KR101536397B1 - 전극용 슬러리 공급 장치 및 전극용 슬러리 공급 방법 - Google Patents

전극용 슬러리 공급 장치 및 전극용 슬러리 공급 방법 Download PDF

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Abstract

점도 등의 슬러리 특성을 안정시켜서 연속적으로 전극용 슬러리를 공급할 수 있고, 다음 공정에 있어서의 도포 시공 품질이나 건조 품질 등에 편차가 발생하는 것을 억제할 수 있는, 전극용 슬러리 공급 장치 및 전극용 슬러리 공급 방법을 제공한다. 전극용 슬러리 공급 장치(10)는, 전극 활물질층용 원료를 고련한 고련 슬러리와 용매를 혼합해서 전극용 슬러리를 연속식으로 제조함과 함께, 제조한 전극용 슬러리의 일부를 복귀시켜서 재혼합하는 것이 가능한 연속식 혼합기(30)와, 전극용 슬러리를 저류하는 탱크부(40)와, 탱크부 내의 전극용 슬러리를 도포 시공부(20)에 송출하는 공급 펌프(71)와, 탱크부 내의 전극용 슬러리를 연속식 혼합기로 복귀시키는 리턴 펌프(72)를 갖고 있다. 연속식 혼합기로부터 탱크부를 거쳐서 연속식 혼합기에 다시 이르는 순환계(64)에 전극용 슬러리의 일부를 순환시켜, 전극용 슬러리의 일부를 연속식 혼합기에서 재혼합한다.

Description

전극용 슬러리 공급 장치 및 전극용 슬러리 공급 방법{SUPPLY DEVICE FOR ELECTRODE SLURRY AND SUPPLY METHOD FOR THE SAME}
본 발명은, 전극용 슬러리 공급 장치 및 전극용 슬러리 공급 방법에 관한 것이다.
최근, 환경 보호 운동의 고조를 배경으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기 자동차(HEV) 및 연료 전지차(FCV)의 개발이 진행되고 있다. 이들 모터 구동용 전원으로서는 반복 충방전 가능한 이차 전지 등의 모터 구동용 전기 디바이스가 적합하다. 특히 고용량, 고출력을 기대할 수 있는 비수 전해질 이차 전지, 그 중에서도 리튬 이온 이차 전지가 주목을 모으고 있고, 현재 급속하게 개발이 진행되고 있다.
비수 전해질 이차 전지는, 집전체 표면에 형성된 정극 활물질(예를 들어, LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2 등)을 포함하는 정극 활물질층을 갖는다. 또한, 비수 전해질 이차 전지는, 정극용 집전체와는 다른 집전체 표면에 형성된 부극 활물질(예를 들어, 금속 리튬, 코크스나 천연·인조 흑연 등의 탄소질 재료나, Sn, Si 등의 금속이나 그 산화물 재료 등)을 포함하는 부극 활물질층을 갖는다.
전극 활물질층용 원료에는, 상기 활물질 이외에, 바인더나 도전 보조제 등이 포함되어 있다. 전기 디바이스에 있어서의 전극을 제조할 때에는, 전극 활물질층용 원료와 용매를 혼합해서 전극용 슬러리를 제조하고, 이 전극용 슬러리를 탱크부에 저류하고, 탱크부 내의 전극용 슬러리를 펌프에 의해 도포 시공부에 공급한다. 그리고, 도포 시공부에 배치된 코터 등에 의해, 집전체에 전극용 슬러리를 도포 시공한다.
집전체는, 공급 롤로부터 순차 풀려나와, 권취 롤에 권취된다. 집전체의 반송로의 도중에 도포 시공부가 배치되어 있다. 도포 시공부에 있어서, 전극용 슬러리가, 반송되고 있는 집전체에 간헐적으로 도포 시공된다(특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 기재된 기술에 있어서는, 전극용 슬러리를 펌프로부터 어큐뮬레이터 및 간헐 밸브를 거쳐서 다이에 공급하는 메인 배관 외에, 간헐 밸브로부터 분기해서 펌프로 복귀시키는 리턴 배관을 설치하고 있다. 리턴 배관을 설치함으로써, 간헐적으로 도포 시공할 때의 전극용 슬러리의 맥동을 방지하고, 도포 시공 치수의 안정화를 도모하고자 한다.
