KR101750203B1 - Method and apparatus for manufacturing of high density electrodes for reserve battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 방법 및 장치에 관한 것으로, 공융염이 포함된 분말(100)을 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 균일하게 충진하는 단계와 상기 금형(110) 및 하펀치(130)에 의해 형성되는 공간에 충진된 공융염이 포함된 분말(100)을 가열함과 동시에 상펀치로 가압하여 펠렛(P)을 성형하는 단계를 포함한다.
본 발명은 가열 성형으로 고밀도와 고강도, 성형 후 변형이 축소된 안정된 펠렛을 제조할 수 있으므로, 상기 펠렛으로 제작된 양극, 음극 및 전해질을 이용하여 고밀도, 고에너지 비축전지를 제조할 수 있는 이점이 있다.The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing an electrode for producing a high-density thermocouple, comprising the steps of uniformly filling a space formed by a mold and a lower punch with a powder (100) containing a eutectic salt, And heating the powder 100 containing the eutectic salt filled in the space formed by the punch 130 and pressing the powder 100 by the upper punch to form the pellets P. [
The present invention can produce stable pellets having high density, high strength and reduced deformation after molding by heat molding, and thus an advantage of manufacturing a high-density, high-energy non-battery using the positive electrode, negative electrode and electrolyte made of the pellet have.
Description
본 발명은 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비축전지(열전지)의 밀도 및 강도를 향상시키기 위한 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing an electrode for manufacturing a high-density thermocouple, and more particularly, to a method and apparatus for manufacturing an electrode for manufacturing a high-density thermocouple for improving the density and strength of a non-accumulator (thermal battery).
열활성화 방식의 비축전지(열전지)는 충전이 불가한 단발성 전지로, 상온에서 자가 방전(Self-discharge)의 전기적 용량 손실이 없어 10년 이상 장기간 보관이 가능한 전지를 말한다.A thermal activated non-storage battery (thermal battery) is a single cell that can not be charged. It is a self-discharge battery that can be stored for 10 years or longer because there is no electric capacity loss at room temperature.
보다 상세하게는, 비축전지는 전지 내의 착화기(Igniter)에 전기적 신호가 인가되면, 점화되어 전극 사이에 있는 열원을 발화시켜 고온(300~500℃) 상태의 양극과 음극 사이에 삽입되는 고체 상태의 전해질을 활성화시킴으로써 이온전도도를 활성화시키고 기전력을 발생시키는 전지로, 구조적 안정성 및 신뢰성이 우수한 전지이다.More specifically, when an electrical signal is applied to an igniter in a battery, the non-accumulator ignites a heat source between the electrodes to generate a solid state (300 to 500 ° C) inserted between the positive and negative electrodes Which activates ionic conductivity and generates an electromotive force. The battery is excellent in structural stability and reliability.
일반적으로 비축전지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 펠렛 또는 디스크 형태의 양극, 음극, 전해질 및 집전체가 적층된 형태로 이루어져 있으며, 전극 및 전해질은 분말상태의 재료를 이용하여 일축 가압 성형 방법을 활용하여 제조되고 있다.Generally, as shown in FIG. 1, a non-accumulator is formed by stacking a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte, and a current collector in the form of pellets or disks, and the electrode and the electrolyte are formed by a uniaxial pressing molding method .
양극과 음극은 양극 활물질과 리튬 합금의 음극 활물질로 원료 분말에 전해질과 동일 또는 유사한 염을 추가하여 바인더 역할을 하도록 하므로 펠렛 성형성 및 성능에 대한 향상을 도모하고 있다.The positive electrode and the negative electrode act as a binder by adding the same or similar salt to the raw material powder as the anode active material and the anode active material of the lithium alloy, thereby improving the pellet formability and performance.
이러한 비축전지는 전지에 대한 고출력의 장시간 운용 요구가 증가함에 따라 양극, 음극, 전해질의 고밀도를 위하여 동일 중량에서 더 얇은 두께로 성형이 이루어져야 한다. 그러나 이 경우, 두께/구경에 대한 비가 작아짐으로 인해 얇은 펠렛에 대한 상온 성형은 강도가 충분하지 못하게 되거나, 펠렛 성형 측면의 일부 흠이 생기거나, 성형 후 펠렛 구경이 팽창(Spring-back)되어 쉽게 파손되는 단점을 갖고 있다.Such non-storage batteries must be formed to have a thin thickness at the same weight for high density of the anode, cathode, and electrolyte as the demand for high output power for the battery increases. However, in this case, due to the reduction in the ratio to the thickness / diameter, the room temperature molding for the thin pellets may not be sufficient in strength, or may cause some scratches on the side of the pellet molding or may cause spring- It has a drawback that it is broken.
따라서 비축전지가 고밀도 고출력화 되기 위해서는 주어진 공간에 더 많은 전지의 기본 단위가 적층되도록 펠렛의 밀도와 강도가 증가하고, 성형 후 변형을 최소화하도록 하는 것이 필요하다.Therefore, it is necessary to increase the density and strength of the pellets so that the basic unit of the battery is stacked in a given space, and to minimize the deformation after molding in order for the non-battery to have high density and high output.
본 발명의 목적은 전극 제조 장치에 가열장치를 장착하여 전극의 공융염 가열에 적합한 온도로 상승시킴으로써 전지의 밀도 및 강도를 향상시키고 성형 후 변형을 최소화하도록 한 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 방법 및 장치를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide an electrode manufacturing method and apparatus for fabricating a high-density thermocapacitor that improves the density and strength of a battery and minimizes deformation after molding by mounting a heating device on the electrode manufacturing apparatus and raising the temperature to a temperature suitable for eutectic salt heating of the electrode .
