KR20220135529A - 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템 및 그 검증방법, 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법 및 이차전지용 전극 슬러리의 제조방법 - Google Patents

이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템 및 그 검증방법, 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법 및 이차전지용 전극 슬러리의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220135529A
KR20220135529A KR1020210041325A KR20210041325A KR20220135529A KR 20220135529 A KR20220135529 A KR 20220135529A KR 1020210041325 A KR1020210041325 A KR 1020210041325A KR 20210041325 A KR20210041325 A KR 20210041325A KR 20220135529 A KR20220135529 A KR 20220135529A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
filter
binder solution
secondary battery
content
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
KR1020210041325A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102953924B1 (ko
Inventor
박주용
이제권
심혜진
강현정
김영석
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020210041325A priority Critical patent/KR102953924B1/ko
Priority claimed from KR1020210041325A external-priority patent/KR102953924B1/ko
Priority to CN202220230036.9U priority patent/CN217901464U/zh
Priority to DE202022100750.0U priority patent/DE202022100750U1/de
Publication of KR20220135529A publication Critical patent/KR20220135529A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102953924B1 publication Critical patent/KR102953924B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D35/00—Filtering devices having features not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00, or for applications not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00; Auxiliary devices for filtration; Filter housing constructions
    • B01D35/02—Filters adapted for location in special places, e.g. pipe-lines, pumps, stop-cocks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G17/00—Apparatus for or methods of weighing material of special form or property
    • G01G17/04—Apparatus for or methods of weighing material of special form or property for weighing fluids, e.g. gases, pastes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
    • G01N5/04—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by removing a component, e.g. by evaporation, and weighing the remainder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명의 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템은, 바인더 용액이 소정량 수용되는 압력 용기; 상기 압력 용기에 소정 압력의 압력 매체를 공급하는 압력 매체 공급원; 상기 압력 용기와 도관에 의하여 연결되며 필터의 포어 사이즈(pore size)가 점차 작아지는 순서로 직렬로 배열된 복수개의 필터; 및 상기 압력 용기로 공급된 압력 매체에 의하여 상기 압력 용기 내의 바인더 용액이 상기 필터로 이송되어 필터링될 때, 상기 복수개의 필터에 걸린 상기 바인더 용액 내의 불용해물의 함량을 측정하는 함량측정부를 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 불용해물 함량검증 시스템에 의하여 불용해물의 함량을 검증하는 검증방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 불용해물 함량검증 시스템 및 방법에 의하여 검출된 불용해물 함량정보를 기초로 최적의 필터를 선정하고 이 필터러 바인더 용액을 필터링하는 이차전지 전극용 바인더 용액 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 제조된 이차전지 전극용 바인더 용액으로 전극 슬러리를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템 및 그 검증방법, 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법 및 이차전지용 전극 슬러리의 제조방법{SYSTEM FOR VERIFYING CONTENT OF INSOLUBLE MATTERS IN BINDER SOLUTIONS FOR SECONDARY BATTERIES ELECTRODE AND VERIFYING METHOD THEREOF, METHOD FOR PREPARING BINDER SOLUTIONS FOR SECONDARY BATTERIES ELECTRODE, AND METHOD FOR PRODUCING ELECTRDE SLURRY FOR SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지 전극용 바인더 용액에 포함된 불용해물의 함량을 검증하기 위한 시스템 및 그 검증방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 검증방법에 의한 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법에 의하여 제조된 바인더 용액으로 이차전지용 전극 슬러리를 제조하는 방법에 관한 것이다.
