KR19990048391A - Method for charging active material slurry of battery electrode and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
목적 : 알칼리 2차전지에 사용될 전극을 제조함에 있어서, 집전체의 3차원적인 기공에 활물질 슬러리가 완전히 충전되지 않고, 잔여의 기공이 남아 충전율을 저하시키는 문제점을 해소하고자 한다.PURPOSE: In manufacturing an electrode to be used in an alkaline secondary battery, an active material slurry is not completely filled in three-dimensional pores of a current collector, and residual pores remain to solve a problem of lowering a filling rate.
구성 : 3차원적인 기공을 보유한 집전체(6)가 호퍼(4)에 충만된 활물질 슬러리(2)를 거쳐 통과되면서 충전로울러(10)에 의해 1차적으로 압입되고, 상기 활물질 슬러리를 거쳐 통과되는 단계의 중간 이후에, 상기 집전체에 탄성적으로 접촉된 텐션블레이드(14)에 의해 가압되어 2차적으로 충전되며, 이후 닥터블레이드(12)에 의해 일정 두께로 형성되도록 한다.Composition: The current collector 6 having three-dimensional pores is primarily indented by the filling roller 10 while passing through the active material slurry 2 filled in the hopper 4, and passed through the active material slurry. After the middle of the step, it is pressed by the tension blade 14 elastically in contact with the current collector is secondarily charged, and then formed by the doctor blade 12 to a certain thickness.
효과 : 충전로울러와 텐션블레이드에 의해 2번에 걸쳐 압입된 활물질 슬러리는 집전체의 전체 기공에 고도하게 충전된다. 따라서, 알칼리 2차전지는 활물질 슬러리의 충전량에 비례하여 고용량화가 실현될 수 있다.Effect: The active material slurry indented twice by the filling roller and the tension blade is highly filled in the entire pores of the current collector. Therefore, the alkaline secondary battery can be realized in high capacity in proportion to the amount of the active material slurry charged.
Description
본 발명은 3차원적인 기공을 보유하는 집전체(Ni foam)에 활물질을 주성분으로 하는 슬러리를 충전함에 있어 그 충전율이 고도하게 달성되도록 하여서, 알칼리 2차전지의 고용량화된 전극을 제조할 수 있도록 한 전지용 전극의 활물질 슬러리 충전방법 및 그 충전장치에 관한 것이다.The present invention is to achieve a high filling rate in filling a slurry containing an active material as a main component in a current collector (Ni foam) having a three-dimensional pores, so that it is possible to manufacture a high capacity electrode of an alkaline secondary battery The present invention relates to a method for filling an active material slurry of a battery electrode and a filling apparatus thereof.
알칼리 2차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 대표적인 것으로 니켈수소(Ni-MH)전지가 사용되고 있다.Alkaline secondary batteries are rechargeable and capable of being compact and large in capacity, and a representative nickel-hydrogen (Ni-MH) battery is used.
Ni-MH전지는 양극으로 금속산화물이 사용되고 음극으로 수소흡장합금이 사용되어, 충전시 음극에서 발생된 수소가 수소흡장합금으로 흡수되고, 방전시 필요한 수소가 전해액 내로 방출되어서 충방전이 반복된다.In the Ni-MH battery, a metal oxide is used as a positive electrode and a hydrogen storage alloy is used as a negative electrode. Hydrogen generated at the negative electrode during charge is absorbed into the hydrogen storage alloy, and hydrogen necessary for discharge is discharged into the electrolyte, thereby repeatedly charging and discharging.
이러한 Ni-MH는 양전극과 음전극의 사이에 세퍼레이터를 삽입하여 권취되고, 다시 일정크기의 캔 내부로 조립되며, 그 내부에 전해액이 충진된 구조로 밀봉된다.The Ni-MH is wound by inserting a separator between the positive electrode and the negative electrode, assembled into a can of a predetermined size, and sealed with an electrolyte filled structure therein.
여기서, 양전극과 음전극은 각각 금속산화물 및 수소흡장합금으로 제조된 활물질 슬러리을 3차원적인 기공이 형성된 집전체에 도포 및 충전하고, 이것을 다시 압연한 후 소정의 사이즈로 절단하는 공정에 의해 제조된다.Here, the positive electrode and the negative electrode are manufactured by a process of coating and filling an active material slurry made of a metal oxide and a hydrogen storage alloy, respectively, on a current collector having three-dimensional pores, rolling it again and cutting it to a predetermined size.
