KR20240010855A - 건식용 전극 필름의 재활용 방법 - Google Patents

건식용 전극 필름의 재활용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건식용 전극 필름의 재활용 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 건식용 전극 필름 제작 시 발생된 폐 전극을 별도 처리하는 단계를 도입하여 신재를 사용한 건식 전극 필름과 동등한 품질의 건식 전극 필름 제조할 수 있는 건식용 전극 필름의 재활용 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 건식용 전극 필름의 재활용 방법은 폐 전극을 분쇄하여 폐재 얻는 단계, 상기 폐재 중 기설정된 분말 흐름 지수(powder flow index)를 만족하는 재생소재를 수집하는 단계, 상기 재생소재를 포함하는 전극 소재 준비하는 단계 및 상기 전극 소재로 전극 필름을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

건식용 전극 필름의 재활용 방법{RECYCLING METHOD OF DRY ELECTRODE FILM}
본 발명은 건식용 전극 필름의 재활용 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 건식용 전극 필름 제작 시 발생된 폐 전극을 별도 처리하는 단계를 도입하여 신재를 사용한 건식 전극 필름과 동등한 품질의 건식 전극 필름 제조할 수 있는 건식용 전극 필름의 재활용 방법에 관한 것이다.
종래의 전극을 건식으로 제조하는 방법은 전극 활물질, 바인더, 및 도전재를 용매나 분산매 등과 같은 액제 매질 없이 혼합한 후, 분말 혼합물을 압연 롤에 통과시켜 전극 필름을 만드는 기술로 알려져 있다.
이러한 건식 방식의 전극 필름 제조기술은 기존의 습식 공정과 비교했을 때 효과적으로 에너지 밀도를 올릴 수가 있고 투자비 절감 효과로 각광을 받고 있으나 현재 개발단계로 기술이 많이 부족한 상태이다.
한편, 건식 전극 필름 제작 시 재료 불량 및 공정 실패로 발생 된 폐 전극을 회수해 다시 사용(reuse)할 수 있게 된다면 산업-경제적 측면 및 환경적 측면에서 매우 바람직할 것이다.
종래에는 상기 폐 전극을 재활용 시 소재 물성 변화에 대한 고려를 배제하고 기존 시스템에 그대로 적용함으로써, 재활용 소재(폐재)와 신규 소재(신재)와의 혼합 믹싱이 어려우며 기존 신규 소재만을 적용한 제품과 동일한 품질을 얻기 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 배경 하에, 건식용 전극 필름 제작 시 발생된 폐 전극을 효과적으로 재활용 하기 위한 방법에 대한 개발이 필요하다.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0138263호 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0006899호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 건식용 전극 필름 제작 시 발생된 폐 전극을 효과적으로 재활용 하기 위한 건식용 전극 필름의 재활용 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명에 따른 건식용 전극 필름의 재활용 방법은 폐 전극을 분쇄하여 폐재 얻는 단계, 상기 폐재 중 기설정된 분말 흐름 지수(powder flow index)를 만족하는 재생소재를 수집하는 단계, 상기 재생소재를 포함하는 전극 소재 준비하는 단계 및 상기 전극 소재로 전극 필름을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 건식용 전극 필름의 재활용 방법은 상기 폐 전극을 분쇄하여 폐재 얻는 단계 이전에 수행되는, 신재를 캘린더링 또는 가압하여 시트화시키는 단계 및 상기 시트화된 결과물의 가장자리를 슬리팅하여 전극 필름 및 폐 전극을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 신재는 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다. 상기 바인더는 섬유형 바인더일 수 있다.
상기 폐재는 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다. 상기 바인더는 섬유형 바인더일 수 있다.
상기 폐 전극을 분쇄하여 폐재 얻는 단계는 롤밀(roll-mill), 볼밀(ball-mill), 제트 밀(jet-mill), 유성밀(planetary-mill) 및 어트리션밀(attrition-mill)로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 사용하여 상기 폐 전극을 분쇄할 수 있다.