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 공융염이 포함된 분말을 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 균일하게 충진하는 단계와 상기 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 충진된 공융염이 포함된 분말을 가열함과 동시에 상펀치로 가압하여 펠렛을 성형하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention for accomplishing the above object, the present invention provides a method for manufacturing a metal mold, comprising: filling a powder containing eutectic salt uniformly in a space formed by a mold and a lower punch; And heating the powder containing the eutectic salt filled in the space for forming the pellet by pressurizing with the upper punch.
상기 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 상기 공융염이 포함된 분말을 충진하기 전, 상기 금형 및 상기 상,하펀치를 공융염의 소결온도 이상으로 가열하는 단계를 더 포함한다.And heating the mold and the upper and lower punches to a temperature higher than the sintering temperature of the eutectic salt before filling the space formed by the mold and the lower punch with powder containing the eutectic salt.
상기 공융염의 소결온도 이상은 150~300℃ 범위이다.The sintering temperature or higher of the eutectic salt is in the range of 150 to 300 占 폚.
상기 공융염이 포함된 분말은, LiCl-KCl 염이 포함된 양극 분말, LiCl-KCl 염이 포함된 음극 분말, LiCl-KCl 염이 포함된 전해질 분말 분말, LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 양극 분말, LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 음극 분말 및 LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 전해질 분말 중 선택된 1종이다.The eutectic salt-containing powder includes a positive electrode powder containing a LiCl-KCl salt, a negative electrode powder containing a LiCl-KCl salt, an electrolyte powder containing a LiCl-KCl salt, a positive electrode containing a LiCl-LiBr- A negative electrode powder containing a LiCl-LiBr-LiF salt, and an electrolyte powder containing a LiCl-LiBr-LiF salt.
상기 공융염이 포함된 분말을 가열함과 동시에 상펀치로 가압하여 펠렛을 제조하는 단계에서, 상기 가압력은 60톤~70톤이고, 가열 및 가압시간은 30~50초 범위이다.In the step of heating the powder containing the eutectic salt and pressurizing with the upper punch to produce pellets, the pressing force is 60 to 70 tons, and the heating and pressing time is 30 to 50 seconds.
상호 협력하여 분말이 충진될 수 있는 공간을 형성하는 금형 및 하펀치와 상기 하펀치의 상부에서 승하강 가능하게 설치되고 상기 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 충진된 분말을 가압하여 펠렛을 성형하는 상펀치와 상기 금형, 상기 하펀치 및 상기 상펀치에 각각 구비되어 상기 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 충진된 분말을 가열하는 가열수단과 상기 금형, 상펀치 및 하펀치의 온도를 감지하는 온도감지수단과 상기 온도감지수단의 신호를 제공받아 상기 가열수단의 온도를 제어하는 온도제어장치을 포함한다.A mold and a lower punch forming a space in which powder can be filled with each other and a powder poured into a space formed by the mold and the lower punch, the punch being raised and lowered from the upper portion of the lower punch, A lower punch, and a lower punch; and heating means for heating the powder filled in the space defined by the mold and the lower punch, respectively, and a temperature sensing unit for sensing the temperature of the mold, the upper punch and the lower punch, And a temperature control device for receiving the signal of the temperature sensing means and controlling the temperature of the heating means.
상기 하펀치의 중앙에 코어핀이 돌출 형성된다.A core pin protrudes from the center of the lower punch.
상기 상펀치는 유압 또는 전기식 가압수단에 의해 가압력이 조절된다.The pressing force of the upper punch is adjusted by hydraulic or electric pressing means.
본 발명은 금형 및 상,하펀치를 공융염의 소결온도 이상으로 가열하고, 공융염이 포함된 분말을 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 균일하게 충진시킨 다음 공융염이 포함된 분말을 가압하면서 가열을 지속하여 펠렛을 성형하므로 고밀도와 고강도를 갖고 성형 후 변형이 축소된 안정된 펠렛을 제조할 수 있다. The present invention relates to a method for producing a metal mold by heating a mold and upper and lower punches at a temperature higher than the sintering temperature of the eutectic salt and uniformly filling the space containing the eutectic salt by a mold and a lower punch, The pellet is formed by continuing the heating, and stable pellets having high density and high strength and reduced deformation after molding can be produced.
따라서, 펠렛으로 제작된 양극, 음극 및 전해질을 이용하여 고밀도, 고에너지 비축전지를 제조할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, there is an effect that a high-density, high-energy non-battery can be manufactured using the positive electrode made of pellet, the negative electrode and the electrolyte.
도 1은 일반적인 열전지의 내부 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명의 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 방법을 보인 공정도.
도 3은 본 발명의 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 장치를 보인 구성도로, 상펀치가 상승한 상태를 보인 도면.
도 4는 본 발명의 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 장치를 보인 구성도로, 상펀치가 하강하여 공융염이 포함된 분말을 가압하는 상태를 보인 도면.
도 5는 LiCl-KCl 염이 포함된 전해질 분말의 가열 성형 결과를 보인 그래프.
도 6은 LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 전해질 분말의 가열 성형 결과를 보인 그래프.
도 7은 LiCl-KCl 염이 포함된 양극 분말의 가열 성형 결과를 보인 그래프.
도 8은 종래의 비축전지 전극 제조 방법을 보인 공정도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing an internal configuration of a conventional thermal battery. FIG.
2 is a process diagram showing an electrode manufacturing method for manufacturing a high-density thermocapacitor of the present invention.
FIG. 3 is a view showing an electrode manufacturing apparatus for manufacturing a high-density thermocouple according to the present invention, in which the upper punch is elevated. FIG.
FIG. 4 is a view showing an apparatus for manufacturing an electrode for manufacturing a high-density thermocapacitor according to the present invention, in which the upper punch is lowered to press a powder containing a eutectic salt. FIG.
