專利名稱：充氣粉末的正壓密實(shí)法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提高充氣粉末體積密度的工藝和裝置。例如，本發(fā)明可用于提高具有顯著商業(yè)價(jià)值的高度充氣的自由流動(dòng)無(wú)機(jī)金屬氧化物粉末的體積密度，例如，二氧化鈦顏料、當(dāng)前用于一次和二次可充電電池的絡(luò)合金屬氧化物(一般含有鋰金屬氧化物)以及此類絡(luò)合金屬氧化物和電池陰極組分中其他各種成分的混合物的體積密度。
處理和容納精細(xì)的、高度充氣的粉末在很多方面都存在問(wèn)題。例如，如果沒(méi)有事先將顏料除氣，就很難有效地將經(jīng)過(guò)高度處理的二氧化鈦顏料(例如一種設(shè)計(jì)用于水基乳膠涂料的)充填滿袋子或其他容器。由于顏料的體積密度相對(duì)低，因此容器通常只能填充至其容積的80-90％。通過(guò)靜置，顏料中滯留的空氣將經(jīng)過(guò)重力沉降的顏料顆粒間的曲折通道緩慢上升，在此過(guò)程中提高顏料的體積密度從而允許向容器中加入額外的顏料。然而，在連續(xù)制造和包裝過(guò)程中，填滿容器容積所需要的額外的時(shí)間和過(guò)程造成該方法效率低。此外，在連續(xù)裝袋過(guò)程中將固定的、預(yù)先確定量的顏料裝入每個(gè)袋中十分困難。類似地，由于材料中滯留的空氣，在電池艙或外殼中充填滿或以準(zhǔn)確量充填電池活性材料(例如陰極材料)很難實(shí)現(xiàn)。
用于除氣和壓緊自由流動(dòng)粉末的方法已有多種。例如，將粉末容器置于設(shè)備頂部，在充填容器時(shí)搖晃或振蕩容器。類似的技術(shù)包括將振蕩桿置于容器內(nèi)以驅(qū)散滯留的空氣。過(guò)去采用的其他方法包括采用壓縮裝置壓縮容器及其中的粉末以擠出粉末中存在的空氣，以及在充填過(guò)程中將一個(gè)與真空系統(tǒng)連接的多孔管放入容器中以排除其中的空氣。所有這些方法都有著嚴(yán)重的缺陷。例如，雖然采用多孔管去除存在的空氣在短時(shí)間內(nèi)奏效，但是由于很多粉末的顆粒體積細(xì)小，管中的孔最終會(huì)被堵塞。
多年來(lái)在商業(yè)中采用的一種技術(shù)是真空密實(shí)。在真空密實(shí)方法中，將需要除氣的粉末置于一個(gè)與真空源連接的容器中，隨后將真空開(kāi)啟至需要的水平。在獲得所需真空水平后，關(guān)閉控制真空源的閥門并將通向容器的第二個(gè)閥門打開(kāi)使得容器中的壓力迅速平衡恢復(fù)至大氣壓。該方法可壓緊粉末。
遺憾的是，和迄今為止采用的其他粉末除氣方法一樣，真空密實(shí)也存在缺陷。例如，真空系統(tǒng)需要精細(xì)的過(guò)濾系統(tǒng)，安裝該系統(tǒng)通常比較昂貴；許多粉末制造工廠都沒(méi)有真空系統(tǒng)；此外，真空系統(tǒng)還受到大氣壓(大約15psig(1kg/cm2，氣壓計(jì)))的限制。
在真空密實(shí)方法中，當(dāng)真空室中的壓力降低時(shí)粉末只以很小的程度壓縮。但是，當(dāng)空氣迅速流入至已經(jīng)去除空氣的容器中時(shí)，通過(guò)解除真空而最終將除氣材料壓縮至顯著的程度。如果真空以足夠的速率解除，顏料頂部的空氣的迅速流入使得空氣來(lái)不及擴(kuò)散回顆粒間，于是顏料就壓縮至更小的體積。
目前已發(fā)現(xiàn)在封閉器皿中快速增加氣壓(例如空氣)也會(huì)造成容器中高度充氣的粉末密實(shí)化。因此，本發(fā)明提供了基于正壓提高充氣粉末體積密度的工藝。如以下討論中所述，運(yùn)用正壓系統(tǒng)來(lái)獲得理想的粉末密實(shí)擁有很多優(yōu)點(diǎn)。
一方面，本發(fā)明提供了一種提高充氣粉末體積密度的工藝。根據(jù)該工藝，將粉末置于容器中，隨后將裝有粉末的容器區(qū)域的氣壓以足夠的速率升至大氣壓以上的水平，從而在加壓氣體的主體部分?jǐn)U散至粉末中之前壓緊粉末。如下所解釋，氣壓必須升至大氣壓以上的水平以及為實(shí)現(xiàn)粉末壓實(shí)的顯著程度所需要的升壓速率將依賴于粉末的種類、容器的型號(hào)和其他參數(shù)而變化。
例如，在一應(yīng)用中，用以用本發(fā)明的工藝將預(yù)定體積的粉末裝于袋子或其它器具中。將粉末放于容器內(nèi)，隨后將裝有粉末的容器區(qū)域的氣壓以足夠的速率升至大氣壓以上的水平，從而使粉末的體積密度升至預(yù)定的水平，然后將預(yù)定量的壓緊的粉末從容器中移出放入器具中。此工藝可以在連續(xù)裝袋過(guò)程中將固定的、預(yù)先確定量的粉末等裝入每個(gè)袋子中。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，通過(guò)向容器中注入氣體而將裝有粉末的容器區(qū)域的氣壓升至大氣壓以上的水平。該氣體注入容器的速率足以在加壓氣體的主體部分?jǐn)U散至粉末中之前壓緊粉末。在所選擇的氣體不與粉末發(fā)生有害反應(yīng)或?qū)Υ肆鞒袒蜻M(jìn)行此流程的裝置產(chǎn)生負(fù)面影響的情況下，包括空氣在內(nèi)的各種氣體均可使用。優(yōu)選地，該注入的氣體是一種惰性氣體、空氣、氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳或氯氣?br> 可以根據(jù)本發(fā)明的工藝進(jìn)行密實(shí)的精細(xì)、高度充氣粉末例子包括無(wú)機(jī)金屬氧化物粉末如無(wú)機(jī)顏料(例如，二氧化鈦顏料)和電池活性材料。電池活性材料包括用于一次和二次可充電電池的無(wú)機(jī)金屬氧化物和金屬磷酸鹽粉末，如鋰金屬氧化物和鋰金屬磷酸鹽，包括其中的金屬為釩、錳、鎳、鈷、鐵或這些金屬的混合的那些磷酸鹽。在這些電池活性材料的晶體結(jié)構(gòu)中可能存在或不存在鋰。本發(fā)明特別適合密實(shí)鋰釩氧化物。同樣地，如以下實(shí)施例的說(shuō)明，電池活性材料和用于陰極組分中的其他組分的混合物也可以根據(jù)本發(fā)明的工藝進(jìn)行密實(shí)。
在另一具體實(shí)施方案中，用于提高充氣粉末體積密度的本發(fā)明的工藝包括將粉末置于容器中，該容器有第一末端及正對(duì)第一末端的第二末端。隨后將裝有粉末的容器區(qū)域的氣壓以足夠的率升至大氣壓以上的水平，從而在加壓氣體的主體部分?jǐn)U散至粉末中之前在容器第二末端將粉末壓緊。此后，該容器的第二末端打開(kāi)，于是造成容器的壓力降低，并且使得粉末通過(guò)容器的第二末端而從容器中排出。