모바일, 자동차 및 에너지 저장 장치 분야에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지에 사용되는 전극은 금속박으로 이루어지는 전극 기재 상에 활물질을 포함하는 합제층을 도포하여 형성되며, 상기 합제층은 양극 또는 음극 슬러리가 전극 기재 상에 도포, 건조되어 형성된다. 이러한 전극 슬러리는, 양극 /음극 활물질, 도전재 등의 고형분을 바인더 용액에 혼합 및 건조함에 의하여 제조된다.
바인더는 활물질간 또는 활물질과 전극 기재를 부착시켜 전극의 접착력을 향상시키고 슬러리의 점도를 조정하는 등의 역할을 한다. 바인더는 소정 용매에 용해된 바인더 용액의 형태로 활물질, 도전재 등과 혼합되므로, 바인더의 용해 품질은 전극 슬러리 내지 전극의 품질 특성에 영향을 미친다. 예컨대, CMC나 PVDF 등의 바인더 용해 품질이 좋지 않은 경우 슬러리의 점도 증가, 전극 코팅 표면 불량, 전극 접착력 저하 등 다양한 문제를 야기할 수 있다. 이러한 바인더의 용해 품질은 바인더 용액 내의 불용해물을 얼마나 최소화할 수 있느냐에 좌우된다.
종래에는 바인더 용액의 불용해물을 검증하기 위하여, 단순히 육안으로 용액 내의 덜 녹은 바인더를 확인하거나, 혹은 일정 두께의 블레이드(blade)로 OHP필름에 바인더 용액을 도포한 후 육안으로 필름 상의 이물(불용해물)의 수를 관찰하는 방법 등이 사용되었다. 그러나, 이러한 방법은 평가하는 샘플량이 적어 용액 전체의 품질을 파악하기 힘들고, 먼지 등의 외부 이물이 유입될 수 있어 불용해물과 구분되지 않아서 측정 정확도가 떨어진다는 단점이 있다. 또한, 육안으로 평가하므로 평가자에 따라 오차가 크게 발생하며, 불용해물의 개수만 측정할 수 있을 뿐, 불용해물의 함량을 정량적으로 평가할 수 없다는 등의 문제점이 있었다.
이상과 같이 바인더 용액의 불용해물의 함량, 특히 그 크기에 따른 함량 등의 정보가 없으면, 동일 함량의 바인더를 용매에 용해시킨 바인더 용액을 사용하더라도 그 불용해물의 특성, 크기 등에 따라 이차전지용 전극의 표면 불량 등 품질 특성이 크게 달라진다. 이로 인하여, 전극의 품질 안정성을 보장할 수 없고, 또한 전극의 품질 특성을 개선하기 곤란해진다.
따라서, 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물의 함량을 검증하고, 이로부터 이차전지 전극의 표면 불량을 개선할 수 있는 바인더 용액의 제조기술 내지 전극 슬러리 제조기술의 기술의 개발이 요망된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0111722호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 이차전지 전극용 바인더 용액에 포함된 불용해물의 함량을 필터의 포어사이즈 별로 검증할 수 있는 시스템 및 그 검증방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 검증방법에 의한 불용해물 함량에 관한 정보에 기초하여 선정된 최적 필터로 필터링하는 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의하여 제조된 이차전지 전극용 바인더 용액으로 전극 슬러리를 제조하는 전극 슬러리 제조방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템은, 바인더 용액이 수용되는 압력 용기; 상기 압력 용기에 소정 압력의 압력 매체를 공급하는 압력 매체 공급원; 상기 압력 용기와 도관에 의하여 연결되며 필터의 포어 사이즈(pore size)가 점차 작아지는 순서로 직렬로 배열된 복수개의 필터; 및 상기 압력 용기로 공급된 압력 매체에 의하여 상기 압력 용기 내의 바인더 용액이 상기 필터로 이송되어 필터링될 때, 상기 복수개의 필터에 걸린 상기 바인더 용액 내의 불용해물의 함량을 측정하는 함량측정부를 포함한다.
하나의 예로서, 상기 압력 매체는 질소이다.
구체적인 예로서, 상기 도관은 압력 용기 내로 연장되며 상기 도관의 단부가 압력 용기의 바닥에 인접하여 설치될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 필터는 상기 도관에 연속하여 직렬로 장착되는 인라인필터(in-line filter)이다.
구체적으로, 상기 인라인필터는, 필터 부재와, 상기 필터 부재를 가압하는 탄성부재와, 상기 필터 부재와 탄성부재가 수용되는 하우징을 포함힐 수 있다.
상기 함량측정부는 필터에서 필터링되어 나온 바인더용액의 무게를 측정하는 용액 무게 측정부와, 필터에 부착된 불용해물의 무게를 측정하는 불용해물 무게 측정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량 검증방법은, 소정량의 바인더 용액을 압력용기에 투입하는 단계; 상기 압력용기에 소정 압력의 압력 매체를 가하여 상기 바인더 용액을 필터로 이송하는 단계; 필터의 포어 사이즈가 점차 작아지는 순서로 직렬로 배열된 복수개의 필터로 상기 바인더 용액을 순차 필터링하는 단계; 및 상기 복수개의 필터에 걸린 상기 바인더 용액 내의 불용해물의 함량을 필터 별로 각각 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 측면으로서 상기 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량 검증방법에 기초하여 이차전지 전극용 바인더 용액을 제조하는 방법은, 상기 불용해물의 함량 측정결과 불용해물이 가장 많이 부착되는 포어사이즈의 필터 이하의 포어사이즈를 가지는 필터를 최적 필터로 선정하는 단계; 및 상기 최적 필터로 해당 이차전지 전극용 바인더 용액을 필터링하는 단계를 포함한다.
