KR101126801B1 - 슬러리 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 슬러리 제조장치는 슬러리 원료가 투입되는 용기와, 이 용기 내부에 설치되며 회전모터와 축 연결되어 상기 원료를 교반하는 블레이드와, 교반된 슬러리를 배출하는 배출구와, 이 배출구에 설치되어 덩어리진 슬러리를 분쇄하는 체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 따라서, 교반 후에도 덩어리져 있는 슬러리를 분쇄할 수 있도록 배출구에 체를 설치하여 체와 교반기를 일체화함으로써 슬러리의 제조에 따른 비용 및 시간을 절약할 수 있다.

Description

슬러리 제조장치 {SLURRY FABRICATION APPARATUS}
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 제조장치의 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 용기 10: 블레이드
11: 회전모터 12: 축
20: 배출구 30: 체
40: 개폐부 50: 가압기
본 발명은 슬러리 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 교반 후에도 덩어리져 있는 슬러리를 분쇄할 수 있도록 배출구에 체가 설치되어 체와 교반기가 일체화된 슬러리 제조장치에 관한 것이다.
통상 슬러리라 함은 고체와 액체의 혼합물 또는 미세한 고체입자가 물 속에 현탁(懸濁)된 현탁액을 말하는데, 예로서 전지의 극판에 코팅되는 슬러리를 들 수 있다. 특히, 리튬이온 이차전지의 극판에 코팅되는 슬러리를 예를 들어 설명하기로 한다.
이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다. 리튬이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
각형 리튬이온 이차전지의 제조공정을 간략히 살펴보면,
먼저, 전극조립체를 제조한다. 양극, 세퍼레이터, 음극, 세퍼레이터 순으로 적층시킨 후, 각 극판으로부터 전극탭을 인출한 다음, 이 적층구조체를 젤리롤형으로 권취한다. 그 다음, 이 전극조립체를 개구부가 형성된 캔에 삽입한다. 그 다음, 전극조립체의 상부면에 절연케이스를 안착시킨다. 그 다음, 캔의 개방된 상부에 캡조립체가 결합된다. 캡조립체의 전극단자는 그 외면에 가스켓을 위치시킨 채 캡플레이트에 형성된 단자통공을 통하여 음극탭과 전기적으로 연결되고, 양극탭은 캔 또는 캡플레이트에 전기적으로 연결된다. 극성은 바뀔 수도 있다. 그 다음, 캡플레이트의 일측에 형성된 전해액주입공을 따라 전해액을 주입하고, 전해액주입공을 밀폐시킨다. 그 다음, 여러 안전장치를 설치하여 전지를 완성한다.
이 중 전극조립체 제조에 있어, 양극판 및 음극판을 만들기 위해 각각 알루미늄과 구리 집전체에 각 전극 슬러리를 코팅한 후, 압연 및 슬리팅(slitting)하는 공정을 거치게 된다.
여기서, 이러한 슬러리 제조공정은 슬러리를 교반하는 공정과 교반된 슬러리를 체로써 걸러내는 공정으로 나뉘는데, 이 두 공정을 한 공정에서 함께 할 수 있다면 슬러리의 제조에 따른 비용 및 시간을 절약할 수 있게 될 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로서, 교반 후에도 덩어리져 있는 슬러리를 분쇄할 수 있도록 배출구에 체가 설치되어 체와 교반기가 일체화된 슬러리 제조장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 슬러리 제조장치는,
슬러리 원료가 투입되는 용기와, 이 용기 내부에 설치되며 회전모터와 축 연결되어 상기 원료를 교반하는 블레이드와, 교반된 슬러리를 배출하는 배출구와, 이 배출구에 설치되어 덩어리진 슬러리를 분쇄하는 체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 슬러리 제조장치에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 제조장치의 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 제조장치는, 슬러리 원료가 투입되는 용기(1)와, 이 용기(1) 내부에 설치되며 회전모터(11)와 축 연결되어 상기 원료를 교반하는 블레이드(10)와, 교반된 슬러리를 배출하는 배출구(20)와, 이 배출구(20)에 설치되어 덩어리진 슬러리를 분쇄하는 체(30)를 포함하여 이 루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 배출구(20)에서 배출된 슬러리는 이차전지의 전극판에 도포되는 슬러리일 수도 있다.
이러한 이차전지는 전극조립체와, 이 전극조립체를 수용하는 캔과, 이 캔과 결합되는 캡 조립체를 포함하여 이루어진다.
이 중 전극조립체는 통상 전기용량을 높이기 위해 양극 및 음극을 넓은 판형으로 형성한 뒤, 이들을 상호 절연시키는 세퍼레이터를 양극과 음극 사이에 개재하여 적층하고, 와형으로 권취하여 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 만든다.
