用于制备电极浆料的设备和方法与流程

1.本技术要求于2021年10月28日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0145344的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
2.本发明涉及用于制造电极用浆料的设备和方法。具体地，本发明涉及用于制造电极用浆料的设备和方法，该设备和方法能够实时检查电极用浆料中包含的固体含量以及电极用浆料的质量。


背景技术：

3.与一次电池不同，二次电池可以是可充电的，并且具有小规模和大容量。近来，已经积极地对二次电池进行了研究和开发。随着技术的发展和对移动装置的需求的增加，存在对作为能量源的可充电电池的迅速增加的需求。
4.根据电池外壳的形状，二次电池被分类为硬币电池、圆柱形电池、角形电池和袋型电池。在二次电池中，安装在电池外壳中的电极组件是具有通过对电极和分隔件进行堆叠而制成的结构的电力生成元件，并且可以被充电和放电。
5.电极组件可以大致分类为：卷绕型(jelly-roll-type)电极组件，其通过在涂覆有活性材料的片状正极与负极之间插置分隔件并且卷绕该堆叠而制成；堆叠型电极组件，其通过在分隔件插置在多个正极与负极之间的状态下顺序地堆叠多个正极和负极而制成；以及堆叠/折叠型电极组件，其通过经由使用长分隔膜来卷绕堆叠型单元电池而制成。
6.电极通过用电极浆料涂覆电极集流器而制成。然而，存在电池的性能和寿命因残留在电极浆料中的水分而降低的问题。
7.因此，需要用于制造电极用浆料的设备，该设备能够实时测量残留在电极浆料中的水分并且防止电池的性能和寿命的劣化。


技术实现要素：

8.技术问题
9.本发明是为解决上述问题而做出的，并且本发明的目的是提供用于制造电极用浆料的设备和方法，该设备和方法能够在制造电极用浆料之后，在将电极用浆料供应至后续处理之前，实时测量和调节电极用浆料中包含的水分含量和固体含量。
10.技术方案
11.本说明书的一个实施例提供了一种用于制造电极用浆料的设备，该设备包括：混合部，其被配置成通过混合电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂来制造电极用浆料；流动路径，其被配置成从混合部对电极用浆料进行采样；重量测量部，其被配置成测量电极用浆料的样品的重量；清洗部，其被配置成清洗重量测量部的内部；以及气体排放部，其被配置成使重量测量部中的空气循环。
12.在本说明书的实施例中，重量测量部可以包括干燥部，该干燥部被配置成通过向样品供应热来对样品进行干燥。
13.在本说明书的实施例中，流动路径可以根据混合部的高度被设置为一个或更多个流动路径，并且流动路径中的每一个可以将电极用浆料的样品移动至重量测量部。
14.本说明书的另一实施例提供了一种制造电极用浆料的方法，该方法包括：通过混合电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂来制备电极用浆料；通过重量测量部对电极用浆料进行少量采样并且然后测量所采样的电极用浆料样品的重量；以及去除电极用浆料样品，并且然后清洗重量测量部。
15.有益效果
16.按照根据本发明的实施例的用于制造电极用浆料的设备和方法，可以通过在制造电极用浆料之后，在将电极用浆料供应至后续处理之前，实时测量和调节电极用浆料中包含的水分含量和固体含量来控制电极用浆料和电池的质量。
附图说明
17.图1是示出相关技术中的电极浆料制造设备的截面图。
18.图2是示出根据本发明的实施例的用于制造电极用浆料的设备的侧视图。
19.图3是示出根据本发明的实施例的重量测量部的截面图。
20.图4是示出根据本发明的另一实施例的用于制造电极用浆料的设备的侧视图。
21.附图标记说明
22.100：用于制造电极用浆料的设备
23.10：混合部
24.20：流动路径
25.30：重量测量部
26.31：干燥部
27.32：板
28.40：清洗部
29.50：气体排放部
具体实施方式
30.在下文中，将参照附图详细描述本发明。然而，附图旨在说明性地描述本发明，并且本发明的范围不受附图限制。
31.图2是示出根据本发明的实施例的用于制造电极用浆料的设备100的侧视图。
32.用于制造电极用浆料的设备100可以包括混合部10、流动路径20、重量测量部30、清洗部40以及气体排放部50。
33.混合部10可以通过混合电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂来制造电极用浆料。电极活性材料可以包括正极活性材料和负极活性材料中的任一个，并且正极活性材料可以包括锂离子。负极活性材料可以可逆地吸收/排放从正极放出的锂离子，并且使得电流能够通过外部电路流动。负极活性材料可以包括石墨和硅。
34.导电材料可以用于增加电极活性材料的导电性，并且溶剂可以用于调节电极用浆料的粘度。
