(57)【要約】【課題】スラリーに含まれる粗大粒子を回転部材を用いずに効率良く解体する。【解決手段】スラリーのフィルタリング装置は、フィルタハウジングに形成されたスラリー入口と、フィルタハウジング内に固定され、粗大粒子以外のスラリーを透過させるメッシュ部材によるフィルタ本体と、を備える。粗大粒子を含むスラリーをスラリー入口とフィルタ本体との間で循環させる、ビーズに満たされたスラリー通路を設けることで、ビーズが循環するスラリーによってスラリー通路内を移動し、スラリーに含まれる粗大粒子と接触することで粗大粒子を解体する。【選択図】図３
2013141618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリーに含まれる粗大粒子を除去する、スラリーのフィルタリング装置において、
フィルタハウジングと、
前記フィルタハウジングに形成されたスラリー入口と、
前記フィルタハウジング内に設けられた、粗大粒子以外のスラリーを透過させるメッシュ部材によるフィルタ本体と、
粗大粒子を含むスラリーを前記スラリー入口と前記フィルタ本体との間で循環させるスラリー通路と、
前記スラリー通路に満たされたビーズと、
を備えたことを特徴とする、スラリーのフィルタリング装置。
【請求項２】
前記フィルタハウジングは円筒形状に形成され、前記フィルタ本体は円筒形状に形成され、前記フィルタハウジングの中心部に固定され、前記フィルタハウジングから突出する一端にスラリー出口を有するとともに、前記スラリー通路は前記フィルタハウジングと前記フィルタ本体との間のスペースに固定された螺旋状の仕切り板によって画成される螺旋通路を含むことを特徴とする、請求項１に記載のスラリーのフィルタリング装置。
【請求項３】
前記フィルタ本体を囲んで前記フィルタハウジングの一端の内側に前記仕切り板によって前記スラリー通路の一部を構成する第１のスペースを画成し、前記スラリー入口を前記第１のスペースに臨む位置に設け、前記フィルタ本体を囲んで前記フィルタハウジングのもう一端の内側に前記仕切り板によって前記スラリー通路の一部を構成する第２のスペースを画成し、前記第１のスペースと前記第２のスペースとを前記螺旋通路で接続する一方、前記スラリー通路は前記第１のスペースから前記第２のスペースへとスラリーを導く前記フィルタハウジングの外側に設けた配管をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のスラリーのフィルタリング装置。
【請求項４】
前記ビーズの径を、スラリーに含まれる粒子の最適粒子径の５−８倍に設定したことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のスラリーのフィルタリング装置。
【請求項５】
スラリーはリチウムイオン電池の電極形成用スラリーで構成される、請求項１から４のいずれかに記載のスラリーのフィルタリング装置。
【請求項６】
スラリーに含まれる粗大粒子を除去する、スラリーのフィルタリング方法において、フィルタハウジングに形成されたスラリー入口と、フィルタハウジング内に設けられた、粗大粒子以外のスラリーを透過させるメッシュ部材によるフィルタ本体とをビーズで満たされたスラリー通路で接続し、スラリーをスラリー入口とフィルタ本体との間でスラリー通路を介して循環させることで、スラリーに含まれる粗大粒子をビーズに衝突させて解体することを特徴とする、スラリーのフィルタリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スラリーから粗大粒子を除去するフィルタリング装置とフィルタリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池の電極は例えば、集電体としての金属箔に電極材料を塗着することで形成される。金属箔への電極材料の塗着はダイコータなどの装置を用いて行われる。電極材料はあらかじめ調合された所定粘度のスラリーとしてダイコータへ供給される。スラリーは電極活物質と導電助剤と結着剤と溶媒を添加混合し、さらに分散と混練とを行なうことで得られる。
【０００３】