本發(fā)明還包括制備水漿的一種工藝。根據(jù)此工藝，首先將粉末研磨或進(jìn)行其他處理。一般地，該研磨或其他處理程序會(huì)使粉末充氣，在粉末完全沉降之前，將粉末除氣而提高粉末的體積密度。在粉末體積密度提高之后，使粉末在液體介質(zhì)中擴(kuò)散。該除氣步驟使得粉末能在液體介質(zhì)中快速擴(kuò)散(就是說(shuō)，即使粉末沒(méi)有完全沉降，粉末也可以迅速擴(kuò)散進(jìn)液體介質(zhì)中)。如果不對(duì)粉末進(jìn)行除氣(經(jīng)過(guò)一段時(shí)間自然發(fā)生或根據(jù)本發(fā)明)，將大量的粉末以適時(shí)的方式擴(kuò)散進(jìn)入液體介質(zhì)就很難實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，粉末采用如上所述的正壓除氣系統(tǒng)除氣。
例如，上述工藝可用于將新鮮的液能研磨二氧化鈦顏料擴(kuò)散進(jìn)諸如水的合適液體中形成濃縮的顏料水漿。顏料體積密度的增加提高了該顏料“潤(rùn)濕”于水漿中的速率，從而加速了水漿的擴(kuò)散過(guò)程。該濃縮的顏料水漿隨后可以以一種相對(duì)快捷和簡(jiǎn)易的方法混合進(jìn)涂料配方中。
另一方面，本發(fā)明包括了用于實(shí)施本發(fā)明工藝的裝置。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，該裝置包括在壓力下裝粉末的容器，該容器具有第一末端和正對(duì)第一末端的第二末端。加壓裝置與容器相聯(lián)，以將裝有粉末的容器區(qū)域的氣壓以足夠的速率升至大氣壓以上的水平，從而在加壓氣體的主體部分?jǐn)U散至粉末中之前將粉末壓緊。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，該加壓裝置包括將氣體注入容器的裝置和壓縮的氣體源。
在另一具體實(shí)施方案中，本發(fā)明的裝置包括1)帶有分別形成入口和出口的第一末端和與之正對(duì)的第二末端的圓柱體；2)置于圓柱體內(nèi)部的以中心輻射形(hub-and-spoke)排列的旋轉(zhuǎn)密封裝置，于是充氣粉末可通過(guò)入口加入到由圓柱體內(nèi)相鄰的“輪輻”形成的粉末放置區(qū)域；以及3)加壓裝置包括將氣體注入容器的裝置和壓縮的氣體源。該設(shè)備可以旋轉(zhuǎn)，由此通過(guò)加壓裝置輸入的加壓氣體可以密實(shí)粉末放置區(qū)域內(nèi)的粉末。然后，該設(shè)備可以進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)從而使密實(shí)的粉末通過(guò)出口從圓柱體中除去。
本發(fā)明通過(guò)參考附圖對(duì)而優(yōu)選具體實(shí)施方案進(jìn)行了更詳細(xì)的說(shuō)明，其中

圖1和2是說(shuō)明本發(fā)明的正壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)易容器的剖視圖；圖3是說(shuō)明本創(chuàng)造性裝置的一個(gè)具體實(shí)施方案的側(cè)面正視圖4是圖3所示裝置的俯視圖；圖5是說(shuō)明本創(chuàng)造性裝置的另一具體實(shí)施方案的正面示意圖和局部剖視圖；圖6是對(duì)應(yīng)于下述實(shí)施例4的曲線圖。
本發(fā)明提供了提高充氣粉末體積密度的工藝。
在此說(shuō)明書(shū)及所附權(quán)利要求書(shū)中，粉末指固態(tài)的、干燥的材料的極小顆粒，其大小小于膠體尺寸(例如，0.01微米)。在此說(shuō)明書(shū)及所附權(quán)利要求書(shū)中，“充氣”粉末指在形成粉末的顆粒間有空氣或其他氣體滯留的粉末。粉末的體積密度是指通過(guò)以下實(shí)施例1所描述和說(shuō)明的方法而確定的粉末的體積密度。
參照?qǐng)D1和2對(duì)本本發(fā)明的工藝的一般原理進(jìn)行說(shuō)明和描述。圖1顯示了裝有密實(shí)前的充氣粉末12的容器10。如圖2所示，迅速地將裝有粉末12的容器10的區(qū)域14(在本實(shí)施例中，該區(qū)域14是容器10的整個(gè)內(nèi)部)的氣壓提高到大氣壓以上的水平，從而在加壓氣的主體部分沒(méi)有擴(kuò)散進(jìn)粉末前將粉末壓緊。對(duì)本發(fā)明不以任何方式產(chǎn)生限制地，從機(jī)械學(xué)上可以預(yù)期產(chǎn)生的壓力鋒或壓力波(虛線16所示)迫使顆粒12聚集在一起，同時(shí)將粉末顆粒間滯留的空氣排出，否則，這些空氣必須通過(guò)顆粒12的重力沉降作用經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才排出。
隨后，可對(duì)壓緊的粉末12進(jìn)行有效處理。比如，除了易于處理外，可更有效地對(duì)該粉末進(jìn)行包裝(例如，使包裝尺寸標(biāo)準(zhǔn)化)。該壓緊的粉末12還可以更有效地置于外殼或其它器皿中(例如，電池外殼)。在絕大部分電池應(yīng)用中，活性材料壓得越緊密，電池的電荷密度越大，即壓緊電池活性材料造就更好的電池。
根據(jù)本發(fā)明的工藝，首先將粉末置于容器內(nèi)。隨后裝有粉末的容器區(qū)域的氣壓以足夠的速率升至大氣壓以上的水平，從而在加壓氣體的主體部分?jǐn)U散至粉末中之前將粉末壓緊。氣壓必須升至大氣壓以上的水平以及為實(shí)現(xiàn)粉末一定的密實(shí)程度所需要的相應(yīng)升壓速率將依賴于有待密實(shí)的粉末的種類、粉末顆粒間滯留的氣體量、以及用于進(jìn)行流程的容器。當(dāng)然，所用的氣壓量以及升壓的速率也將依賴于需要的壓緊程度。例如，優(yōu)選且簡(jiǎn)單地，本工藝包括自大氣壓起增大壓力，其中的所述粉末傾倒或通過(guò)重力流入容器中，該容器中的壓力大于大氣壓，隨后該大于大氣壓的壓力幫助密實(shí)粉末從容器中排凈至包裝中。
