(57)【要約】【課題】混練機内の各部品を取り外すことなく混練機の内部を洗浄することができる混練機の洗浄方法を提供する.【解決手段】正極ペーストを混練する混練機の洗浄方法であって、ポリフッ化ビニリデンを含有する正極ペーストから生成される残留付着物に水を加える工程（ステップＳ２）と、水を加えられた前記残留付着物を混練しつつ、混練機３の内部を洗浄する工程（ステップＳ５）と、を備え、洗浄する工程（ステップＳ５）において、前記残留付着物の粘度を４万ｍＰ・ｓ以上１０万ｍＰ・ｓ以下に調整する、混練機の洗浄方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極ペーストを混練する混練機の洗浄方法であって、
ポリフッ化ビニリデンを含有する正極ペーストから生成される残留付着物に水を加える工程と、
水を加えられた前記残留付着物を混練しつつ、混練機の内部を洗浄する工程と、を備え、
前記洗浄する工程において、前記残留付着物の粘度を４万ｍＰ・ｓ以上１０万ｍＰ・ｓ以下に調整する、
混練機の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練機の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば二次電池の正電極には、正極ペーストが塗布された集電体を用いる。正極ペーストは、正極活物質、結着剤、導電剤、及び溶剤等の正極ペースト材料を混練することにより製造される。
ところで、特許文献１には、複数のパドルが取り付けられた主軸を回転させて正極ペースト材料を混練する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２０１５−１０９１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者は、正極ペースト材料を混練する混練機の洗浄方法に関し、以下の問題点を見出した。
特許文献１に開示されている混練機では、複数のパドルが取り付けられた主軸を回転し、正極ペースト材料を混練している。複数のパドルは、それぞれ所定の間隔を空けて主軸に取り付けられている。主軸が回転すると、複数のパドル同士の間隙に入った正極パースト材料が混練されて、正極ペーストが製造される。
【０００５】
正極ペーストは、十分に混練された後、排出口から排出される。しかしながら、正極ペーストの一部は、複数のパドル等の各部品の間隙等に残留し、残留付着物となる。残留付着物が混練機の内部に付着した状態で次の正極ペースト材料の混練を行うと、残留付着物により次の正極ペーストの組成が変化する虞がある。したがって、残留付着物が付着した混練機の内部を洗浄し、混練機内の各部品から残留付着物を除去する必要がある。
【０００６】
残留付着物は粘着性が高いため、人間が混練機内の各部品のそれぞれを取り外して拭き取り、洗浄している。しかしながら、各部品は個数が多く、取り外しや拭き取りに時間がかかる。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、混練機内の各部品を取り外すことなく混練機の内部を洗浄することができる混練機の洗浄方法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】
【０００８】
本発明の一態様に係る混練機の洗浄方法は、正極ペーストを混練する混練機の洗浄方法であって、ポリフッ化ビニリデンを含有する正極ペーストから生成される残留付着物に水を加える工程と、水が加えられた前記残留付着物を混練しつつ、混練機の内部を洗浄する工程と、を備え、前記洗浄する工程において、前記残留付着物の粘度を４万ｍＰ・ｓ以上１０万ｍＰ・ｓ以下に調整する。
【０００９】
本発明に係る混練機の洗浄方法は、水が加えられた残留付着物を混練しつつ、混練機の内部を洗浄する工程を備える。つまり、混練機から各部品を取り外さずに、混練機を作動することにより混練機の内部を洗浄している。このような構成により、混練機内の各部品を取り外すことなく混練機の内部を洗浄することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、混練機内の各部品を取り外すことなく混練機の内部を洗浄することができる混練機の洗浄方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態に係る混練機の洗浄装置を表す模式図である。
