(57)【要約】【課題】電極ペーストを生成するための混練時間を短くできる電極ペーストの混練装置を提供することを課題とする。【解決手段】少なくとも活物質、ＣＭＣ及び溶剤を混練して電極ペーストを生成する混練装置であって、高圧水供給器１４によって水Ｗ（流体）を加圧して高圧水供給管１１を介して加速ノズル１２に供給し、加速ノズル１２内に粉体Ｐ（活物質等）を供給して加圧された水Ｗによって粉体Ｐを加速ノズル１２内で加速し、ＣＭＣ水溶液投入器２１によってＣＭＣ水溶液Ｃを投入ノズル１３に投入し、投入ノズル１３内で高速の硬い活物質等によってＣＭＣ水溶液Ｃに含まれるママコ（ダマ）を小さく砕く。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも活物質、カルボキシメチルセルロース及び溶剤を混練して電極ペーストを生成する混練装置であって、
流体によって活物質を加速する加速手段と、
前記加速手段で加速された活物質の中にカルボキシメチルセルロースを投入する投入手段と、
を備えることを特徴とする電極ペーストの混練装置。
【請求項２】
前記カルボキシメチルセルロースは、水溶液にして投入されることを特徴とする請求項１に記載の電極ペーストの混練装置。
【請求項３】
前記投入手段は、前記カルボキシメチルセルロースの水溶液を霧状にして投入することを特徴とする請求項２に記載の電極ペーストの混練装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも活物質、カルボキシメチルセルロース及び溶剤を混練して電極ペーストを生成する混練装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄電装置の電極は、例えば、金属箔に電極ペーストを塗布し、乾燥及び加圧工程などを経て、活物質層が形成される。電極ペーストには、活物質、導電助剤、溶剤等が含まれている。このような各物質からなる電極ペーストを生成する場合、混練装置が用いられる。例えば、特許文献１の混練装置には、活物質、導電剤、増粘剤、結着剤、溶剤を容器内に混入することが記載されている。容器内への混入後、混練・攪拌を行い、混練が所定の状態まで進んだ後、ペーストは、一旦排出管より容器外に送り、再度、送出管により容器内に戻される。送出管により戻されたペーストは、容器内のペースト液面より上方にて、容器の内壁面沿いに供給され、スクレーバで薄く伸ばされて、脱泡しやすい状態とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９６５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電極ペースト中にて、活物質を良好な分散状態とし、金属箔に塗り易くするためには、電極ペーストにはある程度の粘度が必要となる。そのために、電極ペーストには、特許文献１の如く増粘剤を含むことが多く、近年は、カルボキシメチルセルロース（以下では、ＣＭＣ[Carboxymethylcellulose]と記載する）が負極の増粘剤として多用されている。ＣＭＣは、溶剤への溶解は早いが、粒子同士の集合粘着（一般にママコ（ダマ）と呼ばれる）が生じ易い。一旦、ママコになると、ママコ内部への溶剤の浸透が著しく阻害されるので、溶剤に溶け難くなる。そのため、混練装置でＣＭＣを含めて混練する場合、ママコ状態となったＣＭＣが溶剤に溶けるまでを想定し、混練時間を設定すると、非常に時間を要し、混練時間が長くなる。
【０００５】