例如，如下實(shí)施例1所示，在3升的內(nèi)部直徑為15.3cm高為15.9cm的圓柱體鐵質(zhì)器皿中，為了將新鮮研磨的、熱的(150到200℃)水漿涂料級(jí)二氧化鈦顏料(科麥奇化學(xué)公司銷售的“CR-813”氯化法金紅石顏料)的體積密度從24.8lbs/ft3(0.40g/cm3)提高到47.1lbs/ft3(0.67g/cm3)，將容器中裝有顏料的區(qū)域(本例中是容器的整個(gè)內(nèi)部)的氣壓在大約10到15秒內(nèi)從0psig升至50psig(3.5kg/cm2)。類似地，如下實(shí)施例5所示，為了在同樣的3升圓柱體鐵質(zhì)器皿中將新鮮干燥且真空密實(shí)的鋰釩氧化物電池活性材料的體積密度從43.6lbs/ft3(0.70g/cm3)升至50.5lbs/ft3(0.81g/cm3)，將容器中裝有顏料的區(qū)域(本例中是容器的整個(gè)內(nèi)部)的氣壓在大約15秒內(nèi)從完全真空狀態(tài)(小于0.1psig)升至90psig(6.3kg/cm2)。
一般地，在獲得理想的壓實(shí)之后，將容器去壓，并將壓緊的粉末從容器中移出。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，進(jìn)行粉末密實(shí)的容器同時(shí)作為產(chǎn)物最終的或至少是中間的容器(例如包裝)。在這種情況下，壓緊的粉末當(dāng)然不用從容器中移出。事實(shí)上，可將額外的粉末加入容器中并按照本發(fā)明通過(guò)一個(gè)或多個(gè)額外的循環(huán)來(lái)壓緊粉末。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，通過(guò)向容器中注入氣體，將裝有粉末的容器區(qū)域的氣壓升至大氣壓以上的水平。例如，如上所述，為了壓實(shí)粉末，將氣體以足夠的速度注入容器從而使容器中的整個(gè)壓力在理想的時(shí)間內(nèi)升至理想的水平。隨后將容器去壓，并將壓緊的粉末從容器中移出。
上述加壓氣體可以是任何氣體，但是該氣體不應(yīng)該與粉末發(fā)生有害的反應(yīng)或?qū)α鞒袒蜻M(jìn)行流程的裝置產(chǎn)生負(fù)面影響。該加壓氣體可以選擇來(lái)以有益、理想的方式與粉末反應(yīng)，從而有效地將反應(yīng)步驟結(jié)合到粉末密實(shí)化制備(或處理)中。但是，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，該加壓氣體預(yù)期通常不應(yīng)和流程及裝置中的粉末產(chǎn)生反應(yīng)。例如，在鋰金屬氧化物電池活性材料或?qū)駳饣蜓鯕饷舾胁牧系拿軐?shí)中，諸如氮?dú)獾亩栊愿稍餁怏w適合用作加壓氣體。然而，在密實(shí)充氣二氧化鈦粉末的情況下，可簡(jiǎn)單且優(yōu)選地用空氣作為加壓氣體。該氣體還可以方便地選擇那些在制造、處理或操作充氣粉末的相關(guān)流程中存在和容易使用的(可能已經(jīng)處于加壓情況的)氣體。例如，在二氧化鈦顏料的生產(chǎn)中，通常會(huì)使用、生成和/或循環(huán)氯氣。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案中，將氯氣用做氣體注入容器以提高容器中的氣壓并將粉末壓緊。
可以使用各種方法來(lái)對(duì)容器進(jìn)行去壓和從容器中移出壓緊的粉末。例如，在一個(gè)具體實(shí)施方案中，將粉末置于帶有第一末端及正對(duì)該第一末端的第二末端的容器中。這樣設(shè)計(jì)容器使得在將裝有粉末的容器區(qū)域的氣壓升至大氣壓以上的水平時(shí)粉末在容器的第二末端處壓緊。一旦粉末被壓緊，將容器的第二末端打開(kāi)，于是容器得到去壓，且壓緊的粉末通過(guò)容器的第二末端從容器中排出。
根據(jù)本發(fā)明可以密實(shí)或壓緊任何充氣粉末。具有商業(yè)價(jià)值的充氣粉末的例子為二氧化鈦顏料和用做電池活性材料的絡(luò)合金屬氧化物和金屬磷酸鹽，例如基于釩、錳、鎳、鈷、鐵或這些金屬的混合物的那些磷酸鹽。其中，特別感有益的是鋰釩氧化物、鋰鈷氧化物、鋰鎳和鋰錳氧化物(包括很多在各自基礎(chǔ)上修飾的氧化物)。需要將這些充氣粉末密實(shí)的有益應(yīng)用的例子包括批量包裝操作和將電池活性材料加入有限體積的電池艙的操作。
本發(fā)明特別適用的一類材料是無(wú)機(jī)顏料。例如，部分地由于最終的液能研磨步驟，高度處理后的二氧化鈦顏料的體積密度(例如一類設(shè)計(jì)用于水基乳膠涂料的)非常之低以至于只能將常用容器填充至其容積的80-90％。一般地，高度處理的充氣二氧化鈦顏料的體積密度小于大約21.9lbs/ft3(0.35g/cm3)。根據(jù)本發(fā)明，該顏料的體積密度可以有效地升至大約49.9lbs/ft3(0.8g/cm3)以上的水平本發(fā)明的密實(shí)工藝對(duì)于體積密度小于大約21.9lbs/ft3(0.8g/cm3)的二氧化鈦顏料特別有用。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，這樣的二氧化鈦顏料的體積密度可以升至高于35lbs/ft3(0.56g/cm3)的水平。更優(yōu)地，根據(jù)本發(fā)明，該二氧化鈦顏料的體積密度可以升至35lbs/ft3(0.56g/cm3)至50lbs/ft3(0.80g/cm3)之間的水平，甚至更優(yōu)地升至40lbs/ft3(0.64g/cm3)至50lbs/ft3(0.80g/cm3)之間。
另一方面，本發(fā)明包括由充氣粉末制備水漿的工藝。由于將粉末“潤(rùn)濕”進(jìn)液體介質(zhì)需要延長(zhǎng)時(shí)間，因此由充氣粉末(特別是高度充氣粉末)制備水漿非常耗時(shí)。盡管充氣粉末經(jīng)過(guò)一定時(shí)間可以自然地重力沉降，但這就在最終的粉末處理步驟和水漿制備之間又增加了一個(gè)步驟。根據(jù)本發(fā)明，首先對(duì)粉末進(jìn)行處理。例如，進(jìn)行能典型地使粉末充氣的最終粉末研磨步驟(例如液能研磨)。在粉末完全沉降之前，通過(guò)對(duì)粉末進(jìn)行除氣以提高粉末的體積密度。然后將該密實(shí)的粉末潤(rùn)濕(擴(kuò)散)進(jìn)水漿。生成的水漿可有效和有效率地加入到諸如涂料配方的另一種介質(zhì)中。
優(yōu)選地，粉末按照本發(fā)明除氣，即將粉末在大氣環(huán)境下放入容器，將裝有粉末的容器區(qū)域的氣壓以足夠的速率升至大氣壓以上的水平，從而使得在加壓氣體的主體部分?jǐn)U散至粉末中之前將粉末壓緊并將壓緊的粉末從容器中移出。
