KR102574843B1 - 자동제어형 전극 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동제어형 전극 제조장치에 관한 것으로, 도전재가 용매상에 분산된 도전재 분산액을 공급하는 분산액 공급부 및 상기 분산액 공급부와 제1 이송로로 연결되어 도전재 분산액을 공급받고, 전극 활물질, 바인더 및 도전재 분산액를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 슬러리 제조부를 포함하는 자동제어형 전극 제조장치이되, 제1 이송로에는 도전재 분산액의 유량, 압력, 점도, 입도 및 분산도 중 적어도 하나 이상의 물성을 측정할 수 있는 센싱부, 및 도전재 분산액의 흐름과 유량을 제어하는 제1 밸브를 포함하며, 자동제어형 전극 제조장치는 센싱부에 감지된 물성을 기설정된 물성값과 비교하여 제1 밸브를 제어하는 제어부를 더 포함한다.

Description

자동제어형 전극 제조장치{AUTOMATIC CONTROL BASED ELECTRODE ASSEMBLY SYSTEMS}
본 발명은 자동제어형 전극 제조장치에 관한 것으로, 전극 원료의 물성을 감지하여 균일한 성능의 전극을 제조할 수 있도록 자동 제어하는 전극 제조장치에 관한 것이다.
휴대용 전자제품의 급격한 수요 증가, 전기자동차에 대한 수요 증대를 반영하여 이에 탑재되는 이차전지에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이차 전지는 충방전이 자유롭고 자가 방전율이 낮으며, 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 각광을 받고 있다.
이차 전지에 사용되는 전극의 경우, 예컨대 리튬 이차전지의 양극은 리튬 전이금속 산화물을 포함하는 양극 합제를 알루미늄 호일 등의 집전체에 코팅 및 건조하여 제조되고, 음극은 카본계 활물질을 포함하는 음극 합제에 구리 호일 등의 집전체에 코팅 및 건조하여 제조된다.
다만, 고밀도 전극은 전극 활물질 입자를 프레스에 의해 성형되므로, 입자들이 변형되고 입자들 사이 공간이 감소되어 전해액 침투성이 저하되기 쉽다. 전극내 전도성을 향상시키고 전극 저항을 감소시키기 위해 도전재를 첨가하는데, 이러한 도전재는 전극 활물질 사이에 분산되어 미세기공을 형성하여 전해액 침투가 용이하고 전도성을 향상시킨다.
앞서 설명한 바와 같이, 전극의 성능이 우수하기 위해서는 전극 활물질들의 사이에서, 전극 활물질의 표면에 도전재가 고르게 분산되어야 한다. 도전재의 고른 분산을 위해서는 전극 활물질, 바인더, 도전재를 용매상에 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는데, 일반적으로 분말 형태의 도전재를 첨가하는 것이 아니라 용매상에 도전재가 분산된 상태를 가진 도전재 분산액을 첨가한다. 다만 용매상에 도전재를 고르게 분산시키는 것은 용이하지 않은데, 예컨대 도전재로써 탄소나노튜브를 사용하는 경우 발데르 발스 힘에 의해 서로 응집되기 쉬워 균일 분산이 용이하지 않다.
분산도를 높이기 위해, 대한민국 공개특허 제2018-0099672호는 분산제로 라우릴황산나트륨을 도전재 분산액에 첨가하고, 대한민국 공개특허 제2018-0099671호는 탭 밀도를 조정할 수 있도록 여과장치로 거른 후 초음파 조사기 및 원심분리를 통해 도전재 분산액을 획득한다. 그러나 분산제 첨가와 초음파 처리를 진행한 도전재 분산액이라 하더라도, 장시간 방치됨에 따라 분산도가 현격히 떨어진다. 전극을 제조하기 위한 각 제조 단계별 원료 공급이 용이하도록 대용량의 리저버 탱크를 배치하기 때문에 원료의 장시간 방치되는 경우가 발생하고, 또한 공정 운용이 일시 중단될 경우 원료인 도전재 분산액의 분산도 및 점등의 물성이 변하게 되어 최종 전극 성능의 품질의 균일성을 확보하기 어렵다. 그 예로써, 국제공개특허 제2019-181869호는 1 주일간 방치된 전후의 점도 변화율을 특정하여 도전재 분산액의 품질 안정성을 확보하는 내용을 개시하고 있다.