FIG. 5 is a graph showing the results of heat molding of an electrolyte powder containing a LiCl-KCl salt. FIG.
6 is a graph showing the results of heat molding of an electrolyte powder containing LiCl-LiBr-LiF salt.
FIG. 7 is a graph showing the results of heat molding of a positive electrode powder containing a LiCl-KCl salt. FIG.
8 is a process chart showing a conventional method for manufacturing a non-battery electrode.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 방법은, 밀도 및 강도가 증가되고 성형 후 구경변형이 최소화되도록 한 펠렛 성형 방법이다.The electrode manufacturing method for manufacturing a high-density thermocapacitor of the present invention is a pellet forming method in which the density and strength are increased and the pore diameter after molding is minimized.
펠렛은 디스크 형태이며 펠렛을 성형하기 위한 분말 종류에 따라 비축전지의 양극, 음극 또는 전해질이 될 수 있다.The pellet is in the form of a disk and can be an anode, a cathode or an electrolyte of a non-accumulator depending on the kind of powder for forming the pellet.
고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 방법은, 공융염이 포함된 분말을 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 균일하게 충진하는 단계와, 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 충진된 공융염이 포함된 분말을 가열함과 동시에 상펀치로 가압하여 펠렛을 성형하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing an electrode for manufacturing a high-density thermocouple includes the steps of uniformly filling a space formed by a mold and a lower punch with a powder containing a eutectic salt, and a eutectic salt filled in a space formed by a mold and a lower punch And simultaneously pressurizing the powder with an upper punch to form the pellet.
금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간은 디스크 형태의 펠렛을 성형하도록 상부가 개방된 원통형으로 형성되며, 디스크의 내부 구경을 형성하도록 중앙에 코어핀이 돌출되어 있다. 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간의 상부를 상펀치가 하강하여 공융염이 포함된 분말을 가압하게 된다.The space formed by the mold and the lower punch is formed into a cylindrical shape with an open upper part to form a disc-shaped pellet, and a core pin protrudes in the center to form an inner diameter of the disc. The upper punch is lowered on the upper part of the space formed by the mold and the lower punch to press the powder containing the eutectic salt.
고밀도 및 고에너지의 비축전지를 제조하기 위해 펠렛이 기존 두께보다 얇아지는 고밀도와 고강도의 특성을 가져야 한다. 비축전지 구성요소인 양극과 음극은 성형성과 이온 전도 성능 향상을 위해 전해질과 유사한 LiCl-KCl 염 또는 LiCl-LiBr-LiF 염을 공융염으로 추가한다.In order to manufacture high density and high energy non-accumulators, the pellets must have high density and high strength characteristics that are thinner than the conventional thickness. The positive and negative electrodes, which are non-battery components, add an electrolyte-like LiCl-KCl salt or LiCl-LiBr-LiF salt as a eutectic salt to improve moldability and ion conduction performance.
그에 따라, 공융염이 포함된 분말은, LiCl-KCl 염이 포함된 양극 분말, LiCl-KCl 염이 포함된 음극 분말, LiCl-KCl 염이 포함된 전해질 분말, LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 양극 분말, LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 음극 분말 및 LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 전해질 분말 중 선택된 1종일 수 있다. Accordingly, the powder containing the eutectic salt can be obtained by mixing a positive electrode powder containing a LiCl-KCl salt, a negative electrode powder containing a LiCl-KCl salt, an electrolyte powder containing a LiCl-KCl salt, and a LiCl-LiBr- An anode powder, a cathode powder containing a LiCl-LiBr-LiF salt, and an electrolyte powder containing a LiCl-LiBr-LiF salt.
공융염이 포함된 분말의 가열은 금형 및 상,하펀치를 가열하여 수행한다.The heating of the powder containing the eutectic salt is carried out by heating the mold and the upper and lower punches.
금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 공융염이 포함된 분말을 충진하기 전, 금형 및 상,하펀치를 공융염의 소결온도 이상으로 가열하는 단계를 더 포함한다. The method further comprises heating the mold and the upper and lower punches to a sintering temperature of the eutectic salt before filling the space formed by the mold and the lower punch with the powder containing the eutectic salt.
공융염을 소결온도 이상으로 가열하면 소성변형이 쉽게 되고 점성이 생겨, 가열과 동시에 가압하면 분말을 구성하는 전극 활물질의 주변에 균일하게 도포되는 형식으로 재배열이 일어나는 작용을 하여 성형물의 기공을 줄이고 결합력에 의한 강도를 증가시키며 성형 후 변형을 감소시키는 작용을 함으로써 펠렛 성형성을 향상시키게 된다.When the eutectic salt is heated to a temperature higher than the sintering temperature, the plastic deformation is facilitated and a viscosity is generated. If the eutectic salt is pressurized at the same time as heating, the reorientation is performed in a form that is uniformly applied to the periphery of the electrode active material constituting the powder, It increases the strength by the bonding force and acts to reduce the deformation after molding, thereby improving the pellet formability.
구체적인 단계는, 도 2에 도시된 바와 같이, 공융염이 포함된 분말을 준비하고(S10), 금형 및 상,하펀치를 가열하고(S20), 상펀치를 상승시킨 후(S30), 공융염이 포함된 분말을 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 균일하게 충진시킨다(S40). 다음으로, 상펀치가 하강하여(S50) 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 충진된 공융염이 포함된 분말을 가압하면서 가열을 지속하여 펠렛을 성형한다(S60). 펠렛이 성형이 완료되면 펠렛을 방출한다(S70).Specifically, as shown in FIG. 2, a powder containing a eutectic salt is prepared (S10), the mold and the upper and lower punches are heated (S20), the upper punch is elevated (S30) Is uniformly filled in the space formed by the mold and the lower punch (S40). Next, the upper punch is lowered (S50), and the powder containing the eutectic salt filled in the space formed by the mold and the lower punch is pressed while molding is continued to form the pellet (S60). After the pellet is formed, the pellet is discharged (S70).