상기 폐 전극을 분쇄하여 폐재 얻는 단계는, 1,000 내지 6,000 rpm의 속도로 40분 이내로 하여 상기 폐 전극을 분쇄할 수 있다.
상기 분말 흐름 지수는 ASTM D6128의 분석법에 의거하여 외력이 0 내지 15 kPa 인 조건에서 측정될 수 있다.
상기 기설정된 분말 흐름 지수는 상기 신재의 분말 흐름 지수 값이 'A'로 측정 시, 'A ± 0.02' 이내의 값일 수 있다.
상기 기설정된 분말 흐름 지수를 만족하지 않는 경우, 상기 폐재를 분쇄한 후, 분말 흐름 지수를 측정하여 상기 재생소재를 수집할 수 있다.
상기 전극 소재로 전극 필름을 제조하는 단계는, 상기 전극 소재를 캘린더링 또는 가압하여 시트화시키는 단계 및 상기 시트화된 결과물의 가장자리를 슬리팅하여 상기 전극 필름을 제조하는 단계를 포함 할 수 있다.
상기 전극 소재는 재생소재만으로 이루어진 것일 수 있다.
상기 전극 소재는 상기 재생소재 및 신재를 포함하는 것일 수 있다.
상기 전극 필름은 두께가 50 내지 800㎛ 이고, 밀도가 10 내지 60 mg/cm2일 수 있다.
본 발명은 건식용 전극 필름의 재활용 방법은 건식용 전극 필름 제작 시 발생된 폐 전극을 별도 처리하는 단계를 도입하여 신재를 사용한 건식 전극 필름과 동등한 품질의 건식 전극 필름 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 건식용 전극 필름의 재활용 방법은 건식용 전극 필름 제작 시 발생된 폐기된 건식 전극 필름을 효과적으로 재활용함으로써, 전극 활물질, 바인더 및 도전재 등 과 같은 전극 소재의 재료 비용을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 건식용 전극 필름의 재활용 방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 2는 신규 소재(신재) 및 재활용 소재(폐재)의 공정별 상태 변화 형상을 도식화한 것이다.
도 3a은 활물질, 바인더 및 도전재가 혼합된 분말 형태의 신규 소재(신재)를 모습을 도시한 것이다.
도 3b는 기설정된 분말 흐름 지수(powder flow index)를 만족하는 재활용 소재(폐재)의 모습을 도시한 것이다.
도 3c는 기설정된 분말 흐름 지수(powder flow index)를 만족하지 못하는 재활용 소재(폐재)의 모습을 도시한 것이다.
도 4a는 신규 소재(신재)를 사용하여 제조된 전극의 성능 평가 결과값이다.
도 4b는 재활용 소재(폐재)를 사용하여 제조된 전극의 성능 평가 결과값이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다.
본 발명은 건식용 전극 필름의 재활용 방법에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도 1은 본 발명에 따른 건식용 전극 필름의 재활용 방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 건식용 전극 필름의 재활용 방법은 폐 전극을 분쇄하여 폐재 얻는 단계(S300), 상기 폐재 중 기설정된 분말 흐름 지수(powder flow index)를 만족하는 재생소재를 수집하는 단계(S400), 상기 재생소재를 포함하는 전극 소재 준비하는 단계(S500) 및 상기 전극 소재로 전극 필름을 제조하는 단계(S600)를 포함한다.
보다 상세하게는, 본 발명에 따른 상기 건식용 전극 필름의 재활용 방법은 상기 폐 전극을 분쇄하여 폐재 얻는 단계(S300) 이전에 수행되는, 신재를 캘린더링 또는 가압하여 시트화시키는 단계(S100) 및 상기 시트화된 결과물의 가장자리를 슬리팅하여 전극 필름 및 폐 전극을 생성하는 단계(S200)를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 건식용 전극 필름의 재활용 방법의 각 단계에 대해서 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, S100 단계에서는 신재를 캘린더링 또는 가압하여 시트화시킬 수 있다.
상기 신재를 고온 및 고압의 압력 프리-스탠딩(free-standing)한 건식 전극 필름으로 제작할 수 있다.
