KR101527547B1 - 슬러리 믹싱 공정용 교반기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슬러리를 수용하기 위한 내부공간을 구비하고 자전 가능하게 설치된 교반 용기; 상기 교반 용기의 내부에서 상하 왕복운동 가능하게 설치된 제1 회전부재; 및 상기 교반 용기의 내부에서 상기 제1 회전부재의 바깥쪽에 위치하고, 자전운동과 상기 교반 용기의 중심축에 대한 상대운동이 가능하게 설치된 제2 회전부재;를 포함하는 슬러리 믹싱 공정용 교반기를 개시한다.

Description

슬러리 믹싱 공정용 교반기{IMPROVED STIRRER FOR SLURRY MIXING PROCESS}
본 발명은 슬러리 믹싱 공정용 교반기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬러리를 믹싱하기 위한 회전체를 구비한 슬러리 믹싱 공정용 교반기에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 에너지 밀도가 높고, 작동전압이 높을 뿐만 아니라 우수한 보존 및 수명특성을 보이는 등 많은 장점이 있어 개인용 컴퓨터, 캠코더, 휴대용 전화기, 휴대용 CD 플레이어, PDA 등 각종 휴대용 전자기기에 널리 사용되고 있다.
일반적으로 리튬 이차전지는 원통형 또는 각형의 케이스와, 전해질과 함께 상기 케이스에 수용되는 전극 조립체를 포함한다. 여기서, 전극 조립체는 양극, 세퍼레이터(Separator) 및 음극이 적층된 것으로서, 젤리-롤(Jelly-Roll) 형태의 권취 구조 또는 스택 구조를 갖는다.
리튬 이차전지의 양극과 음극은 활물질, 바인더 및 도전제를 용매와 함께 혼합 및 교반하여 전극 슬러리를 제조한 후, 이것을 집전체에 코팅한 다음 건조 및 롤 프레스하고 정해진 크기로 절단함으로써 제조된다.
리튬 이차전지에 있어 전극의 구조는 전지의 전기적 특성에 많은 영향을 미치므로 전극 슬러리의 제조시 슬러리를 제대로 믹싱하여 조성물들을 균일하게 분산시키는 것이 매우 중요하다. 특히, 전극 슬러리에 포함된 도전제는 활물질과의 도전성 네트워크를 형성하고 그 분산 정도에 따라 전극의 전도도에 중대한 영향을 미치게 된다.
슬러리 믹싱 공정용 교반기에 관한 기술은 한국 공개실용신안공보 제2000-0006809호에 개시되어 있다.
한국 공개실용신안공보 제2000-0006809호는 활물질과 도전제의 혼합 불량에 의해 극판 도포시 2차 입자가 발생하고 전도도가 저하되는 것을 해결하는 것을 기술적 과제로 하는 것으로서, 자전하는 회전날과, 상기 회전날에 대하여 공전하는 용기를 구비한 이차전지의 활물질 슬러리 제조장치를 제안하고 있다.
하지만, 상기 활물질 슬러리 제조장치는 회전날의 자체 회전운동과 용기의 상대적 회전운동을 포함하는 2 자유도 운동만을 수행하므로 활물질 슬러리의 교반이 효과적으로 이루어지기가 어려운 단점이 있다.
대안으로는, 도 1에 도시된 바와 같이 교반 용기(10) 내부의 중심에서 회전하는 제1 회전부재(11)와, 교반 용기(10) 내부의 외곽에서 자전하는 동시에 상기 제1 회전부재(11)에 대하여 공전하는 제2 회전부재(12)를 구비한 전극 슬러리 교반기가 제안된 바 있다.
하지만, 상기 전극 슬러리 교반기의 경우 공정의 진행중에 전극 슬러리(1)와 제1 회전부재(11) 간의 마찰로 인한 발열이 심하게 발생하여 회전속도를 높이는 데 한계가 있으며, 발열로 인하여 제1 회전부재(11)를 비롯하여 제2 회전부재(12)의 내구성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 회전체와 슬러리 간에 저항을 줄일 수 있도록 전극 슬러리에 용이하게 난류를 형성시킬 수 있는 구조를 가진 슬러리 믹싱 공정용 교반기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 난류의 형성이 더욱 촉진되도록 회전체의 표면 구조가 개선된 슬러리 믹싱 공정용 교반기를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 슬러리를 수용하기 위한 내부공간을 구비하고 자전 가능하게 설치된 교반 용기; 상기 교반 용기의 내부에서 상하 왕복운동 가능하게 설치된 제1 회전부재; 및 상기 교반 용기의 내부에서 상기 제1 회전부재의 바깥쪽에 위치하고, 자전운동과 상기 교반 용기의 중심축에 대한 상대운동이 가능하게 설치된 제2 회전부재;를 포함하는 슬러리 믹싱 공정용 교반기를 제공한다.
