CN115279499A - 用于分散二次电池的材料的卧式珠磨机和导电材料分散方法 - Google Patents

Abstract

本技术涉及一种用于分散二次电池的材料的卧式珠磨机，所述卧式珠磨机包括：容器，所述容器包括分散介质的入口和出口并填充有珠子；转子，所述转子在所述容器中旋转以使所述珠子旋转，从而分散所述分散介质；和驱动单元，所述驱动单元用于旋转所述转子，其中所述容器的侧壁的内表面相对于所述转子的轴线以预定角度倾斜，使得所述容器的内径从入口侧到出口侧逐渐减小。本技术还涉及一种使用用于分散二次电池的材料的卧式珠磨机来分散导电材料的方法。

Description

用于分散二次电池的材料的卧式珠磨机和导电材料分散方法

技术领域

本发明涉及一种卧式珠磨机以及使用该卧式珠磨机分散材料的方法。更具体地，本发明涉及一种用于分散二次电池的材料的卧式珠磨机以及分散导电材料的方法。

本申请要求2020年12月1日提交的韩国专利申请第10-2020-0165394号的优先权，通过引用将该韩国专利申请的全部公开内容并入本文。

背景技术

随着技术发展和移动装置需求的增加，对二次电池的需求也在迅速增加。其中，锂二次电池因其高能量密度和高工作电压以及优异的储存和寿命特性而被广泛用作各种电子产品以及各种移动装置的能源。

为了制造作为二次电池的电极的正极和负极，将电极浆料施加在由铝板或铜板制成的集流体的表面上，然后将电极浆料干燥以获得电极基板，然后对电极基板进行接片处理并切成适当的尺寸。电极浆料以其中溶剂与活性材料、导电材料和粘合剂混合的形式施加在集流体的表面上，并且被制造为电极基板。

电极浆料中的导电材料由于粒径小和比表面积大的缘故而表面能大，所以颗粒倾向于团聚。因此，在混合器中混合导电材料和溶剂并制备导电材料分散液的情况下，导电材料颗粒倾向于在溶剂中团聚。因此，需要将团聚的颗粒分散成单独的颗粒形式。

此外，可以通过加热来熔融粘合剂以将其添加到电极浆料中。此时，一些粘合剂可能会以颗粒(微凝胶)的形式保留。

因此，使用珠磨机来分散这些导电材料或额外地熔融微凝胶。

图1示出传统的盘磨型卧式珠磨机的示意图。

珠磨机包括：外壳1，所述外壳1包括入口5和出口6；容器2，所述容器2位于外壳1中并在其中分散颗粒；珠子(B)；和转子3，所述转子3安装在容器2中并旋转。珠磨机是盘磨机，在转子3的周围配备有盘形搅拌叶片4。

此外，根据转子的类型，存在各种类型的珠磨机，例如上述盘磨机、包括围绕转子轴线的圆柱形转子的钉磨机等。

图2是传统的钉磨型卧式珠磨机的示意图。如图2所示，滚筒形转子20围绕转子的轴线安装。

在图2的珠磨机中，分散介质通过入口11注入容器10中，然后通过狭缝13从出口12排出。在此过程中，随着由驱动单元30驱动的转子20的旋转而使珠子(未示出)旋转，将分散介质分散。具体而言，通过转子的旋转，在垂直于转子轴线的方向上，从转子的表面向珠子施加力，并且珠子撞击到容器的内壁的表面14并且旋转，从而将能量传递给分散介质。

同样，在图1和图2的卧式珠磨机中，作为分散介质的材料从入口移动到出口，在此过程中，珠子随着转子的旋转在容器中旋转，从而为材料提供能量，以允许材料分散。

然而，如果将材料的移动速度设置得很高以提高珠磨机的工艺生产率，则由于材料的流动，珠子会沿材料的传送方向移动。此时，随着出口周围区域中的珠子密度增加，容器的内部压力增加，从而降低分散效率。也就是说，转子旋转产生的力和材料流动产生的力被施加到珠子上。当材料的移动速度较小时，珠子可能移动不多，但当材料的移动速度较高时，珠子的密度增加，并且珠子会堆积在出口周围的区域，如图2所示。