35.粘结剂可以用于在物理上稳定电极。粘结剂可以用于增加用于将电极活性材料和
导电材料粘结至片(集流器)的力，所述片例如是在后续处理期间用电极用浆料涂覆的铝片或铜片。
36.技术领域中可以使用的各种电极活性材料、各种导电材料、各种粘结剂和各种溶剂可以用作上述电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂。电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂在其类型方面没有特别限制。
37.此外，混合部10可以包括：主体(未示出)，其被配置成接收和存储电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂；以及搅拌器(未示出)，其被配置成搅拌电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂。
38.技术领域中可以使用的具有各种形状的混合装置可以用作混合部10，并且混合部10的形状没有特别限制。
39.流动路径20可以用于对混合部10中的电极用浆料进行采样。流动路径20可以被设置成穿透混合部10的侧表面。混合部10的侧表面可以意指被定位成与重力方向平行的表面，即，垂直于混合部10的上表面和下表面的所有表面中的一个表面。
40.流动路径20可以将存储在混合部10中的电极用浆料少量传送至重量测量部30。此外，流动路径20可以将重量测量部30已经完全执行测量的电极用浆料样品传送回混合部10。也就是说，流动路径20可以从混合部10的侧表面延伸至重量测量部30。流动路径20可以被设置为一个或更多个流动路径20。
41.此外，流动路径20可以包括输送螺杆和泵中的一个或更多个。
42.在实施例中，在根据本发明的用于制造电极用浆料的设备100具有单个流动路径20的情况下，流动路径20可以在两个方向上传送电极用浆料。因此，包括在流动路径20中的输送螺杆和泵可以在两个方向上传送电极用浆料。
43.在另一实施例中，在根据本发明的用于制造电极用浆料的设备100具有两个流动路径20的情况下，一个流动路径20可以将电极用浆料从混合部10传送至重量测量部30，并且另一流动路径20可以将电极用浆料从重量测量部30传送至混合部10。在这种情况下，用于传送电极用浆料的两个流动路径20的装置可以彼此相同，如输送螺杆或泵，或者彼此不同，如输送螺杆-泵或泵-输送螺杆。
44.图3是示出根据本发明的实施例的重量测量部30的截面图。
45.重量测量部30可以测量电极用浆料的样品的重量。重量测量部30可以通过将通过流动路径20传送的电极用浆料的样品安置在板32上来测量样品的重量。
46.重量测量部30可以测量从流动路径20供应的样品的重量和在样品进行干燥之后的样品的重量中的一个或更多个。因此，重量测量部30可以包括干燥部31。
47.干燥部31可以通过向存储在重量测量部30中的样品供应热来对样品进行干燥。干燥部31可以通过升高重量测量部30中的温度来对样品进行干燥。在这种情况下，干燥部31可以将重量测量部30的内部温度升高至5℃至300℃的温度。特别地，干燥部31可以将重量测量部30的内部温度升高至20℃至200℃的温度。
48.可替选地，干燥部31可以通过向存储在重量测量部30中的样品供应高温空气来对样品进行干燥。干燥部31可以包括：加热部(未示出)，其被配置成通过加热空气来产生高温空气；以及喷射部(未示出)，其被配置成将高温空气喷射至重量测量部30中并且喷射至样品。
49.重量测量部30可以计算在样品进行干燥之前测量的重量和在样品进行干燥之后测量的重量的百分比。因此，重量测量部30可以计算电极用浆料中包含的固体材料与溶剂之间的比率。在这种情况下，固体材料可以包括电极活性材料、导电材料和粘结剂。在这种情况下，可以基于((在样品进行干燥之前测量的重量)-(在样品进行干燥之后测量的重量))/(在样品进行干燥之前测量的重量)
×
100执行计算。
50.由根据本发明的用于制造电极用浆料的设备100制造的电极用浆料的干燥之前/之后的重量的百分比可以是10％至90％。特别地，电极用浆料的干燥之前/之后的重量的百分比可以是20％至80％。当电极用浆料的干燥之前/之后的重量的百分比小于10％时，包含在电极用浆料中的固体材料的比率高，这使得在后续处理期间将电极用浆料施加至导体上时难以执行控制。当电极用浆料的干燥之前/之后的重量的百分比大于90％时，包含在电极用浆料中的溶剂的比率高，这使得难以制造具有高性能的电极。
51.用于制造电极用浆料的设备100可以包括显示部(未示出)。显示部可以显示在样品进行干燥之前和之后由重量测量部30测量和计算的样品的重量以及重量的百分比中的一个或更多个。技术领域中使用的可视地显示数据的显示装置可以用作显示部。显示装置没有特别限制。例如，显示部可以包括lcd、led、触摸屏等。
