(57)【要約】【課題】活物質合剤の品質低下を抑制すること。【解決手段】混練装置１０は、容器４０と、羽根６０と、羽根６０を駆動させるモータＭ１と、を備える。容器４０は、有底円筒状の容器本体４１と、混合物排出部４４と、閉塞板４５と、蓋４７と、を備える。蓋４７は、接続口５０を備える。接続口５０は、蓋４７を貫通している。接続口５０には、第１配管５１と、第１配管５１から分岐する第２配管５２と、第３配管５３とが接続されている。第２配管５２は、減圧部５６に接続されている。減圧部５６は、第１配管５１及び第２配管５２を介して容器４０内から気体を排出することで容器４０内の減圧を行う。混練装置１０は、容器４０内に収容された混合物Ｍに泡を生じさせる泡発生器７０を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質及びバインダを含む粉体と、溶媒との混合物を混練して活物質合剤を製造する混練装置であって、
前記混合物を収容する容器と、
前記容器内に収容された前記混合物に泡を生じさせる泡発生器と、
前記容器内で回転することで前記混合物を混練する羽根と、を備え、
前記容器は、前記容器内の減圧を行う減圧部に接続される接続口を備える混練装置。
【請求項２】
前記容器は、前記活物質合剤を排出する排出口を備え、
前記接続口は、前記容器内の加圧を行う加圧部にも接続される請求項１に記載の混練装置。
【請求項３】
活物質及びバインダを含む粉体と、溶媒との混合物を混練して活物質合剤を製造する混練方法であって、
前記混合物を容器に収容し、
前記容器に収容された前記混合物に泡を生じさせ、
前記容器内を減圧した状態で羽根による前記混合物の混練を行う混練方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練装置、及び、混練方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池や、ニッケル水素電池などの蓄電装置は、電極と、セパレータと、を備える。電極は、金属箔と、金属箔の少なくとも一面に設けられた活物質層と、を備える。活物質層は、活物質合剤を金属箔に塗布し、乾燥させ、密度を高めることで形成される。活物質合剤は、活物質及びバインダを含む粉体と、溶媒との混合物を混練することで得られる。特許文献１には、粉体と溶媒との混合物を混練する混練装置が記載されている。特許文献１に記載の混練装置は、粉体と溶媒との混合物を収容する容器と、容器内で回転する羽根と、を備える。羽根が回転することで、粉体と溶媒との混合物とが混練される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−７７６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、粉体を容器に投入する際に、羽根や容器の内面に粉体が付着する場合がある。羽根や容器の内面に付着した粉体が、混練後に容器内に落下し、活物質合剤に入ると、分散不良や凝集の原因となり、活物質合剤の品質低下を招く。
【０００５】
本発明の目的は、活物質合剤の品質低下を抑制できる混練装置、及び、混練方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する混練装置は、活物質及びバインダを含む粉体と、溶媒との混合物を混練して活物質合剤を製造する混練装置であって、前記混合物を収容する容器と、前記容器内に収容された前記混合物に泡を生じさせる泡発生器と、前記容器内で回転することで前記混合物を混練する羽根と、を備え、前記容器は、前記容器内の減圧を行う減圧部に接続される接続口を備える。
【０００７】
