KR20150025684A - 전극 슬러리의 임펠러 믹서 - Google Patents

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구대근
허준우
이향목
안창범
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 전극 슬러리의 임펠러 믹서에 관한 것으로서, 특히 전극 슬러리의 원재료가 충진되는 용기(100)와; 상호 다른 형상으로 다층 형성되어 상기 용기(100) 내부에 회전 가능하게 구비되며, 상기 전극 슬러리의 원재료를 혼합시키는 임펠러(110)와; 상기 용기(100) 저부에 구비되며, 상방으로 형성된 결합축을 통해 상기 임펠러(110)와 연결되어 상기 임펠러(110)를 회전시키는 구동부(120)로 구성되어, 고속으로 회전하는 다층의 임펠러(110)에 의해 전극 슬러리의 원재료를 단시간에 효율적으로 분산시키는 동시에 균일한 혼합이 이루어질 수 있게 하여 작업 효율성을 향상시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

전극 슬러리의 임펠러 믹서{Impeller mixer of electrode slurry}
본 발명은 전극 슬러리의 임펠러 믹서에 관한 것으로서, 특히 전극 슬러리의 원재료를 효율적으로 분산시켜 균일한 혼합이 이루어질 수 있게 하기 위한 전극 슬러리의 임펠러 믹서에 관한 것이다.
일반적으로 믹서는 용기에 투입한 내용물을 분산, 교반, 또는 혼합하는 기구로서, 식품, 약품, 전자재료 등의 다양한 내용물을 모터에 부착된 장치를 통해 균일하게 혼합할 수 있어 가정용 및 공업용으로 널리 사용되고 있다.
이러한, 믹서는 전기에너지를 기계에너지로 변환하는 모터와, 변환된 기계에너지에 의해 회전운동을 하는 임펠러로 이루어지며, 임펠러에는 내용물과 접촉하는 블레이드가 형성되어 있고, 회전운동 속도 조절에 의해 액체, 슬러리, 고체 등과 같은 내용물을 혼합할 수 있다.
그러나, 종래의 임펠러 믹스는 도 1에 도시된 바와 같이, 고속으로 회전하는 임펠러(10)가 1 ~ 2개이며, 용기에 비해 임펠러의 크기가 작아서 원재료의 분산 효율이 저하되는 문제점이 있었으며, 또한 원재료를 일괄 투입할 경우 분산이 어려워 단계 별로 분할 투입할 수밖에 없기 때문에 이로 인해 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
문헌 1 : 대한민국 공개특허 10-2013-0063707
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 전극 슬러리의 임펠러 믹서에 관한 것으로서, 특히 전극 슬러리의 원재료를 효율적으로 분산시켜 균일한 혼합이 이루어질 수 있게 하기 위한 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명은 전극 슬러리의 원재료가 충진되는 용기와; 상호 다른 형상으로 다층 형성되어 상기 용기 내부에 회전 가능하게 구비되며, 상기 전극 슬러리의 원재료를 혼합시키는 임펠러와; 상기 용기 저부에 구비되며, 상방으로 형성된 결합축을 통해 상기 임펠러와 연결되어 상기 임펠러를 회전시키는 구동부;를 포함함으로써 달성된다.
상기 임펠러는 제1임펠러, 제2임펠러 및 제3임펠러를 포함하되; 상기 제1임펠러는 상기 용기의 바닥면에 인접하게 구비되며, 상기 제2임펠러는 상기 제1임펠러로부터 상방으로 소정 거리 이격된 위치에 구비되고, 상기 제3임펠러는 상기 제2임펠러로부터 상방으로 소정 거리 이격된 위치에 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1임펠러는 디스크 외주면에 소정각도 간격으로 바(bar)가 형성되어 상기 전극 슬러리의 원재료를 하방에서 상방으로 이동시키도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제2임펠러는 디스크 상부면과 하부면에 돌출부가 형성되어 상기 전극 슬러리의 원재료를 혼합시키도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제3임펠러는 디스크 외주면에 소정각도 간격으로 바(bar)가 형성되며, 상기 바의 끝단이 대각선 상방으로 돌출 형성되어 상기 전극 슬러리의 원재료를 하방으로 이동시키도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1임펠러는 상기 제2임펠러 보다 수평방향으로 길게 형성되며, 상기 제2임펠러는 상기 제3임펠러 보다 수평방향으로 길게 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 전극 슬러리의 원재료는 전극 활물질, 도전재 및 바인더가 용매에 혼합되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 전극 슬러리의 임펠러 믹서에 의해 제조된 전극 슬러리가 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극이 제공되도록 하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 고속으로 회전하는 다층의 임펠러에 의해 전극 슬러리의 원재료를 단시간에 효율적으로 분산시키는 동시에 균일한 혼합이 이루어질 수 있게 하여 작업 효율성을 향상시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.