52.用于制造电极用浆料的设备100可以包括输入部(未示出)和控制部(未示出)中的任何一个或更多个。
53.输入部可以使得用户能够任意输入电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂的供应量以及混合部10的混合速度。此外，在根据本发明的显示部被设置为触摸屏的情况下，显示部也可以用作输入部。
54.控制部从重量测量部30接收与在样品进行干燥之前测量的重量、在样品进行干燥之后测量的重量以及样品的重量的百分比中的一个或更多个相关的数据，并且然后控制部可以自动调节电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂的供应量以及混合部10的混合速度。
55.控制部可以存储与在样品进行干燥之前测量的重量、在样品进行干燥之后测量的重量以及样品的重量的百分比中的一个或更多个相关的参考值。控制部可以将从重量测量部30传输的数据与预先存储的参考值进行比较，并且控制电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂的供应量以及混合部10的混合速度。
56.例如，当存储了40％至80％的样品重量的百分比参考值、并且由重量测量部30测量和计算的样品重量的百分比为20％时，控制部可以增加溶剂的供应量。
57.图4是示出根据本发明的另一实施例的用于制造电极用浆料的设备100的侧视图。
58.用于制造电极用浆料的设备100可以具有沿着混合部10的高度设置的多个流动路径20。此外，用于制造电极用浆料的设备100可以具有设置成堆叠的多个重量测量部30。在用于制造电极用浆料的设备100中，流动路径20可以在数量上对应于重量测量部30。多个流动路径20中的每一个可以连接至单个重量测量部30。也就是说，流动路径20可以根据混合部10的高度来提取电极用浆料的样品。重量测量部30可以测量根据混合部10的高度的、电极用浆料的重量。
59.在这种情况下，在由多个重量测量部30所测量的样品进行干燥之前的重量、样品进行干燥之后的重量以及样品的重量的百分比之间存在偏差的情况下，控制部确定电极用浆料的混合物根据混合部10的高度而不均匀，并且然后控制部可以控制混合部10的混合速
度。
60.清洗部40可以清洗重量测量部30的内部。清洗部40可以在喷射清洗液和空气的情况下清洗重量测量部30。清洗部40可以通过以高压喷射清洗液和空气来使残留在重量测量部30上的固体材料分离。此外，从清洗部40喷射的清洗液可以包含与在电极用浆料中包含的溶剂相同的材料。
61.清洗部40可以包括：移动管(未示出)，其被配置成接收清洗液或空气，并且使清洗液或空气移动；以及喷嘴(未示出)，其被配置成接收来自移动管的清洗液或空气，并且将清洗液喷射至重量测量部30和板中的一个或更多个。喷嘴可以被设置为一个或更多个喷嘴。喷嘴可以穿透移动管的外表面并且耦接至移动管的外表面。
62.在清洗部40被配置成通过使用清洗液来清洗重量测量部30或板的情况下，清洗部40还可以包括空气供应部(未示出)。空气供应部可以向移动管供应空气，从而使得高压液体能够通过喷嘴喷射。
63.在根据本发明的用于制造电极用浆料的设备100中，清洗部40还可以包括热空气干燥部(未示出)，以减少当重量测量部30测量固体材料的重量时引起的误差。热空气干燥部可以通过向重量测量部30供应加热的空气来使液体蒸发。
64.根据本发明的用于制造电极用浆料的设备100还可以包括板存储部(未示出)。
65.板存储部可以存储多个板。板存储部可以定位在重量测量部30的一侧，并且将板供应到重量测量部30中或者更换板。因此，板存储部和重量测量部30可以各自包括一侧处的通口，使得板可以移动。板存储部的通口和重量测量部30的通口可以在尺寸和位置上彼此对应。
66.此外，通口可以包括打开/关闭部，并且打开/关闭部可以与清洗部40一起操作。因此，当重量测量部30测量电极用浆料样品的重量时，打开/关闭部被关闭。在重量的测量完成之后清洗部40清洗重量测量部30的内部时，或者清洗部40清洗重量测量部30的内部之前或之后，打开/关闭部被打开，以更换板。
67.气体排放部50可以使重量测量部30中的空气循环。气体排放部50可以通过将从清洗部40喷射的高压空气排放至外部或者通过将由热空气干燥部加热的空气排放至外部来降低重量测量部30中的温度。此外，气体排放部50可以将通过清洗部40分离的残留固体材料排放至外部。
68.在实施例中，气体排放部50可以以空心管的形式耦接至重量测量部30的一个表面。此外，气体排放部50可以包括鼓风机(未示出)，该鼓风机被配置成将重量测量部30中的空气排放至外部。
69.在根据本发明的用于制造电极用浆料的设备100包括多个重量测量部30的情况下，可以针对重量测量部30中的每一个设置气体排放部50。
