JP2013119130A - Spraying nozzle, spray processing device, spray processing method by spray processing device, method of manufacturing battery material, and secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、噴射用ノズル、噴射加工装置、噴射加工装置による噴射加工方法、電池材料の製造方法および二次電池に関する。 The present invention relates to an injection nozzle, an injection processing device, an injection processing method using an injection processing device, a battery material manufacturing method, and a secondary battery.
従来から、幅広の開口部から、たとえば金属、金属酸化物、セラミックス、ガス等を噴射する噴射ノズルが知られている(たとえば特許文献1)。 Conventionally, an injection nozzle that injects, for example, metal, metal oxide, ceramics, gas or the like from a wide opening is known (for example, Patent Document 1).
しかしながら、開口部の両端から噴射される流体の速度は低下することになり、粉体を加工物に付着させる場合には、付着した粉体により構成される膜の厚さが不均一になるという問題がある。 However, the speed of the fluid ejected from both ends of the opening will decrease, and when the powder adheres to the workpiece, the thickness of the film constituted by the adhered powder becomes non-uniform. There's a problem.
請求項1に記載の発明による噴射用ノズルは、粒子と気体との混合流体を噴射する開口部が設けられた噴射用ノズルであって、開口部を決定する外周は、第1の間隔を維持して長手方向へ延伸する一対の延伸部と、一対の延伸部の端部の近傍に設けられ、長手方向に対して所定角度方向に直線をなす終端部と、一方の延伸部の端部と終端部の一方の端部とを接続する第1接続部と、他方の延伸部の端部と終端部の他方の端部とを接続する第2接続部と、を有し、終端部のうち少なくとも一方の長さは、第1の間隔よりも長いことを特徴とする。
請求項13に記載の発明による噴射用ノズルは、粒子と気体との混合流体を噴射する開口部が設けられた噴射用ノズルであって、開口部を決定する外周は、第1の間隔を維持して長手方向へ直線状に延伸する一対の延伸部と、一対の延伸部の一方の端部の近傍に設けられ、長手方向に対して直角に直線状をなす第1終端部と、一方の延伸部の一方の端部と接続され、第1終端部と第1の間隔よりも短い第2の間隔を維持して直線状をなす第1構成部と、第1構成部と第1終端部の一方の端部と接続する第2構成部とによって構成される第1接続部と、他方の延伸部の一方の端部と接続され、第1終端部と第2の間隔を維持して直線状をなす第3構成部と、第3構成部と第1終端部の他方の端部とを接続する第4構成部とによって構成される第2接続部と、一対の延伸部の他方の端部の近傍に設けられ、長手方向に対して直角に直線状をなす第2終端部と、一方の延伸部の他方の端部と接続され、第2終端部と第2の間隔を維持して直線状をなす第5構成部と、第5構成部と第2終端部の一方の端部とを接続する第6構成部とによって構成される第3接続部と、他方の延伸部の他方の端部と接続され、第2終端部と第2の間隔を維持して直線状をなす第7構成部と、第7構成部と第2終端部の他方の端部とを接続する第8構成部とによって構成される第4接続部と、を有し、第1終端部および第2終端部の長さは第1の間隔よりも長く、開口部の長手方向の中心線から所定角度方向に沿って逆方向に等分されることを特徴とする。
請求項14に記載の発明による噴射加工装置は、請求項1乃至13のいずれか一項に記載の噴射用ノズルと、粒子収容部に収容された粒子を噴射用ノズルへ導入する第1導入部と、噴射部に導入された微粒子を加速するための加速用気体を、噴射用ノズルに導く第2導入部と、を備えることを特徴とする。
請求項15に記載の発明による噴射加工装置による噴射加工方法は、請求項14に記載の噴射加工装置が有する開口部から粒子と気体との混合流体を噴射し、開口部に対向して配置した基材に粒子を衝突させて、基材の被加工面に粒子を付着させることを特徴とする。
請求項17に記載の発明による電池材料の製造方法は、請求項15または16に記載の噴射加工装置による噴射加工方法によって、基材として設けられた電極基材に粒子を付着させて電極材料の膜を形成することを特徴とする。
請求項18に記載の発明による二次電池は、請求項17に記載の電池材料の製造方法により製造された電極材料の膜を電極として有することを特徴とする。
An injection nozzle according to a first aspect of the present invention is an injection nozzle provided with an opening for injecting a mixed fluid of particles and gas, and an outer periphery that determines the opening maintains a first interval. A pair of extending portions extending in the longitudinal direction, an end portion that is provided in the vicinity of the ends of the pair of extending portions, and forms a straight line in a predetermined angle direction with respect to the longitudinal direction, and an end portion of one extending portion, A first connecting portion that connects one end portion of the terminating portion, and a second connecting portion that connects the end portion of the other extending portion and the other end portion of the terminating portion, At least one of the lengths is longer than the first interval.
An injection nozzle according to a thirteenth aspect of the invention is an injection nozzle provided with an opening for injecting a mixed fluid of particles and gas, and the outer periphery that determines the opening maintains the first interval. A pair of extending portions that linearly extend in the longitudinal direction, a first terminal portion that is provided in the vicinity of one end of the pair of extending portions, and that is linearly perpendicular to the longitudinal direction, A first component that is connected to one end of the extending portion and maintains a second interval shorter than the first interval from the first end, and a first component and a first end A first connecting part constituted by a second constituent part connected to one end part of the first part and one end part of the other extension part, and a straight line maintaining a second distance from the first terminal part. A third component that is shaped and a fourth component that connects the third component and the other end of the first terminal portion. Connected to the connecting portion, the second end portion provided in the vicinity of the other end portion of the pair of extending portions, linearly perpendicular to the longitudinal direction, and the other end portion of the one extending portion; A second component that is formed in a straight line while maintaining a second interval with the second terminal, and a sixth component that connects the fifth component and one end of the second terminal. 3 connection parts and the 7th composition part which is connected with the other end part of the other extension part, and makes the 2nd end part and the 2nd interval, and makes the shape of a straight line, the 7th composition part, and the 2nd termination part And a fourth connecting portion configured to connect to the other end of the first end portion, and the length of the first terminal portion and the second terminal portion is longer than the first interval, It is characterized by being equally divided in the opposite direction along a predetermined angle direction from the center line in the longitudinal direction of the part.
