KR101364300B1

KR101364300B1 - 교반 장치

Info

Publication number: KR101364300B1
Application number: KR1020127010390A
Authority: KR
Inventors: 아쯔시 스기하라; 마사노리 기따요시; 야스유끼 나까네
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2014-02-18
Also published as: JPWO2011048698A1; US20120195160A1; CN102574081A; WO2011048698A1; KR20120056303A; JP5282986B2; CN102574081B; US8662740B2

Abstract

교반 장치(100)는, 원통 형상의 교반조(102)의 중심축을 따라 회전축(150)이 설치되어 있다. 또한, 회전축(150)에는, 대략 원통 형상의 교반 부재(104)가 설치되어 있다. 이 교반 부재(104)는, 교반조(102)의 내경보다도 작은 외경을 갖고, 교반조(102)의 내주면에 대해 동심원으로 회전한다. 또한, 교반 부재(104)에는, 직경 방향으로 관통한 복수의 관통 구멍(162, 164)이 형성되어 있다. 교반 부재(104)의 하부에 형성된 관통 구멍(164)은, 교반 부재(104)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)보다도 크다.

Description

교반 장치 {STIRRING DEVICE}

본 발명은 교반 장치에 관한 것으로, 특히 전극 활물질, 도전재, 결착재, 용제 등을 교반 혼합하는 데 사용할 수 있는 교반 장치에 관한 것이다.

이러한 교반 장치로서, 원통 형상의 교반조와, 교반조의 내경보다도 작은 외경을 갖고, 교반조의 내주면에 대해 동심원으로 회전하는 대략 원통 형상의 교반 부재를 구비한 교반 장치가 있다. 이러한 교반 부재는, 원통 부분에 반경 방향의 소구멍이 다수 관통 형성되어 있다. 이 교반 장치에서는, 교반 부재가 교반조의 내주면에 대해 근소한 간극을 유지한 상태에서, 고속으로 회전한다. 교반조에 공급된 피처리 재료에는, 교반 부재의 고속 회전에 수반하여 원심력이 작용한다. 피처리 재료는, 원심력에 의해 교반 부재에 형성된 소구멍으로부터 외경 방향으로 밀려나와, 교반 부재의 외주면과 교반조의 내주면 사이에 박막 원통 형상으로 퍼진다. 이때, 피처리 재료의 표면과 교반조의 내주면 사이에서 피처리 재료가 교반된다. 그리고 충분히 교반되어 점도가 저하된 피처리 재료는, 원심력의 작용에 의해, 교반조의 상부로 이동하여, 교반조의 상부로부터 배출된다.

이러한 교반 장치는, 예를 들어 일본 특허 제3256801호(특허문헌 1), 일본 특허 출원 공개 제2005-129482호(특허문헌 2), 일본 특허 출원 공개 제2006-236658호(특허문헌 3), 일본 특허 출원 공개 제2007-125454호(특허문헌 4)에 개시되어 있다.

일본 특허 제3256801호 일본 특허 출원 공개 제2005-129482호 일본 특허 출원 공개 제2006-236658호 일본 특허 출원 공개 제2007-125454호

그런데 상기 교반 장치는, 피처리 재료가 교반조 내에 공급된 상태에서, 교반 부재를 회전시킴으로써, 피처리 재료를 교반한다. 이때, 교반 장치는, 교반조와 교반 부재 사이에서 교반되는 피처리 재료에 발생하는 마찰에 의해 발열한다. 그런데 리튬 이온 2차 전지에는, 전극 활물질, 도전재, 결착재, 용제 등을 소정의 비율로 혼합한 후에 교반 장치에서 교반한 전극 슬러리가 사용된다. 이러한 전극 슬러리를 제조할 때에는, 전극 활물질, 도전재, 결착재, 용제 등이 혼합된 혼합 재료를 교반 장치에서 교반한다. 이때, 교반 장치에 공급되는 초기에 있어서, 상기 혼합 재료의 점도가 높은 경우가 있다.

본 발명자는, 이러한 전극 슬러리를 효율적으로 교반하기 위해, 상술한 원통 형상의 교반조와, 원통 형상의 교반조 내에 동심으로 회전하는 교반 부재를 구비한 교반 장치를 사용하는 것을 검토하고 있다. 그러나 당해 교반 장치를 사용하여, 점도가 높은 페이스트 상태의 재료를 교반하는 경우에, 교반되는 재료와, 교반조 및 교반 부재 사이에서 큰 마찰이 발생하여, 고온의 열이 발생할 수 있다. 또한, 이러한 발열을 낮게 억제하려고 하면 처리 효율이 나빠진다. 본 발명자는, 이러한 피처리 재료를 교반하는 처리에 대해, 발열을 낮게 억제하는 동시에 처리 효율을 향상시키고자 생각하고 있다.