70.此外，根据本发明的用于制造电极用浆料的设备100还可以包括在重量测量部30与气体排放部50之间的打开/关闭部(未示出)。当重量测量部30测量电极用浆料或固体材料的重量时，打开/关闭部被关闭，以防止重量测量部30中的空气被排放至外部。此外，在清洗部40清洗重量测量部30或板之后，打开/关闭部被打开，使得空气可以被排放至外部。打开/关闭部可以通过控制部来控制。
71.根据本发明的实施例的制造电极用浆料的方法可以包括：制造电极用浆料的步骤
s10；测量电极用浆料样品的重量的步骤s20；以及清洗重量测量部的步骤s30。
72.制造电极用浆料的步骤s10可以包括通过混合电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂来制造电极用浆料。
73.导电材料没有特别限制，只要导电材料具有导电性而不引起电池中的化学变化即可。导电材料的代表性示例可以包括选自由下述各项构成的组中的一种材料：天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂解法炭黑、碳纤维、金属纤维、碳氟化合物、铝、镍粉、氧化锌、钛酸钾、氧化钛和聚亚苯基衍生物，或者可以包括上述材料中的两种或更多种的混合物。
74.作为粘结剂，可以使用各种类型的粘结剂聚合物或各种共聚物，其中，粘结剂聚合物例如聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(pvdf-co-hfp)、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸、乙烯-丙烯-二烯单体(epdm)、磺化epdm、丁苯橡胶(sbr)、氟橡胶、聚丙烯酸、以及通过用li、na、ca等取代上述材料的氢而制成的聚合物。
75.溶剂可以包含n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基异山梨醇(dmi)、二甲基亚砜(dmso)和甲基亚砜中的任何一个。
76.测量电极用浆料样品的重量的步骤s20可以包括：通过重量测量部对电极用浆料进行采样，并且测量电极用浆料样品的重量。
77.测量电极用浆料样品的重量的步骤s20可以包括：对电极用浆料进行采样并且然后测量所采样的电极用浆料的重量的步骤s21；以及对电极用浆料样品进行干燥并且然后测量干燥后的电极用浆料样品的重量的步骤s22。测量电极用浆料样品的重量的步骤s20可以包括通过测量电极用浆料中包含的电极活性材料的量来检查电极用浆料的质量。
78.也就是说，测量电极用浆料样品的重量的步骤s20可以包括：测量在电极用浆料样品进行干燥之前和之后的重量，以及计算电极用浆料中包含的电极活性材料的量的值是否为预先存储的参考值或更多。
79.例如，测量电极用浆料样品的重量的步骤s20可以包括：测量在电极用浆料样品进行干燥之前和之后的重量，以及当电极用浆料中的电极活性材料的量被计算为小于95重量％时，减少电极用粘结剂或溶剂向混合部的供应量，或者增加电极活性材料的供应量。
80.清洗重量测量部的步骤s30可以包括在去除已完全执行测量的电极用浆料样品之后清洗重量测量部。
81.在这种情况下，电极用浆料样品可以被排放和丢弃，或者通过流动路径重新供应至混合部。
82.清洗重量测量部的步骤s30可以包括：将清洗液和空气中的一种或更多种喷射至重量测量部的内壁的步骤s31；以及将已用于清洗重量测量部的内壁的、清洗液和空气中的一种或更多种排放至外部的步骤s32。在这种情况下，可以以高压喷射清洗液和空气。
83.在清洗重量测量部的步骤s30中使用清洗液的情况下，清洗重量测量部的步骤s30可以包括：对重量测量部的内部进行干燥的步骤s31-1；以及将蒸发的清洗液排放至外部的步骤s32-1。
84.此外，在清洗重量测量部的步骤s30中通过喷射的空气去除残留在重量测量部中的电极用浆料的情况下，清洗重量测量部的步骤s30可以包括将已用于清洗的空气和通过
空气分离的残留的电极用浆料排放至重量测量部的外部的步骤s32-2。
85.清洗重量测量部的步骤s30可以包括：通过将清洗液和空气中的一种或更多种喷射至包括在重量测量部中并被配置成安置电极用浆料样品的板来清洗重量测量部，或者通过更换该板来清洗重量测量部。
86.虽然以上参照示例性实施例了描述了本发明，但是本领域技术人员可以理解，在不脱离权利要求书中公开的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。

技术特征：