금형 및 상,하펀치의 가열은 공융염의 소결온도 이상인 150~300℃ 범위로 가열한다. 금형 및 상,하펀치의 가열에 의해 온도 안정화가 되면, 공융염이 포함된 분말을 가압하면서 가열을 지속하여 펠렛을 성형한다. The heating of the mold and the upper and lower punches is carried out at a temperature in the range of 150 to 300 ° C which is higher than the sintering temperature of the eutectic salt. When the temperature is stabilized by the heating of the mold and the upper and lower punches, the powder containing the eutectic salt is heated while being pressurized to form the pellets.
공융염이 포함된 분말의 가압 전 금형 및 상,하펀치의 가열을 선 수행하는 것은 균일한 가열온도 유지를 위한 것이다.The pre-pressurization of the powder containing the eutectic salt and the heating of the upper and lower punches are carried out for maintaining a uniform heating temperature.
금형 및 상,하펀치의 가열은 공융염의 소결온도 미만으로 수행하면 펠렛을 가열 및 성형한 후 기공이 줄어드는 효과가 미비하여 밀도와 강도를 증가시키기 어렵다. 소결온도 이상에서 300℃를 초과하는 범위는 공융염이 열분해를 일으켜 그 기능을 상실하게 될 수 있다.If the heating of the mold and the lower and upper punches is performed at a temperature lower than the sintering temperature of the eutectic salt, it is difficult to increase the density and the strength because the effect of reducing the pores after heating and molding the pellets is insufficient. Above the sintering temperature and above 300 캜, the eutectic salt may undergo pyrolysis to lose its function.
공융염이 포함된 분말을 가압하면서 가열을 지속하여 펠렛을 성형시, 가압력은 성형 하중 60톤~70톤 범위이고, 가열 및 가압시간은 30~50초 범위인 것이 바람직하다.When the pellets are continuously heated while pressurizing the powder containing the eutectic salt, the pressing force is preferably in the range of 60 to 70 tons of molding load, and the heating and pressing time is preferably in the range of 30 to 50 seconds.
가압력은 성형 하중 60톤 미만이면 성형성이 부족하고 기공을 줄이는 효과를 기대하기 어려우며, 70톤을 초과하면 과도한 압력으로 펠렛 성형 측면의 일부 흠이 생길 수 있다.If the molding load is less than 60 tons, the molding force is insufficient and the effect of reducing the pore can not be expected. If the molding pressure is over 70 tons, excessive pressure may cause some defects on the side of the pellet molding.
가열 및 가압시간은 30초 미만이면 성형성이 부족할 수 있고 50초를 초과하면 그 효과가 포화된다.If the heating time and the pressing time are less than 30 seconds, the formability may be insufficient. If the heating time and the pressing time are more than 50 seconds, the effect is saturated.
상술한 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 방법을 위한 장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 금형(110), 상,하펀치(120,130), 가열수단(200), 온도감지수단(300), 온도제어장치(340)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the apparatus for manufacturing the high-density thermocouple includes a
금형(110) 및 하펀치(130)가 상호 협력하여 분말(100)이 충진될 수 있는 공간을 형성한다. 분말(100)은 공융염이 포함된 분말이다. 공융염이 포함된 분말(100)이 충진될 수 있는 공간은 디스크 형태의 펠렛(P)을 성형하도록 상부가 개방된 원통형으로 형성된다. The
하펀치(130)는 중앙에 코어핀(140)이 돌출되어 있다. 코어핀(140)은 디스크 형태로 제조되는 펠렛(P) 내부 구경을 형성하기 위한 것이다. 코어핀(140)은 하펀치(130)의 중앙에 배치되고 하단이 스프링(145)에 지지되어 상펀치(120)의 가압력에 의해 하부 이동 가능하도록 구성됨이 바람직하다. The lower punch 130 has a
금형(110) 및 하펀치(130)는 금형지지 베드(150)에 하부가 지지된다.The
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상펀치(120)는 하펀치(130)의 상부에서 승하강 가능하게 설치되고 금형(110) 및 하펀치(130)에 의해 형성되는 공간에 충진된 분말(100)을 가압하여 펠렛(P)을 성형한다. 즉, 금형(110) 및 상,하펀치(120,130)가 상호 협력하여 펠렛(P)을 성형하게 된다. 3 and 4, the
가열수단(200)은 균일한 가열을 위해 금형(110), 하펀치(130) 및 상펀치(120)에 각각 구비되며, 금형(110) 및 하펀치(130)에 의해 형성되는 공간에 충진된 분말(100)을 가열한다. 가열수단(200)은 금형(110), 하펀치(130) 및 상펀치(120)에 각각 매립된 금형 가열히터(210), 하펀치 가열히터(230) 및 상펀치 가열히터(220)일 수 있다. The heating means 200 is provided in the
온도감지수단(300)은 금형(110), 상펀치(120) 및 하펀치(130)의 온도를 감지한다. 온도감지수단(300)은 금형(110)에 구비된 금형 온도감지센서(310), 하펀치(130)에 구비된 하펀치 온도감지센서(330), 상펀치(120)에 구비된 상펀치 온도감지센서(320)를 포함한다. The temperature sensing means 300 senses temperatures of the
금형(110), 상펀치(120), 하펀치(130)에 각각 구비되는 가열수단(200) 및 온도감지수단(300)은 독립적으로 온도제어를 수행하여 동일한 온도로 제어되게 하기 위한 것이다. 이는 공융염이 포함된 분말(100)의 균일한 가열을 위한 것이다. The heating means 200 and the temperature sensing means 300 provided in the
공융염이 포함된 분말(100)의 소결온도 이상 균일 가열은 공융염이 분말을 구성하는 전극 활물질의 주변에 균일하게 분포되어 도포되는 형성으로 재배열이 일어나는 작용을 하여, 성형물의 기공을 줄이고 결합력에 의해 강도를 증가시키며 성형 후 변형을 감소시키는 작용을 한다. The uniform heating of the
온도제어장치(340)는 온도감지수단(300)의 신호를 제공받아 가열수단(200)의 온도를 제어하는 역할을 한다. The
상펀치(120)는 유압 또는 전기식 가압수단(160)에 의해 가압력이 조절된다. 상펀치(120)의 가압력을 제어하기 위해 유압 또는 전기식 가압수단(160)의 작동을 제어하는 압력제어장치(350)를 더 포함한다.The
이하 본 발명의 실시예를 비교예와 대비하여 설명하기로 한다. 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 하기의 실시예가 본 발명을 한정하는 것은 아님을 밝혀둔다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in comparison with Comparative Examples. It is to be understood that the following examples are illustrative of the present invention and that the following examples do not limit the present invention.
