KR101844921B1 - 2차 전지용 믹서장치 - Google Patents

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Abstract

2차 전지용 믹서장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 2차 전지용 믹서장치는: 분체와 액상으로 구분된 2차 전지용 재료의 1차 교반이 이루어지는 스크루믹서와, 스크루믹서에서 배출되는 슬러리를 전달받아 분산시키며 슬러리의 2차 교반이 이루어지는 고전단 분산부와, 고전단 분산부의 외측으로 배출된 슬러리를 냉각시킨 후 다시 고전단 분산부로 공급하는 열교환부 및 고전단 분산부에서 배출되는 슬러리를 전달받아 저장하는 제1버퍼탱크부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지용 믹서장치{MIXER DEVICE FOR SECONDARY CELL}
본 발명은 2차 전지용 믹서장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2차 전지용 재료의 혼합과 분산 작업을 신속하게 할 수 있는 2차 전지용 믹서장치에 관한 것이다.
일반적으로 전원 공급 수단의 하나로 전지가 이용되고 있다. 과거 전지는 1차 전지로 분류되는 것으로, 한번 방전되면 재사용이 이루어질 수 없는 문제를 갖는다. 2차 전지는 리튬(Li), 코발트(Co), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 등의 산화 및 환원의 반복이 가능한 물질로 제작되는 것으로, 1차 전지와 달리 충전을 반복하여 사용할 수 있는 것인 바, 최근 소형 전자 기기 및 전기 자동차 등이 2차 전지를 전원 공급 수단으로 하고 있으며 생산량이 대량화 되고 있다.
한편, 2차 전지의 제작 과정에서는 리튬(Li), 코발트(Co), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 등의 분체형 활물질의 이송 및 믹싱작업이 이루어진다. 리튬이온 2차 전지를 제조하는 공정은, 분체인 전지 활물질과 용매를 믹싱(Mixing)하는 작업이 요구된다. 믹싱은 믹서장치에서 분체를 용매에 고르게 분산시켜 슬러리(Slurry)를 만들어 주는 공정이다.
그리고, 슬러리를 전극에 얇게 펴서 발라주는 코팅(Coating) 공정을 시행한 후, 전극에 코팅된 활물질을 눌러서 전극에 붙여주는 압연(Pressing) 공정을 시행한다. 그리고 전극을 원하는 넓이로 잘라주는 슬리팅(Slitting) 공정을 통해 전지를 조립한다.
전지는 단위 부피 당 저장할 수 있는 전력량이 커야 하며, 다른 조건이 일정하다면 활물질 분체의 크기를 줄이는 것이 전지의 용량 증가에 큰 도움이 된다.
현재 사용되고 있는 믹서는 2차 전지용 재료들을 반죽 방식으로 섞는 니딩(Kneading)과, 니딩이 완료된 액체를 용매 안에 고르게 분산시키는 2개의 작업을 Planetary Dispersion Mixer라는 1개의 장치에서 하고 있으며, 현재 사용되는 분체의 크기가 점점 작아짐에 따라서 위 두 기능 중에서 분산 기능이 잘 안되는 경우가 발생하고 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2017-0087127호(2017.07.28 공개, 발명의 명칭: 진동 인가부를 포함하고 있는 분리막 코팅용 슬러리 분산 장치)에 게시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 2차 전지용 재료의 혼합과 분산 작업을 신속하게 할 수 있는 2차 전지용 믹서장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 2차 전지용 믹서장치는: 분체와 액상으로 구분된 2차 전지용 재료의 1차 교반이 이루어지는 스크루믹서와, 스크루믹서에서 배출되는 슬러리를 전달받아 분산시키며 슬러리의 2차 교반이 이루어지는 고전단 분산부와, 고전단 분산부의 외측으로 배출된 슬러리를 냉각시킨 후 다시 고전단 분산부로 공급하는 열교환부 및 고전단 분산부에서 배출되는 슬러리를 전달받아 저장하는 제1버퍼탱크부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 고전단 분산부는, 스크루믹서에서 배출된 슬러리의 공급이 이루어지는 하우징부와, 하우징부에 회전 가능하게 설치되며 하우징부의 내측에 있는 슬러리를 분산시키는 분산부와, 분산부와 같은 회전중심을 가지며 하우징부에 회전 가능하게 설치되며 하우징부의 외측으로 슬러리를 이송시키는 이송부와, 분산부를 회전시키는 동력을 공급하는 제1구동부 및 이송부를 회전시키는 동력을 공급하는 제2구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 열교환부는, 이송부와 마주하는 하우징부에 연결되며 하우징부의 외측으로 배출되는 슬러리의 이동을 안내하는 제1관로와, 제1관로에 연결되며 열교환을 통해 슬러리를 냉각시키는 열교환몸체 및 열교환몸체에서 배출되는 슬러리를 하우징부로 안내하는 제2관로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 제1버퍼탱크부는, 제1관로에서 분기되는 배출관로에 연결되며 고전단 분산부에서 배출되는 슬러리를 저장시키는 제1탱크 및 제1탱크의 내측에 회전 가능하게 설치되며 제1탱크에 저장된 슬러리를 교반시키는 제1프로펠러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 스크루믹서와 고전단 분산부의 사이에 설치되며 스크루믹서에서 배출되는 슬러리를 전달받아 저장하며 필요에 따라 고전단 분산부로 슬러리를 공급하는 제2버퍼탱크부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 