(57)【要約】【課題】均一な面質を有する造粒体シートを製造することのできる造粒体シート製造装置を提供すること。【解決手段】本発明は、電極活物質および結着材を含む固形材料と溶媒とを含む造粒体からなる造粒体シートを製造するための造粒体シート製造装置である。本発明の造粒体シート製造装置は、固形材料と溶媒とを混合して造粒体を得るための湿式混合機と、造粒体をシート状に圧縮成形して造粒体シートを得るための一対のロールとを備える。湿式混合機は、造粒体を排出するための排出口を有している。湿式混合機は、排出口が、一対のロールの鉛直上方に位置し、かつ、鉛直上方から見て一対のロールの各中心軸の間に位置するように、設置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極活物質および結着材を含む固形材料と溶媒とを含む造粒体からなる造粒体シートを製造するための造粒体シート製造装置であって、
前記固形材料と前記溶媒とを混合して前記造粒体を得るための湿式混合機と、
前記造粒体をシート状に圧縮成形して前記造粒体シートを得るための一対のロールとを備え、
前記湿式混合機は、前記造粒体を排出するための排出口を有しており、
前記湿式混合機は、前記排出口が、前記一対のロールの鉛直上方に位置し、かつ、鉛直方向から見て前記一対のロールの各中心軸の間に位置するように、設置されている、造粒体シート製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造粒体シート製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２０１５−１４１８７６号公報）には、電極活物質、結着材等の固形材料と溶媒とを混合して造粒粒子からなる造粒体（造粒物）を製造し、該造粒体をシート状の成形体（造粒体シート）に成形して集電体上に配置することで、リチウム二次電池用の電極シートを製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１４１８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来は、造粒体の製造と造粒体シートの製造とを連続的に実施できる装置がなく、バッチ生産で造粒体を製造し、得られた造粒体を一旦ストックした後に、該造粒体を造粒体シートの製造場所（電極シートの製造場所）に運搬して、造粒体シートの製造を行っていた。
【０００５】
この場合、ストック中に造粒体中の溶媒が蒸発したり、運搬中の荷姿や振動により、造粒体を構成する造粒粒子同士が互いに結着して大粒の粒子が形成されたりするという問題があった。溶媒の蒸発や大粒の粒子の形成が生じた造粒体を用いて造粒体シートを製造したり、そのような造粒体シートを集電体上に配置してなる電極シートを製造すると、均一な面質を有する造粒体シート（電極合材層）が形成されず、電極シートにおいて集電体の部分的な露出（ピンホール、スジ等の表面欠点）が生じることが想定される。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、均一な面質を有する造粒体シートを製造することのできる造粒体シート製造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】
【０００７】
本発明は、電極活物質および結着材を含む固形材料と溶媒とを含む造粒体からなる造粒体シートを製造するための造粒体シート製造装置である。
【０００８】
本発明の造粒体シート製造装置は、固形材料と溶媒とを混合して造粒体を得るための湿式混合機と、造粒体をシート状に圧縮成形して造粒体シートを得るための一対のロールとを備える。湿式混合機は、造粒体を排出するための排出口を有している。湿式混合機は、排出口が、一対のロールの鉛直上方に位置し、かつ、鉛直上方から見て一対のロールの各中心軸の間に位置するように、設置されている。
【０００９】
本発明の造粒体シート製造装置によれば、均一な面質を有する造粒体シートを製造することができる。その理由は以下のとおりである。
【００１０】
本発明の造粒体シート製造装置は、湿式混合機と一対のロール（圧縮成形用ロール）とを備えており、湿式混合機は、その排出口が、一対のロールの鉛直上方に位置し、かつ、鉛直上方から見て一対のロールの各中心軸の間に位置するように、設置されている。これにより、湿式混合機の排出口から排出された製造直後の造粒体を、一対のロールの間に落下させることができる。一対のロールの間に落下した造粒体は、直ちにロールの回転によって一対のロールの間のギャップに移送され、ギャップにおいて圧縮成形（圧延）されることで、造粒体シートが製造される。
【００１１】
