[发明专利]搅拌桨

说明书

技术领域

本发明涉及一种搅拌桨，尤其是一种适用于锂离子电池浆料制备的高效搅拌桨。

背景技术

锂离子电池作为一种高能量密度的化学电源，在现代移动通信设备等消费领域发挥着不可替代的作用。通常，锂离子电池的生产过程包括制浆、涂布、冷压、分条、卷绕、封装、注液、化成等工序，其中，制浆作为锂离子电池生产的第一道工序，其目的是将活性物质粉末、导电剂粉末、分散剂/粘结剂粉末或溶液等分散于溶剂中，形成均匀、稳定的悬浊液，而悬浊液中各组分分散的均匀程度对于后续涂布工艺、烘干过程、冷压分条等工序具有直接的影响。

目前主流的搅拌分散设备为采用自转+公转运动方式的搅拌桨，搅拌桨在整个搅拌罐空间内驱动流体，从而对固-液混合物进行长时间的机械搅拌。请参阅图1，目前常用的双行星搅拌桨11的搅拌臂12为扭曲型结构，对于粘度较高的浆料需要增加转速较大的自转分散盘的运动，对浆料产生高速剪切来达到均匀分散的效果。请参阅图2，扭曲型搅拌桨11运动时在流体中产生的流场主要分为平行于搅拌桨11的对称轴23的流场21和垂直于搅拌桨11的对称轴23的流场22。对于不同粘度的浆料而言，相同的搅拌作用所产生的流场21、22的分布不同；在同一搅拌罐中，搅拌桨11所产生的剪切作用随着浆料与搅拌桨11距离的增加而减小。因此，在搅拌过程中，某一搅拌罐内会同时分布有层流、湍流和涡流等流体运动状态，不同流体状态的影响区域都与搅拌桨11的尺寸和搅拌罐的尺度有关，一般在厘米甚至更高量级。但是，对于典型的锂离子电池浆料而言，由于活性物质颗粒大多在数十微米量级，未来可能会向着小颗粒方向发展，达到亚微米甚至纳米量级，由厘米尺度的流体运动对亚微米尺度的颗粒产生作用、进行分散，最终形成微米、纳米尺度的悬浊液，效率比较低，需要通过增加搅拌时间、搅拌强度、升高温度等来实现。目前，锂离子电池电极浆料的平均混合制浆时间约为8～10小时。

另外，由于搅拌分散过程是利用流体的剪切作用来分开团聚的颗粒，所以团聚分散的效果与流体剪切作用的强度密切相关，流体的剪切作用强度则由搅拌桨尺度和流体的特性如黏度等因素决定，而且上述相互作用关系在不同的搅拌桨尺度下表现不同，不是简单的等比例线性关系，这导致了研发实验与中试、量产规模的粉料分散和浆料制备之间存在着搅拌效果的尺寸效应现象，以致于研发规模的良好分散效果难以在中试、量产规模下顺利、快速地实现。

有鉴于此，确有必要提供一种能够提高制浆效率、弱化尺寸效应的搅拌桨。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种能够提高制浆效率、弱化尺寸效应的搅拌桨，以缩短新工艺流程的量产时间，并提高浆料品质的一致性。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种搅拌桨，其包括搅拌臂，所述搅拌臂表面分布有微结构阵列。

作为本发明搅拌桨的一种改进，所述微结构为凹坑或凸起，或是凹坑与凸起的组合结构。

作为本发明搅拌桨的一种改进，所述微结构为对称结构或非对称结构，为对称结构时，其对称轴垂直于搅拌臂的基准面。

作为本发明搅拌桨的一种改进，为了起到更好的微观混合效果，所述微结构的特征尺寸为2～200微米，相邻微结构之间的间距在2~4000微米之间。

作为本发明搅拌桨的一种改进，为了便于加工，所述凹坑或凸起的形状优选为棱柱体、棱台、圆柱体、圆台等相对规则的形状，或是前述两种或多种形状的组合。

作为本发明搅拌桨的一种改进，为防止浆料颗粒在所述凹坑或凸起的死角部位沉积，凹坑或者凸起的界面交接处均采用圆角结构，以便于清洁。

作为本发明搅拌桨的一种改进，所述微结构采用机械加工、激光加工或电化学加工方式形成。

作为本发明搅拌桨的一种改进，所述微结构采用激光刻蚀或化学腐蚀方式形成。

作为本发明搅拌桨的一种改进，所述搅拌臂为扭曲型结构，其数目为2～6个，且为对称或旋转对称方式分布。采用多个搅拌臂，能够减少浆料颗粒与搅拌臂的距离，从而改善宏观分散性能；将搅拌臂设计成对称或旋转对称，可以使整个搅拌桨的重心落在中轴线上，从而提高搅拌桨旋转时的机械稳定性。

相对于现有技术，本发明搅拌桨通过分布于搅拌臂表面的微结构阵列在浆料中形成微观尺度的流场，缩小了现有搅拌流场的低效率剪切区和无效作用区，使得待分散的固-液/液-液混合物能够迅速达到宏观分布均匀与微观分散一致的状态，达到提高搅拌效率、改善浆料一致性，同时减小浆料制备过程由于规模不同而产生的差异、缩短新工艺开发流程。

附图说明