하나의 예로서, 상기 최적 필터로 바인더 용액을 필터링하는 단계에서, 상기 최적 필터의 포어사이즈보다 큰 포어사이즈의 필터를 상기 최적 필터의 앞에 배치하고, 이차전지 전극용 바인더 용액을 상기 큰 포어사이즈의 필터 및 최적필터를 통하여 순차 필터링할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 바인더 용액의 용질인 바인더는, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose, CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 비수계 바인더; 아크릴로나이트릴-부타디엔고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 또는 아크릴 고무의 수계 바인더; 및 히드록시 에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 또는 폴리비닐리덴플루오라이드의 고분자 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
하나의 예로서, 상기 바인더 용액의 용매는, N-메틸 피롤리돈(NMP), 디메틸 포름아미드(DMF), 아세톤, 디메틸 아세트아미드의 유기 용매 및 물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 바인더 용액은, 물에 소정 함량의 CMC가 용해된 CMC 용액일 수 있다.
본 발명의 다른 측면으로서, 이차전지용 전극 슬러리 제조방법은, 이차전지용 전극의 표면 불량을 개선하기 위하여 상기 이차전지 전극용 바인더 제조방법에 의하여 제조된 이차전지 전극용 바인더 용액과, 전극 활물질 및 도전재를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 단계를 포함한다.
하나의 예로서, 상기 전극 슬러리는 음극 슬러리일 수 있다.
본 발명에 의하여, 이차전지 전극용 바인더 용액에 포함되는 불용해물의 함량을 검증할 수 있어, 바인더 용액의 품질을 개선할 수 있는 정보를 얻을 수 있다
또한, 본 발명에 의하여 얻어진 불용해물에 관한 정보를 기초로 해당 바인더 용액을 효과적으로 필터링할 수 있는 최적 포어사이즈의 필터를 선정할 수 있다.
또한, 상기 최적 필터로 필터링하여 바인더 용액을 제조하고, 이 바인더 용액으로 전극 슬러리를 제조함으로써, 이차전지용 전극의 표면 불량을 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 상기 시스템의 구성요소인 인라인필터의 일 실시예의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 이차전지용 전극의 표면 불량의 일 형태를 나타낸 도면이다.
도 4는 비교예의 제조방법에 의하여 제조된 이차전지용 전극의 표면 불량의 형태를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 출원에서, "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 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템의 구성을 나타내는 개략도이다.
본 발명의 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템(100)은 용액(1)이 소정량 수용되는 압력 용기(10); 상기 압력 용기(10)에 소정 압력의 압력 매체를 공급하는 압력 매체 공급원(20); 상기 압력 용기(10)와 도관(12)에 의하여 연결되며 필터의 포어 사이즈(pore size)가 점차 작아지는 순서로 직렬로 배열된 복수개의 필터(30,30',30"); 및 상기 압력 용기(10)로 공급된 압력 매체에 의하여 상기 압력 용기(10) 내의 바인더 용액(1)이 상기 필터로 이송되어 필터링될 때, 상기 복수개의 필터(30,30',30")에 걸린 상기 바인더 용액 내의 불용해물의 함량을 측정하는 함량측정부(40,40')를 포함한다.
이차전지용 전극 슬러리 원료로서 바인더는 활물질끼리 또는 활물질을 집전체 표면에 부착시켜 코팅된 전극의 접착력을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 바인더는 소정 용매에 바인더 고형분을 용해시킨 바인더 용액의 형태로 전극 활물질, 도전재 등과 혼합되어 전극 슬러리로 제조된다. 그런데 바인더 용액에 포함된 바인더가 완전히 용해되지 않고 마이크로겔 등 미세한 형태로 불용해물의 상태로 있으면, 그 불용해물이 개재된 부분은 상기 바인더 본연의 역할을 수행하지 못한다. 이러한 부분은 그레이 스팟(gray spot)이나 핀홀, 분화구 형상 등의 전극의 표면 불량으로 나타나고 심한 경우 활물질 결손 영역이 되어 전극의 접착력을 저하시키게 된다.
따라서, 이차전지용 전극의 바인더 용액의 불용해물의 함량, 특히 어떤 크기의 불용해물이 포함되어 있느냐를 파악하는 것은 전극의 표면 불량 개선을 위한 중요한 정보이다. 하지만, 상술한 바와 같이, 종래의 불용해물 측정방법으로는 그 개수 만을 파악할 수 있을 뿐, 불용해물의 함량을 측정하기 어려웠다.
본 발명의 불용해물 함량 검증시스템(100)에 의하면, 바인더 용액 내의 불용해물의 함량을 필터의 포어사이즈 별로 측정할 수 있어서, 불용해물의 사이즈별 정보를 얻을 수 있다.
바인더 용액의 불용해물의 함량을 정확하게 파악하기 위해서는 외기 혼입 등 외부의 영향을 배제할 필요가 있다. 만약, 바인더 용액을 필터에 통과시키는 과정의 전후에서 상기 바인더 용액이 외부 환경에 노출된다면 외부로부터 이물이 혼입될 수 있다. 이 경우, 필터에 바인더 용액 내의 불용해물뿐만 아니라 외부 이물까지 부착될 수 있기 때문에, 불용해물의 함량을 정확하게 측정하기 어려워진다.
따라서, 도 1에 도시된 본 발명의 불용해물 함량 검증시스템(100)에서는 바인더 용액(1)이 바인더 용액이 압력 용기(10)로부터 불용해물 함량 측정 전까지 외부로부터 밀폐된 시스템 내에서 바인더 용액이 보존 및 이송될 수 있도록 하고 있다.
도시된 바와 같이, 본 발명에서는 바인더 용액(1)을 외부로부터 밀폐된 압력 용기(10)에 수용한다. 압력 용기(10)는 밀폐되어 압력이 걸리는 용기로서, 소정 압력을 견딜 수 있는 내압성능을 가지는 용기를 말한다. 상기 압력 용기(10)는 예컨대, 압력 용기 내의 공간에 소정 압력이 가해지더라도 그 압력에 견딜 수 있는 성능을 가지면 충분하다. 즉, 상기 시스템(100)의 압력 용기(10)는 밀폐성과 내압성을 가진 용기로서, 이차전지용 바인더 용액을 수용할 수 있는 용기이다. 압력 용기의 용량은 필터링하기 위하여 필요한 양의 바인더 용액을 수용할 수 있는 범위에서 적절하게 선택할 수 있다. 예컨대, 20kg 용량 또는 그 보다 크거나 작은 용량의 압력 용기를 사용할 수 있다. 압력 용기에 수용되는 바인더 용액의 양은 상기 압력 용기의 용량의 범위 내에서 적절하게 선택할 수 있다.상기 압력 용기(10)에는 예컨대 1~5kg의 용액이 채워질 수 있다.
