KR20150110718A - 이축 압출기를 이용한 탄소 전극 물질의 제조 방법 - Google Patents

이축 압출기를 이용한 탄소 전극 물질의 제조 방법 Download PDF

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오비에퓨나 척웨메카 오카포
카뮬라 패태히라미 레디
제임스 윌리엄 짐머만
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

건조한 혼합물을 압출하는 방법은 이축 압출기에 혼합 물질을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 혼합 물질은 실질적으로 건조하며, 실질적으로 비소섬유화된 바인더 및 탄소 물질을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 혼합 물질을 이축 압출기를 통해서 압출하여 실질적으로 건조한 압출된 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 압출기에서 배출되는 실질적으로 건조한 혼합물은 캘린더링 단계에 의해서와 같이, 추가 공정되어 전극 물질을 형성한다.

Description

이축 압출기를 이용한 탄소 전극 물질의 제조 방법 {Method for manufacturing carbon electrode material using a twin screw extruder}
본 출원은 35 U.S.C.§119 하에 2013년 1월 25일자로 출원된 미국 출원번호 제61/756,625호의 우선권을 주장하며, 이러한 기초 출원 특허의 전체 내용은 참조로서 본원에 포함된다.
본 기재는 탄소 전극 물질의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 기재는 탄소 물질과 소섬유화된 바인더를 포함하는 탄소 전극 물질의 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
탄소 전극 물질은 예를 들어, 고성능 2중층 캐퍼시터에 사용될 수 있다. 캐패시터의 하나의 형태는 울트라캐패시터이며, 또한 수퍼캐패시터로도 공지되어 있는 것으로서, 단위 부피 및 단위 중량 당 높은 가역성 전하 충전 공정을 갖는 전기화학 소자이다. 배터리는 상대적으로 높은 에너지 밀도에 대한 퍼텐셜에 기인하여 휴대용 파워를 제공하는 일반적인 에너지 충전 소자이나, 상대적으로 낮은 파워 밀도 및 상대적으로 낮은 수의 충전 주기에 의해 제한을 받는다. 캐패시터는 일반적으로 상대적으로 낮은 에너지 충전 성능에 의해 제한되는 배터리보다 상대적으로 높은 에너지 전송률을 갖는다. 울트라캐패시터는 높은 에너지 밀도 및 에너지가 중량 또는 부피 당 소자의 내부 또는 외부로 전송될 수 있는 높은 속도를 갖는다.
울트라캐패시터는 또한 유해하거나 유독한 물질을 함유하지 않으므로 배치가 용이하여 바람직하다. 부가적으로, 울트라캐패시터는 넓은 온도 범위에서 사용될 수 있으며, 500,000 주기를 초과하는 주기의 증명된 수명을 갖는다. 울트라캐패시터는 고 에너지 전송 속도 및 재충전 성능의 유리한 조합에 기인하여 예를 들어, 휴대폰, 파워 중단의 경우 자동안전장치, 및 전기 자동차와 같은 전자 장치의 넓은 스펙트럼에 사용될 수 있다. 울트라캐패시터는 탄소 전극 물질을 포함할 수 있으며, 상기 탄소 전극 물질은 물질들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 통상적인 제조 공정은 일반적으로 몇 가지 단계들을 포함하는 비연속적인 뱃치(batch) 공정이다.
따라서, 좀 더 저렴하고 환경적으로 친화적이며, 보다 적은 공정을 요구하는 한면, 여전히 신뢰할 만하며 균질한 전극을 생산할 수 있는 탄소 전극 물질 및 관련된 제품에 대한 요구가 존재한다.
여기에 기술된 상세한 설명 및 다양한 예시적인 일 구현예에 따르면, 본 기재는 건조한 물질에 대한 하나 이상의 전단(shear), 압축(compression), 및 인장력을 적용하는 혼합 장치를 이용하여 실질적으로 건조한 물질을 혼합하는 공정에 관한 것이다.
다양한 예시적인 일 구현예에서, 탄소 전극 물질의 제조 방법은 실질적으로 건조한 혼합 물질을 이축 압출기에 적용하는 단계를 포함한다. 상기 혼합 물질은 실질적으로 비소섬유화된 바인더 및 탄소 물질을 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 혼합 물질을 이축 압출기를 통해서 압출하여 소섬유화된 바인더를 포함하는 실질적으로 건조한 탄소 전극 물질을 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
또 다른 예시적인 일 구현예에서, 건조한 혼합물을 압출하는 방법은 혼합 물질을 이축 압출기에 제공하는 단계를 포함한다. 상기 혼합 물질은 실질적으로 건조하다. 상기 방법은 상기 혼합 물질을 상기 이축 압출기에 의해 압출하여 실질적으로 건조한 압출된 혼합물을 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
또 다른 예시적인 일 구현예에서, 탄소 전극 물질을 형성하는 방법은 실질적으로 건조한 혼합 물질을 이출 압출기에 제공하는 단계를 포함한다. 상기 혼합물은 실질적으로 비소섬유화된 바인더 및 탄소 물질을 포함할 수 있다. 상기 혼합 물질은 이축 압출기를 통해서 압출되어 소섬유화된 바인더를 포함하는 실질적으로 건조한 탄소 전극 물질을 형성할 수 있다. 상기 방법은 상기 실질적으로 건조한 탄소 전극 물질을 전극으로 캘린더링하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
첨부한 도면은 본 발명의 이해를 더욱 돕기 위해 포함되어 있고, 본 명세서에 포함되어 일부를 이룬다. 도면은 기재를 한정하는 것으로 의도되는 것은 아니며, 다만 상세한 설명과 함께 본 발명의 예시적인 일 구현예를 구체화하기 위하여 제공되는 것으로서, 본 발명의 원리를 설명하기 위해 사용된다.
도 1은 예시적인 일 구현예의 이축 압출기 소자를 나타낸 단면도이고;
도 2는 예시적인 일 구현예의 분할된 스크루의 사시도이며;
도 3은 예시적인 일 구현예의 플라이티드(flighted) 스크루 부분을 나타낸 상면도이고;
도 4는 예시적인 일 구현예의 스크루의 반죽 블록 부분을 나타낸 측면도이고,
도 5는 예시적인 일 구현예의 스크루의 반죽 블록 부분을 나타낸 측면도이고,
도 6은 예시적인 일 구현예의 스크루의 반죽 블록을 나타낸 측면도이며,
도 7은 통상의 볼 밀링 공정에 의해 제조되는 전극의 단면도이며, 그리고
도 8은 예시적인 일 구현예의 건조한 스크루 압출 공정에 의해 제조된 전극을 나타낸 단면도이다.
상술한 일반적인 설명과 아래 상세한 설명 모두는 예시적이고 단지 설명을 위한 것으로서 본 기재를 한정하는 것은 아니다. 다른 구현예가 본 명세서를 고려하거나 또한 여기에 기술된 구현예들을 실시함으로써 당업자에게 명확해질 것이다. 본 명세서 및 실시예들은 단지 예시를 위한 것으로서, 나타낸 본 발명의 진정한 사상 및 정신은 청구항에 의해 나타난다.