일본 특허 제4575103호
전극용 슬러리는, 탱크부에 저장되어 있는 동안, 고형분의 편재, 바인더 성분의 겔화, 혹은 용제의 휘발 등에 의해, 점도로 대표되는 슬러리 특성이 변화한다. 이러한 변화는, 도포 시공시의 치수(세로, 가로, 두께 치수), 전지 특성(예를 들어, 전기 저항값)값, 혹은 건조 속도에 큰 영향을 미친다. 이와 같이, 탱크부 내에서 전극용 슬러리가 특성 변화를 일으키고, 다음 공정에 있어서의 도포 시공 품질이나 건조 품질에 편차가 발생한다는 문제가 있다.
또한, 배치식에 의해 전극용 슬러리를 제작할 때에는, 배치마다 고형분량이나 점도 등은 변동되는 것이 통상이며, 배치마다 도포 시공 조건이나 건조 조건의 미세 조정을 부득이하게 하게 된다.
따라서, 슬러리 특성을 일정하게 유지한 채, 대량으로 연속적으로 전극용 슬러리를 공급할 수 있는 것이 요청되고 있다.
또한, 특허문헌 1에 기재된 기술에 의하면, 전극용 슬러리의 맥동을 저감시킬 수 있지만, 전극용 슬러리의 특성 변화에 의해 일어나는 도포 시공시의 치수의 불안정화를 해소할 수 없다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 점도 등의 슬러리 특성을 안정시켜서 연속적으로 전극용 슬러리를 공급할 수 있고, 다음 공정에 서의 도포 시공 품질이나 건조 품질 등에 편차가 발생하는 것을 억제할 수 있는, 전극용 슬러리 공급 장치 및 전극용 슬러리 공급 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명은, 용매와 전극 활물질층용 원료를 혼합해서 제조되는 전극용 슬러리를 집전체에 도포 시공하는 도포 시공부에, 상기 전극용 슬러리를 공급하는 공급 장치이다. 전극용 슬러리 공급 장치는, 전극 활물질층용 원료를 고련한 고련 슬러리와 용매를 혼합해서 전극용 슬러리를 연속식으로 제조함과 함께, 제조한 상기 전극용 슬러리의 일부를 복귀시켜서 재혼합하는 것이 가능한 연속식 혼합부와, 상기 전극용 슬러리를 저류하는 탱크부를 갖고 있다. 전극용 슬러리 공급 장치는, 또한, 상기 연속식 혼합부와 상기 탱크부를 접속하는 제1 배관과, 상기 탱크부와 상기 도포 시공부를 접속하는 제2 배관과, 상기 탱크부와 상기 연속식 혼합부를 접속하는 제3 배관과, 상기 제2 배관에 배치되어 상기 탱크부 내의 상기 전극용 슬러리를 상기 도포 시공부에 송출하는 제1 펌프부와, 상기 제3 배관에 배치되어 상기 탱크부 내의 상기 전극용 슬러리를 상기 연속식 혼합부로 복귀시키는 제2 펌프부를 갖고 있다. 상기 연속식 혼합부, 상기 제1 펌프부 및 상기 제2 펌프부의 작동을, 제어부에 의해 제어한다. 그리고, 상기 제어부는, 상기 제2 펌프부를 가동시켜서 상기 탱크부 내의 상기 전극용 슬러리를 상기 연속식 혼합부로 복귀시킴으로써, 상기 연속식 혼합부로부터 상기 탱크부를 거쳐서 상기 연속식 혼합부에 다시 이르는 순환계에 상기 전극용 슬러리의 일부를 순환시켜, 상기 전극용 슬러리의 일부를 상기 연속식 혼합부에서 재혼합시키고 있다.
또한, 상기 목적을 달성하는 본 발명은, 용매와 전극 활물질층용 원료를 혼합해서 제조되는 전극용 슬러리를 집전체에 도포 시공하는 도포 시공부에, 상기 전극용 슬러리를 공급하는 공급 방법이다. 전극용 슬러리 공급 방법은, 혼합 공정과, 저류 공정과, 송출 공정과, 순환 공정을 갖고, 혼합 공정에 있어서는, 전극 활물질층용 원료를 고련한 고련 슬러리와 용매를 연속식 혼합부에서 혼합해서 전극용 슬러리를 연속식으로 제조한다. 저류 공정에 있어서는, 혼합 공정에 있어서 제조된 상기 전극용 슬러리를 탱크부에 저류한다. 송출 공정에 있어서는, 상기 탱크부 내의 상기 전극용 슬러리를 상기 도포 시공부에 송출한다. 그리고, 순환 공정에 있어서는, 상기 탱크부 내의 상기 전극용 슬러리를 상기 연속식 혼합부로 복귀시킴으로써, 상기 연속식 혼합부로부터 상기 탱크부를 거쳐서 상기 연속식 혼합부에 다시 이르는 순환계에 상기 전극용 슬러리의 일부를 순환시켜, 상기 전극용 슬러리의 일부를 상기 연속식 혼합부에서 재혼합시키고 있다.
