に移動する。その際に、スラリーは傾斜面14aに遠心力で押し付けられることにより傾斜面全体に均一に広がり易くなる。そのため、スラリーが回転ディスク14の外縁部の溝20に到達する際には各溝に均等量で供給され、各溝を介して周方向に均一にスラリーが噴霧されることから、スラリーの液滴もサイズおよび形状が均一になる。また回転ディスク14上に滴下されたスラリーは、液だまり部15に一旦滞留することにより環状に広がることができる。そのため、液だまり部15から回転ディスク14の外周部へ移動するスラリーは回転ディスク14の面全方向に均一に広がることが可能となる。
なお、傾斜面14aが存在しない場合、スラリーの濃度や滴下量、ディスクの回転速度等によっては、滴下されたスラリーをディスク面に均一に広げることが完全にはできない場合が生じる。また、ディスク面に対して垂直方向にも浮力が生じる場合があるため、溝20にスラリーの一部は供給されない場合がある。また液だまり部15が無い場合、同様にスラリーの濃度や滴下量、ディスクの回転速度等によっては、滴下されたスラリーは環状に広がる前に遠心力を受け外周方向に広がる。そのためスラリーは回転ディスク14に対して全方向に均一に広がることができずに一部の偏った方向からのみ噴霧されることとなる。
したがって、スラリーの濃度やディスクの回転速度等によっては、傾斜面14aを有していても、角度が小さい場合やスラリー滴下量が多い場合などにおいては傾斜面14aのみではスラリーを全方向均一に広げることができなくなるため、均一な液滴を形成させる効果が低下する場合が生じる。また、スラリーが液だまり部15で一旦滞留せずに溝20に到達すると、滴下量によっては溝20の容量を超えてスラリーが供給されてしまい、結果、溝20からスラリーがあふれてしまい液滴の均一化効果が低下する場合が生じる。
次に、回転ディスク14から遠心噴霧されたスラリーの液滴は、乾燥炉4内に供給されている熱風により乾燥される。スラリーの液滴を乾燥させることにより、造粒粒子、即ち電気化学素子用電極の製造に用いられる乾式成形用の複合粒子が製造される。
この実施の形態に係るアトマイザ6によれば、回転ディスク14の上面に放射方向に傾斜する環状の傾斜面14aが形成されているため、スラリーが回転ディスク14の中央部近傍に一旦滞留し、均一に拡がり外縁部を上昇する。また、回転ディスク14の外縁部、即ち傾斜面14b上部に放射方向に延びる複数の溝20が一定の間隔で形成されているため、回転ディスク14から遠心噴霧されるスラリーの量のばらつきを防止することができる。また、回転ディスク14の上面に傾斜曲面14bが形成されているため、スラリーは、傾斜面14bの下部と回転ディスク14の側部との接続部に到達する前に噴霧される。したがって、スラリーの一部が回転ディスク14から遠心噴霧されずに回転ディスク14の側部14cに固着するのを防止することができる。
また、従来のピン型回転ディスクと異なり、回転ディスク14が下板のみから構成され、上板及びピンを備えていないため、スラリーの一部が回転ディスク14から遠心噴霧されずに上板やピンに固着することがない。したがって、固着による詰まり、剥離した固着物の混入を防止することができる。
また、従来のピン型回転ディスクをはじめとする回転ディスクを用いて高速回転させる場合、下板に滴下されたスラリーが下板に当たって跳ね上がっていた。そのため、ピンや上板がない場合は粗大な液滴がそのまま乾燥塔内に放出され、十分に乾燥させることができなかった。従って、ピン型回転ディスクをはじめとする従来の回転ディスクでは、上板やピンを設けることにより跳ね上がったスラリーの液滴がそのまま乾燥塔内に放出されるのを防いでいた。しかし、その場合においては上板やピン、液を供給するノズル近傍に粗大な液滴が間欠的に付着し、固着が発生し、連続運転ができなくなる場合が度々生じるため、それを防止するために、スラリーの粘度を調整しなければならなかった。
しかしながら、本実施形態によれば、ノズル部10から滴下されるスラリーの線速度が50m/min以上になるように制御されていることにより、回転ディスク14を高速回転させた場合であっても、スラリーが跳ね上がることなく、スラリーを回転ディスク14の傾斜面14a上に連続的に拡げて供給することができる。それゆえに上板やピンを必ずしも備える必要がなくなり、さらに、スラリーの粘度にかかわらず、ノズル部10や回転ディスク14へのスラリーの固着を防止することができる。また、スラリーを傾斜面14a上に拡げて供給することができるため、粗大な液滴の噴霧を減少させることができる。その結果、製造される複合粒子の収率を向上させることができ、シャープな粒度分布を得ることができる。
また、回転ディスク14の表面が撥水性ICFによりコーティングされているため、撥水性及び耐磨耗性を向上させることができ、回転ディスク14へのスラリーの固着を抑制することができる。したがって、噴霧乾燥装置2を長時間運転させた場合であってもシャープな粒度分布を継続して得ることができる。