ダイコータに供給されるスラリーに粗大粒子が混入していると、ダイコータのスラリー吐出部、すなわちダイヘッド、に粗大粒子が詰まりやすくなる。その結果、ダイコータの動作に支障を来し、形成された電極にスジ状の欠陥部を生じさせやすい。粗大粒子はスラリーの製造過程で生成された微細な粒子が再凝結することで生じる。
【０００４】
スラリー中の粗大粒子が電極形成プロセスに不具合もたらさないようにするには、ダイコータへの供給に先立ってスラリーから粗大粒子を除去する必要がある。
【０００５】
特許文献１は、この目的のために電極材料のスラリーを遠心分離フィルタで処理することを提案している。遠心分離フィルタは遠心分離により粗大粒子を分離した後のスラリーをメッシュフィルタを介して取り出す一方、分離された粗大粒子を遠心力でビーズに衝突させてメッシュフィルタを通過可能な寸法の粒子に解体する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２８５４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
遠心分離フィルタは、遠心分離を行なうための攪拌羽根と、攪拌羽根を回転駆動する電動モータを必要とする。しかしながら、攪拌羽根や電動モータは動作の制御や機材のメンテナンスが不可欠であり、結果としてフィルタリング装置のコストは高くならざるを得ない。
【０００８】
また、同一スペース内に攪拌羽根とビーズとが収装されるため、ビーズが回転する攪拌羽根と接触し、攪拌羽根が磨耗しやすいという耐久上の問題もある。
【０００９】
この発明は、遠心分離フィルタの上記の問題を解決して、低コストかつ耐久性に富んだスラリーのフィルタリング装置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】
【００１０】
以上の目的を達成するために、この発明はスラリーに含まれる粗大粒子を除去するスラリーのフィルタリング装置を提供する。フィルタリング装置はフィルタハウジングを備える。フィルタハウジングにはスラリー入口が形成される。フィルタハウジング内には粗大粒子以外のスラリーを透過させるメッシュ部材によるフィルタ本体が設けられる。フィルタリング装置は粗大粒子を含むスラリーをスラリー入口とフィルタ本体との間で循環させる、ビーズを満たしたスラリー通路を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
スラリー通路を介してスラリー入口とフィルタ本体との間を循環するスラリーは、ビーズをスラリー流速より低速で循環方向に移動させる。スラリー流速とビーズの移動速度の違いにより、スラリー中の粗大粒子がビーズに衝突し、粗大粒子はより小さな粒子へと解体され、メッシュ部材で構成されたフィルタ本体を通過する。
【００１２】
したがって、スラリー中の粗大粒子を回転部材を用いずに効率良く解体できる。また、フィルタリング装置は回転部材を有さないので、製造コストが低くかつ回転部材の摩耗などの耐久上の問題を生じさせない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施形態によるフィルタリング装置を含む電極形成システムの概略構成図である。
【図２】この発明の実施形態によるフィルタリング装置を用いた電極材料の塗着プロセスを説明する、電極塗着装置の概略構成図である。
【図３】この発明の実施形態によるフィルタリング装置の内部の透視図を含む側面図である。
【図４】この発明の実施形態による稼働中のフィルタリング装置内部を側方から眺めた透視図である。
【図５】この発明の実施形態による、ビーズによる粗大粒子の解体状況を説明するビーズと粒子の平面図である。
【図６】この発明の実施形態による、メッシュ部材と粗大粒子との寸法関係を説明する、メッシュ部材と粒子の平面図である。
【図７】この発明の実施形態による、スラリーの流れとビーズの移動を説明するフィルタリング装置要部の水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照して、この発明の実施形態によるフィルタリング装置を適用した電極形成システムを説明する。
【００１５】
