(57)【要約】【課題】正極合剤塗料中の正極活物質は、金属磨耗性が高いため搬送装置のローターが摩耗する。ローターの磨耗により発生した金属粉は、非磁性材金属粉であるため、磁石手段などを用いても、正極合剤塗料中から異種金属粉を除去することが困難という課題を有していた。そこで本発明は、磨耗性の高い正極活物質を用いた正極合剤塗料であっても、耐摩耗性に優れた搬送装置、さらにはその搬送装置を用いて作製した電池を提供することを目的とする。【解決手段】搬送装置のローターの表面材質をセラミック材料である炭化ケイ素、あるいは樹脂材料のポリエーテルエーテルケトンで構成することにより、耐摩耗性に優れたローターを提供することができる。【選択図】図１
2008103099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム含有複合酸化物と分散媒を有する塗料を搬送する搬送装置であって、前記搬送装置は、スクリューネジ、前記スクリューネジを収納する筒状のケース、および前記スクリューネジを一方向に回転させるためのモーターを有しており、前記スクリューネジの表面の材質は、セラミック材料もしくは樹脂材料の内少なくとも１つからなる搬送装置。
【請求項２】
前記セラミック材料が炭化ケイ素である請求項１記載の搬送装置。
【請求項３】
前記樹脂材料がポリエーテルエーテルケトンである請求項１記載の搬送装置。
【請求項４】
請求項１記載の搬送装置を用いて作製した電池用極板。
【請求項５】
請求項４記載の電池用極板を有する電池。
【請求項６】
リチウム含有複合酸化物と分散媒を有する塗料を搬送する搬送装置であって、前記搬送装置は、スクリューネジ、前記スクリューネジを収納する筒状のケース、および前記スクリューネジを一方向に回転させるためのモーターを有しており、前記スクリューネジの材質が、セラミック材料もしくは樹脂材料の内少なくとも１つからなる搬送装置。
【請求項７】
前記セラミック材料が炭化ケイ素である請求項６記載の搬送装置。
【請求項８】
前記樹脂材料がポリエーテルエーテルケトンである請求項６記載の搬送装置。
【請求項９】
請求項６記載の搬送装置を用いて作製した電池用極板。
【請求項１０】
請求項９記載の電池用極板を有する電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム含有酸化物を有する塗料を搬送する搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んでおり、これらの駆動用電源として、小型かつ軽量で、高エネルギー密度を有する二次電池への要望も高まっている。また、小型民生用途のみならず、電力貯蔵用や電気自動車といった長期に渡る耐久性や安全性が要求される大型の二次電池に対する技術展開も加速してきている。
このような観点から、非水電解質二次電池、特に、リチウム二次電池が高電圧であり、かつ高エネルギー密度を有するため、電子機器用、電力貯蔵用、および電気自動車の電源などに期待されている。
【０００３】
非水電解質二次電池は、正極、負極およびそれらの間に介在するセパレータを具備し、セパレータには、主としてポリオレフィン製の微多孔膜が用いられている。非水電解質には、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6等のリチウム塩を非プロトン性の有機溶媒に溶解した液状非水電解質（非水電解液）が用いられている。また正極活物質としては、リチウムに対する電位が高く、安全性に優れ、比較的合成が容易であるリチウムコバルト酸化物（例えばＬｉＣｏＯ2）を用い、負極活物質としては、黒鉛などの種々の炭素材料を用いた非水電解質二次電池が実用化されている。
【０００４】
このように高エネルギー密度を有する高容量リチウム二次電池においては、正極と負極との微小短絡による電圧不良（以下、ＯＣＶ不良と略す）を発生させない製造方法が極めて重要となる。
【０００５】
ＯＣＶ不良を発生させる要因の一つとして、製造工程内からの異種金属異粉の混入が挙げられる。異種金属粉が混入すると、混入した金属粉がセパレータを貫通して正極と負極間で内部短絡を発生させるといった重要な問題が発生する。
【０００６】
そのため、例えば正極活物質製造工程においては、外部から混入した異種金属粉を除去する目的で、工程装置間を接続している正極活物質素材搬送配管を磁性材で形成し、磁石手段で磁化することによって異種金属粉を吸着除去する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この提案によれば、正極活物質素材中の金属異物を確実に除去できるので、信頼性の高いリチウム二次電池を効率的に製造することができると述べられている。
