(57)【要約】【課題】粒子の損傷を抑えつつ活物質ペースト中に大きな凝集粒子が含まれるのを抑制した活物質ペーストを製造できるペースト製造装置を提供すること。【解決手段】活物質粒子１０１を含む粉体１０５を分散媒１０８に分散した活物質ペースト１００を製造するペースト製造装置１は、粉体１０５に含まれる凝集粒子１０１ｇ，１０２ｇ，１０３ｇを解砕しつつ、投入された粉体１０５を乾式で混合して、混合粉体１０６を得る解砕混合部５０と、混合粉体１０６と分散媒１０８とを混練して、活物質ペースト１００を作製する混練部８０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質粒子を含む粉体を分散媒に分散した活物質ペーストを製造する
ペースト製造装置であって、
上記粉体に含まれる凝集粒子を解砕しつつ、投入された上記粉体を乾式で混合して、混合粉体を得る解砕混合部と、
上記混合粉体と上記分散媒とを混練して、上記活物質ペーストを作製する混練部と、を備える
ペースト製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活物質粒子を含む粉体を分散媒に分散した活物質ペーストを製造するペースト製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池等の電池の電極板（正極板または負極板）として、集電箔上に活物質層が形成された電極板が知られている。この活物質層は、例えば以下の手法により製造する。即ち、活物質粒子、増粘剤粒子等を含む粉体を分散媒と共に混練して、活物質ペーストを作製する。そして、この活物質ペーストを集電箔に塗布し、塗膜を乾燥させて、活物質層を形成する。なお、関連する従来技術として、特許文献１が挙げられる。この特許文献１には、活物質ペーストを混練するための混練機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２９９７５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、活物質ペーストに用いられる粉体は、計量、搬送等の粉体の取り扱い時などに粒子同士が凝集して大きな凝集粒子を形成しがちである。特に粒径が数μｍ程度の小さい粒子は、比表面積が大きいために凝集し易く、凝集粒子を含んだものとなり易い。
混練後の活物質ペーストの中に大きな凝集粒子が含まれていると、前述のようにして活物質ペーストを電極箔に塗布した際に、塗膜にスジが出来るなどの塗工不良が生じ得る。このため、活物質ペースト中に大きな凝集粒子が残らないように活物質ペーストを製造したい。
【０００５】
活物質ペースト中の大きな凝集粒子を減らす手法として、活物質ペーストを混練する際の剪断力を上げることが考えられる。しかし、混練時の剪断力を上げると、混練時に活物質粒子等の粒子が割れるなど粒子が損傷し易くなる。このため、従来は粒子の損傷を抑えつつ活物質ペースト中に含まれる大きな凝集粒子を減らすのが困難であった。
【０００６】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、粒子の損傷を抑えつつ活物質ペースト中に大きな凝集粒子が含まれるのを抑制した活物質ペーストを製造できるペースト製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の一態様は、活物質粒子を含む粉体を分散媒に分散した活物質ペーストを製造するペースト製造装置であって、上記粉体に含まれる凝集粒子を解砕しつつ、投入された上記粉体を乾式で混合して、混合粉体を得る解砕混合部と、上記混合粉体と上記分散媒とを混練して、上記活物質ペーストを作製する混練部と、を備えるペースト製造装置である。
