KR101462028B1 - 분체 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

비중 또는 크기가 다른 분체를 균질하게 연속적으로 복합 일체화 처리할 수 있는 분체 처리 장치를 간이한 구성으로 제공한다.
비중 또는 크기가 다른 복수 종류의 분체(P)가 공급되어 소정의 방향으로 회전하는 회전 수용체(20)와, 회전 수용체(20)를 수용하는 고정 수용체(30)와, 회전 수용체(20)의 내주면(20S)과 대향하여 축방향으로 연장하도록 배치되며, 상기 회전 수용체(20)의 회전 운동과 협동해서 와류를 포함한 난류를 생성하여, 비중 또는 크기가 다른 분체(P)를 교반 혼합하는 1차 처리 수단(M1)과, 1차 처리 수단(M1)에 의해 교반 혼합된 분체를 회전 수용체(20)의 주위의 소정의 처리 공간에 배출하는 연통구멍(25)과, 연통구멍(25)에서 배출된 분체(P)에 대하여 고정 수용체(30)의 내주면(30S)과의 사이에서 면적인 압축 전단력을 부여해서 복합화 처리를 행함과 함께, 상기 복합화 처리된 분체(P)를 다시 회전 수용체(20)의 내부에 환류시키는 2차 처리 수단(M2)을 구비한다.

Description

분체 처리 장치{POWDER TREATING APPARATUS}
본 발명은 비중 또는 크기가 다른 복수 종류의 분체(粉體)를 일체로 복합화하는 분체 처리 장치에 관한 것이며, 구체적으로는 예를 들면 리튬 이온 이차전지 등의 전극 재료를 형성하는 데에 적합한 분체 처리 장치에 관한 것이다.
종래, 통형상 회전체를 회전 구동하여, 분립체(粉粒體)를 당해 통형상 회전체의 내주면(內周面)에 내리치면서, 통형상 회전체의 내부에 마련한 이너 피스(inner piece)를 이용해서 분립체에 누름력(pressure) 및 전단력(shear force)을 부여하여, 특정한 원료의 표면에 다른 원료를 융합해서 일체화하는 이른바 복합화 처리를 행하는 분체 처리 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
여기서 특허문헌 1에는 도 8에 나타내는 바와 같이, 통형상 회전체(103)를 내부에 구비하고, 분체(104)를 처리하기 위한 처리 공간(109)을 형성하는 케이싱(102)을 가지며, 트레이(106)와 이너 피스(105) 사이에 형성하는 누름부(107)에 의해 분체(104)에 압축 전단력을 부여해서 복합화 처리를 행함과 함께, 복합화된 분체(104)의 일부를 관통구멍(120)으로부터 통형상 회전체(103)의 외부로 배출하고, 배출된 분체(104)를 날개 부재(123)에 의해 통형상 회전체(103)의 내부에 환류시켜, 분체(104)의 연속적인 복합화 처리를 가능하게 하는 분체 처리 장치(100)가 개시되어 있다.
일본국 특허공보 제3877450호
그러나 상기 특허문헌 1에 개시된 분체 처리 장치에서는 아래와 같은 문제가 발생하고 있었다.
즉, 상기 분체 처리 장치(100)에서는 비중이 거의 동등한 분체(104)를 통형상 회전체(103)에 공급하여 복합화 처리할 경우에는 이러한 분체를 일체 결합화한 복합체를 좋은 생산성으로 얻을 수 있기는 하지만, 비중이나 크기가 다른 복수 종류의 분체를 공급하여 복합화 처리를 행할 경우에는 균질한 복합체가 얻어지지 않는다는 문제가 발생하고 있었다.
구체적으로는, 비중(예를 들면, 부피 비중(bulk specific gravity): 분체를 일정 용적의 용기 중에 일정 상태로 넣었을 때의 단위 체적당 질량)이나 크기(예를 들면, 평균 입경이나 비표면적: 단위 중량의 분체 중에 포함되는 전체 입자의 표면적의 총합)가 다른 복수 종류의 분체를 통형상 회전체(103)의 내부에 공급했을 경우, 원심분리의 작용에 의해, 비중 또는 크기(이하, 비중 등이라고도 칭함)가 큰 분체에 대해서는, 통형상 회전체(103)의 내주면(트레이(106)) 근방에 분포하여, 누름부(107)에 의해 압축 전단력을 부여받아 복합화 처리된다. 한편, 비중 등이 작은 분체에 대해서는, 비중 등이 큰 분체보다도 내측(회전 중심측)에 분포하기 때문에, 상기 누름부(107)에 의해 압축 전단력이 부여되기 어려워져, 비중 등이 큰 분체와 작은 분체의 일체화·복합화 처리가 곤란해진다는 문제를 발생시키고 있었다. 이러한 현상은 예를 들면 최근 주목을 모으고 있는 리튬 이온 이차전지 등의 대용량화에 적합한 전극 재료로서, 활물질(부피 비중: 0.72∼2.91[g/㎤], 평균 입경: 5.5∼17.8[㎛], 비표면적: 0.14∼1.73[㎥/g])의 주위에 도전재(부피 비중: 0.09∼0.22[g/㎤], 평균 입경: 0.04∼3.2[㎛], 비표면적: 20.1∼64.2[㎥/g])의 응집체를 대략 균질하게 배치하고, 양자를 복합 일체화한 구성의 도전성이 높은 전극 재료의 제작을 곤란하게 하여 상기 전지의 대용량화를 저해한다는 문제가 발생하고 있었다.
그래서 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여, 비중 또는 크기가 다른 분체를 균질하게 연속적으로 복합 일체화 처리할 수 있는 분체 처리 장치를 간이한 구성으로 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 분체 처리 장치는, 그 내부에 비중 또는 크기가 다른 복수 종류의 분체가 공급되어 소정의 방향으로 회전하는 회전 수용체와, 그 중심부에 상기 회전 수용체를 수용하는 고정 수용체와, 상기 회전 수용체의 내주면과 대향하여 축방향으로 연장하도록 배치되며, 상기 회전 수용체의 회전 운동과 협동해서 와류(渦流)를 포함한 난류를 생성하여, 상기 비중 또는 크기가 다른 분체를 교반 혼합하는 1차 처리 수단과, 상기 회전 수용체의 하부에 마련되어, 상기 1차 처리 수단에 의해 교반 혼합된 분체를 회전 수용체의 주위의 소정의 처리 공간에 배출하는 연통(連通)구멍과, 상기 회전 수용체와 일체로 형성되어, 상기 연통구멍에서 배출된 분체에 대하여 상기 고정 수용체의 내주면과의 사이에서 면적(面的)인 압축 전단력을 부여하여 복합화 처리를 행함과 함께, 상기 복합화 처리된 분체를 다시 상기 회전 수용체의 내부에 환류시키는 2차 처리 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기서 복합화 처리란, 비중 또는 크기가 다른 분체 중 한쪽의 주위에 다른쪽을 배치(피복)시킨 상태로 압축 전단력을 작용시켜 양자를 결합시킨 복합체를 생성하는 처리를 말하는 것으로 한다.