これによれば、泡発生器によって混合物に泡を生じさせることで混合物の嵩が高くなる。更に、減圧部を用いて容器内を減圧すると、泡が大きくなることで、混合物の嵩が更に高くなる。羽根や容器の内面に付着した粉体は、混合物の嵩が高くなることで混合物に混ざり、羽根によって混練される。このため、羽根や容器の内面に付着した粉体が活物質合剤に入ることが抑制され、活物質合剤の品質低下を抑制できる。
【０００８】
上記混練装置について、前記容器は、前記活物質合剤を排出する排出口を備え、前記接続口は、前記容器内の加圧を行う加圧部にも接続されてもよい。
これによれば、排出口から活物質合剤を排出する際に、加圧部によって容器内の加圧を行うことで排出口から活物質合剤を排出させやすい。
【０００９】
上記課題を解決する混練方法は、活物質及びバインダを含む粉体と、溶媒との混合物を混練して活物質合剤を製造する混練方法であって、前記混合物を容器に収容し、前記容器に収容された前記混合物に泡を生じさせ、前記容器内を減圧した状態で羽根による前記混合物の混練を行う。
【００１０】
これによれば、容器内を減圧した状態で羽根による混練が行われる。羽根や容器の内面に付着した粉体は、混合物の嵩が高くなることで混合物に混ざり、羽根によって混練される。このため、羽根や容器の内面に付着した粉体が活物質合剤に入ることが抑制され、活物質合剤の品質低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、活物質合剤の品質低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】混練装置の概略構成図。
【図２】粉体投入装置と液体投入装置の概略構成図。
【図３】混合物に泡が生じていない状態での混練装置を示す図。
【図４】混合物に泡が生じている状態での混練装置を示す図。
【図５】容器内を減圧した状態での混練装置を示す図。
【図６】排出口から活物質合剤を排出する際の混練装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、混練装置、及び、混練方法の一実施形態について説明する。
図１に示すように、混練装置１０は、容器４０と、羽根６０と、羽根６０を駆動させるモータＭ１と、粉体投入装置２０と、液体投入装置３０と、泡発生器７０と、制御装置８０と、を備える。本実施形態の混練装置１０は、規定量の粉体と、規定量の溶媒とを混練するバッチ式の混練装置である。なお、以下の説明において、上とは鉛直方向の上を示し、下とは鉛直方向の下を示す。
【００１４】
図２に示すように、粉体投入装置２０は、粉体Ｓが貯留されたホッパ２１と、ホッパ２１内の粉体Ｓを容器４０に投入する投入部２２と、投入部２２の下方に設けられた電子天秤２６と、を備える。粉体投入装置２０は、容器４０に粉体Ｓを投入する。投入部２２は、ホッパ２１に連通している筒状の連通部２３と、連通部２３に連通している筒状の供給部２４と、連通部２３内に配置されたスクリュー２５と、スクリュー２５を回転させるモータＭ２と、を備える。連通部２３の延びる方向と、供給部２４の延びる方向とは交差している。粉体投入装置２０は、連通部２３が水平方向に延び、供給部２４が連通部２３から下方に延びるように配置されている。モータＭ２は、制御装置８０によって駆動と停止が制御される。モータＭ２の駆動によりスクリュー２５が回転することで、連通部２３から供給部２４に粉体Ｓが押し出される。連通部２３から押し出された粉体Ｓは、容器４０に投入される。
【００１５】
電子天秤２６は、連通部２３から供給部２４に押し出された粉体Ｓを計量する。即ち、電子天秤２６は、容器４０への粉体Ｓの投入量［ｇ］を計量する。電子天秤２６は、容器４０への粉体Ｓの投入量を制御装置８０に出力している。制御装置８０は、粉体Ｓの投入量が規定量に達するまでモータＭ２を駆動する。なお、本実施形態の粉体Ｓは、活物質、バインダ、及び、導電助剤を含むものである。また、粉体Ｓは、整泡剤を含んでいてもよい。粉体Ｓは、ミクロンオーダーの粉体、即ち、μｍ単位の粉体である。