양극판에 코팅되는 슬러리 원료는 다음과 같다. 양극 바인더인 PVDF(polyvinylidene flouride)(KF 1300)를 용매인 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)에 분산 및 용해시켜서 바인더솔루션(binder solution)을 제조한다. 그 다음, 양극 활물질인 코발트산 리튬(LiCoO2)과 양극 도전재(SUPER-P)를 바인더솔루션에 혼련시켜서 슬러리(slurry)를 제조한다. 이후, 알루미늄 포일로 이루어진 집전체에 위에서 제조한 슬러리를 코팅시켜 양극판을 제조한다.
음극판에 코팅되는 슬러리 원료는 다음과 같다. 음극 바인더인 PVDF(polyvinylidene flouride)(KF 1100)을 용매인 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)에 분산 및 용해시켜서 바인더솔루션을 제조한다. 그 다음, 음극 활물질인 탄소를 바인더솔루션에 혼련시켜서 슬러리를 제조한다. 여기에, 음극 도전재(SUPER P carbon)를 더 첨가할 수도 있다. 이후, 구리 포일로 이루어진 집전체에 위에서 제 조한 슬러리를 코팅시켜 음극판을 제조한다.
이러한 슬러리 원료를 용기(1)에 투입한다. 도 1 에서는 원통형의 용기(1)를 도시하였지만, 본 발명의 내용은 용기의 형상을 한정하지 않는다. 상기한 슬러리 원료는 용기(1)에 한꺼번에 투입될 수도 있지만, 단계를 나누어 투입한 후 교반하는 것이 바람직한데, 그 이유는 후술한다.
그리고, 이 용기(1) 내부에는 상기 슬러리 원료를 회전하면서 교반하는 블레이드(10)가 설치되어 있다. 이 블레이드(10)는 용기(1) 외부에 위치한 회전모터(11)와 축(12)으로 연결되어 있어, 회전모터(11)로부터 회전력을 공급받는다. 이러한 블레이드(10)는 교체가 가능하도록 설치되고, 회전모터(11)의 회전속도는 조절 가능하다.
슬러리 원료를 용기(1)에 투입하여 블레이드(10)에 의해 교반되는 과정을 보다 구체적으로 살펴보면, 제 1 단계로서, 정량의 전극 활물질과 도전재를 투입한 후, 분말혼합용 블레이드(blade for powder mixing)를 이용하여 300rpm의 속도로 약 45분간 혼합한다. 그리고, 제 2 단계로서, 여기에 바인더솔루션을 붓고 약 5분간 혼합한 후, 블레이드를 슬러리혼합용 블레이드(blade for slurry mixing)로 교체하여 3000rpm의 속도로 약 10분간 혼합하여 슬러리를 준비한다. 이때, 슬러리의 점도는 음극판에 코팅되는 슬러리의 경우 약 7500cp 정도가 되고, 양극판에 코팅되는 슬러리의 경우 약 8200cp 정도가 된다.
또한, 슬러리 제조장치에는 교반된 슬러리를 배출하는 배출구(20)가 설치되고, 이 배출구(20)에는 상술한 교반이 완료된 후에도 덩어리진 슬러리를 분쇄하는 체(30)가 설치된다. 즉, 교반된 슬러리를 배출한 후 이와 별도로 설치된 체로써 덩어리진 슬러리를 분쇄하거나 고르는 작업을 일체화하기 위해, 배출구(20)에 체(30)를 설치한다. 이에 따라, 슬러리의 제조에 따른 비용 및 시간이 저감된다.
한편, 배출구(20)의 상류에 배출구(20)의 통로를 막는 개폐부(40)가 설치되고, 배출구(20)의 하류에 체(30)가 설치되는 것이 바람직하다. 이는 슬러리 교반작업과 교반된 슬러리를 배출하는 작업을 시간적?공간적으로 분리하기 위함이다.
또한, 교반된 슬러리를 가압하여 체(30)를 통해 배출시키는 가압기(50)가 설치될 수도 있다. 일정 점도가 있는 슬러리를 체(30)로써 걸러내기 위해서 슬러리 제조장치의 하면에 배출구(20)를 설치함으로써 중력을 이용하여 상기 슬러리를 배출해낼 수도 있지만, 가압기(50)를 이용하여 체(30)에 접촉하는 슬러리에 압력을 가함으로써 덩어리진 슬러리의 분쇄를 보다 효율적으로 할 수 있다. 이러한 가압기(50)는 도면에서와 같이 용기(1)의 상부에 설치되어 상?하로 이동가능하게 구성될 수도 있으나, 본 발명의 내용은 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 슬러리 제조장치는 교반 후에도 덩어리져 있는 슬러리를 분쇄할 수 있도록 배출구에 체를 설치하여 체와 교반기를 일체화함으로써 슬러리의 제조에 따른 비용 및 시간을 절약할 수 있다.
본 발명은 도시된 실시예를 중심으로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포괄할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (4)

  1. 슬러리 원료가 투입되는 용기와, 상기 용기 내부에 설치되며 회전모터와 축 연결되어 상기 원료를 교반하는 블레이드와, 교반된 슬러리를 배출하는 배출구와, 상기 배출구에 설치되어 덩어리진 슬러리를 분쇄하는 체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 슬러리 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배출구의 상류에 상기 배출구의 통로를 막는 개폐부가 설치되고, 상기 배출구의 하류에 상기 체가 설치되는 것을 특징으로 하는 슬러리 제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반된 슬러리를 가압하여 상기 체를 통해 배출시키는 가압기가 설치되는 것을 특징으로 하는 슬러리 제조장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출구에서 배출된 슬러리는 이차전지의 전극판에 도포되는 것을 특징으로 하는 슬러리 제조장치.
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