KR20230116295A - 고전단 믹싱 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더; 상기 제1 스크류 니더를 회전시키는 제1 자전구동장치 및 제2 스크류 니더를 회전시키는 제2 자전구동장치;
상기 제1 자전구동장치 및 제2 자전구동장치가 자전가능하게 설치된 공전구동장치; 상기 공전구동장치가 설치된 구동장치 본체; 및 혼합조;를 포함하며,
상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더 각각은, 일단부가 상기 자전구동장치에 연결된 샤프트; 및 상기 샤프트에 일단부가 고정되며 상기 샤프트의 종방향을 따라 나선형으로 굴곡된 바디를 갖는 3개 이상의 블레이드;를 포함하며, 상기 각 스크류 니더는 다른 스크류 니더와 블레이드가 서로 오버랩된 상태에서 서로 반대방향으로 자전하는 고전단 믹싱 장치를 제공한다.
상기 제1 자전구동장치 및 제2 자전구동장치가 자전가능하게 설치된 공전구동장치; 상기 공전구동장치가 설치된 구동장치 본체; 및 혼합조;를 포함하며,
상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더 각각은, 일단부가 상기 자전구동장치에 연결된 샤프트; 및 상기 샤프트에 일단부가 고정되며 상기 샤프트의 종방향을 따라 나선형으로 굴곡된 바디를 갖는 3개 이상의 블레이드;를 포함하며, 상기 각 스크류 니더는 다른 스크류 니더와 블레이드가 서로 오버랩된 상태에서 서로 반대방향으로 자전하는 고전단 믹싱 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 고전단 믹싱 장치, 특히, 이차 전지용 건식 전극의 제조에 사용되는 고전단 믹싱 장치에 관한 것이다.
교반장치는 각종 페이스트의 제조 설비 및 화학원료, 예를 들면 잉크, 안료, 페인트, 화장품, 의약품 및 도료 등과, 각종 코팅제, 연마제, 세라믹 또는 금속 분말 또는 각종 전자재료(PZT, 유전체, MLCC, Ferrite, 디스플레이 재료) 등을 미세하게 혼합하기 위해 사용된다. 상기 교반장치로는 특히, 고점도 물질을 교반하기 위한 장비로서 용기 내에 있는 고점도 물질에 블레이드와 로터를 사용하여 교반하는 플래너터리 믹서(Planetary Mixer)가 많이 사용되고 있다.
상기와 같은 플레너터리 믹서는 이차 전지의 전극 제조에도 사용되고 있다. 즉, 이차 전지의 용도 확대나 발전에 수반하여, 전극의 저저항화, 고용량화, 기계적 특성이나 생산성의 향상 등에 대한 개선이 지속적으로 요구되고 있으며, 이에 따라 전극 제조용 혼합물에 대한 고전단 믹싱의 필요성도 증대되고 있다.
구체적으로, 최근 들어 활물질, 바인더, 및 도전재를 용매나 분산매 등과 같은 액체 매질 없이 혼합한 후, 분말 혼합물을 압연 롤에 통과시켜 건식 전극 필름을 제조하는 기술이 활발하게 개발되고 있으며, 이러한 전극 제조에 고전단 믹싱이 적용되고 있다.
즉, 상기와 같은 방법에는 "섬유화 가능 바인더(fibrillizable binders)" 또는 섬유 형성 바인더(fibril-forming binders)"라고 불리는 바인더가 사용되는데, 상기 바인더를 포함한 혼합물에 고전단 믹싱을 적용하는 경우, 상기 바인더가 미소섬유화되면서 활물질 및 도전재를 결착한다.