대한민국 공개특허 제2018-0099672호(2018.09.05 공개) 대한민국 공개특허 제2018-0099671호(2018.09.05 공개) 국제공개특허 제2019-181869호(2019.09.26 공개)
본 발명자들은 우수한 성능의 전극을 균일하게 제조하기 위해, 다년간의 공정연구 끝에 도전재 분산액과 전극 슬러리의 물성을 분석하여 원료 재처리 또는 후속 공정처리를 제어할 수 있는 자동제어형 전극 제조장치를 개발하였다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동제어형 전극 제조장치는 도전재가 용매상에 분산된 도전재 분산액을 공급하는 분산액 공급부 및 상기 분산액 공급부와 제1 이송로로 연결되어 도전재 분산액을 공급받고, 전극 활물질, 바인더 및 도전재 분산액를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 슬러리 제조부를 포함하되, 제1 이송로에는 도전재 분산액의 유량, 압력, 점도, 입도 및 분산도 중 적어도 하나 이상의 물성을 측정할 수 있는 센싱부 및 도전재 분산액의 흐름과 유량을 제어하는 제1 밸브를 포함하며, 자동제어형 전극 제조장치는 센싱부에 감지된 물성을 기설정된 물성값과 비교하여 제1 밸브를 제어하는 제어부를 포함한다.
분산액 공급부는 투입된 도전재와 용매를 고압으로 가하는 가압기, 가압부와 연결되며 용매상에 도전재를 분산시키는 반응기 및 반응기와 연결되어 도전재 분산액을 저장하는 챔버를 포함하고, 상기 챔버는 상기 제1 이송로와 연결될 수 있다. 가압기와 제1 밸브는 제1 반환로를 통해 연결되어 있고, 제어부는 센싱부에서 감지된 물성이 기설정된 물성값 범위에 포함되는 경우 제1 밸브를 제어하여 도전재 분산액을 슬러지 제조부로 이송하고, 기설정된 물성값 범위에 포함되지 않는 경우 제1 밸브를 제어하여 도전재 분산액이 제1 반환로로 이송할 수 있다.
자동제어형 전극 제조장치는 상기 슬러리 제조부로부터 전극 슬러리를 공급받아 집전체 상에 코팅 및 건조하여 전극을 제조하는 전극 제조부 및 전극 제조부와 슬러리 제조부를 연결하는 제2 이송로를 더 포함할 수 있다. 제2 이송로에는 전극 슬러리의 유량, 압력, 점도, 입도 및 분산도 중 적어도 하나 이상의 물성을 측정할 수 있는 센싱부, 및 도전재 분산액의 흐름과 유량을 제어하는 제2 밸브를 포함하며, 제어부는 센싱부에 감지된 물성을 기설정된 물성값과 비교하여 제2 밸브를 제어할 수 있다.
슬러리 제조부는 원료를 혼합하는 혼합기 및 혼합된 전극 슬러리를 보관하는 리저버 탱크를 포함하고, 제2 이송로는 리저버 탱크와 전극 제조부를 연결할 수 있다. 혼합기와 제2 밸브는 제2 반환로를 통해 연결되어 있고, 제어부는 센싱부에서 감지된 물성이 기설정된 물성값 범위에 포함되는 경우 제2 밸브를 제어하여 전극 슬러리를 전극 제조부로 이송하고, 기설정된 물성값 범위에 포함되지 않는 경우 제2 밸브를 제어하여 전극 슬러리를 상기 제2 반환로로 이송할 수 있다. 센싱부는 제타전위(Zeta potential), 자외선 흡수 스펙트럼에 의한 흡광도, 입자의 다분산도(Polydispersity index), 동적 광산란법(DLS)에 의한 입자 평균 입경을 감지할 수 있다.
