(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択されたスラリの固体成分をつぶすことが可能な可撓性バッグに導入する工程と、
可撓性バッグをふくらませ、内部にスラリの固体成分を封入するように密封する工程と、
密封した可撓性バッグを混合装置の内部で封入したスラリの固体成分を混合するように揺動させる工程と、
密封した可撓性バッグを開け、スラリの液体成分を可撓性バッグに導入する工程と、
可撓性バッグをつぶし、内部にスラリの固体成分とスラリの液体成分を封入するように再密封する工程と、
混合装置を作動させ、可撓性バッグに封入されたスラリの固体成分とスラリの液体成分を練り混ぜかつ混合してスラリ組成物にする工程と、
を有することを特徴とするスラリの固体成分およびスラリの液体成分のスラリ形成方法。
【請求項２】
混合装置は回転ドラムミキサであることを特徴とする請求項１に記載のスラリ形成方法。
【請求項３】
スラリの固体成分をつぶすことが可能な可撓性バッグに導入する工程と、
可撓性バッグをドラムミキサの回転ドラムの内部に配置する工程と、
可撓性バッグをふくらませ、可撓性バッグをスラリの固体成分を封入するように密封する工程と、
可撓性バッグを開いて、スラリの液体成分を可撓性バッグに導入する工程と、
可撓性バッグをつぶし、内部にスラリの液体成分とスラリの固体成分を封入するように可撓性バッグを密封する工程と、
回転ドラムを回転させて、可撓性バッグを揺動かつ反転させ、可撓性バッグに封入されたスラリ成分を練り混ぜかつ混合しスラリ組成物にする工程と、
を有することを特徴とする回転ドラムミキサでスラリを形成する方法。
【請求項４】
可撓性バッグはガスを通さない液体不透過性バックであることを特徴とする請求項３に記載の回転ドラムミキサでスラリを形成する方法。
【請求項５】
可撓性バッグは密封される前にドラムの内面形状に一致するように空気で膨張されることを特徴とする請求項３に記載の回転ドラムミキサでスラリを形成する方法。
【請求項６】
可撓性バッグにスラリの液体成分を導入した後で、可撓性バッグがつぶされる前に、可撓性バッグは酸素で洗われることを特徴とする請求項３に記載の回転ドラムミキサでスラリを形成する方法。
【請求項７】
スラリ組成物を形成するように混合されるスラリの固体成分とスラリの液体成分は乾燥陽極成分と濡れた陽極成分であることを特徴とする請求項３に記載の回転ドラムミキサでスラリを形成する方法。
【請求項８】
乾燥陽極成分は亜鉛粉末とゲル化剤と流動剤からなり可撓性バッグ内で最初に混合され、濡れた陽極成分は電解液からなり可撓性バッグに導入され、封入された乾燥陽極成分および濡れた陽極成分は練り混ぜかつ混合され電池陽極スラリ組成物を形成することを特徴とする請求項７に記載の回転ドラムミキサでスラリを形成する方法。
【請求項９】
スラリの固体成分を混合するようにドラムを回転させた後、可撓性バッグを開いて、少なくとも１つの付加的なスラリの固体成分を可撓性バッグに導入することを特徴とする請求項３に記載の回転ドラムミキサでスラリを形成する方法。
【請求項１０】
亜鉛粉末と流動剤とからなるスラリの固体成分をつぶすことが可能な可撓性バッグに導入する工程と、
可撓性バッグをふくらませる工程と、
回転ドラムを可撓性バッグ内の亜鉛粉末と流動剤を混合するように回転させる工程と、
可撓性バッグを開いて、ゲル剤からなる少なくとも１つの付加的なスラリの固体成分を可撓性バッグに導入する工程と、
可撓性バッグを内部にスラリの固体成分と付加的なスラリの固体成分を封入するように密封する工程と、
回転ドラムを封入したスラリの固体成分と付加的なスラリの固体成分を混合するように回転させる工程と、
可撓性バッグを開いて、電界液からなるスラリの液体成分を可撓性バッグに導入する工程と、
可撓性バッグをつぶす工程と、
回転ドラムを回転させ、封入したスラリ成分を練り混ぜかつ混合しスラリ組成物にする工程と、