【００１６】
液体投入装置３０は、シリンダ３１と、シリンダ３１と連通する筒状の吸入部３２と、シリンダ３１と連通する筒状の排出部３３と、を備える。液体投入装置３０は、シリンダ３１内に配置されたピストン３４と、シリンダ３１の軸線方向にピストン３４を移動させるピストンロッド３５と、ピストンロッド３５を軸線方向に移動させるモータＭ３と、吸入部３２及び排出部３３のそれぞれに配置された逆止弁３６，３７と、を備える。モータＭ３は、回転運動を直線運動に変換する図示しない変換機構に接続されており、これによりピストンロッド３５を移動させる。液体投入装置３０は、容器４０に溶媒Ｌを投入する。シリンダ３１内、吸入部３２内、及び、排出部３３内のうちピストン３４及び両逆止弁３６，３７に囲まれる領域を変動領域３８とすると、変動領域３８の容積はピストン３４の位置によって変動する。
【００１７】
吸入部３２に設けられた逆止弁３６は、変動領域３８の圧力が閾値より低くなると、開弁する。排出部３３に設けられた逆止弁３７は、変動領域３８の圧力が閾値より高くなると開弁する。逆止弁３６が開弁する際の閾値は、逆止弁３７が開弁する際の閾値よりも低い。吸入部３２は、溶媒Ｌの貯留された貯留部３９に接続されている。変動領域３８の容積が大きくなるようにピストン３４を移動させ、逆止弁３６が開弁すると、圧力差によって変動領域３８に溶媒Ｌが流れ込む。変動領域３８に溶媒Ｌが流れ込んだ状態で、変動領域３８の容積が小さくなるようにピストン３４を移動させ、逆止弁３７が開弁すると変動領域３８から排出部３３に溶媒Ｌが流れ、排出部３３から溶媒Ｌが排出される。排出部３３から排出された溶媒Ｌは、容器４０に投入される。ピストンロッド３５の移動長によって、排出部３３から排出される溶媒Ｌの量は定まる。従って、液体投入装置３０を用いることで、規定量の溶媒Ｌを投入することが可能である。モータＭ３は、制御装置８０によって駆動と停止が制御される。制御装置８０は、溶媒Ｌの投入量［ｇ］が規定量となるようにモータＭ３を駆動する。詳細にいえば、液体投入装置３０は、溶媒Ｌの密度を自動計測し、リットルをグラムに変換することで溶媒Ｌの投入量を重量で計測することができる計測器を備え、この計測器の計測結果から制御装置８０は、溶媒Ｌの投入量［ｇ］が規定量となるようにモータＭ３を駆動する。
【００１８】
図１に示すように、粉体投入装置２０から容器４０に規定量の粉体Ｓが投入され、液体投入装置３０から容器４０に規定量の溶媒Ｌが投入されることで、容器４０内には粉体Ｓと溶媒Ｌの混合物Ｍが収容されることになる。混練装置１０は、容器４０内に投入された粉体Ｓと溶媒Ｌとの混合物Ｍを混練することで、蓄電装置の電極に用いられる活物質合剤を製造する装置である。
【００１９】
図１、及び、図３に示すように、容器４０は、有底円筒状の容器本体４１と、混合物排出部４４と、閉塞板４５と、蓋４７と、を備える。容器本体４１は、円形状の底部４２と、円筒状の側壁４３と、を備える。混合物排出部４４は、容器本体４１の側壁４３に設けられている。なお、混合物排出部４４は、混合物Ｍの到達する最大の高さよりも低い位置に設けられていればよく、底部４２に設けられていてもよい。混合物排出部４４は、容器４０の内外を連通する排出口４６を備える。閉塞板４５は、混合物排出部４４に設けられており、排出口４６の延びる方向に交差する方向にスライド可能である。閉塞板４５をスライドさせることで、閉塞板４５によって排出口４６の開放と、閉塞とを切り替えることが可能である。
【００２０】
蓋４７は、容器本体４１を密閉可能な形状であり、本実施形態では有底円筒状である。蓋４７は、径方向の中心位置に設けられた貫通孔４８と、貫通孔４８内に配置されたシール部材４９と、を備える。また、蓋４７は、接続口５０を備える。接続口５０は、蓋４７を貫通している。接続口５０には、第１配管５１と、第１配管５１から分岐する第２配管５２及び第３配管５３とが接続されている。第２配管５２、及び、第３配管５３には、それぞれ、バルブ５４，５５が設けられている。