【図２】水投入率と残留付着物の粘度との関係を示すグラフである。
【図３】本実施の形態に係る混練機の洗浄方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１３】
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る混練機の洗浄方法を実施するための装置（混練機の洗浄装置）について説明する。図１は、本実施の形態に係る混練機の洗浄装置を表す模式図である。図１に示すように、混練機の洗浄装置１は、混練機３、投入用バルブ４、投入制御部４ａ、投入装置４ｂ、投入用パイプ４ｃ、エア投入用バルブ４２、エア投入装置４２ｂ、エア投入用パイプ４２ｃ、積算流量計５、排出用バルブ６、排出制御部６ａ、排出用パイプ６ｃ、粘度計７、ヒーター８、及び傾斜機構９を備える。なお、図１において、矢印は、混練機３の主軸が回転する方向を示す。
【００１４】
混練機３は、正極ペースト材料を混練する二軸混練機である。混練機３の内部に設けられた混練空間には、２本の主軸（不図示）が格納されている。２本の主軸には、パドルやバレル等の各部品が、それぞれ所定の間隔を空けて取り付けられている。混練機３が作動すると、２本の主軸は、図１に示す矢印の方向にそれぞれ回転する。パドルやバレル等の各部品は、混練機３が作動すると、２本の主軸と共に回転し、正極ペーストを混練する。
【００１５】
混練機３には、図１に示すように、投入用パイプ４ｃを介して投入装置４ｂが接続されている。投入用パイプ４ｃは、混練機３の混練空間及び投入装置４ｂを連通する。投入用パイプ４ｃの途中には、投入用バルブ４が設けられている。投入用バルブ４は、開閉式のバルブであり、投入用パイプ４ｃの流量を制御する。投入用バルブ４を開けると、正極ペースト材料や水等が、投入装置４ｂから混練機３の混練空間に投入される。
【００１６】
さらに、混練機３には、図１に示すように、エア投入用パイプ４２ｃを介してエア投入装置４２ｂが接続されている。エア投入用パイプ４２ｃは、混練機３の混練空間及び投入装置４ｂを連通する。エア投入用パイプ４２ｃの途中には、エア投入用バルブ４２が設けられている。
【００１７】
エア投入用バルブ４２は、例えば手動で開閉することができる開閉式のバルブである。エア投入用バルブは、エア投入用パイプ４２ｃの流量を制御する。エア投入用バルブ４２を開けると、エアは、エア投入装置４２ｂから混練機３の混練空間に投入される。
【００１８】
投入用パイプ４ｃには、積算流量計５が取り付けられている。積算流量計５は、図１に示すように、投入制御部４ａに配線により接続されている。積算流量計５は、投入用パイプ４ｃにおける正極ペースト材料や水等の流量を測定し、測定データを投入制御部４ａに出力する。投入制御部４ａは、積算流量計５の測定データに基づいて投入用バルブ４を開閉する。
【００１９】
また、混練機３は、混練空間の下方から排出用パイプ６ｃが延設されている。排出用パイプ６ｃは、例えば、図１に示すように、混練機３の一方の端部から延設されている。排出用パイプ６ｃは、混練機３の混練空間を外部に連通する。排出用パイプ６ｃの途中には、排出用バルブ６が設けられている。排出用バルブ６は、開閉式のバルブであり、排出用パイプ６ｃの流量を制御する。排出用バルブ６を開けると、正極ペーストや水等は、混練機３の混練空間から外部に排出される。
【００２０】
混練機３には、粘度計７が取り付けられている。粘度計７は、図１に示すように、排出制御部６ａに配線により接続されている。粘度計７は、混練機３の混練空間における正極ペースト等の粘度を測定し、測定データを排出制御部６ａに出力する。排出制御部６ａは、粘度計７の測定データに基づいて、排出用バルブ６を開閉する。
【００２１】
さらに、粘度計７は、図１に示すように、投入制御部４ａに配線により接続されている。粘度計７は、測定データを投入制御部４ａに出力する。投入制御部４ａは、粘度計７の測定データに基づいて、投入用バルブ４を開閉する。なお、先に述べたように、投入制御部４ａは、積算流量計５の測定データに基づいて、投入用バルブ４を開閉する。つまり、投入制御部４ａは、積算流量計５及び粘度計７の測定データに基づいて投入用バルブ４を開閉する。
