JP7753328B2 - 反応装置、反応システム、材料製造システム、電池用材料製造システムおよび電池製造システム - Google Patents

反応装置、反応システム、材料製造システム、電池用材料製造システムおよび電池製造システム

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Description

本発明は反応装置、反応システム、材料製造システム、電池用材料製造システム、電池製造システム、反応生成物製造方法、電池用材料製造方法および電池製造方法に関する。
粉粒体状の原料に対して所定の雰囲気を与えることにより所望の製品を製造するための反応装置が存在する。例えば一般には、ロータリーキルンと称される反応装置は、中心軸周りに回転する中空の反応炉を加熱し、この反応炉に材料を転動させながら通過させることにより所望の製品を製造する。また例えばローラーハースキルンと称される反応装置は、トンネル型の反応炉に原料やワークを通過させることにより所望の製品を製造する。またその他にも種々の反応装置が開発されている。
例えば特許文献１は、以下の反応装置について開示している。反応装置は、圧力反応容器となるスクリュフィーダ本体と、スクリュフィーダ本体内に触媒を導入する触媒供給部と、スクリュフィーダ本体内に低級炭化水素を導入する低級炭化水素供給部と、を有する。またこの反応装置は、生成したナノ炭素を移送するスクリュと、スクリュによって移送される触媒とナノ炭素を送出する固体送出部と、生成した水素をフィーダ本体外に送出する気体送出部と、を有する。
特開２００６－２９０６８２号公報
しかしながら、例えば連続式のロータリーキルンは、炉内の軸方向の温度を細かく制御することができない。またローラーハースキルンは、粉粒体状の原料を鞘に入れて搬送するため、炉内の原料を攪拌する機能がない。さらに上述のスクリュを用いた反応装置はスクリュフィーダの入り口から導入する材料および触媒による反応が１種類のみである。そのため、所望の製品を製造するうえで複数の反応をさせたい場合には装置が複雑かつ管理が煩雑になる。
本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、所望の製品を効率よく製造する反応装置等を提供するものである。
本開示にかかる反応装置は、反応炉、温度制御領域、スクリュ、第１流体制御領域および第２流体制御領域を有する。反応炉は、筒状であって、一端側に供給される原料を受け入れる供給口を有し他端側に反応生成物の送出口を有する。温度制御領域は、加熱装置または冷却装置を含み、供給口と送出口の間の中間部における所定の位置の反応炉の温度を制御する。スクリュは、反応炉の一端側から他端側に亘り延伸することにより、供給口から供給された原料を送出口に向かって搬送可能に回転する。第１流体制御領域は、中間部における所定の領域において反応炉に第１流体を通過させるための第１流体入口および第１流体出口を含む。第２流体制御領域は、中間部における第１流体制御領域とは異なる領域において第２流体を通過させるための第２流体入口および第２流体出口を含む。
本開示にかかる反応生成物製造方法は、以下の方法を反応装置が実行する。反応装置は、筒状の反応炉であり、一端側に供給される原料を受け入れる供給口を有し他端側に反応生成物の送出口を有する。反応装置は、反応炉の一端側から他端側に亘り延伸するスクリュにより原料を送出口に向かって搬送する。反応装置は、反応炉における供給口と送出口との間の中間部における所定の位置の温度を制御する。反応装置は、中間部に設けられた第１流体制御領域において第１流体を反応炉に通過させる。反応装置は、中間部において第１流体制御領域とは異なる第２流体制御領域において第２流体を反応炉に通過させる。反応装置は、第２流体制御領域を通過した反応生成物を送出口から送出する。
本開示にかかる電池用材料製造方法は、以下の方法を電池用材料製造装置が実行する。電池用材料製造装置は、一端側に供給される原料を受け入れる供給口を有し、他端側に反応生成物の送出口を有する筒状の反応炉に、供給口から所定の原料を受け入れる。電池用材料製造装置は、反応炉の一端側から他端側に亘り延伸するスクリュにより原料を送出口に向かって搬送する。電池用材料製造装置は、反応炉における供給口と送出口との間の中間部における所定の位置の温度を制御する。電池用材料製造装置は、中間部に設けられた第１流体制御領域において第１流体を反応炉に通過させる。電池用材料製造装置は、第１流体制御領域とは異なる中間部に設けられた第２流体制御領域において第２流体を反応炉に通過させる。電池用材料製造装置は、送出口から反応生成物を送出する。電池用材料製造装置は、送出された反応生成物と、バインダ樹脂と、固体電解質と、を混練して連続的に押し出すことにより混練物を製造する。電池用材料製造装置は、混練物をシート状に成形して電池用材料を製造する。
本開示によれば、所望の製品を効率よく製造する反応装置等を提供することができる。
実施の形態１にかかる反応装置の側面図である。 実施の形態１にかかる反応装置のブロック図である。 反応装置が実行する処理のフローチャートである。 実施の形態２にかかる反応装置の側面図である。 実施の形態２にかかる反応炉の断面図である。 実施の形態３にかかる反応システムの構成図である。 実施の形態４にかかる反応システムの構成図である。 実施の形態５にかかる反応システムの構成図である。 実施の形態６にかかる電池用材料製造システムの構成図である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