因此，需要一种改善卧式珠磨机中珠子密度在材料移动方向上增加的问题以提高分散效率的技术。

[现有技术文献]

[专利文献]

韩国专利第10-1708376号

发明内容

技术问题

相信本发明解决了上述问题中的至少一些问题。例如，本发明的一个方面提供了一种材料分散方法，该方法能够允许在材料分散工艺期间，在与卧式珠磨机的材料的移动方向相反的方向上对珠子施加力来防止珠磨机的出口侧的珠子密度增加。

此外，本发明的一个方面提供了一种卧式珠磨机中的材料分散方法，该方法能够防止出口侧的珠子密度增加。

技术方案

用于解决上述问题的本发明的用于分散二次电池的材料的卧式珠磨机包括：容器，所述容器包括分散介质的入口和出口并填充有珠子；转子，所述转子在所述容器中旋转以使所述珠子旋转，从而分散所述分散介质；和驱动单元，所述驱动单元用于旋转所述转子，其中所述容器的侧壁的内表面相对于所述转子的轴线以预定角度倾斜，并且形成为内径从入口侧向出口侧逐渐减小的倾斜部分。

在一个示例中，所述分散介质是通过将二次电池的电极浆料中包含的导电材料颗粒分散在溶剂中而获得的导电材料分散液。

所述导电材料分散液中可含有粘合剂颗粒。

在另一个示例中，所述分散介质是包含在二次电池的电极浆料中的熔融粘合剂，所述熔融粘合剂可包含未熔融的微凝胶粘合剂颗粒。

具体而言，所述容器的侧壁的内表面与所述转子的轴线之间的角度可以在1至3度的范围内。

当所述分散介质是导电材料分散液时，所述导电材料的移动速度可大于2.0且小于等于3.0L/min。

在一个示例中，邻近所述容器的出口形成有与所述出口连通的狭缝，并且所述狭缝具有仅使所述分散介质选择性地通过的直径。

此外，邻近所述容器的出口安装有与所述出口连通的网状的筛网，并且所述筛网具有仅允许所述分散介质通过的网孔。

具体而言，在所述转子的出口侧形成有分别与所述出口和所述转子的外侧连通的内腔，并且所述筛网可安装在所述内腔中。

在一个示例中，所述转子可具有冷却水的流路。或者，在所述转子的表面上可形成有凸块。

此外，所述珠磨机可以是包括圆柱形转子的钉磨机，或者是包括围绕所述转子的轴线的盘状搅拌叶片的盘磨机。

本发明的使用用于分散二次电池的材料的卧式珠磨机来分散导电材料的方法包括：将导电材料分散液注入填充有珠子的容器中；通过旋转所述容器中的转子使所述珠子旋转，从而分散所述导电材料分散液中的导电材料；和将分散的导电材料分散液排出到所述容器的出口，其中在分散所述导电材料期间，由所述转子旋转的所述珠子与所述容器的侧壁的倾斜内表面碰撞，从而允许在与所述导电材料分散液的移动方向相反的方向上施加力。

有益效果

根据本发明，通过在卧式珠磨机的内壁的表面上形成倾斜部，可以防止在材料移动方向上的珠子密度增加，从而提高分散效率。

此外，即使材料的移动速度增加，通过抑制珠子密度增加，也可以在提高生产率(材料的移动速度)的同时保持分散性。

附图说明

图1示出传统的盘磨型卧式珠磨机的示意图。

图2是传统的钉磨型卧式珠磨机的示意图。

图3是根据本发明的第一实施方式的卧式珠磨机的示意图。

图4是根据本发明的第二实施方式的卧式珠磨机的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图和各种实施方式详细描述本发明的详细配置。以下描述的实施方式是示例性的，以帮助理解本发明，并且为了帮助理解本发明，附图未按实际比例示出，并且某些部件的尺寸可能被夸大。

由于本发明构思允许各种变化和众多实施方式，特定实施方式将在附图中示出并在正文中详细描述。然而，这并不意在将本发明限制于所公开的具体形式，并且应该理解为包括在本发明的精神和范围内的所有变化、等同物和替代物。

