颗粒体制造设备和方法与流程

本发明涉及用于制造具有相对小的液体成分含量的颗粒体，比如湿粉末的设备和方法。

背景技术：

为了在固体上形成薄层，使用涂覆处理。在涂覆处理中，固体被涂覆有流体物质(糊剂或浆料)，该流体物质通过将作为薄层的原料的粉末与液体捏合(knead)而获得。随后，进行干燥处理以去除液体，由此在固体上形成一层粉末聚集体。例如，上述处理用于制造二次电池的电极板。

此处由于在干燥处理中的大的负担，近年来，已经尝试使用在流体物质中液体比率降低的湿粉末。作为获得这种具有降低的液体比率的湿粉末的方法，可以采用日本专利申请公开第10-216575号中描述的技术。在jp10-216575a的技术中，包括固体饼和溶剂的浆料被喷射以去除溶剂并获得颗粒状粉末。如上所述获得的颗粒状粉末具有少的液体成分含量，因此，可以被认为是如上所述的湿粉末。

技术实现要素：

然而，上述技术具有以下问题。如果使用湿粉末作为用于形成薄层的涂覆用原料，则优选的是湿粉末具有小的颗粒直径和低的体积密度。然而，在jp10-216575a的技术中，颗粒直径控制在一定程度上是可以的，但不足够。因此，需要通过某些手段进行细化。通常，通过使用被称为细化叶片(finingblade)等的构件切割粉末来进行细化。然而，该处理不利地导致体积密度的增大。这种处理涉及颗粒体破碎从而被细化叶片压缩的不利影响。

本发明提供了用于制造具有小液体成分含量、小颗粒直径和低体积密度的颗粒体的设备和方法。

一种根据本发明的第一方面的颗粒体制造设备，包括：包括圆筒状内部空间的壳体，该壳体布置成使得内部空间的中心轴线方向是水平的，并且该壳体将用于颗粒体的原料容置在内部空间内；搅拌叶片，该搅拌叶片沿着内部空间的内周表面而设置，并且搅拌叶片在围绕中心轴线旋转时将积聚在内部空间的底部中的原料铲起，并且使原料从内部空间内的上部位置落下；以及交叉叶片，该交叉叶片包括线直径不超过0.3mm的线，线设置在内部空间内在交叉叶片与搅拌叶片不接触的范围内的位置处，并且交叉叶片在围绕中心轴线旋转时穿过原料的下落路线，并且对原料进行细化，并且交叉叶片环绕框架本体，该框架本体设置在内部空间内在框架本体与搅拌叶片不接触的范围内的位置处，并且围绕中心轴线旋转。

在根据以上方面的颗粒体制造设备中，搅拌叶片的旋转使得原料被搅拌。由于该搅拌，原料经受从内部空间内的上部向下掉落的过程。此处，原料的下落路线和旋转的交叉叶片的运动路线交叉。因此，下落的原料被交叉叶片切割，由此使原料更细并具有较低的体积密度。由于交叉叶片是细线，因此防止了下落的原料由于被交叉叶片压碎而具有高体积密度。因此，制造出具有小颗粒直径和低体积密度的颗粒体。这同样适用于原料中的液体成分的比率低的情况。

在以上方面中，框架本体可以包括接收来自旋转驱动源的旋转驱动力的毂部、从毂部向外突出的第一支部、以及从毂部向外突出的第二支部，该第二支部所处的部位在轴线方向上不同于第一支部的部位，并且线可以环绕第一支部和第二支部。这种构造能够提供下述构造：所述构造允许毂部接收来自旋转驱动源的旋转驱动力并由此旋转，并且使得该旋转能够使线(交叉叶片)在内部空间内移动，从而穿过原料的下落路线。

在以上构造中，第一支部和第二支部设置在围绕轴线的周向方向上也彼此不同的相应位置处。因此，可以获得整个原料更均匀地混合的颗粒体。这是因为由于线(交叉叶片)相对于轴线方向倾斜地布置，所以从线接收的力使原料也在轴向方向上移动一定程度。