본 발명에 따른 자동제어형 전극 제조장치는 균일하고 우수한 물성을 갖는 도전재 분산액을 슬러리 제조부에 공급하고, 균일하고 우수한 물성을 갖는 전극 슬러리를 전극 제조부에 공급하므로, 우수한 성능 및 균일한 품질의 전극을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 전극 제조장치에 도전재를 분산하는 분산액 공급부가 직접 연결된 바, 공정 중단 등으로 인해 장시간 도전재 분산액 및 전극 슬러리가 특정 용기에 장기 보관되더라도, 재처리를 통해 목표하는 물성을 갖는 도전재 분산액과 전극 슬러리를 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동제어형 전극 제조장치의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 슬러리 제조부의 개념도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제어부와 센싱부의 모식도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 기술 사상과 범위를 벗어나지 않는 한, 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동제어형 전극 제조장치의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 자동제어형 전극 제조장치(100)는 분산액 공급부(110), 슬러리 제조부(120) 및 제어부(180)를 포함하고, 도전재 분산액은 분산액 공급부(110)로부터 슬러리 제조부(120)로 이송되며, 제1 이송로(A)를 통해 도전재 분산액이 이송된다. 이때, 제어부(180)가 제1 이송로(A)를 통해 이동하는 도전재 분산액의 물성을 센싱하여 도전재 분산액의 이동을 제어한다.
구체적으로, 분산액 공급부(110)는 용매상에 도전재가 균일하게 분산된 도전재 분산액을 수용하는 챔버일 수 있다. 또한, 분산액 공급부(110)는 원료인 용매 및 도전재가 투입된 후, 이들을 고압 처리 및 미세오리피스에 통과시켜 도전재를 미세화 및 용매상 미세화된 도전재의 분산도를 향상시키는 반응을 진행하는 도전재 분산액 제조장치를 포함한다. 예를 들면, 상기 분산액 공급부(110)는 가압기(111), 반응기(112), 냉각기(113) 및 챔버(114)를 포함할 수 있다. 가압기(111)는 외부에서 유입된 도전재 및 용매를 고압으로 가압하여 반응기(112)로 이송한다. 따라서, 가압기(111)는 원료에 고압을 부여할 있는 장치라면 특별히 제한되지 않고, 모터 기반의 리니어 액추에이터를 이용한 피스톤의 원리를 적용해 가압부에서 반응부 방향으로 빠르게 가압하는 장치를 사용할 수 있다. 반응기(112)는 수백μm의 미세오리피스가 구비되고 원료가 고압상태에서 이를 통과하면서 미립화, 즉 도전재 입자가 나노 입자 사이즈가 되고, 용매상에 도전재 입자가 균일하게 분산된 도전재 분산액을 얻을 수 있다. 반응기(112)에서 획득된 도전재 분산액은 고압에 의해 온도가 높으므로, 냉각기(113)를 통해 냉각시킨 후 챔버(114)에 이송된다. 이 경우 챔버(114)가 제1 이송로(A)와 연결될 수 있다.
도전재 분산액은 챔버(114)에서 장시간 보관될 경우 도전재가 용매상에서 중력에 의해 챔버(114)의 바닥부분으로 가라앉아 챔버의 높낮이 차이에 따른 점도의 불균형이 나타나고, 도전재의 입자간 서로 뭉침현상이 나타나 점도 불균형이 가속화될 뿐만 아니라, 용매상의 도전재의 분산도가 떨어지게 된다. 점도 불균형 및 분산도가 낮은 도전재 분산액이 슬러리 제조부(120)로 이송되면 우수 성능을 가진 전극을 제조할 수 없고, 균일한 품질의 전극을 제조할 수 없다.
이에 본 발명은 제1 이송로(A)에 이송되는 도전재 분산액의 점도 및 분산도 중 적어도 하나 이상을 감지할 수 있는 센싱부(140)를 배치하고, 센싱부(140)에서 감지된 점도, 분산도를 기설정된 점도 및 분산도의 물성값과 비교하여 제1 밸브(150)를 제어하는 제어부(180)를 포함한다. 즉 제어부(180)는 감지된 도전재 분산액의 물성값이 기설정된 물성값 범위에 해당하지 않는 경우 제1 밸브(150)를 폐쇄하여 챔버(114)로부터 슬러리 제조부(120)로 도전재 분산액이 이동하지 못하도록 제어할 수 있다.