그러나, 이러한 고전단 믹싱 과정에서 상기 섬유화 가능 고분자가 chewing gum과 같은 상태가 되면서 고전단 믹싱 장치에 큰 부하가 걸리며, 이에 따라 고전단 믹싱 장치가 손상되는 경우가 많다. 한편, 상기와 같은 장비의 손상을 방지하기 위하여 전단력을 낮추는 경우, 섬유화 가능 고분자의 섬유화가 잘 이루어지지 않는다. 따라서, 이러한 문제로 인하여 고전단 믹싱 장치를 이차 전지용 건식 전극의 제조를 위한 대용량의 양산 장비로 구축하는 것이 매우 어려운 실정이다.
본 발명은, 종래기술의 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 고전단력에 의한 물질의 혼합시, 과부하의 발생 없이 효율적으로 물질을 혼합할 수 있는 고전단 믹싱 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 바인더로서 섬유화 가능 고분자를 포함하는 건식 전극 제조용 혼합물의 고전단 믹싱 시, 과부하의 발생 없이 효율적으로 상기 고분자를 미소섬유화 할 수 있는 고전단 믹싱 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더;
상기 제1 스크류 니더를 회전시키는 제1 자전구동장치 및 제2 스크류 니더를 회전시키는 제2 자전구동장치;
상기 제1 자전구동장치 및 제2 자전구동장치가 자전가능하게 설치된 공전구동장치;
상기 공전구동장치가 설치된 구동장치 본체; 및
혼합조;를 포함하며,
상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더 각각은, 일단부가 상기 자전구동장치에 연결된 샤프트; 및 상기 샤프트에 일단부가 고정되며 상기 샤프트의 종방향을 따라 나선형으로 굴곡된 바디를 갖는 3개 이상의 블레이드;를 포함하며,
상기 각 스크류 니더는 다른 스크류 니더와 블레이드가 서로 오버랩된 상태에서 서로 반대방향으로 자전하는 고전단 믹싱 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 고전단 믹싱 장치는 상기 스크류 니더들이 상기 자전구동장치들에 의해 자전하는 동시에, 공전구동장치에 의해 공전하는 특징을 갖는다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더에 구비된 블레이드들은 모두 회전방향 면의 외주부를 제외한 중심부에 관통홀이 형성된 오픈형 블레이드일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더에 구비된 블레이드들은 모두 회전방향 면이 관통홀 없이 폐쇄된 폐쇄형 블레이드일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 스크류 니더에 구비된 블레이드들은 모두 회전방향 면의 외주부를 제외한 중심부에 관통홀이 형성된 오픈형 블레이드이고,
상기 제2 스크류 니더에 구비된 블레이드들은 모두 회전방향 면이 관통홀 없이 폐쇄된 폐쇄형 블레이드일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더는 각각 3개의 블레이드를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더 각각에 구비된 3개의 블레이드 중 어느 하나의 블레이드는 회전방향 면의 외주부를 제외한 중심부에 관통홀이 형성된 오픈형 블레이드이고, 나머지 2개의 블레이드는 모두 회전방향 면이 관통홀 없이 폐쇄된 폐쇄형 블레이드일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 각 블레이드에 형성된 관통홀은 샤프트 외주면까지 연장하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 오픈형 블레이드들을 포함하는 스크류 니더는 블레이드들에 형성된 각 관통홀들이 모두 연통되도록 상기 관통홀들 사이의 샤프트가 제거된 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더에 구비된 블레이드의 회전방향 말단부는 다른 스크류 니더와 1mm 내지 10mm의 이격거리를 유지하며 회전하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 고전단 믹싱 장치는 바인더로서 섬유화 가능 고분자를 포함하는 건식 전극 제조용 혼합물의 고전단 믹싱에 사용되어, 상기 섬유화 가능 고분자를 미소섬유화는 하는 용도로 사용될 수 있다.
본 발명의 고전단 믹싱 장치는 고전단력에 의한 물질의 혼합시, 과부하의 발생 없이 효율적으로 물질을 혼합하는 것이 가능한 효과를 제공한다. 또한, 이러한 효과에 의해 장치의 손상이 최소화되므로, 장치를 대용량으로 구성하는 것이 가능한 특징을 갖는다.