본 발명에 따르면, 탱크부 내의 전극용 슬러리의 일부를 연속식 혼합부로 복귀시켜서 연속적으로 재혼합 및 순환시킴으로써, 고형분의 편재나 바인더 성분의 겔화 등을 억제하고, 또한, 전극용 슬러리를 연속적으로 공급하는 것이 가능하게 된다. 또한, 고련 슬러리를 배치식으로 연속식 혼합부에 공급하는 경우에는, 이 고련 슬러리는, 점도 등의 슬러리 특성의 변화를 수반해서 순환하고 있는 전극용 슬러리에 혼합되게 되기 때문에, 배치의 전환에 따라 발생하는 전극용 슬러리의 특성 변화를 완화시킬 수 있다. 이들에 의해, 계속해서 행해지는 작업의 품질, 예를 들어 도포 시공 품질이나 건조 품질에 미치는 영향을 경감시킬 수 있다.
따라서, 점도 등의 슬러리 특성을 안정시켜서 연속적으로 전극용 슬러리를 도포 시공부에 공급할 수 있고, 다음 공정에 있어서의 도포 시공 품질이나 건조 품질 등에 편차가 발생하는 것을 억제할 수 있는, 전극용 슬러리 공급 장치 및 전극용 슬러리 공급 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 전극용 슬러리 공급 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙여, 중복 설명을 생략한다. 도면의 치수 비율은, 설명의 사정상 과장되어 있어, 실제의 비율과는 상이하다.
도 1을 참조하여, 전극용 슬러리 공급 장치(10)는, 용매와 전극 활물질층용 원료를 혼합해서 제조되는 전극용 슬러리를 집전체에 도포 시공하는 도포 시공부(20)에, 전극용 슬러리를 공급하기 위한 것이다. 이 전극용 슬러리 공급 장치(10)는, 개략적으로 설명하면, 전극 활물질층용 원료를 고련한 고련 슬러리와 용매를 혼합해서 전극용 슬러리를 연속식으로 제조함과 함께, 제조한 전극용 슬러리의 일부를 복귀시켜서 재혼합하는 것이 가능한 연속식 혼합기(30: 연속식 혼합부)과, 전극용 슬러리를 저류하는 탱크부(40)를 갖고 있다. 연속식 혼합기(30)와 탱크부(40)는 제1 배관(61)에 의해 접속되고, 탱크부(40)와 도포 시공부(20)는 제2 배관(62)에 의해 접속되며, 탱크부(40)와 연속식 혼합기(30)는 제3 배관(63)에 의해 접속되어 있다. 제2 배관(62)에는, 탱크부(40) 내의 전극용 슬러리를 도포 시공부(20)에 송출하는 공급 펌프[71: 제1 펌프부(71)]를 배치하고, 제3 배관(63)에는, 탱크부(40) 내의 전극용 슬러리를 연속식 혼합기(30)로 복귀시키는 리턴 펌프[72: 제2 펌프부(72)]를 배치하고 있다. 전극용 슬러리 공급 장치(10)는, 연속식 혼합기(30), 공급 펌프(71) 및 리턴 펌프(72)의 작동을 제어하는 제어부(80)를 갖고 있다. 그리고, 제어부(80)는, 리턴 펌프(72)를 가동시켜서 탱크부(40) 내의 전극용 슬러리를 연속식 혼합기(30)로 복귀시킴으로써, 연속식 혼합기(30)로부터 탱크부(40)를 거쳐서 연속식 혼합기(30)에 다시 이르는 순환계(64)에 전극용 슬러리의 일부를 순환시켜, 전극용 슬러리의 일부를 연속식 혼합기(30)에서 재혼합시키고 있다. 또한, 도 1 중의 부호 11은, 용매를 연속식 혼합기(30)에 공급하는 용매 공급기를 나타내고, 부호 12는, 고련 슬러리를 연속식 혼합기(30)에 공급하는 고련 슬러리 공급기를 나타내고 있다. 제어부(80)는, 용매 공급기(11) 및 고련 슬러리 공급기(12)의 작동도 제어한다. 이하, 상세하게 설명한다.