상기 교반 용기는 중심축에 대하여 자전 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 제1 회전부재는 상기 교반 용기의 중심축을 따라 상하 왕복운동 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 제2 회전부재는 상기 교반 용기의 중심축에 대하여 편심되게 설치될 수 있다.
상기 제2 회전부재는 상기 교반 용기의 중심축에 대하여 공전 가능하게 설치될 수 있다.
상기 교반 용기의 자전방향과 상기 제2 회전부재의 자전방향은 상호 동일할 수 있다.
상기 제1 회전부재는 복수개의 가닥으로 이루어진 와이어 어셈블리에 의해 형성될 수 있다.
상기 제2 회전부재는 하단에 교반날개가 장착된 봉형 회전체에 의해 형성될 수 있다.
상기 제1 회전부재 및 상기 제2 회전부재 중 적어도 어느 하나의 표면에는 딤플 구조가 반복적으로 형성될 수 있다.
부가적으로는, 상기 교반 용기의 내부 표면에도 딤플 구조가 반복적으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면 회전체가 4 자유도 운동을 하도록 개선되어 전극 슬러리의 난류 형성이 용이하여 슬러리 믹싱 공정용 교반기의 성능을 향상시킬 수 있다. 전극 슬러리에 형성되는 난류는 회전체와 슬러리 간의 저항을 줄이고 열전달 효율을 높이는 작용을 하게 된다.
이러한 본 발명은 슬러리 믹싱 공정의 진행중에 회전부재에서 발생하는 마찰열이 미미하므로 교반 속도를 향상시킬 수 있으며, 회전부재의 내구성도 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면 회전체의 표면에 형성된 다수의 딤플 구조에 의해 난류의 형성이 촉진될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 슬러리 믹싱 공정용 교반기의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러리 믹싱 공정용 교반기의 구성도,
도 3은 본 발명에 따라 회전부재의 표면에 형성되는 딤플 구조의 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러리 믹싱 공정용 교반기의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러리 믹싱 공정용 교반기는 교반 용기(100)와, 상기 교반 용기(100)의 내부에 설치되어 교반 기능을 제공하는 제1 회전부재(110) 및 제2 회전부재(120)를 포함한다.
교반 용기(100)는 전극 슬러리(1)를 수용하기 위한 내부공간을 구비하고, 그 중심축에 대하여 자전 가능하게 설치된다. 이를 위해 교반 용기(100)의 하단은 동력제공수단의 회전 샤프트(101)에 연결된다. 상기 동력제공수단으로는 회전력을 제공하는 통상의 모터가 채용될 수 있다.
교반 용기(100)의 내부공간에는 양극 활물질인 리튬입자나 음극 활물질인 카본에 바인더, 도전제 및 용매가 첨가된 전극 슬러리(1)가 투입된다.
제1 회전부재(110)는 교반 용기(100)의 내부에서 중심축을 따라 종방향으로 상하 왕복운동 가능하게 설치된다. 제1 회전부재(110)는 교반 용기(100)의 종방향으로 길게 연장된 복수개의 가닥으로 이루어진 와이어 어셈블리에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 제1 회전부재(110)는 교반 용기(100)의 상부를 출입하도록 설치되고, 상하 왕복운동을 제공하는 소정의 액츄에이터에 연결된다. 상기 액츄에이터로는 예컨대, 에어 실린더나, 모터 및 캠 기구의 어셈블리가 채용될 수 있다.
제2 회전부재(120)는 교반 용기(100)의 내부에서 상기 제1 회전부재(110)의 바깥쪽에 마련되되, 교반 용기(100)의 중심축에 대하여 편심되게 위치한다. 제2 회전부재(120)는 자전운동과 더불어 상기 교반 용기(100)의 중심축에 대한 상대운동이 가능하게 설치된다. 바람직하게, 제2 회전부재(120)는 교반 용기(100)의 중심축을 기준으로 하여 교반 용기(100)의 둘레를 따라 공전운동을 하도록 설치된다.