본 기재는 하나 이상의 전단, 압축 및 인장력을 건조한 물질에 적용하는 혼합 장치를 이용하여 실질적으로 건조한 물질을 혼합하는 공정에 관한 것이다. 본 기재는 나아가 혼합 장치를 이용하여 실질적으로 건조한 입자 및 건조한 비소섬유화된 바인더를 혼합하는 건조 공정에 관한 것이다. 상기 혼합 장치는 스크루 압출기라고도 언급될 수 있는 오거(auger)일 수 있다. 상기 바인더는 하나 이상의 전단, 압축 및 인장력을 제공하는 혼합 장치에 의해 소섬유화될 수 있다. 밀링과 다르게, 스크루 압출기와 같은 혼합 장치는 물질을 혼합하기 위해 전단을 적용할 수 있고 상기 혼합 물질에는 실질적으로 영향을 미치지 않는다. 이러한 혼합 장치는 바인더의 소섬유화에 대한 향상된 조절을 제공하는 이점을 가질 수 있고, 이는 종래의 공정의 생산량과 비교할 때 혼합된 물질에 좀 더 적은 변동성을 제공할 수 있다.
다양한 물질이 건조한 물질을 압출하는 공정에 의해 제조될 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 압출된 물질은 바인더에 의해 지지된 입자를 포함할 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 건조한 혼합 물질은 예를 들어, 탄소 물질, 바인더, 탄소 블랙, 탈크 입자, 제약 약물 또는 제품용 전구체, 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 2가지 타입의 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 혼합 물질로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 저분자량의 PTFE가 고분자량의 PTFE와 혼합될 수 있다. 입자를 지지하는데 사용되는 바인더는 상기 압출 공정 동안 상기 바인더에 하나 이상의 전단, 압축 및 인장력을 적용하는 압출 공정의 결과로서 소섬유(fibrils)를 형성하는 비소섬유화된 물질일 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 압출 소자에 제공되는 혼합 물질은 실질적으로 건조하여 상기 압출 소자에 의해 제조된 압출된 혼합물이 실질적으로 건조하도록 할 수 있다.
여기에 기술된 공정에 의해 제조된 물질은 다양한 소자에서 사용될 수 있다. 하나의 소자는 울트라캐패시터이다. 울트라캐패시터는 다공성 세퍼레이터에 의해 또 서로 분리된 2개의 전극을 포함한다. 상기 전극 사이의 위치에 기인하여, 상기 세퍼레이터는 상기 전극 사이의 단선을 야기시킬 수 있는 미주 전류(stray electric current)를 최소화하거나 또는 방지한다. 상기 전극 및 세퍼레이터는 상기 전극들 사이와 상기 세퍼레이터를 통한 이온 전류의 흐름을 가능하게 하는 전해질에 침지될 수 있다. 울트라캐패시터는 반대 전하 사이의 작은 거리와 전극 내의 탄소 물질의 높은 표면적의 조합에 기인하여 유리하게 증가된 정전용량을 제공한다.
울트라캐패시터의 전극은 탄소 전극 물질로부터일 수 있다. 혼합 물질은 상기 탄소 전극 물질을 제조하기 위하여 압출 소자에 제공될 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 탄소 전극 물질은 최종 제품이 아닐 수 있으며 추가 가공될 수 있다. 예를 들어, 탄소 전극 물질은 추가 가공되어 울트라캐패시터의 전극과 같은 전극용 전극 물질을 형성할 수 있다. 비록, 상기 혼합 물질은 건조한 것이 바람직하나, 상기 탄소 전극 물질을 제조하기 위하여 제공되는 상기 혼합 물질은 고체 및 액체 성분 모두를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 탄소 전극 물질은 압출된 형태에서 바람직하게는 건조하다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 탄소 전극 물질은 탄소 물질과 적어도 하나의 바인더 물질을 포함한다. 따라서, 압출 소자에 제공된 혼합 물질은 압출되어 상술한 탄소 전극 물질을 제공하는 탄소 물질과 적어도 하나의 바인더 물질을 포함할 수 있다. 탄소 전극 물질을 형성하기 위하여 선택되는 혼합 물질은 아세토니트릴계 전해질과 같은 전극에 사용되는 전해질과 상용성을 가질 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 압출 소자에 제공되는 혼합 물질은 후술되는 바와 같이 실질적으로 건조한 탄소 전극 물질을 형성하기 위하여 실질적으로 건조할 수 있다.
탄소 전극 물질용 탄소 물질은 유리하게는 상대적으로 높은 표면적 및 전도도를 가져 전극용으로 바람직한 전극 성질을 제공할 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 혼합 물질로서 제공된 탄소 물질은 활성탄일 수 있다. 따라서, 활성탄은 바인더와 압출될 수 있는 혼합 물질로서 제공되어 활성탄 및 바인더를 포함하는 탄소 전극 물질을 제공할 수 있다. 여기서 사용되는 바에 따라, 용어 "활성탄" 및 이들의 변형은 극한 다공성을 가지며 따라서 높은 비표면적을 갖도록 가공되는 탄소를 포함하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 활성탄은 BET 방법에 의해 정의되는 바에 따라, 300 내지 2500㎡/g의 범위의 높은 비표면적에 의해 특성화될 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 활성탄은 약 1㎛ 내지 약 10㎛ 범위의 평균 입경 범위를 갖는 파우더 형태일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 활성탄은 약 3㎛ 내지 약 8㎛의 평균 입경을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 활성탄은 약 5㎛의 평균 입경을 가질 수 있다. 혼합 물질로서 사용할 활성탄은 일본, 오사카의 쿠라레이 케미컬 컴퍼니 주식회사(Kuraray Chemical Company Ltd, of Osaka, Japan), 캘리포니아의 컴프턴 탄소 활성 코포레이션(Carbon Activated Corporation of Compton, California), 및 뉴저지의 패터슨의 제너럴 탄소 코포레이션에 의한 상표명 활성탄으로 시판되는 것들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다양한 구현예에서, 압출 소자에 제공되는 상기 혼합 물질은 활성탄의 적어도 70중량%를 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 바에 따라, 고체에 대한 중량%의 참조는 총 고체 로딩에 대한 것이다. 다르게 말하면, 압출 소자에 제공되는 혼합 물질의 전체는 상기 압출 소자에 제공되기 이전에 혼합되건 또는 압출 공정 동안 첨가되건, 활성탄의 적어도 70중량%를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 혼합 물질은 활성탄의 적어도 80중량%를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 혼합 물질은 활성탄의 적어도 85중량%를 포함한다.
적어도 하나의 바인더는 탄소 전극 물질의 구조 또는 성분 사이의 응집을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 바인더는 탄소 전극 물질의 탄소 물질 사이의 응집을 제공할 수 있다. 바인더에 탄소 전극 물질 성분들 사이의 응집을 제공하기 위한 하나의 방법은 상기 바인더가 적어도 부분적으로 소섬유화된 구조를 갖는 것이다. 소섬유화된 구조의 소섬유는 탄소 전극 물질의 탄소 물질과 같은 탄소 전극 물질의 성분을 위한 매트릭스 또는 지지 구조를 제공할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 바인더는 압출 전에 실질적으로 소섬유 형성이 되지 않는다. 따라서, 적어도 하나의 바인더는 실질적으로 비소섬유화된 형태로 압출 소자에 혼합 물질로서 제공될 수 있다. 여기서 사용되는 바에 따라, 구절 "실질적으로 비소섬유화된" 및 "실질적으로 소섬유 형성이 되지 않는", 및 이들의 변형은 압출 이전에 상기 바인더가 상기 바인더의 섬유질 본성(nature)을 발달시키기 위하여 작용되지 않는다는 것을 의미하는 것으로 의도된다.
