(57)【要約】【課題】  高速攪拌機に、撹拌対象物に含まれる全ての構成成分を直接投入する方法する場合に処理効率が著しく低下するといった問題等を解決する方法を提供する。【解決手段】容器と、この容器の内壁面のわずかに内側で高速回転する回転部材とを備え、前記回転部材による遠心力によって前記回転部材と前記内壁面との間に膜状に存在させた攪拌対象を攪拌する攪拌装置であって、前記容器は、前記攪拌対象を構成する粉末成分を投入するための第１投入口、前記攪拌対象物を構成する液体を含む成分を投入する第２投入口、及び前記粉末成分と液体を含む成分を混合した攪拌対象を排出するための排出機構を有し、前記排出機構は、前記容器の底部に隣接して配置される排出槽と、前記容器の底部と前記排出槽を連通する第１排出口と、前記排出槽と外部を連通する第２排出口とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、この容器の内壁面のわずかに内側で高速回転する回転部材とを備え、前記回転部材による遠心力によって前記回転部材と前記内壁面との間に膜状に存在させた攪拌対象を攪拌する攪拌装置であって、
前記容器は、前記攪拌対象を構成する粉末成分を投入するための第１投入口、前記攪拌対象物を構成する液体を含む成分を投入する第２投入口、及び前記粉末成分と液体を含む成分を混合した攪拌対象を排出するための排出機構を有し、
前記排出機構は、
前記容器の底部に隣接して配置される排出槽と、
前記容器の底部と前記排出槽を連通する第１排出口と、
前記排出槽と外部を連通する第２排出口とを有する
ことを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
前記第１排出口には、容器内の攪拌対象物を前記排出槽に移送する第２排出羽根を有することを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項３】
前記第２排出羽根は、前記回転部材と回転軸を同じくし、かつ当該回転軸に対して螺旋状の表面溝を有することを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の攪拌装置。
【請求項４】
前記容器の底は、前記回転部材の回転軸に対して水平であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の攪拌装置。
【請求項５】
前記筒状部は内外方向に貫通する複数の孔を有していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の攪拌装置。
【請求項６】
前記液体を含む成分は溶質成分を含み、
前記溶質成分の平均粒子径は前記粉末成分の平均粒子径より小さい
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散処理を行うための攪拌装置であって、たとえば、電池用電極材料を含む塗料の製造等に用いられる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポータブル電子機器用電源のほか、電気自動車用電源、風力・太陽光発電設備によって発電された電力の蓄積等、リチウムイオン二次電池や燃料電池に代表される電池需要は今後ますます増大することが予測される。また、電池自体の小型化、軽量化、安全性といった特性の一層の向上だけでなく、これら特性を備えた電池を効率的かつ低コストで生産することが要請されている。
【０００３】
この課題を解決する有効な手段として、本願の発明者は、特許文献１に開示された攪拌装置システムを用いて電池電極用塗料等を製造する方法を提案している。
この攪拌装置システムに含まれる高速攪拌機は、容器とこの容器の内壁面のわずかに内側で高速回転する回転部材とを有する高速攪拌機に攪拌対象物を連続的に供給し、回転部材による遠心力によって回転部材と内壁面との間に膜状に存在させた状態で連続攪拌するというものである。
この攪拌装置システムを用いて電池電極用塗料を製造すると、電池の安全性を高度に維持しつつ、電池の高性能化に適した電極用塗料を効率的に製造することができる。
【０００４】
しかしながら、前記攪拌装置システムでは、高速攪拌機に供給される攪拌対象は予め材料全体をかき混ぜて混合状態を平均化しておく必要があるため、前工程として予備化攪拌工程が設けられている。
予備攪拌工程では、例えばリチウムイオン二次電池用の電極用塗料を製造する場合、活物質としての粉末、溶媒、バインダー等といった複数の構成成分を含む攪拌対象物を混合し、材料全体の混合状態を平均化する必要があるため、比較的高価な大型装置を使用して時間をかけて処理を行う必要がある。
このため、前記攪拌装置システムを用いて電池電極用塗料等を製造する方法は、コスト面での課題があった。