제2 회전부재(120)와 전극 슬러리(1) 간의 저항을 가능한 한 줄이기 위하여 교반 용기(100)의 자전방향과 제2 회전부재(120)의 자전방향은 상호 동일한 것이 바람직하다.
제2 회전부재(120)로는 하단에 교반날개가 장착된 봉형 회전체가 채용되는 것이 바람직하다. 비록 도면에는 미도시되었으나, 교반 용기(100)의 중심축을 기준으로 공전운동이 가능하도록 제2 회전부재(120)의 상단에는 회전력을 제공하는 소정의 모터 및 캠 기구의 어셈블리가 연결된다.
제1 회전부재(110) 및/또는 제2 회전부재(120)의 표면에 있어서 전극 슬러리(1)와 접촉하는 적어도 일부에는 딤플 구조가 반복적으로 형성되는 것이 바람직하다. 도 3에는 이해를 도모하기 위한 딤플 구조(130)의 형성 예가 도시되어 있다. 여기서, 딤플 구조(130)의 직경과 깊이, 형상, 반복 패턴 등은 도면에 나타난 예에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
상기 딤플 구조(130)는 전극 슬러리(1)에 대한 교반이 진행되는 과정에서 난류의 형성을 촉진하여 회전체와 전극 슬러리(1) 간의 저항을 줄이고 경계층을 확장하여 열전달 효율을 높이는 작용을 하게 된다. 이러한 딤플 구조(130)는 교반 용기(100)의 내부 표면의 적어도 일부에 반복적으로 형성될 수도 있다.
상기와 같은 구성을 가진 슬러리 믹싱 공정용 교반기는 교반 용기(100) 내에 전극 슬러리(1)가 투입된 상태에서 교반 용기(100), 제1 회전부재(110) 및 제2 회전부재(120)가 4 자유도 운동을 진행함으로써 슬러리 믹싱 공정을 수행한다. 바람직하게, 슬러리 믹싱 공정용 교반기는 교반 용기(100)가 자전하는 운동과, 제1 회전부재(110)가 교반 용기(100)의 종방향으로 상하 왕복하는 운동과, 제2 회전부재(120)가 자전하는 운동과, 제2 회전부재(120)가 교반 용기(100)의 회전축을 중심으로 공전하는 운동을 동시에 진행함으로써 전극 슬러리(1)를 골고루 믹싱하는 공정을 수행한다.
상기와 같은 4 자유도 운동에 의하면 교반 용기(100) 내에서 전극 슬러리(1)가 믹싱되는 과정에서 용이하게 난류가 형성되어 회전체와 슬러리 간의 저항을 줄이고 열전달 효율을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1: 전극 슬러리 100: 교반 용기
101: 회전 샤프트 110: 제1 회전부재
120: 제2 회전부재 130: 딤플 구조

Claims (10)

  1. 슬러리 믹싱 공정용 교반기에 있어서,
    슬러리를 수용하기 위한 내부공간을 구비하고 자전 가능하게 설치된 교반 용기;
    상기 교반 용기의 내부에서 상하 왕복운동 가능하게 설치된 제1 회전부재; 및
    상기 교반 용기의 내부에서 상기 제1 회전부재의 바깥쪽에 위치하고, 자전운동과 상기 교반 용기의 중심축에 대한 상대운동이 가능하게 설치된 제2 회전부재;를 포함하고,
    상기 교반 용기는 중심축에 대하여 자전 가능하게 설치되고,
    상기 제1 회전부재는 상기 교반 용기의 중심축을 따라 상하 왕복운동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 회전부재는 상기 교반 용기의 중심축에 대하여 편심되게 설치된 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 회전부재는 상기 교반 용기의 중심축에 대하여 공전 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 교반 용기의 자전방향과 상기 제2 회전부재의 자전방향이 동일한 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회전부재는 복수개의 가닥으로 이루어진 와이어 어셈블리에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 회전부재는 하단에 교반날개가 장착된 봉형 회전체인 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회전부재 및 상기 제2 회전부재 중 적어도 어느 하나의 표면에는 딤플 구조가 반복적으로 형성된 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반기.
  10. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 교반 용기의 내부 표면에는 딤플 구조가 반복적으로 형성된 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반기.
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