(57)【要約】【課題】粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末を混練する際に混合粉末に供給する溶媒の適正量を効率的に導出することができる溶媒量導出技術、ならびに当該溶媒量導出技術を用いて活物質材料および導電助剤が溶媒中に均一に分散した電極スラリーを作製することができる電極スラリー作製技術を提供する。【解決手段】混合粉末と同一組成の計測対象粉末を圧縮する圧縮工程と、圧縮された計測対象粉末の空隙体積を求める空隙体積算出工程と、空隙体積に基づいて溶媒の量を決定する溶媒量決定工程とを備えている。【選択図】図２
2015118806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末を混練する際に前記混合粉末に供給する溶媒の量を求める溶媒量導出方法であって、
前記混合粉末と同一組成の計測対象粉末を圧縮する圧縮工程と、
圧縮された前記計測対象粉末の空隙体積を求める空隙体積算出工程と、
前記空隙体積に基づいて前記溶媒の量を決定する溶媒量決定工程と
を備えることを特徴とする溶媒量導出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の溶媒量導出方法であって、
前記圧縮工程では、前記計測対象粉末を圧縮して圧縮体を形成し、
前記空隙体積算出工程では、前記圧縮体の体積から前記計測対象粉末の体積を減算して前記空隙体積を求める溶媒量導出方法。
【請求項３】
請求項２に記載の溶媒量導出方法であって、
前記空隙体積算出工程では、前記計測対象粉末に含まれる粉体毎の重量および真密度から前記計測対象粉末の体積を算出する溶媒量導出方法。
【請求項４】
請求項３に記載の溶媒量導出方法であって、
前記空隙体積算出工程では、前記圧縮体の重量と、前記計測対象粉末における前記粉体の重量比とに基づき前記粉体毎の重量を算出する溶媒量導出方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の溶媒量導出方法であって、
前記圧縮工程では、容器内で前記計測対象粉末を圧縮して前記圧縮体で前記容器を満たし、
前記空隙体積算出工程では、前記容器の内容積を前記圧縮体の体積として前記空隙体積を算出する溶媒量導出方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の溶媒量導出方法によって導出された量の溶媒を、粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末に供給して混練する混練工程と、
前記混練工程により得られる混練物を前記溶媒で希釈して電極スラリーを作製する希釈工程と
を備えることを特徴とする電極スラリー作製方法。
【請求項７】
請求項６に記載の電極スラリー作製方法であって、
前記混合粉末は、前記活物質材料としてコバルト酸リチウムの粉体と、前記導電助剤としてアセチレンブラックの粉体と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンの粉体との混合物である電極スラリー作製方法。
【請求項８】
請求項７に記載の電極スラリー作製方法であって、
前記混練工程では、前記混練物中における前記粉体の濃度が６５［ｗｔ％］〜８０［ｗｔ％］に調整される電極スラリー作製方法。
【請求項９】
粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末を混練する際に前記混合粉末に供給する溶媒の量を求める溶媒量導出装置であって、
前記混合粉末と同一組成の計測対象粉末を収容する容器と、
前記容器に収容された前記計測対象粉末を圧縮する圧縮部と、
前記圧縮部により圧縮された前記計測対象粉末の空隙体積を求め、前記空隙体積に基づいて前記溶媒の量を算出する溶媒量演算部と
を備えることを特徴とする溶媒量導出装置。
【請求項１０】
粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末と溶媒とを混練して混練物を作製し、前記混練物を前記溶媒で希釈して電極スラリーを作製する電極スラリー作製システムであって、
請求項９に記載の溶媒量導出装置を備え、