집전체(21)는, 공급 롤(22)로부터 순차 풀려나와, 권취 롤(23)에 권취된다. 권취 롤(23)이 모터(M)에 의해 회전 구동된다. 집전체(21)의 반송로의 도중에 도포 시공부(20)가 배치되어 있다. 도포 시공부(20)에 있어서, 전극용 슬러리(13)가, 반송되고 있는 집전체(21)에 간헐적으로 도포 시공된다. 집전체(21) 위에 도포된 전극용 슬러리(13)는, 도시하지 않은 온풍 히터 등에 의해 건조된다. 제어부(80)는, 권취 롤(23)의 모터(M)나, 도포 시공부(20)에 설치된 코터의 작동을 제어한다.
집전체(21)에는, 전극박이 사용된다. 전극박은, 적당한 재료, 예를 들어 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 스테인리스강을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 정극 집전체에는 알루미늄 등의 전극박을 사용하고, 부극 집전체에는 구리 등의 전극박을 사용할 수 있다.
전극용 슬러리에는, 정극을 형성하기 위해서 사용하는 정극 슬러리와, 부극을 형성하기 위해서 사용하는 부극 슬러리가 있다.
정극 슬러리는, 전극 활물질층용 원료로서, 예를 들어 정극 활물질, 도전 보조제 및 바인더 등을 포함하고, 용매를 첨가함으로써, 소정의 점도로 된다. 정극 활물질은, 예를 들어 망간산 리튬이다. 도전 보조제는, 예를 들어 아세틸렌 블랙이다. 바인더는, 예를 들어 PVDF(폴리불화비닐리덴)이다. 용매는, 예를 들어NMP(노말메틸피롤리돈)이다. 또한, 정극 활물질(22)은, 망간산 리튬에 특별히 한정되지 않지만, 용량 및 출력 특성의 관점에서, 리튬-전이 금속 복합 산화물을 적용하는 것이 바람직하다. 도전 보조제는, 예를 들어 카본 블랙이나 그래파이트를 이용하는 것도 가능하다. 바인더 및 용매는, PVDF 및 NMP에 한정되지 않는다. 용매로서 물을 사용할 수도 있다.
부극 슬러리는, 전극 활물질층용 원료로서, 예를 들어 부극 활물질, 도전 보조제 및 바인더 등을 포함하고, 용매를 첨가함으로써, 소정의 점도로 된다. 부극 활물질은 예를 들어 그래파이트이다. 도전 보조제, 바인더 및 용매는, 예를 들어 아세틸렌 블랙, PVDF 및 NMP이다. 또한, 부극 활물질은, 그래파이트에 특별히 한정되지 않고 하드 카본이나, 리튬-전이 금속 복합 산화물을 이용하는 것도 가능하다. 도전 보조제는, 예를 들어 카본 블랙이나 그래파이트를 이용하는 것도 가능하다. 바인더 및 용매는, PVDF 및 NMP에 한정되지 않는다. 용매로서 물을 사용할 수도 있다.
전극용 슬러리 공급 장치(10)의 연속식 혼합기(30)는, 실린더(31) 내에 스크류(32)를 회전 가능하게 설치해서 구성되어 있다. 스크류(32)가 모터(M)에 의해 회전 구동된다. 실린더(31)에는, 전극 활물질층용 원료를 고련한 고련 슬러리를 공급하는 공급부(33)와, 용매를 주입하는 주입부(34)와, 제3 배관(63)을 통해서 복귀되는 전극용 슬러리를 다시 공급하는 슬러리 공급부(35)가 설치되어 있다. 실린더(31)나 스크류(32)의 치수나, 슬러리 공급부(35)를 설치하는 위치는, 복귀된 전극용 슬러리를 재혼합하는데 적합한 조건으로 설정되어 있다. 제어부(80)는 스크류(32)의 모터(M)의 작동을 제어한다.
고련 슬러리는, 고형분 100 중량부에 대하여, 1 내지 30 중량부의 용제 성분을 포함하는 것이며, 전극용 슬러리는 30 중량부를 초과하는 용제 성분을 포함하는 것이다. 예를 들어, 고련 슬러리가 고형분 100 중량부에 대하여 22 중량부의 용제 성분을 포함하는 것인 경우, 전극용 슬러리는 고형분 100 중량부에 대하여 62중량부의 용제 성분을 포함하는 것이다.
스크류(32)를 회전시킴과 함께, 공급부(33)로부터 고련 슬러리를 공급하고, 주입부(34)로부터 용매를 주입함으로써, 고련 슬러리와 용매를 혼합하여, 전극용 슬러리를 제조한다.