An injection processing apparatus according to a fourteenth aspect of the present invention is the injection nozzle according to any one of the first to thirteenth aspects, and a first introduction portion that introduces particles contained in the particle accommodation portion into the injection nozzle. And a second introduction part for guiding an acceleration gas for accelerating the fine particles introduced into the injection part to the injection nozzle.
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided an injection processing method using an injection processing apparatus, wherein a mixed fluid of particles and gas is injected from an opening of the injection processing apparatus according to the fourteenth aspect and disposed opposite to the opening. The method is characterized in that particles are made to collide with a base material, and the particles are adhered to a processed surface of the base material.
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a battery material manufacturing method in which particles are attached to an electrode base material provided as a base material by an injection processing method using an injection processing apparatus according to the fifteenth or sixteenth aspect. A film is formed.
A secondary battery according to an eighteenth aspect of the present invention includes an electrode material film manufactured by the method for manufacturing a battery material according to the seventeenth aspect as an electrode.
本発明によれば、噴射用ノズルの開口部を決定する外周では、一対の延伸部に対して所定角度方向に延在する終端部の長さを一対の延伸部の間の第1の間隔よりも長くするので、噴射した粒子により形成される膜厚が均一となる領域を増加させることができる。 According to the present invention, at the outer periphery that determines the opening of the injection nozzle, the length of the terminal portion that extends in the predetermined angle direction with respect to the pair of extending portions is greater than the first interval between the pair of extending portions. Therefore, the region where the film thickness formed by the ejected particles is uniform can be increased.
図面を参照しながら、本発明の実施の形態による噴射加工装置について説明する。図1は実施の形態による噴射加工装置1の外観斜視図である。図2は、図1のA−A線での噴射加工装置1の内部構成を示す断面図である。図3は、噴射加工装置1の内部を透視して示す斜視図である。なお、説明の都合上、x軸、y軸およびz軸で表される座標軸を、図1〜図3に示すように設定する。
An injection processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view of an
図1〜図3に示すように、噴射加工装置1は、粒径6μm程度の固体微粒子を収容する微粒子供給ユニット(不図示)が着脱可能なノズルユニット10によって構成される。固体微粒子としては、銅、銀、金等の金属の微粒子、銅微粒子の表面に銀や金等がコーティングされた複合微粒子などが用いられる。ノズルユニット10は、ノズルブロック11と、噴射ノズル12と、加速ガス供給ポート13a〜13d(総称する場合には符合13とする)と、加速ガス導入路14a〜14d(総称する場合には符合14とする)と、微粒子供給路15とを備えている。ノズルブロック11は、ノズルユニット10のベースであり、その内部に噴射ノズル12と、加速ガス導入路14と、微粒子供給路15とが設けられている。本実施の形態の噴射加工装置1では、噴射ノズル12に供給された固体微粒子が加速ガス供給ポート13から加速ガス導入路14を介して供給された気体によって分散される。そして、固体微粒子と気体との混合流体が噴射ノズル12の先端に設けられた開口部121から、たとえば電極基材等の基材の被加工面に向けて噴射される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
ノズルブロック11の内部に設けられた微粒子供給路15は、たとえばセラミックス等の耐食材料を用いて形成された中空の部材であり、x軸に垂直な方向のyz断面が、y軸方向を長辺とする矩形形状に形成されている。微粒子供給路15は、x軸方向に沿って延在し、上流側の端部(x軸−側)は、パウダー状の固体微粒子が収容された微粒子供給ユニット(不図示)と接続される。微粒子供給路15の下流側の端部(x軸+側)は、後述する噴射ノズル12の上流側の端部と接続されている。さらに、微粒子供給路15には、たとえばHe、N2、Ar、空気等の種々のガス(供給用気体)がチューブ等を介して接続されたガスボトル(不図示)から供給される。供給用気体が微粒子供給路15内部を流れることにより、微粒子供給路15に負圧が生じる。この負圧を利用して、微粒子供給ユニットに収容された固体微粒子が微粒子供給路15内に供給され、供給用気体中に分散される。その結果、微粒子供給路15は、微粒子供給ユニットから供給された固体微粒子と供給用気体との混合流体を噴射ノズル12へ導くための導入路として機能する。
The fine
噴射ノズル12は、たとえばセラミックス等の耐食性材料を用いて形成された中空の部材である。噴射ノズル12はx軸方向に沿って延在し、上流側の端部(x軸−側)は微粒子供給路15の下流側の端部と一部重複して配設される。この重複部、すなわち噴射ノズル12の内周と微粒子供給路15の外周との間には、後述する加速ガス導入路14が接続される。噴射ノズル12の下流側(噴射側)の端部(x軸+側)はノズルブロック11からx軸+方向に突出して固定され、固体微粒子を噴射するための開口部121を形成している。その結果、噴射ノズル12は、微粒子供給路15から導かれた固体微粒子と供給用気体との混合流体を、加速ガス導入路14を介して供給された加速用気体によって加速させて開口部121から噴射させるための加速用導入路として機能する。
