特許 7090784 熱処理システム、それが備える匣鉢及び熱処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-16

(45)【発行日】2022-06-24

(54)【発明の名称】熱処理システム、それが備える匣鉢及び熱処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/04 20060101AFI20220617BHJP

   F27B 9/26 20060101ALI20220617BHJP

   F27D 3/12 20060101ALI20220617BHJP

   C22C 19/03 20060101ALI20220617BHJP

   F27B 9/04 20060101ALI20220617BHJP

   F27D 7/00 20060101ALI20220617BHJP

   H01M 4/36 20060101ALI20220617BHJP

   F27B 9/02 20060101ALI20220617BHJP

【ＦＩ】

H01M4/04 A

F27B9/26

F27D3/12 S

C22C19/03 J

F27B9/04

F27D7/00 Z

H01M4/36 Z

F27B9/02

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021188132

(22)【出願日】2021-11-18

【審査請求日】2021-12-01

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平野 雅俊

(72)【発明者】

【氏名】小牧 毅史

【審査官】高木 康晴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２５７１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１３７８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０３３０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７８８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２１６０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１３３５２５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ４／０４

Ｆ２７Ｂ ９／２６

Ｆ２７Ｄ ３／１２

Ｃ２２Ｃ １９／０３

Ｆ２７Ｂ ９／０４

Ｆ２７Ｄ ７／００

Ｈ０１Ｍ ４／３６

Ｆ２７Ｂ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リチウム正極材の粉体を収容する匣鉢と、
前記匣鉢に収容された前記粉体を熱処理する熱処理炉と、を備えており、
前記匣鉢は、前記粉体と接触する表面のみがニッケル基合金により形成されていると共に、前記表面以外の部分がセラミックで形成されており、
前記熱処理炉は、前記匣鉢に収容された前記粉体を、３００℃以上１０００℃以下の雰囲気温度で１０時間以上３０時間以下熱処理するように構成されている、熱処理システム。

【請求項2】

前記ニッケル基合金は、アルミニウムを含有しており、
前記ニッケル基合金のアルミニウムの含有量は、１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下である、請求項１に記載の熱処理システム。

【請求項3】

リチウム正極材の粉体を収容する匣鉢と、
前記匣鉢に収容された前記粉体を熱処理する熱処理炉と、を備えており、
前記匣鉢は、少なくとも前記粉体と接触する表面がニッケル基合金により形成されており、
前記ニッケル基合金は、アルミニウムを含有しており、
前記ニッケル基合金のアルミニウムの含有量は、１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であり、
前記熱処理炉は、前記匣鉢に収容された前記粉体を、３００℃以上１０００℃以下の雰囲気温度で１０時間以上３０時間以下熱処理するように構成されており、
前記匣鉢を雰囲気温度８００℃の酸素雰囲気下で１０時間だけ曝露したときに、前記匣鉢の表面に形成されるＡｌ ₂ Ｏ ₃ 膜の膜厚が１μｍ～１ｍｍの範囲となる、熱処理システム。

【請求項4】

前記熱処理炉は、酸素を含む雰囲気下で前記匣鉢に収容された前記粉体を熱処理する、請求項１～３のいずれか一項に記載の熱処理システム。

【請求項5】

前記匣鉢に前記粉体を供給する供給装置と、
前記匣鉢から前記熱処理炉で熱処理された前記粉体を回収する回収装置と、
前記回収装置で前記粉体が回収された後の前記匣鉢の表面を清掃する清掃装置と、をさらに備えており、
前記清掃装置は、前記回収装置での前記粉体の回収後の前記匣鉢の表面から、前記匣鉢の表面に残留する粉体と、熱処理により発生した反応物と、を除去し、
前記匣鉢は、前記供給装置と前記熱処理炉と前記回収装置と前記清掃装置の間を循環して用いられる、請求項１～４のいずれか一項に記載の熱処理システム。

【請求項6】

前記熱処理炉は、前記匣鉢に収容された前記粉体を熱処理する熱処理部と、前記熱処理部で熱処理された前記粉体を冷却する冷却部を備えている、請求項１～５のいずれか一項に記載の熱処理システム。

【請求項7】

前記匣鉢は、上下方向に複数重ねて前記熱処理炉内に配置可能である、請求項１～６のいずれか一項に記載の熱処理システム。

【請求項8】

前記匣鉢を雰囲気温度８００℃の酸素雰囲気下で１０時間だけ曝露したときに、前記匣鉢の表面に形成されるＡｌ₂Ｏ₃膜の膜厚が１μｍ～１ｍｍの範囲となる、請求項２に記載の熱処理システム。

【請求項9】

リチウム正極材の粉体を収容した状態で熱処理炉内に配置されて前記粉体を熱処理するための匣鉢であって、
前記匣鉢は、少なくとも前記粉体と接触する表面がアルミニウムを含有するニッケル基合金により形成されており、
前記ニッケル基合金は、雰囲気温度８００℃の酸素雰囲気下で１０時間だけ曝露したときに、前記ニッケル基合金の表面に形成されるＡｌ₂Ｏ₃膜の膜厚が１μｍ～１ｍｍの範囲となる、匣鉢。