또한, 스크류(32)를 회전시킴과 함께, 슬러리 공급부(35)로부터 전극용 슬러리를 공급함으로써, 전극용 슬러리를 재혼합한다. 이때, 주입부(34)로부터 용매를 주입해도 된다.
또한, 스크류(32)를 회전시킴과 함께, 공급부(33)로부터 고련 슬러리를 공급하고, 슬러리 공급부(35)로부터 전극용 슬러리를 공급함으로써, 고련 슬러리 및 순환하고 있는 전극용 슬러리의 양자를 혼합한다. 이때, 주입부(34)로부터 용매를 주입해도 된다. 주입부(34)로부터 용매를 더 주입함으로써, 고련 슬러리, 용매 및 순환하고 있는 전극용 슬러리의 3자를 혼합하여, 전극용 슬러리를 연속적으로 제조한다.
연속식 혼합기(30)는, 전극용 슬러리에 대한 전단 속도가 1(1/sec) 이상으로 전극용 슬러리를 혼합하도록 설정하는 것이 바람직하다. 전극용 슬러리에 대한 전단 속도를 1(1/sec) 이상으로 함으로써, 전극용 슬러리의 점도의 편차를 비교적 작게 억제할 수 있고, 슬러리 특성을 안정시켜, 다음 공정에 있어서의 도포 시공 품질이나 건조 품질 등에 편차가 발생하는 것을 억제하는 것이 가능하게 되기 때문이다.
제1 배관(61)에는, 전극용 슬러리에 포함되는 기포를 연속적으로 탈포하는 탈포기(50: 탈포부)를 배치하는 것이 바람직하다. 전극용 슬러리에 포함되는 기포를 제거함으로써, 슬러리 특성을 안정시켜, 다음 공정에 있어서의 도포 시공 품질이나 건조 품질 등에 편차가 발생하는 것을 억제하는 것이 가능하게 되기 때문이다. 제어부(80)는 탈포기(50)의 작동을 제어한다.
이어서, 작용을 설명한다.
도포 시공부(20)에의 전극용 슬러리의 공급 수순에는, 혼합 공정과, 탈포 공정과, 저류 공정과, 송출 공정과, 순환 공정을 포함하고 있다.
혼합 공정에 있어서는, 전극 활물질층용 원료를 고련한 고련 슬러리와 용매를 연속식 혼합기(30)에서 혼합해서 전극용 슬러리를 연속식으로 제조한다. 구체적으로는, 연속식 혼합기(30)의 스크류(32)를 회전시킴과 함께, 공급부(33)로부터 고련 슬러리를 공급하고, 주입부(34)로부터 소정량의 용매를 주입하여, 고련 슬러리와 용매를 혼합해서 전극용 슬러리를 연속적으로 제조한다. 고련 슬러리는 배치식으로 제작한다. 제조한 전극용 슬러리를, 제1 배관(61)을 통하여 탈포 공정으로 보낸다.
탈포 공정에 있어서는, 연속식 혼합기(30)로부터 탱크부(40)로 보내지는 전극용 슬러리에 포함되는 기포를 탈포기(50)에 의해 연속적으로 탈포한다. 탈포기(50)에 있어서 용매를 첨가해도 좋다. 탈포한 전극용 슬러리를, 제1 배관(61)을 통하여, 저류 공정에 보낸다.
저류 공정에 있어서는, 혼합 공정에서 소정의 점도로 제조되어, 탈포 공정에서 기포를 연속적으로 탈포한 전극용 슬러리를 탱크부(40)에 저류한다. 저류된 전극용 슬러리를, 제2 배관(62)을 통하여 송출 공정으로 보낸다.
송출 공정에 있어서는, 공급 펌프(71)에 의해, 탱크부(40) 내의 전극용 슬러리를 도포 시공부(20)로 송출한다. 송출된 전극용 슬러리는, 제2 배관(62)을 통하고, 도포 시공부(20)에 공급된다. 도포 시공부(20)의 코터로부터, 전극용 슬러리가, 반송되고 있는 집전체(21)에 간헐적으로 도포 시공된다.