を有することを特徴とする回転ドラムミキサでスラリを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、スラリの製造方法に関し、特に、電気化学電池に使用される電極のスラリの製造方法に関し、アルカリ電池の陽極を生産する際に使用する亜鉛陽極スラリを準備する方法に関する。
さらに、本発明は、真空ポンプを使用してスラリの移送または搬送を行うと同時にスラリを濃縮する装置に関する。特に、本発明は、スラリ、特に、アルカリ電池の亜鉛陽極を製造する際に使用される亜鉛を含んだスラリの真空ポンプ装置であって、スラリに含まれているガスの泡を消去することに関連してスラリの移送及びそれと同時に濃縮を容易にする真空ポンプ装置に関する。さらに、他の観点によれば、本発明は、本発明の装置を使用する真空ポンプを使用してスラリに包まれたガスの泡を消去しながら、スラリの移送と同時にスラリを濃縮方する方法を提供することに関する。
アルカリ電池に使用される亜鉛の陽極は、種々の活性成分から成るスラリの形成を通して生産されるアルカリ電池に使用される。このような成分は、亜鉛粉末、水酸化カリウムの水溶液、さらに表面活性剤及びゲル化剤のような陽極成分を含む。これらの成分から構成されたスラリは、通常行われるように混合装置で混合され、ここから電池のセルに調量されて送られ、その陽極を形成する。往々にして生じるアルカリ電池の亜鉛陽極のような電極の生産における困難性は、一方の電池の電極と他方の電池の電極との間の均一性、及び電池のセルと他の電池のセルとの間の均一性の欠如である。この非均一性は、結果として製造される電池の動作特性及び機能にしばしば悪影響を与える。高度に競合し技術的に進展が早いアルカリ電池の産業において、電池の物理的及び動作特性における大きなまたは注目すべき逸脱は、評判のよい製造者によっては受け入れがたいものがある。電池の陽極の生産において均一性の欠如を生じる特定の問題は、陽極を形成するために使用されるスラリ内の泡の存在によって電極材料に空気の泡が含まれることにある。空気の泡は、陽極スラリの密度の変化を生じ、電極構造それ自身内に均一性の欠如を生じる。前述した内容は、各特定のセル内の陽極材料の密度に正比例する問題の多い電池性能を生じる。電池のセルの性能に関する低下を生じる他の問題は、陽極成分が望ましくない汚染物質を含むことであり、これは、陽極スラリ材料の混合中に混合装置の内面と陽極スラリとの接触から生じる。
これらの問題を解決するために、産業界における主な労力は、亜鉛電池陽極が望ましくない生産に使用するスラリ内に汚染物質と空気の泡が包まれることを無くすために、電気化学電池、特に亜鉛陽極を使用するアルカリ電池を製造する方法の開発に注がれている。
前述したように、種々の混合装置の使用を通じて陽極スラリに包まれたまたは入り込んだ空気の存在を避けるか、無くす努力がなされている。例えば、１つのこのような試みは、Ross blenderのような混合装置の使用であり、これは、混合中にスラリ内に泡が入ることを防止するために真空内で混合する。混合室を真空にし、スラリに入り込んだ空気またはガスの泡を除去するこの試みは、ブレンダ機構の動作に関連して真空装置の使用が必要になるために本質的にさらに複雑になる。この技術は空気が入り込むことを無くすにあたってはいくぶん有効であるが、この技術は、スラリの成分が不均一に混合されるような望ましくない付随的な効果が生じる。その結果、このような方法で生産された陽極スラリは、必要な均一な密度及び一貫性を有さず、陽極スラリに空気の泡の存在を完全になくすか、または望ましい程度まで低減することに失敗した。さらに、空気の泡が入り込むことによって生じるスラリの成分の不十分な混合作用及び低密度の上述した欠陥に加えて、混合装置の器具及び壁の内側の金属表面と接触して陽極材料の汚れが生じるという問題がある。