본 발명자의 지식에 따르면, 처리 효율을 향상시키기 위해서는, 교반 부재에 형성된 구멍을 크게 하여, 교반조와 교반 부재 사이에 피처리 재료가 공급되기 쉽게 하면 된다. 그러나 교반 부재에 형성된 구멍을 크게 하면, 교반조와 교반 부재 사이에 피처리 재료가 공급되기 쉬워지므로, 발열이 커진다. 반대로, 교반 부재에 형성된 구멍을 작게 하면, 교반조와 교반 부재 사이에 피처리 재료가 공급되기 어려워지므로, 발열을 낮게 억제할 수 있지만 처리 효율이 저하된다. 본 발명자는, 이러한 교반 장치에 대해, 발열을 낮게 억제하는 동시에 처리 효율을 향상시킬 수 있는 새로운 구조를 제안한다.

본 발명에 관한 교반 장치는, 원통 형상의 교반조; 교반조의 중심축을 따라 설치된 회전축; 교반조의 내경보다도 작은 외경을 갖고, 교반조의 내주면에 대해 동심원으로 회전하도록 회전축에 설치된 대략 원통 형상의 교반 부재; 및 교반 부재의 직경 방향으로 관통 형성된 복수의 관통 구멍;을 갖고, 복수의 관통 구멍 중 교반 부재의 하부에 형성된 관통 구멍은, 교반 부재의 상부에 형성된 관통 구멍보다도 크다.

이 교반 장치는, 교반 부재에 형성된 복수의 관통 구멍 중 교반 부재의 하부에 형성된 관통 구멍은, 교반 부재의 상부에 형성된 관통 구멍보다도 크다. 이로 인해, 점도가 높은 피처리 재료는, 초기 단계에서 교반조의 하부에서 처리되고, 어느 정도 교반되어 점도가 저하되면 교반조의 상부에서 처리된다. 이 경우, 점도가 높은 피처리 재료를 처리하는 교반조의 하부에서는 발열이 커지지만, 교반조의 상부에서는 발열이 작게 억제된다. 이에 의해, 교반 장치 전체적으로 발열을 작게 억제할 수 있다. 또한, 고점도의 피처리 재료가 공급된 경우라도, 교반조의 하부에서는, 교반조와 교반 부재 사이에 피처리 재료가 공급되기 쉬워지므로, 처리 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

교반 부재는, 예를 들어 교반조의 내경보다도 작은 외경을 갖는 원통부; 원통부의 축 방향의 중간 부위로부터 반경 방향으로 연장된 아암부; 및 아암부의 중심에 설치된 회전축에 설치되는 보스부;를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 아암부가 연장되는 축 방향의 중간 부위보다도 하부에 형성된 관통 구멍이, 상부에 형성된 관통 구멍보다도 커도 된다.

또한, 교반 부재의 하부에 형성된 관통 구멍이, 상부에 형성된 관통 구멍보다도 균일하게 커도 된다. 또한, 이에 한정되지 않고, 교반 부재는, 상부로부터 하부를 향해 서서히 큰 관통 구멍이 형성되어 있어도 된다. 또한, 예를 들어 교반 부재의 상부에 형성된 관통 구멍은 원형이고, 교반 부재의 하부에 형성된 관통 구멍은, 상부에 형성된 관통 구멍의 직경과 1변의 길이가 동일한 정사각형이어도 된다.

또한, 관통 구멍은 교반 부재의 반경 방향을 따라 관통해도 된다. 또한, 관통 구멍은 교반 부재의 반경 방향에 대해 비스듬히 기울여 관통해도 된다. 또한, 관통 구멍은 교반 부재의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재의 회전 방향의 전방을 향해 기울여 관통하고 있어도 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 교반 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 교반 장치의 교반 부재를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 교반 장치의 교반 부재를 도시하는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 교반 장치의 교반 부재를 도시하는 정면도이다.
도 5는 시험에서 사용된 교반 부재를 도시하는 정면도이다.
도 6은 시험에서 사용된 교반 부재를 도시하는 정면도이다.
도 7은 피처리 재료의 온도에 대해 시험 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 피처리 재료의 점도에 대해 시험 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 다른 실시 형태에 관한 교반 장치의 교반 부재를 도시하는 정면도이다.
도 10은 다른 실시 형태에 관한 교반 장치의 교반 부재를 도시하는 정면도이다.
도 11은 교반 부재에 형성된 관통 구멍에 대해 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 12는 교반 부재에 형성된 관통 구멍에 대해 변형예를 도시하는 단면도이다.
도 13은 교반 부재에 형성된 관통 구멍에 대해 변형예를 도시하는 단면도이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 교반 장치를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태로 한정되지 않는다. 또한, 동일한 작용을 발휘하는 부재 또는 부위에는 동일한 부호를 부여하여 설명한다.

도 1은 교반 장치(100)를 도시하는 종단면도이다. 교반 장치(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 교반조(102)와, 교반 부재(104)와, 외부조(106)를 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 교반조(102)는 원통 형상의 내주면을 갖는 용기로, 상부 용기(102a)와, 하부 용기(102b)와, 덮개(sheathing)(102c)를 구비하고 있다.

상부 용기(102a)는 대략 원통 형상의 용기로, 상부 용기(102a)의 상하의 단부에는, 외경측으로 연장된 플랜지(112, 114)를 갖고 있다. 상부 용기(102a)의 외주 부분에는, 냉각수가 공급되는 냉각수실(116)이 형성되어 있다. 상부 용기(102a)의 상부 단부면에는 덮개(118)가 설치되어 있다. 또한, 상부 용기(102a)에는, 원통 부분에 피처리 재료(L)의 배출구(120)가 형성되어 있다.