在以上方面中，框架本体的旋转速度可以高于搅拌叶片的旋转速度。这是因为尽管搅拌叶片的旋转速度不需要这么高，但交叉叶片的旋转速度越高越好。如果交叉叶片的旋转速度高，则通过搅拌叶片从内部空间内的上部向下掉落的原料被交叉叶片进行切割是以高频率进行，这在细化、体积密度降低和更均匀的混合的每个方面是有利的。

一种根据本发明的第二方面的颗粒体制造方法，包括：将用于颗粒体的原料容置在圆筒状内部空间中，该圆筒状内部空间布置成使得该圆筒状内部空间的中心轴线方向是水平的；使搅拌叶片围绕中心轴线旋转，搅拌叶片沿着内部空间的内周表面而设置，并且将积聚在内部空间的底部的原料铲起，并且使原料从内部空间内的上部位置落下；以及使交叉叶片围绕中心轴线旋转，交叉叶片设置在内部空间内在交叉叶片与搅拌叶片不接触的范围内的位置处，并且使交叉叶片穿过原料的下落路线并且对原料进行细化，线直径不超过0.3mm的线被用于交叉叶片，该线环绕框架本体，框架本体设置在内部空间内在框架本体与搅拌叶片不接触的范围内的位置处，并且围绕中心轴线旋转。这是由根据上述方面的颗粒体制造设备执行的颗粒体制造方法。

一种根据本发明的第三方面的颗粒体制造方法，包括：将用于颗粒体的原料容置在圆筒状内部空间中，该圆筒状内部空间布置成使得该圆筒状内部空间的中心轴线方向是水平的；使搅拌叶片围绕中心轴线旋转，搅拌叶片沿着内部空间的内周表面而设置，将积聚在内部空间的底部的原料铲起，使原料从内部空间内的上部位置落下，并对原料进行细化；以及在使搅拌叶片旋转的同时将含有表面活性剂的发泡液体喷射到内部空间中，并且将原料与液体混合。

在该制造方法中，表面活性剂的发泡作用使原料与含有空气的液体混合。因此，制造出具有小颗粒直径和低体积密度的颗粒体。这同样适用于原料中的液体成分的比率低的情况。该制造方法与根据上述方面的制造设备或制造方法的共同之处在于：在内部空间中搅拌原料的同时获得颗粒体。因此，由根据所有上述方面的制造设备和制造方法解决的相关技术的问题彼此对应或相互重叠，旨在获得与相关技术相比具有低体积密度的更细的颗粒体，因此本发明的上述方面与相关技术相比具有共同的技术意义，并具有相应的特殊技术特征。

上述方面提供了用于制造具有少的液体成分含量、小的颗粒直径和低的体积密度的颗粒体的装置和方法。

附图说明

以下将参照附图来描述本发明的示例性实施方式的特征、优势以及技术意义和工业意义，其中，相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：

图1是根据第一实施方式的颗粒体制造设备的立体图；

图2是示出了颗粒体制造设备中的粉末的搅拌的立体图；

图3是示出了颗粒体制造设备中的交叉叶片的立体图；

图4是图1中的颗粒体制造设备处于使用中的立体图；

图5是颗粒体制造设备的截面图，用于描述驱动系统的构造；

图6是示出了具有高体积密度的团块的结构的示意图；

图7是示出了落下的粉末和旋转的交叉叶片的交叉的示意图；

图8是示出了具有低体积密度的颗粒体的结构的示意图；

图9是用于涂覆处理的设备的立体图，该装置是使用所制造的颗粒体的示例；

图10是示出了使用颗粒体的涂覆设备中的辊子之间的间隙(情况1)的截面图；

图11是颗粒体制造设备中的切割叶片的立体图；

图12是示出了使用颗粒体的涂覆设备中的辊子之间的间隙(情况2)的截面图；以及

图13是示出了第二实施方式中的颗粒体制造的立体图。

具体实施方式

下面将参照附图来对本发明的第一实施方式进行详细描述。本实施方式是本发明的第一方面已经应用于图1中示出的颗粒体制造设备1以及使用颗粒体制造设备1的颗粒体制造方法的实施方式。图1中的制造设备1包括壳体3，壳体3包括形成在内部的圆筒状内部空间2。壳体3布置成使得内部空间2的中心轴线方向是水平的。在壳体3中，提供了用于将粉末放入到内部空间2中的入口7。入口7设置在壳体3的上部中。