압력 용기(10) 내에 용액(1)이 채워지면 용액 위 공간에 일정한 압력을 가하여 압력 용기(10) 내의 용액을 외부로 이송시킬 수 있다. 이를 위하여, 상기 압력 용기(10)에는 외부로부터 압력 매체를 공급할 수 있는 공급라인(22)과, 필터(30)와 연결되는 용액 토출 도관(12)이 연결된다. 용액 토출 도관(12)은 도 1에 도시된 바와 같이, 압력 용기(10) 내로 연장되며 단부가 압력 용기의 바닥에 인접하여 설치되어 있다. 따라서, 상기 용액 토출 도관의 일부(12a)는 바인더 용액(1) 내에 침지된다. 이와 같이, 용액 토출 도관(12)을 압력 용기(10) 바닥에 인접하여 설치하면,. 또한, 용액 상부 공간에 일정압력을 가하여 용액을 필터 쪽으로 밀어낼 경우, 용액의 수위가 낮아지더라도 거의 대부분의 용액을 필터(30,30',30")로 이송시킬 수 있다는 장점이 있다. 상기 압력 용기(10)와 필터(30,30',30") 사이의 용액 토출 도관(12)에는 개폐밸브(13)가 설치된다. 또한, 압력 용기(10) 내의 압력을 측정하기 위하여 압력계(11)가 용기에 연결 설치될 수 있다.
상기 압력 용기(10)로의 가압은 압력 매체 공급원(20)으로부터의 압력 매체에 의해 행해진다. 상기 압력 매체로서는, 바인더 용액의 물리적, 화학적 물성에 영향을 미치지 않는 드라이드 에어(dried air)나 불활성기체를 사용할 수 있다. 특히, 관리와 제조 비용의 관점에서 질소 기체를 압력 매체로서 사용할 수 있다. 상기 압력 매체 공급원(20), 예컨대 질소 공급원은 고압으로 압축된 질소 탱크일 수 있다. 상기 압력 매체 공급원(20)으로부터 소정 압력의 질소가 공급라인(22)을 통하여 압력 용기에 공급된다. 상기 공급라인(22)에는 압력 매체의 유동을 제어하기 위한 개폐 밸브(21)가 설치될 수 있다.
상기 압력 매체는 압력 용기(10) 내의 압력보다 높은 압력으로서, 압력 용기 내의 바인더 용액(1)을 필터(30,30',30") 로 이송할 수 있는 소정 압력을 가진다. 예컨대, 압력 매체가 질소인 경우 대략 1~7bar의 압력의 질소가 압력 용기(10)로 보내질 수 있다.
상기 압력 용기(10)와 도관(12)에 의하여 연결되는 필터는 포어사이즈가 점차 작아지는 순서로 직렬로 복수개 설치되어 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 포어사이즈가 90㎛, 30㎛, 0.5㎛의 순으로 순차적으로 작아지도록 3개의 필터(30,30',30")가 직렬로 배치되어 있다. 이러한 배치에 의하여 필터를 통과하는 바인더 용액이 상기 3개의 필터(30,30',30")를 연속적으로 통과하면서 그 필터의 포어사이즈에 따라 각각의 필터에 포어사이즈에 해당하는 크기 범위의 불용해물이 부착된다. 본 발명의 불용해물 함량 검증시스템(100)에 사용되는 필터의 포어사이즈는 이차전지용 바인더 용액의 필터링에 적합한 크기 범위 내에서 선택할 수 있다. 예컨대, 0.5~100㎛ 범위 내에서 적절한 포어사이즈의 필터를 선택할 수 있다. 필터의 재질은 부직포, 스테인레스 등 필터링을 위하여 적합한 것을 채용할 수 있다.
한편, 상기 필터(30,30',30") 는 상기 도관에 연속하여 직렬로 장착되는 이른바 인라인 필터(in-line filter)일 수 있다. 인라인 필터란 도관 라인에 이어져 연속적으로 설치되어, 도관 라인을 통한 용액의 흐름이 그 필터를 통과하여 후속 도관으로 연속적으로 전달되는 필터이다. 따라서, 인라인 필터(30)를 이용하면, 도관 및 필터를 지나는 바인더 용액은 필터링 과정에서 외부에 노출되지 않으므로, 용해 품질 평가를 위한 필터링 과정에서 외부 환경에 의한 오염을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 2는 상기 시스템의 구성요소인 인라인필터의 일 실시예의 단면도이다. 도 2의 인라인 필터는, 필터 부재(31)와, 상기 필터 부재(31)를 가압하는 탄성부재(32)와, 상기 필터 부재(31)와 탄성부재(32)가 수용되는 하우징(33)을 포함하고 있다. 상기 탄성부재(32)는 필터 부재(31)를 고정하고 상기 필터 부재(31)와 하우징을 밀착시켜 용액의 누설을 방지하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 인라인필터(30)는 용액 누출을 방지하기 위한 가스켓(34)을 포함하고 있다. 상기 인라인필터(30)의 전후단은 도관과 결합된다. 상기 필터 부재(31)의 포어 사이즈는 사용되는 바인더의 종류, 용액 유량, 불용해물의 사이즈 등 이물 특성을 고려하여 다양하게 선택할 수 있다. 상술한 바와 같이, 예컨대 0.5~100㎛ 범위에서 적합한 포어 사이즈의 필터 부재를 선정할 수 있다.
상기 필터(30,30',30")에서 필터링된 바인더 용액(1)은 용액 무게 측정부(40)에서 그 무게가 측정된다. 또한, 각각의 필터(30,30',30")에 부착된 불용해물의 무게는 불용해물 무게 측정부(40')에서 측정된다. 상기 용액 무게 측정부 또는 불용해물 무게 측정부(40,40')로서 전자저울을 사용할 수 있다. 불용해물의 무게가 용액의 무게보다 훨씬 적으므로, 불용해물 무게 측정부로서의 전자저울의 스펙은 보다 미세한 무게를 측정할 수 있는 스펙을 가지는 것이 바람직하다.
용액 무게 측정부에서 용액의 무게를 측정하고 필터에 걸린 불용해물의 무게를 측정하여 각각의 필터에 걸리는 불용해물의 함량을 계산할 수 있다. 이에 따라, 불용해물의 크기에 따른 함량 분석이 가능하다. 따라서, 어떤 바인더 용액에 어떤 크기의 불용해물이 많이 포함되었는지 등의 정보를 얻을 수 있다. 또한, 특정 불용해물의 크기가 많을 경우, 그 불용해물을 효과적으로 여과할 수 있는 포어사이즈의 필터를 선택할 수 있다. 이차전지용 바인더 용액의 불용해물을 필터로 필터링하면 바인더 용액의 용해 품질이 개선된다. 하지만, 어떤 포어사이즈의 필터로 필터링하는 것이 불용해물을 보다 효과적으로 개선할 수 있는지를 알기 위해서는, 먼저 당해 바인더 용액에 포함된 불용해물의 크기 정보를 알아야 한다.