【００２１】
第２配管５２は、減圧部５６に接続されている。減圧部５６は、第１配管５１及び第２配管５２を介して容器４０内から気体を排出することで容器４０内の減圧を行う。減圧部５６としては、例えば、真空ポンプが用いられる。第３配管５３は、加圧部５７に接続されている。加圧部５７は、第１配管５１及び第３配管５３を介して容器４０内に気体を供給することで容器４０内の加圧を行う。加圧部５７としては、例えば、圧縮機やポンプが用いられる。接続口５０には、配管５１〜５３を介して減圧部５６及び加圧部５７が接続されているといえる。
【００２２】
羽根６０は、シャフト６１と、シャフト６１の第１端部６２に設けられており、シャフト６１の軸線方向に交差する方向に延びる支持部６３と、支持部６３からシャフト６１と平行に延びる攪拌部６４と、を備える。本実施形態において、支持部６３は、シャフト６１の軸線方向に直交する方向に延びている。攪拌部６４は、支持部６３の両端のそれぞれに設けられている。攪拌部６４は、支持部６３からシャフト６１の第２端部６５に向けて延びている。シャフト６１の第２端部６５には、モータＭ１が設けられており、モータＭ１の駆動によって羽根６０は回転する。
【００２３】
羽根６０は、シャフト６１の第１端部６２が容器本体４１の底部４２側に位置し、シャフト６１の第２端部６５が容器４０外に位置するように配置されている。シャフト６１の第１端部６２及び支持部６３は、底部４２からの離間距離が所定距離となるように配置されている。シャフト６１は、貫通孔４８を貫通している。シール部材４９により、シャフト６１の外面と貫通孔４８の内面との間のシール性が維持されている。
【００２４】
泡発生器７０は、容器４０内に収容された混合物Ｍにミリオーダー以上、即ち、直径が１ｍｍ以上の泡Ｂを発生させるものである。泡発生器７０は、容器４０の外部に配置される気体供給部７１と、容器４０の内部に配置されるパイプ７２と、を備える。本実施形態では、底部４２にパイプ７２を配置しているが、パイプ７２は、容器４０内であれば、いずれの位置に配置されていてもよい。また、パイプ７２は、図１に示すように、渦状となるように配置されていてもよいし、容器４０の径方向の中心から径方向の外側に放射状に拡がる形状など、どのような形状となるように配置されていてもよい。また、パイプ７２は、複数設けられていてもよいし、単数であってもよい。パイプ７２は、複数の孔７３を備える。
【００２５】
パイプ７２の一端は、気体供給部７１に接続されており、パイプ７２の他端は閉塞されている。気体供給部７１は、パイプ７２に気体を送る。気体供給部７１から送られた気体がパイプ７２の孔７３から放出されることで、混合物Ｍには泡Ｂが生じることになる。なお、気体としては、空気、窒素、アルゴン、ヘリウムガスなどの水分が除去された気体が用いられる。
【００２６】
制御装置８０は、混練装置１０の制御を行う。具体的にいえば、前述したように、粉体投入装置２０及び液体投入装置３０の制御に加えて、気体供給部７１、モータＭ１、減圧部５６、及び、加圧部５７の制御を行う。なお、制御装置８０は、単一の制御部で構成されたものであってもよいし、複数の制御部によって構成されたものであってもよい。詳細にいえば、粉体投入装置２０や、液体投入装置３０毎に個別の制御部を設けて、これらの制御部と、当該制御部に指令を与える上位制御部とをユニット化したものを制御装置８０としてもよいし、全ての制御を行う単一の制御部を制御装置８０としてもよい。
【００２７】
次に、上記した混練装置１０を用いた混合物Ｍの混練方法について説明する。