在壳体3的内部空间2内设置有搅拌叶片4和交叉叶片(crossingblade)5。搅拌叶片4和交叉叶片5两者都围绕内部空间2的中心轴线旋转。然而，搅拌叶片4设置成在旋转时沿内部空间2的筒状内周表面6移动，交叉叶片5设置在内部空间2的中心轴线附近。因此，即使搅拌叶片4和交叉叶片5旋转时，也能防止搅拌叶片4和交叉叶片5彼此接触。

搅拌叶片4是沿着内周表面6平行于内部空间2的中心轴线方向布置的多个长平板构件。在图1中，可以看到三个构件，好像这三个构件作为搅拌叶片4被分开设置，但这三个搅拌叶片4实际上连接并且围绕内部空间2的中心轴线一体地旋转。因此，如图2所示，如箭头a所表示的搅拌叶片4的旋转引起粉末的搅拌。换句话说，积聚在内部空间2的底部中的粉末90被旋转的搅拌叶片4铲起。当铲起的粉末91到达内部空间2的上部时，粉末91从搅拌叶片4滑下，并如箭头b所表示地落下。落下的粉末92再次积聚在内部空间2的底部中。作为该过程的重复的结果，粉末90被搅拌。图2提供了省略了交叉叶片5的简化图示。

交叉叶片5如图3中所示的来构造。交叉叶片5配备有框架本体8。交叉叶片5实际上包括环绕框架本体8的线。框架本体8包括毂部(hubportion)9、第一支部10和第二支部11。毂部9是圆筒状构件，并且如之后所描述的是接收用于使交叉叶片5旋转的旋转驱动力的部件。然而，毂部9远小于内部空间2。第一支部10和第二支部11中的每一个均为具有从毂部9向外突出的形状的部件。当然，第一支部10和第二支部11中的每一个的突出部距毂部9的高度是在以下范围内的高度：在该范围内，突出部的尖端与搅拌叶片4即使在旋转期间仍不碰撞。

第一支部10和第二支部11在毂部9中沿轴线方向设置在彼此不同的相应位置处。换句话说，第一支部10在毂部9中沿轴线方向设置在图3中的前侧的位置处。另一方面，第二支部11沿轴线方向设置在图3中的后侧的位置处。在框架本体8中，设置有四对第一支部10和第二支部11。在每对第一支部10和第二支部11中，线环绕着第一支部10和第二支部11。交叉叶片5如上所述的来构造。另外，框架本体8中的每个第一支部10和对应的第二支部11设置在围绕毂部9的轴线的周向方向上也彼此不同的相应位置处。因此，环绕第一支部10和第二支部11的线(交叉叶片5)沿相对于轴线方向倾斜的方向而布置。

返回参照图1，在壳体3中还设置有喷射喷嘴12和出口门13。每个喷射喷嘴12是用于将液体成分喷射到内部空间2中的喷嘴。出口门13是用于将制造好的颗粒体从内部空间2排出的开/闭门。开/闭杆14设置在出口门13处。如能够观察到的，图1中的出口门13处于关闭状态，但出口门13可以通过开/闭杆14的操作而打开/关闭。

在图1中，内部空间2被示出为好像内部空间2的前侧是敞开的；然而，在实际使用中，制造设备1处于图4中示出的状态。在处于图4的状态中的制造设备1中，图1中示出的内部空间2的前侧由前盖16闭塞。另外，入口7由上盖17封闭。在图4中的状态下，当然，既看不到壳体3内的搅拌叶片4也看不到壳体3内的交叉叶片5。