특히, 본 발명의 고전단 믹싱 장치는 바인더로서 섬유화 가능 고분자를 포함하는 건식 전극 제조용 혼합물의 고전단 믹싱 시, 과부하의 발생 없이 효율적으로 상기 고분자를 미소섬유화 할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 고전단 믹싱 장치의 일 실시형태를 도시한 사시도이며,
도 2는 본 발명의 고전단 믹싱 장치에 구비되는 스크류 니더의 일 실시형태를 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명의 고전단 믹싱 장치에 구비되는 스크류 니더의 다른 실시형태를 도시한 사시도이며,
도 4는 본 발명의 고전단 믹싱 장치에 구비되는 스크류 니더의 다른 실시형태를 도시한 사시도이며,
도 5는 본 발명의 고전단 믹싱 장치에 구비되는 스크류 니더의 다른 실시형태를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 고전단 믹싱 장치에 구비되는 스크류 니더의 일 실시형태를 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명의 고전단 믹싱 장치에 구비되는 스크류 니더의 다른 실시형태를 도시한 사시도이며,
도 4는 본 발명의 고전단 믹싱 장치에 구비되는 스크류 니더의 다른 실시형태를 도시한 사시도이며,
도 5는 본 발명의 고전단 믹싱 장치에 구비되는 스크류 니더의 다른 실시형태를 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 고전단 믹싱 장치(100)의 일 실시형태를 도시한 사시도이며, 도 2 내지 도 5는 본 발명의 고전단 믹싱 장치(100)에 구비되는 스크류 니더의 다른 실시형태를 도시한 사시도이다.
본 발명의 고전단 믹싱 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이,
제1 스크류 니더(10) 및 제2 스크류 니더(10'); 상기 제1 스크류 니더를 회전시키는 제1 자전구동장치(21) 및 제2 스크류 니더를 회전시키는 제2 자전구동장치(21'); 상기 제1 자전구동장치(21) 및 제2 자전구동장치(21')가 자전가능하게 설치된 공전구동장치(23); 상기 공전구동장치(23)가 설치된 구동장치 본체(20); 및 혼합조(30);를 포함하며,
상기 제1 스크류 니더(10) 및 제2 스크류 니더(10') 각각은, 일단부가 상기 자전구동장치(21,21')에 연결된 샤프트(13,13'); 및 상기 샤프트에 일단부가 고정되며 상기 샤프트의 종방향을 따라 나선형으로 굴곡된 바디를 갖는 3개 이상의 블레이드(15,15');를 포함하며,
상기 각 스크류 니더(10,10')는 다른 스크류 니더와 블레이드(15, 15')가 서로 오버랩된 상태에서 서로 반대방향으로 자전하는 특징을 갖는다. 상기 스크류 니더가 자전하며 맞물려 돌아갈 때, 혼합물들이 배출되는 방향의 반대방향으로 공전하는 특징을 갖는다.
본 발명의 고전단 믹싱 장치(100)는 특히, 2차 전지용 건식 전극의 제조에 바람직하게 사용될 수 있다. 즉, 2차 전지용 건식 전극의 제조 시, 활물질, 도전재, 및 바인더로서 PTFE 등의 섬유화 가능 바인더를 포함하는 혼합물을 고전단 믹싱하여 상기 바인더를 섬유화 하고, 이렇게 제조된 혼합물을 압연 공정을 통하여 프리스탠딩 전극으로 제조한다. 이러한 고전단 믹싱 과정에서 상기 섬유화 가능 고분자가 chewing gum과 같은 상태가 되면서 고전단 믹싱 장치에 큰 부하가 걸리며, 이에 따라 장비가 손상되는 경우가 많다. 한편, 상기와 같은 장비의 손상을 방지하기 위하여 전단력을 낮추는 경우, 섬유화 가능 고분자의 섬유화가 잘 이루어지지 않는다. 따라서, 이러한 문제로 인하여 고전단 믹싱 장치를 이차 전지용 건식 전극의 제조를 위한 대용량의 양산 장비로 구축하는 것이 매우 어렵다.