하부 용기(102b)는 상부 용기(102a)와 대략 동일한 내경의 내주면을 갖는 바닥이 있는 원통 형상의 용기로, 상부에 외경측으로 연장된 플랜지(122)를 갖고 있다. 하부 용기(102b)의 바닥부에는, 하부에 피처리 재료(L)의 공급구(124a, 124b)가 형성되어 있다. 이 실시 형태에서는, 하부 용기(102b)의 바닥부에는, 복수(도시예에서는 2개)의 공급구(124a, 124b)가 형성되어 있고, 공급구(124a, 124b)에는, 각각 공급 밸브(126a, 126b)를 갖는 공급관(128a, 128b)이 설치되어 있다.

이러한 상부 용기(102a)와 하부 용기(102b)는, 내부 공간이 동심원으로 연통하도록 상하로 겹쳐져 있다. 상부 용기(102a)와 하부 용기(102b) 사이에는, 덮개(102c)가 설치되어 있다. 덮개(102c)는 원판 형상의 부재이고 중심부에 구멍(132)을 갖고 있다. 이 실시 형태에서는, 하부 용기(102b)의 상부 단부면에는, 덮개(102c)를 끼우는 오목부(134)가 형성되어 있다. 덮개(102c)는 하부 용기(102b)의 상부 단부면에 형성된 오목부(134)에 끼워진 상태에서, 상부 용기(102a)와 하부 용기(102b) 사이에 끼워져 있다.

외부조(106)는 교반조(102)의 하부 용기(102b)의 바닥부 및 외주면을 덮는 용기이다. 하부 용기(102b)와 외부조(106) 사이에는, 냉각수가 공급되는 냉각수실(142)이 형성되어 있다. 외부조(106)에는, 냉각수실(142)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(144)이 접속되어 있다. 교반조(102)는 교반 부재(104)가 설치되는 회전축(150)을 구비하고 있다. 회전축(150)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 덮개(118)를 관통하고, 덮개(102c)의 중심에 형성된 구멍(132)을 통하여, 교반조(102)의 중심축을 따라 연장되어 있다. 회전축(150)은 교반조(102)의 상부로부터 외부로 연장되어 있고, 교반조(102)의 외부에 설치된 구동 장치(200)에 접속되어 있다.

교반 부재(104)는 대략 원통 형상의 부재이다. 교반 부재(104)의 외경(φ)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 내경(D)보다도 조금 작다. 교반 부재(104)는 교반조(102)의 내주면에 대해 동심원으로 회전하도록 회전축(150)에 설치되어 있다. 이러한 교반 부재(104)에는, 복수의 관통 구멍(162, 164)이 형성되어 있다. 이 교반 장치(100)에서는, 교반 부재(104)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)보다도 하부에 형성된 관통 구멍(164) 쪽이 크다.

이 교반 장치(100)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 하부 용기(102b)의 바닥부에 형성된 공급구(124a, 124b)로부터 피처리 재료(L)가 공급된다. 교반조(102)에 공급된 피처리 재료(L)는, 교반 부재(104)의 고속 회전에 의해 원주 방향으로 가압되어 회전한다. 이때, 피처리 재료(L)는, 이러한 피처리 재료(L)에 작용하는 원심력에 의해, 교반 부재(104)에 형성된 관통 구멍(162, 164)을 통하여 교반조(102)와 교반 부재(104) 사이에 공급된다. 이때, 관통 구멍(162, 164)으로 유입된 피처리 재료(L)는, 관통 구멍(162, 164)의 내면에 의해 강한 회전력을 받아, 원심력의 작용에 의해, 관통 구멍(162, 164)으로부터 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극(S) 내로 유출된다.

이에 의해, 당해 간극(S)의 피처리 재료(L)의 압력이 상승한다. 또한, 관통 구멍(162, 164)으로부터 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극(S) 내로 피처리 재료(L)가 유출됨으로써, 당해 간극(S) 내의 피처리 재료(L)의 흐름이 흐트러진다. 이에 의해, 소요의 교반 작용이 얻어진다. 또한, 피처리 재료(L)는 교반조(102)의 내면에 박막 원통 형상으로 밀착하면서 회전한다. 이때, 교반 부재(104)의 표면과 교반조(102)의 내면의 속도차에 의한 어긋남에 의해, 피처리 재료(L)는 교반조(102)의 둘레 방향으로 전단력을 받아 교반된다. 또한, 피처리 재료(L)에 포함되는 성분이 미립화된다.

이 교반 장치(100)는, 교반조(102)의 하부 용기(102b)의 바닥부에 형성된 공급구(124a, 124b)로부터 피처리 재료(L)가 연속해서 공급된다. 상기한 바와 같이 교반조(102) 내에서 교반이 진행되면 피처리 재료(L)의 점성이 저하되어, 원심력의 작용에 의해 피처리 재료(L)는 상부로 이동한다. 또한, 교반이 진행되면 피처리 재료(L)는, 교반조(102)의 상부로 서서히 이동하고, 상부 용기(102a)와 하부 용기(102b) 사이에 끼워진 덮개(102c)를 초과하여, 상부 용기(102a) 내로 유출된다. 상부 용기(102a)로 유출된 피처리 재료(L)는, 또한 상부 용기(102a)에 형성된 배출구(120)로부터 배출된다.