1.一种用于制造电极用浆料的设备，所述设备包括：混合部，其被配置成通过混合电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂来制造电极用浆料；流动路径，其被配置成从所述混合部对所述电极用浆料进行采样；重量测量部，其被配置成测量所述电极用浆料的样品的重量；清洗部，其被配置成清洗所述重量测量部的内部；以及气体排放部，其被配置成使所述重量测量部中的空气循环。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述重量测量部包括被配置成安置所述样品的板。3.根据权利要求2所述的设备，还包括：板存储部，其定位在所述重量测量部的一侧并且被配置成存储多个所述板，所述板存储部被配置成将所述板供应至所述重量测量部并且更换所述板。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述重量测量部包括干燥部，所述干燥部被配置成通过向所述样品供应热来对所述样品进行干燥。5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述重量测量部测量在所述样品进行干燥之前的所述样品的重量以及在所述样品进行干燥之后的所述样品的重量。6.根据权利要求5所述的设备，还包括：显示部，其被配置成显示在所述样品进行干燥之前测量的所述样品的重量、在所述样品进行干燥之后测量的所述样品的重量以及在所述样品进行干燥之前和之后测量的所述样品的重量的百分比中的一个或更多个。7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流动路径根据所述混合部的高度而被设置为一个或更多个流动路径，并且所述流动路径中的每一个将所述电极用浆料的样品移动至所述重量测量部。8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述重量测量部被设置为一个或更多个堆叠的重量测量部，并且所述重量测量部中的每一个测量从所述流动路径中的每一个供应的所述电极用浆料的样品的重量。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述流动路径通过输送螺杆和泵中的任一个将所述电极用浆料移动至所述重量测量部。10.根据权利要求1所述的设备，还包括：控制部，其被配置成存储与所述电极用浆料的样品的重量相关的参考值，所述控制部被配置成：当由所述重量测量部测量的所述样品的重量低于所述参考值时，调节所述电极活性材料、所述导电材料、所述粘结剂和所述溶剂中一个或更多个向所述混合部的供应量以及所述混合部的混合速度中的一个或更多个。11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述清洗部通过将清洗液和空气中的一种或更多种喷射至所述重量测量部中来清洗所述重量测量部。12.根据权利要求11所述的设备，还包括：热空气干燥部，其被配置成通过向所述重量测量部供应加热的空气来使所述清洗液蒸发。13.一种制造电极用浆料的方法，所述方法包括：
通过混合电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂来制备电极用浆料；通过重量测量部对电极用浆料进行少量采样并且然后测量所采样的电极用浆料样品的重量；以及去除所述电极用浆料样品，并且然后清洗所述重量测量部。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述重量的测量包括：对所述电极用浆料进行采样，并且然后测量所采样的电极用浆料的重量；以及对所采样的电极用浆料进行干燥，并且然后测量干燥后的电极用浆料的重量。15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述重量测量部的清洗包括：将清洗液和空气中的一种或更多种喷射至所述重量测量部的内壁；以及将已用于清洗所述重量测量部的内壁的、所述清洗液和空气中的一种或更多种排放至外部。16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述重量测量部的清洗包括：通过将清洗液和空气中的一种或更多种喷射至包括在所述重量测量部中并被配置成安置所述电极用浆料样品的板来清洗所述重量测量部。17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述重量测量部的清洗包括：更换包括在所述重量测量部中并被配置成安置所述电极用浆料样品的板。

技术总结
本发明涉及用于制备电极浆料的设备，该设备包括：混合部，其被供应有电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂，并将电极活性材料、导电材料、粘结剂和溶剂混合以制备电极浆料；流动通道，通过该流动通道从混合部对电极浆料进行采样；测重部，其测量电极浆料的样品的重量；清洗单元，其清洗测重部的内部；以及通气部，其使测重部中的空气循环。重部中的空气循环。重部中的空气循环。


技术研发人员：金容汉 竹内崇 高玄珉 李邵罗 韩承美
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：2022.10.28
技术公布日：2023/9/16