TWI845983B

TWI845983B - 臥式研磨機轉子、研磨珠驅動裝置以及臥式研磨機

Info

Publication number: TWI845983B
Application number: TW111125921A
Authority: TW
Inventors: 陳懋松; 陳葦倫; 賴鴻政; 張曾隆
Original assignee: 鴻海精密工業股份有限公司; 芯量科技股份有限公司
Priority date: 2022-07-11
Filing date: 2022-07-11
Publication date: 2024-06-21
Also published as: TW202402456A

Abstract

本發明涉及一種臥式研磨機轉子，其包括：研磨環、多重葉片和中心體，所述研磨環、多重葉片和中心體通過3D列印技術列印形成，所述多重葉片位於所述研磨環和所述中心體之間，所述各個葉片間隔設置且兩兩成對，兩兩成對的葉片相對於所述中心體對稱，且每個葉片的至少一側設置有一個或多個棒銷。另外，本發明還涉及一種包括上述臥式研磨機轉子的研磨珠驅動裝置以及臥式研磨機。

Description

臥式研磨機轉子、研磨珠驅動裝置以及臥式研磨機

本發明涉及一種臥式研磨機轉子、研磨珠驅動裝置以及臥式研磨機。

在碳基負極活性材料中，初始充電/放電過程中(活化過程)期間，會在負極活性材料表面形成固體電解質界面(SEI層)，因此導致初始不可逆現象。同時，連續的充放電過程，SEI層會持續崩解與再次形成，過程中消耗電解液，從而降低了電池容量及循環表現。另一方面，矽雖然展現出4200mAh g^-1的高克電容量，但隨著循環的進行，體積膨脹率可以達到300%以上，這可能會加劇SEI層的形成帶來的問題，例如破壞電極結構，使電池內阻增加也使電解質副反應增加。

為了克服體積膨脹的困擾問題，可以透過材料的奈米化程序來降低體積膨脹現象。當前普遍可以便宜大量製備奈米矽顆粒的技術是研磨加工法，其中又以臥式研磨機的適用性最廣。然而加工矽料過程中，尚須克服矽漿料的稠化，矽漿料的稠化將使得漿料難以繼續研磨，而無法達到最佳化的顆粒尺寸。

目前，臥式研磨機一般採用圓盤式或類圓盤式結構，在動力驅動下，主軸與圓盤高速旋轉，帶動研磨珠旋轉，對物料產生碰撞和輾壓作用，來使顆粒破碎。這種驅動裝置的缺點在於，研磨珠在圓盤與圓盤之間的區域線速度慢、動能差，使得研磨效果不佳。

而且，當前研磨機在進行矽漿料研磨時，固含率很難超過10%，由於無法克服矽漿料的稠化現象，導致研磨時的固含率以及研磨珠填充率受限。當矽漿料發生稠化，這時便需要採用轉子來持續驅動漿料，達到研磨效果。現有的臥式研磨機一般採用氧化鋯或碳化矽驅動轉子，然而，一旦氧化鋯或碳化矽驅動轉子因碰撞造成裂痕，則很容易在加工過程中發生破裂。鑒於矽碳複合材料的高單價，若在加工過程中發生破裂，將造成較大的生產損失；雖然可以定期更換轉子，但轉子相當昂貴，存在提高設備備品成本的問題。

有鑒於此，確有必要提供一種研磨時，矽漿料固含率較高，研磨效率較高，研磨效果優異且成本相對較低的臥式研磨機轉子、研磨珠驅動裝置以及臥式研磨機。

根據本發明一實施態樣，提供一種臥式研磨機轉子，其包括：研磨環、多重葉片和中心體，所述研磨環、多重葉片和中心體通過3D列印技術列印形成，所述多重葉片位於所述研磨環和所述中心體之間，所述各個葉片間隔設置且兩兩成對，兩兩成對的葉片相對於所述中心體對稱，且每個葉片的至少一側設置有一或多個棒銷。

根據本發明另一實施態樣，提供一種研磨珠驅動裝置，其包括：轉軸以及多組轉子，所述多組轉子間隔設置於所述轉軸，所述多組轉子至少為兩組轉子，每組轉子包括至少兩個上述轉子。

根據本發明又一實施態樣，提供一種臥式研磨機，其包括研磨筒和上述研磨珠驅動裝置，所述研磨珠驅動裝置安裝在所述研磨筒內，所述研磨筒的旋轉方向與所述研磨珠驅動裝置中轉軸的旋轉方向相反。

