(57)【要約】【課題】送りスクリューの上流側に堰き止め部を有する混練機であれ、生成される電極ペーストの粘度を安定させることのできる電極材料の混練機を提供する。【解決手段】混練機１０は、機内１１Ａで電極材料を混練して機外に排出する。混練機１０は、機内１１Ａに投入された電極材料を混練する混練パドルを有する固練りゾーンＺ１と、固練りゾーンＺ１よりも排出側に設けられ、固練りゾーンＺ１で混練された電極材料を排出側に搬送する送りスクリューを有する希釈ゾーンＺ２と、混練パドルと送りスクリューとの間に設けられ、固練りゾーンＺ１から希釈ゾーンＺ２への電極材料の移動抵抗が高められるように電極材料を堰き止める抵抗パドルと、機内１１Ａを機外に連通させる連通路１１３と、連通路１１３に設けられ、連通路１１３の連通の開閉を切り替える電磁弁１５とを備え、電磁弁１５は、機内１１Ａの圧力が機外の圧力よりも低下したことを条件に開弁する。【選択図】図１
2018028972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機内で電極材料を混練して機外に排出する電極材料の混練機であって、
前記機内に投入された電極材料を混練する混練部を有する第１のゾーンと、
前記第１のゾーンよりも排出側に設けられ、前記第１のゾーンで混練された電極材料を排出側に搬送する搬送部を有する第２のゾーンと、
前記混練部と前記搬送部との間に設けられ、前記第１のゾーンから前記第２のゾーンへの電極材料の移動抵抗が高められるように電極材料を堰き止める堰き止め部と、
前記機内を前記機外に連通させる連通路と、
前記連通路に設けられ、前記連通路の連通の開閉を切り替える開閉弁とを備え、
前記開閉弁は、前記機内の圧力が前記機外の圧力よりも低下したことを条件に開弁する
ことを特徴とする電極材料の混練機。
【請求項２】
前記連通路は、前記第１のゾーンにおいて前記第２のゾーン側に設けられている
請求項１に記載の電極材料の混練機。
【請求項３】
前記連通路には、前記機内の圧力を測定する圧力計が設けられており、
前記開閉弁は、前記圧力計の測定した圧力が前記機外の圧力よりも所定の差圧だけ低いことを条件に開弁する
請求項１又は２に記載の電極材料の混練機。
【請求項４】
前記開閉弁は、前記第１のゾーンに新たな電極材料が供給されるまで開弁する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電極材料の混練機。
【請求項５】
前記開閉弁は、前記第１のゾーンに新たな電極材料が供給されることに応じて閉弁する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電極材料の混練機。
【請求項６】
前記混練部は、混練用の複数のパドルを備え、
前記搬送部は、電極材料を搬送方向に搬送する送りスクリューを備えている
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電極材料の混練機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の電極材料を混練する電極材料の混練機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電池として、正極と負極とがセパレータを介して対向配置された極板群に電解液を加えたものが知られている。こうした電池の正極や負極は、例えば、正極又は負極の電極材料を含む電極ペーストとして上記電極材料の混練機で生成された電極ペーストを対応する正極又は負極の基材に塗布し、乾燥させて、プレス加工等が施されることで製造される。
【０００３】
ところで、電極材料の混練機は電極ペーストを、正極又は負極の活物質等の粉体と溶媒等の液体とを固練りし、溶媒で希釈することで製造する。こうした電極ペーストを製造するための技術の一例が特許文献１に記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載の電極材料の混練機は、中空のバレルと、バレルに回転可能に支持される二つの回転軸を備え、各回転軸は、送りスクリューと、複数のパドルと、パドルに対して電極材料が搬送される搬送方向下流側に隣接し、粉体及び液体の一部を堰き止める堰き止め部材とを備える。複数のパドルは、粉体及び液体を固練りするためのものである。さらに、各回転軸は、搬送方向に連続する複数のパドル及び堰き止め部材の個数の比率が３：１に設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１６１７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の電極材料の混練機によれば、固練りの際、適切に配置された堰き止め部材によって堰き止められる粉体及び液体が、堰き止め部材の搬送方向上流側に隣接するパドルによって効率的に混練されるようになる。
【０００７】
