蓄电材料的搅拌装置以及搅拌方法
【专利摘要】本发明涉及蓄电材料的搅拌装置以及搅拌方法。搅拌装置具备：指标设定部（61），其基于蓄电材料的粒子的动能、蓄电材料的粒子的平均自由行程以及蓄电材料的搅拌时间来设定搅拌指标；条件设定部（62），其基于设定的搅拌指标来设定搅拌条件；搅拌控制部（63），其根据设定的搅拌条件来控制蓄电材料的搅拌。
【专利说明】蓄电材料的搅拌装置以及搅拌方法
[0001]本申请对在2012年8月23日公开的日本专利申请N0.2012-184010申请优先权，包括其说明书、附图以及摘要，通过引用全部并入本文中。
【技术领域】
[0002]本发明涉及搅拌蓄电材料的搅拌装置以及搅拌方法。
【背景技术】
[0003]近些年，在混合动力汽车、电动汽车等上应用锂离子二次电池。锂离子二次电池的电极是通过在铝箔等基材上涂覆活性物质(蓄电材料)的浆料后进行干燥而制造成的。活性物质的浆料是通过在液体成分中搅拌活性物质的粉末等固体成分而制造成的。
[0004]在日本特开平5 - 54886号公报中，记载有使用流体能量研磨装置赋予活性物质的粒子规定的动能，使粒子碰撞装置壁或者粒子间相互碰撞而粉碎，制造进行了粒度调整的活性物质的粉末的方法。由此，能够获得抑制了粒子的变形的活性物质的粉末。但在日本特开平5 - 54886号公报中没有记载制造活性物质的浆料的搅拌。
[0005]在日本特开平I 一 320761号公报中，记载有预先干式混合活性物质的粉末等固体成分，然后添加混合了液体成分的物质并进行搅拌的搅拌方法。由此，能够防止活性物质的粉末等的部分凝结，能够获得均匀粘度的活性物质的浆料。
[0006]一般来说，浆料的粘度越低，电池的初始性能越高，但很难良好地进行搅拌工序的后续工序即涂覆工序以及干燥工序。因此，浆料的粘度能够作为电池的初始性能以及涂覆、干燥工序的执行性的指标来使用。但已知即使以浆料的粘度相同的方式进行搅拌，电池的耐老化性(反复充放电特性)也发生变化。因此，仅管理浆料的粘度很难得到良好的电池性倉泛。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种能够进行可提高电池的耐老化性的蓄电材料的搅拌的搅拌装置以及搅拌方法。
[0008]根据本发明的一个例子的特征，是搅拌蓄电材料的搅拌装置，具备:指标设定单元，其基于上述蓄电材料的粒子的动能、上述蓄电材料的粒子的平均自由行程以及上述蓄电材料的搅拌时间设定搅拌指标；条件设定单元，其基于上述设定的搅拌指标设定上述搅拌条件；搅拌控制单元，其根据上述设定的搅拌条件来控制上述蓄电材料的搅拌。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行详细地描述，本发明上述的和其它的特点和优点得以进一步明确。其中，附图标记表示本发明的要素，其中，
[0010]图1是本发明的实施方式的具备搅拌控制装置的搅拌装置的轴向剖视图。
[0011]图2是图1的A —A剖视图。[0012]图3是图1的B— B剖视图。
[0013]图4是控制搅拌的搅拌控制装置的简要框图。
[0014]图5是用于说明搅拌控制装置的动作的流程图。
[0015]图6是表示电池的容量维持率，即电池的耐老化性(反复充放电特性)与活性物质的浆料的粘度的关系的图。和
[0016]图7是表示电池的容量维持率与活性物质的累积碰撞能量的关系的图。
【具体实施方式】
[0017]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0018]本实施方式的蓄电材料的搅拌装置例如构成用于制造锂离子二次电池的电极(正极以及负极)的装置。通过在铝箔、铜箔等基材上涂覆作为蓄电材料的活性物质的浆料后进行干燥来制造锂离子二次电池的电极。通过在液体成分中搅拌活性物质的粉末等固体成分来制造活性物质的浆料。本实施方式的搅拌装置是制造活性物质的浆料的装置。作为活性物质的具体例，在为正极电极的情况下，作为液体成分有N-甲基吡咯烷酮、作为固体成分有锂镍氧化物等活性物质、乙炔黑等导电材料以及聚偏氟乙烯等粘合剂。在为负极电极的情况下，作为液体成分有水，作为固体成分有石墨等活性物质、羧甲基纤维素等增稠剂、SBR橡胶、聚丙烯酸等粘合剂。
