微粒子製造装置及び微粒子の製造方法
【課題】噴霧燃焼法において、ナノサイズの微粒子を大量に製造する装置などを提供する。
【解決手段】液滴化した原料溶液を、火炎中で反応させて微粒子を生成する微粒子製造装置であって、液滴化した原料溶液を含む原料流を噴出する原料溶液噴霧部と、前記原料溶液噴霧部の周囲に設けられ、噴霧制御ガスを噴出する噴霧制御ガス噴出部と、前記原料流及び前記噴霧制御ガスが供給される火炎を形成するバーナーと、を具備することを特徴とする微粒子製造装置である。
【解決手段】液滴化した原料溶液を、火炎中で反応させて微粒子を生成する微粒子製造装置であって、液滴化した原料溶液を含む原料流を噴出する原料溶液噴霧部と、前記原料溶液噴霧部の周囲に設けられ、噴霧制御ガスを噴出する噴霧制御ガス噴出部と、前記原料流及び前記噴霧制御ガスが供給される火炎を形成するバーナーと、を具備することを特徴とする微粒子製造装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料溶液をノズルから噴霧し、火炎中で燃焼させて微粒子を製造する噴霧燃焼法による微粒子の製造装置及び製造方法に関するものである。本発明は、特にリン酸鉄リチウムやケイ酸鉄リチウム等のオリビン構造を持つリチウムイオン二次電池用の正極活物質の前駆体の製造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やノートパソコン、デジタルカメラ、ビデオ等の携帯用電子機器の電源として、小型で軽量なリチウムイオン二次電池が広く用いられている。また、電気自動車の普及においては、高性能で安価なリチウムイオン電池が求められている。現在、リチウムイオン二次電池の正極活物質としてはコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）が一般的である。しかし、コバルト酸リチウムは、資源的制約が大きく高価な上に毒性も高いコバルトを含むという問題点や、また高温に加熱されると酸素を放出するため発火する恐れがあり安全性が低いという問題点があり、これらの問題点が、特に高出力・大容量を要する電気自動車用リチウムイオン二次電池への採用の障害となっている。これに対し、熱的・化学的安定性においてコバルト酸リチウムよりもはるかに優り、また豊富な原料系から製造できる新しい正極活物質として、オリビン構造を持つリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）やケイ酸鉄リチウム（Ｌｉ２ＦｅＳｉＯ４）等が注目されている。しかし、これらの材料はそのままでは導電性が低く、結晶内部のＬｉイオン拡散速度が遅いため、数十〜１００ｎｍの一次粒子径を有する微粒子にする必要がある。
【０００３】
このようなナノサイズの微粒子の製造方法としては、例えばシロキサンと複数の有機金属化合物を混合して作成した原料液をバーナーに導入し、バーナーの先端に取付けたノズルから噴霧して燃焼させることによって、シリカ及び上記各金属の金属酸化物の核粒子を生成し、当該核粒子の合体成長によってシリカと複数の金属酸化物からなる複合微粒子を製造することが行われている（例えば特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、複数種の金属を含有する原料気体流と当該原料気体流を覆う反応気体流とが高温雰囲気の反応空間に流入し、前記原料気体流の外周部で熱処理によって粒子生成するとともに、前記反応気体流で冷却することによって複合微粒子を製造することが行われている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
また、反応室内の上部又は下部の中央に設けられた噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに周設されたバーナーと、を備えた噴霧熱分解装置もある（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−０８１７７０号公報
【特許文献２】特開２００３−０１５６８７２号公報
【特許文献３】特開２００５−３０５２０２号公報
【特許文献４】特開２００１−０１７８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１、２に開示されたバーナーによる噴霧燃焼では、複数種の金属を含有する原料液をバーナーの燃料として燃焼させて形成した火炎中にシリカ及びその他の金属酸化物の核粒子が生成されるため、生成した核粒子が冷却され難くて核粒子の合体・凝集や蒸気の粒子表面への凝縮・反応等が促進される結果、複合粒子を構成する各金属酸化物の粒子径が大きくなり、各金属酸化物の粒子を微細な構造（例えば、分子の大きさに近いナノメートル（ｎｍ）レベル）で含む複合微粒子を製造することが困難であった。
また、特許文献３に開示された方法では、原料液の噴霧ノズルの気液比の調整により燃焼部ゾーンの長さを調整するため、製造量を増やそうとすると気液比を小さくせざるを得ないため、どうしても生成粒子径が大きくなり、ナノサイズの微粒子を大量に製造することは困難であった。
また、特許文献４には、生成される粒子径が開示されておらず、ナノサイズの微粒子の製造が可能であるかはわからない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような状況を鑑み、噴霧燃焼法において、ナノサイズの微粒子を大量に製造する装置などを提供することを目的とするものである。
【０００９】
前述した目的を達成するために、本発明は以下の特徴を有する。
（１）液滴化した原料溶液を、火炎中で反応させて微粒子を生成する微粒子製造装置であって、液滴化した原料溶液を含む原料流を噴出する原料溶液噴霧部と、前記原料溶液噴霧部の周囲に設けられ、噴霧制御ガスを噴出する噴霧制御ガス噴出部と、前記原料流及び前記噴霧制御ガスが供給される火炎を形成するバーナーと、を具備することを特徴とする微粒子製造装置。
（２）さらに、前記火炎に冷却ガスを供給する、前記火炎の周囲に設けられる冷却ガス供給部と、を具備することを特徴とする（１）に記載の微粒子製造装置。
（３）前記バーナーが、前記原料溶液噴霧部の周囲に設けられ、複数の独立した火口をもつリング状バーナーであることを特徴とする（１）または（２）に記載の微粒子製造装置。
（４）前記原料溶液噴霧部が、二流体噴霧ノズル又は圧力噴霧ノズルである（１）〜（３）のいずれかに記載の微粒子製造装置。
（５）前記原料溶液噴霧部が、二流体噴霧ノズルであり、前記原料溶液の溶媒に、可燃性の溶媒を含み、前記原料溶液噴霧部が、支燃性ガスとともに前記原料溶液を噴霧して液滴化することを特徴とする（４）に記載の微粒子製造装置。
