TWI747123B - 分散裝置與漿料分散系統 - Google Patents

Abstract

一種分散裝置，包括一容器與一多孔分散結構。容器具有一第一容置空間。多孔分散結構具有至少三個多孔分散層，並具有一第二容置空間，其中多孔分散結構位於容器的第一容置空間中。

Description

分散裝置與漿料分散系統

本發明係關於一種分散裝置與漿料分散系統，特別係有關於一種具有包含複數層之多孔分散結構的分散裝置與漿料分散系統。

漿料(例如活性物或碳黑)因具高表面積和高結構等特性，在溶液中容易聚集成團而難以製備均勻分散之漿料。傳統技術進行漿料分散會有死角區，使漿料產生大顆粒聚集、不均勻、沈降，因而，降低穩定性和儲存安定性且亦可能導致漿料損失或配比變化。或者，以奈米研磨製備成奈米粒徑等級之漿料，可能因內部凝聚作用而在儲存、運輸過程中又再度聚集成較大顆粒，使得漿料之物性(如黏度或粒徑分佈)發生變化而偏離初始之均勻分散狀態，以致後續應用產生變異。此外，漿料經靜置一段時間後，其黏度相較於在初始時間時之漿料之黏度會有較大之變異，也影響後續的應用。因此，亟需一種漿料分散裝置，以提供均勻分散的漿料。

本發明之一實施例提供一種分散裝置，包括一容器與一多孔分散結構。容器具有一第一容置空間。多孔分散結構具有至少三個多孔分散層，並具有一第二容置空間，其中多孔分散結構位於容器的第一容置空間中。

於一實施例中，前述多孔分散結構包含：一第一多孔分散層，具有一第一孔洞尺寸；一第二多孔分散層，具有一第二孔洞尺寸；以及一第三多孔分散層，具有一第三孔洞尺寸，其中第二孔洞尺寸與第一孔洞尺寸或第三孔洞尺寸不同。

於一實施例中，前述第二多孔分散層位於第一多孔分散層與第三多孔分散層之間，且第二孔洞尺寸小於第一孔洞尺寸及第三孔洞尺寸。

於一實施例中，前述第一孔洞尺寸大於第三孔洞尺寸。

於一實施例中，前述第一孔洞尺寸、第二孔洞尺寸及第三孔洞尺寸的比例介於 3.1：1：2.1至12：1：3之間。

於一實施例中，前述第一孔洞尺寸小於第三孔洞尺寸。

於一實施例中，前述第一孔洞尺寸、第二孔洞尺寸及第三孔洞尺寸比例介於2.1：1：3.1至3：1：12之間。

於一實施例中，前述第二多孔分散層的厚度介於50µm~500µm之間。

於一實施例中，前述第一孔洞、第二孔洞和第三孔洞的中心線位於同一軸線上，且軸線係垂直於多孔分散結構的一中心軸。

於一實施例中，前述多孔分散結構的具有一中心軸，其中在垂直於多孔分散結構的中心軸的方向上，第一多孔分散層的一第一孔洞、第二多孔分散層的一第二孔洞與第三多孔分散層的一第三孔洞至少部分重疊。

於一實施例中，前述多孔分散結構的其中一個多孔分散層具有兩個區域：一第一區域與一第二區域，係沿多孔分散結構的一中心軸排列，且前述其中一個多孔分散層具有位於第一區域之複數個第一孔洞，以及位於第二區域之複數個第二孔洞，其中第一孔洞的形狀不同於第二孔洞的形狀。

於一實施例中，前述第一區域與第二區域的面積比為3:7~7:3。

於一實施例中，前述多孔分散結構的其中一個多孔分散層具有不同孔洞尺寸之複數個孔洞，且這些孔洞的尺寸沿第二容置空間的一開口方向上，依序遞減。

於一實施例中，前述多孔分散層的孔洞形狀具有多邊形，且多邊形介於三多邊形至七邊形之間。

本發明之一實施例提供一種漿料分散系統，用以分散一漿料，包括一旋轉裝置與一分散裝置。分散裝置用以容納漿料，包含：一容器與一多孔分散結構。容器設置於旋轉裝置上，並具有一第一容置空間。多孔分散結構具有至少三個多孔分散層，並具有一第二容置空間，且多孔分散結構位於容器的該第一容置空間中，其中，當旋轉裝置旋轉時，旋轉裝置帶動分散裝置旋轉以分散漿料。

