(57)【要約】【課題】少ない原材料を容器の内部で撹拌して混練することができる混練方法及び混練機を提供する。【解決手段】容器２０内に収容された、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料Ｒを撹拌することによって混練する。容器２０の内部において、転動するボール４０を収納し回転可能に支持された籠３０を撹拌部材として用いて、容器２０内に収容された、原材料Ｒのうちの少なくとも一部に、ボール４０が浸漬することにより嵩上げした状態で籠３０の回転に伴って撹拌する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に収容された、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料を撹拌することによって混練する混練方法であって、
前記容器の内部において、転動するボールを収納し回転可能に支持された籠を撹拌部材として用いて、容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部に、前記ボールが浸漬することにより嵩上げした状態で籠の回転に伴って撹拌することを特徴とする混練方法。
【請求項２】
容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部における液面の上昇に伴い籠の回転数を上げて籠の内部のボールの位置を上方へ移動させて撹拌することを特徴とする請求項１に記載の混練方法。
【請求項３】
少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料を撹拌することによって混練する混練機であって、
前記原材料の少なくとも一部を収容する容器と、
前記容器の内部において回転可能に支持された撹拌部材としての籠と、
前記籠の内部に転動可能に収納されたボールと、
容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部に、前記ボールが浸漬することにより嵩上げした状態で前記籠を回転させる回転装置と、
を備えることを特徴とする混練機。
【請求項４】
前記回転装置を制御して容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部における液面の上昇に伴い籠の回転数を上げて籠の内部のボールの位置を上方へ移動させる制御装置を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の混練機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練方法及び混練機に係り、詳しくは蓄電装置の電極用活物質合剤を製造するための混練方法及び混練機に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池等の蓄電装置における電極として金属箔の表面に活物質を含むスラリー状の活物質合剤を塗布して活物質層を形成したものが使用される。この電極は、間にセパレータを介在させた状態で電極組立体としてケースに収容されている。スラリー状の電極用活物質合剤は、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料を混練することにより得られる。特許文献１等においてバッチ式の混練機が開示されており、バッチ式の混練機においては混練機の容器内で１回分の原材料を投入して撹拌により混練する。
【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、混練では、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、容器１００内において底面から所定高さ位置に羽根１０１が設置されており、容器１００に原材料Ｒを足しながら混練していく。そのため、混練量が徐々に増加していくときにおいて図８（ａ）に示す初期は原材料Ｒが少なく攪拌羽根１０１に当たらないので混練できない。また、小さい容器を有する混練機を別途設けて混練する必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、少ない原材料を容器の内部で撹拌して混練することができる混練方法及び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】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、容器内に収容された、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料を撹拌することによって混練する混練方法であって、前記容器の内部において、転動するボールを収納し回転可能に支持された籠を撹拌部材として用いて、容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部に、前記ボールが浸漬することにより嵩上げした状態で籠の回転に伴って撹拌することを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、容器の内部において、転動するボールを収納し回転可能に支持された籠が撹拌部材として用いられて、容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部にボールが浸漬することにより嵩上げされた状態で籠の回転に伴って撹拌される。よって、少ない原材料を容器の内部で撹拌して混練することができる。
