(57)【要約】【課題】高い脱泡効果を得ることができるスラリー脱泡装置を提供することにある。【解決手段】スラリー脱泡装置は、スリット１ｂを備え、固体粒子と液体との縣濁液であるスラリーをスリット１ｂから排出してスクリーン状の流体膜を形成する、少なくとも一つの流体膜形成管１と、スラリーを流体膜形成管１内に圧送するスラリー圧送部２と、を有する。流体膜形成管１は、スラリー圧送部２の圧送速度に応じて、スリット１ｂを通過するスラリーのせん断速度が増減するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリットを備え、固体粒子と液体との縣濁液であるスラリーを前記スリットから排出してスクリーン状の流体膜を形成する、少なくとも一つの流体膜形成管と、
前記スラリーを前記流体膜形成管内に圧送するスラリー圧送部と、を有し、
前記流体膜形成管は、前記スラリー圧送部の圧送速度に応じて、前記スリットを通過するスラリーのせん断速度が増減するように構成されている、スラリー脱泡装置。
【請求項２】
前記スラリーのせん断速度が３００ｌ／ｓ以上である、請求項１に記載のスラリー脱泡装置。
【請求項３】
前記スリットより排出される１秒当たりのスラリーの排出体積をａ（ｃｍ3／ｓ）、スリット幅をｗ（ｍｍ）、スリット長をｌ（ｍｍ）とすると、前記スリット幅ｗが
【数１】
2017144385.tif 000008
で与えられる、請求項２に記載のスラリー脱泡装置。
【請求項４】
前記スリット幅ｗが１．４ｍｍ以下である、請求項３に記載のスラリー脱泡装置。
【請求項５】
前記流体膜形成管を収容する、減圧可能な排出タンクを、さらに有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のスラリー脱泡装置。
【請求項６】
前記スリットより排出される１秒当たりのスラリーの排出体積をａ（ｃｍ3／ｓ）、スリット幅をｗ（ｍｍ）、スリット長をｌ（ｍｍ）、前記スリットの前記排出タンク内の液面からの高さをｈとするとき、前記高さｈが、
ｈ＝ａ÷（ｄ×ｌ÷１００）
で与えられる、請求項５に記載のスラリー脱泡装置。
【請求項７】
前記スラリーが、電池の正極活物質または非極活物質を含む電極スラリーである、請求項１から６のいずれか一項に記載のスラリー脱泡装置。
【請求項８】
固体粒子と液体との縣濁液であるスラリーを、スリットを備えた流体膜形成管に圧送し、前記スラリーを前記スリットから排出させてスクリーン状の流体膜を形成し、前記スリットを通過するスラリーのせん断速度が所定値以上になるように、前記スラリーの圧送速度を設定する、スラリー脱泡方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体粒子と液体との縣濁液であるスラリー中に混在する気泡を取り除く脱泡技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、塗料内に混在した気泡を効率的に取り除くことができるフローコータ装置が記載されている。このフローコータ装置は、塗料が傾斜面を流れるように構成されており、薄い流体膜が傾斜面上に形成される。流体膜内の気泡を表面に露出させることで泡を消す作用（消泡作用）が生じ、それにより脱泡効果を得る。
特許文献２には、高粘度流体中に混在する気泡を除去する除去装置が記載されている。この除去装置は、真空容器と、真空容器内に収容された薄幕形成管と、薄幕形成管を介して真空容器内に高粘度流体を供給する供給管と、真空容器内に溜まった高粘度流体を排出する排出管と、真空容器内を減圧する真空ポンプと、を有する。
薄幕形成管は、スリットを備える。真空容器内を減圧することで、薄幕形成管内の高粘度流体がスリットから流下する。スリットから流下した高粘度流体は、カーテン状の流体膜を形成する。この場合も、流体膜内の気泡を表面に露出させることで消泡作用が生じ、それにより、脱泡効果を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０６６８１０号公報
【特許文献２】特開平３−１６６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のフローコータ装置においては、流体膜の傾斜面側面では消泡作用を得られないので、脱泡効果が低い。