（６）前記原料溶液が、リチウムを含むことを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の微粒子製造装置。
（７）前記原料溶液が、リチウム、遷移金属及びシリコンまたは、リチウム、遷移金属及びリンを含むことを特徴とする（６）に記載の微粒子製造装置。
（８）前記噴霧制御ガスが、窒素、アルゴン、酸素、空気またはこれらの混合ガスであることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の微粒子製造装置。
（９）前記冷却ガスが、窒素、アルゴン、二酸化炭素またはこれらの混合ガスであることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の微粒子製造装置。
（１０）原料溶液噴霧部から、液滴化した原料溶液を含む原料流を噴出しつつ、前記原料流の周囲に噴霧制御ガスを噴出する工程と、前記原料流及び前記噴霧制御ガスを、バーナーにより形成された火炎中に供給して、液滴化した前記原料溶液から微粒子を生成する工程と、を具備することを特徴とする微粒子の製造方法。
（１１）前記火炎には、前記火炎の周囲から冷却ガスが流されていることを特徴とする（１０）に記載の微粒子の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、噴霧燃焼法において、ナノサイズの微粒子を大量に製造する装置などを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態にかかる微粒子製造装置１の構成を示す図。
【図２】（ａ）噴霧ノズル３とノズルフード７の構成を示す縦断面図、（ｂ）図２（ａ）のＡ方向矢視図、（ｃ）リング状バーナー１１を示す図。
【図３】微粒子製造装置１と微粒子回収装置２５の構成を示す図。
【図４】噴霧燃焼法における微粒子の生成を説明する図。
【図５】第２の実施形態にかかる微粒子製造装置１ａの構成を示す図。
【図６】実施例２にかかる微粒子のＴＥＭ像。
【図７】実施例２にかかる微粒子の粒径分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる微粒子製造装置１を説明する模式図である。微粒子製造装置１は、原料溶液２が供給され、原料溶液２の液滴３１を含む原料流５を噴出する噴霧ノズル３と、噴霧ノズル３を包囲し、先端から噴霧制御ガス９を噴出するノズルフード７と、噴霧ノズル３の周囲に設けられた複数の独立した火口１３をもち、原料流５及び噴霧制御ガス９が供給される火炎を形成するリング状バーナー１１とを有する。噴霧ノズル３が、請求項中の原料溶液噴霧部に対応し、ノズルフード７が、請求項中の噴霧制御ガス噴出部に対応し、リング状バーナー１１が請求項中のバーナーに対応する。
【００１４】
噴霧ノズル３は、二流体噴霧ノズル又は圧力噴霧ノズルであり、供給された原料溶液２を、液滴化し、原料流５として噴出する。噴霧ノズル３が二流体噴霧ノズルである場合、噴霧ノズル３には原料溶液２以外に噴霧ガス（図示せず）が供給され、高速の噴霧ガスの気流により、原料溶液２が粉砕され、微細な液滴３１になる。噴霧ノズル３が圧力噴霧ノズルである場合、原料溶液２はポンプ（図示せず）により加圧されて噴霧ノズル３に供給され、噴霧ノズル３より噴出する際に微細な液滴３１となる。
【００１５】
また、噴霧ノズル３が二流体噴霧ノズルである場合、原料溶液２の溶媒が、メタノール、エタノールなどの可燃性の液体を含み、噴霧ガスが、酸素や空気などの支燃性ガスであることが好ましい。
【００１６】
微粒子製造装置１にて、リチウムイオン二次電池用の正極活物質を製造する場合には、原料溶液２に、少なくともリチウムを加えることが好ましい。
【００１７】
さらに、微粒子製造装置１にて、焼成することでオリビン構造を持つリチウムイオン二次電池用の正極活物質となる、正極活物質の前駆体を製造する場合には、原料溶液２にリチウム、遷移金属、リンを含むか、リチウム、遷移金属、シリコンを含むことが好ましい。原料溶液２にリチウム、遷移金属、リンを含む場合、得られる微粒子は、リチウムの酸化物、遷移金属の酸化物、リンの酸化物などを含み、この微粒子を焼成することでオリビン構造を持つリチウム遷移金属リン酸塩を形成することができる。原料溶液２にリチウム、遷移金属、シリコンを含む場合、得られる微粒子は、リチウムの酸化物、遷移金属の酸化物、シリコンの酸化物などを含み、この微粒子を焼成することでオリビン構造を持つリチウム遷移金属シリケートを形成することができる。例えば、遷移金属として、鉄を含有させれば、オリビン構造を持つリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）やケイ酸鉄リチウム（Ｌｉ２ＦｅＳｉＯ４）の前駆体を製造することができる。
【００１８】
遷移金属としては、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などを、単独または組み合わせて使用できる。
【００１９】
図２（ａ）は、噴霧ノズル３とノズルフード７の構成を示す縦断面図である、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ方向矢視図である。ノズルフード７は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、原料流５の噴出口４を有する噴霧ノズル３の周囲に、噴霧制御ガス９を噴出するリング状の噴出口８を有するように設けられる。ノズルフード７は、噴霧制御ガス９が供給され、先端から噴霧制御ガス９を噴出する。なお、本発明では、円筒形状のノズルフード７を用いているが、ノズルフード７に代えて、噴霧制御ガス９の複数の噴出ノズルを、噴霧ノズル３の周囲に対称に配置したノズルユニットを用いてもよい。
【００２０】
ノズルフード７は、多重管構造のフードである。ノズルフード７の役割は、噴霧ノズル３の先端部をリング状バーナー１１の輻射熱から保護して噴霧ノズル３の詰まりを防止することと、ノズルフード７の先端から噴霧制御ガス９を流して、噴霧された原料流５を覆う様なガス流を形成し、原料流５の指向性及び流速を制御することにある。噴霧制御ガス９としては、窒素、アルゴン、酸素、空気又はこれらの混合ガスを用いることができる。このように原料流５の指向性及び流速を制御することで、火炎１５中に供給される原料流５の割合を増やして効率良く微粒子１７を生成するとともに、火炎１５中の原料の滞留時間を制御することで、粒子径を制御することができる。
【００２１】
