JP6020452B2 - 粉体成形装置及び粉体成形物の製造方法 - Google Patents
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Description
装置および粉体成形物の製造方法に関するものである。
(1) 粉体を圧縮することにより前記粉体の密度よりも大きい第1の密度を有し、流動性を有さないシート状粉体を成形するプレ成形部と、前記シート状粉体を圧縮することにより前記第1の密度よりも大きい第2の密度を有するシート状成形物を成形する成形ロールとを備えることを特徴とする粉体成形装置、
(2) 前記第1の密度は、前記粉体の130%以上300%以下の密度であることを特徴とする(1)記載の粉体成形装置、
(3) 前記プレ成形部は、前記成形ロールの直径よりも小さい直径を有するプレ成形ロールを備えることを特徴とする(1)または(2)記載の粉体成形装置、
(4) 前記プレ成形ロールの直径は、10mm以上500mm以下であることを特徴とする(3)記載の粉体成形装置、
(5) 前記プレ成形部は、バックアップ基材に前記粉体を圧縮することにより前記シート状粉体と前記バックアップ基材とを含むプレ積層体を成形し、前記成形ロールは、前記プレ積層体を圧縮することにより前記シート状成形物と前記バックアップ基材とを含む積層体を成形することを特徴とする(1)〜(4)の何れかに記載の粉体成形装置、
(6) 粉体を圧縮することにより前記粉体の密度よりも大きい第1の密度を有し、流動性を有さないシート状粉体を得るプレ成形工程と、前記シート状粉体を一対の成形ロールを用いて圧縮することにより前記第1の密度よりも大きい第2の密度を有するシート状成形物を得る本圧縮工程とを含むことを特徴とする粉体成形物の製造方法、
(7) 前記第1の密度は、前記粉体の130%以上300%以下の密度であることを特徴とする(6)記載の粉体成形物の製造方法、
(8) 前記プレ成形工程においては、前記成形ロールの直径よりも小さい直径を有するプレ成形ロールを用いて前記粉体を圧縮することを特徴とする(6)または(7)記載の粉体成形物の製造方法、
(9) 前記プレ成形ロールの直径は、10mm以上500mm以下であることを特徴とする(8)記載の粉体成形物の製造方法、
(10) 前記プレ成形工程において、バックアップ基材に前記粉体を圧縮することにより前記シート状粉体と前記バックアップ基材とを含むプレ積層体を成形し、前記本圧縮工程において、前記成形ロールを用いて前記プレ積層体を圧縮することにより前記シート状成形物と前記バックアップ基材とを含む積層体を成形することを特徴とする(6)〜(9)の何れかに記載の粉体成形物の製造方法
が提供される。
これらの分散剤は、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用できる。中でも、セルロース系ポリマーが好ましく、カルボキシメチルセルロースまたはそのアンモニウム塩もしくはアルカリ金属塩が特に好ましい。また、前記の特定基含有水溶性ポリマーも好ましく、当該特定基含有水溶性ポリマーとしては、前記の特定基を有し、アクリル酸エステル単量体単位またはメタクリル酸エステル単量体単位を含むアクリル系のポリマーが特に好ましい。
これらの分散剤の使用量は、本発明の効果を損ねない範囲であれば格別な限定はないが、電極活物質100重量部に対して、通常は0.1〜10重量部、好ましくは0.5〜5重量部、より好ましくは0.8〜2重量部の範囲である。
先ず結着剤、および必要に応じて導電材、分散剤やその他の添加剤を含有するスラリーを得る。スラリーを得るために用いる溶媒として、最も好適には水が用いられるが、有機溶媒を用いることもできる。有機溶媒としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコールなどのアルキルアルコール類;アセトン、メチルエチルケトンなどのアルキルケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグライム等のエーテル類;ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPということがある。)、ジメチルイミダゾリジノン等のアミド類などが挙げられるが、アルキルアルコール類が好ましい。水よりも沸点の低い有機溶媒を併用すると、流動造粒時に、乾燥速度を速くすることができる。また、水よりも沸点の低い有機溶媒を併用すると、結着剤の分散性又は溶解型樹脂の溶解性が変わると共に、スラリーの粘度や流動性を溶媒の量又は種類によって調製できるので、生産効率を向上させることができる。
