KR20000006809U - 이차전지의 활물질 슬러리 제조장치 - Google Patents

Abstract

목적 : 이차전지의 활물질 슬러리 제조장치에 관한 것으로, 특히 활물질과 도전제의 혼합 불량에 의해 극판에서 2차 입자가 발생하고, 전도도가 저하되는 것을 해결하고자 한다.

구성 : 전극 활물질과 도전제 및 결착제를 혼합하고 교반하여 전극의 활물질 슬러리를 제조함에 있어서, 전극 활물질과 도전제 및 결착제가 투입될 용기(8)를 모터(22)에 의해 자전하는 회전판(18)의 상부에 설치하고, 상기 회전판을 선반(16)의 상부에 회전 가능하게 설치하는 것이며, 상기 용기의 내부에는 일측으로 편심되어 별도 모터(14)에 의해 자전하는 회전 날(10)을 설치한다.

효과 : 상기와 같이 구성된 활물질 슬러리 제조장치는 회전 날이 자전하고, 그 회전 날에 대하여 용기가 공전하는 것에 의거하여, 활물질과 도전제의 혼합이 잘 이루어지도록 하고 재료의 2차 입자 생성을 방지할 수 있으며, 도전제의 분산성을 높여 극판의 전도도가 향상되도록 할 수 있다.

Description

이차전지의 활물질 슬러리 제조장치

본 고안은 이차전지의 활물질 슬러리 제조장치에 관한 것으로서, 특히 도전제의 분산 및 활물질과의 혼합이 잘 이루어지도록 하여, 극판의 2차 입자(또는 덩어리) 생성을 방지하고 전도도를 높일 수 있도록 하는데 적합하게 이용될 수 있는 이차전지의 활물질 슬러리 제조장치에 관한 것이다.

이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로, 대표적으로 니켈수소(Ni-MH)전지, 리튬(Li)전지 및 리튬이온(Li-ion)전지가 사용되고 있다.

여기서 니켈수소전지는 양극으로 금속산화물이 사용되고 음극으로 수소저장합금이 사용되어서, 충전시 양극에서 발생된 수소가 음극의 수소저장합금에 의해 흡수되고 방전시 전해액 내로 방출되므로, 전지의 충·방전이 이루어지도록 하는 것이다.

이러한 니켈수소전지의 구조는 시트(sheet)상으로 된 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 함께 나선형으로 권취하여 전극부를 구성하고, 이것을 캔의 내부에 수납하되 부극과 캔이 전기적으로 연결되게 하며, 그 내부에는 전해액을 주입하고, 캔의 상측 개구에는 캡 어셈블리를 설치하되 먼저 정극에서 인출된 탭 단자를 캡 어셈블리의 저면에 용접하여 전기적으로 연결되게 한 다음, 이것을 가스켓의 내주면 테두리에 삽입하고 캔의 상부를 크림핑하여 밀봉함으로써 이루어진다.

여기서 정극 및 부극과 같은 전극(電極)은 전지의 종류에 따라 다소 차이는 있지만, 금속산화물 및 수소저장합금으로 된 활물질과 도전제 및 결착제(부극의 경우)를 혼합 및 교반하여 활물질 슬러리를 만들고, 이것을 집전체의 양면에 도포한 다음, 건조 및 롤 프레스하고 소정의 크기로 절단하여 제조하고 있다.

이 경우에 도전제는 활물질과의 도전성 네트워크를 형성하게 되는 바, 이것은 도전제의 분산 정도에 따라 그 전도도에 중대한 영향을 미치게 된다. 이에 따라 종래에는 자전 및 공전하는 회전 날을 용기의 내부에 편심되게 배치하여 교반기를 구성하고, 여기에 활물질과 도전제 및 결착제를 투입하여 도전제의 분산성을 좋게하고 있다.

그러나 지금까지 알려진 교반기에 있어서 자전만 하도록 고정된 회전 날(2)은 도 3과 같이 용기(4)의 일측에 편심되어 그 회전력이 도달하지 않는 영역(6)이 존재하게 되므로, 도전제의 분산 및 교반 효과가 저조한 문제점이 있다. 따라서 회전력이 미치지 않는 영역(6)의 도전제 및 활물질은 재료가 뭉쳐 몰리게 되고, 극판 도포시 불량한 2차 입자를 발생시키게 된다.