제2버퍼탱크부는, 스크루믹서에서 배출되는 슬러리를 저장시키는 제2탱크 및 제2탱크의 내측에 회전 가능하게 설치되며 제2탱크에 저장된 슬러리를 교반시키는 제2프로펠러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 2차 전지용 믹서장치는, 스크루믹서에서 1차 교반을 하면서 니딩작업이 되며, 고전단 분산부에서 2차 교반을 하면서 분산 작업을 하므로 2차 전지용 재료의 혼합과 분산 작업을 신속하게 할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 열교환부의 작동에 의해 슬러리의 온도 조절이 가능하므로 슬러리의 변질을 방지하며 슬러리의 품질도 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 고전단 분산부에서 믹싱이 완료된 슬러리가 후공정으로 이동하기 전에 제1버퍼탱크부에 저장된 상태에서 필요에 따라 후공정으로 슬러리를 공급하므로 연속생산을 가능하게 하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 스크루믹서에서 1차 교반을 완료한 슬러리가 제2버퍼탱크부에 저장된 상태에서 필요에 따라 고전단 분산부로 슬러리를 공급하므로 작업에 소요되는 시간을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지용 믹서장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지용 믹서장치에 제2버퍼탱크부가 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크루믹서에서 배출된 슬러리가 제2버퍼탱크부에 채워지는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2버퍼탱크부에서 배출된 슬러리가 고전단 분산부로 공급되는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전단 분산부에서 배출된 슬러리가 제1버퍼탱크부로 공급되는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전단 분산부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산부와 이송부가 동작되는 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징부에 저장된 슬러리가 후공정으로 이동되는 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지용 믹서장치의 블록도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지용 믹서장치를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지용 믹서장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지용 믹서장치에 제2버퍼탱크부가 설치된 상태를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스크루믹서에서 배출된 슬러리가 제2버퍼탱크부에 채워지는 상태를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2버퍼탱크부에서 배출된 슬러리가 고전단 분산부로 공급되는 상태를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전단 분산부에서 배출된 슬러리가 제1버퍼탱크부로 공급되는 상태를 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전단 분산부를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 분산부와 이송부가 동작되는 상태를 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징부에 저장된 슬러리가 후공정으로 이동되는 상태를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지용 믹서장치의 블록도이다.
도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지용 믹서장치(1)는, 분체와 액상으로 구분된 2차 전지용 재료의 1차 교반이 이루어지는 스크루믹서(5)와, 스크루믹서(5)에서 배출되는 슬러리(12)를 전달받아 분산시키며 슬러리(12)의 2차 교반이 이루어지는 고전단 분산부(10)와, 고전단 분산부(10)의 외측으로 배출된 슬러리(12)를 냉각시킨 후 다시 고전단 분산부(10)로 공급하는 열교환부(70)와, 고전단 분산부(10)에서 배출되는 슬러리(12)를 전달받아 저장하는 제1버퍼탱크부(110) 및 스크루믹서(5)와 고전단 분산부(10)의 사이에 설치되며 스크루믹서(5)에서 배출되는 슬러리(12)를 전달받아 저장하며 필요에 따라 고전단 분산부(10)로 슬러리(12)를 공급하는 제2버퍼탱크부(120)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
스크루믹서(5)는 분체와 액상으로 구분된 2차 전지용 재료의 1차 교반이 이루어지는 기술 사상 안에서 다양한 형상으로 변형이 가능하다. 이러한 스크루믹서(5)는 액체와 분체를 적정 비율로 혼합한 다음 니딩(Kneading)에 의하여 메인 활물질과 도전재에 바인더를 코팅하는 역할을 한다. 이러한 스크루믹서(5)는 동일 축 선상에 이송용 블레이드와 니딩용 블레이드를 배치한 트윈 스크루를 사용할 수도 있다.
2차 전지용 슬러리 믹싱에서 니딩(Kneading)과 분산(Dispersion)으로 이루어진 두가지 믹싱 기능의 필요성에 대해서 설명한다.