そこで、本発明は、電極ペーストを生成するための混練時間を短くできる電極ペーストの混練装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電極ペーストの混練装置は、少なくとも活物質、ＣＭＣ及び溶剤を混練して電極ペーストを生成する混練装置であって、流体によって活物質を加速する加速手段と、加速手段で加速された活物質の中にＣＭＣを投入する投入手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この混練装置では、電極ペーストに含まれる複数の物質（少なくとも活物質とＣＭＣ（増粘剤））を投入する際に、流体（例えば、液体、気体）を加圧し、その加圧されて高圧になった流体によって活物質を加速させる。そして、混練装置では、その加速されている活物質の中にＣＭＣを投入する。この投入されたＣＭＣは、高速の活物質と衝突する。このようにＣＭＣを活物質と衝突させるので、仮にＣＭＣにママコが生じても混練装置内に投入される際にママコは砕かれ、溶剤に溶け易くなる。そのため、混練装置内で活物質、カルボキシメチルセルロース、溶剤等を混練する際に、ＣＭＣが溶剤に溶け、十分に分散するまでの時間を短くできる。このように、混練装置では、加速された活物質の中にＣＭＣを投入することにより、ＣＭＣが溶剤に溶けるまでの時間を短くでき、電極ペーストを生成するための混練時間を短くできる。混練時間が短くなると、電極の製造サイクルも短くできる。
【０００８】
本発明の上記電極ペーストの混練装置では、ＣＭＣは水溶液にして投入されると好適である。この混練装置では、加速されている活物質の中にＣＭＣ水溶液を投入する。この投入されたＣＭＣ水溶液には、ＣＭＣがママコの状態になっているものが含まれる。しかし、投入されたＣＭＣ水溶液は高速の活物質と衝突し、硬い活物質によってママコが砕かれて小さい状態となるので、ＣＭＣのママコ状態での混練・攪拌を抑制できる。このようにママコから砕かれたＣＭＣは水（溶剤）と接触する面積が増大し、水に溶け易くなる。ＣＭＣが溶剤に溶けるまでの時間を短くできる。
【０００９】
本発明の上記電極ペーストの混練装置では、投入手段はＣＭＣの水溶液を霧状にして投入すると好適である。この混練装置では、加速されている活物質の中にする霧状になったＣＭＣ水溶液を投入する。ＣＭＣ水溶液を霧状にすることによって、ＣＭＣ水溶液に含まられるママコを低減でき、ＣＭＣのママコ状態での混練・攪拌を更に抑制できる。その結果、ＣＭＣが水に溶けるまでの時間を更に短くできる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加速された活物質の中にＣＭＣを投入することにより、ＣＭＣが溶剤に溶けるまでの時間を短くでき、電極ペーストを生成するための混練時間を短くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施の形態に係る電極ペーストの混練装置の投入部を模式的に示す断面図である。
【図２】第２の実施の形態に係る電極ペーストの混練装置の投入部を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係る電極ペーストの混練装置の実施の形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
本実施の形態では、本発明に係る電極ペーストの混練装置を、蓄電装置の電極の電極ペーストを生成するための混練装置に適用する。本実施の形態では、混練装置の投入部について２つの実施の形態がある。なお、製造される電極は、本実施の形態においては、リチウムイオン二次電池の負極電極である。
【００１４】
製造される負極電極は、金属箔の少なくとも一方の面に電極ペーストが塗布され、乾燥工程及び加圧工程などを経て、活物質層が形成される。また、負極電極は、電極ペーストが塗布されていないタブも有している。本実施の形態における金属箔は、例えば、銅箔である。電極ペーストは、活物質、導電助剤、増粘剤、溶剤を含んでいる。活物質は、負極活物質であり、例えば、黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素である。導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック、ケッチェンブラックである。溶剤は、水である。増粘剤は、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）である。電極ペーストは、ポリアミドイミド、ポリイミド等の熱可塑性樹脂、主鎖にイミド結合を有するポリマ樹脂等のバインダを含んでいてもよい。