まず、電極活物質、結着材を含有する複合粒子用スラリーを調製する。複合粒子用スラリーは、電極活物質、結着材、ならびに必要に応じて添加される導電材を、溶媒に分散又は溶解させることにより調製することができる。なお、この場合において、結着材が分散媒としての水に分散されたものである場合には、水に分散させた状態で添加することができる。
回転円盤方式のアトマイザーとしては、ピン型とベーン型が挙げられるが、好ましくはピン型アトマイザーである。ピン型アトマイザーは、噴霧盤を用いた遠心式の噴霧装置の一種であり、該噴霧盤が上下取付円板の間にその周縁に沿ったほぼ同心円上に着脱自在に複数の噴霧用コロを取り付けたもので構成されている。複合粒子用スラリーは噴霧盤中央から導入され、遠心力によって噴霧用コロに付着し、コロ表面を外側へと移動し、最後にコロ表面から離れ噴霧される。一方、加圧方式は、複合粒子用スラリーを加圧してノズルから霧状にして乾燥する方式である。
なお、図3の矢印はバックアップ基材18の進行方向、即ちシート状粉体14が形成される方向を示している。
また、図2〜4に示す構成においては、バックアップ基材18を用いずにシート状粉体14を形成することもできるが、バックアップ基材18にシート状粉体14を形成することが好ましい。
(電極層形成に使用する複合粒子の作製)
電極活物質(比表面積2000m2/g及び重量平均粒径5μmの活性炭)100部、導電材(アセチレンブラック「デンカブラック粉状」:電気化学工業社製)5部、分散型結着剤(数平均粒子径0.15μm、ガラス転移温度−40℃の架橋型アクリレート系重合体の40%水分散体「AD211」:日本ゼオン社製)を固形分で7.5部、溶解型樹脂(カルボキシメチルセルロースの1.5%水溶液「DN800−H」:ダイセル化学工業社製)を固形分で1.4部、及びイオン交換水231.8部を「T.K.ホモミクサー」(特殊機化工業社製)で攪拌混合して、固形分25%のスラリーAを得た。次いで、スラリーAを、スプレー乾燥機(大川原化工機(株)製ピン型アトマイザー付)を用いて150℃の熱風で噴霧乾燥し、重量平均粒子径50μmの球状の粉体としての複合粒子Aを得た。この複合粒子Aの重量平均粒径は、粉体測定装置(パウダテスタPT−S:ホソカワミクロン社製)を用いて測定した。
(実施例1−1)
図1に示す装置構成の粉体成形装置2において、プレ成形ロール6(ロール6A,6B)のロール径を50mm、プレ成形ロール6(ロール6A,6B)のロール間隙を50μm、成形ロール8(ロール8A,8B)のロール径を250mm、成形ロール8(ロール8A,8B)のロール間隙を50μm、ロール温度を100℃とした。また、バックアップ基材18としての表面が導電性接着剤で処理された厚さ30μmのアルミニウム箔を用いた。上述の複合粒子A及びアルミニウム箔を粉体成形装置2に投入し、複合粒子のシート状成形物16とアルミニウム箔との積層体を得た。
複合粒子Aの粉体密度は0.2g/cm3であり、プレ成形ロール6を通過した後のシート状粉体の平均密度は0.49g/cm3、平均厚さは100μmであり、成形ロール8を通過した後のこのシート状成形物の平均密度は0.55g/cm3、平均厚さは90μmであった。
プレ成形ロール6のロール径を20mmに変えた他は実施例1と同様にしてシート状成形物を得た。プレ成形ロール6を通過した後のシート状粉体の平均密度は0.48g/cm3、平均厚さは91μmであり、成形ロール8を通過した後のこのシート状成形物の平均密度は0.55g/cm3、平均厚さは80μmであった。