이하, 이 실시 형태에 있어서의 교반 부재(104)를 상세하게 설명한다. 도 2는 교반 부재(104)의 종단면도, 도 3은 교반 부재(104)의 평면도, 도 4는 교반 부재(104)의 정면도를 각각 도시하고 있다. 이 실시 형태에서는, 교반 부재(104)는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 원통부(152)와, 아암부(154)와, 보스부(156)를 구비하고 있다.

원통부(152)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 내경보다도 작은 외형(φ)을 갖는 대략 원통 형상의 부위이다. 이 실시 형태에서는, 원통부(152)의 외경(φ)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 교반조(102)의 하부 용기(102b)의 내경(D)보다도 조금 작다. 아암부(154)는 원통부(152)의 축 방향의 중간 부위로부터 원통부(152)의 반경 방향으로 연장되어 있다. 보스부(156)는 아암부(154)의 중심에 설치되고, 회전축(150)이 설치되는 부위이다.

이 실시 형태에서는, 아암부(154)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 원통부(152)의 축 방향의 중간 부위(160)로부터 반경 방향 내측으로 연장되어 있다. 아암부(154)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 둘레 방향으로 연속하고 있고, 상하로 관통한 복수(도시예에서는 8개)의 구멍(154a)이 둘레 방향으로 소정의 간격으로 형성되어 있다. 보스부(156)는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 아암부(154)의 중심[원통부(152)의 중심]에 설치되어 있다. 보스부(156)에는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 회전축(150)에 장착되는 설치 구멍(156a)이 형성되어 있다. 설치 구멍(156a)은 회전축(150)의 회전이 확실하게 전달되는 구조(예를 들어, 둘레 방향의 접촉면, 키 구조, 스플라인 등)를 갖고 있으면 좋다. 이 실시 형태에서는, 설치 구멍(156a)에는, 접촉면(156b)을 갖고 있고, 도시는 생략하지만, 회전축(150)에도 당해 접촉면(156b)에 접촉하는 면이 형성되어 있다.

또한, 교반 부재(104)의 원통 부분에는, 복수의 관통 구멍(162, 164)이 형성되어 있다. 교반 부재(104)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)보다도 교반 부재(104)의 하부에 형성된 관통 구멍(164) 쪽이 크다. 이 실시 형태에서는, 교반 부재(104)는, 아암부(154)가 연장되는 원통부(152)의 축 방향의 중간 부위(160)를 경계로, 상부보다도 큰 관통 구멍(164)이 하부에 형성되어 있다.

관통 구멍(162, 164)은, 교반조(102)에 공급된 초기 단계에서의 피처리 재료(L)의 점도나 입경 등을 고려하여 적당한 크기로 설정하면 된다. 이 실시 형태에서는, 교반 부재(104)의 하부에 형성된 관통 구멍(164)은, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)라도 통과할 수 있는 정도의 크기로 설정되어 있다. 이에 대해, 상부에 형성된 관통 구멍(162)은, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)는 통과하기 어렵지만, 어느 정도 교반되어 점도가 저하된 피처리 재료(L)는 통과할 수 있는 정도의 크기로 설정되어 있다.

또한, 이 실시 형태에서는, 교반조(102)의 상부에 형성된 복수의 관통 구멍(162)은, 각각 동일한 크기의 구멍으로 형성되어 있다. 또한, 교반 부재(104)의 하부에 형성된 복수의 관통 구멍(164)은, 각각 동일한 크기의 구멍으로 형성되어 있다. 구체적으로는, 이 실시 형태에서는, 교반 부재(104)의 상부에 형성된 복수의 관통 구멍(162)은, 모두 직경이 3㎜의 원형의 구멍이다. 교반 부재(104)의 하부에 형성된 복수의 관통 구멍(164)은, 모두 직경이 5㎜의 원형의 구멍이다. 이와 같이, 이 실시 형태에서는, 교반 부재(104)의 하부에 형성된 관통 구멍(164)에 비해, 교반 부재(104)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)을 균일하게 작게 하고 있다.

이 교반 장치(100)에 따르면, 교반 부재(104)의 하부에 형성된 관통 구멍(164)은, 직경이 5㎜의 원형의 구멍이다. 이 실시 형태에서는, 당해 하부에 형성된 관통 구멍(164)은, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)가 통과할 수 있는 정도의 크기로 설정되어 있다. 이로 인해, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)는, 교반조(102)의 하부에서 처리될 수 있다. 또한, 어느 정도 교반되어 점도가 저하된 피처리 재료(L)는, 원심력의 작용을 받아 교반 부재(104)의 상부로 이동한다. 이와 같이 피처리 재료(L)는 교반조(102)의 하부에서 어느 정도 교반되므로, 교반 부재(104)의 상부에는, 공급 초기보다도 점도가 저하된 피처리 재료(L)가 공급되는 경향이 있다.