【０００８】
上述のペースト製造装置は、混合粉体に分散媒を加えるのに先立ち、粉体に含まれる凝集粒子を解砕しつつ、投入された粉体を乾式で混合して、混合粉体を得る解砕混合部を有する。この解砕混合部により、混合粉体の中に大きな凝集粒子が含まれるのを抑制できる。このため、その後に混練部で混合粉体と分散媒とを混練する際に、凝集粒子を無くすべく剪断力を上げる必要がないので、粒子の損傷を抑えつつ、活物質ペースト中に大きな凝集粒子が含まれるのを抑制した活物質ペーストを製造できる。
【０００９】
なお、「凝集粒子」とは、粉体に含まれる粒子同士が凝集して形成された粒子を指す。
「解砕混合部」としては、例えば、回転軸に複数の羽根を設けて、回転する羽根により凝集粒子の解砕及び粉体の混合を行うものが挙げられる。
「混練部」としては、例えば、押出混練機、撹拌機、ニーダ等と呼ばれる装置を用いた混練部が挙げられる。特に、押出混練機を用いた混練部は、高粘度の活物質ペーストを連続生産できる点で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係るペースト製造装置の説明図である。
【図２】実施形態に係る活物質ペーストの製造方法を示すフローチャートである。
【図３】解砕・混合工程前の粉体に含まれる凝集粒子の大きさと、解砕・混合工程後の粉体（混合粉体）に含まれる凝集粒子の大きさとを示すグラフである。
【図４】解砕・混合工程を行わずに製造した活物質ペーストに含まれる凝集粒子の大きさと、解砕・混合工程を行って製造した活物質ペーストに含まれる凝集粒子の大きさとを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態に係るペースト製造装置１を示す。このペースト製造装置１は、活物質粒子１０１、増粘剤粒子１０２等を分散媒１０８に分散した活物質ペースト１００を製造する装置である。
【００１２】
まず、本実施形態で製造する活物質ペースト１００について説明する。この活物質ペースト１００は、活物質粒子１０１と、増粘剤粒子１０２と、添加剤粒子１０３と、結着剤１０７と、分散媒１０８とからなる。本実施形態では、活物質粒子１０１として粒径約１０μｍの黒鉛粒子を、増粘剤粒子１０２として粒径約２μｍのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）粒子を、添加剤粒子１０３として粒径約１μｍのベーマイト粒子を用いている。また、結着剤１０７としてスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を、分散媒１０８として水を用いている。活物質粒子１０１、増粘剤粒子１０２、添加剤粒子１０３及び結着剤１０７の重量割合は、活物質粒子：増粘剤粒子：添加剤粒子：結着剤＝９１．０：０．５：７．８：０．７である。また、活物質ペースト１００における分散媒１０８の割合は、６０．０ｗｔ％である。
【００１３】
この活物質ペースト１００は、リチウムイオン二次電池の電極板（具体的には負極板）の製造に用いられる。即ち、活物質ペースト１００を銅箔からなる集電箔（不図示）の一方の主面に塗布する。その後、この集電箔上の塗膜を乾燥させて、集電箔上に活物質層（不図示）を形成する。同様に、集電箔の他方の主面にも、活物質ペースト１００を塗布し、塗膜を乾燥させて活物質層を形成する。その後、これをプレスして負極板を得る。
【００１４】
次に、ペースト製造装置１について説明する（図１参照）。このペースト製造装置１は、上流から下流に向かって順に、３つの計量部（第１計量部１０、第２計量部２０及び第３計量部３０）と、粉体投入部４０と、解砕混合部５０と、粉体送り部６０と、分散媒投入部７０と、混練部８０とを備え、混練部８０の先端部８０ｓから、製造された活物質ペースト１００が装置外部に押し出される。