【００１５】
なお、増粘剤のＣＭＣは、混練装置への投入前に、溶剤の水に混ぜた水溶液の状態とする。ＣＭＣは、水への溶解が早いが、水溶液にする過程で粒子同士の集合粘着となるママコ（ダマ）が生じやすい。ママコは、内部への水の浸透が著しく阻害される。そのため、ママコを多く含むＣＭＣ水溶液において、ママコを完全に水に溶かすためには、通常、非常に時間を要する。そこで、本実施の形態では、ママコを含むＣＭＣ水溶液を用い、投入部において、ＣＭＣ水溶液に含まれるママコを低減する構造を採用する。
【００１６】
本実施の形態に係る混練装置は、容器本体と、上記のように増粘剤のほか、活物質、導電助剤、溶剤等を容器本体内に投入する投入部を備えており、他にも、容器本体内にて活物質、導電助剤、増粘剤、溶剤等を混練・攪拌する混練・攪拌部等を備えている。混練・攪拌部は、例えば、攪拌羽根である。混練装置における混練・攪拌部等の投入部以外の各部については、従来の周知のものを適用できる。
【００１７】
図１を参照して、第１の実施の形態に係る混練装置の投入部１について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る電極ペーストの混練装置の投入部を模式的に示す断面図である。
【００１８】
投入部１では、最上部から高圧で水を下方に供給し、その高圧水流内に活物質及び導電助剤を混合させて、活物質及び導電助剤を下方に加速させる。さらに、投入部１では、高圧水流で加速されている活物質及び導電助剤の中にＣＭＣ水溶液を混合させる。この混合された活物質、導電助剤及びＣＭＣ水溶液は、容器本体内に投入される。なお、電極ペーストにバインダも含む場合、バインダを活物質及び導電助剤と一緒に混合させて投入してもよいし、バインダを別の工程で投入してもよい。
【００１９】
投入部１は、筐体１０と、この筐体１０を貫通して軸線方向に延びる高圧水供給管１１、加速ノズル１２、投入ノズル１３を備えている。高圧水供給管１１、加速ノズル１２及び投入ノズル１３は、いずれも中空の管状部材であり、筐体１０によって保持されている。高圧水供給管１１の下端部は、加速ノズル１２の上端部の内面に嵌入して接続されている。加速ノズル１２の下端部は、投入ノズル１３の内部空間の上端部に配置されている。投入ノズル１３の径は、加速ノズル１２の径より大きくなっている。投入ノズル１３の下方には、容器本体（図示せず）が配置されている。
【００２０】
高圧水供給管１１の他端には、高圧水供給管１１に水Ｗを高圧で供給するための高圧水供給器１４が取り付けられている。高圧水供給器１４は、水Ｗの貯蔵タンクや高圧ポンプ等を備えており、水Ｗを供給する際の圧力やタイミング等を調整可能である。このような調整制御は、混練装置あるいはその上位の電極製造ラインの制御装置（図示せず）によって行われる。
【００２１】
筐体１０の側方には、ホッパ１５が配設されている。ホッパ１５は、活物質や導電助剤等の粉体Ｐを貯蔵し、粉体Ｐを筐体１０内に供給する。ホッパ１５は、その先端部が筐体１０の側面に取り付けられている。筐体１０の側面には、ホッパ１５の先端部の取り付け部分の位置に開口部１６が開口されている。筐体１０内には、その開口部１６から加速ノズル１２を取り囲むように溝１７が形成されている。溝１７は、加速ノズル１２を囲む中空のドーナツ形状となっており、筐体１０の側面の開口部１６を介してホッパ１５に連通している。加速ノズル１２の側壁における溝１７に対応する位置には、溝１７から粉体Ｐを供給する供給口１８が開口されている。供給口１８は、ホッパ１５から粉体Ｐを供給する開口部１６が位置する側の反対側の加速ノズル１２の側壁に配置されている。このように、粉体Ｐを供給するホッパ１５は、筐体１０の側面の開口部１６を介して溝１７及び供給口１８を経て、加速ノズル１２の内部空間まで連通している。なお、ホッパ１５内には、粉体Ｐを強制的に送り出すスクリュ等を設けてもよい。