The
噴射ノズル12は、x軸に垂直な方向の断面がH型状に形成され、このH型形状を維持した状態でx軸方向に延在している。すなわち、噴射ノズル12の開口部121はH型状に形成されている。なお、開口部121の形状については、その詳細を後述する。
The
加速ガス供給ポート13a〜13dは、それぞれノズルブロック11のz軸+側の面、z軸−側の面、y軸+側の面、y軸−側の面に設けられている。加速ガス供給ポート13a〜13dには、たとえばHe、N2、Ar、空気等の種々のガス(加速用気体)がチューブ等を介して接続されたガスボトル(不図示)から供給される。加速ガス導入路14a〜14dは、加速ガス供給ポート13a〜13dのそれぞれに対応して設けられている。加速用ガス供給ポート13から供給される加速用気体は、加速ガス導入路14によって、上述した微粒子供給路15の先端部と噴射ノズル12とが接続された重複部を介して噴射ノズル12内に導かれる。
The acceleration
上述した構成を有する噴射加工装置1では、微粒子供給ユニットから供給された固体微粒子は、主として加速ガス導入路14の出口と微粒子供給路15の出口の気体とのエジェクタ効果による負圧を利用して加速用気体中に分散される。そして、噴射ノズル12内で加速用気体により加速されて開口部121から電極基材に向けて噴射される。すなわち、加速ガス供給ポート13を介して加速ガス導入路14に所定圧力(0.1MPa〜1.0MPa、最適値は0.5MPa)で加速用気体が供給されると、加速用気体は噴射ノズル12内を流れ、固体微粒子とともに混合流体として開口部121から電極基材に向けて噴射される。
In the
開口部121から噴射される固体微粒子の速度は、主として噴射ノズル12に供給される加速用気体の種類及び圧力を制御することによって設定される。たとえば、加速用気体がN2の場合には、固体微粒子は100m/sec〜500m/sec程度の速度で噴射される。開口部121から噴射された混合流体中の固体微粒子は、開口部121からx軸方向へ0.5mm〜5mm程度の距離に配置された電極基材の被付着面に衝突して付着する。そして、固体微粒子を噴射させながら噴射加工装置1と電極基材とをyz平面に沿って、z軸方向に相対移動させることにより、常温かつ常圧下で、電極基材上に電極材料の膜が形成される。電極基材のy軸方向の長さが開口部121のy軸方向の長さよりも長い場合には、開口部121と電極基材とのy軸方向の相対位置をずらす。そして、再度、同様にして噴射加工装置1と電極基材とをz軸方向に相対移動させて固体微粒子を付着させることにより、広範囲の成膜加工を行う。
The speed of the solid fine particles ejected from the
以下、図4を参照しながら、噴射ノズル12の開口部121について詳細に説明する。図4(a)は、本実施の形態の噴射ノズル12の開口部121をx軸+方向から見た場合、すなわちyz平面に平行な面での平面図である。なお、図4(a)においては、座標軸の原点を図中の点Cに設けるものとし、以後、点Cを開口部121の中点と呼称する。
Hereinafter, the
図に示すように、開口部121はH型状に形成され、y軸方向にたとえば20mmの長さを有する。開口部121を決定する外周は、第1延伸部200と、第2延伸部201と、終端部300と、第1接続部301と、第2接続部302とを有している。第1延伸部200および第2延伸部201は、z軸方向にたとえば1.6mmの間隔を維持して対向し、y軸方向に直線状に延在している。以後、説明の都合上、第1延伸部200と第2延伸部201との間の領域(空間)を開口部121の中央部121cと呼ぶ。
As shown in the figure, the
終端部300は、第1延伸部200および第2延伸部201のy軸方向の両端部の近傍に設けられている。なお、以後の説明では、第1延伸部200の端部P1側および第2延伸部201の端部P3側、すなわちy軸方向+側に設けられた終端部300についての説明を主とする。終端部300は、第1延伸部200および第2延伸部201の端部P1およびP3から、y軸方向に沿って、たとえば0.4mm〜0.8mm離れた位置に設けられている。第1接続部301は、第1延伸部200の端部P1と終端部300の両端のうちの一方の端部P2とを接続するように構成される。第2接続部302は、第2延伸部201の端部P3と終端部300の両端のうちの他方の端部P4とを接続するように構成される。以後、説明の都合上、終端部300と第1接続部301と第2接続部302とによって規定される領域(空間)を、開口部121の端部121dと呼ぶ。
The
終端部300は、第1延伸部200と第2延伸部201とが延在する方向(y軸方向)に対して所定の角度としてほぼ直角となる方向(z軸方向)に直線状に形成されている。本実施の形態においては、終端部300のz軸方向の長さは、たとえば3.8mmである。換言すると、終端部300のz軸方向の直線の長さは、第1延伸部200と第2延伸部201との間のz軸方向の間隔(長さ)よりも長くなるように形成される。また、終端部300のz軸方向の長さは、開口部121の中点Cを通る中心線(すなわちz軸)を基準として、z軸+方向と−方向とに同一の長さを有する。すなわち、終端部300のz軸方向の長さは、z軸の+方向と−方向とに1.9mmずつ等分されている。
The
第1接続部301は、第1構成部303および第2構成部304によって構成される。第1構成部303は、第1延在部200の端部P1と接続され、z軸、すなわち終端部300と平行な直線状に形成されている。第2構成部304は一方の端部が第1構成部303と接続され、他方の端部が終端部300の一方の端部P2と接続される。なお、本実施の形態では、第2構成部304は、y軸に平行となるように形成されている。上述したように、終端部300は第1延伸部200の端部P1および第2延伸部201の端部P3からy軸方向に沿って0.4mm〜0.8mm離れた位置に形成されている。このため、第1構成部303は、終端部300に対して0.4mm〜0.8mmの間隔を維持して形成される。さらに、第2構成部304の長さも同様に0.4〜0.8mmに形成される。
The
第2接続部302は、第3構成部305および第4構成部306によって構成される。第3構成部305および第4構成部306は、上記の第1構成部301および第2構成部302とy軸に対してそれぞれ対称となるように形成される。このため、第3構成部305についても、終端部300に対して0.4mm〜0.8mmの間隔を維持して形成され、第4構成部306の長さも同様に0.4〜0.8mmに形成される。換言すると、第1接続部301と第2接続部302とは、y軸に対して対称の形状となるように形成される。
The
第1延伸部200および第2延伸部201のy軸−側の端部についても、上述した終端部300、第1接続部301、第2接続部302、第1構成部303、第2構成部304、第3構成部305、第4構成部306の形状と同様の形状が形成されている。すなわち、第1延伸部200および第2延伸部201のy軸−側の端部には、上記の終端部300、第1接続部301、第2接続部302、第1構成部303、第2構成部304、第3構成部305、第4構成部306とz軸に対して対称な形状をした外周が接続される。換言すると、開口部121は、中央部121と、中央部121cの両端に設けられた2つの端部121dとによって構成される。
The
上述したように、開口部121は、噴射ノズル12の他方の端部に設けられたものであり、噴射ノズル12はx軸に垂直な方向の断面がH型状に形成された状態でx軸方向に延在している。したがって、噴射ノズル12の各部の寸法についても、上記の開口部121の外周を決定する各部の寸法と同一である。
As described above, the