상기 S100 단계에서는 피딩 설비에 일정한 양의 분말 형태의 신재를 투입하여 시트화된 필름을 제조할 수 있는 롤투롤 형태의 제막 장비를 사용할 수 있다.
본 발명에서는 설명하기에 앞서, 본 발명에서 사용되는 '신재'는 재사용되지 않은 신규 소재를 칭한다. 그리고 본 발명에서 사용되는 '폐재'는 상기 '신재'가 가공된 것이다. 본 발명에서 상기 '폐재'는 구체적으로 슬리팅 공정에서 발생되는 잔여물이거나 캘린더링 또는 가압 공정에서 발생되는 외관 불량(찢어짐, 손상) 등으로 폐기 물질을 분쇄 공정 후의 재활용이 가능한 소재를 칭한다.
상기 신재는 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.
상기 전극 활물질, 도전재 및 바인더의 함량 및 소재는 한정되지 않으며 당해 기술분야에서 이용 가능한 모든 물질이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 섬유형(fibril) 바인더일 수 있다. 구체적으로 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 포함하고, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 필수적으로 이루어지거나 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 신재는 전극 활물질, 바인더 및 도전재가 용매나 분산매 등과 같은 액제 매질 없이 혼합된 분말 혼합물이다.
상기 S100 단계에서는 상기 분말 혼합물을 압연 롤에 통과시켜 시트화된 결과물을 만들 수 있다. 이때, 상기 시트화된 결과물은 두께가 50 내지 800㎛ 이고, 밀도가 10 내지 60 mg/cm2일 수 있다.
이어서, S200 단계에서는 상기 시트화된 결과물을 슬리팅하여 전극 필름 및 폐 전극을 생성한다.
상기 슬리팅은 제품 불량 혹은 원하는 제품 폭을 맞추기 위하여 시트화된 결과물의 가장자리(edge)를 절단하는 것이다. 이때, 슬리팅 과정에서 건식 전극 필름의 일부 구간이 잔여물로 발생되며 본 발명에서는 이를 '폐 전극'이라고 칭한다.
계속해서 S300 단계에서는 상기 폐 전극을 분쇄하여 폐재 얻는다.
상기 분쇄는 상기 폐 전극을 롤밀(roll-mill), 볼밀(ball-mill), 제트 밀(jet-mill), 유성밀(planetary-mill) 및 어트리션밀(attrition-mill)로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있으나 이에 제한을 두지 않는다.
이때, 분쇄 조건은 1,000 내지 6,000 rpm의 속도로 40분 이내로 하여 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로 1,000 내지 6,000 rpm의 속도로 10 내지 40분 동안 수행될 수 있다.
이때, 분쇄 공정을 통해 얻어진 분말 형태의 폐재는 적절한 입자 크기로 분쇄될 수 있다.
상기 폐재는 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다. 상기 바인더는 섬유형 바인더일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 S300 단계에서는 전극 필름 내 섬유화된 바인더의 구조를 분쇄 공정을 통하여 미세화시킬 수 있다.
도 2는 신규 소재(신재) 및 재활용 소재(폐재)의 공정별 상태 변화의 형상을 도식화한 것이다.
구체적으로 도 2를 참고하면, 전극 활물질(10), 도전재(20), 바인더(30)를 포함하는 신재는 혼합믹싱 과정을 통해서 (A)형상이 된다.
(A)에 도시된 바와 같이, 상기 바인더(30)는 혼합믹싱 과정중 섬유화가 진행되어 가는 실타래와 같은 형상을 확인 할 수 있다.
상기 신재(A)는 캘린더링 또는 가압 과정을 통해서 (B)형태로 형상이 변하게 된다.
(B)에 도시된 바와 같이, 압연 과정을 거치면서 상기 신재(A)는 섬유화된 바인더(30) 및 입자 간의 치밀한 구조적 결합력으로 필름화 되게 된다.
상기 필름화 형태인 건식전극 필름(B)의 재활용을 위해서는 구조적 결합력을 분쇄하는 과정이 필요시 된다. 특히 결합의 중요한 역할을 하는 섬유화 바인더(30)의 분쇄 과정이 필요시 된다.