有關本發明之裝置與系統適用之其他範圍將於接下來所提供之詳述中清楚易見。必須了解的是，下列之詳述以及具體之實施例，當提出有關裝置與系統之示範實施例時，僅作為描述之目的以及並非用以限制本發明之範圍。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)，具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是，這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。

請參閱第1圖，第1圖係表示本發明一實施例之漿料分散系統100的示意圖。漿料分散系統100可用以將一漿料(例如包含溶劑和碳黑或鋰電池活性物質或黏結劑或添加劑等)分散成較小顆粒。漿料分散系統100包括一旋轉裝置10與一分散裝置20，分散裝置20設置於旋轉裝置10上。旋轉裝置10可為一旋轉平台，用以旋轉分散裝置20，而分散裝置20內可裝載前述漿料。當分散裝置20裝載漿料，並藉由旋轉裝置10對分散裝置20旋轉，如此可將漿料進行分散。以下將詳細說明前述漿料分散系統100之結構。

關於漿料分散系統100之分散裝置20，其包含一容器21與一多孔分散結構22，容器21可為一具有圓柱形外觀的裝載器，可裝載漿料SL，並具有一第一容置空間SP1，而多孔分散結構22則設置於第一容置空間SP1內。於一些實施例中，多孔分散結構22具有結合部22J，沿垂直(及包含大致垂直)於分散裝置20的一主軸20C的方向延伸，連接容器21與多孔分散結構22，以使多孔分散結構22架設在的邊緣。於一些實施例中，結合部22J可與容器21的邊緣構成一卡合機構，以卡合的方式結合；於另一些實施例中，結合部22J包含有鎖固孔和結合件，透過鎖附的方式架設在容器21。

關於漿料分散系統100之旋轉裝置10，其可為一行星式旋轉機構。如第2圖所示，透過設置於旋轉裝置10的帶動，分散裝置20能夠圍繞其主軸20C旋轉，如第一旋轉方向D1。此外，旋轉裝置10亦能夠帶動分散裝置20沿一第二旋轉方向D2旋轉。如此，漿料分散系統100即具有自轉(沿第一旋轉方向D1)與公轉(沿第二旋轉方向D2)之效果。於一些實施例中，前述第一旋轉方向D1和第二旋轉方向D2可各為順時針或是逆時針旋轉，亦或是第一旋轉方向D1和第二旋轉方向D2同時可以相同轉向或是相反轉向進行製程，大幅強化分散漿料SL的能力。於一些實施例中，如第2圖所示，分散裝置20可更包括一外蓋23，設置於容器21上。

請參閱第1及3圖，於本實施例中，前述多孔分散結構22具有複數個多孔分散層：一第一多孔分散層221、一第二多孔分散層222與一第三多孔分散層223，三者彼此相鄰，第二多孔分散層222位於第一多孔分散層221與第三多孔分散層223之間，且第一~第三多孔分散層221~223依序圍繞多孔分散結構22的中心軸22C，以形成一第二容置空間SP2，且第二容置空間SP2具有一開口OP。

繼續參閱第1、3圖，多孔分散結構22具有一第二容置空間SP2，初始漿料SL放置於第二容置空間SP2，當進行漿料分散程序時，藉由旋轉製程或是相對運動，漿料SL會從第二容置空間SP2經過多孔分散結構22的各多孔分散層221~223而至第一容置空間SP1，並迴流至第二容置空間SP2內，依此方式在第一、第二容置空間SP1、SP2之間來回重複進行漿料分散，透過多孔分散結構22的各多孔分散層221~223可將漿料SL分散成較小顆粒，以達分散漿料之目的。另外，多孔分散結構22具有一骨架22BD，可用以支撐前述複數多孔分散層221~223，有利於三者貼合或相鄰，並可強化多孔分散結構22的整體結構強度。

而關於多孔分散結構22之詳細而言，每一多孔分散層221~223皆具有複數個孔洞(或稱為開孔)：複數個第一孔洞221H、複數個第二孔洞222H、複數個第三孔洞223H。其中，第二孔洞222H的孔洞尺寸(或孔洞最大長度)是小於第一孔洞221H和第三孔洞223H的孔洞尺寸。也就是說，在中間層的第二多孔分散層222具有最小的孔洞。於一些實施例中，第一、第二、第三多孔分散層221、222、223的孔洞相對尺寸大小為：大-小-中。於一些實施例中，第一、第二、三孔洞221H、222H、223H的孔洞尺寸比例為3.1：1：2.1至12：1：3。