이와 같이 구성한 본 발명에 따른 분체 처리 장치에서는, 비중 또는 크기가 다른 분체를 교반 혼합하기 위한 특별한 구동 기구 등을 전혀 부가하지 않고, 회전 수용체의 회전 운동을 이용해서 양자를 교반 혼합하는 1차 처리를 행한 후, 당해 분체에 면적인 압축 전단력을 부여해서 복합화하여 환류시키는 2차 처리를 행할 수 있으므로, 비중 또는 크기가 다른 분체의 균질하고 연속적인 복합 일체화 처리를 간이한 구성으로 실현함과 함께, 장치의 소형화·비용 절감에 기여할 수 있다. 또한, 1차 처리 수단 및 2차 처리 수단을 통해 회전 수용체의 양면에 부하압이 가해지므로, 회전 수용체의 직경방향의 변위나 회전 변동을 억제하여 분체의 복합화 처리의 품질 향상에 기여할 수 있다.
또한, 상기 1차 처리 수단은 상기 회전 수용체의 외부에서 고정 지지되며, 상기 회전 수용체의 내주면과 소정의 이격을 마련하여, 상기 내주면의 높이방향 대략 전역에 걸쳐 대향 배치된 원통형상 부재로 할 수 있다.
이와 같이 구성한 경우에는 특별한 구동 기구 등을 별도 마련하지 않고, 비중 또는 크기가 다른 분체를 교반 혼합하는 1차 처리 수단으로서, 회전 수용체의 외부에서 고정 지지되며 회전 수용체의 내주면과 소정의 이격을 마련하여 높이방향에 걸쳐 대향 배치된 원통형상 부재를 채용함으로써, 간이한 구성으로 그 표면에의 분체의 부착을 방지하면서, 와류를 포함한 난류의 생성 및 높이방향에 걸친 충분한 교반 혼합을 간이한 구성으로 원활하게 실현할 수 있다.
또한, 상기 2차 처리 수단은 상기 회전 수용체의 외주면 하부에서 고정 수용 체측으로 돌출하고, 그 표면이 고정 수용체와 소정의 간격을 두고, 대응하는 고정 수용체의 내주면을 따르는 형상으로 형성된 대향면을 가지는 동시에, 둘레방향에 소정의 간격을 마련하여 배치된 복수의 압축 전단부와, 인접하는 압축 전단부간에 형성되어, 상기 연통구멍에서 배출된 분체를 회전 수용체의 내부에 환류시키는 상승류를 생성하는 복수의 상승류 발생부로 구성해도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는 1차 처리 수단에 의해 교반 혼합된 분체에 대하여 면적인 압축 전단력을 부여해서 비중 또는 크기가 다른 분체의 확실한 복합화 처리를 가능하게 하는 압축 전단부와, 복합화 처리된 분체를 다시 회전 수용체의 내부에 원활하게 환류시키는 상승류 발생부를, 회전 수용체의 외주부에 동시에 배치할 수 있으므로 한층 장치의 소형화에 기여할 수 있음과 함께, 연속적인 교반 혼합 처리 및 압축 전단 처리를 가능하게 하는 2차 처리 수단을 간이한 구성으로 실현할 수 있다.
또한, 상기 상승류 발생부는 상기 압축 전단부의 아래쪽에서 위쪽을 향해 회전방향 상류측에 경사져 있는, 인접하는 압축 전단부간에 형성된 사향 홈(inclined groove)으로 해도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는, 서로 기능이 다른 압축 전단부와 상승류 발생부를 회전 수용체의 외주부에 동시에 일체 형성할 수 있으므로, 한층 더 장치의 간소화나 비용 절감이 가능하게 된다. 아울러, 소정의 방향으로 경사 형성된 경사 홈(사향 홈)에 의해 회오리형상의 상승 나선류를 생성하여, 복합화 처리된 분체를 당해 상승 나선류에 의해 감아 올리면서 당해 분체에 대하여 선회 운동을 부여하여, 1차 처리 수단에 의한 난류 생성 작용과 더불어, 그 후의 분체의 교반 혼합 처리를 한층 더 촉진할 수 있다.
또한, 상기 연통구멍은 상기 회전 수용체를 직경방향으로 관통하여 상기 사향 홈의 각각에 마련되어 있는 동시에, 상기 회전 수용체의 내주면 바닥부에 대응하는 높이에 마련되어 있어도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는 1차 처리 수단에 의해 충분히 교반 혼합되어, 응집체로서의 밀도가 높아진 상태의 분체를 직경방향으로 관통하는 연통구멍을 통해 원심력에 의해 2차 처리 수단의 압축 전단부로 유도할 수 있어, 당해 분체에 대하여 충분한 복합화 처리를 확실하게 실시할 수 있다.
또한, 상기 회전 수용체에는 그 바닥부를 두께방향으로 관통하는 바닥부 연통구멍이 더 마련되어 있음과 함께, 상기 회전 수용체의 바닥부와 상기 고정 수용체 사이에는 상기 바닥부 연통구멍과 상기 압축 전단부를 연통하는 연통로(連通路)가 형성되어 있어도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는 회전 수용체의 바닥부에 체류하고자 하는 응집체로서의 밀도가 높아진 상태의 분체도 압축 전단부로 유도할 수 있어, 분체의 복합화 처리를 확실하게 좋은 수율로 실현할 수 있다.
또한, 상기 바닥부 연통구멍은 상기 1차 처리 수단과 대략 동축(同軸) 원주상의 상기 회전 수용체의 바닥면에 마련되어 있어도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는, 1차 처리 수단을 회전 수용체의 바닥면에 체류하는 분체를 바닥부 연통구멍으로 유도하는 가이드 부재로서 이용(겸용)할 수 있으므로 복합화 처리하는 분체의 수율을 한층 더 향상시킬 수 있다.
이상에 있어서, 상기 분체는 리튬 이온 이차전지용 전극 재료를 구성하는 활물질 및 도전재를 포함하고 있어도 된다.
이와 같이 구성한 경우에는 리튬 이온 전지의 용량 증대에 적합한 전극 재료를 제작할 수 있다.
