KR20020024470A

KR20020024470A - 전지용 혼합물 제조장치

Info

Publication number: KR20020024470A
Application number: KR1020000056231A
Authority: KR
Inventors: 김주용; 육경창
Original assignee: 변동호; 성남전자공업주식회사
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2002-03-30

Abstract

본 발명은 활물질, 도전재 및 접착제를 균일하게 섞어 전지의 음극과 양극에 사용되는 혼합물을 제조하는 전지용 혼합물 제조장치에 있어서, 제 1 모터(10)를 내장한 지지체(20)와, 상기 지지체(20) 위에 고정되어 하부에 유출관(31)을 구비한 원통형의 메인바디(main body; 30)와, 상기 제 1 모터(10)의 축(11)에 치합기어(12)를 통하여 맞춤 결합되어 정회전되며 다수 개의 통과구멍(41)을 구비하여 상기 메인바디(30)에 내장되는 이너바디(inner body; 40)와, 상기 메인바디(30)의 상단에 고정부재(50)에 의하여 지지되면서 제 2 모터(60)에 연동되어 역회전되는 샤프트(61)와, 상기 샤프트(61)의 역회전에 따라 상기 이너바디(40)의 내부에 저장된 혼합물을 균일하게 교반시키는 임펠러(62)를 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다. 따라서, 전지의 음극과 양극에 사용되는 혼합물을 제조하기 위하여 역회전되는 임펠러(62)를 내장하며 자체적으로 정회전되는 이너바디(40) 속에 활물질, 도전재를 비롯하여 접착제 등을 다수 개의 비드(80)와 함께 투입하여 상호 교반시키면서 원심력에 의하여 자연스럽게 배출할 수 있도록 하여 전지용 혼합물을 매우 균일하게 수득할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Description

전지용 혼합물 제조장치{MANUFACTURING APPARATUS OF SLURRY FOR BATTERY}

본 발명은 전지용 혼합물 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임펠러를 내장하며 자체적으로 정회전되는 이너바디(inner body) 속에 활물질, 도전재를 비롯하여 접착제 등을 다수 개의 비드(bead)와 함께 투입한 후 상호 교반시키면서 자연스럽게 배출할 수 있도록 하여 균일하게 섞인 혼합물을 자연스럽게 얻을 수 있는 전지용 혼합물 제조장치에 관한 것이다.

최근들어 비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 무선 기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라 그 구동용 전원으로 사용되는 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 지금까지 개발된 전지는 10여 종에 달하며, 가장 많이 사용되고 있는 것으로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 2차 전지 등이 있다. 이 중에서 리튬 2차 전지는 수명이 길고 용량이 크다는 장점을 가지고 있다.

리튬 2차 전지는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속전지와 리튬 이온전지 및 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 유기전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전고체형 리튬 폴리머전지, 유기전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머전지로 나눌 수 있다.

통상적인 리튬 2차 전지는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터(separator)를 구비하여 소정 전류를 생성하는 전지몸체와, 이 전지몸체를 감싸서 밀봉하는 케이스를 구비하여 이루어진다. 그리고, 전지몸체에 외부와의 전기적 통로 역할을 하는 전극단자가 연결되며, 이 전극단자는 케이스 밖으로 소정 길이 노출되도록 설치된다.

구체적으로, 리튬 폴리머 전지(Lithium Polymer Battery)는 ＋극판(cathod layer), －극판(anode layer) 및 고분자 분리막(polymericelectrolytic separator membrane)으로 대별할 수 있다.

이때, 리튬 폴리머 전지의 극판 제조방법은 슬러리(slurry; 현탄액)를 미리 만들어 동(copper) 또는 알루미늄(aluminum)의 금속포일 위에 도포한 후 롤 프레스로 압착하여 제작하는 방법이 있다.