上述した開口部121の各部の寸法は、以下に示す各パラメータおよび公式を用いたシミュレーションの結果に基づいて、端部121dでの混合流体の流速低下を低減するために適した形状となるように決定されている。
(1)噴射ノズル12内気体:圧縮性、乱流場
(2)噴射ノズル12先端の速度:100m/sec〜500m/sec(最適値300m/sec)
(3)噴射ノズル12内の圧力:0.1Mpa〜1.0Mpa(最適値は0.5Mpa)
(4)固体微粒子:Al2O3
(5)固体微粒子の平均粒径:6[μm]
(6)使用公式:ナビエ・ストークスの式、乱流モデル(標準k−εモデル及び壁面関数)、粒子運動方程式(ラグラジアン関数)、各粒子間抵抗(カンニングハム相関でのストークス抵抗)
The dimension of each part of the
(1) Gas in the injection nozzle 12: compressibility, turbulent flow field (2) Speed at the tip of the injection nozzle 12: 100 m / sec to 500 m / sec (optimum value 300 m / sec)
(3) Pressure in the injection nozzle 12: 0.1 Mpa to 1.0 Mpa (the optimum value is 0.5 Mpa)
(4) Solid fine particles: Al 2 O 3
(5) Average particle diameter of solid fine particles: 6 [μm]
(6) Formulas used: Navier-Stokes equation, turbulence model (standard k-ε model and wall function), particle motion equation (Lagradian function), interparticle resistance (Stokes resistance at Cunningham correlation)
通常、開口部121の端部121dでは、終端部300(境界層)の影響により中央部121cに比べて噴射される混合流体の流速が低下する。特に、図4(b)に示す、従来技術のように、y軸方向に延在する矩形形状を有する開口部500の端部の終端部510では、端部における混合流体の流速低下が顕著になる。これに対して、本実施の形態の噴射加工装置1では、噴射ノズル12の終端部300のz軸方向の長さが、第1延伸部200および第2延伸部201の間隔よりも長く、かつ、終端部300が直線状に形成されている。本実施の形態では、終端部300が上記のように形成されることによって、開口部121でのy軸方向の境界層領域が狭くなると考えられる。その結果、開口部121から噴射される混合流体の流速が一定になるy軸方向の長さが長くなる。このため、開口部121のy軸方向の両端、すなわち開口部121を構成する2つの端部121dでの混合流体の流速低下が低減される。以下、開口部121の端部121dの終端部300近傍における混合流体の流速について説明する。
Usually, at the
図5に開口部121の端部121dでの噴射される混合流体の流速と、y軸方向の位置との関係を示す。図5は、上述した開口部121の各部の寸法を決定する際に使用したパラメータによるシミュレーションの結果を示している。図5では、縦軸が混合流体の流速、横軸が開口部121の中点Cを基準としたy軸方向の位置を表している。また、図5では、第2構成部304および第4構成部306のy軸方向の長さが0.4mmの場合を実線L1で示し、y軸方向の長さが0.8mmの場合を破線L2で示す。さらに、比較例として、開口部に端部121dが形成されていない場合、すなわち図4(b)に示すy軸方向に延在する矩形形状を有する開口部500(幅広ノズル)の終端部510における混合流体の流速と位置との関係を一点鎖線L3で示す。なお、比較例における開口部500の形状は、z軸方向に1.6mmの長さを保持した状態でy軸方向に20mm延在する矩形形状とする。
FIG. 5 shows the relationship between the flow velocity of the mixed fluid ejected at the
図5の一点鎖線L3で示すように、比較例における開口部500では、y座標が0mm〜9.5mm付近の範囲では、混合流体はほぼ同一の流速となる。しかし、y座標が9.5mm付近、すなわち終端部510から0.5mmの位置から急激に混合流体の流速が低下する。
As indicated by the one-dot chain line L3 in FIG. 5, in the
本実施の形態のように端部121dを有する開口部121では、図5の実線L1および破線L2で示すように、y座標が10.0mm付近における流速の低下は、一点鎖線L3で示す比較例の開口部500における流速の低下よりも少ない。すなわち、端部121dから噴射される混合流体の流速が、比較例の開口部500の終端部510付近から噴射される混合流体よりも高速である。換言すると、開口部121のy軸方向について、中央部121cから噴射される混合流体とほぼ同一の流速の混合流体が噴射される領域が比較例の開口部500の場合よりも長くなる。
In the
したがって、このような噴射ノズル12の開口部121から固体微粒子を電極基材に噴射させて膜を形成する場合、均一な厚さの膜が形成されるy軸方向の長さがより長くなるという第1の現象がある。さらに、端部121dが形成されて、z軸方向の開口面積が広がったことによって、端部121dから噴射される固体微粒子の量が増加するという第2の現象がある。この結果、噴射ノズル12と電極基材とをz軸方向に相対的にずらしながら膜を形成する場合を考えると、上記の第1および第2の現象が相乗的に効果を発揮して、均一な厚さの膜が形成されるy軸方向の長さがさらに長くなる。
Therefore, when solid fine particles are sprayed onto the electrode substrate from the
以上で説明した噴射加工装置1を用いることにより、PJD(Powder Jet Deposition)により電極基材上に電極材料膜を形成して、たとえばリチウムイオン二次電池等の電池用の負極材料を形成することができる。この場合、電極基材には、集電体を構成する銅(Cu)が用いられる。
By using the
この電極材料を電池の形態(たとえば円筒形型、角型、セル型、ラミネート型等)に合わせた形状寸法に打ち抜くことによって負極が形成される。アルミ箔にコバルト酸リチウム等のリチウム遷移金属酸化物を正極活物質として付着形成された公知の正極と、上記の負極とをセパレータを挟んで対峙させ、公知の溶媒中に公知の電解液(非水電解質)とともに封入することによって、リチウムイオン二次電池が構成される。なお、公知の溶媒はプロピレンカーボネートやエチレンカーボネート等であり、公知の電解液はLiClO4やLiPF6等である。この結果、高い電気容量と長期間安定的に保持可能なリチウムイオン二次電池が得られる。なお、噴射加工装置1を用いて、リチウムイオン二次電池の負極材料を形成するものに代えて、正極材料を形成するものであってもよい。この場合、電極基材としては、たとえばアルミニウムが用いられる。