【００２２】
また、混練機３の全体又は混練空間は、ヒーター８を用いて加熱される。ヒーター８は、例えば板状の加熱機構である。また、ヒーター８が設置される位置は、ヒーター８が混練機３を加熱することができる位置であれば限定されない。
【００２３】
正極ペースト等を混練機３の内部から排出する際には、傾斜機構９を用いて混練機３を傾斜させてもよい。傾斜機構９は、例えばハンドル式の傾斜機構を用いて構成される。傾斜機構９は、例えば、混練機３の他方の端部（排出用パイプ６ｃが延設されていない端部）に設置されている。傾斜機構９が作動すると、混練機３は、端部が持ち上げられ、傾斜する。混練機３が傾斜すると、正極ペーストや水等の排出が促進される。
【００２４】
ところで、正極ペースト材料は、正極活物質、結着剤、導電剤、及び溶剤等を用いて構成される。具体的には、正極活物質は、例えばコバルト酸リチウム等のリチウム金属酸化物を用いて構成される。結着剤は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を用いて構成される。導電剤は、例えば、活性炭や黒鉛微粉、炭素繊維等を用いて構成される。溶剤は、例えばＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）等の有機溶媒を用いて構成される。
【００２５】
正極ペースト材料は、投入装置４ｂから投入用パイプ４ｃを介して混練機３の混練空間に投入される。混練機３の混練空間に投入された正極ペースト材料は、パドルやバレル等の各部品同士の間隙等に入り込む。混練機３が作動すると、パドルやバレル等の各部品同士の間隙等に入った正極ペースト材料は、混練されて正極ペーストになる。そして、混練機３の混練空間において混練された正極ペーストは、排出用パイプ６ｃを介して外部へ排出される。
【００２６】
正極ペーストは、液体である溶剤を用いて、正極活物質、結着剤、及び導電剤等の粉末を練ることにより得られたペーストであり、粘着性を有する。したがって、正極ペースト材料を混練する際に、正極ペーストの一部がパドルやバレル等の各部品に付着する。付着した正極ペーストの一部は、正極ペーストを排出した後も混練機３の内部に残留し、残留付着物となる。
【００２７】
残留付着物が混練機３の内部に残留した状態で次の正極ペースト材料を混練すると、残留付着物が次の正極ペースト材料と混練される虞がある。つまり、残留付着物により次の正極ペーストの組成が変化する虞がある。
【００２８】
そこで、正極ペーストを排出用バルブ６から排出した後、混練機３の内部を洗浄する。
詳細は後述するが、本実施の形態に係る混練機の洗浄方法では、水が加えられた残留付着物を混練しつつ、混練機の内部を洗浄する。
【００２９】
残留付着物は、正極活物質であるリチウム金属酸化物を含有する。したがって、残留付着物に水を加えると、リチウムイオンが溶出し、残留付着物は、アルカリ性のペーストとなる。
【００３０】
また、残留付着物は、結着剤であるポリフッ化ビニリデンを含有する。ポリフッ化ビニリデンは、以下の化学式（１）で表されるポリマーである。なお、化学式（１）においてｎは正の整数を示す。
【化１】
2019125525.tif 000003
【００３１】
ポリフッ化ビニリデンは、例えばアルカリ性条件において、脱フッ化水素反応を起こす。脱フッ化水素反応を示したポリフッ化ビニリデンは、例えば、以下の化学式（２）で示される。
【化２】
2019125525.tif 000004
【００３２】
脱フッ化水素反応を起こしたポリフッ化ビニリデン同士は、以下の化学式（３）のように網目状に重合し、ゲル化する。
【化３】
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【００３３】
残留付着物は、リチウム金属酸化物及びポリフッ化ビニリデンを含有するため、水と共に混練されると、ゲル化する。ゲル化した残留付着物は、ゲル化していない残留付着物よりも粘着性が弱い。したがって、ゲル化した残留付着物は、パドルやバレル等の複数の部品から剥離する。つまり、残留付着物に水を加えて混練することにより、混練機３の内部を効果的に洗浄することができる。
【００３４】