그러나, 이러한 방식은 슬러리를 이용하여 도포할 때 그 점도 조절이 어렵고 균일한 도포가 이루어지지 않아 제조시의 불량율이 높은 단점이 제기 되었다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 최근에는 MCMB(meso carbon microbeads)와 도전재를 9:1wt％의 비로 혼합한 후 용매인 IPA((isopropyl alcohol; 이소프로필알콜)를 추가하면서 습혼합시켜 테프론 접착제(teflon binder)와 증류수(H₂O)를 다시 넣어 건조 및 분쇄를 거듭하여 제조된 수 ㎛이하의 사이즈를 갖는 분말을 금속포일의 양면에 균일하게 도포한 다음 롤 프레스 사이의 압지 (blotting paper)를 이용하여 압착시켜 용매의 휘발이 미리서 이루어지도록 하여 슬러리에 비하여 상대적으로 균일한 비율로 혼합될 수 있는 리튬 폴리머 전지 극판을 제조하기도 하였다.

더욱 구체적으로 설명하면, 리튬 폴리머 전지 극판의 제조방법은 도전재(denka acetylene black)를 볼 분쇄기(ball mill)에 넣고 12시간 동안 분쇄한 후 혼합장치에 투입하고, MCMB(meso carbon microbeads)와 도전재를 9:1wt％의 비로 혼합장치에 넣어 건혼합시킨다. 그리고, 건혼합공정이 끝난 상태에서 혼합장치에 용매인 IPA((isopropyl alcohol; 이소프로필알콜)를 추가하여 2시간 동안 습혼합시킨 후 테프론 접착제(teflon binder)와 증류수(H₂O)를 다시 넣어 2시간 동안 재차 습혼합한다.

이때, IPA 투입량은 건혼합물 20㎏시 20ℓ, 테프론 접착제 투입량은 건혼합물의 5wt％, 증류수는 IPA의 0.1 부피로 정한다.

그 후, 혼합장치에서 혼합된 혼합물을 자연 건조 및 50∼60℃의 열을 제공하는 오븐에 넣어 IPA를 휘발시킨 다음 호모로이드 분쇄기(homoloid mill)를 이용하여 분말로 분쇄한다.

상기 건조 분쇄된 혼합물을 컨백션 오븐(convection oven)에서 300∼50℃의 가변적인 온도를 제공하여 재차 건조시킨다. 즉, 예비적으로 건조 분쇄된 혼합물을 컨백션 오븐에서 5시간 동안 건조시킨키는 데, 그 중 2시간은 300℃를 유지시키면서 건조하고, 1시간은 100℃, 나머지 2시간은 50℃를 유지시키면서 건조한 후 컨백선 오븐을 오프시킨다.

이렇게 재차 건조된 혼합물을 호모로이드 분쇄기(homoloid mill)를 이용하여 미세하게 수 ㎛이하의 분말로 분쇄하므로써 그 건조 및 분쇄를 완료한다.

다음으로, 상기 분말을 분사기(spreading tool)를 이용하여 금속포일의 일면에 균일하게 분사시킴과 동시에 롤 프레스(roll press) 사이의 압지(blotting paper)를 이용하여 분말이 균일하게 도포된 금속포일의 일면을 긴밀하게 압착시켜부착되도록 한다.

더불어, 금속포일의 일면에 분말이 압착되면 다시 분말을 분사기(spreading tool)를 이용하여 금속포일의 다른 면에 균일하게 분사시킴과 동시에 롤 프레스(roll press) 사이의 압지(blotting paper)를 이용하여 상기 분말이 균일하게 도포된 금속포일의 다른 면을 긴밀하게 압착시킨다.

그리고, 프레스 금형을 이용하여 분말이 양면에 압착된 금속포일을 희망하는 크기로 절단하므로써 리튬 폴리머 전지 극판의 제조를 완료한다.

이와 같이 제조된 리튬 폴리머 전지 극판은 용매의 휘발이 미리서 이루어지기 때문에 슬러리에 비하여 균일한 비율로 혼합될 수 있고 롤 프레스를 이용하여 분말을 압착시키기 때문에 극판의 두께 및 밀도의 균일성을 유지하기가 매우 용이하다.