相較於先前技術，本發明的臥式研磨機轉子、研磨珠驅動裝置以及臥式研磨機具有多重葉片間隔設置的設計，可以增加高固含率漿料的攪動能力；葉片上設置有棒銷，可以增加研磨珠有效碰撞機率，提高其線速度，改善研磨效率；多重葉片相對於中心體兩兩對稱設置的設計，作成水車渦流應用，可以增加漿料在黏度上升時的流動性和渦流性，因此，使用本發明轉子可以使矽料研磨的固含率大於15%且使待研磨顆粒達到奈米級。轉子利用3D列印技術進行列印，可以延長壽命，實現定期更換轉子，同時降低設備備品成本。

10:臥式研磨機轉子

11:研磨環

12:葉片

13:中心體

120:棒銷

130:孔

131:鍵槽

132:插銷

20:研磨珠驅動裝置

21:轉軸

圖1為本發明實施例提供的臥式研磨機轉子的主視圖。

圖2為本發明實施例提供的臥式研磨機轉子的右視圖。

圖3為本發明實施例提供的臥式研磨機轉子的俯視圖。

圖4為本發明實施例提供的臥式研磨機的研磨珠驅動裝置的主視圖。

圖5為本發明實施例提供的臥式研磨機的研磨珠驅動裝置的左視圖。

圖6為利用本發明實施例提供的臥式研磨機研磨出的矽奈米顆粒粒徑分布圖。

下面根據說明書隨附圖式並結合具體實施例對本發明的技術方案進一步詳細表述。

本發明實施例提供一種臥式研磨機轉子。臥式研磨機轉子包括研磨環、多重葉片和中心體，研磨環、多重葉片和中心體通過3D列印技術列印形成。

在本發明一些實施例中，多重葉片位於研磨環和中心體之間，各個葉片間隔設置且兩兩成對，兩兩成對的葉片相對於中心體對稱，多重葉片的數量為偶數，可以為兩個、四個、六個、八個等等。中心體的中心開設有孔，中心體臨近孔的內壁上開設有鍵槽，孔和鍵槽用於將轉子安裝至臥式研磨機的轉軸。每個葉片的一側或兩側分別設置有一個或多個棒銷，棒銷的形狀不設限，可以為圓柱狀突起，也可以設計為其他形狀。棒銷的數量根據葉片的強度以及臥式研磨機的尺寸和容積等決定。臥式研磨機的轉子材質可以是高強度的塑鋼材料(如ABS)、人造陶瓷、碳纖維等。在本發明一些實施例中，臥式研磨機的轉子表面進一步設置有包覆層，該包覆層的材料可以為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、或聚丙烯(PP)，避免生產汙染。

請一併參閱圖1~圖3，本發明的一個實施例提供一種臥式研磨機轉子10。臥式研磨機轉子10包括研磨環11、四重葉片12和中心體13，研磨環11、四重葉片12和中心體13通過3D列印技術列印形成，其材質是人造陶瓷。

四重葉片12位於研磨環11和中心體13之間，各個葉片12間隔設置，即轉子葉片部分是鏤空的，葉片12兩兩成對，兩兩成對的葉片12相對於中心體13對稱。中心體13的中心開設有孔130，中心體13臨近孔131的內壁上開設有相對設置的兩個鍵槽131，該孔130和鍵槽131用於將轉子10安裝至研磨機轉軸。每個葉片12的一側設置有三個棒銷120，棒銷120的形狀為圓柱突起。在中心體13靠近各個葉片12的部分設置有插銷132。在本實施例中，所述插銷132與葉片12的棒銷120位於同一直線上，該插銷132用於將該轉子10設置、合併、及安裝至另一個轉子10。該臥式研磨機轉子10的表面設置有包覆層(圖未示)，該包覆層為PTFE層，可以避免生產汙染。可以理解，該臥式研磨機轉子10的表面也可以不設置包覆層。