상기 바인더 물질은 화학적으로 불활성이며 전기화학적으로 안정할 수 있다. 나아가, 상기 바인더는 상기 압출 공정을 통해서 적어도 부분적으로 소섬유화된 구조를 형성할 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 탄소 전극 물질용 적어도 하나의 바인더는 적어도 부분적으로 소섬유화된 구조를 형성할 수 있는 폴리머를 포함한다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 적어도 하나의 바인더는 PTFE이며, 상기 PTFE는 특히 전해질 용매에서 안정하고 압출 공정에 의해 제공되는 스트레스가 주어졌을 때 소섬유화된 구조의 형성이 가능하다. PTFE는 실질적으로 비소섬유화된 입자 또는 알갱이로서 제공될 수 있다. PTFE와 관련하여 여기서 사용되는 바에 따라, "실질적으로 비소섬유화된"은 상기 PTFE 입자가 PTFE 혼합 물질의 전달 동안 또는 그 이전에 물질의 섬유질 본성을 발달시키도록 작용하지 않는 것, 즉 아직 섬유질이 아닌 것을 의미하는 것으로 의도된다. 따라서, 실질적으로 비소섬유화된 PTFE는 압출 소자에 혼합 물질로서 제공될 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 비소섬유화된 PTFE 및 활성탄은 압출 소자에 혼합 물질로서 제공되어 활성탄 및 소섬유화된 PTFE를 포함하는 탄소 전극 물질을 제조할 수 있다. 혼합 물질로서 사용하기 위한 실질적으로 비소섬유화된 PTFE는 미주리, 세인트 루이스의 알드리치사, 및 메사추세추, 워드 힐의 존슨 매시의 디비젼, 알파 애사(Alfa Aesar, a division of Johnson Matthey)에 의해 시판되는 상품명 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예시적인 구체예에 따르면, 적어도 하나의 바인더 물질은 약 1×106g/mol 내지 약 10×106g/mol의 분자량을 갖는 실질적으로 비소섬유화된 PTFE일 수 있다. 또 다른 예시적인 구체예에 따르면, 상기 분자량은 약 1×106g/mol 내지 약 10×106g/mol이다. 또 다른 예시적인 일 구현예에 따르면, 상기 분자량은 약 5×106g/mol이다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 압출 소자에 제공된 혼합 물질은 약 0.1중량% 내지 약 20중량%의 적어도 하나의 바인더를 포함할 수 있다. 즉, 압출 소자에 제공되는 혼합 물질의 전체는 상기 압출 소자에 제공되기 이전에 혼합되던지 또는 상기 압출 공정 동안 첨가되던지, 약 0.1중량% 내지 약 20중량%의 적어도 하나의 바인더를 포함한다. 또 다른 구현예에 따르면, 상기 혼합 물질은 약 1중량% 내지 약 10중량%를 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에 따르면, 상기 혼합 물질은 약 8중량%의 적어도 하나의 바인더를 포함할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 혼합 물질, 및 상기 혼합 물질로부터 제조된 탄소 전극 물질은 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 혼합 물질은 예를 들어, 탄소 블랙, 물, 용매, 윤활제, 가소제, 섬유, 나노튜브, 분산성 파우더, 이들의 혼합물, 하나 이상의 추가적인 바인더, 흡습제 및 탄소 전극 물질에 사용되는 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 압출 소자에 제공되는 혼합 물질은 약 0.01중량% 내지 약 5중량%의 적어도 하나의 첨가제를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 압출 소자에 제공되는 혼합 물질은 약 0.1중량% 내지 약 2중량%의 적어도 하나의 첨가제를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 압출 소자에 제공되는 혼합 물질은 약 0.5중량%의 적어도 하나의 첨가제를 포함할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 압출 소자에 제공되는 혼합 물질은 탄소 물질, 적어도 하나의 실질적으로 비소섬유화된 바인더, 및 탄소 블랙을 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 바에 따라, 용어 "탄소 블랙"은 높은 비표면적을 갖는 무정형의 탄소의 형태를 포함하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 탄소 블랙은 예를 들어 약 25㎡/g 내지 약 2000㎡/g의 높은 BET 표면적에 의해 특성화될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 탄소 블랙은 약 200㎡/g 내지 약 1800㎡/g의 비표면적을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 탄소 블랙은 약 1400㎡/g 내지 1600㎡/g의 비표면적을 가질 수 있다.
특정 구현예의 다양한 특징들, 요소 또는 단계들은 전이 구절 "포함하는"을 사용하여 기재될 수 있는 한편, 이는 전이 구절 "구성되는" 또는 "필수적으로 구성되는"을 이용하여 기술될 수 있는 것들을 포함하는 대안적인 구현예들이 시사될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어, 활성탄 및 PTFE를 포함하는 혼합 물질에 대해 시사된 대안적인 구현예는 혼합 물질이 활성탄과 PTFE로 구성된 구현예 및/또는 혼합 물질이 활성탄과 PTFE로 필수적으로 구성된 구현예를 포함한다.
탄소 블랙은 예를 들어, 약 1㎛ 내지 약 40㎛의 평균 입경을 갖는 파우더일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 탄소 블랙 파우더는 약 10㎛ 내지 약 25㎛의 평균 입경을 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 탄소 블랙 파우더는 약 17㎛의 평균 입경을 가질 수 있다. 상기 혼합 물질에 사용하기 위한 탄소 블랙은 메사추세츠, 보스톤의 캐봇 코포레이션에 의한 블랙 펄스ⓡ 2000, 메사추세츠, 보스톤의 캐봇 코포레이션의 벌칸ⓡ XC 72(VULCANⓡXC 72), 및 독일, 에센의 에보닉에 의한 프린텍스ⓡ L6(PRINTEXⓡ L6)의 상표면으로 시판되는 것들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 압출 소자에 제공된 혼합 물질은 약 0.1중량% 내지 약 15중량%의 탄소 블랙을 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에 따르면, 압출 소자에 제공된 혼합 물질은 약 1중량% 내지 약 10중량%의 탄소 블랙을 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에 따르면, 압출 소자에 제공된 혼합 물질은 약 5중량%의 탄소 블랙을 포함할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 압출 소자에 제공된 혼합 물질은 적어도 제2바인더 물질을 더욱 포함할 수 있다. 적어도 하나의 구현예에서, 상기 적어도 하나의 제2바인더 물질은 대만의 리코 테크널러지 코포레이션에 의해 물 분산액으로서 상표명 LICOⓡ LHB-108P로서 시판되고 있는 것들과 같은 스티렌-부타디엔 고무 코폴리머로부터 선택될 수 있다.
예를 들어, 압출 소자에 제공된 혼합 물질은 약 0.1중량% 내지 약 5중량%의 적어도 하나의 제2바인더 물질을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 압출 소자에 제공된 혼합 물질은 약 1중량% 내지 약 3중량%의 적어도 하나의 제2바인더 물질을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 압출 소자에 제공된 혼합 물질은 약 1.5중량%의 적어도 하나의 제2바인더 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 압출 소자에 제공된 혼합 물질은 하나 이상의 흡습제를 포함할 수 있다. 흡습제는 예를 들어, 미주리, 세인트 루이스의 시그마알드리치사에 의한 상품명 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 및 중국의 앤퀴 이글 셀룰로오스 컴퍼니(Anqiu Eagle Cellulose Company)에 의한 이글(EAGLEⓡ) CMC로 시판되는 것과 같은 카르복시메틸셀룰로오스일 수 있다.
