KR20180105969A - 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 장치 및 방법 - Google Patents

이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차전지용 전극 슬러리를 이송하는데 있어서 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 대용량 및 소용량 자동밸브를 구비한 대용량 펌프를 사용하여 생산성을 확보하고, 정밀 이송이 가능하도록 하여 제품인 전극의 품질 균일성을 또한 확보하는 것이다.

Description

이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 장치 및 방법{A bulky and precise machine and a method for transferring a slurry for secondary battery}
본 발명은 이차전지의 전극 제조를 위한 양극재, 음극재 등의 슬러리를 대용량으로정밀 이송하기 위한 기술에 관한 것이다.
이차전지는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 외부의 회로에 전원을 공급하기도 하고, 방전되었을 때 외부의 전원을 공급받아 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어 전기를 저장할 수 있는 전지로서, 일반적으로 축전지라고 부른다.
예를 들어, 리튬이온전지는. 두 전극의 한쪽은 리튬-코발트 산화물을, 다른 한쪽은 흑연을 쓴다. 두 극이 모두 층상구조로 리튬이온이 층간에 들어갔다 나왔다 하면서 충방전이 계속된다. 문제는 리튬의 이런 운동이 전극의 구조를 퇴화시킨다는 것이다. 리튬-코발트 산화물은 리튬의 이런 운동에 비교적 안정적인 반면, 흑연은 여러 번 이 운동이 반복되면 층상구조가 퇴화된다. 그 결과는 전지의 수명 단축으로 나타난다. 핸드폰의 경우 거의 대부분 리튬-이온전지를 사용하는데, 나중에 사용시간이 줄어드는 이유가 여기에 있다.
대부분의 중대용량 리튬이차전지는 에너지 밀도와 안전성을 최우선으로, 주로 기존 리튬 이차전지 시스템의 신규 기술에 의한 고성능화를 통해 차세대 전지 개발과 새로운 혁신형 전지의 개발에 주력하고 있는 상황이다.
차량용 리튬 이차전지로서 요구되는 장수명과 칼렌더 수명을 개선할 목적으로 상용화된 다양한 양극 재료 및 음극 재료 시스템에 대해서 안전성을 확보하면서 에너지 밀도와 출력 및 입력 밀도의 성능향상 및 저가격화를 위한 개발이 진행되고 있다.
이차전지의 수명 및 출력 등에 중요한 영향을 미치는 전극의 활물질 등은 물질 자체의 개발도 중요하지만, 전극 생산 공정에서 활물질 슬러리를 정확한 양으로 균일하게 집전체 상에 코팅되도록 정밀 이송하는 것이 중요하다.
이러한 정밀 이송을 위해서는 정량 펌프를 사용하는 것이 바람직하지만, 정량 펌프의 경우에는 대용량 이송이 불가능하여 생산성을 떨어뜨리는 문제가 있다. 또한, 미국등록특허 제6,273,345호 및 미국공개특허 제2013-0280992호와 같이, 산업분야에 따라서는 보다 정밀한 이송을 목적으로 하는 장치들이 이용되고 있으나, 이러한 기술은 정밀성에 중점을 두고 있으므로, 생산성이 당연히 문제가 될 뿐만 아니라, 이차전지용 활물질 슬러리 등의 이송에는 부적합하다.
반대로, 생산성의 측면을 고려하여 대용량 펌프를 사용하는 경우에는 생산성은 향상시킬 수 있으나, 정확한 정밀 이송이 곤란하여, 전극 품질의 불균일 내지 불량을 초래하게 된다.
미국 특허등록번호 제6,273,345호 미국 특허공개번호 제2013-0280992호
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 대용량 펌프를 사용하여 생산성을 확보하고, 정밀 이송이 가능하도록 하여 제품인 전극의 품질 균일성을 또한 확보하고자 안출된 것이다.