순환 공정에 있어서는, 탱크부(40) 내의 전극용 슬러리를 연속식 혼합기(30)로 복귀시킴으로써, 연속식 혼합기(30)로부터 탱크부(40)를 거쳐서 연속식 혼합기(30)에 다시 이르는 순환계(64)에 전극용 슬러리의 일부를 순환시켜, 전극용 슬러리의 일부를 연속식 혼합기(30)에서 재혼합한다. 구체적으로는, 연속식 혼합기(30)의 스크류(32)를 회전시킴과 함께, 슬러리 공급부(35)로부터 전극용 슬러리를 공급함으로써, 전극용 슬러리를 재혼합한다. 연속식 혼합기(30)는, 전극용 슬러리에 대한 전단 속도가 1(1/sec) 이상이 되도록 전극용 슬러리를 재혼합한다. 이때, 전극용 슬러리는 연속식 혼합기(30)의 전단력에 의해, 슬러리 중의 활물질이 재해쇄되고, 도전 보조제도 재분산된다. 또한, 휘발 상당분의 용제를 연속식 혼합기(30)에서 첨가한다. 이들 조작에 의해, 전극용 슬러리의 점도나 전기 저항값을 당초의 값으로 복귀시킬 수 있어, 안정된 특성의 전극용 슬러리를 연속적으로 공급할 수 있다.
전극용 슬러리의 공급 운전을 계속하고 있는 동안, 전극용 슬러리로부터 용매가 휘발되어, 전극용 슬러리의 점도가 변화하는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 순환 공정에 있어서, 연속식 혼합기(30)의 주입부(34)로부터 용매를 주입하여, 순환하고 있는 전극용 슬러리에 첨가한다. 용매의 주입량은, 전극용 슬러리로부터의 휘발 상당분에 필요한 양이다. 순환하고 있는 전극용 슬러리에 용매를 보급함으로써, 도포 시공부(20)에 공급되는 전극용 슬러리의 점도의 편차를 비교적 작게 억제할 수 있고, 슬러리 특성을 안정시켜, 다음 공정에 있어서의 도포 시공 품질이나 건조 품질 등에 편차가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
소비에 의해 전극용 슬러리의 잔량이 적어진 경우에는, 연속식 혼합기(30)에, 고련 슬러리를 보급함과 함께 전극용 슬러리의 일부를 복귀시켜서 양자를 혼합한다. 구체적으로는, 연속식 혼합기(30)의 스크류(32)를 회전시킴과 함께, 공급부(33)로부터 고련 슬러리의 신 배치를 공급하고, 슬러리 공급부(35)로부터 전극용 슬러리를 공급함으로써, 고련 슬러리 및 먼저 순환하고 있는 전극용 슬러리의 양자를 혼합하여, 전극용 슬러리를 연속적으로 제조한다. 용매의 첨가가 필요할 때에는, 주입부(34)로부터 용매를 더 주입해서 희석하고, 고련 슬러리, 용매 및 순환하고 있는 전극용 슬러리 삼자를 혼합하여, 전극용 슬러리를 연속적으로 제조한다. 이와 같이, 고련 슬러리의 신 배치와, 먼저 순환하고 있는 전극용 슬러리를 연속식 혼합기(30)에서 용제를 첨가해 혼합함으로써, 전극용 슬러리의 점도나 전기 저항값의 편차를 완화시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 탱크부(40) 내의 전극용 슬러리의 일부를 연속식 혼합기(30)로 복귀시켜서 연속적으로 재혼합 및 순환시킴으로써, 고형분의 편재나 바인더 성분의 겔화 등을 억제하고, 또한, 전극용 슬러리를 연속적으로 공급하는 것이 가능하게 된다. 또한, 고련 슬러리를 배치식으로 연속식 혼합기(30)에 공급하는 경우에는, 이 고련 슬러리는, 점도 등의 슬러리 특성의 변화를 수반해서 순환하고 있는 전극용 슬러리에 혼합되는 것이기 때문에, 배치의 전환에 따라 발생하는 전극용 슬러리의 특성 변화를 완화할 수 있다. 이들에 의해, 계속해서 행해지는 작업의 품질, 즉 도포 시공 품질이나 건조 품질에 미치는 영향을 경감시킬 수 있다.