前記混練物を作製する際に使用する前記溶媒の量を、前記溶媒量導出装置により導出された量に調整することを特徴とする電極スラリー作製システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末を混練する際に混合粉末に供給する溶媒の適正量を求める溶媒量導出技術および当該溶媒量導出技術を用いた電極スラリー作製技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池は、高容量、高出力の電源として、携帯電話やノートパソコンなどの携帯機器に限らず、近年ではハイブリッド自動車や電気自動車などにも採用されている。この種の電池の技術分野においては、さらなる電池の性能向上を図るために種々の技術が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−７４２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の発明では、活物質層の構造を工夫することで二次電池の小型化・大出力化を図っているが、高容量化を図るために二次電池において電極の単位体積当たりに存在する活物質の量を増やす試みが提案されている。すなわち、電池の電極は粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末を適当な溶媒に分散させて電極スラリーを作製し、これを集電体に塗布して形成される。この電極スラリーは、混合粉末に溶媒を添加して混練する混練工程と当該混練工程により得られる混練物を溶媒で希釈する希釈工程を経て作製されるが、混練工程において混合粉末に添加される溶媒の量を適正化することで電極スラリー中で粒子同士が数珠繋ぎ状態や凝集状態で存在するのを防止し、粒子を均一に分散させることができる。そして、このような電極スラリーを用いて電極を製造することによって電極の単位体積当たりの活物質の個数が増大する。
【０００５】
しかしながら、混練処理中に添加すべき溶媒の適正量は経験に頼るところが大きく、試行錯誤を繰り返しながら導出していた。また、当該適正量は、使用される活物質材料や導電助剤の仕様（品種、配合比、ロット等）毎に異なることが多く、仕様変更のたびに試行錯誤を繰り返さねばならず、無駄が多かった。
【０００６】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末を混練する際に混合粉末に供給する溶媒の適正量を効率的に導出することができる溶媒量導出技術、ならびに当該溶媒量導出技術を用いて活物質材料および導電助剤が溶媒中に均一に分散した電極スラリーを作製することができる電極スラリー作製技術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】
【０００７】
この発明の第１態様は、粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末を混練する際に混合粉末に供給する溶媒の量を求める溶媒量導出方法であって、混合粉末と同一組成の計測対象粉末を圧縮する圧縮工程と、圧縮された計測対象粉末の空隙体積を求める空隙体積算出工程と、空隙体積に基づいて溶媒の量を決定する溶媒量決定工程とを備えることを特徴としている。
【０００８】
また、この発明の第２態様は、電極スラリー作製方法であって、上記溶媒量導出方法によって導出された量の溶媒を、粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末に供給して混練する混練工程と、混練工程により得られる混練物を溶媒で希釈して電極スラリーを作製する希釈工程とを備えることを特徴としている。
【０００９】
また、この発明の第３態様は、粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末を混練する際に混合粉末に供給する溶媒の量を求める溶媒量導出装置であって、混合粉末と同一組成の計測対象粉末を収容する容器と、容器に収容された計測対象粉末を圧縮する圧縮部と、圧縮部により圧縮された計測対象粉末の空隙体積を求め、空隙体積に基づいて溶媒の量を算出する溶媒量演算部とを備えることを特徴としている。
【００１０】
さらに、この発明の第４態様は、粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末と溶媒とを混練して混練物を作製し、混練物を溶媒で希釈して電極スラリーを作製する電極スラリー作製システムであって、上記溶媒量導出装置を備え、混練物を作製する際に使用する溶媒の量を、溶媒量導出装置により導出された量に調整することを特徴としている。