スラリ形成方法が開発されそれによって均一な密度及び汚染の欠如が達成された。本発明の好ましい観点によれば、活性亜鉛粒子、水酸化カリウムの電界溶液、ゲル化剤のような他の化合物及び他の成分が、可撓性容器またはバッグに充填され、充填されたバッグは、スラリの混合を行う回転可能に駆動される剛性の円筒形の混合装置内に配置される。好ましくは、バッグは、収縮可能な材料で製造され、最も好ましくは、ガス密、及び液体不透過性の材料で製造される。これらのすべての成分は、バッグ内に含まれるので、成分と混合装置の内面との間で直接接触することはない。よって、混合機が陽極成分で汚れる機会はない。このバッグは、適当な可撓性の収縮可能な材料から製造され、ポリエチレンのバッグのようなプラスティックのバッグの使用は、特に好ましい結果を生じる。
スラリの液体成分を追加する前に、スラリの固体成分を別の段階で混合することが好ましい。乾燥した成分を最も有効に混合することを達成するために、乾燥した陽極成分を含む可撓性バッグを膨張することが好ましい。バッグは、通常、ドラム面の内側の形状に適合し、ドラムが回転するとき中の乾燥した化合物を自由に混合することができる。
本発明の特に好ましい実施例によれば、回転可能なドラム内の可撓性バッグは、バッグに加えられる濡れた成分との混合段階の前に酸素で洗われる。この方法において、バッグは、空気よりむしろ酸素から成る気体を含み、その結果、濡れた混合の間にスラリ内に補足されるガスは空気ではなく酸素の泡である。捕捉された酸素は、スラリ内に含まれる亜鉛化合物と反応し、亜鉛と酸素によって形成された酸化亜鉛は、アルカリ電池セルの性能に無害であると考慮される。酸化亜鉛は、水酸化カリウムに溶けることができ、この水酸化カリウムは、電解液のスラリ成分として使用され、電解液に付加される添加物である。電解液の水溶液のような濡れた成分を追加した後、陽極成分の最も有効なスラリ混合を達成するために、バッグ内に濡れた化合物を追加及び密封した後、再び混合する前に、可撓性バッグを収縮しつぶすことが好ましい。つぶれたバッグ内の濡れた及び乾燥化合物は、バッグが回転ドラム内で転がるようにこねるような形の動作を行い、スラリ成分を均一に混合する。密封したバッグ内でのスラリの混合に続いて、混合されたスラリは、個々の電池セルの製造機械に移送される。
密封されたバッグ内の大気が空気である実施例において、スラリの混合が完了した後、すべての可能性において、いくつかの空気の泡がスラリ内で溶けないで残る。上述したように、このスラリ内の空気は、陽極スラリの品質及び均一性に悪影響を与える。その結果、真空ポンプの構成を介して、均一な密度及び一貫性を有する空気のないスラリ製品を製造するために、陽極スラリポンプに入った残留空気またはガスの泡の存在を無くすような方法でスラリの移送を行う。
また本発明は、特に、アルカリ電池陽極を形成する際に使用される電池セル組立体にスラリを移送する際、連続的な移送及び亜鉛電極の濃縮及びそれと同時に中に入ったガスの泡の除去を行う新しく高度に有効な装置及び方法の提供に関する。前述した目的を達成するために、本発明は、予め混合され、適当な搬送体または小輪トロッコを使用することによって垂直管の場所に移送された陽極スラリの連続的な量をピックアップし、吸い込むために垂直方向に垂下した管またはライザを使用し、それによって、垂直導管の上端は、真空ポンプの介在によって大気圧以下の準大気圧または真空にされる下方に傾斜した導管に接続される。垂直管またはライザの上端から受けられた傾斜導管でゆっくり下方に流れるスラリの連続した流れは、スラリがうける準大気圧または真空の動作によって膨張される中の泡を有し、中に入っている泡を上昇させ破裂させ、真空ポンプを通って吸い込まれるようになっている。その結果、ガスが出され濃縮されたスラリは、中にスラリの柱を形成するように垂直方向に垂下した導管に傾斜導管の下端から下方に流れ、この導管の下端は、真空補助ペリスタル型ポンプの入口に接続されている。