図２（ｃ）は、リング状バーナー１１を示す図であり、リング状バーナー１１を図２（ｃ）のＢ−Ｂ’方向から見たものが、図１に示すリング状バーナー１１である。リング状バーナー１１は、可燃性ガス１０と支燃性ガス１４とが供給されたガス導入管１２の環状部分に、複数の火口１３が設けられる。そして、図１、図２に示すように、原料流５及び噴霧制御ガス９が供給され、リング状バーナー１１により火炎１５が形成される。なお、第１の実施形態ではリング状バーナー１１を用いたが、原料流５及び噴霧制御ガス９が供給される火炎１５を形成できるのであれば、バーナーとしてはリング状バーナー１１に限られず、火口が一つのバーナーなども使用できる。可燃性ガス１０は、特に限定されないが、炭化水素ガスや、水素ガスなどを用いることができる。また、支燃性ガス１０は、特に限定されないが、空気や酸素などを用いることができる。
【００２２】
リング状バーナー１１は、バーナーの中心部に噴霧された原料流５が、バーナーの火炎の内部へ導入されるため、噴霧された原料溶液２をより高温な雰囲気に導入することができる。噴霧された原料溶液２の熱分解効率を向上させるとともに、熱分解時間を大幅に短縮させることができ、装置も小型化することができる。
【００２３】
また、リング状バーナー１１は、火口１３が独立しているため、火口１３の交換が容易である。そのため、長期間にわたって使用する場合でも、火口１３を交換すれば、リング状バーナー１１ごと交換する必要がなく、メンテナンスが容易である。
【００２４】
また、リング状バーナー１１は、噴霧ノズル３とは別系統の可燃性ガス１０と支燃性ガス１４の供給系統を持っており、噴霧ノズル３からの原料流５の噴霧量と、リング状バーナー１１からの火炎１５の火力とを、連動させずに独立して制御できる。そのため、噴霧量を少なくして、大火力で微粒子を生成させることも可能である。
【００２５】
図３は、微粒子製造装置１と微粒子回収装置２５の構成を示す図であり。微粒子製造装置１の主要部分はチャンバー２３内に配置され、チャンバー２３に微粒子回収装置２５が設けられる。
【００２６】
（第１の実施形態にかかる微粒子製造装置による微粒子の製造方法）
以下、図１を参照して、第１の実施形態にかかる微粒子製造装置１を用いた微粒子の製造方法を説明する。
【００２７】
まず、原料溶液２が噴霧ノズル３に供給される。噴霧ノズル３は、二流体噴霧ノズル又は圧力噴霧ノズルであり、原料溶液２を液滴化して、原料流５を噴出する。同時に、噴霧制御ガス９がノズルフード７に供給され、ノズルフード７の先端から、原料流５の周囲に噴霧制御ガス９が噴出される。
【００２８】
次に、リング状バーナー１１に可燃性ガス１０と支燃性ガス１４が供給され、火炎１５が火口１３から形成され、原料流５及び噴霧制御ガス９が、リング状バーナー１１により形成された火炎１５中に供給され、微粒子１７が液滴化した原料溶液２から生成される。
【００２９】
次に、図３に示すように、微粒子１７が、微粒子製造装置１において火炎１５中に形成された後、微粒子１７が、微粒子製造装置１が設けられたチャンバー２３内をとおり、バグフィルターやサイクロン等の微粒子回収装置２５により回収される。
【００３０】
図４は、噴霧燃焼法における微粒子の生成を説明する図である。原料溶液２が噴霧ノズル３から噴霧され、粒径が数μｍ〜数十μｍの液滴３１のミスト（原料流５）が形成され、火炎１５中で液滴３１が燃焼することで微粒子１７を生成する。火炎１５中において、液滴３１が、瞬時に蒸発し、燃焼反応により酸化され、核粒子３３が形成される。さらに、火炎１５中において、核粒子３３が、合体・凝集して、粒径が数十〜１００ｎｍ程度の一次粒子３５が形成される。チャンバー２３内で生成された、核粒子３３や一次粒子３５などの微粒子１７が、微粒子回収装置２５で回収される。微粒子１７を含む気流が、微粒子回収装置２５で微粒子１７が回収された後、排気２７として排出される。
【００３１】
（第１の実施形態の効果）
第１の実施形態に係る微粒子製造装置１は、噴霧制御ガス９を供給するノズルフード７を有し、噴霧制御ガス９により、原料流５の指向性及び流速を制御できるため、効率良く微粒子１７を生成するとともに、粒子径を制御することができる。
【００３２】
また、リング状バーナー１１の火口１３は、交換可能であるため、微粒子製造装置１が長期間使用される際に、火口１３のみが交換されれば済み、リング状バーナー１１ごと交換される必要がない。そのため、長期間の使用する際に、微粒子製造装置１のランニングコストが低い。
【００３３】
また、リング状バーナー１１は、原料流５とは別の可燃性ガス１０と支燃性ガス１４の供給系統を有するため、噴霧ノズル３からの原料流５の噴出量とは独立して火炎１５の火力を調整できる。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
図５は、第２の実施形態にかかる微粒子製造装置１ａの構成を示す図である。以下の実施形態で第１の実施形態と同一の様態を果たす要素には同一の番号を付し、重複した説明は避ける。
【００３５】
第２の実施形態の特徴は、第１の実施形態の構成に、冷却ガス供給部として、バーナーフード１９が設けられる点である。なお、バーナーフード１９が、請求項中の冷却ガス供給部に対応する。
【００３６】
バーナーフード１９は、リング状バーナー１１の火炎１５を包囲するように設けられた多重管構造のフードであり、その先端から、火炎１５へ冷却ガス２１を噴出する。冷却ガス２１としては、窒素、アルゴン、二酸化炭素等を用いることができる。
【００３７】
また、第２の実施形態に係る微粒子製造装置１ａを用いた微粒子１７の製造方法は、火炎１５に冷却ガス２１が供給される点以外は、第１の実施形態に係る微粒子製造装置１と同様の製造方法である。
【００３８】
第２の実施形態によれば、バーナーフード１９の先端から火炎１５内に冷却ガス２１を導入することで火炎１５の温度を制御し、核粒子３３の合体・凝集が進みすぎて一次粒子３５の粒子径が大きくなるのを防止することが可能になる。すなわち、バーナーフード１９を設けることで、ナノサイズの微粒子１７を大量に製造することが可能となる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
＜実施例１〜２、比較例１〜２＞
純水１Ｌに、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）を１ｍｏｌと、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ３)３）を１ｍｏｌと、リン酸水素二アンモニウム（(ＮＨ４)２ＨＰＯ４）を１ｍｏｌの割合で加えて撹拌し、更にメタノールと純水を加えて２倍に希釈して原料溶液とした。この原料溶液中のメタノール濃度は３０％とした。この原料溶液の濃度をＬｉＦｅＰＯ４に換算すると、０．５ｍｏｌ／Ｌとなった。