在二氧化鈦顏料工業(yè)中，相當(dāng)數(shù)量的顏料以水漿的形式出售。一般地，這些水漿制備成質(zhì)量百分比為65％-76％的固態(tài)水平。為了達(dá)到如此高的固態(tài)水平，將各種擴(kuò)散劑加入其中以促進(jìn)快速的“潤(rùn)濕”以及形成穩(wěn)定的分散物。術(shù)語(yǔ)“潤(rùn)濕”指用液體替代顆粒周圍的空氣。在高度充氣的粉末中，滯留的空氣可以顯著地增加完成“潤(rùn)濕”步驟所需的時(shí)間。通過(guò)在起始擴(kuò)散流程之前將顏料密實(shí)，“潤(rùn)濕”時(shí)間可以顯著縮短。例如，通過(guò)本工藝將二氧化鈦顏料在水中擴(kuò)散形成水漿的“潤(rùn)濕”時(shí)間和相同情況下相同顏料在顏料僅通過(guò)沉降自然除氣時(shí)所需要的“潤(rùn)濕”時(shí)間相比優(yōu)選地可縮短至少10％，更優(yōu)地可縮短至少20％及最優(yōu)地可縮短30％。
本發(fā)明同樣對(duì)提高電池活性材料和含有這些材料的組分的體積密度特別有用，可用于制造一次或二次可充電電池的陰極。就這點(diǎn)而言應(yīng)當(dāng)承認(rèn)隨著越發(fā)小巧且精細(xì)的手持電子設(shè)備的出現(xiàn)，用于這些設(shè)備的電池和用于早期此類設(shè)備的電池相比必須能夠傳遞相應(yīng)更多的電能卻只占有更小的空間。本發(fā)明滿足了此類需要并有助于將更多量的指定電池活性材料裝入所需的不斷減小的、固定體積的電池箱或外殼中。優(yōu)選地，通過(guò)本發(fā)明的工藝，含有電池活性材料(或這些材料的混合物)的電池有效組分的體積密度和沒(méi)有使用任何正壓密實(shí)或除氣的相同組分的體積密度相比可以提高至少10％，更優(yōu)地可以提高至少15％以及最優(yōu)地可以提高30％。
本創(chuàng)造性工藝不需要精密裝置；任何封閉容器均可使用，只要其制造材料能夠支持理想的操作壓力以及在使用腐蝕性材料時(shí)能夠承受腐蝕性環(huán)境。
參照附圖，特別是圖3和4描述了本發(fā)明裝置的一個(gè)優(yōu)選具體實(shí)施方案，整體指定參考號(hào)為20。該裝置20，即氣閘部件，可用于提高任何粉末的體積密度。該裝置20的具體形式并不重要。事實(shí)上，商業(yè)上可獲得的多種球碟型閥門和氣閘部件經(jīng)過(guò)改良均可用于本發(fā)明。圖3和4所示的特定裝置是根據(jù)本發(fā)明改良的GEMCOO球碟型閥門或氣閘。
上述裝置20以垂直方式放置，包括在壓力下裝粉末的容器22。在連續(xù)的二氧化鈦加工過(guò)程中，二氧化鈦顏料可以直接從二氧化鈦分離器(未顯示)中加入到容器22中。
上述容器22包括第一末端30和正對(duì)的第二末端32加壓裝置34與容器22相連以將裝有粉末的容器22的區(qū)域36的氣壓升至大氣壓以上水平，且升壓速率足以使加壓氣體的主體部分?jǐn)U散進(jìn)粉末之前使粉末壓緊。
在一個(gè)具體實(shí)施方案中，上述加壓裝置34包括將氣體注入容器22的注射裝置38和氣源40(例如壓縮氣體)。該注射裝置38包括從氣源40延伸至容器22的管道42和相應(yīng)的閥門44。壓縮氣體源40包括適配容器46。容器46內(nèi)的氣壓足夠推動(dòng)氣體以足夠的速率經(jīng)過(guò)管道42到達(dá)容器22，使得容器22中的氣壓在理想時(shí)間內(nèi)提高到理想的水平。
容器22的第一末端30包括入口48，粉末通過(guò)該入口加入到容器中(該入口包括與加料口連接的凸緣48a)。容器22的第二末端32包括出口50，粉末通過(guò)該出口從容器中排放至袋中或其他接收器具(未顯示)中(該出口包括與接收器具連接的凸緣50a)。該容器還包括用于開(kāi)關(guān)入口48的第一閥門54和用于開(kāi)關(guān)出口50的第二閥門56。如圖所示，閥門54和56是傳統(tǒng)的滑動(dòng)閘刀閥，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，該閥門可通過(guò)相應(yīng)的閥門馬達(dá)58a和58b(例如電動(dòng)馬達(dá)或氣動(dòng)馬達(dá)，可包含用于控制循環(huán)時(shí)間的程序性邏輯控制器)自動(dòng)操作。該閥門54和56迅速地開(kāi)關(guān)從而使該容器快速地充填或排放。一個(gè)或多個(gè)壓力閥60可以與容器22連接以用于顯示容器22中的壓力。
在對(duì)如附圖3和4所示的裝置的操作中，開(kāi)放第一閥門54，需要密實(shí)的粉末在重力的作用下通過(guò)入口48進(jìn)入容器22。閥門56保持完全關(guān)閉，粉末落入并堆積于閥門56上。一旦將容器22填充至理想水平，將閥門54關(guān)閉。隨后將閥門44打開(kāi)以將氣源40中的加壓氣體注入到容器22中。將氣源40中的加壓氣體壓縮使得氣體可以以足夠的速率注射進(jìn)容器22中而使容器中的氣壓升至理想水平，即以足夠的速率升至大氣壓以上的水平從而在加壓氣體的主體部分?jǐn)U散進(jìn)入粉末之前將粉末壓緊，由此粉末在容器22的閥門56處得到壓緊或密實(shí)。一旦粉末按需要得到壓緊，就將閥門56打開(kāi)，由此重力與容器22中升高的氣壓一起將粉末從容器22中徹底排出。這一點(diǎn)成為本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)，特別是在一些粉末具有粘著特性而使得粉末容易粘在容器22的壁上而難以轉(zhuǎn)移到獨(dú)立的包裝中的情況下。例如，容器22中增高的氣壓可以克服粉末粘附于容器22器壁的趨勢(shì)。壓緊的粉末被直接釋放進(jìn)袋子或其他類型產(chǎn)品器具中(未顯示)，優(yōu)選地，實(shí)現(xiàn)粉末的釋放不需要額外的機(jī)械設(shè)備。
參照附圖5，顯示了用于提高粉末體積密度的本發(fā)明的裝置的另一個(gè)具體實(shí)施方案。該具體實(shí)施方案中的裝置，整體指定參考號(hào)為70，包括圓柱體72和與圓柱體相連的加壓裝置78。粉末80從加樣容器82加入到圓柱體72中并最終從圓柱體進(jìn)入終容器(如袋子)84中。