【００２２】
筐体１０の側面には、開口部１６より下方の位置に投入口１９が開口されている。投入口１９には、投入管２０が取り付けられている。投入管２０の他端には、ＣＭＣ水溶液Ｃを投入するためのＣＭＣ水溶液投入器２１が取り付けられている。ＣＭＣ水溶液投入器２１は、ＣＭＣ水溶液Ｃの貯蔵タンクやポンプ等を備えており、ＣＭＣ水溶液Ｃを投入する際の圧力やタイミング等を調整可能である。この調整制御等は、混練装置あるいはその上位の電極製造ラインの制御装置によって行われる。筐体１０内には、投入口１９から加速ノズル１２を取り囲むように溝２２が形成されている。溝２２は、加速ノズル１２を囲む中空のドーナツ形状となっており、下方部分が投入ノズル１３の上端に繋がるように開口している。投入口１９の下端の位置と投入ノズル１３の上端部の位置とは、同じ高さ位置である。このように、投入管２０を介してＣＭＣ水溶液Ｃが投入される投入口１９は、溝２２を経て、投入ノズル１３の上端に連通しており、更に、加速ノズル１２の側壁の外面と投入ノズル１３の側壁の内面との間隙を経て、投入ノズル１３の内部空間に連通している。
【００２３】
なお、第１の実施の形態では、高圧水供給管１１、高圧水供給器１４、加速ノズル１２、ホッパ１５、開口部１６、溝１７、供給口１８が特許請求の範囲に記載する加速手段に相当し、投入口１９、投入管２０、ＣＭＣ水溶液投入器２１、溝２２、加速ノズル１２、投入ノズル１３が特許請求の範囲に記載する投入手段に相当する。
【００２４】
上記のように構成された投入部１における作用について説明する。高圧水供給器１４では、水Ｗを加圧し、高圧の水Ｗを高圧水供給管１１に供給する。この高圧の水Ｗは、高圧水供給管１１を介して加速ノズル１２内に入り、加速ノズル１２内を流れる。加速ノズル１２内には高圧の水Ｗが流れるので、この高圧水流によって供給口１８において加速ノズル１２内に引き込む吸引力が発生する。
【００２５】
この吸引力による負圧により、ホッパ１５から粉体Ｐ（活物質、導電助剤等）が、開口部１６、溝１７、供給口１８を介して、加速ノズル１２内に引き込まれる。この際、粉体Ｐをホッパ１５内のスクリュ等によって連続動作で機械的に送り出してもよい。加速ノズル１２内に引き込まれた粉体Ｐは、加速ノズル１２内を流れる高圧の水Ｗと混合し、粉体Ｐを含む懸濁液を形成する。また、加速ノズル１２は鉛直方向に配設されているので、粉体Ｐは、加速ノズル１２内において重力が作用する。そのため、この高圧水流と重力によって、粉体Ｐは、加速ノズル１２内で加速され、高速で下降していく。そして、この高速の粉体Ｐ及び水Ｗは、加速ノズル１２から投入ノズル１３内に入る。なお、加速ノズル１２内への粉体Ｐの供給口１８がホッパ１５に繋がる開口部１６の反対側に形成されているので、加速ノズル１２内を流れる水Ｗの高圧力によって粉体Ｐがホッパ１５側に逆流するようなことはない。
【００２６】
ＣＭＣ水溶液投入器２１では、ＣＭＣ水溶液Ｃを投入管２０に供給する。このＣＭＣ水溶液Ｃは、ママコ（ダマ）になったＣＭＣも含んでいる。ＣＭＣ水溶液Ｃは、投入管２０、投入口１９、溝２２を介して加速ノズル１２の側壁の外面と投入ノズル１３の側壁の内面との間隙に入り、さらに、その間隙から投入ノズル１３内に入る。この投入ノズル１３内には高速の粉体Ｐ（水Ｗと混合した懸濁液）が流れており、流速の遅いＣＭＣ水溶液Ｃがこの高速の粉体Ｐと混合する。そのため、ＣＭＣ水溶液Ｃに含まれるママコに高速の硬い活物質等が衝突し、ママコが砕かれて、ＣＭＣの小さい粉体となる。このようにママコから砕かれたＣＭＣの粉体は、水と接触する面積が増大し、水に溶け易くなる。なお、高速の活物質等によってＣＭＣ水溶液に含まれるママコを砕くために、ママコを砕ける程度まで活物質等を加速できるように、高圧水供給器１４で水Ｗを高圧に加圧する必要がある。この高圧の水Ｗの圧力値、その圧力値まで加圧するために必要な高圧ポンプの出力等については、実験等に適宜設定するとよい。