본 발명의 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량 검증방법은, 소정량의 바인더 용액을 압력용기에 투입하는 단계; 상기 압력용기에 소정 압력의 압력 매체를 가하여 상기 바인더 용액을 필터로 이송하는 단계; 필터의 포어 사이즈가 점차 작아지는 순서로 직렬로 배열된 복수개의 필터로 상기 바인더 용액을 순차 필터링하는 단계; 및 상기 복수개의 필터에 걸린 상기 바인더 용액 내의 불용해물의 함량을 필터 별로 각각 측정하는 단계를 포함한다. 도 1의 불용해물 함량 검증시스템으로 상기 검증방법에 의하여 바인더 용액의 불용해 함량을 검출할 수 있다.
본 발명의 불용해물 함량 검증시스템 및 검증방법에 의하면, 바인더 용액 내의 다양한 크기의 불용해물에 관한 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 이 정보를 기초로 당해 바인더 용액에서 최적의 필터, 즉, 불용해물 함량 측정에 의하여 불용해물이 가장 많이 부착되는 포어사이즈의 필터를 최적의 필터로 선택한다면, 추후 해당 바인더 용액을 필터링하여 전극 슬러리를 제조할 때, 바인더 용액의 용해 품질을 확실하게 개선할 수 있다. 상기 최적의 필터는 불용해물이 가장 많이 부착되는 포어사이즈의 필터도 포함되지만, 그 포어사이즈 이하의 포어사이즈를 가지는 필터도 최적 필터가 될 수 있다. 불용해물이 많이 부착되는 포어사이즈 이하의 포어사이즈도 당해 불용해물을 동일하게 필터링할 수 있기 때문이다. 다만, 이 경우 바인더 용액의 제조 생산성을 고려하여, 용액 제조(필터링)를 위하여 필터링에 너무 많은 시간이 소요되는 작은 포어사이즈의 필터는 불용해물이 많이 부착되는 포어사이즈 이하라도 배제할 수 있다.
한편, 최적 필터가 선정된 경우에, 그보다 큰 포어사이즈의 필터를 그 최적 필터의 앞에 배치하고, 바인더 용액을 상기 큰 포어사이즈의 필터와 최적 필터를 통하여 순차 필터링하여 바인더 용액을 제조하는 것이 바람직할 수 있다. 최적 필터 하나로 필터링하는 것보다, 그보다 큰 포어사이즈의 필터가 최적 필터의 앞에서 큰 사이즈의 불용해물을 미리 필터링하므로, 최적 필터를 통과하는 유량이 증가하고 최적 필터의 막힘을 방지 내지 지연시킬 수 있다.
상기 바인더 용액의 용질인 바인더는, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose, CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 비수계 바인더; 아크릴로나이트릴-부타디엔고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 또는 아크릴 고무의 수계 바인더; 및 히드록시 에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 또는 폴리비닐리덴플루오라이드의 고분자 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 바인더 용액의 용매는, N-메틸 피롤리돈(NMP), 디메틸 포름아미드(DMF), 아세톤, 디메틸 아세트아미드의 유기 용매 및 물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 바인더 용액으로서, 용매로서 물에 소정 함량의 CMC가 용해된 CMC 용액을 선택할 수 있다.
최적 필터로 필터링되어 용해 품질이 개선된 상기 이차전지 전극용 바인더 용액에 전극 활물질과 도전재를 혼합하여 전극 슬러리를 제조할 수 있다. 이러한 전극 슬러리는, 불용해물이 감소된 우수한 용해 품질의 바인더 용액을 사용하였으므로, 후술하는 바와 같이 전극의 표면 불량을 개선할 수 있다.
상기 전극 활물질은, 소정의 양극 활물질과 음극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질은 리튬 함유 산화물일 수 있으며, 리튬 함유 산화물로는, 리튬 함유 전이금속 산화물이 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1-yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1-yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1-yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2-zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2-zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속 산화물로 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 중 1종 이상이 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질은 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 포함할 수 있다. 음극 활물질로서 탄소재가 사용되는 경우, 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (mesocarbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum orcoal tar pitch derived cokes) 등의 고온 소성탄소가 대표적이다.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기 도전재의 예로서는 천연흑연이나 인조흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등을 들 수 있다.
한편, 본 발명의 전극 슬러리는 음극 슬러리일 수 있다.
실시예
이하 본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여 실시예를 들어 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
증류수에 CMC를 일정량 투입하여 1% 농도와 1.5% 농도의 CMC 용액을 제조하였다.
제조된 CMC 용액에 대해서 종래의 평가법으로 불용해물의 개수를 측정하였다. 즉, 닥터블레이드로 5×5cm 면적의 OHP 필름에 CMC 용액을 200㎛ 두께로 도포한 후 육안으로 필름 상의 이물의 수를 관찰한 결과는 하기 표 1의 비교예와 같다.
한편, 상기 CMC 용액을 도 1의 불용해물 함량 검증시스템으로 90㎛, 30㎛, 0.5㎛의 포어사이즈의 직렬로 배열된 필터로 여과하여 그 불용해물의 함량을 측정한 것을 하기 표 1의 실시예로 나타내었다. 여과누적량 측정을 위해 사용된 인라인필터는 하이록코리아사 제조의 F1시리즈 인라인 필터이고, 사용된 필터부재는 스테인레스 재질의 뎁스필터이다.