特許文献２に記載の除去装置においては、流体膜の両面で消泡作用を得ることができるため、特許文献１に記載のものよりも効率よく気泡を除去することができる。しかし、この除去装置では、高粘度流体膜において、高粘度の状態のまま気泡を表面に露出させるようになっているため、十分な消泡作用を得られない。
本発明は、上記問題を解決することができ、高い脱泡効果を得ることができる、スラリー脱泡装置およびスラリー脱泡方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、スリットを備え、固体粒子と液体との縣濁液であるスラリーを前記スリットから排出してスクリーン状の流体膜を形成する、少なくとも一つの流体膜形成管と、前記スラリーを前記流体膜形成管内に圧送するスラリー圧送部と、を有し、前記流体膜形成管は、前記スラリー圧送部の圧送速度に応じて、前記スリットを通過するスラリーのせん断速度が増減するように構成されている、スラリー脱泡装置が提供される。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、固体粒子と液体との縣濁液であるスラリーを、スリットを備えた流体膜形成管に圧送し、前記スラリーを前記スリットから排出させてスクリーン状の流体膜を形成し、前記スリットを通過するスラリーのせん断速度が所定値以上になるように、前記スラリーの圧送速度を設定する、スラリー脱泡方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、流体膜の粘度を低下させた状態で気泡を表面に露出させるようになっているため、脱泡効果の増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態によるスラリー脱泡装置の構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】図１に示す流体膜形成管の構造を模式的に示す斜視図である。
【図２Ｂ】図１に示す流体膜形成管の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図３】スラリーのせん断速度と粘度の関係を示す特性図である。
【図４】排出体積とせん断速度の関係を説明するための図である。
【図５】スラリーの粘度の回復曲線を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるスラリー脱泡装置の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、スラリー脱泡装置の主要部は、流体膜形成管１と、スラリーを流体膜形成管１に圧送するスラリー圧送部２とからなる。ここで、スラリーは、固体粒子と液体との縣濁液、所謂、擬塑性流体である。スラリーとして、電池の正極活物質または負極活物質を含む電極製造用のスラリー（電極スラリー）を用いてもよい。電極スラリーとして、例えば、マンガン酸リチウムを含む正極活物質と、ポリフッ化ビニルデンを含むバインダーと、カーボンブラックを含む導電助剤とを含むリチウムイオン二次電池用スラリーを用いてもよい。
【００１０】
スラリー圧送部２は、スラリーの連続圧送を行うことができるスラリーポンプを有する。スラリーポンプとして、例えば、シリンダー構造の圧送ポンプやダイヤフラム構造の圧送ポンプを用いることができるが、これらに限定されない。スラリーの連続圧送が可能で、所望の圧送速度に設定できるものであれば、どのような圧送ポンプを用いてもよい。
スラリー圧送部２は、配管２ａを介して圧送タンク４と連結され、また、配管２ｂを介して流体膜形成管１と連結されている。脱泡処理が行われる前の未脱泡スラリーが、圧送タンク４に貯留されている。スラリーポンプを駆動すると、圧送タンク４内の未脱泡スラリーが、配管２ａ、スラリー圧送部２及び配管２ｂを介して流体膜形成管１に供給される。ここで、スラリー圧送部２の単位時間当たりのスラリー移送量（圧送速度）は調整可能であり、任意に設定することができる。
【００１１】
図２Ａは、流体膜形成管１の構造を模式的に示す斜視図、図２Ｂは、流体膜形成管１の断面構造を模式的に示す断面図である。
図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、流体膜形成管１は、スラリー貯留部１ａ、スリット１ｂ及び供給口１ｃを有する。スリット１ｂは、流体膜形成管１の底部（鉛直方向下部）に設けられている。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、スリット１ｂの幅は「ｗ」で示され、長さは「ｌ」で示されている。
