JP7448134B2 - Mixing system and material feeding equipment - Google Patents
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Description
本発明は、複数の材料を混合する混合システム及び材料を供給する材料供給装置に関するものである。 The present invention relates to a mixing system for mixing a plurality of materials and a material supply device for supplying the materials.
複数の材料、例えば液体と粉体を混合する混合機は、液体に投入された粉体を分散または溶解させることができ、様々な分野で利用されている。 BACKGROUND ART Mixers that mix a plurality of materials, such as a liquid and a powder, can disperse or dissolve the powder added to the liquid, and are used in various fields.
なかでも、高エネルギー密度を有する二次電池の利用分野は、スマートフォンやタブレット端末などの携帯機器用電源から、近年では電気自動車等(ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)、電気自動車(EV))や電力貯蔵用等へと拡大している。特に、自動車メーカーでは、世界的に自動車排ガスや炭酸ガスの削減を目的とした環境規制に対応するために、電気自動車等の開発と商品化が活発に進められている。2018年における自動車用電池の年間生産量は約60GWhと推定され、2025年頃には約200GWh(現行の携帯機器用途の約4倍)に達すると見込まれる。 In particular, the fields of application of secondary batteries with high energy density range from power supplies for mobile devices such as smartphones and tablet terminals, to electric vehicles (hybrid vehicles (HEVs), plug-in hybrid vehicles (PHEVs), electric vehicles, etc.) in recent years. (EV)) and power storage. In particular, automobile manufacturers are actively developing and commercializing electric vehicles and the like in order to comply with environmental regulations aimed at reducing automobile exhaust gas and carbon dioxide gas worldwide. The annual production of automotive batteries in 2018 is estimated to be approximately 60 GWh, and is expected to reach approximately 200 GWh by around 2025 (approximately four times the amount for current use in mobile devices).
電力貯蔵用等の分野では、発電量が環境によって変動するため、大型の蓄電システムが必要となる。最近では、風力・太陽光などの再生可能エネルギーによる発電コストが、石炭火力発電と比べて半分以下となり、2016年における世界の発電量シェアの1/5を占めるようになった。今後の普及も鑑みると現状の5倍以上の電池生産量が求められる。 In fields such as power storage, large power storage systems are required because the amount of power generated fluctuates depending on the environment. Recently, the cost of power generation from renewable energies such as wind and solar power has been reduced to less than half that of coal-fired power generation, and in 2016 they accounted for one-fifth of the world's power generation share. In view of future widespread use, battery production will be required to be more than five times the current level.
このように、二次電池やキャパシタをはじめとする蓄電デバイスは、省エネや新エネルギーの導入またはクリーン自動車等において不可欠であり、経済成長の観点からも重要なキーデバイスとして位置付けされる。 In this way, power storage devices such as secondary batteries and capacitors are indispensable for energy conservation, introduction of new energy, clean automobiles, etc., and are positioned as important key devices from the perspective of economic growth.
従来、二次電池やキャパシタは、ニッケル-カドニウム電池やニッケル-水素電池、アルミニウムコンデンサなどのように、水を溶媒として含む電解液(水系電解質)が用いられてきたが、さらなる高エネルギー密度化を図るために、非水電解質を用いて作動電圧の高くした蓄電デバイス(例えば、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタなど)の使用量が増大している。 Conventionally, secondary batteries and capacitors have used electrolytes containing water as a solvent (aqueous electrolytes), such as in nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, and aluminum capacitors. To achieve this goal, the amount of power storage devices (for example, lithium ion batteries, lithium ion capacitors, etc.) that use non-aqueous electrolytes and have high operating voltages is being used.
非水電解質を用いた二次電池やキャパシタは、正極、負極、セパレータ、非水電解液または非水電解質、電槽(収納ケース)から構成される。 A secondary battery or capacitor using a non-aqueous electrolyte is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous electrolyte or a non-aqueous electrolyte, and a battery case (storage case).
例えば、市販のリチウムイオン電池に用いられる電極(正極または負極)は、電極活物質と導電助剤、バインダなどと共に、N-メチルピロリドン(NMP)などの溶媒でスラリー化して、集電体に塗工して乾燥後、プレス調圧することで作製される。一般的に、電極活物質は粉体として、導電助剤は粉体や分散液として、バインダは粉体やエマルジョン液、溶解液などとして市販されている。 For example, the electrodes (positive or negative electrodes) used in commercially available lithium-ion batteries are made by slurrying the electrode active material, conductive agent, binder, etc. with a solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP), and then coating it on a current collector. After drying, press pressure is adjusted. Generally, electrode active materials are commercially available as powders, conductive aids as powders or dispersions, and binders as powders, emulsions, solutions, etc.
なお、電極活物質とは、電池を充放電した際に、電子の受け渡し直接的に関与する材料である。導電助剤とは、電極活物質の導電性を高め、電極抵抗を低減するために用いられる材料である。バインダとは、粉末状の活物質を集電体などに結合するために用いられる材料である。 Note that the electrode active material is a material that is directly involved in the transfer of electrons when the battery is charged and discharged. A conductive aid is a material used to increase the conductivity of an electrode active material and reduce electrode resistance. A binder is a material used to bind a powdered active material to a current collector or the like.
非特許文献1に示されているように、二次電池やキャパシタの入出力特性や充放電サイクル特性は、電極(正極または負極)スラリーの混合方法によって大きく変わることが知られている。
As shown in
例えば、特許文献1~4や非特許文献2~5には、液体と粉体とを均一に混ぜるための混合装置が提案されている。このように、電池やキャパシタにおいて粉体技術は、蓄電デバイスの性能を左右する重要なキーテクノロジーであることがわかる。
For example,
一般的に蓄電デバイスの電気容量やエネルギー密度は、電極(正極または負極)に設けられる活物質によって決定される。一方で、電解質は蓄電デバイス構成に必須の部材であるものの、蓄電デバイスの電気容量やエネルギー密度に直接的に大きく関与するものではない。しかし、蓄電デバイスの入出力特性やサイクル特性、保存特性などを決定づける材料であるため、バラツキの少ない蓄電デバイスの性能を保証するには、品質の良い電解質の使用が重要である。 Generally, the electric capacity and energy density of a power storage device are determined by the active material provided in the electrode (positive electrode or negative electrode). On the other hand, although the electrolyte is an essential member for the configuration of an electricity storage device, it does not directly and significantly affect the electrical capacity and energy density of the electricity storage device. However, since it is the material that determines the input/output characteristics, cycle characteristics, storage characteristics, etc. of the power storage device, it is important to use a high-quality electrolyte to guarantee the performance of the power storage device with little variation.
電解質とは、電子伝導性がなく(絶縁体)であり、イオン伝導性を有し、電極と反応種(原子や分子およびイオン)を含有している材料である。例えば、電解液、ポリマー電解質、ゲル電解質、溶融塩、固体電解質などが挙げられる。 An electrolyte is a material that has no electronic conductivity (an insulator), has ionic conductivity, and contains electrodes and reactive species (atoms, molecules, and ions). Examples include electrolytes, polymer electrolytes, gel electrolytes, molten salts, solid electrolytes, and the like.
電解液とは、電解質(支持塩)を溶媒に溶かしたものである。高い動作電圧を示す蓄電デバイスであるリチウムイオン電池やナトリウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどでは、電解液の溶媒として水を用いると電位窓が狭くなるため、2Vを超える作動電圧を示す実用の蓄電デバイスには利用しにくい。 An electrolytic solution is an electrolyte (supporting salt) dissolved in a solvent. In electricity storage devices that exhibit high operating voltages, such as lithium ion batteries, sodium ion batteries, electric double layer capacitors, and lithium ion capacitors, the use of water as a solvent for the electrolyte narrows the potential window, so operating voltages exceeding 2V cannot be used. However, it is difficult to use it for practical power storage devices.
そこで、市販の蓄電デバイスでは、有機または無機の電解質を極性の有機溶媒に溶解して、アルカリ金属イオンとアニオンを解離させ、液体として用いられている。液体とすることで、電極との界面抵抗が小さくなるという長所がある。 Therefore, in commercially available power storage devices, an organic or inorganic electrolyte is dissolved in a polar organic solvent to dissociate alkali metal ions and anions, and the resulting liquid is used. The advantage of using a liquid is that the interfacial resistance with the electrode is reduced.
しかし、電解液に用いられる溶媒は沸点が低く、また電解液で使用される電解質は高温で分解しやすく、且つ水分との反応性に富む材料が多い。例えば、代表的な電解液の電解質である六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)は、水分と反応すると加水分解が起こり、フッ化水素酸(HF)が生成される。非特許文献6によれば、このHFによって蓄電デバイスの劣化が引き起こされることが示唆されている。 However, the solvent used in the electrolytic solution has a low boiling point, and the electrolyte used in the electrolytic solution is easily decomposed at high temperatures, and many materials are highly reactive with moisture. For example, when lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), which is an electrolyte in a typical electrolytic solution, reacts with moisture, it undergoes hydrolysis and generates hydrofluoric acid (HF). According to Non-Patent Document 6, it is suggested that this HF causes deterioration of the power storage device.
ポリマー電解質(高分子系固体電解質)とは、極性の高分子と電解質からなるものである。電解質は、分子内に極性官能基を有する高分子に溶解され、錯体を形成することができ、これをイオン伝導体として用いられる。 A polymer electrolyte (polymer solid electrolyte) is composed of a polar polymer and an electrolyte. The electrolyte can be dissolved in a polymer having a polar functional group in its molecule to form a complex, which is used as an ion conductor.
ゲル電解質とは、ポリマー電解質と電解液を共存させ、あるいはゲル化剤と電解液を共存させたものである。例えば、低高分子のフッ素樹脂を電解液に溶解してゲル化させたゲル電解質が市販のリチウムイオン電池に採用されている。 A gel electrolyte is one in which a polymer electrolyte and an electrolytic solution coexist, or a gelling agent and an electrolytic solution coexist. For example, a gel electrolyte made by dissolving a low-polymer fluororesin in an electrolytic solution to form a gel is used in commercially available lithium ion batteries.
溶融塩とは、陽イオンと陰イオンからなる塩で溶融状態にあるものである。加熱し融解状態とした融解塩の他、広義の意味では、イオン性液体もこれに位置付けされる。イオン性液体とは、溶媒を含まずして、150℃以下で液体状態の塩であり、沸点を持たず、難燃性であり、常温溶融塩や室温溶融塩とも呼ばれる。陽イオンの種類でピリジン系、脂環族アミン系、脂肪族アミン系に大別することができ、イミダゾリウムやピリジニウムを用いたイオン性液体が有名である。 Molten salt is a salt consisting of cations and anions that is in a molten state. In a broad sense, in addition to molten salts that are heated and brought into a molten state, ionic liquids are also positioned in this category. An ionic liquid is a salt that is in a liquid state at 150° C. or lower without containing a solvent, has no boiling point, is flame retardant, and is also called a room temperature molten salt or a room temperature molten salt. Cations can be broadly classified into pyridine-based, alicyclic amine-based, and aliphatic amine-based cations, and ionic liquids using imidazolium and pyridinium are famous.
固体電解質には、上述したポリマー電解質と無機固体電解質に大別することができる。固体電解質は電解液のように対アニオンが移動しないため、濃度分極が起こらず、電気伝導を担うイオン種(例えば、リチウムイオン電池ではリチウムイオン、ナトリウムイオン電池ではナトリウムイオンを示す)の輸率がほぼ1になる。適切な電位窓の電解質を選択すれば、活物質の溶解反応や、電気分解によるガス発生、電解液分解物の析出などの副反応を抑制することができ、電池の安定性が飛躍的に改善されることが知られている。 Solid electrolytes can be broadly classified into the above-mentioned polymer electrolytes and inorganic solid electrolytes. In solid electrolytes, counter anions do not move like in electrolytes, so concentration polarization does not occur, and the transport number of the ionic species responsible for electrical conduction (for example, lithium ions in lithium ion batteries and sodium ions in sodium ion batteries) It becomes almost 1. By selecting an electrolyte with an appropriate potential window, side reactions such as active material dissolution reactions, gas generation due to electrolysis, and precipitation of electrolyte decomposition products can be suppressed, dramatically improving battery stability. It is known that
また、電解液を用いた従来のリチウムイオン電池のように有機溶媒を使うことがないため、ガスや液の引火、液漏れなどが起こらなくなり、安全性に優れた電池になることが期待されている。しかし、固体電解質は、流動性のない粉末状の材料であるため、これまでの液体の電解質を用いた電池生産方法をそのまま適用することが難しい。 In addition, unlike conventional lithium-ion batteries that use electrolytes, organic solvents are not used, so there is no possibility of gas or liquid ignition or leakage, and it is expected that the battery will be highly safe. There is. However, since the solid electrolyte is a powdery material with no fluidity, it is difficult to directly apply conventional battery production methods using liquid electrolytes.
これまでの精力的な研究開発によって、硫化物系、酸化物系、水素化物系、窒化物系など、高いイオン伝導性を示す固体電解質が開発されている。それらの多くはアルカリ金属塩と無機誘導体から構成される非晶質(ガラス)や結晶質である。 Through vigorous research and development to date, solid electrolytes exhibiting high ionic conductivity, such as sulfide-based, oxide-based, hydride-based, and nitride-based solid electrolytes, have been developed. Most of them are amorphous (glass) or crystalline, consisting of alkali metal salts and inorganic derivatives.
電解質は、水との反応性に富む性質を有する材料が多い。特に、硫黄を主成分とする硫黄系固体電解質では、水と容易に反応して、固体電解質のイオン伝導性を著しく低下させ、さらに反応時には硫化水素ガス(H2S)を発生させる。 Many electrolytes have materials that are highly reactive with water. In particular, a sulfur-based solid electrolyte containing sulfur as a main component easily reacts with water, significantly lowering the ionic conductivity of the solid electrolyte, and further generating hydrogen sulfide gas (H 2 S) during the reaction.
硫化水素ガスは、腐卵臭を有する無色の可燃性の気体である。人体に対しては、目、皮膚、粘膜を刺激する毒性を有する気体である。空気中の硫化水素濃度が、1ppm以上でかすかな臭気が認められ、3ppm以上では臭気は著しく、5ppm以上で極めて不快臭を感じることとなる。そして、10ppm以上になると硫化水素中毒のおそれがある。硫化水素ガスの濃度が高まるほど、また曝露時間が長くなるほど生命の危険が指摘される。 Hydrogen sulfide gas is a colorless, flammable gas with a rotten egg odor. To the human body, it is a toxic gas that irritates the eyes, skin, and mucous membranes. When the hydrogen sulfide concentration in the air is 1 ppm or more, a faint odor is observed, when it is 3 ppm or more, the odor is noticeable, and when it is 5 ppm or more, an extremely unpleasant odor is felt. If the concentration exceeds 10 ppm, there is a risk of hydrogen sulfide poisoning. The higher the concentration of hydrogen sulfide gas and the longer the exposure time, the more dangerous it becomes to life.
本願において、蓄電デバイスとは、二次電池やキャパシタを含むものであり、この蓄電デバイスには、上記した水と反応性に富む電解質と、正極、負極を用いることで構成される二次電池やキャパシタを含むものである。そして、ポリマー電解質や無機固体電解質電解質などの固体状態の電解質を用いた電池を全固体電池という。 In this application, an electricity storage device includes a secondary battery or a capacitor, and this electricity storage device includes a secondary battery or a capacitor that is constructed by using an electrolyte that is highly reactive with water, a positive electrode, and a negative electrode. It includes a capacitor. A battery using a solid state electrolyte such as a polymer electrolyte or an inorganic solid electrolyte is called an all-solid battery.
また、液体の電解質を用いた蓄電デバイスの製造方法では、正極および負極の間にセパレータを介してなる構造体に、電解液を加えた後、密閉化して製造されるのが一般的である。しかし、全固体電池では、これまでの液体の電解質を用いた電池生産方法をそのまま適用することが難しい。 Furthermore, in a method for manufacturing a power storage device using a liquid electrolyte, it is common to add an electrolytic solution to a structure with a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, and then seal the structure. However, for all-solid-state batteries, it is difficult to apply conventional battery production methods using liquid electrolytes as they are.
電解質が固体状態である材料では、電極の電子伝導性を確保しつつ、固体電解質と活物質の固体粒子間のイオン伝導性を高めることが重要である。このように非水電解質蓄電デバイスに用いられる電解質は、水と反応に富む材料が多く、水と接触することのない電解質の製造方法が求められている。 For materials in which the electrolyte is in a solid state, it is important to increase the ionic conductivity between the solid electrolyte and the solid particles of the active material while ensuring the electronic conductivity of the electrode. As described above, many of the electrolytes used in non-aqueous electrolyte power storage devices are materials that are highly reactive with water, and there is a need for a method for producing electrolytes that does not come into contact with water.
非水電解質蓄電デバイスに用いられる電極活物質においても、水と接触すると劣化する材料が多い。水と接触して劣化しやすい電極活物質としては、例えば、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、リチウム過剰系遷移金属酸化物(固溶体系)、硫黄系材料、ハードカーボン、アルカリ金属、活性炭などが挙げられる。 Many of the electrode active materials used in non-aqueous electrolyte power storage devices deteriorate when they come into contact with water. Examples of electrode active materials that easily deteriorate upon contact with water include lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium-excess transition metal oxides (solid solution systems), sulfur-based materials, hard carbon, alkali metals, and activated carbon. It will be done.
また、これらに限らず全ての電極活物質に該当することであるが、吸着水を有する材料は、非水電解質蓄電デバイスとしての性能が安定しにくく、蓄電デバイス内部でガスが発生してセル膨れを起こす。この対策として、非水電解質蓄電デバイスに用いられる部材は可能な限り水分と接触を防ぎ、ドライ環境下で作業を行うことが好ましいとされていた。 Furthermore, although this applies to all electrode active materials, materials with adsorbed water have difficulty in stabilizing their performance as non-aqueous electrolyte power storage devices, and gas is generated inside the power storage device, causing cell swelling. wake up As a countermeasure against this problem, it has been considered preferable to prevent the members used in non-aqueous electrolyte power storage devices from coming into contact with moisture as much as possible, and to perform work in a dry environment.
代表的な非水電解質蓄電デバイスであるリチウムイオン電池では、露点温度マイナス60℃以上、マイナス40℃以下(水分10ppm以下)のドライ環境中で製造されている。リチウムイオン電池製造工程におけるドライルーム設備は、除湿機により空気中の湿度を低くし、露点温度を調整されたドライ空気を、製造エリア内に供給している。具体的には、シリカゲル、ゼオライト、アルカリ金属塩化物などの除湿剤に空気を通すことによってドライ空気を作製し、これを製造エリア内に供給してドライ環境を実現している。ドライ環境を実現する設備としては、ドライルーム、ドライブース、グローブボックスなどが挙げられる。 Lithium ion batteries, which are typical non-aqueous electrolyte power storage devices, are manufactured in a dry environment with a dew point temperature of -60°C or higher and -40°C or lower (moisture content of 10 ppm or lower). Dry room equipment used in the lithium ion battery manufacturing process uses a dehumidifier to lower the humidity in the air and supply dry air with a controlled dew point temperature into the manufacturing area. Specifically, dry air is created by passing air through a dehumidifying agent such as silica gel, zeolite, or alkali metal chloride, and this is supplied into the manufacturing area to create a dry environment. Examples of equipment that create a dry environment include dry rooms, dry booths, and glove boxes.
ドライルームやドライブースでは、作業エリア(室内)に作業者が入室して作業できるように設計されており、入室する作業者の人数に応じてドライ空気の流量や露点温度などを設定される。これらのドライ環境では、作業者が直接ドライ環境内で作業することができるため、精密な作業を行うことができる長所を有するが、作業者から発生される水分が電池材料(電解質や電極材料など)に接触する確率が高いという欠点を有する。電解質や電極の製造工程において、原料供給部の周辺の空気に水分が存在すると、水分を巻き込んで製造されるため、得られる材料や部材の品質が悪化してしまう。 Dry rooms and dry booths are designed so that workers can enter the work area (indoors) and work, and the dry air flow rate and dew point temperature are set depending on the number of workers entering the room. These dry environments have the advantage of allowing workers to work directly in a dry environment, allowing them to perform precise work, but the moisture generated by the workers can damage battery materials (electrolytes, electrode materials, etc.). ) has the disadvantage of having a high probability of coming into contact with In the manufacturing process of electrolytes and electrodes, if moisture is present in the air around the raw material supply section, the quality of the materials and components obtained will deteriorate because the moisture will be involved in the manufacturing process.