電極形成システムはリチウムイオン電池の電極を形成すべく、金属製の集電箔11に一定間隔で電極材料を塗着する機能をもつ。電極形成システムは集電箔１１を巻いたリール５からから集電箔１１を送り出す集電箔供給部１と、集電箔供給部１の一面に電極材料を所定間隔で塗着する電極塗着装置２と、電極材料を塗着した集電箔１１を乾燥させることで電極を形成する乾燥部３と、電極を形成した集電箔１１をリール６に巻き取る巻き取り部４とを備える。
【００１６】
図２を参照すると、電極塗着装置２は、集電箔１１を支持しつつ送り出すローラ１２と、ローラ１２に支持された集電箔１１の表面にスラリー状の電極材料を塗着するダイヘッド１４とを備える。スラリー状の電極材料を以下の説明では電極形成用スラリーと称する。
【００１７】
電極形成用スラリーはスラリータンク１７に貯留される。スラリータンク１７の電極形成用スラリーは、供給ポンプ１８により、この発明の実施形態によるフィルタリング装置１９と供給バルブ１５とを介してダイヘッド１４に圧送される。余剰の電極形成用スラリーをスラリータンク１７に戻すためにリターンバルブ１６がフィルタリング装置１９から供給バルブ１５に至るスラリー圧送管２０に接続される。
【００１８】
ダイヘッド１４に電極形成用スラリーを供給する場合には、供給ポンプ１８を稼働させた状態で、リターンバルブ１６を閉じ、供給バルブ１５を開く。ダイヘッド１４に電極形成用スラリーを供給しない場合には、供給バルブ１５を閉じ、リターンバルブ１６を開く。これにより余剰の電極形成用スラリーがリターンバルブ１６を介してスラリータンク１７に還流する。
【００１９】
このように、供給バルブ１５とリターンバルブ１６の開閉操作により、供給ポンプ１８の運転を停止せずに、ダイヘッド１４から集電箔１１に一定間隔で電極形成用スラリーを塗着することができる。供給ポンプ１８による電極形成用スラリーの供給圧力は好ましくは０．１−１．０メガパスカル（ＭＰａ）とする。
【００２０】
図３を参照すると、この発明の実施形態によるフィルタリング装置１９は円筒形状のフィルタハウジング２１を備える。フィルタハウジング２１の内側にはメッシュ部材で構成された円筒形状のフィルタ本体２２が同軸的に固定される。フィルタ本体２２の軸方向の両端のうち、一方はフィルタハウジング２１の内側で閉塞する。もう一端は、フィルタハウジング２１から軸方向に外側へ突出し、前述のスラリー圧送管２０を接続するためのスラリー出口２３として開口する。
【００２１】
図６を参照すると、フィルタ本体２２の外側と内側とはメッシュ部材２２Ａによって画成される。メッシュ部材２２Ａのメッシュの寸法は、電極形成用スラリーに含まれる通常粒子３１を通過させる一方、再凝結した粗大粒子３２の通過を阻止す大きさにあらかじめ設定される。ここで、通常粒子３１とは再凝結していない粒子、あるいは粗大粒子３２から解体された粒子を意味する。通常粒子３１の径が最適粒子径に相当する。
【００２２】
再び図３を参照すると、フィルタハウジング２１のスラリー出口２３と反対側の端部に近いフィルタハウジング２１の外周面にスラリー入口２４が形成される。スラリー入口２４には供給ポンプ１８から導かれた圧送管が接続される。
【００２３】
図７を参照すると、スラリー入口２４からフィルタハウジング２１に流入する電極形成用スラリーがフィルタハウジング２１の中心からオフセットした位置に向けて流れるように、あらかじめスラリー入口２４のフィルタハウジング２１への形成位置を設定する。より詳しくはスラリー入口２４からフィルタハウジング２１に流入する電極形成用スラリーの流入方向がフィルタハウジング２１の横断面に関して接線方向となるように、あらかじめスラリー入口２４のフィルタハウジング２１への形成位置を設定する。
【００２４】
フィルタハウジング２１の内側にはフィルタ本体２２の外周に接する螺旋状の仕切り板２５が固定される。仕切り板２５はフィルタハウジング２１内をスラリー入口２４に臨む第１のスペース２６Ａと、フィルタハウジング２１の反対側の端部に位置する第２のスペース２６Ｂと、第１のスペース２６Ａと第２のスペース２６Ｂの間に形成される螺旋通路２６Ｄをフィルタハウジング２１の内側に形成する。
【００２５】