更に、傾斜面14aを上昇し、溝20を通過したスラリーが水平方向に対して所定の角度下方向に遠心噴霧される。よって、スラリーの液滴が水平方向に遠心噴霧される従来技術と比較して、スラリーの液滴が乾燥炉4の内壁に到達するまでの距離が長くなり、乾燥時間が長くなる。したがって、同一の炉径の乾燥炉4を用いた場合には、従来の噴霧乾燥装置により製造される粒子の粒径より大粒径の粒子を製造することができる。また、従来の装置により製造される粒子の粒径と同一の粒径の粒子を製造する場合には、乾燥炉の炉径を小さくすることができ、噴霧乾燥装置の小型化を実現することができる。
この実施の形態に係るアトマイザ6によれば、回転ディスク14は中心部の周りにスラリーを溜める液だまり部15を有しているため、スラリーが回転ディスク14の液だまり部15に一旦滞留し、均一に拡がり傾斜面14aを上昇するため、回転ディスク14から遠心噴霧されるスラリーの量のばらつきを防止することができる。また、スラリーが均一に拡がり傾斜面14aを上昇するため、ノズル部10から滴下されるスラリーの量の変動の影響を受けにくくなり、製造される造粒粒子の粒径にばらつきが生じるのを防止することができる。
また、この実施の形態に係る噴霧乾燥装置2及び噴霧乾燥装置2を用いた造粒粒子の製造方法によれば、アトマイザ6を備えているため、製造される複合粒子の粒径のばらつきを防止し、シャープな粒度分布を得ることができる。
なお、上述の実施の形態においては、図2に示す回転ディスク14を例に挙げて説明したが、回転ディスク14に代えて例えば図3に示す回転ディスク30、図4に示す回転ディスク32、図5に示す回転ディスク37、図7に示す回転ディスク42、または図14に示す回転ディスク50を採用することもできる。
回転ディスク30は、図3に示すように、円板形状を有し、回転ディスク30の上面には回転ディスク30の中心部の周りに水平方向に対して所定の角度を有し、放射方向に傾斜する環状の傾斜面30aが形成されている。傾斜面30aは、回転ディスク30の中央部から放射方向に上昇する環状の傾斜曲面である。即ち、回転ディスク30の上面の中心部の周りは、傾斜面30aにより囲まれた環状の凹部となっており、ノズル部10から滴下されたスラリーを溜める液だまり部32を構成する。また、傾斜面30aの外縁部には、放射方向に延びる複数の溝34が一定の間隔で形成されている。溝34の各々は、溝20と同様に、一定の幅及び深さを有している。また、回転ディスク30の表面には、撥水性ICFがコーティングされている。
回転ディスク30を用いる場合には、回転ディスク30の中央部近傍上面に滴下され、回転ディスク30の液だまり部32に一旦滞留したスラリーは、回転ディスク30の回転による遠心力により傾斜面30aを上昇する。傾斜面30aを上昇したスラリーは、傾斜面30aの外縁部に形成されている溝34を通過して、回転ディスク30の回転による遠心力により、水平方向に対して所定の角度上方向に遠心噴霧される。
回転ディスク30の液だまり部32に一旦滞留したスラリーは、傾斜面30aを均一に拡がり上昇し、傾斜面30aの外縁部から溝34を介して遠心噴霧されるため、回転ディスク30から遠心噴霧されるスラリーの量が安定し、ひいては噴霧乾燥装置2において製造される造粒粒子の粒径が安定する。
また、回転ディスク30の液だまり部32に一旦滞留したスラリーは傾斜面30a上を均一に拡がり上昇するため、液だまり部32を構成する傾斜面30aの高さを変更することにより、造粒粒子の粒径を制御することができる。即ち、傾斜面30aを高くすることにより回転ディスク30から遠心噴霧されるスラリーの液滴の大きさを小さくすることができ、製造される造粒粒子の小粒径化を実現することができる。またノズル部10から滴下されるスラリーの量を少なくした場合においても、スラリーは傾斜面30a上を均一に拡がるため、粒径が小さい造粒粒子を製造することができる。また、スラリーが水平方向に対して所定の角度上方向に遠心噴霧されるため、乾燥炉4の内壁に到達するまでの距離が長くなり、乾燥時間を長くすることができる。
ここで、スラリーがノズル部10から滴下される回転ディスク30上面の位置と、傾斜面30aの最も高い位置との鉛直方向における差は、1mm以上であることが好ましい。差が1mmより小さい場合には、スラリーが傾斜面30a上に均一に拡がらず、細粒状(霧状)でない液体状で回転ディスク30から飛び出し、乾燥炉4内で乾燥する前に乾燥炉4の内壁に付着するため、複合粒子を得ることができないからである。
回転ディスク32は、図4に示すように、円板形状を有し、回転ディスク32の上面には回転ディスク32の中心部の周りに水平方向に対して所定の角度を有し、放射方向に傾斜する環状の傾斜面32aが形成されている。傾斜面32aは、回転ディスク32の中央部から放射方向に下降する環状の傾斜曲面である。また、傾斜面32aの外縁部には、放射方向に延びる複数の溝36が一定の間隔で形成されている。溝36の各々は、溝20と同様に、一定の幅及び深さを有している。また、回転ディスク32の表面には、撥水性ICFがコーティングされている。