この原料溶液２を二流体噴霧ノズル（噴霧ノズル３）から１３０ｃｃ／ｍｉｎの液量で噴霧した。噴霧に使用したガスは酸素で、流量は４０Ｌ／ｍｉｎであった。噴霧した原料ミスト（原料流５）を８個の火口１３を備えたリング状バーナー１１で燃焼させ、微粒子１７を生成した。リング状バーナー１１には、可燃性ガス１０としてプロパンガスと、支燃性ガス１４として酸素を供給し、プロパンガスの流量は４０Ｌ／ｍｉｎ、酸素流量は１４０Ｌ／ｍｉｎであった。生成した微粒子はバグフィルターで回収した。
【００４０】
噴霧ノズル３の周囲に設置したノズルフード７から流す噴霧制御ガス９と、リング状バーナー１１の火炎１５を包囲するように設置したバーナーフード１９から流す冷却ガス２１の流量を変えた際に、得られた粒子の生成量と粒子径の範囲を表１に示す。
【００４１】
また、図６は実施例２で得られた粒子のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真、図７は実施例２で得られた粒子の粒径分布である。
図６において、直径２０〜１２０ｎｍの粒子が多数観察され、ＴＥＭ写真で観察された粒子の粒径を測定し、それらをプロットしたところ、図７のようになった。
【００４２】
【表１】
【００４３】
実施例１と比較例１、実施例２と比較例２を比べるとノズルフード７から噴霧制御ガス９として酸素を流すことにより粒子生成量が増えたことが分かる。また実施例１と２を比較することで、更にバーナーフード１９から冷却ガス２１として窒素を流すことにより、１００ｎｍ以上の粒子が減って粒径分布がシャープになっていることがわかる。
【００４４】
＜実施例３〜４、比較例３〜４＞
純水１Ｌに塩化リチウム（ＬｉＣｌ）を４ｍｏｌと塩化鉄（ＦｅＣｌ３）を２ｍｏｌの割合で加えて撹拌した。これにオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）を０．５ｍｏｌの割合で加え、更にメタノールと純水を加えて４倍に希釈して原料溶液とした。原料溶液中のメタノール濃度は３０％とした。この原料溶液の濃度をＬｉ２ＦｅＳｉＯ４に換算すると、０．５ｍｏｌ／Ｌとなった。
この原料溶液２を二流体噴霧ノズル（噴霧ノズル３）から１２５ｃｃ／ｍｉｎの液量で噴霧した。噴霧に使用したガスは酸素で、流量は４０Ｌ／ｍｉｎであった。噴霧した原料ミスト（原料流５）を８個の火口１３を備えたリング状バーナー１１で燃焼させ、微粒子１７を生成した。リング状バーナー１１には、可燃性ガス１０としてプロパンガスと、支燃性ガス１４として酸素を供給し、プロパンガスの流量は４０Ｌ／ｍｉｎ、酸素流量は１４０Ｌ／ｍｉｎであった。生成した微粒子はバグフィルターで回収した。
【００４５】
噴霧ノズル３の周囲に設置したノズルフード７から流す噴霧制御ガス９と、リング状バーナー１１の火炎を包囲するように設置したバーナーフード１９から流す冷却ガス２１の流量を変えた際に、得られた粒子の生成量と粒子径を表２に示す。
【００４６】
【表２】
【００４７】
表２において、実施例３と比較例３、実施例４と比較例４をそれぞれ比較すると、ノズルフード７から噴霧制御ガス３として酸素を流すことにより粒子生成量が増え、粒子分布のシャープになっていることが分かる。更に、実施例３と４を比較すると、バーナーフード１９から冷却ガス２１として窒素を流すことにより、１００ｎｍ以上の粒子が減って粒径分布がシャープになっていることがわかる。
【００４８】
以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しえることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４９】
１………微粒子製造装置
２………原料溶液
３………噴霧ノズル
４………原料流５の噴出口
５………原料流
７………ノズルフード
８………噴霧制御ガス９の噴出口
９………噴霧制御ガス
１０………可燃性ガス
１１………リング状バーナー
１２………ガス導入管
１３………火口
１４………支燃性ガス
１５………火炎
１７………微粒子
１９………バーナーフード
２１………冷却ガス
２３………チャンバー
２５………微粒子回収装置
２７………排気
３１………液滴
３３………核粒子
３５………一次粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料溶液をノズルから噴霧し、火炎中で燃焼させて微粒子を製造する噴霧燃焼法による微粒子の製造装置及び製造方法に関するものである。本発明は、特にリン酸鉄リチウムやケイ酸鉄リチウム等のオリビン構造を持つリチウムイオン二次電池用の正極活物質の前駆体の製造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やノートパソコン、デジタルカメラ、ビデオ等の携帯用電子機器の電源として、小型で軽量なリチウムイオン二次電池が広く用いられている。また、電気自動車の普及においては、高性能で安価なリチウムイオン電池が求められている。現在、リチウムイオン二次電池の正極活物質としてはコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）が一般的である。しかし、コバルト酸リチウムは、資源的制約が大きく高価な上に毒性も高いコバルトを含むという問題点や、また高温に加熱されると酸素を放出するため発火する恐れがあり安全性が低いという問題点があり、これらの問題点が、特に高出力・大容量を要する電気自動車用リチウムイオン二次電池への採用の障害となっている。これに対し、熱的・化学的安定性においてコバルト酸リチウムよりもはるかに優り、また豊富な原料系から製造できる新しい正極活物質として、オリビン構造を持つリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）やケイ酸鉄リチウム（Ｌｉ２ＦｅＳｉＯ４）等が注目されている。しかし、これらの材料はそのままでは導電性が低く、結晶内部のＬｉイオン拡散速度が遅いため、数十〜１００ｎｍの一次粒子径を有する微粒子にする必要がある。
【０００３】
このようなナノサイズの微粒子の製造方法としては、例えばシロキサンと複数の有機金属化合物を混合して作成した原料液をバーナーに導入し、バーナーの先端に取付けたノズルから噴霧して燃焼させることによって、シリカ及び上記各金属の金属酸化物の核粒子を生成し、当該核粒子の合体成長によってシリカと複数の金属酸化物からなる複合微粒子を製造することが行われている（例えば特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、複数種の金属を含有する原料気体流と当該原料気体流を覆う反応気体流とが高温雰囲気の反応空間に流入し、前記原料気体流の外周部で熱処理によって粒子生成するとともに、前記反応気体流で冷却することによって複合微粒子を製造することが行われている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