残留付着物に加える水の割合が多いほど、残留付着物は、ゲル化が進み、粘度が高くなる。しかしながら、残留付着物の粘度が高すぎると、混練機３の混練空間から排出用パイプ６ｃに排出する部分において残留付着物が詰まる虞がある。したがって、残留付着物の量に対して加える水の割合が多すぎると、混練機３の混練空間から残留付着物を排出することが困難になる。
【００３５】
図２は、水投入率と残留付着物の粘度との関係を示すグラフである。図２において、水投入率は、正極活物質の質量に対して加える水の質量の割合を表す。図２に示すように、残留付着物に加える水の量が多いほど、残留付着物の粘度は高くなる。つまり、残留付着物は、ゲル化すると粘度が高くなる。残留付着物の粘度が１０万ｍＰ・ｓよりも大きいと、混練機３の内部から残留付着物を排出することが困難になる。
【００３６】
一方、残留付着物の粘度が４万ｍＰ・ｓ未満であると、ゲル化が進んでいないため残留付着物の粘着性が高く、パドルやバレル等の複数の部品から残留付着物が剥離しにくい。したがって、残留付着物の粘度が４万ｍＰ・ｓ以上１０万ｍＰ・ｓ以下となるように、残留付着物に水を加えると、混練機３の内部を効果的に洗浄することができる。
【００３７】
残留付着物に加える水の質量を、残留付着物の４５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下とすると、図２に示すように、残留付着物の粘度を４万ｍＰ・ｓ以上１０万ｍＰ・ｓ以下に調整することができる。
【００３８】
次に、図１及び図３を参照して、本発明の実施の形態に係る混練機の洗浄方法について説明する。図３は、本実施の形態に係る混練機の洗浄方法のフローチャートである。
【００３９】
まず、投入用バルブ４を開け、投入用パイプ４ｃを介して投入装置４ｂから混練機３の内部に水を投入する（ステップＳ１）。なお、ステップＳ１を行う際には、水を投入する水投入装置を投入装置４ｂとは別に設け、水投入装置から水を投入してもよい。
【００４０】
残留付着物の４５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下の水を加え（ステップＳ２）、投入用バルブ４を閉じる（ステップＳ３）。水の投入量は、積算流量計５を用いて測定する。残留付着物の４５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下の水が混練機３の内部に投入されたことを積算流量計５の測定データに基づいて検出すると、投入制御部４ａは、投入用バルブ４を閉める制御を実行する。
【００４１】
なお、残留付着物の４５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下の水が混練機３の内部に投入された後に、手動で投入用バルブ４を閉めてもよい。具体的には、予め、投入用パイプ４ｃの流量から水を投入するのにかかる時間を計算する。そして、投入用バルブ４を所定時間開けて混練機３の内部に水を投入した後に、手動で投入用バルブ４を閉める。
【００４２】
次に、混練機３の主軸を回転し、残留付着物及び水を混練する（ステップＳ４）。そして、残留付着物の粘度が４万ｍＰ・ｓ以上１０万ｍＰ・ｓ以下となるまで混練する（ステップＳ５）。残留付着物は、粘度が４万ｍＰ・ｓ以上となるまでゲル化すると、粘着性が弱くなり、パドルやバレル等の複数の部品から剥離する。つまり、水を加えられた残留付着物を混練することにより、混練機３の内部を洗浄することができる。
【００４３】
ステップＳ４を行う際には。ヒーター８を用いて混練機３を加熱してもよい。混練機３を加熱しつつ残留付着物及び水を混練すると、残留付着物のゲル化が促進される。例えば、８０℃に加熱された混練機３において残留付着物を混練すると、常温において混練する場合よりも、約８分の１の時間で残留付着物のゲル化が進行する。
【００４４】
また、ステップＳ３を行う際に水と共に洗浄用ビーズを混練機３の内部に投入し、ステップＳ４において残留付着物及び水と共に洗浄用ビーズを混練してもよい。洗浄用ビーズの大きさは、パドルやバレル等の複数の部品同士の間隙の２分の１以上４分の３以下であると、残留付着物を摺り取ることができ、好ましい。洗浄用ビーズは、例えば樹脂を用いて構成される。洗浄用ビーズの硬度は、パドルやバレル等の複数の部品の表面硬度の５０％未満であると、パドルやバレル等の複数の部品に傷を付ける虞がなく、好ましい。