原材料の吸湿を防止する方法として、装置全体をドライ環境内に設けることが考えられるが、大きな部屋を長時間除湿するには多大なランニングコストを要するだけでなく、ドライ環境を実現する装置が大掛かりなものとなる。 One possible way to prevent moisture absorption from raw materials is to install the entire device in a dry environment, but dehumidifying a large room for a long time not only requires significant running costs, but also requires large-scale equipment to create a dry environment. Become something.
一方、グローブボックスでは、外気と遮断された状況下で作業が可能となるように、内部にグローブを介して手だけが入れられるよう設計された密閉容器で、外気を遮断した作業が可能である。このため、ドライルームやドライブースと比べるとランニングコストを低くすることができるが、混合装置をグローブボックス内に設置する必要があり、装置のメンテナンス性が著しく低下してしまう。 On the other hand, a glove box is an airtight container that is designed so that only hands can enter through gloves, allowing work to be carried out while being isolated from the outside air. . For this reason, running costs can be lowered compared to a dry room or dry booth, but the mixing device must be installed in a glove box, which significantly reduces the maintainability of the device.
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、大気中の水分で失活してしまうような材料の品質低下を抑制する混合システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its main purpose is to provide a mixing system that suppresses deterioration in the quality of materials that would otherwise be deactivated by moisture in the atmosphere.
上記目的を達成するために、本発明の一の態様に係る混合システムは、複数の材料を混合する混合システムであり、複数の材料を混合する混合機構と、前記混合機構に粉体または液体である第1材料を供給する材料供給装置とを備え、前記材料供給装置は、材料を調整する材料調整部と第1材料を前記混合機構に供給する注ぎ口部とを具備するホッパーと、前記ホッパー内にドライガスを供給するドライガス供給部とを有し、前記材料供給装置と前記混合機構が外気と隔絶された状態で接続され、前記ドライガス供給部から供給されるドライガスにより、前記ホッパー内の露点温度がマイナス100℃以上マイナス20℃以下、内部圧力(絶対圧)が0.01MPa以上10MPa以下のドライガス環境とすることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a mixing system according to one aspect of the present invention is a mixing system that mixes a plurality of materials, and includes a mixing mechanism that mixes the plurality of materials, and a powder or liquid injected into the mixing mechanism. a material supply device that supplies a certain first material; the material supply device includes a hopper that includes a material adjustment section that adjusts the material; and a spout section that supplies the first material to the mixing mechanism; a dry gas supply unit that supplies dry gas into the hopper, the material supply device and the mixing mechanism are connected in a state isolated from the outside air, and the dry gas supplied from the dry gas supply unit The dry gas environment has a dew point temperature of -100°C or more and -20°C or less, and an internal pressure (absolute pressure) of 0.01 MPa or more and 10 MPa or less.
この構成によれば、ドライガス供給部を備えたホッパーと混合装置とが外気と隔絶された状態で接続されていることから、液体や粉体などの材料が外気の水分と接触せずに混合することが可能である。また、装置全体をドライガス環境に設置することがないので、保守や管理するための手間や費用を抑えることができる。 According to this configuration, the hopper equipped with the dry gas supply unit and the mixing device are connected in a state isolated from the outside air, so materials such as liquids and powders are mixed without coming into contact with moisture in the outside air. It is possible to do so. Furthermore, since the entire device is not installed in a dry gas environment, the effort and cost for maintenance and management can be reduced.
ホッパーは、材料調整部と注ぎ口部とを有する構成であるが、材料調整部とは、液体や粉体などの材料を調整、保管等するための空間であり、注ぎ口部とは、液体や粉体などの材料を、材料調整部から混合機構へ投入や流下させるためのものである。 The hopper has a material adjustment part and a spout part. The material adjustment part is a space for adjusting and storing materials such as liquids and powders, and the spout part is a space for adjusting and storing materials such as liquids and powders. This is for introducing and flowing materials such as powder and powder from the material adjustment section to the mixing mechanism.
ドライガス供給部は、ドライガスをホッパー内に供給する仕組みであれば特に限定されない。例えば、ドライガスが貯蔵されたボンベや、ドライガス発生装置とホッパーとがガス管を介してドライガスを供給してもよい。ドライガスとは、露点温度がマイナス20℃以下の気体であれば特に限定されない。例えば、乾燥空気、乾燥窒素ガス、乾燥希ガス、水素ガスなどがあげられる。 The dry gas supply section is not particularly limited as long as it is a mechanism for supplying dry gas into the hopper. For example, dry gas may be supplied via a gas pipe between a cylinder in which dry gas is stored, or between a dry gas generator and a hopper. The dry gas is not particularly limited as long as it is a gas with a dew point temperature of -20°C or lower. Examples include dry air, dry nitrogen gas, dry rare gas, and hydrogen gas.
また、この混合システムは、前記ホッパーが前記材料調整部と前記注ぎ口部との間に仕切り部を備え、前記仕切り部により前記材料調整部と前記注ぎ口部とが区画されており、前記仕切り部は前記第1材料が通過可能な開口を有する。この構成によれば、材料調整部で調整された材料を、注ぎ口部にスムーズに移動させることができる。 Further, in this mixing system, the hopper includes a partition between the material adjustment section and the spout, the material adjustment section and the spout are partitioned by the partition, and the partition The portion has an opening through which the first material can pass. According to this configuration, the material adjusted in the material adjustment section can be smoothly moved to the spout section.
また、この混合システムは、前記ホッパーが前記開口をふさぐ蓋、または、前記開口を開閉可能な開閉機構を有する。ここで開閉機構とは、例えばシャッターなどであり、開口を開閉可能にするものであればよい。この構成によれば、材料調整部での作業中は開閉機構等により開口をふさぐことで、材料が注ぎ口部へ流入することを防止する。また、作業後は、開閉機構を開けて開口を露出することで、材料を容易に注ぎ口部へ移動させることができる。 Further, in this mixing system, the hopper has a lid that closes the opening, or an opening/closing mechanism that can open and close the opening. Here, the opening/closing mechanism is, for example, a shutter or the like, and may be any mechanism that enables opening and closing of the opening. According to this configuration, during work in the material adjustment section, the opening is blocked by an opening/closing mechanism or the like, thereby preventing the material from flowing into the spout section. Furthermore, after the work is completed, the material can be easily moved to the spout by opening the opening/closing mechanism to expose the opening.
また、この混合システムは、前記材料供給装置が、前記第1材料が前記ホッパーの注ぎ口部を通過するより前に、該第1材料を乾燥する乾燥機構をさらに有することが好ましい。この構成によれば、水や有機溶媒などの揮発成分を含む材料であっても、ホッパーの注ぎ口部を通過する前に、材料中から揮発成分を取り除くことができる。 Further, in this mixing system, it is preferable that the material supply device further includes a drying mechanism that dries the first material before the first material passes through the spout of the hopper. According to this configuration, even if the material contains volatile components such as water or an organic solvent, the volatile components can be removed from the material before it passes through the spout of the hopper.
また、この混合システムは、前記乾燥機構が前記第1材料をドライガス環境に曝して、材料中の揮発成分を除去するものであり、前記材料供給装置は、除去した揮発成分を外気に排気するための排出機構をさらに有することが好ましい。材料をドライガス環境に曝すことにより、粉体材料などから効率良く揮発成分を除去することができる。さらに除去した揮発成分は、排出機構を設けることで外気に揮発成分を排気することが可能になる。 Further, in this mixing system, the drying mechanism exposes the first material to a dry gas environment to remove volatile components in the material, and the material supply device exhausts the removed volatile components to the outside air. It is preferable to further include a discharge mechanism for. By exposing the material to a dry gas environment, volatile components can be efficiently removed from powder materials and the like. Further, by providing a discharge mechanism, the removed volatile components can be exhausted to the outside air.
また、この混合システムは、前記乾燥機構が前記第1材料に流動性を与えて、該第1材料に含まれる揮発成分を除去するものであることが好ましい。この構成によれば、粉体や液体が流動するため、さらに効率良く粉体に含まれる揮発成分を除去することができる。 Further, in this mixing system, it is preferable that the drying mechanism imparts fluidity to the first material and removes volatile components contained in the first material. According to this configuration, since the powder and liquid flow, volatile components contained in the powder can be removed more efficiently.
また、この混合システムは、前記乾燥機構が、前記第1材料を加熱して、該第1材料に含まれる揮発成分を除去するものであることが好ましい。この構成によれば、粉体や液体などの材料を加熱することで揮発成分の温度があがるため、さらに効率良く材料に含まれる揮発成分を除去することができる。 Further, in this mixing system, it is preferable that the drying mechanism heats the first material to remove volatile components contained in the first material. According to this configuration, since the temperature of the volatile components increases by heating the material such as powder or liquid, the volatile components contained in the material can be removed more efficiently.
また、この混合システムは、前記材料供給装置が、前記ホッパー内または前記ドライガス供給部もしくはこれらの間に、静電気除去装置をさらに備えることが好ましい。この構成によれば、粉体のブリッジ(粉体が装置内で動かなくなる現象)を抑制することができ、材料調整が行いやすい。また、液体材料に固形物が含まれる場合も同様である。 Further, in this mixing system, it is preferable that the material supply device further includes a static electricity removing device within the hopper, the dry gas supply section, or between them. According to this configuration, it is possible to suppress powder bridging (a phenomenon in which powder does not move within the apparatus), and material adjustment can be easily performed. The same applies when the liquid material contains solid matter.
また、この混合システムは、前記材料供給装置が、搬送機構をさらに有し、前記搬送機構により材料を前記混合機構へ移動させる。この構成によれば、粉体のブリッジを抑制することができる。 Moreover, in this mixing system, the material supply device further includes a transport mechanism, and the transport mechanism moves the material to the mixing mechanism. According to this configuration, bridging of powder can be suppressed.
また、この混合システムは、前記材料供給装置が、グローブをさらに備え、前記ホッパーが、前記グローブを介して直接的または間接的に該ホッパーの内部で作業可能な密閉容器である。この構成によれば、グローブボックスのように材料の秤量や調整をすることができる。 Further, in this mixing system, the material supply device further includes a glove, and the hopper is a closed container in which work can be performed inside the hopper directly or indirectly via the glove. According to this configuration, materials can be weighed and adjusted like a glove box.
また、この混合システムは、前記材料調整部が前室を有し、前記材料調整部と前記前室には開閉可能な第1開閉機構が介在し、前記材料調整部と前記前室との内空間が前記第1開閉機構を介して連通し、前記前室の内空間と大気が第2開閉機構を介して連通し、前記前室にはガス置換するための真空ポンプおよびドライガス供給部が接続され、前記前室が前記材料調整部よりも体積が小さい。 Further, in this mixing system, the material adjustment section has a front chamber, a first opening/closing mechanism that can be opened and closed is interposed between the material adjustment section and the front chamber, and an interior of the material adjustment section and the front chamber is interposed between the material adjustment section and the front chamber. The space communicates through the first opening/closing mechanism, the inner space of the front chamber communicates with the atmosphere through a second opening/closing mechanism, and the front chamber includes a vacuum pump and a dry gas supply unit for gas replacement. connected, and the front chamber has a smaller volume than the material conditioning section.
ここで、前記材料調整部が前室を有するには、前室が材料調整部に直接設けられている構成や、前室が材料調整部に接続されて有する構成を含む。この構成によれば、材料や作業道具などを外部から材料調整部へ出し入れする場合に、前室で真空引きとドライガス置換をすることで、材料調整部全体をガス置換することなく、材料調整部の内部に出し入れすることができる。また、ガス置換にかかる作業時間が短く、使用するドライガスの量を少なくできるという観点から、前室は材料調整部の体積よりも小さいことが好ましい。 Here, the material adjustment section having a front chamber includes a configuration in which the front chamber is directly provided in the material adjustment section, and a configuration in which the front chamber is connected to the material adjustment section. According to this configuration, when materials, work tools, etc. are taken in and out of the material adjustment section from the outside, by performing vacuuming and dry gas replacement in the front chamber, material adjustment can be performed without replacing the entire material adjustment section with gas. It can be taken in and out of the unit. Further, from the viewpoint of reducing the work time required for gas replacement and reducing the amount of dry gas used, it is preferable that the volume of the front chamber is smaller than the volume of the material adjustment section.
また、この混合システムは、前記混合機構により複数の材料が混合されて吐き出された混合材料を排出するための排出口をさらに備え、前記排出口が外気と隔絶された状態である。この構成によれば、混合機構から吐き出された混合材料が、外気の水分と接触することがない。 Further, this mixing system further includes an outlet for discharging the mixed material mixed and discharged by the mixing mechanism, and the outlet is isolated from the outside air. According to this configuration, the mixed material discharged from the mixing mechanism does not come into contact with moisture in the outside air.
また、この混合システムは、前記混合機構により複数の材料が混合されて吐き出された混合材料を、分散混合ポンプに循環させる循環流路をさらに備える。この構成によれば、材料の未分散体の存在量を低減させることができる。 Moreover, this mixing system further includes a circulation flow path that circulates the mixed material, which has been mixed and discharged by the mixing mechanism, to the dispersion mixing pump. According to this configuration, the amount of undispersed material present can be reduced.
また、この混合システムは、前記循環流路が、混合材料と接する面の少なくとも一部分が、撥水性材でコーティング処理されている。この構成によれば、混合機構から吐き出された混合材料の収率が高くなる。 Further, in this mixing system, at least a portion of the surface of the circulation flow path that contacts the mixed material is coated with a water-repellent material. According to this configuration, the yield of the mixed material discharged from the mixing mechanism is increased.
また、この混合システムは、前記混合機構に炭酸ガスを供給する流路を具備する炭酸ガス供給機構をさらに備え、前記混合機構により複数の材料が混合されて吐き出された混合材料に炭酸ガスが分散または溶存されている。この構成によれば、材料を炭酸と反応させることが可能となる。 Further, this mixing system further includes a carbon dioxide gas supply mechanism including a flow path for supplying carbon dioxide gas to the mixing mechanism, and carbon dioxide gas is dispersed in the mixed material discharged from a plurality of materials mixed by the mixing mechanism. or dissolved. According to this configuration, it becomes possible to cause the material to react with carbonic acid.
また、この混合システムは、前記複数の材料が、粉体である前記第1材料と、液体である第2材料を含むものであり、前記混合機構が、前記液体にキャビテーションを生じさせることによって、前記粉体での分散または溶解、混合を行う分散混合ポンプを備え、前記分散混合ポンプが、円筒状のケーシングの内部に、回転翼を備えたロータ及び絞り流路を形成したステータが同心状に配置され、該ロータを回転駆動することにより、前記液体及び前記粉体を該ケーシングの内部に吸入し、該ステータに形成した絞り流路を通過させた後、該回転翼によって撹拌するものである。 Further, in this mixing system, the plurality of materials include the first material that is a powder and the second material that is a liquid, and the mixing mechanism causes cavitation in the liquid. A dispersion mixing pump that performs dispersion, dissolution, and mixing of the powder is provided, and the dispersion mixing pump includes a rotor having rotary blades and a stator concentrically forming a constriction flow path inside a cylindrical casing. By rotationally driving the rotor, the liquid and the powder are drawn into the casing, passed through a throttle channel formed in the stator, and then stirred by the rotary blades. .
この構成によれば、混合機構で粉体を粉砕しにくくなるが、均一分散が可能となる。また、ホッパー内の内部圧力が低くなると、液体にキャビテーションが生じやすくなる。逆に、ホッパー内の内部圧力を高くすると、キャビテーションが生じにくくなる。このように、ホッパー内の内部圧力を調整することで、キャビテーション発生量を調整することが可能になる。ホッパー内の内部圧力(絶対圧)は、0.01MPa以上10MPa以下であることが好ましい。 According to this configuration, it becomes difficult to crush the powder by the mixing mechanism, but uniform dispersion becomes possible. Furthermore, when the internal pressure inside the hopper becomes low, cavitation tends to occur in the liquid. Conversely, if the internal pressure inside the hopper is increased, cavitation becomes less likely to occur. In this way, by adjusting the internal pressure within the hopper, it is possible to adjust the amount of cavitation generated. The internal pressure (absolute pressure) in the hopper is preferably 0.01 MPa or more and 10 MPa or less.
なお、圧力には、絶対圧による表記とゲージ圧による表記がある。絶対圧とは、完全な真空を圧力0MPaとして測定された圧力である。ゲージ圧とは、大気圧を圧力0MPaとして測定された圧力である。絶対圧とゲージ圧を高精度で変換するのは困難であるが、標準大気圧(0.1013MPa)をゲージ圧に加算すると絶対圧に変換できる。この場合の変換誤差は、±0.003MPa程度である。 Note that there are two types of pressure: absolute pressure and gauge pressure. Absolute pressure is the pressure measured with a complete vacuum at 0 MPa. Gauge pressure is pressure measured with atmospheric pressure as pressure 0 MPa. Although it is difficult to convert absolute pressure and gauge pressure with high accuracy, it can be converted to absolute pressure by adding standard atmospheric pressure (0.1013 MPa) to gauge pressure. The conversion error in this case is about ±0.003 MPa.
また、この混合システムは、前記ホッパーの注ぎ口部の下流にバタフライバルブが設けられている。この構成によれば、バルブを開放した際の圧力損失を低減できる。 Further, this mixing system is provided with a butterfly valve downstream of the spout of the hopper. According to this configuration, pressure loss when the valve is opened can be reduced.
また、この混合システムは、非水電解質蓄電デバイスの製造工程に用いられる混合システムであって、前記第1材料が前記非水電解質蓄電デバイスの電解質を形成する粉体である。材料として電解質を用いることで、非水電解質蓄電デバイスの電解質や電解液を製造することが可能である。 Further, this mixing system is a mixing system used in a manufacturing process of a non-aqueous electrolyte power storage device, and the first material is a powder forming an electrolyte of the non-aqueous electrolyte power storage device. By using an electrolyte as a material, it is possible to manufacture an electrolyte or an electrolyte solution for a non-aqueous electrolyte power storage device.
また、この混合システムは、非水電解質蓄電デバイスの製造工程に用いられる混合システムであって、前記第1材料が前記非水電解質蓄電デバイスの活物質を形成する粉体である。材料として活物質を用いることで、非水電解質蓄電デバイスの電極を製造することが可能である。 Further, this mixing system is a mixing system used in a manufacturing process of a non-aqueous electrolyte power storage device, and the first material is a powder forming an active material of the non-aqueous electrolyte power storage device. By using an active material as a material, it is possible to manufacture an electrode for a non-aqueous electrolyte electricity storage device.
以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づき説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。まず、本実施形態の材料供給装置を中心に混合システムについて説明し、次に本実施形態の混合システムをスラリーの製造装置に適用した例を説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiment. First, a mixing system will be explained focusing on the material supply device of this embodiment, and then an example in which the mixing system of this embodiment is applied to a slurry manufacturing device will be explained.