＜実施の形態１＞
図１を参照しながら、実施の形態１にかかる反応装置の主な構成について説明する。図１は、実施の形態１にかかる反応装置１０の側面図である。図に示す反応装置１０は理解容易のために一部を切り取った状態で示している。反応装置１０は、例えば粉粒体状の原料に所定の物理的な刺激等の条件を与えることにより反応生成物を製造するための装置である。原料や反応生成物の種類や状態は特に制限されないが、リチウムを成分の一つに含む金属酸化物や金属硫化物のような無機物であってもよいし、炭化水素のような有機物であってもよい。また、原料や反応生成物の形状や大きさは特に制限されないが、形状が塊状の場合の対角長さは、好ましくは０．１ｍｍ～５０ｍｍであり、さらに好ましくは１～２０ｍｍである。さらに、原料や反応生成物の形状が塊状の場合、対角長さの比率（アスペクト比）は、好ましくは１～１０であり、さらに好ましくは１．３～１．８である。反応装置１０は主な構成として、反応炉１００、温度制御領域１１０、スクリュ１２０、第１流体制御領域１３０および第２流体制御領域１４０を有する。
反応炉１００は、筒状の炉であって、一端側に供給される原料を受け入れる供給口１０１を有し、他端側に反応生成物の送出口１０２を有する。また反応炉１００は、供給口１０１と送出口１０２との間に中間部を有する。反応炉１００は、炉内において反応生成物を製造する際に生じる温度変化や、炉内に供給される物質との接触を許容可能な材質により形成される。例えば反応炉１００は、ニッケルやクロムを主成分とした合金やアルミナを含むセラミックスにより形成され得る。また、例えばスクリュ１２０は、ニッケルやクロムを主成分とした合金やアルミナを含むセラミックスにより形成され得る。
図１に示す反応装置１０は、水平方向に横臥しており、左上端部に供給口１０１を有し、右下端部に送出口１０２を有する。図１に示す反応炉１００は、供給口１０１から原料Ｒ１０を受け入れる。反応装置１０は、反応炉１００の内部に設けられたスクリュ１２０を回転させることにより、反応炉１００が受け入れた原料Ｒ１０を送出口１０２に向かって推進させる。すなわち反応炉１００に供給された原料Ｒ１０は、中間部を通過して送出口１０２に向かう。反応装置１０は、反応炉１００の中間部に原料Ｒ１０を通過させることにより原料Ｒ１０から反応生成物Ｒ１１を製造する。そして反応炉１００は、製造した反応生成物Ｒ１１を送出口１０２から送出する。
温度制御領域１１０は、温度制御装置、すなわち加熱装置または冷却装置を含み、供給口１０１と送出口１０２の間の中間部における所定の位置の反応炉の温度を制御する。図１に示す温度制御領域１１０は、反応炉１００の中間部において筒状の反応炉１００の周囲を囲むように加熱装置を有している。加熱装置は例えばシースヒータ、コイルヒータまたはセラミックヒータなどの温度制御可能な任意のヒータを含む。加熱装置は例えば常温から８００度程度の範囲の加熱を行う。また温度制御領域１１０は、反応炉１００の中間部の領域ごとに、後述するスクリュ１２０の軸方向に沿って、異なる温度を設定できる。例えば温度制御領域１１０は後述する第１流体制御領域１３０や第２流体制御領域１４０において原料Ｒ１０に与える温度変化を制御し得る。
また温度制御領域１１０は、加熱装置または冷却装置を制御するための制御装置を含みうる。例えば温度制御領域１１０は、反応炉１００の所定の位置に温度を監視するための温度計を有していてもよい。また反応炉１００は、例えば加熱装置が電流を流すことにより加熱する原理を有する場合には、電流値を監視することにより温度制御を行ってもよい。
なお、温度制御領域１１０は、例えば水やオイルを循環させることにより加熱または冷却を行う構成を有していてもよい。また温度制御領域１１０は例えばペルチェ素子などを用いて冷却を行う構成を有していてもよい。上述の構成により、温度制御領域１１０は、反応炉１００においてスクリュ１２０の軸方向に沿って種々の温度分布を設定できる。
スクリュ１２０は、反応炉１００の一端側から他端側に亘り延伸することにより、供給口１０１から供給された原料Ｒ１０を送出口１０２に向かって搬送可能に回転する。図１に示すスクリュ１２０は、左右方向に延伸する軸の周囲に螺旋状の凸部１２１が形成されている。この凸部１２１が原料Ｒ１０と接触しながら回転することにより、スクリュ１２０は原料Ｒ１０を図１の左側から右側へ向かって搬送する。
なお、図１に示す凸部１２１の形状は一例であって、凸部１２１の形状はこれに限られない。凸部１２１は、反応炉１００の領域ごとに異なる形状を有していてもよい。より具体的には、例えば凸部１２１は螺旋のピッチが変化してもよい。また凸部１２１の螺旋形状は、１条ではなく、２条であってもよい。また凸部１２１は螺旋形状ではない部分を有していてもよい。これにより反応装置１０は、反応炉１００の内部に存在する物体の移動する速さや移動する際の挙動などを領域ごとに設定できる。より具体的には、例えば反応装置１０は、反応炉１００における物体を搬送、攪拌、混合、混練または粉砕する。
スクリュ１２０は、反応炉１００の両端部においてそれぞれ軸支されている。また図１に示すスクリュ１２０は、供給口１０１の側において駆動装置１５０に接続している。駆動装置１５０は、モータなどの所定の回転機構を有し、スクリュ１２０を回転させる。駆動装置１５０は、スクリュ１２０の回転数を変速可能に設定されたものであってもよい。この場合、駆動装置１５０は、回転数が変動可能なモータであってもよいし、回転数が一定のモータと、減速比が変更可能な減速機とを組み合わせたものであってもよい。