비교예 1(불용해물 개수) 실시예 1(각 필터별무게)
CMC 1% 10개 100ppm/300ppm/100ppm
CMC 1.5 25개 200ppm/650ppm/250ppm
표 1에 도시된 바와 같이, 종래의 평가법으로 불용해물의 개수는 측정할 수 있지만, 샘플링 검사에 불과하므로, CMC 용액에 포함된 불용해물의 함량은 측정할 수 없었다. 특히, 용액에 포함된 불용해물의 크기별 정보를 취득할 수 없었다.
반면, 본 발명의 불용해물 함량 검증시스템 내지 검증방법에 의하여, 3개의 필터에서 연속적으로 필터링하여 불용해물의 함량을 측정함으로써, 불용해물의 크기에 따른 함량 분석이 가능하였다. 표 1에 나타난 바와 같이, 상기 CMC 용액의 불용해물중 30㎛크기의 포어사이즈의 필터에 부착되는 불용해물의 함량이 가장 많으므로, 해당 CMC 용액에는 적어도 30㎛ 이상 크기의 불용해물이 가장 많음을 알 수 있다. 따라서, 상기 CMC 용액의 경우 적어도 30㎛ 포어사이즈 이하의 필터로 필터링할 때 용해 품질이 보다 효율적으로 개선된다고 할 수 있다.
또한, CMC 1.5% 용액의 경우 0.5㎛ 포어사이즈의 필터에 부착되는 불용해물의 함량이 그 다음으로 많은 250ppm이므로, 0.5㎛ 포어사이즈의 필터도 최적 필터로서 선택 가능함을 알 수 있다. 다만, 포어사이즈가 지나치게 적으면, 필터링되는 용액 유량이 작아져서 필터링에 시간이 오래 소요될 수 있다. 따라서, 바인더 용액의 품질 개선을 위한 필터링을 위한 최적 필터 선택시, 상기 최적 사이즈 이하의 필터 중에서 용액 유량을 고려하여 적절한 포어사이즈의 필터를 선택하는 것이 바람직하다.
실시예 2
실시예 1에 의하여, 상기 CMC 1.5% 농도의 용액에 대해서는 30㎛ 이하의 포어사이즈의 필터로 필터링할 경우 용해 품질 개선에 효율적임을 파악하였다.
이러한 정보를 기초로, 전극 슬러리 제조를 위하여 CMC 1.5% 농도의 CMC 용액을 30㎛ 및 0.5㎛ 포어사이즈의 필터로 각각 필터링하여 전극 슬러리 제조용 바인더 용액으로 제조하였다. 또한, 대비를 위하여 90㎛ 및 30㎛ 포어사이즈의 필터로 연속 필터링한 것도 전극 슬러리 제조용 바인더 용액으로 제조하였다.
한편, 상기 바인더 용액과의 비교를 위하여 필터로 필터링하지 않은 동일 농도의 CMC 용액과, 90㎛ 포어사이즈의 필터로 필터링한 동일 농도의 CMC 용액을 각각 비교예로 하였다.
상기 각 CMC 용액을 음극 활물질과 도전재와 혼합하여 음극 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 활물질로서 그라파이트, 도전재로서 카본 블랙, 바인더로서 CMC 용액을 준비하고, 활물질, 도전재, 바인더가 중량비로 97:1:2의 비율이 되도록, 또한 활물질, 도전재, 바인더의 고형분의 함량이 35%가 되도록 용매(물)의 양을 조정한 CMC 용액에 그라파이트 및 도전재를 넣고 TK믹서를 이용하여 60rpm으로 1시간 동안 믹싱하여 음극 슬러리를 제조하였다. 제조된 음극 슬러리를 구리 집전체의 일면에 특정 코팅조건(코팅 폭 200mm, 코팅 속도 5m/min, 로딩량 300mg/cm2)으로 코팅하고 온도 100℃로 건조하고 압연하여 음극을 제조하였다.
이상의 각 CMC 용액에 음극 활물질과 도전재를 혼합하여 제조된 음극의 표면 불량의 개수를 측정한 결과를 나타내면 표 2와 같다. 상기 표면 불량은 음극을 50cm 길이로 커팅하고 상기 음극 상의 동일한 3개의 위치에서의 동일한 면적(10cm×10cm)에서 발생한 불량 형상의 개수를 육안으로 측정하여 합산한 것이다.
샘플
(CMC 1.5%)
필터링 여부		 음극 표면 불량
(개수)
비교예 2-1 No filtering 500
비교예 2-2 90㎛ 포어사이즈 필터로 필터링 400
실시예 2-1 30㎛ 포어사이즈 필터로 필터링 100
실시예 2-2 0.5㎛ 포어사이즈 필터로 필터링 10
실시예 2-3 90㎛ 및 30㎛ 포어사이즈 필터로 연속 필터링 50
상기에서 알 수 있는 바와 같이, 필터링하지 않은 비교예 2-1과 90㎛ 포어사이즈 필터로 필터링한 비교예 2-2의 표면 불량의 개수가 훨씬 많다.
반면, 30㎛ 포어사이즈 필터로 필터링한 CMC 용액으로 제조한 음극의 표면불량의 개수는 100개로 크게 감소하였다. 따라서, 해당 CMC 용액에 대해서는 30㎛ 포어사이즈 필터로 필터링한 바인더 용액의 용해 품질 내지 이에 의하여 제조한 전극의 품질이 더 우수함을 알 수 있다. 0.5㎛ 포어사이즈의 필터로 필터링한 바인더 용액으로 제조한 전극의 표면 불량 특성이 가장 우수하였다. 따라서, 당해 바인더 용액에 대해서는 0.5㎛ 포어사이즈의 필터도 최적 필터로 택할 수 있다. 다만, 대량 생산의 관점에서 필터링에 장시간이 소요된다면 생산성을 고려하여 30㎛ 포어사이즈의 필터를 최적 필터로 할 수 있다.
또한, 30㎛ 포어사이즈의 필터를 최적 필터로 한 경우에, 그보다 큰 포어사이즈 90㎛의 필터를 최적 필터의 앞에 배치하고 연속 필터링하여 얻은 바인더 용액으로 제조한 음극의 표면 불량은 더욱 감소하였다. 이로부터, 최적 필터를 포함한 복수의 필터로 연속 필터링하여 바인더 용액을 제조하고, 이 바인더 용액으로 전극을 제조할 경우 전극 불량 개선에 더욱 효과적이라는 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 이차전지용 전극의 표면 불량의 일 형태를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 전극 표면에 그레이스팟 형태의 표면 불량을 관찰할 수 있다.
도 4는 비교예(2-1)의 제조방법에 의하여 제조된 이차전지용 전극의 표면 불량의 형태를 나타낸 SEM 촬영사진이다. 도시된 바와 같이, 비교예 2-1는 필터링을 하지 않아서 비교적 큰 사이즈의 불용해물이 바인더 용액에 존재하기 때문에 이 불용해물이 응집되어 도 4와 같이 전극 호일이 드러날 정도의 표면 불량이 발생함을 알 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
1: 바인더 용액
10: 압력 용기
11: 압력계
12: 용액 토출 도관
12a: 도관 일부
13: 개폐 밸브
20: 압력 매체 공급원
21: 압력 매체 개폐 밸브
22: 압력 매체 공급라인
30,30',30": (인라인)필터
31: 필터 부재
32: 탄성부재
33: 하우징
34: 가스켓
40: 용액 무게 측정부
40': 불용해물 무게 측정부

