(57)【要約】【課題】一度の混練により異種のペーストを製造することが可能な異種ペースト製造方法及び異種ペースト製造装置を提供する。【解決手段】同一の溶媒にコバルト酸リチウム及びマンガン酸リチウムを含有させた混合ペーストを混練する混練装置１０と、混練装置１０により混練された混合ペーストを遠心分離することで、溶媒にコバルト酸リチウムを比較的多く含有させた第１ペーストと、溶媒にマンガン酸リチウムを比較的多く含有させた第２ペーストに分離する遠心分離機２０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の溶媒に第１活物質及び該第１活物質よりも比重若しくは粒径が小さい第２活物質を含有させて混合ペーストを製造する混合ペースト製造工程と、
前記混合ペーストを混練する混練工程と、
前記混練工程により混練された前記混合ペーストを遠心分離することで、溶媒に前記第１活物質を比較的多く含有させた第１ペーストと、溶媒に前記第２活物質を比較的多く含有させた第２ペーストとに分離する分離工程と、を備えたことを特徴とする異種ペースト製造方法。
【請求項２】
前記混練工程は、前記混合ペーストを加圧する混練装置によって前記混合ペーストを混練し、
前記分離工程は、前記混練装置によって前記混合ペーストに付与された運動エネルギーを利用して、前記混合ペーストの遠心分離を行うことを特徴とする請求項１に記載の異種ペースト製造方法。
【請求項３】
同一の溶媒に第１活物質及び該第１活物質よりも比重若しくは粒径が小さい第２活物質を含有させた混合ペーストを混練する混練装置と、
前記混練工程により混練された前記混合ペーストを遠心分離することで、溶媒に前記第１活物質を比較的多く含有させた第１ペーストと、溶媒に前記第２活物質を比較的多く含有させた第２ペーストとに分離する分離装置と、を備えたことを特徴とする異種ペースト製造装置。
【請求項４】
前記混練装置は、前記混合ペーストを加圧することで混練し、
前記分離装置は、前記混練装置によって前記混合ペーストに付与された運動エネルギーを利用して、前記混合ペーストの遠心分離を行うことを特徴とする請求項３に記載の異種ペースト製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種ペースト製造方法及び異種ペースト製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、起電力が大きく高容量という特性が評価され、リチウムイオン二次電池が広く普及している。特に、小型軽量なリチウムイオン二次電池は、携帯機器の利便性向上などに大きく貢献しており、自動車の動力源としても実用化されている。
【０００３】
このようなリチウムイオン二次電池の電極では、電極基材表面に形成される膜を厚くすることにより、セパレータや電極基材の体積を相対的に小さくし、エネルギー密度の向上を図る検討が進められている。しかしながら、このような厚膜化は、それに伴って電極の内部抵抗が増加するため、ハイレート特性の低下を招くという課題があった。
【０００４】
下記特許文献１には、高いハイレート特性を担保する電極の製造方法として、含有する活物質の種類が各々異なる複数のペーストを、電極基材表面に、順次塗工して積層するものが提案されている。下層には比較的粒径が大きい活物質を含有させたペーストを塗工する一方、その上層には、比較的粒径が小さく反応面積が大きい活物質を含有させたペーストを塗工して積層することで、電極のハイレート特性が向上することが確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３５５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような複数種のペーストの塗工については、２層ダイ方式等により、１つの塗工工程によって積層された膜を得ることが可能である。しかしながら、各々の膜の形成に用いるペーストについては、含有する活物質ごとに別個に製造することが一般的である。
【０００７】