一种用于分散二次电池的材料的卧式珠磨机，包括：容器，所述容器包括分散介质的入口和出口并填充有珠子；转子，所述转子在容器中旋转以使珠子旋转，从而分散所述分散介质；和驱动单元，所述驱动单元用于旋转转子。本发明的特征在于，容器的侧壁的内表面形成为倾斜部分，该倾斜部分相对于转子的轴线以预定角度倾斜。也就是说，容器的侧壁的内表面相对于转子的轴线以预定角度倾斜，使得容器的内径从入口侧向出口侧逐渐减小，以防止珠子由于材料流动而向出口侧移动。

该倾斜部分的作用将结合具体实施方式进行说明。

(第一实施方式)

图3是根据本发明的第一实施方式的卧式珠磨机的示意图。

材料的移动方向由虚线箭头表示。

珠磨机具有容器100，容器100包括分散介质的入口110和出口120。

在本实施方式中，分散介质是通过将二次电池的电极浆料中包含的导电材料颗粒分散在溶剂中而获得的导电材料分散液。如上所述，因为导电材料颗粒具有大的比表面积，所以即使通过卧式珠磨机中的混合器混合导电材料颗粒，它们也会团聚。因此，为了解决团聚现象，应将颗粒注入卧式珠磨机来分散颗粒。

粘合剂颗粒可以包含在导电材料分散液中。根据二次电池的制造工艺，可以仅将导电材料分散在溶剂中，但在一些情况下，可以制造导电材料-粘合剂分散液，该分散液也可以在本发明的卧式珠磨机中分散。

此外，分散介质是包含在二次电池的电极浆料中的熔融粘合剂时，可以使用包含未熔融的微凝胶粘合剂颗粒的熔融粘合剂。

因为可以通过卧式珠磨机中的分散处理将微凝胶颗粒熔融，因此熔融粘合剂也可以用作分散介质。

在本发明中，分散介质是指导电材料分散液和熔融粘合剂，但在一些情况下，分散介质也可以是指悬浮在分散液中的微凝胶颗粒和导电材料。因为导电材料颗粒和微凝胶颗粒的团聚状态在卧式珠磨机中被分解，所以这些颗粒本身也可以称为分散介质。

容器100可进一步包括外壳。然而，在本实施方式中，容器100以集成有外壳的腔室形式示出以使图示清楚。在容器100的一端(图3的右侧)形成入口110，通过入口110注入分散介质。在容器100的另一端形成出口120以允许分散介质排出。

如图1所示，珠子填充在容器100中。可以考虑分散介质的粒径来确定每个珠子的尺寸。当分散的对象是导电材料颗粒时，珠子尺寸可以在0.5至1.0mm的范围内。珠子应该具有能够有效地分散目标颗粒并且可以有效地将珠子与目标颗粒分离的尺寸。为了便于说明，填充在容器100中的珠子未在图2和图3中示出(图4也一样)。

由驱动单元300旋转的转子200安装在容器100中。当转子200旋转时，在搅拌分散介质的同时使珠子旋转。在本实施方式中，转子200由圆柱形的滚筒构成。包括这种圆柱形转子200的珠磨机被称为钉磨机。在转子200的滚筒形转面的表面上形成有钉形凸块(未示出)。凸块还有助于随着转子的旋转而搅拌和分散所述分散介质。转子200的轴线安装成与转子200中的驱动单元300连接。因为容器100的内壁结构在本发明中很重要，所以转子的构造被简单地示出，并且转子200中的转子轴线也被省略。

与出口120连通的狭缝130(或间隙)形成在邻近容器100的出口120的位置。狭缝130具有仅允许分散介质通过而不允许珠子通过的直径。也就是说，狭缝130仅允许分散介质通过。例如，当珠子的直径为1.0mm时，狭缝130可以设置为具有0.3mm的直径以阻挡珠子的通过。另一方面，具有分散颗粒(例如导电材料颗粒)的液体分散介质可以容易地经由狭缝130从出口120排出。在图3的实施方式中，通过入口110注入的分散介质经由安装在容器100的出口120两侧的狭缝130从出口120排出。