[0019]参照图1?图3对本实施方式的蓄电材料的搅拌装置进行说明。搅拌装置从图1的下方向壳体110内吸入液体成分，从图1的上方向壳体110内吸入固体成分，在壳体110内，搅拌液体成分和固体成分而生成浆料。而且,将生成的浆料从壳体Iio的外周面排出至径向外侧。
[0020]如图1所示，该搅拌装置具备装置主体100、收纳固体成分的粉体料斗20、驱动马达40、和搅拌控制装置60。这里，粉体料斗20、驱动马达40被支承在装置主体100的壳体110上。装置主体100具备壳体110、分隔板120、旋转叶片130、引导部件140、第一环状搅拌部件150、第二环状搅拌部件160。
[0021]壳体110形成为中空圆盘状。在壳体110的下表面的中心形成有吸入液体成分的液体成分用吸入口 111。在壳体110的上表面的中心附近形成有固体成分用吸入口 112，该固体成分用吸入口 112能够安装粉体料斗20的固体成分的排出端，从粉体料斗20吸入固体成分。而且，在壳体110内搅拌从液体成分用吸入口 111吸入的液体成分和从固体成分用吸入口 112吸入的固体成分，生成浆料。并且，在壳体110的外周面的一部分上形成有排出在壳体110内生成的浆料的排出口 113。
[0022]分隔板120形成为圆盘状，其中心部被固定在驱动马达40的旋转轴的端部。将分隔板120以能够绕其中心轴旋转的方式配置在壳体110内。该分隔板120上下划分壳体110内的中心附近，分隔成位于下侧的液体成分用吸入口 111侧的区域El (液体成分侧区域)和位于上侧的固体成分用吸入口 112侧的区域E2 (固体成分侧区域)。此外，驱动马达40被固定在装置主体100的上表面侧。
[0023]在分隔板120的下表面的径向外侧的位置上，且在周向上设置有多个旋转叶片130。换句话说，旋转叶片130随着分隔板120的旋转而旋转。旋转叶片130作为将从位于径向内侧的液体成分用吸入口 111吸入的液体成分送出至径向外侧的泵叶片而发挥作用。各旋转叶片130以随着沿径向外侧延伸而在与旋转叶片130的旋转方向相反的方向上相位发生偏移的方式形成。在图2中，由于旋转叶片130的旋转方向是右转，所以各旋转叶片130的相位随着沿径向外侧延伸而向左转侧偏移。
[0024]引导部件140被配置在分隔板120的径向外侧(分隔板120以及旋转叶片130的下游侧)，且被固定在壳体110上。引导部件140具有将从旋转叶片130送出的液体成分进一步向径向外侧的搅拌区域增速地送出的液体成分用引导通路141。该液体成分用引导通路141以随着沿径向外侧延伸而在旋转叶片130的旋转方向上相位发生偏移的方式形成。换句话说，通过旋转叶片130和引导部件140的液体成分用引导通路141，作为所谓的扩散泵而发挥作用。该液体成分用引导通路141以随着沿径向外侧延伸而使流路剖面面积减小的方式形成。通过使液体成分用引导通路141的流路剖面面积趋向下游而减小，能够使液体成分更加高速化。
[0025]并且，引导部件140具有将固体成分侧区域E2中的固体成分引导至位于径向外侧的搅拌区域的固体成分用引导通路142。固体成分用引导通路142至少在径向内侧隔着分隔部143与液体成分用引导通路141独立地形成。但固体成分用引导通路142中的径向外侧与液体成分用引导通路141中的径向外侧连通。换句话说，随着位于液体成分用引导通路141的径向外侧的搅拌区域中的液体成分的流通，能够经由固体成分用引导通路142将固体成分侧区域E2中的固体成分引导至搅拌区域。