본 발명에 의하면, 비중 또는 크기가 다른 분체를 충분히 교반 혼합한 뒤에, 연속적인 복합 일체화 처리를 가능하게 하는 분체 처리 장치를 간이한 구성으로 용이하게 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 분체 처리 장치의 개요를 나타내는 모식적 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 1차 처리 수단의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 회전 수용체의 외주부의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 회전 수용체의 내주부의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 고정 수용체의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따른 1차 처리 수단 및 2차 처리 수단의 작용을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7은 본 발명에 따른 분체 처리 장치를 이용해서 제작한 전극 재료를 이용해서 제작한 리튬 이온 이차전지의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 8은 종래의 분체 처리 장치의 개요를 나타내는 모식적 구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 분체 처리 장치를 이용해서 제작한 전극 재료 및 종래의 분체 처리 장치를 이용해서 제작한 전극 재료를 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명의 하나의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 먼저, 본 실시형태에 따른 분체 처리 장치의 개요에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 분체 처리 장치(1)는 내부에 구동원인 모터(2)가 배치된 프레임 마운트(3) 위에 고정 설치되고, 그 단면이 대략 U자형상인 중공(中空) 원통형상의 고정 수용체(30)를 구비하고 있으며, 이 고정 수용체(30)의 중심부에는, 모터(2)에 의해 회전 구동되며 그 내부에 비중(예를 들면, 부피 비중) 또는 크기(예를 들면, 평균 입경이나 비표면적)가 다른 복수 종류의 분체(PH, PL)가 공급되는 중공 원통형상의 회전 수용체(20)가 수용되어 있다. 상기 고정 수용체(30)의 측면은 중공 원통형상의 이너 자켓(30a)과, 이너 자켓(30a)보다도 외경이 큰 중공 원통형상의 아우터 자켓(30b)이, 단면이 대략 U자형상인 바닥부(30c)상에 동축 배치된 2중 케이싱 구조로 되어 있다. 그리고 이너 자켓(30a)의 상부는 내부 뚜껑(C1)에 의해 밀폐되어 있는 동시에, 아우터 자켓(30b)의 상부는 외부 뚜껑(C2)에 의해 밀폐되어 있다. 또한 외부 뚜껑(C2)의 상부에는 그 대략 중심부에, 비중 또는 크기가 다른 복수 종류의 분체(PH, PL)를 회전 수용체(20)의 내부에 공급 가능하게 수용하는 역원뿔형상의 호퍼(H)가 배치되어 있다. 한편, 내부 뚜껑(C1)에는 1차 처리 수단(M1)을 구성하는 원통형상의 3개의 교반 로드(10A, 10B, 10C)가 부착되어 있고, 각 교반 로드(10A, 10B, 10C)는 각각 회전 수용체(20)의 내주면(20a)에 근접하여, 길이방향(회전축방향)으로 연장하도록 내부 뚜껑(C1)에 매달려 있다. 또한, 회전 수용체(20)의 하부에는 그 상세를 후술하는 2차 처리 수단(M2)이, 회전 수용체(20)의 하부 외주면에서 고정 수용체(30)의 바닥부(30c)의 내주면(30S)으로 돌출하도록 마련되어 있다. 그리고 호퍼(H)로부터 회전 수용체(20) 내에 공급된 비중 또는 크기가 다른 복수 종류의 분체(PH, PL)는 1차 처리 수단(M1)에 의해 충분히 교반 혼합된 뒤, 회전 수용체(20)의 하부에 마련된 연통구멍(25)에 의해 2차 처리 수단(M2)으로 유도되고, 이 2차 처리 수단(M2)에 의해 면적인 압축 전단력이 부여되어 복합화 처리됨과 함께, 다시 회전 수용체(20)의 내부에 환류되며, 상기 공정을 반복해서 비중 또는 크기가 다른 분체(PH, PL)의 복합체를 형성하도록 되어 있다. 또한, 본 실시형태에서, 고정 수용체(30)의 내부에는 질소 가스가 퍼지되어 있어, 복합화 처리시의 발화의 위험성을 미연에 방지하고 있다. 한편, 부호 TS는 고정 수용체(30) 내부의 온도를 검출하는 온도 센서이고, 부호 OS는 고정 수용체(30) 내부의 산소 농도를 검출하는 산소 농도 센서이다. 또한, 부호 CR은 각 구성 기기의 동작을 조작·제어하는 조작반이다.
다음으로 본 실시형태에 따른 분체 처리 장치의 주요 부재의 상세한 구성에 대하여 더 설명한다.
[교반 로드]
본 실시형태에 따른 1차 처리 수단(M1)을 구성하는 교반 로드(10)는 도 2에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 중앙부에 분체 공급구(C10)를 가지는 원판형상의 내부 뚜껑(C1)에 고정 설치된 원통형상 부재이며, 본 실시형태에서는 3개의 교반 로드(10A, 10B, 10C)가 내부 뚜껑(C1)의 둘레방향에 대략 등간격으로 부착되어 있다. 그리고 지지 부재인 내부 뚜껑(C1)을 고정 수용체(30)의 이너 자켓(30a)에 부착했을 때에, 각 교반 로드(10A, 10B, 10C)가 회전 수용체(20)의 내주면(20a)과 소정의 이격을 마련하여 대향 배치되도록 되어 있다.
구체적으로는, 각 교반 로드(10A, 10B, 10C)는 금속제(예를 들면 스테인리스)의 원통형상 로드부(11)와, 이 로드부(11)의 상단부에 일체 형성된 원판형상의 플랜지부(12)를 가지고 있으며, 각 플랜지부(12)에는 복수의 부착구멍(예를 들면, 6개의 부착구멍(12a∼12f))이 둘레방향에 등간격으로 형성되어 있다. 한편 내부 뚜껑(C1)에도, 대응하는 도시하지 않는 부착구멍이 동심원형상으로 형성되어 있으며, 이들 부착구멍끼리를 볼트·너트 등으로 체결함으로써, 각 교반 로드(10A, 10B, 10C)와 내부 뚜껑(C1)이 일체로 형성되도록 되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 각 교반 로드(10A, 10B, 10C)는 원통형상의 로드부(11)의 중심을 원판형상의 플랜지부(12)의 중심과 약간 어긋나게 한 편심(偏心) 로드로 되어 있으므로, 교반 로드(10A, 10B, 10C)를 내부 뚜껑(C1)에 부착할 때에, 플랜지부(12)의 부착구멍(12a∼12f)과, 내부 뚜껑(C1)의 부착구멍의 대응을 둘레방향으로 변경함으로써, 각 교반 로드(10A, 10B, 10C)의 로드부(11)와 회전 수용체(20)의 내주면(20a)의 이격(클리어런스;clearance)을 용이하게 변경 조정(본 예에서는 3∼8mm)할 수 있도록 되어 있다.
그리고 회전 수용체(20)의 외부에 마련한 지지 부재인 내부 뚜껑(C1)에 고정 설치(본 예에서는 내부 뚜껑(C1)에 매달아 설치)된 교반 로드(10)를 회전 수용체(20)의 내주면(20a)과 소정의 이격을 마련하여, 상기 내주면(20a)의 높이방향 대략 전역에 걸쳐 축방향으로 연장하도록 대향 배치(본 예에서는 회전 수용체(20)의 높이를 넘어서 내주면(20a)의 대략 전역과 대향 배치)함으로써, 본 실시형태에 따른 1차 처리 수단(M1)이 구성되어 있다. 또한 본 실시형태에서는, 교반 로드(10)의 선단과 회전 수용체(20)의 바닥면의 이격은 약 3mm로 설정되어 있다. 이와 같이 교반 로드(10)를 회전 수용체(20)의 내주면(20a)과 대향시켜 축방향으로 연장하도록 배치함으로써, 후술하는 난류(와류) 생성 작용에 의해, 부대적인 혼합 장치나 사전의 혼합 처리 공정을 필요로 하지 않으며, 또한 교반 로드(10)를 구동하기 위한 특별한 구동원이나 구동 기구를 별도 마련하지 않고, 회전 수용체(20)의 회전 운동을 이용해서 비중 또는 크기가 다른 분체(PH, PL)를 교반 혼합하는 것이 가능하게 되어 장치의 소형화나 비용 절감에 기여할 수 있다.
또한, 상기 교반 로드(10)를 회전 수용체(20)의 외부에 마련한 내부 뚜껑(C1)에 고정 설치하고, 회전 수용체(20)의 내주면(20a)의 높이방향 대략 전역에 걸쳐 대향 배치함으로써, 예를 들면 회전 수용체(20)의 내부에 연장하는 지지 부재에 의해 교반 로드(10)를 지지하는 구성에 비해, 난류 생성 작용을 저해하는 일 없이 교반 로드(10)의 주위에 충분한 공간을 확보하여, 교반 혼합을 위한 와류를 보다 원활하게 생성할 수 있다.