물, 용매, 윤활제, 전해질, 액체 탄화수소, 및 다른 첨가제와 같은 일부 첨가제가 상기 혼합 물질에 액체 내용물을 제공할 수 있다. 액체 내용물을 제공하는 이러한 첨가제는 혼합 공정 동안 상기 혼합 물질의 유동도에 영향을 미치는 캐리어로서 존재할 수 있다. 여기서 사용되는 바에 따라, 용어 "캐리어" 및 이들의 변형은 혼합 물질의 수송 또는 흐름에 도움을 주는 물질을 의미하는 것으로 의도된다. 따라서, 액체 내용물을 제공하는 캐리어 또는 다른 첨가제는 상기 혼합 물질을 젖도록 하고 전도성을 띠로록 하여 혼합 장치를 통해서 흐르도록 한다.
그러나, 상기 혼합 물질이 액체 내용물을 포함할 때, 혼합된 물질의 제조 공정은 통상적으로 압출 후 건조 단계를 통해서와 같은 액체 내용물의 추가적인 제거 단계를 포함한다. 상기 액체를 제거하기 위한 추가적인 단계는 추가 비용을 부가하고 제조 시간을 증가시킨다. 따라서, 건조 단계를 최소화하거나 또는 피하는 제조 공정을 제공하는 것이 유리할 것이다.
여기에 기술된 구현예가 상기 혼합 물질 내에 액체를 선택적으로 포함할 수 있으나, 상기 혼합 물질은 바람직하게는 실질적으로 건조하다. 따라서, 예시적인 구현예에 따르면, 압출 소자에 제공된 혼합 물질은 실질적으로 건조하다. 예를 들어, 물, 윤활제, 전해질, 용매, 액체 탄화수소, 및 액체 내용물을 제공하는 다른 물질이 실질적으로 건조한 혼합 물질로부터 실질적으로 부재할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 실질적으로 건조한 혼합 물질은 상기 혼합 물질 내에 포함된 모든 바인더 외에 가소제 내용물을 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 혼합 물질은 PTFE와 같은 바인더 외에 약 0중량%의 가소제를 포함할 수 있다. 실질적으로 건조한 혼합 물질을 제공함으로써, 압출 공정에 의해 제조된 탄소 전극 물질은 결과적으로 실질적으로 건조하며, 액체를 제거하거나 또는 탄소 전극 물질을 건조시키기 위한 공정을 요구하지 않을 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 실질적으로 건조한 혼합 물질은 약 5중량%의 최대 액체 내용물을 가질 수 있다. 즉, 혼합 소자에 제공되는 혼합 물질의 전체는 혼합 공정 이전이건 또는 혼합 공정 동안이건, 상기 최대 액체 내용물을 갖는다. 또 다른 예시적인 구현예에 따르면, 실질적으로 건조한 혼합 물질은 약 4중량%의 최대 액체 내용물을 가질 수 있다. 또 다른 예시적인 구현예에 따르면, 실질적으로 건조한 혼합 물질은 약 3중량%의 최대 액체 내용물을 가질 수 있다. 또 다른 예시적인 구현예에 따르면, 실질적으로 건조한 혼합 물질은 약 2중량%의 최대 액체 내용물을 가질 수 있다. 또 다른 예시적인 구현예에 따르면, 실질적으로 건조한 혼합 물질은 약 1중량%의 최대 액체 내용물을 가질 수 있다. 또 다른 예시적인 구현예에 따르면, 실질적으로 건조한 혼합 물질은 약 0.5중량%의 최대 액체 내용물을 가질 수 있다. 또 다른 예시적인 구현예에 따르면, 실질적으로 건조한 혼합 물질은 약 0중량%의 최대 액체 내용물을 가질 수 있다.
물질들을 혼합하는데 사용되는 통상적인 공정은 볼 밀링, 제트 밀링, 및 다른 혼합 공정들을 포함한다. 이러한 공정들이 물질을 성공적으로 혼합할 수 있지만, 향상된 혼합 공정을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 실질적으로 건조한 혼합 물질은 스크루 압출기에 의해 혼합될 수 있다. 실질적으로 건조한 혼합 물질을 이용함으로써, 건조 단계를 피하거나 최소화할 수 있으며, 이는 습식 혼합 물질을 사용하는 종래의 공정에 비해서 비용 및 공정 시간을 유리하게 감소시킬 수 있다. 나아가, 스크루 압출기로 실질적으로 건조한 혼합 물질을 혼합하는 것은 향상된 미소구조적 균일성과 같은 향상된 균일성을 갖는 혼합된 물질을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 혼합 물질이 특정 물질 및 바인더를 포함하는 경우, 상기 입자 물질은 볼 밀링 또는 제트 밀링과 같은 통상의 공정에 의해 혼합된 물질 내에서 보다 바인더 내에서 좀 더 균일하게 분포될 수 있다. 따라서, 스크루 압출기로 건조한 혼합 물질을 압출하는 것은 종래의 공정에 의해 혼합된 물질에 비해서 향상된 균일성으로 혼합된 물질을 유리하게 제공할 수 있다.
실질적으로 건조한 혼합 물질을 혼합하기 위하여 스크루 압출기를 사용하는 것은 추가적으로 유리하다. 예를 들어, 압출 공정의 온도는 스크루 압출기 부품들을 가열하고 냉각함으로써 쉽게 조절될 수 있다. 이는 상기 압출 공정의 에너지 유지에 대한 제어를 유리하게 향상시킬 수 있으며, 이는 결국 상기 혼합된 제품에 대하여 우수한 품질 제어가 가능하도록 한다. 예를 들어, 혼합 물질 및/또는 스크루 압출기 부품들 사이의 입자 대 입자 상호작용에 기인하여 일어나는 마찰로부터와 같은, 상기 압출된 물질에 적용되는 에너지는 상기 압출기 스크루의 모터 드라이빙 파워를 통해 모니터될 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 배럴 및/또는 스크루와 같은 상기 스크루 압출기의 부품들은 혼합 물질의 온도를 제어하기 위하여 가열되거나 또는 냉각될 수 있다.
스크루 압출기는 혼합 공정에 대한 용량 및 공정 속도를 향상시키는 혼합 물질에 연속적인 공정을 제공하는 것과 같은, 다른 이점들을 제공할 수 있다. 부가적으로, 스크루 압출기는 균일한 미소구조를 갖는 혼합된 물질을 재현가능하게 제공하는 공정을 유리하게 제공할 수 있다.