Claims (14)

  1. 바인더 용액이 수용되는 압력 용기;
    상기 압력 용기에 소정 압력의 압력 매체를 공급하는 압력 매체 공급원;
    상기 압력 용기와 도관에 의하여 연결되며 필터의 포어 사이즈(pore size)가 점차 작아지는 순서로 직렬로 배열된 복수개의 필터; 및
    상기 압력 용기로 공급된 압력 매체에 의하여 상기 압력 용기 내의 바인더 용액이 상기 필터로 이송되어 필터링될 때, 상기 복수개의 필터에 걸린 상기 바인더 용액 내의 불용해물의 함량을 측정하는 함량측정부를 포함하는 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력 매체는 질소인 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도관은 압력 용기 내로 연장되며 상기 도관의 단부가 압력 용기의 바닥에 인접하여 설치되는 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필터는 상기 도관에 연속하여 직렬로 장착되는 인라인필터(in-line filter)인 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인라인필터는, 필터 부재와, 상기 필터 부재를 가압하는 탄성부재와, 상기 필터 부재와 탄성부재가 수용되는 하우징을 포함하는 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 함량측정부는 필터에서 필터링되어 나온 바인더용액의 무게를 측정하는 용액 무게 측정부와, 필터에 부착된 불용해물의 무게를 측정하는 불용해물 무게 측정부를 포함하는 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템.
  7. 소정량의 바인더 용액을 압력용기에 투입하는 단계;
    상기 압력용기에 소정 압력의 압력 매체를 가하여 상기 바인더 용액을 필터로 이송하는 단계;
    필터의 포어 사이즈가 점차 작아지는 순서로 직렬로 배열된 복수개의 필터로 상기 바인더 용액을 순차 필터링하는 단계; 및
    상기 복수개의 필터에 걸린 상기 바인더 용액 내의 불용해물의 함량을 필터 별로 각각 측정하는 단계를 포함하는 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량 검증방법.
  8. 제7항의 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량 검증방법에 기초하여 이차전지 전극용 바인더 용액을 제조하는 방법으로서,
    상기 불용해물의 함량 측정결과 불용해물이 가장 많이 부착되는 포어사이즈의 필터 이하의 포어사이즈를 가지는 필터를 최적 필터로 선정하는 단계; 및
    상기 최적 필터로 해당 이차전지 전극용 바인더 용액을 필터링하는 단계를 포함하는 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 최적 필터로 바인더 용액을 필터링하는 단계에서, 상기 최적 필터의 포어사이즈보다 큰 포어사이즈의 필터를 상기 최적 필터의 앞에 배치하고, 이차전지 전극용 바인더 용액을 상기 큰 포어사이즈의 필터 및 최적필터를 통하여 순차 필터링하는 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 바인더 용액의 용질인 바인더는, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복실 메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose, CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 비수계 바인더; 아크릴로나이트릴-부타디엔고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 또는 아크릴 고무의 수계 바인더; 및 히드록시 에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 또는 폴리비닐리덴플루오라이드의 고분자 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 바인더 용액의 용매는, N-메틸 피롤리돈(NMP), 디메틸 포름아미드(DMF), 아세톤, 디메틸 아세트아미드의 유기 용매 및 물로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 바인더 용액은, 물에 소정 함량의 CMC가 용해된 CMC 용액인 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법.
  13. 이차전지용 전극의 표면 불량을 개선하기 위하여 제8항의 이차전지 전극용 바인더 제조방법에 의하여 제조된 이차전지 전극용 바인더 용액과, 전극 활물질 및 도전재를 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 단계를 포함하는 이차전지용 전극 슬러리의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전극 슬러리는 음극 슬러리인 이차전지용 전극 슬러리의 제조방법
KR1020210041325A 2021-03-30 2021-03-30 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템 및 그 검증방법, 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법 및 이차전지용 전극 슬러리의 제조방법 Active KR102953924B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210041325A KR102953924B1 (ko) 2021-03-30 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템 및 그 검증방법, 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법 및 이차전지용 전극 슬러리의 제조방법
CN202220230036.9U CN217901464U (zh) 2021-03-30 2022-01-27 二次电池电极用粘合剂溶液中的不溶物含量的检验系统
DE202022100750.0U DE202022100750U1 (de) 2021-03-30 2022-02-10 System zur Überprüfung des Gehalts an unlöslichen Stoffen in Bindemittellösungen für Sekundärbatterieelektroden