【００４５】
ステップＳ５においては、粘度計７を用いて残留付着物の粘度を測定する。残留付着物の粘度が４万ｍＰ・ｓ以上１０万ｍＰ・ｓ以下となったことを粘度計７の測定データに基づいて検出すると、排出制御部６ａは、投入用バルブ４及び排出用バルブ６を開ける制御を行う。
【００４６】
なお、残留付着物の年度が４万ｍＰ・ｓ以上１０万ｍＰ・ｓ以下となった後に、手動で投入用バルブ４及び排出用バルブ６を開けてもよい。具体的には、予め水の投入量及び残留付着物の混練時間と、残留付着物の粘度と、の関係を調べる。そして、タイマー等を用いて所定時間残留付着物を混練した後、手動で投入用バルブ４及び排出用バルブ６を開ける。
【００４７】
排出用バルブ６を開け（ステップＳ６）、投入用バルブ４を開け（ステップＳ７）、投入装置４ｂから混練機３の内部に水を投入する。排出用バルブ６が開いた状態で混練機３の内部に水を投入すると、残留付着物は、水に押し出されて排出用パイプ６ｃから排出される。残留付着物は、粘度が１０万ｍＰ・ｓ以下であるため、混練機３の内部において詰まることなく排出用パイプ６ｃから排出される。残留付着物を排出した後に、混練機３の内部にさらに水を投入し、仕上げ洗浄を行う。
【００４８】
なお、ゲル化した残留付着物及び水を排出する際には、ゲル化した残留付着物及び水をを排出する洗浄用パイプを排出用パイプ６ｃと別途に設け、洗浄用パイプからゲル化した残留付着物水を排出してもよい。
【００４９】
また、ゲル化した残留付着物及び水を排出する際には、傾斜機構９を用いて混練機３を傾斜させてもよい。傾斜機構９が作動すると、混練機３は、排出用パイプ６ｃが設けられていない側の端部が持ち上げられ、傾斜する。混練機３が傾斜すると、正極ペーストや水等の排出が促進される。
【００５０】
そして、混練機３の主軸の回転を停止し（ステップＳ８）、投入用バルブ４及び排出用バルブ６を閉じる（ステップＳ９）。なお、ステップＳ９は、ステップＳ８よりも先に行ってもよい。また、ステップＳ８及びステップＳ９は、同時に行ってもよい。
【００５１】
仕上げ洗浄を行うと、混練機３の混練空間に水分が残留する。水分が残留した状態で次の正極材料ペーストを混練すると、残留した水分によって次の正極ペーストがゲル化する虞がある。そこで、ステップＳ７を行った後に、混練機３の混練空間を乾燥させる。
【００５２】
混練機３の混練空間は、例えば、エア投入装置４２ｂから混練機３の混練空間にドライエアを投入することにより、乾燥する。具体的には、エア投入用バルブ４２を開け、エア投入用パイプ４２ｃを介してエア投入装置４２ｂから混練機３の混練空間にエアを投入する。さらに、ヒーター８を用いて混練機３の全体又は混練空間を加熱することにより、混練機３の混練空間を乾燥させてもよい。
【００５３】
また、混練機３の混練空間を乾燥させずに、捨て打ちを行うことにより混練機３の混練空間の水分を排出してもよい。具体的には、混練機３の混練空間に少量の正極ペースト材料を投入する。少量の正極ペースト材料を混練機３の混練空間に残留した水分と共に混練すると、水分を含んだ少量の正極ペーストが生成される。水分を含んだ少量の正極ペーストは、排出用パイプ６ｃから排出される。つまり、混練機３の混練空間に残留していた水分は、少量の正極ペーストと共に排出される。
【００５４】
以上で説明した本実施の形態に係る発明により、混練機内の各部品を取り外すことなく混練機の内部を洗浄することができる混練機の洗浄方法を提供することができる。
【００５５】
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。
【符号の説明】
【００５６】
１  混練機の洗浄装置
３  混練機
４  投入用バルブ
４ａ  投入制御部
４ｂ  投入装置
４ｃ  投入用パイプ
４２  エア投入用バルブ
４２ｂ  エア投入装置
４２ｃ  エア投入用パイプ
５  積算流量計
６  排出用バルブ
６ａ  排出制御部
６ｃ  排出用パイプ
７  粘度計
８  ヒーター
９  傾斜機構
【図１】
2019125525.tif 000006
【図２】
2019125525.tif 000007
【図３】
2019125525.tif 000008