本發明的一個實施例的臥式研磨機轉子，多重葉片間隔設置的設計可以增加高固含率漿料的攪動能力。葉片上設置有棒銷，可以增加研磨珠有效碰撞機率，提高其線速度。多重葉片相對於中心體兩兩對稱設置的設計，作成水車渦流應用，可以增加漿料在黏度上升時的流動性和渦流性，因此該轉子可以使矽料研磨的固含率大於15%。轉子利用3D列印技術進行列印，再於轉子表面包覆一層包覆層，可以延長壽命，即使部分的包覆材料發生剝落，由於矽碳材料後續仍須經過燒結處理，包覆材料的剝落並不影響矽碳材料特性，因此可以實現定期更換轉子，同時維持生產品質。並且，轉子3D列印的材質是高強度的塑鋼材料(如ABS)、人造陶瓷、碳纖維等，能夠承受2600rpm以上的轉速。

請一併參閱圖4和圖5，本發明的一個實施例提供一種研磨珠驅動裝置20。研磨珠驅動裝置20包括轉軸21以及多組轉子，多組轉子間隔設置於所述轉軸。多組轉子至少為兩組轉子，每組轉子包括至少兩個如上所述的轉子10。該轉軸21開設有相對設置的兩個鍵槽(圖未示)，該兩個鍵槽與轉子10的鍵槽131一一對應設置，通過鍵將轉子10安裝至轉軸21。當然，也可以採用其他方式將轉子10安裝至轉軸21，那麼需要對應設計轉子10和轉軸21的結構。

本實施例中，所述轉軸21共安裝有三組轉子，各組轉子之間間隔設置，每組轉子包括兩個轉子10，這兩個轉子10之間通過插銷132固定。其中一個轉子10的葉片12位於另一個轉子10的相鄰兩個葉片12正中間，也就是說，兩個轉子10的各個葉片12等間隔設置。每組轉子中各個轉子10的葉片12僅在一側設置有棒銷120。

可以理解，多組轉子的組數至少為兩組以上，每組轉子的數量可以為兩個以上，每組轉子中的各個轉子之間通過插銷固定，當然，固定方式不限於此，也可以採用其他方式固定。有關轉軸上具體要安裝幾組轉子以及每組轉子的數量可以根據需求來決定。每組轉子中各個轉子的葉片可以只在一側設置有棒銷，當然，如果能避免干涉，在葉片的兩側均設置棒銷更優。

另外，本發明的一個實施例提供一種臥式研磨機(圖未示)。臥式研磨機包括研磨筒和上述研磨珠驅動裝置。所述研磨筒具有進料口和出料口，所述研磨珠驅動裝置安裝在所述研磨筒內，該研磨筒的旋轉方向與所述研磨珠驅動裝置中轉軸的旋轉方向相反。在本實施例中，每組轉子中僅靠近出料口方向的一個轉子設置有棒銷，棒銷分別設置在轉子靠近出料口的一側。

由於每個轉子的3D列印時間不超過24小時，所以可以大大降低轉子備品的庫存成本。

另外，本發明的一個實施例提供一種矽碳複合材料製備方法，在上述臥式研磨機中，填入合適的研磨珠，加入半導體等級(>10um)的矽作為矽源，加入保護性溶劑，該保護性溶劑為醇類例如二甘醇或油類，然後進行研磨，使半導體等級的矽成功奈米化，並且固含率大於15%。

請參照圖6，橫坐標為顆粒粒徑，右邊縱軸代表累積百分比，左邊縱軸代表對應粒徑的顆粒含量。從圖6可以看出，藉由本發明的一個實施例的臥式研磨機可以得到粒度集中的矽奈米顆粒，具有小於0.8之跨度(SPAN=

)。

然後，再加入一種以上的碳源，在奈米矽表面進行均質化包覆，該碳源例如為石墨、石墨烯、碳黑、瀝青、奈米碳管等，在包覆過程中引入高分子材料，諸如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、N-烯丙基-(2-乙基黃原酸基)丙醯胺(NAPA)、二甲基甲醯胺(DMF)、或羧甲基纖維素(CMC)等，使高黏度漿料得以實現，以碳源成功包覆奈米矽，得到奈米等級矽碳複合材料。

本發明實施例的矽碳複合材料製備方法通過研磨來實現矽碳複合材料的自組裝堆疊，可以提高電化學特性。本發明實施例的研磨珠驅動裝置在驅動研磨珠的過程中，能夠均勻攪動漿料，增加研磨珠有效碰撞的頻率，改善研磨效率，在奈米矽的比表面積持續上升的同時，還能維持漿料循環的流暢度，帶動漿料，使得矽顆粒大小達到設定的粒徑。同時，通過3D列印技術來列印轉子，所以轉子能夠作為定期更換的耗材品，有利於降低庫存成本。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。