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210041325A KR102953924B1 (ko) 2021-03-30 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템 및 그 검증방법, 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법 및 이차전지용 전극 슬러리의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220135529A true KR20220135529A (ko) 2022-10-07
KR102953924B1 KR102953924B1 (ko) 2026-04-16

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170111722A (ko) 2016-03-29 2017-10-12 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 전극 슬러리 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170111722A (ko) 2016-03-29 2017-10-12 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 전극 슬러리 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
DE202022100750U1 (de) 2022-03-01
CN217901464U (zh) 2022-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7123251B2 (ja) 互いに異なる粒径の活物質を含む二重層構造の合剤層を含む二次電池用電極及びその製造方法
CN104584288B (zh) 非水电解质二次电池用粘合剂、非水电解质二次电池用粘合剂溶液、非水电解质二次电池用负极合剂及其用途
CN104521044B (zh) 非水电解质二次电池用粘合剂、非水电解质二次电池用粘合剂溶液、非水电解质二次电池用负极合剂及其用途
US12360029B2 (en) System and method for evaluating dissolution quality of binder solution for secondary battery electrode, and method of manufacturing electrode slurry for secondary battery
US20240421304A1 (en) Negative plate, secondary battery and electrical device
Li et al. “See” the invisibles: Inspecting battery separator defects via pressure drop
KR102255524B1 (ko) 리튬 이차전지의 충전 프로토콜 수립방법 및 충전 프로토콜을 포함하는 리튬 이차전지용 전지 관리 시스템
CN217901464U (zh) 二次电池电极用粘合剂溶液中的不溶物含量的检验系统
KR20190036976A (ko) 전극 슬러리의 공정성 예측 및 선정 방법
KR20170034773A (ko) 리튬 이차전지의 집전체용 금속 메쉬 박판, 이를 포함하는 리튬 이차전지용 전극 및 리튬 이차전지
KR20220081583A (ko) 이상 전지 검출을 위한 전지의 열적 특성 평가방법
KR102953924B1 (ko) 이차전지 전극용 바인더 용액의 불용해물 함량검증 시스템 및 그 검증방법, 이차전지 전극용 바인더 용액의 제조방법 및 이차전지용 전극 슬러리의 제조방법
KR102886359B1 (ko) 이차전지 전극용 바인더 용액의 용해 품질 평가시스템 및 그 품질 평가방법, 이차전지용 전극 슬러리의 제조방법
CN112881925B (zh) 一种负极材料快充性能的测试方法
CN120142964A (zh) 一种负极性能评价方法
KR102953636B1 (ko) 이차전지 전극용 바인더 용액의 용해 품질 평가시스템 및 그 품질 평가방법, 이차전지용 전극 슬러리의 제조방법
KR102953633B1 (ko) 이차전지 전극용 바인더 용액의 용해 품질 평가방법 및 이에 따른 이차전지용 전극 슬러리의 제조방법
US20220317010A1 (en) Filter determining system for evaluation of dissolution quality of binder solution for secondary battery electrode and determining method thereof
KR102047841B1 (ko) 이차 전지의 제조방법 및 이차 전지
KR102940101B1 (ko) 전극 활물질 탈리 평가 방법
KR102940139B1 (ko) 전극 활물질 탈리 평가 방법
KR102953926B1 (ko) 이차전지 전극용 바인더 용액의 용해 품질 평가를 위한 필터 선정시스템 및 필터 선정방법
CN115979907B (zh) 一种电极片的孔隙检测方法及电极片
KR20220020495A (ko) 퇴화 셀 제조방법 및 퇴화 셀 평가 방법
KR102953912B1 (ko) 전극 활물질 탈리 평가 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

D13-X000 Search requested

St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

E13 Pre-grant limitation requested

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-2-3-E10-E13-LIM-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

E13-X000 Pre-grant limitation requested

St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000

P11 Amendment of application requested

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-2-2-P10-P11-NAP-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

D22 Grant of ip right intended

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-1-2-D10-D22-EXM-PE0701 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

PE0701 Decision of registration

St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701

F11 Ip right granted following substantive examination

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-2-4-F10-F11-EXM-PR0701 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

Fee payment year number: 1

U11 Full renewal or maintenance fee paid

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-2-2-U10-U11-OTH-PR1002 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

Year of fee payment: 1

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601

Q13 Ip right document published

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-4-4-Q10-Q13-NAP-PG1601 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)