上述圓柱體72包括含有入口92的第一末端90，正對(duì)第一末端含有出口96的第二末端94和容器壁98。入口92包括第一閥門100，出口96包含第二閥門102。旋轉(zhuǎn)容器設(shè)備74置于圓柱體72內(nèi)。該旋轉(zhuǎn)容器設(shè)備包括軸心110和三對(duì)與軸心相連的正對(duì)的頁(yè)片，分別為112A和112B、114A和114B及116A和116B。頁(yè)片112A和112B、114A和114B及116A和116B在圓柱體72內(nèi)分割形成6個(gè)粉未容器區(qū)域120A至120F。該旋轉(zhuǎn)容器設(shè)備74可以在圓柱體72中旋轉(zhuǎn)，因此120A至120F的每一個(gè)粉末容器區(qū)域可以旋轉(zhuǎn)至圓柱體內(nèi)與入口92鄰近的第一位置122，而使未壓緊的粉末80加入到該區(qū)域；旋轉(zhuǎn)至圓柱體內(nèi)與器壁98鄰近的第二位置124，而使粉末80在該區(qū)域壓緊；旋轉(zhuǎn)至與出口96鄰近的第三位置126，而使壓緊的粉末80從該區(qū)域釋放至終容器84中。
上述旋轉(zhuǎn)裝置76包括馬達(dá)130(用虛線表示)和軸桿132。軸桿132一端與馬達(dá)130連接而另一端與軸心110連接。馬達(dá)130轉(zhuǎn)動(dòng)軸桿132，該軸桿進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)容器設(shè)備74。
與圓柱體72連接的上述加壓裝置78的功能是提高旋轉(zhuǎn)容器設(shè)備74內(nèi)的各粉末容器區(qū)域120A至120F的氣壓而使得當(dāng)區(qū)域在第二位置124時(shí)區(qū)域內(nèi)的粉末可被壓緊或密實(shí)。各粉末容器區(qū)域120A到120F內(nèi)的氣壓以足夠的速率升至大氣壓以上的水平，從而使得區(qū)域內(nèi)的粉末在加壓氣體的主體部分?jǐn)U散進(jìn)區(qū)域之前被壓緊。該加壓裝置78包括脈沖氣壓控制系統(tǒng)140、氣體主管道142、過(guò)濾通風(fēng)系統(tǒng)144和清除系統(tǒng)146。該氣體主管道142的第一端148與脈沖氣壓控制系統(tǒng)140連接。該氣體主管道142的第二端150延伸通過(guò)圓柱體72的容器壁98而位于各個(gè)粉末容器區(qū)域120A到120F中，此時(shí)所述區(qū)域位于第二位置124。
過(guò)濾通風(fēng)系統(tǒng)144包括閥門154、壓力計(jì)156和袋式濾器158。氣體主管道142的第一分支160延伸進(jìn)入濾器158。過(guò)濾通風(fēng)系統(tǒng)144可以根據(jù)需要將空氣從加壓裝置78中排走。
氣體主管道142的第二分支164延伸進(jìn)入清除系統(tǒng)146。清除系統(tǒng)146包括閥門166，使加壓裝置78中滯留的任何顆粒從其中去除。
在操作中，將需要壓緊的粉末80置于加樣容器82中。通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置76使得旋轉(zhuǎn)容器設(shè)備74在圓柱體72中以逆時(shí)針?lè)较蛞岳硐胨俾市D(zhuǎn)；即該速率使得120A到120F的各個(gè)粉末容器區(qū)域在位于第一位置122時(shí)向其中加入適量的粉末80，并且當(dāng)該區(qū)域在位于第二位置124時(shí)，其內(nèi)的粉末80可得到充分的壓緊。隨后打開(kāi)第一閥門100，使未壓緊的粉末80加入到位于第一位置122的120A到120F的各個(gè)粉末容器區(qū)域中。隨著旋轉(zhuǎn)容器設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)，120A到120F的各粉末容器區(qū)域從第一位置122移至第二位置124。在第二位置124處，加壓裝置78運(yùn)行而將相應(yīng)粉末容器區(qū)域的氣壓以足夠的速率提高到大氣壓以上的理想水平，從而使得該區(qū)域內(nèi)的粉末在加壓氣體的主體部分?jǐn)U散進(jìn)粉末之前得到壓緊。旋轉(zhuǎn)容器設(shè)備74的旋轉(zhuǎn)同樣使得120A到120F的各個(gè)粉末容器區(qū)域從第二位置124轉(zhuǎn)至第三位置126。當(dāng)粉末容器區(qū)域位于第三位置126時(shí)，區(qū)域中壓緊的粉末通過(guò)第二閥門102和出口96落入終容器或終袋84中。根據(jù)本發(fā)明連續(xù)地運(yùn)作設(shè)備可以連續(xù)地將粉末密實(shí)。
運(yùn)行加壓裝置78來(lái)提高120A到120F各粉末容器區(qū)域內(nèi)的氣壓的操作如下通過(guò)脈沖氣壓控制系統(tǒng)140將空氣注入氣體主管道142?？諝庥蓺怏w主管道142導(dǎo)入到位于第二位置124的粉末容器區(qū)域，該空氣是通過(guò)該氣體主管道142的第二端150而進(jìn)入第二位置區(qū)域的。脈沖氣壓控制系統(tǒng)140使得空氣以足夠的速率通過(guò)氣體主管道142而使處于第二位置124的粉末容器區(qū)域內(nèi)的氣壓以理想的速率升至大氣壓以上的理想水平，即該速率足夠使區(qū)域內(nèi)的粉末在加壓氣體的主體部分?jǐn)U散進(jìn)粉末前被壓緊。
過(guò)濾通風(fēng)系統(tǒng)144在當(dāng)氣壓計(jì)156顯示的系統(tǒng)壓力超過(guò)需要的限制時(shí)將空氣從系統(tǒng)中排出。打開(kāi)閥門154使過(guò)量的氣體經(jīng)過(guò)管道142的第一分支160進(jìn)入濾器158并最終進(jìn)入大氣。濾器158可以捕獲排出氣體中存在的任何顆粒。
清除系統(tǒng)146將聚集在氣體主管道142或加壓裝置78的其他部分中的任何粉末從系統(tǒng)中除去。打開(kāi)閥門146使得氣體主管道142中的空氣和顆粒進(jìn)入管道的第二分支164，在那里它們通過(guò)閥門并以合理的方式加以收集。
提供下列實(shí)施例以進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的方法和組成的有效性。
實(shí)施例1