도 2는 Ni-MH용 전극을 제조하기 위한 것으로서, 종래 공지된 활물질 슬러리의 충전장치를 나타내고 있다. 금속산화물 또는 수소흡장합금과 같은 활물질을 주성분으로 하고 증점제, 결착제, 도전제가 혼합된 활물질 슬러리(2)는 호퍼(hopper; 4)의 내부에 일정 수위가 유지되도록 충만된다.Figure 2 is for producing an electrode for Ni-MH, showing a conventionally known filling device for an active material slurry. The active material slurry 2, which contains an active material such as a metal oxide or a hydrogen storage alloy as a main component, and is mixed with a thickener, a binder, and a conductive agent, is filled to maintain a constant level inside the hopper 4.
시트(sheet)상으로 제조된 집전체(6)는 구동로울러(8)에 의해 테이크업(take up)되어서 활물질 슬러리(2)의 내부로 통과되는데, 이때 활물질 슬러리(2)는 액내부에 설치된 충전로울러(10)에 의해 가압되어서, 집전체(6)의 3차원적인 기공 내부까지 충전된다. 집전체(6)로 충전된 활물질 슬러리(2)는 닥터블레이드(doctor blade; 12)에 의해 규정치의 두께로 긁혀지고, 이후 고온분위기의 로(爐)를 거쳐 건조된다.The current collector 6 manufactured in the form of a sheet is taken up by the driving roller 8 and passed through the inside of the active material slurry 2, wherein the active material slurry 2 is installed in the liquid. It is pressurized by the filling roller 10 and filled to the inside of the three-dimensional pores of the current collector 6. The active material slurry 2 filled with the current collector 6 is scraped to a prescribed thickness by a doctor blade 12, and then dried through a furnace in a high temperature atmosphere.
종래 기술에서 설명된 알칼리 2차전지용 전극의 충전장치 및 방법에 있어서, 활물질 슬러리는 충전로울러에 의해 일정한 속도로 압입되어서, 집전체의 기공부로 충전된다.In the apparatus and method for charging an alkaline secondary battery electrode described in the prior art, the active material slurry is press-fitted at a constant speed by a filling roller, and filled into the pores of the current collector.
그러나 종래의 충전 방식은 충전로울러에 의한 활물질 슬러리의 유동 속도가 느리고 또한 그 압력이 작기 때문에, 전체 기공의 90∼95%까지만 활물질 슬러리가 충전되고 나머지가 기공 상태로 잔류되는 문제점이 있다.However, in the conventional filling method, since the flow rate of the active material slurry by the filling roller is slow and the pressure is small, only the active material slurry is filled up to 90 to 95% of the total pores, and the remainder remains in the pore state.
따라서, 종래의 알칼리 2차전지는 활물질 충전율이 낮고, 그 충전량에 비례하여 충전용량이 저하된다.Therefore, the conventional alkaline secondary battery has a low active material filling rate, and the charging capacity is lowered in proportion to the filling amount.
이와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 목적에서 안출된 것으로, 본 발명은 집전체의 기공부로 충전되는 활물질 슬러리의 충전율을 높여, 궁극적으로 전지의 고용량화를 실현할 수 있도록 하는 전지용 전극의 활물질 슬러리 충전방법 및 그 장치를 제공한다.In order to solve such a problem of the prior art, the present invention is to increase the filling rate of the active material slurry to be filled in the pores of the current collector, the active material slurry filling of the battery electrode to ultimately achieve high capacity of the battery A method and apparatus are provided.
상기 목적을 실현하기 위한 수단으로서, 본 발명은 3차원적인 기공을 보유한 집전체가 호퍼에 충만된 활물질 슬러리를 거쳐 통과되는 단계의 중간 이후에, 상기 집전체에 탄성적으로 접촉되는 텐션블레이드를 설치하여서, 그 텐션블레이드의 가압에 의해 활물질 슬러리가 집전체의 전체 기공에 충전되도록 하는 전지용 전극의 활물질 슬러리 충전방법을 제안한다.As a means for realizing the above object, the present invention provides a tension blade for elastically contacting the current collector after the middle of the step of passing through the active material slurry filled in the hopper the current collector having three-dimensional pores Thus, a method of filling an active material slurry of a battery electrode in which the active material slurry is filled in the entire pores of the current collector by pressurizing the tension blade is proposed.
또한, 본 발명은 상기 충전방법을 실현하기 위한 수단으로서, 활물질 슬러리가 충만된 호퍼와, 테이크업수단에 의해 상기 활물질 슬러리를 관통하여 공급되는 집전체와, 상기 호퍼의 내부에 설치되어서 집전체 쪽으로 활물질 슬러리가 압입되게 하는 충전로울러와, 상기 활물질 슬러리의 중간 이상을 통과한 집전체의 표면에 탄성적으로 접촉되어서 활물질 슬러리를 가압하는 텐션블레이드와, 그후 상기 집전체의 표면에 도포된 활물질 슬러리가 일정 두께로 형성되게 하는 닥터블레이드를 포함하여 구성된 전지용 전극의 활물질 슬러리 충전장치를 제안한다.In addition, the present invention is a means for realizing the filling method, a hopper filled with an active material slurry, a current collector supplied through the active material slurry by a take-up means, and installed in the hopper toward the current collector Filling rollers for indenting the active material slurry, a tension blade for elastically contacting the surface of the current collector passing through the middle of the active material slurry to pressurize the active material slurry, and then the active material slurry applied to the surface of the current collector An active material slurry filling apparatus for a battery electrode including a doctor blade to be formed to a predetermined thickness is proposed.