또한, 상기 교반 로드(10)의 개수는 임의로 설정 가능한데, 균질한 난류(와류)를 생성하여 비중 또는 크기가 다른 분체(PH, PL)를 충분히 교반 혼합한다는 관점에서는, 복수의 교반 로드(10A, 10B, 10C…)를 둘레방향에 등간격으로 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 교반 로드(10)의 길이는 회전 수용체(20) 내부에 공급되는 비중 또는 크기가 다른 복수 종류의 분체(PH, PL)에 대하여, 축방향(높이방향)에 대략 균등한 교반 작용을 미치게 한다는 관점에서, 적어도 로드부(11)가 회전 수용체(20)의 내주면(20a)과 높이방향 대략 전역에 걸쳐 대향할 수 있는 길이인 것이 바람직하다. 나아가, 교반 로드(10)(로드부(11))의 형상은 접촉하는 분체(PH, PL)가 그 표면에 부착하기 어려운(박리하기 쉬운) 형상이며 교반 혼합을 위한 와류를 생성시킨다는 관점에서, 그 수평 단면이 곡면형상(볼록면형상)인 것이 바람직하고, 진원형상(원통형상)인 것이 보다 바람직하다. 마찬가지로, 본 실시형태에 있어서 교반 로드(10)의 선단부(바닥면부)는 회전 수용체(20)의 바닥면에 체류하는 분체(PH, PL)와의 접촉에 의한 부착을 방지한다는 관점에서, 그 바닥 가장자리부가 R형상으로 모따기(chamfering)되어 있다.
또한 본 실시형태에서는, 1차 처리 수단(M1)의 바람직한 예로서, 원통형상 부재(10)를 회전 수용체(20)의 내주면(20S)과 대향하도록 내부 뚜껑(C1)에 매다는 구성을 채용하였지만, 본 발명에 따른 1차 처리 수단(M1)은 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 회전 운동과 협동해서 와류를 포함한 난류를 생성할 수 있는 형상인 교반 혼합 부재를, 당해 난류의 흐름을 방해하는 일이 없도록 회전 수용체(20)의 외부에서 고정 지지하는 구성으로 해도 된다.
[회전 수용체]
회전 수용체(20)의 외측은 도 3에 나타내는 바와 같이, 그 외주면 바닥부에, 고정 수용체(30)측에 돌출하는 복수의 압축 전단부(21a, 21b, 21c…)가 둘레방향에 형성되어 있다. 이 압축 전단부(21a, 21b, 21c…)는 대향하는 고정 수용체(30)의 내주면(30S)(도 1 참조)의 형상을 따르도록 형성된 대향면(21Sa, 21Sb, 21Sc)을 가지고 있으며, 당해 대향면(21Sa, 21Sb, 21Sc…)이 고정 수용체(30)의 내주면(30S)과 소정의 이격(본 예에서는 약 1mm)을 마련하여 대향 배치되어, 분체(P)를 압축 전단(복합화 처리)하기 위한 처리 공간을 형성하도록 되어 있다. 또한, 각 압축 전단부(21a, 21b, 21c…)는 상기 대향면(21Sa, 21Sb, 21Sc…)의 상하 2변이 수평인 단면 대략 사방(斜方;oblique rectangular)형상(본 예에서는 둘레방향의 폭이 약 34mm)으로 형성되어 있으며, 구체적으로는, 둘레방향에 대향하는 2변은 회전 수용체(20)의 회전방향을 따라 아래쪽에서 위쪽을 향해 회전방향 상류측에 경사져 있다(하류측 아래쪽에서 상류측 위쪽을 향해 경사진 빗변으로 되어 있다).
또한, 상기 압축 전단부(21a, 21b, 21c…)를 둘레방향에 소정의 이격(본 예에서는 약 30mm)을 마련하여 형성함으로써, 인접하는 압축 전단부간에는 상승류 발생부로서의 사향 홈(23a, 23b, 23c…)이 형성되어 있고, 구체적으로는, 이 사향 홈(23a, 23b, 23c…)은 단면이 대략 사방형상인 압축 전단부(21a, 21b, 21c…)의 빗변을 따라, 아래쪽에서 위쪽을 향해 회전방향 상류측에 경사진 홈(본 예에서는 연직방향에 대한 경사각도 θ가 약 60°이고, 깊이가 약 20mm인 경사 홈)으로서 형성되어 있다. 한편, 경사각도 θ에 관해서는, 회전 수용체(20)의 회전 속도에 따라, 적절하게 상승 나선류가 생성 가능하도록 선정할 수 있다.
또한, 압축 전단부(21a, 21b, 21c…)의 높이를 너무 높게 하면 연속한 복합화 처리에 의한 발열이 문제가 되며, 또한 복합화 처리(압축 전단 처리)에 대한 양호한 순환성을 확보한다고 하는 관점에서도 압축 전단부(21a, 21b, 21c…)의 높이(본 예에서는 약 100mm)는 적어도 회전 수용체(20)의 높이(본 예에서는 약 250mm)보다도 낮은 것이 바람직하고, 회전 수용체(20)의 높이의 1/3∼2/3인 것이 보다 바람직하다.
이와 같이 소정의 방향으로 경사진 홈(23)을 회전 수용체(20)의 외주부에 형성함으로써, 분체(P)를 회전 수용체(20)의 회전방향과 반대방향으로 선회시키면서 상승시키는 회오리형상의 상승 나선류의 생성이 가능하게 된다. 또한, 인접하는 압축 전단부(21) 사이에 상기 홈(23)을 형성함으로써, 서로 기능이 다른 압축 전단부(21)와 상승류 발생부(23)를 회전 수용체(20)의 외주부에 동시에 일체 형성하는 것이 가능해져, 대폭적인 장치의 소형화나 비용 절감에 기여할 수 있다.
나아가, 각 사향 홈(23a, 23b, 23c…)의 각각에는 회전 수용체(20)의 내주면 바닥부(교반 로드(10)의 최하단부)에 대응하는 위치(높이)에, 회전 수용체(20)를 직경방향으로 관통하여 회전 수용체(20)의 내부와 외부를 연통시키는 연통구멍(25a, 25b, 25c…)이 형성되어 있다.
한편, 회전 수용체(20)의 내측은 도 4에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 수직 단면이 대략 U자형상으로 형성되어 있음과 함께, 그 바닥면에는 회전 수용체(20)의 바닥부를 두께방향으로 관통하는 복수의 바닥부 연통구멍(26)(본 예에서는 4개의 바닥부 연통구멍(26a, 26b, 26c, 26d)이, 각 교반 로드(10A, 10B, 10C)와 대략 동축 원주상(회전 수용체(20)의 회전 중심으로부터의 거리가 각 교반 로드(10A, 10B, 10C)까지의 거리와 대략 등거리)에 형성되어 있다. 또한 본 실시형태에 있어서, 회전 수용체(20)는 그 대략 중심부에 형성된 커플링부(20c)에서, 도시하지 않는 씰 부재 및 베어링을 통해 모터(2)와 결합되어 있음과 함께, 회전 수용체(20)의 외측 바닥면과, 고정 수용체(30)의 내측 바닥면의 사이에는, 양자가 직접 슬라이딩 접촉하지 않도록 소정의 이격(본 예에서는 약 3mm)이 마련되어 있고, 이러한 이격에 의해 각 바닥부 연통구멍(26a, 26b, 26c, 26d)과 각 압축 전단부(21a, 21b, 21c…)를 연통하는 바닥부 연통로(27)가 형성되어 있다(도 1 참조).