【０００５】
この問題を解決する方法としては、予備攪拌工程を経由せずに高速攪拌機に撹拌対象物に含まれる粉末成分を直接投入する方法を採用し、装置構成を簡略化するのが有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１0／０１８７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高速攪拌機に撹拌対象物に含まれる全ての構成成分を直接投入する方法を使用する場合、高速攪拌機の容器天板から重力落下を利用して容器内に投入し、容器の底側から排出するのが効率的である。
しかしながら、回転部材による遠心力によって回転部材と内壁面との間に膜状に存在させた状態で行う攪拌を行う場合において上記投入・排出方法を適用する場合、攪拌対象物の連続供給を阻害し、処理効率が著しく低下するという問題が生じる。
この問題を解決するために本発明の発明者らが鋭意検討したところ、高速攪拌機における攪拌対象の排出機構の構造及びその配置を見直すことにより、上記課題を解決できることを見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
具体的には、本発明の攪拌装置は、容器と、この容器の内壁面のわずかに内側で高速回転する回転部材とを備え、前記回転部材による遠心力によって前記回転部材と前記内壁面との間に膜状に存在させた攪拌対象を攪拌する攪拌装置であって、前記容器は、前記攪拌対象を構成する粉末成分を投入するための第１投入口、前記攪拌対象物を構成する液体を含む成分を投入する第２投入口、及び前記粉末成分と液体を含む成分を混合した攪拌対象を排出するための排出機構を有し、前記排出機構は、前記容器の底部に隣接して配置される排出槽と、前記容器の底部と前記排出槽を連通する第１排出口と、前記排出槽と外部を連通する第２排出口とを有する（請求項１）。
【０００９】
好ましくは、前記第１排出口には、容器内の攪拌対象物を前記排出槽に移送する排出羽根を有する（請求項２）。また、前記第２排出羽根は、前記回転部材と回転軸を同じくし、かつ当該回転軸に対して螺旋状の表面溝を有する（請求項３）。さらに、容器の底は、前記回転部材の回転軸に対して水平である（請求項４）。さらに、前記筒状部は内外方向に貫通する複数の孔を有している（請求項５）。
【００１０】
本発明の攪拌装置に投入する撹拌対象物は、前記液体を含む成分は溶質成分を含み、前記溶質成分の平均粒子径は前記粉末成分の平均粒子径より小さいことが好ましい（請求項６）。
【発明の効果】
【００１１】
前記のように容器が前記第１投入口及び前記第２投入口をそれぞれ設け、攪拌対象物を構成する粉末成分と液体を含む成分を分けつつ、攪拌容器内に投入すると、撹拌対象物の構成成分が投入経路内で滞留したり、攪拌容器内でダマ状の塊状物が生成したりする問題を解決できるだけでなく、回転部材による遠心力によって回転部材と内壁面との間に膜状に存在させた状態で行う攪拌の効果をより一層高めることができるようになる。
また、前記のように容器が前記粉末成分と液体を含む成分を混合した攪拌対象を排出するための排出機構を有し、前記排出機構は、前記容器の底部に隣接して配置される排出槽と、前記容器の底部と前記排出槽を連通する第１排出口と、前記排出槽と外部を連通する第２排出口とを有すると、回転部材による遠心力によって高速で回転する攪拌処理対象物を、容器内で減速させずに排出槽内に移送した後に減速させることができるため、回転部材と内壁面との間に膜状に存在させた状態で行う攪拌の効果を阻害することなく、撹拌対象物の容器外への排出を円滑に行う事ができるようになる。
【００１２】
また前記のように、第１排出口に、容器内の攪拌対象物を排出槽に移送する排出羽根を有すると、容器から排出槽への撹拌対象物の移送が円滑に行われ、容器内での撹拌対象物の余計な滞留を抑制しつつ、回転部材と内壁面との間に膜状に存在させた状態で行う攪拌の効果をより確実に発現させることができるようになる。
【００１３】
また前記のように、第２の排出羽根が回転部材と回転軸を同じくし、かつ当該回転軸に対して螺旋状の表面溝を有すると、回転部材による遠心力によって高速で回転する攪拌処理対象物が容器内で減速することを抑制しつつ、撹拌対象物を排出槽内に移送することができ、回転部材と内壁面との間に膜状に存在させた状態で行う攪拌の効果をより確実に発現させることができるようになる。
【００１４】
また前記のように、前記容器の底が回転部材の回転軸に対して水平であると、攪拌処理物を回転部材による遠心力によって回転部材と内壁面との間に膜状に存在させた状態を維持しやすくなるので、回転部材と内壁面との間に膜状に存在させた状態で行う攪拌の効果をより確実に発現させることができるようになる。
【００１５】