本发明的特征在于，容器100的侧壁的内表面形成为倾斜部分140，该倾斜部分140相对于转子轴线以预定角度倾斜。特别地，倾斜部分140形成为从容器100的入口侧向容器100的出口侧倾斜。也就是说，在倾斜部分140中，容器100的入口侧的内径较大，但内径朝向出口侧而逐渐减小。在这种构造中，在垂直于转子200的方向上撞击转子表面的珠子撞到容器100的侧壁的内表面，容器100的侧壁的内表面形成为朝向入口110侧倾斜的倾斜部分140。这样，在与材料朝向出口120移动的方向相反的方向上对珠子施加冲击。也就是说，倾斜部分140的侧壁的内表面用于允许在与材料移动的方向相反的方向上向珠子施加力。

另一方面，在传统的卧式珠磨机中，如图1和2所示，力施加到珠子上，使珠子返回到转子。如图2所示，力在材料移动的方向上施加到珠子，并且珠子堆积在材料出口周围的区域。当材料的流速增加时，这种珠子密度增加的现象加剧。本发明通过形成容器的内表面以在珠子的分散过程期间允许在与材料移动的方向相反的方向上施加力到珠子来防止这种现象。

另一方面，容器的侧壁的内表面的倾斜部分140的倾斜角度应仔细确定。如果倾斜角度太小，则珠子可能会沿材料移动的方向移动。此外，如果倾斜角度太大，则转子200与侧壁的内表面之间的间隙(入口侧)可能变得太大，或者转子200与侧壁的内表面之间的间隙(出口侧)可能变得太小。因此，倾斜部分140的倾斜角度应适当确定，以便在不发生上述问题的范围内，可以有效地在与材料移动的方向相反的方向上向珠子施加力。

此外，倾斜角度可以与材料的移动速度有关。极端来说，当材料的移动速度不大时，不需要设置倾斜部分140。然而，如果材料的移动速度超过一定值，并且在出口120周围区域的珠子密度增加，则需要形成倾斜部分140。此外，倾斜部分140的倾斜角度可以根据材料的移动速度而改变。另外，可以在考虑分散介质的种类和粒径的情况下，在能够实现本发明的目的的范围内确定倾斜部分140的倾斜角度。

将参考后述的实施方式说明在分散介质为导电材料分散液的情况下，倾斜部分140的倾斜角度。

(第二实施方式)

图4是根据本发明的第二实施方式的卧式珠磨机的示意图。

在图3中，珠子通过与出口连通的狭缝型间隙与分散介质分离，但在图4中，使用了筛网分离方案的卧式珠磨机，其中珠子与分散介质通过筛网进行分离。也就是说，图4示出了将本发明应用于使用筛网分离方案的卧式珠磨机的示例。

在图4的珠磨机中，入口110形成在左侧，出口120形成在右侧，这与图3的珠磨机相反。分散介质通过形成在容器100的左侧的入口110注入，然后通过容器100的右侧的出口120排出。

由驱动单元300旋转的转子200安装在容器100中。当转子200旋转时，在搅拌分散介质的同时使珠子旋转。在本实施方式中，珠磨机是具有圆柱形转子200的钉磨机。

在本实施方式中，安装了与容器100的出口120连通的网状筛网400。也就是说，筛网400具有仅允许分散介质通过而阻挡珠子通过的网孔。

筛网400可安装成在出口120侧与出口120连通。在一些实施例中，筛网400可以安装在容器的出口侧的外周面上。

在本实施方式中，筛网400安装在转子200的内部。也就是说，为了增加分散介质的移动路径以提高分散效率，在转子200的出口侧形成内腔220，并且筛网400安装在内腔220内。与转子的外侧连通的连通路径210安装在内腔220中，使得分散在转子的外侧的分散介质可通过连通路径210注入到内腔220。内腔220的另一侧连接到与出口120连通的连接通道150。通过沿着内腔220的内周安装筛网400，分散介质可以与珠子分离。经由筛网400注入内腔220的分散介质经由连接通道150从出口120排出。可以考虑到珠子的直径，在仅允许分散介质通过而不允许珠子通过的适当范围内确定筛网400的网孔大小。