따라서, 분쇄 과정을 통하여, 재활용이 가능한 폐재가 (D)형태로 변하게 되면 재활용이 가능하여 건식전극필름 제작이 가능하다.
한편, 분쇄 과정 없이 단순 믹싱 공정를 거치게 되면, 폐재가 섬유화된 바인더(30) 및 입자 간의 치밀한 구조적 결합력이 풀리지 않는 (C)형태로 존재하여 건식 전 필름의 제작이 어렵다.
이어서, S400 단계에서는 상기 폐재의 분말 흐름 지수(powder flow index)측정한다.
상기 분말 흐름 지수는 분체에 일정한 외력을 가하여, 수직응력과 전단응력을 측정합니다. 이 응집강도는 분체가 가지고 있는 물성치(유동성)를 측정할 수 있다.
상기 분말 흐름 지수(powder flow index)는 ASTM D6128의 분석법에 의거하여 외력이 0 내지 15 kPa 인 조건에서 측정될 수 있다. 상기 외력은 Flow Index Stress로 표현될 수 있다.
상기 ASTM D6128 의 분석법은 유동성을 띄는 분체와 저장 되어 있는 분체에 대한 응집 강도를 측정하는 방법으로, 분체간의 내부 마찰 측정, Bulk Density, 각종 외부 벽면과의 마찰을 측정하여 분체의 Flow Ability를 파악하고 호퍼 설계에서 흐름장애를 해결하기 위해 사용 되는 실험법이다.
상기 ASTM D6128 의 분석법은 일정한 양의 분체 샘플에 외력(Shear Stress, Normal Stress)을 가하여, 정적인 평형상태(Steady State Flow)에서의 내력을 측정 합니다.
측정된 데이터는 평형상태의 분체의 내력은 입자들 간의 마찰력, 응집력에 따라 다른 힘의 분포도를 나타내며 Flow Function을 Index할 수 있는 Flow Curve를 표시 합니다. 따라서, Flow Function Test는 분체 류에 대한 유동적 특징을 Index(Flow index)로 나타내어 수치화, 계수화 할 수 있습니다. 이때, 압밀 응력과 고 압밀 응력 사이의 분체의 유동을 파악할 수 있습니다.
계속해서, 상기 S400 단계에서는 상기 폐재의 분말 흐름 지수를 측정 후, 기설정된 분말 흐름 지수(powder flow index)를 만족하는지 평가한다.
상기 기설정된 분말 흐름 지수는 상기 신재의 분말 흐름 지수 값이 'A'로 측정 시, 'A ± 0.02' 이내의 값일 수 있다.
상기 제품의 분말 흐름 지수의 수치 값은　전극 조성, 물성 및 조건에 따라 변경될 수 있다.
따라서, 기준이 되는 기존　전극 제품의 분말 흐름지수 값이 'A' 로 측정시, 재활용 분말의 경우 'A ± 0.02' 이내 오차범위의 경우 재사용이 가능하다.
상기 기설정된 분말 흐름 지수를 만족하는 경우, 재생소재로 판단되어 후술되는 S500 단계로 진행된다.
상기 S400 단계에서 상기 기설정된 분말 흐름 지수를 만족하지 않는 경우, 상기 폐재를 다시 분쇄한 후, 상기 폐재의 분말 흐름 지수를 측정하여 상기 재생소재를 수집할 수 있다.
따라서, 기준이 되는 기존　전극 제품의 분말 흐름지수 값이 'A' 로 측정시, 재활용 분말의 경우 'A ± 0.02' 이내 오차범위를 벗어날 경우 재분쇄 과정을 거쳐 최종 재활용 조건을 만족하게 된다.
상기 재분쇄 과정은 1 ~ 3회 수행될 수 있으며, 상기 재분쇄 과정에서 계속해서 'A ± 0.02' 이내 오차범위를 벗어나게 되면 폐기처리 된다.
먼저, 도 3a은 혼합 믹싱 완료 후 활물질, 바인더 및 도전재가 혼합된 분말 형태의 신규 소재(신재)를 모습을 도시한 것이다.