<1.混合システム>
図1Aは、本実施形態に係る混合システムの概略を示すブロック図である。図1Bは、ホッパーの概略を示す図である。図1Aに示すように、本実施形態に係る混合システム100は、材料供給装置110と、混合装置120とを備える。材料供給装置110はホッパー111を有し、ホッパー111と、混合装置120を構成する混合機構121とが、バタフライバルブ130を介して外気と隔絶された状態で接続されている。
<1. Mixing system>
FIG. 1A is a block diagram schematically showing a mixing system according to this embodiment. FIG. 1B is a diagram schematically showing a hopper. As shown in FIG. 1A, a
図1Bに示すように、材料供給装置110のホッパー111は、その内部が材料調整部111Aと、注ぎ口部111Bとに区画されている。材料調整部111Aは、液体や粉体などの材料を調整又は保管するための空間である。注ぎ口部111Bは、材料を混合機構へ供給するためのものである。なお、この構成は本実施形態の一例であり、材料調整部111Aと注ぎ口部111Bを別体で構成し、これらが外気と隔絶された状態で接続された構成としてもよい。
As shown in FIG. 1B, the inside of the
また、本実施形態のホッパー111は、材料調整部111Aと注ぎ口部111Bとを区画する仕切り板111Cが間に配されている。仕切り板111Cは、材料が通過可能な開口111Dと、開口111Dを開閉可能にするシャッター111Eと備えている。このシャッター111Eにより、材料調整部111Aでの作業中はシャッター111Eで開口をふさぐことで、材料が注ぎ口部へ流入することを防止する。
Further, in the
作業後は、シャッター111Eを開けて開口を露出して、材料を注ぎ口部111Bへ投入する。なお、開口を塞ぐシャッター111Eは本実施形態の一例であり、開口が開閉可能とされればよく、開口を塞ぐ蓋であってもよい。また、蓋の開閉は自動に構成してもよく、手動で開口を塞ぐような蓋であってもよい。
After the work, the
また、本実施形態のホッパー111には、グローブ111Fが設けられている。これにより、作業者はグローブ111Fに手を挿入して、グローブ111Fを介して外気から遮断された状態でホッパー111内にて作業を行うことができる。
Further, the
また、本実施形態のホッパー111は密閉されていて、内部にドライガスを供給するためのドライガス供給部112が配管及びバルブを介して接続されている。また、ドライガス供給部112には、ドライガスを貯留するボンベ112aと、静電気除去装置112bとを備える。なお、静電気除去装置は、ドライガス供給部112に設けるに限らず、ホッパー111に設けてもよく、ホッパー111とドライガス供給部112との間に設けてもよい。
Further, the
また、ホッパー111には、炭酸ガス供給部113が配管及びバルブを介して接続されている。なお、本実施形態の炭酸ガス供給部113は、ホッパー111を介して混合機構に炭酸ガスが供給されるように構成しているが、炭酸ガス供給部113を配管及びバルブを介して混合機構121に直接接続する構成とすることもできる。その他、ホッパー111には、真空ポンプ114が配管及びバルブを介して接続されていて、また圧力計115が接続されている。
Furthermore, a carbon dioxide
また、ホッパー111には、除湿機116が接続されていて、ホッパー111内に水分が取り除かれた空気を送りこむと同時に、ホッパー111内の既存の空気を外部に排出する。これにより、ホッパー111内の材料の乾燥が促進される。
Further, a
なお、除湿機116は、乾燥機構の一例であり、乾燥機構は除湿機に限らない。本実施形態の乾燥機構は、除湿機に代えて又は除湿機に加えて、ホッパー111内にヒーターを設けて、材料を加熱、乾燥する構成としてもよい。また、ホッパー内に材料を攪拌するためのガスを供給する機構を設けて、ガス攪拌により材料を乾燥する構成としてもよい。
Note that the
また、乾燥機構は、ホッパー111内にスクリューを設けて材料を攪拌する機構や、ホッパー111内を振動可能な構造とし材料を振動させる構成としてもよい。また、上記したこれら乾燥機構を複数設ける構成としてもよい。
Further, the drying mechanism may be a mechanism in which a screw is provided in the
上記した本実施形態の材料供給装置によれば、液体や粉体などの材料を外気の水分と接触せずに作業可能であり、外気の水分と接触することなく混合機に供給することが可能である。また、装置全体をドライガス環境に設置せずに作業することができるため、保守や管理の手間やコストを抑えることができる。 According to the material supply device of this embodiment described above, materials such as liquids and powders can be worked without coming into contact with moisture in the outside air, and can be supplied to the mixer without coming into contact with moisture in the outside air. It is. Furthermore, since the entire device can be operated without being installed in a dry gas environment, maintenance and management efforts and costs can be reduced.
また、混合装置120は、ホッパー111とバタフライバルブ130を介して接続される混合機構121と、複数の材料が混合された混合材料が一時貯留されるタンク122と、混合機構121とタンク122とをつなぐ循環流路123と、循環ポンプ124とを備える。また、混合機構121には、図示しない材料供給部が設けられていて、混合機構121に材料を供給する。この材料供給部より供給される材料と、材料供給装置110から供給される材料とが混合機構121で混合される。また、循環流路123の内側の壁面は、撥水性材でコーティング処理されている。なお、混合装置120の詳細な構造については後述する。
The
また、本実施形態の材料供給装置は、図1Cに示すように、材料調整部111Aに前室117がさらに接続された構成としてもよい。この場合、材料調整部111Aは、前室117の内部空間が開閉可能な開閉機構118を有し、材料調整部111Aと前室117の内部空間が開閉機構118を介して連通している。
Further, the material supply device of this embodiment may have a configuration in which a
また、前室117は、材料調整部111Aの内部空間との間に存在する開閉可能な開閉機構118とは別に、外部(大気中)と前室117の内部との間に開閉可能な開閉機構119を有する構成となる。そして、前室117に、真空ポンプ114とドライガス供給部112とをさらに接続することで、前室117をガス置換することが可能になる。
In addition, the
これにより、材料や作業道具などを外部(大気中)から材料調整部111Aへ出し入れする場合に、前室117で真空引きとドライガス置換をすることで、材料調整部111A全体をガス置換することなく、材料調整部111Aの内部に出し入れすることができる。
As a result, when materials, work tools, etc. are taken in and out of the
また、この前室117の内部には、スライドトレーを設けることで材料や作業道具などを出し入れしやすくなる。なお、前室117は直接上に接続してもよいし、材料調整部111Aに複数の前室を接続してもよい。なお、ガス置換にかかる作業時間が短く、使用するドライガスの量を少なくできるという観点から、前室117は材料調整部111Aの体積よりも小さいことが好ましい。
Further, by providing a slide tray inside the
<2.スラリー製造装置>
次に、本発明の材料供給装置を含む混合システムを、スラリーを製造するスラリー製造装置に適用した例について説明する。以下は、粉体である第1材料と、液体である第2材料とを混合するスラリー製造装置の一例である。
<2. Slurry manufacturing equipment>
Next, an example will be described in which a mixing system including the material supply device of the present invention is applied to a slurry manufacturing device that manufactures slurry. The following is an example of a slurry manufacturing apparatus that mixes a first material that is a powder and a second material that is a liquid.
図2に示すように、本実施形態に係るスラリー製造装置200は、粉体である第1材料を供給する材料供給装置Xと、第1材料と液体である第2材料を混合する混合装置Yと、を主要な構成として備える。 As shown in FIG. 2, the slurry manufacturing apparatus 200 according to the present embodiment includes a material supply device X that supplies a first material that is a powder, and a mixing device Y that mixes the first material and a second material that is a liquid. The main components are:
材料給装置Xは、ホッパー31を主要な構成として備える。ホッパー31は内部が密閉されており、ホッパー31には、ドライガス供給部311と炭酸ガス供給部312と真空ポンプ313が配管及びバルブを介して接続されている。また、ホッパー31には、これに材料を投入するフィーダホッパー210とエア抜き口211を具備するフィーダ220が接続されている。また、ホッパー31は、材料を調整する材料調整部31Aと混合装置Yに材料を投入する注ぎ口部31Bとを有し、これらが開口を有する仕切り板により区画されていて、材料調整部31Aを含む空間がドライボックス230で覆われている。 The material feeding device X includes a hopper 31 as a main component. The inside of the hopper 31 is sealed, and a dry gas supply section 311, a carbon dioxide supply section 312, and a vacuum pump 313 are connected to the hopper 31 via piping and valves. Further, the hopper 31 is connected to a feeder hopper 210 into which material is fed and a feeder 220 having an air vent 211. Further, the hopper 31 has a material adjusting section 31A for adjusting the material and a spout section 31B for introducing the material into the mixing device Y, and these are partitioned by a partition plate having an opening. The containing space is covered with a dry box 230.
混合装置Yは、材料を混合する混合機構であるミキシング機構部60と、再循環機構部70と、吸引ポンプ機構部80と、冷却装置250と、タンク260と、圧力抜き部270とを主要な構成として備える。また、混合装置Yは、ドライボックス240により覆われている。
The mixing device Y mainly includes a mixing mechanism section 60, which is a mixing mechanism for mixing materials, a recirculation mechanism section 70, a suction
そして、スラリー製造装置200では、次のようにしてスラリーFが製造される。材料供給装置Xから供給された粉体Pと、タンク260からポンプ261により供給された液体R(あるいはスラリーF)が、ミキシング機構60で混合されて吸引ポンプ機構部80に供給される。
In the slurry manufacturing apparatus 200, slurry F is manufactured in the following manner. Powder P supplied from material supply device X and liquid R (or slurry F) supplied from tank 260 by pump 261 are mixed by mixing mechanism 60 and supplied to suction
吸引ポンプ機構部80では、粉体Pと液体Rとが分散混合され、再循環機構部70へ送られる。再循環機構部70は、完全に溶解していない粉体Pを含む液体R(以下、未溶解スラリーFr)を吸引ポンプ機構部80に循環供給し、スラリーFをタンク260へ送出する。タンク260の内部のスラリーFは、タンク撹絆モータM4によって撹粋される。
In the suction
ドライボックス230及び240は、限られた必要箇所の雰囲気のみを所定の状態に保持するために、内部の空間を、例えば合成樹脂製のパネルで外部空間と仕切るものである。また、ドライボックス230及び240は、これらを用いることで粉体Pが水分と接触することを抑止できればよく、断熱性を有する各種素材及び金属製等であってもよい。 The dry boxes 230 and 240 have an internal space separated from an external space by a panel made of synthetic resin, for example, in order to maintain the atmosphere in a predetermined state only in a limited number of necessary areas. Further, the dry boxes 230 and 240 may be made of various materials having heat insulating properties, metal, etc., as long as they can prevent the powder P from coming into contact with moisture.
なお、ドライボックス230及び240は必須の構成ではなく、より確実に粉体Pが外気と接することを抑止するために用いている。その理由は、ホッパー31が密閉されている構成の場合、ホッパー31と混合装置Yとが外気と遮断して接続されているので、粉体Pが外気に接することが抑止されているためである。 Note that the dry boxes 230 and 240 are not essential components, and are used to more reliably prevent the powder P from coming into contact with the outside air. The reason for this is that when the hopper 31 is configured to be sealed, the hopper 31 and the mixing device Y are connected to each other in a manner that is insulated from the outside air, which prevents the powder P from coming into contact with the outside air. .
また、ドライボックス230には、除湿ユニット233が取り付けられていて、ドライボックス240にも、図示しない除湿ユニットが取り付けられている。そして、本実施形態においては、ドライボックス230及び240の内側空間が露点温度-40℃以下に保持され、ホッパー31の内部の露点温度が-70℃以下に保持されている。なお、これらの露点温度は一例であり、これに限られない。 Further, a dehumidifying unit 233 is attached to the dry box 230, and a dehumidifying unit (not shown) is also attached to the dry box 240. In the present embodiment, the dew point temperature of the inner spaces of the dry boxes 230 and 240 is maintained at −40° C. or lower, and the dew point temperature inside the hopper 31 is maintained at −70° C. or lower. Note that these dew point temperatures are just examples, and are not limited thereto.
そして、上述のように、材料供給装置Xは、フィーダホッパー210と、フィーダ220と、ホッパー31とを備えて構成されている。フィーダホッパー210は、上流からドライ搬送される粉体Pを一時的に貯留するホッパーである。フィーダホッパー210は、粉体用ドライボックス230に接続されたエア抜き口211を有する。 As described above, the material supply device X includes the feeder hopper 210, the feeder 220, and the hopper 31. The feeder hopper 210 is a hopper that temporarily stores the powder P that is dry-transported from upstream. The feeder hopper 210 has an air vent 211 connected to a dry box 230 for powder.
エア抜きロ211は、上流からの粉体Pの投入に伴ってフィーダホッパー210の内圧が高まった際に、フィーダホッパー210の内部の乾燥した空気を粉体用ドライボックス230へ排出する。なお、エア抜きロ211には逆止弁を設け、フィーダホッパー210に圧力がかかっていない時は、粉体Pが湿気の影響を受けないよう、フィーダホッパー210が閉塞されていることが好ましい。 The air vent 211 discharges dry air inside the feeder hopper 210 to the powder dry box 230 when the internal pressure of the feeder hopper 210 increases with the introduction of the powder P from upstream. Note that it is preferable that a check valve is provided in the air vent 211 so that the feeder hopper 210 is closed when no pressure is applied to the feeder hopper 210 so that the powder P is not affected by moisture.
また、フィーダ220は、フィーダホッパー210に貯留された粉体Pを、計量しながらホッパー31の材料調整部31bに投入する。フィーダ220は、例えば、スクリュー式フィーダである。そして、ホッパー31の注ぎ口部31bは、上部から下部へ向かうに連れて縮径する逆円錐形状の部材であって、投入された粉体Pを下部開口部31cから排出させて、ミキシング機構60へ供給する。 Further, the feeder 220 feeds the powder P stored in the feeder hopper 210 into the material adjustment section 31b of the hopper 31 while weighing it. The feeder 220 is, for example, a screw feeder. The spout 31b of the hopper 31 is an inverted cone-shaped member whose diameter decreases from the top to the bottom, and discharges the charged powder P from the bottom opening 31c, and the mixing mechanism 60 supply to
また、スラリー製造装置200は制御部Cを備えており、制御部CはCPUや記憶部等を備えた演算処理装置からなり、スラリー製造装置200の全体の動作を制御する。 Further, the slurry manufacturing apparatus 200 includes a control section C, which is composed of an arithmetic processing unit including a CPU, a storage section, etc., and controls the overall operation of the slurry manufacturing apparatus 200.
本実施形態では、図2に示すように、粉体供給装置Xのフィーダホッパー210およびフィーダ220と、ドライボックス230とが、架台280の上に蔵置されて、混合装置Yの上方に配置されている。また、ホッパー31の材料調整部31aは、架台280よりも上方に配置される。ホッパー31の下部開口部31cは、架台280よりも下方に配置される。 In this embodiment, as shown in FIG. 2, the feeder hopper 210 and feeder 220 of the powder supply device X, and the dry box 230 are stored on a pedestal 280 and arranged above the mixing device Y. There is. Further, the material adjustment section 31a of the hopper 31 is arranged above the pedestal 280. The lower opening 31c of the hopper 31 is arranged below the pedestal 280.
スラリー製造装置200では、様々な種類の粉体Pと液体Rを用いてスラリーFを製造することが可能である。特に、全固体電池の正極、負極、または固体電解質を製造するためのスラリー、すなわち正極活物質層スラリー、負極活物質スラリー、または固体電解質スラリーの製造に、スラリー製造装置200が好適に使用できる。 In the slurry manufacturing apparatus 200, it is possible to manufacture slurry F using various types of powder P and liquid R. In particular, the slurry manufacturing apparatus 200 can be suitably used for manufacturing a slurry for manufacturing a positive electrode, a negative electrode, or a solid electrolyte of an all-solid-state battery, that is, a positive electrode active material layer slurry, a negative electrode active material slurry, or a solid electrolyte slurry.
正極活物質スラリーは、正極活物質、導電助剤、バインダ等を溶媒に分散させて製造する。負極活物質スラリーは、負極活物質、導電助剤、バインダ等を溶媒に分散させて製造する。固体電解質スラリーは、固体電解質、導電助剤、バインダ等を溶媒に分散させて製造する。正極活物質スラリーが固体電解質を含有してもよい。負極活物質スラリーが固体電解質を含有してもよい。 A positive electrode active material slurry is manufactured by dispersing a positive electrode active material, a conductive additive, a binder, etc. in a solvent. A negative electrode active material slurry is manufactured by dispersing a negative electrode active material, a conductive additive, a binder, etc. in a solvent. A solid electrolyte slurry is manufactured by dispersing a solid electrolyte, a conductive agent, a binder, etc. in a solvent. The positive electrode active material slurry may contain a solid electrolyte. The negative electrode active material slurry may contain a solid electrolyte.
正極活物質としては、非水電解質二次電池で用いられる正極活物質であれば特に限定されない。アルカリ金属遷移金属酸化物系、バナジウム系、硫黄系、固溶体系(リチウム過剰系、ナトリウム過剰系、カリウム過剰系)、カーボン系、有機物系、等を含む公知の材料が用いられる。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a positive electrode active material used in non-aqueous electrolyte secondary batteries. Known materials including alkali metal transition metal oxide type, vanadium type, sulfur type, solid solution type (excessive lithium type, excessive sodium type, excessive potassium type), carbon type, organic material type, etc. are used.
例えば、アルカリ金属遷移金属酸化物系には、例えば、LiCoO2、Li0.9Na0.1CoO2、LiNiO2、LiNi0.5Co0.5O2、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2、LiNi0.5Mn0.2Co0.3O2、LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2、LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2、Li(Ni,Co,Al)O2、LiMnO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiFe0.5Mn0.5PO4、LiMnPO4、Li2MnSiO4、Li2FeSiO4、Li2(Mn,Fe)SiO4、Li2CoSiO4、Li2MgSiO4、Li2CaSiO4、Li2ZnSiO4、LiNb2O5、LiNbO2、LiFeO2、LiMgO2、LiCaO2、LiTiO2、LiTiS2、LiCrO2、LiRuO2、LiCuO2、LiZnO2、LiMoO2、LiMoS2、LiTaO2、LiWO2、NaCoO2、NaNiO2、NaNi0.33Mn0.33Co0.33O2、NaMnO2、NaMn2O4、NaFePO4、NaFe0.5Mn0.5PO4、NaMnPO4、Na2MnSiO4、Na2FeSiO4、Na2(Mn,Fe)SiO4、Na2CoSiO4、Na2MgSiO4、Na2CaSiO4、Na2ZnSiO4、NaNb2O5、NaNbO2、NaFeO2、NaMgO2、NaCaO2、NaTiO2、NaTiS2、NaCrO2、NaRuO2、NaCuO2、NaZnO2、NaMoO2、NaMoS2、NaTaO2、NaWO2、KCoO2、KNiO2、KNi0.33Mn0.33Co0.33O2、KMnO2、KMn2O4、KFePO4、KFe0.5Mn0.5PO4、KMnPO4、K2MnSiO4、K2FeSiO4、K2(Mn,Fe)SiO4、K2CoSiO4、K2MgSiO4、K2CaSiO4、K2ZnSiO4、KNb2O5、KNbO2、KFeO2、KMgO2、KCaO2、KTiO2、KTiS2、KCrO2、KRuO2、KCuO2、KZnO2、KMoO2、KMoS2、KTaO2、KWO2等が挙げられる。 For example, alkali metal transition metal oxide systems include, for example, LiCoO 2 , Li 0.9 Na 0.1 CoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 0.5 Co 0.5 O 2 , LiNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.2 Co 0 .3 O 2 , LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 , LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 , Li(Ni, Co, Al) O 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , LiFe 0.5 Mn 0.5 PO4 , LiMnPO 4 , Li 2 MnSiO 4 , Li 2 FeSiO 4 , Li 2 (Mn,Fe)SiO 4 , Li 2 CoSiO 4 , Li 2 MgSiO 4 , Li 2 CaSiO 4 , Li 2 ZnSiO 4 , LiNb 2 O 5 , LiNb O2 , LiFeO2 , LiMgO2 , LiCaO2 , LiTiO2 , LiTiS2, LiCrO2, LiRuO2 , LiCuO2 , LiZnO2 , LiMoO2 , LiMoS2 , LiTaO2 , LiWO2, NaCoO 2 , NaNiO 2 , NaNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 , NaMnO 2 , NaMn 2 O 4 , NaFePO 4 , NaFe 0.5 Mn 0.5 PO 4 , NaMnPO 4 , Na 2 MnSiO 4 , Na 2 FeSiO 4 , Na 2 (Mn,Fe)SiO 4 , Na 2 CoSiO4 , Na2MgSiO4 , Na2CaSiO4 , Na2ZnSiO4 , NaNb2O5 , NaNbO2, NaFeO2 , NaMgO2, NaCaO2 , NaTiO2 , NaTiS2 , NaCrO2, NaRu O 2 , NaCuO 2 , NaZnO 2 , NaMoO 2 , NaMoS 2 , NaTaO 2 , NaWO 2 , KCoO 2 , KNiO 2 , KNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 , KMnO 2 , KMn 2 O 4 , KFePO 4 , KFe 0.5 Mn 0.5 PO 4 , KMnPO 4 , K 2 MnSiO 4 , K 2 FeSiO 4 , K 2 (Mn,Fe)SiO 4 , K 2 CoSiO 4 , K 2 MgSiO 4 , K 2 CaSiO 4 , K 2 ZnSiO 4 , KNb 2 O 5 , KNbO 2 , KFeO 2 , KMg O 2 , KCaO2 , KTiO2, KTiS2 , KCrO2 , KRuO2 , KCuO2 , KZnO2 , KMoO2 , KMoS2 , KTaO2 , KWO2, and the like.