【００１５】
３つの計量部のうち、第１計量部１０は、活物質粒子１０１からなる第１粉体１０１ｆを計量し、計量した第１粉体１０１ｆを容器１５内に投入する部位である。また、第２計量部２０は、第１計量部１０の下流に設けられおり、増粘剤粒子１０２からなる第２粉体１０２ｆを計量して、計量した第２粉体１０２ｆを第１粉体１０１ｆが入った容器１５内に投入する部位である。また、第３計量部３０は、第２計量部２０の下流に設けられており、添加剤粒子１０３からなる第３粉体１０３ｆを計量して、計量した第３粉体１０３ｆを第１粉体１０１ｆ及び第２粉体１０２ｆが入った容器１５内に投入する部位である。これら第１〜第３計量部１０，２０，３０により、第１粉体１０１ｆ、第２粉体１０２ｆ及び第３粉体１０３ｆからなる粉体１０５が、容器１５内に収容される。
【００１６】
第１〜第３計量部１０，２０，３０の下流には、粉体投入部４０が設けられている。この粉体投入部４０では、容器１５の底部１５ｂを開いて、容器１５内に収容された粉体１０５（第１粉体１０１ｆ、第２粉体１０２ｆ及び第３粉体１０３ｆ）を、粉体投入部４０よりも下方に設けられた解砕混合部５０に向けて落下させることができる。
【００１７】
解砕混合部５０は、モータ５１と、モータ５１に繋がった回転軸５２と、回転軸５２に設けられた複数の羽根５３とを有する。本実施形態では、羽根５３は、回転軸５２の高さの異なる位置に２枚ずつ合計４枚取り付けられている。モータ５１を駆動させると、回転軸５２と共に羽根５３が回転する。これにより、後述するように、解砕混合部５０内を落下していく粉体１０５（第１粉体１０１ｆ、第２粉体１０２ｆ及び第３粉体１０３ｆ）に含まれる凝集粒子（第１凝集粒子１０１ｇ、第２凝集粒子１０２ｇ及び第３凝集粒子１０３ｇ）を乾式で解砕しつつ、粉体１０５を乾式で混合することができる。
【００１８】
解砕混合部５０の下方には、粉体送り部６０が設けられている。この粉体送り部６０は、スクリュー（不図示）を有し、解砕混合部５０から落下してきた粉体１０５（混合粉体１０６）を、この粉体送り部６０に隣接して設けられた混練部８０に送ることができる。
【００１９】
混練部８０は、２軸式の押出混練機によって構成されている。また、混練部８０の上流上部には、分散媒投入部７０が設けられている。この分散媒投入部７０は、後述するように、結着剤１０７を分散媒１０８に分散させた分散液１０９を、混練部８０内に投入する部位である。この混練部８０では、混合粉体１０６と結着剤１０７及び分散媒１０８とを混練して活物質ペースト１００を作製し、活物質ペースト１００を混練部８０の先端部８０ｓから装置外部に押し出すことができる。
【００２０】
次いで、上述のペースト製造装置１を用いた活物質ペースト１００の製造方法について説明する（図１及び図２参照）。まず、粉体投入工程Ｓ１において、容器１５内に粉体１０５を投入する。具体的には、第１計量部１０で活物質粒子１０１からなる第１粉体１０１ｆを計量し、計量した第１粉体１０１ｆを容器１５内に投入する。続いて、第２計量部２０で増粘剤粒子１０２からなる第２粉体１０２ｆを計量し、計量した第２粉体１０２ｆを第１粉体１０１ｆが入った容器１５内に投入する。続いて、第３計量部３０で添加剤粒子１０３からなる第３粉体１０３ｆを計量し、計量した第３粉体１０３ｆを第１粉体１０１ｆ及び第２粉体１０２ｆが入った容器１５内に投入する。これにより、第１粉体１０１ｆ、第２粉体１０２ｆ及び第３粉体１０３ｆからなる粉体１０５が、容器１５内に投入される。
【００２１】