따라서, 본 발명에 의하면 활물질 슬러리가 충전로울러와 텐션블레이드에 의해 2번에 걸쳐 집전체로 압입되므로서, 집전체의 3차원적인 기공 전체에 고도하게 충전될 수 있다.Therefore, according to the present invention, the active material slurry is press-fitted into the current collector twice by the filling roller and the tension blade, so that the entire three-dimensional pores of the current collector can be highly filled.
도 1은 본 발명에 관련된 전지용 전극의 활물질 슬러리 충전장치를 보인 단면 구성도.1 is a cross-sectional configuration view showing an active material slurry filling device of a battery electrode according to the present invention.
도 2는 종래에 공지된 활물질 슬러리의 충전장치를 보인 단면 구성도.Figure 2 is a cross-sectional view showing a device for filling a conventionally known active material slurry.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
2-활물질 슬러리 4-호퍼2-active slurry 4-hopper
6-집전체 10-충전로울러6-Current 10-Charger Roller
12-닥터블레이드 14-텐션블레이드12-doctor blade 14-tension blade
이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments for realizing the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
참고로 본 발명을 설명함에 있어, 종래 기술의 도면에서 인용된 구성과 동일한 본 발명의 구성에 대해서는 동일 부호를 사용하고, 설명의 중복을 피하기 위해 부연 설명을 생략한다.For reference, in describing the present invention, the same reference numerals are used for the same configurations of the present invention as the configurations cited in the drawings of the related art, and detailed descriptions are omitted to avoid duplication of description.
도 1에서 본 발명에 관련된 활물질 슬러리의 충전장치는 양극으로 사용되는 금속산화물 또는 음극으로 사용되는 수소흡장합금과 같은 활물질을 주성분으로 하는 슬러리(2)가 충만된 호퍼(4)를 포함한다. 활물질 슬러리(2)는 증점제, 결착제, 도전제가 혼합되고 교반되어서 제조된다.In FIG. 1, the filling apparatus of the active material slurry according to the present invention includes a hopper 4 filled with a slurry 2 mainly composed of an active material such as a metal oxide used as a positive electrode or a hydrogen storage alloy used as a negative electrode. The active material slurry 2 is prepared by mixing and stirring a thickener, a binder, and a conductive agent.
호퍼(4)에는 활물질 슬러리(2)의 액 내부에 잠긴 상태로 된 충전로울러(10)가 설치된다. 충전로울러(10)는 활물질 슬러리(2)가 집전체(6)쪽으로 압입되도록 하여, 그 흐름에 의해 집전체(6)의 기공에 활물질 슬러리(2)가 충전되도록 한다.The hopper 4 is provided with a filling roller 10 which is locked in the liquid interior of the active material slurry 2. The filling roller 10 allows the active material slurry 2 to be pressed into the current collector 6 so that the active material slurry 2 is filled in the pores of the current collector 6 by the flow thereof.
집전체(6)는 도시되지 않은 서플라이로울러에 권선된 상태에서 테이크업수단인 구동로울러(8)에 의해 공급되어서, 활물질 슬러리(2)가 충만된 호퍼(4)의 중심부를 관통하게 설치된다.The current collector 6 is supplied by a driving roller 8 which is a take-up means in a state of being wound around a supply roller not shown, and is installed to penetrate through the center of the hopper 4 filled with the active material slurry 2.
충전로울러(10)와 구동로울러(8)는 도시도지 않은 동력원에 의해 구동된다.The charging roller 10 and the driving roller 8 are driven by a power source (not shown).
활물질 슬러리(2)의 액 높이 중간에서 그 이상의 위치 즉, 집전체(6)에 활물질 슬러리(2)가 충전되게 하는 후공정 단계에는 텐션블레이드(14)가 설치된다. 텐션블레이드(14)는 닥터블레이드(12)에 연결된 프레임(16)에 지지되어서 집전체(6)의 표면에 탄성적으로 밀착되게 설치된다.The tension blade 14 is installed at a position above the liquid height of the active material slurry 2, that is, in a post-processing step in which the active material slurry 2 is filled in the current collector 6. The tension blade 14 is supported by the frame 16 connected to the doctor blade 12 so as to be elastically in close contact with the surface of the current collector 6.