A negative electrode is formed by punching out this electrode material into a shape and size that matches the battery type (for example, cylindrical type, square type, cell type, laminate type, etc.). A known positive electrode formed by attaching a lithium transition metal oxide such as lithium cobalt oxide as a positive electrode active material to an aluminum foil and the negative electrode are opposed to each other with a separator interposed therebetween. A lithium ion secondary battery is formed by enclosing it with a water electrolyte. Incidentally, known solvents are propylene carbonate, ethylene carbonate, etc., known electrolytic solution is LiClO 4 or LiPF 6 or the like. As a result, a lithium ion secondary battery that can be stably held for a long period of time with a high electric capacity can be obtained. In addition, it may replace with what forms the negative electrode material of a lithium ion secondary battery using the
以上で説明した実施の形態による噴射加工装置1によれば、以下の作用効果が得られる。
(1)噴射用ノズル12には、固体微粒子と気体との混合流体を噴射する開口部121が設けられている。開口部121を決定する外周は、第1延伸部200と、第2延伸部201と、終端部300と、第1接続部301と、第2接続部302とを有している。一対の第1延伸部200および第2延伸部は、所定の間隔(1.6mm)を維持して長手方向(y軸方向)へ延伸する。終端部300は、一対の第1延伸部200および第2延伸部201の端部P1,P3の近傍に設けられ、長手方向に対して直角方向(z軸方向)に直線をなす。第1接続部301は、第1延伸部200の端部P1と終端部300の一方の端部P2とを接続する。第2接続部302は、第2延伸部201の端部P3と終端部300の他方の端部P4とを接続する。そして、終端部300の長さは、第1延伸部200と第2延伸部200とがなす間隔である1.6mmよりも長くなるようにした。換言すると、噴射ノズル12の終端部300のz軸方向の長さが、第1延伸部200および第2延伸部201の間隔よりも長く、かつ、終端部300が直線状に形成されている。このため、上述したように、開口部121でのy軸方向の境界層領域が狭くなるので、開口部121から噴射される混合流体の流速が一定となるy軸方向の長さが長くなり、終端部300の近傍の混合流体の流速低下が抑制される。
According to the
(1) The
特に、本実施の形態では、終端部300を直線状に形成している。これに対して、たとえば終端部300がy軸+方向に沿って円弧状に形成されている場合、すなわち端部121dが図4(c)に示すように円形に形成されている場合、開口部121でのy軸方向の境界層領域が狭くならないと考えられる。この場合の端部121dから噴射される混合流体の流速と、y軸方向の位置との関係を、図5の二点鎖線で示す直線L4で表す。なお、直線L4についても、上述した開口部121の各部の寸法を決定する際に使用したパラメータによるシミュレーションの結果を示している。図5の二点鎖線L4では、y座標が7.5mm付近から混合流体の流速が低下する。換言すると、終端部300が直線状に形成されている場合と比べて、開口部121から噴射される混合流体の流速が一定となるy軸方向の長さが短くなる。本実施の形態では、終端部300を直線状に形成しているので、終端部300を直線以外の形状とする場合と比べて、開口部121から噴射される混合流体の流速が一定となるy軸方向の長さを長くして、終端部300の近傍の混合流体の流速低下を抑制できる。
In particular, in the present embodiment, the
さらに、終端部300のz軸方向の長さが、第1延伸部200および第2延伸部201の間隔よりも長くなるようにした。すなわち、上述したように、端部121dが形成されて、z軸方向の開口面積が広がっているので、端部121dから噴射される固体微粒子の量が増加する。この結果、噴射ノズル12と電極基板とをz軸方向に相対移動させた場合、端部121dから噴射される固体微粒子の増加と、上述した混合流体の流速低下の抑制との相乗効果によって、均一な厚さの膜が形成されるy軸方向の長さがさらに長くなる。
Further, the length of the
さらに詳細には、第1接続部301は、第1延伸部200の一方の端部P1と接続され、終端部300と1.6mmよりも短い間隔を維持して直線状をなす第1構成部303と、第1構成部303と終端部300の一方の端部P2と接続する第2構成部304とによって構成される。第2接続部302は、第2延伸部の一方の端部P3と接続され、終端部300と1.6mmよりも短い間隔を維持して直線状をなす第3構成部305と、第3構成部305と終端部300の他方の端部P4とを接続する第4構成部306とによって構成される。第1延伸部200および第2延伸部201の他方(y軸−側)の端部についても、上記と同様の外周を有する。そして、終端部300は、開口部121の長手方向の中心線(y軸)からz軸方向に沿って逆方向に等分される。
More specifically, the first connecting
開口部121を決定する外周は上記の各部を有するので、上述したように、終端部300付近から噴射される固体微粒子と気体との混合流体の流速低下が防止されるとともに、端部121dから噴射される固体微粒子の量が増加する。このため、開口部121のy軸方向の長さ(20mm)に対して、膜厚が均一となるy軸方向の長さを増加させることができる。換言すると、y軸方向に所定の長さだけ均一な膜厚を得ようとする場合、上述した比較例に示す開口部500と比べて、本実施の形態の開口部121ではy軸方向の長さを短くすることができるので、開口部121の小型化に寄与する。その結果、噴射加工装置1全体を小型化することができる。
Since the outer periphery that determines the
さらに、y軸方向に幅の広い電極基材に対して成膜加工を行う場合、電極基材全体について均一な膜厚を得るために、均一な膜厚のy軸方向の長さに応じて重ね合わせ部分を設けて成膜加工を行う必要がある。すなわち、均一な膜厚が得られていない領域に、再び開口部121から噴射された固体微粒子を付着させて均一な膜厚となるようにする必要がある。比較例に示すような開口部500を有する場合、均一な膜厚のy軸方向の長さが短いので、開口部のy軸方向の長さの約5〜10パーセントを重ね合わせ部としていた。これに対して、本実施の形態では、均一な膜厚のy軸方向の長さが増加するので、重ね合わせ部分が少なくなり、成膜加工の効率を向上させることができる。
Furthermore, when performing film forming on an electrode base material having a wide width in the y-axis direction, in order to obtain a uniform film thickness for the entire electrode base material, according to the length of the uniform film thickness in the y-axis direction. It is necessary to perform film formation processing by providing an overlapping portion. That is, it is necessary to attach the solid fine particles ejected from the