次に、ペリスタル型のポンプは、濃縮されたスラリ材料を送り、この材料は、中に空気の泡がなく、均質で所望の密度または一貫性を有し、ポンプ排出部を通してアルカリ電池セル陽極を形成するセル組立体に入る排出導管に入る。バッチスラリ混合ユニットからスラリを受けるライズを形成する垂直管は、基本的にはスラリ内に間欠的に沈み、スラリが上方に吸い出されるとき、スラリに入った泡によって真空の大気で破裂することによって膨張及び消去を可能にするようにゆっくりと前進するスラリの連続的な流れが、下方に傾斜したユニット内で生じる。ガス状の媒体の泡の消去は、ポンプによって電池セル形成組立体に移送するペリスタル型ポンプに向かって傾斜導管から連続的に下方に流れるときに、スラリの適当な濃縮と一貫性を保証する。
また、本発明の重要な観点は、従来の真空ブレンダの使用と比較した場合のバッグスラリ形成方法の低コスト及びその簡単性にある。従来のブレンダは、混合動作中に真空圧を必要とし、装置が高価なものとなり、スラリ混合方法をさらにコストが高いものとする。本発明によれば、特別な真空ブレンダ設備の必要性が回避され、それによって、スラリを製造するために広範に変化するタイプの廉価でさらに有効なミキサに使用が可能となる。本発明によれば、陽極材料を含む密封された液密、ガス密の可撓性の収縮可能なバッグは、回転可能な容器にその容器の回転に関連して回転可能なように配置される。陽極スラリの公式化及び生産の間、移送段階を最小限にするために、スラリを製造する原材料が混合バックに直接入れられる容器を使用することを考慮することができる。
図面を参照して本発明のスラリ形成方法の好ましい実施例を詳細に説明する。
第１図は、スラリ成分の間のころがり混合動作を表すスラリ成分で充填されたつぶれたバッグを有する回転可能なドラムの概略断面図を示す。
第２図は、スラリの混合に使用される典型的な円筒形バッチミルの斜視図である。
第３図は、スラリの混合に使用可能な円錐形のバッチミルドラムユニットの概略斜視図を示す。
第４図は、スラリのガスを抜き、連続的な移送及び濃縮可能な真空ポンプの構成を示す。
第４図ａは、本発明の真空ポンプの構成においてその処理の前に亜鉛陽極スラリに入るガスの泡の間の亜鉛粒子を概略的な図面である。
第４図ｂは、真空ポンピング方法の間の亜鉛陽極スラリの亜鉛粒子及び泡を示す。
第１図を参照すると、本発明による概念によれば、スラリ成分２６を含む密封可能なガス密、液密のバッグ２０のような可撓性の収縮可能な容器の使用が考慮され、この容器は、金属製の円筒形の混合ドラム２２のような回転可能な容器に配置されたとき、陽極成分と金属製容器の内面とが接触しないようにする。バッグは、好ましくは乾燥成分の回転混合の間にドラムの内側形状に適応するように膨張される。第１図に示すように、濡れた成分を加える前に、バッグは、酸素によって洗われ、ころがりと回転動作の間、ドラムの壁の内面２４に向かい、そこから離れるように、可撓性を有し可動なバッグの壁の動作を介してスラリの改良された混合動作及びいわゆる“こねるような動き”を行うようにつぶれる。スラリ成分のこの向上した混合動作は、回転バッグ２０の大気媒体の代わりに酸素を使用することによって捕捉された空気を無くすことによって、スラリに空気またはガスの泡が入ることを避けながら均一なスラリを達成する。
本発明を実施する際に、可撓性バッグ２０は、スラリ成分によって充填され、バッグはその内容物と共に図１または図２のバッチミル２８の部品として回転可能なドラム２２に配置される。回転可能なドラム２２は、図２に示すようにほぼ水平方向に傾斜されるか、その位置からわずかに傾斜される。ドラム及び収容されたバッグは、モータ駆動モードで回転され、スラリ混合処理の要求に応じて、特定の期間の間ころがり、ウエット及びドライ陽極成分をころがして完全に混合されたスラリを形成する。その後、混合されブレンドされたスラリを含む密封バッグ２０を含むドラム２２は、適当な巻き上げ装置を介して上昇され、破断された小輪トロッコを介して上昇され、カットアエイ型小輪または他の適当な搬送車で電池セル組立体まで移送される。別の例として、もし必要ならば、スラリは、電池セル組立体に移送される前にスラリを所望の濃度まで濃縮し空気を抜くように空気またはガスの泡を無くすために真空ポンプの設備まで搬送される。