2차 전지용 슬러리(12)는 양극재와 음극재로 이루어진다. 양극재는 양극 메인 활물질(리튬계)에 도전재와 바인더와 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)를 혼합하며 CNT(Carbon Nanotube)는 옵션으로 혼합할 수 있다. 음극재는 음극 메인 활물질(카본계)에 도전재와 바인더와 DIW(Deionized water)를 혼합하며 CNT(Carbon Nanotube)는 옵션으로 혼합할 수 있다.
이러한 구성에서 바인더의 역할은 메인 활물질과 도전재, 그리고 이에 결합된 조직끼리 결합시키며 이를 전극 집전체에 잘 붙어 있도록 도와준다. 따라서 슬러리(12)를 만드는 초기 단계에서 바인더를 용매에 녹여서 바인더 솔루션을 만들어 준 다음, 이를 메인 활물질과 믹싱을 하여 메인 활물질의 표면에 바인더를 코팅한다. 이러한 단계는 스크루믹서(5)에의 니딩에 의해 수행된다.
스크루믹서(5)는 분체인 파우더와 액상인 액체의 혼합과 이송이 강제적으로 가능하며, 스크루믹서(5)의 스크루 엘리먼트를 조합하여 이송과 믹싱을 조절할 수 있다.
고전단 분산부(10)는 스크루믹서(5)에서 배출되는 슬러리(12)를 전달받아 분산시키며 슬러리(12)의 2차 교반이 이루어지는 기술사상 안에서 다양한 종류의 전단장치가 사용될 수 있다. 스크루믹서(5)에서 바인더가 코팅된 메인 활물질이 포함된 슬러리(12)가 배출되어 고전단 분산부(10)로 전달된 후 최종적으로 고르게 분산작업이 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고전단 분산부(10)는, 슬러리(12)의 공급과 배출이 이루어지는 하우징부(20)와, 하우징부(20)에 회전 가능하게 설치되며 하우징부(20)의 내측에 있는 슬러리(12)를 분산시키는 분산부(30)와, 분산부(30)와 같은 회전중심(14)을 가지며 하우징부(20)에 회전 가능하게 설치되며 하우징부(20)의 외측으로 슬러리(12)를 이송시키는 이송부(40)와, 분산부(30)를 회전시키는 동력을 공급하는 제1구동부(50)와, 이송부(40)를 회전시키는 동력을 공급하는 제2구동부(60)를 포함한다.
2차 전지를 제조하기 위해, 분체인 전지 활물질과 용매는 스크루믹서(5)를 통과하며 믹싱(Mixing)되어 슬러리(12)가 되며, 이러한 슬러리(12)는 공급관로(90)를 통해 하우징부(20)의 내측으로 공급된다.
슬러리(12)가 교반되며 분산되는 내부공간을 형성하는 하우징부(20)의 내측에는 분산부(30)와 이송부(40)가 회전 가능하게 설치된다. 하우징부(20)의 하측에는 슬러리(12)가 배출되기 위한 통로가 구비된다.
분산부(30)는 하우징부(20)에 회전 가능하게 설치되며, 하우징부(20)의 내측에 있는 슬러리(12)를 분산시키는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 변형이 가능하다. 일 실시예에 따른 분산부(30)는 제1회전몸체(32)와 커팅부(36)를 포함한다.
제1회전몸체(32)는 제1구동부(50)의 동력을 전달받아 회전되며, 내측에는 중공부(33)를 구비한다. 일 실시예에 따른 제1회전몸체(32)는 파이프 형상이며, 제1회전몸체(32)의 일측은 하우징부(20)의 외측에 위치하며 제1회전몸체(32)의 타측은 하우징부(20)의 내측에 위치한다. 하우징부(20)의 중앙부에 세워진 형태로 설치되는 제1회전몸체(32)의 외측에는 걸림돌기(34)가 구비된다. 걸림돌기(34)는 하우징부(20)의 상측에 설치된 베어링부(25)에 지지되므로, 제1회전몸체(32)가 하우징부(20)의 내측으로 낙하됨을 방지한다. 걸림돌기(34)는 제1회전몸체(32)의 외측으로 돌출된 돌기이며, 링 형상으로 형성되어 베어링부(25)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
커팅부(36)는 제1회전몸체(32)의 외측으로 연장되어 제1회전몸체(32)와 같이 회전되며, 하우징부(20)에 저장된 슬러리(12)를 분산시키는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 변형이 가능하다. 일 실시예에 따른 커팅부(36)는 제1회전몸체(32)의 하측에서 측방향으로 연장되며, 회전되는 동작에 의해 슬러리(12)를 분산시키는 기술사상 안에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따른 커팅부(36)는 회전부재(37)와 회전날(38)을 포함한다.