ところで、電極材料の混練機の送りスクリューは、粉体及び液体が堰き止められていたとしても、送り量は一定であるため、堰き止め部材を越える粉体及び液体が減少することにより強い力で引き込むようになる。この引き込む力が強くなると、堰き止め部材の上流側の粉体及び液体が短時間のうちに送りスクリューまで搬送されることとなり、バレルで混練される時間に変動を生じ、電極材料の混練機が生成する電極ペーストの粘度が変動するおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、送りスクリューの上流側に堰き止め部を有する混練機であれ、生成される電極ペーストの粘度を安定させることのできる電極材料の混練機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する電極材料の混練機は、機内で電極材料を混練して機外に排出する電極材料の混練機であって、前記機内に投入された電極材料を混練する混練部を有する第１のゾーンと、前記第１のゾーンよりも排出側に設けられ、前記第１のゾーンで混練された電極材料を排出側に搬送する搬送部を有する第２のゾーンと、前記混練部と前記搬送部との間に設けられ、前記第１のゾーンから前記第２のゾーンへの電極材料の移動抵抗が高められるように電極材料を堰き止める堰き止め部と、前記機内を前記機外に連通させる連通路と、前記連通路に設けられ、前記連通路の連通の開閉を切り替える開閉弁とを備え、前記開閉弁は、前記機内の圧力が前記機外の圧力よりも低下したことを条件に開弁することを特徴とする。
【００１０】
混練機は、機内に投入された電極材料をパドル等の混練部で混練し、送りスクリュー等の搬送部で機内を搬送して排出する。混練機は、搬送部のスクリューが定速回転していると電極材料の搬送量も一定である。そのため、混練機は、電極材料の残量の変化で機内における電極材料の搬送速度が変化して、電極材料の混練時間も変化し、生成する電極ペーストの粘度が変動するおそれがある。
【００１１】
この点、このような構成によれば、搬送部によって第２のゾーンに負圧が発生して、上流側である第１のゾーンにある電極材料が第２のゾーンへ過度に引き込まれるようになると、開閉弁が開弁されて機内に外気が供給される。外気が供給されることで、第２のゾーンが電極材料を引き込む力（負圧）の軽減が図られ、第１のゾーンから第２のゾーンへの電極材料の過度な搬送が抑制される。これにより、第１のゾーンにおける電極材料の搬送速度の安定化が図られ、混練時間に応じて粘度が変化する電極ペーストについてその粘度の安定化が図られるようになる。
【００１２】
好ましい構成として、前記連通路は、前記第１のゾーンにおいて前記第２のゾーン側に設けられている。
このような構成によれば、第２のゾーンの上流側である第１のゾーンにおいて第２のゾーン側に、連通路を通じて外気が供給されることで、第２のゾーンから第１のゾーンに伝達される負圧が緩和されて第１のゾーンで混練されている電極材料の搬送速度の安定化が図られる。
【００１３】
好ましい構成として、前記連通路には、前記機内の圧力を測定する圧力計が設けられており、前記開閉弁は、前記圧力計の測定した圧力が前記機外の圧力よりも所定の差圧だけ低いことを条件に開弁する。
【００１４】
このような構成によれば、圧力計が測定した機内の圧力が機外の圧力よりも所定の差圧だけ低いことに応じて開閉弁が開弁するので機内には確実に外気が供給される。また、機内の圧力が機外の圧力よりも高いときに開閉弁が開弁することで連通路への電極材料の侵入も抑制される。
【００１５】
好ましい構成として、前記開閉弁は、前記第１のゾーンに新たな電極材料が供給されるまで開弁する。
このような構成によれば、第２のゾーンの負圧は第１のゾーンにある電極材料の減少に応じて発生しやすくなるため、新たな電極材料が供給されるまで開閉弁を開弁することで第１のゾーンにある電極材料の搬送速度の一層の安定化が図られる。
【００１６】
好ましい構成として、前記開閉弁は、前記第１のゾーンに新たな電極材料が供給されることに応じて閉弁する。
このような構成によれば、第１のゾーンにある電極材料の残量が多くなると第２のゾーンにおける負圧の発生が抑制されるようになるため、新たな電極材料が供給されることに応じて、開閉弁を閉弁しても第１のゾーンにある電極材料の搬送速度の安定化が図られる。
【００１７】
好ましい構成として、前記混練部は、混練用の複数のパドルを備え、前記搬送部は、電極材料を搬送方向に搬送する送りスクリューを備えている。
このような構成によれば、パドルにより混練された電極材料が送りスクリューによって搬送される場合であれ、混練部における電極材料の搬送速度の安定化が図られる。
【発明の効果】
【００１８】
この電極材料の混練機によれば、送りスクリューの上流側に堰き止め部を有する混練機であれ、生成される電極ペーストの粘度を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電極材料の混練機を具体化した一実施形態について、その概略構造を示す概略図。
【図２】同実施形態における電極材料の混練機の内部の断面構造を模式的に示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１及び図２に従って、電池材料の混練機１０を具体化した一実施形態について説明する。電池材料の混練機１０は、いわゆる二軸混練押出機である。電池材料の混練機１０は、二次電池の極板を構成する電極ペーストを生成する。二次電池は、例えば、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池であって、外形が直方体形状の密閉式電池である。また、この二次電池は、電気自動車もしくはハイブリッド自動車に搭載され、電動モータ等に電力を供給する。