第１流体制御領域１３０は、中間部における所定の領域において反応炉１００に第１流体を通過させるための第１流体入口１３１および第１流体出口１３２を含む。第１流体制御領域１３０は反応炉１００において、供給口１０１と第２流体制御領域１４０との間に設けられている。第１流体入口１３１は第１流体供給管１３３に接続し、第１流体供給管１３３から供給される第１流体を反応炉１００に供給する。なお、第１流体供給管１３３は第１流体の流量を調整するための第１バルブ１３４を含む。第１流体出口１３２は、第１流体制御領域１３０の流体を反応炉１００の外へ排出するための孔である。
上述の構成により、反応装置１０は、第１流体制御領域１３０において原料Ｒ１０と第１流体とを反応させて中間物を生成する。また反応装置１０は、反応後の流体を第１流体制御領域１３０の外へ排出する。また反応装置１０は、スクリュ１２０が回転しながら原料Ｒ１０ないし反応生成物を搬送し、さらに第１流体を接触させることにより、第１流体による反応を促進できる。なお、第１流体は、気体であってもよいし、液体であってもよい。
第２流体制御領域１４０は、中間部における第１流体制御領域１３０とは異なる領域において第２流体を通過させるための第２流体入口１４１および第２流体出口１４２を含む。すなわち第２流体制御領域１４０は、第１流体制御領域１３０とは異なる領域において、第１流体制御領域１３０と同等の構成を有し得る。
第２流体制御領域１４０は反応炉１００において、第１流体制御領域１３０と送出口１０２との間に設けられている。第２流体入口１４１は第２流体供給管１４３に接続し、第２流体供給管１４３から供給される第２流体を反応炉１００に供給する。なお、第２流体供給管１４３は第２流体の流量を調整するための第２バルブ１４４を含む。第２流体出口１４２は、第２流体制御領域１４０の流体を反応炉１００の外へ排出するための孔である。
上述の構成により、反応装置１０は、第２流体制御領域１４０において第１流体制御領域１３０を通過した後の中間物と第２流体とを反応させて反応生成物Ｒ１１を生成する。また反応装置１０は、反応後の流体を第２流体制御領域１４０の外へ排出する。なお、第２流体は、気体であってもよいし、液体であってもよい。
以上、反応装置１０の構成について説明したが、実施の形態１にかかる反応装置１０は、上述の構成に限られない。例えば、スクリュ１２０は１以上であれば、２以上であってもよい。すなわち、反応装置１０は、平行に配置された複数のスクリュ１２０を有してもよい。
反応炉１００のスクリュ１２０の軸と直交する平面における断面形状はルーローの定幅図形で定義される組合せを持つものであってもよい。この場合、スクリュ１２０の凸部１２１の断面形状は、ルーローの定副図形に対応した複数の円弧を組み合わせた形状を有する。例えば反応炉１００の内部の断面形状が円形の場合には、スクリュ１２０の断面形状は、３つの円弧で構成されたルーロー定幅図形を有する。
反応炉１００は水平方向に平行に横臥するものに限らず、水平面に対して所定の角度を有し、反応炉１００は斜面を有するものであってもよい。反応装置１０は、中間部において第１流体制御領域１３０と第２流体制御領域１４０とを有しているが、さらに別の流体を通過させるための構成を有していてもよい。すなわち反応装置１０は、３以上の流体制御領域を有していてもよい。なお、上述の反応装置１０は、後述する制御装置により制御されている。
次に、図２を参照して、反応装置１０の機能について説明する。図２は、実施の形態１にかかる反応装置１０のブロック図である。反応装置１０は図１において示した構成に加えて、制御装置２００、温度制御装置２１０、第１流体制御装置２３０、第２流体制御装置２４０および情報入出力部２５０を有している。
制御装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＣＵ（Micro Controller Unit）等の演算装置を含む回路基板である。制御装置２００は、温度制御装置２１０、第１流体制御装置２３０、第２流体制御装置２４０および情報入出力部２５０のそれぞれと通信可能に接続し、これの構成をそれぞれ制御する。制御装置２００は回路基板に実装されたハードウェアおよびソフトウェアによりその機能を実現する。
制御装置２００は主な機能構成として、全体制御部２０１、温度制御部２０２、スクリュ回転制御部２０３、第１流体制御部２０４、第２流体制御部２０５、ＩＦ制御部２０６および記憶部２０７を有している。制御装置２００が有するこれらの機能構成は、一体となったものであってもよいし、ディスクリートであってもよい。また制御装置２００が有するこれらの機能構成は、別個の複数の装置が連動することにより実現されてもよい。
全体制御部２０１は、制御装置２００が有する各機能構成に接続し、これらの機能の全体の動作を制御する。例えば全体制御部２０１は、温度制御部２０２から供給される温度の状態に応じてスクリュ回転制御部２０３に動作の指示を出す、といった動作を行い得る。
温度制御部２０２は、温度制御装置２１０に接続し、温度制御領域１１０における反応炉１００の温度を制御する。温度制御部２０２は、加熱装置および冷却装置のうち少なくともいずれか一方を有している。また温度制御部２０２は、温度を制御するための１以上の温度計を有し得る。
