(57)【要約】【課題】混練機と塗工機との間に、配管やポンプを追加することなく、得られた混練物よりダマを除去する。【解決手段】混練機１０は、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含む原材料を収容するタンク本体１１ａ及びフード１１ｂで構成されたタンクと、タンク本体１１ａ内で原材料を混練する混練手段１２と、タンク本体１１ａ内で混練された後の原材料を排出する排出部１３とを備えている。排出部１３は、排出部１３を通過するスラリー状の電極用合剤をろ過するフィルタ１４を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の原材料より混練物を製造する混練機であって、
前記原材料を収容する容器と、
前記容器内で前記原材料を混練する混練手段と、
前記容器内より混練物を排出することができる排出部と、
前記排出部に設けられたフィルタと
を備えていることを特徴とする混練機。
【請求項２】
前記混練物は少なくとも活物質、バインダおよび溶媒を含む電極用合剤であり、前記排出部は、前記フィルタより容器内側に配置された開閉手段を備え、前記開閉手段は、閉鎖時に、前記原材料の前記フィルタへの侵入を阻止する請求項１に記載の混練機。
【請求項３】
前記容器は、前記容器の上部に、容器内へのガスの導入を可能とする供給口を備える請求項１又は請求項２に記載の混練機。
【請求項４】
前記排出部は、容器の底部に配置されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の混練機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混練機に係り、詳しくは蓄電装置の電極用合剤を製造するための混練機に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）などの車両に搭載される蓄電装置としては、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池などがよく知られている。これらの二次電池では、金属箔の表面に活物質を含むペースト状又はスラリー状の活物質合剤を塗布して活物質層を形成した電極を、間にセパレータを介在させた状態で積層又は捲回するなどして電極組立体を形成するとともに、該電極組立体をケースに収容している。
【０００３】
スラリー状の電極用活物質合剤（以下、単に電極用合剤と称す）の調整は、少なくとも活物質、バインダ及び溶媒を含み、必要に応じて増粘剤を含む原材料を混練する。活物質、バインダ及び増粘剤は粉体であり、粉体と溶媒とを均一に混合してスラリー状の活物質合剤を製造するため、例えば、少量の溶媒で活物質等の粉体を混練（固練り）し、次いで溶媒で希釈する混練方法が用いられている。
【０００４】
混練方法としてバッチ式と連続式とがある。連続式では、内部に攪拌体が設けられたケーシング内に導入口から連続的に原料が供給され、攪拌体により攪拌混合された後、排出口から排出される。例えば、特許文献１には、二軸連続混練機として、混練室内に二本の回転軸を配置し、回転軸に支持された送りスクリューにより投入される粉体及び液体を上流より下流に送りながら、同様に回転軸に支持されたバレル（攪拌体）にて粉体及び液体を攪拌する構造が記載されている。また、このような混練機を含む電極製造装置の例が、特許文献２に開示されている。特許文献２の電極製造装置は、製造部・貯蔵部・塗工部よりなり、各部は管路とポンプとで接続されている。一方、バッチ式では、混練機のタンク内で１回分の原材料の混練が終わると、タンクの回収口（排出口）からスラリー状の電極用合剤を回収して塗工機（塗布装置）で使用する。このようなバッチ式の混練機の一例として、特許文献３には、容器内のペーストに対し、蓋とともに混練手段を昇降可能した構成が開示されている。
【０００５】
バッチ式と連続式とを比較した場合、バッチ式はトレーサビリティーに優れる。電極用合剤にて例えると、連続式の混練機は、連続して投入される粉体及び液体の各材料と、排出口から排出される電極用合剤との関係が、構造上、確認しづらい。具体的には、製造された電極用合剤、あるいは電極の活物質層の特性に変化があった場合にも、何時投入された、どの材料が関係するのか、特定することが困難である。このため、混練時の品質管理を重視する場合には、バッチ式が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−８３７０３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８１４６５号公報
【特許文献３】特開２００９−２２８９０号号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