회전부재(37)는 제1회전몸체(32)의 하측에서 수평방향으로 연장되는 판 형상이며, 회전날(38)은 회전부재(37)에서 상측이나 하측으로 연장된다. 회전날(38)은 회전되는 동작에 의해 하우징부(20)에 있는 슬러리(12)의 클러스터를 찢어서 분산시키는 기능을 한다. 이러한 회전날(38)은 단독으로 설치될 수 있으며, 필요에 따라 회전날(38)의 외측에 고정커터부(도시생략)가 고정된 상태로 설치되어 회전날(38)과 함께 슬러리(12)를 분산시키는 작용을 할 수 있다.
이송부(40)는 분산부(30)와 같은 회전중심(14)을 가지며 하우징부(20)에 회전 가능하게 설치되며, 하우징부(20)의 외측으로 슬러리(12)를 이송시키는 기술사상 안에서 다양한 이송장치가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 이송부(40)는 제2회전몸체(42)와 이송날개부(44)를 포함한다.
제2회전몸체(42)는 중공부(33)를 관통하며 제1회전몸체(32)의 내측에 회전 가능하게 설치된다. 제1회전몸체(32)의 내측에 회전 가능하게 설치되는 제2회전몸체(42)는 제2구동부(60)의 동력을 전달받아 회전된다.
이송날개부(44)는 제2회전몸체(42)의 하측에 설치되어 제2회전몸체(42)와 함께 회전되며, 하우징부(20)에 저장된 슬러리(12)를 하우징부(20)의 외측으로 이송시킨다. 제2회전몸체(42)의 하측은 제1회전몸체(32)의 하측으로 돌출되며, 제2회전몸체(42)의 상측도 제1회전몸체(32)의 상측으로 돌출된다.
제1회전몸체(32)의 하측으로 돌출된 제2회전몸체(42)의 하측에 이송날개부(44)가 설치된다. 프로펠러(114) 형상의 이송날개부(44)가 회전하면서 하우징부(20)의 하측에 연결된 제1관로(72)로 슬러리(12)를 이송시킨다. 제1회전몸체(32)의 내측을 관통하며 설치된 제2회전몸체(42)는 같은 회전중심(14)을 가지므로 분산부(30)와 이송부(40)의 설치공간을 절약할 수 있다. 그리고 제1회전몸체(32)와 제2회전몸체(42)의 회전속도를 조절할 수 있으므로 슬러리(12)의 이동과 분산을 각각 정밀하게 제어할 수 있다.
이송날개부(44)와 마주하는 하우징부(20)의 내측 바닥면에는 안내관로(22)가 설치된다. 하우징부(20)의 내측 바닥면에서 상측으로 돌출된 관로 형상의 안내관로(22) 내측에는 이송날개부(44)가 위치한다.
제1구동부(50)는 분산부(30)를 회전시키는 동력을 공급하는 기술사상 안에서 다양한 종류의 구동장치가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 제1구동부(50)는 전기에너지의 공급으로 회전동력을 발생시키며, 제1동력전달부재(52)를 통해 제1회전몸체(32)를 회전시킨다. 제1구동부(50)는 제어부(80)의 제어신호로 동작되며, 제1구동부(50)의 출력축에 연결된 제1동력전달부재(52)를 통해 제1회전몸체(32)를 회전시킨다.
일 실시예에 따른 제1동력전달부재(52)는, 제1구동부(50)의 출력축에 연결되는 제1구동풀리(54)와, 제1회전몸체(32)의 외측에 설치되는 제1종동풀리(56) 및 제1구동풀리(54)와 제1종동풀리(56)를 연결하는 제1벨트부재(58)를 포함한다.
제2구동부(60)는 이송부(40)를 회전시키는 동력을 공급하는 기술사상 안에서 다양한 종류의 구동장치가 사용될 수 있다. 일 실시예에 따른 제2구동부(60)는 전기에너지의 공급으로 회전동력을 발생시키며, 제2동력전달부재(62)를 통해 제2회전몸체(42)를 회전시킨다. 제2구동부(60)는 제어부(80)의 제어신호로 동작되며, 제2구동부(60)의 출력축에 연결된 제2동력전달부재(62)를 통해 제2회전몸체(42)를 회전시킨다.
일 실시예에 따른 제2동력전달부재(62)는, 제2구동부(60)의 출력축에 연결되는 제2구동풀리(64)와, 제2회전몸체(42)의 외측에 설치되는 제2종동풀리(66) 및 제2구동풀리(64)와 제2종동풀리(66)를 연결하는 제2벨트부재(68)를 포함한다.
열교환부(70)는 고전단 분산부(10)의 외측으로 배출된 슬러리(12)를 냉각시킨 후 다시 고전단 분산부(10)로 공급한다.
일 실시예에 따른 열교환부(70)는 제1관로(72)와 열교환몸체(74)와 제2관로(76)를 포함한다.