[0026]该固体成分用引导通路142以在与液体成分用引导通路141相同的方向上延伸的方式形成，以随着沿径向外侧延伸而在旋转叶片130的旋转方向上使相位偏移的方式形成。并且，固体成分用引导通路142以随着沿径向外侧延伸而使流路剖面面积减小的方式形成。通过像这样形成液体成分用引导通路141以及固体成分用引导通路142，能够更加高效地将固体成分侧区域E2中的固体成分引导至搅拌区域。并且，通过使固体成分用引导通路142的流路剖面面积趋向下游而减小，更容易地将固体成分引导至搅拌区域。
[0027]第一环状搅拌部件150形成为在中心具有贯通孔的环状，与旋转叶片130的下边缘一体地连结。第一环状搅拌部件150具备圆盘部151、第一内周侧凸齿152以及第一外周侧凸齿153。圆盘部151与旋转叶片130的下边缘连结，其中心孔与液体成分用吸入口 111连通。第一内周侧凸齿152被配置在引导部件140的径向外侧(引导部件140的下游侧)SP搅拌区域，且以从圆盘部151的上表面向轴向上方(与浆料的流通方向正交的方向)突出的方式在周向上形成有多个。第一外周侧凸齿153以从第一内周侧凸齿152的径向外侧，且从圆盘部151的外周边缘向轴向上方突出的方式在周向上形成有多个。
[0028]这些第一内周侧凸齿152以及第一外周侧凸齿153的齿尖以相对于壳体110的内表面能够相对旋转的方式具有狭小的缝隙。而且，第一内周侧凸齿152以及第一外周侧凸齿153的周向边缘面以在周向上分别邻接的第一内周侧凸齿152以及第一外周侧凸齿153的齿尖侧的缝隙宽度与齿根侧的缝隙宽度几乎相同程度的方式形成。
[0029]第二环状搅拌部件160通过与第一环状搅拌部件150的相对动作来搅拌浆料。该第二环状搅拌部件160被固定在壳体110的内表面，具备第二内周侧凸齿161以及第二外周侧凸齿162。以从壳体110的内表面向轴向下方(与第一内周侧凸齿152的突出方向相反的方向)突出的方式在周向上形成有多个第二内周侧凸齿161以及第二外周侧凸齿162。
[0030]而且,在第一内周侧凸齿152和第一外周侧凸齿153的径向之间，且以相对于它们与浆料的流通方向对置的方式配置第二内周侧凸齿161。在第一外周侧凸齿153的径向外侦牝且以相对于该第一外周侧凸齿153与浆料的流通方向对置的方式配置第二外周侧凸齿162。
[0031]第二内周侧凸齿161以及第二外周侧凸齿162的齿尖相对于第一环状搅拌部件150的圆盘部151具有狭窄的缝隙。而且，第二内周侧凸齿161以及第二外周侧凸齿162的周向边缘面以在周向上分别邻接的第二内周侧凸齿161以及第二外周侧凸齿162的齿尖侧的缝隙宽度与齿根侧的缝隙宽度几乎相同程度的方式形成。
[0032]对以上说明的搅拌装置的作用进行说明。驱动马达40动作，从而分隔板120、旋转叶片130、第一环状搅拌部件150相对于壳体110旋转。另一方面，由于引导部件140以及第二环状搅拌部件160被固定在壳体110上，所以不旋转。
[0033]由于旋转叶片130旋转，通过旋转叶片130和引导部件140产生作为扩散泵的作用，将液体成分从液体成分用吸入口 111吸入至液体成分侧区域E1。将吸入的液体成分通过旋转叶片130以及液体成分用引导通路141送出至搅拌区域。而且，通过液体成分的流通，固体成分从固体成分用吸入口 112被吸入至固体成分侧区域E2。吸入的固体成分通过固体成分用引导通路142被引导到搅拌区域。
[0034]在搅拌区域中配置有第一环状搅拌部件150和第二环状搅拌部件160。而且，从径向内侧向径向外侧依次配置有第一内周侧凸齿152、第二内周侧凸齿161、第一外周侧凸齿153、第二外周侧凸齿162，相互相对旋转。因此，从引导部件140送出的液体成分以及固体成分得以搅拌，并且因各凸齿152、153、161、162的剪切力而分散。而且，通过第二外周侧凸齿162的浆料从排出口 113排出。这样，生成浆料。而且，若继续该动作，则从液体成分用吸入口 111吸入刚刚生成的浆料，再次与固体成分进行搅拌。