[실시예 1][Example 1]
실시예 1은, LiCl-KCl 염이 포함된 전해질 분말을 준비하고, 금형 및 상,하펀치를 가열하고, 상펀치를 상승시킨 후, LiCl-KCl 염이 포함된 전해질 분말을 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 균일하게 충진시킨 다음, 상펀치가 하강하여 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 충진된 LiCl-KCl 염이 포함된 전해질 분말을 가압하면서 가열을 지속하여 펠렛을 성형하도록 하였다.In Example 1, an electrolyte powder containing a LiCl-KCl salt was prepared, the mold and the upper and lower punches were heated, the upper punch was elevated, and the electrolyte powder containing the LiCl-KCl salt was placed in a mold and a lower punch The pellet was then formed by continuously heating the electrolyte powder including the LiCl-KCl salt filled in the space formed by the mold and the lower punch while pressurizing the upper punch.
LiCl-KCl 염이 포함된 전해질 분말은 질량비로 LiCl-KCl 염이 55%, 전해질 분말(MgO)가 45%인 것을 사용하였다. The electrolytic powder containing LiCl-KCl salt was used in which the LiCl-KCl salt was 55% and the electrolyte powder (MgO) was 45% by mass ratio.
가압력은 성형 하중 60톤, 가압 및 가열 지속시간은 40초이고, LiCl-KCl 염에 대한 소결온도는 150℃ 이상으로, 금형 및 상,하펀치를 170℃로 가열하여 펠렛을 성형하였다. The sintering temperature for the LiCl-KCl salt was 150 ° C or higher, and the mold and the upper and lower punches were heated to 170 ° C to form pellets.
도 5에는 LiCl-KCl 염이 포함된 전해질 분말의 가열온도에 따른 가열 성형 결과가 나타나 있다.FIG. 5 shows the result of heat molding according to the heating temperature of the electrolyte powder containing LiCl-KCl salt.
도 5에 도시된 바에 의하면, 170℃로 가열 성형한 경우 상온(20℃)으로 가열 성형한 경우 대비 염의 입자 변형에 의해 분리막 역할을 하는 MgO 주위에 균일하게 잘 분포되고 기공을 줄여 밀도는 11% 이상, 강도는 62% 이상 증가하고, 구경에 대한 스프링 백은 30% 이내로 감소하는 효과를 가져와 고밀도 고강도를 가지면서 성형 후 변형이 적은 펠렛 제작이 가능한 결과를 가져왔다.According to FIG. 5, when heat molded at 170 ° C, it is uniformly distributed around MgO, which acts as a separator due to the deformation of particles of comparative salt when heated at room temperature (20 ° C) Or more, the strength is increased by 62% or more, and the springback to the diameter is reduced to 30% or less, resulting in a pellet having high density and high strength and little deformation after molding.
[실시예 2][Example 2]
실시예 2는, LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 전해질 분말을 준비하고, 금형 및 상,하펀치를 가열하고, 상펀치를 상승시킨 후, LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 전해질 분말을 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 균일하게 충진시킨 다음, 상펀치가 하강하여 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 충진된 LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 전해질 분말을 가압하면서 가열을 지속하여 펠렛을 성형하도록 하였다.In Example 2, an electrolyte powder containing a LiCl-LiBr-LiF salt was prepared, the mold and upper and lower punches were heated, the upper punch was elevated, and then an electrolyte powder containing a LiCl-LiBr- And the lower punch. Then, the upper punch is lowered, and the electrolyte powder containing the LiCl-LiBr-LiF salt filled in the space formed by the mold and the lower punch is continuously heated while being pressurized The pellets were allowed to form.
LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 전해질 분말은 질량비로 LiCl-LiBr-LiF 염이 55%, 전해질 분말(MgO)가 45%인 것을 사용하였다. The electrolyte powder containing LiCl-LiBr-LiF salt had a mass ratio of LiCl-LiBr-LiF salt of 55% and electrolyte powder (MgO) of 45%.
가압력은 성형 하중 60톤, 가압 및 가열 지속시간은 40초이고, LiCl-LiBr-LiF 염에 대한 소결온도는 200℃ 이상으로, 금형 및 상,하펀치를 230℃로 가열하여 펠렛을 성형하였다. The sintering temperature for the LiCl-LiBr-LiF salt was 200 DEG C or higher, and the mold and the upper and lower punches were heated to 230 DEG C to form pellets.