第３図に示すように、本発明を実施する際に種々の従来のミキサを使用する。例えば、バッグを含む混合ドラムは円筒形形状ではなく、円錐形のバッチミル３２であってもよく、このミル３２は、水平方向の軸線の周りで回転して、この場合、矢印で示すようなスラリ混合動作を行う。種々の円筒形または円錐形のバッチミルドラム等は、電池セル組立体と作動的に関連して電池セルの移動及びその位置決めを可能にするように搬送車または小輪トロッコに取り付けられるか、または必要ならば、上述したような真空ポンプ組立体によって、他のスラリ搬送装置を設ける必要性を無くす。
ここで説明したように、アルカリ電池セルの亜鉛陽極を形成するスラリは表１に示すような適当な重量で示す次の成分を有する。
0004111999.tif 000002
本質的に、一例として、バッグスラリ形成方法は次の工程から成る。
１．ドライめっきー亜鉛粉末をポリマー混合バッグに添加する。バッグをふくらませ密封して１０分間にわたってころがす。
２．フラクシングー表面活性剤溶液を添加。バッグを膨張及び密封し、１０分間にわたってころがす。
３．ドライミキシングーゲル化剤の添加。バッグを膨張及び密封して１０分間にわたってころがす。
４．ウエットミキシングー電界溶液を乾燥した混合物に添加。余分の空気を除去してバッグを収縮させ（追加的に、バッグの内側を酸素で洗い）、密封して６０分間ころがす。
５．真空ポンプ（追加）、スラリの一部は真空室に散布され、ここで包囲された空気の泡が除去され、それによってさらに均一なスラリを製造する。バッグは空気を収容するのではなく、酸素で充填されるとき、工程５（真空ポンプ）は必要でなくなる。
Rossblenderではなく、スラリの製造及び本発明の技術を使用する混合に関する試験の結果は、スラリの均一な特性及び密度の一貫性において劇的な改善を示した。さらに本発明による空気圧内で処理されるスラリの製造は、その後入り込んだ空気の泡を除去するために真空ポンプによってRosstypeblenderで製造される製造スラリに比較して空気捕捉に関して密度特性の改良及び目に見える低減を呈する。本質的には、本発明によって、バッグスラリ製造方法を通してスラリを製造する改良された方法を提供するスラリ特性及び処理可能性における改良が得られる。
市販できる均一な陽極スラリの所望の濃縮及び一貫性を達成するために第４図に概略的に示す真空ポンプ装置４０があり、この真空ポンプ装置４０は、陽極スラリに入ったガスまたは空気の泡を無くすためのものである。真空ポンプ装置４０は、基本的に垂直方向の管またはライズ４２を含み、この垂直方向の管４２は、適当な方法で製造することによって形成される多量のまたは１回分の予備混合された亜鉛陽極スラリに挿入されるようになっている。破線で示すように、垂直管４２の下端４４が挿入される一回分のスラリは、適当な容器４６に収容されており、これは、必ずしも必要ではないが、適当な搬送車（図示せず）で支持される。垂直方向のライズまたは管４２の上端５０は、適当な角度またはＹコネクタ５２の介在によって下方に傾斜している傾斜導管５６の上端５４と連通し、傾斜管５６は、管またはライザ４２の垂直方向軸線と鋭角θを形成する。下方に傾斜した導管５６の下端５８は、適当な角度を有するＹコネクタ６０によって垂直方向を向いた導管構造に接続される。導管構造は、コネクタ６０から出る上方に伸びる部分６４を有し、その上端６６で真空ポンプ６８に接続されている。導管構造６２の第２の導管部分７０は、下端７２が真空補助ペリスタルティック型ポンプ７６の入口７４と接続されるように、コネクタ６０から下方に垂直方向に伸びている。ペリスタル型ポンプ７６は、導管８０が取り付けられている排出出口７８を有する、排出出口７８は、電池セルのポンプ７６から亜鉛陽極材料のスラリの所定の連続した送り部分を搬送するために電池セルラインホッパ（図示せず）に接続されている。