バナジウム系には、例えば、LiV2O5、LiVO2、Li3VO4、Li3V2(PO4)3、NaV2O5、NaVO2、Na3VO4、Na3V2(PO4)3、KV2O5、KVO2、K3VO4、K3V2(PO4)3等が挙げられる。硫黄系には、例えば、硫黄、硫化カーボン、ポリスルフィド、ポリ硫化カーボン、硫黄変性ポリアクリルニトリル、ジスルフィド化合物、硫黄変性ゴム、硫黄変性ピッチ、硫黄変性アントラセン、硫化金属等が挙げられる。固溶体系には、例えば、Li2MnO3-LiNiO2、Li2MnO3-LiMnO2、Li2MnO3-LiCoO2、Li2MnO3-Li(Ni,Mn)O2、Li2MnO3-Li(Ni,Co)O2、Li2MnO3-Li(Mn,Co)O2、Li2MnO3-Li(Ni,Mn,Co)O2、Na2MnO3-NaNiO2、Na2MnO3-NaMnO2、Na2MnO3-NaCoO2、Na2MnO3-Na(Ni,Mn)O2、Na2MnO3-Na(Ni,Co)O2、Na2MnO3-Na(Mn,Co)O2、Na2MnO3-Na(Ni,Mn,Co)O2、K2MnO3-KNiO2、K2MnO3-KMnO2、K2MnO3-KCoO2、K2MnO3-K(Ni,Mn)O2、K2MnO3-K(Ni,Co)O2、K2MnO3-K(Mn,Co)O2、K2MnO3-K(Ni,Mn,Co)O2、等が挙げられる。 Vanadium-based compounds include, for example, LiV 2 O 5 , LiVO 2 , Li 3 VO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , NaV 2 O 5 , NaVO 2 , Na 3 VO 4 , Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 , KV 2 O 5 , KVO 2 , K 3 VO 4 , K 3 V 2 (PO 4 ) 3 and the like. Examples of sulfur-based compounds include sulfur, carbon sulfide, polysulfide, carbon polysulfide, sulfur-modified polyacrylonitrile, disulfide compounds, sulfur-modified rubber, sulfur-modified pitch, sulfur-modified anthracene, and metal sulfide. Solid solution systems include, for example, Li 2 MnO 3 -LiNiO 2 , Li 2 MnO 3 -LiMnO 2 , Li 2 MnO 3 -LiCoO 2 , Li 2 MnO 3 -Li(Ni,Mn)O 2 , Li 2 MnO 3 - Li(Ni,Co) O2 , Li2MnO3 -Li( Mn ,Co) O2 , Li2MnO3 - Li( Ni ,Mn,Co) O2 , Na2MnO3 - NaNiO2, Na2MnO 3 -NaMnO 2 , Na 2 MnO 3 -NaCoO 2 , Na 2 MnO 3 -Na(Ni,Mn)O 2 , Na 2 MnO 3 -Na(Ni,Co)O 2 , Na 2 MnO 3 -Na(Mn, Co)O 2 , Na 2 MnO 3 -Na(Ni,Mn,Co)O 2 , K 2 MnO 3 -KNiO 2 , K 2 MnO 3 -KMnO 2 , K 2 MnO 3 -KCoO 2 , K 2 MnO 3 - K(Ni , Mn) O2 , K2MnO3 -K(Ni,Co) O2 , K2MnO3 - K( Mn ,Co) O2 , K2MnO3 - K(Ni,Mn,Co) O2 , etc. are mentioned.
カーボン系には、例えば、グラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、グラッシーカーボンなどが挙げられる。有機系には、ルベアン酸、テトラシアノキノジメタン、トリキノキサリニレン、フェナジンジオキシド、トリオキソトリアンギュレン、インディゴカルミン、ニトロニルニトロキシドラジカル化合物、ラジアレン系化合物、脂肪族環状ニトロキシルラジカル類、ベンゾキノン類等が挙げられる。 Examples of carbon-based materials include graphite, soft carbon, hard carbon, and glassy carbon. Organic compounds include rubeanic acid, tetracyanoquinodimethane, triquinoxalinylene, phenazine dioxide, trioxotriangulene, indigo carmine, nitronyl nitroxide radical compounds, radialene compounds, aliphatic cyclic nitroxyl radicals, Examples include benzoquinones.
上記した正極活物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせてもよいが、エネルギー密度の観点から、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiFe0.5Mn0.5PO4、LiMnPO4、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2、LiNi0.5Mn0.2Co0.3O2、LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2、LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2、Li(Ni,Co,Al)O2、固溶体系、バナジウム系、硫黄系が好ましい。 The above-mentioned positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more, but from the viewpoint of energy density, for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , LiFe 0.5 Mn 0.5 PO 4 , LiMnPO 4 , LiNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.2 Co 0.3 O 2 , LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 , LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 , Li(Ni, Co , Al)O 2 , solid solution systems, vanadium systems, and sulfur systems are preferred.
負極活物質としては、アルカリ金属イオン(リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオンなど)を可逆的に吸蔵・放出することが可能な材料であれば特に限定されない。例えば、Li、Na、K、C、Mg、Al、Si、P、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、W、Pb及びBiよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素、これらの元素を用いた合金、複合化物、酸化物、カルコゲン化物又はハロゲン化物であればよい。 The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material that can reversibly insert and release alkali metal ions (lithium ions, sodium ions, potassium ions, etc.). For example, Li, Na, K, C, Mg, Al, Si, P, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Y, Zr, At least one element selected from the group consisting of Nb, Mo, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, W, Pb and Bi, alloys, composites, oxides, chalcogenides using these elements Alternatively, it may be a halide.
放電プラトーの領域が0~1V(vs.Li+/Li)の範囲内に観測できる観点から、Li、Na、K、C、Mg、Al、Si、Ti、Zn、Ge、Fe、Mn、Ag、Cu、In、Sn及びPbよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素、これらの元素を用いた同素体、合金又は酸化物が好ましい。 From the viewpoint that the discharge plateau region can be observed within the range of 0 to 1 V (vs. Li + /Li), Li, Na, K, C, Mg, Al, Si, Ti, Zn, Ge, Fe, Mn, Ag , Cu, In, Sn, and Pb, and allotropes, alloys, or oxides using these elements are preferable.
さらにエネルギー密度の観点から、元素としては、Al、Si、Zn、Ge、Ag、Sn等が好ましく、合金としては、Si-Al、Al-Zn、Si-Mg、Si-La、Al-Ge、Si-Ge、Si-Ag、Si-Sn、Si-Ti、Si-Y、Si-Cr、Si-Ni、Si-Zr、Si-V、Si-Nb、Si-Mo、Zn-Sn、Ge-Ag、Ge-Sn、Ge-Sb、Ag-Sn、Ag-Ge、Sn-Sb等の各組み合わせ等が好ましく、酸化物としては、Fe2O3、CuO、MnO2、NiO、Li4Ti5O12、H2Ti12O25、Na2Ti3O7等が好ましい。合金としては、全率固溶型合金、共晶合金、亜共晶合金、過共晶合金、包晶型合金であってもよい。 Furthermore, from the viewpoint of energy density, the elements are preferably Al, Si, Zn, Ge, Ag, Sn, etc., and the alloys are Si-Al, Al-Zn, Si-Mg, Si-La, Al-Ge, Si-Ge, Si-Ag, Si-Sn, Si-Ti, Si-Y, Si-Cr, Si-Ni, Si-Zr, Si-V, Si-Nb, Si-Mo, Zn-Sn, Ge- Combinations of Ag, Ge-Sn, Ge-Sb, Ag-Sn, Ag-Ge, Sn-Sb, etc. are preferred, and oxides include Fe 2 O 3 , CuO, MnO 2 , NiO, Li 4 Ti 5 O 12 , H 2 Ti 12 O 25 , Na 2 Ti 3 O 7 and the like are preferred. The alloy may be a solid solution alloy, a eutectic alloy, a hypoeutectic alloy, a hypereutectic alloy, or a peritectic alloy.
なお、これらの正極活物質または負極活物質は、活物質粒子表面に電子伝導性に優れた材料やセラミックス、固体電解質などでコーティングしてもよい。また、これらの活物質粒子の形状は特に限定されず、球状、楕円状、切子状、帯状、ファイバー状、フレーク状、ドーナツ状、中空状であってもよい。 Note that the surfaces of the active material particles of these positive electrode active materials or negative electrode active materials may be coated with a material having excellent electronic conductivity, ceramics, solid electrolyte, or the like. Further, the shape of these active material particles is not particularly limited, and may be spherical, elliptical, faceted, band-shaped, fibrous, flaky, donut-shaped, or hollow.
電解質は、正極から負極、または負極から正極にアルカリ金属イオンを移動させることのできる液体または固体であればよく、公知の非水電解質二次電池に用いられる電解質と同じものが使用可能である。例えば、電解液、ゲル電解質、固体電解質、イオン性液体、溶融塩があげられる。ここで、電解液とは、電解質が溶媒に溶けた状態のものをいう。 The electrolyte may be any liquid or solid that can move alkali metal ions from the positive electrode to the negative electrode or from the negative electrode to the positive electrode, and the same electrolyte as used in known non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used. Examples include electrolytes, gel electrolytes, solid electrolytes, ionic liquids, and molten salts. Here, the electrolytic solution refers to a state in which an electrolyte is dissolved in a solvent.
電解質としては、アルカリ金属イオンを含有する必要があることから、その電解質塩としては、非水電解質二次電池で用いられるものであれば特に限定されないが、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩が好適である。このアルカリ金属塩としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO4)、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド(LiN(SO2CF3)2)、リチウムビスペンタフルオロエタンスルホニルイミド(LiN(SO2C2F5)2)、リチウムビスオキサレートボレート(LiBC4O8)、、ヘキサフルオロリン酸ナトリウム、過塩素酸ナトリウム、テトラフルオロホウ酸ナトリウム、トリフルオロメタンスルホン酸ナトリウム及びトリフルオロメタンスルホン酸イミドナトリウム、ヘキサフルオロリン酸カリウム、過塩素酸カリウム、テトラフルオロホウ酸カリウム、トリフルオロメタンスルホン酸カリウム及びトリフルオロメタンスルホン酸イミドカリウムなどからなる群より選択される少なくとも1種以上を用いることができる。 Since the electrolyte must contain alkali metal ions, the electrolyte salt is not particularly limited as long as it is used in non-aqueous electrolyte secondary batteries, but lithium salts, sodium salts, potassium salts, etc. Alkali metal salts are preferred. Examples of the alkali metal salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 4 ), and lithium bistrifluoride. Fluoromethanesulfonylimide (LiN(SO 2 CF 3 ) 2 ), Lithium bispentafluoroethanesulfonylimide (LiN(SO 2 C 2 F 5 ) 2 ), Lithium bisoxalate borate (LiBC 4 O 8 ), Hexafluoro Sodium phosphate, sodium perchlorate, sodium tetrafluoroborate, sodium trifluoromethanesulfonate and sodium trifluoromethanesulfonimide, potassium hexafluorophosphate, potassium perchlorate, potassium tetrafluoroborate, potassium trifluoromethanesulfonate At least one member selected from the group consisting of potassium trifluoromethanesulfonic acid imide and potassium trifluoromethanesulfonate imide can be used.
電解質の溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、γ-ブチロラクトン(GBL)、メチル-γ-ブチロラクトン、メチルラクトン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン(DOL)、4-メチル-1,3-ジオキソラン、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、ジエチルエーテル、フラン、ジメチルフラン、テトラヒドロフラン(THF)、メチルテトラハイドロフラン(MeTHF)、テトラヒドロプラン(THP)、ジオキサン(DIOX)、クラウンエーテル、ジメトキシメタン(DMM)、ジメトキシエタン(DME)、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、酢酸メチル(MA)、酢酸エチル(EA)、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、メチルフルオロアセテート、エチルトリフルオロアセテート、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酪酸エチル、酪酸プロピル、メチル酪酸プロピル、酢酸ビニル、シアノ酢酸メチル、γ-バレロラクトン、σ-バレロラクトン、ε-カプロラクトン、γ-ヘキサラクトン、γ-ウンデカラクトン、リン酸トリメチル(TMP)、リン酸トリエチル(TEP)、トリ-n-プロピルフォスフェート、トリオクチルホスファート、リン酸トリフェニル、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、エチレンジアミン、ピリジン、N-メチルイミダゾール、ジメチルサルフェート、ジメチルサルファイト、ジプロピルサルファイト、エチレンサルファイト、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジフェニルスルホン、スルホラン、メチルスルホラン、メタンスルホン酸メチル、ベンゼンスルホン酸メチル、トリフルオロメタンスルホン酸メチル、プロパンスルホン、ブタンスルホン、ジメチルスルホキシド、ジフェニルジスルフィド、ジメチルスルフィド、ジエチルスルフィド、アセトニトリル、プロパンニトリル、アジポニトリル、バレロニトリル、グルタニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、イソブチロニトリル、ビフェニル、無水コハク酸、t-ブチルベンゼン、ナフタレン、シクロヘキシルベンゼン、ベンゾトリアゾール、チオフェン、トルエン、メチルエチルケトン、ベンゼン、フルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、ニトロメタン、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(EVC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、エチレンサルファイト(ES)よりなる群から選択される少なくとも1種を用いることができる。 Examples of the electrolyte solvent include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), γ-butyrolactone (GBL), and methyl-γ- Butyrolactone, methyl lactone, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane (DOL), 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, diethyl ether, furan, dimethyl Furan, tetrahydrofuran (THF), methyltetrahydrofuran (MeTHF), tetrahydropran (THP), dioxane (DIOX), crown ether, dimethoxymethane (DMM), dimethoxyethane (DME), diglyme, triglyme, tetraglyme, methyl acetate (MA), ethyl acetate (EA), propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, methyl fluoroacetate, ethyl trifluoroacetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, butyric acid Ethyl, propyl butyrate, propyl methyl butyrate, vinyl acetate, methyl cyanoacetate, γ-valerolactone, σ-valerolactone, ε-caprolactone, γ-hexalactone, γ-undecalactone, trimethyl phosphate (TMP), phosphoric acid Triethyl (TEP), tri-n-propyl phosphate, trioctyl phosphate, triphenyl phosphate, N,N-dimethylformamide (DMF), ethylenediamine, pyridine, N-methylimidazole, dimethyl sulfate, dimethyl sulfite, dimethyl Propyl sulfite, ethylene sulfite, dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, diphenyl sulfone, sulfolane, methyl sulfolane, methyl methanesulfonate, methyl benzenesulfonate, methyl trifluoromethanesulfonate, propane sulfone, butane sulfone, dimethyl sulfoxide, diphenyl disulfide , dimethyl sulfide, diethyl sulfide, acetonitrile, propanenitrile, adiponitrile, valeronitrile, glutanitrile, malononitrile, succinonitrile, pimelonitrile, suberonitrile, isobutyronitrile, biphenyl, succinic anhydride, t-butylbenzene, naphthalene, cyclohexylbenzene , benzotriazole, thiophene, toluene, methyl ethyl ketone, benzene, fluorobenzene, hexafluorobenzene, nitromethane, N,N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, vinylene carbonate (VC), vinylethylene carbonate (EVC), fluoroethylene carbonate (FEC) , ethylene sulfite (ES).
イオン性液体や溶融塩は、カチオン(陽イオン)の種類でピリジン系、脂環族アミン系、脂肪族アミン系などに類別される。これに組み合わせるアニオン(陰イオン)の種類を選択することで、多様なイオン性液体又は溶融塩を合成できる。カチオンには、イミダゾリウム塩類・ピリジニウム塩類などのアンモニウム系、ホスホニウム系イオン、無機系イオンなど、アニオンの採用例としては、臭化物イオンやトリフラートなどのハロゲン系、テトラフェニルボレートなどのホウ素系、ヘキサフルオロホスフェートなどのリン系などがある。 Ionic liquids and molten salts are classified into pyridine-based, alicyclic amine-based, aliphatic amine-based, etc. based on the type of cation. By selecting the type of anion to be combined with this, various ionic liquids or molten salts can be synthesized. Cations include ammonium-based ions such as imidazolium salts and pyridinium salts, phosphonium-based ions, and inorganic ions. Examples of anions include halogen-based ions such as bromide ions and triflates, boron-based ions such as tetraphenylborate, and hexafluorocarbons. There are phosphorus compounds such as phosphate.
イオン性液体や溶融塩は、例えば、イミダゾリニウム等のカチオンと、Br-、Cl-、BF4 -、PF6 -、(CF3SO2)2N-、CF3SO3 -、FeCl4 -等のアニオンと組み合わせて構成するような公知の合成方法で得ることができる。イオン性液体や溶融塩であれば、電解質を加えなくても電解液として機能することができる。 Ionic liquids and molten salts include, for example, cations such as imidazolinium and Br - , Cl - , BF 4 - , PF 6 - , (CF 3 SO 2 ) 2 N - , CF 3 SO 3 - , FeCl 4 It can be obtained by known synthetic methods such as combining with anions such as - . An ionic liquid or molten salt can function as an electrolyte without adding an electrolyte.
固体電解質としては、全固体電池の固体電解質として用いられる硫化物系固体電解質、酸化物系固体電解質、水素化物系固体電解質などを用いることができる。すなわち、アルカリ金属塩と無機誘導体から構成される非晶質(ガラス)や結晶質である。 As the solid electrolyte, sulfide-based solid electrolytes, oxide-based solid electrolytes, hydride-based solid electrolytes, etc. used as solid electrolytes for all-solid-state batteries can be used. That is, they are amorphous (glass) and crystalline, which are composed of alkali metal salts and inorganic derivatives.
硫黄系固体電解質は、アルカリ金属元素との硫化物として用いられる。例えば、Li2S-SiS2、LiX-Li2S-SiS2、Li2S-GeS2、Li10GeP2S12、LiX2S5、Li2S-P2S5、Li3PS4、Li7P3S11、Li2S-B2S3、Li3PS4-LiX、Li6PS5X、Li9.54Si1.74P1.44S11.7X等が挙げられる。なお、ここで「X」は、ハロゲン元素であり、F、Cl、Br、Iなどを表す。 Sulfur-based solid electrolytes are used as sulfides with alkali metal elements. For example, Li 2 S-SiS 2 , LiX-Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-GeS 2 , Li 10 GeP 2 S 12 , LiX 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 , Li 3 PS 4 , Li 7 P 3 S 11 , Li 2 SB 2 S 3 , Li 3 PS 4 -LiX, Li 6 PS 5 X, Li 9.54 Si 1.74 P 1.44 S 11.7 X, and the like. Note that "X" here is a halogen element, and represents F, Cl, Br, I, or the like.
酸化物系固体電解質は、アルカリ金属元素との酸化物として用いられる。例えば、Li2.9PO3.3N0.46、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li7La3Zr2O12等が挙げられる。 The oxide solid electrolyte is used as an oxide with an alkali metal element. Examples include Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 , Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 and the like.