그리고 상기 압축 전단부(21)와 상승류 발생부(23)에 의해 본 실시형태에 따른 2차 처리 수단(M2)이 구성되어 있고, 회전 수용체(20)의 내부에서 1차 처리된 분체(P)는 각 연통구멍(25, 26)에 의해 압축 전단부(21)로 유도되어 복합화 처리됨과 함께, 사향 홈(23)에 의해 형성된 상승 나선류에 의해 다시 회전 수용체(20) 내에 환류되도록 되어 있다.
[고정 수용체]
고정 수용체(30)는 회전 수용체(20)의 주위에 분체(P)의 소정의 처리 공간을 형성하도록, 그 중심부에 상기 회전 수용체(20)를 회전 가능하게 수용하는 것이며, 도 5에 나타내는 바와 같이, 프레임 마운트(3) 위에 고정 설치된 단면 대략 U자형상인 바닥부(30c)와, 이 바닥부(30c)의 상단면(30e)의 둘레방향에 마련된 복수의 부착구멍에 플랜지부를 통해 부착되는 중공 원통형상의 이너 자켓(30a) 및 아우터 자켓(30b)으로 구성되어 있다.
고정 수용체(30)의 바닥부(30c)는 회전 수용체(20)의 압축 전단부(21a, 21b, 21c…)와 대략 동등한 높이를 가지며, 대향면(21Sa, 21Sb, 21Sc…)과 대향 배치되는 내주면(30S)을 가지고 있다. 또한, 압축 전단부(21a, 21b, 21c…)와 대향하는 상기 내주면(30S)의 일부에는, 복합화 처리된 분체(P)를 배출하기 위해, 고정 수용체(30)의 바닥부(30c)를 직경방향으로 관통하는 배출구(33)가 마련되어 있으며, 이러한 배출구(33)는 고정 수용체(30)의 외부에 마련된 배출 밸브(35)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.
또한, 고정 수용체(30)의 바닥부(30c)의 위쪽은 이너 자켓(30a)과 아우터 자켓(30b)에 의해 구성되는 2중 케이싱 구조로 되어 있고, 이너 자켓(30a)의 상부를 내부 뚜껑(C1)으로 폐쇄함과 함께, 아우터 자켓(30b)의 상부를 외부 뚜껑(C2)으로 폐쇄하고, 이너 자켓(30a)과 아우터 자켓(30b)에 의해 형성된 공간 및 내부 뚜껑(C1)과 외부 뚜껑(C2)에 의해 형성된 공간으로 공랭, 혹은 당해 공간 내에 도시하지 않는 냉각 매체 등을 공급함으로써, 복합화 처리시의 과도한 발열을 억제하도록 되어 있다.
다음으로 본 실시형태에 따른 분체 처리 장치(1)의 동작 및 작용에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 여기서, 도 6(a)는 1차 처리 수단(M1)에 의한 분체의 흐름을 평면적으로 나타낸 모식적 도면이고, 도 6(b)는 2차 처리 수단(M2)에 의한 분체의 흐름을 모식적으로 나타낸 도면이며, 도 6(c)는 1차 처리 수단(M1) 및 2차 처리 수단(M2)에 의해 순환하는 분체의 흐름을 모식적으로 나타낸 도면이다.
일반적으로, 회전 수용체(20) 내에 호퍼(H)로부터 공급된 비중 등이 다른 분체(PH, PL)는 원심분리 작용에 의해, 비중 등이 큰 분체(PH)에 대해서는 회전 수용체(20)의 내주면(20a) 근방에 분포되고, 비중 등이 작은 분체(PL)에 대해서는 큰 분체(PH)보다도 회전 중심측에 분포되어, 회전 수용체(20)의 회전방향을 따라 둘레방향으로 유동하고자 한다. 그러나 이러한 분체(PH, PL)의 둘레방향의 흐름은 회전 수용체(20)의 외부에서 고정 지지된 상술한 소정의 교반 로드(10A, 10B, 10C)를 회전 수용체(20)의 내주면(20a)과 소정의 이격(본 예에서는 3∼8mm)을 마련하여 대향 배치함으로써, 상기 교반 로드(10A, 10B,10C)의 주변에 와류를 포함한 난류가 생성되는 것이 판명되었다. 나아가, 이와 같은 회전 수용체(20)의 회전 운동과 협동한 난류 생성 작용(와류를 포함한 난류를 생성하는 작용)을 가지는 1차 처리 수단(M1)에 의해 교반 혼합을 행한 후에, 2차 처리 수단(M2)에 의해 면적인 압축 전단력을 부여한다고 하는 이하와 같은 프로세스를 반복함으로써, 비중 또는 크기가 다른 분체(PH, PL)의 양호한 복합화 처리가 간이한 구성으로, 단시간에 가능하게 되는 것이 본 발명자들의 연구에 의해 판명되었다.
그 개요를 간략하게 설명하면, 도 6(a)에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 교반 로드(10A, 10B, 10C)에 의한 상기 난류 생성 작용에 의해, 비중 등이 작은 분체(PL)는 와류에 말려 들어가, 비중 등이 큰 분체(PH)와 교반 혼합되면서 교반 로드(10A, 10B, 10C)와 내주면(20a) 사이에서 형성되는 협애부(狹隘部;narrowed part)(NA, NB, NC)로 유도된다. 이때, 분체(PH, PL)는 응집력을 받아, 비중 등이 큰 분체(PH)와 비중 등이 작은 분체(PL)가 혼합되어 느슨하게 결합한 분체(이하, 응집체(PA)라고도 칭함)가 형성된다. 이 응집체(PA)는 도 6(c)에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 원심력 및 중력의 작용과 상호 작용하여, 나선형상으로 회전하면서 동일한 프로세스를 거쳐 강하해 간다. 따라서, 교반 로드(10)의 아래쪽(바닥면 근방)에 존재하는 응집체(PA)일수록, 협애부(N)를 보다 많이 통과하고 있으므로, 비중 등이 다른 분체(PH, PL)의 응집체로서의 밀도가 높아져 있다고 생각된다. 이러한 상태의 응집체(PA)는 교반 로드(10)의 최하단에 대응하는 위치(높이)에 마련된 연통구멍(25)을 통해, 원심력의 작용에 의해 회전 수용체(20)의 내부에서 외부로 배출되어 압축 전단부(21)로 유도된다. 또한, 연통구멍(25)으로 배출되지 않고 회전 수용체(20)의 바닥면에 체류하고자 하는 응집체(PA)에 대해서는, 회전 수용체(20)의 바닥부 연통구멍(26)의 회전 궤도상에 배치된 교반 로드(10)에 의해 바닥부 연통구멍(26)으로 유도되고, 원심력의 작용에 의해 바닥부 연통로(27)를 통해 마찬가지로 압축 전단부(21)로 유도된다.
다음으로 2차 처리 수단(M2)을 구성하는 압축 전단부(21)로 유도된 응집체(PA)는 도 6(b)에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 복수의 압축 전단부(21a, 21b, 21c…)의 대향면(21Sa, 21Sb, 21Sc…)과 고정 수용체(30)의 내주면(30S)으로 형성된 대향 공간을, 인접하는 압축 전단부(21) 사이에 걸쳐 회전 수용체(20)의 회전방향과 반대방향으로 이동해 간다. 이때, 대향면(21S)과 내주면(30S)에 의해 연속적인(면적인) 압축 전단력이 부여되어, 비중 또는 크기가 다른 분체(PH, PL)가 일체로 결합된 분체(이하, 복합체(PC)라고도 칭함)가 형성된다.