그러나, 본 발명의 고전단 믹싱 장치를 사용하는 경우, 혼합물의 분산성이 크게 향상되고, 섬유화 가능 고분자의 미소섬유화가 효과적으로 이루어지면서도, 장치에 큰 부하가 걸리지 않는다. 그러므로, 본 발명의 고전단 믹싱 장치는 이차 전지용 건식 전극의 제조를 위한 고전단 믹싱에 바람직하게 사용될 수 있으며, 대용량의 양산 장비로 구축하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 고전단 믹싱 장치를 사용하는 경우, 상기 활물질, 도전재, 및 바인더로서 PTFE 등의 섬유화 가능 바인더를 포함하는 혼합물에 10 내지 500 N·m의 고전단력을 지속적으로 부여하면서도 장비의 손상 없이 우수한 품질의 프리스탠딩 전극용 혼합물을 제조하는 것이 가능하다. 또한, 이러한 혼합물을 압연하는 경우, 인장강도가 우수한 프리스탠딩 전극이 제조되며, 이러한 전극으로 전지를 구성하는 경우, 전지의 수명도 크게 향상된다.
본 발명의 일 실시형태에서 상기 블레이드(15,15')는 바디의 일단부가 샤프트에 종방향으로 나선형태로 결합되며, 이에 부합되게 회전방향의 바디면이 상기 샤프트의 종방향을 따라 나선형으로 굴곡된 형태를 가질 수 있다.
본 발명에서 상기 블레이드(15,15') 바디는 일단부가 절단된 원형 플레이트, 일단부가 절단된 타원형 플레이트, 다각형 플레이트 형태의 바디가 샤프트(13,13')의 종방향을 따라 나선형으로 굴곡된 형태일 수 있다. 이때, 상기 원형 및 타원형의 경우 절단부가 샤프트에 종방향으로 나선형태로 결합되며, 다각형의 경우 한변이 샤프트에 종방향으로 나선형태로 결합될 수 있다. 또한, 상기 바디는 상기 예시된 형태가 고전단 믹싱에 유리하게 일부 변형된 형태일 수도 있다. 상기 다각형의 경우, 삼각형, 사각형, 오각형, 6각형 등의 다각형태일 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 사각형 형태가 더 바람직하게 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 고전단 믹싱 장치(100)는 상기 스크류 니더들(10,10')이 상기 자전구동장치(21)들에 의해 자전하는 동시에, 공전구동장치(23)에 의해 공전하는 특징을 갖는다. 또한, 상기 스크류 니더가 자전하며 맞물려 돌아갈 때, 혼합물들이 배출되는 방향의 반대방향으로 공전하는 특징을 갖는다. 상기와 같이, 스크류 니더의 자전 및 공전이 동시에 이루어지는 경우, 혼합물이 더 균일하게 혼합되며, 고전단 믹싱도 더 효율적으로 이루어질 수 있으므로 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 스크류 니더(10) 및 제2 스크류 니더(10')에 구비된 블레이드(15,15')들은 모두, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 회전방향 면의 외주부를 제외한 중심부에 관통홀(18,18',19,19')이 형성된 오픈형 블레이드일 수 있다. 이 때, 상기 외주부 중 샤프트에 인접한 외주부는 상기 관토홀(18, 18')의 연장에 의해 제거될 수 있다.