此外，在图1中的壳体3后面布置有驱动系统15。驱动系统15是控制搅拌叶片4和交叉叶片5的旋转的部分。驱动系统15的构造以及驱动系统15和搅拌叶片4与交叉叶片5之间的关系将参照图5进行描述。如图5所示，制造设备1中的驱动系统15包括第一马达18和第二马达19。第一马达18是用于驱动交叉叶片5旋转的马达，而第二马达19是用于驱动搅拌叶片4旋转的马达。

中心轴20连接至第一马达18。中心轴20在第一马达18被驱动时旋转。中心轴20的远端部插入在壳体3的内部空间2中。中心轴20所布置的位置与内部空间2的筒状形状的中心轴线对应。然后，框架本体8的毂部9附接至中心轴20的在内部空间2内的部分。尽管框架本体8未在图5中示出，如上所述，交叉叶片5的线环绕着框架本体8。因此，交叉叶片5被第一马达18驱动以旋转。另外，如可以通过图5理解的是，一个制造设备1可以包括多个框架本体8。

第一皮带轮(pulley)21附接至第二马达19。另一方面，在第一马达18与壳体3之间设置有套筒22。套筒22为圆筒状构件，并且前述中心轴20插入穿过套筒22的内部。第二皮带轮23附接至套筒22的靠近第一马达18侧的端部。第一皮带轮21和第二皮带轮23经由带24连接。因此，套筒22被第二马达19驱动以旋转。当然，该旋转独立于通过第一马达18的中心轴20的旋转。

内部空间2内的前述搅拌叶片4附接至套筒22的壳体3侧上的端部。套筒22和搅拌叶片4构造成围绕中心轴线一体地旋转。因此，搅拌叶片4被第二马达19驱动以旋转。根据以上，交叉叶片5的旋转和搅拌叶片4的旋转彼此独立。

在如上所述构造的制造设备1中，颗粒体的制造如下。首先，上盖17被打开，并且用于颗粒体的原料粉末被从入口7放入到内部空间2中。当然，前盖16和出口门13被关闭。另外，液体成分被通过喷射喷嘴12喷射到内部空间2中。使得加入的液体成分的量相对于粉末的量较小。因此，被液体成分润湿的原料粉末被容置在内部空间2中。然而，在这种状态下，原料粉末和液体成分不均匀地混合。因此，存在着由于原料粉末聚集成小球而形成的许多团块(参见图6)。然后，上盖17被关闭，并且搅拌叶片4和交叉叶片5旋转。由于搅拌叶片4的旋转，如图2中所示，粉末被搅拌。

由于交叉叶片5也在旋转，因此粉末和交叉叶片5交叉。换句话说，由于如上所述的搅拌，粉末在内部空间2的上部从搅拌叶片4滑下，并向下降落(图2中的箭头b)。下落粉末92的下落路线与旋转的交叉叶片5的运动路线(图7中的箭头c)交叉。由于交叉，因此原料粉末和液体成分被混合，并且从而整个粉末被带到均匀混合的状态。另外，前述团块被交叉叶片5切割成更细的颗粒。因此，可以获得其中均匀地混合了液体成分的颗粒体，该颗粒体具有小的颗粒直径。

另外，如上所述，交叉叶片5沿相对于轴线方向倾斜的方向而布置。这种倾斜的交叉叶片5与粉末92交叉。因此，粉末92从交叉叶片5接收的力在轴线方向上包含一定量的分量。因此，落下的粉末92也在轴线方向上移动一定程度。这也有助于实现整个粉末的均匀混合状态。

特别地，即使加入的液体成分的量相对于粉末的量较小，液体成分仍均匀地散布在整个粉末上。这是一种被称为湿颗粒体的状态，这种状态与被称为糊剂或浆料的状态不同。这种具有小颗粒直径的湿颗粒体自然地具有低的体积密度。即使存留有稍微大的颗粒直径的部分，但这种部分仅包括由于交叉叶片5的切割而形成的如图8所示的空间部分。以如上所述的这种方式，具有小液体成分含量、小颗粒直径和低体积密度的颗粒体被制造出来。在充分搅拌后，打开出口门13，取出制造好的颗粒体。