また前記のように、筒状部が内外方向に貫通する複数の孔を有していると、上記のようにして容器内に投入された粉末成分及び液体を含む成分を、直ちに回転部材と内壁面との間に撹拌対象物を送り込んで攪拌対象を膜状に存在させた状態で行う攪拌処理を行うことができ、回転部材と内壁面との間に攪拌対象を膜状に存在させた状態で行う攪拌の効果をより一層高めることができるようになる。
【００１６】
また、液体を含む成分が溶質成分を含み、この溶質成分の平均粒子径が粉末成分の平均粒子径より小さい場合、これらを含む攪拌処理対象物を高速攪拌機で処理すると、回転部材による遠心力によって回転部材と内壁面との間に攪拌対象を膜状に存在させた状態で行う攪拌の効果がより顕著に発現できるようになる。
【００１７】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る攪拌装置を示す構成図である。
【図２】従来の塗料製造装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図１は本発明の攪拌装置の内部構造を示す概略図である。図１に示すように、本発明の攪拌装置１は、容器２と、この容器２の中心を垂直方向に延びる回転軸６を中心として高速回転する回転部材７とを有する。
容器２は、円筒状の内壁面２１を有して上下方向に所定長さを有する円筒状空間を規定している。  回転軸６は、これに接続された高トルクモータ（図示せず）によって高速回転し、これに伴って回転部材７も高速で回転する。
回転部材７は、容器２の内壁面２１に対して１〜１０ｍｍ程度のわずかな隙間を介して対向する筒状部８を有する。
筒状部８の内側には、水平に回転する水平部９が配置されている。水平部９の形状は円盤状であり、筒状部８と同心状となるように一体的に構成されている。水平部の下面側には回転軸が接続されており、水平部９は回転部材７とともに回転軸６を中心として高速で回転する。
容器２の天板上方には、第１投入口３及び第２投入口４がそれぞれ設けられている。
攪拌装置１への攪拌対象物の投入は、液体を含まない粉末成分と液体を含む成分に分けて行う。
液体を含まない粉末成分の投入は第１投入口３を経由して行われ、液体を含む成分の投入は第２投入口４を経由して行われる。
【００２０】
上記のように容器２内に投入された撹拌対象物の各成分は、高速回転する回転部材７の作用によって回転部材７の筒状部８の内周面８２付近に到達し、高速回転する回転部材７の筒状部８によって付加される遠心力により、筒状部８の内外方向に貫通する複数の孔（図示せず）を経由して、容器２の内壁面２１と回転部材７の筒状部８の間のわずかな隙間に移送される。
容器２の内壁面２１と回転部材７の外周面８１のわずかな隙間では、攪拌対象が回転部材７による遠心力の作用により容器２の内壁面２１に押し付けられ、回転部材７の外周面８１と、容器２の内壁面との間の隙間に行き渡り膜状となる。さらに、膜状となった攪拌対象物は、回転部材７の回転に伴って容器２内を高速で旋回する。
このとき、膜状となった攪拌対象物が、回転する回転部材７の外周面８１と、静止する容器２の内壁面との間で強大な剪断力を受け続け、その強大なエネルギーによって高レベルでの分散が施される。
以上のようにして処理された攪拌対象物は、容器２内を順次降下して容器２の底部２２に到達し、底部２２の中央に配置され、容器の底部２２と排出槽５１を連通する第１排出口を経由して排出槽５１に移送される。
【００２１】
容器２の底部２２は、回転部材７の遠心力による撹拌対象物の膜状化を維持するために回転部材７の回転軸６に対して水平となっており、底部２２上を高速で旋回する攪拌対象物を底部２２中央の第１排出口５４から効率的に排出するのは通常困難となる。
このため、第１排出口５４に第２排出羽根５３を配置し、底部２２上を高速で回転する攪拌対象物を底部２２中央の第１排出口５４から効率的に排出できるようにしている。
第２排出羽根５３は、回転部材７と回転軸６を同じくしており、回転部材７と同じ周速で高速で回転する。
また、第２排出羽根５３の表面には、回転軸６に対して螺旋状の表面溝が形成されている。
以上の構成により、回転部材７の遠心力による撹拌対象物の膜状化を維持しつつ、底部２２上を高速で回転する攪拌対象物を底部２２中央の第１排出口５４を経由して、効率的に排出槽５１に移送することができるようにしている。
【００２２】
排出槽５１に移送された攪拌対象物は、排出槽５１内で回転速度が減速され、第２排出口５５を経由して容器２外に排出される。
排出槽５１内には、回転部材７と回転軸６を同じくする第１排出羽根５２が配置されている。
第１排出羽根５２の直径は、回転部材７の直径にくらべて十分小さく、回転部材７より緩やかな遠心力を攪拌処理対象物に対して付加し、第２排出口５５からの撹拌対象物の排出を促す機能を有する。