回転ディスク32を備えた場合には、回転ディスク32の中央部近傍上面に滴下されたスラリーは、回転ディスク32の回転による遠心力により傾斜面32aを下降する。傾斜面32aを下降したスラリーは、傾斜面32a外縁部に形成されている溝36を通過して、回転ディスク32の回転による遠心力により、水平方向あるいは水平方向に対して所定の角度下方向に遠心噴霧される。スラリーが傾斜面32aを均一に拡がり下降し、傾斜面32aの外縁部から溝36を介して遠心噴霧されるため、回転ディスク32から遠心噴霧されるスラリーの量が安定し、ひいては噴霧乾燥装置2において製造される造粒粒子の粒径が安定する。
ここで、スラリーがノズル部10から滴下される回転ディスク32上面の位置と、傾斜面32aの最も低い位置との鉛直方向における差は、1mm以上であることが好ましい。差が1mm以上の場合には、遠心力による放射方向の力及びスラリーの重力による下方向の力により、スラリーが傾斜面32a上を均一に拡がり下降するが、差が1mmより小さい場合には、スラリーが傾斜面32a上を均一に拡がらずに下降し、細粒状(霧状)でない液体状で回転ディスク32から飛び出し、乾燥炉4内で乾燥する前に乾燥炉4の内壁に付着するため、複合粒子を得ることができないからである。
回転ディスク37は、図5に示すように、円板形状を有し、回転ディスク37の上面には裏面に貫通する孔38が形成されており、断面図6に示すように、孔38の下部には円錐状に傾斜する傾斜面39が形成されている。また、傾斜面39の外縁部には、放射方向に延びる複数の溝40が一定の間隔で形成されている。溝40の各々は、溝20と同様に、一定の幅及び深さを有している。また、回転ディスク37の表面には、撥水性ICFがコーティングされている。
回転ディスク37を備えた場合には、回転ディスク37の中央部近傍上面37aに滴下されたスラリーは、回転ディスク37の回転による遠心力と重力により孔38を通過し中央部近傍上面37aの裏面37bへと流れ、傾斜面39を下降する。傾斜面39を下降したスラリーは、傾斜面39の外縁部に形成されている溝40を通過して、回転ディスク37の回転による遠心力により、水平方向あるいは水平方向に対して所定の角度下方向に遠心噴霧される。スラリーが傾斜面39を均一に拡がり下降し、傾斜面39の外縁部から溝40を介して遠心噴霧されるため、回転ディスク37から遠心噴霧されるスラリーの量が安定し、ひいては噴霧乾燥装置2において製造される造粒粒子の粒径が安定する。
回転ディスク42は、図7の断面図に示すように、円錐台形状を有し、回転ディスク42の表面には、撥水性ICFがコーティングされている。また、回転ディスク42の上面には、回転ディスク42の中心部の周りに環状の滴下面42aが形成されている。図8は、回転ディスク42の構成を示す図であり、回転ディスク42を下方向(裏面42bを視る方向)から視た斜視図である。図7及び図8に示すように、回転ディスク42の滴下面42aには裏面42bに貫通する36個の孔44が円周状に配列されている。
なお、回転ディスク42には36個の孔44が形成されているが、回転ディスクに形成される孔は、通常20個以上であればよく、好ましくは24個以上、さらに好ましくは30個以上がよい。孔の数が20個より少ない場合、孔を通過したスラリーが回転ディスク42の噴霧面42c(後述する)上に均一に拡がらないからである。
滴下面42aに滴下されたスラリーは、滴下面42a上に均一に拡がり、孔44を通過する。なお、孔のサイズが噴霧乾燥装置2により製造される複合粒子の収率及び粒度分布に影響することはないが、高速で回転する回転ディスクの強度を確保するために孔のサイズは小さくしたほうが好ましい。但し、孔に凝固物や粗大粒子が詰まらないようにするために、孔の径は少なくとも0.5mm以上、好ましくは1mm以上にするとよい。
回転ディスク42の下面には、環状の裏面42b及び円錐状に傾斜しスラリーを噴霧する噴霧面42cが形成されている。裏面42bは、回転ディスク42の中心下部の周りに環状に形成される水平方向に平行な面であり、噴霧面42cは、裏面42bの外周に位置し、裏面42bの外縁部から放射方向に下降する環状の傾斜面である。
また、噴霧面42cの外縁部には、放射方向に形成される複数の溝46が一定の間隔で形成されている。溝46の各々は、溝20と同様に、一定の幅及び深さを有している。図9は、溝46の部分を拡大した図である。図9に示すように、溝46は、隣り合う溝46との隙間がないように、若しくは隣り合う溝46との隙間が極力小さくなるように形成されている。具体的には、溝46は、溝46の幅をa、隣り合う溝46とのピッチをbとしたとき、a/bが0.8以上、好ましくは0.9以上、さらに好ましくは0.95以上となるように形成されている。したがって、噴霧面42c上に満遍なく拡がったスラリーは、溝46を確実に通過する。すべてのスラリーが溝46を通過することにより、回転ディスク42から噴霧されるスラリーの液滴サイズが安定するため、製造される造粒粒子の粒径が安定し、シャープな粒度分布を得ることができる。