また、反応室内の上部又は下部の中央に設けられた噴霧ノズルと、該噴霧ノズルに周設されたバーナーと、を備えた噴霧熱分解装置もある（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−０８１７７０号公報
【特許文献２】特開２００３−０１５６８７２号公報
【特許文献３】特開２００５−３０５２０２号公報
【特許文献４】特開２００１−０１７８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１、２に開示されたバーナーによる噴霧燃焼では、複数種の金属を含有する原料液をバーナーの燃料として燃焼させて形成した火炎中にシリカ及びその他の金属酸化物の核粒子が生成されるため、生成した核粒子が冷却され難くて核粒子の合体・凝集や蒸気の粒子表面への凝縮・反応等が促進される結果、複合粒子を構成する各金属酸化物の粒子径が大きくなり、各金属酸化物の粒子を微細な構造（例えば、分子の大きさに近いナノメートル（ｎｍ）レベル）で含む複合微粒子を製造することが困難であった。
また、特許文献３に開示された方法では、原料液の噴霧ノズルの気液比の調整により燃焼部ゾーンの長さを調整するため、製造量を増やそうとすると気液比を小さくせざるを得ないため、どうしても生成粒子径が大きくなり、ナノサイズの微粒子を大量に製造することは困難であった。
また、特許文献４には、生成される粒子径が開示されておらず、ナノサイズの微粒子の製造が可能であるかはわからない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような状況を鑑み、噴霧燃焼法において、ナノサイズの微粒子を大量に製造する装置などを提供することを目的とするものである。
【０００９】
前述した目的を達成するために、本発明は以下の特徴を有する。
（１）液滴化した原料溶液を、火炎中で反応させて微粒子を生成する微粒子製造装置であって、液滴化した原料溶液を含む原料流を噴出する原料溶液噴霧部と、前記原料溶液噴霧部の周囲に設けられ、噴霧制御ガスを噴出する噴霧制御ガス噴出部と、前記原料流及び前記噴霧制御ガスが供給される火炎を形成するバーナーと、を具備することを特徴とする微粒子製造装置。
（２）さらに、前記火炎に冷却ガスを供給する、前記火炎の周囲に設けられる冷却ガス供給部と、を具備することを特徴とする（１）に記載の微粒子製造装置。
（３）前記バーナーが、前記原料溶液噴霧部の周囲に設けられ、複数の独立した火口をもつリング状バーナーであることを特徴とする（１）または（２）に記載の微粒子製造装置。
（４）前記原料溶液噴霧部が、二流体噴霧ノズル又は圧力噴霧ノズルである（１）〜（３）のいずれかに記載の微粒子製造装置。
（５）前記原料溶液噴霧部が、二流体噴霧ノズルであり、前記原料溶液の溶媒に、可燃性の溶媒を含み、前記原料溶液噴霧部が、支燃性ガスとともに前記原料溶液を噴霧して液滴化することを特徴とする（４）に記載の微粒子製造装置。
（６）前記原料溶液が、リチウムを含むことを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の微粒子製造装置。
（７）前記原料溶液が、リチウム、遷移金属及びシリコンまたは、リチウム、遷移金属及びリンを含むことを特徴とする（６）に記載の微粒子製造装置。
（８）前記噴霧制御ガスが、窒素、アルゴン、酸素、空気またはこれらの混合ガスであることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の微粒子製造装置。
（９）前記冷却ガスが、窒素、アルゴン、二酸化炭素またはこれらの混合ガスであることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の微粒子製造装置。
（１０）原料溶液噴霧部から、液滴化した原料溶液を含む原料流を噴出しつつ、前記原料流の周囲に噴霧制御ガスを噴出する工程と、前記原料流及び前記噴霧制御ガスを、バーナーにより形成された火炎中に供給して、液滴化した前記原料溶液から微粒子を生成する工程と、を具備することを特徴とする微粒子の製造方法。
（１１）前記火炎には、前記火炎の周囲から冷却ガスが流されていることを特徴とする（１０）に記載の微粒子の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、噴霧燃焼法において、ナノサイズの微粒子を大量に製造する装置などを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態にかかる微粒子製造装置１の構成を示す図。
【図２】（ａ）噴霧ノズル３とノズルフード７の構成を示す縦断面図、（ｂ）図２（ａ）のＡ方向矢視図、（ｃ）リング状バーナー１１を示す図。
【図３】微粒子製造装置１と微粒子回収装置２５の構成を示す図。
【図４】噴霧燃焼法における微粒子の生成を説明する図。
【図５】第２の実施形態にかかる微粒子製造装置１ａの構成を示す図。
【図６】実施例２にかかる微粒子のＴＥＭ像。
【図７】実施例２にかかる微粒子の粒径分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる微粒子製造装置１を説明する模式図である。微粒子製造装置１は、原料溶液２が供給され、原料溶液２の液滴３１を含む原料流５を噴出する噴霧ノズル３と、噴霧ノズル３を包囲し、先端から噴霧制御ガス９を噴出するノズルフード７と、噴霧ノズル３の周囲に設けられた複数の独立した火口１３をもち、原料流５及び噴霧制御ガス９が供給される火炎を形成するリング状バーナー１１とを有する。噴霧ノズル３が、請求項中の原料溶液噴霧部に対応し、ノズルフード７が、請求項中の噴霧制御ガス噴出部に対応し、リング状バーナー１１が請求項中のバーナーに対応する。
【００１４】
噴霧ノズル３は、二流体噴霧ノズル又は圧力噴霧ノズルであり、供給された原料溶液２を、液滴化し、原料流５として噴出する。噴霧ノズル３が二流体噴霧ノズルである場合、噴霧ノズル３には原料溶液２以外に噴霧ガス（図示せず）が供給され、高速の噴霧ガスの気流により、原料溶液２が粉砕され、微細な液滴３１になる。噴霧ノズル３が圧力噴霧ノズルである場合、原料溶液２はポンプ（図示せず）により加圧されて噴霧ノズル３に供給され、噴霧ノズル３より噴出する際に微細な液滴３１となる。