水素化物系固体電解質は、アルカリ金属元素との水素化物として用いられる。例えば、LiBH4、LiBH4-LiX、LiNH2-LiBH4、Li2B10H10、Li2B12H12、LiCB9H10、LiCB11H12、Li2(CB9H10)(CB11H12)、Li4Ti5O12、LiX-Al2O3、βアルミナ、β´アルミナ等が挙げられる。なお、ここで「X」は、ハロゲン元素であり、F、Cl、Br、Iなどを表す。 The hydride solid electrolyte is used as a hydride with an alkali metal element. For example, LiBH 4 , LiBH 4 -LiX, LiNH 2 -LiBH 4 , Li 2 B 10 H 10 , Li 2 B 12 H 12 , LiCB 9 H 10 , LiCB 11 H 12 , Li 2 (CB 9 H 10 ) (CB 11 H 12 ), Li 4 Ti 5 O 12 , LiX-Al 2 O 3 , β alumina, β′ alumina, and the like. Note that "X" here is a halogen element, and represents F, Cl, Br, I, or the like.
導電助剤としては、電子伝導性を有していれば、特に制限はなく、金属、炭素材料、導電性高分子、導電性ガラス等を用いることができる。具体的にはアセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、ファーネスブラック(FB)、サーマルブラック、ランプブラック、チェンネルブラック、ローラーブラック、ディスクブラック、カーボンブラック(CB)、カーボンファイバー(例えば、登録商標であるVGCFという名称の気相成長炭素繊維)、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノホーン、グラファイト、グラフェン、グラッシーカーボン、アモルファスカーボンなどが挙げられ、これらの一種又は二種以上を用いてもよい。 The conductive aid is not particularly limited as long as it has electronic conductivity, and metals, carbon materials, conductive polymers, conductive glass, etc. can be used. Specifically, acetylene black (AB), Ketjen black (KB), furnace black (FB), thermal black, lamp black, channel black, roller black, disc black, carbon black (CB), carbon fiber (e.g. registered Examples include vapor-grown carbon fiber (trade name: VGCF), carbon nanofiber, carbon nanotube (CNT), carbon nanohorn, graphite, graphene, glassy carbon, amorphous carbon, etc., and one or more of these can be used. You can.
正極や負極に含有される活物質、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、導電助剤が0~20質量%含有されていることが好ましい。つまり、導電助剤は必要に応じて含有される。30質量%を超える場合は、電池としての活物質の割合が少ないため、電極容量密度が低くなりやすい。 When the total of the active material, binder, and conductive additive contained in the positive electrode and negative electrode is 100% by mass, it is preferable that the conductive additive is contained in an amount of 0 to 20% by mass. That is, the conductive additive is contained as necessary. If it exceeds 30% by mass, the electrode capacity density tends to be low because the proportion of the active material as a battery is small.
バインダとしては、通常用いられているもの、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリイミド(PI)、ポリアミド、ポリアミドイミド、アラミド、ポリアクリル、スチレンブタジエンゴム(SBR)、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)、スチレン-エチレン-ブチレン-スチレン共重合体(SEBS)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、キタンサンガム、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレンビニルアルコール、ポリビニルブチラール(PVB)、エチレンビニルアルコール、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸リチウム、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸アミン、ポリアクリル酸エステル、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ナイロン、塩化ビニール、シリコーンゴム、ニトリルゴム、シアノアクリレート、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ラテックス、ポリウレタン、シリル化ウレタン、ニトロセルロース、デキストリン、ポリビニルピロリドン、酢酸ビニル、ポリスチレン、クロロプロピレン、レゾルシノール樹脂、ポリアロマティック、変性シリコーン、メタクリル樹脂、ポリブテン、ブチルゴム、2-プロペン酸、シアノアクリル酸、メチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、アクリルオリゴマー、2-ヒドロキシエチルアクリレート、アルギン酸、デンプン、うるし、ショ糖、にかわ、ガゼイン、セルロースナノファイバー等の有機材料を1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 As the binder, commonly used binders such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyimide (PI), polyamide, polyamideimide, aramid, polyacrylic, styrene butadiene rubber (SBR), Ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), styrene-ethylene-butylene-styrene copolymer (SEBS), carboxymethyl cellulose (CMC), chitan sun gum, polyvinyl alcohol (PVA), ethylene vinyl alcohol, polyvinyl butyral (PVB), ethylene Vinyl alcohol, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyacrylic acid, lithium polyacrylate, sodium polyacrylate, potassium polyacrylate, ammonium polyacrylate, methyl polyacrylate, ethyl polyacrylate, polyacrylic acid Amine, polyacrylic acid ester, epoxy resin, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), nylon, vinyl chloride, silicone rubber, nitrile rubber, cyanoacrylate, urea resin, melamine resin, phenolic resin, latex, polyurethane, Silylated urethane, nitrocellulose, dextrin, polyvinylpyrrolidone, vinyl acetate, polystyrene, chloropropylene, resorcinol resin, polyaromatic, modified silicone, methacrylic resin, polybutene, butyl rubber, 2-propenoic acid, cyanoacrylic acid, methyl methacrylate, glycidyl One type of organic material such as methacrylate, acrylic oligomer, 2-hydroxyethyl acrylate, alginic acid, starch, lacquer, sucrose, glue, casein, cellulose nanofiber, etc. may be used alone, or two or more types may be used in combination. .
また、これらの有機バインダと無機バインダを混合したものでもよい。無機バインダは、ケイ酸塩系、リン酸塩系、ゾル系、セメント系などでよい。例えば、リチウムケイ酸塩、ナトリウムケイ酸塩、カリウムケイ酸塩、セシウムケイ酸塩、グアニジンケイ酸塩、アンモニウムケイ酸塩、ケイフッ化塩、ホウ酸塩、リチウムアルミン酸塩、ナトリウムアルミン酸塩、カリウムアルミン酸塩、アルミノケイ酸塩、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸アルミニウム、ポリ硫酸ケイ酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、アンモニウムミョウバン、リチウムミョウバン、ナトリウムミョウバン、カリウムミョウバン、クロムミョウバン、鉄ミョウバン、マンガンミョウバン、硫酸ニッケルアンモニウム、珪藻土、ポリジルコノキサン、ポリタンタロキサン、ムライト、ホワイトカーボン、シリカゾル、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、アルミナゾル、コロイダルアルミナ、ヒュームドアルミナ、ジルコニアゾル、コロイダルジルコニア、ヒュームドジルコニア、マグネシアゾル、コロイダルマグネシア、ヒュームドマグネシア、カルシアゾル、コロイダルカルシア、ヒュームドカルシア、チタニアゾル、コロイダルチタニア、ヒュームドチタニア、ゼオライト、シリコアルミノフォスフェートゼオライト、セピオライト、モンモリナイト、カオリン、サポナイト、リン酸アルミニウム塩、リン酸マグネシウム塩、リン酸カルシウム塩、リン酸鉄塩、リン酸銅塩、リン酸亜鉛塩、リン酸チタン塩、リン酸マンガン塩、リン酸バリウム塩、リン酸スズ塩、低融点ガラス、しっくい、せっこう、マグネシウムセメント、リサージセメント、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、シリカセメント、リン酸セメント、コンクリート、固体電解質等の無機材料を1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 Alternatively, a mixture of these organic binders and inorganic binders may be used. The inorganic binder may be silicate-based, phosphate-based, sol-based, cement-based, or the like. For example, lithium silicate, sodium silicate, potassium silicate, cesium silicate, guanidine silicate, ammonium silicate, silicofluoride salt, borate, lithium aluminate, sodium aluminate, potassium Aluminate, aluminosilicate, lithium aluminate, sodium aluminate, potassium aluminate, polyaluminum chloride, polyaluminum sulfate, polysulfuric aluminum silicate, aluminum sulfate, aluminum nitrate, ammonium alum, lithium alum, sodium alum, potassium Alum, chrome alum, iron alum, manganese alum, nickel ammonium sulfate, diatomaceous earth, polyzirconoxane, polytantaloxane, mullite, white carbon, silica sol, colloidal silica, fumed silica, alumina sol, colloidal alumina, fumed alumina, zirconia Sol, colloidal zirconia, fumed zirconia, magnesia sol, colloidal magnesia, fumed magnesia, calcia sol, colloidal calcia, fumed calcia, titania sol, colloidal titania, fumed titania, zeolite, silicoaluminophosphate zeolite, sepiolite, montmorinite, kaolin , saponite, aluminum phosphate, magnesium phosphate, calcium phosphate, iron phosphate, copper phosphate, zinc phosphate, titanium phosphate, manganese phosphate, barium phosphate, tin phosphate , low melting point glass, plaster, gypsum, magnesium cement, litharge cement, Portland cement, blast furnace cement, fly ash cement, silica cement, phosphate cement, concrete, solid electrolyte, and other inorganic materials may be used alone. , two or more types may be used in combination.
正極や負極に含有される活物質、バインダ、導電助剤の合計を100質量%とした場合、バインダが0.1~60質量%含有されていることが好ましく、0.5~30質量%がより好ましい。バインダが0.1質量%未満であると電極の機械強度が低いため、骨格形成する際に、活物質が脱落しやすく、電池のサイクル寿命特性が悪くなることがある。一方、60質量%を超える場合は、イオン伝導性が低く、また電気抵抗が高くなり、また、電池としての活物質の割合が少ないため、電極容量密度が低くなりやすい。 When the total of the active material, binder, and conductive aid contained in the positive electrode and negative electrode is 100% by mass, it is preferable that the binder content is 0.1 to 60% by mass, and 0.5 to 30% by mass. More preferred. When the binder content is less than 0.1% by mass, the mechanical strength of the electrode is low, so that the active material is likely to fall off during skeleton formation, and the cycle life characteristics of the battery may deteriorate. On the other hand, if it exceeds 60% by mass, the ionic conductivity will be low, the electrical resistance will be high, and the ratio of the active material for the battery will be small, so the electrode capacity density will tend to be low.
なお、これらの有機バインダや無機バインダを液状化するために必要とされる溶媒としては、バインダが溶解または分散できれば特に限定しないが、水、NMP、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、キシレン、トルエン、アルコール類、ニトリル類、ケトン類、酪酸エステル類、直鎖状アルカン類、などが例示される。 Note that the solvent required to liquefy these organic binders and inorganic binders is not particularly limited as long as the binder can be dissolved or dispersed, but water, NMP, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, dimethyl formamide, xylene, toluene, Examples include alcohols, nitriles, ketones, butyric acid esters, and linear alkanes.
次に、スラリー製造装置200の各構成について更に詳しく説明する。 Next, each configuration of the slurry manufacturing apparatus 200 will be explained in more detail.
〔材料供給装置〕
図3に示すように、材料供給装置Xは、フィーダ220より材料調整部31Aに投入された粉体Pを、注ぎ口部31Bを通過して、下部開口部31Cから排出させるホッパー31を備える。ホッパー31の注ぎ口部31B内には、粉体Pを攪拌する攪拌機構32を備える。また、材料供給装置Xは、下部開口部31Cの下流側に接続された吸引ポンプ機構部80の吸引により、下部開口部31Cから排出された粉体Pを定量供給するための容積式の定量供給部40を備える。
[Material supply device]
As shown in FIG. 3, the material supply device X includes a hopper 31 that allows the powder P input from the feeder 220 into the material adjustment section 31A to pass through the spout section 31B and be discharged from the lower opening section 31C. A stirring mechanism 32 for stirring the powder P is provided in the spout 31B of the hopper 31. In addition, the material supply device 40.
ホッパー31の注ぎ口部31Bは、上部から下部へ向かうに連れて縮径する逆円錐形状に構成され、その中心軸が鉛直方向に沿う姿勢で配設されている。また、本実施形態のホッパー31における逆円錐形状の内側壁面の傾斜角度は、一般的な水平面に対して略60度としている。ただし、粉体の性状に応じて傾斜角度を変更可能であり、例えば、粉体がカーボンブラックである場合には、傾斜角度は例えば略45度とすることもできる。 The spout 31B of the hopper 31 has an inverted conical shape whose diameter decreases from the top to the bottom, and is disposed with its central axis extending in the vertical direction. Further, the inclination angle of the inverted conical inner wall surface of the hopper 31 of this embodiment is approximately 60 degrees with respect to a general horizontal plane. However, the angle of inclination can be changed depending on the properties of the powder. For example, when the powder is carbon black, the angle of inclination can be set to about 45 degrees, for example.
攪拌機構32は、ホッパー31内に配設されて、ホッパー31内の粉体Pを攪拌する攪拌羽根32Aと、該攪拌羽根32Aをホッパー31の中心軸周りに回転させる図示しない駆動モータとを備えて構成される。 The stirring mechanism 32 includes stirring blades 32A disposed inside the hopper 31 to stir the powder P in the hopper 31, and a drive motor (not shown) that rotates the stirring blades 32A around the central axis of the hopper 31. It consists of
攪拌羽根32Aは、例えば棒状部材を概略V宇形状に屈曲して構成され、その一方の辺部がホッパー31の内側壁面に沿う状態で、他方の辺部の端部がホッパー31の中心軸と同軸で回転自在に枢支されて配設されている。また、該攪拌羽根32Aは、横断面形状が三角形に形成されており、三角形の一辺を形成する面がホッパー31の内側壁面と略平行となるように配設されている。これにより、攪拌羽根32Aは、ホッパー31の内側壁面に沿って中心軸周りに回転可能に配設されている。 The stirring blade 32A is formed by, for example, bending a rod-shaped member into a roughly V-shaped shape, with one side thereof along the inner wall surface of the hopper 31 and the end of the other side along the central axis of the hopper 31. They are coaxially and rotatably supported. Further, the stirring blade 32A has a triangular cross-sectional shape, and is arranged so that the surface forming one side of the triangle is substantially parallel to the inner wall surface of the hopper 31. Thereby, the stirring blade 32A is arranged along the inner wall surface of the hopper 31 so as to be rotatable around the central axis.
また、図3、図4、図5に示すように、容積式の定量供給部40は、ホッパー31の下部開口部31cから供給される粉体Pを下流側の混合装置Yに所定量ずつ定量供給する機構である。 In addition, as shown in FIGS. 3, 4, and 5, the volumetric quantitative supply unit 40 supplies the powder P supplied from the lower opening 31c of the hopper 31 to the mixing device Y on the downstream side in a predetermined amount. It is a mechanism for supplying.
具体的には、ホッパー31の下部開口部31Cに接続される導入部41と、供給口43a及び排出口43bを備えたケーシング43と、ケーシング43内に回転可能に配設された計量回転体44と、計量回転体44を回転駆動する計量回転体駆動モータM2とを備えて構成される。 Specifically, an introduction part 41 connected to the lower opening 31C of the hopper 31, a casing 43 including a supply port 43a and a discharge port 43b, and a metering rotary body 44 rotatably disposed within the casing 43. and a metering rotor drive motor M2 that rotationally drives the metering rotor 44.
導入部41は、ホッパー31の下部開口部31Cとケーシング43の上部に形成された供給口43aとを連通する筒状に形成され、最下端には、ケーシング43の供給口43aと同形状のスリット状の開口が形成されている。この導入部41は、ケーシング43の供給ロ43a側ほど細くなる先細り状に形成されている。該スリット状の開口の形状は、ホッパー31の大きさ、粉体Pの供給量、粉体Pの特性等に応じて適宜設定することができるが、例えば、スリット状の開口の長さ方向の寸法を20~100mm程度、幅方向の寸法を1~5mm程度に設定するようにする。 The introduction part 41 is formed in a cylindrical shape that communicates between the lower opening 31C of the hopper 31 and the supply port 43a formed in the upper part of the casing 43, and has a slit in the same shape as the supply port 43a of the casing 43 at the lowermost end. A shaped opening is formed. This introduction part 41 is formed in a tapered shape that becomes thinner toward the supply hole 43a side of the casing 43. The shape of the slit-shaped opening can be appropriately set depending on the size of the hopper 31, the amount of powder P supplied, the characteristics of the powder P, etc. The dimensions should be set to about 20 to 100 mm, and the width direction dimension should be set to about 1 to 5 mm.
ケーシング43は、概略直方体形状に形成され、水平方向(図3の左右方向)に対して略45度傾斜した姿勢で、導入部41を介してホッパー31に接続されている。 The casing 43 is formed in a generally rectangular parallelepiped shape and is connected to the hopper 31 via the introduction part 41 in an attitude inclined at approximately 45 degrees with respect to the horizontal direction (left-right direction in FIG. 3).
また、図4及び図5に示すように、ケーシング43の上面には、導入部41のスリット状の開口に対応したスリット状の供給口43aが設けられ、ホッパー31の下部開口部31Cからの粉体Pをケーシング43内に供給可能に構成されている。傾斜状に配置されたケーシング43の下方側の側面(図5における右側面)の下部には、計量回転体44にて定量供給された粉体Pを膨張室47を介して下流側の混合装置Yに排出する排出口43bが設けられ、その排出口43bには、粉体排出管45が接続されている。 Further, as shown in FIGS. 4 and 5, a slit-shaped supply port 43a corresponding to the slit-shaped opening of the introduction part 41 is provided on the upper surface of the casing 43, and powder from the lower opening 31C of the hopper 31 is provided. It is configured such that the body P can be supplied into the casing 43. At the bottom of the lower side surface (the right side surface in FIG. 5) of the casing 43 arranged in an inclined manner, the powder P supplied in a fixed amount by the metering rotor 44 is passed through the expansion chamber 47 to a mixing device on the downstream side. A discharge port 43b for discharging to Y is provided, and a powder discharge pipe 45 is connected to the discharge port 43b.
膨張室47は、供給口43aから計量回転体44の粉体収容室44bに供給された粉体Pが定量供給されるケーシング43内の位置に設けられ、排出口43bから作用する負圧吸引力によって、供給口43aよりも低圧に維持される(例えば、ゲージ圧で-0.06MPa程度)。 The expansion chamber 47 is provided at a position in the casing 43 where the powder P supplied from the supply port 43a to the powder storage chamber 44b of the metering rotary body 44 is supplied in a fixed quantity, and the expansion chamber 47 is provided with a negative pressure suction force acting from the discharge port 43b. Therefore, the pressure is maintained lower than that of the supply port 43a (for example, about -0.06 MPa in gauge pressure).
すなわち、排出口43bは、混合装置Yの一次側に接続されることにより、負圧吸引力が膨張室47に作用し供給口43aよりも低圧状態に維持されるようにしている。計量回転体44の回転に伴い、各粉体収容室44bの状態が負圧状態(例えば、ゲージ圧で-0.06MPa程度)と当該負圧状態よりも高圧の状態に変化するように構成されている。 That is, the discharge port 43b is connected to the primary side of the mixing device Y, so that a negative pressure suction force acts on the expansion chamber 47 to maintain a lower pressure state than that of the supply port 43a. With the rotation of the metering rotary body 44, the state of each powder storage chamber 44b is configured to change between a negative pressure state (for example, about -0.06 MPa in gauge pressure) and a state with a higher pressure than the negative pressure state. ing.
計量回転体44は、計量回転体駆動モータM2の駆動軸48に配設した円盤部材49に、複数(例えば、8枚)の板状隔壁44aを円盤部材49の中心部を除いて放射状に等間隔に取り付けて構成され、周方向で等間隔に粉体収容室44bを複数区画(例えば、8室)形成するように構成されている。 The metering rotary body 44 has a plurality of (for example, eight) plate-shaped partition walls 44a radially arranged on a disk member 49 disposed on the drive shaft 48 of the metering rotary body drive motor M2, excluding the center of the disk member 49. The powder storage chambers 44b are attached at intervals to form a plurality of powder storage chambers 44b (e.g., 8 chambers) at equal intervals in the circumferential direction.
粉体収容室44bは、計量回転体44の外周面及び中心部において開口するように構成されている。計量回転体44の中心部には、開口閉鎖部材42が周方向に偏在して固定状に配設され、各粉体収容室44bの中心部側の開口をその回転位相に応じて閉塞或いは開放可能に構成されている。なお、粉体Pの供給量は、計量回転体44を回転駆動する計量回転体駆動モータM2による計量回転体44の回転数を変化させることで、調整できる。 The powder storage chamber 44b is configured to open at the outer circumferential surface and center of the metering rotary body 44. An opening closing member 42 is fixedly disposed at the center of the metering rotary body 44 and unevenly distributed in the circumferential direction, and closes or opens the opening on the center side of each powder storage chamber 44b according to its rotational phase. configured to be possible. Note that the supply amount of the powder P can be adjusted by changing the rotation speed of the metering rotor 44 by the metering rotor drive motor M2 that rotationally drives the metering rotor 44.