於一些實施例中，第一、第二、第三多孔分散層221、222、223的孔洞相對尺寸大小為：中-小-大。也就是說，最內層的第一多孔分散層221具有次大孔洞221H，中間層的第二多孔分散層222具有最小孔洞222H，而最外層的第三多孔分散層223具有最大孔洞223H。於一些實施例中，第一、第二、三孔洞221H、222H、223H所具有的第一、第二、第三孔洞尺寸大小比例為2.1：1：3.1至3：1：12。

如第4圖所示，當進行漿料分散程序時，靠近中心軸22C的漿料SL會依序通過第一多孔分散層221、第二多孔分散層222、第三多孔分散層223，即依序通過孔洞尺寸(或開孔尺寸)最大的第一孔洞221H、開孔尺寸最小的第二孔洞222H、開孔尺寸次之的第三孔洞223H。

透過前述多孔分散結構22具有三層，中間層孔洞尺寸最小(相對於兩側之分散層孔洞尺寸)，在執行漿料分散程序時，漿料SL依序通過這些孔洞221H、222H、223H會產生較強的紊動擴散作用，使得漿料分散系統100提供更均勻的剪切力，並可消除為小區域的流動死角，使漿料分散系統100的亂度有效提高，進而提高分散效率。於一些實施例中，第一多孔分散層221、第二多孔分散層222、第三多孔分散層223的開孔率(即總孔洞面積/分散層總面積)分別為15%~20%、1%~1.5%或5%~10%。於另一些實施例中，第一多孔分散層221、第二多孔分散層222、第三多孔分散層223的開孔率為17%, 1.4%, 7%。

如第5A圖所示，具有孔洞尺寸大-小-中排列的多孔分散結構22，具有高強度的渦流(vortex)，比起單層、雙層相同孔洞尺寸或是雙層具有不同孔洞尺寸的多孔分散結構，可產生更強的剪切力，進而提高分散效率。於本實施例中，前述各孔洞221H~223H的形狀為正方形，於其他實施例中可為圓形、橢圓形、長方形、多邊形，或其組合。在一些實施例中，多邊形可為三角形、四邊形、五邊形、六邊形或七邊形。當多邊形大於七個邊，其形成的渦流強度降低，不利於漿料分散。

第5B圖顯示本發明一實施例之一具有孔洞尺寸為150µm的第二多孔分散層222之第二孔洞222H，且未開洞區域面積(即封閉區域) : 孔洞尺寸面積 = 3 : 1。當此第二分散層厚度較大時，製程中使漿料可經歷較長的製程時間，可提高製程的效率;但若厚度過大將降低製程效率和減少產出，第二分散層厚度可例如為：50µm -500µm或100µm~300µm之間。於此配置下，渦流場的紊流可從孔洞的入口處延伸至後段出口開放區域，提供更優良的分散效果。

第6A~6C圖顯示不同類型之不同分散層之孔洞221H、222H、223H之間的排列關係與不同形狀的示意圖。如第6A圖，於一些實施例中，多孔分散結構22的第一、第二、第三孔洞221H、222H、223H於同一軸線AL(可垂直於多孔分散結構222的中心軸22C)上，即各自孔洞的中心線係為重合(coincide)，並具有同樣是正方形的孔洞形狀，可提供較強渦流場。於一些實施例中，孔洞221H、222H、223H的中心線至少有其中二者重合。

於一些實施例中，如第6B圖所示，第一、第二、第三孔洞221H、222H、223H可具有不同形狀之孔洞，且這些不同的孔洞221H、222H、223H的中心線互相重合，即位在同一軸線AL上。不同形狀可例如為正三角形、正方形與圓形等。

第6C圖則顯示於一些實施例中，第一、第二、第三孔洞221H、222H、223H的各自的中心線CL1、CL2、CL3不重合，亦即中心線CL1、CL2、CL3沒有在同一軸線上，但這些孔洞221H、222H、223H在垂直於多孔分散結構22的中心軸10C的方向上，係至少部分重疊。

於另一些實施例中，可搭配前述不同形狀之孔洞(如第6B圖)、孔洞的各自中心線重合於一軸線AL上(如第6A圖)、孔洞221H、222H、223H的中心線至少有其中二者重疊合、和孔洞的各自中心線雖未重合於一軸線AL上，但這些孔洞在垂直於多孔分散結構22的中心軸10C的方向上，至少部分重疊(如第6C圖)作組合。