【００１１】
混練処理中に添加すべき溶媒の量に対して適正値が存在することは既に説明したとおりであるが、その理由について詳しい考察は今までなされていなかった。そこで、後で詳述するように本願発明者は混合粉末に溶媒を加えたときの粒子間での溶媒の存在状態を考察し、混練処理中にキャピラリー状態（capillary state）が発現した際に粒子同士を相互に引き離し、粒子を均一に分散させることができるという知見を得た。つまり、粒子間の空隙が溶媒で満たされるように溶媒量を設定するのが好適であり、この溶媒量が最適な値であることがわかった。本発明は上記知見に基づくものであり、混合粉末と同一組成を有する計測対象粉末を圧縮することで、溶媒が存在していない点を除き、上記キャピラリー状態に類似した状態（以下、「擬似キャピラリー状態」という）を作り出している。そして、擬似キャピラリー状態にある計測対象粉末の粒子間の空隙体積を求め、さらに当該空隙体積に基づいて溶媒の適正値を導出する。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、混合粉末と同一組成を有する計測対象粉末を圧縮して擬似キャピラリー状態を形成し、そのときの計測対象粉末の粒子間の空隙体積に基づいて混練処理に際して混合粉末に供給する溶媒の量を導出している。このため、従来のように経験や試行錯誤により溶媒量を導出する場合に比べ、溶媒の適正量を効率的に導出することができる。また、この溶媒量導出技術を用いることで、活物質材料および導電助剤が溶媒中に均一に分散した電極スラリーを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかる溶媒量導出装置の一実施形態を装備する電極スラリー作製システムを示す図である。
【図２】図１に示す電極スラリー作製システムの動作を示すフローチャートである。
【図３】混合粉末に添加する溶媒量と容量密度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
Ａ．粉体に溶媒を添加した際の粒子の流動状態
粉体は微細な固体粒子の集合体であり、分子間力などにより凝集状態あるいは数珠繋ぎ状態で存在している。この粉体に溶媒を添加すると、その添加量に応じて粒子の流動性が異なる。より詳しくは、添加する溶媒量が少ない場合、ペンジュラー状態（pendular state）やファニキュラー状態（funicular state）となり、粒子間の摩擦が比較的大きく、流動性は得られない。そして、添加する溶媒量が増えることでキャピラリー状態に近づいていき、流動が開始する。さらに溶媒量が増えると、粒子間のすべての空隙に溶媒が入り込んでキャピラリー状態に達する。このように流動の開始時より粒子間の結合を最も効率的に破壊することが可能となる。ただし、さらに添加する溶媒量が増えると、スラリー状態となり、粒子間の摩擦が少なくなり、結合を破壊することが困難となる。そして、凝集状態あるいは数珠繋ぎ状態のまま流動することとなる。
【００１５】
したがって、キャピラリー状態またはそれに近似した状態を実現できる量の溶媒を添加して混練処理を行うことで数珠繋ぎ状態や凝集状態で存在していた粒子同士を相互に引き離し、粒子を均一に分散させることができると考えられる。つまり、上記溶媒量が混練処理時に混合粉末に対して添加する溶媒の適正量であるとの知見を得た。
【００１６】
そこで、本願発明者は、混合粉末中の粒子同士が密に詰まった状態を作り上げてキャピラリー状態に近い擬似状態、つまり溶媒が存在しない点を除いてキャピラリー状態に類似した状態を形成すると、その擬似状態での空隙体積が混練処理でキャピラリー状態を実現するのに必要な溶媒量に相当するとの結論を得た。つまり、粒子同士が密に詰まった状態での空隙体積を求め、これからキャピラリー状態あるいはそれに近似した状態を実現できる量の溶媒を導出することができるとの知見を得た。そして、当該知見に基づき粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末を混練する際に混合粉末に供給する溶媒の適正量を効率的に導出する技術を創作した。以下、図面を参照しつつ上記知見に基づく溶媒量導出技術、ならびに当該技術を用いて電極スラリーを作製する技術について説明する。
【００１７】
Ｂ．実施形態