【００１２】
配管２ｂが供給口１ｃに連結されており、未脱泡スラリーが、配管２ｂから供給口１ｃを介してスラリー貯留部１ａ内に供給される。スリット１ｂはスラリー貯留部１ａと連通しており、スラリー貯留部１ａ内の未脱泡スラリーがスリット１ｂから排出される。スリット１ｂから排出されたスラリーは、スクリーン状の流体膜を形成する。
流体膜形成管１は、排出タンク３内に収容されており、スリット１ｂから排出されたスラリーは、排出タンク３内に貯留される。排出タンク３は、スラリーを排出するための排出口（不図示）を備える。
【００１３】
次に、本実施形態のスラリー脱泡装置の脱泡動作、作用および効果について説明する。
一般に、スラリーなどの擬塑性流体は、せん断速度（ずり速度ともいう）の増加に伴って流体の粘度が低下するという特性を有する。本実施形態では、この特性を利用して、流体膜を形成することで得られる脱泡効果をさらに増大させる。具体的には、せん断速度を増加して流体膜の粘度を大きく低下させることで、気泡を流体膜の表面に露出し易くし、それにより消泡作用を増大させて高い脱泡効果を得る。
図３に、スラリーのせん断速度と粘度の関係を示す。横軸はせん断速度（ｌ／ｓ）を示し、縦軸は粘度（ｍＰａ）を示す。図３に示す特性は、電極スラリーに関するものであるが、電極以外の用途のスラリーにも適用できる。
【００１４】
図３に示すように、スラリーが静止状態のとき、せん断速度は０であり、粘度は１００００ｍＰａである。せん断速度の増加に伴って、粘度は指数関数的に低下する。せん断速度が４００ｌ／ｓまで増加すると、粘度は２０００ｍＰａまで低下し、それ以降は、粘度は略２０００ｍＰａを維持する。せん断速度が３００ｌ／ｓ〜４００ｌ／ｓの範囲では、粘度の低下はわずかであり、ほぼ飽和状態と見做すことができる。このことから、せん断速度を３００ｌ／ｓ以上、より望ましくは４００ｌ／ｓ以上にすることで、スラリーの粘度を大きく低下させることができることが分かる。
本実施形態のスラリー脱泡装置では、流体膜形成管１は、スラリー圧送部２の圧送速度に応じてスリット１ｂを通過するスラリーのせん断速度が増減するように構成されている。この構成によれば、スラリー圧送部２の圧送速度を増加することで、スリット１ｂを通過するスラリーのせん断速度を容易に３００ｌ／ｓ以上にすることが可能である。本実施形態では、せん断速度を３００ｌ／ｓ以上、より望ましくは４００ｌ／ｓ以上になるように、スラリー圧送部２の圧送速度が設定される。これにより、より高い脱泡効果を得ることができる。
【００１５】
また、スリット１ｂを通過するスラリーのせん断速度は、スリット１ｂの大きさ（特に、スリット幅）によって変化する。以下、スリット１ｂの最適なスリット幅について説明する。
スリット１ｂを通過するスラリーのせん断速度Ｖは、以下の式１で与えられる。
【数１】
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ここで、ａはスリット１ｂから排出される単位時間（ここでは１秒）当たりスラリーの排出体積を示し、ｗはスリット幅を示し、ｌはスリット長を示す。せん断速度Ｖの単位は「ｌ／ｓ」であり、排出体積ａの単位は「ｃｍ3／ｓ」である。スリット幅ｗおよびスリット長ｌの単位はいずれも「ｍｍ」である。なお、排出体積ａ（ｃｍ3／ｓ）は、スラリー圧送部２の圧送速度に比例する。
【００１６】
せん断速度Ｖを３００ｌ／ｓ以上にする場合、スリット幅ｗは、以下の式２で与えられる。
【数２】
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電極製造の用途では、排出体積ａは略３００ｃｍ3／ｓに設定される。この電極製造条件において、スリット長ｌを５００ｍｍとすると、上記式２に基づき、せん断速度Ｖを３００ｌ／ｓ以上にするためには、スリット幅ｗを１．４ｍｍ以下にすることが望ましい。
【００１７】
また、せん断速度Ｖを４００ｌ／ｓ以上にする場合、スリット幅ｗは、以下の式３で与えられる。
【数３】
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上述した電極製造条件において、スリット長ｌを５００ｍｍとすると、上記式３に基づき、せん断速度Ｖを４００ｌ／ｓ以上にするためには、スリット幅ｗを１．２ｍｍ以下にすることが望ましい。
【００１８】