バッチ式の混練機において、より品質の高い電極用合剤を得る為には、混練後にダマ（粉体の凝集塊）を取り除くことが望ましい。特許文献２には、貯蔵部内にて、電極スラリーを循環させる循環系と、循環系の配置された粗粒除去フィルタとが開示されている。しかしながら、バッチ式の混練機は、特許文献２のようなフィルタを配置する為の配管、および、電極用合剤をフィルタに送るポンプを有していない。
【０００８】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、混練機と塗工機との間に配管やポンプを設けたりすることなく、ダマを除去することができるバッチ式の混練機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混練機は、複数の原材料より混練物を製造する混練機であって、前記原材料を収容する容器と、前記容器内で前記原材料を混練する混練手段と、前記容器内より混練物を排出することができる排出部と、前記排出部に設けられたフィルタとを備えている。
【００１０】
この混練機によれば、容器内に原材料を投入すると、混練手段により混練され混練物が製造される。混練物は、排出部から排出（回収）される際、排出部に設けられたフィルタを通過することによりダマが除去される。したがって、混練機と塗工機との間の配管やポンプを設けたりすることなく、ろ過の為に作業を新たに追加すること無く、得られた混練物からダマを除去することができる。
【００１１】
前記混練物は少なくとも活物質、バインダおよび溶媒を原材料として含む電極用合剤であり、前記排出部は前記フィルタより容器内側に配置された開閉手段を備え、前記開閉手段は、閉鎖時に、前記原材料の前記フィルタへの侵入を阻止することが好ましい。容器内の原材料を混練手段で混練する際、原材料がフィルタと接触する状態で混練されると、混練中に原材料の粉末がフィルタに侵入する。フィルタに侵入した原材料は、混練手段によるせん断作用を受けない為、生成される電極用合剤の分散状態が悪化する虞がある。しかし、排出部にて、フィルタより容器内側に開閉手段を配置することで、混練中にフィルタへの原材料の侵入が阻止される。これにより、スラリー状の電極用合剤における活物質の分散状態が悪化する虞がなくなる。
【００１２】
前記容器は、前記容器の上部に、前記容器内へのガスの導入を可能とする供給口を備えることが好ましい。この構成によれば、原材料の混練終了後、スラリー状の電極用合剤を排出部から排出（回収）する際、供給口から加圧ガスを容器内に供給することにより、排出部にフィルタを配置したとしても、電極用合剤の排出（回収）に要する時間を短くすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、混練機と塗工機との間に、配管やポンプを追加すること無く、得られた混練物からダマを除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は一実施形態の混練機の一部破断正面図、（ｂ）は部分拡大断面図。
【図２】混練手段が混練位置に配置された状態の模式断面図。
【図３】（ａ）は電極用合剤の回収時に配管を接続した状態の模式部分断面図、（ｂ）はカバーを開位置に配置して電極用合剤を回収している状態の模式部分断面図。
【図４】（ａ）は別の実施形態の模式部分断面図、（ｂ）はその部分拡大図。
【図５】別の実施形態の模式部分断面図。
【図６】別の実施形態の模式部分断面図。
【図７】別の実施形態の模式部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１に示すように、バッチ式の混練機１０は、基本的にプラネタリーミキサーと同様に構成され、原材料を収容する容器として、有底円筒状のタンク本体１１ａと、タンク１１の上部にてタンク本体１１ａの開口部を覆う有天円筒状のフード１１ｂとで構成されたタンク１１と、タンク本体１１ａに収容された原材料を混練する混練手段１２とを備えている。タンク本体１１ａは、タンク本体１１ａ内で混練された後の原材料を排出する排出部１３を備え、排出部１３には、排出部１３を通過する電極用合剤をろ過するフィルタ１４が設けられている。タンク１１は、ステンレス等の金属製である。
【００１６】
タンク１１の上方には、攪拌ヘッド１５がシリンダ１６により昇降可能に設けられており、フード１１ｂは、攪拌ヘッド１５と共に昇降可能に攪拌ヘッド１５に固定されている。フード１１ｂは、タンク１１内へのガスの導入を可能とする供給口としての加圧口１７を備えている。加圧口１７は、パイプを介して加圧ガス供給部に接続可能に構成されている。即ち、タンク１１は、タンク１１内を加圧する加圧ガス供給部に接続可能な加圧口１７を備えている。