【００２１】
二次電池の極板は、電極の基材に電極ペーストが塗布されて、乾燥され、プレス加工等が施されることで製造される。電極ペーストは、二次電池の正極用の電極材料を含むペーストであっても、二次電池の負極用の電極材料を含むペーストであってもよい。正極用のペーストは正極の基材に塗布されて正極板を構成し、負極用のペーストは負極の基材に塗布されて負極板を構成する。なお、以下では、リチウムイオン二次電池の負極用の電極ペーストを生成する場合を例にして説明する。
【００２２】
図１を参照して、電池材料の混練機１０（以下単に、混練機１０と記する）の概要について説明する。
混練機１０は、電極材料を混練して電極ペーストＭ４を生成する混練部１１と、混練部１１を駆動する駆動部１２と、駆動部１２の駆動等を制御する制御装置１３とを備えている。混練部１１は、その筐体内に筒状の空間を有し、当該空間を機内１１Ａとしている。混練部１１は、機内１１Ａの長手方向に沿って平行する第１及び第２の回転軸２０Ａ，２０Ｂ（図２参照）が配置され、これら回転軸２０Ａ，２０Ｂは、機械的に接続される駆動部１２によって回動されるようになっている。駆動部１２は、電気的に接続される制御装置１３によって駆動が制御される。
【００２３】
混練部１１は、機内１１Ａを機外に連通する連通路１１３を備えている。連通路１１３には、機外側の端部に電磁弁１５が設けられている。電磁弁１５は、通常、閉弁された状態に維持されているが、電気的に接続されている制御装置１３によって開弁と閉弁とが制御される。連通路１１３は、機内１１Ａと電磁弁１５との間に分岐管を介して圧力計１４が接続されている。圧力計１４は、検出した圧力Ｐ１の値を電気的に接続されている制御装置１３に出力する。制御装置１３は、所定の開弁条件が成立することに応じて電磁弁１５を開弁させる。また、制御装置１３は、電磁弁１５が開弁しているとき、所定の閉弁条件が成立することに応じて電磁弁１５を閉弁させる。連通路１１３は、その途中にサイトグラスが設けられていてもよい。
【００２４】
図１を参照して、混練機１０の詳細について説明する。なお、混練機１０は、混練部１１において、材料が投入される粉体投入口１１１側が上流側であり、生成された電極ペーストが排出される排出口１１６が下流側であり、混練される電極材料を搬送する方向が搬送方向（図１において右向き矢印の方向）である。
【００２５】
混練部１１は、搬送方向の上流側から下流側に向けて順に４つのゾーンを備えている。すなわち、混練部１１は、一番上流側に第１のゾーンとしての固練りゾーンＺ１、続いて第２のゾーンとしての希釈ゾーンＺ２、次に結着剤混合ゾーンＺ３、一番下流側に戻しゾーンＺ４を備える。混練部１１は、固練りゾーンＺ１に粉体投入口１１１及び第１溶媒投入口１１２を備え、希釈ゾーンＺ２に第２溶媒投入口１１４を備え、結着剤混合ゾーンＺ３に結着剤投入口１１５及び排出口１１６を備えている。
【００２６】
粉体投入口１１１は、固練りゾーンＺ１において上流側に設けられており、機内１１Ａより機外に開口する。粉体投入口１１１には、電極ペーストＭ４の製造に必要な電極材料を構成する粉体Ｍ１が投入される（図１の下向き矢印Ｍ１）。
【００２７】
第１溶媒投入口１１２は、固練りゾーンＺ１において粉体投入口１１１よりも下流側の部分に設けられており、機内１１Ａより機外に開口する。第１溶媒投入口１１２には、溶媒Ｗ１が投入される（図１の下向き矢印Ｗ１）。
【００２８】
第２溶媒投入口１１４は、希釈ゾーンＺ２において上流側に設けられており、機内１１Ａより機外に開口する。第２溶媒投入口１１４には、溶媒Ｗ２が投入される（図１の下向き矢印Ｗ２）。
【００２９】
結着剤投入口１１５は、結着剤混合ゾーンＺ３において上流側に設けられており、機内１１Ａより機外に開口する。結着剤投入口１１５には、結着剤Ｍ３が投入される（図１の下向き矢印Ｍ３）。
【００３０】
排出口１１６は、結着剤混合ゾーンＺ３において下流側に設けられており、機内１１Ａより機外に開口する。排出口１１６は、混練部１１で生成した電極ペーストＭ４を機内１１Ａより機外に排出する（図１の上向き矢印Ｍ４）。
【００３１】
混練機１０は、一定の時間間隔毎に粉体Ｍ１を粉体投入口１１１に投入することが繰り返される。混練機１０は、粉体投入口１１１に投入された粉体Ｍ１が、その後投入される溶媒Ｗ１，Ｗ２及び結着剤Ｍ３と混練されながら搬送方向に搬送される。そして生成された電極ペーストＭ４が排出口１１６から排出される。
【００３２】
本実施形態では、連通路１１３は、機内１１Ａより機外に開口する通気管であって、第１溶媒投入口１１２よりも下流側であって、固練りゾーンＺ１における下流側（希釈ゾーンＺ２側）に設けられている。
【００３３】
電磁弁１５は、連通路１１３の機外側の端部に設けられている、例えば、直動式の電磁弁であって、駆動電流が供給されないとき閉弁し、駆動電流が供給されている間は開弁する。電磁弁１５は、制御装置１３からの駆動電流の入切りにより弁を開閉させる。電磁弁１５が開弁すると、機内１１Ａと機外とが連通路１１３によって連通される。電磁弁１５が開弁したとき、機内１１Ａの圧力が機外の圧力よりも低ければ、機外の外気Ａ１が連通路１１３を通って機内１１Ａに供給される（図１の下向き矢印Ａ１）。
【００３４】