제1관로(72)는 이송부(40)와 마주하는 하우징부(20)에 연결되며, 하우징부(20)의 외측으로 배출되는 슬러리(12)의 이동을 안내한다. 제1관로(72)에는 제1밸브(100)가 설치되어 제1관로(72)를 통해 열교환몸체(74)로 이동되는 슬러리(12)의 이동을 제어한다.
열교환몸체(74)는 제1관로(72)에 연결되며 열교환을 통해 슬러리(12)를 냉각시킨다. 열교환몸체(74)의 내측으로 냉각유체가 공급되며, 이러한 냉각유체는 열교환몸체(74)를 통과하는 슬러리(12)와 열교환을 하므로 슬러리(12)는 냉각된다.
또한 슬러리(12)의 냉각속도를 높이기 위해 하우징부(20)의 내측에 냉각유체가 흐르는 공간을 추가 형성할 수도 있다. 하우징부(20)에 연결된 제1관로(72)에는 제2밸브(105)가 설치되어 하우징부(20)에서 배출되는 슬러리(12)의 흐름을 제어할 수 있다.
측정부(85)는 제2관로(76)에 설치되며, 하우징부(20)로 공급되는 슬러리(12)의 온도와 점도를 측정하여 제어부(80)로 측정값을 전달한다. 제어부(80)는 측정부(85)의 측정값을 전달받아 스크루믹서(5)와 제1구동부(50)와 제2구동부(60)와 제1제어밸브(94)와 제2제어밸브(96)와 제1밸브(100)와 제2밸브(105)와 이송펌프(130)의 동작을 제어한다.
한편 하우징부(20)로 슬러리(12)를 공급하는 공급관로(90)는 하우징부(20)의 상측에 연결된다. 이러한 공급관로(90)에는 제1제어밸브(94)가 설치되어 슬러리(12)의 이동을 제어한다. 그리고, 제1밸브(100)와 하우징부(20)의 사이에 설치된 제1관로(72)에는 배출관로(92)가 연결된다. 배출관로(92)를 통해 이동되는 슬러리(12)는 후공정으로 이송된다. 배출관로(92)에도 제2제어밸브(96)가 설치되며, 제어부(80)의 제어신호로 동작되어 슬러리(12)의 이동을 제어한다.
제1밸브(100)는 열교환몸체(74)와 연결된 제1관로(72)에 설치되어 슬러리(12)의 이동을 제어하며, 제2밸브(105)는 하우징부(20)의 하측에 연결된 제1관로(72)에 설치되어 슬러리(12)의 이동을 제어한다. 제1밸브(100)는 하우징부(20)의 외측으로 배출되는 슬러리(12)의 흐름을 제어하며, 제2밸브(105)는 열교환몸체(74)로 이동되는 슬러리(12)의 흐름을 제어한다.
제1버퍼탱크부(110)는 고전단 분산부(10)에서 배출되는 슬러리(12)를 전달받아 저장하는 공간을 형성한다. 제1버퍼탱크부(110)에 저장된 슬러리(12)는 필요시 후공정으로 전달되므로 작업의 연속성을 높이며, 생산성을 향상시킬 수 있다. 일 실시예에 따른 제1버퍼탱크부(110)는 제1탱크(112)와 제1프로펠러(114)를 포함한다.
제1탱크(112)는 제1관로(72)에서 분기되는 배출관로(92)에 연결되며 고전단 분산부(10)에서 배출되는 슬러리(12)를 저장시키는 공간을 형성한다. 제1탱크(112)는 배출관로(92)에 연결되며, 제2제어밸브(96)의 제어에 의해 제1관로(72)를 통해 제1탱크(112)로 공급되는 슬러리(12)의 흐름이 제어된다. 또한 제1탱크(112)는 후공정으로 슬러리(12)를 공급하기 위해 별도의 관로에 연결될 수 있다.
제1프로펠러(114)는 제1탱크(112)의 내측에 회전 가능하게 설치되며, 제1탱크(112)에 저장된 슬러리(12)를 교반시키는 기술사상 안에서 다양한 변형이 가능하다. 일 실시예에 따른 제1프로펠러(114)는 제1탱크(112)의 내측에서 회전되며 슬러리(12)를 균일하게 혼합시킨다. 제1프로펠러(114)는 모터의 구동력을 이용하여 회전되며, 제어부(80)의 제어신호로 동작된다.
제2버퍼탱크부(120)는 스크루믹서(5)와 고전단 분산부(10)의 사이에 설치되며, 스크루믹서(5)에서 배출되는 슬러리(12)를 전달받아 저장하며 필요에 따라 고전단 분산부(10)로 슬러리(12)를 공급하므로 작업의 연속성을 높이며, 생산성을 향상시킬 수 있다. 일 실시예에 따른 제2버퍼탱크부(120)는 제2탱크(122)와 제2프로펠러(124)를 포함한다.