【請求項10】

リチウム正極材の粉体を熱処理する熱処理方法であって、
匣鉢にリチウム正極材の粉体を供給する供給工程と、
前記匣鉢に供給された前記粉体を熱処理する熱処理工程と、を備えており、
前記匣鉢は、前記粉体と接触する表面のみがニッケル基合金により形成されていると共に、前記表面以外の部分がセラミックで形成されており、
前記熱処理工程では、前記匣鉢に供給された前記粉体を、３００℃以上１０００℃以下の雰囲気温度で１０時間以上３０時間以下熱処理する、熱処理方法。

【請求項11】

リチウム正極材の粉体を熱処理する熱処理方法であって、
匣鉢にリチウム正極材の粉体を供給する供給工程と、
前記匣鉢に供給された前記粉体を熱処理する熱処理工程と、を備えており、
前記匣鉢は、少なくとも前記粉体と接触する表面がニッケル基合金により形成されており、
前記ニッケル基合金は、アルミニウムを含有しており、
前記ニッケル基合金のアルミニウムの含有量は、１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であり、
前記熱処理工程では、前記匣鉢に供給された前記粉体を、３００℃以上１０００℃以下の雰囲気温度で１０時間以上３０時間以下熱処理し、
前記匣鉢を雰囲気温度８００℃の酸素雰囲気下で１０時間だけ曝露したときに、前記匣鉢の表面に形成されるＡｌ ₂ Ｏ ₃ 膜の膜厚が１μｍ～１ｍｍの範囲となる、熱処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示する技術は、リチウム正極材の粉体を熱処理する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

熱処理炉（例えば、ローラーハースキルン等）を用いて、リチウム正極材の原料となる粉体を熱処理することがある。リチウム正極材の粉体（以下、単に粉体ともいう）を熱処理炉内で熱処理する際には、粉体を匣鉢に収容し、粉体が収容された匣鉢を熱処理炉内に搬送させる。リチウム正極材の粉体を熱処理するための温度は高温であるため、粉体は、高い耐熱性を有するセラミックで形成された匣鉢内に収容される。例えば、特許文献１には、セラミック製の匣鉢の一例が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１２１６０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、セラミック製の匣鉢に粉体を収容して、粉体を熱処理している。しかしながら、セラミックは熱伝導率が低いため、セラミック製の匣鉢に収容して粉体を熱処理すると、匣鉢内の粉体を効率よく熱処理できないことがあった。

【0005】

本明細書は、リチウム正極材の粉体を効率よく熱処理する技術を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書に開示する熱処理システムは、リチウム正極材の粉体を収容する匣鉢と、匣鉢に収容された粉体を熱処理する熱処理炉と、を備えている。匣鉢は、少なくとも粉体と接触する表面がニッケル基合金により形成されている。熱処理炉は、匣鉢に収容された粉体を、３００℃以上１０００℃以下の雰囲気温度で１０時間以上３０時間以下熱処理するように構成されている。

【0007】

上記の熱処理システムでは、匣鉢は、粉体と接触する表面がニッケル基合金により形成されている。ニッケル基合金は、セラミックより熱伝導率が高い。ニッケル基合金で形成された匣鉢に粉体を収容して熱処理することによって、匣鉢内の粉体を効率よく加熱して熱処理することができる。また、熱処理炉は、粉体を、３００℃以上１０００℃以下の雰囲気温度で１０時間以上３０時間以下熱処理する。上記の匣鉢を用いると共に上記の条件下で粉体を熱処理することによって、リチウム正極材である粉体を好適に熱処理することができる。

【0008】

また、本明細書に開示する匣鉢は、リチウム正極材の粉体を収容した状態で熱処理炉内に配置されて粉体を熱処理するための匣鉢である。匣鉢は、少なくとも粉体と接触する表面がアルミニウムを含有するニッケル基合金により形成されている。ニッケル基合金は、雰囲気温度８００℃の酸素雰囲気下で１０時間だけ曝露したときに、ニッケル基合金の表面に形成されるＡｌ₂Ｏ₃膜の膜厚が１μｍ～１ｍｍの範囲となる。

【0009】

上記の匣鉢は、粉体と接触する表面がアルミニウムを含有するニッケル基合金により形成されている。また、ニッケル基合金は、雰囲気温度８００℃の酸素雰囲気下で１０時間だけ曝露したときに、ニッケル基合金の表面に形成されるＡｌ₂Ｏ₃膜の膜厚が１μｍ～１ｍｍの範囲となる。このため、上記の匣鉢を用いて上記の条件で粉体を熱処理すると、匣鉢の表面には、膜厚が１μｍ～１ｍｍの範囲のＡｌ₂Ｏ₃膜が形成される。匣鉢の表面にＡｌ₂Ｏ₃膜が形成されることによって、粉体へのコンタミネーションを防止しながら、粉体（リチウム正極材）による匣鉢（ニッケル基合金）の劣化を好適に抑制することができる。

【0010】

また、本明細書に開示する熱処理方法は、リチウム正極材の粉体を熱処理する方法である。熱処理方法は、匣鉢にリチウム正極材の粉体を供給する供給工程と、匣鉢に供給された粉体を熱処理する熱処理工程と、を備えている。匣鉢は、少なくとも粉体と接触する表面がニッケル基合金により形成されている。熱処理工程では、匣鉢に供給された粉体を、３００℃以上１０００℃以下の雰囲気温度で１０時間以上３０時間以下熱処理する。