도 2에 도시된 제1 스크류 니더(10) 및 제2 스크류 니더(10')의 블레이드(15,15')들에 형성된 관통홀(18,18')은 각 블레이드들에 독립적으로 관통홀이 형성된 형태를 나타낸다. 즉, 상기 관통홀(18,18')은 블레이드의 회전방향 면의 외주부를 제외한 중심부에 관통홀이 형성된 형태를 나타내며, 특히, 도 2에 도시된 형태는 관통홀이 샤프트 외주면까지 연장하여 형성된 형태를 나타낸다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 관통홀(18,18')의 면적은 블레이드 바디의 회전방향 면의 전체 면적 대비 40 내지 80%, 더욱 바람직하게는 50 내지 70%로 형성될 수 있다. 상기 범위로 관통홀이 형성되는 경우, 장치에 고부하가 걸리는 일 없이 혼합물이 효과적으로 혼합되므로 바람직하다. 특히, 상기와 같은 범위에서 섬유화 가능 고분자의 미소섬유화도 효과적으로 이루어질 수 있다.
도 5에 도시된 제1 스크류 니더(10) 및 제2 스크류 니더(10')의 블레이드(15,15')들에 형성된 관통홀(19,19')은 각 블레이드들에 형성된 관통홀들이 모두 연통되도록 상기 관통홀들 사이의 샤프트가 제거된 형태를 나타낸다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 스크류 니더(10) 및 제2 스크류 니더(10')에 구비된 블레이드들은 모두, 도 3에 도시된 바와 같이, 회전방향 면이 관통홀 없이 폐쇄된 폐쇄형 블레이드일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 스크류 니더(10)에 구비된 블레이드들은 모두, 도 2 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 회전방향 면의 외주부를 제외한 중심부에 관통홀((18,18',19,19')이 형성된 오픈형 블레이드이고,
상기 제2 스크류 니더(10')에 구비된 블레이드들은 모두, 도 3에 도시된 바와 같이, 회전방향 면이 관통홀 없이 폐쇄된 폐쇄형 블레이드일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 스크류 니더(10) 및 제2 스크류 니더(10')는 각각 3개의 블레이드를 구비한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 스크류 니더(10) 및 제2 스크류 니더(10') 각각에 구비된 3개의 블레이드 중 어느 하나의 블레이드는 회전방향 면의 외주부를 제외한 중심부에 관통홀(18,18')이 형성된 오픈형 블레이드이고, 나머지 2개의 블레이드는 모두 회전방향 면이 관통홀 없이 폐쇄된 폐쇄형 블레이드인 것일 수 있다. 이러한 형태의 제1 스크류 니더(10) 및 제2 스크류 니더(10')를 포함하는 경우, 혼합물의 분산성이 크게 향상되고, PTFE 같은 섬유화 가능 고분자의 섬유화가 효과적으로 이루어진다. 또한, PTFE 같은 섬유화 가능 고분자의 섬유화 과정에서 장치에 큰 부하가 걸리지 않는다. 그러므로, 상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 고전단 믹싱 장치는 이차 전지용 건식 전극의 제조를 위한 고전단 믹싱에 바람직하게 사용될 수 있으며, 대용량의 양산 장비를 구축하는 것을 가능하게 한다.