제2탱크(122)는 스크루믹서(5)와 고전단 분산부(10)를 연결하는 공급관로(90)에 연결되며, 스크루믹서(5)에서 배출되는 슬러리(12)를 저장시키는 공간을 형성한다. 제2탱크(122)와 고전단 분산부(10)를 연결하는 공급관로(90)에 이송펌프(130)와 제1제어밸브(94)가 차례로 설치된다. 제1제어밸브(94)의 제어에 의해 공급관로(90)를 통해 고전단 분산부(10)의 하우징부(20)로 공급되는 슬러리(12)의 흐름이 제어된다. 제2탱크(122)에 저장된 저장유체는 이송펌프(130)의 동작에 의해 이송되어 제1제어밸브(94)를 통과한 후 고전단 분산부(10)의 내측으로 이동된다.
제2프로펠러(124)는 제2탱크(122)의 내측에 회전 가능하게 설치되며, 제2탱크(122)에 저장된 슬러리(12)를 교반시키는 기술사상 안에서 다양한 변형이 가능하다. 일 실시예에 따른 제2프로펠러(124)는 제2탱크(122)의 내측에서 회전되며 슬러리(12)를 균일하게 혼합시킨다. 제2프로펠러(124)는 모터의 구동력을 이용하여 회전되며, 제어부(80)의 제어신호로 동작된다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지용 믹서장치(1)의 작동상태를 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스크루믹서(5)에서 2차 전지용 분체와 액상의 재료가 혼합되며 니딩작업이 이루어진 후 슬러리(12)가 생산되어 고전단 분산부(10)로 공급된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 공급관로(90)를 통해 하우징부(20)의 내측으로 공급된 슬러리(12)를 믹싱하기 위해 분산부(30)가 회전한다. 제1구동부(50)가 동작되어 제1회전몸체(32)를 회전시키면, 제1회전몸체(32)의 하측에 연결되는 커팅부(36)도 회전되어 하우징부(20)에 저장된 슬러리(12)를 전단한다. 고전단 분산부(10)는 높은 전단응력을 구현하므로 슬러리(12)를 잘게 쪼개어 혼합시킨다. 즉 고전단 분산부(10)는 강제적으로 뭉친 클러스터인 슬러리(12)를 강제로 찢어서(Shear) 분산시키는 원리로 동작된다.
커팅부(36)가 회전되면서 슬러리(12)를 분산시키며, 이때 슬러리(12)의 온도가 올라감을 방지하기 위해 이송부(40)와 열교환부(70)가 동작된다. 제2구동부(60)가 동작되어 제2회전몸체(42)가 회전되면, 제2회전몸체(42)의 하측에 연결된 이송날개부(44)도 회전된다. 하우징부(20)의 바닥면에 형성되 안내관로(22)의 내측에서 회전되는 이송날개부(44)에 의해 슬러리(12)가 이동된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 하우징부(20)의 내측에 저장된 슬러리(12)는 이송날개부(44)를 통과한 후 제1관로(72)를 통해 열교환부(70)로 이동된다.
열교환부(70)로 이동된 슬러리(12)는 냉각유체와 열교환하며 냉각된 후 다시 제2관로(76)를 통해 하우징부(20)의 내측으로 이동한다. 제2관로(76)를 통해 이동되는 슬러리(12)의 점성과 온도는 측정부(85)에 의해 측정되어 제어부(80)로 전달된다. 따라서 제어부(80)는 슬러리(12)의 온도에 따라 제2구동부(60)와 이송부(40)와 열교환부(70)의 동작을 제어한다. 그리고, 슬러리(12)가 설정된 점성에 도달했다고 판단하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1밸브(100)를 잠그고 제2제어밸브(96)를 개방한다. 그리고 이송부(40)가 회전되면서 하우징부(20)의 외측으로 배출된 슬러리(12)는 배출관로(92)와 제2제어밸브(96)를 통해 후공정으로 이동한다.
고전단 분산부(10)가 작동하여 고전단 분산부(10) 내부에 생산이 완료된 슬러리(12)를 제1버퍼탱크부(110)로 이송시킨 후, 제2제어밸브(96)와 제2밸브(105)를 닫고 제1제어밸브(94)를 다시 열어서 스크루믹서(5)에서 생산된 슬러리(12)를 받을 준비를 한다. 이때 배출관로(92)를 통해 제1버퍼탱크부(110)로 이동된 슬러리(12)는 제1탱크(112)의 내측에 저장되며, 필요에 따라 후공정으로 이송된다.
도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 스크루믹서(5)에 실시간으로 정량 분체 투입이 가능한 장치와, 실시간으로 정량 액체 투입이 가능한 장치를 연결하여 정해진 공정 비율로 분체와 액체를 투입하여 스크루믹서(5)에서 1차 슬러리(12)를 생산한다.