(2)さらに加えて、第1構成部303および第3構成部305と終端部300との間隔(0.4〜0.8mm)を、第1延伸部200と第2延伸部200との間隔(1.6mm)よりも短くして、終端部300の近傍で過大な流量とならないようにした。したがって、中央部121cから噴射される混合流体の流速低下が防止される。その結果、中央部121cから噴射される混合流体とほぼ同一の流速を有する混合流体が中央部121cと端部121dの境界付近から噴射されることになり、均一な膜厚のy軸方向の長さの増加に寄与する。
(2) In addition, the interval (0.4 to 0.8 mm) between the
以上で説明した実施の形態による噴射加工装置1を、以下のように変形できる。
(1)開口部121の形状がH型状に形成されるものに代えて、種々の形状に形成することが可能である。この場合、終端部300の長さが第1延伸部200と第2延伸部201との間隔よりも長く、かつ、終端部300が直線状に形成されていればよい。図6、図7に開口部121の形状の各種の変形例を示す。
The
(1) The
(1−1)図6(a)に開口部121の形状の第1変形例を示す。第1変形例では、開口部121は第1延伸部200および第2延伸部201の一方の端部P1、P3の近傍にのみ形成される。この場合、端部121dが形成されていない、第1延伸部200および第2延伸部201の他方(y軸−側)の端部では噴射される混合流体の流速低下が顕著となるが、端部121dの終端部300(境界層)では実施の形態の場合と同様に、混合流体の流速低下が抑制される。
(1-1) A first modification of the shape of the
(1−2)図6(b)に開口部121の形状の第2変形例を示す。第2変形例では、端部121dはz軸+方向にのみ設けられ、z軸−方向には設けられていない。すなわち、第2接続部302は、第2延伸部201の一方の端部と接続され、y軸方向に延在して終端部300の他方の端部と接続される。すなわち、第2延伸部201と第2接続部302とがy軸方向に沿って同一の直線状に形成される。なお、一方の端部121dはz軸+方向にのみ設けられ、他方の端部121dがz軸−方向にのみ設けられるものであってもよい。第2変形例に示す場合であっても、端部121dから噴射される固体微粒子の量は増加するので、均一な膜厚のy軸方向の長さを増加させることができる。
(1-2) FIG. 6B shows a second modification of the shape of the
(1−3)図6(c)に開口部121の形状の第3変形例を示す。第3変形例では、終端部300のz軸方向の長さが、開口部121の中点Cを通るy軸を中心線として、z軸+方向と−方向とで異なる長さを有する。この場合であっても、端部121dの終端部300では実施の形態の場合と同様に、混合流体の流速低下が抑制される。
(1-3) FIG. 6C shows a third modification of the shape of the
(1−4)図6(d)に開口部121の形状の第4変形例を示す。第4変形例では、第1接続部301を構成する第1構成部303と第2構成部304とは、同一の直線状に形成され、第1構成部303と終端部300とが平行となるように形成されていない。また、第2接続部302を構成する第3構成部305と第4構成部306とは、同一の直線状に形成され、第1構成部303と終端部300とが平行となるように形成されていない。図6(d)では、第1接続部301および終端部300のy軸方向の間隔と、第2接続部302および終端部300のy軸方向の間隔とが、z軸上の位置が大きくなる程短くなるように形成されている。第4変形例に示す場合であっても、端部121dから噴射される固体微粒子の量が増加するので、均一な膜厚のy軸方向の長さを増加させることができる。さらには、図7(a)に示すように第1構成部303および第2構成部304からなる第1接続部301と、第3構成部305および第4構成部306からなる第2接続部302とが直線状に形成されたものではなく、yz平面上で曲線となるように形成されていてもよい。
(1-4) FIG. 6D shows a fourth modification of the shape of the
(1−5)図7(b)に開口部121の形状の第5変形例を示す。第5変形例では、第1接続部301を構成する第1構成部303が曲線となるように形成され、第2構成部304は直線状に形成される。また、第2接続部302を構成する第3構成部305が曲線となるように形成され、第4構成部306は直線状に形成される。第5変形例に示す場合であっても、端部121dから噴射される固体微粒子の量が増加するので、均一な膜厚のy軸方向の長さを増加させることができる。なお、第1構成部301のうち、第1延伸部200の端部P1との接続部位近傍については曲線をなし、第2構成部302との接続部位近傍については、終端部300と平行は直線状をなすものでもよい。
(1-5) FIG. 7B shows a fifth modification of the shape of the
(1−6)図7(c)に開口部121の形状の第6変形例を示す。第6変形例では、終端部300が、第1延伸部200および第2延伸部201が延在する方向に対して直角に形成されていない。すなわち第1延伸部200および第2延伸部201がy軸方向に沿って延在していない。この場合であっても、端部121dから噴射される固体微粒子の量が増加するので、均一な膜厚のy軸方向の長さを増加させることができる。また、図示はしないが、第1延伸部200および第2延伸部201が直線状に形成されたものでなくてもよい。たとえば、第1延伸部200および第2延伸部201が1.6mmの間隔を維持した状態で、yz平面上で湾曲した形状を有していてもよい。
(1−7)開口部121の形状として、上記の第1〜第6変形例を適宜組み合わせた形状となるように形成されてもよい。
(1-6) FIG. 7C shows a sixth modification of the shape of the
(1-7) The shape of the
(2)開口部121の各部の寸法は実施の形態のものに限定されるものではない。各部の寸法は、固体微粒子の材質・粒径に応じて、端部121dから噴射される混合流体の流速が中央部121cから噴射される混合流体の流速をほぼ同一となるように決定されればよい。
(2) The dimensions of each part of the
(3)噴射加工装置1から電極基材に固体微粒子を噴射して電極材料の膜を形成させるものに限定されない。たとえば、基材の被加工面に噴射した固体微粒子によって電気配線層を形成するものでもよい。
(3) It is not limited to what forms the film | membrane of an electrode material by injecting a solid fine particle from the
また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。説明に用いた実施の形態および変形例は、それぞれを適宜組み合わせて構成しても構わない。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment as long as the characteristics of the present invention are not impaired, and other forms conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also within the scope of the present invention. included. The embodiments and modifications used for the description may be configured by appropriately combining them.