스크루 압출기는 또한 스크루로 언급되는 하나 이상의 오거를 포함할 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 스크루 압출기는 이축 압출기일 수 있다. 그러나, 스크루 압출기는 이출 압출기에 한정되는 것은 아니며, 단축, 삼축 또는 다른 수의 스크루를 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 이축 압출기(100)의 예시적인 일 구현예가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 스크루 압출기(100)는 배럴(102) 및 2개의 스크루(104)를 포함할 수 있다. 도 1의 실시예에서, 스크루(104)는 방향(105)과 같은 동일 방향으로 회전하는 동시-회전 스크루일 수 있다. 그러나, 상기 스크루는 이러한 방향으로의 회전에 한정되지 않으며, 다른 방향으로 회전하거나 또는 서로 다른 방향으로 회전할 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 혼합 물질은 투입구(106)를 통해서 스크루 압출기(100) 내로 공급될 수 있으며, 이는 상기 혼합 물질을 배럴(102) 및 스크루(104)의 내부로 공급한다. 예를 들어, 실질적으로 비소섬유화된 바인더(101) 및 탄소 물질(103)은 도 1의 예시적인 구현예에 도시된 바와 같이 투입구(106)로 제공될 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 다른 혼합 물질이 제공되거나 또는 추가적인 혼합 물질이 압출기(100)에 제공될 수 있다. 스크루(104)는 하나 이상의 전단, 압축 및 인장력을 상기 혼합 물질에 제공하며, 상기 혼합 물질이 압출된 물질(109)로서 다이(108)를 통해 압출될 때까지 상기 혼합 물질이 스크루(104) 및 배럴(102)을 따라가도록 한다. 예를 들어, 실질적으로 비소섬유화된 바인더(101) 및 탄소 물질(103)이 혼합 물질로서 제공될 때, 압출된 물질(109)은 탄소 전극 물질일 수 있다.
혼합 물질은 투입구(106) 내로 공급되기 이전에 함께 혼합되거나 또는 개별적으로 투입구(106) 내에 공급될 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 혼합 물질은 수용된 상태로 사용될 수 있으며, 이는 혼합 물질로 혼합하거나 또는 스크루 압출기(100)에 제공되기 이전에 혼합 물질이 용액 혼합, 초음파처리, 가열, 또는 현장 중합(in-situ polymerization)에 의해서와 같은, 추가적으로 처리되지 않는 것을 의미한다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 혼합 물질은 또한 상기 혼합 물질을 투입구(106)를 통해 제공하는 것 대신에 압출 공정 동안 배럴(102)의 내부로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 스크루 압출기(100)는 압출 공정이 시작된 이후 혼합 물질을 스크루(104)에 제공하기 위하여 하나 이상의 사이드 스터퍼(side stuffer)(110)를 포함할 수 있다. 사이드 스터퍼(110)는 고체상이고 실질적으로 건조한 혼합 물질을 공급하도록 구조화될 수 있다. 사이드 스터퍼(110)는 각각이 하나의 혼합 물질을 함유하거나 또는 하나 이상의 사이드 스터퍼(110)가 압출 공정에 첨가될 둘 이상의 혼합 물질의 혼합물을 포함하는 복수의 사이드 스터퍼(110)로서 제공될 수 있다. 스크루 압출기(100)는 압출 공정에 전해질 또는 다른 액체와 같은 액체를 첨가하도록 구조화된 하나 이상의 분사기(112)를 더욱 포함할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 혼합 물질은 바람직하게는 투입구(106)에서 다이(108)까지 실질적으로 건조하며, 다이(108)에서 배출되는 혼합 압출된 물질은 실질적으로 건조하다. 따라서, 분사기(112)의 사용은 혼합 물질 및 혼합된 물질이 실질적으로 건조한 예시적인 구현예에서는 필요하지 않다.
혼합 물질은 다양한 순서 및 조합으로 스크루 압출기(100)에 공급될 수 있다. 예를 들어, 스크루 압출기(100)가 활성탄 및 PTFE 바인더를 포함하는 탄소 전극 물질을 혼합하는데 사용되는 경우, 활성탄과 PTFE 바인더 모두는 이전에 함께 혼합되거나 또는 개별적으로 공급되는 것 중의 하나로 투입구(106)로 공급될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 활성탄은 투입구(106)로 공급될 수 있고, PTFE 바인더는 압출 공정 동안 사이드 스터퍼(110)를 통해서 공급될 수 있다. 또 다른 실시예에서, PTFE 바인더는 투입구(106)로 공급될 수 있고 활성탄은 압출 공정 동안 사이트 스터퍼(110)를 통해서 공급될 수 있다. 이러한 실시예들 모두에서, 추가적인 활성탄 및/또는 PTFE 바인더는 사이드 스터퍼(110)를 통해서와 같이, 압출 공정 동안 추가될 수 있다.
또 다른 예에서, 스크루 압출기(100)는 활성탄, PTFE 바인더, 및 탄소 블랙을 포함하는 탄소 전극 물질을 혼합하는데 사용되는 경우, 상기 활성탄, PTFE 바인더 및 탄소 블랙은 투입구(106)로 공급될 수 있다. 이러한 실시예에서, 두가지 이상의 혼합 물질이 투입구(106)에 공급되기 이전에 미리 혼합되고, 나머지 혼합 물질이 개별적으로 공급되거나, 또는 상기 혼합 물질들이 투입구(106)에 개별적으로 공급될 수 있다. 또 다른 실시예에서, PTFE 바인더 및 활성탄은 투입구(106)에 공급되고, 탄소 블랙은 사이드 스터퍼(110)를 통해 공급될 수 있다. 또 다른 실시예에서, PTFE 바인더 및 탄소 블랙은 투입구(106)에 공급되고, 활성탄은 사이트 스터퍼(110)를 통해서 공급될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 활성탄 및 탄소 블랙은 투입구(106)에 공급되고 PTFE 바인더는 사이드 스터퍼(110)를 통해서 공급될 수 있다. 또 다른 실시예에서, PTFE 바인더는 투입구(106)에 공급되고, 활성탄 및 탄소 블랙은 사이드 스터퍼(110)를 통해서 공급된다. 또 다른 실시예에서, 활성탄은 투입구(106)에 공급되고, PTFE 바인더 및 탄소 블랙은 사이드 스터퍼(110)를 통해서 공급된다. 또 다른 실시예에서, 탄소 블랙은 투입구(106)에 공급되고, PTFE 바인더 및 활성탄은 사이드 스터퍼(110)를 통해서 공급된다. 이러한 실시예 모두에서, 추가적인 활성탄, PTFE 바인더, 및/또는 탄소 블랙이 압출 공정 동안 사이드 스터퍼(110)를 통해서와 같이, 첨가될 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 압출은 일정한 조건의 투입속도 및 스크루 속도 하에 연속적인 속도로 수행될 수 있다. 예를 들어, 혼합 물질은 매뉴얼에 따라 또는 자동으로 압출기에 공급되고 일정한 스크루 속도에서 압출될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 스크루 속도는 약 10rpm 내지 약 500rpm의 범위에서 선택될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 스크루 속도는 약 10rpm 내지 약 100rpm의 범위일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 스크루 속도는 약 50rpm 내지 약 60rpm의 범위일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 스크루 속도는 약 50rpm일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 압출은 약 0℃ 내지 약 100℃의 온도범위에서 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 압출은 약 10℃ 내지 약 50℃의 온도범위에서 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 압출은 대략 실온, 또는 약 27℃의 온도에서 수행될 수 있다. 실시예에 따르면, 이러한 온도는 혼합 물질의 온도로 언급되며, 즉, 혼합 물질이 압출 전에 예비 가열된다. 관련 구현예에서, 이러한 온도는 예를 들어, 압출 소자의 하나 이상의 가열 구성이 세팅되는 온도와 같은 스크루 압출 소자의 온도로 기술된다.