回転ディスク42を備えた場合には、回転ディスク42の滴下面42aに滴下されたスラリーは、回転ディスク42の回転による遠心力と重力により孔44を通過し裏面42bへと流れ、噴霧面42cを下降する。噴霧面42cを下降したスラリーは、噴霧面42cの外縁部に形成されている溝46を通過して、回転ディスク42の回転による遠心力により、水平方向あるいは水平方向に対して所定の角度下方向に遠心噴霧される。スラリーが噴霧面42cを均一に拡がり下降し、噴霧面42cの外縁部から溝46を介して遠心噴霧されるため、回転ディスク42から遠心噴霧されるスラリーの量が安定し、ひいては噴霧乾燥装置2において製造される造粒粒子の粒径が安定する。
図10は、回転ディスクの回転速度を14,000rpmとして(1)ノズル径0.5mm、回転ディスク42を備えた噴霧乾燥装置2を用いて造粒粒子を製造した場合、(2)ノズル径3mm、回転ディスク42を備えた噴霧乾燥装置2を用いて造粒粒子を製造した場合、(3)ノズル径3mm、従来のピン型ディスクを備えた噴霧乾燥装置2を用いて造粒粒子を製造した場合の10分後における個数基準粒度分布を示すグラフ、図11はその体積基準粒度分布を示すグラフである。図10及び図11の(2)及び(3)のグラフに示すように、回転ディスク42を用いて造粒粒子を製造したほうが従来のピン型ディスクを用いて造粒粒子を製造するよりシャープな粒度分布を得ることができる。また、図10及び図11の(1)及び(2)のグラフに示すように、ノズル径0.5mmのノズルからスラリーを滴下して造粒粒子を製造したほうがノズル径3mmのノズルからスラリーを滴下して造粒粒子を製造するよりシャープな粒度分布を得ることができる。
また、図12は、撥水性ICFコートを施していない点以外の構成は回転ディスク42の構成と同一の構成を有する回転ディスクを備えた噴霧乾燥装置2を用いて造粒粒子を製造した場合(回転ディスクの回転速度:14,000rpm)における(1)10分後の体積基準粒度分布(2)20分後の体積基準粒度分布(3)30分後の体積基準粒度分布を示すグラフである。また、図13は、回転ディスク42(撥水性ICFコートを施した回転ディスク)を備えた噴霧乾燥装置2を用いて造粒粒子を製造した場合(回転ディスクの回転速度:14,000rpm)における(1)10分後の体積基準粒度分布(2)20分後の体積基準粒度分布(3)30分後の体積基準粒度分布を示すグラフである。図12及び図13のグラフに示すように、撥水性ICFコートを施した回転ディスクを用いて造粒粒子を製造したほうが撥水性ICFコートを施していない回転ディクスを用いて造粒粒子を製造するよりシャープな粒度分布を継続して得ることができる。即ち、回転ディスクに撥水性ICFコートを施し、回転ディスクの撥水性及び耐磨耗性を向上させることにより、噴霧乾燥装置2をロングランさせた場合であってもシャープな粒度分布を継続させることができる。
回転ディスク50は、図14に示すように、平面円板形状を有し、回転ディスク50の上面50aの外縁部には、放射方向に延びる複数の溝52が一定の間隔で形成されている。溝52の各々は、溝20と同様に、一定の幅及び深さを有している。また、回転ディスク50の表面には、撥水性ICFがコーティングされている。
回転ディスク50を備えた場合には、回転ディスク50の中央部近傍上面に滴下されたスラリーは、回転ディスク50の回転による遠心力により回転ディスク50の上面50aを外縁部に向かって移動し、外縁部に形成されている溝52を通過して、回転ディスク50の回転による遠心力により、水平方向あるいは水平方向に対して所定の角度下方向に遠心噴霧される。スラリーが溝52を介して遠心噴霧されるため、回転ディスク50から遠心噴霧されるスラリーの量が安定し、ひいては噴霧乾燥装置2において製造される造粒粒子の粒径が安定する。
また、上述の実施の形態においては、スラリーの流路面14a,30a,32a,39,42c,50aの外縁部に複数の溝20,34,36,40,46,52が形成されている回転ディスク14,30,32,37,42,50を例に挙げて説明したが、スラリーの流路面の少なくとも外縁部に、例えば外縁部及び外縁部以外を含む部分に放射方向に延びる複数の溝が一定の間隔で形成されている回転ディスクを採用することもできる。
また、上述の実施の形態においては、傾斜面14bの上部に溝20が形成されている回転ディスク14(図2参照)を例に挙げて説明したが、傾斜面14aの下部あるいは上部、または傾斜面14aと傾斜面14bとの接続部など、傾斜面14bの上部以外の外縁部に溝が形成されている回転ディスクを採用することもできる。
また、上述の実施の形態においては、回転ディスクの表面に撥水性ICFをコーティングしているが、回転ディスクの表面に対して研磨やめっき、コーティングを施すことにより長時間の運転においても安定して均一な粒子を得ることができる。研磨の方法としては特に限定されるものでないが、例えばバフ研磨、研削研磨、電解研磨、化学研磨などがあげられる。研磨を施すことでディスク表面を平滑にし、汚れを防止することが可能となる。めっきの種類としては表面の硬度を高めることで摩耗を抑制することが可能なことから、回転ディスクを形成する材料(例えばアルミ)より高い耐磨耗性を有する材料(例えばアルマイト、クロムやニッケル)を含有するめっきとすることが好ましい。例えば無電解ニッケル皮膜中にPTFE(ポリテトラフルエチレン)を共析させた複合めっきを回転ディスクの表面に施すとよい。PTFEの特性である撥水性、離型性、滑り性等が向上するだけでなく、ニッケルを含むことにより皮膜硬度及び耐磨耗性を向上させることができる。また、無電解ニッケルめっきを施すことにより回転ディスクの溝を埋もれさせることなく回転ディスクの表面をコーティングすることができる。