このように、造粒体の製造と造粒体シートの製造とを連続的に実施することで、製造された造粒体を一旦ストックしたり、造粒体を運搬したりすることなく、製造された直後の造粒体から造粒体シートを製造することができる。これにより、造粒体の製造後から造粒体シートの製造に至るまでの間における造粒体中の溶媒の蒸発や、大粒の粒子の生成を抑制することができる。したがって、造粒体の展延性が良好であるため、表面欠点が低減された均一な面質を有する造粒体シートを製造することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の造粒体シート製造装置によれば、均一な面質を有する造粒体シートを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る造粒体シート製造装置の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係る造粒体シート製造装置における乾式混合機および湿式混合機の筐体の構成を示す概略図である。（ａ）は概略断面図であり、（ｂ）は概略斜視図である。
【図３】図２に示す乾式混合機および湿式混合機の筐体の別の状態の構成を示す概略図である。（ａ）は概略断面図であり、（ｂ）は概略斜視図である。
【図４】従来の電極シート製造装置の一例を示す概念図である。
【図５】図４に示す装置の一部を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態（以下「本実施形態」とも記す。）について説明する。ただし、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。
【００１５】
本実施形態の造粒体シート製造装置は、電極活物質および結着材を含む固形材料と溶媒とを含む造粒体からなる造粒体シートを製造するための装置である。
【００１６】
図１は、本実施形態の造粒体シート製造装置の一例を示す概念図である。図１を参照して、本実施形態の造粒体シート製造装置９０は、湿式混合機２および一対のロール（Ａロール４１、Ｂロール４２）を備え、さらに乾式混合機１を備える。
【００１７】
［乾式混合機］
乾式混合機１は、電極活物質および結着材を含む固形材料３１（粉末）を乾式混合するためのものである。乾式混合機１は、円筒状の筐体１０と、図１の矢印方向に回転可能な混合刃１１とを備える。なお、乾式混合機１は、固形材料３１を混合可能な乾式の混合機であれば特に限定されない。
【００１８】
混合刃１１の矢印方向の回転により、筐体１０の内部に供給された電極活物質、結着材などの複数種の粉末を含む固形材料３１を均一に混合することができる。
【００１９】
図２は、乾式混合機１の筐体１０および湿式混合機２の筐体２０の構成を示す概略図である。乾式混合機１の筐体１０は、後述する湿式混合機２の筐体２０の上方に連結されており、筐体１０および筐体２０の内部空間は連通口１０ｃを介して連通可能である。また、筐体１０は上部に投入口１０ｂを有しており、投入口１０ｂを介して固形材料３１を筐体１０の内部空間１０ａに供給することができる。また、筐体２０は底部に排出口２０ｃを有しており、筐体２０の内部空間２０ａの造粒体３４を排出することができる。
【００２０】
図３は、図２に示す筐体１０，２０の別の状態の構成を示す概略図である。図３は、仕切り部材１０ｄによって、連通口１０ｃが閉じられた状態を示している。なお、仕切り部材１０ｄ，２０ｄをスライドさせることで、連通口１０ｃおよび排出口２０ｃを開閉することができる。
【００２１】
乾式混合機１で固形材料３１を混合している間は、図３に示されるように連通口１０ｃを仕切り部材１０ｄで閉じておき、混合終了後に連通口１０ｃを開く。これにより、乾式混合機１によって混合された固形材料３１を、連通口１０ｃを介して湿式混合機２に供給することができる。
【００２２】
なお、本発明の造粒体シート製造装置は、必ずしも乾式混合機１を備える必要はない。固形材料の状態では、溶媒を含む造粒体のように、溶媒の蒸発や大粒の粒子の生成の問題はないため、例えば、バッチ生産により他の混合機で乾式混合された固形材料を一旦ストックし、それを運搬して湿式混合機２に直接供給してもよいからである。
【００２３】
［湿式混合機］
湿式混合機２は、固形材料（粉末）と溶媒とを湿式混合して造粒体を得るためのものである。湿式混合機２は、ドラム型の混合機であり、円筒状の筐体２０と、図１の矢印方向に回転可能な細粒刃２１および持ち上げ刃２２と、発砲ノズル２３とを備えている。なお、湿式混合機は、固形材料と溶媒とを混合可能な湿式の混合機であれば特に限定されるものではない。
【００２４】
細粒刃２１および持ち上げ刃２２の矢印方向の回転により、固形材料３１と、発砲ノズル２３によって噴霧された溶媒３２とが混合される。なお、細粒刃２１は、特に溶媒３２によって湿潤された固形材料の凝集体３３を小粒化して、造粒粒子３４ａの粒径を調整する機能を有している。また、持ち上げ刃２２は、特に筐体２０の底に溜まった固形材料３１、凝集体３３、造粒粒子３４ａなどを撹拌する機能を有している。
【００２５】