【０００８】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の混練方法において、容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部における液面の上昇に伴い籠の回転数を上げて籠の内部のボールの位置を上方へ移動させて撹拌するとよい。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料を撹拌することによって混練する混練機であって、前記原材料の少なくとも一部を収容する容器と、前記容器の内部において回転可能に支持された撹拌部材としての籠と、前記籠の内部に転動可能に収納されたボールと、容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部に、前記ボールが浸漬することにより嵩上げした状態で前記籠を回転させる回転装置と、を備えることを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、容器の内部において回転可能に支持された撹拌部材としての籠の内部に転動可能にボールが収納される。そして、容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部に、ボールが浸漬することにより嵩上げした状態で回転装置により籠が回転されて、容器内に収容された、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料が撹拌される。よって、少ない原材料を容器の内部で撹拌して混練することができる。
【００１１】
請求項４に記載のように、請求項３に記載の混練機において、前記回転装置を制御して容器内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部における液面の上昇に伴い籠の回転数を上げて籠の内部のボールの位置を上方へ移動させる制御装置を更に備えるとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、少ない原材料を容器の内部で撹拌して混練することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は実施形態における混練機の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での概略縦断面図。
【図２】籠及びシャフトを示す概略斜視図。
【図３】（ａ）は混練機の概略斜視図、（ｂ）は混練機の概略縦断面図。
【図４】（ａ）は混練機の概略斜視図、（ｂ）は混練機の概略縦断面図。
【図５】（ａ）は混練機の概略斜視図、（ｂ）は混練機の概略縦断面図。
【図６】（ａ）は混練機の概略斜視図、（ｂ）は混練機の概略縦断面図。
【図７】別例の籠を説明するための説明図。
【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ）は課題を説明するための混練機の概略斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を、リチウムイオン電池の電極用活物質合剤を製造するための混練機に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、混練機１０は、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料Ｒを撹拌することによって混練するためのものである。混練機１０は、容器２０と、シャフトＳと、籠３０と、ボール４０と、モータ５０と、コントローラ６０を備えている。
【００１５】
容器２０は、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含み、必要に応じて助剤等を含む原材料Ｒを収容する。広義には、容器２０は、活物質及びバインダ及び溶媒の少なくとも一つといった、原材料の少なくとも一部を収容する。容器２０は、円筒容器（円筒状のタンク）であって、立設した状態で配置される。容器２０は、有底円筒状をなしている。活物質粉末を容器２０内に供給することができるとともに原材料Ｒのうちの液体であるバインダ及び溶媒を容器２０内に供給することができるようになっている。
【００１６】
シャフトＳは、容器２０の開口部を貫通する状態で配置され、容器２０の外部から容器２０の内部に鉛直方向に延びている。シャフトＳは、容器２０内で回転する。具体的には、容器２０の外部に設けたモータ５０により回転する。籠３０は容器２０の内部において回転可能に支持され、撹拌部材となる。
【００１７】
図２に示すように、籠３０は、複数本の金属製線材３１により形成されている。籠３０は、容器２０内においてシャフトＳの下部、即ち、容器２０の底面付近に固定されている。
【００１８】
金属製線材３１として金属の丸棒や金属のパイプが使用される。具体的には、例えば金属として鋼材が挙げられ、具体的にはステンレス材、例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１４、ＳＷＰＣを挙げることができる。金属製線材３１として耐摩耗性、耐食性に優れた材料が選ばれる。
【００１９】
複数本の金属製線材３１により構成される籠３０は、上面が開口する半球形状をなす本体部３０ａと、本体部３０ａの開口部に位置する天井部３０ｂと、天井部３０ｂの中央から上方に延びる円筒部３０ｃを有する。
【００２０】
籠３０の本体部３０ａの構成として、シャフトＳの下端が位置する底面から金属製線材３１が上に向かって放物線を描く形状で延びている。この形状の金属製線材３１が一定の間隔（例えば図１（ｂ）での間隔Ｗ１）をおいて周方向に並べられている。このとき、隣り合う金属製線材３１の間隔はボール４０が通過できないものとなっている。そして、籠３０の回転により遠心力を受けたボール４０が、籠３０における隣り合う金属製線材３１の間を上昇していくことになる。また、籠３０の本体部３０ａの形状として各金属製線材３１が放物線を描くように上方に延びていることにより、籠３０の回転速度が上昇した時にボール４０が、隣り合う金属製線材３１の間に沿って容易に上に移動することができる。なお、容器２０への原材料Ｒの供給に伴って籠３０の回転数も上昇するが、原材料の供給量及び籠３０の回転数は連続でも非連続（例えば階段状に上昇）でもよい。
【００２１】
籠３０の天井部３０ｂの構成として、籠３０の本体部３０ａの上端から、各金属製線材３１は中心に向かって延びている。このとき、各金属製線材３１は中心側ほど上に位置するように斜状に延びている。この形状の金属製線材３１が一定の間隔をおいて周方向に並べられている。天井部３０ｂの形状として中心側ほど上に位置するように斜状にすることにより、メンテナンス時において籠３０をシャフトＳから分離し、籠３０の上下を逆にしたときに籠３０の天井部３０ｂに沿ってボール４０を中央に集めることができる。