図面の図４ａ及び図４ｂで図形的に表されるように、亜鉛陽極の形成の間に、矛盾しない材料の集合及び混合を介して、空気及び／またはガスの泡が発生し、スラリを通って拡散され、それによって、捕捉された空気の泡またはガスの泡は容易に破裂せず、その結果、スラリから分離することが困難になる。第４図ａは、真空ポンプ装置４０によってスラリを真空で送る前に、スラリの亜鉛構成の間に拡散されたガスの存在を示す。しかしながら、本発明による真空ポンプ装置４０によって真空が形成されている間、スラリに含まれる亜鉛粒子は、第４図ｂに示されているように泡が膨張しフィルムが薄くなるとき、泡のフィルム表面を破裂する際の補助となる。真空が２９インチ（７３．７ｃｍ）Ｈｇのような真空ポンプ装置４０の真空作用によって増大するとき、スラリ内に含まれる泡の大きさが増大する。この様子は表２に示されており、表２は、スラリがライザを通って上方に搬送されるにつれてスラリの深さが増大したときの泡の直径を示す。
0004111999.tif 000003
真空ポンプ装置の動作
スラリの流れがピックアップされ、垂直ライザ４２の上端に向かって容器４６に収容された一回分のスラリから垂直管またはライザ４２の下端４４で拡散する。この吸引効果または動作は、真空ポンプ６８によって行われ、真空ポンプ６８は、装置４０の導管４２，５６及び６２内に２９または３０インチ（ｉｎｃｈ）（７３．７ｃｍまたは７６．２ｃｍ）Ｈｇまでの真空または大気圧以下の準大気圧状態を形成する。ライザ４２からのスラリの流れが、下方に傾斜した導管５６の上端５４に到達するとき、スラリの連続した流れが導管５６の下端５８に向かって下方に重力の効果でゆっくりと流れ、ここで導管５６は、導管部分６４によって真空ポンプ３８に入る垂直方向の導管部分と、導管部分７０を通って真空補助ペリスタルチックポンプ４６に入る接合部を形成する。
真空ポンプは、特定の真空を引き、例えば、水銀柱で２９インチ（７３．７ｃｍ）までの特定の真空を引き、導管５６をゆっくり下に流れるスラリ内に捕捉された泡に対して減圧し、前述したように、泡は第４図に示したように膨張し、破裂して、スラリからガスを放出し、ガスは大気に放散するために真空ポンプ６８に向かい、垂直方向に上方に伸びる導管部分６４を介してガス状媒体を上方に拡散できるようにする。
その結果、Ｙコネクタ６０を介して導管５６の下端５８を通過する空気のない濃縮されたスラリは、上述した端部７２で濃縮し空気のないスラリのコラムを形成するように重力の作用で導管部分７０内で下方にコラムに沿って滑動し、真空補助ペリスタルティックポンプ７６への入口接続部７４に至る。次にポンプ７６は、アルカリ電池セルの陽極を形成するために適当な陽極セルラインホッパまたはセル組立体構成に出口８０を通って濃縮したスラリを搬送する。
前述したように、亜鉛陽極スラリの真空ポンピングについての本発明の方法及び装置４０が、スラリの連続的な移送及び濃縮を可能にし、同時に中に入ったガスまたは空気の泡を無くすことは容易に明らかになるであろう。この接続において、表３は、本装置によって真空で送る前後の一連の陽極スラリにおけるスラリ密度を示す。
0004111999.tif 000004
本発明の好ましい実施例を図示して説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに種々の改造及び変形例を容易に行うことができることは理解できよう。従って、本発明は図示し説明した形には制限されるものではなく、改造及び変形例は、請求の範囲内に含まれるものである。
【図１】
0004111999.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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