【0011】

上記の熱処理方法では、粉体と接触する表面がニッケル基合金により形成された匣鉢に粉体を収容し、その匣鉢に収容した粉体が３００℃以上１０００℃以下の雰囲気温度で１０時間以上３０時間以下で熱処理される。このため、上記の熱処理システムと同様の作用効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施例１に係る熱処理システムの概略構成を示す図。

【図2】実施例２に係る熱処理システムの概略構成を示す図。

【図3】熱処理炉の概略構成を示す図であり、匣鉢の搬送方向に平行な平面で熱処理炉を切断したときの縦断面図。

【図4】図１のＩＶ－ＩＶ線における断面図。

【図5】実施例に係る熱処理システムの制御系を示すブロック図。

【図6】匣鉢の他の一例を示す断面図。

【0013】

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

【0014】

本明細書に開示する熱処理システムでは、ニッケル基合金は、アルミニウムを含有していてもよい。ニッケル基合金のアルミニウムの含有量は、１ｗｔ以上１０ｗｔ％以下であってもよい。このような構成によると、熱処理の際に匣鉢の表面に適切な膜厚のＡｌ₂Ｏ₃膜を形成することができる。

【0015】

本明細書に開示する熱処理システムでは、熱処理炉は、酸素を含む雰囲気下で匣鉢に収容された粉体を熱処理してもよい。このような構成によると、熱処理の際に、匣鉢の表面にＡｌ₂Ｏ₃膜を好適に形成させることができる。

【0016】

本明細書に開示する熱処理システムでは、匣鉢に粉体を供給する供給装置と、匣鉢から熱処理炉で熱処理された粉体を回収する回収装置と、回収装置で粉体が回収された後の匣鉢の表面を清掃する清掃装置と、をさらに備えていてもよい。清掃装置は、回収装置での粉体の回収後の匣鉢の表面から、匣鉢の表面に残留する粉体と、熱処理により発生した反応物と、を除去してもよい。匣鉢は、供給装置と熱処理炉と回収装置と清掃装置の間を循環して用いられてもよい。このような構成によると、熱処理システムにより匣鉢を繰り返し使用して粉体を熱処理できる。このため、匣鉢を再使用するための作業者の負担を低減することができる。

【0017】

本明細書に開示する熱処理システムでは、熱処理炉は、匣鉢に収容された粉体を熱処理する熱処理部と、熱処理部で熱処理された粉体を冷却する冷却部を備えていてもよい。このような構成によると、匣鉢は、熱処理部で熱処理された後、冷却部で冷却される。匣鉢が熱伝導率の高いニッケル基合金で形成されていることにより、熱処理部において効率よく粉体を熱処理できると共に、冷却部においても効率よく粉体を冷却できる。

【0018】

本明細書に開示する熱処理システムでは、匣鉢は、上下方向に複数重ねて熱処理炉内に配置可能であってもよい。このような構成によると、匣鉢を上下方向に複数重ねて熱処理できるため、同時に多くの粉体を熱処理できる。また、匣鉢はニッケル基合金で形成されているため、上下方向に複数重ねたときに上下に隣接する匣鉢間で熱が伝達され易い。このため、匣鉢を上下方向に複数重ねた場合であっても、他の匣鉢によって粉体への熱の伝達が妨げられることなく、複数の匣鉢内に収容される粉体を適切に熱処理することができる。

【0019】

本明細書に開示する熱処理システムでは、匣鉢を雰囲気温度８００℃の酸素雰囲気下で１０時間だけ曝露したときに、匣鉢の表面に形成されるＡｌ₂Ｏ₃膜の膜厚が１μｍ～１ｍｍの範囲となっていてもよい。

【実施例】

【0020】

（実施例１）
図面を参照して、本実施例に係る熱処理システム１について説明する。図１に示すように、熱処理システム１は、匣鉢２と、熱処理炉１１０を備えている。

【0021】

匣鉢２は、粉体である被処理物を収容する。本実施例では、匣鉢２に収容される被処理物は、リチウム正極材の粉体（以下、単に「粉体」ともいう）である。

【0022】

匣鉢２は、上下方向に複数重ねることができる形状を有している。図１に示すように、匣鉢２は、本体３と支持部４を備えている。本体３は、平面視すると略矩形の箱型であり、その内部に粉体を収容する。本体３の各面は、約２～３ｍｍの板厚を有している。支持部４は、本体３の下面に下方に突出して配置されている。支持部４は、本体３の外形より一回り小さくされている。具体的には、支持部４は、平面視したときに、本体３の側面の内周よりわずかに小さくされている。これにより、複数の匣鉢２を上下方向に積むことができると共に、１の匣鉢２の上に他の匣鉢２を重ねたときに、他の匣鉢２の位置が１の匣鉢２に対してずれることを抑制できる。

【0023】

また、本体３の各側面には、凹部５が設けられている。具体的には、凹部５は、匣鉢２を側方から見たときに、本体３の側面の上端の中央付近が下方に切り欠かれることで形成されている。凹部５が設けられることによって、複数の匣鉢２を上下方向に重ねて熱処理した場合に、匣鉢２内に収容される粉体から熱処理によって発生するガスを凹部５から匣鉢２外に逃がすことができる。