【００２２】
籠３０の円筒部３０ｃの構成として、籠３０の天井部３０ｂの内径端から、各金属製線材３１は上方に向かって延びている。この形状の金属製線材３１が一定の間隔をおいて周方向に並べられている。円筒部３０ｃの上端開口部がボール４０の回収口３２となっている。つまり、メンテナンス時において籠３０の上下を逆にしたときにおいて籠３０の天井部３０ｂの中央部に集めたボール４０を籠３０から取り出すことができる。なお、回収口３２は図示しない蓋で覆われており、蓋を外してボール４０を籠３０から取り出すようになっている。
【００２３】
なお、籠３０において上下方向に延びるとともに周方向に並設されている金属製線材３１は、周方向に延びる金属製線材３１ａ，３１ｂで補強されている。詳しくは、本実施形態では、金属製線材３１ａが、本体部３０ａと天井部３０ｂとの境界に設けられているとともに、金属製線材３１ｂが、円筒部３０ｃの上端に設けられている。
【００２４】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、籠３０は、シャフトＳの回転に伴って回転して原材料Ｒを撹拌する。広義には籠３０はシャフトＳの回転に伴って回転して、活物質及びバインダ及び溶媒の少なくとも一つといった、原材料の少なくとも一部を撹拌する。
【００２５】
籠３０の内部において複数のボール４０が転動可能に収納されている。ボール４０は球体状をなす。ボール４０の材質として金属やセラミックが用いられる。より詳しくは、スラリー状の活物質合剤の粘度が低い場合には籠３０の回転数が低くされ、その場合には、ボール４０として比重が大きい金属が用いられる。金属として鋼材が挙げられ、具体的には、ステンレス材、例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、やＳＵＪ２を挙げることができる。ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６はバインダ及び溶媒を含む原材料に対する耐腐食性に優れ、ＳＵＪ２は活物質粉末に対する耐摩耗性に優れている。一方、スラリー状の活物質合剤の粘度が高い場合には籠３０の回転数が高くされ、その場合には、ボール４０として比重が小さいセラミックが用いられる。
【００２６】
回転装置としてのモータ５０は、容器２０内に収容された原材料（広義には活物質及びバインダ及び溶媒の少なくとも一つといった、原材料のうちの少なくとも一部）にボール４０が浸漬することにより嵩上げした状態で籠３０を回転させる。制御装置としてのコントローラ６０は、回転装置としてのモータ５０を制御して容器２０内に収容された原材料（広義には活物質及びバインダ及び溶媒の少なくとも一つといった、原材料のうちの少なくとも一部）における液面の上昇に伴い籠３０の回転数を上げて籠３０の内部のボール４０の位置を上方へ移動させる。
【００２７】
次に、作用について説明する。
活物質粉末、液体原料であるバインダ及び溶媒が、追加されながら、図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）、図５（ａ），（ｂ）に示すように容器２０内に投入される。
【００２８】
原材料Ｒの追加に伴って撹拌が行われ、この処理においては、モータ５０を駆動する。これにより容器２０内の原材料Ｒを籠３０で撹拌して練る。
撹拌処理において、籠３０が回転して原材料Ｒが撹拌される。容器２０内の混練後のスラリー状活物質合剤は、次の塗布工程において金属箔の表面に塗布される。そして、乾燥等の工程を経て電極にされる。その後、電極は、間にセパレータを介在させた状態で電極組立体としてケースに収容される。
【００２９】
以下、籠３０の回転による原材料Ｒの撹拌について詳しく説明する。
容器（タンク）２０に原材料Ｒを投入して容器２０内に原材料Ｒを収容する。そして、シャフトＳを回転させる。これにより、容器２０内に収容された原材料Ｒが籠３０で撹拌される。
【００３０】
このように、容器２０内に収容された原材料Ｒを撹拌することによって混練する。容器２０の内部において、転動するボール４０を収納し回転可能に支持された籠３０を撹拌部材として用いる。そして、容器２０内に収容された原材料にボール４０が浸漬することにより嵩上げした状態となる。この状態で籠３０の回転に伴って撹拌する。
【００３１】
このとき、容器２０内に収容された原材料の追加にともなう液面の上昇に伴い籠３０の回転数を上げて籠３０の内部のボール４０の位置を上方へ移動させて撹拌する。
詳しくは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、初期においては低い回転数で籠３０が回転する。この初期の原材料Ｒの体積が小さい時は、低回転で攪拌しボール４０が籠３０の下部にあるままで原材料Ｒの体積が増加し混練できる。
【００３２】
そして、図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）に示すように、原料投入をさらに追加するごとに、籠３０の回転数を上げる。すると、図４（ａ），（ｂ）に示すように中程度の回転数で籠３０が回転する。この籠３０の回転に伴いボール４０は遠心力により放物線形状の籠３０の外壁に沿って上昇する。
【００３３】
また、図５（ａ），（ｂ）に示すように高速で籠３０が回転する。この籠３０の回転に伴いボール４０は遠心力により更に放物線形状の籠３０の外壁に沿って上昇する。この時には、籠３０だけで撹拌する。また、ボール４０は原材料Ｒの液面より上部に移動しており、符号７０で示すごとくボール４０に付着した原材料Ｒは遠心力により容器２０の内壁面に飛ばされて容器２０の内壁面から下方に移動して回収される。
【００３４】
その後、攪拌が完了したら、図６（ａ），（ｂ）に示すように、回転したまま籠３０を引き上げる。そして、符号７１で示すごとく籠３０に付着したスラリー状活物質合剤は遠心力により容器２０の内壁面に飛ばされて容器２０の内壁面から下方に移動して回収される。換言すると、図５（ａ），（ｂ）及び図６（ａ），（ｂ）を用いて説明したごとく籠３０及びボール４０が洗浄されることになる。これにより歩留まりの向上が図られる。