図１は本発明にかかる溶媒量導出装置の一実施形態を装備する電極スラリー作製システムを示す図である。この電極スラリー作製システム１は、例えばリチウムイオン二次電池の活物質層を製造する際に使用する塗布液、つまり複数種類の粉体を所望重量比で混合した混合粉末に対して溶媒を加えて電極形成用の懸濁体（以下「電極スラリー」という）を作製するシステムである。
【００１８】
電極スラリー作製システム１では、混合粉末を調製して供給する混合粉末供給装置２が設けられている。混合粉末供給装置２は、種々の仕様で電極スラリーを作製するために、予め複数種類の粉体を貯蔵する貯蔵部２１を有している。貯蔵部２１には、互いに異なる粉体Ａ、粉体Ｂ、粉体Ｃ、…がそれぞれ異なる粉体貯蔵タンク２１１に独立して貯蔵されている。より具体的には、正極形成のために、正極活物質としては例えばＬｉＣｏＯ２（ＬＣＯ）を主体とする粉末状の活物質材料が粉体貯蔵タンク２１１に貯蔵されている。また、負極形成のために、負極活物質としては例えばＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２（ＬＴＯ）を主体とした粉末状の活物質材料が粉体貯蔵タンク２１１に貯蔵されている。また、導電助剤としての粉末状のアセチレンブラック（ＡＢ）やケッチェンブラックがそれぞれ異なる粉体貯蔵タンク２１１に貯蔵されている。さらに、結着剤として粉末状のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）やポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）がそれぞれ異なる粉体貯蔵タンク２１１に貯蔵されている。なお、本実施形態では、上記した粉体を貯蔵した粉体貯蔵タンク２１１を予め貯蔵部２１に装備しているが、粉体の種類などについては上記したもので限定されるものではなく、作製すべき電極スラリーの種類に応じて適宜準備することができる。
【００１９】
また、混合粉末供給装置２は、上記した貯蔵部２１以外に、粉体混合撹拌部２２および制御部２３を有している。この粉体混合撹拌部２２は粉体を一時的に収容する収容空間を有している。そして、制御部２３がオペレータやホストコンピュータなどにより指示された電極スラリーの仕様に応じて分別投入機構（図示省略）を制御し、当該電極スラリーを作製するのに必要な複数種類の粉体を選択的に、しかも仕様に合致した重量比で粉体混合撹拌部２２の収容空間に投入する。この粉体混合撹拌部２２の収容空間には、撹拌機構（図示省略）が配置されており、制御部２３からの撹拌指令に応じて撹拌機構が作動することで投入された複数種類の粉体が均一に混合されて混合粉末が調製される。なお、こうして調製された混合粉末は、通常時、つまり電極スラリーの作製時には混練装置３の混練部３１に供給されて混練処理を受ける一方、後述するように混練処理に適した溶媒の量を導出する時には溶媒量導出装置４の容器４１に供給される。
【００２０】
混練装置３は、上記した混練部３１以外に、溶媒貯蔵供給部３２および制御部３３を有している。混練部３１は粉体混合撹拌部２２で調製された混合粉末に対して溶媒貯蔵供給部３２から供給される溶媒を加えて混練処理を行う。本実施形態では、溶媒貯蔵供給部３２は、溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を溶媒貯蔵タンク（図示省略）に予め貯蔵しており、制御部３３から与えられる供給指令に応じた量だけ溶媒貯蔵タンクから取り出し、混練部３１に供給する。このように、供給指令により混練処理に用いる溶媒量を調整可能となっている。なお、この供給指令は溶媒量導出装置４により導出される溶媒量データに基づいて制御部３３により決定されるものであり、その詳細については後で溶媒量導出装置４の構成説明と合わせて詳述する。
【００２１】
混練装置３による混練処理によって所望の混練物（＝混合粉末＋溶媒）が作製されると、当該混練物は希釈装置５に供給される。この希釈装置５は混練物を溶媒により希釈して所望（後で実施例では５５［ｗｔ％］）の固体分濃度を有する電極スラリーを作製する。そして、当該電極スラリーが塗布液として集電体上に塗布されて活物質層が形成される。なお、本実施形態では、混練装置３と希釈装置５とを別装置として設けているが、ひとつの装置で混練処理と希釈処理とをこの順序で実行するように構成してもよい。つまり、混練装置３と希釈装置５とを設ける代わりに、混練・希釈装置を設けてもよく、混練・希釈装置で混練処理を行う際に、溶媒量導出装置４により導出される溶媒量データに基づいて混合粉末への溶媒の添加量を調整すればよい。