교반 부재(104)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)은, 직경이 3㎜의 원형의 구멍이다. 당해 상부의 관통 구멍(162)은, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)는 통과하기 어렵지만, 어느 정도 교반되어 점도가 저하된 피처리 재료(L)는 통과할 수 있는 정도의 크기로 설정되어 있다. 공급 초기보다도 점도가 저하된 피처리 재료(L)는, 교반 부재(104)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)을 통과하여, 교반조(102)와 교반 부재(104) 사이에 공급된다. 이와 같이, 교반 부재(104)의 하부에서는, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)가 처리된다. 또한, 교반 부재(104)의 상부에서는, 어느 정도 교반되어 점도가 저하된 피처리 재료(L)가 처리된다.

이 경우, 점도가 높은 피처리 재료(L)를 처리하는 교반 부재(104)의 하부 근방에서는, 피처리 재료(L)의 발열이 커지지만, 점도가 저하된 피처리 재료(L)를 처리하는 교반 부재(104)의 하부 근방에서는 피처리 재료(L)의 발열이 작게 억제된다. 이로 인해, 교반 장치(100) 전체적으로는, 피처리 재료(L)의 발열을 작게 억제할 수 있다. 또한, 교반조(102)의 하부에서는, 관통 구멍(164)이 커, 교반조(102)와 교반 부재(104) 사이에 피처리 재료(L)가 공급되기 쉬워지므로, 고점도의 피처리 재료(L)가 공급된 경우라도, 처리 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이, 이 교반 장치(100)에서는, 전체적으로 발열을 억제하면서 처리 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명자는, 이러한 교반 장치(100)에 대해, 관통 구멍이 다른 교반 부재를 복수 준비하고, 각각 동일한 피처리 재료(L)를 일정한 조건으로 교반 처리하고, 처리 후의 피처리 재료(L)의 점도와, 피처리 재료(L)의 온도 상승을 측정하였다. 일례를 들면, 본 발명자는, 도 4에 도시한 바와 같이, 상부에 직경 3㎜의 원형의 관통 구멍(162)이 형성되고, 하부에 직경 5㎜의 원형의 관통 구멍(164)이 형성된 교반 부재(Y0)를 준비하였다. 또한, 이것과 대비하기 위해, 도 5에 도시한 바와 같이, 관통 구멍(162, 164)을 모두 직경 3㎜의 원형의 관통 구멍으로 한 교반 부재(Y1) 및 도 6에 도시한 바와 같이, 관통 구멍(162, 164)을 모두 직경 5㎜의 원형의 관통 구멍으로 한 교반 부재(Y2)를 준비하였다. 또한, 각 성분을 칭량하여 성분을 조정하고, 적당히 혼합한 피처리 재료(L)를 준비하였다.

다음에, 교반 부재(Y0, Y1, Y2)를 각각 설치한 3개의 교반조(102)에, 피처리 재료(L)를 소정량씩 공급하여, 각각 주속 40m／s로 120초 동안, 교반 부재(Y0, Y1, Y2)를 회전시켜 교반 처리를 하였다. 그리고 당해 처리 직후에 피처리 재료(L)의 온도를 계측하였다. 그 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이, 모든 관통 구멍(162, 164)을 직경 3㎜의 원형으로 한 교반 부재(Y1)에서는, 피처리 재료(L)의 온도 상승은 65℃ 정도이었다. 모든 관통 구멍(162, 164)을 직경 5㎜의 원형으로 한 교반 부재(Y2)에서는, 피처리 재료(L)의 온도 상승은 90℃ 정도이었다. 이에 대해, 상부에 직경 3㎜의 원형의 관통 구멍(162)이 형성되고, 하부에 직경 5㎜의 원형의 관통 구멍(164)이 형성된 교반 부재(Y0)에서는, 피처리 재료(L)의 온도는 70℃ 정도이었다. 이와 같이, 교반 부재(Y0)를 사용한 경우에는, 모든 관통 구멍(162, 164)을 직경 5㎜의 원형으로 한 교반 부재(Y2)에 비해, 큰 온도 상승은 발생하지 않았다. 이와 같이, 피처리 재료(L)의 온도 상승을 낮게 억제할 수 있다.

또한, 교반 처리의 효율에 대해, 본 발명자는, 상부에 직경 3㎜의 원형의 관통 구멍(162)이 형성되고, 하부에 직경 5㎜의 원형의 관통 구멍(164)이 형성된 교반 부재(Y0)와, 모든 관통 구멍(162, 164)을 직경 3㎜의 원형으로 한 교반 부재(Y1)를 비교하였다. 각각 40m／s로 120초 동안 처리하였다. 그리고 피처리 재료(L)가 25℃로 될 때까지 방치하고, 그 후 피처리 재료(L)의 점도를 측정하였다. 점도의 측정에는, E형 점도계(토우키 산업 주식회사제, R550)를 사용하여 측정하였다. 여기에서는, 점도계의 콘을 1rpm, 20rpm, 100rpm으로 회전시켜, 각각 점도를 계측한 경우에 대해, 시험 결과를 도 8에 나타낸다.

이 결과, 도 8에 나타낸 바와 같이, 점도계의 콘을 1rpm으로 회전시켜 계측한 경우, 교반 부재(Y1)를 사용하여 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n1을 1이라고 하면, 교반 부재(Y0)를 사용하여 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n4는 대략 0.79 정도이었다.