計量回転体44の回転に伴って、各粉体収容室44bが、膨張室47に開放される膨張室開放状態、膨張室47及び供給ロ43aと連通しない第1密閉状態、供給ロ43aに開放される供給口開放状態、供給口43a及び膨張室47と連通しない第2密閉状態の順で、その状態が繰り返して変化するように構成されている。なお、計量回転体44の外周面側の開口が第1密閉状態及び第2密閉状態において閉鎖されるようにケーシング43が形成されるとともに、計量回転体44の中心部側の開口が第1密閉状態、供給口開放状態及び第2密閉状態において閉鎖されるように、開口閉鎖部材42がケーシング43に固定して配設される。 As the metering rotary body 44 rotates, each powder storage chamber 44b is in an expansion chamber open state in which it is opened to the expansion chamber 47, a first sealed state in which it is not in communication with the expansion chamber 47 and the supply chamber 43a, and an open state in which it is opened to the supply chamber 43a. The state is configured such that the state changes repeatedly in the order of the supply port open state and the second closed state in which there is no communication with the supply port 43a and the expansion chamber 47. Note that the casing 43 is formed such that the opening on the outer peripheral surface side of the metering rotary body 44 is closed in the first sealed state and the second sealed state, and the opening on the center side of the metering rotary body 44 is closed in the first sealed state. An opening closing member 42 is fixedly disposed on the casing 43 so as to be closed in the supply port open state and the second closed state.
したがって、材料供給装置Xにおいては、ホッパー31内に貯留された粉体Pが攪拌羽根32Aにより攪拌されながら定量供給部40に供給され、定量供給部40により粉体Pが排出口43bから粉体排出管45を通り混合装置Yの混合機構60に定量供給される。 Therefore, in the material supply device A fixed amount is supplied to the mixing mechanism 60 of the mixing device Y through the discharge pipe 45.
〔混合装置〕
(溶媒供給部)
図2及び図3に示すように、タンク260は、タンク260内の液体Rを設定流量で混合装置Yの供給口11に連続的に供給するように構成されている。よって、タンク260は、液体Rを混合装置Yに供給する溶媒供給源として機能する。また、タンク260には、再循環機構部70から排出路22を介してスラリーFが供給される。よって、タンク260は、スラリーFを回収するスラリー回収源として機能する。
[Mixing device]
(solvent supply section)
As shown in FIGS. 2 and 3, the tank 260 is configured to continuously supply the liquid R in the tank 260 to the supply port 11 of the mixing device Y at a set flow rate. Therefore, tank 260 functions as a solvent supply source that supplies liquid R to mixing device Y. Further, slurry F is supplied to the tank 260 from the recirculation mechanism section 70 via the discharge path 22. Therefore, tank 260 functions as a slurry recovery source that recovers slurry F.
タンク260には、タンク260とミキシング機構60とを接続し、液体Rが内部を通過する溶媒供給管52と、溶媒供給管52に設けられ、タンク260から溶媒供給管52を介してミキシング機構60に液体Rを送出するポンプ261と、タンク260から溶媒供給管52に送出される液体Rの流量を設定流量に調整する流量調整バルブ(図示せず)とを備えている。 The tank 260 includes a solvent supply pipe 52 that connects the tank 260 and the mixing mechanism 60 and through which the liquid R passes, and a solvent supply pipe 52 that is provided in the solvent supply pipe 52 and connects the tank 260 and the mixing mechanism 60 to the mixing mechanism 60 through the solvent supply pipe 52. A pump 261 that sends liquid R to the solvent supply pipe 52, and a flow rate adjustment valve (not shown) that adjusts the flow rate of the liquid R sent from the tank 260 to the solvent supply pipe 52 to a set flow rate.
ミキシング機構60は、設定流量に調整された液体Rを、定量供給部40から定量供給される粉体Pに混合して供給ロ11に供給する。図6に示すように、ミキシング機構60は、粉体排出管45と溶媒供給管52とを供給ロ11に連通接続するミキシング部材61を備えて構成されている。 The mixing mechanism 60 mixes the liquid R adjusted to a set flow rate with the powder P supplied in a fixed quantity from the fixed quantity supply section 40 and supplies the mixture to the supply rotor 11 . As shown in FIG. 6, the mixing mechanism 60 includes a mixing member 61 that connects the powder discharge pipe 45 and the solvent supply pipe 52 to the supply chamber 11.
このミキシング部材61は。円筒状の供給口11よりも小径に構成されて、供給口11との間に環状のスリット63を形成すべく供給口11に挿入状態で配設される筒状部62、及び、環状のスリット63に全周にわたって連通する状態で供給口11の外周部に環状流路64を形成する環状流路形成部65を備えて構成されている。 This mixing member 61 is. A cylindrical portion 62 configured to have a smaller diameter than the cylindrical supply port 11 and inserted into the supply port 11 to form an annular slit 63 between the cylindrical portion 62 and the annular slit. The supply port 11 is provided with an annular flow path forming portion 65 that forms an annular flow path 64 on the outer periphery of the supply port 11 in communication with the supply port 63 over the entire circumference.
ミキシング部材61には、粉体排出管45が筒状部62に連通する状態で接続されると共に、溶媒供給管52が環状流路64に対して液体Rを接線方向に供給するように接続される。 A powder discharge pipe 45 is connected to the mixing member 61 so as to communicate with the cylindrical portion 62 , and a solvent supply pipe 52 is connected to the mixing member 61 so as to supply the liquid R to the annular flow path 64 in a tangential direction. Ru.
粉体排出管45、ミキシング部材61の筒状部62及び供給口11は、それらの軸心A2を供給方向が下向きとなる傾斜姿勢に対する角度が45度程度となるように傾斜させて配置されている。 The powder discharge pipe 45, the cylindrical portion 62 of the mixing member 61, and the supply port 11 are arranged so that their axis A2 is inclined at an angle of about 45 degrees with respect to the inclined posture in which the supply direction is downward. There is.
つまり、定量供給部40の排出口43bから粉体排出管45に排出された粉体Pは、ミキシング部材61の筒状部62を通して軸心A2に沿って供給口11に導入される。一方、液体Rは、環状流路64に接線方向から供給されるので、環状流路64の内周側に形成される環状のスリット63を介して、切れ目のない中空円筒状の渦流の状態で供給口11に供給される。したがって、円筒状の供給口11により、粉体Pと液体Rとが均等に予備混合され、予備混合物Fpが吸引ポンプ機構部Yの供給室13内に吸引導入される。 That is, the powder P discharged from the discharge port 43b of the quantitative supply section 40 to the powder discharge pipe 45 is introduced into the supply port 11 along the axis A2 through the cylindrical portion 62 of the mixing member 61. On the other hand, since the liquid R is supplied to the annular flow path 64 from the tangential direction, it flows through the annular slit 63 formed on the inner circumferential side of the annular flow path 64 in the state of an unbroken hollow cylindrical vortex flow. It is supplied to the supply port 11. Therefore, the powder P and the liquid R are evenly premixed through the cylindrical supply port 11, and the premix Fp is suctioned into the supply chamber 13 of the suction pump mechanism Y.
(吸引ポンプ機構部)
図3、図6~図9に基づいて、吸引ポンプ機構部80について説明を加える。図6に示すように、吸引ポンプ機構部80は、両端開口が前壁部2と後壁部3とで閉じられた円筒状の外周壁部4を備えた本体ケーシング1を備え、その本体ケーシング1の内部に同心状で回転駆動自在に設けられたロータ5と、その本体ケーシング1の内部に同心状で前壁部2に固定配設された円筒状のステータ7と、ロータ5を回転駆動するポンプ駆動モータM3等を備えて構成されている。
(Suction pump mechanism)
The suction
図7にも示すように、ロータ5の径方向の外方側には、複数の回転翼6が、前壁部2側である前方側(図6の左側)に突出し且つ周方向に等間隔で並ぶ状態でロータ5と一体的に備えられている。 As shown in FIG. 7, on the radially outward side of the rotor 5, a plurality of rotary blades 6 protrude toward the front side (the left side in FIG. 6), which is the front wall portion 2 side, and are arranged at equal intervals in the circumferential direction. They are integrally provided with the rotor 5 in a state where they are lined up.
円筒状のステータ7には、複数の透孔7a,7bが周方向に夫々並べて備えられ、そのステータ7が、ロータ5の前方側(図6の左側)で且つ回転翼6の径方向の内側に位置させて前壁部2に固定配設されて、そのステータ7と本体ケーシング1の外周壁部4との間に、回転翼6が周回する環状の翼室8が形成される。
The cylindrical stator 7 is provided with a plurality of through holes 7a and 7b arranged in the circumferential direction, and the stator 7 is located on the front side of the rotor 5 (on the left side in FIG. 6) and on the inside of the rotor blade 6 in the radial direction. An annular blade chamber 8 in which a rotor blade 6 revolves is formed between the stator 7 and the outer peripheral wall 4 of the
図6~図8に示すように、ミキシング機構60にて粉体Pと液体Rとが予備混合された予備混合物Fpを回転翼6の回転により本体ケーシング1の内部に吸引導入する供給口11が、前壁部2の中心軸(本体ケーシング1の軸心A3)よりも外周側に偏移した位置に設けられている。
As shown in FIGS. 6 to 8, a supply port 11 is configured to suck and introduce a premix Fp, in which powder P and liquid R are premixed in a mixing mechanism 60, into the
図6、図8に示すように、本体ケーシング1の前壁部2の内面に環状溝10が形成され、環状溝10と連通する状態で供給口11が設けられている。図6及び図7に示すように、粉体Pと液体Rとが混合されて生成されたスラリーFを吐出する円筒状の吐出部12が、本体ケーシング1の円筒状の外周壁部4の周方向における1箇所に、その外周壁部4の接線方向に延びて翼室8に連通する状態で設けられている。
As shown in FIGS. 6 and 8, an annular groove 10 is formed on the inner surface of the front wall 2 of the
図3及び図6に示すように、この実施形態では、吐出部12から吐出されたスラリーFは、吐出路18を通して再循環機構部70に供給され、その再循環機構部70の分離部である円筒状容器71にて気泡が分離された未溶解スラリーFrを、循環路16を介して本体ケーシング1内に循環供給する導入口17が本体ケーシング1の前壁部2の中央部(軸心A3と同心状)に設けられている。
As shown in FIGS. 3 and 6, in this embodiment, the slurry F discharged from the discharge section 12 is supplied to the recirculation mechanism section 70 through the discharge path 18, and the slurry F is supplied to the recirculation mechanism section 70 at the separation section of the recirculation mechanism section 70. An inlet 17 that circulates the undissolved slurry Fr from which air bubbles have been separated in the cylindrical container 71 into the
また、図6~図8に示すように、ステータ7の内周側を前壁部2側の供給室13とロータ5側の導入室14とに区画する区画板15が、ローク5の前方側に当該ロータ5と一体回転する状態で設けられると共に、区画板15の前壁部2側に掻出翼9が設けられている。掻出翼9は、同心状に、周方向において均等間隔で複数(図8では4つ)備えられ、各掻出翼9がその先端部9Tを環状溝10内に進入した状態でロータ5と一体的に周回可能に配設されている。 Further, as shown in FIGS. 6 to 8, a partition plate 15 that partitions the inner peripheral side of the stator 7 into a supply chamber 13 on the front wall 2 side and an introduction chamber 14 on the rotor 5 side is located on the front side of the rotor 5. A scraping blade 9 is provided on the front wall 2 side of the partition plate 15 so as to rotate integrally with the rotor 5 . A plurality of scraping blades 9 (four in FIG. 8) are provided concentrically at equal intervals in the circumferential direction, and each scraping blade 9 is connected to the rotor 5 with its tip 9T entering the annular groove 10. It is arranged so that it can be rotated integrally.
供給室13及び導入室14は、ステータ7の複数の透孔7a,7bを介して翼室8と連通されるように構成され、供給ロ11が供給室13に連通し、導入口17が導入室14に連通するように構成されている。 The supply chamber 13 and the introduction chamber 14 are configured to communicate with the blade chamber 8 through a plurality of through holes 7a and 7b of the stator 7, with the supply chamber 11 communicating with the supply chamber 13 and the introduction port 17 communicating with the blade chamber 8. It is configured to communicate with the chamber 14.
具体的には、供給室13と翼室8とは、ステーク7における供給室13に臨む部分に周方向に等間隔で配設された複数の供給室側透孔7aにて連通され、導入室14と翼室8とは、ステータ7における導入室14に臨む部分に周方向に等間隔で配設された複数の導入室側透孔7bにて連通されている。 Specifically, the supply chamber 13 and the blade chamber 8 are communicated with each other through a plurality of supply chamber-side through holes 7a arranged at equal intervals in the circumferential direction in the portion of the stake 7 facing the supply chamber 13, and the introduction chamber 14 and the blade chamber 8 are communicated with each other through a plurality of introduction chamber side through holes 7b arranged at equal intervals in the circumferential direction in a portion of the stator 7 facing the introduction chamber 14.
吸引ポンプ機構部Yの各部について、説明を加える。図6に示すように、ロータ5は、その前面が概ね円錐台状に膨出する形状に構成されると共に、その外周側に複数の回転翼6が前方に突出する状態で等間隔に並べて設けられている。なお、図7では、周方向に等間隔に10個の回転翼6が配設されている。また、この回転翼6は、内周側から外周側に向かうに連れて、回転方向後方に傾斜するように口-タ5の外周側から内周側に突出形成されており、回転翼6の先端部の内径は、ステータ7の外径よりも若干大径に形成されている。 Each part of the suction pump mechanism section Y will be explained. As shown in FIG. 6, the rotor 5 has a front surface that bulges out in the shape of a truncated cone, and a plurality of rotary blades 6 are arranged at equal intervals on the outer circumferential side of the rotor 5 and protrude forward. It is being In addition, in FIG. 7, ten rotary blades 6 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. Further, the rotor blade 6 is formed to protrude from the outer circumference side of the port 5 toward the inner circumference side so as to be inclined rearward in the rotational direction as it goes from the inner circumference side to the outer circumference side. The inner diameter of the tip is slightly larger than the outer diameter of the stator 7.
このロータ5が、本体ケーシング1内において本体ケーシング1と同心状に位置する状態で、後壁部3を貫通して本体ケーシング1内に挿入されたポンプ駆動モータM3の駆動軸19に連結されて、そのポンプ駆動モータM3により回転駆動される。
This rotor 5 is connected to a drive shaft 19 of a pump drive motor M3 inserted into the
このロータ5が、その軸心方向視(図7に示すような図6のVII-VII方向視)において回転翼6の先端部が前側となる向きに回転駆動されることにより、回転翼6の回転方向の後側となる面(背面)6aには、いわゆるキャビテーションが発生するように構成されている。 The rotor 5 is rotationally driven in a direction in which the tip of the rotor blade 6 faces forward when viewed in the axial direction (as seen in the VII-VII direction in FIG. 6 as shown in FIG. 7), so that the rotor blade 6 The rear surface (back surface) 6a in the rotational direction is configured so that so-called cavitation occurs.
図6、図8及び図9に示すように、区画板15は、ステータ7の内径よりも僅かに小さい外径を有する概ね漏斗状に構成されている。この漏斗状の区画板15は、具体的には、その中央部に、頂部が円筒状に突出する筒状摺接部15aにて開口された漏斗状部15bを備えると共に、その漏斗状部15bの外周部に、前面及び後面共に本体ケーシング1の軸心A3に直交する状態となる環状平板部15cを備える形状に構成されている。
As shown in FIGS. 6, 8, and 9, the partition plate 15 is generally funnel-shaped and has an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the stator 7. As shown in FIGS. Specifically, this funnel-shaped partition plate 15 is provided with a funnel-shaped part 15b opened at a cylindrical sliding contact part 15a whose top protrudes in a cylindrical shape in the center thereof, and the funnel-shaped part 15b The
そして、図6及び図7に示すように、この区画板15が、頂部の筒状摺接部15aが本体ケーシング1の前壁部2側を向く姿勢で、周方向に等間隔を隔てた複数箇所(この実施形態では4箇所)に配設された間隔保持部材20を介して、ロータ5の前面の取付部5aに取り付けられる。
As shown in FIGS. 6 and 7, this partition plate 15 has a plurality of partition plates arranged at equal intervals in the circumferential direction, with the cylindrical sliding contact part 15a at the top facing the front wall 2 side of the
図7及び図9(c)に示すように、区画板15を複数箇所夫々で間隔保持部材20を介してロータ5に取り付ける際には、慢絆羽根21が、本体ケーシング1の後壁部3側に向く姿勢で区画板15に一体的に組み付けられ、ロータ5が回転駆動されると、4枚の慢絆羽根21がロータ5と一体的に回転するように構成されている。 As shown in FIGS. 7 and 9(c), when attaching the partition plate 15 to the rotor 5 via the spacing members 20 at a plurality of locations, the fastening blades 21 It is assembled integrally with the partition plate 15 in an attitude facing to the side, and is configured so that when the rotor 5 is rotationally driven, the four fastening blades 21 rotate integrally with the rotor 5.
図6及び図8に示すように、この実施形態では、円筒状の導入口17が本体ケーシング1と同心状で、その本体ケーシング1の前壁部2の中心部に設けられている。この導入口17には循環路16の内径よりも小径で、区画板15の筒状摺接部15aよりも小径となり流路面積が小さな絞り部14aが形成されている。ロータ5の回転翼6が回転することにより、吐出部12を介してスラリーFが吐出され、導入口17の絞り部14aを介して未溶解スラリーFrが導入されることになるので、吸引ポンプ機構部Y内が減圧される。
As shown in FIGS. 6 and 8, in this embodiment, a cylindrical inlet 17 is concentric with the
図6~図8に示すように、供給ロ11は、その本体ケーシング1内に開口する開口部(入口部)が、環状溝10における周方向の一部を内部に含む状態で、本体ケーシング1内に対する導入口17の開口部の横側方に位置するように、前壁部2に設けられている。
As shown in FIGS. 6 to 8, the supply chamber 11 has an opening (inlet portion) opening into the
また、供給ロ11は、平面視(図3及び図6の上下方向視)において軸心A2が本体ケーシング1の軸心A3と平行となり、且つ、本体ケーシング1の軸心A3に直交する水平方向視 (図3及び図6の紙面表裏方向視)において、軸心A2が本体ケーシング1の前壁部2に近付くほど本体ケーシング1の軸心A3に近づく下向きの傾斜姿勢で、本体ケーシング1の前壁部2に設けられている。ちなみに、供給口11の水平方向(図3及び図6の左右方向)に対する下向きの傾斜角度は、上述したように45度程度である。
In addition, the supply rotor 11 has an axial center A2 parallel to the axial center A3 of the
図6及び図8に示すように、ステータ7は、本体ケーシング1の前壁部2の内面(ロータ5に対向する面)に取り付けられて、本体ケーシング1の前壁部2とステーク7とが一体となるように固定されている。ステータ7において、供給室13に臨む部分に配設された複数の供給室側透孔7aは、概略円形状に形成され、供給室13の流路面積よりも複数の供給室側透孔7aの合計流路面積が小さくなるように設定されており、また、導入室14に臨む部分に配設された複数の導入室側透孔7bは、概略楕円形状に形成され、導入室14の流路面積よりも複数の導入室側透孔7bの合計流路面積が小さくなるように設定されている。
As shown in FIGS. 6 and 8, the stator 7 is attached to the inner surface of the front wall 2 of the main casing 1 (the surface facing the rotor 5), and the front wall 2 of the
ローク5の回転翼6が回転することにより、吐出部12を介してスラリーFが吐出され、供給室13の供給室側透孔7aを介して予備混合物Fpが供給されるとともに、導入口17を介して未溶解スラリーFrが導入されることになるので、吸引ポンプ機構部80内が減圧される。
As the rotary blades 6 of the rotor 5 rotate, the slurry F is discharged through the discharge section 12, and the premix Fp is supplied through the supply chamber-side through hole 7a of the supply chamber 13, and the inlet port 17 is supplied with the premix Fp. Since the undissolved slurry Fr is introduced through the
図8及び図9に示すように、この実施形態では、各掻出翼9が棒状に形成され、ロータ5の径方向視(図9(b)の紙面表裏方向視)で、当該棒状の掻出翼9の先端側ほど前壁部2側に位置し、且つ、ロータ5の軸心方向視(図9(a)の紙面表裏方向視)で、当該棒状の掻出翼9の先端側ほどロータ5の径方向内方側に位置する傾斜姿勢で、当該棒状の掻出翼9の基端部9Bがロータ5と一体回転するように固定され、ロータ5がその軸心方向視(図9(a)の紙面表裏方向視)において掻出翼9の先端が前側となる向きに回転駆動される。 As shown in FIGS. 8 and 9, in this embodiment, each scraping blade 9 is formed into a rod shape, and when viewed in the radial direction of the rotor 5 (as viewed from the front and back of the paper in FIG. 9(b)), the rod-shaped scraping blade 9 is The tip side of the blade 9 is located closer to the front wall portion 2, and the tip side of the rod-shaped scraping blade 9 is located closer to the front wall portion 2 side when viewed in the axial direction of the rotor 5 (as viewed from the front and back of the paper in FIG. 9(a)). In an inclined position located on the radially inward side of the rotor 5, the base end portion 9B of the rod-shaped scraping blade 9 is fixed so as to rotate integrally with the rotor 5, and the rotor 5 is rotated in the axial direction (see FIG. 9). The tip of the scraping blade 9 is driven to rotate in a direction in which the tip of the scraping blade 9 faces the front side as viewed from the front and back of the page (a).