【００２２】
次に、溶媒量導出装置４の構成について説明する。溶媒量導出装置４は、粉体混合撹拌部２２で調製された混合粉末を収容する容器４１を有している。本実施形態では、容器４１の内容積、つまり「かさ」は１０．４０［ｃｍ３］であるが、この値に限定されるものではなく、任意のサイズのものを採用することができる。
【００２３】
また、溶媒量導出装置４は、上記した容器４１以外に、容器４１に投入された混合粉末を押圧するプレス部４２、容器４１に収容された混合粉末の重量を計測する重量計測部４３および重量計測部４３の計測結果に基づいて混練処理時における溶媒の適正値を演算する溶媒量演算部４４を有している。この溶媒量導出装置４では、プレス部４２が、容器４１に混合粉末が供給された後で容器４１に収容された混合粉末を押圧して容器４１の内部空間内で混合粉末中の粒子同士が密に詰まった状態を作り上げて溶媒が存在しない点を除いてキャピラリー状態に近似した状態（以下、この状態を「擬似キャピラリー状態」という）を形成する。なお、本明細書では、混合粉末を圧縮して形成される物体を「圧縮体」と称する。
【００２４】
また、重量計測部４３は、空状態で容器４１の重量を計測し、また擬似キャピラリー状態での容器４１の重量、つまり容器４１と圧縮体（混合粉末）の総重量を計測して溶媒量演算部４４に与える。そして、溶媒量演算部４４は充填状態の容器４１の重量から空状態で容器４１の重量を減算することで圧縮体（容器４１中の混合粉末）の重量を求める。
【００２５】
また図示を省略しているが、溶媒量演算部４４はメモリを有している。そして、当該メモリには、粉体Ａ、Ｂ、Ｃ、…毎の真密度ρＡ、ρＢ、ρＣ、…が記憶されるとともに、電極スラリーの仕様毎に当該電極スラリーを組成する粉体の重量比が予め記憶されている。例えば正極を形成するために用いる電極スラリーを作製するために、ＬｉＣｏＯ２（ＬＣＯ）を主体とする粉末状の活物質材料の真密度として５．１［ｇ／ｃｍ３］、導電助剤としてアセチレンブラックの真密度として２．０［ｇ／ｃｍ３］、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の真密度として［１．７８ｇ／ｃｍ３］がメモリに予め記憶されている。また、ＬｉＣｏＯ２、アセチレンブラックおよびポリフッ化ビニリデンの重量比として８：１．２：０．８がメモリに記憶されている。
【００２６】
溶媒量演算部４４は、圧縮体の重量、当該圧縮体を組成する粉体の真密度ならびに重量比に基づいて擬似キャピラリー状態となっている圧縮体の体積を算出する。また、容器４１の内容積から圧縮体の体積を差し引いて空隙体積を算出する。さらに、溶媒量演算部４４は空隙体積から溶媒の適正量を導出し、これを溶媒量データとして混練装置３の制御部３３に与える。
【００２７】
次に、上記のように構成された電極スラリー作製システム１の動作について図２を参照しつつ説明する。図２は図１に示す電極スラリー作製システムの動作を示すフローチャートである。電極スラリーの仕様、つまり使用される活物質材料、導電助剤や結着剤の品種、配合比、ロット等が異なると、混練処理に適した溶媒量は異なることが多い。そこで、本実施形態では、電極スラリー作製システム１全体を制御するホストコンピュータ（図示省略）が電極スラリーの仕様変更の有無を判定する（ステップＳ１）。そして、仕様変更が発生した場合（ステップＳ１で「ＮＯ」）、ホストコンピュータが混合粉末供給装置２および溶媒量導出装置４を以下のように制御して溶媒量導出処理を実行して混練処理に適した溶媒量を導出する（ステップＳ２）。
【００２８】
この溶媒量導出処理では、混合粉末供給装置２が変更後の電極スラリーの仕様に応じた混合粉末を調製する（ステップＳ２１）。なお、こうして調製された混合粉末は以下に説明するように溶媒の適正値を求めるために圧縮処理や重量計測処理を受けるため、電極スラリーを作製するために用いられる混合粉末と異なる。そこで、溶媒量導出処理で用いる混合粉末を「計測対象粉末」と称し、電極スラリーを作製するために用いられる混合粉末と区別する。ただし、溶媒の適正値を求めた後で計測対象粉末を電極スラリー作製に供してもよいことは言うまでもない。
【００２９】