또한 자전과 공전을 동시에 하는 회전 날의 경우에는 용기이 바닥을 긁어주는 장치를 추가하여 도전제나 활물질의 뭉침을 방지할 수 있지만, 그 효과에 비하여 설비가 고가이기 때문에 실용화가 어려운 문제점이 있다.

본 고안은 상술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 도전제와 활물질의 혼합이 잘 이루어지도록 하는 방안으로 설비를 개선하여, 극판의 2차 입자 생성을 방지하고 전도도를 높이면서도, 설비비용을 낮출 수 있도록 한 이차전지의 활물질 슬러리 제조장치를 제공함에 그 목적을 두고 있다.

이를 위하여 본 고안은 전극 활물질과 도전제 및 결착제를 혼합하고 교반하여 전극의 활물질 슬러리를 제조함에 있어서, 전극 활물질과 도전제 및 결착제가 투입될 용기를 모터에 의해 자전하는 회전판의 상부에 설치하고, 상기 회전판을 선반의 상부에 회전 가능하게 설치하는 것이며, 상기 용기의 내부에는 일측으로 편심되어 별도 모터에 의해 자전하는 회전 날 또는 회전 봉을 설치한 구성으로 이루어진다.

이에 따라 본 고안의 활물질 슬러리 제조장치 즉, 교반기는 회전 날 또는 회전 봉이 자전하고, 그 회전 날 또는 회전 봉에 대하여 용기가 공전하는 작용에 의거하여, 활물질과 도전제의 혼합이 잘 이루어지도록 하고 재료의 2차 입자 생성을 방지할 수 있으며, 도전제의 분산성을 높여 극판의 전도도가 향상되도록 한다.

또한 본 고안의 교반기는 용기를 회전시키기 위한 모터를 설치하는 간단한 구성으로 이루어지므로 저렴한 비용으로 설치가 가능하게 된다.

도 1은 본 고안의 활물질 슬러리 제조장치를 보인 단면도.

도 2는 본 고안의 배치 구조를 보인 평면 구성도.

도 3은 종래 공지된 활물질 슬러리 제조장치의 평면 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

8-용기 10-회전 날

14-모터 16-선단

18-회전판 22-모터

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 고안의 활물질 슬러리 제조장치의 종단면 구성을 나타내고 있으며, 도 2는 도 1의 개략적인 평면 구성을 보여주고 있다.

도면에서와 같이 본 고안에 의한 이차전지의 활물질 슬러리 제조장치는 금속산화물 및 수소저장합금으로 된 활물질과 도전제 및 결착제(부극의 경우)를 함께 투입하여 혼합 및 교반하기 위한 용기(8)를 갖추고 있다.

용기(8)의 내부에는 투입된 재료를 교반하기 위하여 회전 날(10) 또는 회전 봉이 설치된다. 이것은 회전축(12)을 이용하여 모터(14)에 연결되는 것이며, 모터(14) 구동에 의해 자전하고, 도 2에 도시한 바와 같이 용기(8) 내부에서 일측으로 편심 설치되는 것이며, 별도의 지지수단에 의해 고정되지만 도면에서는 생략하고 있다.

용기(8)는 베이스 선반(16)의 상부에 회전 가능하게 놓여진 회전판(18)의 상부에 설치된다. 회전판(18)은 구동 축(20)을 이용하여 선반(16)의 내측 상부에 고정된 모터(22)에 연결되는 것이며, 그 모터(22)의 구동에 의해 자전하고, 회전 날(10) 또는 회전 봉의 자전에 대하여 공전하게 된다.

용기(8)는 회전 날(10) 또는 회전 봉의 자전에 대한 공전 반경을 조정할 수 있도록 하기 위하여, 회전판(18) 상에서 좌, 우 방향(도 1 참조)으로 이동할 수 있으며, 그 공전 반경의 조정 후 고정된다. 용기(8)의 공전 반경은 회전 날(10) 또는 회전 봉의 회전력이 미치지 않는 영역을 조정하여, 재료의 균일하고 고른 혼합 및 분산이 이루어지도록 하기 위한 것이다.