通過(guò)進(jìn)行一系列試驗(yàn)證實(shí)了對(duì)裝有高度充氣的粉末的封閉器皿快速加壓會(huì)使粉末密實(shí)或壓緊(即，迫使粉末形成更小的體積)。對(duì)快速和慢速加壓以及快速和慢速減壓的全部四種組合進(jìn)行了評(píng)估。體積密度值用“HOSOKAMA Micron粉體測(cè)定儀，PT-E型”以常規(guī)方法測(cè)定，將粉末裝滿100立方厘米的量杯并使其水平，在杯頂部附加一個(gè)延展層并同時(shí)填滿延展層。以60循環(huán)頻率輕敲填滿的量杯和延展層180秒，并根據(jù)需要加入粉末以保持粉末的水平在量杯頂部之上。在輕敲的循環(huán)結(jié)束后，小心去除延展層并將量杯水平以去除多余粉末。填滿的、輕敲過(guò)的水平的量杯和空杯在重量上的差異以克為單位，除以量杯100立方厘米的體積，得到單位為克每立方厘米的樣品體積密度。
用于檢測(cè)的粉末為高度充氣的，乳膠涂料級(jí)的二氧化鈦顏料(科麥奇化學(xué)公司銷售的“CR-813”氯化法金紅石顏料)。首先，用液能研磨法將顏料研磨，液能研磨的超熱流將粉末充氣并將顏料溫度升至大約150-200℃。該顏料的體積密度在測(cè)試之前為24.8lbs/ft3(0.40g/cm3)。隨后將大約500克的熱顏料加入3升的帶有可移動(dòng)頂部的圓柱形鐵質(zhì)器皿內(nèi)(內(nèi)部直徑15.3厘米，高15.9厘米)。隨后將器皿的頂部安全連接。打開(kāi)與器皿頂部相連且與壓縮氣體管連接的第一閥門，由此使得器皿在10-15分鐘內(nèi)從0psig加壓至大約50psig(3.5kg/cm2，壓力計(jì))。一旦壓力到達(dá)大約50psig的水平，關(guān)閉第一閥門并將同樣與器皿頂部相連的第二閥門打開(kāi)。第二閥門的打開(kāi)使得器皿在大約10至15秒內(nèi)平衡回到大氣壓。移走器皿的頂部從器皿中獲得顏料。重新獲得的顏料(樣品1A)的體積密度測(cè)定為41.7lbs/ft3(0.67g/cm3)。因此顏料的體積密度顯著提高，特定地達(dá)到了68％。
隨后，使用同樣的步驟和同樣的熱顏料的新鮮樣品重復(fù)上述試驗(yàn)。唯一的不同是將器皿中的壓力在3分鐘內(nèi)升至50psig，而不是10至15秒，且在1分鐘而不是10至15秒內(nèi)平衡恢復(fù)到大氣壓重新獲得的顏料(樣品1B)的體積密度測(cè)定為26.6lbs/ft3(0.43g/cm3)，幾乎與起始材料相同。
進(jìn)行的第三個(gè)測(cè)試同樣運(yùn)用相同的設(shè)備和步驟以及相同的熱顏料的新鮮樣品。但是在本測(cè)試中，器皿快速加壓但緩慢降壓。特定地，器皿中的壓力在10至15秒內(nèi)升至大約50psig隨后經(jīng)過(guò)大約1分鐘平衡恢復(fù)至大氣壓。重新獲得的顏料(樣品1C)的體積密度測(cè)定為41.7lbs/ft3(0.67g/cm3)，與樣品1A獲得的水平相同。
進(jìn)行的第四個(gè)例子是為了說(shuō)明將器皿起始緩慢升壓但快速降壓的效果。再一次地，測(cè)試采用同樣的設(shè)備和上述步驟以及熱顏料的新鮮樣品進(jìn)行。但是在本測(cè)試中，壓力在3分鐘內(nèi)升至大約50psig之后在30秒內(nèi)降壓。重新獲得的顏料(樣品1D)的體積密度測(cè)定為29.7lbs/ft3(0.47g/cm3)，只比起始材料略高。
以上試驗(yàn)的結(jié)果清楚顯示將器皿快速升壓是顏料顯著密實(shí)的原因。
實(shí)施例2
將根據(jù)實(shí)施例1密實(shí)的顏料(樣品1A)在涂料配方中進(jìn)行檢測(cè)以證實(shí)通過(guò)本發(fā)明的裝置完成的密實(shí)對(duì)顏料的光學(xué)屬性沒(méi)有負(fù)面影響。對(duì)含有顏料樣品1A(體積密度大約為41.7lbs/ft3(0.67g/cm3))的涂料配方以及含有未用本發(fā)明的工藝中處理的顏料的涂料配方(體積密度為24.8lbs/ft3(0.40g/cm3))(“未處理顏料樣品”)進(jìn)行測(cè)試。
涂料配方為標(biāo)準(zhǔn)的為建筑內(nèi)部應(yīng)用所設(shè)計(jì)的乳膠涂料配方。通過(guò)將顏料樣品整合進(jìn)新鮮制備的聚乙酸乙烯膠乳液中形成涂料配方，在每種配方中，加到乳液中的顏料樣品的體積為乳液的總體積的60％。
將得到的涂料配方首先應(yīng)用于黑色玻璃盤和白色卡片上。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，干燥涂料層的Y反射率運(yùn)用Hunterlab色差儀測(cè)量。這些讀數(shù)結(jié)合涂層的重量用于計(jì)算散射率，以顏料的平方英尺每磅(平方米每千克)的遮蓋力表示。
接下來(lái)，將固定量的碳黑加入到每個(gè)涂料配方中以形成各配方的有色涂料樣品。將四種有色涂料樣品完全混勻。在標(biāo)準(zhǔn)LenetaTM測(cè)試紙上測(cè)試所有四種涂料樣品和相應(yīng)對(duì)照的下降，根據(jù)這些下降，從Hunterlab色差儀獲得的讀數(shù)可以用來(lái)計(jì)算著色強(qiáng)度。所有的方法和計(jì)算分別根據(jù)ASTM D2805和D2745進(jìn)行。結(jié)果在以下表1中顯示。
表1涂料配方的光學(xué)屬性
測(cè)試的結(jié)果顯示無(wú)論是遮蓋力(或)還是著色強(qiáng)度實(shí)施例1中密實(shí)過(guò)的顏料都沒(méi)有受到損傷。
實(shí)施例3針對(duì)改變密實(shí)壓力對(duì)顏料體積密度產(chǎn)生的影響進(jìn)行了驗(yàn)證。用于本系列測(cè)試的顏料是高度充氣的、乳膠涂料級(jí)二氧化鈦顏料(科麥奇化學(xué)公司出售的“CR-813”)。對(duì)顏料的六個(gè)樣品進(jìn)行了測(cè)試，其中包括一個(gè)對(duì)照。
首先，采用實(shí)施例1中描述的同樣的工藝、裝置和設(shè)備將顏料的六個(gè)樣品中的五個(gè)進(jìn)行密實(shí)。除了所采用的密實(shí)壓力以外，每個(gè)試驗(yàn)中的測(cè)試參數(shù)都是相同的。在每個(gè)測(cè)試中，器皿在大約3-5秒內(nèi)迅速加壓到目標(biāo)壓力水平。在達(dá)到目標(biāo)壓力水平后，器皿在大約10-15秒內(nèi)平衡恢復(fù)至大氣壓水平。密實(shí)過(guò)程中采用的密實(shí)化壓力范圍在15psig(1kg/cm2)到72psig(5kg/cm2)之間。每個(gè)顏料樣品的體積密度，包括對(duì)照樣品，用實(shí)施例1中的方法確定。