특히, 활물질, 도전재, 및 바인더로서 PTFE 등의 섬유화 가능 바인더를 포함하는 혼합물을 고전단 믹싱하고, 상기 믹싱된 혼합물을 압연하여 건식 프리스탠딩 전극을 제조하는 경우, 프리스탠딩 전극의 인장강도가 크게 향상되며, 이러한 건식 프리스탠딩 전극은 이차 전지의 수명을 크게 향상시키는 효과를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 블레이드들의 관통홀(18, 18')은, 도 4에 도시된 바와 같이, 샤프트 외주면까지 연장하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 오픈형 블레이드들을 포함하는 스크류 니더(10,10')는 블레이드들에 형성된 각의 관통홀(19,19')들이 모두 연통되도록 상기 관통홀들 사이의 샤프트가 제거된 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더에 구비된 블레이드의 회전방향 말단부는 다른 스크류 니더와 1mm 내지 10mm, 바람직하게는 1mm 내지 5mm, 더욱 바람직하게는 1mm 내지 3mm의 이격거리를 유지하며 회전하는 것이 바람직할 수 있다. 상기와 같은 이격거리를 갖는 경우, PTFE 같은 섬유화 가능 고분자의 섬유화가 효과적으로 이루어지며, 고전단 믹싱 장치에 장치를 손상시킬 수 있는 큰 부하가 걸리지 않으므로, 우수한 품질의 프리스탠딩 전극을 효율적으로 제조하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더의 회전속도는 10 rpm 내지 500 rpm, 바람직하게는 10 rpm 내지 300 rpm, 더욱 바람직하게는 10 rpm 내지 150 rpm인 것이 더욱 바람직할 수 있다. 상기와 같은 속도로 고전단 믹싱을 수행하는 경우, PTFE 같은 섬유화 가능 고분자의 섬유화가 효과적으로 이루어지며, 고전단 믹싱 장치에 장치를 손상시킬 수 있는 큰 부하가 걸리지 않으므로, 우수한 품질의 프리스탠딩 전극을 효율적으로 제조하는 것이 가능하다. 또한, 공전 속도는 5 rpm 내지 100 rpm, 바람직하게는 10 rpm 내지 50 rpm, 더욱 바람직하게는 10 rpm 내지 30 rpm일 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있 으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 1: 고전단 믹싱 장치에 의한 프리스탠딩 전극 제조
평균 입경이 10㎛인 양극 활물질 입자인 NCM 분말(상품명: GL80, LG화학 社) 95.5 중량% 또는 97 중량%, 도전재로서 Li250(Denka 社) 1.5 중량% 및 바인더로서 PTFE(1.5 중량% 또는 3 중량%)를 혼합하여, 프리스틴딩 전극용 혼합물을 준비하였다.
본 발명의 고전단 믹싱 장치를 하기 표 1과 같이 구성하고, 상기 혼합물을 90℃에서 자전 30 rpm, 공전 15 rpm으로 100 N·m의 전단력을 가하여 고전단 믹싱을 2분간 수행하였다.
다음으로 상기에서 제조된 반죽형태의 2차 혼합물을 100℃에서 Two roll mill(MR-3, Inoue 社)을 사용하여 200㎛ 두께의 프리-스탠딩 필름으로 제조하였다.
이 후, 상기 프리-스탠딩 필름을 두께가 20㎛인 Primer Coated Aluminum Foil(동원시스템즈 사 제조) 집전체의 일면 상에 위치시키고, 120℃로 유지되는 라미네이션 롤을 통해 접합하여 양극을 제조하였다.
| 고전단 믹싱 장치 구성 | 바인더 함량 (wt%) |
||||||
| 스크류 니더 형태 | 제1 및 제2 스크류 블레이드 배열 | 스크류 니더 회전 | 믹싱 용적 |
||||
| 실시예 1 | 제1 스크류 니더 | 제1블레이드 오픈형(관통홀 형성) 제2 및 제3블레이트 폐쇄형 |
도 4 형태 | Overlape | 공전+자전 | 1.5L | 1.5 |
| 제2 스크류 니더 | 제1블레이드 오픈형(관통홀 형성) 제2 및 제3블레이트 폐쇄형 |
||||||
| 실시예 2 | 제1 스크류 니더 | 제1블레이드 오픈형(관통홀 형성) 제2 및 제3블레이트 폐쇄형 |
도 4 형태 | Overlape | 공전+자전 | 1.5L | 3.0 |
| 제2 스크류 니더 | 제1블레이드 오픈형(관통홀 형성) 제2 및 제3블레이트 폐쇄형 |
||||||
| 실시예 3 | 제1 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 오픈형 (관통홀 형성) | Overlape | 공전+자전 | 1.5L | 3.0 | |