상술한 바와 같이, 압출 공정은 실질적으로 건조한 공정으로서 수행될 수 있다. 예를 들어, 압출 소자에 공급되는 모든 혼합 물질은 실질적으로 건조하여 실질적으로 건조한 혼합된 물질을 제공할 수 있다. 건조한 혼합 물질을 이용하는 것의 중요성은 압출 부품들 및 혼합 물질들 사이의 마찰이 습식 혼합 물질을 이용하는 혼합 공정에 비해 높을 수 있다는 것이다. 결과적으로, 압출 부품은 습식 공정에서보다 좀 더 높은 스트레스에 놓이며, 이는 압출기의 보다 높은 마모율 및 마모된 압출 부품으로부터 가능한 오염을 초래할 수 있다. 이를 다루기 위하여, 압출 소자의 부품은 내마모성 물질로 구성될 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 배럴(102) 및/또는 스크루(104)와 같은 압출 부품은 내마모성 합금으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 압출 부품은 내마모성 공구강 또는 내마모성 스테인리스강으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 압출 부품은 약 2.3중량%의 탄소, 약 20중량%의 크롬, 약 1중량%의 몰리브덴, 및 약 4.2중량%의 바나듐을 포함하는 내마모성 및 내부식성 합금으로 이루어질 수 있다. 이러한 합금의 예들은 신텍 HTM AG, 케나메탈 컴퍼니에서 입수 가능한 X 235 HTM이다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 압출 부품은 텅스텐 카바이드, 티타늄 니트라이드, 또는 다른 내마모성 코팅과 같은, 내마모성 코팅으로 코팅될 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 스크루 압출기의 스크루는 변하는 구조를 갖는 복수의 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스크루는 복수의 부분을 갖는 분할된 스크루일 수 있다. 도 2를 참조하면, 분할된 스크루(200)의 예시적인 구현예가 되시되어 있으며, 제1부분(202), 제2부분(204), 및 제3부분(206)을 갖는다. 제1부분(202) 및 제3부분(206)은 예를 들어, 플라이티드(flighted) 스크루 부분일 수 있다. 도 3의 예시적인 구현예에 도시된 바와 같이, 플라이티드 스크루(210)는 트로프(214)에 의해 분리된 플라이트(212)를 포함할 수 있다. 플라이티드 스크루(210)는 플라이티드 스크루(210)의 종축에 대해 플라이트(212)의 방사상의 길이 및 플라이트(212) 사이의 피치 길이에 의해 특성화될 수 있다. 부가적으로, 플라이티드 스크루(210)는 스크루 부피를 증가시키고 혼합 물질의 공급을 늘리기 위하여 전면 상에 사각형으로 나뉜 영역(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
분할된 스크루(200)의 제2부분(204)은 복수의 반죽 블록을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 예시적인 구현예는 일 부분의 반죽 블록을 포함하나, 분할된 스크루(200)는 반죽 블록을 포함하는 다중 부분을 포함할 수 있다. 반죽 블록 부분은 서로 이격될 수 있으며, 또는 서로 인접할 수도 있다. 예를 들어, 반죽 블록 부분과 플라이티드 스크루의 부분이 번갈아 있을 수 있다. 예시적인 구현예에 따르면, 반죽 블록 부분은 동일 기하학 구조를 갖거나 및/또는 스크루의 종축에 대한 배향을 갖는 반죽 블록을 포함하거나, 또는 부분들이 상이한 반죽 블록을 포함할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 반죽 블록은 스크루의 종축에 대한 각도로 배향될 수 있다. 예를 들어, 반죽 블록은 분할된 스크루의 종축을 따라 볼 때 서로 상대적인 각도로 배향될 수 있다. 이러한 각도는 예를 들어, 약 20°내지 약 100°의 범위일 수 있다.
도 4를 참조하면, 반죽 블록 부분(300)의 예는 스크루의 종축(306)에 대한 각도에서 축(304)를 따라 배향된 반죽 블록(302)을 포함하는 것으로 도시된다. 도 4에 나타낸 실시예에서, 반죽 블록(302)은 스크루의 종축(306)을 따라 보면 서로 대략 90°각도 α에서 있는 축(304)에 따라 배향될 수 있다. 반죽 블록(302)이 스크루 압출기 내의 혼합 물질에 힘을 가할 수 있으나, 대략 90°의 각도 α에서 배열된 반죽 블록(302)은 강한 전방 또는 역방향 힘을 혼합 물질에 적용할 수 있으며, 스크루는 플라이티드 스크루 또는 상이한 반죽 블록이 다른 각도에서 배향되건 또는 이와 다르게 혼합 물질에 전방 또는 역방향 힘을 적용하도록 구조화되건, 스크루 압출기를 통해서 혼합 물질에 먼저 힘을 적용하기 위하여 다른 부분을 필요로 할 수 있다.
다른 반죽 블록 배향이 사용될 수 있다. 도 5를 참조하면, 반죽 블록 부분(310)의 또 다른 실시예가 스크루의 종축(316)을 따라 볼 때 대략 30°의 각도에서 축(314)를 따라 배향된 반죽 블록(312)을 포함하도록 도시되어 있다. 대략 30°의 각도에서 배열된 반죽 블록(312)은 스크루 압출기 내의 혼합 물질에 상대적으로 약한 전진하는 힘을 제공할 수 있다. 또한, 도 6은 스크루의 종축(326)을 따라 볼 때 대략 60°의 각도 α에서 축(324)을 따라 배향된 반죽 블록(322)을 포함하는 반죽 블록 부분(320)의 예를 도시한다. 나아가, 도 4-6에 도시된 실시예들은 특정 각도에서 배향된 반죽 블록을 포함하는 반죽 블록 부분을 도시하나, 반죽 블록 부분은 다른 각도에서 배향된 반죽 블록을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반죽 블록 부분은 예를 들어, 30, 60° 및/또는 90°와 같은 약 20°내지 약 100°범위의 변하는 각도에서 배향된 반죽 블록을 포함할 수 있다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 한번 혼합된 물질이 스크루 압출기(100)의 다이(108)에서 배출되면, 상기 혼합된 물질은 추가 가공될 수 있다. 예를 들어, 다이(108)에서 배출된 실질적으로 건조한 혼합된 물질은 건조한 조각(flakes) 형태일 수 있다. 예시적인 일 구현예에 따르면, 스크루 압출기에 의해 압출된 혼합 물질로부터 제조된 압출된 물질은 상기 압출된 물질이 탄소 전극 물질인 경우와 같이, 시트로 성공적으로 가공될 수 있다. 상기 압출된 물질은 시트를 형성하기 위하여 2010년 2월 25일에 출원된 미국특허출원번호 12/712,661호에 기술된 바와 같은 하나 이상의 캘린더링 공정에 의해 가공될 수 있으며, 상기 문헌은 참조를 위하여 그 전체 내용이 본원에 포함된다. 캘린더된 물질은 예를 들어 0.01 인치 미만의 두께로 캘린더될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 캘린더된 물질은 0.005 인치 미만의 두께를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 캘린더된 물질은 0.002 인치 미만의 두께를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 캘린더된 물질은 0.0014 인치 미만의 두께를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 캘린더된 물질은 0.0012 인치 미만의 두께를 가질 수 있다. 나아가, 압출된 물질은 압출 이후 및 캘린더링 이전에 파우더로 제1분쇄(grind)된다.