したがって、溶媒に活物質を含有させて混練する工程も、各々のペーストの製造工程において設ける必要があった。この場合に、各々の混練工程ごとに混練装置を複数用意すると、製造コストが高くなる。一方、一つの混練装置でペースト別に複数回混練を行うと、製造に長時間を要してしまうといった課題があった。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、一度の混練により異種のペーストを製造することが可能な異種ペースト製造方法及び異種ペースト製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る異種ペースト製造方法は、同一の溶媒に第１活物質及び該第１活物質よりも比重若しくは粒径が小さい第２活物質を含有させて混合ペーストを製造する混合ペースト製造工程と、前記混合ペーストを混練する混練工程と、前記混練工程により混練された前記混合ペーストを遠心分離することで、溶媒に前記第１活物質を比較的多く含有させた第１ペーストと、溶媒に前記第２活物質を比較的多く含有させた第２ペーストとに分離する分離工程と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
本発明に係る異種ペースト製造方法では、同一の溶媒に第１活物質及び第２活物質を含有させて混合ペーストを製造し、当該混合ペーストを混練する。そして、その混練後の混合ペーストを遠心分離することにより、第１ペーストと第２ペーストとを得る。したがって、混練工程は混合ペーストを混練する１つとしながらも、異種のペーストを得るとともに、製造コストの低減及び製造時間の短縮化を図ることが可能となる。
【００１１】
また本発明に係る異種ペースト製造方法では、前記混練工程は、前記混合ペーストを加圧する混練装置によって前記混合ペーストを混練し、前記分離工程は、前記混練装置によって前記混合ペーストに付与された運動エネルギーを利用して、前記混合ペーストの遠心分離を行うことも好ましい。
【００１２】
この好ましい態様では、混練工程は、混合ペーストを加圧する混練装置を用いており、分離工程は、この混練装置の加圧によって混合ペーストに付与された運動エネルギーを利用して、混合ペーストの遠心分離を行う。したがって、混合ペーストが静止している状態（すなわち、混合ペーストが持つ運動エネルギーがゼロの状態）から遠心分離を開始する場合に比べて、遠心分離に要するエネルギーを小さくすることができる。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明に係る異種ペースト製造装置は、同一の溶媒に第１活物質及び該第１活物質よりも比重若しくは粒径が小さい第２活物質を含有させた混合ペーストを混練する混練装置と、前記混練工程により混練された前記混合ペーストを遠心分離することで、溶媒に前記第１活物質を比較的多く含有させた第１ペーストと、溶媒に前記第２活物質を比較的多く含有させた第２ペーストとに分離する分離装置と、を備えたことを特徴としている。
【００１４】
本発明に係る異種ペースト製造装置では、同一の溶媒に第１活物質及び第２活物質を含有させて混合ペーストを製造し、当該混合ペーストを混練する。そして、その混練後の混合ペーストを分離装置によって遠心分離することにより、第１ペーストと第２ペーストとを得る。したがって、混練装置は混合ペーストを混練する１つとしながらも、異種のペーストを得るとともに、製造コストの低減及び製造時間の短縮化を図ることが可能となる。
【００１５】
また本発明に係る異種ペースト製造装置では、前記混練装置は、前記混合ペーストを加圧することで混練し、前記分離装置は、前記混練装置によって前記混合ペーストに付与された運動エネルギーを利用して、前記混合ペーストの遠心分離を行うことも好ましい。
【００１６】
この好ましい態様では、混練装置は、混合ペーストを加圧するものであり、分離装置は、混練装置の加圧によって混合ペーストに付与された運動エネルギーを利用して、混合ペーストの遠心分離を行う。したがって、混合ペーストが静止している状態（すなわち、混合ペーストが持つ運動エネルギーがゼロの状態）から遠心分離を開始する場合に比べて、遠心分離に要するエネルギーを小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、一度の混練により異種のペーストを製造することが可能な異種ペースト製造方法及び異種ペースト製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る異種ペースト製造装置の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る異種ペースト製造装置が有する混練装置の模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る異種ペースト製造装置が有するノズルプレートの模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る異種ペースト製造装置が有する遠心分離機の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２０】
