KR100544107B1 - 이차전지의 전극 제조장치 - Google Patents

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Abstract

목적 : 활물질 슬러리에 포함된 덩어리나 겔 상 물질을 제거하여 전극의 제조 품질을 향상시킬 있는 이차전지의 전극 제조장치를 제공함에 그 목적을 두고 있다.
구성 : 전극 활물질과 바인더, 증점제 및 도전재를 혼합하는 믹서(2)와, 믹서에 의해 혼합된 활물질 슬러리를 이송하는 배관(4)과, 그 배관에 설치되어 활물질 슬러리를 이송되게 하는 밸브(V1)(V2)(V3) 및 펌프(P1)(P2)와, 상기 배관에 설치되어 덩어리나 겔 상 물질을 여과하는 필터(F1)(F2)와, 상기 활물질 슬러리를 전극 기재에 도포 및 충전하는 코팅 머신(8)과, 상기 믹서와 코팅 머신의 중간 지점에 설치되는 저장탱크(6)와, 상기 믹서와 코팅 머신을 연결하는 배관 상에 설치되는 초음파 분쇄기(10)를 포함하는 이차전지의 전극 제조장치.
효과 : 초음파 분쇄기에 의해 덩어리 및 겔 상의 물질을 분쇄하여 제거하므로, 코팅 공정에서 전극의 제조 품질을 향상시키고 불량률을 줄일 수 있다. 필터의 교환 주기를 연장하여 설비비용을 절감할 수 있다.
활물질 슬러리, 초음파, 분쇄기, 덩어리, 겔