예시적인 일 구현예에 따르면, 전극 형성 공정은 이축 압출기를 이용하여 혼합 물질을 압축하여 탄소 전극 물질을 제조하는 단계 및 상기 탄소 전극 물질을 캘린더링하여 전극 물질을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 구현예에 따라 건조한 압출 공정에 의해 혼합된 물질로 형성된 제품은 유리하게 바람직한 기계적 그리고 전기적 성질을 갖는다. 소섬유화된 바인더는 소섬유 형성 정도 및 균일성에 기인하여 우수한 기계적 성질을 제공한다. 예를 들어, 소섬유화된 바인더를 포함하는 탄소 전극 물질로부터 형성된 시트는 약 0.18MPa 내지 약 0.25MPa의 파열 강도를 가질 수 있으며, 이는 볼 밀 공정에 의해 혼합된 물질로부터 제조된 시트의 대략 2배의 강도이다. 도 7을 참조하면, 집전 장치(402) 및 종래의 볼 밀 공정에 의해 제조된 탄소 전극 물질(404)을 포함하는 전극(400)의 단면이 도시되어 있다. 반대로, 도 8은 집전 장치(502)와 건조한 이축 압출기에 의해 제조된 본 전극 물질(504)을 포함하는 전극(500)의 단면을 도시하고 있다. 도 8을 참조하면, 탄소 전극 물질(504)은 두께에 있어 향상된 균일성을 가지며, 도 7의 탄소 전극 물질(404)보다 낮은 다공성을 갖는다.
나아가, 전기적 성질이 바인더 물질의 매트릭스 내의 탄소 물질의 균일성 및 패킹(packing) 배열에 기인하여 향상될 수 있다.
건조한 압출 공정에서 물질을 혼합함으로써, 탄소 전극 물질과 같은 혼합된 물질의 종래의 방법에 비해서 복잡하지 않고, 비용이 저렴하며, 및/또는 시간이 짧게 걸리는 공정이 유리하게 제공될 수 있다. 예를 들어, 건조한 압출 공정은 혼합된 물질로부터 액체 내용물을 제거하기 위한 추가적인 건조 단계가 필요하지 않는 한편, 우수한 기계적 및 전기적 성질을 갖는 혼합된 물질을 유리하게 제공한다. 또 다른 실시예에서, 혼합 물질은 시장에서 쉽게 구입이 가능하며 및/또는 혼합, 파쇄, 또는 분산을 요구하지 않고, 상기 혼합 및 압출은 추가 압력을 요구하지 않는다.
이러한 상술한 것 외에 다른 구현예가 고려될 수 있다. 적어도 하나의 예시적인 구현예에서, 상기 혼합 물질의 적어도 하나의 바인더가 이축 압출기의 스크루에 의해 가해진 전단 응력에 의해 가소화되지 않는다. 나아가, 예시적인 일 구현예에서, 상기 적어도 하나의 바인더의 압출은 융합되어 실질적인 집합체를 형성하는 대량의 소섬유화된 바인더 입자를 초래하지 않는다. 오히려, 상기 바인더는 융합 없이 소섬유화되며, 따라서 압출된 물질 내에서 성분들의 실질적으로 균일한 분포로 귀결된다.
다르게 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 청구항에 사용된 모든 수들은, 언급되었던 아니던, 용어 "약"에 의해 모든 경우에 변형될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 명세서 및 청구항에 사용된 정확한 수치는 본 발명의 추가적인 구현예를 형성하는 것으로 이해되어야 한다. 본 실시예에서 기술된 수치의 정확성을 확보하려는 노력이 있었다. 모든 측정된 수치는, 그러나, 각각의 측정 기술에서 발견되는 표준 오차로부터 귀결되는 특정 에러를 본래 함유할 수 있다.
여기서 사용되는 바에 따라, "상기", "일(a)", 또는 "일(an)"은 "적어도 하나"를 의미하며, 다르게 지시되지 않는 한 "단지 하나"에 한정되어서는 안된다. 따라서, 예를 들어, "상기 혼합 물질" 또는 "혼합 물질"의 사용은 적어도 하나의 혼합 물질을 의미하는 것으로 의도된다.
본 발명의 다른 구현예가 여기에 기술된 발명을 실시하고 본 명세서를 고려함으로써 당업자에게 명확해질 것이다. 본 상세한 설명 및 실시예는 본 기재의 진정한 사상 및 정신과 함께, 단지 예시를 위한 것으로 고려되어야 한다.
실시예
다음의 표는 본 표에서 제공된 파라미터에 따라 이축 압출 공정에 의해 혼합된 탄소 전극 물질의 예를 제공한다. 다만, 본 실시예들은 청구된 발명을 한정하는 것은 아니다.
표 1에서, 오거 속도는 도 1의 예시적인 구현예에서 도시된 방향(105)으로 스크루(104)의 회전 속도와 같은, 스크루의 회전 속도를 나타낸다. 크래머 속도는 이축 압출기에 혼합 물질을 제공하는 깔때기 내에 제공될 수 있는 스크루(도시되지 않음)의 회전 속도를 나타낸다. 예를 들어, 크래머는 스크루 압출기(100)의 배럴(102) 내로 혼합 물질을 재촉하기 위하여 도 1의 예시적인 구현예에서 도시된 투입구(106) 내에 제공될 수 있다. 공급 속도는 스크루 압출기에 제공되는 혼합 물질의 시간당 파운드를 나타낸다. 공급 길이는 제1플라이티드 스크루 부분이 시작되기 이전에 스크루의 종축을 따른 스크루의 길이를 나타낸다. 제1플라이트 길이는 스크루의 종축을 따라 제1플라이티드 스크루 부분의 길이를 나타낸다.
반죽 어셈블리지는 반죽 블록 부분의 배열을 나타낸다. 예를 들어, 30°반죽 블록의 2가지 세트 및 60°반죽 블록의 한가지 세트의 어셈블리지는 상기 스크루의 상류 방향에서 하류 방향까지(도 1의 예시적인 구현예에서 투입구(106)에서 다이(109)까지의 방향에서와 같이) 스크루의 종축에 30°각도로 배향된 반죽 블록을 포함하는 제1반죽 블록 부분, 스크루의 종축에 30°각도로 배향된 제2반죽 블록 부분, 및 스크루의 종축에 60°각도로 배향된 제3반죽 블록 부분을 나타낼 수 있으며, 상기 반죽 블록 부분들은 서로 인접해 있다. 또 다른 경우에서, 30°블록의 2가지 세트를 포함하는 어셈블리지는 스크루의 종축에 30°각도로 배향된 반죽 블록의 2가지 부분을 포함할 수 있으며, 상기 반죽 블록 부분들은 상류에서 하류 방향까지 서로 인접하여 배열된다. 상기 반죽 블록 부분은 상기 스크루의 종축을 따라 약 15mm의 길이를 가졌다.