더욱 바람직하게는 본 발명은 센싱부(140)에서 감지된 도전재 분산액의 물성이 기설정된 물성값 범위에 해당되지 않는 경우, 도전재 분산액을 기설정된 점도, 분산도의 물성값을 만족하도록 재처리할 수 있다. 예컨대, 가압기(111)와 제1 밸브(150)를 연결하는 제1 반환로(B)를 추가 배치할 수 있다. 즉, 제어부(180)는 제1 밸브(150)를 제어하여 도전재 분산액이 제1 반환로(B)를 통해 가압기(111)로 이동하여 미립화 및 분산화를 진행하게 된다. 도전재 분산액이 기설정된 물성값을 만족할 때까지, 가압기(111), 반응기(112), 냉각기(113), 챔버(114), 제1 이송로(A), 제1 밸브(150), 제1 반환로(B)의 순환 이동을 수회 반복할 수 있다. 반복 순환을 통해 도전재 분산액이 기설정 물성값을 만족하는 경우, 제어부(180)는 제1 밸브(150)를 제어하여 도전재 분산액을 슬러리 제조부(120)로 이동시킨다.
한편, 용매에 분산된 도전재의 입자 사이즈, 입도, 비표면적은 전극 성능에 영향을 미친다. 예컨대, 상기 센싱부(140)는 동적 광산란법(DLS), 자외선 흡수 스펙트럼에 의한 흡광도, 입자의 다분산도(Polydispersity index), 점도계를 통해 도전재의 물성을 감지하는 장비를 사용할 수 있다. 제어부(180)는 센싱부(140)에서 감지된 도전재의 입자 사이즈가 기설정된 입자 사이즈보다 큰 경우, 제1 밸브(150)를 제어하여 도전재 분산액이 제1 반환로(B)로 이송할 수 있다.
또한, 상기 센싱부(140)는 제1 이송로(150)에 흐르는 도전재 분산액의 양을 조절하기 위해 유량과 압력을 감지하는 장비를 사용할 수 있고, 제어부(180)는 감지된 유량과 압력을 기설정된 유량과 압력과 비교하여 제1 밸브(150)를 통해 유량과 압력을 조절할 수 있다.
이상에서는 상기 센싱부(140)가 제1 이송로(A)에 배치될 수 있는 것으로 예시하였으나, 제1 이송로(A)가 챔버(114)와 접촉하는 위치에 배치되어 챔버(114) 내의 도전재 분산액의 물성을 감지할 수 있다.
상기 슬러리 제조부(120)는 챔버(114)로부터 공급받은 도전재 분산액과 전극 활물질, 바인더 및 용매를 혼합한다. 예를 들면, 슬러리 제조부(120)는 원료를 혼합하는 혼합기(121) 및 혼합된 전극 슬러리를 보관하는 리저버 탱크(122)를 포함할 수 있다. 이 경우 리저버 탱크(122)는 전극 제조부(130)와 제2 이송로(C)로 연결되어 있고 전극 슬러리가 제2 이송로(C)를 따라 이송될 수 있다.
혼합기(121)는 전극 슬러리를 제조할 때 전극 활물질, 상기 도전재 분산액, 바인더 및 용매 등으로 이루어지는 액상과 분말상의 혼합재료를 물리적으로 균일하게 분산 및 혼합하여, 집전체에 도포 가능한 유동성과 점성을 가지는 전극 슬러리를 제조한다.
전극 슬러리의 점성과 유동성은 후속 공정인 집전체에 코팅과 건조 후 잔류하는 전극 합제의 질량에 영향을 주어 전극 성능에 영향을 준다. 아울러, 전극 슬러리의 점성이 높아 유동성이 떨어질 경우 장비의 과부하와 막힘 현상이 발생된다. 따라서, 전극 슬러리의 점성과 유동성은 공정 효율뿐만 아니라 전극의 성능에도 영향을 미치고, 품질의 균일성에도 영향을 준다.