도 1은 종래의 임펠러 믹서를 도시하는 단면도,
도 2는 본 발명의 전극 슬러리의 임펠러 믹서를 도시하는 단면도,
도 3은 본 발명의 전극 슬러리의 임펠러 믹서에서 제1임펠러를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 전극 슬러리의 임펠러 믹서에서 제2임펠러를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 전극 슬러리의 임펠러 믹서에서 제3임펠러를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 전극 슬러리의 임펠러 믹서에서 임펠러에 의해 이동하는 전극 슬러리의 원재료를 도시하는 도면.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 전극 슬러리의 임펠러 믹서는 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 전극 슬러리의 원재료가 충진되는 용기(100)와, 다층 형성되어 용기(100) 내부에 회전 가능하게 구비되는 임펠러(110)와, 용기(100) 저부에 구비되어 임펠러(110)를 회전시키는 구동부(120)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 용기(100)는 내부에 공간이 형성되어 전극 슬러리의 원재료가 충진될 수 있게 한다.
용기(100)는 원통 형상으로 이루어져 임펠러(110) 회전 시 임펠러(110)와 용기(100) 내벽 사이의 클리어런스(clearance)가 일정하게 형성될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
임펠러는 용기(100) 내부에 회전 가능하게 구비되어 전극 슬러리의 원재료를 분산 및 혼합시킬 수 있게 한다.
이때, 임펠러(110)는 상호 다른 형상의 제1임펠러(111)와, 제2임펠러(112)와, 제3임펠러(113)로 이루어져 각각의 임펠러(111, 112, 113)가 상방으로 다층 형성된다.
제1임펠러(111)는 용기(100)의 바닥면에 인접하게 구비되며, 제2임펠러(112)는 제1임펠러(111)로부터 상방으로 소정 거리 이격된 위치에 구비되고, 제3임펠러(113)는 제2임펠러(112)로부터 상방으로 소정 거리 이격된 위치에 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1임펠러(111)는 디스크(111D) 형상으로 구비되되, 디스크(111D)의 외주면에 소정각도 간격으로 바(bar)가 형성되어 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이 임펠러(110) 회전 시 전극 슬러리의 원재료가 용기(100) 내벽을 타고 상방으로 이동하게 된다.
이때, 제1임펠러(111)에 형성된 바는 120도 간격으로 총 3개가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제3임펠러(113)는 디스크(113D) 형상으로 구비되되, 디스크(113D)의 외주면에 소정각도 간격으로 바(bar)가 형성되며, 바의 끝단이 대각선 상방으로 돌출 형성되어 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 제3임펠러(113)의 끝단 경사에 의해 임펠러(110) 회전 시 제1임펠러(111)에 의해 상부로 이동된 전극 슬러리의 원재료를 하방으로 이동시킨다.
이때, 제3임펠러(130)에 형성된 바는 90도 간격으로 총 4개가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2임펠러(112)는 디스크(112D) 형상으로 구비되되, 디스크(112D)의 상부면과 하부면에 돌출부(112P, 도 6 참조)가 형성되어 제1임펠러(111)와 제3임펠러(113) 사이에 위치하여 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 제1임펠러(111)에 의해 상부로 이동되는 전극 슬러리의 원재료와 제2임펠러(112)에 의해 하부로 이동되는 전극 슬러리의 원재료를 혼합시킬 수 있게 한다.
이때, 제1임펠러(111)는 제2임펠러(112) 보다 수평방향으로 길게 형성되게 하며, 제2임펠러는 제3임펠러(113) 보다 수평방향으로 길게 형성되게 하여 용기(100) 저부에 충진된 전극 슬러리의 원재료를 상부로 이동시키는 것이 가능하게 한다.