また、コーティングの種類としては撥水コート、親水コートを施すことにより汚れを防止することが可能であり、例えばPTFE等の撥水性を有する離型剤を回転ディスク表面にコーティングすることにより、回転ディスクに対するスラリーの濡れ性を弱め、回転ディスクへのスラリーの固着を抑制することができる。また、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)によってコーティングをすると摩耗を抑制することが可能である。このように、撥水性や耐摩耗性等を有する部材により回転ディスクの表面をコーティングすることにより、回転ディスクへのスラリーの固着を抑制することができ、噴霧乾燥装置を長時間運転させた場合であってもシャープな粒度分布を継続して得ることができる。また、回転ディスクを繰り返し使用した場合であっても、得られる造粒粒子の物性の再現性を高くすることができる。さらに、摩耗による造粒粒子への異物の混入を抑制することができる。
(実施例1)
負極活物質として人造黒鉛(平均粒子径:24.5μm、黒鉛層間距離(X線回折法による(002)面の面間隔(d値)):0.354nm)を97.5部、上記粒子状結着樹脂を固形分換算量で1.5部、水溶性高分子としてカルボキシメチルセルロースの1.0%水溶液(BSH−12;第一工業製薬製)を固形分換算量で0.7部を混合し、さらにイオン交換水を固形分濃度が35wt.%となるように加え、混合分散して複合粒子用スラリーを得た。
上記複合粒子用スラリー(固形分濃度35%品)を、スプレー乾燥機(大川原化工機社製)において、回転ディスクとして図2に示すようなドーナツ形状(直径50mm、中央部近傍上面の位置と、傾斜面の最も高い位置との鉛直方向における差が4mm)に溝(幅0.51mm、深さ0.61mm、溝数120個)を有するディスクを用い、回転数15,000rpm、熱風温度150℃、粒子回収出口の温度を90℃として、20mL/分で供給し、噴霧乾燥造粒を行い、複合粒子を得た。
複合粒子の平均粒子径を、乾式レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製:マイクロトラックMT−3200II)を用いて測定した。この際、体積換算での累積10%径をD10径、累積90%径をD90径としたとき、(D90/D10)の値を表1に記載した。
(実施例2)
実施例1で使用したディスクの代わりに図3に示すような形状(直径50mm、中央部近傍上面の位置と、傾斜面の最も高い位置との鉛直方向における差が3mm)に溝(幅0.39mm、深さ0.48mm、溝数120個)を有するディスクを用いた以外は実施例1と同様に複合粒子の製造を行った。得られた複合粒子の(D90/D10)の値を表1に記載した。
(実施例3)
実施例1で使用したディスクの代わりに図7に示すようなディスク(外径50mm、孔36個、幅0.3mm及び深さ0.2mmの溝)、但し撥水性ICFコートを施していないディスクを用い、ディスクへの液供給を行うノズルのノズル径(内径)を0.5mm、回転数を14,000rpmとした。それ以外は実施例1と同様の条件で複合粒子の製造を行った。尚、この時の液供給を行うノズル部の線速度は102m/minであった。サンプリングは運転開始10分後に行った。得られた複合粒子の(D90/D10)の値は1.99であった。
(実施例4)
実施例3で使用したディスクに厚み1μmの撥水性ICFコート(ナノテック株式会社製)を施した以外は実施例3と同様の条件で複合粒子の製造を行った。得られた複合粒子は20分ごとに3回サンプリングを実施し、それぞれ粒度分布を測定した。得られた複合粒子の(D90/D10)の値を表2に記載した。
(比較例1)
実施例1で使用したディスクの代わりに図15に示すような平面円形状(直径50mm)のディスクを用いた以外は実施例1と同様に複合粒子の製造を行ったが細かい粒径のものはできなかった。
(比較例2)
実施例1で使用したディスクの代わりに図16に示すようなドーナツ形状(直径50mm、中央部近傍上面の位置と、傾斜面の最も高い位置との鉛直方向における差が4mm)で溝がないディスクを用いた以外は実施例1と同様に複合粒子の製造を行った。得られた複合粒子の(D90/D10)の値を表1に記載した。
(比較例3)
実施例1で使用したディスクの代わりにピン型ディスク(直径50mm)を用いた以外は実施例1と同様に複合粒子の製造を行った。得られた複合粒子の(D90/D10)の値を表1に記載した。
(実施例4)
以上の実施例より、本発明のディスクを用いて得られた電気化学素子用電極の製造に用いられる複合粒子の(D90/D10)を計算すると従来のピン型よりも低い値であり、したがって粒度分布がシャープであると言える。

Claims (13)

  1. 複合粒子の製造方法であって、