【００１７】
攪拌ヘッド１５はロータ１８を備え、ロータ１８はモータ１９により減速機２０を介して駆動される駆動軸により駆動される。ロータ１８は遊星歯車機構を備え、混練手段１２はロータ１８により遊星歯車運動を行う状態で駆動される。
【００１８】
混練手段１２は、攪拌ヘッド１５の昇降により、タンク本体１１ａ内で攪拌を行う攪拌位置（図２の状態）及びタンク本体１１ａ内から退出した待機位置に移動可能になっている。混練手段１２は複数（この実施形態では２個）のブレード１２ａを有し、攪拌ヘッド１５が最下降位置に移動した状態で、ブレード１２ａがタンク本体１１ａ内の被攪拌物の量の多少に限らず、被攪拌物を攪拌可能な攪拌位置に配置される。混練手段１２は攪拌位置において、タンク本体１１ａ内で遊星運動を行いながら、粉体の混合あるいは粉体と液体との混練が可能に構成されている。
【００１９】
ブレード１２ａは、例えば、ステンレス等の金属製の角材を繋ぎ合わせて三角枠状に形成されている。また、ブレード１２ａは、混練手段１２が攪拌位置に配置された状態において、タンク本体１１ａの底壁内面との間において原材料に大きなせん断力を作用させる距離を有するように配設されている。
【００２０】
図１（ｂ）に示すように、排出部１３は、タンク本体１１ａの底壁２１に形成された開口部１３ａと、開口部１３ａの周縁からタンク本体１１ａの外側に突設された筒部１３ｂとを備えている。筒部１３ｂの基端側には開口部１３ａを通過する混練された後の原材料、即ち電極用合剤（電極用活物質合剤）をろ過するフィルタ１４が設けられている。
【００２１】
排出部１３は、排出部１３の開閉手段であり、フィルタ１４を覆うカバー２３を備えている。カバー２３は、開口部１３ａにおけるフィルタ１４が設けられた位置よりタンク本体１１ａの内側寄りに設けられている。カバー２３は、タンク本体１１ａ内に存在する原材料が排出部１３に侵入するのを阻止する図１（ｂ）に示す遮蔽位置と、原材料が排出部１３に進入するのを許容する退避位置とに移動可能に設けられている。
【００２２】
詳述すると、底壁２１にはカバー２３をタンク本体１１ａの底面と平行にスライド可能に収容する収容部２４が設けられている。カバー２３は、開口部１３ａの径より幅広に形成され、底壁２１には収容部２４の開口部１３ａ寄り端部に連続してカバー２３の移動を許容するガイド溝２５が形成されている。そして、図１（ｂ）に示すように、カバー２３は、遮蔽位置に配置された状態では、先端がガイド溝２５の収容部２４と対向する箇所に嵌合するようになっている。
【００２３】
収容部２４には底壁２１の外面側に開口する溝２４ａが形成されている。カバー２３にはその後端側、図１（ｂ）における右端側に、棒状の操作部材２６が溝２４ａを貫通する状態で固定されている。そして、カバー２３は、作業者が操作部材２６を溝２４ａに沿って移動させることにより、図１（ｂ）に示す遮蔽位置と、カバー２３が開口部１３ａを開放する図３（ｂ）に示す退避位置とに移動されるようになっている。なお、収容部２４の開口部１３ａ寄りの端部には、タンク本体１１ａ内に収容された原材料が溝２４ａから外部に漏洩するのを防止するシール部材２７が設けられている。
【００２４】
次に前記のように構成された混練機１０の作用を、二次電池であるリチウムイオン電池の正極用合剤の製造を例として説明する。
正極用合剤の原材料は、例えば、リチウム・マンガン複合酸化物、リチウム・コバルト複合酸化物、リチウム・ニッケル複合酸化物等の、リチウムと遷移金属との金属複合酸化物からなる正極活物質と、アセチレンブラック等の導電剤と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のバインダと、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）等の溶媒とを含む。
【００２５】
原材料を混練する場合は、図１（ａ）に示すように、フード１１ｂが上昇位置に配置されてタンク本体１１ａが開放され、かつ図１（ｂ）に示すように、カバー２３が遮蔽位置に配置された状態で、タンク本体１１ａ内に原材料を収容（投入）する。このとき原材料のうち液体（溶媒）がタンク本体１１ａに入れられた状態で粉体を投入するのが好ましい。なお、混練は固練りを行った後、さらに溶媒を加えて混練を行うため、溶媒の量は調整完了時に電極用合剤３１に含まれる溶媒の量より少ない量が投入される。
【００２６】
次にシリンダ１６が駆動され、図２に示すように、タンク１１は、タンク本体１１ａをフード１１ｂが覆うとともに、混練手段１２のブレード１２ａが原材料３０を混練可能な状態に配置される。その状態でモータ１９が駆動されて、ブレード１２ａが遊星運動を行いつつ自転することにより、原材料３０が混練されて固練りが行われる。予め設定された所定時間混練が行われてモータ１９が停止される。そして、フード１１ｂが開放位置に配置されて溶媒が追加されて、フード１１ｂが再び開口部を覆う位置に配置された後、混練が再開される。そして、所定時間混練が継続されて電極用合剤３１の調整が完了する。