그리고, 도 3b는 분쇄 과정 후 기설정된 분말 흐름 지수(powder flow index)를 만족하는 재활용 소재(폐재)의 모습을 도시한 것이다.
도 3b를 참고하면, 도 3a의 신재의 모습과 유사한 입자 특성을 확인 할 수 있다.
그리고, 도 3c는 분쇄 과정 후 기설정된 분말 흐름 지수(powder flow index)를 만족하지 못하는 재활용 소재(폐재)의 모습을 도시한 것이다.
도 3c를 참고하면, 폐 전극의 분쇄화가 잘 이루어 지지 않아, 도 3a 및 도 3b와 달리 분말화가 완전히 이루지 않은 상태를 확인할 수 있다.
상기 분말화가 완전히 이루지 않은 상태를 전극 소재로 재사용하게 되면 캘린더링 또는 가압 공정 시 시트화 된 건식 전극 필름이 찢어짐 현상 외 불량품이 발생되게 된다.
이어서, 상기 S500 단계에서는 수집된 상기 재생소재를 포함하는 전극 소재 준비한다.
본 발명에 따른 실시예에서는 상기 전극 소재를 재생소재만을 사용하여 최종 제품인 건식용 전극 필름을 제조할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 다른 실시예에서는 상기 전극 소재를 상기 재생소재 및 신재를 혼합하여 최종 제품인 건식용 전극 필름을 제조할 수 있다.
본 발명에 상기 다른 실시예에서는 상기 전극 소재와 상기 재생소재의 물성(분말 흐름지수)이 유사 또는 동등하기 때문에 상기 전극 소재를 신재만을 사용한 건식용 전극 필름과 동등한 품질의 건식 전극 필름 제조할 수 있다.
마지막으로, 상기 S600 단계에서는 상기 전극 소재로 전극 필름을 제조한다.
상기 전극 소재로 전극 필름을 제조하는 단계는, 상기 전극 소재를 캘린더링 또는 가압하여 시트화시키는 단계(S610) 및 상기 시트화된 결과물의 가장자리를 슬리팅하여 상기 전극 필름을 제조하는 단계(S620)를 포함할 수 있다.
먼저, S610 단계에서는 상기 재생 소재를 캘린더링 또는 가압하여 시트화시킬 수 있다. 상기 재생 소재를 고온 및 고압의 압력 프리-스탠딩(free-standing)한 건식 전극 필름으로 제작할 수 있다.
상기 S610 단계에서는 피딩 설비에 일정한 양의 분말 형태의 상기 재생 소재를 투입하여 시트화된 필름을 제조할 수 있는 S100 단계와 동일한 롤투롤 형태의 제막 장비를 사용할 수 있다.
상기 S610 단계에서는 상기 재생 소재를 압연 롤에 통과시켜 시트화된 결과물을 만들 수 있다. 이때, 최종적으로 제조된 폐 전극을 재활용한 상기 전극 필름은 두께가 50 내지 800㎛ 이고, 밀도가 10 내지 60 mg/cm2일 수 있다.
계속해서, S620 단계에서는 상기 전극 필름을 슬리팅하여 폐 전극을 재활용한 상기 전극 필름을 제작할 수 있으며, S200 단계와 동일한 공정을 거친다.
따라서, 본 발명은 건식용 전극 필름의 재활용 방법은 건식용 전극 필름 제작 시 발생된 폐기된 건식 전극 필름을 효과적으로 재활용함으로써, 활물질, 바인더, 도전재 등 과 같은 전극 소재의 재료 비용을 절감시킬 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
먼저, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 전극의 성능을 확인하기 위해 재생소재만을 전극 소재로 사용한 건식 전극 필름을 단위 셀을 제작하고, 이에 대한 수명특성 평가를 하였다.
구체적으로, 수명특성 평가를 하기 위하여, 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 건식 전극 필름을 집전체에 라미네이션하면 배터리용 건식 전극을 제조하였다, 여기서, 양극 집전체로는 알루미늄호일을, 음극 집전체로는 구리호일을 사용하였으며, 분리막으로는 유리섬유(GFF, glassy fiber filter)을 사용하여 코인셀(R2032) 형태의 단위셀을 제작하였다.