計測対象粉末の調製が完了すると、混合粉末供給装置２は計測対象粉末を溶媒量導出装置４の容器４１に供給する（ステップＳ２２）。この計測対象粉末では、粒子が凝集状態あるいは数珠繋ぎ状態で存在しており、空隙が多く存在している。ここで、電池の容量密度を向上させるためには、混練処理により混合粉末中で粒子同士の結着や凝集を効率的に破壊することが重要であり、それに適した溶媒量を求める必要がある。そこで、本実施形態は、上記知見に基づき擬似キャピラリー状態を形成する。より具体的には、容器４１に供給された計測対象粉末をプレス部４２により押圧して圧縮体を形成する（ステップＳ２３）。こうして形成された圧縮体の内部は擬似キャピラリー状態となっている。
【００３０】
そして、溶媒量演算部４４が圧縮体を収容した状態の容器４１の重量（＝容器４１と圧縮体の合計重量）から空状態の容器４１の重量を減算することで圧縮体（容器４１中の計測対象粉末）の重量Ｘ［ｇ］を求める。なお、混合粉末供給装置２が容器４１に供給する計測対象粉末の量を計測し、それに基づき重量Ｘ［ｇ］を求めてもよい。
【００３１】
溶媒量演算部４４は、上記重量Ｘ［ｇ］、メモリに記憶されている粉体毎の真密度および当該電極スラリーを組成する粉体の重量比から計測対象粉末の体積Ｖを求める。ここで、計測対象粉末が粉体Ａ、粉体Ｂ、…、粉体Ｎの合計Ｎ種類の粉体を重量比ＸＡ：ＸＢ：…：ＸＮで混合したものである場合、以下の計算式
【数１】
2015118806.tif 000003
により計測対象粉末を構成する粉体Ａ、粉体Ｂ、…、粉体Ｎの体積Ｖｎ（ｎ＝Ａ、Ｂ、…、Ｎ）を求める。
【００３２】
また、これらの体積Ｖｎを足し合わせることで計測対象粉末の体積Ｖを求める（ステップＳ２４）。つまり、溶媒量演算部４４は
【数２】
2015118806.tif 000004
を実行する。
【００３３】
そして、溶媒量演算部４４は、容器４１の内容積Ｖ０から計測対象粉末の体積Ｖを差し引く、つまり次式、
【数３】
2015118806.tif 000005
に基づいて擬似キャピラリー状態での粒子間の空隙体積Ｖｐ［ｃｍ３］を算出する（ステップＳ２５）。
【００３４】
この空隙を満たすだけの溶媒を混練処理時に添加することでキャピラリー状態が得られ、数珠繋ぎ状態や凝集状態で存在していた粒子同士を相互に引き離し、粒子を均一に分散させることができる。そこで、溶媒量演算部４４は、空隙体積Ｖｐに対して溶媒の密度ρｓを掛け合わせて溶媒の重量ｍｓ［ｇ］を求める。つまり次式、
【数４】
2015118806.tif 000006
に基づいて得られる溶媒の重量ｍｓを溶媒量データとして制御部３３のメモリ（図示省略）に書き込む（ステップＳ２６）。
【００３５】
こうして溶媒の適正値を示す溶媒量データが求まる、あるいは仕様変更が発生していない場合（ステップＳ１で「ＹＥＳ」）、ホストコンピュータは混合粉末供給装置２、混練装置３および希釈装置５を以下のように制御して電極スラリーの作製を行う。すなわち、混合粉末供給装置２が電極スラリーの仕様に応じた混合粉末を調製し、混練装置３の混練部３１に供給する（ステップＳ３）。そして、混練装置３では、制御部３３がメモリから溶媒量導出処理（ステップＳ２）によって求められた溶媒量データを読み出す（ステップＳ４）。そして制御部３３は当該溶媒量データに基づいて混練処理に適合した量の溶媒を供給する旨の供給指令を溶媒貯蔵供給部３２に与える。この供給指令を受けて溶媒貯蔵供給部３２は供給指令に基づき溶媒を混練部３１に供給し、混練部３１での混練処理が実行される（ステップＳ５）。例えば溶媒量導出処理での混合粉末と同量の混合粉末で電極スラリーを作製する場合には、溶媒量導出処理で導出された溶媒量と同一量の溶媒が溶媒貯蔵供給部３２から混練部３１に供給される。また、溶媒量導出処理での混合粉末と異なる量の混合粉末で電極スラリーを作製する場合には、相違量を考慮して溶媒貯蔵供給部３２から混練部３１に供給される溶媒量が調整される。そして、混練処理が完了すると、混練装置３は混練物を希釈装置５に供給し、溶媒により混練物を希釈して電極スラリーを作製する（ステップＳ６）。
【００３６】
以上のように、本実施形態によれば、電極スラリーを作製するための混合粉末と同一組成の計測対象粉末を調製し、この計測対象粉末を圧縮することで擬似キャピラリー状態を作り出している。そして、擬似キャピラリー状態にある計測対象粉末の粒子間の空隙体積に基づいて混練処理に際して混合粉末に供給する溶媒の量を導出している。このため、従来のように経験や試行錯誤により溶媒量を導出する場合に比べ、溶媒の適正量を効率的に導出することができる。また、この溶媒量導出技術を用いることで、活物質材料および導電助剤が溶媒中に均一に分散した電極スラリーを作製することができる。