【００２７】
タンク１１内の原材料３０を混練手段１２で混練する際、原材料３０がフィルタ１４と接触する状態で混練されると、混練中に粉末や粉末と溶媒との混合物がフィルタ１４に侵入する。フィルタ１４に侵入した粉末や混合物は、ブレード１２ａのせん断作用を受けない為、製造される正極用合剤、あるいは電極の活物質層の分散状態が悪化する虞がある。しかし、混練は、フィルタ１４と、混練中の原材料３０との接触を阻止する遮蔽位置にカバー２３が配置されている状態で行われるため、混練中に粉末や粉末と溶媒との混合物がフィルタ１４に侵入することが回避され、正極用合剤の分散状態が悪化する虞がない。
【００２８】
原材料３０の混練が終了してスラリー状の電極用合剤３１の調整が完了すると、タンク本体１１ａ内のスラリー状の電極用合剤３１が排出部１３から排出（回収）される。先ず、図３（ａ）に示すように、筒部１３ｂにパイプ２８の第１端部が接続される。パイプ２８の第２端部は、塗工機の活物質合剤貯留タンクに電極用合剤３１を供給する位置に配置される。次に作業者がカバー２３の操作部材２６を持ってカバー２３を退避位置に移動させると、図３（ｂ）に示すように、電極用合剤３１がタンク本体１１ａ内から排出部１３を介してパイプ２８内へ移動する。
【００２９】
タンク本体１１ａ内から排出部１３を介してパイプ２８内へ移動する電極用合剤３１は、排出部１３に設けられたフィルタ１４を通過し、フィルタ１４により電極用合剤３１中に存在するダマがろ過されて、ダマが除去される。
【００３０】
カバー２３を退避位置に移動させた後、加圧口１７から加圧ガスをタンク１１内に供給する。加圧ガスとしては、例えば、窒素ガスや乾燥空気が使用される。排出部１３がタンク本体１１ａの底壁２１に設けられているため、カバー２３が退避位置に移動されると、電極用合剤３１は自重でタンク本体１１ａ内からパイプ２８へと移動する。しかし、加圧口１７から加圧ガスをタンク１１内に供給することにより、電極用合剤３１の排出（回収）に要する時間を短くすることができる。
【００３１】
電極用合剤３１の回収が終了した後、加圧ガスの供給が停止される。その後、フード１１ｂが上昇位置に移動され、少なくともフィルタ１４が洗浄される。その結果、電極用合剤３１の回収時に、フィルタ１４を通過する電極用合剤３１から分離されてフィルタ１４上に付着したダマ等が除去されて、次回における電極用合剤３１の回収時にフィルタ１４が正常に機能する。
【００３２】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）混練機１０は複数の原材料より混練物を製造するバッチ式の混練機であって、原材料３０を収容するタンク１１と、タンク１１内で原材料３０を混練する混練手段１２と、タンク１１内で混練された後の原材料３０を排出する排出部１３と、排出部１３に設けられて、排出部１３を通過する混練された後の原材料３０である電極用合剤３１をろ過するフィルタ１４とを備えている。この構成によれば、混練機１０と塗工機との間の配管およびポンプを設けたりすることなく、ろ過の為の作業を新たに追加すること無く、得られたスラリー状の電極用合剤３１からダマを除去することができる。
【００３３】
（２）混練機１０は、フィルタ１４と、混練中の原材料３０との接触を阻止するカバー２３を備え、カバー２３は、タンク１１内に存在する原材料３０が排出部１３に侵入するのを阻止する遮蔽位置と、原材料３０が排出部１３に進入するのを許容する退避位置とに移動可能に設けられている。この構成によれば、原材料３０の混練中にカバー２３が遮蔽位置に配置されることにより、混練中に粉末がフィルタ１４に侵入することが回避され、スラリー状の電極用合剤３１の分散状態が悪化する虞がなくなる。
【００３４】
（３）タンク１１は、タンク１１内を加圧する加圧ガス供給部に接続可能な加圧口１７を備えている。この構成によれば、原材料３０の混練終了後、スラリー状の電極用合剤３１を排出部１３から排出（回収）する際、加圧口１７から加圧ガスをタンク１１内に供給することができる。これにより、排出部１３にフィルタ１４を取付けた場合にも、電極用合剤３１の排出（回収）に要する時間を短くすることができる。
【００３５】
（４）排出部１３は、タンク本体１１ａの底壁２１に形成された開口部１３ａと、開口部１３ａの周縁からタンク本体１１ａの外側に突設された筒部１３ｂとを備えている。したがって、開口部１３ａがタンク本体１１ａの側壁に形成された場合に比べて、混練されて調整された電極用合剤３１を回収する際に、タンク本体１１ａ内の全ての電極用合剤３１を回収することが容易になる。また、電極用合剤３１の自重を、効率良く回収に利用することができる。