상기 코인셀의 수명은 CC/CV 모드로 0.1C, 4.25V cut-off/0.05C로 충전하였고 0.33C, 1.0C, 2.0C에서 방전 조건으로 평가하였다.
비교예
실시예에서 재생소재만을 전극 소재로 사용한 것 대신 신재를 전극 소재로 사용한 것을 제외하고 동일한 방법으로 건식 전극 필름을 단위 셀을 제작하고, 이에 대한 수명특성 평가를 하였다.
도 4a는 신재만을 전극 소재로 사용하여 제조된 전극의 성능 평가 결과값이다. 그리고, 도 4b는 재생 소재만을 전극 소재로 사용하여 제조된 전극의 성능 평가 결과값이다.
도 4a 및 도 4b를 참고하면, 재생 소재만을 전극 소재로 사용하여 제조된 전극이 신재만을 전극 소재로 사용하여 제조된 건식 전극과 동일한 용량을 구현하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명은 건식용 전극 필름의 재활용 방법은 건식용 전극 필름 제작 시 발생된 폐 전극을 별도 처리하는 단계를 도입하여 신재를 사용한 건식 전극 필름과 동등한 품질의 건식 전극 필름 제조할 수 있다.
이상, 본 발명의 실험예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10 : 전극 활물질
20 : 도전재
30 : 바인더

Claims (15)

  1. 폐 전극을 분쇄하여 폐재 얻는 단계;
    상기 폐재 중 기설정된 분말 흐름 지수(powder flow index)를 만족하는 재생소재를 수집하는 단계;
    상기 재생소재를 포함하는 전극 소재 준비하는 단계; 및
    상기 전극 소재로 전극 필름을 제조하는 단계;를 포함하는 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐 전극을 분쇄하여 폐재 얻는 단계 이전에 수행되는,
    신재를 캘린더링 또는 가압하여 시트화시키는 단계; 및
    상기 시트화된 결과물의 가장자리를 슬리팅하여 전극 필름 및 폐 전극을 생성하는 단계;를 더 포함하는 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신재는 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 것인 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 바인더는 섬유형 바인더인 것인 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폐재는 전극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 것인 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바인더는 섬유형 바인더인 것인 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폐 전극을 분쇄하여 폐재 얻는 단계는
    롤밀(roll-mill), 볼밀(ball-mill), 제트 밀(jet-mill), 유성밀(planetary-mill) 및 어트리션밀(attrition-mill)로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 사용하여 상기 폐 전극을 분쇄하는 것인 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폐 전극을 분쇄하여 폐재 얻는 단계는,
    1,000 내지 6,000 rpm의 속도로 40분 이내로 상기 폐 전극을 분쇄하는 것인 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 분말 흐름 지수는 ASTM D6128의 분석법에 의거하여 외력이 0 내지 15 kPa 인 조건에서 측정된 것인 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 기설정된 분말 흐름 지수는 상기 신재의 분말 흐름 지수 값이 'A'로 측정 시, 'A ± 0.02' 이내의 값인 것인 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  11. 제1항에 있어서
    상기 기설정된 분말 흐름 지수를 만족하지 않는 경우,
    상기 폐재를 분쇄한 후, 분말 흐름 지수를 측정하여 상기 재생소재를 수집하는 것인 재활용 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전극 소재로 전극 필름을 제조하는 단계는,
    상기 전극 소재를 캘린더링 또는 가압하여 시트화시키는 단계; 및
    상기 시트화된 결과물의 가장자리를 슬리팅하여 상기 전극 필름을 제조하는 단계;를 포함하는 것인 재활용 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전극 소재는 재생소재만으로 이루어진 것 재활용 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 전극 소재는 상기 재생소재 및 신재를 포함하는 것인 재활용 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전극 필름은 두께가 50 내지 800㎛ 이고, 밀도가 10 내지 60 mg/cm2인 것인 재활용 건식용 전극 필름의 재활용 방법.
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