筐体２０は排出口２０ｃを備える。湿式混合機は、この排出口２０ｃが、一対のロール４１，４２の鉛直上方に位置し、かつ、鉛直方向から見て一対のロール４１，４２の各中心軸４１ａ，４２ａの間に位置するように、設置されている。なお、排出口２０ｃは篩２４を有している。固形材料３１と溶媒３２との混合によって製造された造粒体３４（造粒粒子３４ａ）は、篩いにかけられた後に、排出口２０ｃ（篩い２４の下端）から落下して、一対のロール（Ａロール４１およびＢロール４２）の間に供給される。
【００２６】
［一対のロール］
一対のロール（圧縮成形用ロール）は、造粒粒子３４ａからなる造粒体をシート状に成形して造粒体シートを得るためのものである。一対のロールは、Ａロール４１とＢロール４２とからなる。Ａロール４１およびＢロール４２は、軸方向に均一な幅のギャップにより僅かに離間するように配置され、また、両ロールの中心軸４１ａ，４２ａが互い平行となり、両ロールの中心軸４１ａ，４２ａの高さが同じになるように配置されている。
【００２７】
Ａロール４１とＢロール４２との間に供給された造粒体３４（造粒粒子３４ａ）は、Ａロール４１とＢロール４２との間のギャップにおいて、シート状に圧延（圧縮成形）されて、造粒体シート３５となる（図４および図５参照）。
【００２８】
本実施形態の造粒体シート製造装置によれば、上記のように、造粒体の製造と造粒体シートの製造とを連続的に実施することが可能である。これにより、均一な面質を有する造粒体シートを製造することができる。
【００２９】
［造粒体］
本実施形態において、造粒体は、電極活物質および結着材を含む固形材料と溶媒とを含む。造粒体とは、電極活物質および結着材を含む固形材料と少量の溶媒とを含む造粒粒子（複合粒子）の集合体である。造粒体は、例えば圧縮成形用の一対のロールにより圧縮することでシート状に成形され、造粒体シートとなる。造粒体シートは、例えば、電極合材層として、集電体上に配置される。
【００３０】
造粒体（造粒粒子）は、電極活物質および結着材を含む固形材料（粉体）と溶媒（液体）とを混合（湿式造粒）することにより製造される。すなわち、溶媒の存在下で、電極活物質および結着材を含む固形材料を混合することにより、これらの固形材料が凝集し、造粒粒子の集合体が形成される。
【００３１】
なお、造粒体のｄ５０は、例えば０．５〜２ｍｍ程度である。なお、本明細書において、「ｄ５０」は、レーザ回折／散乱法によって測定された体積基準の粒度分布において、累計値５０％での粒径を示している。造粒体のｄ５０は、例えば固形分比率、攪拌時間、攪拌速度等の造粒条件によって調整可能である。造粒体を構成する造粒粒子の形状は、例えば塊状、略球状、円柱状等である。
【００３２】
（固形材料）
造粒体は、電極活物質および結着材を含有する。造粒体は、電極活物質および結着材を含有する限り、その他の固形材料をさらに含有していてもよい。その他の固形材料としては、増粘材、導電材等が挙げられる。
【００３３】
電極活物質は、負極活物質でもよく、正極活物質でもよい。負極活物質は、例えば黒鉛、易黒鉛化性炭素および難黒鉛化性炭素等の炭素材料、あるいは珪素、錫等を含有する合金材料等である。黒鉛は、天然黒鉛でもよいし、人造黒鉛でもよい。正極活物質は、例えば、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉ1/3Ｃｏ1/3Ｍｎ1/3Ｏ2等のリチウム含有金属酸化物等である。なお、電極活物質のｄ５０は、例えば１〜２０μｍ程度である。
【００３４】
結着材は、例えば、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリルゴム（ＡＲ）、ウレタンゴム（ＵＲ）等である。
【００３５】
増粘材は、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）等である。ＣＭＣは、例えば、ナトリウム（Ｎａ）塩等であってもよい。
【００３６】
導電材は、例えば、アセチレンブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類である。
【００３７】
（溶媒）
溶媒は、例えば、水、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）等である。溶媒の使用量は、例えば、造粒体中の固形分比率が６５〜９５質量％程度となるように調整すればよい。ここで「固形分比率」とは、造粒体において溶媒以外の成分が占める質量比率を示す。
【００３８】
（電極シートの製造）
本実施形態の造粒体シート製造装置によって製造された造粒体シートは、例えば、非水電解質二次電池の電極シートの製造に用いることができる。電極シートは、シート状の集電体（銅箔、アルミニウム箔など）の片面または両面に、電極合材層として本実施形態の造粒体シート製造装置によって製造された造粒体シートを配置することで、製造できる。なお、「電極シート」は、「負極シート」または「正極シート」の少なくともいずれかであり、「集電体」は、「負極集電体」または「正極集電体」の少なくともいずれかであり、「電極合材層」は、「負極合材層」または「正極合材層」の少なくともいずれかである。