まず、制御装置８０は、粉体投入装置２０及び液体投入装置３０を制御することで、粉体Ｓ及び溶媒Ｌを容器４０に投入する。これにより、容器４０に粉体Ｓと溶媒Ｌとの混合物Ｍが収容される。なお、粉体Ｓ及び溶媒Ｌを容器４０に投入する際には、容器本体４１から蓋４７が外されている。容器４０に粉体Ｓを投入した際に、羽根６０や、容器４０の内面には粉体Ｓが付着している場合がある。
【００２８】
次に、図４に示すように、蓋４７を容器本体４１に装着した後、制御装置８０は、減圧部５６を駆動して容器４０内を減圧しつつ、気体供給部７１を駆動することで混合物Ｍに泡Ｂを生じさせる。また、制御装置８０は、モータＭ１を駆動することで羽根６０を回転させる。混合物Ｍに泡Ｂが生じると、泡Ｂによって混合物Ｍの嵩が高くなる。更に、図５に示すように、容器４０内を減圧することで、容器４０内を減圧していない場合に比べて泡Ｂは大きくなる。これにより、混合物Ｍの嵩が更に高くなる。
【００２９】
混合物Ｍの嵩が高くなると、混合物Ｍの嵩が低い場合に比べて、羽根６０及び容器４０における混合物Ｍに触れる部分が多くなる。従って、粉体Ｓの投入時に羽根６０や容器４０の内面に粉体Ｓが付着したとしても、混合物Ｍの嵩が高くなることで粉体Ｓが混合物Ｍに混ざることになる。
【００３０】
図６に示すように、羽根６０による混合物Ｍの混練が終わると、活物質合剤Ｍａが得られる。制御装置８０は、活物質合剤Ｍａが製造された後には、モータＭ１や減圧部５６を停止する。また、閉塞板４５をスライドさせることで排出口４６を開放する。なお、閉塞板４５は、制御装置８０によって制御されるアクチュエータを用いて自動でスライドが行われてもよいし、手動でスライドが行われてもよい。制御装置８０は、加圧部５７を駆動することで、容器４０内の加圧を行う。これにより、容器４０内の活物質合剤Ｍａが排出口４６から押し出される。従って、混練装置１０によって製造された活物質合剤Ｍａを容器４０から排出しやすい。
【００３１】
なお、粉体Ｓが羽根６０や容器４０に付着することを抑止するため、粉体Ｓを容器４０の底側から投入することも考えられる。しかしながら、活物質合剤Ｍａの製造を自動化するために、容器４０への粉体Ｓの投入を自動化しようとすると、電子天秤２６によって粉体Ｓの投入量を計測することが必要になる。すると、粉体Ｓを容器４０の上方から投入することになり、結果として、容器４０の内面や羽根６０に粉体Ｓが付着することになる。本実施形態のように、混合物Ｍの嵩を高くして、容器４０の内面や羽根６０に付着した粉体Ｓを混合物Ｍに混ぜることで、混練後や、混練終了直前などに容器４０の内面や羽根６０に付着した粉体Ｓが混合物Ｍに混入しにくい。従って、粉体Ｓの容器４０への投入を自動化して、粉体Ｓを上方から投入する場合であっても、容器４０の内面や羽根６０に付着した粉体Ｓが活物質合剤Ｍａに入りにくい。
【００３２】
実施形態の効果について説明する。
（１）混練装置１０は、泡発生器７０と、減圧部５６が接続される接続口５０を備える。混合物Ｍを混練する際に、泡発生器７０によって混合物Ｍに泡Ｂを発生させつつ、接続口５０に接続された減圧部５６によって容器４０内を減圧でき、混合物Ｍの嵩を高くすることができる。容器４０の内面や羽根６０に付着した粉体Ｓは、混合物Ｍの嵩が高くなることで混合物Ｍの一部となり、羽根６０によって混練される。このため、容器４０の内面や羽根６０に付着した粉体Ｓが混合物Ｍの混練後や混練終了直前に落下して、活物質合剤Ｍａに入ることが抑制されている。従って、活物質合剤Ｍａの品質が低下することを抑制できる。
【００３３】
特に、溶媒Ｌと、溶媒Ｌに溶解しないミクロンオーダーの粉体Ｓとを混練する場合、分子間力による粉体Ｓの凝集や、比重差による粉体Ｓの偏りが混合物Ｍに生じやすい。従って、容器４０の内面や羽根６０に付着した粉体Ｓが混合物Ｍの混練後に落下すると、凝集の原因となりやすい。本実施形態のように、容器４０の内面や羽根６０からの粉体Ｓの落下を抑制することで、凝集が生じやすい混合物Ｍであっても、適切な混練が可能となる。
【００３４】