스크루믹서(5)에서 1차 생산된 슬러리(12)는 제2버퍼탱크부(120)로 이동된다. 설정된 시간 동안 스크루믹서(5)가 동작되며 슬러리(12)를 생산한 후 스크루믹서(5)의 동작을 정지시킨다.
스크루믹서(5)의 작동 중지 시간 동안 스크루믹서(5)에 재료를 공급하는 분체 공급 탱크(112)와 액체 공급 탱크(112)를 채우며, 동시에 제2버퍼탱크부(120)로 유입된 슬러리(12)는 이송펌프(130)와 제1제어밸브(94)를 통해 고전단 분산부(10)로 공급된다.
도 4와 도 6에 도시된 바와 같이 제2버퍼탱크부(120)에서 고전단 분산부(10)로 슬러리(12)의 이동이 완료되면 제1제어밸브(94)를 닫고 고전단 분산부(10)를 가동시킨다.
이때 제2버퍼탱크부(120)에 보관된 슬러리(12)를 고전단 분산부(10)로 모두 이동시킨 후에는 제1제어밸브(94)를 닫는다. 그리고 스크루믹서(5)로 공급하기 위한 분체와 액체를 다 채우면 다시 스크루믹서(5)를 가동시켜 1차 슬러리(12)의 생산을 시작하므로 제2버퍼탱크부(120)에 생산된 슬러리(12)를 모으는 동작을 반복한다.
고전단 분산부(10)가 제2버퍼탱크부(120)에서 1차 생산된 슬러리(12)를 공급 받은 후에, 도 7에 도시된 바와 같이 제2제어밸브(96)는 닫혀 있고 열교환몸체(74)로 슬러리(12)의 흐름을 안내하는 제1밸브(100)는 열려 있다. 따라서 고전단 분산부(10)에서 분산되며 2차 생산된 슬러리(12)는 정해진 생산 시간 동안 열교환몸체(74)와 고전단 분산부(10)를 순회하며 슬러리(12)를 생성한다.
도 5와 도 8에 도시된 바와 같이, 설정된 시간이 경과하면 열교환몸체(74)를 향하여 슬러리(12)의 흐름을 허용하는 제1밸브(100)는 닫히고 제2제어밸브(96)가 열린 다음 고전단 분산부(10)가 동작한다. 따라서 고전단 분산부(10)의 내부에서 생산이 완료된 슬러리(12)는 제1버퍼탱크부(110)로 이송된다.
고전단 분산부(10)에 있는 슬러리(12)가 제1버퍼탱크부(110)로 이동이 완료되면, 제2밸브(105)는 닫고 제1제어밸브(94)를 열어서 제2버퍼탱크부(120)에서 1차 생산된 슬러리(12)가 고전단 분산부(10)로 다시 공급된다.
한편 도 2와 도 9에 도시된 바와 같이, 열교환몸체(74)와 고전단 분산부(10)를 연결하는 제2관로(76)에는 실시간 점도와 온도를 측정하기 위한 측정부(85)가 설치된다. 이러한 측정부(85)는 제어부(80)로 측정값을 전달하며, 설정된 온도 범위에 슬러리(12)가 있도록 열교환몸체(74)의 동작을 제어한다. 그리고 설정된 점도의 범위 안에 슬러리(12)가 있도록 제2관로(76)를 따라 이동되는 슬러리(12)에 용매를 공급하여 점도를 맞추기 위한 피드백 장치가 별도로 설치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 스크루믹서(5)에서 1차 교반을 하면서 니딩작업이 되며, 고전단 분산부(10)에서 2차 교반을 하면서 분산 작업을 하므로 2차 전지용 재료의 혼합과 분산 작업을 신속하게 할 수 있다. 또한 열교환부(70)의 작동에 의해 슬러리(12)의 온도 조절이 가능하므로 슬러리(12)의 변질을 방지하며 슬러리(12)의 품질도 향상시킬 수 있다. 또한 고전단 분산부(10)에서 믹싱이 완료된 슬러리(12)가 후공정으로 이동하기 전에 제1버퍼탱크부(110)에 저장된 상태에서 필요에 따라 후공정으로 슬러리(12)를 공급하므로 연속생산을 가능하게 하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 스크루믹서(5)에서 1차 교반을 완료한 슬러리(12)가 제2버퍼탱크부(120)에 저장된 상태에서 필요에 따라 고전단 분산부(10)로 슬러리(12)를 공급하므로 작업에 소요되는 시간을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 분산부(30)와 이송부(40)의 회전 속도를 다르게 조절이 가능하므로 슬러리(12)의 분산도 조절이 가능하여 슬러리(12)의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한 분산부(30)와 이송부(40)가 같은 회전중심(14)을 가지므로 전체 설비의 크기가 감소되어 설치공간의 자유도를 높일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
1: 2차 전지용 믹서장치 5: 스크루믹서