| 제2 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 폐쇄형 | ||||||
| 실시예 4 | 제1 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 오픈형 (관통홀 형성) | 도 5 형태 | Overlape | 공전+자전 | 1.5L | 3.0 |
| 제2 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 오픈형 (관통홀 형성) | ||||||
| 실시예 5 | 제1 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 폐쇄형 | 도 3 형태 | Overlape | 공전+자전 | 1.5L | 3.0 |
| 제2 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 폐쇄형 | ||||||
| 비교예 1 | 제1 스크류 니더 | 제1블레이드 오픈형(관통홀 형성) 제2 및 제3블레이트 폐쇄형 |
도 4 형태 | Overlape | 자전 | 0.5L | 1.5 |
| 제2 스크류 니더 | 제1블레이드 오픈형(관통홀 형성) 제2 및 제3블레이트 폐쇄형 |
||||||
| 비교예 2 | 제1 스크류 니더 | 제1블레이드 오픈형(관통홀 형성) 제2 및 제3블레이트 폐쇄형 |
도 4 형태 | Overlape | 자전 | 0.5L | 3.0 |
| 제2 스크류 니더 | 제1블레이드 오픈형(관통홀 형성) 제2 및 제3블레이트 폐쇄형 |
||||||
| 비교예 3 | 제1 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 오픈형 (관통홀 형성) | 도 5 형태 | Overlape | 자전 | 0.5L | 3.0 |
| 제2 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 오픈형 (관통홀 형성) | ||||||
| 비교예 4 | 제1 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 폐쇄형 | 도 3 형태 | Overlape | 자전 | 0.5L | 3.0 |
| 제2 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 폐쇄형 | ||||||
| 비교예 5 | 제1 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 폐쇄형 | 도 3 형태 | Non-Overlap | 자전 | 0.1L | 1.5 |
| 제2 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 폐쇄형 | ||||||
| 비교예 6 | 제1 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 폐쇄형 | 도 3 형태 | Non-Overlap | 자전 | 0.1L | 3.0 |
| 제2 스크류 니더 | 제1,2,3블레이드 모두 폐쇄형 | ||||||
| 비교예 7 | Lab. Bleander | 자전 | 0.1L | 3.0 | |||
(주)오버랩: 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더에 구비된 블레이드의 회전방향 말단부는 다른 스크류 니더와 3 mm의 이격거리를 유지
실험예 1: 프리스탠딩 전극의 인장강도 측정
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 7에서 제조된 프리스탠딩 전극의 인장강도를 LLOYD사 UTM 장비를 사용하여 180도 peel 측정방법으로 50mm/min의 조건에서 인장강도를 측정하였다. 상기 측정시 필름에 파단이 발생하지 않는 시점까지 가해준 힘 중 최대값을 상기 프리-스탠딩 필름의 강도로 평가하고, 상기 측정결과는 하기 표 2에 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | 비교예 5 | 비교예 6 | 비교예 7 | |
| Tensile Strength (MPa) |
6.47 | 6.98 | 6.41 | 6.15 | 6.34 | 5.42 | 5.73 | 5.11 | 5.29 | 4.17 | 4.56 | 3.75 |
실험예 2: 전지의 수명 특성 평가
(1) 리튬 이차 전지의 제조
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 7에서 제조된 양극을 사용하고, 대극으로 리튬 금속을 사용하고, EC : DMC : DEC(1:2:1의 부피비)인 용매에 1M의 LiPF6가 포함된 전해액을 사용하여 코인형 반쪽 전지를 제조하였다.