【0024】

また、匣鉢２は、ニッケル基合金で形成されている。本実施例のニッケル基合金は、ニッケルを９０ｗｔ％以上含有しており、アルミニウムを１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含有している。熱処理の際には、匣鉢２の表面において、粉体と匣鉢２の成分が反応し、匣鉢２の成分が粉体に混入することがある。匣鉢２が、リチウム正極材に含まれる金属（例えば、ニッケル、コバルト、マンガン等）以外の成分を多く含有していると、熱処理の際にその成分が粉体に混入し、コンタミの原因となる。ニッケル基合金がニッケルを９０ｗｔ％以上含有することによって、リチウム正極材に含まれる金属以外の金属の含有量が少なくなり、熱処理の際に粉体にコンタミすることを抑制することができる。

【0025】

また、粉体の成分（例えば、リチウム）と匣鉢２が反応すると、粉体の成分が匣鉢２に侵入することもある（すなわち、粉体に含まれる成分によって匣鉢２が酸化されることがある。）。匣鉢２を形成するニッケル基合金は、アルミニウムを含有している。これにより、熱処理の際に酸素雰囲気下で加熱されることで、匣鉢２の表面にＡｌ₂Ｏ₃膜が形成される。匣鉢２の表面にＡｌ₂Ｏ₃膜が形成されることで、匣鉢２の強度を向上させることができると共に、粉体の成分が匣鉢２に侵入すること（匣鉢２の酸化（コンタミ））を抑制することができる。アルミニウムの含有量が１ｗｔ％以上であることによって、熱処理により匣鉢２の表面に十分な膜厚のＡｌ₂Ｏ₃膜を形成することができる。また、アルミニウムの含有量が１０ｗｔ％以下であることによって、ニッケル基合金におけるニッケルの含有量が少なくなり過ぎることを抑制することができる。さらに、匣鉢２の表面に形成されるＡｌ₂Ｏ₃膜の膜厚が厚くなり過ぎることを抑制することができる。本実施例のニッケル基合金は、Ａｌを０．０５～６．０ｗｔ％、Ｓｉを０．１～３．０ｗｔ％、Ｃｒを０．８～６．０ｗｔ％、Ｍｎを０．０５～１．５ｗｔ％を含んでおり、残部がＮｉ及び不可逆不純物によって構成されている。

【0026】

熱処理炉１１０は、匣鉢２内の粉体を熱処理する。本実施例では、熱処理炉１１０は、バッチ式熱処理炉である。図１に示すように、熱処理炉１１０は、炉体１１２と、棚板１２０を備えている。

【0027】

炉体１１２は、略直方体形状であり、天井壁と、底壁と、３つの側壁（なお、図１では、図の奥側の側壁の図示は省略）と、開閉扉１１４を備えている。図１は、開閉扉１１４を開いた状態を示している。開閉扉１１４を開いた状態では、炉体１１２内に匣鉢２を収容したり、炉体１１２内から匣鉢２を取り出したりすることができる。開閉扉１１４を閉めた状態にすると、炉体１１２内の空間１２２は、天井壁と底壁と３つの側壁と開閉扉１１４によって囲まれる。

【0028】

炉体１１２内には、断熱材１１６とヒータ１１８が設けられている。断熱材１１８は、炉体１１２の内壁に沿って配置されている。断熱材１１８は、炉体１１８の内表面を覆っている。具体的には、断熱材１１８は、天井壁の内表面と、底壁の内表面と、３つの側壁のそれぞれの内表面と、開閉扉１１４の内表面（開閉扉１１４を閉じたときに炉体１１２内の空間１２２に接する面）に配置されている。ヒータ１１８は、３つの側壁のうちの開閉扉１１４と直交する２つ（図１に図示されている２つ側壁）の内表面にそれぞれ設置されている。なお、ヒータの配置位置は、上記の構成に限定されない。ヒータは、例えば、炉体１１２内に収容する匣鉢２の設置位置や数等に合わせて、所望の位置に適宜変更して設置してもよい。

【0029】

棚板１２０は、匣鉢２を載置可能に構成されており、本実施例では、上面が平板状である。匣鉢２は、棚板１２０の上面に上下方向に複数重ねて載置することができる。棚板１２０は、炉体１１２内（具体的には、底壁上）に収容可能であると共に、炉体１１２内から取り出すことができる。匣鉢２は、炉体１１２外で棚板１２０上に載置され、棚板１２０は、上面に匣鉢２を載置した状態で炉体１１２内に収容される。炉体１１２内に匣鉢２を収容し、開閉扉１１４を閉じた状態で、匣鉢２内に収容された粉体が熱処理される。

【0030】

なお、本実施例では、棚板１２０は、上面視したときに匣鉢２を１つ載置可能な形状であったが、このような構成に限定されない。棚板は、上面視したときに複数の匣鉢２を載置可能な形状であってもよい。また、本実施例では、熱処理炉１１０は、略直方体状の炉体１１２を有しているが、このような構成に限定されない。熱処理炉は、匣鉢２を収容した状態で匣鉢２内の粉体を熱処理できる構成であればよく、例えば、炉体は、円筒状であってもよい。

【0031】

また、熱処理炉１１０には、雰囲気ガス供給部（図示省略）から酸素を含有するガスが供給される。上述したように、匣鉢２を形成するニッケル基合金は、アルミニウムを含有している。このため、匣鉢２に収容された粉体を酸素雰囲気下で熱処理することにより、匣鉢２の表面には、Ａｌ₂Ｏ₃膜が形成される。

