KR101550487B1 - Method for drying electrode and apparatus for drying electrode - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는, 전극 성능의 저하를 초래하는 일 없이, 슬러리 상태의 전극층에 포함되는 용매를 효율적으로 휘발시켜, 건조 시간의 단축을 도모하는 것이 가능한 전극 건조 방법 및 전극 건조 장치를 제공하는 것이다.
전극 건조 장치(10)는, 용매(21)를 포함하는 전극 슬러리(20)를 전극박(30)에 도포함으로써 형성된 전극층(40)을 건조로(50) 중에 있어서 건조시킨다. 전극 건조 장치는, 전극층 내에 잔존하는 용매 농도와 건조로 내의 분위기(57)에 있어서의 용매 농도의 농도차를, 분위기에 있어서의 용매 농도를 높임으로써 작게 하는 증발 속도 조정 부재(70)와, 전극층을 건조시키는 열을 부여하는 히터부(80)를 갖고 있다.An object of the present invention is to provide an electrode drying method and an electrode drying apparatus capable of efficiently evaporating a solvent contained in an electrode layer in a slurry state without reducing the electrode performance and shortening the drying time .
The electrode drying apparatus 10 dries the electrode layer 40 formed by applying the electrode slurry 20 containing the solvent 21 to the electrode foil 30 in the drying furnace 50. The electrode drying apparatus includes an evaporation speed adjusting member 70 for reducing the concentration difference between the solvent concentration remaining in the electrode layer and the solvent concentration in the atmosphere 57 in the drying furnace by increasing the solvent concentration in the atmosphere, And a heater unit 80 for applying heat to dry the substrate.
Description
본 발명은, 전극 건조 방법 및 전극 건조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode drying method and an electrode drying apparatus.
리튬 이온 2차 전지는, 축전 밀도가 커, 충방전을 반복하여 행해도 축전 성능을 잘 유지하므로, 자동차나 가전 제품의 전원으로서 널리 사용되고 있다.Lithium ion secondary batteries are widely used as power sources for automobiles and household electric appliances because they have a high storage density and maintain good storage performance even when they are repeatedly charged and discharged.
리튬 이온 2차 전지의 전극 형성 과정에 있어서는, 우선, 정극(正極)의 알루미늄박, 부극(負極)의 구리박과 같은 전극박 상에 용매를 포함하는 슬러리 상태의 전극 슬러리를 일정 중량 도포함으로써 전극층을 형성한다. 다음에, 전극 건조 장치의 건조로 중에 있어서, 전극층에 포함되는 용매를 휘발시켜 건조시켜, 전극층의 고형분과 전극박을 고착시키고 있다.In the process of forming the electrode of the lithium ion secondary battery, firstly, a slurry-like electrode slurry containing a solvent is applied to the electrode foil such as the aluminum foil of the positive electrode (positive electrode) and the copper foil of the negative electrode . Next, during the drying furnace of the electrode drying apparatus, the solvent contained in the electrode layer is volatilized and dried to fix the solid portion of the electrode layer and the electrode foil.
전극 건조 공정에 있어서는, 건조로 내에 있어서, 전극박의 상하면으로부터 열풍을 분사하는 방법이 일반적이다(예를 들어, 특허문헌 1 및 2를 참조). 열풍에 의한 경우의 건조 조건의 주된 것으로서, 열풍의 온도, 열풍의 분사량 및 건조 시간이 있다.In the electrode drying step, hot air is sprayed from the upper and lower surfaces of the electrode foil in the drying furnace (see, for example, Patent Documents 1 and 2). The main conditions of the drying conditions in the case of hot air are the temperature of hot air, the amount of hot air spray, and the drying time.
전극 건조 장치에는, 전극의 생산성을 높이기 위해 건조 시간의 단축을 도모하는 것이 요청되고 있다. 이러한 요청에 대해, 건조 조건(열풍인 경우에 있어서의 열풍의 온도 및 열풍의 분사량)을 크게 변화시키면, 전극 내부의 미세 구조에 영향을 미쳐, 전극 성능이 저하되는 경우가 있다. 전극 성능의 열화를 초래하지 않는 범위 내에 있어서 건조 조건을 변화시켜야 하므로, 건조 시간의 단축에 대해 효과적인 대책을 세울 수 없다.In order to increase the productivity of the electrode, it is required to reduce the drying time of the electrode drying apparatus. For such a request, if the drying conditions (the temperature of the hot air in the case of hot air and the amount of hot air blowing) are changed greatly, the fine structure inside the electrode may be influenced and the electrode performance may be lowered. The drying conditions must be changed within a range that does not cause deterioration of the electrode performance. Therefore, effective measures can not be taken against shortening of the drying time.