따라서, 점도 등의 슬러리 특성을 안정시켜서 연속적으로 전극용 슬러리를 도포 시공부(20)에 공급할 수 있고, 다음 공정에 있어서의 도포 시공 품질이나 건조 품질 등에 편차가 발생하는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다. 도포 시공 치수의 안정화나 건조 속도의 안정화를 도모할 수 있는 결과, 품질 편차가 적은 전지를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 전극용 슬러리 공급 장치(10)는, 제1 배관(61)에 배치되어 전극용 슬러리에 포함되는 기포를 연속적으로 탈포하는 탈포기(50)를 더 가지므로, 기포를 제거함으로써 슬러리 특성을 안정시켜, 다음 공정에 있어서의 도포 시공 품질이나 건조 품질 등에 편차가 발생하는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 연속식 혼합기(30)는, 전극용 슬러리에 대한 전단 속도가 1(1/sec) 이상으로 전극용 슬러리를 혼합하므로, 전극용 슬러리의 점도의 편차를 비교적 작게 억제할 수 있고, 슬러리 특성을 안정시켜, 다음 공정에서의 도포 시공 품질이나 건조 품질 등에 편차가 발생하는 것을 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 연속식 혼합기(30)에, 고련 슬러리를 공급함과 함께 전극용 슬러리의 일부를 복귀시켜서 양자를 혼합하므로, 용매를 더 첨가할 때에, 고련 슬러리와 용제가 섞이기 쉬워져서, 혼합시간을 단축할 수 있다.
(실시예)
이어서, 본 발명의 효과를 확인한 시험에 대해서 설명한다.
도 1에 도시하는 전극용 슬러리 공급 장치(10)에 있어서, 연속식 혼합기(30)로부터 탱크부(40)를 거쳐서 연속식 혼합기(30)에 다시 이르는 순환계(64)에 전극용 슬러리를 순환시켰다.
실시예 1:
연속식 혼합기(30)를, 전극용 슬러리에 대한 전단 속도가 10(1/sec)이 되도록 설정했다. 연속식 혼합기(30)를 운전해서 전극용 슬러리를 재혼합하고, 리턴 펌프(72)를 운전해서 전극용 슬러리의 순환을 1시간 행했다. 순환을 종료하기 전에 탱크부(40) 내의 상방 위치 및 하방 위치 각각으로부터 전극용 슬러리를 채취하고, 각각의 점도를 측정했다.
실시예 2:
연속식 혼합기(30)를, 전극용 슬러리에 대한 전단 속도가 1(1/sec)이 되도록 설정했다. 전극용 슬러리의 순환 및 전극용 슬러리의 점도 측정은 실시예 1과 동일하게 했다.
대비예1:
연속식 혼합기(30)를, 전극용 슬러리에 대한 전단 속도가 0.1(1/sec)이 되도록 설정했다. 전극용 슬러리의 순환 및 전극용 슬러리의 점도 측정은 실시예 1과 동일하게 했다.
대비예2:
연속식 혼합기(30)의 운전 및 리턴 펌프(72)의 운전을 정지시켜, 전극용 슬러리의 순환을 정지시켰다. 3시간 경과 후, 탱크부(40) 내의 상방 위치 및 하방 위치 각각으로부터 전극용 슬러리를 채취하여 각각의 점도를 측정했다.
측정 결과를 하기의 표 1에 나타낸다.
Figure 112013031076779-pat00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 전단 속도를 0.1(1/sec)로 해서 전극용 슬러리를 순환시킨 대비예1 및 전극용 슬러리의 순환을 정지시켜서 재혼합을 실시하지 않은 대비예2의 경우에는, 전극용 슬러리의 점도의 편차 범위(센터값:1만 mPa·S)가 플러스 마이너스 10％를 초과했다.
한편, 전단 속도를 10(1/sec)로 해서 전극용 슬러리를 순환시킨 실시예 1 및 전단 속도를 1(1/sec)로 해서 전극용 슬러리를 순환시킨 실시예 2의 경우에는, 전극용 슬러리의 점도의 편차 범위(센터값:1만 mPa·S)를, 대비예 1, 2보다도 좁은 플러스 마이너스 10％ 이내로 억제할 수 있었다.
이들에 의해, 전극용 슬러리를 순환시키고, 전단 속도를 1(1/sec) 이상으로 해서 전극용 슬러리를 재혼합함으로써, 점도의 편차 범위가 좁은 전극용 슬러리가 얻어지는 것을 알았다. 그리고, 이러한 점도의 편차 범위가 좁은 전극용 슬러리를 사용해서 도포 시공함으로써, 도포 시공 치수를 안정시킬 수 있고, 생산 효율을 올림과 함께, 전지 성능의 향상을 실현할 수 있는 것을 알았다.