점도계의 콘을 20rpm으로 회전시켜 계측한 경우, 교반 부재(Y1)를 사용하여 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n2를 1이라고 하면, 교반 부재(Y0)를 사용하여 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n5는 대략 0.90 정도이었다.

점도계의 콘을 100rpm으로 회전시켜 계측한 경우, 교반 부재(Y1)를 사용하여 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n3을 1이라고 하면, 교반 부재(Y0)를 사용하여 교반 처리된 후의 피처리 재료(L)의 점도 n6은 대략 0.93 정도이었다.

이러한 비교 시험에서는, 정극 활물질(예를 들어, 리튬 함유 산화물), 도전재로서의 카본, 점착제(바인더)를, 소정의 비율로, 용제에 혼합한 시료를 피처리 재료(L)로서 사용하였다. 또한, 피처리 재료(L)의 성분, 혼합 비율을 변경하면, 피처리 재료(L)의 공급 초기의 단계에서의 점도, 교반 처리 후의 점도도 변한다. 또한, 피처리 재료(L)의 성분, 혼합 비율에 관계없이, 교반 처리에 의해 피처리 재료(L)의 온도는 상승한다. 피처리 재료(L)의 성분, 혼합 비율을 변경하면 데이터는 변하지만, 상술한 교반 부재(Y0, Y1, Y2)를 사용한 경우에서의 데이터를 대비한 경향은 대략 변하지 않는다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 교반 장치(100)는, 상부에 형성된 관통 구멍(162)보다도 하부에 형성된 관통 구멍(164) 쪽이 큰 교반 부재(Y0)가 사용되어 있다. 이 교반 장치(100)에 따르면, 교반 장치(100) 전체적으로 발열을 작게 억제할 수 있는 동시에, 처리 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 리튬 이온 2차 전지용의 전극 슬러리 등, 점도가 높은 피처리 재료를 교반하는 장치로서 적합하다.

이상, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 교반 장치(100)를 설명하였지만, 본 발명에 관한 교반 장치는 상기 실시 형태로 한정되지 않는다.

상술한 실시 형태에서는, 교반 부재(104)는, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 아암부(154)가 연장되는 축 방향의 중간 부위(160)를 경계로 하여, 당해 중간 부위(160)보다도 하부에 형성된 관통 구멍(164)이, 상부에 형성된 관통 구멍(162)보다도 크다. 교반 부재(104)에 형성하는 관통 구멍(162, 164)의 경계는, 아암부(154)가 연장되는 축 방향의 중간 부위(160)로 설정하지 않아도 된다.

또한, 상술한 실시 형태에서는, 교반 부재(104)의 하부에 형성된 관통 구멍(164)이, 상부에 형성된 관통 구멍(162)보다도 균일하게 크다. 교반 부재(104)에 형성되는 관통 구멍(162, 164)의 크기는, 이러한 형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 9에 도시하는 교반 부재(104A)와 같이, 교반 부재(104A)의 상부로부터 하부를 향해 서서히 큰 관통 구멍(166a 내지 166d)이 형성되어 있어도 된다.

예를 들어, 도 9에 도시하는 예에서는, 교반 부재(104)의 상부로부터 하부를 향해, 상하로 11열의 관통 구멍(166a 내지 166d)이 형성되어 있다. 위에서 3열째까지는 가장 작은 관통 구멍(166a)이 형성되어 있다. 위에서 4열째로부터 6열째까지는, 3열째까지 형성된 관통 구멍(166a)보다도 조금 큰 관통 구멍(166b)이 형성되어 있다. 또한, 위에서 7열째로부터 9열째까지는, 4열째로부터 6열째까지 형성된 관통 구멍(166b)보다도 큰 관통 구멍(166c)이 형성되어 있다. 또한, 10열째와 11열째에는, 가장 큰 관통 구멍(166d)이 형성되어 있다. 이와 같이, 도 9에 도시하는 교반 부재(104A)에서는, 교반 부재(104A)의 상부로부터 하부를 향해 서서히 큰 관통 구멍(166a 내지 166d)이 형성되어 있다.

이 실시 형태에서는, 교반 부재(104A)의 하부에 형성된 관통 구멍(166d)은, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)가 교반조(102)와 교반 부재(104A) 사이에 공급될 수 있는 정도의 크기로 설정되어 있다. 또한, 관통 구멍(166d), 관통 구멍(166c), 관통 구멍(166b), 관통 구멍(166a)은, 교반 부재(104)의 상부를 향함에 따라 서서히 작아지고 있다. 이로 인해, 교반 부재(104)의 상부를 향함에 따라, 공급 초기의 점도가 높은 피처리 재료(L)는, 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극(S)에 공급되기 어렵게 되어 있다. 또한, 교반조(102)와 교반 부재(104) 사이에는, 교반 부재(104)의 상부를 향함에 따라 서서히 점도가 저하된 피처리 재료(L)가 공급된다.