(2) 리튬 이차 전지의 용량 유지율 평가
상기에서 제조된 코인형 반쪽 전지를 25℃에서, 3 내지 4.3V의 전압 범위 및 0.33 C-rate의 전류 조건 하에서 충방전을 100회 실시한 후, 1회 방전 용량 대비 100회 방전 용량 유지율을 계산하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | 비교예 5 | 비교예 6 | 비교예 7 | |
| 용량유지율(100cycle) | 96.8 | 96.1 | 95.8 | 94.7 | 95.5 | 94.3 | 93.6 | 93.2 | 92.4 | 92.1 | 91.7 | 88.9 |
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련되어 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
10: 제1 스크류 니더
10': 제2 스크류 니더
13, 13': 샤프트 15, 15': 블레이드
20: 구동장치 본체 21: 제1 자전구동장치
21': 제2 자전구동장치 23: 공전구동장치
30: 혼합조
13, 13': 샤프트 15, 15': 블레이드
20: 구동장치 본체 21: 제1 자전구동장치
21': 제2 자전구동장치 23: 공전구동장치
30: 혼합조
Claims (11)
- 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더;
상기 제1 스크류 니더를 회전시키는 제1 자전구동장치 및 제2 스크류 니더를 회전시키는 제2 자전구동장치;
상기 제1 자전구동장치 및 제2 자전구동장치가 자전가능하게 설치된 공전구동장치;
상기 공전구동장치가 설치된 구동장치 본체; 및
혼합조;를 포함하며,
상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더 각각은, 일단부가 상기 자전구동장치에 연결된 샤프트; 및 상기 샤프트에 일단부가 고정되며 상기 샤프트의 종방향을 따라 나선형으로 굴곡된 바디를 갖는 3개 이상의 블레이드;를 포함하며,
상기 각 스크류 니더는 다른 스크류 니더와 블레이드가 서로 오버랩된 상태에서 서로 반대방향으로 자전하는 고전단 믹싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 고전단 믹싱 장치는 상기 스크류 니더들이 상기 자전구동장치들에 의해 자전하는 동시에, 공전구동장치에 의해 공전하는 것을 특징으로 하는 고전단 믹싱 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더에 구비된 블레이드들은 모두 회전방향 면의 외주부를 제외한 중심부에 관통홀이 형성된 오픈형 블레이드인 것을 특징으로 하는 고전단 믹싱 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더에 구비된 블레이드들은 모두 회전방향 면이 관통홀 없이 폐쇄된 폐쇄형 블레이드인 것을 특징으로 하는 고전단 믹싱 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1 스크류 니더에 구비된 블레이드들은 모두 회전방향 면의 외주부를 제외한 중심부에 관통홀이 형성된 오픈형 블레이드이고,
상기 제2 스크류 니더에 구비된 블레이드들은 모두 회전방향 면이 관통홀 없이 폐쇄된 폐쇄형 블레이드인 것을 특징으로 하는 고전단 믹싱 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더는 각각 3개의 블레이드를 구비한 것을 특징으로 하는 고전단 믹싱 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더 각각에 구비된 3개의 블레이드 중 어느 하나의 블레이드는 회전방향 면의 외주부를 제외한 중심부에 관통홀이 형성된 오픈형 블레이드이고, 나머지 2개의 블레이드는 모두 회전방향 면이 관통홀 없이 폐쇄된 폐쇄형 블레이드인 것을 특징으로 하는 고전단 믹싱 장치. - 제3항, 제5항 또는 제7항에 있어서,
상기 블레이드에 형성된 각각의 관통홀은 샤프트 외주면까지 연장하여 형성된 것을 특징으로 하는 고전단 믹싱 장치. - 제3항 또는 제5항에 있어서,
상기 오픈형 블레이드들을 포함하는 스크류 니더는 각 블레이드들에 형성된 관통홀들이 모두 연통되도록 상기 관통홀들 사이의 샤프트가 제거된 것을 특징으로 하는 고전단 믹싱 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 스크류 니더 및 제2 스크류 니더에 구비된 블레이드의 회전방향 말단부는 다른 스크류 니더와 1mm 내지 10mm의 이격거리를 유지하며 회전하는 것을 특징으로 하는 고전단 믹싱 장치. - 제1항에 있어서,
바인더로서 섬유화 가능 고분자를 포함하는 건식 전극 제조용 혼합물의 고전단 믹싱에 사용되어 상기 섬유화 가능 고분자를 미소섬유화는 하는 용도로 사용되는 것을 특징으로 하는 고전단 믹싱 장치.
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