【００１５】
また、噴霧ノズル３が二流体噴霧ノズルである場合、原料溶液２の溶媒が、メタノール、エタノールなどの可燃性の液体を含み、噴霧ガスが、酸素や空気などの支燃性ガスであることが好ましい。
【００１６】
微粒子製造装置１にて、リチウムイオン二次電池用の正極活物質を製造する場合には、原料溶液２に、少なくともリチウムを加えることが好ましい。
【００１７】
さらに、微粒子製造装置１にて、焼成することでオリビン構造を持つリチウムイオン二次電池用の正極活物質となる、正極活物質の前駆体を製造する場合には、原料溶液２にリチウム、遷移金属、リンを含むか、リチウム、遷移金属、シリコンを含むことが好ましい。原料溶液２にリチウム、遷移金属、リンを含む場合、得られる微粒子は、リチウムの酸化物、遷移金属の酸化物、リンの酸化物などを含み、この微粒子を焼成することでオリビン構造を持つリチウム遷移金属リン酸塩を形成することができる。原料溶液２にリチウム、遷移金属、シリコンを含む場合、得られる微粒子は、リチウムの酸化物、遷移金属の酸化物、シリコンの酸化物などを含み、この微粒子を焼成することでオリビン構造を持つリチウム遷移金属シリケートを形成することができる。例えば、遷移金属として、鉄を含有させれば、オリビン構造を持つリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）やケイ酸鉄リチウム（Ｌｉ２ＦｅＳｉＯ４）の前駆体を製造することができる。
【００１８】
遷移金属としては、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）などを、単独または組み合わせて使用できる。
【００１９】
図２（ａ）は、噴霧ノズル３とノズルフード７の構成を示す縦断面図である、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ方向矢視図である。ノズルフード７は、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、原料流５の噴出口４を有する噴霧ノズル３の周囲に、噴霧制御ガス９を噴出するリング状の噴出口８を有するように設けられる。ノズルフード７は、噴霧制御ガス９が供給され、先端から噴霧制御ガス９を噴出する。なお、本発明では、円筒形状のノズルフード７を用いているが、ノズルフード７に代えて、噴霧制御ガス９の複数の噴出ノズルを、噴霧ノズル３の周囲に対称に配置したノズルユニットを用いてもよい。
【００２０】
ノズルフード７は、多重管構造のフードである。ノズルフード７の役割は、噴霧ノズル３の先端部をリング状バーナー１１の輻射熱から保護して噴霧ノズル３の詰まりを防止することと、ノズルフード７の先端から噴霧制御ガス９を流して、噴霧された原料流５を覆う様なガス流を形成し、原料流５の指向性及び流速を制御することにある。噴霧制御ガス９としては、窒素、アルゴン、酸素、空気又はこれらの混合ガスを用いることができる。このように原料流５の指向性及び流速を制御することで、火炎１５中に供給される原料流５の割合を増やして効率良く微粒子１７を生成するとともに、火炎１５中の原料の滞留時間を制御することで、粒子径を制御することができる。
【００２１】
図２（ｃ）は、リング状バーナー１１を示す図であり、リング状バーナー１１を図２（ｃ）のＢ−Ｂ’方向から見たものが、図１に示すリング状バーナー１１である。リング状バーナー１１は、可燃性ガス１０と支燃性ガス１４とが供給されたガス導入管１２の環状部分に、複数の火口１３が設けられる。そして、図１、図２に示すように、原料流５及び噴霧制御ガス９が供給され、リング状バーナー１１により火炎１５が形成される。なお、第１の実施形態ではリング状バーナー１１を用いたが、原料流５及び噴霧制御ガス９が供給される火炎１５を形成できるのであれば、バーナーとしてはリング状バーナー１１に限られず、火口が一つのバーナーなども使用できる。可燃性ガス１０は、特に限定されないが、炭化水素ガスや、水素ガスなどを用いることができる。また、支燃性ガス１０は、特に限定されないが、空気や酸素などを用いることができる。
【００２２】
リング状バーナー１１は、バーナーの中心部に噴霧された原料流５が、バーナーの火炎の内部へ導入されるため、噴霧された原料溶液２をより高温な雰囲気に導入することができる。噴霧された原料溶液２の熱分解効率を向上させるとともに、熱分解時間を大幅に短縮させることができ、装置も小型化することができる。
【００２３】
また、リング状バーナー１１は、火口１３が独立しているため、火口１３の交換が容易である。そのため、長期間にわたって使用する場合でも、火口１３を交換すれば、リング状バーナー１１ごと交換する必要がなく、メンテナンスが容易である。
【００２４】
また、リング状バーナー１１は、噴霧ノズル３とは別系統の可燃性ガス１０と支燃性ガス１４の供給系統を持っており、噴霧ノズル３からの原料流５の噴霧量と、リング状バーナー１１からの火炎１５の火力とを、連動させずに独立して制御できる。そのため、噴霧量を少なくして、大火力で微粒子を生成させることも可能である。
【００２５】
図３は、微粒子製造装置１と微粒子回収装置２５の構成を示す図であり。微粒子製造装置１の主要部分はチャンバー２３内に配置され、チャンバー２３に微粒子回収装置２５が設けられる。
【００２６】
（第１の実施形態にかかる微粒子製造装置による微粒子の製造方法）
以下、図１を参照して、第１の実施形態にかかる微粒子製造装置１を用いた微粒子の製造方法を説明する。
【００２７】
まず、原料溶液２が噴霧ノズル３に供給される。噴霧ノズル３は、二流体噴霧ノズル又は圧力噴霧ノズルであり、原料溶液２を液滴化して、原料流５を噴出する。同時に、噴霧制御ガス９がノズルフード７に供給され、ノズルフード７の先端から、原料流５の周囲に噴霧制御ガス９が噴出される。
【００２８】
次に、リング状バーナー１１に可燃性ガス１０と支燃性ガス１４が供給され、火炎１５が火口１３から形成され、原料流５及び噴霧制御ガス９が、リング状バーナー１１により形成された火炎１５中に供給され、微粒子１７が液滴化した原料溶液２から生成される。
【００２９】
次に、図３に示すように、微粒子１７が、微粒子製造装置１において火炎１５中に形成された後、微粒子１７が、微粒子製造装置１が設けられたチャンバー２３内をとおり、バグフィルターやサイクロン等の微粒子回収装置２５により回収される。
【００３０】