【特許文献１】特開２００１−２４３９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に提案されているような技術を用いても、リチウム二次電池の内部短絡を防止するには十分ではなかった。その原因について発明者らが鋭意調査を重ねた結果、前記正極活物質素材（以下正極活物質）を用いて作製した正極合剤塗料を搬送するための搬送装置から異種金属粉が発生していることが判明した。
【０００８】
一般的に、正極合剤塗料の搬送には、スクリューネジ、スクリューネジを収納する内面がゴム状に成型された筒状のケース、およびスクリューネジを一方向に回転させるためのモーターから構成された搬送装置が用いられている。
【０００９】
ここで、スクリューネジ（以下、ローターと呼ぶ）は、ステンレス（以下、ＳＵＳと略す）などの非磁性材金属製で、モーターで一方向に高速回転している。ローターの回転により、ローターとローターを収納する筒状のケース（以下、ステータと呼ぶ）の内面の間で、正極合剤塗料が練り込まれるようにして回転方向に搬送される。
【００１０】
正極合剤塗料中の正極活物質は、金属磨耗性が高いためローターが摩耗したり、削れたりする。ローターの磨耗や削れにより発生した金属粉は、非磁性材金属粉であるため、特許文献１に提案されているような磁石手段などを用いても、正極合剤塗料中から異種金属粉を除去することが困難という課題を有していた。
【００１１】
そこで本発明は、金属磨耗性の高い正極活物質を用いた正極合剤塗料であっても、耐摩耗性に優れた搬送装置、さらにその搬送装置を用いて作製した電池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】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明はリチウム含有複合酸化物と分散媒を有する塗料を搬送する搬送装置であって、前記搬送装置はスクリューネジ、スクリューネジを収納する筒状のケース、および前記スクリューネジを一方向に回転させるためのモーターを有しており、前記スクリューネジの表面の材質は、セラミック材料もしくは樹脂材料の内少なくとも１つからなる搬送装置である。
【００１３】
本発明の搬送装置を用いることにより、ローターの磨耗や削れが著しく軽減され、その結果、異種金属によるリチウム二次電池のＯＣＶ不良が低減されることとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、搬送装置のローターの磨耗や削れが著しく軽減され、その結果、異種金属によるリチウム二次電池のＯＣＶ不良、特に正極合剤塗料に起因したＯＣＶ不良が低減されることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の請求項１記載の搬送装置は、リチウム含有複合酸化物と分散媒を有する塗料を搬送する搬送装置であって、スクリューネジ、前記スクリューネジを収納する筒状のケース、および前記スクリューネジを一方向に回転させるためのモーターを有しており、前記スクリューネジの表面の材質は、セラミック材料もしくは樹脂材料の内少なくとも１つからなる搬送装置である。
【００１６】
スクリューネジ表面の材質は、ステンレス３１６（以下、ＳＵＳ３１６と略す）を母材として、セラミック材料もしくは樹脂材料を溶射法により製作されたものである。溶射法以外にもコーティング法、焼付法等が有り、どの製作方法を用いてもよい。
【００１７】
ここで言う搬送装置とは、スクリューネジと内面が天然ゴム製でできた筒状のケースとを組合せ、モーターでスクリューネジを回転させることで、合剤塗料にせん断などのダメージを与えることなく送液することが可能で、スクリューネジの回転に伴う合剤塗料量の吐出量の変動が、非常に小さいことを特徴とする搬送装置のことである。
【００１８】