본 발명은 제2 이송로(C)에 전극 슬러리의 점도를 감지할 수 있는 센싱부(160)를 배치하고, 제어부(180)는 센싱부(160)에 감지된 점도를 기설정된 점도값과 비교하여 제2 밸브(170)를 제어할 수 있다. 예컨대, 혼합기(121)와 제2 밸브(170)는 제2 반환로(D)를 통해 연결되어 있고, 제어부(180)는 센싱부(160)에 감지된 점도가 기설정된 점도값보다 낮을 경우, 제2 밸브(170)를 제어하여 전극 슬러리가 제2 반환로(D)로 이동하도록 제어할 수 있다. 이 경우 혼합기(121)에 용매를 추가하여 점도를 높일 수 있다. 한편, 제2 이송로(C)의 전극 슬러리의 점도가 기설정된 점도값 범위에 포함될 경우, 제어부는 제2 밸브(170)를 제어하여 전극 슬러리를 전극 제조부(130)로 이송한다.
이상에서는 센싱부(160)에서 감지될 수 있는 물성의 예로 점도를 설명하였으나, 앞서 설명한 센싱부(140)와 동일한 방법으로 전극 슬러리의 유량, 압력, 입도 및 분산도를 감지할 수 있다. 또한, 이상에서는 상기 센싱부(160)가 제2 이송로(C)에 배치될 수 있는 것으로 예시하였으나, 제2 이송로(C)가 리저버 탱크(122)와 접촉하는 위치에 배치되어 리저버 탱크(122) 내의 전극 슬러리의 물성을 감지하는 방식으로 변경 가능하다.
상기 슬러리 제조부(120)는 도전재 분산액, 전극 활물질, 바인더 및 용매의 균일한 혼합, 분산 및 정확한 원료의 분량을 맞추기 위해, 상기 혼합기(121)는 원료별 물리적으로 분리된 복수의 장치로 구현될 수 있다. 예컨대, 도 2는 도 1에 도시된 슬러리 제조부의 개념도이다. 도 2를 참조하면, 혼합기(121)는 바인더와 용매를 혼합하는 제1 혼합기(1211), 바인더/용매 혼합물과 도전재 분산액을 혼합하는 메인 혼합기(1213)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 혼합기(121)는 도전재 분산액을 메인 혼합기(1213)에 투입하기 이전에 도전재 분산액을 교반하여 전체적인 점도와 분산도를 균일하게 하는 제2 혼합기(1212)를 더 포함할 수 있고, 계량 호퍼(H2) 및 도전재 분산액 공급부(1216)를 포함할 수 있다. 이 경우 도전재 분산액 공급부(1216)가 제1 이송로(A)와 연결될 수 있다.
제1 혼합기(1211)는 용매 공급챔버(1215)로부터 용매를 공급받고, 바인더 공급챔버(1214)로부터 바인더를 공급받아 원료를 혼합한다. 이때, 바인더 공급챔버(1214)에서 공급되는 바인더의 양을 균일하거나 조절할 수 있도록, 계량 호퍼(H1)가 바인더 공급챔버(1214)와 제1 혼합기(1211)의 사이에 추가적으로 배치될 수 있다. 제1 혼합기(1211)에서 혼합된 혼합물을 메인 혼합기(1213)로 이송될 수 있다.
한편, 메인 혼합기(1213)는 제1 혼합기(1211)로부터 획득된 혼합물(용매/바인더), 도전재 분산액 및 전극 활물질을 혼합하여 전극 슬러리를 제조한다. 메인 혼합기(1213)에 공급되는 도전재 분산액은 앞서 설명한 제1 이송로(A)와 직접 연결되어 공급될 수도 있고, 도 2에 도시된 것과 같이 계량 호퍼(H2)를 통해 도전재 분산액의 균일한 양이 제2 혼합기(1212)로 이송된 후, 메인 혼합기(1213)에 공급될 수 있다.