전극 내부의 미세 구조에 영향을 미치는 이유는, 건조 온도를 고온으로 하 거나 열풍량을 증가시키면, 슬러리 상태의 전극층에 있어서, 표면에 있어서의 용매의 휘발 속도와, 심부로부터의 용매의 확산 속도의 차가 커져, 전극 슬러리 중의 바인더가 편석되어 버리는 것에 기인하고 있다고 생각된다. 이러한 바인더의 편석이 발생하면, 전극박과 도막인 전극층 사이의 충분한 밀착력을 얻을 수 없게 된다. 강(强)밀착 도막이 얻어지지 않으면, 초기에 있어서의 전지 내의 저항값뿐만 아니라, 충방전을 반복한 후의 전지 내의 저항값도 높아져, 전극 성능의 저하를 초래하게 된다.The reason for influencing the microstructure of the inside of the electrode is that when the drying temperature is increased or the amount of hot air is increased, the rate of volatilization of the solvent on the surface and the rate of diffusion of the solvent from the deep portion The larger the difference is, and the binder in the electrode slurry is segregated. If such binder segregation occurs, sufficient adhesion between the electrode foil and the electrode layer as a coating film can not be obtained. If a strong adhesion coating film can not be obtained, not only the resistance value in the battery at the initial stage but also the resistance value in the battery after repeated charging and discharging increases, resulting in deterioration of the electrode performance.
따라서, 본 발명의 목적은, 전극 성능의 저하를 초래하는 일 없이, 슬러리 상태의 전극층에 포함되는 용매를 효율적으로 휘발시켜, 건조 시간의 단축을 도모하는 것이 가능한 전극 건조 방법 및 전극 건조 장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrode drying method and an electrode drying apparatus capable of efficiently evaporating a solvent contained in an electrode layer in a slurry state without causing deterioration of electrode performance and shortening a drying time I have to.
상기 목적을 달성하기 위한 전극 건조 방법은, 용매를 포함하는 전극 슬러리를 집전체에 도포함으로써 형성된 전극층을 건조로 중에 있어서 건조시키는 방법이다. 그리고 상기 전극층 내에 잔존하는 용매 농도와 상기 건조로 내의 분위기(공기)에 있어서의 용매 농도의 농도차를, 상기 분위기에 있어서의 용매 농도를 높임으로써 작게 하면서, 열을 부여하여 상기 전극층을 건조시키고 있다.An electrode drying method for achieving the above object is a method in which an electrode layer formed by applying an electrode slurry containing a solvent to a current collector is dried in a drying furnace. The electrode layer is dried by applying heat while reducing the concentration difference between the solvent remaining in the electrode layer and the solvent concentration in the atmosphere (air) in the drying furnace by increasing the solvent concentration in the atmosphere .
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 전극 건조 장치는, 용매를 포함하는 전극 슬러리를 집전체에 도포함으로써 형성된 전극층을 건조로 중에 있어서 건조시키는 전극 건조 장치이다. 전극 건조 장치는, 상기 전극층 내에 잔존하는 용매 농도와 상기 건조로 내의 분위기에 있어서의 용매 농도의 농도차를, 상기 분위기에 있어서의 용매 농도를 높임으로써 작게 하는 증발 속도 조정 부재와, 상기 전극층을 건조시키는 열을 부여하는 히터부를 갖고 있다.An electrode drying apparatus for achieving the above object is an electrode drying apparatus for drying an electrode layer formed by applying an electrode slurry containing a solvent to a current collector in a drying furnace. The electrode drying apparatus includes an evaporation rate adjusting member for reducing the concentration difference between the solvent concentration remaining in the electrode layer and the solvent concentration in the atmosphere in the drying furnace by increasing the solvent concentration in the atmosphere, And a heater unit for applying heat to the heater.