10: 전극용 슬러리 공급 장치
11: 용매 공급기
12: 고련 슬러리 공급기
13: 집전체 상에 도포된 전극용 슬러리
20: 도포 시공부
21: 집전체
30: 연속식 혼합기(연속식 혼합부)
31: 실린더
32: 스크류
33: 고련 슬러리를 공급하는 공급부
34: 용매를 주입하는 주입부
35: 전극용 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부
40: 탱크부
50: 탈포기(탈포부)
61: 제1 배관
62: 제2 배관
63: 제3 배관
64: 순환계
71: 공급 펌프(제1 펌프부)
72: 리턴 펌프(제2 펌프부)
80: 제어부

Claims (7)

  1. 용매와 전극 활물질층용 원료를 혼합해서 제조되는 전극용 슬러리를 집전체에 도포 시공하는 도포 시공부에, 상기 전극용 슬러리를 공급하는 공급 장치이며,
    전극 활물질층용 원료를 고련한 고련 슬러리와 용매를 공급해서 상기 고련 슬러리와 상기 용매를 혼합하여 전극용 슬러리를 연속식으로 제조함과 함께, 제조된 상기 전극용 슬러리의 일부를 복귀시켜서 재혼합하는 것이 가능한 연속식 혼합부와,
    상기 전극용 슬러리를 저류하는 탱크부와,
    상기 연속식 혼합부와 상기 탱크부를 접속하는 제1 배관과,
    상기 탱크부와 상기 도포 시공부를 접속하는 제2 배관과,
    상기 탱크부와 상기 연속식 혼합부를 접속하는 제3 배관과,
    상기 제2 배관에 배치되어 상기 탱크부 내의 상기 전극용 슬러리를 상기 도포 시공부에 송출하는 제1 펌프부와,
    상기 제3 배관에 배치되어 상기 탱크부 내의 상기 전극용 슬러리를 상기 연속식 혼합부로 복귀시키는 제2 펌프부와,
    상기 연속식 혼합부, 상기 제1 펌프부 및 상기 제2 펌프부의 작동을 제어하는 제어부를 갖고,
    상기 제어부는, 상기 제2 펌프부를 가동시켜서 상기 탱크부 내의 상기 전극용 슬러리를 상기 연속식 혼합부로 복귀시켜 다시 공급함으로써, 상기 연속식 혼합부로부터 상기 탱크부를 거쳐서 상기 연속식 혼합부에 다시 이르는 순환계에 상기 전극용 슬러리의 일부를 순환시켜, 상기 전극용 슬러리의 일부를 상기 연속식 혼합부에서 재혼합시켜 이루어지는, 전극용 슬러리 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 배관에 배치되어 상기 전극용 슬러리에 포함되는 기포를 연속적으로 탈포하는 탈포부를 더 갖는, 전극용 슬러리 공급 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연속식 혼합부는, 상기 전극용 슬러리에 대한 전단 속도가 1(1/sec) 이상으로 상기 전극용 슬러리를 혼합하는, 전극용 슬러리 공급 장치.
  4. 용매와 전극 활물질층용 원료를 혼합해서 제조되는 전극용 슬러리를 집전체에 도포 시공하는 도포 시공부에, 상기 전극용 슬러리를 공급하는 공급 방법이며,
    전극 활물질층용 원료를 고련한 고련 슬러리와 용매를 공급해서 연속식 혼합부에서 혼합하여 전극용 슬러리를 연속식으로 제조하는 혼합 공정과,
    혼합 공정에서 제조된 상기 전극용 슬러리를 탱크부에 저류하는 저류 공정과,
    상기 탱크부 내의 상기 전극용 슬러리를 상기 도포 시공부에 송출하는 송출 공정과,
    상기 탱크부 내의 상기 전극용 슬러리를 상기 연속식 혼합부로 복귀시켜 다시 공급함으로써, 상기 연속식 혼합부로부터 상기 탱크부를 거쳐서 상기 연속식 혼합부에 다시 이르는 순환계에 상기 전극용 슬러리의 일부를 순환시켜, 상기 전극용 슬러리의 일부를 상기 연속식 혼합부에서 재혼합시키는 순환 공정을 갖는, 전극용 슬러리 공급 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연속식 혼합부에서 상기 탱크부로 보내지는 상기 전극용 슬러리에 포함되는 기포를 연속적으로 탈포하는 탈포 공정을 더 갖는, 전극용 슬러리 공급 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 혼합 공정에 있어서, 상기 연속식 혼합부는, 상기 전극용 슬러리에 대한 전단 속도가 1(1/sec) 이상으로 상기 전극용 슬러리를 혼합하는, 전극용 슬러리 공급 방법.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 연속식 혼합부에, 상기 고련 슬러리를 공급함과 함께, 상기 전극용 슬러리의 일부를 복귀시켜서 양자를 혼합하는, 전극용 슬러리 공급 방법.
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