이와 같이, 회전 수용체(20)와 일체 형성된 복수의 대향면(21S)을 가지는 압축 전단부(21)에서 면적이고 연속적인 압축 전단력을 부여함으로써, 예를 들면 종래와 같이 회전 수용체(20)의 내주면(20a)과 선적(線的)으로 대향하는 압축 전단 부재(예를 들면, 도 8의 이너 피스(105))를 이용하는 구성에 비해 비중 또는 크기가 다른 분체(PH, PL)의 확실한 복합화 처리가 가능하게 된다. 또한, 1차 처리 수단(M1) 및 2차 처리 수단(M2)을 통해 회전 수용체(20)의 양면(내주면 및 외주면)에 대하여 면압(압축 부하압)이 가해지기 때문에, 종래와 같이 회전 수용체(20)의 내주면에만 면압이 가해지는 구성에 비해 회전 수용체(20)의 직경방향의 변위나 회전 변동을 억제할 수 있고, 이로 인해 균질한 압축 전단력을 유지하여 분체(P)의 복합화 처리를 행할 수 있으므로 복합체(PC)의 품질 향상에 기여할 수 있다.
또한, 인접하는 압축 전단부(21) 사이를 이동할 때에, 복합화 처리된 분체(P)의 일부는 인접하는 복수의 압축 전단부(21a, 21b, 21c…) 사이에 일체 형성되고, 마찬가지로 2차 처리 수단(M2)을 구성하는 사향 홈(23a, 23b, 23c…)에 의해 생성된 상승 나선류에 말려 들어가 선회하면서 상승하여, 다시 회전 수용체(20)의 내부에 환류된다.
이와 같이 본 실시형태에 따른 분체 처리 장치(1)에서는, 비중 또는 크기가 다른 분체(PH, PL)는 1차 처리 수단(M1)에 의해 양자가 충분히 교반 혼합되어 밀도가 높아진 상태의 응집체(PA)를 거치고 나서, 2차 처리 수단(M2)에 의한 면적인 압축 전단력을 받아 복합체(PC)가 생성된다. 그리고 이 복합체(PC)는 상승 나선류에 의해 회전 수용체(20)의 내부에 환류되어 새로운 분체(PH, PL)와 교반 혼합되게 된다.
이때, 복합체(PC)는 회오리형상의 상승 나선류에 말려 들어 환류되기 때문에, 복합체(PC) 자신에게도 선회 운동이 부여되어 있고, 이 선회 운동과 1차 처리 수단(M1)에 의한 난류(와류) 생성 작용이 상호 작용하여, 새로운 분체(PH, PL)와의 교반 혼합 작용이 한층 더 촉진된다. 즉, 도 6(c)에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 2차 처리 수단(M2)에 의해 상승 나선류에 의해 환류된 복합체(Pc)에 의해, 새로운 분체(PH, PL)와의 교반 혼합 작용이 촉진되어 응집 밀도가 높아진 상태의 새로운 응집체(PA)가 생성되고, 이 새로운 응집체(PA)를 바탕으로, 보다 크게 성장한 새로운 복합체(PC)가 생성되게 된다. 그리고 이러한 프로세스를 소정 시간 반복한 후, 배출 밸브(35)를 개방함으로써, 압축 전단부(21)에서 복합화 처리된 복합체(PC)가 원심력의 작용에 의해 배출구(33)로 배출되게 된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 분체 처리 장치(1)에 의하면, 상술한 프로세스를 반복함으로써, 최종적으로 얻어지는 복합체(PC)는 비중 또는 크기가 다른 분체(PH, PL)가 충분히 교반 혼합된 상태로 일체 결합화되고, 또한 응집 밀도가 높아진 상태로 보다 크게 성장한 복합체(PC)로서 생성되게 된다.
본 실시형태에 따른 분체 처리 장치(1)에 의해, 예를 들면 부피 비중이 큰 분체(PH)로서, 활물질(양극 재질: LiCoO2, LiMn2O4, LiMnO4, LiNiO2, LNMCO, 부피 비중: 0.72∼2.91[g/㎤], 음극 재질: MCMB, 부피 비중: 1.11[g/㎤])을 이용하고, 부피 비중이 작은 분체(PL)로서 도전재(양극 재질: TIMCAL사 제품: KS-6, SUPER P(등록상표), 부피 비중: 0.22[g/㎤], 음극 재질: SUPER P, 부피 비중: 0.09[g/㎤])을 이용해서 복합화 처리를 행한 경우에는, 상기 활물질의 주위에 응집한 도전재가 일체 결합화되어 크게 성장한 전극 재료(EM)가 최종적인 복합체(PC)로서 얻어졌다. 그리고 이 전극 재료(EM)를 이용해서, 도 8에 모식적으로 나타내는 것과 같은 시트형상 리튬 이온 이차전지 A를 제작하였다. 구체적으로는, 알루미늄제 양극 집전체(ECp)의 소정의 양면 영역에 양극 전극 재료(EMp)를 도포하여 시트형상의 양전극(ELp)을 형성함과 함께, 구리제 음극 집전체(ECn)의 소정의 양면 영역에 음극 전극 재료(EMn)를 도포하여 시트형상의 음전극(ELn)을 형성하였다. 그리고 이들 시트형상의 양전극(ELp)과 시트형상의 음전극(ELn)을 세퍼레이터(S)를 통해 교대로 적층하여 시트형상의 내부 전극쌍을 형성하고, 이 내부 전극쌍과 전해액을 도시하지 않는 라미네이트 필름으로 봉지(封止)하여 상기 시트형상 리튬 이온 이차전지 A를 제작한 결과, 예를 들면 도 8에 나타낸 분체 처리 장치(100)로 제작한 전극 재료(EM')를 이용한 경우에 비해 전지 용량의 대폭적인 증대를 확인할 수 있었다.
구체적으로는, 본 발명에 따른 분체 처리 장치(1)와 도 8에 나타낸 분체 처리 장치(100)로, 회전 속도(본 예에서는 600rpm)나 운전 시간(본 예에서는 30분간) 등의 운전 조건을 동일하게 하여 전극 재료(EM, EM')를 각각 제작하였다. 최종적으로 얻어진 전극 재료(EM, EM')를 전자 현미경에 의해 촬영한 모습을 도 9에 나타낸다. 여기서 도 9(a)는 본 발명에 따른 분체 처리 장치(1)에 의해 제작한 양극 전극 재료(EMp)를 나타내는 도면이고, 도 9(b)는 종래의 분체 처리 장치(100)로 제작한 양극 전극 재료(EMp')를 나타내는 도면이다. 또한, 전극 재료(EM, EM')를 구성하는 활물질, 도전재로서는 LNMCO/KS-6/S-P를 94/2/4의 중량비로 이용하였다.