【００３９】
図４は、従来の電極シート製造装置の一例を示す概念図である。図５は、図４に示す装置の一部を示す概略斜視図である。ここで、図４および図５の電極シート製造装置において、点線で囲んだ従来の造粒体シート製造装置９１（圧延装置）の部分を、本実施形態の造粒体シート製造装置９０（図１）に置き換えることで、本実施形態の造粒体シート製造装置によって製造された造粒体シートから、電極シートを製造することができる。造粒体シート製造装置９０（９１）以外の部分について以下に説明する。
【００４０】
図４および図５を参照して、電極製造装置１００は、５本のロール、すなわちＡロール４１、Ｂロール４２、Ｃロール４３、Ｄロール４４およびＥロール４５を備える。各ロールは、各ロールの中心軸が互い平行になるように配置されている。各ロールは、図示しない駆動装置によって、回転駆動される。各ロールに描かれた曲線矢印は、各ロールの回転方向を示している。
【００４１】
造粒体３４は、Ａロール４１とＢロール４２との間のギャップに供給される。Ａロール４１には所定の荷重が加えられている。Ａロール４１とＢロール４２との間のギャップでは、造粒体３４がシート状に圧延（圧縮成形）されて、造粒体シート３５となる。
【００４２】
造粒体シート３５は、Ｂロール４２によって搬送され、Ｂロール４２とＣロール４３との間のギャップに供給される。集電体５は、Ｃロール４３によって搬送され、Ｂロール４２とＣロール４３との間のギャップに供給される。集電体５は、例えば銅（Ｃｕ）箔、アルミニウム（Ａｌ）箔等の金属箔である。
【００４３】
Ｂロール４２とＣロール４３とのギャップでは、造粒体シート３５が集電体５に押し付けられる。これにより、造粒体シート３５が集電体５に密着し、造粒体シート３５が集電体５の表面に配置される。すなわち造粒体シート３５が、Ｂロール４２の表面から集電体５の表面へと転写される。
【００４４】
造粒体シート３５および集電体５は、Ｄロール４４によってさらに搬送される。その途中で、乾燥機８から吹き出されるエアーにより、造粒体シート３５（すなわち電極合材層）に残存する溶媒を蒸発させる。
【００４５】
さらに電池の仕様等に合わせて、造粒体シート３５および集電体５をＤロール４４とＥロール４５との間のギャップに供給し、造粒体シート３５（電極合材層）の圧縮（調厚）を行ってもよい。以上の工程により、電極シートを製造することができる。
【００４６】
なお、図４では、集電体５の一方の表面に造粒体シート３５を配置しているが、上記と同様の操作により集電体５の他方の表面にも造粒体シートを配置し、集電体５の両方の表面に造粒体シート（電極合材層）を配置してもよい。
【００４７】
また、電極シートを製造する際は、上述のように、造粒体シートを製造する工程の後に、造粒体シートを集電体の表面に配置する工程を実施してもよく、また、造粒体シートを製造する工程と、造粒体シートを集電体の表面に配置する工程とを同時に実施してもよい。
【００４８】
本実施形態の造粒体シート製造装置によって製造された均一な面質を有する造粒体シートを用いて製造された電極シートは、面質に優れ、高い品質を有するものとなる。
【００４９】
また、例えば、小ロット生産で造粒体シート（電極シート）の製造を繰り返すような場合、従来は造粒体をバッチ生産で製造していたため、ロット毎に造粒体の運搬作業が必要であり、大ロット生産に比べると全体的な作業効率が低下してしまう。これに対して、本実施形態の造粒体シート製造装置を用いた場合は、ロット毎に運搬作業を繰り返す必要がないため、全体の作業効率を低下させることなく、小ロット生産が可能となる。
【００５０】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５１】
１  乾式混合機、１０  筐体、１０ａ  内部空間、１０ｂ  投入口、１０ｃ  連通口、１０ｄ  仕切り部材、１１  混合刃、２  湿式混合機、２０  筐体、２０ａ  内部空間、２０ｃ  排出口、２０ｄ  仕切り部材、２１  細粒刃、２２  持ち上げ刃、２３  発砲ノズル、２４  篩、３１  固形材料、３２  溶媒、３３  凝集体、３４  造粒体、３４ａ  造粒粒子、３５  造粒体シート、４１  Ａロール、４１ａ  中心軸、４２  Ｂロール、４２ａ  中心軸、４３  Ｃロール、４４  Ｄロール、４５  Ｅロール、５  集電体、８  乾燥機、９０，９１  造粒体シート製造装置、１００  電極シート製造装置。
【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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