도 6에는 LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 전해질 분말의 가열온도에 따른 가열 성형 결과가 나타나 있다.FIG. 6 shows the result of heat molding according to the heating temperature of the electrolyte powder containing LiCl-LiBr-LiF salt.
도 6에 도시된 바에 의하면, 230℃로 가열 성형한 경우 상온(20℃)으로 가열 성형한 경우 대비 염의 입자 변형에 의해 분리막 역할을 하는 MgO 주위에 균일하게 잘 분포되고 기공을 줄여 밀도는 6% 이상, 강도는 72% 이상 증가하고, 구경에 대한 스프링 백은 30% 이내로 감소하는 효과를 가져와 고밀도 고강도를 가지면서 성형 후 변형이 적은 펠렛 제작이 가능한 결과를 가져왔다.As shown in FIG. 6, in the case of heat molding at 230 ° C., the powder is uniformly distributed around MgO, which acts as a separator due to particle deformation of the comparative salt when heated at room temperature (20 ° C.) , The strength increased by more than 72%, and the springback to the diameter was reduced to within 30%, resulting in a pellet having a high density and high strength while having little deformation after molding.
[실시예 3][Example 3]
실시예 3는, LiCl-KCl 염이 포함된 양극 분말을 준비하고, 금형 및 상,하펀치를 가열하고, 상펀치를 상승시킨 후, LiCl-KCl 염이 포함된 양극 분말을 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 균일하게 충진시킨 다음, 상펀치가 하강하여 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 충진된 LiCl-KCl 염이 포함된 양극 분말을 가압하면서 가열을 지속하여 펠렛을 성형하도록 하였다.In Example 3, a positive electrode powder containing a LiCl-KCl salt was prepared, the mold and upper and lower punches were heated, the upper punch was elevated, and a positive electrode powder containing a LiCl-KCl salt was placed in a mold and a lower punch The pellet was formed by continuously heating the positive electrode powder containing the LiCl-KCl salt filled in the space formed by the mold and the lower punch while pressurizing the upper punch.
LiCl-KCl 염이 포함된 양극 분말은 질량비로 LiCl-KCl 염이 16.25%, FeS2 73.5%, MgO가 8.75%, Li2O가 1.5%인 것을 사용하였다. The positive electrode powder containing LiCl-KCl salt had a mass ratio of LiCl-KCl salt of 16.25%, FeS 2 of 73.5%, MgO of 8.75% and Li 2 O of 1.5%.
가압력은 성형 하중 60톤, 가압 및 가열 지속시간은 40초이고, LiCl-KCl 염에 대한 소결온도는 150℃ 이상으로, 금형 및 상,하펀치를 150℃ 이상으로 가열하여 펠렛을 성형하였다. The sintering temperature for the LiCl-KCl salt was 150 ° C or higher, and the mold and the upper and lower punches were heated to 150 ° C or higher to form pellets.
도 7에는 LiCl-KCl 염이 포함된 양극 분말의 가열온도에 따른 가열 성형 결과가 나타나 있다.FIG. 7 shows the result of heat molding according to the heating temperature of the positive electrode powder containing LiCl-KCl salt.
도 7에 도시된 바에 의하면, 150℃ 이상으로 가열 성형한 경우에 염의 입자 변형과 점성에 의해 염의 입자가 양극 활물질인 FeS2 주위에 균일하게 잘 분포하여 도포되는 형식으로 재배열을 일어나는 작용을 하여 기공을 줄여, 250℃에서 밀도는 20% 이상, 강도는 2배 이상 증가하고, 구경에 대한 스프링 백은 80% 이내로 감소하는 효과를 가져와 고밀도 고강도를 가지는 양극 제조가 가능한 결과를 가져왔다. As shown in FIG. 7, when the particles are heat-molded at 150 ° C or higher, the particles of the salt are converted into FeS 2 The density is 20% or more at 250 ° C, the strength is increased more than 2 times, and the springback to the diameter is reduced to 80% or less Resulting in the production of a cathode having high density and high strength.
[비교예 1][Comparative Example 1]
비교예 1은, LiCl-KCl 염이 포함된 전해질 분말을 준비하고, 상펀치를 상승시킨 후, LiCl-KCl 염이 포함된 전해질 분말을 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 균일하게 충진시킨 다음, 상펀치가 하강하여 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 충진된 LiCl-KCl 염이 포함된 전해질 분말을 가압하여 펠렛을 성형한 것이다.In Comparative Example 1, an electrolyte powder containing a LiCl-KCl salt was prepared, the upper punch was elevated, and an electrolyte powder containing a LiCl-KCl salt was uniformly filled in a space formed by a mold and a lower punch And the electrolyte pellet is formed by pressurizing the electrolyte powder containing the LiCl-KCl salt filled in the space formed by the mold and the lower punch.
가압력은 성형 하중 60톤, 성형온도는 상온(20℃)과 100℃에서 수행하였으며, 100℃에서 가압 및 가열 지속시간은 40초이다. The pressing force was 60 ton of forming pressure, the forming temperature was room temperature (20 ℃) and 100 ℃, and pressurization and heating duration at 100 ℃ was 40 seconds.
LiCl-KCl 염이 포함된 전해질 분말은 질량비로 LiCl-KCl 염이 55%, 전해질 분말(MgO)가 45%인 것을 사용하였다. The electrolytic powder containing LiCl-KCl salt was used in which the LiCl-KCl salt was 55% and the electrolyte powder (MgO) was 45% by mass ratio.
비교예 1의 결과는 도 5의 20℃와 100℃에서 성형한 펠렛의 강도, 상대밀도, 드프링 백 결과에서 확인된다. The results of Comparative Example 1 are confirmed from the strength, relative density, and drooping back results of the pellets molded at 20 캜 and 100 캜 shown in Fig.