【００３７】
また、上記実施形態では、計測対象粉末を圧縮して擬似キャピラリー状態の圧縮体を形成し、この圧縮体の体積Ｖ０から計測対象粉末の体積Ｖを減算して空隙体積Ｖｐを求めており、空隙体積Ｖｐを正確に求めることが可能となっている。ここで、計測対象粉末は複数種類の粉体を混合して調製されるため、本実施形態では、計測対象粉末に含まれる粉体毎の重量および真密度から計測対象粉末の体積を算出している。これによって、計測対象粉末Ｖの体積を正確に求めることができる。また、上記算出処理を行うためには粉体毎の重量Ｘｎを求める必要があるが、これらについては圧縮体の重量Ｘと、圧縮体を構成する粉体の重量比とに基づき算出してもよく、粉体毎の重量を正確に求めることができる。
【００３８】
さらに、圧縮体の体積については計測対象粉末の圧縮後に圧縮体を撮像したり、センシングした結果に基づいて体積を導出する、つまり体積導出処理を実行してもよいが、容器４１内で計測対象粉末を圧縮して圧縮体で容器４１を満たすように構成すると、容器４１の内容積Ｖ０を圧縮体の体積とすることができ、上記した体積導出処理が不要となり、効率的で、しかも正確な計測が可能となる。
【００３９】
このように本実施形態では、プレス部４２が本発明の「圧縮部」の一例に相当しており、当該プレス部４２により容器４１に供給された計測対象粉末をプレスして圧縮体を形成する工程（ステップＳ２３）が本発明の「圧縮工程」の一例に相当している。また、空隙体積Ｖｐ［ｃｍ３］を算出する工程（ステップＳ２５）が本発明の「空隙体積算出工程」の一例に相当している。式（４）に基づいて溶媒の重量ｍｓを溶媒量データとして決定する工程（ステップＳ２６）が本発明の「溶媒量決定工程」の一例に相当している。
【００４０】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記実施形態では、電極スラリーを作製するための混合粉末を調製する混合粉末供給装置２により計測対象粉末を調製して溶媒量導出装置４に供給しているが、オペレータが手作業で計測対象粉末を調製するように構成してもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、混合粉末供給装置２、混練装置３および溶媒量導出装置４が協働して溶媒量導出処理および混練処理を実行するように電極スラリー作製システム１が構成されているが、混合粉末供給装置２、混練装置３および希釈装置５を有する電極スラリー作製システム１から分離独立した形式で溶媒量導出装置４を設けてもよい。つまり、溶媒量導出装置４単独で溶媒量導出処理を実行して溶媒量データを導出し、そのデータをオペレータが電極スラリー作製システム１のホストコンピュータを介して入力設定するように構成してもよい。
【実施例】
【００４２】
次に本発明の実施例を示す。ただし、本発明はもとより下記の実施例によって制限を受けるものではない。したがって、前後記の趣旨に適合しうる範囲で適当に変更を加えて実施することももちろん可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４３】
以下では、
活物質材料：コバルト酸リチウムの粉体（以下、「粉体ＬＣＯ」という）
導電助剤：アセチレンブラックの粉体（以下、「粉体ＡＢ」という）
結着剤：ポリフッ化ビニリデンの粉体（以下、「粉体ＰＶｄＦ」という）
をそれぞれ粉体貯蔵タンク２１１に貯蔵し、各粉体の重量比を
（粉体ＬＣＯ）：（粉体ＡＢ）：（粉体ＰＶｄＦ）＝８：１．２：０．８
で混合した混合粉末２０［ｇ］を調製し、これを計測対象粉末として用いる。この場合、粉体ＬＣＯ、粉体ＡＢ、粉体ＰＶｄＦの重量は、それぞれ１６［ｇ］、２．４［ｇ］、１．６［ｇ］である。また、粉体ＬＣＯ、粉体ＡＢ、粉体ＰＶｄＦの真密度は、それぞれ５．１［ｇ／ｃｍ３］、２．０［ｇ／ｃｍ３］、１．７８［ｇ／ｃｍ３］である。
【００４４】
上記２０［ｇ］の計測対象粉末を、かさ（内容積）が１０．４０［ｃｍ３］の容器に充填してプレスして圧縮体を形成した。ここで、圧縮体の体積は容器の内容積と同じであり、１０．４０［ｃｍ３］である。これに対し、計測対象粉末中の粉体ＬＣＯの体積は
１６［ｇ］÷５．１［ｇ／ｃｍ３］＝３．１４［ｃｍ３］
であり、粉体ＡＢの体積は
２．４［ｇ］÷２．０［ｇ／ｃｍ３］＝１．２［ｃｍ３］
であり、粉体ＰＶｄＦの体積は
１．６［ｇ］÷１．７８［ｇ／ｃｍ３］＝０．９［ｃｍ３］