スクリュ回転制御部２０３は、駆動装置１５０に接続し、駆動装置１５０の動作を制御する。スクリュ回転制御部２０３は例えば駆動装置１５０が有するモータを駆動するためのモータ駆動回路を有し得る。またスクリュ回転制御部２０３は、モータの回転数を監視するための回転センサを有し得る。
第１流体制御部２０４は、第１流体制御領域１３０における第１流体の流れを制御する。より具体的には、第１流体制御部２０４は第１流体制御装置２３０に接続し、第１流体制御装置２３０の動作を制御する。第１流体制御装置２３０は第１流体を圧送するための第１バルブ１３４を含む。第２流体制御部２０５は、第２流体制御領域１４０における第２流体の流れを制御する。より具体的には、第２流体制御部２０５は第２流体制御装置２４０に接続し、第２流体制御装置２４０の動作を制御する。第２流体制御装置２４０は第２流体を圧送するための第２バルブ１４４を含む。
ＩＦ制御部２０６（IF=Interface）は、情報入出力部２５０に接続し、情報入出力部２５０を介してユーザとの情報交換を行うためのインタフェースである。すなわちＩＦ制御部２０６は、情報入出力部２５０を介してユーザからの操作を受け付け、受け付けた操作にかかる情報を、制御装置２００の各構成に適宜供給する。またＩＦ制御部２０６は、情報入出力部２５０が有する表示部の状態を制御する。
記憶部２０７は、フラッシュメモリやＳＳＤ（Solid State Drive）等の不揮発性メモリを含む記憶装置である。記憶部２０７は反応装置１０が本開示における機能を実現するためのプログラムを格納している。また記憶部２０７は揮発性メモリを含み、制御装置２００が動作する際に所定の情報を一時的に格納する。情報入出力部２５０は、例えばユーザからの操作を受け付けるためのボタン、スイッチまたはタッチパネル等を有する。また情報入出力部２５０は、ユーザに情報を提示するためのディスプレイ装置等を含む。
以上、反応装置１０の機能ブロックについて説明した。反応装置１０は上述の構成により、受け入れた原料Ｒ１０をスクリュ１２０により搬送し、反応炉１００の温度を制御し、第１流体制御領域１３０および第２流体制御領域１４０における雰囲気を制御する。
次に、図３を参照して、反応装置１０が実行する反応生成物の製造方法（反応生成物製造方法）について説明する。図３は、反応装置１０が実行する処理のフローチャートである。図３に示すフローチャートは、例えば反応装置１０に対して原料Ｒ１０の供給を開始することにより開始する。
まず、反応装置１０は、供給口１０１から所定の原料Ｒ１０を受け入れる（ステップＳ１１）。
次に、反応装置１０の制御装置２００は、温度制御部２０２を介して、反応炉１００の温度制御領域１１０の加熱装置または冷却装置を駆動することにより温度を制御する（ステップＳ１２）。
次に、反応装置１０の制御装置２００は、スクリュ回転制御部２０３を介して駆動装置１５０を駆動する。これにより駆動装置１５０はスクリュ１２０を回転させる。そしてスクリュ１２０は、受け入れた原料Ｒ１０を送出口１０２に向かって搬送する（ステップＳ１３）。
次に、反応装置１０の制御装置２００は、第１流体制御部２０４を介して、第１流体制御領域１３０に通過させる第１流体の流れを制御する（ステップＳ１４）。
次に、反応装置１０の制御装置２００は、第２流体制御部２０５を介して、第２流体制御領域１４０に通過させる第２流体の流れを制御する（ステップＳ１５）。
次に、反応装置１０は、第２流体制御領域１４０を通過した反応生成物Ｒ１１を送出口１０２から送出する（ステップＳ１６）。
以上、反応装置１０が実行する反応方法について説明した。上述の方法は、反応装置１０が原料Ｒ１０から反応生成物Ｒ１１を製造し、製造した反応生成物Ｒ１１を排出するまでの流れに沿って示されている。しかし、反応装置１０は、例えばステップＳ１２における温度制御を、ステップＳ１１の前から実行していてもよい。また例えば反応装置１０は、ステップＳ１４とステップＳ１５とを同時に開始してもよい。
以上、実施の形態１について説明した。なお、上述の反応装置１０において、反応装置１０は２つの流体制御領域（第１流体制御領域１３０および第２流体制御領域１４０）を有しているが、反応装置１０は３つ以上の流体制御領域を有しても良い。また反応装置１０は、スクリュ１２０の軸方向に沿って複数の温度制御領域１１０を有していても良い。上述の反応装置１０は、供給口１０１から受け入れた原料Ｒ１０に対して、中間部において複数の流体を別個に接触させる。また反応装置１０は、中間部において、スクリュ１２０の軸方向に沿って、反応炉１００の温度制御を行う。さらに反応装置１０は、反応炉１００の内部の物体を搬送し、攪拌や混練などの物理的な刺激を与えることができる。反応装置１０は上述の雰囲気制御、温度制御および物理制御を、同時に、且つ、精度よく行うことができる。よって、実施の形態１によれば、所望の製品を効率よく製造する反応装置等を提供することができる。
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２について説明する。図４は、実施の形態２にかかる反応装置２０の側面図である。図４に示す反応装置２０は、スクリュ１２０の構成が図１に示す反応装置１０と異なる。また反応装置２０は、第１流体制御領域１３０および第２流体制御領域１４０が、反応炉１００から強制的に流体を排出するための強制排出機構を含む点が図１に示す反応装置１０と異なる。さらに、反応装置２０は、気流攪拌領域１６０を有する点が、反応装置１０と異なる。