본 발명에 따르면, 전극층 내에 잔존하는 용매 농도와 건조로 내의 분위기에 있어서의 용매 농도의 농도차를, 분위기에 있어서의 용매 농도를 높임으로써 작게 하면서, 열을 부여하여 전극층을 건조시키고 있으므로, 전극층을 서서히 건조시켜, 바인더의 편석이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 바인더의 편석을 발생시키지 않는 조건에서 전극층을 건조시키므로, 집전체와 전극층의 밀착성이 향상되어, 초기에 있어서의 전지 내의 저항값은 물론, 충방전을 반복한 후의 전지 내의 저항값도 낮아져, 전극 성능의 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 따라서, 전극 성능의 저하를 초래하는 일 없이, 슬러리 상태의 전극층에 포함되는 용매를 효율적으로 휘발시켜, 건조 시간의 단축을 도모하는 것이 가능한 전극 건조 방법 및 전극 건조 장치를 제공할 수 있었다.According to the present invention, since the difference in the concentration of the solvent remaining in the electrode layer and the concentration of the solvent in the atmosphere in the drying furnace is reduced by increasing the solvent concentration in the atmosphere, heat is applied to dry the electrode layer, It is possible to prevent the occurrence of segregation of the binder by drying slowly. The adhesion between the current collector and the electrode layer is improved and the resistance value in the battery after repeated charging and discharging is lowered as well as the resistance value in the battery at the initial stage, Can be improved. Accordingly, it is possible to provide an electrode drying method and an electrode drying apparatus capable of efficiently volatilizing a solvent contained in an electrode layer in a slurry state without shortening the electrode performance and shortening the drying time.
도 1은 실시 형태에 관한 전극 건조 장치를 도시하는 개략 구성도.
도 2는 실시 형태의 건조 방식에 의해 전극층을 건조시키고 있는 상태를 도시하는 모식도.
도 3은 대비예의 건조 방식에 의해 전극층을 건조시키고 있는 상태를 도시하는 모식도.
도 4는 분위기에 있어서의 용매 농도를 높이면서 전극층을 건조시키는 실시 형태와, 분위기에 있어서의 용매 농도를 높이는 일 없이 전극층을 건조시키는 대비예 각각에 있어서의, 노내 NMP 증기 농도의 변화를 나타내는 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic structural view showing an electrode drying apparatus according to an embodiment; Fig.
2 is a schematic diagram showing a state in which an electrode layer is dried by the drying method of the embodiment;
3 is a schematic diagram showing a state in which an electrode layer is dried by a drying method of a contrast example.
4 is a graph showing changes in the NMP vapor concentration in the furnace in each of the embodiment in which the electrode layer is dried while increasing the solvent concentration in the atmosphere and the comparative example in which the electrode layer is dried without increasing the solvent concentration in the atmosphere .