在本实施方式中，容器100的侧壁的内表面形成为倾斜部分140，该倾斜部分140相对于转子轴线以预定角度倾斜。也就是说，在倾斜部分140中，容器100的入口侧的内径较大，但内径朝向出口侧逐渐变小。因此，在本实施方式中，通过倾斜部分140的侧壁的内表面，在与材料移动的方向相反的方向上对珠子施加力。

在下文中，将参考图3和图4说明本发明的分散导电材料的方法、卧式珠磨机的操作和实施方式。

首先，将导电材料分散液通过入口110注入填充有珠子的容器100。此时，分散液在容器100中垂直分散并朝向出口120水平移动。

为了分散所述分散液，使用驱动单元300旋转容器100中的转子200以使珠子旋转。此时，通过珠子的旋转，团聚在分散液中的导电材料颗粒接收能量并分散成单个的颗粒。

另一方面，珠子与倾斜部分140碰撞，并且珠子被施加与分散介质移动的方向相反的方向上的力。这样，可以防止出口120周围区域的珠子密度增加。

分散在容器100中的导电材料分散液经由出口120附近的狭缝130从出口120排出(参见图3)，或者经由转子的内腔220中的筛网400从出口120排出(参见图4)。

实施例

将导电材料分散液注入图3的卧式珠磨机中，并且执行分散作业。炭黑和CNT用作导电材料。作为参考，应用于本发明的导电材料分散液的粘度为约数千cps至30,000cps。如果粘度超过该范围，则分散液的流动性降低，不能有效地进行分散。

实验是在改变卧式珠磨机中的导电材料分散液的材料的移动速度的情况下进行的。以2L/min和3L/min的移动速度进行实验。此外，在材料的每个移动速度下，在卧式珠磨机中进行分散实验，卧式珠磨机的容器的侧壁的内表面的倾斜部分的倾斜角度不同。如下表1所示，比较了根据转子与容器的侧壁的内表面之间的角度，炭黑分散液和CNT分散液的分散效率。

[表1]

炭黑和CNT的分散粒径是中等粒径D50，即累积百分率达到50％时的粒径。

-作为比较例1与实施例1的比较结果，当材料的移动速度为2L/min时，随着倾斜部分的角度调整，没有分散改善效果，也没有珠子密度向容器中的出口增加的现象。

-作为比较例2与实施例2至4的比较结果，当材料的移动速度为3L/min时，实施例2至4的分散粒径小于比较例2(无倾斜角度的传统珠磨机)的分散粒径。由此可知，实施例2至4的分散效率高于比较例2的分散效率。

-在比较例3中，如果将倾斜部分的角度设置为4度，则转子与容器的内表面之间的角度过大，剪切作用减弱，因此分散粒径反而增加。

由此可见，当材料的移动速度大于2.0且小于等于3.0L/min时，1至3度的倾斜角度有利于分散。

由以上可知，通过本发明的用于分散二次电池的材料的卧式珠磨机降低了材料的分散粒径，提高了分散效率。这似乎是因为如上所述，通过将容器的侧壁的内表面形成为倾斜部分，防止了珠子堆积在出口周围区域的现象。

除了上述实施方式之外，在能够实现本发明的目的的范围内可以进行各种修改。例如，可以在转子中形成冷却水的流路。因为随着转子的旋转、珠子的旋转和材料的移动会产生热量，所以可以通过在转子内部形成冷却水的预定流路来降低容器的内部的温度。

