KR101863974B1 - 슬러리 믹싱 공정용 교반장치 및 이를 위한 믹싱 파트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러리를 수용하는 교반 용기에 구동력을 제공하는 드라이브 파트; 및 상기 슬러리의 믹싱을 위한 회전력을 전달하기 위한 회전 샤프트와, 상기 회전 샤프트를 감싸는 슬리브와, 상기 슬리브를 둘러싸는 실링 수단을 구비한 믹싱 파트;를 포함하고, 상기 실링 수단은 상기 슬리브의 외주면을 둘러싸도록 적어도 2단으로 배치된 복수개의 오일 씰과 적어도 2단으로 배치된 복수개의 립 씰을 구비한 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반장치를 개시한다.

Description

슬러리 믹싱 공정용 교반장치 및 이를 위한 믹싱 파트{IMPROVED MIXING APPARATUS FOR SLURRY MIXING PROCESS AND MIXING PART FOR THE SAME}

본 발명은 슬러리 믹싱 공정용 교반장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 슬러리의 믹싱을 위한 회전력을 전달하는 회전 샤프트 주변의 실링 구조가 개선된 슬러리 믹싱 공정용 교반장치와 이를 위한 믹싱 파트에 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 교반장치에 관한 기술은 한국 공개특허공보 제2013-0031055호, 한국 공개특허공보 제2012-0056886호에 개시되어 있다.

한국 공개특허공보 제2013-0031055호는 프리믹서가 호모믹서(Homo-mixer)로 구성되어 유입된 철 용액 및 리튬 용액을 교반하는 것을 특징으로 하는 양극 활물질의 제조장치 및 이에 구비되는 교반장치를 개시하고 있다.

한국 공개특허공보 제2012-0056886호는 전극 활물질, 도전재, 결착재, 용제 등을 교반 혼합하는 데 사용할 수 있는 교반 장치에 관한 것으로서, 교반조의 내주면과 교반 부재의 외주면의 간극이, 교반 부재의 상하 방향에 있어서 부분적으로 다르게 구성되어 교반 장치에서 발열을 낮게 억제함과 동시에 교반처리 효율을 높일 수 있는 교반 장치를 개시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 통상적으로 슬러리 믹싱 공정용 교반장치는 교반 용기에 구동력을 전달하기 드라이브 파트(Drive part)(1)와, 믹싱 기능을 수행하는 믹싱 파트로서 플레너터리 파트(Planetary part)(2)와 호모-디스퍼 파트(Homo-disper part)(3)를 포함하여 구성된다.

슬러리 믹싱 공정용 교반장치에 있어서, 드라이브 파트(1)는 각종 베어링과 벨트 등 회전에 관여하는 부품들을 포함하는데, 이러한 부품들은 회전부의 발열 및 과부하로 인해 쉽게 파손될 수 있는 취약점이 있다. 특히, 호모-디스퍼 파트(3) 등으로부터 드라이브 파트(1)로 유입되는 각종 분체는 베어링이나 벨트의 심각한 마모나 파손을 유발하므로 이에 대한 대비책이 요구된다.

호모-디스퍼 파트(3)에는 소정의 회전 샤프트를 감싸는 슬리브(Sleeve)와, 상기 슬리브를 둘러싸도록 배치된 소정의 씰(Seal)을 포함하는 진공 유지 관련 부품군(4)이 구비된다. 그런데, 일반적으로 각종 분체는 슬리브와 그 외부에 끼워지는 씰 사이의 공차나 마모 부분을 통해 침투하여 상부에 위치한 드라이브 파트로 유입된다. 또한, 상기 분체는 상기 슬리브의 표면에 고착되어 마찰계수를 증가시키고 발열을 유발함으로써 슬리브 표면의 마모를 가속화시킨다.