여기서, 본 출원인은 리튬 폴리머 전지를 비롯한 통상의 전지를 생산하고자 할 경우에 활용되는 혼합물(슬러리)을 제조하기 위한 장치를 이하여 제안하고자 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 제안으로 안출된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 전지의 음극과 양극에 사용되는 혼합물을 제조하기 위하여 역회전되는 임펠러를 내장하며 자체적으로 정회전되는 이너바디 속에 활물질, 도전재를 비롯하여 접착제 등을 다수 개의 비드와 함께 투입하여 상호 교반시킬 수 있도록 한 전지용 혼합물 제조장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전지용 혼합물 제조장치를 나타내는 분해 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 전지용 혼합물 제조장치를 나타내는 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 제 1 모터 11 : 축

11a : 패킹 12 : 치합기어

20 : 지지체 30 : 메인바디

31 : 유출관 32 : 축구멍

40 : 이너바디 41 : 통과구멍

50 : 고정부재 60 : 제 2 모터

61 : 샤프트 62 : 임펠러

62a : 대임펠러 62b : 소임펠러

70 : 커버 80 : 비드

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

활물질, 도전재 및 접착제를 균일하게 섞어 전지의 음극과 양극에 사용되는 혼합물을 제조하는 전지용 혼합물 제조장치에 있어서,

제 1 모터를 내장한 지지체와,

상기 지지체 위에 고정되어 하부에 유출관을 구비한 원통형의 메인바디(main body)와,

상기 제 1 모터의 축에 치합기어를 통하여 맞춤 결합되어 정회전되며 다수 개의 통과구멍을 구비하여 상기 메인바디에 내장되는 이너바디(inner body)와,

상기 메인바디의 상단에 고정부재에 의하여 지지되면서 제 2 모터에 연동되어 역회전되는 샤프트와,

상기 샤프트의 역회전에 따라 상기 이너바디의 내부에 저장된 혼합물을 균일하게 교반시키는 임펠러를 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 전지용 혼합물 제조장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전지용 혼합물 제조장치를 나타내는 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전지용 혼합물 제조장치를 나타내는 평면도이다.

본 발명에 따른 전지용 혼합물 제조장치는 활물질, 도전재 및 접착제 등을균일하게 섞어 전지의 음극과 양극에 사용되는 혼합물을 제조하는데 활용된다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 지지체(20)의 내부에는 제 1 모터(10)가 내장되고, 지지체(20)의 상부에는 원통형의 메인바디(main body; 30)가 고정된다. 이 메인바디(30)는 하부에 유출관(31)을 가지며 중심에 축구멍(32)이 형성되어 제 1 모터(10)의 축(11)이 끼워질 수 있도록 하고, 축구멍(32)과 축(11) 사이에는 패킹(11a)이 결합되어 기밀을 보장한다.

제 1 모터(10)의 축(11)에는 치합기어(12)가 결합되는데, 이 치합기어(12)는 메인바디(30)의 내부에 내장된 이너바디(40)를 정회전시키는 기능을 수행하고, 이너바디(40)는 제 1 모터(10)의 회전에 연동되어 정회전되며 혼합물을 토출시키기 위한 다수 개의 통과구멍(41)을 구비한다.

메인바디(30)의 상단에는 제 2 모터(60)에 연동되어 역회전되는 샤프트(61)를 지지하기 위한 고정부재(50)가 결합되고, 이너바디(40)의 내부에는 샤프트(61)의 역회전에 따라 혼합물을 균일하게 교반시키기 위한 임펠러(62)가 조립되며, 이너바디(40)를 내장한 메인바디(30)의 상부에는 커버(70)가 씌워진다.

그리고, 이너바디(40)의 정회전과 임펠러(62)의 역회전에 의하여 교반되는 혼합물을 더욱 균일하게 믹싱시키기 위하여 이너바디(40)의 내부에는 다수 개의 비드(bead; 80)가 투입되는데, 이 비드(80)는 도 2에 도시된 바와 같이 임펠러(62)의 역회전에 의한 원심력으로 이너바디(40)의 내주연을 마찰시키면서 다수 개의 통과구멍(41)을 씻겨주어 혼합물의 믹싱효율과 외부유출을 도와주게 된다.

임펠러(62)는 크기가 크고 작은 대임펠러(62a) 및 소임펠러(62b)로 각각 나뉘어 샤프트(61)의 상하부에 이중으로 결합되어 혼합물의 믹싱효율을 더욱 좋게 한다.