如上所述的颗粒体制造可以用于例如制造用于制造锂离子二次电池的电极板的涂覆材料。换句话说，作为上述原料粉末，电极活性材料(在正极的情况下例如是复合氧化锂，在负极的情况下例如是石墨)和各种添加剂的粉末被放入，并且作为液体成分，捏合溶剂(比如水)被喷射。因此，与普通的电极混合物层涂覆过程中使用的活性材料糊剂相比，湿颗粒体具有相对较小的液体成分含量和低的体积密度。这种湿颗粒体被放入到例如图9中所示的三辊子式涂覆设备的入口部25中。因此，获得了电极板28，该电极板28具有形成在集电箔(collectorfoils)26上的电极混合物层27。电极板28在涂覆后的干燥过程中仅需要短的干燥时间。

此外，具有低体积密度的湿颗粒体有利于涂覆过程本身。换句话说，如图10所示，可以使第一辊子29与第二辊子30之间的间隙g相对较大。与高体积密度的湿颗粒体相比，低体积密度的湿颗粒体在颗粒体穿过间隙g时仅产生抵抗压缩的小的反作用力f，并且在穿过间隙g之后，颗粒体的膜厚度膨胀不大。如上所述，由于间隙g大，因此间隙g本身的变化和波动的影响程度相对较小。此外，保持第一辊子29和第二辊子30的机构的刚性不需要这么高。

如果使用如图11所示的切割叶片31替代制造设备1中的交叉叶片5，则所得到的湿颗粒体的体积密度变高。在切割叶片31的情况下，原料粉末被各个平面切割刃(planarcuttingedges)32切碎。因此，在涂覆设备中，如图12所示，需要使间隙g较小。这是因为高体积密度的湿颗粒体产生强的反作用力f，由此颗粒体的膜厚度在穿过间隙g之后稍微膨胀。因此，间隙g本身的变化或波动的影响程度相对较大。此外，保持第一辊子29和第二辊子30的机构需要具有高的刚性来承受强的反作用力f。另一方面，使用交叉叶片5获得的低体积密度湿颗粒体的使用不产生图12的情况下的这些缺点。

在上文中，用作交叉叶片5的每根线的线直径越小越好。粗线的使用与图11中的切割叶片31的使用没有多大区别。因此，对于线而言，优选使用直径为0.3mm或更小的线。虽然没有具体确定直径的下限，但是为了确保线自身的强度，希望线的直径为0.1mm或更大。然而，根据线的材料，可以使用直径小于0.1mm的线。线的材料可以是任何材料，只要该材料具有必需的强度和耐腐蚀性即可。材料的典型示例可以是不锈钢。材料的其他示例包括例如铝、碳纤维和碳纳米管。此外，线不限于每个线由单根线形成的线，并且可以是每个线由绞合线形成的线。

此外，对于搅拌叶片4和交叉叶片5的旋转速度而言，优选的是交叉叶片5的旋转速度更高。这是因为在搅拌叶片4与交叉叶片5之间作用的不同。换句话说，对于设置成用于粉末搅拌的搅拌叶片4而言，大约30rpm至120rpm的相对较低的旋转速度是足够的，而对于交叉叶片5的旋转速度而言，大约3000rpm至6000rpm的相对较高的旋转速度是优选的。这是因为希望粉末92被交叉叶片5频繁地切割。另外，尽管搅拌叶片4的旋转速度不需要与交叉叶片5的旋转速度一样高，但是搅拌叶片4的旋转速度越高越好。这是因为使原料粉末在内部空间2内从上部向下落的过程的频率越高越有利于导致以高频率进行切割。此外，搅拌叶片4和交叉叶片5的旋转方向可以彼此相同或相反。

如详细描述的，根据本实施方式，搅拌叶片4和包括细线的交叉叶片5设置在壳体3的内部空间2中。然后，在内部空间2内由搅拌叶片4搅拌原料的同时，交叉叶片5也在内部空间2中旋转。因此，落下的粉末92被正在进行旋转运动的交叉叶片5切割而不被压碎。如上所述，提供了在相对小的液体成分含量的条件下适于制造具有小颗粒直径和低体积密度的颗粒体的颗粒体制造设备1和使用该颗粒体制造设备1的颗粒体制造方法。