本発明の搬送装置によれば、従来のＳＵＳ３１６に硬質クロムメッキ加工したスクリューネジに比べて、スクリューネジ表面の磨耗や削れが著しく軽減される。その結果、磁性金属粉や異種金属粉を含有しない正極合剤塗料を製造することができ、リチウム二次電池のＯＣＶ不良、特に、正極合剤塗料に起因したＯＣＶ不良を低減できる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、セラミック材料として、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、および炭化ケイ素等を用いることができる。セラミック材料の中でも、共有結合性があり高硬度で耐磨耗性に優れ、さらに、加工性が良好な炭化ケイ素が望ましい。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、樹脂材料として、例えば、テフロン（登録商標）、ＭＣナイロン、塩化ビニル、カイダック、ポリイミド、およびポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫと略す）等が使用可能である。
【００２１】
また、耐摩耗性を向上させるために、カーボン、グラファイトなどの充填剤を添加した複合樹脂を用いることも可能である。
【００２２】
これら樹脂材料の中でも、耐薬品性、機械的特性、耐摩耗性、および耐衝撃性に優れたＰＥＥＫが望ましい。
【００２３】
請求項４に記載の電池用極板は、請求項１に記載した搬送装置を用いて作製した電池用極板であり、請求項５に記載した電池は、請求項４に記載した電池用極板を用いて作製した電池である。
【００２４】
請求項６記載の搬送装置は、請求項１記載の搬送装置と全く同様の形態であるが、スクリューネジの材質が全て同一材料で作製されているために、スクリューネジの表面が磨耗によ削れてもリチウム二次電池のＯＣＶ不良に繋がるような磁性金属粉や異種金属が発生することはない。
【００２５】
請求項７に記載の炭化ケイ素、および請求項８に記載のＰＥＥＫについても請求項６に記載した同様の効果を発揮する。
【００２６】
請求項９に記載の電池用極板は、請求項６に記載した搬送装置を用いて作製した電池用極板であり、請求項１０に記載した電池は、請求項９に記載した電池用極板を用いて作製した電池である。
【００２７】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態を示す搬送装置の概略配置図である。
【００２９】
図１において、正極合剤材料混練タンク１０１にて作製した正極合剤塗料は、Ｎｏ．１スラリーストックタンク１０９を経由した後、分散機上部ホッパー１１１を通過して分散機１１０に投入され分散される。分散終了後の正極合剤塗料はＮｏ．２スラリーストックタンクに一時保管された後、磁選機１０８、練合フィルター１１３を経由してＮｏ．３スラリーストックタンク１１４に送液される。その後、正極合剤塗料を順次塗工前フィルター１１５、塗工バッファタンク１１６を経由させて、次工程である塗工工程１１７に送り込まれる。
【００３０】
ここで、正極合剤塗料を各設備間に送液するための搬送装置は、Ｎｏ．１搬送装置１０２〜Ｎｏ．６搬送装置１０７を配備して送液した。搬送装置を複数台配備した関係で、便宜上Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６まで番号を付与したが、全搬送装置は本発明のスクリューネジを用いた搬送装置であることは言うまでもない。
【００３１】
さらに詳細の説明を以下に述べる。
【００３２】
まず初めに、活物質としてコバルト酸リチウムを１００重量部、および活物質１００重量部に対して、導電材としてアセチレンブラックを２重量部、結着材としてテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロエチレンの共重合体の水分散物（固形分重量５７重量％）を７重量部（結着材の固形分換算で４重量部）、増粘剤として１重量％水溶液のカルボキシメチルセルロースを４０重量部（増粘剤の固形分換算で１重量部）を水ともに混練タンク（双腕式練合機）１０１にて攪拌し、混練することで正極合剤塗料を作製する。
【００３３】
正極合剤塗料の混練機としては、双腕式練合機、ボールミル、サンドミル、ロールミル等の混合分散機を用いることができる。
【００３４】
前記のようにして作製した正極合剤塗料を混練タンク１０１からＮｏ．１スラリーストックタンク１０９へ自動排出するためにＮｏ．１搬送機１０２を使用する。ここで、前記Ｎｏ．１搬送機１０２の送液部には、表面がセラミック材料である炭化ケイ素（ＳｉＣ）で構成されたスクリューネジ（以下、ローターと呼ぶ）を用い、このローターを収納する筒状のケース（以下、ステータと呼ぶ）には従来通り、弾力・柔軟性が良く、密着性に富む天然ゴムを利用した。この時の搬送装置送液圧力は５〜８ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇの範囲となるように調整する。
【００３５】