1 噴射加工装置、 10 ノズルユニット、
12 噴射ノズル、 14、14a、14b 加速ガス導入路、
15 微粒子供給路、 121 開口部、
121c 中央部、 121d 端部、
200 第1延伸部、 201 第2延伸部、
300 終端部、 301 第1接続部、
302 第2接続部、 303 第1構成部、
304 第2構成部、 305 第3構成部、
306 第4構成部
1 injection processing device, 10 nozzle unit,
12 injection nozzles, 14, 14a, 14b acceleration gas introduction path,
15 fine particle supply path, 121 opening,
121c center part, 121d end part,
200 first stretching section, 201 second stretching section,
300 terminal part, 301 first connection part,
302 second connection section, 303 first configuration section,
304 second component, 305 third component,
306 Fourth component
Claims (18)
前記開口部を決定する外周は、
第1の間隔を維持して長手方向へ延伸する一対の延伸部と、
前記一対の延伸部の端部の近傍に設けられ、前記長手方向に対して所定角度方向に直線をなす終端部と、
一方の前記延伸部の端部と前記終端部の一方の端部とを接続する第1接続部と、他方の前記延伸部の端部と前記終端部の他方の端部とを接続する第2接続部と、を有し、
前記終端部のうち少なくとも一方の長さは、前記第1の間隔よりも長いことを特徴とする噴射用ノズル。 An injection nozzle provided with an opening for injecting a mixed fluid of particles and gas,
The outer periphery that determines the opening is:
A pair of extending portions extending in the longitudinal direction while maintaining the first interval;
A terminal portion that is provided in the vicinity of the end portions of the pair of extending portions and forms a straight line in a predetermined angular direction with respect to the longitudinal direction;
A first connecting portion connecting an end of one of the extending portions and one end of the terminating portion, and a second connecting the end of the other extending portion and the other end of the terminating portion. A connecting portion,
The length of at least one of the said termination | terminus parts is longer than the said 1st space | interval, The nozzle for injection characterized by the above-mentioned.
前記一対の延伸部は、前記長手方向に直線状に延伸することを特徴とする噴射用ノズル。 The injection nozzle according to claim 1,
The pair of extending portions extend in a straight line in the longitudinal direction, and the jet nozzle.
前記終端部は、前記開口部の前記長手方向の中心線から前記所定角度方向に沿って逆方向に等分されることを特徴とする噴射用ノズル。 In the nozzle for injection according to claim 1 or 2,
The nozzle for injection is characterized in that the terminal portion is equally divided in the opposite direction along the predetermined angle direction from the center line in the longitudinal direction of the opening.
前記所定角度は、前記長手方向に対して直角であることを特徴とする噴射用ノズル。 In the injection nozzle according to any one of claims 1 to 3,
The nozzle for injection according to claim 1, wherein the predetermined angle is perpendicular to the longitudinal direction.
前記第1接続部は、第1構成部および第2構成部によって構成され、
前記第1構成部は、前記一方の延伸部の端部と接続され、前記所定角度方向に延在し、
前記第2構成部は、前記第1構成部と前記終端部の前記一方の端部とを接続し、
前記終端部と前記第1構成部とは第2の間隔を有することを特徴とする噴射用ノズル。 In the nozzle for injection according to any one of claims 1 to 4,
The first connecting part is constituted by a first constituent part and a second constituent part,
The first component is connected to an end of the one extending portion and extends in the predetermined angular direction.
The second component connects the first component and the one end of the terminal end,
The nozzle for injection, wherein the terminal portion and the first component portion have a second interval.
前記第2接続部は、第3構成部および第4構成部によって構成され、
前記第3構成部は前記他方の延伸部の端部と接続され、前記所定角度方向に延在し、
前記第4構成部は、前記第3構成部と前記終端部の前記他方の端部とを接続し、
前記終端部と前記第3構成部とは前記第2の間隔を有することを特徴とする噴射用ノズル。 The injection nozzle according to claim 5,
The second connecting part is constituted by a third constituent part and a fourth constituent part,
The third component is connected to an end of the other extending portion, extends in the predetermined angle direction,
The fourth component connects the third component and the other end of the terminal portion,
The nozzle for injection, wherein the terminal portion and the third component portion have the second interval.