전극 활물질은 전극 활물질 공급챔버(1217)에서 공급되되, 계량 호퍼(H3)을 통해 균일한 양이 메인 혼합기에 공급될 수 있다. 아울러, 메인 혼합기(1213)는 용매 공급챔버(1215)와 연결되어 용매를 공급받을 수 있다. 슬러리 제조부(120)가 복수의 혼합기로 구성될 경우, 제2 이송로(C)는 리저버 탱크(122)와 연결되어 있고, 제2 반환로(D)는 메인 혼합기(1213)와 연결될 수 있으며, 센싱부(160)는 제2 이송로(C) 또는 리저버 탱크(122)와 접촉하는 위치에 배치되어 전극 슬러리의 물성을 감지할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 전극 제조부(130)는 전극 슬러리를 집전체의 상면에 코팅한 후, 건조 및 압착하여 전극을 제조한다. 여기서 집전체는 양극 집전체일 수도 있고, 음극 집전체일 수도 있다. 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께로 만들어지고, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 양극 집전체로는, 예컨대 스테인리스(Stainless), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있으며, 음극 집전체로는, 예컨대 스테인리스(Stainless), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 제어부(180)와 센싱부(140, 160)의 모식도이다. 도 1 및 3을 참조하면, 제어부(180)는 센싱부(140, 160)로부터 감지된 물성값을 획득한다. 센싱부(140, 160)는 분산도 측정기, 점도 측정기, 입도 측정기, 유량 측정기, 압력 측정기 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 예컨대, 분산도 측정기는 도전재 분산액 및 전극 슬러리의 제타전위, 자외선 흡수 스펙트럼에 의한 흡광도를 통해 측정할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 점도는 상용되고 있는 점도계를 사용할 수 있고, 입자 사이즈와 입도 분포는 레이저회절 및 산란에 의한 입도분석, 전기저항법에 의한 입도분석, 원심분리에 의한 입도분석, TEM 및 SEM을 활용한 분석장치를 포함한다.
센싱부(140, 160)는 측정된 물성값을 제어부(180)에 송출하고, 제어부(180)는 수신된 측정 물성값과 기설정 물성값의 범위와 비교하여 제1 밸브(150) 및 제2 밸브(170)를 제어한다. 제어부의 제어 방식에 따른 재처리는 앞서 설명한 바 생략하기로 한다.
이하에서는 앞서 사용한 도전재 분산액과 전극 슬러리에 사용될 수 있는 원료를 예시적으로 설명한다.
<도전재>
도전재 분산액 제조에 사용되는 도전재는 예컨대, 탄소나노튜브, 그래핀, 플러렌 등의 탄소 유도체; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 천연 또는 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본 블랙; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는 전극내 전기적 도전 경로를 형성하고 전극 저항을 감소시키는 섬유형 탄소계 도전재인 탄소나노튜브 또는 그래핀을 도전재로 사용할 수 있다.
<용매>
도전재 분산액 또는 전극 슬러리 제조에 사용되는 용매는 N-메틸피롤리돈 등의 아미드계 극성 유기용매; 물; 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, 이소부탄올, t-부탄올, 펜탄올, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올, 노난올, 데칸올, 아밀알코올, 메톡시프로판올, 프로필렌글리콜, 에틸렌글리콜 등의 알코올류; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류; 아세트산에틸, 아세트산부틸, 락트산에틸, α-히드록시카르복실산의 에스테르, 벤질벤조에이트 등의 에스테르류; 디에틸에테르, 디옥산, 테트라하이드로푸란, 모노메틸에테르 등의 에테르류; N,N-디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드, 디메틸아세트아미드, 톨루엔, 자일렌, 클로로벤젠, 오르토디클로로벤젠, 파라디클로로벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 살리실알데히드, 디메틸설폭시드, 4-메틸-2-펜타논, N-메틸피롤리돈, γ-부티로락톤, 테트라메틸암모늄히드록시드 등에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
추가적으로, 도전재 분산액 또는 전극 슬러리 제조에 바인더가 첨가될 수 있다. 바인더는, 예컨대 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 비닐리덴플루오라이드-헥사플로오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE, chlorotrifluoroethylene), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 및 불소고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
<전극 활물질>
전극 활물질은 양극 활물질일 수도 있고, 음극 활물질일 수도 있다. 구체적으로, 상기 양극 활물질은 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2　(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2　등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 임, M Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 구체적으로 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 사용할 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성 탄소, 카본 블랙, 탄소나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소 및 흑연재료; 리튬과 합금이 가능한 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti 등의 금속 및 이러한 원소를 포함하는 화합물; 금속 및 그 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복합물; 리튬 함유 질화물 등을 사용할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 자동제어형 전극 제조장치는 균일하고 우수한 물성을 갖는 도전재 분산액을 슬러리 제조부에 공급하고, 균일하고 우수한 물성을 갖는 전극 슬러리를 전극 제조부에 공급하므로, 우수한 성능 및 균일한 품질의 전극을 제조할 수 있다.