도 9(a)로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 따른 분체 처리 장치(1)를 이용해서 제작한 양극 전극 재료(EMp)에서는, 활물질의 주위를 도전재가 균질하게 피복한 상태로 대략 구(球)형상으로 성장한 복합체(Pc0)와, 이 대략 구형상의 복합체(Pc0) 표면의 도전재 피복층으로부터 일체로 되어 촉수형상으로 늘인 도전재의 응집체(Pc1)가 관찰되었다. 이것은 본 발명에 따른 분체 처리 장치(1)에서는, 활물질과 도전재를 충분히 교반 혼합하고, 나아가 일단 응집시킨 상태에서 면적인 압축 전단력을 부여하고 있으므로, 활물질과 도전재의 결합이 파괴되는 일 없이, 활물질의 주위에 도전재가 응집한 상태로 피복되어 일체 결합화되기 때문이라고 생각된다. 한편 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 종래의 분체 처리 장치(100)에 의해 제작한 EMp'에서는, 이러한 복합체(Pc0)나, 이것과 일체로 결합된 응집체(Pc1)는 관찰되지 않았다. 또한, 본 발명에 따른 분체 처리 장치(1)를 이용한 경우에는, 양극 전극 재료(EMp)와 마찬가지로, 음극 전극 재료(EMn)에도 구형상으로 성장한 복합체(Pc0)나 촉수형상의 도전재의 응집체(Pc1)를 확인할 수 있었다.
여기서, 일반적으로 도전재에 의해 피복된 활물질끼리를 네트워크형상으로 결합 형성함으로써 전지 용량이 증대되는 것이 알려져 있다(예를 들면, Kazuhiro Tachibana et a1., Electrochemistry, 71, No.12(2003) 참조)
따라서, 상기 전극 재료(EM)를 형성하는 구형상으로 크게 성장한 복합체(Pc0)나 촉수형상의 도전재의 응집체(Pc1)는 활물질을 도전재로 균질하게 피복한 복합체를 형성함에 따른 도전성의 향상뿐만 아니라, 인접하는 복합체끼리의 네트워크형상의 결합을 용이하게 하여 집전체(EC)와의 접촉 면적의 증대를 가능하게 함으로써, 전지 용량의 증대로 이어지고 있는 것이라고 생각된다.
한편, 종래의 분체 처리 장치(100)로 형성한 전극 재료(EMp')의 경우에는 상기와 같은 구형상의 복합체(Pc0)나 촉수형상의 도전재(Pc1)는 관찰되지 않고, 오히려 복합화의 처리 시간을 길게 할수록 전지 용량이 저하해 가는 경향이 보여졌다. 이것은 활물질과 도전재의 분포가 균질하지 않은 상태로, 분체(P)에 선적인 압축 전단력을 장시간에 걸쳐 부여함으로써, 활물질과 도전재의 결합이 경시적으로 절단·분리되어 도전성이 저하해 버리기 때문이라고 생각된다.
이상, 본 발명에 따른 분체 처리 장치(1)에 의하면, 비중 또는 크기가 다른 분체(PH, PL)를 교반 혼합하기 위한 특별한 구동 기구 등을 별도 마련하지 않고, 회전 수용체(20)의 회전 운동과 협동해서 회전 수용체(20)의 내부에 와류를 포함한 난류를 생성하는 1차 처리 수단(M1)에 의해, 비중 또는 크기가 다른 분체(PH, PL)를 충분히 교반 혼합하고, 응집 밀도가 높아진 상태인 응집체(PA)에 2차 처리 수단(M2)에 의해 면적인 압축 전단력을 부여해서 복합체(PC)를 형성함과 함께, 당해 복합체(PC)를 환류시켜 순환 처리함으로써, 도전재에 피복되어 구형상으로 크게 성장함과 함께 네트워크형상으로 상호 결합된 복합체(Pc)가 형성되므로, 최종적인 복합체(Pc)로서 매우 도전성이 높은 전극 재료(EMp, EMn)를 제작할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에서는 바람직한 적용예로서 리튬 이온 이차전지용 전극 재료를 제작했지만, 본 발명은 이러한 리튬 이온 이차전지용 전극 재료뿐만 아니라, 동일한 구성을 가지는 전지용 전극 재료 및 전기 이중층 커패시터, 수퍼 커패시터 등의 커패시터용 전극 재료 등의 축전 전자부품용 전극 재료의 제작에도 당연히 적용 가능하다.
1 분체 처리 장치
2 모터
3 프레임 마운트
10A, 10B, 10C 교반 로드
11 로드부
12 플랜지부
20 회전 수용체
20a 내주면
21 압축 전단부
21S 대향면
23 사향 홈
25 연통구멍
26 바닥부 연통구멍
27 바닥부 연통로
30 고정 수용체
30S 내주면
30a 이너 자켓
30b 아우터 자켓
30c 바닥부
33 배출구
35 배출 밸브
A 리튬 이온 이차전지
C1 내부 뚜껑
C10 분체 공급구
C2 외부 뚜껑
EMp 양극 전극 재료
EMn 음극 전극 재료
H 호퍼
M1 1차 처리 수단
M2 2차 처리 수단
N 협애부
P, PH, PL 분체
PC 복합체

Claims (8)

  1. 내부에 비중 또는 크기가 다른 복수 종류의 분체(粉體)가 공급되어 회전하는 회전 수용체와,
    중심부에 상기 회전 수용체를 수용하는 고정 수용체와,
    상기 회전 수용체의 내주면(內周面)과 대향하여 축방향으로 연장하도록 배치되며, 상기 회전 수용체의 회전 운동과 협동해서 와류(渦流)를 포함한 난류를 생성하여, 상기 비중 또는 크기가 다른 분체를 교반 혼합하는 1차 처리 수단과,
    상기 회전 수용체의 하부 측면에 마련되어, 상기 1차 처리 수단에 의해 교반 혼합된 분체를 회전 수용체의 주위의 처리 공간에 배출하는 연통(連通)구멍과,
    상기 회전 수용체와 일체로 형성되어, 상기 연통구멍에서 배출된 분체에 대하여 상기 고정 수용체의 내주면과의 사이에서 면적(面的)인 압축 전단력을 부여해서 복합화 처리를 행함과 함께, 상기 복합화 처리된 분체를 다시 상기 회전 수용체의 내부에 환류시키는 2차 처리 수단을 구비하고,
    상기 2차 처리 수단은, 상기 회전 수용체의 외주면 하부에서 고정 수용체측에 돌출하고, 표면이 고정 수용체와 간격을 두고, 대응하는 고정 수용체의 내주면을 따르는 형상으로 형성된 대향면을 가지며, 둘레방향에 간격을 마련하여 배치된 복수의 압축 전단부와, 인접하는 압축 전단부간에 형성되며, 상기 연통구멍에서 배출된 분체를 회전 수용체의 내부에 환류시키는 상승류를 생성하는 복수의 상승류 발생부로 구성되어 있으며,
    상기 상승류 발생부는 상기 압축 전단부의 아래쪽에서 위쪽을 향해 회전방향 상류측에 경사져 있는, 인접하는 압축 전단부간에 형성된 사향 홈(inclined groove)인 것을 특징으로 하는 분체 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차 처리 수단은, 상기 회전 수용체의 외부에서 고정 지지되며, 상기 회전 수용체의 내주면과 이격되어 있고, 상기 내주면의 높이방향 전역에 걸쳐 대향 배치된 원통형상 부재인 것을 특징으로 하는 분체 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연통구멍은 상기 회전 수용체를 직경방향으로 관통하여 상기 사향 홈의 각각에 마련되어 있음과 함께, 상기 회전 수용체의 내주면 바닥부에 대응하는 높이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 분체 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 회전 수용체에는 상기 회전 수용체의 바닥부를 두께방향으로 관통하는 바닥부 연통구멍이 더 마련되어 있음과 함께, 상기 회전 수용체의 바닥부와 상기 고정 수용체의 사이에는, 상기 바닥부 연통구멍과 상기 압축 전단부를 연통하는 연통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분체 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 바닥부 연통구멍은 상기 1차 처리 수단과 동축(同軸) 원주상의 상기 회전 수용체의 바닥면에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 분체 처리 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 분체는 축전 전자부품용 전극 재료를 구성하는 활물질 및 도전재를 포함하는 것을 특징으로 하는 분체 처리 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230079905A (ko) 2021-11-29 2023-06-07 주식회사 엘지에너지솔루션 활물질 공급장치

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5222313B2 (ja) * 2010-02-09 2013-06-26 三菱重工業株式会社 電極材料製造装置
CN106531962B (zh) * 2016-11-17 2019-08-06 上海空间电源研究所 一种正极粉体锂化接触界面自动更新机构
CN107224949B (zh) * 2017-05-19 2023-02-14 四川大学 一种超重力场微反应器及液相沉淀法制备纳米材料的方法
CN111229105B (zh) * 2020-02-12 2022-04-05 淮南北新建材有限公司 一种混合机发泡均化系统