이러한 교반 부재(104A)를 사용한 경우, 교반조(102) 내에서, 하부로부터 상부를 향함에 따라, 피처리 재료(L)의 교반 처리의 정도를 보다 상세하게 설정할 수 있다. 이에 의해, 피처리 재료(L)를 보다 확실하게 교반할 수 있다. 또한, 이 경우에도, 관통 구멍(166a 내지 166d)의 크기를 적절하게 설정함으로써, 교반조(102)에서 발생하는 발열을 억제하면서, 교반 장치(100)의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 9에 도시하는 교반 부재(104A)에서는, 교반 부재(104A)의 상부로부터 하부를 향해 11열의 관통 구멍(166a 내지 166d)을 4단계의 크기로 나누고 있지만, 이러한 형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 교반 부재(104A)의 복수열의 관통 구멍을 상부로부터 하부를 향해 열마다 서서히 크게 해도 된다.

또한, 다른 형태로서, 상술한 실시 형태에서는, 교반 부재에 형성된 관통 구멍은 원형이지만, 관통 구멍의 형상은 원형이 아니어도 된다. 예를 들어, 관통 구멍은, 정사각형, 평행 사변형, 직사각형, 사다리꼴 등의 직사각형, 삼각형, 그 외의 다각형, 타원형 등 다양한 기하학 형상, 또한 이형(異形) 형상이어도 된다.

예를 들어, 도 10에 도시하는 교반 부재(104B)에서는, 상부에 형성된 관통 구멍(168a)은 원형이고, 하부에 형성된 관통 구멍(168b)은, 상부에 형성된 관통 구멍(168a)의 직경과 1변의 길이가 동일한 정사각형이다. 이 경우, 상부에 형성된 관통 구멍(168a)에 비해 하부에 형성된 관통 구멍(168b)을 적절하게 크게 할 수 있다.

또한, 예를 들어 도 1에 도시하는 실시 형태에서는, 교반 부재(104)에 형성한 관통 구멍(162, 164)은, 각각 도 11에 모식적으로 도시한 바와 같이, 교반 부재(104)의 반경 방향을 따라 관통하고 있다. 이 경우, 피처리 재료(L)의 점도가 높은 경우에는, 관통 구멍(162, 164)에서 피처리 재료(L)가 막혀, 처리 효율이 저하되는 경우도 생각된다. 본 발명에서는, 이러한 교반 부재(104)에 형성되는 관통 구멍은, 반경 방향을 따라 관통시킨 형태로 한정되지 않는다.

예를 들어, 도 12에 도시한 바와 같이, 관통 구멍(162, 164)은, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대해 비스듬히 기울여 관통시켜도 된다. 이 경우, 관통 구멍(162, 164)으로부터 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극(S) 내를 향해, 원심력의 작용에 의해 유출되는 피처리 재료(L)의 방향이나 세기를 조정할 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시한 바와 같이, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 회전 방향의 전방을 향해 기울여 관통 구멍(162, 164)을 형성해도 된다.

이 경우, 원심력의 작용에 의해, 관통 구멍(162, 164)으로부터 교반조(102)와 교반 부재(104)의 간극(S) 내를 향해 유출되는 피처리 재료(L)의 세기가 강해지는 것을 기대할 수 있어, 처리 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 관통 구멍(162, 164)을 기울이는 각도에 의해서도 피처리 재료(L)의 세기가 변하므로, 관통 구멍(162, 164)을 기울이는 각도를 적당한 각도로 하면 된다. 또한, 도 12에 도시하는 예에서는, 관통 구멍(162, 164)은, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 회전 방향의 전방을 향해 45도의 각도로 기울이고 있다.

또한, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대해 비스듬히 기울여 관통 구멍(162, 164)을 형성하는 경우, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 회전 방향의 전방을 향해 기울이는 형태로 한정되지 않는다. 이 경우, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대해 관통 구멍(162, 164)을 기울이는 방향이나 각도에 의해, 원심력의 작용에 의해 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 방향이나 세기가 조정된다. 원심력의 작용에 의해, 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 방향이나 세기를 어떻게 조정하는지를 고려하여, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대해 어떻게 관통 구멍(162, 164)을 기울이는 방향을 정하면 좋다.

예를 들어, 원심력의 작용에 의해, 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 세기를 억제하고자 하는 경우에는, 관통 구멍(162, 164)은 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 회전 방향의 후방을 향해 기울이면 좋다. 또한, 원심력의 작용에 의해, 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 방향을 하방을 향하게 하고자 하는 경우에는, 관통 구멍(162, 164)은 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 하방을 향해 기울이면 된다. 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 방향을 하방을 향하게 함으로써, 예를 들어 피처리 재료(L)를 교반조(102)의 상하로 순환시킬 수 있어, 피처리 재료(L)를 보다 충분히 교반할 수 있다.

또한, 원심력의 작용에 의해, 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 방향을 상방을 향하게 하고자 하는 경우에는, 관통 구멍(162, 164)은 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 상방을 향해 기울이면 된다. 관통 구멍(162, 164)으로부터 유출되는 피처리 재료(L)의 방향을 상방을 향하게 함으로써, 예를 들어 피처리 재료(L)를 교반조(102)의 상방으로 보내면서 교반할 수 있어, 피처리 재료(L)의 처리 속도를 올릴 수 있다.