이하, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 번호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다. 도면의 치수 비율은, 설명의 편의상 과장되어 있고, 실제의 비율과는 다르다.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations are omitted. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation and differ from actual ratios.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 전극 건조 장치(10)는, 용매(21)를 포함하는 전극 슬러리(20)를 전극박(30)(집전체에 상당함)에 도포함으로써 형성된 전극층(40)을 건조로(50) 중에 있어서 건조시킨다. 이 전극 건조 장치(10)는, 전극층(40)이 형성된 전극박(30)을 건조로(50) 내에 있어서 반송하는 반송부(60)와, 전극층(40) 내에 잔존하는 용매 농도와 건조로(50) 내의 분위기(57)에 있어서의 용매 농도의 농도차를, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를 높임으로써 작게 하는 증발 속도 조정 부재(70)와, 전극층(40)을 건조시키는 열을 부여하는 히터부(80)를 갖고 있다. 히터부(80)는, 열원으로서 열풍을 사용하고 있다. 그리고 전극층(40) 내에 잔존하는 용매 농도와 건조로(50) 내의 분위기(57)에 있어서의 용매 농도의 농도차를, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를 높임으로써 작게 하면서, 열을 부여하여 전극층(40)을 건조시키고 있다. 이하, 상세하게 서술한다.1 and 2, the
전극박(30)은, 집전체로서 사용된다. 전극박(30)은, 적절한 재료, 예를 들어 알루미늄, 구리, 니켈, 철, 스테인리스 강을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 정극 집전체에는 알루미늄 등의 전극박(30)을 사용하고, 부극 집전체에는 구리 등의 전극박(30)을 사용할 수 있다. 전극박(30)의 구체적인 두께에 대해 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 알루미늄의 경우에는 20㎛, 구리의 경우에는 10㎛ 정도의 박막이다.The
전극 슬러리(20)에는, 정극을 형성하기 위해 사용하는 정극 슬러리와, 부극을 형성하기 위해 사용하는 부극 슬러리가 있다.The
정극 슬러리는, 예를 들어 정극 활물질(22), 도전 조제(24) 및 바인더(23)를 갖고, 용매(21)를 첨가함으로써, 소정의 점도로 된다. 정극 활물질(22)은, 예를 들어 망간산 리튬이다. 도전 조제(24)는, 예를 들어 아세틸렌 블랙이다. 바인더(23)는, 예를 들어 PVDF(폴리불화비닐리덴)이다. 용매(21)는, 예를 들어 NMP(노르말메틸피롤리돈)이다. 또한, 정극 활물질(22)은, 망간산 리튬에 특별히 한정되지 않지만, 용량 및 출력 특성의 관점에서, 리튬-전이 금속 복합 산화물을 적용하는 것이 바람직하다. 도전 조제(24)는, 예를 들어 카본 블랙이나 그라파이트를 이용하는 것도 가능하다. 바인더(23) 및 용매(21)는, PVDF 및 NMP에 한정되지 않는다. 용매(21)로서 물을 사용할 수도 있다.The positive electrode slurry has, for example, a positive electrode
부극 슬러리는, 예를 들어 부극 활물질(22), 도전 조제(24) 및 바인더(23)를 갖고, 용매(21)를 첨가함으로써, 소정의 점도로 된다. 부극 활물질(22)은, 예를 들어 그라파이트이다. 도전 조제(24), 바인더(23) 및 용매(21)는, 예를 들어 아세틸렌 블랙, PVDF 및 NMP이다. 또한, 부극 활물질(22)은, 그라파이트에 특별히 한정되지 않고, 하드 카본이나, 리튬-전이 금속 복합 산화물을 이용하는 것도 가능하다. 도전 조제(24)는, 예를 들어 카본 블랙이나 그라파이트를 이용하는 것도 가능하다. 바인더(23) 및 용매(21)는, PVDF 및 NMP에 한정되지 않는다. 용매(21)로서 물을 사용할 수도 있다.The negative electrode slurry has, for example, a negative electrode