KR20220160700A (ko) * 2020-04-30 2022-12-06 란저우 란스 중커 나노테크놀로지 컴퍼니 리미티드 다상 계면 반응기
CN116902625B (zh) * 2023-09-12 2024-01-02 云南昆船机械制造有限公司 一种粉杯顶托装置
CN117138725B (zh) * 2023-10-24 2024-03-08 山东裕滨新材料有限公司 一种高剪切混合的管式反应器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003263982A (ja) 2002-03-08 2003-09-19 Jfe Steel Kk 黒鉛質粒子の製造方法およびリチウムイオン二次電池用負極材料
JP2004143071A (ja) 2002-10-23 2004-05-20 Hosokawa Funtai Gijutsu Kenkyusho:Kk 薬物含有複合粒子の製造方法および薬物含有複合粒子
JP2005013501A (ja) 2003-06-26 2005-01-20 Hosokawa Funtai Gijutsu Kenkyusho:Kk 複合化処理装置
JP2005028356A (ja) 2003-06-17 2005-02-03 Hosokawa Funtai Gijutsu Kenkyusho:Kk 複合粒子の製造方法、並びにその方法により製造された複合粒子

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US26089A (en) * 1859-11-15 Dee-washer
US60689A (en) * 1867-01-01 william mccuddt
US28402A (en) * 1860-05-22 Ice-cream freezer
US735206A (en) * 1901-11-27 1903-08-04 Linus Porter Burrows Mixing and dissolving apparatus.
US952808A (en) * 1909-08-31 1910-03-22 George G Speechley Controlling device.
US1042929A (en) * 1911-12-19 1912-10-29 Percy H Brown Apparatus for treating granular materials.
US1609915A (en) * 1926-01-28 1926-12-07 William W Parker Freezing apparatus
US2288137A (en) * 1940-11-08 1942-06-30 Stanley A Jones Liquid conditioning apparatus
US3164375A (en) * 1955-10-14 1965-01-05 Frenkel Ag C D Apparatus for intensive mixing
US2969960A (en) * 1957-06-05 1961-01-31 Mobay Chemical Corp Mixing apparatus
US2970817A (en) * 1958-08-04 1961-02-07 Mobay Chemical Corp Mixing apparatus
CH695239C1 (de) * 2000-01-21 2009-11-30 Rosenmund Vta Ag Einrichtung zum Behandeln von Stoffen.
US3688991A (en) * 1970-07-30 1972-09-05 Norwood H Andrews Jet and anvil comminuting apparatus, and method
GB1405013A (en) * 1972-02-10 1975-09-03 Winn Coales Denso Ltd Mixing mechanisms
US3826435A (en) * 1972-02-12 1974-07-30 Oliver And Batlle Sa Apparatus for dispersing pigments in a liquid phase
US3867104A (en) * 1973-04-12 1975-02-18 Monsanto Co Polymerizer reactor
US4140299A (en) * 1974-07-04 1979-02-20 Imperial Chemical Industries Limited Mixing liquids
US3952538A (en) * 1974-11-20 1976-04-27 Warlick Stearn W Portable self-contained apparatus for freezing liquids
JPS5829861A (ja) * 1981-08-14 1983-02-22 Dainippon Ink & Chem Inc 粉砕粗顔料の製造方法
US4983046A (en) * 1987-09-04 1991-01-08 Nisshin Flour Milling Co., Ltd. Mixer
JP2575498Y2 (ja) * 1993-01-08 1998-06-25 三井鉱山株式会社 粉砕機の構造
DE4433039B4 (de) * 1994-09-16 2006-11-16 Richard Frisse Gmbh Vorrichtungen zum Bearbeiten von Dispersionen
JP3129997B2 (ja) * 1997-07-14 2001-01-31 ホソカワミクロン株式会社 粉砕機
US6110432A (en) * 1998-06-04 2000-08-29 Southwick; Kenneth J. Collider chamber apparatus and method of use of same
JP3541693B2 (ja) * 1998-10-15 2004-07-14 株式会社奈良機械製作所 粉粒体の解砕整粒装置
JP3877450B2 (ja) 1998-10-16 2007-02-07 ホソカワミクロン株式会社 粉体処理装置
JP2003086174A (ja) * 2001-06-25 2003-03-20 Hosokawa Micron Corp 電極用複合粒子材料、電極板及びそれらの製造方法
KR100468599B1 (ko) * 2002-01-22 2005-02-02 (주)선보정밀 음식물쓰레기 처리장치
US20050191357A1 (en) * 2002-03-20 2005-09-01 Yoshiaki Kawashima Method of manufacturing chemical-containing composite particles
KR20060021385A (ko) * 2003-06-20 2006-03-07 가부시키가이샤 호소카와 훈타이 기쥬쓰켄큐쇼 파우더 처리 방법, 파우더 처리 장치, 및 다공질 과립의제조 방법
US20050258288A1 (en) * 2003-11-26 2005-11-24 E. I. Du Pont De Nemours And Company High pressure media milling system and process of forming particles
CN100341611C (zh) * 2004-12-01 2007-10-10 煤炭科学研究总院 一种立式固液混合装置及混合方法
JP4918226B2 (ja) * 2005-03-03 2012-04-18 日本コークス工業株式会社 メディア攪拌型湿式粉砕機
CN2805918Y (zh) * 2005-07-21 2006-08-16 富强鑫精密工业股份有限公司 粉体微粒化研磨分散设备
US7455776B2 (en) * 2006-11-21 2008-11-25 Praxair Technology, Inc. Method for mixing high viscous liquids with gas

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003263982A (ja) 2002-03-08 2003-09-19 Jfe Steel Kk 黒鉛質粒子の製造方法およびリチウムイオン二次電池用負極材料
JP2004143071A (ja) 2002-10-23 2004-05-20 Hosokawa Funtai Gijutsu Kenkyusho:Kk 薬物含有複合粒子の製造方法および薬物含有複合粒子
JP2005028356A (ja) 2003-06-17 2005-02-03 Hosokawa Funtai Gijutsu Kenkyusho:Kk 複合粒子の製造方法、並びにその方法により製造された複合粒子
JP2005013501A (ja) 2003-06-26 2005-01-20 Hosokawa Funtai Gijutsu Kenkyusho:Kk 複合化処理装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230079905A (ko) 2021-11-29 2023-06-07 주식회사 엘지에너지솔루션 활물질 공급장치

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Publication number Publication date
JPWO2009110056A1 (ja) 2011-07-14
US8876368B2 (en) 2014-11-04
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