Description

이차전지의 전극 제조장치{Electrode making device used in secondary battery}
도 1은 본 발명의 이차전지의 전극 제조장치를 보인 구성도.
도 2는 종래 공지된 이차전지의 전극 제조장치를 보인 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
F1,F2-필터V1,V2,V3-밸브
P1,P2-펌프2-믹서
4-배관6-저장탱크
8-코팅 머신10-초음파 분쇄기
본 발명은 활물질 슬러리에 포함된 덩어리나 겔 상 물질을 분쇄하여 전극의 제조 품질을 향상시키고, 공정 불량을 방지할 수 있도록 하는데 적합한 이차전지의 전극 제조장치에 관한 것이다.
이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로는 니켈수소(Ni-MH)전지, 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있다.
이러한 이차전지는 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 일반적으로 기재에 활물질을 도포 및 충전하고 이것을 건조 후 롤 프레스하고 소망의 크기로 절단하여 정극 및 부극과 같은 전극을 형성하고, 이렇게 형성된 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 함께 권취하므로 전극 롤을 형성하는 것이며, 그 전극 롤을 전해액과 함께 캔에 삽입하고, 그 상부에 절연체를 개재하여 캡 어셈블리를 밀봉, 설치함에 의해 제조한다.
여기서 전극의 제조 공정을 살펴보면, 도 2와 같이 먼저 믹서(2)를 이용하여 전극 활물질과 바인더, 증점제 및 도전재를 혼합하여 믹싱하고, 그 활물질 슬러리를 밸브(V1)와 펌프(P1)를 이용하여 배관(4)을 통해 저장탱크(6)로 이송하되, 그 중간에서 필터(F1)를 이용하여 덩어리를 제거하고, 다시 저장탱크(6)에 저장된 활물질 슬러리를 밸브(V2)(V3)와 펌프(P2)를 이용하여 이송하고 필터(F2)를 거쳐 덩어리를 제거한 후 코팅 머신(8)으로 공급하여 집전체인 기재에 충전 및 도포한다. 이어서 기재에 충전 및 도포된 활물질은 건조 및 롤 프레스 공정을 거치면서 일정 두께로 형성되고, 절단 공정을 거쳐 소망의 사이즈를 갖는 전극으로 제조되어진다.
그러나 종래의 제조공정에 의하면 믹서(2)에서 활물질 슬러리가 잘 믹싱되더 라도 바인더와 도전재에 의해 원재료의 미세한 덩어리가 발생하는 바, 이것을 제거하기 위해 필터(F1)(F2)를 설치하고 있기는 하지만, 그 효과가 완전하지 못하고 정기적으로 필터를 교환해 주어야만 하는 번거로운 문제점이 있다.
또 종래에는 활물질 슬러리에 포함된 바인더에 의해 필터 및 배관의 이음새에서 겔(gel)상의 물질이 발생하게 되는 바, 이것은 바인더가 접촉하는 면적에 비례하여 생성하므로, 작은 사이즈의 필터를 사용할수록 더 많은 양의 겔 상 물질이 발생하여 전극의 제조 품질을 저하시키게 된다.
앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명은 활물질 슬러리에 포함된 덩어리 및 겔 상의 물질을 분쇄하여, 코팅 공정에서 전극의 제조 품질을 향상시키고 불량률을 줄일 수 있도록 한 이차전지의 전극 제조장치를 제공함에 그 목적을 두고 있다.
이를 위하여 본 발명에서는 활물질 슬러리를 혼합 및 믹싱하는 믹서와 코팅 머신의 사이에 초음파 분쇄기를 추가하여, 그 활물질 슬러리에 포함된 덩어리 및 겔 상의 물질을 분쇄할 수 있도록 한 구성을 제안한다.
보다 구체적으로 초음파 분쇄기는 믹서와 코팅 머신의 사이에 어느 곳이나 설치할 수 있지만, 특히 필터, 펌프 및 밸브 앞쪽의 이음새에 설치한다.
이러한 구성에 따라 본 발명의 전극 제조장치는 장치 내부와 바인더의 접촉 면적에 비례하여 생성되는 겔 상의 물질과 덩어리를 함께 미세하게 분쇄할 수 있 다.
이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 이차전지의 전극 제조장치를 보인 전체 구성도이다.
본 발명에서는 이차전지의 일 예로서 리튬이온전지에 사용하는 전극에 대하여 설명하기로 한다.
리튬이온전지에서 사용하는 정극 및 부극과 같은 전극은 정극 활물질로 리튬-천이금속산화물 및 부극 활물질로 카본을 사용하고, 바인더로 PVDF를 사용하는 것이며 유기 용매로 NMP를 사용하여서, 이들을 혼합하므로 활물질 슬러리를 제조하는 것이며, 특히 정극 활물질은 도전성이 없기 때문에 도전제로 카본을 첨가하여 사용하고 있다.
이러한 전극의 원재료들은 도면에서의 믹서(2)로 함께 투입되어 믹싱되므로 활물질 슬러리로 제조되어진다. 이렇게 형성된 활물질 슬러리는 코팅 머신(8)으로 보내져 전극 기재에 도포 및 충전되어 지는 바, 본 발명에서는 활물질 슬러리에 포함된 덩어리 및 겔 상의 물질을 분쇄하기 위해, 믹서(2)와 코팅 머신(8)의 사이에 초음파 분쇄기(10)를 설치함을 특징으로 한다.
초음파 분쇄기(10)는 음극(音極) 간에 초음파를 발신, 그 진동을 이용하여 물체를 분쇄하는 것으로, 상기 음극의 사이로 활물질 슬러리가 통과하게 하여 분쇄할 수 있다.
이러한 본 발명의 초음파 분쇄기(10)는 활물질 슬러리를 이송하는 배관(4)상에 설치되는 것이며, 특히 밸브(V1)(V2)(V3)와 펌프(P1)(P2) 및 필터(F1)(F2) 앞쪽에 설치되어진다.
따라서 본 발명에 의하면 믹서(2)에서 혼합 및 믹싱된 활물질 슬러리는 배관(4)을 통하여 저장탱크(6)로 이송되는 중에, 밸브(V1)와 펌프(P1) 및 필터(F1)의 앞쪽에서 초음파 분쇄되고 다시 필터(F1)에 의해 여과되므로, 덩어리나 겔 상의 물질을 4차에 걸쳐 제거할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 활물질 슬러리는 저장탱크(6)에서 코팅 머신(8)으로 이송되는 중에, 밸브(V2)(V3)와 펌프(P2) 및 필터(F2)의 앞쪽에서 다시 초음파 분쇄되고 필터(F2)에 의해 여과되므로, 덩어리나 겔 상의 물질을 5차에 걸쳐 제거할 수 있다.
따라서 코팅 머신(8)으로 공급된 활물질 슬러리는 미세하게 분쇄되어 덩어리와 겔 상의 물질이 완전히 제거된 상태를 유지하며, 그 결과로 전극의 도포 및 충전 특성이 향상되어 전극의 품질을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 이차전지의 전극 제조장치는 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하고 있 다.
즉 본 발명에 의하면 활물질 슬러리에 포함된 덩어리 및 겔 상의 물질을 분쇄하여 제거하므로, 코팅 공정에서 전극의 제조 품질을 향상시키고 불량률을 줄일 수 있다.
또 본 발명에 의하면 필터의 교환 주기를 연장할 수 있으므로 설비의 유지 비용을 절감할 수 있으며, 활물질의 미세화로 전극의 내부 저항을 줄이므로 고율 충, 방전 특성을 향상시키는 효과도 아울러 얻을 수 있다.

Claims (2)

  1. 전극 활물질과 바인더, 증점제 및 도전재를 혼합하는 믹서와, 믹서에 의해 혼합된 활물질 슬러리를 이송하는 배관과, 그 배관에 설치되어 활물질 슬러리를 이송되게 하는 밸브 및 펌프와, 상기 배관에 설치되어 덩어리나 겔 상 물질을 여과하는 필터와, 상기 활물질 슬러리를 전극 기재에 도포 및 충전하는 코팅 머신과, 상기 믹서와 코팅 머신의 중간 지점에 설치되는 저장탱크와, 상기 믹서와 코팅 머신을 연결하는 배관상에 설치되는 초음파 분쇄기를 포함하고, 초음파 분쇄기는 필터, 펌프 혹은 밸브 앞쪽의 이음새에 설치되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 제조장치.
  2. 삭제
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