隨后采用對(duì)照樣品及五個(gè)經(jīng)本發(fā)明的工藝密實(shí)的樣品制作涂料配方。采用實(shí)施例2中描述的同樣的配方、設(shè)備和步驟。隨后采用實(shí)施例2中描述的同樣的步驟測(cè)定樣品的遮蓋力和著色強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果如下表2所示。
表2密實(shí)壓力對(duì)涂料配方光學(xué)屬性的影響
體積密度測(cè)定證明了顏料的體積密度隨著密實(shí)壓力的增加而增加。在所評(píng)估的密實(shí)壓力范圍內(nèi)通過(guò)對(duì)遮蓋力和著色強(qiáng)度測(cè)定的光學(xué)屬性沒(méi)有變化。測(cè)試顯示在不影響所形成的涂料配方的光學(xué)屬性的情況下顏料可得到顯著的密實(shí)(從0.40g/cm3到0.69g/cm3，增加了72％)。
實(shí)施例4進(jìn)行測(cè)試以證明本發(fā)明的密實(shí)工藝和裝置對(duì)粉末在水介質(zhì)中擴(kuò)散速率的有益影響。
測(cè)試所用顏料與以上實(shí)施例3中描述的顏料相同。顏料由顏料制造流程中的液能研磨步驟新鮮制備。體積密度值由實(shí)施例1中的方法確定。
制備兩個(gè)樣品，第一個(gè)用作對(duì)照。第二個(gè)樣品用實(shí)施例1中描述的相同步驟和裝置進(jìn)行密實(shí)；在本實(shí)施例中壓力在3-5秒內(nèi)升至大約50psig并在10-15秒內(nèi)降壓。體積密度的測(cè)定顯示對(duì)照的體積密度值為27.1lbs/ft3(0.43g/cm3)而密實(shí)樣品的值為40.0lbs/ft3(0.64g/cm3，幾乎增加了48％)。
接下來(lái)，用美國(guó)Byk-Gardner的配置了扭力感知功能的AE3C型DISPERMATTM將兩種顏料樣品制備水漿。該技術(shù)包括將775克待測(cè)顏料樣品加入370克水和擴(kuò)散劑的完全混合物中。所有的操作參數(shù)如速度和溫度都保持在恒定的水平。在將顏料加入水介質(zhì)的方法中唯一的限速因子是二氧化鈦“潤(rùn)濕”進(jìn)水漿的能力。
結(jié)果通過(guò)上述應(yīng)用的圖，即附圖6所示。圖6包括根據(jù)本發(fā)明密實(shí)的樣品和對(duì)照樣品的時(shí)間—扭距圖。如圖所示，根據(jù)本發(fā)明密實(shí)的顏料樣品在對(duì)照之前50-52秒達(dá)到穩(wěn)定態(tài)的扭距。因此，根據(jù)本發(fā)明將粉末密實(shí)可以充分提高粉末在水介質(zhì)中的擴(kuò)散能力。
實(shí)施例5對(duì)含有鋰釩氧化物電池活性材料和質(zhì)量百分比大約為5％的石墨和碳黑混合物的陰極組分進(jìn)行壓力密實(shí)測(cè)試，該組分事先經(jīng)過(guò)干燥并只在真空下進(jìn)行了密實(shí)。將樣品置于實(shí)施例1中描述的相同的3升鐵質(zhì)測(cè)試圓柱體內(nèi)并施以完全的真空(小于0.1psig)。圓柱體隨后在15秒內(nèi)用氮?dú)饧訅褐?0psig(6.3kg/cm2)。緊張?bào)w積(輕拍)密度從43.6lbs/ft3(0.73g/cm3)升至50.0lbs/ft3(0.81g/cm3)，在密度上增加了15％。
實(shí)施例6至8在實(shí)施例6至8中，對(duì)另外三種電池有效的陰極組分的每種組分的兩個(gè)樣品進(jìn)行相似的密實(shí)測(cè)試，所有的組分均含有鋰釩氧化物電池活性材料、碳黑和石墨。用于實(shí)施例6和7的樣品的組分是相同的，但樣品8的組分中使用的石墨比例較碳黑大一些。
與實(shí)施例5形成對(duì)比，在起始階段不施以真空，因此用氮?dú)饧訅鹤源髿鈮浩鸫蠹s15秒內(nèi)到達(dá)90psig。隨后將容器的閥門打開(kāi)，壓力在大約5秒內(nèi)迅速釋放。同樣和前面的實(shí)施例形成對(duì)比，在實(shí)施例6至8中，對(duì)樣品多進(jìn)行兩次相同的密實(shí)流程從而在測(cè)定緊裝體積密度(輕拍)之前得到最大密實(shí)。下表3中顯示了結(jié)果，其中密度以克每立方厘米表示表3
因此，樣品的體積密度得到了顯著提高。
權(quán)利要求
1.一種提高充氣粉末體積密度的工藝，該工藝包括將所述粉末置于容器內(nèi)；和將裝有所述粉末的所述容器的區(qū)域的氣壓以足夠的速率提高至大氣壓以上的水平，從而使得在所述加壓氣體的主體部分?jǐn)U散進(jìn)所述粉末之前壓緊所述粉末。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其還包括將所述容器降壓及從所述容器中移出所述壓緊粉末的步驟。
3.一種將預(yù)定體積的粉末放入器具中的工藝，該工藝包括包括將所述粉末置于容器內(nèi)；將裝有所述粉末的所述容器的區(qū)域的氣壓以足夠的速率提高至大氣壓以上的水平，從而使得該粉末的體積密度升至預(yù)定的水平；和將預(yù)定量的所述粉末從所述容器中移出并置于所述器具中。
4.如權(quán)利要求1或3所述的工藝，其中所述的含有所述粉末的所述容器區(qū)域的氣壓通過(guò)將氣體注入所述容器而提高至大氣壓以上的水平。
5.如權(quán)利要求4所述的工藝，其中注入所述容器的所述氣體選自惰性氣體、空氣、氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳和氯氣?br> 6.如權(quán)利要求5所述的工藝，其中注入所述容器的所述氣體是空氣。
7.如權(quán)利要求1或3所述的工藝，其中所述的粉末是無(wú)機(jī)金屬氧化物。
8.如權(quán)利要求7所述的工藝，其中所述的粉末是二氧化鈦顏料。
9.如權(quán)利要求8所述的工藝，其中所述二氧化鈦顏料的體積密度提高至大于大約0.56克每立方厘米的水平。
10.如權(quán)利要求9中所述的工藝，其中所述的二氧化鈦顏料的體積密度提高至大約0.64克每立方厘米至大約0.80克每立方厘米之間的水平。
11.如權(quán)利要求8所述的工藝，其中所述的裝有所述粉末的所述容器區(qū)域的氣壓通過(guò)將氯氣注入所述容器而提高至大氣壓以上的水平。
12.如權(quán)利要求7所述的工藝，其中所述的粉末含有一種電池活性材料。
13.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述的電池活性材料選自金屬氧化物和金屬磷酸鹽，其中所述金屬為釩、錳、鎳、鈷、鐵或其組合。