제1 이송로에 도전재 분산액의 물성을 감지하는 센싱부와 감지된 물성을 분석하여 제어부가 제1 밸브를 제어하여 슬러리부에 공급하고, 재처리가 필요한 경우 제1 반환로를 통해 자동화에 의한 재처리가 가능하다.
아울러, 제2 이송로에 전극 슬러리의 물성을 감지하는 센싱부와 감지된 물성을 분석하여 제어부가 제2 밸브를 제어하여 전극 제조부에 공급하고, 재처리가 필요한 경우 제2 반환로를 통해 자동화에 의한 재처리가 가능하다.
본 발명은 전극 제조장치에 도전재를 분산하는 분산액 공급부가 직접 연결된 바, 공장 중단 등 장시간 도전재 분산액 및 전극 슬러리가 특정 용기에 장기보관되더라도 재처리를 통해 목표하는 물성을 갖는 도전재 분산액과 전극 슬러리를 공급할 수 있다.
100: 자동제어형 전극 제조장치
110: 분산액 공급부 111: 가압기
112: 반응기 113: 냉각기
114: 챔버
120: 슬러리 제조부 121: 혼합기
1211: 제1 혼합기 1212: 제2 혼합기
1213: 메인 혼합기 1214: 바인더 공급챔버
1215: 용매 공급챔버 1216: 도전재 분산액 공급챔버
1217: 전극 활물질 공급챔버
122: 리저버 탱크
130: 전극 제조부
140, 160: 센싱부 150: 제1 밸브
170: 제2 밸브
180: 제어부
A: 제1 이송로 B: 제1 반환로
C: 제2 이송로 D: 제2 반환로
H1, H2, H3: 계량 호퍼

Claims (8)

  1. 도전재가 용매상에 분산된 도전재 분산액을 공급하는 분산액 공급부; 및
    상기 분산액 공급부와 제1 이송로로 연결되어 도전재 분산액을 공급받고, 전극 활물질, 바인더 및 도전재 분산액을 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 슬러리 제조부;를 포함하는 자동제어형 전극 제조장치이되,
    상기 제1 이송로에는 도전재 분산액의 유량, 압력, 점도, 입도 및 분산도 중 적어도 하나 이상의 물성을 측정할 수 있는 센싱부, 및 도전재 분산액의 흐름과 유량을 제어하는 제1 밸브를 포함하며,
    상기 자동제어형 전극 제조장치는 센싱부에 감지된 물성을 기설정된 물성값과 비교하여 제1 밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 분산액 공급부는
    투입된 도전재와 용매를 고압으로 가하는 가압기; 및
    상기 가압기와 연결되며 용매상에 도전재를 분산시키는 반응기를 포함하고,
    상기 슬러리 제조부는
    바인더 및 용매를 혼합하는 제1 혼합기; 및
    상기 제1 혼합기로부터 공급받은 바인더 및 용매의 혼합물과 도전재 분산액을 혼합하는 메인 혼합기를 포함하며,
    상기 분산액 공급부와 상기 슬러리 제조부는 상기 제1 이송로와 직접 연결된 것을 특징으로 하는 자동제어형 전극제조장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가압기와 제1 밸브는 제1 반환로를 통해 연결되어 있고,
    상기 제어부는 센싱부에서 감지된 물성이 기설정된 물성값 범위에 포함되는 경우 제1 밸브를 제어하여 도전재 분산액을 슬러지 제조부로 이송하고, 기설정된 물성값 범위에 포함되지 않는 경우 제1 밸브를 제어하여 도전재 분산액을 상기 제1 반환로로 이송하는 것을 특징으로 하는 자동제어형 전극 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 자동제어형 전극 제조장치는
    상기 슬러리 제조부로부터 전극 슬러리를 공급받아 집전체 상에 코팅 및 건조하여 전극을 제조하는 전극 제조부; 및
    상기 전극 제조부와 상기 슬러리 제조부를 연결하는 제2 이송로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동제어형 전극 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 이송로에는 전극 슬러리의 유량, 압력, 점도, 입도 및 분산도 중 적어도 하나 이상의 물성을 측정할 수 있는 센싱부, 및 도전재 분산액의 흐름과 유량을 제어하는 제2 밸브를 포함하며,