【００３５】
図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように混練する場合においては、容器１００内において底面から所定高さ位置に羽根１０１が設置されており、容器１００に原材料Ｒを足しながら混練していく。そのため、混練量が徐々に増加していくときにおいて図８（ａ）に示す初期は原材料Ｒが少なく攪拌羽根１０１に当たらないので混練できない。また、小さい容器を有する混練機を別途設けて混練する必要がある。しかし、小さい容器を有する混練機を別途設けると、混練機が更に何台も増えてしまい設備投資額の増加や設置スペースの拡大を招いてしまう。さらには、原材料を混練機間で移動するとき付着等で組成がばらついてしまう。
【００３６】
これに対し、本実施形態では、籠３０を撹拌部材として用いて、その中にボール４０を入れたものにして、原材料中に入れ、原材料の初期の体積を増加し攪拌する。よって、少ない原材料を容器２０の内部で撹拌することができ、混練機を増やすことなく混練でき、設備額低減及び省スペースが図られ、更に、無駄な原料移動がないため組成も安定し品質向上が図られる。詳しく説明すると、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明した場合のように小さい容器を有する混練機を別途設けることなく混練機の台数が増えることを回避できる。これにより、混練機のコンパクト化が図られるとともに設備投資額の増加や設置スペースの拡大が抑制できる。さらに、原材料を混練機間で移動する必要がなく付着等で組成がばらつくこともない。
【００３７】
さらに、回転攪拌によって原材料中の固形分が遠心力で容器の外周壁に偏るが、その外周壁部分にはボール４０も遠心力で集まり、さらに強く攪拌する（ボールミル状態にする）ことができ、より均一な攪拌ができる。即ち、ボール４０が動くことでボール４０とボール４０の間、及び、ボール４０と籠３０の側壁の間において、撹拌が生じて混練性が向上する。
【００３８】
さらに、籠３０の回転上昇によって、籠３０に付着したスラリー状活物質合剤及びボール４０に付着したスラリー状活物質合剤は振り切って回収でき、籠３０及びボール４０に対しては洗浄ができる。
【００３９】
また、籠３０がなく、攪拌羽根１０１を回転しボール４０のみ投入した場合は、ボール４０の遠心力により活物質が容器１００外壁に粉付着し回収できず歩留まりが低下することが考えられるが、これも防止できる。
【００４０】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）容器２０内に収容された、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料Ｒを撹拌することによって混練する。この混練方法として、容器２０の内部において、転動するボール４０を収納し回転可能に支持された籠３０を撹拌部材として用いて、容器２０内に収容された、原材料Ｒのうちの少なくとも一部に、ボール４０が浸漬することにより嵩上げした状態で籠３０の回転に伴って撹拌する。よって、少ない原材料を容器２０の内部で撹拌して混練することができる。
【００４１】
（２）さらに混練方法として、容器２０内に収容された、原材料Ｒのうちの少なくとも一部における液面の上昇に伴い籠３０の回転数を上げて籠３０の内部のボール４０の位置を上方へ移動させて撹拌する。よって、図４（ａ），（ｂ）で示したごとくボール４０でさらに強く攪拌できる。また、図５（ａ），（ｂ）で示したごとくボール４０に付着した原材料を回収することができる。
【００４２】
（３）少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料を撹拌することによって混練する混練機の構成として、原材料の少なくとも一部を収容する容器２０と、容器２０の内部において回転可能に支持された撹拌部材としての籠３０を備える。さらに、籠３０の内部に転動可能に収納されたボール４０と、容器２０内に収容された、原材料Ｒのうちの少なくとも一部に、ボール４０が浸漬することにより嵩上げした状態で籠３０を回転させる回転装置としてのモータ５０を備える。よって、少ない原材料Ｒを容器２０の内部で撹拌して混練することができる。
【００４３】
（４）さらに混練機１０の構成として、回転装置としてのモータ５０を制御して容器２０内に収容された、原材料のうちの少なくとも一部における液面の上昇に伴い籠３０の回転数を上げて籠３０の内部のボール４０の位置を上方へ移動させる制御装置としてのコントローラ６０を更に備える。よって、図４（ａ），（ｂ）で示したごとくボール４０でさらに強く攪拌できる。また、図５（ａ），（ｂ）で示したごとくボール４０に付着した原材料を回収することができる。
【００４４】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  籠の本体部３０ａの形状として、好ましくは、上ほど径が大きくなっているとボールは容易に上がっていく。このことを考慮して籠３０の本体部３０ａの形状は放物線としたが、これに限らない。例えば円形でもよい。また、同一の連続する形状でなく非連続な形状、例えば、図７に示すように、円弧と直線の繰り返しであってもよい。
【００４５】
○  リチウムイオン電池以外の蓄電装置における電極用活物質合剤を製造するための混練機に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０…混練機、２０…容器、３０…籠、４０…ボール、５０…モータ（回転装置）、６０…コントローラ（制御装置）。
【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】
2018133192.tif 000008
【図７】
2018133192.tif 000009
【図８】
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