도 5에 도시된 바에 의하면, 100℃ 이하로 가열 성형한 경우 염 입자의 압축 변형에 의해 기공이 약간 줄어 상온에 비하여 밀도와 강도가 실시예 1의 절반 가량 증가하였다. As shown in FIG. 5, in the case of heat molding at 100 ° C or less, pores were slightly decreased due to compressive deformation of the salt particles, and the density and the strength were increased by half as compared with the room temperature.
[비교예2][Comparative Example 2]
비교예 2는 LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 전해질 분말을 준비하고, 상펀치를 상승시킨 후, LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 전해질 분말을 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 균일하게 충진시킨 다음, 상펀치가 하강하여 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 충진된 LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 전해질 분말을 가압하여 펠렛을 성형한 것이다.In Comparative Example 2, an electrolyte powder containing a LiCl-LiBr-LiF salt was prepared, and after the upper punch was elevated, an electrolyte powder containing a LiCl-LiBr-LiF salt was uniformly dispersed in a space formed by a mold and a lower punch And then the upper punch is lowered to form a pellet by pressurizing the electrolyte powder containing LiCl-LiBr-LiF salt filled in the space formed by the mold and the lower punch.
가압력은 성형 하중 60톤, 성형온도는 상온(20℃)과 100℃에서 수행하였으며, 100℃에서 가압 및 가열 지속시간은 40초이다. The pressing force was 60 ton of forming pressure, the forming temperature was room temperature (20 ℃) and 100 ℃, and pressurization and heating duration at 100 ℃ was 40 seconds.
LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 전해질 분말은 질량비로 LiCl-LiBr-LiF 염이 55%, 전해질 분말(MgO)가 45%인 것을 사용하였다. The electrolyte powder containing LiCl-LiBr-LiF salt had a mass ratio of LiCl-LiBr-LiF salt of 55% and electrolyte powder (MgO) of 45%.
비교예 2의 결과는 도 6의 20℃와 100℃에서 성형한 펠렛의 강도, 상대밀도, 드프링 백 결과에서 확인된다. The results of Comparative Example 2 are confirmed from the strength, relative density, and drooping-back results of the pellets molded at 20 ° C and 100 ° C in Fig.
도 6에 도시된 바에 의하면, 150℃ 이하로 가열 성형한 경우 염 입자의 압축 변형에 의해 기공이 줄어 압축되며 상온에 비하여 밀도는 1.5%, 강도는 34% 증가하고, 스프링 백은 40% 정도 감소하였다. 6, the pores are compressed and deformed by compressive deformation of the salt particles when heated to a temperature of 150 ° C or less. The density is increased by 1.5%, the strength is increased by 34%, and the springback is reduced by about 40% Respectively.
실시예와 비교예의 결과로부터, 금형, 상,하펀치를 150~250℃ 구간으로 가열한 다음, LiCl-KCl 염이 포함되는 양극, 음극 및 전해질 분말을 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 균일하게 충진시키고, 가압, 가열 성형하는 펠렛이 기존 성형되는 펠렛에 비하여, 밀도는 20%, 강도는 2배 이상 증가하며, 구경(외경)에 대한 스프링 백은 절반 이하로 줄어드는 것을 확인할 수 있었다.From the results of the examples and the comparative example, the mold, the upper and lower punches were heated to 150 to 250 ° C, and then the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte powder containing the LiCl-KCl salt were uniformly dispersed in the space formed by the mold and the lower punch The density and the springback of the pellet are increased by 20% and 2 times or more, respectively, compared with the conventional pellets.
또한, 금형, 상,하펀치를 150~250℃ 구간으로 가열한 다음, LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 양극, 음극 및 전해질 분말을 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 균일하게 충진시키고, 가압, 가열 성형하는 펠렛이 기존 성형되는 펠렛에 비하여, 밀도는 8%, 강도는 2배 이상 증가하며, 구경(외경)에 대한 스프링 백은 절반 이하로 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. Further, the mold, the upper and lower punches were heated to 150 to 250 ° C., and the positive electrode, the negative electrode and the electrolyte powder containing the LiCl-LiBr-LiF salt were uniformly filled in the space formed by the mold and the lower punch, Compared with conventional pellets, pellets subjected to pressurization and heat molding have a density of 8%, a strength of more than 2 times, and a springback to a diameter (outer diameter) of less than half.
따라서 고밀도와 고강도를 가지면서 성형 후 변형이 축소되고 성형성이 향상된 안정된 펠렛을 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that stable pellets having high density and high strength, reduced deformation after molding, and improved moldability can be produced.
이와 같이, 본 실시예는 분말에 포함되는 공융염의 유동성과 코팅 특성을 충분히 이용한 것으로, 성형시 금형 및 상,하펀치를 공융염의 소결 시작 온도 이상으로 가열하고 공융염이 포함된 분말을 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 균일하게 충진시킨 다음 공융염이 포함된 분말을 가압 및 가열하므로 양극 및 음극 활물질에 공융염이 균일하게 코팅된 펠렛을 성형할 수 있고, 그에 따라 고밀도와 고강도를 갖고 성형 후 변형이 축소된 안정된 펠렛을 제조할 수 있는 것이다.As described above, this embodiment fully utilizes the fluidity and coating characteristics of the eutectic salt contained in the powder. It is preferable that the mold and the upper and lower punches are heated to a temperature not lower than the sintering start temperature of the eutectic salt during molding, It is possible to form pellets uniformly coated with a eutectic salt in the positive and negative active materials, thereby forming a pellet having a high density and a high strength, It is possible to produce stabilized pellets with reduced post-strain.