또한, 호모-디스퍼 파트는 보통 1200~1500rpm으로 고속회전이 이루어지는 특성상 슬리브와 씰 간의 공차가 커질 경우 진공 리크(Leak)가 발생하기 쉬우므로 회전 샤프트의 슬리브 주변에 대한 긴밀한 실링 처리가 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 회전 샤프트를감싸는 슬리브와 실링 수단 간의 실링 성능을 향상시킬 수 있도록 실링 수단의 배치 구조가 개선된 슬러리 믹싱 공정용 교반장치 및 이를 위한 믹싱 파트를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 회전 샤프트를 감싸는 슬리브의 표면 구조를 개선하여 마모에 따른 분체 유입 문제를 해결할 수 있는 슬러리 믹싱 공정용 교반장치 및 이를 위한 믹싱 파트를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 슬러리를 수용하는 교반 용기에 구동력을 제공하는 드라이브 파트; 및 상기 슬러리의 믹싱을 위한 회전력을 전달하기 위한 회전 샤프트와, 상기 회전 샤프트를 감싸는 슬리브와, 상기 슬리브를 둘러싸는 실링 수단을 구비한 믹싱 파트;를 포함하고, 상기 실링 수단은 상기 슬리브의 외주면을 둘러싸도록 적어도 2단으로 배치된 복수개의 오일 씰과 적어도 2단으로 배치된 복수개의 립 씰을 구비한 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반장치를 제공한다.

상기 복수개의 립 씰은 2단으로 배치되고, 두 개의 립 씰이 상기 슬리브의 길이방향을 기준으로 양방향을 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.

상기 복수개의 오일 씰은 2단으로 배치되고, 두 개의 오일 씰이 상기 슬리브의 길이방향을 기준으로 양방향을 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.

상기 슬리브의 표면은 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 코팅되는 것이 바람직하다.

상기 믹싱 파트는 호모-디스퍼 믹서의 기능을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 슬러리의 믹싱을 위한 회전력을 전달하기 위한 회전 샤프트와, 상기 회전 샤프트를 감싸는 슬리브와, 상기 슬리브를 둘러싸는 실링 수단을 구비한 슬러리 믹싱 공정용 교반장치의 믹싱 파트에 있어서, 상기 실링 수단은 상기 슬리브의 외주면을 둘러싸도록 적어도 2단으로 배치된 복수개의 오일 씰과 적어도 2단으로 배치된 복수개의 립 씰을 구비한 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반장치의 믹싱 파트가 제공된다.

본 발명에 따르면 슬리브를 둘러싸는 오일 씰 및 립 씰의 다단 배치 구조에 의해 진공의 리크를 효과적으로 방지할 수 있다. 이러한 본 발명은 고속회전이 이루어지는 호모-디스퍼 믹서에 매우 효과적으로 적용 가능하다.

또한, 각종 분체가 슬리브와 씰 사이를 통해 드라이브 파트로 유입되는 것을 방지할 수 있으므로 드라이브 파트에 포함된 베어링이나 벨트의 마모, 파손을 예방할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면 회전 샤프트를 감싸는 슬리브의 표면이 텅스텐 또는 텅스텐 합금에 의해 코팅된 구조에 의해 내식성과 내마모성이 향상되어 슬리브의 교체 주기를 증가시킬 수 있는 장점이 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 일반적인 슬러리 믹싱 공정용 교반장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러리 믹싱 공정용 교반장치에 구비되는 믹싱 파트의 씰 배치 구조를 도시한 단면도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 비교예에 따른 믹싱 파트의 씰 배치 구조를 도시한 단면도이다.

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.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬러리 믹싱 공정용 교반장치는 슬러리를 수용하는 교반 용기에 구동력을 제공하는 드라이브 파트(도 1의 1 참조)와, 상기 교반 용기에 수용된 슬러리에 대해 믹싱 처리를 수행하는 믹싱 파트를 포함한다. 여기서, 교반 용기와 드라이브 파트는 통상의 슬러리 믹싱 공정용 교반장치의 구성이 채용될 수 있으므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이 믹싱 파트는 회전 샤프트(101)와, 회전 샤프트(101)를 감싸는 슬리브(100)와, 슬리브(100)를 둘러싸는 실링 수단(102,103)을 구비한다. 믹싱 파트는 통상의 호모-디스퍼 믹서의 기능을 제공하도록 구성되는 것이 바람직하다.

회전 샤프트(101)는 슬러리의 믹싱을 위한 소정의 교반 날개(미도시)에 회전력을 전달한다.

슬리브(100)는 회전 샤프트(101)의 외주를 감싸도록 배치된다. 슬리브(100)의 표면은 텅스텐 또는 텅스텐 합금에 의해 코팅된 구조를 가짐으로써 내식성과 내마모성이 현저히 향상되고, 이에 따라 슬리브의 교체 주기를 증가시킬 수 있다. 여기서, 텅스텐 합금으로는 예컨대, WC-Co-Cr계가 채용될 수 있다.