용기(8) 및 회전 날(10) 또는 회전 봉의 속도는 각각 별도의 모터(14)(22)에 의해 조절된다.

이렇게 구성된 본 고안의 활물질 슬러리 제조장치 즉, 교반기는 회전 날(10) 또는 회전 봉의 자전과 그 회전 날 또는 회전 봉에 대한 용기(8)의 공전 작용에 의하여, 재료 특히 활물질과 도전제의 혼합이 잘 이루어지도록 하고, 재료의 2차 입자 생성을 방지할 수 있다. 또 도전제의 분산성을 높이므로 극판의 전도도를 향상시킬 수 있게 된다.

[표 1]은 본 고안과 종래 기술에 의한 활물질 슬러리 제조 공정을 비교 실험한 것이다. 모터의 회전 속도와 작업 시간은 재료의 혼합 및 분산 특성에 영향을 미치는 것이지만, 본 실험에서는 동일 회전 속도에서 활물질 슬러리의 제조가 완료되는 시점까지의 시간과, 그때의 2차 입자 생성 및 그 활물질 슬러리를 이용하여 제조한 극판의 이용률을 측정한 것이다.

구 분	종래 기술	본 고안	비 고
작업 시간	120 분	30 분	25％로 단축
2차 입자(바닥 잔유물)	유	무
극판 이용률	99％	103％

[표 1]을 통하여 알 수 있는 바와 같이 본 고안에 의한 활물질 슬러리는 30 분의 교반으로도 2차 입자의 생성을 방지할 수 있으며, 도전제의 분산성 향상으로 극판의 전도도와 이용률이 증가되는 효과를 얻을 수 있다.

이렇게 제조된 전극의 활물질 슬러리는 진공 분위기에서 기포가 제거되고, 집전체의 양면에 코팅한 다음, 건조 및 롤 프레스하고 소정의 크기로 절단함으로써 부극 또는 정극으로 제조되어 진다.

이상에서 설명된 구성 및 작용을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 고안에 의한 이차전지의 활물질 슬러리 제조장치는 극판의 2차 입자 생성을 억제하고 전도도를 향상시키는 효과를 갖는 것이다.

즉, 본 고안에 의하면 회전 날 또는 회전 봉의 자전과 그에 대한 용기의 공전 작용으로, 활물질과 도전제의 혼합이 잘 이루어지고 재료의 2차 입자 생성이 방지되는 것이며, 도전제의 분산성 향상으로 활물질과의 도전 네트워크의 형성 및 그에 따른 전도도의 향상이 이루어지는 것이다.

또 본 고안은 용기를 회전시키기 위한 모터를 설치하는 간단한 구성으로 실현 가능하므로, 종래와 달리 저렴한 비용으로 설치할 수 있으며, 실용화가 용이한 이점을 갖게 된다.

또한 본 고안에 의하면 활물질과 도전제의 혼합 및 분산 특성이 향상되므로, 제조 공정에 소요되는 작업 시간이 단축되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

1. 전극 활물질과 도전제 및 결착제를 혼합하고 교반하여 전극의 활물질 슬러리를 제조함에 있어서, 전극 활물질과 도전제 및 결착제가 함께 투입되는 용기와, 그 용기가 설치되는 것이며 선반의 상부에 회전 가능하게 설치되어서 모터에 의해 자전하는 회전판과, 상기 용기의 내부에 일측으로 편심되게 설치되고 별도 모터에 축 연결되어 그 모터에 의해 구동되므로 재료를 교반하는 회전 날을 포함하여 구성된 것임을 특징으로 하는 이차전지의 활물질 슬러리 제조장치.
2. 제 1 항에 있어서, 용기의 내부에 일측으로 편심되게 설치되고 모터에 의해 구동되는 것은 회전 봉인 것을 특징으로 하는 이차전지의 활물질 슬러리 제조장치.