次に、Ｎｏ．１スラリーストックタンク１０９から、前記と同型のＮｏ．２搬送機１０３で分散機１１０の上部に取付けられた分散機ホッパー１１１へ送液される。ここで用いる分散機は、前記同様、双腕式練合機、ボールミル、サンドミル、およびロールミル等の混合分散機を用いることができる。
【００３６】
その後、その２次側に設置されたもう１台のＮｏ．３搬送装置１０４でＮｏ．２スラリーストックタンク１１２へ送液される。
【００３７】
ここで作製された正極合剤塗料の送液に関しては、Ｎｏ．２スラリーストックタンク１１２に溜め込まれた正極合剤塗料をＮｏ．４搬送機１０５によって、磁選機１０９、練合フィルター１１３を介し、Ｎｏ．３スラリーストックタンク１１４まで送液される。この時の、搬送装置送液圧力は５〜８ｋｇｆ／ｃｍ2Ｇの範囲となるように調整する。使用した搬送装置は、前記と全く同じ形態の搬送装置を用いる。
【００３８】
次の塗工工程１１７へは、Ｎｏ．３スラリーストックタンク１１４から、Ｎｏ．５搬送装置１０６によって塗工前フィルター１１５を介し、塗工バッファタンク１１６へ送液され、そしてその直下に配備したＮｏ．６搬送装置１０７によって塗工工程１１７へと正極合剤塗料を供給する。
【００３９】
ここで用いた搬送装置は、これまで用いた搬送装置と全く同じ形態の搬送装置を使用する。
【００４０】
そして、塗工工程１１７に送液された正極合剤塗料を、正極集電体の両面に塗布、乾燥させた後圧延工程にて所定の厚みに仕上げ、さらに所定の幅に裁断して正極極板を得る。このようにして得た正極極板を用いて直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型電池を作製する。
【００４１】
図２において、スラリータンク１１８内には正極合剤塗料１２３が一定量投入されており、その正極合剤塗料１２３をモータ１１９、ローター１２１、ステータ１２０からなる搬送装置を用いて液送させ、搬送装置から一定圧力で吐出された正極合剤塗料１２３は再びスラリータンク１１８内に戻るように構成にされた実験装置である。前記吐出圧力は圧力ゲージ１２２で確認することができる。
【００４２】
すなわち、正極合剤塗料１２３を一定の吐出圧力で連続して循環させられる実験装置であり、また、図中に示したステータ１２０、ローター１２１は自由に装着が可能な構造となっている。
【００４３】
以下に詳細に説明する。
【００４４】
（実施例１）
図２に示した実験装置を用いて、表面材質がセラミック材料の炭化ケイ素からなるローター１２１を用い、正極合剤塗料１２３を連続的に循環させた後、ローター１２１の磨耗程度を確認した。
【００４５】
循環条件としては、ローター１２１の回転数３００ｒｐｍ、吐出量２０Ｌ／ｍｉｎ、吐出圧力２ｋｇｆ／ｃｍ2とし、この条件で正極合剤塗料１２３を３００時間循環させた後、正極合剤塗料１２３の循環を一時停止させてローター１２１を取り外し、正極合剤塗料１２３を完全に除去した後にローター１２１の磨耗程度を測定した。この作業を４回繰り返して実施しローター１２１の磨耗量を算出した。
【００４６】
ここでもう少し詳細にローター１２１の磨耗量の算出方法を説明する。
【００４７】
まず、循環作業に入る前に、正極合剤塗料１２３や他の付着物を完全除去したローター１２１の重量を電子天秤（メトラ・トレド製、ＳＲ３２００）を用いて計測した。
【００４８】
次に計測終了後のローター１２１を搬送装置に装着して３００時間循環させた後、循環を一時停止させてローター１２１を搬送装置から取り外して正極合剤塗料１２３や付着物を完全除去した後、ローター１２１の重量を計測した。
【００４９】
そして、循環作業前のローター１２１重量から循環作業後のローター１２１重量を減じて磨耗重量を算出した。しかし、同一材料同士の磨耗量比較においては問題はないが、異種材料を用いて磨耗量を比較する場合、単純に減じた値では比較できないと考えて、それぞれの材料が持つ比重値で除した値、すなわち磨耗量を重量換算ではなく体積換算した値をローター１２１の磨耗量とした。
【００５０】
そして、この作業を３回繰り返し、３回の平均値をローター１２１に使用した材料の磨耗量とした。使用材料固有の比重値はメーカーのカタログから引用した。
【００５１】
（実施例２）
ローター１２１の表面材質を、樹脂材料のポリエーテルエーテルケトンに変更した以外は、実施例１と全く同様にして磨耗量の確認を行った。
【００５２】
（比較例）
比較例として、従来より使用してきたローター１２１の表面材質をＳＵＳ３１６に変更した以外は、実施例１と全く同様にして磨耗量の確認を行った。
【００５３】