本実施の形態にかかるスクリュ１２０は、凸部１２１の構成が図１に示すスクリュ１２０と異なる。スクリュ１２０は、原料を搬送するための凸部のピッチが送り方向で変化する構造を有する。図２に示すスクリュ１２０は、第１流体制御領域１３０における凸部１２１のピッチ（すなわちスクリュピッチ）が距離Ｄ１であり、第２流体制御領域１４０における凸部１２１のスクリュピッチが距離Ｄ２である。また距離Ｄ１は距離Ｄ２より大きい。すなわちスクリュ１２０は、第２流体制御領域１４０に対応するスクリュピッチが、第１流体制御領域１３０に対応するスクリュピッチより小さい。これにより、反応装置２０は、第２流体制御領域１４０における物体の搬送速度を、第１流体制御領域１３０における物体の搬送速度より遅く設定している。
また反応装置２０のスクリュ１２０は、原料を滞留、攪拌、混合、混練または粉砕する目的で送り方向との間に０度～１８０度の範囲の角度を成す面または配列を有する凸部を有し得る。図４に示すスクリュ１２０は、第２流体制御領域１４０と送出口１０２との間に攪拌部１２２を有している。攪拌部１２２は、送り方向に平行な、すなわち送り方向に対して０度の角度を成す複数の凸部を有する。
図５を参照して攪拌部１２２について説明する。図５は、実施の形態２にかかる反応炉の断面図である。図５に示す断面図は、図４のＶ-Ｖ断面を示したものである。図５には反応炉１００の内部に配置された攪拌部１２２が示されている。攪拌部１２２はスクリュ１２０の軸の中心Ｃから放射状に複数の凸部が形成されている。また攪拌部１２２は中心Ｃを回転軸として時計周りに回転する。これにより攪拌部１２２は、攪拌部１２２に接触する物質を攪拌する。
図４に戻り反応装置２０について説明を続ける。反応装置２０は、第１流体制御領域１３０において第１流体排出管１３５に第１強制排出機構１３６を有している。第１強制排出機構１３６は第１流体出口１３２を介して第１流体排出管１３５に排出された流体の流量を上昇させ、かかる流体を強制排出するための機構である。第１強制排出機構１３６は、例えばモータを含むポンプである。この場合、強制排出機構１３６であるポンプは、モータを駆動して流体を吸引することにより、第１流体排出管１３５に排出された流体の流量を上昇させる。反応装置２０は、第１バルブ１３４と第１強制排出機構１３６とを有することにより、第１流体制御領域１３０における第１流体の流れを好適に制御できる。なお、第１強制排出機構１３６は、第１流体制御領域１３０から排出される流体を強制的に排出できる機構であれば、上述の構成に限定されない。
同様に、反応装置２０は、第２流体制御領域１４０において第２流体排出管１４５に第２強制排出機構１４６を有している。第２強制排出機構１４６は第２流体出口１４２を介して第２流体排出管１４５に排出された流体の流量を上昇させる。第２強制排出機構１４６は、例えばモータを含むポンプである。この場合、強制排出機構１４６であるポンプは、モータを駆動して流体を吸引することにより、第２流体排出管１４５に排出された流体の流量を上昇させる。反応装置２０は、第２バルブ１４４と第２強制排出機構１４６とを有することにより、第２流体制御領域１４０における第２流体の流れを好適に制御できる。なお、第２強制排出機構１４６は、第２流体制御領域１４０から排出される流体を強制的に排出できる機構であれば、上述の構成に限定されない。
反応装置２０は、攪拌部１２２に対応する部分に気流攪拌領域１６０を有している。気流攪拌領域１６０は、反応炉１００の中間部において反応炉１００の内部に気流を発生させる。
気流攪拌領域１６０は主な構成として、送風ファン１６１、気流制御バルブ１６２、送風孔１６３を有している。送風ファン１６１は、所定の不活性ガスを気流制御バルブ１６２に圧送する。なお、送風ファン１６１は、例えばガス圧縮機や圧縮ガスボンベが代替として用いられてもよい。気流制御バルブ１６２は送風ファン１６１から圧送される不活性ガスの流量を制御する。送風孔１６３は、気流制御バルブ１６２を介して圧送された不活性ガスを反応炉１００の内部に吐出させるための孔である。送風孔１６３は、反応炉１００の内部に面する部分に屈曲部を含むラビリンス構造を有している。これにより気流攪拌領域１６０は、気流を発生させるとともに、吐出口である送風孔１６３に反応炉１００の物体が流入するのを抑制する。
図５を参照して、気流攪拌領域１６０についてさらに説明する。図５に示す断面には、送風孔１６３が３か所に配置されている。このように、気流攪拌領域１６０が複数の送風孔１６３を有することにより、反応装置２０は、反応炉１００の内部の所望の領域において、好適に気流を発生させることができる。またこれにより反応装置２０は、反応炉１００の内部に存在する物体を好適に攪拌できる。なお、上述の送風孔１６３は、ラビリンス構造に代えて、反応炉１００の内部に存在する物体の粒径より小さい小径孔を有するものであってもよい。これにより送風孔１６３は、反応炉１００の内部に存在する物体が流入してくるのを抑制できる。
以上、実施の形態２について説明したが、反応装置２０の構成は上述のものに限られない。例えばスクリュ１２０の形状または構成は原料Ｒ１０に対してどのような物理的な刺激を与えるかにより種々のパターンが考えられる。また気流攪拌領域１６０が配置される位置は、上述の位置に限られず、所望の位置に設定され得る。実施の形態２によれば、所望の製品を効率よく製造する反応装置等を提供することができる。
＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３について説明する。図６は、実施の形態３にかかる反応システム１の構成図である。図６に示す反応システム１は、２つの反応装置１０すなわち第１反応装置１０Ａおよび第２反応装置１０Ｂが直列に連結されたシステムである。図６には、第１反応装置１０Ａと第２反応装置１０Ｂとが連結した状態が模式的に示されている。