圧力計１４は、連通路１１３において機内１１Ａと電磁弁１５との間から分岐する分岐管に接続されている。圧力計１４は、検出した圧力Ｐ１の値を制御装置１３へ出力する。圧力計１４は、電磁弁１５が閉弁されている状態で連通路１１３を介して連通路１１３が接続されている固練りゾーンＺ１における下流側の部分の機内１１Ａの圧力Ｐ１を検出する。一方、圧力計１４は、電磁弁１５が開弁されている状態では、連通路１１３を介して外気Ａ１の圧力を検出することになる。
【００３５】
駆動部１２は、電動モータ等の駆動で混練機１０の第１及び第２の回転軸２０Ａ，２０Ｂ（図１参照）を所定の回転速度で回転させる。
制御装置１３は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されたマイクロコンピュータで構成される。制御装置１３は、例えばＲＯＭやＲＡＭに保持された各種プログラムをＣＰＵで実行することにより制御装置１３における各種処理を実行する。また制御装置１３は、粉体Ｍ１、結着剤Ｍ３、溶媒Ｗ１，Ｗ２の投入タイミングを制御するか、もしくは、投入タイミングを検出する。
【００３６】
また、制御装置１３は、電磁弁１５の開閉を制御する。すなわち、制御装置１３は、所定の開弁条件が成立することに応じて電磁弁１５を開弁させる。所定の開弁条件は、例えば、圧力計１４の検出した圧力Ｐ１が機外の圧力以下、かつ、所定の閾値だけ低い状態であることである。また、制御装置１３は、所定の閉弁条件が成立することに応じて電磁弁１５を閉弁させる。所定の閉弁条件は、例えば、粉体Ｍ１が粉体投入口１１１から投入される投入タイミングである。本実施形態では、ＲＡＭ等の記憶部に所定の開弁条件の判定に必要な閾値等が予め記憶されている。例えば、こうした閾値は、論理的や実験的に予め定められており、ここでは機外の圧力以下を示す値である。
【００３７】
続いて、図２を参照して、混練機１０の機内１１Ａの構成、及び、各ゾーンＺ１〜Ｚ４について詳細に説明する。
機内１１Ａは、搬送方向の上流側又は下流側から見たときに、二つの真円が部分的に重なり合ったような形状であり、混練部１１の上流側から下流側まで搬送方向（長手方向）に沿って延在している。機内１１Ａにおける各円状部分の曲率中心にはそれぞれ、対応する第１の回転軸２０Ａ又は第２の回転軸２０Ｂが位置する。
【００３８】
第１の回転軸２０Ａ及び第２の回転軸２０Ｂは、軸方向と直交する方向に沿って互いに所定の間隔を空けて平行な状態で、混練部１１に回転可能に支持される。第１の回転軸２０Ａ及び第２の回転軸２０Ｂの各軸方向と各搬送方向とは平行である。第１の回転軸２０Ａ及び第２の回転軸２０Ｂは、機械的に接続される駆動部１２が駆動することで、図１の右端部に示す矢印の方向Ｒに回転可能に構成される。
【００３９】
混練機１０は、第１の回転軸２０Ａ及び第２の回転軸２０Ｂで複数の送りスクリュー２１，２４、戻しスクリュー２７、複数の混練パドル２２，２５，２６、及び複数の堰き止め部としての抵抗パドル２３の各部材を支持する。混練機１０は、第１の回転軸２０Ａ及び第２の回転軸２０Ｂに目的に応じて各部材を配置させることによって、機内１１Ａに上述した４つの加工ゾーン、すなわち固練りゾーンＺ１、希釈ゾーンＺ２、結着剤混合ゾーンＺ３、及び戻しゾーンＺ４を形成する。
【００４０】
ここで、各ゾーンの機能及び構造について説明する。
固練りゾーンＺ１は、粉体投入口１１１から機内１１Ａに投入された粉体Ｍ１、及び第１溶媒投入口１１２から機内１１Ａに投入された溶媒Ｗ１を固練りする部分である。固練りゾーンＺ１は、機内１１Ａの上流側端部に形成される。固練りゾーンＺ１には、搬送方向に向かって上流側から、送りスクリュー２１と、第１〜第３のパドル群３０〜３２とが配設される。第１〜第３のパドル群３０〜３２はそれぞれ、上流側から順に３つの混練パドル２２と堰き止め部としての１つの抵抗パドル２３とを備えている。なお、第１〜第３のパドル群３０〜３２はそれぞれ同様の構成を有することから、第１のパドル群３０について詳細に説明し、説明の便宜上、第２及び第３のパドル群３１，３２についての詳細な説明は割愛する。
【００４１】
送りスクリュー２１は、第１の回転軸２０Ａに設けられた第１のスクリュー２１Ａと、第２の回転軸２０Ｂに設けられた第２のスクリュー２１Ｂとにより構成される。各スクリュー２１Ａ，２１Ｂは、各回転軸２０Ａ，２０Ｂの回転により、電極材料を下流側に搬送する搬送部である。各スクリュー２１Ａ，２１Ｂはそれぞれ同一の形状であって、螺旋状の羽根部を有し、それが設けられている回転軸２０Ａ，２０Ｂの外周を覆うようにその回転軸２０Ａ，２０Ｂに中心を支持される。各スクリュー２１Ａ，２１Ｂは、互いの軸方向（搬送方向）の位置を合わせて対向するように配置されるとともに、両回転軸２０Ａ，２０Ｂの回転時に互いに接触しない。
【００４２】
第１のパドル群３０の混練パドル２２は、第１の回転軸２０Ａに設けられた第１のパドル２２Ａと、第２の回転軸２０Ｂに設けられた第２のパドル２２Ｂとで構成される。第１のパドル２２Ａ及び第２のパドル２２Ｂは、それらの外周面を対向させるようにして、軸方向に直交する方向に並べて配置される。
【００４３】