（２）接続口５０には、加圧部５７が接続される。容器４０から活物質合剤Ｍａを排出させるときには、容器４０内の加圧を行うことで排出口４６から活物質合剤Ｍａを排出させることができる。従って、活物質合剤Ｍａの排出を行いやすく、活物質合剤Ｍａの生産効率が向上する。
【００３５】
（３）第１配管５１から第２配管５２及び第３配管５３を分岐させて、接続口５０に減圧部５６と加圧部５７とを接続している。従って、減圧部５６と加圧部５７とで接続口５０を共用することができる。
【００３６】
実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○接続口５０には、減圧部５６が接続され、加圧部５７が接続されなくてもよい。この場合、加圧部５７は、設けられていなくてもよい。即ち、混練装置１０としては、少なくとも、容器４０内の減圧を行えるものであればよい。
【００３７】
○蓋４７は、加圧部５７が接続される加圧口を接続口５０とは別に備えていてもよい。即ち、減圧部５６と加圧部５７とは別々の開口部に接続されていてもよい。
○蓋４７に粉体投入装置２０と接続される粉体投入口と、液体投入装置３０と接続される溶媒投入口とを設けてもよい。この場合、粉体投入口から容器４０内に粉体Ｓが投入され、溶媒投入口から容器４０内に溶媒Ｌが投入される。従って、蓋４７を容器本体４１に取り付けた状態で、粉体Ｓの投入と溶媒Ｌの投入とを行うことができる。
【００３８】
○混練装置１０は、粉体投入装置２０、及び、液体投入装置３０を備えていなくてもよい。この場合、容器４０への粉体Ｓの投入、及び、溶媒Ｌの投入は手動で行われる。即ち、混練装置１０は、少なくとも、容器４０に投入された粉体Ｓ、及び、溶媒Ｌの混練を行えればよく、その他の動作については、手動、あるいは、混練装置１０とは別の装置で行われてもよい。
【００３９】
○接続口５０は、蓋４７に限られず、容器本体４１に設けられていてもよい。この場合、接続口５０は、容器本体４１のうち混合物Ｍの到達する高さよりも上方に設けられる。
○羽根６０は、混合物Ｍの混練を行うことができれば、どのような形状であってもよい。例えば、羽根６０は、板状の部材を三角形状となるように繋いだ形状であってもよい。
【００４０】
○粉体Ｓとしては、少なくとも、活物質及びバインダを含んでいればよく、整泡剤や導電助剤は、必要に応じて粉体Ｓに含ませればよい。
○粉体Ｓや溶媒Ｌの容器４０への投入は、容器４０の底部４２側から行われてもよいし、容器４０の側方から行われてもよい。この場合であっても、羽根６０による回転により粉体Ｓは容器４０内で舞い上がる場合がある。すると、羽根６０や容器４０の内面に粉体Ｓが付着する場合がある。実施形態のように、混合物Ｍの嵩を高くすることで、粉体Ｓが舞い上がることにより羽根６０や容器４０の内面に付着した粉体Ｓを混合物Ｍに混ぜることができる。
【００４１】
○液体投入装置３０のピストンロッド３５は、エアシリンダなどで軸線方向に移動可能とされていてもよい。
○粉体投入装置２０は、規定量の粉体Ｓを容器４０に投入できればよく、どのような構成であってもよい。
【００４２】
○液体投入装置３０は、規定量の溶媒Ｌを容器４０に投入できればよく、どのような構成であってもよい。
○活物質、バインダ、導電助剤などの粉体は、個別の粉体投入装置によって投入されてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
Ｌ…溶媒、Ｍ…混合物、Ｍａ…活物質合剤、Ｓ…粉体、１０…混練装置、４０…容器、４６…排出口、５０…接続口、５６…減圧部、５７…加圧部、６０…羽根、７０…泡発生器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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