図に示す第１反応装置１０Ａは、第１流体制御領域１３０Ａと、第２流体制御領域１４０Ａと、を有している。第１流体制御領域１３０Ａは、第１供給口１０１Ａから受け入れた原料Ｒ１０に対して反応Ａを付与する。第２流体制御領域１４０Ａは、反応Ａを付与することにより生成した反応生成物Ａに対して反応Ｂを付与する。また第１反応装置１０Ａは、反応Ｂを付与することにより生成した反応生成物Ｂを、第１送出口１０２Ａから送出し、第２反応装置１０Ｂの第２供給口１０１Ｂに供給する。
第２反応装置１０Ｂは、第１流体制御領域１３０Ｂと、第２流体制御領域１４０Ｂと、を有している。第２反応装置１０Ｂにおいて、第１流体制御領域１３０Ｂは、第２供給口１０１Ｂから受け入れた反応生成物Ｂに対して反応Ｃを付与する。第２流体制御領域１４０Ｂは、反応Ｃを付与することにより生成した反応生成物Ｃに対して反応Ｄを付与する。また第２反応装置１０Ｂは、反応Ｄを付与することにより生成した反応生成物Ｄを、第２送出口１０２Ｂから送出する。
以上、実施の形態３について説明した。なお、上述の反応装置１０の一方または両方は、もちろん反応装置２０であってもよい。また実施の形態３にかかる反応システムは、３つ以上の反応装置１０が連結するものであってもよい。このような構成により、実施の形態３にかかる反応システム１は、複数の反応を連続して付与できる。またこのような構成により、実施の形態３にかかる反応システム１は、システム自体の柔軟な配置および柔軟なシステム構成を可能とする。すなわち、実施の形態３によれば、複数の反応を要する所望の製品を効率よく製造する反応システムを提供することができる。
＜実施の形態４＞
次に、実施の形態４について説明する。図７は、実施の形態４にかかる反応システム２の構成図である。図７に示す反応システム２は主な構成として、混練機３１０、造粒機３２０、乾燥機３３０、反応装置１０および粉砕分級機３４０を有している。
混練機３１０（混練物製造装置）は、粉末成分Ａ、粉末成分Ｂおよび粉末成分Ｃをそれぞれ受け入れ、受け入れたこれらの粉末成分をスクリュにより混練する。混練機３１０は造粒機３２０に連結しており、混練した粉末成分を造粒機３２０に供給する。
造粒機３２０は、混練機３１０が混練した粉末成分を受け入れ、受け入れた粉末成分から所定の大きさの粒状物を生成する。造粒機３２０は生成した粒状物を、乾燥機３３０に供給する。乾燥機３３０は、造粒機３２０から受け入れた粒状物を乾燥させて、所定の原料を生成する。さらに乾燥機３３０は、生成した原料を、反応装置１０に供給する。
反応装置１０は、乾燥機３３０から原料を受け入れ、受け入れた原料を第１流体制御領域１３０および第２流体制御領域１４０に通過させて、反応生成物を生成する。反応装置１０は、生成した反応生成物を粉砕分級機３４０に供給する。粉砕分級機３４０は、反応装置１０から反応生成物を受け入れて、受け入れた反応生成物を粉砕し、さらに分級する。そして、粉砕分級機３４０は、分級した製造物を吐出する。
以上、実施の形態４について説明した。なお、反応システム２の構成は、上述のものに限られない。例えば反応システム２は、混練機３１０、造粒機３２０および乾燥機３３０のうちいずれか１つを少なくとも有するものであってもよい。また反応システム２は、粉砕分級機３４０を含まないものであっても良い。上述の反応システム２において、反応装置１０は、反応装置２０に置き換えられ得る。また反応装置１０は、実施の形態３にかかる反応システム１に置き換えられ得る。以上、実施の形態４によれば、複合的な反応を要する所望の製品を効率よく製造する反応システムを提供することができる。
＜実施の形態５＞
次に、実施の形態５について説明する。図８は、実施の形態５にかかる反応システム３の構成図である。実施の形態５にかかる反応システム３は、複数の異なる原料をそれぞれ受け入れる供給口を有する点が、上述の反応装置と異なる。
図８に記載の反応システム３は、反応装置１１と、粉砕分級機３４０と、を有する。反応装置１１は、原料として粉末成分Ａ、粉末成分Ｂおよび粉末成分Ｃをそれぞれ受け入れる。すなわち実施の形態５にかかる反応装置１１は、反応炉１００が、一端側において、複数の異なる原料をそれぞれ受け入れる複数の供給口を有する。より具体的には、反応装置１１は、供給口として、第１供給口１０１Ａ、第２供給口１０１Ｂおよび第３供給口１０１Ｃをそれぞれ有する。第１供給口１０１Ａ、第２供給口１０１Ｂおよび第３供給口１０１Ｃは、反応炉１００の一端側から第１流体制御領域１３０の間にそれぞれ設けられている。第１供給口１０１Ａ、第２供給口１０１Ｂおよび第３供給口１０１Ｃからそれぞれ供給された粉末成分は、スクリュ１２０により送出口１０２の方向に搬送される。なお、この際、スクリュ１２０は受け入れたそれぞれの原料を混合またするための形状を有していてもよい。
反応装置１１は、受け入れた粉末成分Ａ、粉末成分Ｂおよび粉末成分Ｃを第１流体制御領域１３０に通過させ、さらに第２流体制御領域１４０に通過させる。これにより反応装置１１は反応生成物を生成し、生成した反応生成物を粉砕分級機３４０に供給する。粉砕分級機３４０は反応装置１１が生成した反応生成物を受け入れ、受け入れた反応生成物を粉砕し、さらに分級する。そして、粉砕分級機３４０は、分級した製造物を吐出する。