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る異種ペースト製造装置の概要を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る異種ペースト製造装置の模式図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る異種ペースト製造装置ＰＰＭは、混練装置１０と、この混練装置１０の下流側に配置される遠心分離機２０と、さらにその下流側に配置される第１ペースト貯留タンク３１、第２ペースト貯留タンク４１を有する。
【００２２】
混練装置１０は、混合ペースト貯留タンク１１と、ポンプ１２と、供給流路１３と、圧送流路１４と、ノズル１５を有している。混合ペースト貯留タンク１１は、後述するように、異種の活物質を含有させた溶媒である混合ペーストを貯留するタンクである。混合ペースト貯留タンク１１に貯留される混合ペーストは、供給流路１３によって圧送流路１４へと供給される。ポンプ１２の駆動によって加圧され、圧送流路１４を流れる混合ペーストは、ノズル１５を経て、遠心分離機２０へと供給される。
【００２３】
遠心分離機２０は、圧送流路１４の下流側に接続されている。この遠心分離機２０は、部位によって径が異なる円筒状に形成されており、混練装置１０から圧送流路１４を介して圧送されてくる混合ペーストを、その内部に流入させるように構成されている。後述するように、遠心分離機２０の内部に流入した混合ペーストは旋回し、その旋回により生じる遠心力によって異種ペーストの分離が行われる。遠心分離機２０は、下端に下部出口２４が開設され、上端に上部出口２７が開設されており、遠心分離機２０の内部で分離された異種ペーストは、それぞれ下部出口２４、上部出口２７から供給される。
【００２４】
第１ペースト貯留タンク３１、第２ペースト貯留タンク４１は、遠心分離機２０によって分離された異種ペーストをそれぞれ貯留するタンクである。第１ペースト貯留タンク３１は、遠心分離機２０の下部出口２４から供給される第１ペーストを、第１流路３２を介してその内部に流入させて貯留する。一方、第２ペースト貯留タンク４１は、遠心分離機２０の上部出口２７から供給される第２ペーストを、第２流路４２を介してその内部に流入させて貯留する。
【００２５】
次に、図２を参照して、混練装置について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る異種ペースト製造装置が有する混練装置の模式図である。
【００２６】
混練装置１０の駆動に先駆けて、混合ペースト貯留タンク１１内に、Ｎ−メチル２ピロリドン（ＮＭＰ）からなる溶媒５０が投入され、そこに電極の活物質であるコバルト酸リチウム３０及びマンガン酸リチウム４０を投入して含有させることで、混合ペーストＰを製造する（混合ペースト製造工程）。
【００２７】
コバルト酸リチウム３０及びマンガン酸リチウム４０は、単独では微粒子として存在し、その比重と粒径は、いずれもマンガン酸リチウム４０の方が小さい。混合ペーストＰには、この他にも上記活物質を電極基材に塗工するため、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含有させている。また、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素樹脂バインダーを用いれば、溶媒５０として水を採用することもできる。
【００２８】
混合ペースト貯留タンク１１の下端に接続される供給流路１３には、開閉弁１３ａが内蔵されている。開閉弁１３ａは、開閉動作により供給流路１３内の流路を開放又は閉塞し、混合ペースト貯留タンク１１内に貯留された混合ペーストＰを圧送流路１４へ適宜供給する。