슬리브(100)의 표면이 텅스텐에 의해 코팅될 경우 통상의 아노다이징(Anodizing)이나 경질 크롬 코팅에 비해 내부식성이 현저히 향상되는 효과가 있다. 예를 들어, 무전해 텅스텐 코팅, 아노다이징, 경질 크롬 코팅 각각의 경우에 대하여 부식성을 평가해 보면, 산성 용액에 대한 침적시간 10시간 기준으로, 부식 감량이 각각 0.0198mg, 2.8992mg, 3.8673mg으로 나타남으로써 현저한 효과가 있음을 확인할 수 있다. 여기서, 각 코팅의 평균두께는 20㎛, 시험액은 10% HCI, Test Piece는 SUS 304 100mm x 100mm x 1t로 규격화하였다.

실링 수단(102,103)은 슬리브(100)의 외주면을 둘러싸는 복수개의 오일 씰(Oil seal)(102)과 복수개의 립 씰(Lip seal)(103)을 구비한다. 여기서, 오일 씰(102)로는 오일의 누유를 방지하는 용도로 사용되는 통상의 오일 밀봉용 씰이 채용되고, 립 씰(103)로는 통상의 회전용 씰이 채용된다.

구체적으로, 실링 수단(102,103)은 적어도 2단으로 배치된 복수개의 오일 씰(102)과, 바람직하게 오일 씰(102)의 하부에 인접하고 적어도 2단으로 배치된 복수개의 립 씰(103)을 포함하여 구성된다.

도 3에 도시된 바와 같이 오일 씰(102)이 1단으로만 구성되는 경우에는 각종 분체의 침투를 방지하는 데 역부족이고 씰에 내장된 스프링의 탄성이 쉽게 저하되는 등 성능이 열화되어 교체주기가 짧으므로 유지보수가 어려운 단점이 있다.

상기 2단의 오일 씰(102)은 슬리브(100)의 길이방향을 기준으로 양방향을 향하도록, 즉 두 개의 오일 씰(102)이 서로 반대방향을 향하도록 배치되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 상기 2단의 립 씰(103)은 슬리브(100)의 길이방향을 기준으로 양방향을 향하도록, 즉 두 개의 립 씰(103)이 서로 반대방향을 향하도록 배치되는 것이 바람직하다.

도 4에 도시된 바와 같이 2단의 립 씰(103)과 2단의 오일 씰(102)이 모두 단방향을 향하도록 배치될 경우에는 실링 특성이 현저히 저하되어 진공도가 감소하는 문제가 발생하게 된다.

상기와 같은 구성을 가진 슬러리 믹싱 공정용 교반장치는 교반 용기 내에 전극 슬러리가 투입된 상태에서 드라이브 파트와 함께 믹싱 파트가 회전 구동됨으로써 믹싱 기능을 수행한다.

특히, 믹싱 파트에 포함되어 회전력을 전달하는 회전 샤프트(101) 외부의 슬리브(100)는 적어도 4단의 씰 배치 구조를 가진 실링 수단(102,103)에 의해 현저하게 효과적으로 실링된다. 즉, 슬리브(100)를 둘러싸는 실링 수단(102,103)은 적어도 2단으로 배치된 복수개의 오일 씰(102)과 적어도 2단으로 배치된 복수개의 립 씰(103)을 구비하여 실링이 긴밀히 이루어짐으로써 각종 분체가 드라이브 파트로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 슬리브(100)는 표면이 텅스텐 또는 텅스텐 합금에 의해 코팅된 구조에 의해 내식성과 내마모성이 향상되어 교체 주기를 증가시킬 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: 드라이브 파트 2: 플레너터리 파트
3: 호모-디스퍼 파트 4: 진공 유지 관련 부품군
100: 슬리브 101: 회전 샤프트
102: 오일 씰 103: 립 씰

Claims (10)