    電気化学素子用電極の製造に用いられる乾式成形用複合粒子用の、電極活物質、溶媒、及び結着剤を含むスラリーを、アトマイザを用いて遠心噴霧する噴霧工程と、
    前記噴霧工程により遠心噴霧された前記スラリーを乾燥する乾燥工程と、
    を含み、
    前記アトマイザは、
    前記スラリーを線速度50m/min以上で滴下するノズル部と、
    前記ノズル部から滴下される前記スラリーを遠心噴霧する回転ディスクと、
    を備え、
    前記回転ディスクは、前記スラリーが噴霧される面の少なくとも外縁部に放射方向に延びる複数の溝を有する
    複合粒子の製造方法
  2. 前記回転ディスクは、円板形状を有し、前記円板形状の中心部の周りに水平方向に対して所定の角度を有し、放射方向に傾斜する環状の傾斜面を有する請求項1記載の複合粒子の製造方法
  3. 前記回転ディスクは、前記円板形状の上面の少なくとも中心部の周りに前記スラリーを溜める液だまり部を有する請求項2記載の複合粒子の製造方法
  4. 前記複数の溝を有する面が前記回転ディスクの上面にある請求項1〜3の何れか一項に記載の複合粒子の製造方法
  5. 前記複数の溝を有する面が前記回転ディスクの下面にあり、
    前記回転ディスクは、該回転ディスクの上面から前記下面に貫通し、円周状に20個以上配列される孔を有する請求項1〜3の何れか一項に記載の複合粒子の製造方法
  6. 前記溝は、幅が50μm以上5mm以下且つ深さが50μm以上5mm以下である請求項1〜5の何れか一項に記載の複合粒子の製造方法
  7. 前記アトマイザは、前記溝の幅をa、隣り合う前記溝とのピッチをbとしたとき、a/bが0.8以上である請求項1〜の何れか一項に記載の複合粒子の製造方法
  8. 前記回転ディスクは、撥水性を有する材料によりコーティングされている請求項1〜の何れか一項に記載の複合粒子の製造方法
  9. 前記回転ディスクは、撥水性を有する材料及び前記回転ディスクを形成する材料より高い耐磨耗性を有する材料によりコーティングされている請求項1〜の何れか一項に記載の複合粒子の製造方法
  10. 前記スラリーが前記ノズル部から滴下される位置と、前記傾斜面の最も低い位置または前記傾斜面の最も高い位置との鉛直方向における差は、1mm以上である請求項2記載の複合粒子の製造方法
  11. 前記傾斜面は、曲面を有する請求項2または10に記載の複合粒子の製造方法
  12. 前記液だまり部は、環状の凹部である請求項3記載の複合粒子の製造方法
  13. 前記アトマイザと、
    前記アトマイザから遠心噴霧されたスラリーを乾燥する乾燥炉と、
    を備える噴霧乾燥装置を用いることを特徴とする請求項1〜12の何れか一項に記載の複合粒子の製造方法
JP2016545481A 2014-08-28 2015-08-21 複合粒子の製造方法 Active JP6601400B2 (ja)

Applications Claiming Priority (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014174160 2014-08-28
JP2014174160 2014-08-28
JP2014174158 2014-08-28
JP2014174159 2014-08-28
JP2014174159 2014-08-28
JP2014174158 2014-08-28
JP2015033078 2015-02-23
JP2015033078 2015-02-23
PCT/JP2015/073472 WO2016031692A1 (ja) 2014-08-28 2015-08-21 アトマイザ、噴霧乾燥装置及び複合粒子の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2016031692A1 JPWO2016031692A1 (ja) 2017-06-15
JP6601400B2 true JP6601400B2 (ja) 2019-11-06

Family

ID=55399585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016545481A Active JP6601400B2 (ja) 2014-08-28 2015-08-21 複合粒子の製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10258948B2 (ja)
EP (1) EP3195927B1 (ja)
JP (1) JP6601400B2 (ja)
CN (1) CN106457182B (ja)
HU (1) HUE047465T2 (ja)
PL (1) PL3195927T3 (ja)
WO (1) WO2016031692A1 (ja)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105582852B (zh) * 2016-03-28 2018-05-18 四川大学 一种湿法滚动造粒方法
CN106890471A (zh) * 2017-04-19 2017-06-27 常州机电职业技术学院 牛奶干燥装置