14.如權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述的電池活性材料選自鋰金屬氧化物和鋰金屬磷酸鹽，其中所述金屬為釩、錳、鎳、鈷、鐵或其混合。
15.如權(quán)利要求14所述的工藝，其中所述的電池活性材料是鋰釩氧化物。
16.如權(quán)利要求14所述的工藝，其中所述電池材料的體積密度提高了至少10％。
17.如權(quán)利要求16所述的工藝，其中所述電池材料的體積密度提高了至少15％。
18.一種提高充氣粉末體積密度的工藝，該工藝包括將所述粉末置于容器中，所述容器帶有第一末端和正對(duì)所述第一末端的第二末端；將裝有所述粉末的所述容器區(qū)域的氣壓以足夠的速率提高至大氣壓以上的水平，從而使得所述粉末在所述加壓氣體的主體部分?jǐn)U散進(jìn)所述粉末前在第二末端處壓緊；打開(kāi)所述容器的所述第二末端，由此所述容器降壓并且所述粉末通過(guò)所述容器的該第二末端從該容器中排出。
19.如權(quán)利要求18所述的工藝，其中所述的裝有所述粉末的所述容器區(qū)域的氣壓通過(guò)將氣體注入所述容器而提高至大氣壓以上的水平。
20.一種制備水漿的工藝，該工藝包括處理粉末；在所述粉末完全沉降之前，通過(guò)將所述粉末除氣來(lái)提高所述粉末的體積密度；和將密實(shí)的粉末擴(kuò)散到液體介質(zhì)中。
21.如權(quán)利要求20所述的工藝，其中將所述的粉末除氣包括如下步驟將所述粉末置于容器中；將裝有所述粉末的所述容器區(qū)域的氣壓以足夠的速率提高至大氣壓以上的水平，從而使得所述粉末在所述加壓氣體的主體部分?jǐn)U散進(jìn)所述粉末之前壓緊；和從所述容器中移走壓緊的粉末。
22.如權(quán)利要求21所述的工藝，其中所述的粉末是二氧化鈦顏料，所述的液體介質(zhì)是水。
23.一種制備濃縮二氧化鈦顏料水漿的工藝，該工藝包括研磨二氧化鈦顏料；在所述二氧化鈦顏料完全沉降之前，通過(guò)如下步驟提高所述顏料的體積密度將所述粉末置于容器內(nèi)；和將裝有所述粉末的所述容器區(qū)域的氣壓以足夠的速率提高至大氣壓以上的水平，從而使得所述粉末在所述加壓氣體的主體部分?jǐn)U散進(jìn)所述粉末之前壓緊；和將壓緊的粉末從所述容器中移出；和將所述除氣的粉末擴(kuò)散到液體介質(zhì)中。
24.一種提高粉末體積密度的裝置，該裝置包括在壓力下用于盛裝所述粉末的容器，該容器帶有第一末端和正對(duì)所述第一末端的第二末端；和與所述容器相連的加壓裝置，其用于將裝有所述粉末的所述容器區(qū)域的氣壓以足夠的速率提高至大氣壓以上的水平，從而使得所述粉末在所述加壓氣體的主體部分?jǐn)U散進(jìn)所述粉末之前壓緊。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述的加壓裝置包括將氣體注入所述容器的裝置；和氣源。
26.如權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述容器的第一末端包括將所述粉末加入所述容器的入口；所述容器的第二末端包括將所述粉末從所述容器中移出的出口；和所述容器還包括用于開(kāi)關(guān)所述入口的第一閥門和用于開(kāi)關(guān)所述出口的第二閥門。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述的加壓裝置使得所述粉末在所述出口關(guān)閉時(shí)在所述出口處壓緊，并在所述出口開(kāi)放時(shí)從所述容器中釋放。
28.一種提高粉末體積密度的裝置，該裝置包括圓柱體，所述圓柱體有第一末端和正對(duì)所述第一末端的第二末端，所述第一末端包括入口，所述第二末端包括出口；置于所述圓柱體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)容器設(shè)備，所述旋轉(zhuǎn)容器設(shè)備包括軸心；與所述軸心連接的一對(duì)正對(duì)的頁(yè)片，其在所述圓柱體內(nèi)形成兩個(gè)粉末容器區(qū)域，所述旋轉(zhuǎn)容器設(shè)備能夠在所述圓柱體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，由此當(dāng)各個(gè)所述粉末容器區(qū)域旋轉(zhuǎn)至所述圓柱體內(nèi)與所述入口相鄰的第一位置時(shí)粉末加入所述區(qū)域，當(dāng)旋轉(zhuǎn)至與所述圓柱體內(nèi)所述圓柱體的所述器壁相鄰的第二位置時(shí)，所述區(qū)域內(nèi)的粉末被壓緊，以及旋轉(zhuǎn)至所述圓柱體內(nèi)與所述出口相鄰的第三位置時(shí)所述區(qū)域內(nèi)的粉末從所述區(qū)域釋放；和在所述圓柱體內(nèi)旋轉(zhuǎn)所述旋轉(zhuǎn)容器設(shè)備的旋轉(zhuǎn)裝置；和與所述圓柱體相連的加壓裝置，該裝置在所述旋轉(zhuǎn)容器設(shè)備中的各個(gè)粉末容器區(qū)域位于所述第二位置時(shí)，將該區(qū)域內(nèi)的氣壓以足夠的速率提高至大氣壓以上的水平，從而使得該區(qū)域內(nèi)的粉末在加壓氣體的主體部分?jǐn)U散進(jìn)粉末之前壓緊。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中所述的加壓裝置包括將氣體注入所述粉末區(qū)域的裝置；和壓縮氣體源。
全文摘要
本發(fā)明提供了提高充氣粉末體積密度的工藝及設(shè)備。將粉末置于容器中，隨后關(guān)閉容器并將容器內(nèi)的氣壓升至大氣壓以上的水平且升壓速率足以在所述加壓氣體的主體部分?jǐn)U散進(jìn)所述粉末之前將粉末壓緊。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，該工藝和設(shè)備用于提高充氣的、自由流動(dòng)的二氧化鈦顏料的體積密度，以提高包裝的連續(xù)性并易化其在乳膠涂料配方中的擴(kuò)散。
文檔編號(hào)H01M6/16GK1726165SQ200380105826
公開(kāi)日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2003年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月16日
發(fā)明者托馬斯·伊恩·布朗布里奇, 詹姆斯·威廉·貝茨 申請(qǐng)人:科麥奇化學(xué)公司