    상기 제어부는 센싱부에 감지된 물성을 기설정된 물성값과 비교하여 제2 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 자동제어형 전극 제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 슬러리 제조부는 원료를 혼합하는 혼합기 및 혼합된 전극 슬러리를 보관하는 리저버 탱크를 포함하고,
    상기 제2 이송로는 상기 리저버 탱크와 전극 제조부를 연결하는 것을 특징으로 하는 자동제어형 전극 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 혼합기와 제2 밸브는 제2 반환로를 통해 연결되어 있고,
    제어부는 센싱부에서 감지된 물성이 기설정된 물성값 범위에 포함되는 경우 제2 밸브를 제어하여 전극 슬러리를 전극 제조부로 이송하고, 기설정된 물성값 범위에 포함되지 않는 경우 제2 밸브를 제어하여 전극 슬러리를 상기 제2 반환로로 이송하는 것을 특징으로 하는 자동제어형 전극 제조장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는 제타전위(Zeta potential), 자외선 흡수 스펙트럼에 의한 흡광도, 입자의 다분산도(Polydispersity index), 동적 광산란법(DLS)에 의한 입자 평균 입경을 감지하는 것을 특징으로 하는 자동제어형 전극 제조장치.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024085521A1 (ko) * 2022-10-19 2024-04-25 주식회사 엘지에너지솔루션 전극용 슬러리 공급량 제어 방법 및 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009048921A (ja) 2007-08-22 2009-03-05 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質電池用正極及びその製造方法と非水電解質電池及びその製造方法
JP2013078740A (ja) 2011-10-05 2013-05-02 Toyota Motor Corp ペーストの製造方法及び循環式分散機
KR101856483B1 (ko) * 2017-11-28 2018-05-10 주식회사 윤성에프앤씨 2차 전지용 슬러리 생산장치

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010042209A1 (de) * 2010-10-08 2012-04-12 Bayer Materialscience Aktiengesellschaft Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren -haltigen Dispersionen
KR101985801B1 (ko) * 2015-07-02 2019-06-04 주식회사 엘지화학 전극 활물질 슬러리 점도 제어 방법 및 전극 활물질 슬러리 제조장치
CN108367850B (zh) 2015-12-28 2020-08-14 日本瑞翁株式会社 装有纳米结构体分散液的容器、纳米结构体分散液的储存方法及运送方法
US10995223B2 (en) 2015-12-28 2021-05-04 Zeon Corporation Fibrous carbon nanostructure dispersion liquid
KR20190093174A (ko) * 2018-01-31 2019-08-08 주식회사 엘지화학 도전재 분산액 및 음극 슬러리 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009048921A (ja) 2007-08-22 2009-03-05 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質電池用正極及びその製造方法と非水電解質電池及びその製造方法
JP2013078740A (ja) 2011-10-05 2013-05-02 Toyota Motor Corp ペーストの製造方法及び循環式分散機
KR101856483B1 (ko) * 2017-11-28 2018-05-10 주식회사 윤성에프앤씨 2차 전지용 슬러리 생산장치

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