以上、実施の形態５について説明した。上述の反応システム３において、反応装置１１は、気流攪拌領域１６０を有していてもよい。以上、実施の形態５によれば、複数の原料を用いて複合的な反応を要する所望の製品を効率よく製造する反応システムを提供することができる。
＜実施の形態６＞
次に、実施の形態６について説明する。図９は、実施の形態６にかかる電池用材料製造システム４の構成図である。図９に示す電池用材料製造システム４は、例えば固体二次電池の正極シートや、電解質シートを製造するためのシステムである。電池用材料製造システム４は主な構成として第１工程領域Ｐ４１、第２工程領域Ｐ４２、第３工程領域Ｐ４３および第４工程領域Ｐ４４を有する。すなわち電池用材料製造システム４は、上述の第１工程、第２工程、第３工程および第４工程を経ることにより電池用材料を製造する。
以下に示す例は、電池用材料製造システム４を用いて電解質シートを製造するものである。第１工程領域Ｐ４１において、電池用材料製造システム４は、固体電解質を製造する。第１工程領域Ｐ４１は主な構成として、第１反応装置１０Ａ、第２反応装置１０Ｂおよび粉砕分級機３４０を有する。
第１工程領域Ｐ４１において、第１反応装置１０Ａは原料を受け入れ、スクリュにより原料を搬送し、第１流体制御領域１３０Ａにおいて反応Ａを付与し、第２流体制御領域１４０Ａにおいて反応Ｂを付与し、反応生成物Ｂを第２反応装置１０Ｂに供給する。第２反応装置１０Ｂは反応生成物Ｂを受け入れ、スクリュにより原料を搬送し、第１流体制御領域１３０Ｂにおいて反応Ｃを付与し、第２流体制御領域１４０Ｂにおいて反応Ｄを付与し、これにより生成される固体電解質を粉砕分級機３４０に供給する。粉砕分級機３４０は、受け入れた固体電解質を粉砕し、さらに分級する。そして、粉砕分級機３４０は、分級した固体電解質を第２工程領域Ｐ４２に供給する。
第２工程領域Ｐ４２において、電池用材料製造システム４は、固体電解質とバインダ樹脂との混合化を行う。第２工程領域Ｐ４２は、押出機３５０を有する。押出機３５０は、第１工程領域Ｐ４１において生成された固体電解質と、別途供給されるバインダ樹脂とを併せて受け入れ、受け入れた固体電解質とバインダ樹脂とを混練して混練物を製造する。押出機３５０は、製造した混練物を第３工程領域Ｐ４３に供給する。
第３工程領域Ｐ４３において、電池用材料製造システム４は、第２工程領域Ｐ４２から混練物を受け入れ、受け入れた混練物から電解質シートを製造する。第３工程領域Ｐ４３は主な構成として、押出成形機３６０、コータ３７０、乾燥機３８０および圧延機３９０を有する。
押出成形機３６０は、押出機３５０から混練物を受け入れ、受け入れた混練物を押出成形してシート状の成形物を連続的に製造する。このとき第３工程領域Ｐ４３は、押出成形機３６０が押し出したシートに不織布などの基材３６１を合わせて一体化してもよい。すなわち第３工程領域Ｐ４３は、シート製造装置を含む。
次にコータ３７０は、成形物の表面に所定の保護膜等を塗布する。さらに乾燥機３８０は、所定の保護膜等が塗布された成形物を乾燥し、圧延機３９０に供給する。圧延機３９０は、乾燥した成形物を圧延して第４工程領域Ｐ４４に供給する。
第４工程領域Ｐ４４において、電池用材料製造システム４は、所定のシートを貼り合わせ、これを巻き取る工程を有する。第４工程領域Ｐ４４は主な構成として、ラミネータ４００および巻取機４１０を有する。ラミネータ４００は、圧延機３９０から供給されるシート状の成形物に、正極活物質を含む正極シート４０１と負極活物質を含む負極シート４０２とを貼り合わせ、貼り合わせた製造物を巻取機４１０に供給する。巻取機４１０は、ラミネータ４００から供給される電解質シートを巻き取る。
以上、電池用材料製造システム４の構成および電池用材料製造システム４が実行する電池用材料製造方法について説明した。実施の形態６にかかる電池用材料製造システム４は、複数の反応を要する固体電解質等の反応生成物を一貫して効率よく製造し、製造した反応生成物を用いて連続的にシートを製造できる。なお、本実施の形態にかかる電池用材料製造システム４は、図９に示したものに限られない。例えば電池用材料製造システム４は例えば第４工程領域Ｐ４４におけるラミネータ４００を有していなくてもよい。
また図９に示すシステムは、電池用材料ではない所定の材料を製造することもできる。すなわち、図９に示すシステムは、材料製造システムと称することが出来る。また、かかる材料製造システムが実行する方法を、材料製造方法と称することが出来る。
また図９に示す電池用材料製造システム４は、上述のように、第３工程領域Ｐ４３において電解質シートを製造し、且つ、第４工程領域Ｐ４４において正極シートをラミネートし、さらに負極シートをラミネートすることができる。このようなこれにより、電池用材料製造システム４は、電池を製造することが出来る。すなわちこの場合、図９に示すシステムを、電池製造システムと称し、図９に示すシステムが実行する方法を、電池製造方法と称することが出来る。
以上に述べたように、実施の形態６によれば、所望の電池用材料、電池または所定の材料を効率よく製造するためのシステムまたはその方法を提供できる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
１ 反応システム
２ 反応システム
３ 反応システム
４ 電池用材料製造システム
１０ 反応装置
１１ 反応装置
２０ 反応装置
１００ 反応炉
１０１ 供給口
１０２ 送出口
１１０ 温度制御領域
１２０ スクリュ
１２１ 凸部
１２２ 攪拌部
１３０ 第１流体制御領域
１３１ 第１流体入口