상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일구체예에 따르면,
본 발명은 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 장치에 관한 것으로서, 컴프레서; 대용량 펌프; 컴프레서의 압축공기를 대용량 펌프에 공급하는 대용량 및 소용량 자동밸브로 구성된 자동밸브; 및 제어기를 포함한다.
상기에서 대용량 펌프는 대용량 다이아프램 펌프를 사용하는 것이 바람직하다. 다이아프램 펌프를 사용하는 경우 이송속도가 40~43 kg/min인 것이 바람직하다.
상기에서 대용량 및 소용량 자동밸브는 PLC(Programmable Logic Controller) 제어기에 의해 조정되는 것이 보다 바람직하다.
컴프레서로부터 대용량 펌프로 공급되는 압축공기의 관로에는 체크밸브를 포함하여 PLC제어와 함께 압축공기의 제어진동이나 역류를 방지한다.
본 발명의 구체예로서, 설비비용을 절감하고 장치를 컴팩트하게 구성하기 위하여 하나의 펌프와 하나의 컴프레서로 정량계량이 가능한 설비 구성이 가능하다.
본 발명에 따른 또다른 구체예로서, 본 발명은 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 방법을 제공한다. 즉, 컴프레서로부터의 압축공기를 대용량 펌프로 공급하여 이차전지용 슬러리를 이송하는 방법으로서, 대용량 자동밸브를 조정하여 대용량으로 이송하는 단계; 및 소용량 자동밸브를 조정하여 정밀하게 이송하는 단계를 포함한다.
본 발명은 이차전지용 전극 슬러리의 대용량 정밀 이송 장치 및 방법으로서, 이차전지용 전극 슬러리를 대용량으로 이송함으로써 생산성이 향상되고, 동시에 정밀한 이송을 가능하게 하여 제품인 전극의 품질을 균일하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 구체예를 도식적으로 표현한 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭이 사용되며, 이에 따라 중복되는 부가적인 설명은 아래에서 생락된다. 아래에서 참조되는 도면에서는 축적비가 적용되지 않는다.
본 발명에 따르면, 별도의 컴프레서가 필요하지 않고 하나의 컴프레서로부터 압축공기를 공급하며, 대용량 및 소용량의 2개의 자동밸브를 사용하여 압축공기를 조절함으로써, 대용량 공급과 소용량 공급의 양을 자동밸브를 통해 자유로이 조절이 가능하여 정량성 및 토출량 확보에 용이하며, PLC 제어를 통해 마지막 소용량 구간을 조절하여 정밀 계량이송이 가능하다.
구체적으로, 본 발명은 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 장치에 관한 것으로서, 컴프레서; 대용량 펌프; 컴프레서의 압축공기를 대용량 펌프에 공급하는 대용량 및 소용량 자동밸브로 구성된 자동밸브; 및 제어기를 포함한다(도 1).
상기에서 대용량 펌프는 대용량 다이아프램 펌프를 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 제한되지 않으며, 당업자에게 자명한 범위내의 다양한 대용량 펌프가 가능하다. 예를 들어, 에어로 동작하는 로타리 펌프 등도 가능하다.
상기에서 대용량 및 소용량 자동밸브는 PLC(Programmable Logic Controller) 제어기에 의해 조정되는 것이 보다 바람직하다. 또한, 컴프레서로부터 대용량 펌프로 공급되는 압축공기의 관로에는 체크밸브를 포함하여 PLC제어와 함께 압축공기의 제어진동이나 역류를 방지한다.
또한, 설비비용을 절감하고 장치를 컴팩트하게 구성하기 위하여 하나의 펌프와 하나의 컴프레서로 정량계량이 가능한 설비 구성이 가능하다.
한편, 본 발명은 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 방법을 제공한다. 즉, 컴프레서로부터의 압축공기를 대용량 펌프로 공급하여 이차전지용 슬러리를 이송하는 방법으로서, 대용량 자동밸브를 조정하여 대용량으로 이송하는 단계; 및 소용량 자동밸브를 조정하여 정밀하게 이송하는 단계를 포함한다. 결국, 대용량 공급과 소용량 공급의 양을 자동밸브를 통해 자유롭게 조절할 수 있기 때문에, 정량성 및 토출량 확보에 용이하며, PLC 제어를 통해 마지막 소용량 구간을 조절하여 정밀 계량이송이 가능해진다.