[0035]接下来，参照图4对搅拌控制装置60进行说明。搅拌控制装置60具备指标设定部61、条件设定部62、搅拌控制部63、和存储部64而构成。这里，指标设定部61、条件设定部62、搅拌控制部63、存储部64也能够分别由独立的硬件构成，也能够为通过软件来分别实现的构成。
[0036]后述指标设定部61的详细内容，但基于活性物质的粒子的动能、活性物质的粒子的平均自由行程以及活性物质的搅拌时间来设定搅拌指标。条件设定部62以设定的搅拌指标成为目标值以下的方式设定搅拌条件。搅拌控制部63根据设定的搅拌条件来控制活性物质的搅拌。存储部64对用于求出搅拌指标的后述的式(I)进行存储。
[0037]这里，对搅拌指标以及条件的设定进行说明。如图6的实验结果所示，随着活性物质的浆料的粘度V的上升，电池的容量维持率P即电池的耐老化性(反复充放电特性)上升。但若提高搅拌装置的第一、第二环状搅拌部件150、160的搅拌圆周速度V (va < vb),则即使以活性物质的浆料的粘度V相同的方式进行搅拌，电池的容量维持率P也降低。若第一、第二环状搅拌部件150、160的搅拌圆周速度V加快，则活性物质的粒子在搅拌中的碰撞次数增多而损伤的概率升高。而且，若活性物质的粒子损伤而分裂变小，则表面积增大，促进电解液的分解。如上所述，认为活性物质的粒子损伤较大地关系到电池的容量维持率P。
[0038]作为活性物质的粒子的损伤的重要因素，除了第一、第二环状搅拌部件150、160的搅拌圆周速度V之外，还考虑活性物质的搅拌时间t、活性物质的固体成分比率(固体成分/ (固体成分+液体成分))H。因此，基于已知的平均自由行程，求出在活性物质的粒子在规定空间内自由运动的模式下活性物质的粒子的碰撞次数。而且，如以下式(I)所示，通过使活性物质的粒子的动能Hiv2 / 2、活性物质的粒子的碰撞次数V (2).η.σ.ν、和活性物质的搅拌时间t相乘，能够求出成为搅拌指标的活性物质的累积碰撞能量D。由此，能够在搅拌之前的阶段预测搅拌时的活性物质的粒子的损伤状态。
【权利要求】
1.一种蓄电材料的搅拌装置，其是搅拌蓄电材料的搅拌装置，其特征在于，具备: 指标设定单元，其基于所述蓄电材料的粒子的动能、所述蓄电材料的粒子的平均自由行程以及所述蓄电材料的搅拌时间来设定搅拌指标； 条件设定单元，其基于所述设定的搅拌指标来设定所述搅拌条件；以及 搅拌控制单元，其根据所述设定的搅拌条件来控制所述蓄电材料的搅拌。
2.根据权利要求1所述的蓄电材料的搅拌装置，其特征在于， 所述蓄电材料的搅拌装置具备搅拌所述蓄电材料的能够旋转的搅拌部件， 所述指标设定单元基于下式(1)，设定所述蓄电材料的粒子的累积碰撞能量来作为搅祥指标，
3.根据权利要求2所述的蓄电材料的搅拌装置，其特征在于， 所述条件设定单元至少调整所述搅拌部件的搅拌圆周速度V、所述蓄电材料的固体成分比率Π以及所述蓄电材料的搅拌时间t来设定所述搅拌条件。
4.一种蓄电材料的搅拌方法，其是搅拌蓄电材料的搅拌方法，其特征在于，具备: 基于所述蓄电材料的粒子的动能、所述蓄电材料的粒子的平均自由行程以及所述蓄电材料的搅拌时间来设定搅拌指标的指标设定工序； 基于所述设定的搅拌指标来设定所述搅拌条件的条件设定工序； 根据所述设定的搅拌条件来控制所述蓄电材料的搅拌的搅拌控制工序。
【文档编号】B01F7/16GK103623728SQ201310344108
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月8日 优先权日:2012年8月23日
【发明者】三尾巧美, 松浦隆志, 西幸二, 深谷佳文 申请人:株式会社捷太格特