図４は、噴霧燃焼法における微粒子の生成を説明する図である。原料溶液２が噴霧ノズル３から噴霧され、粒径が数μｍ〜数十μｍの液滴３１のミスト（原料流５）が形成され、火炎１５中で液滴３１が燃焼することで微粒子１７を生成する。火炎１５中において、液滴３１が、瞬時に蒸発し、燃焼反応により酸化され、核粒子３３が形成される。さらに、火炎１５中において、核粒子３３が、合体・凝集して、粒径が数十〜１００ｎｍ程度の一次粒子３５が形成される。チャンバー２３内で生成された、核粒子３３や一次粒子３５などの微粒子１７が、微粒子回収装置２５で回収される。微粒子１７を含む気流が、微粒子回収装置２５で微粒子１７が回収された後、排気２７として排出される。
【００３１】
（第１の実施形態の効果）
第１の実施形態に係る微粒子製造装置１は、噴霧制御ガス９を供給するノズルフード７を有し、噴霧制御ガス９により、原料流５の指向性及び流速を制御できるため、効率良く微粒子１７を生成するとともに、粒子径を制御することができる。
【００３２】
また、リング状バーナー１１の火口１３は、交換可能であるため、微粒子製造装置１が長期間使用される際に、火口１３のみが交換されれば済み、リング状バーナー１１ごと交換される必要がない。そのため、長期間の使用する際に、微粒子製造装置１のランニングコストが低い。
【００３３】
また、リング状バーナー１１は、原料流５とは別の可燃性ガス１０と支燃性ガス１４の供給系統を有するため、噴霧ノズル３からの原料流５の噴出量とは独立して火炎１５の火力を調整できる。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
図５は、第２の実施形態にかかる微粒子製造装置１ａの構成を示す図である。以下の実施形態で第１の実施形態と同一の様態を果たす要素には同一の番号を付し、重複した説明は避ける。
【００３５】
第２の実施形態の特徴は、第１の実施形態の構成に、冷却ガス供給部として、バーナーフード１９が設けられる点である。なお、バーナーフード１９が、請求項中の冷却ガス供給部に対応する。
【００３６】
バーナーフード１９は、リング状バーナー１１の火炎１５を包囲するように設けられた多重管構造のフードであり、その先端から、火炎１５へ冷却ガス２１を噴出する。冷却ガス２１としては、窒素、アルゴン、二酸化炭素等を用いることができる。
【００３７】
また、第２の実施形態に係る微粒子製造装置１ａを用いた微粒子１７の製造方法は、火炎１５に冷却ガス２１が供給される点以外は、第１の実施形態に係る微粒子製造装置１と同様の製造方法である。
【００３８】
第２の実施形態によれば、バーナーフード１９の先端から火炎１５内に冷却ガス２１を導入することで火炎１５の温度を制御し、核粒子３３の合体・凝集が進みすぎて一次粒子３５の粒子径が大きくなるのを防止することが可能になる。すなわち、バーナーフード１９を設けることで、ナノサイズの微粒子１７を大量に製造することが可能となる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
＜実施例１〜２、比較例１〜２＞
純水１Ｌに、硝酸リチウム（ＬｉＮＯ３）を１ｍｏｌと、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ３)３）を１ｍｏｌと、リン酸水素二アンモニウム（(ＮＨ４)２ＨＰＯ４）を１ｍｏｌの割合で加えて撹拌し、更にメタノールと純水を加えて２倍に希釈して原料溶液とした。この原料溶液中のメタノール濃度は３０％とした。この原料溶液の濃度をＬｉＦｅＰＯ４に換算すると、０．５ｍｏｌ／Ｌとなった。
この原料溶液２を二流体噴霧ノズル（噴霧ノズル３）から１３０ｃｃ／ｍｉｎの液量で噴霧した。噴霧に使用したガスは酸素で、流量は４０Ｌ／ｍｉｎであった。噴霧した原料ミスト（原料流５）を８個の火口１３を備えたリング状バーナー１１で燃焼させ、微粒子１７を生成した。リング状バーナー１１には、可燃性ガス１０としてプロパンガスと、支燃性ガス１４として酸素を供給し、プロパンガスの流量は４０Ｌ／ｍｉｎ、酸素流量は１４０Ｌ／ｍｉｎであった。生成した微粒子はバグフィルターで回収した。
【００４０】
噴霧ノズル３の周囲に設置したノズルフード７から流す噴霧制御ガス９と、リング状バーナー１１の火炎１５を包囲するように設置したバーナーフード１９から流す冷却ガス２１の流量を変えた際に、得られた粒子の生成量と粒子径の範囲を表１に示す。
【００４１】
また、図６は実施例２で得られた粒子のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真、図７は実施例２で得られた粒子の粒径分布である。
図６において、直径２０〜１２０ｎｍの粒子が多数観察され、ＴＥＭ写真で観察された粒子の粒径を測定し、それらをプロットしたところ、図７のようになった。
【００４２】
【表１】
【００４３】
実施例１と比較例１、実施例２と比較例２を比べるとノズルフード７から噴霧制御ガス９として酸素を流すことにより粒子生成量が増えたことが分かる。また実施例１と２を比較することで、更にバーナーフード１９から冷却ガス２１として窒素を流すことにより、１００ｎｍ以上の粒子が減って粒径分布がシャープになっていることがわかる。
【００４４】
＜実施例３〜４、比較例３〜４＞
純水１Ｌに塩化リチウム（ＬｉＣｌ）を４ｍｏｌと塩化鉄（ＦｅＣｌ３）を２ｍｏｌの割合で加えて撹拌した。これにオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）を０．５ｍｏｌの割合で加え、更にメタノールと純水を加えて４倍に希釈して原料溶液とした。原料溶液中のメタノール濃度は３０％とした。この原料溶液の濃度をＬｉ２ＦｅＳｉＯ４に換算すると、０．５ｍｏｌ／Ｌとなった。
この原料溶液２を二流体噴霧ノズル（噴霧ノズル３）から１２５ｃｃ／ｍｉｎの液量で噴霧した。噴霧に使用したガスは酸素で、流量は４０Ｌ／ｍｉｎであった。噴霧した原料ミスト（原料流５）を８個の火口１３を備えたリング状バーナー１１で燃焼させ、微粒子１７を生成した。リング状バーナー１１には、可燃性ガス１０としてプロパンガスと、支燃性ガス１４として酸素を供給し、プロパンガスの流量は４０Ｌ／ｍｉｎ、酸素流量は１４０Ｌ／ｍｉｎであった。生成した微粒子はバグフィルターで回収した。
【００４５】
噴霧ノズル３の周囲に設置したノズルフード７から流す噴霧制御ガス９と、リング状バーナー１１の火炎を包囲するように設置したバーナーフード１９から流す冷却ガス２１の流量を変えた際に、得られた粒子の生成量と粒子径を表２に示す。
【００４６】
【表２】
【００４７】
表２において、実施例３と比較例３、実施例４と比較例４をそれぞれ比較すると、ノズルフード７から噴霧制御ガス３として酸素を流すことにより粒子生成量が増え、粒子分布のシャープになっていることが分かる。更に、実施例３と４を比較すると、バーナーフード１９から冷却ガス２１として窒素を流すことにより、１００ｎｍ以上の粒子が減って粒径分布がシャープになっていることがわかる。