【００２７】
このようにママコを含むＣＭＣ水溶液Ｃ、粉体Ｐ（活物質、導電助剤等）、水Ｗが混合して、投入ノズル１３から排出され、容器本体内に投入される。この容器本体内で混練・攪拌する際に、ママコから砕かれて小さくなったＣＭＣは水に溶け易いので、容器本体内の混練・攪拌の過程で、ＣＭＣが溶け、ママコが解消されるまでの時間が短くなる。その結果、ＣＭＣ、活物質、導電助剤等が水（溶剤）に溶け、十分に分散するまでの時間が短くなり、混練時間が短くなる。
【００２８】
この投入部１を備える混練装置によれば、加速された活物質等の中にＣＭＣ水溶液を投入することにより、ＣＭＣのママコを低減でき、ＣＭＣが水（溶剤）に溶けるまでの時間を短くでき、電極ペーストを生成するための混練時間を短くできる。混練時間が短くなると、混練・攪拌中に活物質等の硬い粉体が容器本体や攪拌羽根等を摩耗することを抑制でき、摩耗による異物が電極ペーストに混入することも抑制できる。その結果、電極の活物質層への異物混入に起因するピンホールやひび割れの発生も抑制できるので、電極としての性能が損なわれるのを防止でき、高品質の電極を製造できる。また、混練時間が短くなると、電極の製造サイクルも短くできる。
【００２９】
図２を参照して、第２の実施の形態に係る混練装置の投入部２について説明する。図２は、第２の実施の形態に係る電極ペーストの混練装置の投入部を模式的に示す断面図である。
【００３０】
投入部２は、第１の実施の形態に係る投入部１と比較すると、ＣＭＣ水溶液を霧状にして投入する点だけが異なる。そこで、投入部２におけるＣＭＣ水溶液の投入する部分の構成について、詳細に説明する。
【００３１】
投入部２にも、第１の実施の形態に係る投入部１と同様に、筐体１０の側面に投入口１９が開口され、筐体１０内に投入口１９に連通する溝２２が形成されている。特に、投入部２では、投入口１９に投入管２３が取り付けられている。投入管２３の他端側には、高圧空気Ａを供給する空気供給器２４が取り付けられている。投入管２３の途中には、管の径が他の部分より細くなった管絞り部２５が設けられている。管絞り部２５は、キャブレタと同様の構造であり、管絞り部２５には接続管２６を介してＣＭＣ水溶液投入器２１につながる開孔が形成されており、空気供給器２４より供給された高圧空気Ａが管絞り部２５にて増速されることで開孔に負圧が作用し、ＣＭＣ水溶液Ｃを吸出し、ＣＭＣ水溶液Ｃを霧状にする機能を有している。なお、第２の実施の形態では、この管絞り部２５が設けられた投入管２３及び投入口１９、ＣＭＣ水溶液投入器２１、溝２２、加速ノズル１２、投入ノズル１３、空気供給器２４、接続管２６が特許請求の範囲に記載する投入手段に相当する。
【００３２】
上記のように構成された投入部２における作用について説明する。第２の実施の形態では、ＣＭＣ水溶液Ｃの投入以外の作用は第１の実施の形態と同様の作用なので、ＣＭＣ水溶液Ｃの投入に関する作用についてのみ説明する。
【００３３】