各パドル２２Ａ，２２Ｂは、搬送方向の上流側又は下流側から見たときに、三角形の頂点部分を切り欠いたような形状に形成され、中心が各回転軸２０Ａ，２０Ｂに支持される。第１のパドル群３０では、両パドル２２Ａ，２２Ｂを１組として、これが３組、搬送方向に連続して配置される。第１の回転軸２０Ａにおいて第１のパドル２２Ａは、搬送方向に隣接する第１のパドル２２Ａに対して位相をずらして配置される。同様に、第２の回転軸２０Ｂにおいて第２のパドル２２Ｂは、搬送方向に隣接する第２のパドル２２Ｂに対して位相をずらして配置される。また、１組を構成する第１のパドル２２Ａと第２のパドル２２Ｂとは、第１のパドル２２Ａと第２のパドル２２Ｂとが向き合う部分の位相をずらして配置される。外周面を対向させる１組のパドル２２Ａ，２２Ｂは、それらの頂点の位相がずらされて向き合うことがないので、各回転軸２０Ａ，２０Ｂの回転時に互いに接触しない。
【００４４】
なお、各パドル２２Ａ，２２Ｂの形状は、本実施形態に限定されるものでない。各パドル２２Ａ，２２Ｂは、例えば、搬送方向の上流側又は下流側から見たときに、略楕円状に形成されていてもよい。
【００４５】
第１のパドル群３０の抵抗パドル２３は、粉体Ｍ１と溶媒Ｗ１との混合体の固練りゾーンＺ１から希釈ゾーンＺ２への移動抵抗が高められるように混合体を堰き止める。第１のパドル群３０の抵抗パドル２３は、第１の回転軸２０Ａに中心を支持される第１の抵抗パドル２３Ａと、第２の回転軸２０Ｂに中心を支持される第２の抵抗パドル２３Ｂとから構成される。第１の抵抗パドル２３Ａ及び第２の抵抗パドル２３Ｂはそれぞれ、段付きの略円板状の部材である。すなわち、第１の抵抗パドル２３Ａは、下流側に大円板部と、上流側に小円板部と、大円板部と小円板部の間に差部とを備え、第２の抵抗パドル２３Ｂは、上流側に大円板部と、下流側に小円板部と、大円板部と小円板部の間に段差部とを備える。
【００４６】
第１の抵抗パドル２３Ａ及び第２の抵抗パドル２３Ｂは、大円板部及び小円板部の搬送方向における位置関係を反対にした状態で、互いの軸方向（搬送方向）の位置を合わせて両方の大円板部の小円板部側側面が相対向するように配置される。
【００４７】
各抵抗パドル２３Ａ，２３Ｂの大円板部と機内１１Ａの内側面との間には、微細なクリアランスＣ１（例えば、０．５ｍｍ程度のクリアランス）が形成される。また、２つの抵抗パドル２３Ａ，２３Ｂの間には、微細なクリアランスＣ１と同程度の大きさのクリアランスＣ２が形成される。詳述すると、１組の抵抗パドル２３Ａ，２３Ｂは、回転中に一方の大円板部が他方の小円板部の方向に張り出して対向するとともに、第１及び第２の抵抗パドル２３Ａ，２３Ｂの間のクリアランスＣ２が維持されて、回転時に互いに接触しない。つまり、混合体の移動抵抗は微細なクリアランスＣ１，Ｃ２により高められる。
【００４８】
そして、第１のパドル群３０の下流側には、第１のパドル群３０と同様の構成を有する、第２のパドル群３１及び第３のパドル群３２がそれぞれ隣接配置される。
希釈ゾーンＺ２は、固練りゾーンＺ１で生成した混合体を溶媒Ｗ２で希釈する部分である。希釈ゾーンＺ２は、固練りゾーンＺ１の下流側で固練りゾーンＺ１と隣接する位置に配置されている。
【００４９】
希釈ゾーンＺ２には、上流側から順に送りスクリュー２４と、混練パドル２５と、抵抗パドル２３とが配設される。
送りスクリュー２４は、固練りゾーンＺ１の最下流側に配置される第３のパドル群３２の抵抗パドル２３に隣接する。送りスクリュー２４は、固練りゾーンＺ１の送りスクリュー２１に対して搬送方向の長さが短い点が相違するが送りスクリュー２１と略同様の構成である。よって、送りスクリュー２４は、第１の回転軸２０Ａに支持される螺旋状の羽根部を有する第１のスクリュー２４Ａと、第１のスクリュー２４Ａと同一の形状であって第２の回転軸２０Ｂに支持される第２のスクリュー２４Ｂとで構成されている。各スクリュー２４Ａ，２４Ｂは、対応する回転軸２０Ａ，２０Ｂの回転により、電極材料を下流側に搬送する。本実施形態では、送りスクリュー２４が搬送部を構成する。
【００５０】
混練パドル２５は、第１の回転軸２０Ａに設けられた第１のパドル２５Ａと、第１のパドル２５Ａに対向するように第２の回転軸２０Ｂに設けられた第２のパドル２５Ｂとで構成される。第１のパドル２５Ａ及び第２のパドル２５Ｂはそれぞれ、固練りゾーンＺ１の第１のパドル２２Ａ及び第２のパドル２２Ｂと同様の構成を有している。
【００５１】
抵抗パドル２３は、固練りゾーンＺ１の抵抗パドル２３と同様の構成を有している。
結着剤混合ゾーンＺ３は、スラリーと結着剤Ｍ３とを混合させる部分である。結着剤混合ゾーンＺ３は、希釈ゾーンＺ２の下流側で希釈ゾーンＺ２と隣接する位置に配置されている。
【００５２】
結着剤混合ゾーンＺ３には、送りスクリュー２４と、混練パドル２６とが配設される。
結着剤混合ゾーンＺ３の送りスクリュー２４は、希釈ゾーンＺ２の送りスクリュー２４と同様の構成を有している。
【００５３】
混練パドル２６は、希釈ゾーンＺ２の混練パドル２５を搬送方向に対して各パドルの頂点の位相をずらして２組設けたものと同様の構成を有している。
戻しゾーンＺ４は、電極ペーストＭ４を排出口１１６に戻す部分である。戻しゾーンＺ４は、混練部１１の下流側端部に形成され、結着剤混合ゾーンＺ３の下流側で結着剤混合ゾーンＺ３と隣接する位置に配置されている。
【００５４】
戻しゾーンＺ４には、戻しスクリュー２７が配設される。戻しスクリュー２７は、希釈ゾーンＺ２の送りスクリュー２４に対して、螺旋状の羽根部における螺旋の向きが逆方向である点が相違するが、その他は略同様の構成を有している。すなわち、戻しスクリュー２７は、第１の回転軸２０Ａに支持される螺旋状の羽根部を有する第１のスクリュー２７Ａと、第１のスクリュー２７Ａと同一の形状であって第２の回転軸２０Ｂに支持される第２のスクリュー２７Ｂとで構成されている。各スクリュー２７Ａ，２７Ｂは、対応する回転軸２０Ａ，２０Ｂの回転により、電極材料を搬送方向と反対側である上流側に搬送する（図２の送り方向の矢印参照）。