전극박(30)에 정극 슬러리를 도포함으로써 형성한 정극의 전극층(40) 및 부극 슬러리를 도포함으로써 형성된 부극의 전극층(40)을, 건조로(50)에 있어서 건조시켜, 정극 및 부극을 형성한다. 이때, 전극 슬러리(20)에 포함되는 용매(21)로서의 NMP는, 휘발시킴으로써 전극 슬러리(20)로부터 제거된다.The
전극 건조 장치(10)의 건조로(50)는, 열풍 통로 및 전극박(30)의 반송로를 형성하는 케이싱(90)을 갖고 있다. 건조로(50) 내는, 복수(도시예에 있어서는, 6개)로 구획된 건조 존(51 내지 56)으로 구성되어 있다. 건조 존(51 내지 56)마다, 증발 속도 조정 부재(70)와 히터부(80)를 설치하고 있다. 설명의 편의상, 전극박(30)을 반송하는 방향의 상류측으로부터 차례로(도 1에 있어서 좌측으로부터 차례로), 제1 건조 존(51), 제2 건조 존(52), 제3 건조 존(53), 제4 건조 존(54), 제5 건조 존(55) 및 제6 건조 존(56)이라 한다. 케이싱(90) 내에 구획벽(91)을 설치함으로써, 제1 내지 제6 각각의 건조 존(51 내지 56)을 형성하고 있다. 반송부(60)를 배치하기 위해, 케이싱(90)의 단부면 및 구획벽(91)에는 개구부를 형성하고 있다. 제1 내지 제6 건조 존(51 내지 56) 각각에는, 반송되는 전극박(30)의 상방 위치로부터 열풍을 공급하기 위한 상부 노즐(92)과, 반송되는 전극박(30)의 하방 위치로부터 열풍을 공급하기 위한 하부 노즐(93)과, 건조 존(51 내지 56) 내를 배기하기 위한 배기구(94)를 형성하고 있다. 상부 노즐(92), 하부 노즐(93) 및 배기구(94)는, 건조 존(51 내지 56) 내의 열풍을 교반하여, 열풍이 통로 내를 균일하게 흐르는 위치로 설정되어 있다.The
도시예의 증발 속도 조정 부재(70)는, 건조로(50)로부터 배출된 배기를 분위기(57) 내로 공급하기 위한 배관계(100)를 구비하고 있다. 건조로(50)로부터 배출된 배기를 재이용함으로써, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를 높이고 있다. 증발 속도 조정 부재(70)는 또한, 배기의 온도를 결로 온도까지 낮추는 일 없이 분위기(57) 내로 공급한다. 배기를 재이용하므로, 저비용으로 양산을 실현할 수도 있다.The evaporation
배관계(100)에는, 각 배기구(94)와 용매 회수 장치(110)를 접속하는 제1 배관(101), 용매 회수 장치(110)의 출구와 건조 존(51 내지 56)마다 형성된 열교환기(120)의 입구를 접속하는 제2 배관(102)과, 열교환기(105)의 출구와 상하의 노즐(92, 93)을 접속하는 제3 배관(103)과, 용매 회수 장치(110)를 바이패스하여 배기를 유하시키는 바이패스관(104)을 포함하고 있다. 용매 회수 장치(110)는, 용매 회수기(111)와 송풍 팬(112)을 갖고, 과잉의 NMP를 액체로 하여 회수하는 동시에, 회수된 용매(21)의 일부를 분위기(57) 내로 공급하는 공기(급기)에 다시 혼합한다. 바이패스관(104)에는, 열매체(예를 들어, 증기나 증기 환류수)와의 사이에서 열교환을 행해 공기를 가열시키는 열교환기(105)와, 바이패스시키는 배기량을 조정하기 위한 밸브(106)가 설치되어 있다. 제1 배관(101)에는, 용매 회수 장치(110)의 입구측의 배기 온도를 측정하는 온도 센서(107)를 설치하고, 제2 배관(102)에는, 용매 회수 장치(110)의 출구측의 급기 온도를 측정하는 온도 센서(108)를 설치하고 있다. 출구측의 온도 센서(108)는, 바이패스관(104)이 제2 배관(102)에 합류된 후의 위치에 있어서, 급기 온도를 측정한다. 제2 배관(102)에는, 급기의 용매 농도를 측정하는 농도 센서(109)를 설치하고 있다. 용매 회수 장치(110)는, 급기의 용매 농도를 정해진 농도로 하도록, 급기에 다시 혼합시키는 용매량을 제어한다.The