此外，通过在转子表面上形成凸块，可以提高搅拌/分散效果。凸块可以形成在钉磨机的滚筒形转子的表面上，或者也可以形成在安装在盘磨机中的转子轴线上的圆盘的表面上。

此外，参考图3和图4，示例了将本发明应用于包括滚筒形转子的钉磨机的示例，但是本发明也可以应用于销磨机或图1的盘磨机。当卧式珠磨机中的材料的移动速度增加时，如图2所示，无论转子的类型如何，出口附近区域的珠子都会增加。因此，应用本发明具有技术意义。特别地，因为大量的珠子被放置在容器与转子之间的空间中，所以与钉磨机相比，在盘磨机中更多的珠子可能在材料移动的方向上移动。因此，在盘磨机的情况下，最好形成本发明的容器的侧壁的内表面的倾斜部分。

在上文中，已经通过附图和示例更详细地描述了本发明。因此，说明书中描述的实施方式和附图中描述的构造仅仅是本发明的最优实施方式，并不代表本发明的全部技术思想。应当理解，在提交本申请时可以有各种等同物和变化来代替它们。

[附图标记说明]

10、100：容器

11、110：入口

12、120：出口

13、130：狭缝

14：容器的侧壁的内表面

140：容器的侧壁的内表面(倾斜部分)

150：连接通道

200：转子

210：连通路径

220：内腔

300：驱动单元

400：筛网

Claims (15)

1.一种用于分散二次电池的材料的卧式珠磨机，所述卧式珠磨机包括：

容器，所述容器包括分散介质的入口和出口并填充有珠子；

转子，所述转子在所述容器中旋转以使所述珠子旋转，从而分散所述分散介质；和

驱动单元，所述驱动单元用于旋转所述转子，

其中所述容器的侧壁的内表面相对于所述转子的轴线以预定角度倾斜，并且形成为内径从入口侧向出口侧逐渐减小的倾斜部分。

2.根据权利要求1所述的卧式珠磨机，其中所述分散介质是通过将二次电池的电极浆料中包含的导电材料颗粒分散在溶剂中而获得的导电材料分散液。

3.根据权利要求2所述的卧式珠磨机，其中所述导电材料分散液中含有粘合剂颗粒。

4.根据权利要求1所述的卧式珠磨机，其中所述分散介质是包含在二次电池的电极浆料中的熔融粘合剂，并且所述熔融粘合剂包含未熔融的微凝胶粘合剂颗粒。

5.根据权利要求2所述的卧式珠磨机，其中所述容器的侧壁的内表面与所述转子的轴线之间的角度在1至3度的范围内。

6.根据权利要求5所述的卧式珠磨机，其中所述导电材料的移动速度大于2.0且小于等于3.0L/min。

7.根据权利要求2所述的卧式珠磨机，其中所述珠子的直径在0.5至1mm的范围内。

8.根据权利要求1所述的卧式珠磨机，其中邻近所述容器的出口形成有与所述出口连通的狭缝，并且所述狭缝具有仅使所述分散介质选择性地通过的直径。

9.根据权利要求1所述的卧式珠磨机，其中邻近所述容器的出口安装有与所述出口连通的网状的筛网，

其中所述筛网具有仅允许所述分散介质通过的网孔。

10.根据权利要求9所述的卧式珠磨机，其中在所述转子的出口侧形成有分别与所述出口和所述转子的外侧连通的内腔，并且

其中所述筛网安装在所述内腔中。

11.根据权利要求1所述的卧式珠磨机，其中所述转子具有冷却水的流路。

12.根据权利要求1所述的卧式珠磨机，其中在所述转子的表面上形成有凸块。

13.根据权利要求1所述的卧式珠磨机，其中所述珠磨机是包括圆柱形转子的钉磨机。

14.根据权利要求1所述的卧式珠磨机，其中所述珠磨机是包括围绕所述转子的轴线的盘状搅拌叶片的盘磨机。

15.一种使用用于分散二次电池的材料的卧式珠磨机来分散导电材料的方法，所述方法包括：

将导电材料分散液注入填充有珠子的容器中；

通过旋转所述容器中的转子使所述珠子旋转，从而分散所述导电材料分散液中的导电材料；和

将分散的导电材料分散液排出到所述容器的出口，

其中在分散所述导电材料期间，由所述转子旋转的所述珠子与所述容器的侧壁的倾斜内表面碰撞，从而允许在与所述导电材料分散液的移动方向相反的方向上施加力。

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