10: 고전단 분산부 12: 슬러리 14: 회전중심 20: 하우징부 22: 안내관로 25: 베어링부 30: 분산부 32: 제1회전몸체 33: 중공부 34: 걸림돌기 36: 커팅부 37: 회전부재 38: 회전날 40: 이송부 42: 제2회전몸체 44: 이송날개부 50: 제1구동부 52: 제1동력전달부재 54: 제1구동풀리 56: 제1종동풀리 58: 제1벨트부재 60: 제2구동부 62: 제2동력전달부재 64: 제2구동풀리 66: 제2종동풀리 68: 제2벨트부재
70: 열교환부 72: 제1관로 74: 열교환몸체 76: 제2관로
80: 제어부 85: 측정부
90: 공급관로 92: 배출관로 94: 제1제어밸브 96: 제2제어밸브
100: 제1밸브 105: 제2밸브
110: 제1버퍼탱크부 112: 제1탱크 114: 제1프로펠러
120: 제2버퍼탱크부 122: 제2탱크 124: 제2프로펠러
130: 이송펌프

Claims (6)

  1. 분체와 액상으로 구분된 2차 전지용 재료의 1차 교반이 이루어지는 스크루믹서;
    상기 스크루믹서에서 배출되는 슬러리를 전달받아 분산시키며 슬러리의 2차 교반이 이루어지는 고전단 분산부;
    상기 고전단 분산부의 외측으로 배출된 슬러리를 냉각시킨 후 다시 상기 고전단 분산부로 공급하는 열교환부; 및
    상기 고전단 분산부에서 배출되는 슬러리를 전달받아 저장하는 제1버퍼탱크부;를 포함하며,
    상기 고전단 분산부는, 상기 스크루믹서에서 배출된 슬러리의 공급이 이루어지는 하우징부;
    상기 하우징부에 회전 가능하게 설치되며, 상기 하우징부의 내측에 있는 슬러리를 분산시키는 분산부;
    상기 분산부와 같은 회전중심을 가지며 상기 하우징부에 회전 가능하게 설치되며, 상기 하우징부의 외측으로 슬러리를 이송시키는 이송부;
    상기 분산부를 회전시키는 동력을 공급하는 제1구동부; 및
    상기 이송부를 회전시키는 동력을 공급하는 제2구동부;를 포함하며,
    상기 분산부는, 상기 하우징부의 중앙부에 세워진 형태로 설치되며 내측에 중공부를 구비하고 상기 제1구동부의 동력을 전달받아 회전되는 제1회전몸체; 및
    상기 제1회전몸체의 외측으로 연장되어 상기 제1회전몸체와 같이 회전되며 상기 하우징부에 저장된 슬러리를 분산시키는 커팅부;를 포함하며,
    상기 이송부는, 상기 중공부를 관통하며 상기 제1회전몸체의 내측에 회전 가능하게 설치되며 상기 제2구동부의 동력을 전달받아 회전되는 제2회전몸체; 및
    상기 제1회전몸체의 하측으로 돌출된 상기 제2회전몸체의 하측에 설치되며, 상기 제2회전몸체와 함께 회전되며 상기 하우징부에 저장된 슬러리를 상기 하우징부의 외측으로 이송시키는 이송날개부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 믹서장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환부는, 상기 이송부와 마주하는 상기 하우징부에 연결되며, 상기 하우징부의 외측으로 배출되는 슬러리의 이동을 안내하는 제1관로;
    상기 제1관로에 연결되며, 열교환을 통해 상기 슬러리를 냉각시키는 열교환몸체; 및
    상기 열교환몸체에서 배출되는 슬러리를 상기 하우징부로 안내하는 제2관로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 믹서장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1버퍼탱크부는, 상기 제1관로에서 분기되는 배출관로에 연결되며, 상기 고전단 분산부에서 배출되는 슬러리를 저장시키는 제1탱크; 및
    상기 제1탱크의 내측에 회전 가능하게 설치되며, 상기 제1탱크에 저장된 슬러리를 교반시키는 제1프로펠러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 믹서장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크루믹서와 상기 고전단 분산부의 사이에 설치되며, 상기 스크루믹서에서 배출되는 슬러리를 전달받아 저장하며, 상기 고전단 분산부로 슬러리를 공급하는 제2버퍼탱크부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 믹서장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2버퍼탱크부는, 상기 스크루믹서에서 배출되는 슬러리를 저장시키는 제2탱크; 및
    상기 제2탱크의 내측에 회전 가능하게 설치되며, 상기 제2탱크에 저장된 슬러리를 교반시키는 제2프로펠러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 믹서장치.
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