【００２９】
ポンプ１２はプランジャーポンプであり、供給流路１３よりも上流側で圧送流路１４に接続されている。混合ペースト貯留タンク１１から圧送流路１４へ供給された混合ペーストＰは、ポンプ１２の駆動により加圧され、矢印Ａ１で表すように下流側のノズル１５に向けて圧送される。
【００３０】
ノズル１５は、混合ペースト貯留タンク１１及びポンプ１２よりも下流側で圧送流路１４に設けられ、上流側プレート１６及び下流側プレート１７からなるノズルプレート１８を内蔵している。後述するように、上流側プレート１６及び下流側プレート１７は、いずれもその内部に混合ペーストＰを通過させる流路が形成されている。上流側から矢印Ａ１の方向に圧送されて、当該流路を通過した混合ペーストＰは、矢印Ａ５で示すようにさらに下流へと圧送される。
【００３１】
次に、図３を参照して、ノズルプレートについて説明する。図３は、本発明の実施形態に係る異種ペースト製造装置が有するノズルプレートの模式図である。
【００３２】
ノズルプレート１８は、ノズル１５において圧送流路１４内を上流側と下流側とに区画するようにして設けられ、上流側に配置される上流側プレート１６と、下流側に配置される下流側プレート１７を有している。上流側プレート１６と下流側プレート１７は、いずれも圧送流路１４が延びる方向を厚さ方向とする板状に形成され、互いに当接させて設けられている。上流側プレート１６の上流側の面には、当該面の略対角線上に配置されるようにして、円形の入口１６１ａ、１６１ｂが独立して開設されている。また、上流側プレート１６の内部には、入口１６１ａ、１６１１ｂと連通する上流側ノズル流路１６Ａが形成されている。一方、下流側プレート１７の内部には、下流側ノズル流路１７Ａが形成されている。下流側プレート１７の下流側の面には、当該面の略対角線上に配置されるようにして、円形の出口１７１ａ、１７１ｂが独立して開設されており、いずれも下流側ノズル流路１７Ａと連通している。また、上流側ノズル流路１６Ａと下流側ノズル流路１７Ａは、中央部の連絡部１６７で連通している。
【００３３】
ポンプ１２の駆動により加圧され、ノズルプレート１８まで圧送された混合ペーストＰは、矢印Ａ１ａ、Ａ１ｂで表すように、分岐して上流側プレート１６の入口１６１ａ、１６１ｂから上流側ノズル流路１６Ａへと流入する。上流側ノズル流路１６Ａは、入口１６１ａ、１６１ｂから延びる柱状流路１６２ａ、１６２ｂを有しており、入口１６１ａ、１６１ｂから流入した混合ペーストＰは、これらに沿って上流側プレート１６の厚さ方向に流れる。
【００３４】
上流側ノズル流路１６Ａは、柱状流路１６２ａ、１６２ｂのそれぞれの下流側端部を連結する連結合流流路１６３を有している。柱状流路１６２ａ、１６２ｂの下流側端部まで達した混合ペーストＰは、矢印Ａ２ａ、Ａ２ｂで表すように、その流れの向きを変えて連結合流流路１６３内に流入し、中央部の連絡部１６７に向かって流れる。
【００３５】
柱状流路１６２ａ、１６２ｂのそれぞれから連結合流流路１６３内に流入し、ノズルプレート１８の中央部に向かって流れる混合ペーストＰは、連絡部１６７において合流する。その後、矢印Ａ３ａ、Ａ３ｂで表すように、混合ペーストＰは再度分岐して下流側ノズル流路１７Ａの連結分岐流路１７３に流入する。連結分岐流路１７３は、連結合流流路１６３と交差する方向に延びる流路であり、その端部は柱状流路１７２ａ、１７２ｂに連通している。柱状流路１７２ａ、１７２ｂは、それぞれ出口１７１ａ、１７１ｂまで延びており、矢印Ａ４ａ、Ａ４ｂで表すように、連結分岐流路１７３から柱状流路１７２ａ、１７２ｂに流入した混合ペーストＰは、出口１７１ａ、１７１ｂから下流側に流出し、圧送流路１４において合流する。
【００３６】
上流側ノズル流路１６Ａ及び下流側ノズル流路１７Ａを通過する際、混合ペーストＰの内部には、各流路の内壁との摩擦に起因するせん断力が生じる。また、それと同時に、混合ペーストＰの流れは、その方向が様々に変化するとともに、流れの合流及び分岐が繰り返し生じる。このように混合ペーストＰに作用するせん断力と、合流及び分岐により、混合ペーストＰの混練が行われる。したがって、ノズルプレート１８を通過した混合ペーストＰは、溶媒５０中にコバルト酸リチウム３０及びマンガン酸リチウム４０を一様に含有するものとなる。