【００５５】
本実施形態の混練機１０の動作について説明する。
まず、混練機１０は、混練部１１に、アモルファスコートグラファイト等を負極活物質とするとともに、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）を増粘剤とする粉体Ｍ１を、粉体投入口１１１より投入する。混練機１０は、一定の時間間隔毎に粉体Ｍ１を粉体投入口１１１に投入することを繰り返す。また、第１溶媒投入口１１２より溶媒Ｗ１を投入する。溶媒Ｗ１は、例えば、イオン交換水である。
【００５６】
混練機１０は、２つの回転軸２０Ａ，２０Ｂを回転させることにより、固練りゾーンＺ１の送りスクリュー２１を軸心回りに回転させ、混練部１１の機内１１Ａに投入した粉体Ｍ１及び溶媒Ｗ１を第１のパドル群３０に搬送する。混練機１０は、第１のパドル群３０では、回転する混練パドル２２と機内１１Ａの内側面との間で粉体Ｍ１に対して剪断力を付与し、粉体Ｍ１及び溶媒Ｗ１を混練して混合体とする。また、混練機１０は、混合体を抵抗パドル２３に搬送する。混合体は、抵抗パドル２３と機内１１Ａの内側面との間のクリアランスＣ１、及び第１の抵抗パドル２３Ａと第２の抵抗パドル２３Ｂとの間に形成されるクリアランスＣ２を通って、第２のパドル群３１に搬送される。混練機１０は、第２のパドル群３１で、第１のパドル群３０のときと同様に、混合体をさらに混練する。そして、混練機１０は、第２のパドル群３１で混練した混合体を第３のパドル群３２に搬送する。混練機１０は、第３のパドル群３２でも、第１のパドル群３０のときと同様に、混合体をさらに混練する。混練機１０は、第３のパドル群３２で混練した混合体を希釈ゾーンＺ２に搬送する。電極ペーストＭ４の粘度は、固練りゾーンＺ１で混練された時間の長さに応じて低下することから、第１〜第３のパドル群３０〜３２を設けることにより混合体の固練りゾーンＺ１で混練される時間が長くなるようにされている。また、混練時間が長くなると電極ペーストＭ４の固形分率が安定するようにもなる。なお、電極ペーストＭ４の粘度や固形分率は、排出口１１６から排出されたペーストについて測定される。
【００５７】
混練機１０は、希釈ゾーンＺ２の第２溶媒投入口１１４より溶媒Ｗ２を投入する。溶媒Ｗ２は、例えば、イオン交換水である。
混練機１０は、第１の回転軸２０Ａ及び第２の回転軸２０Ｂを回転させることにより、希釈ゾーンＺ２の送りスクリュー２４を軸心回りに回転させ、混合体及び溶媒Ｗ２を混練パドル２５に搬送する。混練機１０は、混練パドル２５及び抵抗パドル２３を回転させることにより、固練りゾーンＺ１での混練と同じ要領で混合体及び溶媒Ｗ２を混練する。混練機１０は、希釈ゾーンＺ２にて、混合体を溶媒Ｗ２で希釈し、溶媒Ｗ１，Ｗ２及び増粘剤等からなる媒質中に負極活物質の粒子を分散させたスラリーを生成する。
【００５８】
混練機１０は、希釈ゾーンＺ２で混練したスラリーを結着剤混合ゾーンＺ３に搬送する。
混練機１０は、結着剤混合ゾーンＺ３の結着剤投入口１１５より結着剤Ｍ３を投入する。結着剤Ｍ３は、例えば、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）である。
【００５９】
混練機１０は、第１の回転軸２０Ａ及び第２の回転軸２０Ｂを回転させることにより、結着剤混合ゾーンＺ３の送りスクリュー２４を軸心回りに回転させ、スラリー及び結着剤Ｍ３を混練パドル２６に搬送する。混練機１０は、混練パドル２６を回転させることにより、固練りゾーンＺ１での混練と同じ要領でスラリー及び結着剤Ｍ３を混練する。混練機１０は、結着剤混合ゾーンＺ３にてスラリーに結着剤Ｍ３を添加し、電極ペーストＭ４を製造する。
【００６０】
その後、結着剤混合ゾーンＺ３は、製造した電極ペーストＭ４を排出口１１６より機内１１Ａから外部に排出する。
戻しゾーンＺ４は、第１の回転軸２０Ａ及び第２の回転軸２０Ｂを回転させることにより、戻しゾーンＺ４の戻しスクリュー２７を軸心回りに回転させる。混練機１０は、戻しゾーンＺ４にて、電極ペーストＭ４を搬送方向とは逆方向（上流側）に押し戻し、排出口１１６より機内１１Ａの外部に電極ペーストＭ４を排出する。
【００６１】
ところで、混練機１０は、一定の時間間隔毎に粉体Ｍ１を粉体投入口１１１に投入することを繰り返す一方、希釈ゾーンＺ２の送りスクリュー２４は一定速度で回転することを続ける。つまり、粉体投入口１１１への粉体Ｍ１の供給は間欠的である、他方送りスクリュー２４による搬送量は一定である。例えば、粉体Ｍ１が投入される間隔が長かったり、投入される量が少なかったりすると、固練りゾーンＺ１から希釈ゾーンＺ２へ供給される混合体の量が減少する。こうして希釈ゾーンＺ２へ供給される混合体の量が希釈ゾーンＺ２の送りスクリュー２４による搬送量よりも少なくなると、同送りスクリュー２４による搬送量が供給量よりも多くなり、搬送量と供給量との差に基づいて機外の圧力に対して差が負である負圧が希釈ゾーンＺ２に生じる。機内１１Ａは、粉体投入口１１１、結着剤投入口１１５、及び排出口１１６以外は機外に開口していないため、希釈ゾーンＺ２に生じた負圧は、固練りゾーンＺ１の混合体を希釈ゾーンＺ２へ引き込む力として作用する。