第7圖係顯示本發明另一實施例之第二多孔分散層222’的局部示意圖。第二多孔分散層222’具有兩個區域：一第一區域A1與一第二區域A2，沿著多孔分散結構22的中心軸22C排列。第一區域A1中的孔洞222H’A具有正方形結構，而在第二區域A2中的孔洞222H’B具有圓形結構。如此，第二多孔分散層222’採用上、下區域配置不同形狀之孔洞，相對於完全相同孔洞形狀的多孔分散層而言，可更加強對漿料SL之擾動，提高漿料均勻性，或縮短執行分散程序時間，提升分散漿料效能。

於一些實施例中，前述第一區域A1與第二區域A2的面積比例可為3:7~7:3，例如：5:5。

於一些實施例中，前述第一、第三多孔分散層221、223亦可具有配置如第7圖中之第二多孔分散層222’在其不同區域配置有不同形狀之孔洞。

第8圖係顯示本發明另一實施例之第二多孔分散層222’’的局部及其渦流場的示意圖。第二多孔分散層222’’具有不同孔洞尺寸的孔洞222H’’A、222H’’B、222H’’C、222H’’D與222H’’E。上述不同尺寸的孔洞在遠離旋轉裝置10的方向，依序為孔洞222H’’A、222H’’B、222H’’C、222H’’D與222H’’E，其孔洞尺寸依序越來越小，即在遠離旋轉裝置10的方向上，其孔洞尺寸依序遞減。此種配置能夠產生相較於無順序(random)排列(即沒有順序地排列大小)的孔洞更具強大的渦流場。

於一些實施例中，前述第一、第三多孔分散層221、223亦可具有配置如第8圖中之第二多孔分散層222’’具有依序之孔洞尺寸排列。

第9圖係顯示本發明另一實施例之漿料分散系統200的示意圖。相較於第1圖中之漿料分散系統100，本實施例之漿料分散系統200更包括一攪動件50，設置於多孔分散結構22的第二容置空間SP2內。攪動件50可為一攪動棒，可連接於第2圖中之外蓋23，用以攪動漿料SL，可增加對漿料SL的擾動，藉以提升漿料分散系統200的分散漿料能力。

以上各實施例間之特徵只要不違背本發明揭露精神或互相衝突，均可混合搭配使用。

綜上所述，本發明一實施例提供一種分散裝置，包括一容器與一多孔分散結構。容器具有一第一容置空間。多孔分散結構具有至少三個多孔分散層，並具有一第二容置空間，其中多孔分散結構位於容器的第一容置空間中。

本發明另一實施例提供一種漿料分散系統，用以分散一漿料，包括：一旋轉裝置與一分散裝置。分散裝置用以容納漿料並包含一容器與一多孔分散結構。容器設置於旋轉裝置上，並具有一第一容置空間，多孔分散結構具有至少三個多孔分散層，並具有一第二容置空間，且位於容器的第一容置空間中。當該轉裝置旋轉時，旋轉裝置帶動分散裝置旋轉以分散該漿料。

本發明實施例至少具有以下其中一個優點或功效，透過具有至少三層之漿料分散層的多孔分散結構，使得對漿料的分散效果能夠提升，並所短分散程序時間，此外，藉由三層之分散層中的中間一層具有最小孔洞，可讓多孔分散結構具有更強的渦流場，產生更強力的紊流擾動，大幅提升對漿料的分散力。

在本說明書以及申請專利範圍中的序數，例如「第一」、「第二」等等，彼此之間並沒有順序上的先後關係，其僅用於標示區分兩個具有相同名字之不同元件。

上述之實施例以足夠之細節敘述使所屬技術領域之具有通常知識者能藉由上述之描述實施本發明所揭露之裝置，以及必須了解的是，在不脫離本發明之精神以及範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200:漿料分散系統 10:旋轉裝置 20:分散裝置 20C:主軸 21:容器 22:多孔分散結構 22BD:骨架 22C:中心軸 22J:結合部 221:第一多孔分散層 221H:第一孔洞 222、222’、222’’:第二多孔分散層 222H:第二孔洞 222H’A、222H’B、222H’’A、222H’’B、222H’’C、222H’’D、222H’’E:孔洞 223:第三多孔分散層 223H:第三孔洞 23:外蓋 50:攪動件 AL:軸線 A1:第一區域 A2:第二區域 CL1、CL2、CL3:中心線 D1:第一旋轉方向 D2:第二旋轉方向 OP:開口 SL:漿料 SP1:第一容置空間 SP2:第二容置空間