図7~図9に基づいて、掻出翼9について説明を加える。掻出翼9は区画板15に固定される基端部9B、供給室13に露呈する状態となる中間部9M、環状溝10に嵌め込まれる状態となる先端部9Tを基端から先端に向けて一連に備えた棒状に構成されている。 The scraping blade 9 will be explained based on FIGS. 7 to 9. The scraping blade 9 has a base end 9B fixed to the partition plate 15, a middle part 9M exposed to the supply chamber 13, and a distal end 9T fitted into the annular groove 10 from the base to the distal end. It is constructed in the form of a series of rods.
図7、図8、図9(b)に示すように、掻出翼9の基端部9Bは、概ね矩形板状に構成されている。図7、図8、図9(a)及び(b)に示すように、掻出翼9の中間部9Mは、横断面形状が概ね三角形状になる概ね三角柱状に構成されている。 As shown in FIG. 7, FIG. 8, and FIG. 9(b), the base end portion 9B of the scraping blade 9 is formed into a generally rectangular plate shape. As shown in FIGS. 7, 8, 9(a) and 9(b), the intermediate portion 9M of the scraping blade 9 has a generally triangular prism shape with a generally triangular cross-sectional shape.
そして、掻出翼9が上述の如き傾斜姿勢で設けられることにより、三角柱状の中間部9Mの三側面のうちのロータ5の回転方向前側を向く一側面9m(以下、放散面と記載する場合がある)は、ロータ5の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ5の径方向に対して径方向外方側に向く(以下、斜め外向きと記載する場合がある)ように構成されている(特に、図8、図9参照)。 By providing the scraping blades 9 in the above-mentioned inclined position, one side 9m (hereinafter referred to as a dissipation surface) of the three sides of the triangular prism-shaped intermediate portion 9M faces toward the front in the rotational direction of the rotor 5. ) has a forward-sloping shape that is inclined toward the front side in the rotational direction of the rotor 5, and also faces radially outward with respect to the radial direction of the rotor 5 (hereinafter sometimes referred to as diagonally outward). ) (see especially FIGS. 8 and 9).
つまり、棒状の掻出翼9が、上述の如き傾斜姿勢で設けられることにより、掻出翼9のうち供給室13に露呈する中間部9Mが環状溝10に嵌め込まれる先端部9Tよりもロータ5の径方向外方に位置し、その中間部9Mの回転方向前側を向く放散面9mが、コーダ5の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、ロータ5の径方向に対して斜め外向きに傾斜している。これにより、掻出翼9の先端部9Tにより環状溝10から掻き出された予備混合物Fpは、掻出翼9の中間部9Mの放散面9mにより、供給室13内においてロータ5の径方向外方側に向けて流動するように案内される。 That is, by providing the rod-shaped scraping blade 9 in the above-mentioned inclined position, the intermediate portion 9M of the scraping blade 9 exposed to the supply chamber 13 is closer to the rotor 5 than the tip portion 9T fitted into the annular groove 10. The dissipation surface 9m, which is located radially outward and faces the front in the rotational direction of the intermediate portion 9M, has a forward-sloping shape that is inclined toward the front in the rotational direction of the coder 5, and is diagonally outward in the radial direction of the rotor 5. It is tilted in the direction. As a result, the premix Fp scraped out from the annular groove 10 by the tip portion 9T of the scraping blade 9 is transferred to the outside of the rotor 5 in the radial direction within the supply chamber 13 by the dispersion surface 9m of the intermediate portion 9M of the scraping blade 9. It is guided so that it flows in one direction.
図8、図9(a)及び(b)に示すように、掻出翼9の先端部9Tは、横断面形状が概ね矩形状になる概ね四角柱状であり、ロータ5の軸心方向視(図9(a)の紙面表裏方向視)において、四側面のうちのロータ5の径方向外方側に向く外向き側面9oが環状溝10の内面における径方向内方側を向く内向き内面に沿い、且つ、四側面のうちのローク5の径方向内方側に内向き側面9iが環状溝10の内面における径方向外方側を向く外向き内面に沿う状態となる弧状に構成されている。 As shown in FIGS. 8, 9(a) and 9(b), the distal end portion 9T of the scraping blade 9 has a generally rectangular columnar shape with a generally rectangular cross-sectional shape, and when viewed in the axial direction of the rotor 5 ( In FIG. 9A (viewed from the front and back of the paper), an outward facing side surface 9o facing radially outward of the rotor 5 out of the four sides is an inward facing surface 9o facing radially inward on the inner surface of the annular groove 10. The inward side surface 9i is formed in an arc shape along the inner surface of the annular groove 10 on the radially inward side of the rake 5 and along the outer surface of the annular groove 10. .
また、四角柱状の先端部9Tの四側面のうちの、ロータ5の回転方向前側を向く掻き出し面9fは、ロータ5の回転方向前側に向けて傾斜する前下がり状で、しかも、ロータ5の径方向に対して径方向外方側に向く(以下、斜め外向きと記載する場合がある)になるよう構成されている。 Further, among the four side surfaces of the square columnar tip portion 9T, the scraping surface 9f facing the front side in the rotational direction of the rotor 5 has a forward-sloping shape that is inclined toward the front side in the rotational direction of the rotor 5, and has a diameter of the rotor 5. It is configured to face radially outward (hereinafter sometimes referred to as diagonally outward) with respect to the direction.
これにより、掻出翼9の先端部9Tにより環状溝10から掻き出された予備混合物Fpは、掻出翼9の先端部9Tの掻き出し面9fにより、ロータ5の径方向外方側に向けて供給室13内に放出されることになる。さらに、掻出翼9の先端部9Tの先端面9tは、その先端部9Tが環状溝10に嵌め込まれた状態で環状溝10の底面と平行になるように構成されている。 As a result, the premix Fp scraped out from the annular groove 10 by the tip 9T of the scraping blade 9 is directed toward the outside in the radial direction of the rotor 5 by the scraping surface 9f of the tip 9T of the scraping blade 9. It will be discharged into the supply chamber 13. Further, the distal end surface 9t of the distal end portion 9T of the scraping blade 9 is configured to be parallel to the bottom surface of the annular groove 10 when the distal end portion 9T is fitted into the annular groove 10.
また、ロータ5が、その軸心方向視(図9(a)の紙面表裏方向視)において掻出翼9の先端が前側となる向きに回転駆動されると、掻出翼9の基端部9B、中間部9M、先端部9Tそれぞれに、回転方向の後側となる面(背面)9aが形成される。 Further, when the rotor 5 is rotationally driven in such a direction that the tips of the scraping blades 9 face forward when viewed in the axial direction (viewed from the front and back of the page in FIG. 9(a)), the proximal end of the scraping blades 9 9B, the intermediate portion 9M, and the tip portion 9T are each formed with a surface (back surface) 9a that is on the rear side in the rotational direction.
上述のような形状に構成された4個の掻出翼9が、上述の如き傾斜姿勢で、中心角で90度ずつ間隔を隔てて周方向に並べた形態で、夫々、基端部9Bを区画板15の環状平板部15cに固定して設けられている。 The four scraping blades 9 configured in the above-described shape are arranged in the circumferential direction at intervals of 90 degrees at the center angle in the tilted posture as described above, and each of the four scraping blades 9 has the base end portion 9B. It is fixed to the annular flat plate portion 15c of the partition plate 15.
図6に示すように、掻出翼9が設けられた区画板15が、間隔保持部材20によりロータ5の前面と間隔を隔てた状態でロータ5の前面の取付部5aに取り付けられ、このロータ5が、区画板15の筒状摺接部15aが導入口17に摺接回転可能に嵌めこまれた状態で、本体ケーシング1内に配設される。
As shown in FIG. 6, the partition plate 15 provided with the scraping blades 9 is attached to the mounting portion 5a on the front surface of the rotor 5 with a distance from the front surface of the rotor 5 by the spacing member 20. 5 is disposed within the
すると、ローク5の膨出状の前面と区画板15の後面との間に、本体ケーシング1の前壁部2側ほど小径となる先細り状の導入室14が形成され、導入口17が区画板15の筒状摺接部15aを介して導入室14に連通するように構成されている。また、本体ケーシング1の前壁部2と区画板15の前面との間に、供給口11に連通する環状の供給室13が形成される。
Then, a tapered introduction chamber 14 is formed between the bulging front surface of the rotor 5 and the rear surface of the partition plate 15, and the diameter becomes smaller toward the front wall 2 of the
そして、ロータ5が回転駆動されると、筒状摺接部15aが導入口17に摺接する状態で、区画板15がローク5と一体的に回転することになり、コーダ5及び区画板15が回転する状態でも、導入口17が区画板15の筒状摺接部15aを介して導入室14に連通する状態が維持されるように構成されている。 Then, when the rotor 5 is rotationally driven, the partition plate 15 rotates integrally with the rotor 5 with the cylindrical sliding contact portion 15a in sliding contact with the introduction port 17, and the coder 5 and the partition plate 15 rotate. Even in the rotating state, the introduction port 17 is configured to maintain communication with the introduction chamber 14 via the cylindrical sliding contact portion 15a of the partition plate 15.
(再循環機構部)
再循環機構部(分離部の一例)70は、円筒状容器71内において比重によって溶解液を分離するように構成され、図3に示すように、吸引ポンプ機構部80の吐出部12から吐出路18を通して供給されるスラリーFから、完全に溶解していない粉体Pを含む可能性がある状態の未溶解スラリーFrを循環路16に、粉体Pが略完全に溶解した状態のスラリーFを排出路22にそれぞれ分離するように構成されている。吐出路18及び循環路16は、夫々、円筒状容器71の下部に接続され、排出路22は、円筒状容器71の上部とスラリーFの供給先であるタンク260とに接続される。
(Recirculation mechanism)
The recirculation mechanism section (an example of a separation section) 70 is configured to separate the solution based on specific gravity in a cylindrical container 71, and as shown in FIG. From the slurry F supplied through 18, the undissolved slurry Fr, which may contain powder P that is not completely dissolved, is sent to the circulation path 16, and the slurry F, in which the powder P is almost completely dissolved, is sent to the circulation path 16. The discharge passages 22 are configured to be separated from each other. The discharge path 18 and the circulation path 16 are each connected to the lower part of the cylindrical container 71, and the discharge path 22 is connected to the upper part of the cylindrical container 71 and the tank 260 to which the slurry F is supplied.
ここで、再循環機構部70は、図示しないが、吐出路18が接続される導入パイプを円筒状容器71の底面から内部に突出して配設し、円筒状容器71の上部に排出路22に接続される排出部を備えるとともに、下部に循環路16に接続される循環部を備え、導入パイプの吐出上端に、導入パイプから吐出されるスラリーFの流れを旋回させる捻り板を配設して構成されている。これにより、スラリーF内から液体Rの気泡を分離して、循環路16に循環供給される未溶解スラリーFrから液体Rの気泡を分離した状態で導入室14内に供給することができる。 Although not shown, the recirculation mechanism section 70 has an introduction pipe to which the discharge passage 18 is connected protruding from the bottom surface of the cylindrical container 71 inward, and a discharge passage 22 connected to the upper part of the cylindrical container 71. It has a discharge part connected thereto, a circulation part connected to the circulation path 16 at the lower part, and a twisting plate for swirling the flow of slurry F discharged from the introduction pipe at the discharge upper end of the introduction pipe. It is configured. Thereby, the bubbles of the liquid R can be separated from the slurry F, and the bubbles of the liquid R can be supplied into the introduction chamber 14 in a separated state from the undissolved slurry Fr that is circulated and supplied to the circulation path 16.
(制御部)
特に制御部Cは、ロータ5(回転翼6)の回転数を制御可能に構成され、ステータ7の供給室側透孔7a及び導入室側透孔7b(絞り透孔)の出口領域の圧力が当該出口領域の全周に亘って液体Rの飽和蒸気圧(25℃の水の場合、3.169kPa)以下となるように回転翼6の回転数を設定し、当該設定された回転数で回転翼6を回転することで、少なくともステータ7の供給室側透孔7a及び導入室側透孔7bを通過した直後の翼室8内の領域を、翼室8内の全周に亘って連続して、液体Rの微細気泡(マイクロバブル)が多数発生した微細気泡領域として形成させることができるように構成されている。
(control unit)
In particular, the control unit C is configured to be able to control the rotation speed of the rotor 5 (rotor blade 6), and the pressure in the outlet area of the supply chamber side through hole 7a and the introduction chamber side through hole 7b (throttle through hole) of the stator 7 is controlled. The rotation speed of the rotor blade 6 is set so that the saturated vapor pressure of the liquid R (3.169 kPa in the case of water at 25° C.) is lower than or equal to the entire circumference of the outlet area, and the rotor blade 6 rotates at the set rotation speed. By rotating the blades 6, at least the region within the blade chamber 8 immediately after passing through the supply chamber side through hole 7a and the introduction chamber side through hole 7b of the stator 7 is continuous over the entire circumference within the blade chamber 8. The structure is such that a large number of microbubbles of the liquid R can be formed as a microbubble region.
〔スラリー製造装置の動作〕
次に、このスラリー製造装置200の動作について説明する。まず、ドライボックス230及び240を運転して露点温度を低下させ、冷却装置250も運転する。また、除湿ユニット233の調整により、ホッパー31内の気圧を陽圧(外気圧より2~3Pa程度高い状態)とし、ドライボックス230の気圧を陰圧(外気圧より2~3Pa程度低い状態)とする。
[Operation of slurry manufacturing equipment]
Next, the operation of this slurry manufacturing apparatus 200 will be explained. First, the dry boxes 230 and 240 are operated to lower the dew point temperature, and the cooling device 250 is also operated. In addition, by adjusting the dehumidification unit 233, the air pressure inside the hopper 31 is set to positive pressure (approximately 2 to 3 Pa higher than the outside air pressure), and the air pressure in the dry box 230 is set to negative pressure (approximately 2 to 3 Pa lower than the outside air pressure). do.
次に、シャックバルブ46を閉止して粉体排出管45を介する粉体Pの吸引を停止した状態で、ロータ5を回転させた後に、ポンプ261作動させてタンク260の液体Rのみを供給し、吸引ポンプ機構部80の運転を開始する。ロータ5を回転させた後に、液体Rを吸引ポンプ機構部80に供給することで、ロータ5の背面のメカニカルシールがロータ5に密着し、ローク5背面からの液漏れを防止することができる。
Next, with the shack valve 46 closed and suction of the powder P through the powder discharge pipe 45 stopped, the rotor 5 is rotated, and then the pump 261 is operated to supply only the liquid R from the tank 260. , the operation of the suction
吸引ポンプ機構部80の負圧吸引力により、液体Rが、ミキシング機構60のミキシング部材61に所定量ずつ連続的に定量供給される。
Due to the negative pressure suction force of the suction
所定の運転時間が経過して、吸引ポンプ機構部80内が、負圧状態(例えば、ゲージ圧で-0.06MPa程度の真空状態)となると、シャックバルブ46を開放する。これによって、材料供給装置Xの膨張室47を負圧状態(ゲージ圧で-0.06MPa程度)とし、導入部41の内部及びホッパー31の下部開口部31C近傍を当該負圧状態と大気圧状態との間の圧力状態にする。
When a predetermined operating time has elapsed and the inside of the suction
そして、材料供給装置Xを作動させ、フィーダ220からホッパー31の材料調整部31Aへ粉体Pを供給する。このとき、粉体Pの調整が必要な場合は、作業者がグローブ31Dを介して、ホッパー31内で材料を調整等する。その後、ホッパー31内に貯留された粉体Pを注ぎ口部31B側に移動させ、攪拌羽根32Aの攪拌作用及び吸引ポンプ機構部80の負圧吸引力により、ホッパー31の下部開口部31Cから定量供給部40の膨張室47を介してミキシング機構60のミキシング部材61に所定量ずつ連続的に定量供給する。
Then, the material supply device X is operated to supply the powder P from the feeder 220 to the material adjustment section 31A of the hopper 31. At this time, if the powder P needs to be adjusted, the operator adjusts the material in the hopper 31 through the glove 31D. Thereafter, the powder P stored in the hopper 31 is moved to the pouring spout 31B side, and is quantified from the lower opening 31C of the hopper 31 by the stirring action of the stirring blade 32A and the negative pressure suction force of the
この場合、粉体の性状によっては、定量供給部40を使用せず、フィーダ220からホッパー31を介して直接的にミキシング機構60へ所定量の粉体を供給してもよい。このとき、ミキシング機構60の粉体処理能力を超えないように、フィーダ220の供給速度を制御して粉体をミキシング機構60に供給する。 In this case, depending on the properties of the powder, a predetermined amount of the powder may be directly supplied from the feeder 220 to the mixing mechanism 60 via the hopper 31 without using the quantitative supply section 40. At this time, the supply speed of the feeder 220 is controlled so as not to exceed the powder processing capacity of the mixing mechanism 60, and the powder is supplied to the mixing mechanism 60.
ミキシング機構60のミキシング部材61からは、粉体Pがミキシング部材61の筒状部62を通して供給口11に供給されると共に、液体Rが環状のスリット63を通して切れ目のない中空円筒状の渦流の状態で供給口11に供給され、供給口11により粉体Pと液体Rとが予備混合され、その予備混合物Fpが環状溝10に導入される。 From the mixing member 61 of the mixing mechanism 60, the powder P is supplied to the supply port 11 through the cylindrical part 62 of the mixing member 61, and the liquid R passes through the annular slit 63 in a continuous hollow cylindrical vortex state. The powder P and the liquid R are premixed through the supply port 11, and the premix Fp is introduced into the annular groove 10.
所定量の粉体Pの供給が終了すると、粉体排出口221及びシャックバルブ46を閉止して粉体排出管45を介する粉体Pの吸引を停止し、材料供給装置Xから混合装置Yへの粉体の供給を停止する。そして、ドライボックス230の運転を停止する。ドライボックス240の運転は継続される。 When the supply of a predetermined amount of powder P is completed, the powder discharge port 221 and the shack valve 46 are closed to stop suction of the powder P through the powder discharge pipe 45, and the powder P is transferred from the material supply device X to the mixing device Y. Stop supplying powder. Then, the operation of the dry box 230 is stopped. Dry box 240 continues to operate.