なお、活物質粒子１０１からなる第１粉体１０１ｆには、計量、搬送等の第１粉体１０１ｆの取り扱い時などに活物質粒子１０１同士が凝集して形成された第１凝集粒子１０１ｇが含まれている。また、増粘剤粒子１０２からなる第２粉体１０２ｆには、計量、搬送等の第２粉体１０２ｆの取り扱い時などに増粘剤粒子１０２同士が凝集して形成された第２凝集粒子１０２ｇが含まれている。また、添加剤粒子１０３からなる第３粉体１０３ｆには、計量、搬送等の第３粉体１０３ｆの取り扱い時などに添加剤粒子１０３同士が凝集して形成された第３凝集粒子１０３ｇが含まれている。
【００２２】
前述したように、活物質粒子１０１（黒鉛粒子）の粒径は約１０μｍ、増粘剤粒子１０２（ＣＭＣ粒子）の粒径は約２μｍ、添加剤粒子１０３（ベーマイト粒子）の粒径は約１μｍである。このうち添加剤粒子１０３（ベーマイト粒子）は、粒径が小さく比表面積が大きいために特に凝集が生じ易く、この添加剤粒子１０３の第３凝集粒子１０３ｇは、活物質粒子１０１の第１凝集粒子１０１ｇ及び増粘剤粒子１０２の第２凝集粒子１０２ｇに比べて粒径が大きい。このため、第１粉体１０１ｆ、第２粉体１０２ｆ及び第３粉体１０３ｆからなる粉体１０５には、比較的小さな第１凝集粒子１０１ｇ及び第２凝集粒子１０２ｇと、比較的大きな第３凝集粒子１０３ｇが含まれている。
【００２３】
次に、解砕・混合工程Ｓ２において、粉体１０５（第１粉体１０１ｆ、第２粉体１０２ｆ及び第３粉体１０３ｆ）に含まれる凝集粒子（第１凝集粒子１０１ｇ、第２凝集粒子１０２ｇ及び第３凝集粒子１０３ｇ）を解砕しつつ、粉体１０５を乾式で混合して、混合粉体１０６を得る。
【００２４】
具体的には、第１〜第３計量部１０，２０，３０の下流に設けられた粉体投入部４０において、容器１５の底部１５ｂを開いて、容器１５内に入れられた粉体１０５を、解砕混合部５０に向けて落下させる。その一方で、解砕混合部５０のモータ５１を駆動して、回転軸５２及び羽根５３を回転させる。そして、解砕混合部５０内を落下していく粉体１０５に含まれる凝集粒子（第１凝集粒子１０１ｇ、第２凝集粒子１０２ｇ及び第３凝集粒子１０３ｇ）を乾式で解砕しつつ、粉体１０５（第１粉体１０１ｆ、第２粉体１０２ｆ及び第３粉体１０３ｆ）を乾式で混合する。この混合で得られた混合粉体１０６は、解砕混合部５０の下方に設けられた粉体送り部６０に落下し、粉体送り部６０から混練部８０に送られる。
【００２５】
ここで、解砕・混合工程Ｓ２を行う前の粉体１０５に含まれる凝集粒子の大きさと、解砕・混合工程Ｓ２を行った後の粉体（混合粉体１０６）に含まれる凝集粒子の大きさについて説明する（図３参照）。図３に示すように、解砕・混合工程Ｓ２を行う前の粉体１０５に含まれる凝集粒子（第１凝集粒子１０１ｇ、第２凝集粒子１０２ｇ及び第３凝集粒子１０３ｇ）の最大粒径を「１００」とすると、解砕・混合工程Ｓ２を行った後の混合粉体１０６に含まれる凝集粒子の最大粒径は、「２４」であった。このように、解砕混合部５０により解砕・混合工程Ｓ２を行うことで、混合粉体１０６に大きな凝集粒子が含まれるのを抑制できることが判る。なお、凝集粒子の大きさは、マイクロスコープで撮像した画像を元に測定して、多数（ｎ＝１００）の凝集粒子について得られた粒径から最大粒径を求めた。
【００２６】
なお、解砕混合部５０を通過した混合粉体１０６は、３種類の粉体（第１粉体１０１ｆ、第２粉体１０２ｆ及び第３粉体１０３ｆ）同士が混合された状態となっているため、同じ種類の粒子同士で再凝集し難い。即ち、活物質粒子１０１同士、増粘剤粒子１０２同士、或いは、添加剤粒子１０３同士で再凝集し難い。このため、解砕混合部５０を通過した後に再凝集によって大きな凝集体が発生することを抑制できる。
【００２７】
次に、分散媒投入工程Ｓ３において、結着剤１０７を分散媒１０８中に分散させた分散液１０９を、混練部８０内に投入する。