한편, 제1임펠러(111)와, 제2임펠러(112)와, 제3임펠러(113)는 상술한 바와 같이 디스크 형상으로 이루어지는 것을 기본으로 하지만 전극 슬러리의 원재료에 따라 다른 형상의 임펠러가 적용될 수도 있다.
구동부(120)는 임펠러(110)를 회전시키는 구성으로 용기(100) 저부에 구비되어 임펠러(110)의 고속 회전이 가능하게 하며, 구동부(120) 상방으로는 결합축(121)이 형성되도록 한다.
이때, 구동부(120)의 결합축(121)은 용기(100) 저부를 관통하여 임펠러(110)와 연결되어 구동부(120) 작동을 통해 임펠러(110)를 회전시키는 것이 가능하게 한다.
이처럼, 본 발명은 구동부(120)를 통해 다층 형성된 임펠러(110)를 회전시키며, 제1임펠러(111)와, 제2임펠러(112)와, 제3임펠러(113)로 이루어진 임펠러(110)의 회전을 통해 용기(100) 내부에 충진된 전극 슬러리의 원재료를 상방 또는 하방으로 이동시켜 효율적인 분산이 이루어지게 하고, 이로 인해 균일한 혼합이 이루어질 수 있게 한다.
한편, 전극 슬러리의 원재료는 전극 활물질, 도전재 및 바인더가 용매에 혼합된 것이 적용되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 전극 활물질은 양극 활물질과 음극 활물질로 분류되는데 양극 활물질은, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+yMn2-yO4 (여기서, y 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, y = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-yMyO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, y =0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
또한, 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
또한, 바인더는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합제 등을 들 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 바와 같이 전극 슬러리의 임펠러 믹서를 사용하여 제조된 전극 슬러리가 전극에 도포되어 이차전지용 전극을 제공할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 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 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 용기 110 : 임펠러
111 : 제1임펠러 112 : 제2임펠러
113 : 제3임펠러 120 : 구동부
121 : 결합축

Claims (8)

  1. 전극 슬러리의 원재료가 충진되는 용기와;
    상호 다른 형상으로 다층 형성되어 상기 용기 내부에 회전 가능하게 구비되며, 상기 전극 슬러리의 원재료를 혼합시키는 임펠러와;
    상기 용기 저부에 구비되며, 상방으로 형성된 결합축을 통해 상기 임펠러와 연결되어 상기 임펠러를 회전시키는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 슬러리의 임펠러 믹서.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 임펠러는 제1임펠러, 제2임펠러 및 제3임펠러를 포함하되;
    상기 제1임펠러는 상기 용기의 바닥면에 인접하게 구비되며, 상기 제2임펠러는 상기 제1임펠러로부터 상방으로 소정 거리 이격된 위치에 구비되고, 상기 제3임펠러는 상기 제2임펠러로부터 상방으로 소정 거리 이격된 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 슬러리의 임펠러 믹서.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1임펠러는 디스크 외주면에 소정각도 간격으로 바(bar)가 형성되어 상기 전극 슬러리의 원재료를 하방에서 상방으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 전극 슬러리의 임펠러 믹서.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2임펠러는 디스크 상부면과 하부면에 돌출부가 형성되어 상기 전극 슬러리의 원재료를 혼합시키는 것을 특징으로 하는 전극 슬러리의 임펠러 믹서.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제3임펠러는 디스크 외주면에 소정각도 간격으로 바(bar)가 형성되며, 상기 바의 끝단이 대각선 상방으로 돌출 형성되어 상기 전극 슬러리의 원재료를 하방으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 전극 슬러리의 임펠러 믹서.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1임펠러는 상기 제2임펠러 보다 수평방향으로 길게 형성되며, 상기 제2임펠러는 상기 제3임펠러 보다 수평방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 슬러리의 임펠러 믹서.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 슬러리의 원재료는 전극 활물질, 도전재 및 바인더가 용매에 혼합된 것을 특징으로 하는 전극 슬러리의 임펠러 믹서.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항의 전극 슬러리의 임펠러 믹서에 의해 제조된 전극 슬러리가 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
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