第1圖係表示本發明一實施例之漿料分散系統的示意圖。 第2圖係表示本分散裝置旋轉以分散漿料的示意圖。 第3圖係表示多孔分散結構有三層多孔分散層的展開示意圖。 第4圖係表示漿料依序通過第一孔洞、第二孔洞、第三孔洞的示意圖。 第5A圖係表示局部多孔分散結構與其渦流場的示意圖。 第5B圖係表示局部第二多孔分散層與其渦流場的示意圖。 第6A~6C圖係表示不同類型之孔洞之間的排列關係與不同形狀的示意圖。 第7圖係表示本發明另一實施例之第二多孔分散層的局部示意圖。 第8圖係表示本發明另一實施例之第二多孔分散層的局部與其渦流場的示意圖。 第9圖係表示本發明另一實施例之漿料分散系統的示意圖。

100:漿料分散系統

10:旋轉裝置

20:分散裝置

20C:主軸

21:容器

22:多孔分散結構

22BD:骨架

22C:中心軸

22J:結合部

OP:開口

SL:漿料

SP1:第一容置空間

SP2:第二容置空間

Claims (15)

1. 一種分散裝置，包括： 一容器，具有一第一容置空間；以及 一多孔分散結構，具有至少三個多孔分散層，並具有一第二容置空間，且該多孔分散結構位於該容器的該第一容置空間中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之分散裝置，其中該多孔分散結構包含： 一第一多孔分散層，具有一第一孔洞尺寸； 一第二多孔分散層，具有一第二孔洞尺寸；以及 一第三多孔分散層，具有一第三孔洞尺寸； 其中該第二孔洞尺寸與該第一孔洞尺寸或該第三孔洞尺寸不同。
3. 如申請專利範圍第2項所述之分散裝置，其中該第二多孔分散層位於該第一多孔分散層與該第三多孔分散層之間，且該第二孔洞尺寸小於該第一孔洞尺寸及該第三孔洞尺寸。
4. 如申請專利範圍第3項所述之分散裝置，其中該第一孔洞尺寸大於該第三孔洞尺寸。
5. 如申請專利範圍第4項所述之分散裝置，其中該第一孔洞尺寸、該第二孔洞尺寸及該第三孔洞尺寸的比例介於 3.1：1：2.1至12：1：3之間。
6. 如申請專利範圍第2項所述之分散裝置，其中該第一孔洞尺寸小於該第三孔洞尺寸。
7. 如申請專利範圍第6項所述之分散裝置，其中該第一孔洞尺寸、該第二孔洞尺寸及該第三孔洞尺寸比例介於2.1：1：3.1至3：1：12之間。
8. 如申請專利範圍第2項所述之分散裝置，其中該第二多孔分散層的厚度介於50µm~500µm之間。
9. 如申請專利範圍第2項所述之分散裝置，其中該第一孔洞、該第二孔洞和該第三孔洞的中心線位於同一軸線上，且該軸線垂直於該多孔分散結構的一中心軸。
10. 如申請專利範圍第2項所述之分散裝置，其中： 該多孔分散結構的具有一中心軸； 其中在垂直於該多孔分散結構的該中心軸的方向上，該第一多孔分散層的一第一孔洞、該第二多孔分散層的一第二孔洞與該第三多孔分散層的一第三孔洞至少部分重疊。
11. 如申請專利範圍第1項所述之分散裝置，其中該多孔分散結構的其中一個多孔分散層具有兩個區域：一第一區域與一第二區域，沿該多孔分散結構的一中心軸排列，且該其中一個多孔分散層具有位於該第一區域之複數個第一孔洞，以及位於該第二區域之複數個第二孔洞，其中該第一孔洞的形狀不同於該第二孔洞的形狀。
12. 如申請專利範圍第11項所述之分散裝置，其中該第一區域與該第二區域的面積比為3:7~7:3。
13. 如申請專利範圍第1項所述之分散裝置，其中該多孔分散結構的其中一個多孔分散層具有不同孔洞尺寸之複數個孔洞，且該些孔洞的尺寸沿該第二容置空間的一開口方向上，依序遞減。
14. 如申請專利範圍第1項所述之分散裝置，該些多孔分散層的孔洞形狀具有多邊形，且該多邊形介於三多邊形至七邊形之間。
15. 一種漿料分散系統，用以分散一漿料，包括： 一旋轉裝置；以及 一分散裝置，用以容納該漿料，包含： 一容器，設置於該旋轉裝置上，並具有一第一容置空間；以及 一多孔分散結構，具有至少三個多孔分散層，並具有一第二容置空間，且該多孔分散結構位於該容器的該第一容置空間中； 其中，當該旋轉裝置旋轉時，該旋轉裝置帶動該分散裝置旋轉以分散該漿料。

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