【0032】

また、本実施例では、熱処理炉１１０内の空間１２２は、雰囲気温度が３００℃以上かつ１０００℃以下となるように調整される。雰囲気温度を３００℃以上とすることにより、匣鉢２に収容される粉体を適切に熱処理することができる。また、雰囲気温度を１０００℃以下とすることにより、後述の熱処理時間の範囲内であれば、ニッケル基合金で形成された匣鉢２の耐熱性（すなわち、耐高温酸化特性）が維持される。

【0033】

また、熱処理炉１１０では、匣鉢２に収容される粉体は、１０時間以上かつ３０時間以下熱処理される。匣鉢２が熱処理炉１１０内で熱処理される時間を１０時間以上とすることにより、匣鉢２の表面にＡｌ₂Ｏ₃膜が好適に形成された状態を維持することができる。また、匣鉢２が熱処理炉１１０内で熱処理される時間を３０時間以上とすることにより、ニッケル基合金で形成された匣鉢２の耐熱性を維持することができる。

【0034】

リチウム正極材の粉体を高温で熱処理する場合には、一般的には、耐熱性の高いセラミック製の匣鉢を用いることが多い。しかしながら、セラミックは熱伝導率が低いため、セラミック製の匣鉢に収容して粉体を熱処理すると、匣鉢内の粉体を効率よく熱処理できないことがある。また、セラミックは、金属と比較すると耐久性が低く、繰り返し使用可能な回数が限られる。本実施例では、ニッケル基合金で形成された匣鉢２を用いて粉体を熱処理する。ニッケル基合金は熱伝導率が高いため、ニッケル基合金で形成された匣鉢２を用いることにより、匣鉢２内の粉体を効率良く熱処理することができる。また、本実施例の匣鉢２は熱伝導率が高い材料で形成されているため、熱処理部２０において、匣鉢２内の粉体が目的の雰囲気温度に達するまでの時間を短縮することができる。このため、熱処理時間全体を短縮することできる。加えて、匣鉢２は熱伝導率が高い材料で形成されていることにより、セラミック製の匣鉢を使用した場合と比較すると、熱処理の際の雰囲気温度を低くしても粉体を十分に熱処理することが可能となる。このように、熱処理時間を短くできると共に、熱処理時の雰囲気温度も低くできるため、ニッケル基合金で形成された匣鉢２であっても高温での熱処理に使用することができる。さらに、熱処理時間を短くできると共に、熱処理温度も低くできることにより、熱エネルギーを低減することができる。また、匣鉢２の熱伝導率が高いことにより、冷却部４０における冷却時間も短縮することができる。したがって、熱処理炉１０における熱処理全体（すなわち、熱処理及び冷却処理）に掛かる時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。さらに、セラミック製の匣鉢は、一般的に厚みが１０～１５ｍｍであるが、本実施例の匣鉢２は、金属製であるため厚みを２～４ｍｍにすることができる。このため、本実施例の匣鉢２は、熱伝導性についてはセラミック製の匣鉢より向上させることができると共に、厚みを薄くできることによって、内部に収容可能な粉体の量を増加させることができる。この点においても、本実施例の匣鉢２を用いることによって、生産性を向上させることができる。

【0035】

また、匣鉢２はアルミニウムを含有するニッケル基合金で形成されているため、腐食に強く、繰り返しの使用に対する耐久性が高い。このため、匣鉢２は、セラミック製の匣鉢と比較して繰り返し使用可能な回数を多くすることができる。

【0036】

さらに、匣鉢２は熱伝導率が高い材料で形成されているため、熱処理炉１０内で隣接して配置される他の匣鉢２に熱が伝達され易い。このため、Ｙ方向に隣接する匣鉢２の間や上下方向に重ねた匣鉢２の間で熱が交換され易くなり、匣鉢２間における熱処理のムラを生じ難くすることができる。

【0037】

本実施例では、熱処理炉１１０は、匣鉢２が約１０時間かけて熱処理されるように調整されている。また、熱処理部２０内を酸素雰囲気下にすると共に、熱処理部２０内の雰囲気温度が約８００℃となるように調整されている。この条件下で匣鉢２に収容された粉体を熱処理すると、匣鉢２の表面に膜厚が１μｍ～１ｍｍの範囲のＡｌ₂Ｏ₃膜が形成されるように構成されている。Ａｌ₂Ｏ₃膜の膜厚を１μｍ以上とするのは、粉体（Ｌｉ）による匣鉢の酸化を十分に抑制するためである。Ａｌ₂Ｏ₃膜の膜厚を１ｍｍ以下とするのは、匣鉢からＡｌ₂Ｏ₃膜が剥離して粉体へのコンタミが生じることを防止するためである。このため、熱処理の際に匣鉢２の腐食を抑制することができると共に、コンタミを抑制することができ、熱処理炉１１０により匣鉢２に収容された粉体を好適に熱処理することができる。

【0038】

（実施例２）
上記の実施例では、熱処理システム１は、バッチ式の熱処理炉１１０を備えていたが、このような構成に限定されない。例えば、図２及び図３に示すように、熱処理システム１００は、搬送装置（５２、５４）によって匣鉢２を搬送しながら熱処理する熱処理炉１０を備えていてもよい。

【0039】

図２及び図５に示すように、熱処理システム１００は、匣鉢２と、供給装置６０と、熱処理炉１０と、回収装置７０と、清掃装置８０と、循環搬送装置９０と、管理装置９２を備えている。なお、匣鉢２の構成は、上記の実施例１と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。本実施例の熱処理システム１００では、匣鉢２は、供給装置６０と熱処理炉１０と回収装置７０と清掃装置８０の間を循環するように構成されている。粉体は、匣鉢２が熱処理炉１０内を搬送される間に熱処理される。