【００２３】
次に、本発明の攪拌装置及び比較例の攪拌装置を、リチウムイオン二次電池の電極用塗料の製造に適用した例について説明する。
【００２４】
（実施例）
本実施例では、図１に示す本発明の攪拌装置を使用し、粉末成分としてリチウム二次電池用正極活物質（Ni-Co-Mn系（NCM））粉末（平均粒子径10.5μm）を第1投入口から投入し、液体を含む成分として導電材（カーボンブラック）及び結着剤（PVDF）を含む導電材スラリーを第２投入口から投入して、回転部材７及び水平部９を周速２５ｍ／ｓｅｃで回転させながら処理した。
（比較例）
本比較例では、図２に示す特許文献１相当の攪拌装置を使用した。
本比較例の攪拌装置は、高速攪拌機３００で処理する前に、攪拌対象物をある程度混合させておくための予備攪拌タンク１００を有している。
予備攪拌タンク１００は、垂直状の回転軸１０１周りに高速回転する小径の攪拌羽根１０２と、同じく垂直状の回転軸１０３周りに低速回転する大径の攪拌羽根１０４とを備えており、材料ホッパ１２０、１３０から投入された材料を溜めて、両攪拌羽根１０２、１０４を回転させることにより、攪拌対象物を予備攪拌する。
小径の攪拌羽根１０２が高速回転することにより、撹拌対象物を混合させ、大径の攪拌羽根１０４が回転することにより、攪拌対象物の混合状態を平均化する。
次いで混合状態が平均化された撹拌対象物は、高速攪拌機３００に移送されて処理される。
【００２５】
高速攪拌機３００は、容器３１０と、この容器３１０の中心を垂直方向に延びる回転軸３５０を中心として高速回転する回転部材３３０とを有する。
上記容器３１０は、略円筒状の内壁面３１１を有して上下方向に所定長さを有する円筒状空間を規定している。上記回転軸３５０は、容器３１０の上部に搭載された高トルクモータ３５１によって高速回転させられる。上記容器３１０の底部には、上記下部空間につながる材料供給口３１４が設けられており、この材料供給口３１４から、混合状態が平均化された撹拌対象物が供給される。上記容器３１０の上部には、上記上部空間につながる排出口３１５が設けられており、スラリー状の攪拌済み材料が外部に排出される。
本比較例では、実施例で使用したNi-Co-Mn系（NCM）活物質粉末、導電材（カーボンブラック）及び結着剤（PVDF）を実施例と同じ配合比で予備攪拌処理した後、実施例と同じ周速２５ｍ／ｓｅｃで高速攪拌３００による処理を行った。
【００２６】
以上のようにして作製された実施例及び比較例のリチウムイオン二次電池の電極用塗料を比較したところ、実施例の塗料は比較例の塗料に比べ、導電材の凝集物の生成を抑制することができ、さらに長期に亘って導電材の再凝集を抑制することができ、極めて高度な安全性が要求される電池に好適な電極用塗料を製造することができることが確認できた。
【００２７】
なお上記例においては、粉末成分としてリチウム二次電池用正極活物質（Ni-Co-Mn系（NCM））粉末、液体を含む成分として導電材（カーボンブラック）及び結着剤（PVDF）を含む導電材スラリーを使用したが、これらの物質に限らず、他の活物質、添加材であっても同等の効果を得ることができる。
【００２８】
本発明に係る攪拌装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る攪拌装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００２９】
１      攪拌装置
２      容器
３      第１投入口
４      第２投入口
５      排出機構
６      回転軸
７      回転部材
８      筒状部
９      水平部
１０      メカニカルシール
２２      底部
５１      排出槽
５２      排出羽根
５３      第２排出羽根
５４      第１排出口
５５      第２排出口
８１      外周面
８２      内周面
１００    予備攪拌タンク
１０１，１０３    回転軸
１０２，１０４    攪拌羽根
１１０    ジャケット
１２０，１３０    材料ホッパ
１４０    排出口
１５０    ポンプ
２００    貯蔵タンク
２０１    回転軸
２０２    攪拌羽根
２１０    ジャケット
２２０    ポンプ
３００    高速攪拌機
３１０    容器
３１１    内壁面
３１４    材料供給口
３１５    排出口
３３０    回転部材
３５０    回転軸
３５１    高トルクモータ
４１０    排出経路
４１１    冷却管
【図１】
2019202312.tif 000003
【図２】
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