EP3626351B1 (en) * 2017-05-17 2021-01-27 Nissan Motor Co., Ltd. Bell cup of rotary atomization type coating apparatus
DE102017113207A1 (de) * 2017-06-15 2018-12-20 Alfons Kenter Zerstäuberdüse zum Zerstäuben eines Fluids
CN107649300B (zh) * 2017-11-15 2024-01-09 超农力(浙江)智能科技有限公司 一种离心雾化喷头
WO2019218981A1 (zh) * 2018-05-16 2019-11-21 苏州极目机器人科技有限公司 一种离心雾化结构及具有该离心雾化结构的喷洒装置、离心雾化装置、驱动装置及双驱动喷洒装置
JP6970153B2 (ja) * 2018-10-04 2021-11-24 日東電工株式会社 耐熱離型シート及び熱圧着方法
CN110125426A (zh) * 2019-05-09 2019-08-16 辽宁科技大学 一种铁合金粒化装置及方法
EP4003604B1 (en) * 2019-07-25 2023-06-21 Bayer Aktiengesellschaft Disc for spray unit
DE102020102029A1 (de) * 2020-01-28 2021-08-12 Schulz Farben- Und Lackfabrik Gmbh Verfahren und Gebinde zur Verringerung von Anhaftungen innerhalb von gefüllten Gebinden
CN111438008A (zh) * 2020-04-21 2020-07-24 北京航空航天大学 一种具有疏水涂层的液体离心喷嘴及其制作方法
CN115776915A (zh) * 2020-06-18 2023-03-10 比利时胶囊公司 采用转盘式喷雾器从液体进料中制备多颗粒物的方法
CN112916223B (zh) * 2021-01-31 2021-09-07 农业农村部南京农业机械化研究所 一种雾量分布可调的离心转盘式雾化装置及其使用方法
CN113443674A (zh) * 2021-07-07 2021-09-28 南方电网电力科技股份有限公司 一种喷雾干燥塔
CN116271892B (zh) * 2023-05-22 2023-08-11 山东惠民中联生物科技有限公司 一种精草铵膦钾盐制备雾化装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2220275A (en) * 1939-02-17 1940-11-05 Murray D J Mfg Co Spray producer
US2831652A (en) * 1954-11-24 1958-04-22 American Cyanamid Co Production of microspheroidal catalysts
JPS5472512A (en) * 1977-11-21 1979-06-11 Ransburg Japan Ltd Rotary type liquid atomizer
JPS596891Y2 (ja) * 1978-02-27 1984-03-02 松下電器産業株式会社 回転円盤型噴霧乾燥造粒装置
US4347199A (en) * 1981-03-02 1982-08-31 Dow Corning Corporation Method and apparatus for rapidly freezing molten metals and metalloids in particulate form
JPS5982957A (ja) * 1982-11-02 1984-05-14 Nippon Ranzubaagu Kk 回転噴霧装置
JPS59230652A (ja) 1983-06-14 1984-12-25 Nippon Ranzubaagu Kk 回転噴霧装置
EP0109224A3 (en) * 1982-11-02 1985-08-07 Ransburg Japan Limited Rotary liquid sprayer
JPS60179129A (ja) * 1984-02-24 1985-09-13 Murata Mfg Co Ltd セラミツクスラリ−の造粒乾燥装置およびその製造方法
JPH0417245Y2 (ja) * 1985-05-09 1992-04-17
GB9017155D0 (en) 1990-08-03 1990-09-19 Ici Plc Spray drying
JP4126294B2 (ja) 2004-08-03 2008-07-30 Tdk株式会社 噴霧乾燥装置
JP5787754B2 (ja) * 2008-06-27 2015-09-30 コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガナイゼーション 溶融材料を噴霧するロータリーアトマイザー