以上のようにして得られたローター１２１の摩耗量測定結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
2008103099.tif 000003
【００５５】
表１から明らかなように、研磨性の強いコバルト酸リチウムを主材料とした正極合剤塗料１２３を搬送する際に、実施例１の表面材質が炭化ケイ素で構成されたローター１２１の磨耗量は、比較例の従来から使用しているＳＵＳ３１６製のローター１２１に比べて著しく軽減されることが確認できた。
【００５６】
一方、実施例２の表面材質が、樹脂材料のポリエーテルエーテルケトンで構成されているローター１２１は、比較例の従来から使用しているＳＵＳ３１６製のローター１２１に比べて磨耗量は多いのであるが、本発明者らは以下のように考えている。
【００５７】
まず、本実施例においては記載していないが、実施例１、２および比較例それぞれ実験後の正極合剤塗料を用いて正極極板とし、その正極極板を用いて直径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型電池を作製した。そして、それぞれの円筒型電池のＯＣＶ不良を確認したところ、実施例１、２の円筒型電池のＯＣＶ不良は比較例の円筒型電池に比べて約１／５のＯＣＶ不良数であった。
【００５８】
このことから、表面材質が樹脂材料のポリエーテルエーテルケトンで構成されているローター１２１は、樹脂材料が磨耗し、その磨耗粉が正極極板内に混入しても円筒型電池の品質に著しい影響を与えることはないと判断できる。
【００５９】
さらに、本実施例では研磨性の強いコバルト酸リチウムを主材料とした正極合剤塗料１２３を用いて説明したが、比較的軟材料の炭素材料を主成分とする負極合剤塗料においては、表面材質が樹脂材料のポリエーテルエーテルケトンで構成されているローター１２１を用いても、樹脂材料はほとんど磨耗することはなく、使用上全く問題のないことも確認した。
【００６０】
このことから、研磨性の強い合剤塗料の送液には実施例１に示した、表面材質がセラミ
ック材料の炭化ケイ素のローター１２１を、比較的軟材料の合剤塗料の送液には加工性が良好でコスト的にも極めて安価（炭化ケイ素製の約１／５の価格）である実施例２に示した樹脂材料のポリエーテルエーテルケトンで構成されているローター１２１を使い分けて使用しても何ら問題のないことを見出した。
【００６１】
なお、上記実施例における本発明のローター１２１の構成は、製作コストを考慮して従来の材質であるＳＵＳ３１６を母材としてセラミック材料もしくは樹脂材料を溶射法により製作されたもので説明を行ったが、それぞれ単一材料でローター１２１を製作して使用しても同様の効果が得られる。また、永年の使用により磨耗が深耕た場合においても異種金属の露出がないため安全に使用することが可能である。
【００６２】
また、本実施例では円筒型の電池を用いたが、角型形状、ボタン型形状の電池を用いても同様の効果が得られる。
【００６３】
さらには、本発明で用いた電池の合剤塗料の液送だけでなく、液状で流動性を有し送液可能なた塗料であれば、電池以外の製品にも応用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の搬送装置を用いて作製した正極極板や、その正極極板を用いて作製したリチウム二次電池は、高容量で高信頼性を求められるポータブル電気機器用電源等として有用であり、自動車用の駆動電源やエレベータ等の住宅設備などの駆動用電源としても有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態を示す搬送装置の概略配置図
【図２】本発明の実施例１、２および比較例１に用いた実験装置の概略図
【符号の説明】
【００６６】
１０１  正極合剤材料混練タンク
１０２  Ｎｏ．１搬送装置
１０３  Ｎｏ．２搬送装置
１０４  Ｎｏ．３搬送装置
１０５  Ｎｏ．４搬送装置
１０６  Ｎｏ．５搬送装置
１０７  Ｎｏ．６搬送装置
１０８  磁選機
１０９  Ｎｏ．１スラリーストックタンク
１１０  分散機
１１１  分散機上部ホッパー
１１２  Ｎｏ．２スラリーストックタンク
１１３  練合フィルター
１１４  Ｎｏ．３スラリーストックタンク
１１５  塗工前フィルター
１１６  塗工バッファタンク
１１７  塗工工程
１１８  スラリータンク
１１９  モーター
１２０  ステータ
１２１  ローター
１２２  圧力ゲージ
１２３  正極合剤塗料
【図１】
2008103099.tif 000004
【図２】
2008103099.tif 000005