【００３６】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  排出部１３は、タンク本体１１ａの底壁２１に設けられる構成に限らない。例えば、図４（ａ），（ｂ）に示すように、タンク本体１１ａの側壁２２に設けられてもよい。この場合、カバー２３も側壁に設けられるため、側壁２２は、少なくともカバー２３が設けられる部分の厚さを、カバー２３を設けない場合に比べて厚くする必要がある。カバー２３は平板ではなく、側壁２２の曲率に対応した曲面状の板で形成される。カバー２３を収容する収容部２４もカバー２３の形状に対応して湾曲した形状に形成される。
【００３７】
○  排出部１３に設けられたフィルタ１４と、混練中の原材料との接触を阻止するカバー２３は必須ではなく、カバー２３を設けなくてもよい。カバー２３を設けない場合、排出部１３を底壁２１に設けても、図５に示すように、排出部１３を側壁２２に設けてもよい。カバー２３を設けない場合、図５に示すように、フィルタ１４を開口部１３ａの内端寄りに設けても、開口部１３ａの中間部に設けてもよい。
【００３８】
○  排出部１３を底壁２１に設ける場合、図６に示すように、開口部１３ａの下端が底壁２１の上面と同じ高さになるように形成してもよい。この場合、電極用合剤３１を回収する際に、タンク本体１１ａ内の電極用合剤３１の量が少なくなった状態でも、電極用合剤３１が開口部１３ａを経て円滑にタンク本体１１ａ内から排出（回収）される。
【００３９】
○  混練手段１２を構成するブレード１２ａの形状は、三角枠状に限らず、適宜変更してもよい。例えば、図７に示すように、ブレード１２ａの形状を、タンク本体１１ａの底壁２１と平行な部分と、その平行な部分の両端からそれぞれ垂直に上方へ延びる部分とを有する形状としてもよい。この場合、ブレード１２ａの形状を三角形状とした場合と異なり、混練時にブレード１２ａの側壁２２と平行に延びる部分においてもタンク本体１１ａの内面とブレード１２ａとの間で、粉体の凝集塊を小さくする効果が得られる。
【００４０】
○  原材料３０をタンク本体１１ａに投入する場合、個々の材料の粉末を別々にタンク本体１１ａに投入する代わりに、複数の粉末を予め溶媒なしで攪拌混合したものを投入するようにしてもよい。
【００４１】
○  原材料３０をタンク本体１１ａに投入する場合、溶媒を投入した後、粉体を投入するのではなく、粉体を先に投入した後、溶媒を投入するようにしてもよい。この場合、タンク本体１１ａに複数の材料の粉末を投入して粉体のみで攪拌した後、溶媒を投入してもよい。または、一部の粉体、例えばバインダ、を、予め液体に混ぜた状態で、混練機に投入してもよい。
【００４２】
○  電極用合剤３１の回収時に、タンク１１内を加圧ガスで加圧する場合、回収開始時から加圧を行うのではなく、回収途中から加圧を行うようにしたり、回収の終期に加圧を行うようにしたりしてもよい。
【００４３】
○  電極用合剤３１の回収時に、加圧を行わずに回収を行うようにしてもよい。この場合、回収先がタンク本体１１ａより下方に存在する必要がある。
○  カバー２３を遮蔽位置と退避位置とに移動させる構成は、カバー２３を直線的にスライドさせる構成に代えて、カバー２３を回動させる構成であってもよい。
【００４４】
○  電極用合剤としての正極用合剤の原材料は、前述した物質に限らず、適宜変更してもよい。
○  電極用合剤として負極用合剤を調整する場合、原材料は、例えば、グラファイト等の活物質と、カルボキシセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤と、スチレンブタジエンブロック共重合体（ＳＢＲ）等のバインダとして機能し得る水に分散するポリマーと、水などの溶媒とを含む。
【００４５】
○  電極用合剤としての負極用合剤の原材料は、前述した物質に限らず、適宜変更してもよい。例えば、負極用の活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出し得る物質であればよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０…混練機、１１…タンク、１２…混練手段、１３…排出部、１４…フィルタ、１７…加圧口、２３…カバー、３０…原材料、３１…電極用合剤。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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