第１のスペース２６Ａと第２のスペース２６Ｂは、さらにフィルタハウジング２１の外側に設けた配管２６Ｃによって接続される。第１のスペース２６Ａ、配管２６Ｃ，第２のスペース２６Ｂ、及び螺旋通路２６Ｄが、スラリー入口２４からフィルタ本体２２に至るスラリー通路２６を構成する。
【００２６】
図４を参照すると、スラリー通路２６を構成する第１のスペース２６Ａ、配管２６Ｃ，第２のスペース２６Ｂ、及び螺旋通路２６Ｄのすべてはビーズ２７に満たされる。ビーズ２７はセラミックの粒子で構成される。ビーズ２７の径は、好ましくは最適粒子径すなわち通常粒子３１の径、の５−８倍に設定される。
【００２７】
この発明の実施形態によるフィルタリング装置１９は以上のように構成される。
【００２８】
次にフィルタリング装置１９の動作を説明する。
【００２９】
図２に示す供給ポンプ１８を運転すると、スラリータンク１７に貯留された電極形成用スラリーがフィルタリング装置１９のスラリー入口２４に圧送される。
【００３０】
スラリー入口２４からフィルタハウジング２１内の第１のスペース２６Ａに流入した電極形成用スラリーは、第１のスペース２６Ａに接続された配管２６Ｃに流入し、配管２６Ｃを通って第２のスペース２６Ｂに至る。第２のスペース２６Ｂに至った電極形成用スラリーはさらに螺旋通路２６Ｄを通って図の上方へと流れる。
【００３１】
ここで、スラリー入口２４とスラリー出口２３の圧力差を適切に設定すれば、図の矢印に示すように第１のスペース２６Ａから配管２６Ｃ、第２のスペース２６Ｂ、及び螺旋通路２６Ｄ、を通って再び第１のスペース２６Ａに戻る電極形成用スラリーの循環流をフィルタリング装置１９内に形成することができる。
【００３２】
このようにして、フィルタリング装置１９内に電極形成用スラリーの循環流が形成されると、循環流の流速に応じて第１のスペース２６Ａ，配管２６Ｃ，第２のスペース２６Ｂ、及び螺旋通路２６Ｄを満たしているビーズ２７も循環方向へと移動する。
【００３３】
この場合に、循環流によって生起されるビーズ２７の移動の速度は電極形成用スラリーの循環速度より常に遅くなる。そのため、フィルタリング装置１９内を循環する電極形成用スラリーに含まれる粗大粒子３２は、より遅い速度で同方向に移動するビーズ２７と衝突する。
【００３４】
図５を参照すると、粗大粒子３２はビーズ２７と衝突することで解体する。循環流に押されて移動するビーズ２７は移動に伴って回転する。ビーズ２７の回転は粗大粒子３２の解体をさらに促進する作用をもたらす。
【００３５】
このようにして、電極形成用スラリーがスラリー通路２６を流下することで、電極形成用スラリーに混入した粗大粒子はビーズ２７によって十分に解体される。
【００３６】
螺旋通路２６Ｄの内周にはメッシュ部材２２Ａで構成されたフィルタ本体２２が位置している。電極形成用スラリーは第２のスペース２６Ａから螺旋通路２６Ｄを通って図の上方へと流れる途中で、その大部分がメッシュ部材２２Ａを透過してフィルタ本体２２へ流入する。フィルタ本体２２へ流入した電極形成用スラリーはスラリー出口２３から図２に示す供給バルブ１５を介してダイヘッド１４へと供給される。この時点で解体されていない粗大粒子は、フィルタ本体２２へ流入できず、電極形成用スラリーの一部とともに、螺旋通路２６Ｄから再び第１のスペース２６Ａに流入し、スラリー入口２４から新たに流入する電極形成用スラリーとともに再びスラリー通路２６を循環する。
【００３７】
フィルタリング装置１９からダイヘッド１４に供給される電極形成用スラリーは、したがって、粗大粒子３２を含まない。そのため、粗大粒子３２によるダイヘッド１４の詰まりを防止できる。
【００３８】
この実施形態によるフィルタリング装置１９は回転部材や回転部材を回転駆動する電動モータなどを含まない。粗大粒子３２の解体は、フィルタリング装置１９の上流に位置する供給ポンプ１８の送出圧力の制御により、スラリー通路２６に電極形成用スラリーの循環流を形成することで行なわれる。したがって、フィルタリング装置１９は製造コストが低くかつ回転部材の摩耗などの耐久上の問題も生じさせない。
【００３９】