ロータ5が、回転駆動されて、そのロータ5と一体的に区画板15が回転すると、その区画板15に同心状に設けられた掻出翼9が、環状溝10に先端部9Tが嵌め込まれた状態で周回する。 When the rotor 5 is rotationally driven and the partition plate 15 rotates integrally with the rotor 5, the tip portion 9T of the scraping blade 9 provided concentrically on the partition plate 15 is fitted into the annular groove 10. Rotate around in the same position.
すると、図6及び図7において実線矢印にて示すように、供給口11を流動して環状溝10に導入された予備混合物Fpは、環状溝10に嵌め込まれて周回する掻出翼9の先端部9Tにより掻き出され、その掻き出された予備混合物Fpは、概略的には、供給室13内を区画板15における漏斗状部15bの前面と環状平板部15cの前面とに沿いながらロータ5の回転方向に流動し、更に、ステーク7の供給室側透孔7aを通過して翼室8に流入し、その翼室8内をロータ5の回転方向に流動して、吐出部12から吐出される。 Then, as shown by solid line arrows in FIGS. 6 and 7, the premix Fp flowing through the supply port 11 and introduced into the annular groove 10 reaches the tip of the scraping blade 9 that is fitted into the annular groove 10 and circulates. The scraped premix Fp is scraped out by the section 9T, and the scraped premix Fp is roughly passed through the rotor 5 while moving inside the supply chamber 13 along the front surface of the funnel-shaped section 15b and the front surface of the annular flat plate section 15c in the partition plate 15. It flows in the rotational direction of the rotor 5, further passes through the supply chamber side through hole 7a of the stake 7, flows into the blade chamber 8, flows in the blade chamber 8 in the rotational direction of the rotor 5, and is discharged from the discharge part 12. be done.
環状溝10に導入された予備混合物Fpは、掻出翼9の先端部9Tにより掻き出されるときに、せん断作用を受ける。この場合、掻出翼9の先端部9Tの外向き側面9oと内側の環状溝10の内向き内面との間、及び、掻出翼9の先端部9Tの内向き側面9iと内側の環状溝10の外向き内面との間においてせん断作用が働く。また、ステータ7の供給室側透孔7aを通過する際にせん断作用が働く。 The premix Fp introduced into the annular groove 10 is subjected to a shearing action when being scraped out by the tip portion 9T of the scraping blade 9. In this case, between the outward facing side surface 9o of the tip part 9T of the scraping blade 9 and the inward facing inner surface of the inner annular groove 10, and between the inward facing side surface 9i of the tip part 9T of the scraping blade 9 and the inner annular groove A shearing action is exerted between the outer surface and the outer inner surface of 10. In addition, a shearing action occurs when passing through the supply chamber side through-hole 7a of the stator 7.
つまり、供給室13内の予備混合物Fpにせん断力を作用させることができるので、掻き出される予備混合物Fpは、掻出翼9及び供給室側透孔7aからせん断作用を受けて混合されることにより、液体Rに対する粉体Pの分散がより良好に行われることとなる。よって、このような予備混合物Fpを供給することができ、翼室8内において液体Rに対する粉体Pの良好な分散を期待することができる。 In other words, since a shearing force can be applied to the premix Fp in the supply chamber 13, the premix Fp scraped out is mixed by receiving the shearing action from the scraping blades 9 and the through holes 7a on the supply chamber side. As a result, the powder P is better dispersed in the liquid R. Therefore, such a premix Fp can be supplied, and good dispersion of the powder P in the liquid R in the blade chamber 8 can be expected.
吐出部12から吐出されたスラリーFは、吐出路18を通して再循環機構部70に供給され、再循環機構部70において完全に溶解していない粉体Pを含む状態の未溶解スラリーFrと、粉体Pが略完全に溶解した状態のスラリーFに分離されるとともに、液体Rの気泡が分離されて、未溶解スラリーFrは循環路16を通して再び吸引ポンプ機構部80の導入口17に供給され、スラリーFは排出路22を通してタンク260に供給される。
The slurry F discharged from the discharge section 12 is supplied to the recirculation mechanism section 70 through the discharge path 18, and in the recirculation mechanism section 70 it is mixed with undissolved slurry Fr containing powder P that is not completely dissolved. The liquid R is separated into a slurry F in which the body P is almost completely dissolved, and the bubbles of the liquid R are separated, and the undissolved slurry Fr is again supplied to the inlet 17 of the
未溶解スラリーFrは、導入口17の絞り部14aを介して流量が制限された状態で導入室14内に導入される。その導入室14内においては、回転する複数の攪拌羽根21によりせん断作用を受けて、更に細かく解砕され、更に導入室側透孔7bの通過の際にもせん断作用を受けて解砕される。この際には、導入室側透孔7bを介して流量が制限された状態で翼室8に導入される。 The undissolved slurry Fr is introduced into the introduction chamber 14 through the constriction part 14a of the introduction port 17 in a state where the flow rate is restricted. In the introduction chamber 14, it is subjected to a shearing action by a plurality of rotating stirring blades 21, and is further crushed into fine pieces, and is also subjected to a shearing action and crushed when passing through the introduction chamber side through hole 7b. . At this time, the air is introduced into the blade chamber 8 through the introduction chamber side through-hole 7b in a state where the flow rate is restricted.
そして、翼室8内において、高速で回転する回転翼6によりせん断作用及び回転翼6の回転方向の後側となる面(背面)6aにおけるキャビテーションの発生を受けて解砕され、粉体Pの凝集物(ダマ)が更に少なくなったスラリーFが供給室13からのスラリーFと混合されて吐出部12から吐出される。 Then, in the blade chamber 8, the powder P is crushed by the shearing action of the rotor blade 6 rotating at high speed and the generation of cavitation on the rear side (back surface) 6a of the rotor blade 6 in the rotational direction. Slurry F containing even fewer aggregates (clumps) is mixed with slurry F from supply chamber 13 and discharged from discharge section 12 .
ここで、制御部により、ステータ7の供給室側透孔7a及び導入室側透孔7bの出口領域である翼室8内の圧力がその全周に亘って液体Rの飽和蒸気圧以下となるように回転翼6の回転数が設定され、当該設定された回転数で回転翼6を回転させる。 Here, the control unit causes the pressure in the blade chamber 8, which is the outlet area of the supply chamber side through hole 7a and the introduction chamber side through hole 7b of the stator 7, to be equal to or lower than the saturated vapor pressure of the liquid R over the entire circumference. The rotational speed of the rotary blade 6 is set as follows, and the rotary blade 6 is rotated at the set rotational speed.
これにより、回転翼6の回転数設定により、当該出口領域である翼室8内の圧力は、その全周に亘って液体Rの飽和蒸気圧(25℃の水の場合、3.169kPa)以下となるから、少なくともステーク7の供給室側透孔7a及び導入室側透孔7bを通過した直後の翼室8内の領域では、液体Rの気化による微細気泡(マイクロバブル)の発生が促進され、当該領域が、翼室8内の全周に亘って連続して微細気泡が多数発生した微細気泡領域として形成される状態となる。 As a result, by setting the rotational speed of the rotary blade 6, the pressure in the blade chamber 8, which is the exit area, is equal to or lower than the saturated vapor pressure of the liquid R (3.169 kPa in the case of water at 25° C.) throughout its entire circumference. Therefore, at least in the region within the blade chamber 8 immediately after passing through the supply chamber side through hole 7a and the introduction chamber side through hole 7b of the stake 7, the generation of microbubbles due to vaporization of the liquid R is promoted. , the region is formed as a micro-bubble region in which a large number of micro-bubbles are continuously generated over the entire circumference of the blade chamber 8 .
ここで発生したキャビテーションによる気泡の膨張及び収縮により粉体Pの凝集体の解砕が促進される。その結果、翼室8内の全周に存在するスラリーFのほぼ全体に亘って、液体R中での粉体Pの分散が良好な高品質のスラリーFを生成することができる。 The expansion and contraction of the bubbles due to the cavitation generated here promotes the disintegration of the aggregates of the powder P. As a result, a high-quality slurry F in which the powder P is well dispersed in the liquid R can be generated over almost the entire slurry F existing around the entire circumference in the blade chamber 8.
<3.他の実施形態>
上記実施形態の構成に加えて、ホッパー31に投入される粉体Pの量を監視する構成を追加してもよい。例えば、ホッパー31の最下端から所定位置の下部に粉体Pを検出可能なセンサAを設ける。センサAにより、ホッパー31の最下端から所定位置まで粉体Pがホッパー31に投入されていることが検出できる。センサAが粉体Pを検出した場合には、図示しない制御部がフィーダ220からホッパー31への粉体Pの供給速度を遅くする。これにより、ホッパー31に過度に粉体Pが供給されるのを抑制し、ホッパー31での粉体Pの詰まり等を抑制できる。
<3. Other embodiments>
In addition to the configuration of the above embodiment, a configuration for monitoring the amount of powder P introduced into the hopper 31 may be added. For example, a sensor A capable of detecting the powder P is provided below the hopper 31 at a predetermined position from the lowest end. The sensor A can detect that the powder P is being charged into the hopper 31 from the lowest end of the hopper 31 to a predetermined position. When the sensor A detects the powder P, a control section (not shown) slows down the supply speed of the powder P from the feeder 220 to the hopper 31. This prevents the powder P from being excessively supplied to the hopper 31, and prevents the hopper 31 from clogging with the powder P.
さらに、ホッパー31の概ね全体に粉体Pが溜まったことを検出するセンサBを、ホッパー31の最上端近傍に設けてもよい。センサBが粉体Pを検出した場合には、図示しない制御部がフィーダ220からホッパー31への粉体Pの供給を停止する。これにより、ホッパー31から粉体Pが溢れてしまうのを抑制できる。また、上記実施形態では、ホッパー31を覆うドライボックス230を有しているが、ドライボックス230を有さない構成としてもよい。 Further, a sensor B may be provided near the top end of the hopper 31 for detecting that the powder P has accumulated almost entirely in the hopper 31. When the sensor B detects the powder P, a control section (not shown) stops supplying the powder P from the feeder 220 to the hopper 31. Thereby, overflowing of the powder P from the hopper 31 can be suppressed. Further, in the above embodiment, the dry box 230 that covers the hopper 31 is provided, but a configuration may be adopted in which the dry box 230 is not provided.
なお、上記した実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能である。また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 Note that the configuration disclosed in the above-described embodiment can be applied in combination with the configuration disclosed in other embodiments as long as no contradiction occurs. Further, the embodiments disclosed in this specification are illustrative, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be modified as appropriate without departing from the purpose of the present invention.
100:混合システム
110:材料供給装置
111:ホッパー
111A:材料調整部
111B:注ぎ口部
111C:仕切り板
111D:開口
111E:シャッター
111F:グローブ
112:ドライガス供給部
112a:ボンベ
112b:静電気除去装置
113:炭酸ガス供給部
114:真空ポンプ
115:圧力計
116:除湿機
117:前室
118:開閉機構
119:開閉機構
120:混合装置
130:バタフライバルブ
1:本体ケーシング
2:前壁部
3:後壁部
4:外周壁部
5:ロータ
5a:取付部
6:回転翼
7:ステータ
7a:供給室側透孔
7b:導入室側透孔
8:翼室
9:掻出翼
9B:基端部
9M:中間部
9T:先端部
9a;背面
9f:掻き出し面
9i:内向き側面
9m:放散面
9o:外向き側面
9t:先端面
10:環状溝
11:供給ロ
12:吐出部
13:供給室
14:導入室
14a:絞り部
15:区画板
15a:筒状摺接部
15b:漏斗状部
15c:環状平板部
16:循環路
17:導入口
18:吐出路
19:駆動軸
20:間隔保持部材
21:攪拌羽根
22:排出路
31:ホッパー
31A:材料調整部
31B:注ぎ口部
31C:下部開口部
31D:グローブ
32:攪拌機構
32A:攪拌羽根
40:定量供給部
41:導入部
42:開口閉鎖部材
43:ケーシング
43a:供給ロ
43b:排出口
44:計量回転体
44a:板状隔壁
44b:粉体収容室
45:粉体排出管
46:シャックバルブ
47:膨張室
48:駆動軸
49:円盤部材
52:溶媒供給管
60:ミキシング機構
61:ミキシング部材
62:筒状部
63:スリット
64:環状流路
65:環状流路形成部
70:再循環機構部
71:円筒状容器
80:吸引ポンプ機構部
200:スラリー製造装置
210:フィーダホッパー
211:エア抜きロ
220:フィーダ
221:粉体排出口
230:粉体用ドライボックス
231:外側ボックス
232:内側ボックス
233:除湿ユニット
240:本体用ドライボックス
250:冷却装置
260:タンク
261:ポンプ
270:圧力抜き部
271:フィルタ
280:架台
C:制御部
F:スラリー
Fp:予備混合物
Fr:未溶解スラリー
M2:計量回転体駆動モータ
M3:ポンプ駆動モータ
M4:タンク攪拌モータ
P:粉体
R:液体
V:概略
X:材料供給装置
Y:混合装置
100: Mixing system 110: Material supply device 111: Hopper 111A: Material adjustment section 111B: Spout section 111C: Partition plate 111D: Opening 111E: Shutter 111F: Glove 112: Dry gas supply section 112a: Cylinder 112b: Static electricity removal device 113 : Carbon dioxide supply section 114: Vacuum pump 115: Pressure gauge 116: Dehumidifier 117: Front chamber 118: Opening/closing mechanism 119: Opening/closing mechanism 120: Mixing device 130: Butterfly valve 1: Main body casing 2: Front wall 3: Rear wall Part 4: Outer peripheral wall 5: Rotor 5a: Mounting part 6: Rotating blade 7: Stator 7a: Supply chamber side through hole 7b: Introducing chamber side through hole 8: Blade chamber 9: Scraping blade 9B: Base end portion 9M: Intermediate portion 9T: Tip portion 9a; Back surface 9f: Scraping surface 9i: Inward side surface 9m: Diffusion surface 9o: Outward side surface 9t: Tip surface 10: Annular groove 11: Supply hole 12: Discharge portion 13: Supply chamber 14: Introduction Chamber 14a: Squeezing section 15: Division plate 15a: Cylindrical sliding contact section 15b: Funnel section 15c: Annular flat plate section 16: Circulation path 17: Inlet 18: Discharge path 19: Drive shaft 20: Spacing member 21: Stirring Blade 22: Discharge path 31: Hopper 31A: Material adjustment section 31B: Spout section 31C: Lower opening 31D: Globe 32: Stirring mechanism 32A: Stirring blade 40: Quantitative supply section 41: Introduction section 42: Opening closing member 43: Casing 43a: Supply chamber 43b: Discharge port 44: Measuring rotary body 44a: Plate partition wall 44b: Powder storage chamber 45: Powder discharge pipe 46: Shack valve 47: Expansion chamber 48: Drive shaft 49: Disk member 52: Solvent Supply pipe 60: Mixing mechanism 61: Mixing member 62: Cylindrical portion 63: Slit 64: Annular channel 65: Annular channel forming section 70: Recirculation mechanism section 71: Cylindrical container 80: Suction pump mechanism section 200: Slurry Manufacturing equipment 210: Feeder hopper 211: Air vent 220: Feeder 221: Powder discharge port 230: Powder dry box 231: Outer box 232: Inner box 233: Dehumidification unit 240: Main body dry box 250: Cooling device 260 : Tank 261: Pump 270: Pressure relief section 271: Filter 280: Frame C: Control section F: Slurry Fp: Premix Fr: Undissolved slurry M2: Measuring rotor drive motor M3: Pump drive motor M4: Tank stirring motor P : Powder R: Liquid V: Outline X: Material supply device Y: Mixing device
Claims (9)
前記材料供給装置は、材料を調整する材料調整部と、第1材料を前記混合機構に供給する注ぎ口部とを具備するホッパーと、前記ホッパーに設けられ外気から遮断された状態で前記ホッパー内で作業可能なグローブと、前記ホッパー内にドライガスを供給するドライガス供給部と、を有し、
前記材料供給装置と前記混合機構が、前記注ぎ口部の出口部に取り付けられたバルブを介して外気と隔絶された状態で接続され、前記ドライガス供給部から供給されるドライガスにより、前記ホッパー内の露点温度がマイナス100℃以上マイナス20℃以下、内部圧力(絶対圧)が0.01MPa以上10MPa以下のドライガス環境とすることを特徴とし、
前記ホッパーは、前記材料調整部と前記注ぎ口部との間に仕切り部を備え、前記仕切り部により、前記材料調整部と前記注ぎ口部とが区画されており、前記仕切り部は前記第1材料が通過可能な開口と、材料が注ぎ口部へ流入することを防止するための前記開口をふさぐ蓋、または、前記開口を開閉可能な開閉機構とを有し、
前記材料調整部は前室を備え、前記材料調整部と前記前室には、材料を出し入れできる開閉可能な第1開閉機構が介在し、前記材料調整部と前記前室との内空間が前記第1開閉機構を介して連通し、前記前室の内空間と大気が第2開閉機構を介して連通し、前記前室にはガス置換するための真空ポンプおよびドライガス供給部が接続され、前記前室が前記材料調整部よりも体積が小さいことを特徴とする、混合システム。 A mixing system that mixes a plurality of materials, comprising a mixing mechanism that mixes the plurality of materials, and a material supply device that supplies a first material that is a powder or a liquid to the mixing mechanism,
The material supply device includes a hopper that includes a material adjustment section that adjusts the material and a spout section that supplies the first material to the mixing mechanism, and a hopper that is provided in the hopper and that is cut off from outside air. and a dry gas supply unit that supplies dry gas into the hopper,
The material supply device and the mixing mechanism are connected to each other while being isolated from the outside air via a valve attached to the outlet of the spout, and the dry gas supplied from the dry gas supply unit is used to cool the hopper. A dry gas environment with an internal dew point temperature of -100°C or more and -20°C or less and an internal pressure (absolute pressure) of 0.01 MPa or more and 10 MPa or less,
The hopper includes a partition section between the material adjustment section and the spout section, the partition section partitions the material adjustment section and the spout section, and the partition section separates the material adjustment section from the spout section. It has an opening through which the material can pass , and a lid that blocks the opening to prevent the material from flowing into the spout, or an opening/closing mechanism that can open and close the opening ,
The material adjustment section includes a front chamber, and the material adjustment section and the front chamber are provided with a first opening/closing mechanism that can be opened and closed to take in and take out the material , and an inner space between the material adjustment section and the front chamber is connected to the front chamber. communicates through a first opening/closing mechanism, the inner space of the front chamber communicates with the atmosphere through a second opening/closing mechanism, and a vacuum pump and a dry gas supply unit for gas replacement are connected to the front chamber, A mixing system, wherein the front chamber has a smaller volume than the material adjustment section.
請求項1に記載の混合システム。 The material supply device further includes a drying mechanism that dries the first material before the first material passes through the spout of the hopper.
A mixing system according to claim 1 .
前記材料供給装置は、除去した揮発成分を外気に排気するための排出機構をさらに有する、
請求項2に記載の混合システム。 The drying mechanism exposes the first material to a dry gas environment to remove volatile components in the material,
The material supply device further includes an exhaust mechanism for exhausting the removed volatile components to the outside air.
A mixing system according to claim 2 .
請求項2または3に記載の混合システム。 The drying mechanism imparts fluidity to the first material and removes volatile components contained in the first material.
Mixing system according to claim 2 or 3 .
請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の混合システム。 The drying mechanism heats the first material to remove volatile components contained in the first material,
A mixing system according to any one of claims 2 to 4 .
請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の混合システム。 The material supply device further includes a static electricity removing device within the hopper, the dry gas supply section, or between them.
A mixing system according to any one of claims 1 to 5 .
前記排出口が外気と隔絶された状態である、
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の混合システム。 Further comprising a discharge port for discharging the mixed material mixed and discharged by the mixing mechanism,
the outlet is isolated from the outside air;
A mixing system according to any one of claims 1 to 6 .
請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の混合システム。 A mixing system used in the manufacturing process of non-aqueous electrolyte energy storage devices.
A mixing system according to any one of claims 1 to 7 .
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