【００４８】
以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しえることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００４９】
１………微粒子製造装置
２………原料溶液
３………噴霧ノズル
４………原料流５の噴出口
５………原料流
７………ノズルフード
８………噴霧制御ガス９の噴出口
９………噴霧制御ガス
１０………可燃性ガス
１１………リング状バーナー
１２………ガス導入管
１３………火口
１４………支燃性ガス
１５………火炎
１７………微粒子
１９………バーナーフード
２１………冷却ガス
２３………チャンバー
２５………微粒子回収装置
２７………排気
３１………液滴
３３………核粒子
３５………一次粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴化した原料溶液を、火炎中で反応させて微粒子を生成する微粒子製造装置であって、
液滴化した原料溶液を含む原料流を噴出する原料溶液噴霧部と、
前記原料溶液噴霧部の周囲に設けられ、噴霧制御ガスを噴出する噴霧制御ガス噴出部と、
前記原料流及び前記噴霧制御ガスが供給される火炎を形成するバーナーと、
を具備することを特徴とする微粒子製造装置。
【請求項２】
さらに、前記火炎に冷却ガスを供給する、前記火炎の周囲に設けられる冷却ガス供給部と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の微粒子製造装置。
【請求項３】
前記バーナーが、前記原料溶液噴霧部の周囲に設けられ、複数の独立した火口をもつリング状バーナーであることを特徴とする請求項１または２に記載の微粒子製造装置。
【請求項４】
前記原料溶液噴霧部が、二流体噴霧ノズル又は圧力噴霧ノズルである請求項１〜３のいずれか１項に記載の微粒子製造装置。
【請求項５】
前記原料溶液噴霧部が、二流体噴霧ノズルであり、
前記原料溶液の溶媒に、可燃性の溶媒を含み、
前記原料溶液噴霧部が、支燃性ガスとともに前記原料溶液を噴霧して液滴化することを特徴とする請求項４に記載の微粒子製造装置。
【請求項６】
前記原料溶液が、リチウムを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の微粒子製造装置。
【請求項７】
前記原料溶液が、リチウム、遷移金属及びリンまたは、リチウム、遷移金属及びシリコンを含むことを特徴とする請求項６に記載の微粒子製造装置。
【請求項８】
前記噴霧制御ガスが、窒素、アルゴン、酸素、空気またはこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の微粒子製造装置。
【請求項９】
前記冷却ガスが、窒素、アルゴン、二酸化炭素またはこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の微粒子製造装置。
【請求項１０】
原料溶液噴霧部から、液滴化した原料溶液を含む原料流を噴出しつつ、前記原料流の周囲に噴霧制御ガスを噴出する工程と、
前記原料流及び前記噴霧制御ガスを、バーナーにより形成された火炎中に供給して、液滴化した前記原料溶液から微粒子を生成する工程と、
を具備することを特徴とする微粒子の製造方法。
【請求項１１】
前記火炎には、前記火炎の周囲から冷却ガスが流されていることを特徴とする請求項１０に記載の微粒子の製造方法。
【請求項１】
液滴化した原料溶液を、火炎中で反応させて微粒子を生成する微粒子製造装置であって、
液滴化した原料溶液を含む原料流を噴出する原料溶液噴霧部と、
前記原料溶液噴霧部の周囲に設けられ、噴霧制御ガスを噴出する噴霧制御ガス噴出部と、
前記原料流及び前記噴霧制御ガスが供給される火炎を形成するバーナーと、
を具備することを特徴とする微粒子製造装置。
【請求項２】
さらに、前記火炎に冷却ガスを供給する、前記火炎の周囲に設けられる冷却ガス供給部と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の微粒子製造装置。
【請求項３】
前記バーナーが、前記原料溶液噴霧部の周囲に設けられ、複数の独立した火口をもつリング状バーナーであることを特徴とする請求項１または２に記載の微粒子製造装置。
【請求項４】
前記原料溶液噴霧部が、二流体噴霧ノズル又は圧力噴霧ノズルである請求項１〜３のいずれか１項に記載の微粒子製造装置。
【請求項５】
前記原料溶液噴霧部が、二流体噴霧ノズルであり、
前記原料溶液の溶媒に、可燃性の溶媒を含み、
前記原料溶液噴霧部が、支燃性ガスとともに前記原料溶液を噴霧して液滴化することを特徴とする請求項４に記載の微粒子製造装置。
【請求項６】
前記原料溶液が、リチウムを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の微粒子製造装置。
【請求項７】
前記原料溶液が、リチウム、遷移金属及びリンまたは、リチウム、遷移金属及びシリコンを含むことを特徴とする請求項６に記載の微粒子製造装置。
【請求項８】
前記噴霧制御ガスが、窒素、アルゴン、酸素、空気またはこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の微粒子製造装置。
【請求項９】
前記冷却ガスが、窒素、アルゴン、二酸化炭素またはこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の微粒子製造装置。
【請求項１０】
原料溶液噴霧部から、液滴化した原料溶液を含む原料流を噴出しつつ、前記原料流の周囲に噴霧制御ガスを噴出する工程と、
前記原料流及び前記噴霧制御ガスを、バーナーにより形成された火炎中に供給して、液滴化した前記原料溶液から微粒子を生成する工程と、
を具備することを特徴とする微粒子の製造方法。
【請求項１１】
前記火炎には、前記火炎の周囲から冷却ガスが流されていることを特徴とする請求項１０に記載の微粒子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１７９５７（Ｐ２０１３−１７９５７Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３７８１（Ｐ２０１１−１５３７８１）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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