ＣＭＣ水溶液投入器２１では、ＣＭＣ水溶液Ｃを投入管２３に管絞り部２５から供給する。このＣＭＣ水溶液投入器２１から供給された直後のＣＭＣ水溶液Ｃには、ママコ（ダマ）になったＣＭＣを多く含んでいる。また、空気供給器２４では、高圧空気Ａを投入管２３に供給する。投入管２３内に管絞り部２５から供給されたＣＭＣ水溶液Ｃは、管絞り部２５によって霧状になる。このようにＣＭＣ水溶液Ｃを霧状にすることによって、ＣＭＣ水溶液Ｃに含まれていたママコの一部も細かく分かれる。このようにママコから細かく分かれたＣＭＣの粉体は、水と接触する面積が増大し、内部へ水が浸透し易くなり、水に溶け易くなる。そして、その霧状になったＣＭＣ水溶液Ｃ（ママコが抑制されたＣＭＣ水溶液Ｃ）が、投入口１９、溝２２を介して加速ノズル１２の側壁の外面と投入ノズル１３の側壁の内面との間隙に入り、さらに、その間隙から投入ノズル１３内に入る。この投入ノズル１３内には高速の粉体Ｐが流れているので、ＣＭＣ水溶液Ｃはこの高速の粉体Ｐと混合する。そして、ＣＭＣ水溶液Ｃに残っているママコに高速の硬い活物質等が衝突し、ママコが砕かれて、ＣＭＣの小さい粉体となる。このようにママコが抑制されたＣＭＣ水溶液Ｃ、粉体Ｐ（活物質、導電助剤等）、水Ｗが混合して、投入ノズル１３から排出され、容器本体内に投入される。この容器本体内に投入されるＣＭＣ水溶液Ｃに含まれるママコは、第１の実施の形態に係る投入部１よりも更に少ない。そのため、容器本体内で混練・攪拌する際に、ＣＭＣが水に溶けるまでの時間が更に短くなる。その結果、ＣＭＣ、活物質、導電助剤等が水（溶剤）に溶けるまでの時間が更に短くなり、混練時間が非常に短くなる。
【００３４】
この投入部２を備える混練装置は、第１の実施の形態と同様の効果を有する上に、以下の効果も有している。この混練装置によれば、ＣＭＣ水溶液を霧状にして投入することによって、ＣＭＣ水溶液に含まれるママコを抑制でき、ママコ状態での混練・攪拌用の容器本体への投入を更に抑制できる。その結果、ＣＭＣが溶剤に溶けるまでの時間を更に短くでき、電極ペーストを生成するための混練時間を更に短くできる。
【００３５】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００３６】
本実施の形態では、リチウムイオン二次電池の負極の電極ペーストについて記載したが、本発明はリチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、また、負極の電極ペーストに限定されるものでもない。増粘剤としてＣＭＣを含むものであれば、正極の電極ペーストの混練装置、又は他の電池の電極ペーストの混練装置に適用することも可能である。
【００３７】
また、本実施の形態では高圧で供給される流体として水を用いたが、溶剤であれば水以外の液体でもよい。例えば、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、メタノール、メチルイソブチルケトン等の有機溶剤等の他の溶剤を用いることもできる。また、気体を用いることもできる。また、本実施の形態ではＣＭＣを水溶液として投入したが、ＣＭＣを粉体の状態で投入してもよい。この場合、投入部内にて水と接触したときのママコの発生が、活物質との衝突により阻害される。
【００３８】
また、本実施の形態では流体（水）を加圧する加圧する構成、加圧された流体によって活物質等を加速する構成、加速された活物質等の中にＣＭＣを投入する構成の一例を示したが、これらの各構成については他の様々な構成が適用可能である。また、第２の実施の形態ではＣＭＣ水溶液を霧状にする構成の一例を示したが、この構成についても他の様々な構成が適用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１，２…投入部、１０…筐体、１１…高圧水供給管、１２…加速ノズル、１３…投入ノズル、１４…高圧水供給器、１５…ホッパ、１６…開口部、１７，２２…溝、１８…供給口，１９…投入口、２０，２３…投入管、２１…ＣＭＣ水溶液投入器、２４…空気供給器、２５…管絞り部、２６…接続管。
【図１】
2015044156.tif 000003
【図２】
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