固練りゾーンＺ１の混合体は、固練りゾーンＺ１が混合体で満たされているときには、希釈ゾーンＺ２の搬送速度に応じた一定速度で固練りゾーンＺ１を移動することから固練りゾーンＺ１で混練される時間が安定化する。これに対し、混合体の固練りゾーンＺ１での滞留量が減少して希釈ゾーンＺ２への供給量が減少すると、希釈ゾーンＺ２が負圧を生じ、この負圧により固練りゾーンＺ１のより上流側にある混合体を引き込もうとする。つまり固練りゾーンＺ１の下流側に混合体を搬送する速度が、希釈ゾーンＺ２の負圧がなければ安定化していたものの、同負圧が生じたことによってより速い速度にされるようになる。固練りゾーンＺ１での移動速度が速くなると、混合体が混練される時間が短くなる。混合体は、混練された時間に応じて、電極ペーストＭ４の粘度を低下させることが知られている。つまり、固練りゾーンＺ１から希釈ゾーンＺ２へ供給される混合体の量の減少に伴って希釈ゾーンＺ２の送りスクリュー２４が負圧を生じると、固練りゾーンＺ１における混合体の移動速度が上昇して固練りゾーンＺ１で混合体が混練される時間が短くなり、その結果、電極ペーストＭ４の粘度が高くなるように変化するおそれがある。
【００６２】
そこで、本実施形態では、制御装置１３は、機内１１Ａにおいて、固練りゾーンＺ１の下流側の圧力Ｐ１を圧力計１４で測定する。そして、制御装置１３は、機外の圧力と、これより低く測定された圧力Ｐ１との間の圧力の差（差圧）が所定の差圧に到達した場合、電磁弁１５を開弁させる。これにより機外の外気Ａ１が固練りゾーンＺ１の下流側に供給されて固練りゾーンＺ１や希釈ゾーンＺ２に生じていた負圧が軽減される。よって、固練りゾーンＺ１にある混合体の移動速度の上昇が抑制されて混練時間の安定化が図られ、その結果、生成される電極ペーストＭ４の粘度の安定化も図られる。また、混練時間が安定化すると電極ペーストＭ４の固形分率も安定するようになる。なお、制御装置１３は、測定した圧力Ｐ１が、機外の圧力から所定の差圧を引いた圧力よりも高い圧力である場合、電磁弁１５の閉弁を維持させる。これにより、少なくとも、機内１１Ａの圧力Ｐ１が機外の圧力よりも高いとき電磁弁１５は閉弁しているため、連通路１１３への混合体の浸入が防止される。
【００６３】
混練機１０は、電磁弁１５が開弁された後、粉体投入口１１１への粉体Ｍ１の供給がない限り、固練りゾーンＺ１での粉体Ｍ１の不足が継続する。そのため、制御装置１３は、電磁弁１５が開弁された後は、次に粉体Ｍ１が投入されるまでの間、電磁弁１５を開弁させ続ける。他方、制御装置１３は、粉体Ｍ１が投入されたことを検出したことに応じて、電磁弁１５を閉弁させる。制御装置１３は、粉体Ｍ１が投入されたことを、粉体Ｍ１を投入する装置への指令や、粉体投入口１１１での粉体Ｍ１の検出、粉体Ｍ１を投入するタイミングの計測などによって検出することができる。なお、閉弁させるタイミングは、粉体Ｍ１が投入されたことを検出したときでもよいし、検出したときから一定の時間経過後でもよい。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態の混練機１０によれば、以下に記載するような効果が得られるようになる。
（１）希釈ゾーンＺ２の送りスクリュー２４によって希釈ゾーンＺ２に負圧が発生して、上流側である固練りゾーンＺ１にある混合体が希釈ゾーンＺ２へ過度に引き込まれるようになると、電磁弁１５が開弁されて機内１１Ａに外気Ａ１が供給される。外気Ａ１が供給されることで、希釈ゾーンＺ２が混合体を引き込む力（負圧）の軽減が図られ、固練りゾーンＺ１から希釈ゾーンＺ２への電極材料の過度な搬送が抑制される。これにより、固練りゾーンＺ１における混合体の搬送速度の安定化が図られ、混練時間に応じて粘度が変化する電極ペーストＭ４についてその粘度の安定化が図られるようになる。
【００６５】
（２）希釈ゾーンＺ２の上流側である固練りゾーンＺ１において希釈ゾーンＺ２側に、連通路１１３を通じて外気Ａ１が供給されることで、希釈ゾーンＺ２から固練りゾーンＺ１に伝達される負圧が緩和されて固練りゾーンＺ１で混練されている混合体の搬送速度の安定化が図られる。
【００６６】
（３）圧力計１４が測定した機内１１Ａの圧力が機外の圧力よりも所定の差圧だけ低いことに応じて電磁弁１５が開弁するので機内１１Ａには確実に外気Ａ１が供給される。また、機内１１Ａの圧力が機外の圧力よりも高いときに電磁弁１５が閉弁するので連通路１１３への混合体の侵入も抑制される。
【００６７】
（４）希釈ゾーンＺ２の負圧は固練りゾーンＺ１にある混合体の減少に応じて発生しやすくなるため、新たな粉体Ｍ１が供給されるまで電磁弁１５を開弁することで固練りゾーンＺ１にある混合体の搬送速度の一層の安定化が図られる。
【００６８】
（５）固練りゾーンＺ１にある混合体の残量が多くなると希釈ゾーンＺ２における負圧の発生が抑制されるようになるため、新たな粉体Ｍ１が供給されることに応じて、電磁弁１５を閉弁しても固練りゾーンＺ１にある混合体の搬送速度の安定化が図られる。
【００６９】
（６）固練りゾーンＺ１の混練パドル２２により混練された混合体が希釈ゾーンＺ２の送りスクリュー２４によって搬送される場合であれ、固練りゾーンＺ１における混合体の搬送速度の安定化が図られる。
【００７０】
（その他の実施形態）
なお上記実施形態は、以下の態様で実施することもできる。