この実施形態によるフィルタリング装置１９は、また、円筒形状のフィルタハウジング２１の中心部に円筒形状のフィルタ本体２２を固定し、フィルタハウジング２１から突出するフィルタ本体２２の一端にスラリー出口２３を形成している。また、スラリー通路２６はフィルタハウジング２１とフィルタ本体２２の間のスペースに固定された螺旋状の仕切り板２５によって画成された螺旋通路２６Ｄを含んでいる。そのために、スラリー通路２６の長さを十分に確保することができ、スラリー通路２６内における粗大粒子３２の解体を効率良く行なうことができる。
【００４０】
この実施形態によるフィルタリング装置１９は、さらにフィルタ本体２２を囲んでフィルタハウジング２１の一端の内側に仕切り板２５によってスラリー通路２６の一部を構成する第１のスペース２６Ａを画成し、スラリー入口２４を第１のスペース２６Ａに臨む位置に設けている。また、フィルタ本体２２を囲んでフィルタハウジング２１のもう一端の内側に仕切り板２５によってスラリー通路２６の一部を構成する第２のスペース２６Ｂを画成し、第１のスペース２６Ａと第２のスペース２６Ｂとを螺旋通路２６Ｄで接続している。スラリー通路２６は第１のスペース２６Ａから第２のスペース２６Ｂへとスラリーを導くフィルタハウジング２１の外側に設けた配管２６Ｃをさらに備えている。
【００４１】
スラリー入口２４からフィルタハウジング２１に流入した電極形成用スラリーは、第１のスペース２６Ａ、配管２６Ｃ、第２のスペース２６Ｂ、及び螺旋通路２６Ｄからなる長いスラリー通路２６を循環する。スラリー通路２６のこの構成により、フィルタリング装置１９の寸法をコンパクトに留めつつ、電極形成用スラリーの循環経路長を確保することができる。その結果、電極形成用スラリーに含まれる粗大粒子３２がスラリー通路２６に満たされたビーズ２７に接する機会を十分に確保でき、粗大粒子３２の解体に確実を期すことができる。
【００４２】
この実施形態によるフィルタリング装置１９においては、ビーズ２７の径を最適粒子径の５−８倍に設定している。発明者らの研究によれば、ビーズ２７の径をこのように設定することで、粗大粒子３２の解体に関して好ましい効果を得ることができる。  
【００４３】
最後に、この実施形態に示されたフィルタリング方法は、フィルタハウジング２１に形成されたスラリー入口２４から、フィルタハウジング２１内に固定された、粗大粒子以外の電極形成用スラリーを透過させるメッシュ部材２２Ａによるフィルタ本体２２へと、フィルタハウジング２２内に形成されかつビーズ２７で満たされたスラリー通路２６を介して電極形成用スラリーを流すことで、電極形成用スラリーに含まれる粗大粒子３２を解体する。
【００４４】
このフィルタリング方法により、回転部材や回転部材を駆動する電動モータを用いることなく、効率良く粗大粒子３２を解体できる。したがって、粗大粒子３２によるダイヘッド１４の詰まりを低コストで防止できる。
【００４５】
以上のように、この発明を特定の実施形態を通じて説明して来たが、この発明は上記の実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、上記の実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  集電箔供給部
２  電極塗着装置
３  乾燥部
４  巻き取り部
５，６  リール
１１  集電箔
１２  ローラ
１４  ダイヘッド
１５  供給バルブ
１６  リターンバルブ
１７  スラリータンク
１８  供給ポンプ
１９  フィルタリング装置
２０  スラリー圧送管
２１  フィルタハウジング
２２  フィルタ本体
２２Ａ  メッシュ部材
２３  スラリー出口
２４  スラリー入口
２５  仕切り板
２６  スラリー通路
２６Ａ  第１のスペース
２６Ｂ  第２のスペース
２６Ｃ  配管
２６Ｄ  螺旋通路
２７  ビーズ
３１  通常粒子
３２  粗大粒子
【図１】
2013141618.tif 000003
【図２】
2013141618.tif 000004
【図３】
2013141618.tif 000005
【図４】
2013141618.tif 000006
【図５】
2013141618.tif 000007
【図６】
2013141618.tif 000008
【図７】
2013141618.tif 000009