결과적으로, 가열 성형 방법으로 펠렛으로 제조된 양극, 음극, 전해질을 이용하여 고밀도 고에너지 비축전지를 제조할 수 있으며, 비축전지의 비출력을 증가시킬 수 있다. As a result, it is possible to manufacture a high-density high-energy non-battery using a positive electrode made of pellets, a negative electrode, and an electrolyte by the heat molding method, and the specific power of the non-battery can be increased.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다. The scope of the present invention is not limited to the embodiments described above, but may be defined by the scope of the claims, and those skilled in the art may make various modifications and alterations within the scope of the claims It is self-evident.
100: (공융염이 포함된) 분말 110: 금형
120: 상펀치 130: 하펀치
140: 코어핀 145: 스프링
150: 금형지지 베드 160: 유압 또는 전기식 가압수단
200: 가열수단 210: 금형 가열히터
220: 상펀치 가열히터 230: 하펀치 가열히터
300: 온도감지수단 310: 금형 온도감지센서
320: 상펀치 온도감지센서 330: 하펀치 온도감지센서
340: 온도제어장치 350: 압력제어장치
P: 펠렛100: powder (including eutectic salt) 110: mold
120: upper punch 130: lower punch
140: core pin 145: spring
150: mold supporting bed 160: hydraulic or electric pressing means
200: heating means 210: mold heating heater
220: upper punch heating heater 230: lower punch heating heater
300: Temperature sensing means 310: Mold temperature sensing sensor
320: Upper punch temperature sensor 330: Lower punch temperature sensor
340: Temperature control device 350: Pressure control device
P: Pellet
Claims (8)
상기 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 충진된 공융염이 포함된 분말을 가열함과 동시에 상펀치로 가압하여 펠렛을 성형하는 단계;를 포함하며,
상기 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 상기 공융염이 포함된 분말을 충진하기 전,
상기 금형 및 상기 상,하펀치를 공융염의 소결온도 이상으로 가열하는 단계를 더 포함하고,
상기 공융염의 소결온도 이상은 150~300℃ 범위이며,
상기 공융염이 포함된 분말은,
LiCl-KCl 염이 포함된 양극, LiCl-KCl 염이 포함된 음극, LiCl-KCl 염이 포함된 전해질 분말, LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 양극, LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 음극 및 LiCl-LiBr-LiF 염이 포함된 전해질 분말 중 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 방법.Uniformly filling the powder containing the eutectic salt in a space formed by a mold and a lower punch; And
Heating the powder containing the eutectic salt filled in the space formed by the mold and the lower punch and pressing the powder with an upper punch to mold the pellet,
Before filling the space formed by the mold and the lower punch with the powder containing the eutectic salt,
Further comprising the step of heating the mold and the upper and lower punches to a sintering temperature of the eutectic salt or higher,
The sintering temperature or more of the eutectic salt is in the range of 150 to 300 占 폚,
The eutectic salt-
An anode containing LiCl-KCl salt, a cathode containing LiCl-KCl salt, an electrolyte powder containing LiCl-KCl salt, a cathode containing LiCl-LiBr-LiF salt, a cathode containing LiCl-LiBr- And LiCl-LiBr-LiF salt. 2. A method for manufacturing a high-density thermocouple according to claim 1,
상기 공융염이 포함된 분말을 가열함과 동시에 상펀치로 가압하여 펠렛을 제조하는 단계에서,
가압력은 60톤~70톤이고, 가열 및 가압시간은 30~50초인 것을 특징으로 하는 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 방법.The method according to claim 1,
In the step of heating the powder containing the eutectic salt and pressurizing with the upper punch to produce pellets,
Wherein the pressing force is 60 to 70 tons, and the heating and pressing time is 30 to 50 seconds.
상기 하펀치의 상부에서 승하강 가능하게 설치되고 상기 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 충진된 공융염이 포함된 분말을 가압하여 펠렛을 성형하는 상펀치;
상기 금형, 상기 하펀치 및 상기 상펀치에 각각 구비되어 상기 금형 및 하펀치에 의해 형성되는 공간에 충진된 공융염이 포함된 분말을 가열하는 가열수단;
상기 금형, 상펀치 및 하펀치의 온도를 감지하는 온도감지수단; 및
상기 온도감지수단의 신호를 제공받아 상기 공간에 충진된 공융염이 포함된 분말의 소결온도 이상 균일 가열을 위해 상기 금형, 상기 하펀치 및 상기 상펀치에 각각 구비되는 상기 가열수단의 온도를 독립적으로 제어하는 온도제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 장치.A mold and a lower punch for mutually cooperating to form a space in which powder containing eutectic salt can be filled;
An upper punch which is installed upward and downward from the lower punch and presses a powder containing eutectic salt filled in a space formed by the mold and the lower punch to form a pellet;
Heating means provided in the mold, the lower punch and the upper punch to heat the powder containing the eutectic salt filled in the space defined by the mold and the lower punch;
Temperature sensing means for sensing temperatures of the mold, the upper punch and the lower punch; And
The temperature of the heating means provided in each of the mold, the lower punch and the upper punch is independently controlled to uniformly heat the sintering temperature of the powder containing the eutectic salt filled in the space by the signal of the temperature sensing means And a temperature control device for controlling the temperature of the high-density thermocouple.
상기 하펀치의 중앙에 코어핀이 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 장치.The method of claim 6,
And a core pin protrudes from the center of the lower punch.
상기 상펀치는 유압 또는 전기식 가압수단에 의해 가압력이 조절되는 것을 특징으로 하는 고밀도 열전지 제작을 위한 전극 제조 장치.The method of claim 6,
Wherein the pressing force of the upper punch is controlled by hydraulic or electric pressing means.
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