【００３７】
次に、図４を参照して、遠心分離機について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る異種ペースト製造装置が有する遠心分離機の模式図である。
【００３８】
遠心分離機２０は、その上方寄りの一部に、外筒２２ａ及び内筒２２ｂからなる二重管構造を有している。外筒２２ａには、圧入口２１が開設されている。ノズル１５のノズルプレート１８を通過した混合ペーストＰは、その流れを止めることなく（ポンプ１２の加圧によって付与された運動エネルギーを持ったまま）、矢印Ａ６のように圧入口２１から遠心分離機２０の内部に流入する。
【００３９】
圧入口２１から遠心分離機２０の内部に流入した混合ペーストＰは、その流入の際の慣性のみによって、外筒２２ａと内筒２２ｂとの間を流れ、矢印Ａ７のように旋回する渦流となる。外筒２２ａの下端からは、その内径が漸次小さくなるテーパ部２３が下方に向けて延設されており、上記渦流は、このテーパ部２３の内壁面に沿って旋回しながら下降する。この下降渦流は、粒径・比重が比較的大きいコバルト酸リチウム３０を押し下げ、下部出口２４へと導く。
【００４０】
一方、テーパ部２３の中心部では、下降渦流とは逆向きの矢印Ａ９の方向に旋回する渦流が発生する。この渦流は、テーパ部２３の中心部を旋回しながら上昇し、粒径・比重が比較的小さいマンガン酸リチウム４０を押し上げ、外筒２２ａの上方に設けられる上部第１筒部２５及び上部第２筒部２６を通過させ、上部出口２７へと導く。
【００４１】
このように、遠心分離機２０内において混合ペーストＰが旋回することにより、コバルト酸リチウム３０とマンガン酸リチウム４０との遠心分離が行われる（分離工程）。その結果、遠心分離機２０の下部出口２４からは、矢印Ａ８で表すように、コバルト酸リチウム３０を比較的多く含有する第１ペーストが供給される。一方、上部出口２７からは、矢印Ａ１０で表すように、マンガン酸リチウム４０を比較的多く含有する第２ペーストが供給される。
【００４２】
図１に表したように、下部出口２４から供給される第１ペーストは、第１流路３２を介して第１ペースト貯留タンク３１に供給され、貯留される。また、遠心分離機２０の上部出口２７から供給される第２ペーストは、第２流路４２を介して内部に第２ペースト貯留タンク４１に供給され、貯留される。このように分離して得られた第１ペースト及び第２ペーストは、いずれもリチウムイオン二次電池の電極形成の用に供される。
【００４３】
本発明の実施形態に係る異種ペースト製造装置ＰＰＭでは、混練工程は混合ペーストＰを混練する１つとしながらも、異種のペーストである第１ペースト及び第２ペーストを得るとともに、製造コストの低減及び製造時間の短縮化を図ることが可能となる。
【００４４】
また、混練装置１０は、混合ペーストＰを加圧するものであり、遠心分離機２０は、この混練装置１０の加圧によって混合ペーストＰに付与された運動エネルギーを利用して、混合ペーストＰの遠心分離を行う。すなわち、「運動エネルギーを利用」とは、遠心分離に必要な混合ペーストＰの運動エネルギーを、すべて混練装置１０の加圧によって付与することを意味するものである。換言すれば、混練装置１０によって加圧されて遠心分離機２０内に流入するペーストＰは、外部から新たなエネルギーを付与されることなく、遠心分離に必要な運動エネルギーを有していることを意味する。したがって、混合ペーストＰが静止している状態（すなわち、混合ペーストが持つ運動エネルギーがゼロの状態）から遠心分離を開始する場合に比べて、遠心分離に要するエネルギーを小さくすることができる。
【００４５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ：混練装置
１２  ：ポンプ
１５  ：ノズル
２０  ：遠心分離機（分離装置）
３０  ：コバルト酸リチウム（第１活物質）
３１  ：第１ペースト貯留タンク
４０  ：マンガン酸リチウム（第２活物質）
４１  ：第２ペースト貯留タンク
Ｐ    ：混合ペースト
ＰＰＭ：異種ペースト製造装置
【図１】
2015035363.tif 000003
【図２】
2015035363.tif 000004
【図３】
2015035363.tif 000005
【図４】
2015035363.tif 000006