であり、計測対象粉末の体積は５．２４（＝３．１４＋１．２＋０．９）［ｃｍ３］である。したがって、圧縮体に存在する空隙体積が
１０．４０−５．２４＝５．１６［ｃｍ３］
であることがわかる。
【００４５】
そして、この空隙体積を満たす溶媒量が適正値であり、密度ρｓ＝１．０３［ｇ／ｃｍ３］であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を溶媒として用いる場合には、溶媒の重量ｍｓは
５．１６［ｃｍ３］×１．０３［ｇ／ｃｍ３］＝５．３１［ｇ］
となる。
【００４６】
こうして得られた量の溶媒（ＮＭＰ）を上記組成の混合粉末２０［ｇ］に添加して混練処理を行って混練物を作製する。この混練物中の固形分濃度は７９［ｗｔ％］に相当する。さらに当該混練物に１１．０５［ｇ］の溶媒（ＮＭＰ）で希釈して固形分濃度が７９から５５［ｗｔ％］に低下させて電極スラリーを作製した。そして、当該電極スラリーを所定の目付け量で集電体上に塗布して、乾燥後に、３０［ＭＰａ］でプレスし活物質層を形成して正極電極を形成した。また、上記目付け量は単位面積あたりの電極ペーストの重量であるが、１．５［ｍＡｈ／ｃｍ２］の容量が得られる目付け量とした。そして、上記正極電極からφ１４［ｍｍ］の電極を打抜き、重量および膜厚を計測し、それらから容量密度［ｍＡｈ／ｃｍ３］を算出した。その結果、容量密度＝２８８［ｍＡｈ／ｃｍ３］が得られた。
【００４７】
このように本発明にかかる溶媒量導出技術を用いて得られる溶媒量で混練処理した電極スラリーを用いて活物質層を形成すると、当該活物質層は優れた容量密度を有することとなり、電池の高容量化が可能となっている。
【００４８】
なお、上記実施例では、混合粉末の空隙体積に相当する溶媒を添加して混練処理を行っているが、溶媒の添加量のみを変えて混練処理を行い、上記と同様にして容量密度を求めると、図３に示す結果が得られた。同図中の（１）〜（７）はそれぞれ異なる溶媒量の実施例を示している。
【００４９】
同図中の実施例（４）が上記実施例（溶媒量＝５．３１［ｇ］）の結果であり、同図中の実施例（１）〜（３）、（５）〜（７）がそれぞれ溶媒（ＮＭＰ）を２．２２［ｇ］、３．５３［ｇ］、５［ｇ］、６．６７［ｇ］、１０．７７［ｇ］、１６．３６［ｇ］添加して混練処理した場合の結果を示している。なお、混練処理および希釈処理で添加される溶媒の総和は１６．３６［ｇ］に統一され、いずれの実施例においても最終的な固形分濃度が５５［ｗｔ％］となるように希釈処理において添加する溶媒量を調整した。これは次の理由からである。すなわち、５５［ｗｔ％］より小さいと電極スラリー（塗布液）の粘度が小さくなり、塗布後の塗布膜が平坦電極の表面に沿って広がり、所望膜厚の活物質層が得らないない。一方、５５［ｗｔ％］より大きいと、粘度が大きくなり、塗布膜の表面に凹凸形状を呈してしまう。したがって、これらの問題を発生させないために、電極スラリーの固形分濃度は５５［ｗｔ％］に調整されている。
【００５０】
図３から明らかなように、混合粉末の空隙体積をきっちりと満たす量の溶媒を添加して混練処理を行うことで優れた容量密度を有する活物質層が得られ、混練処理時に添加する溶媒量が多少変動しても高い容量密度を有する活物質層が得られる。ただし、二次電池の高容量化を図るという観点から、現状では２７０［ｍＡｈ／ｃｍ３］以上の容量密度が要求されることが多く、この技術要求を満足させるという観点から図３中の実施例（３）〜実施例（６）が好適であり、混練処理により得られる混練物中の固形分濃度が６５［ｗｔ％］〜８０［ｗｔ％］となるように溶媒量を設定するのが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
この発明は、粉末状の活物質材料および導電助剤を含む混合粉末を混練する際に混合粉末に供給する溶媒の適正量を求める溶媒量導出技術および当該溶媒量導出技術を用いた電極スラリー作製技術に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１…電極スラリー作製システム
３…混練装置
４…溶媒量導出装置
５…希釈装置
４１…容器
４２…プレス部（圧縮部）
４４…溶媒量演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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