図7に示すように一対のロール40A,40Bのみを有するロール式加圧成形装置38において、成形ロール40のロール径を250mm、ロール間隙を50μm、ロール温度を100℃とした他は実施例1と同様にして、シート状成形物を得た。比較例1−1で得られたシート状成形物は厚みむらが生じ、均一にシート化されていなかった。このシート状成形物の平均密度は0.54g/cm3、平均厚さは190μmであった。
実施例1−1、1−2及び比較例1−1で得られたシート状成形物を直径16mmの円形に打ち抜き、厚さ、重量を測定することにより密度を算出した。バックアップ基材が積層されている場合は、測定後、16mmの円形に打ち抜いたバックアップ基材の厚さ、重量を除いて、密度を算出した。
また、プレ成形ロール6(ロール6A,6B)のロール径を変化させると共に、プレ成形ロール6の回転速度を変化させ、各ロール径における成形可能な膜厚の範囲を算出した。なお、形成可能な膜厚の範囲としては、シート状成形物の厚さが均一であるシートとなる範囲を示した。
図1に示す装置構成の粉体成形装置2において、プレ成形ロール6(ロール6A,6B)のロール径を50mmとし、プレ成形ロール6(ロール6A,6B)の間隙を150μm、成形ロール8(ロール8A,8B)のロール径を250mm、成形ロール8(ロール8A,8B)の間隙を150μm、ロール温度を100℃としてシート状成形物の作製を行い、幅方向の膜厚精度を測定し、結果を表3に示した。表3においてRは、膜厚の最大値と最小値との差を示し、また、σは、膜厚のばらつきを表す標準偏差を示している。また、変動係数は、標準偏差σを幅方向の平均膜厚で除したものを示している。
図7に示すように一対のロール40A,40Bのみを有するロール式加圧成形装置38において、成形ロール40のロール径を250mm、ロール間隙を150μmとした他は実施例3−1と同様にして、シート状成形物を得、幅方向の膜厚精度を測定し、結果を表3に示した。
Claims (8)
- 粉体を圧縮することにより前記粉体の密度よりも大きい第1の密度を有し、流動性を有さないシート状粉体を成形するプレ成形部と、
前記シート状粉体を圧縮することにより前記第1の密度よりも大きい第2の密度を有するシート状成形物を成形する成形ロールと
を備え、
前記プレ成形部は、バックアップ基材に前記粉体を圧縮することにより前記シート状粉体と前記バックアップ基材とを含むプレ積層体を成形し、
前記成形ロールは、前記プレ積層体を圧縮することにより前記シート状成形物と前記バックアップ基材とを含む積層体を成形すること
を特徴とする粉体成形装置。 - 前記第1の密度は、前記粉体の130%以上300%以下の密度であることを特徴とする請求項1記載の粉体成形装置。
- 前記プレ成形部は、前記成形ロールの直径よりも小さい直径を有するプレ成形ロールを備えることを特徴とする請求項1または2記載の粉体成形装置。
- 前記プレ成形ロールの直径は、10mm以上500mm以下であることを特徴とする請求項3記載の粉体成形装置。
- 粉体を圧縮することにより前記粉体の密度よりも大きい第1の密度を有し、流動性を有さないシート状粉体を得るプレ成形工程と、
前記シート状粉体を一対の成形ロールを用いて圧縮することにより前記第1の密度よりも大きい第2の密度を有するシート状成形物を得る本圧縮工程と
を含み、
前記プレ成形工程において、バックアップ基材に前記粉体を圧縮することにより前記シート状粉体と前記バックアップ基材とを含むプレ積層体を成形し、
前記本圧縮工程において、前記成形ロールを用いて前記プレ積層体を圧縮することにより前記シート状成形物と前記バックアップ基材とを含む積層体を成形すること
を特徴とする粉体成形物の製造方法。 - 前記第1の密度は、前記粉体の130%以上300%以下の密度であることを特徴とする請求項5記載の粉体成形物の製造方法。
- 前記プレ成形工程においては、前記成形ロールの直径よりも小さい直径を有するプレ成形ロールを用いて前記粉体を圧縮することを特徴とする請求項5または6記載の粉体成形物の製造方法。
- 前記プレ成形ロールの直径は、10mm以上500mm以下であることを特徴とする請求項7記載の粉体成形物の製造方法。
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