본 발명을 종래 대용량 다이아프램 펌프만을 이용하는 경우와 비교하여 실험하였다.
먼저, 전극 슬러리를 이송하기 위하여 대용량 다이아프램 펌프만 사용하는 경우로 3회(T1, T2, T3) 실험을 수행하였으며, 12kg을 이송하려고 설정값을 정한 경우에, 다이아프램 펌프는 19~21kg/min의 이송속도로만 이송할 수 있었으며, 실제 이송량에 있어서 정확도가 떨어졌다. 실험 결과를 아래 표1에 나타내었다. 다이아프램 펌프의 이송속도를 더 높이거나 낮추는 경우에는 실제 이송량이 설절값에 비해 현저히 차이가 났다.
구분 자동밸브
압력 		설정값 실제이송량 차이
T1 3.5 12.0 12.49 0.490
T2 4.0 12.0 12.88 0.880
T3 4.5 12.0 12.93 0.930
반면에, 본 발명에 따른 장치 및 방법을 동일한 조건을 수행한 경우, 다이아프램 펌프의 이송속도가 40~43 kg/min으로 2배 정도 높아도, 더 높은 정확도로 슬러리의 이송이 가능하였다. 실험 결과를 아래 표 2에 나타내었다.
구분 대용량
자동밸브		 소용량
자동밸브		 설정값 실제 이송량 차이
T1 3.5 3.0 12.0 11.841 - 0.159
T2 4.0 3.0 12.0 12.152 0.152
T3 4.5 3.0 12.0 12.176 0.176
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (13)

  1. 컴프레서; 대용량 펌프; 컴프레서의 압축공기를 대용량 펌프에 공급하는 대용량 및 소용량 자동밸브로 구성된 자동밸브; 및
    제어기를 포함하는 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 장치.
  2. 제1항에 있어서, 대용량 펌프가 대용량 다이아프램 펌프임을 특징으로 하는 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 장치.
  3. 제2항에 있어서, 다이아프램 펌프의 이송속도가 40~43 kg/min임을 특징으로 하는 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 장치.
  4. 제1항에 있어서, 제어기가 PLC(Programmable Logic Controller)임을 특징으로 하는 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 장치.
  5. 제1항에 있어서, 체크밸브를 추가로 포함함을 특징으로 하는 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 장치.
  6. 제1항에 있어서, 컴프레서가 하나만 존재함을 특징으로 하는 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 장치.
  7. 컴프레서로부터의 압축공기를 대용량 펌프로 공급하여 이차전지용 슬러리를 이송하는 방법으로서,
    대용량 자동밸브를 조정하여 대용량으로 이송하는 단계; 및
    소용량 자동밸브를 조정하여 정밀하게 이송하는 단계를 포함하는 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 방법.
  8. 제7항에 있어서, 자동밸브를 제어기가 조정함을 특징으로 하는 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 방법.
  9. 제8항에 있어서, 제어기가 PLC(Programmable Logic Controller)임을 특징으로 하는 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 방법.
  10. 제7항에 있어서, 대용량 펌프가 대용량 다이아프램 펌프임을 특징으로 하는 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 방법.
  11. 제10항에 있어서, 다이아프램 펌프의 이송속도가 40~43 kg/min임을 특징으로 하는 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 방법.
  12. 제7항에 있어서, 체크밸브를 추가로 포함하여 공기압의 역류를 방지함을 특징으로 하는 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 방법.
  13. 제7항에 있어서, 압축공기를 하나의 컴프레서로부터 공급받는 것을 특징으로 하는 이차전지용 슬러리의 대용량 정밀 이송 방법.
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