【0040】

供給装置６０は、匣鉢２内に粉体を供給する装置である。なお、供給装置６０は、匣鉢２内に粉体を供給するように構成されていればよく、具体的な構造については特に限定されない。図１に示すように、例えば、供給装置６０は、供給部６２と均し部６４を備えている。供給部６２は、匣鉢２の内部に粉体を供給するように構成されている。具体的には、供給部６２は、匣鉢２の上方から匣鉢２の内部に粉体を落下させる供給口（図示省略）を備えている。供給口は、供給部６２内に匣鉢２を配置したときに、匣鉢２の中心部の上方に位置するように配置されている。なお、供給部６２には、複数の供給口が配置されていてもよい。供給部６２は、粉体を上方から落下させることで匣鉢２内に粉体を供給するため、供給部６２で匣鉢２に粉体が供給されると、匣鉢２内の粉体の上面は、供給口の下方の位置で盛り上がった状態となる。均し部６４は、供給部６２で匣鉢２内に供給された粉体を均す。具体的には、均し部６４は、平板の側面で匣鉢２内の粉体の上面を押さえることで粉体の上面を均すように構成されている。均し部６４で粉体の上面を均すことによって、匣鉢２に収容された粉体の上面は略水平面となる。

【0041】

熱処理炉１０は、匣鉢２内の粉体を熱処理する。図３及び図４に示すように、熱処理炉１０は、炉体１４と、搬送装置（５２、５４）を備えている。熱処理炉１０は、搬送装置（５２、５４）によって匣鉢２が炉体１４内を搬送される間に、匣鉢２内に収容される粉体を熱処理する。

【0042】

炉体１４は、熱処理部２０と冷却部４０を備えている。炉体１４は、略直方体形状であり、天井壁２２ａと、底壁２２ｂと、側壁２２ｃ～２２ｆによって囲まれている。炉体１４は、内部に隔壁２４が配置されている。炉体１４には、隔壁２４の上流側に熱処理部２０が設けられ、隔壁２４の下流側に冷却部４０が設けられている。熱処理部２０は、天井壁２２ａと、底壁２２ｂと、側壁２２ｃ、２２ｅ、２２ｆと、隔壁２４によって囲まれている。熱処理部２０には、複数のヒータ３０、３２と、複数の搬送ローラ５２が配置されている。ヒータ３０は、搬送ローラ５２の上方の位置に搬送方向に所定の間隔で配置され、ヒータ３２は、搬送ローラ５２の下方の位置に搬送方向に所定の間隔で配置されている。ヒータ３０、３２が発熱することで、熱処理部２０内の空間２８が加熱されると共に匣鉢２内に収容される粉体が加熱される。冷却部４０は、熱処理部２０の下流側に配置されている。冷却部４０は、天井壁２２ａと、底壁２２ｂと、隔壁２４と、側壁２２ｄ、２２ｅ、２２ｆによって囲まれている。冷却部４０には、天井壁２２ａの近傍と底壁２２ｂの近傍にそれぞれ図示しない水冷ジャケットが配置されている。水冷ジャケット内には水が循環している。水冷ジャケットを設置することによって、冷却部４０内の空間４２が冷却されると共に匣鉢２内に収容される粉体が冷却される。なお、冷却部４０には、水冷ジャケットの代わりに空冷ジャケットを配置してもよい。

【0043】

図３に示すように、側壁２２ｃには、開口２６ａが形成されており、側壁２２ｄには、開口２６ｃが形成されている。また、隔壁２４には、開口２６ｂが形成されている。匣鉢２は、搬送装置によって開口２６ａから熱処理炉１０内に搬送され、熱処理部２０内を搬送され、開口２６ｂから冷却部４０に搬送される。そして、匣鉢２は、搬送装置によって冷却部４０内を搬送され、開口２６ｃから熱処理炉１０外へ搬送される。

【0044】

搬送装置（５２、５４）は、複数の搬送ローラ５２と、駆動装置５４を備えている。搬送ローラ５２は、匣鉢２を搬送する。搬送装置（５２、５４）は、開口２６ａから熱処理部２０内に匣鉢２を搬送し、熱処理部２０及び冷却部４０において匣鉢２を搬送する。そして、搬送装置（５２、５４）は、開口２６ｃから匣鉢２を冷却部４０外に搬送する。搬送ローラ５２は円筒状であり、その軸線は搬送方向と直交する方向に（すなわち、Ｙ方向に）伸びている。複数の搬送ローラ５２は、全てが同じ直径を有しており、搬送方向に一定のピッチで等間隔に配置されている。搬送ローラ５２は、その軸線回りに回転可能に支持されており、駆動装置５４の駆動力が伝達されることによって回転する。駆動装置５４は、搬送ローラ５２を駆動する駆動装置（例えば、モータ）である。駆動装置５４は、動力伝達機構を介して、搬送ローラ５２に接続されている。駆動装置５４の駆動力が動力伝達機構（例えば、スプロケットとチェーンによる機構）を介して搬送ローラ５２に伝達されると、搬送ローラ５２は回転するようになっている。駆動装置５４は、搬送ローラ５２が略同一の速度で回転するように、搬送ローラ５２のそれぞれを駆動する。駆動装置５４は、制御装置５６によって制御されている。