상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 전지용 혼합물 제조장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전지의 음극과 양극에 사용되는 혼합물을 제조하기 위하여 이너바디(40)의 내부에 활물질, 도전재 및 접착제 등을 원하는 비율로 투입하면서 다수 개의 비드(80)를 집어 넣는다.

그리고, 메인바디(30) 위에 커버(70)를 씌워 안전하게 함과 동시에 제 1 모터(10)를 기동시켜 이너바디(40)가 정회전되도록 하면서 제 2 모터(60)를 기동시켜 임펠러(62)가 역회전될 수 있도록 한다.

임펠러(62)의 역회전에 의하여 활물질, 도전재를 비롯한 접착제는 다수 개의 비드(80)와 마찰되면서 고르게 섞여지게 되고, 더불어 균일하게 섞여진 혼합물은 임펠러(62)의 역회전에 의한 원심력과 이너바디(40)의 정회전에 의한 마찰을 지속적으로 받으면서 다수 개의 통과구멍(41)을 통하여 외부로 토출된 후 메인바디(30)의 유출관(31)을 경유하여 자연스럽게 배출되어진다.

이와 같이 유출관(31)을 통하여 배출된 혼합물은 그 성분과 비율에 따라서 전지의 양극과 음극에 유용하게 활용되어질 수 있게 된다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 전지용 혼합물 제조장치에 의하면, 전지의 음극과 양극에 사용되는 혼합물을 제조하기 위하여 역회전되는 임펠러(62)를 내장하며 자체적으로 정회전되는 이너바디(40) 속에 활물질, 도전재를 비롯하여 접착제 등을 다수 개의 비드(80)와 함께 투입하여 상호 교반시키면서 원심력에 의하여 자연스럽게 배출할 수 있도록 하여 전지용 혼합물을 매우 균일하게 수득할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims

활물질, 도전재 및 접착제를 균일하게 섞어 전지의 음극과 양극에 사용되는 혼합물을 제조하는 전지용 혼합물 제조장치에 있어서,

제 1 모터(10)를 내장한 지지체(20)와,

상기 지지체(20) 위에 고정되어 하부에 유출관(31)을 구비한 원통형의 메인바디(main body; 30)와,

상기 제 1 모터(10)의 축(11)에 치합기어(12)를 통하여 맞춤 결합되어 정회전되며 다수 개의 통과구멍(41)을 구비하여 상기 메인바디(30)에 내장되는 이너바디(inner body; 40)와,

상기 메인바디(30)의 상단에 고정부재(50)에 의하여 지지되면서 제 2 모터(60)에 연동되어 역회전되는 샤프트(61)와,

상기 샤프트(61)의 역회전에 따라 상기 이너바디(40)의 내부에 저장된 혼합물을 균일하게 교반시키는 임펠러(62)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지용 혼합물 제조장치.
제 1 항에 있어서,

상기 이너바디(40)를 내장한 메인바디(30)를 덮어주는 커버(70)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지용 혼합물 제조장치.
제 1 항에 있어서,

상기 이너바디(40)의 정회전과 상기 임펠러(62)의 역회전에 의하여 교반되는 혼합물 속으로 비집고 들어가 상기 통과구멍(41)을 마찰시켜 씻겨주면서 혼합물을 고르게 교반시키는 다수 개의 비드(bead; 80)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지용 혼합물 제조장치.
제 1 항에 있어서,

상기 임펠러(62)는 크기가 크고 작은 대임펠러(62a) 및 소임펠러(62b)로 나뉘어 상기 샤프트(61)의 상하부에 이중으로 결합되는 것을 특징으로 하는 전지용 혼합물 제조장치.
제 1 항에 있어서,

상기 이너바디(40)는 상기 메인바디(30)의 축구멍(32)을 통하여 회전되는 축(11)에 결합된 치합기어(12)에 의하여 정회전되는 것을 특징으로 하는 전지용 혼합물 제조장치.
제 5 항에 있어서,

상기 축구멍(32)의 내주연에 결합되어 상기 메인바디(30)의 기밀을 보장하는 패킹(11a)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지용 혼합물 제조장치.