１３２ 第１流体出口
１３３ 第１流体供給管
１３４ 第１バルブ
１３５ 第１流体排出管
１３６ 第１強制排出機構
１４０ 第２流体制御領域
１４１ 第２流体入口
１４２ 第２流体出口
１４３ 第２流体供給管
１４４ 第２バルブ
１４５ 第２流体排出管
１４６ 第２強制排出機構
１５０ 駆動装置
１６０ 気流攪拌領域
１６１ 送風ファン
１６２ 気流制御バルブ
１６３ 送風孔
２００ 制御装置
２０１ 全体制御部
２０２ 温度制御部
２０３ スクリュ回転制御部
２０４ 第１流体制御部
２０５ 第２流体制御部
２０６ ＩＦ制御部
２０７ 記憶部
２１０ 温度制御装置
２３０ 第１流体制御装置
２４０ 第２流体制御装置
２５０ 情報入出力部
３１０ 混練機
３２０ 造粒機
３３０ 乾燥機
３４０ 粉砕分級機
３５０ 押出機
３６０ 押出成形機
３６１ 基材
３７０ コータ
３８０ 乾燥機
３９０ 圧延機
４００ ラミネータ
４０１ 正極シート
４０２ 負極シート
４１０ 巻取機

Claims (16)

  1. 一端側に供給される原料を受け入れる供給口を有し他端側に反応生成物の送出口を有する筒状の反応炉と、
    加熱装置または冷却装置を含み、前記供給口と前記送出口の間の中間部における所定の位置の前記反応炉の温度を制御する温度制御領域と、
    前記反応炉の前記一端側から前記他端側に亘り延伸することにより、前記供給口から供給された前記原料を前記送出口に向かって搬送可能に回転するスクリュと、
    前記中間部における所定の領域において前記反応炉に第１流体を通過させるための第１流体入口および前記第１流体を排出するための第１流体出口を含む第１流体制御領域と、
    前記中間部における所定の領域において第２流体の気流を前記反応炉の下方から上方に向かって発生させるための送風孔を含む気流攪拌領域と、を備え、
    前記送風孔は前記原料の粒径よりも小さい孔径を備える、
    反応装置。
  2. 前記送風孔は、前記第２流体として不活性ガスを吐出する、
    請求項１に記載の反応装置。
  3. 前記気流攪拌部は、前記送風孔が屈曲部を含むラビリンス構造を有する
    請求項２に記載の反応装置。
  4. 前記中間部における所定の領域において前記反応炉に第３流体を通過させるための第３流体入口および前記第３流体を排出するための第３流体出口を含む第３流体制御領域、を備える、
    請求項３に記載の反応装置。
  5. 前記スクリュの回転数を変速可能に設定されたスクリュ駆動装置をさらに備える、
    請求項１に記載の反応装置。
  6. 前記スクリュは、前記原料を搬送するための凸部のピッチが送り方向で変化する構造を有する、
    請求項１に記載の反応装置。
  7. 前記スクリュは、前記原料を滞留、攪拌、混合、混練または粉砕する目的で送り方向との間に０度～１８０度の範囲の角度を成す面または配列を有する凸部を有する、
    請求項１に記載の反応装置。
  8. 前記反応炉の内部において、平行に配置された複数の前記スクリュを備える、
    請求項１に記載の反応装置。
  9. 前記反応炉は、前記一端側において、複数の異なる前記原料をそれぞれ受け入れる複数の前記供給口を有する
    請求項１に記載の反応装置。
  10. 請求項１に記載の反応装置である第１反応装置と第２反応装置とを直列に連結した、
    反応システム。
  11. 複数のそれぞれ異なる成分を有する粉末を混練して混練物を製造する混練機、前記混練物を造粒して造粒物を製造する造粒機、および前記造粒物を乾燥させた前記原料を製造する乾燥機のうち少なくともいずれか１つと、
    前記混練物、前記造粒物または前記原料のいずれか１つを受け入れて反応生成物を製造する請求項１に記載の反応装置と、を備える
    反応システム。
  12. 請求項１に記載の反応装置が前記反応生成物として製造した固体電解質と、バインダ樹脂と、を混練して連続的に押し出すことにより混練物を製造する混練物製造装置と、
    前記混練物をシート状に成形するシート製造装置と、を備える
    電池用材料製造システム。
  13. 前記反応装置として、第１反応装置と、前記第１反応装置が製造した第１反応生成物を受け入れて第２反応生成物である前記固体電解質を製造する第２反応装置と、を有し、
    前記混練物製造装置は、前記第２反応生成物を受け入れて前記混練物を製造する、
    請求項１２に記載の電池用材料製造システム。
  14. 請求項１３に記載の電池用材料製造システムと、
    前記電池用材料製造システムが有する前記シート製造装置が成形した電解質シートの一方の面に正極活物質を含む正極シートを、他方の面に負極活物質を含む負極シートをラミネートするラミネータと、を備える、
    電池製造システム。
  15. 請求項１に記載の反応装置が製造した前記反応生成物と、バインダ樹脂と、を混練して連続的に押し出すことにより混練物を製造する混練物製造装置と、
    前記混練物をシート状に成形するシート製造装置と、を備える
    材料製造システム。
  16. 前記反応装置として、第１反応装置と、前記第１反応装置が製造した第１反応生成物を受け入れて第２反応生成物を製造する第２反応装置と、を有し、
    前記混練物製造装置は、前記第２反応生成物を受け入れて前記混練物を製造する、
    請求項１５に記載の材料製造システム。
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