1. 슬러리를 수용하는 교반 용기에 구동력을 제공하는 드라이브 파트; 및
   상기 슬러리의 믹싱을 위한 회전력을 전달하기 위한 회전 샤프트와, 상기 회전 샤프트를 감싸는 슬리브와, 상기 슬리브를 둘러싸는 실링 수단을 구비한 믹싱 파트;를 포함하고,
   상기 실링 수단은,
   상기 슬리브의 외주면을 둘러싸도록 상기 슬리브의 길이방향인 상하 방향을 따라 서로 접한 상태로 2단으로 적층된 두 개의 오일 씰과, 상기 2단으로 적층된 두 개의 오일 씰의 하부에서 상기 오일 씰에 연이어 접하도록 배치되며 상하 방향을 따라 서로 접한 상태로 2단으로 적층된 두 개의 립 씰을 구비하고,
   상기 2단으로 적층된 두 개의 오일 씰은, 내장된 스프링이 상기 슬리브의 길이방향에 수직하는 수평 방향을 기준으로 상기 슬리브가 위치하는 측인 내측에 위치하며,
   상기 2단으로 적층된 두 개의 오일 씰 중, 상부에 적층된 오일 씰은 내장된 스프링이 상기 내측의 상부에 위치하고 하부에 적층된 오일 씰은 내장된 스프링이 상기 내측의 하부에 위치하여, 상기 두 개의 오일 씰은 내장된 스프링이 상기 슬리브의 길이방향을 기준으로 서로 반대방향을 향하도록 배치되고,
   상기 2단으로 적층된 두 개의 립 씰은, 경사진 형태로 형성된 립이 상기 수평 방향을 기준으로 상기 슬리브가 위치하는 측인 내측에 위치하며,
   상기 2단으로 적층된 두 개의 립 씰 중, 상부에 적층된 립 씰은 립의 경사부가 상기 슬리브의 표면을 향해 상부 방향으로 경사지게 연장되어 끝단이 상기 슬리브의 표면에 접하도록 형성되고 하부에 적층된 립 씰은 립의 경사부가 상기 슬리브의 표면을 향해 하부 방향으로 경사지게 연장되어 끝단이 상기 슬리브의 표면에 접하도록 형성되어, 상기 두 개의 립 씰은 립이 상기 슬리브의 길이방향을 기준으로 서로 반대방향을 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 슬리브의 표면이 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 코팅된 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 믹싱 파트는 호모-디스퍼 믹서의 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반장치.
6. 슬러리의 믹싱을 위한 회전력을 전달하기 위한 회전 샤프트와, 상기 회전 샤프트를 감싸는 슬리브와, 상기 슬리브를 둘러싸는 실링 수단을 구비한 슬러리 믹싱 공정용 교반장치의 믹싱 파트에 있어서,
   상기 실링 수단은,
   상기 슬리브의 외주면을 둘러싸도록 상기 슬리브의 길이방향인 상하 방향을 따라 서로 접한 상태로 2단으로 적층된 두 개의 오일 씰과, 상기 2단으로 적층된 두 개의 오일 씰의 하부에서 상기 오일 씰에 연이어 접하도록 배치되며 상하 방향을 따라 서로 접한 상태로 2단으로 적층된 두 개의 립 씰을 구비하고,
   상기 2단으로 적층된 두 개의 오일 씰은, 내장된 스프링이 상기 슬리브의 길이방향에 수직하는 수평 방향을 기준으로 상기 슬리브가 위치하는 측인 내측에 위치하며,
   상기 2단으로 적층된 두 개의 오일 씰 중, 상부에 적층된 오일 씰은 내장된 스프링이 상기 내측의 상부에 위치하고 하부에 적층된 오일 씰은 내장된 스프링이 상기 내측의 하부에 위치하여, 상기 두 개의 오일 씰은 내장된 스프링이 상기 슬리브의 길이방향을 기준으로 서로 반대방향을 향하도록 배치되고,
   상기 2단으로 적층된 두 개의 립 씰은, 경사진 형태로 형성된 립이 상기 수평 방향을 기준으로 상기 슬리브가 위치하는 측인 내측에 위치하며,
   상기 2단으로 적층된 두 개의 립 씰 중, 상부에 적층된 립 씰은 립의 경사부가 상기 슬리브의 표면을 향해 상부 방향으로 경사지게 연장되어 끝단이 상기 슬리브의 표면에 접하도록 형성되고, 하부에 적층된 립 씰은 립의 경사부가 상기 슬리브의 표면을 향해 하부 방향으로 경사지게 연장되어 끝단이 상기 슬리브의 표면에 접하도록 형성되어, 상기 두 개의 립 씰은 립이 상기 슬리브의 길이방향을 기준으로 서로 반대방향을 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반장치의 믹싱 파트.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제6항에 있어서,
   상기 슬리브의 표면이 텅스텐 또는 텅스텐 합금으로 코팅된 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반장치의 믹싱 파트.
10. 제6항에 있어서,
    상기 믹싱 파트는 호모-디스퍼 믹서의 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 슬러리 믹싱 공정용 교반장치의 믹싱 파트.

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