또한, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대해 비스듬히 기울여 관통 구멍(162, 164)을 형성하는 경우, 교반 부재(104)의 회전 방향에 대한 기울기와, 교반 부재(104)의 상하 방향에 대한 기울기를 적당하게 조합해도 된다. 또한, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대해 비스듬히 기울여 관통 구멍(162, 164)을 형성하는 경우, 부분적으로 관통 구멍을 기울이는 방향을 바꾸어도 된다.

예를 들어, 교반 부재(104)의 하부에 형성된 관통 구멍(164)에 대해서는, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 회전 방향의 전방을 향해 기울인다. 또한, 교반 부재(104)의 상부에 형성된 관통 구멍(162)에 대해서는, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 교반 부재(104)의 상방을 향해 기울인다. 이와 같이, 관통 구멍(162, 164)의 기울기를 부분적으로 바꾸어도 된다.

또한, 도 13에 도시한 바와 같이, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라 관통 구멍을 넓혀도 된다. 또한, 도시는 생략하지만, 반대로, 교반 부재(104)의 내측으로부터 외측을 향함에 따라 관통 구멍을 좁혀도 된다. 이와 같은 관통 구멍(162, 164)의 형상은, 교반 부재(104)의 반경 방향에 대한 기울기와 적당하게 조합할 수 있다.

이상, 교반 장치(100), 특히 교반 부재(104)에 대해 다양한 개변예를 예시하였지만, 교반 장치(100) 및 교반 부재(104)의 구조는, 상술한 어느 실시 형태로도 한정되지 않는다. 또한, 교반 장치(100)의 각 부재, 부위의 형상이나 구조에 대해서도 다양하게 변경해도 된다. 이 교반 장치는, 예를 들어 리튬 이온 2차 전지용의 전극 슬러리 등, 점도가 높은 피처리 재료를 교반하는 장치로서 적합하다. 본 발명에 관한 교반 장치는, 리튬 이온 2차 전지용의 전극 슬러리를 교반하는 용도로 한정되지 않고, 점도가 높은 피처리 재료를 교반하는 다양한 용도로 사용할 수 있다.

100 : 교반 장치
102 : 교반조
102a : 상부 용기
102b : 하부 용기
102c : 덮개
104, 104A, 104B : 교반 부재
106 : 외부조
112, 114 : 플랜지
116 : 냉각수실
118 : 덮개
120 : 배출구
122 : 플랜지
124a, 124b : 공급구
126a, 126b : 공급 밸브
128a, 128b : 공급관
132 : 구멍
134 : 오목부
142 : 냉각수실
144 : 냉각수 공급관
150 : 회전축
152 : 원통부
154 : 아암부
154a : 구멍
156 : 보스부
156a : 설치 구멍
160 : 중간 부위
162 : 관통 구멍
164 : 관통 구멍
166a 내지 166d : 관통 구멍
168a, 168b : 관통 구멍
200 : 구동 장치
L : 피처리 재료
S : 교반조와 교반 부재의 간극
D : 교반조의 내경
φ : 교반 부재의 외경

Claims

원통 형상의 교반조,
상기 교반조의 중심축을 따라 설치된 회전축,
상기 교반조의 내경보다도 작은 외경을 갖고, 상기 교반조의 내주면에 대해 동심원으로 회전하도록 상기 회전축에 설치된 원통 형상의 교반 부재, 및
상기 교반 부재의 직경 방향으로 관통 형성된 복수의 관통 구멍을 갖고,
상기 복수의 관통 구멍 중 교반 부재의 하부에 형성된 관통 구멍은, 교반 부재의 상부에 형성된 관통 구멍보다도 큰, 교반 장치.
제1항에 있어서, 상기 교반 부재는,
상기 교반조의 내경보다도 작은 외경을 갖는 원통부,
상기 원통부의 축 방향의 중간 부위로부터 반경 방향으로 연장된 아암부, 및
상기 아암부의 중심에 설치된 상기 회전축에 설치되는 보스부를 구비하고 있고,
상기 아암부가 연장되는 축 방향의 중간 부위보다도 하부에 형성된 관통 구멍이, 당해 중간 부위보다도 상부에 형성된 관통 구멍보다도 큰, 교반 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 교반 부재의 하부에 형성된 관통 구멍이, 상부에 형성된 관통 구멍보다도 균일하게 큰, 교반 장치.
제1항에 있어서, 상기 교반 부재는, 상부로부터 하부를 향해 서서히 큰 관통 구멍이 형성되어 있는, 교반 장치.
제1항에 있어서, 상기 교반 부재의 상부에 형성된 관통 구멍은 원형이고, 상기 교반 부재의 하부에 형성된 관통 구멍은, 상부에 형성된 관통 구멍의 직경과 1변의 길이가 동일한 정사각형인, 교반 장치.
제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통 구멍은, 상기 교반 부재의 반경 방향을 따라 관통하고 있는, 교반 장치.
제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통 구멍은, 상기 교반 부재의 반경 방향에 대해 비스듬히 기울여 관통하고 있는, 교반 장치.
제1항, 제2항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 관통 구멍은, 상기 교반 부재의 내측으로부터 외측을 향함에 따라, 상기 교반 부재의 회전 방향의 전방을 향해 기울여 관통하고 있는, 교반 장치.