【0045】

ここで、匣鉢２に収容された粉体を熱処理する際の熱処理炉１０の動作について説明する。まず、ヒータ３０、３２を作動させて、空間２８の雰囲気温度を設定した温度とする。次いで、駆動装置５４を作動させて、開口２６ａから、熱処理部２０内の空間２８を通って、開口２６ｂまで匣鉢２を搬送する。この間に、匣鉢２に収容されている粉体が熱処理される。次いで、開口２６ｂから、冷却部４０内の空間４２を通って、開口２６ｃまで匣鉢２を搬送する。この間に、熱処理部２０で加熱された粉体を冷却する。本実施例では、匣鉢２は、Ｙ方向に２つ並べて搬送されているが、このような構成に限定されない。匣鉢２は、Ｙ方向に並べることなく１列のみで搬送されてもよし、Ｙ方向に３つ以上並べて搬送されてもよい。また、匣鉢２は、上下方向に重ねることなく搬送されているが、上下方向に複数重ねて搬送されてもよい。

【0046】

また、熱処理部２０は、匣鉢２に収容される粉体を１０時間以上かつ３０時間以下熱処理するように構成されている。具体的には、匣鉢２が熱処理部２０内を搬送される時間が１０時間以上かつ３０時間以下となるように、熱処理部２０の搬送方向の長さと、搬送ローラ５２及び駆動装置５４による匣鉢２の搬送速度が調整される。

【0047】

回収装置７０は、熱処理炉１０で熱処理された粉体を匣鉢２から回収する装置である。なお、回収装置７０は、匣鉢２から粉体を回収するように構成されていればよく、具体的な構造については特に限定されない。例えば、回収装置７０は、匣鉢２を上下方向に反転させて回収する反転回収部（図示省略）と、匣鉢２の表面に付着した粉体をエアで剥離して回収するエア回収部（図示省略）を備えている。反転回収部は、匣鉢２を上下方向に反転させることによって、匣鉢２内の粉体を回収用容器（図示省略）に移動させる。これにより、匣鉢２内に収容されていた粉体のほぼ全てが回収用容器に移動する。その後、反転回収部は、匣鉢２を再び上下方向に反転させて元の向きに戻す。エア回収部は、反転回収部で匣鉢２内の粉体が回収された後に使用される。エア回収部は、匣鉢２の内表面にエアを吹き付けながら匣鉢２内の空気等を吸引する。匣鉢２の内表面にエアを吹き付けることによって、匣鉢２の内表面に付着している粉体が内表面から剥離する。匣鉢２の内表面にエアを吹き付けながら匣鉢２内の空気等を吸引すると、匣鉢２の内表面から剥離された粉体が空気等と共に吸引される。これにより、匣鉢２の内表面に残留した粉体が回収され、粉体の回収率が上昇する。なお、上記の例では、回収装置７０はエア回収部を備えていたが、このような構成に限定されない。例えば、匣鉢２の内表面に残留した粉体は、回転ブラシで剥離して回収するように構成されていてもよい。

【0048】

清掃装置８０は、回収装置７０において粉体が回収された後の匣鉢２の内表面を清掃する装置である。なお、清掃装置８０は、匣鉢２の内表面を清掃するように構成されていればよく、具体的な構造については特に限定されない。例えば、清掃装置８０は、回転ブラシを用いて匣鉢２の内表面に付着している物質を剥離させながら、匣鉢２内の空気等を吸引する。また、サンダーを用いて内表面に形成された腐食部を削り取り、匣鉢２内の空気等を吸引する。吸引した空気等には、剥離された物質が含まれる。清掃装置８０で匣鉢２の内表面を清掃することにより、匣鉢２の内表面に残留した粉体を完全に除去する。また、熱処理の際に、匣鉢２を形成するニッケル基合金が含有するアルミニウムと粉体との反応物が発生することがある。清掃装置８０で匣鉢２の内表面を清掃することにより、匣鉢２の内表面から熱処理の際に発生したアルミニウムと粉体との反応物も除去することができる。

【0049】

循環搬送装置９０は、供給装置６０と熱処理炉１０と回収装置７０と清掃装置８０の間に配置され、これらの間で匣鉢２を循環して搬送する。具体的には、循環搬送装置９０は、供給装置６０と熱処理炉１０の間に配置される第１搬送部９０ａと、熱処理炉１０と回収装置７０の間に配置される第２搬送部９０ｂと、回収装置７０と清掃装置８０の間に配置される第３搬送部９０ｃと、清掃装置８０と供給装置６０の間に配置される第４搬送部９０ｄを備えている。第１～第４搬送部９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄは、ベルトコンベアであるが、匣鉢２を搬送可能な構成であればよく、他の構成であってもよい。

【0050】

図５に示されるように、管理装置９２は、供給装置６０と、熱処理炉１０と、回収装置７０と、清掃装置８０と、循環搬送装置９０と接続している。管理装置９２は、供給装置６０と、熱処理炉１０と、回収装置７０と、清掃装置８０と、循環搬送装置９０の動作を制御している。

【0051】

次に、熱処理システム１００による粉体の熱処理について説明する。以下では、第４搬送部９０ｄにより搬送される匣鉢２が、供給装置６０、第１搬送部９０ａ、熱処理炉１０、第２搬送部９０ｂ、回収装置７０、第３搬送部９０ｃ及び清掃装置８０を順に通り、再び第４搬送部９０ｄに戻るまでの処理について説明する。