Figure pct00001

Claims (20)

  1. 실질적으로 건조한 혼합 물질을 이축 압출기에 제공하는 단계, 여기서 상기 혼합 물질은 실질적으로 비소섬유화된(unfibrillated) 바인더 및 탄소 물질을 포함함; 및
    상기 혼합 물질을 이축 압출기에 의해 압출하여 소섬유화된 바인더를 포함하는 실질적으로 건조한 탄소 전극 물질을 형성하는 단계;
    를 포함하는 탄소 전극 물질의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실질적으로 건조한 혼합 물질은 약 5중량%의 최대 액체 내용물을 포함하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 실질적으로 건조한 혼합 물질은 약 0중량%의 최대 액체 내용물을 포함하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄소 물질은 활성탄을 포함하며, 상기 실질적으로 비소섬유화된 바인더는 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 혼합 물질은 탄소 블랙을 더욱 포함하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더 및 탄소 물질은 상기 바인더 및 탄소 물질을 이축 압출기에 제공하기 이전에 혼합되는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 바인더 및 탄소 물질 중 하나는 상기 이축 압출기에 의해 이미 가공된 물질에 첨가되는 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 이축 압출기에 의해 이미 가공된 물질에 추가적인 혼합 물질을 추가하는 단계를 더욱 포함하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 이축 압출기는 분할된 스크루(segmented screw)를 포함하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 분할된 스크루는 반죽 블록(kneading block)을 포함하는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 반죽 블록은 상기 분할된 스크루의 종축을 따라서 서로에 대한 각도로 배향되며, 상기 각도는 약 20°내지 약 100°인 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄소 물질은 약 1㎛ 내지 약 10㎛의 평균 입경 범위를 갖는 활성탄인 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합 물질은 제2바인더를 더욱 포함하는 방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 압출은 약 0℃ 내지 약 100℃의 온도 범위에서 수행되는 방법.
  15. 혼합 물질을 이축 압출기에 제공하는 단계, 여기서, 상기 혼합 물질은 실질적으로 건조함; 및
    상기 혼합 물질을 상기 이축 압출기를 통해 압출하여 실질적으로 건조한 압출된 혼합물을 형성하는 단계;
    를 포함하는 건조 혼합물의 압출 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 압출된 혼합물은 탄소 물질, 바인더, 탄소 블랙, 탈크 입자, 제약 약물 또는 제품용 전구체, 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 혼합 물질은 실질적으로 비소섬유화된 바인더 및 활성탄을 포함하는 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 혼합 물질은 약 5중량%의 최대 액체 내용물을 포함하는 방법.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 혼합 물질은 약 0중량%의 최대 액체 내용물을 포함하는 방법.
  20. 실질적으로 건조한 혼합 물질을 이축 압출기에 제공하는 단계, 여기서 상기 혼합 물질은 실질적으로 비소섬유화된 바인더 및 탄소 물질을 포함함;
    상기 혼합 물질을 이축 압출기에 의해 압출하여 소섬유화된 바인더를 포함하는 실질적으로 건조한 탄소 전극 물질을 형성하는 단계; 및
    상기 실질적으로 건조한 탄소 전극 물질을 전극 물질로 캘린더링하는 단계;
    를 포함하는 탄소 전극 물질의 제조 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190038163A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 주식회사 엘지화학 전극 합제의 제조 방법 및 전극 합제
WO2024029674A1 (ko) * 2022-08-02 2024-02-08 엘지전자 주식회사 이축 압출기

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105489396A (zh) * 2015-12-07 2016-04-13 山东精工电子科技有限公司 一种扣式超级电容器用碳膜的制备方法
CN105374580B (zh) * 2015-12-08 2018-06-29 超威电源有限公司 一种多孔电极的制备方法
CN105405678B (zh) * 2015-12-21 2018-03-30 山东精工电子科技有限公司 一种含有石墨烯的超级电容器浆料制备方法
KR101993783B1 (ko) * 2016-01-20 2019-06-28 주식회사 엘지화학 카본나노튜브 펠렛 제조장치
CN106058158B (zh) * 2016-07-21 2018-05-08 青岛海达新能源材料有限公司 全自动连续式锂离子电池负极材料的生产设备及方法
MX2019001436A (es) * 2016-08-03 2019-09-04 Corning Inc Aparatos y métodos de control de reología de lotes precursores de cerámica.
DE102016217372A1 (de) * 2016-09-13 2018-03-15 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer fibrillierten Materialzusammensetzung
CN106965295B (zh) * 2017-03-15 2022-09-20 南京沃联科技有限公司 活性炭棒压塑成型设备
CN108365193A (zh) * 2018-02-02 2018-08-03 杨高品 锂离子电池正负极浆料的连续生产工艺和设备
CN112002888B (zh) * 2020-08-26 2021-07-20 成都新柯力化工科技有限公司 一种利用螺杆挤出机制备锂电池硅碳负极的方法
WO2022056983A1 (zh) * 2020-09-15 2022-03-24 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种极片成型的挤出头及包括其的成型装置及其成型方法和制备方法
DE102020216546A1 (de) 2020-12-23 2022-06-23 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenpulvermischung einer Batteriezelle
CN112871051B (zh) * 2021-01-11 2023-05-05 湖北亿纬动力有限公司 一种双螺杆挤出机及其混合方法
FR3124327A1 (fr) * 2021-06-16 2022-12-23 Saft Procede de preparation d’electrode sans solvant et les formulations d’electrodes susceptibles d’etre obtenues par ledit procede
CN113594403B (zh) * 2021-07-30 2023-01-13 湖北亿纬动力有限公司 一种颗粒碳正极及其制备方法和应用
DE102022105656A1 (de) 2022-03-10 2023-09-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Batterieelektrode
DE102022106527A1 (de) * 2022-03-21 2023-09-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur lösungsmittelfreien Elektrodenherstellung sowie Elektrode
CN115262000B (zh) * 2022-06-30 2023-12-08 武汉纺织大学 高效破除Lyocell纤维纺丝原液白芯的装置与方法
CN116441340B (zh) * 2023-04-26 2024-05-21 唐山曹妃甸区通鑫再生资源回收利用有限公司 热压铁块制造装置及其制造方法
CN117101506A (zh) * 2023-08-03 2023-11-24 广东嘉尚新能源科技有限公司 一种软包电池的电极材料混合工艺

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4422992A (en) * 1982-02-12 1983-12-27 E. I. Du Pont De Nemours & Company Extruder process for preparation of carbon fiber reinforced fluoropolymer compositions
JP3472391B2 (ja) * 1995-07-19 2003-12-02 東芝機械株式会社 ２軸押出機及びその２軸押出機を利用した押出方法
FR2759087B1 (fr) * 1997-02-06 1999-07-30 Electricite De France Produit composite poreux de haute surface specifique, procede de preparation et electrode pour ensemble electrochimique formee d'un film composite poreux
EP1202302B1 (en) * 2000-09-26 2005-06-01 Asahi Glass Company Ltd. Process for producing an electrode assembly for an electric double layer capacitor
US6939383B2 (en) * 2002-05-03 2005-09-06 3M Innovative Properties Company Method for making electrode
US20050266298A1 (en) * 2003-07-09 2005-12-01 Maxwell Technologies, Inc. Dry particle based electro-chemical device and methods of making same
US8247486B2 (en) * 2008-07-01 2012-08-21 E.I. Du Pont De Nemours And Company Creep resistant fluoropolymer
US20110204284A1 (en) * 2010-02-25 2011-08-25 Renee Kelly Duncan Carbon electrode batch materials and methods of using the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190038163A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 주식회사 엘지화학 전극 합제의 제조 방법 및 전극 합제
WO2024029674A1 (ko) * 2022-08-02 2024-02-08 엘지전자 주식회사 이축 압출기

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