텐션블레이드(14)는 집전체(6)의 반대쪽 표면에 접촉된 지지체(18)와 함께 한 쌍을 이루도록 설치되고, 연속된 다른 텐션블레이드(14)와 서로 반대쪽에 위치되도록 설치되며, 2개가 모두 활물질 슬러리(2)의 액 내부에 잠기도록 배치될 수 있다.The tension blades 14 are installed in pairs with the support 18 in contact with the opposite surface of the current collector 6, and are installed so as to be opposite to each other with the continuous tension blades 14 in succession. It may be arranged to be submerged in the liquid of the active material slurry (2).
또한, 텐션블레이드(14)는 집전체(6)의 양측 표면에 서로 대향되어서 쌍을 이루도록 설치되는데, 이것은 활물질 슬러리(2)의 액 내부에 잠기도록 설치되거나 액면의 상부에 설치될 수 있다.In addition, the tension blades 14 are installed on both surfaces of the current collector 6 so as to face each other in pairs, which may be installed to be immersed in the liquid of the active material slurry 2 or may be installed at the top of the liquid surface.
이와 같이 구성된 활물질 슬러리 충전장치에 의거하여, 본 발명의 알칼리 2차전지용 전극은 고도의 충전율을 갖도록 제조될 수 있다.Based on the active material slurry filling apparatus configured as described above, the electrode for alkaline secondary batteries of the present invention can be manufactured to have a high filling rate.
보다 구체적으로, 3차원적인 기공을 보유한 집전체(6)는 구동로울러(8)에 의해 연속적으로 테이크업되면서 호퍼(4)에 충만된 활물질 슬러리(2)를 관통하여 공급된다.More specifically, the current collector 6 having three-dimensional pores is supplied through the active material slurry 2 filled in the hopper 4 while being continuously taken up by the driving roller 8.
이때, 활물질 슬러리(2)의 액 내부에 설치된 충전로울러(10)는 일정 유속을 발생시켜 그 활물질 슬러리(2)를 집전체(6)쪽으로 압입하므로서, 3차원적인 기공의 내부에 90∼95%까지 활물질 슬러리(2)가 충전되게 한다.At this time, the filling roller 10 installed inside the liquid of the active material slurry 2 generates a constant flow rate and presses the active material slurry 2 toward the current collector 6, thereby allowing 90 to 95% of the interior of the three-dimensional pores. Until the active material slurry 2 is filled.
이어서, 상기 활물질 슬러리(2)는 집전체(6)의 일측, 타측 및 양측에 접촉된 텐션블레이드(14)에 의해 소정의 압력으로 재차 압입되어서, 3차원적인 기공의 100%까지 완전하게 충전된다.Subsequently, the active material slurry 2 is again press-fitted to a predetermined pressure by the tension blades 14 in contact with one side, the other side, and both sides of the current collector 6, thereby completely filling up to 100% of the three-dimensional pores. .
이렇게 활물질 슬러리(2)가 충전된 집전체(6)는 닥터블레이드(14)로 통과되면서, 그 표면의 활물질 슬러리(2)가 규정치의 두께로 형성되게 하고, 이후 불활성분위기의 건조로를 거쳐 소결된다.The current collector 6 filled with the active material slurry 2 is passed through the doctor blade 14 to allow the active material slurry 2 to be formed to a predetermined thickness, and then sintered through a drying furnace in an inert atmosphere. .
이상에서 설명된 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 전지용 전극의 활물질 슬러리 충전방법 및 그 장치는 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.As can be seen through the configuration and operation described above, the active material slurry filling method and apparatus of the battery electrode according to the present invention substantially solves the problems of the prior art.
즉, 본 발명은 충전로울러에 의해 1차로 충전된 활물질 슬러리가 텐션블레이드에 의해 집전체의 내부 기공으로 재차 압입 및 충전되게 하므로서, 100%의 퍼펙트한 충전율을 얻을 수 있다.That is, according to the present invention, the active material slurry primarily charged by the filling roller is press-fitted and filled again into the internal pores of the current collector by the tension blade, thereby achieving a perfect filling rate of 100%.
또한, 본 발명은 충전로울러에 의한 1차 압입시 집전체의 내부에 발생되는 기포를 텐션블레이드에 의한 2차 압입으로 제거할 수 있으며, 활물질 슬러리의 표면 분포를 더욱 균일하게 형성할 수 있다.In addition, the present invention can remove the bubbles generated inside the current collector during the first indentation by the filling roller by the second indentation by the tension blade, it is possible to more uniformly form the surface distribution of the active material slurry.
따라서, 본 발명은 궁극적으로 전지의 고용량화를 실현하는 효과를 얻게 된다.Therefore, the present invention ultimately obtains the effect of realizing high capacity of the battery.
한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 발명에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described specific preferred invention, any person having ordinary skill in the art to which the invention belongs without departing from the gist of the invention claimed in the claims. It will be possible.
Claims (7)
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1997
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