【0052】

第４搬送部９０ｄは、清掃装置８０の下流に配置されているため、第４搬送部９０ｄで搬送される匣鉢２は、清掃装置８０による清掃後であり、内部に粉体等の物質が収容及び付着していない状態となっている。第４搬送部９０ｄは、清掃後の匣鉢２を供給装置６０に搬送する。匣鉢２が供給装置６０に搬送されると、供給装置６０は、匣鉢２に粉体を供給する。次いで、匣鉢２は、第１搬送部９０ａによって搬送される。このとき、匣鉢２は、内部に粉体を収容した状態となっている。次いで、第１搬送部９０ａは、粉体を収容した匣鉢２を熱処理炉１０まで搬送する。

【0053】

匣鉢２が熱処理炉１０に搬送されると、熱処理炉１０は、匣鉢２を搬送ローラ５２で搬送しながら熱処理する。なお、匣鉢２を上下方向に重ねて熱処理する場合には、熱処理炉１０内に匣鉢２を搬送する前に、匣鉢２を上下方向に重ねる。上述したように、本実施例では、熱処理部２０において、匣鉢２に収容された粉体を、酸素雰囲気下で約８００℃の雰囲気温度で１０時間熱処理する。匣鉢２に収容された粉体が熱処理部２０で熱処理されると、匣鉢２は冷却部４０内を搬送される。この間に、匣鉢２及びその中に収容された粉体は冷却される。次いで、匣鉢２は、第２搬送部９０ｂによって回収装置７０まで搬送される。このとき、匣鉢２は、熱処理後の粉体を収容した状態となっている。

【0054】

次いで、回収装置７０によって、匣鉢２内に収容された粉体が回収される。すなわち、熱処理後の粉体が回収される。次いで、匣鉢２は、第３搬送部９０ｃによって搬送される。このとき、匣鉢２は、内部に粉体がほとんど収容されていないものの、その内表面に回収されなかった粉体や熱処理の際に発生した反応物（例えば、アルミニウムと粉体との反応物）が付着した状態となっている。次いで、第３搬送部９０ｃは、匣鉢２を清掃装置８０まで搬送する。次いで、清掃装置８０によって、匣鉢２の内表面が清掃される。その後、匣鉢２は、第４搬送部９０ｄに再び戻る。このとき、匣鉢２は、その内表面には粉体や熱処理の際に発生した反応物が残留していない状態となっており、再利用可能な状態となっている。そして、匣鉢２は、再び供給装置６０に搬送され、粉体の熱処理のために使用される。

【0055】

なお、上記の実施例１及び２では、匣鉢２はニッケル基合金で形成されていたが、このような構成に限定されない。例えば、図６に示すように、匣鉢２ａは、粉体と接触する内表面のみがニッケル基合金で形成されており、その他の部分はセラミックで形成されていてもよい。具体的には、匣鉢２ａの本体３ａは、セラミックで形成されており、本体３ａの内表面（匣鉢２ａに粉体を収容したときに、粉体と接触する面）は、ニッケル基合金で形成されていてもよい。セラミックは、金属と比較すると重量が小さい。このため、本体３ａをセラミックで形成することによって、匣鉢２ａの重量を小さくすることができると共に、匣鉢２ａの内表面３ｂをニッケル基合金で形成することによって、上記の匣鉢２と同様の作用効果を奏することができる。

【0056】

また、上記の実施例１では、熱処理炉１１０はバッチ式の熱処理炉であり、上記の実施例２では、熱処理炉１０は搬送装置（５２、５４）によって被処理物を搬送しながら熱処理する熱処理炉（例えば、ローラハースキル）であったが、このような構成に限定されない。熱処理システムが備える熱処理炉は、匣鉢２、２ａに収容されたリチウム正極材の粉体を、３００℃以上１０００℃以下の雰囲気温度で１０時間以上３０時間以下熱処理可能であればよく、熱処理炉における匣鉢２、２ａの搬送方法や、熱処理炉内での匣鉢２、２ａの搬送の有無は特に限定されない。例えば、熱処理炉は、プッシャーで匣鉢２、２ａを押すことで匣鉢２、２ａを搬送するプッシャーキルンであってもよいし、ウォーキングビーム方式により匣鉢２、２ａを搬送するウォーキングビーム式加熱炉であってもよい。

【0057】

以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0058】

１、１００：熱処理システム
２、２ａ：匣鉢
３：本体
４：支持部
５：凹部
１０：熱処理炉
１４：炉体
２０：熱処理部
４０：冷却部
５２：搬送ローラ
５４：駆動装置
５６：制御装置
６０：供給装置
７０：回収装置
８０：清掃装置
９０：循環搬送装置
９２：管理装置
１１０：熱処理炉
１１２：炉体
１２０：棚板

【要約】

【課題】リチウム正極材の粉体を効率よく熱処理する。
【解決手段】熱処理システムは、リチウム正極材の粉体を収容する匣鉢と、匣鉢に収容された粉体を熱処理する熱処理炉と、備えている。匣鉢は、少なくとも粉体と接触する表面がニッケル基合金により形成されている。熱処理炉は、匣鉢に収容された粉体を、３００℃以上１０００℃以下の雰囲気温度で１０時間以上３０時間以下熱処理するように構成されている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】