一例として、図４に、スリット長ｌを５００ｍｍとし、スリット幅ｗを０．５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲で変化させ、排出体積ａを１００ｃｍ3／ｓ〜１０００ｃｍ3／ｓの範囲で変化させた場合のせん断速度Ｖの値を示す。なお、スリット幅ｗが１．０ｍｍ未満になると、実際には、高粘度のスラリーをスリット１ｂから排出できなくなる場合があるため、スリット幅ｗは１．０ｍｍ以上であることが望ましい。
排出タンク３内の液面からのスリット１ｂの高さｈが高いほど、スリット１ｂから排出されたスラリーが液面に落下した際に気泡が混入し易い。このことから、スリット１ｂの高さｈは、できるだけ低くすることが望ましい。しかし、スリット１ｂの高さｈを低くすると、スリット１ｂから排出されたスラリーが液面に到達するまでの時間が短くなり、その結果、消泡作用を受ける時間が短くなって脱泡効果が低下する場合がある。このため、スリット１ｂの高さｈは、消泡作用を受ける時間を考慮して設定する必要がある。
【００１９】
一方、スリット１ｂから排出されたスラリーの粘度は、時間の経過とともに徐々に増大（回復）する。図５に、スラリーの粘度の回復曲線を示す。縦軸は粘度を示し、横軸は時間を示す。図５に示す特性は、電極スラリーに関するものであるが、電極以外の用途のスラリーにも適用できる。
図５に示すように、せん断力の印加終了後、粘度は徐々に増大し、粘度回復点Ａで、せん断力印加前の粘度まで回復する。せん断力の印加終了時点から粘度回復点Ａまでの時間は約１８秒である。この粘度回復特性によれば、１秒程度の期間であれば、せん断力の印加終了後も、粘度を十分に低い状態で維持することができる。
【００２０】
スリット１ｂから排出されたスラリーの粘度も、図５に示す回復曲線に従って徐々に増大する。したがって、１秒程度の期間であれば、スリット１ｂから排出されたスラリーの粘度を十分に低い状態で維持することができる。このことから、スリット１ｂの高さｈは、スリット１ｂから排出されたスラリーが液面に到達するまでの時間が少なくとも１秒になるように設定することが望ましい。
排出速度Ｖ１（ｃｍ／ｓ）は、
【数４】
2017144385.tif 000006
で与えられる。スリット１ｂから排出されたスラリーが液面に到達する時間を１秒とすると、必要最小限のスリット１ｂの高さｈは、
【数５】
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となる。この高さに設定することで、流体膜の消泡作用による、より高い脱泡効果を得ることができる。
【００２１】
上記の場合、スリット１ｂの高さｈを一定に維持するために、スリット１ｂから排出される単位時間あたりの排出体積を、排出タンク３から排出される単位時間あたりの排出体積と一致させることが望ましい。
【００２２】
以上説明した本実施形態のスラリー脱泡装置によれば、流体膜の粘度を低下させた状態で気泡を表面に露出させることができるので、高い脱泡効果を得ることができる。
なお、上述した本実施形態のスラリー脱泡装置の構成および動作は一例であり、適宜に変更可能である。
【００２３】
以下、変形例について説明する。
図１において、流体膜形成管１は一つしか設けられていないが、これに限定されない。複数の流体膜形成管１が排出タンク３内に設けられてもよい。この場合、スラリー圧送部２は、スラリーを各流体膜形成管１に圧送する。例えば、配管２ｂが流体膜形成管１毎に設けられた複数の分岐管を含み、スラリー圧送部２が、各分岐管を介してスラリーを各流体膜形成管１に圧送してもよい。
また、排出タンク３は、減圧可能な構造であってもよい。この場合は、スラリー圧送部２の圧送力と排出タンク３の減圧により生じる吸引力とによって流体膜形成管１内のスラリーをスリット１ｂから効率よく排出することができる。この場合、スラリー圧送部２に用いる圧送ポンプとして、圧送力の低い、低価格の圧送ポンプを用いることが可能となり、装置コストを削減することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１  流体膜形成管
１ａ  スラリー貯留部
１ｂ  スリット
１ｃ  供給口
２  スラリー圧送部
２ａ、２ｂ  配管
３  排出タンク
４  圧送タンク
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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