・上記実施形態では、固練りゾーンＺ１における混合体の搬送速度が希釈ゾーンＺ２の負圧によって変化する場合について例示した。しかしこれに限らず、固練りゾーンにおける混合体の搬送速度は、その下流にある結着剤混合ゾーン等の希釈ゾーン以外で発生する負圧によって変化するものであってもよい。この場合、連通路は、結着剤混合ゾーン又は、それより上流の希釈ゾーン及び固練りゾーンに設けることができる。いずれにせよ、固練りゾーンかその下流に外気が供給されることで、固練りゾーンにおける混合体の搬送速度の安定化が図られるようになる。
【００７１】
・上記実施形態では、制御装置１３は、電磁弁１５が開弁された後は、次に粉体Ｍ１が投入されるまでの間、電磁弁１５の開弁を維持する場合について例示した。しかしこれに限らず、制御装置は、電磁弁が開弁された後、次に粉体Ｍ１が投入されるよりも前に電磁弁を閉弁させてもよい。この場合、制御装置は、その後に測定した圧力Ｐ１に応じて電磁弁を開閉制御してもよい。
【００７２】
・上記実施形態では、圧力計１４で圧力Ｐ１を測定する場合について例示したが、これに限らず、機内が所定の負圧になるとスイッチが開閉する圧力スイッチでもよい。制御装置は、圧力スイッチが入っていないとき、電磁弁を閉弁し、圧力スイッチが入っているとき、電磁弁を開弁するようにすればよい。
【００７３】
・上記実施形態では、制御装置１３で開閉される開閉弁として、電磁弁１５を連通路１１３に設ける場合について例示した。しかしこれに限らず、開閉弁は、機外の圧力に対して機内の負圧の絶対値が所定値以上になることに応じて自動的に開弁するとともに、機内の負圧の絶対値が所定値より小さくなると自動的に閉弁する、機械式、もしくは、電子機の開閉弁であってもよい。この場合、開閉弁を制御装置で制御しなくとも、必要に応じて機内に外気が供給されるようになるため、混練機の構成を簡単にすることができる。また、開弁及び閉弁のいずれか一方が制御装置の制御で行われ、他方が自動的に行われたとしてもよい。
【００７４】
・上記実施形態では、連通路１１３が固練りゾーンＺ１の下流側に設けられている場合について例示した。しかしこれに限らず、送りスクリューによる搬送が生じさせる負圧により生じる電極材料の移動速度に生じる影響を小さくすることができるのであれば、固練りゾーンの中程や上流側に設けられていたり、送りスクリューのある希釈ゾーンに設けられていてもよい。
【００７５】
・上記実施形態では、固練りゾーンＺ１における負圧の軽減を図る場合について例示した。しかしこれに限らず、希釈ゾーン等におけるスラリー等の搬送速度の安定化を図るために固練りゾーン以外に生じる負圧を緩和させてもよい。この場合、希釈ゾーンに生じる負圧の影響を軽減するために、希釈ゾーンに連通路を設けてもよい。
【００７６】
・上記実施形態では、電池材料の混練機１０は、いわゆる二軸混練押出機である場合について例示したが、これに限らず、機内に抵抗パドルと、抵抗パドルの下流側の送りスクリューとを備える混練機であればよい。
【００７７】
・上記実施形態では、リチウムイオン二次電池の負極用の電極ペーストを生成する場合について例示したが、電極ペーストは、リチウムイオン二次電池の正極用の電極ペーストであってもよい。
【００７８】
・上記実施形態では、二次電池が、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池である場合について例示したが、これに限らず、二次電池は、電極ペーストを作成する必要があればリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池以外の二次電池でもよい。
【００７９】
・上記実施形態では、二次電池の外形が直方体形状の密閉式電池ある場合について例示したが、これに限らず、外形は、円筒形状等の直方体形状以外の形状でもよい。
・上記実施形態では、二次電池が電気自動車もしくはハイブリッド自動車に搭載される場合について例示したが、これに限らず、二次電池は、ガソリン自動車やディーゼル自動車等の車両に搭載されてもよい。また二次電池は、鉄道、船舶、航空機やロボット等の移動体や、情報処理装置等の電気製品の電源として用いられてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１０…混練機、１１…混練部、１１Ａ…機内、１２…駆動部、１３…制御装置、１４…圧力計、１５…第２溶媒投入口、１５…電磁弁、２０Ａ…第１の回転軸、２０Ｂ…第２の回転軸、２１…送りスクリュー、２１Ａ…第１のスクリュー、２１Ｂ…第２のスクリュー、２２…混練パドル、２２Ａ…第１のパドル、２２Ｂ…第２のパドル、２３…抵抗パドル、２３Ａ…第１の抵抗パドル、２３Ｂ…第２の抵抗パドル、２４…送りスクリュー、２４Ａ…第１のスクリュー、２４Ｂ…第２のスクリュー、２５…混練パドル、２５Ａ…第１のパドル、２５Ｂ…第２のパドル、２６…混練パドル、２７…戻しスクリュー、２７Ａ…第１のスクリュー、２７Ｂ…第２のスクリュー、３０…第１のパドル群、３１…第２のパドル群、３２…第３のパドル群、１１１…粉体投入口、１１２…第１溶媒投入口、１１３…連通路、１１４…第２溶媒投入口、１１５…結着剤投入口、１１６…排出口、Ｍ１…粉体、Ｍ３…結着剤、Ｍ４…電極ペースト、Ｗ１，Ｗ２…溶媒。
【図１】
2018028972.tif 000003
【図２】
2018028972.tif 000004