【００２８】
続いて、混練工程Ｓ４において、混合粉体１０６と結着剤１０７及び分散媒１０８とを混練して、活物質ペースト１００を作製する。具体的には、混練部８０の２軸式の押出混練機により、混合粉体１０６と結着剤１０７及び分散媒１０８とを混練して、活物質ペースト１００を作製する。そして、混練部８０の先端部８０ｓから活物質ペースト１００を装置外部に押し出す。かくして、活物質ペースト１００が製造される。
【００２９】
ここで、解砕・混合工程Ｓ２を行わずに製造した場合の活物質ペーストに含まれる凝集粒子の大きさと、本実施形態のように解砕・混合工程Ｓ２を行って製造した活物質ペースト１００に含まれる凝集粒子の大きさについて説明する（図４参照）。図４に示すように、解砕・混合工程Ｓ２を行わずに製造した活物質ペーストに含まれる凝集粒子（第１凝集粒子１０１ｇ、第２凝集粒子１０２ｇ及び第３凝集粒子１０３ｇ）の最大粒径を「１００」とすると、解砕・混合工程Ｓ２を行って製造した活物質ペースト１００に含まれる凝集粒子の大きさは、「９」であった。このように、解砕混合部５０により解砕・混合工程Ｓ２を行うことで、活物質ペースト１００に大きな凝集粒子が含まれるのを抑制できることが判る。
【００３０】
以上で説明したように、ペースト製造装置１は、混合粉体１０６に分散媒１０８を加えるのに先立ち、粉体１０５（第１粉体１０１ｆ、第２粉体１０２ｆ及び第３粉体１０３ｆ）に含まれる凝集粒子（第１凝集粒子１０１ｇ、第２凝集粒子１０２ｇ及び第３凝集粒子１０３ｇ）を解砕しつつ、投入された粉体１０５を乾式で混合して、混合粉体１０６を得る解砕混合部５０を有する。この解砕混合部５０により、混合粉体１０６中に大きな凝集粒子（第１凝集粒子１０１ｇ、第２凝集粒子１０２ｇ及び第３凝集粒子１０３ｇ）が含まれるのを抑制できる。このため、その後に混練部８０で混合粉体１０６と分散媒１０８とを混練する際に、凝集粒子を無くすべく剪断力を上げる必要がないので、粒子（活物質粒子１０１、増粘剤粒子１０２及び添加剤粒子１０３）の損傷を抑えつつ、活物質ペースト１００中に大きな凝集粒子が含まれるのを抑制した活物質ペースト１００を製造できる。
【００３１】
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態では、負極板の活物質層を形成するのに用いられる活物質ペースト１００を、ペースト製造装置１で製造する場合を例示したが、これに限られない。例えば、正極板の活物質層を形成するのに用いられる活物質ペーストを、前述のペースト製造装置１で製造してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  ペースト製造装置
１０  第１計量部
２０  第２計量部
３０  第３計量部
４０  粉体投入部
５０  解砕混合部
６０  粉体送り部
７０  分散媒投入部
８０  混練部
１００  活物質ペースト
１０１  活物質粒子
１０１ｆ  （活物質粒子からなる）第１粉体
１０１ｇ  （活物質粒子の）第１凝集粒子
１０２  増粘剤粒子
１０２ｆ  （増粘剤粒子からなる）第２粉体
１０２ｇ  （増粘剤粒子の）第２凝集粒子
１０３  添加剤粒子
１０３ｆ  （添加剤粒子からなる）第３粉体
１０３ｇ  （添加剤粒子の）第３凝集粒子
１０５  （第１粉体、第２粉体及び第３粉体からなる）粉体
１０６  混合粉体
１０７  結着剤
１０８  分散媒
１０９  分散液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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