JP2011213496A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Dainippon Printing Co Ltd セラミックス粒子の製造方法
JP2012143983A (ja) * 2011-01-13 2012-08-02 Murata Mfg Co Ltd 噴霧乾燥造粒装置、それを用いた造粒体およびセラミック顆粒の製造方法
JP5745437B2 (ja) * 2012-02-14 2015-07-08 平井工業株式会社 ペレット製造用のダイ
KR101588739B1 (ko) * 2014-03-03 2016-01-26 현대자동차 주식회사 도장용 스프레이헤드의 형상 도출방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP3195927A4 (en) 2018-04-04
CN106457182B (zh) 2020-09-15
CN106457182A (zh) 2017-02-22
EP3195927B1 (en) 2019-10-09
HUE047465T2 (hu) 2020-04-28
WO2016031692A1 (ja) 2016-03-03
PL3195927T3 (pl) 2020-05-18
JPWO2016031692A1 (ja) 2017-06-15
US20170239632A1 (en) 2017-08-24
EP3195927A1 (en) 2017-07-26
US10258948B2 (en) 2019-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6601400B2 (ja) 複合粒子の製造方法
CA1237954A (en) Method and apparatus for coating particles or liquid droplets
US4675140A (en) Method for coating particles or liquid droplets
BR112015007367A2 (ja) A bell cup of a rotation atomization type electrostatic coating device
JP2012170837A (ja) アトマイザー、および、無人ヘリコプタ
JPH0310382B2 (ja)
CN107708876A (zh) 喷涂方法及其装置
JPH0634949B2 (ja) 滴状体の形成方法及び装置
JP2012143983A (ja) 噴霧乾燥造粒装置、それを用いた造粒体およびセラミック顆粒の製造方法
JP6500487B2 (ja) 複合粒子の製造方法
KR20080101559A (ko) 회전형 분무 건조 장치 및 이를 구비한 건조 챔버
JP4993154B2 (ja) 回転ディスク上に均一厚さの液体又は溶融体の密着層を形成する方法及び装置
CN207204410U (zh) 高温耐腐耐磨型雾化盘
RU2758388C2 (ru) Устройство для изготовления частиц и способ изготовления частиц
JP2015229129A (ja) 造粒装置及び複合粒子の製造方法
WO2024009736A1 (ja) 二次電池の製造方法、全固体電池の製造方法
CN216828646U (zh) 一种用于制备合金粉末的高速转盘
CN118123032B (zh) 一种用于金属粉末的生产装置及其使用方法
JP6862550B2 (ja) フィルタユニット及びこれを含むめっき装置
CN202387434U (zh) 一种高效雾化emi高粘度料浆的雾化盘
CN210010074U (zh) 一种替米考星离心喷雾盘
RU2042438C1 (ru) Механический распылитель
JPH09239201A (ja) 噴霧乾燥機

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180316

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190212

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20190405

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190531

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190910

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190923

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6601400

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250