接下来，将描述第二实施方式。在本实施方式中，以如图13所示的方式制造颗粒体。图13中的制造设备33与图1中的制造设备1类似，但与制造设备1的不同在于以下方面。换句话说，提供了发泡喷嘴34以替代喷射喷嘴12。发泡喷嘴34是将空气带入液体成分中以使液体成分发泡，并喷射发泡的液体成分的喷嘴。

在本实施方式中，可以设置或可以不设置图1中的制造设备1中的交叉叶片5。图13表示了不设置交叉叶片5的情况的示例。将在不设置交叉叶片5的前提下提供以下描述。在图13中的制造设备33中，搅拌叶片4是内部空间2内的唯一旋转物体。搅拌叶片4本身与图1中的制造设备1的搅拌叶片相同。尽管在图13中省略了制造设备33后面的驱动系统，但驱动系统可以是仅驱动搅拌叶片4的简单驱动系统。

在本实施方式中，使用含有表面活性剂的液体作为通过发泡喷嘴34喷射到内部空间2中的液体成分。这是因为将发泡的液体成分喷射到内部空间2中并将发泡的液体成分与粉末成分混合有助于实现图8中所示的状态。这肯定地意味着所得到的颗粒体具有低体积密度。

本实施方式适于制造用于制造锂离子二次电池的负电极板的涂覆材料。在这种情况下，使用作为负电极活性材料的石墨粉末作为原料粉末。然后，使用作为表面活性剂的sbr(丁苯橡胶)的水溶液作为液体成分。将这些材料供给到内部空间2中的方法与第一实施方式的情况下的方法相同。使加入的液体成分的量相对于粉末的量较少。随着这些材料被供给到内部空间2中，搅拌叶片4旋转，由此原料粉末和液体成分混合。应当理解的是，如图4中所示的前盖16在混合期间关闭。然后，表面活性剂的发泡作用在许多位置处导致图8中所示的状态，从而使得能够提供具有低体积密度、均匀混合的更细的颗粒体。因此，可以像在第一实施方式的情况下那样提供良好的湿颗粒体。然后，将该湿颗粒体用作如图9所示的涂覆设备中的涂覆材料能够制造良好的负电极板。

如以上详细所述，根据本实施方式，原料粉末在壳体3的内部空间2中被搅拌，并且含有表面活性剂的液体成分被喷射到内部空间2中以与粉末成分混合。因此，使用表面活性剂的发泡作用来降低所得到的颗粒体的体积密度。因此，可以在相对较小的液体成分含量的条件下制造具有小颗粒直径和低体积密度的颗粒体，因此，提供了用于制造特别适合于锂离子二次电池的负电极板的涂覆材料的颗粒体的方法。

应当指出的是，本实施方式仅仅是示例，并不意图以任何方式限制本发明。因此，应当理解的是，在不脱离本发明的精神的情况下，可以进行各种改进和变更。例如，尽管在上述说明中，壳体3布置成使得内部空间2的中心轴线方向是水平的，但此处所述的“水平”并非必需是“精确水平的”。即使中心轴线方向倾斜，只要倾斜角度不大于10°，中心轴线方向就可以被认为是水平的。此外，搅拌叶片4可以平行于中心轴线方向，或者可以相对于中心轴线方向稍微倾斜。如果搅拌叶片4轻微倾斜，则落下的粉末92可以沿轴线方向轻微移动，从而使得能够提供更均匀地混合的状态。

此外，在第一实施方式中，驱动力从第二马达19到套筒22的传递可以通过链或齿轮系来执行，而不是通过带24执行。此外，搅拌叶片4与交叉叶片5之间的转速比可以是固定的。在这种情况下，驱动系统15可以构造成使得搅拌叶片4与交叉叶片5两者由一个马达来驱动。另外，在第二实施方式中，表面活性剂的种类不限于sbr。