前記第1構成部および前記第3構成部は、前記所定角度方向に平行に直線状をなすことを特徴とする噴射用ノズル。 The injection nozzle according to claim 6,
The jet nozzle, wherein the first component and the third component are linearly parallel to the predetermined angle direction.
前記一対の延伸部の2つの端部近傍に設けられた前記終端部の長さは、いずれも前記第1の間隔よりも長いことを特徴とする噴射用ノズル。 In the nozzle for injection according to any one of claims 1 to 7,
The length of the termination | terminus part provided in the vicinity of the two end parts of the pair of extending parts is longer than the first interval.
前記第2の間隔は、前記第1の間隔よりも短いことを特徴とする噴射用ノズル。 In the nozzle for injection according to any one of claims 5 to 6,
The injection nozzle, wherein the second interval is shorter than the first interval.
前記第2の間隔は、0.4mm〜0.8mmであることを特徴とする噴射用ノズル。 The injection nozzle according to claim 9,
The nozzle for injection, wherein the second interval is 0.4 mm to 0.8 mm.
前記第1の間隔は、2mm以下であることを特徴とする噴射用ノズル。 In the nozzle for injection according to any one of claims 1 to 10,
The nozzle for injection, wherein the first interval is 2 mm or less.
前記終端部の長さは、前記第1の間隔よりも2mm以上長いことを特徴とする噴射用ノズル。 In the nozzle for injection according to any one of claims 1 to 11,
The length of the said termination | terminus part is 2 mm or more longer than the said 1st space | interval, The nozzle for injection characterized by the above-mentioned.
前記開口部を決定する外周は、
第1の間隔を維持して長手方向へ直線状に延伸する一対の延伸部と、
前記一対の延伸部の一方の端部の近傍に設けられ、前記長手方向に対して直角に直線状をなす第1終端部と、
一方の前記延伸部の前記一方の端部と接続され、前記第1終端部と前記第1の間隔よりも短い第2の間隔を維持して直線状をなす第1構成部と、前記第1構成部と前記第1終端部の一方の端部と接続する第2構成部とによって構成される第1接続部と、
他方の前記延伸部の前記一方の端部と接続され、前記第1終端部と前記第2の間隔を維持して直線状をなす第3構成部と、前記第3構成部と前記第1終端部の他方の端部とを接続する第4構成部とによって構成される第2接続部と、
前記一対の延伸部の前記他方の端部の近傍に設けられ、前記長手方向に対して直角に直線状をなす第2終端部と、
前記一方の延伸部の前記他方の端部と接続され、前記第2終端部と前記第2の間隔を維持して直線状をなす第5構成部と、前記第5構成部と前記第2終端部の一方の端部とを接続する第6構成部とによって構成される第3接続部と、
前記他方の延伸部の前記他方の端部と接続され、前記第2終端部と前記第2の間隔を維持して直線状をなす第7構成部と、前記第7構成部と前記第2終端部の他方の端部とを接続する第8構成部とによって構成される第4接続部と、を有し、
前記第1終端部および前記第2終端部の長さは前記第1の間隔よりも長く、前記開口部の前記長手方向の中心線から前記所定角度方向に沿って逆方向に等分されることを特徴とする噴射用ノズル。 An injection nozzle provided with an opening for injecting a mixed fluid of particles and gas,
The outer periphery that determines the opening is:
A pair of extending portions extending linearly in the longitudinal direction while maintaining the first interval;
A first terminal portion provided in the vicinity of one end of the pair of extending portions and linearly formed at right angles to the longitudinal direction;
A first component connected to the one end of one of the extending portions and maintaining a second interval shorter than the first end portion and the first interval; A first connecting part constituted by a constituent part and a second constituent part connected to one end of the first terminal part;
A third component which is connected to the one end of the other extension portion and forms a straight line while maintaining the second distance from the first terminal, and the third component and the first terminal A second connecting portion configured by a fourth component that connects the other end of the portion;
A second terminal portion provided in the vicinity of the other end portion of the pair of extending portions, and having a linear shape perpendicular to the longitudinal direction;
A fifth component which is connected to the other end of the one extending portion and maintains a straight line with the second end portion, and the fifth component and the second end A third connecting part constituted by a sixth constituent part for connecting one end of the part;
A seventh component that is connected to the other end of the other extending portion and is linear with the second termination, maintaining the second distance; and the seventh component and the second termination And a fourth connecting part configured by an eighth constituent part that connects the other end of the part,
The lengths of the first terminal end and the second terminal end are longer than the first interval, and are equally divided in the opposite direction along the predetermined angular direction from the longitudinal center line of the opening. Nozzle for injection characterized by.
粒子収容部に収容された前記粒子を前記噴射用ノズルへ導入する第1導入部と、
前記噴射部に導入された前記微粒子を加速するための加速用気体を、前記噴射用ノズルに導く第2導入部と、を備えることを特徴とする噴射加工装置。 A nozzle for injection according to any one of claims 1 to 13,
A first introduction part for introducing the particles contained in the particle accommodation part into the ejection nozzle;
An injection processing apparatus comprising: a second introduction unit that guides an acceleration gas for accelerating the fine particles introduced into the injection unit to the injection nozzle.
前記開口部に対向して配置した基材に前記粒子を衝突させて、前記基材の被加工面に前記粒子を付着させることを特徴とする噴射加工装置による噴射加工方法。 A mixed fluid of the particles and the gas is injected from the opening of the injection processing device according to claim 14,
An injection processing method using an injection processing apparatus, wherein the particles collide with a base material arranged to face the opening, and the particles are attached to a processing surface of the base material.
前記開口部と前記基材とを、前記開口部の長手方向に対する前記所定角度の方向に沿って相対的に移動させることを特徴とする噴射加工装置による噴射加工方法。 In the injection processing method by the injection processing apparatus according to claim 15,
An injection processing method using an injection processing apparatus, wherein the opening and the base material are relatively moved along a direction of the predetermined angle with respect to a longitudinal direction of the opening.
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