배기의 온도를 결로 온도까지 낮추는 일 없이 분위기(57) 내로 공급하기 위해, 측정된 급기 온도에 기초하여, 바이패스관(104)을 유하시키는 배기 풍량을 제어한다. 용매 회수 장치(110)를 바이패스하여 유하되는 배기는, 용매 회수 장치(110)를 통과한 공기에 비해 고온이므로, 급기 온도를 높여 급기 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 바이패스관(104)에 설치된 열교환기(105)에 의해 바이패스관(104)을 유하하는 배기를 가온함으로써, 급기 온도가 더욱 저하된 경우에 있어서도 급기 온도를 일정하게 유지할 수 있다. 배기의 온도를 결로 온도까지 낮추는 일 없이 분위기(57) 내로 공급함으로써, 배관계(100)에 있어서의 결로를 방지하기 위한 특별한 대책, 예를 들어 단열재의 배치 등이 불필요해진다. 이에 수반하여, 설비비의 저감에 기여할 수 있다.The amount of exhaust air flowing down the
제1 내지 제3 배관(101 내지 103)에는, 댐퍼류를 설치하고 있지 않다. 결로를 방지하기 위함이다.The first to
건조 존(51 내지 56)마다 설치된 열교환기(120)는, 열매체(예를 들어, 증기나 증기 환류수)와의 사이에서 열교환을 행해 공기를 가열한다. 건조 존(51 내지 56)마다 분위기(57)의 온도를 측정하는 온도 센서(121)를 설치하고 있다. 각 열교환기(120)에 의해 급기를 가온함으로써, 상하의 노즐(92, 93)로부터 분출되는 열풍 온도를 제어하여, 각 건조 존(51 내지 56)의 온도를 설정된 온도로 유지할 수 있다. 열풍의 온도는, 환경 온도나 전극 슬러리(20)의 종류 등에 의해 각각 다르므로 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 100±40℃이다.The
건조시에 있어서, 각 건조 존(51 내지 56)의 분위기(57) 중에는, 재이용하는 배기에 포함되어 있는 용매(21)와, 전극층(40)으로부터 휘발된 용매(21)가 포함된다. 건조시의 분위기(57)의 용매 농도는 적절하게 설정 가능하지만, 강밀착성의 전극층(40)을 얻기 위해서는, 예를 들어 1000PPM 이하로 되도록 제어하는 것이 바람직하다.The solvent 21 contained in the exhaust gas to be reused and the solvent 21 volatilized from the
전극층(40)은, 잔류 NMP가 200ppm이하로 될 때까지 건조된다. 열원으로 증기를 사용하는 것은 용이하게 입수 가능한 열원이기 때문인 것과, 용매(21)에 NMP(융점 -24℃, 비점 204℃)를 사용하고 있으므로, 비교적 저온도 100℃ 전후에서의 연속 건조가 가능해지기 때문이다.The
증발 속도 조정 부재(70)는, 배관계(100) 및 용매 회수 장치(110) 등에 의해 구성되어 있다. 히터부(80)는, 배관계(100), 용매 회수 장치(110), 열교환기(105, 120) 및 열교환기(105, 120)로 공급하는 열매체의 온도나 유량을 조정하기 위한 도시하지 않은 부재 등에 의해 구성되어 있다.The evaporation
반송부(60)는, 전극 슬러리(20)를 도포하기 전의 전극박(30)을 공급하는 공급 롤(61)과, 전극층(40)을 건조시킨 후의 전극박(30)을 권취하는 권취 롤(62)과, 공급 롤(61)과 권취 롤(62) 사이에 배치되어 전극박(30)의 하면을 보유 지지하는 복수의 서포트 롤(63)을 갖고 있다. 공급 롤(61)에는, 전극박(30)을 미리 권회하고 있다. 권취 롤(62)에는, 권취 롤(62)을 회전 구동하는 모터(M)를 접속하고 있다. 모터(M)를 구동시켜 권취 롤(62)을 회전 구동시키면, 전극박(30)은, 공급 롤(61)로부터 조출되어, 건조로(50) 내를 반송되어, 권취 롤(62)에 권취된다. 이와 같이 하여, 반송부(60)는, 장척(長尺) 형상의 전극박(30)을 롤투롤 방식에 의해 연속적으로 반송한다.The
전극 슬러리(20)의 도포는, 전극박(30)을 반송하면서, 도포부(95)에 의해 행한다. 도포부(95)는, 용매(21)를 포함하는 슬러리 상태의 전극 슬러리(20)를 전극박(30)에 도포하는 코터(96)를 갖고 있다. 코터(96)는, 전극박(30)에 대향하여, 전극박(30)을 반송하면서 간헐적으로 전극 슬러리(20)를 도포한다. 이에 의해, 전극 슬러리(20)는, 일정한 간격의 간극을 두고 간헐적으로 배열된다. 코터(96)를 사용한 간헐 도포 시공 방식으로는, 롤투롤 방식에 의해 공급되는 집전박에, 점도 10,000 내지 300,000cps 정도(고형분 63.4±10%)로 한 슬러리를, 코터(96) 도포 시공 부분에서 편면(Wet 막 두께 130±10㎛, Dry 막 두께 87±10㎛) 정도의 균일 도포 시공을 행해 연속 생산하는 방법이 일반적이다.The application of the
전극 건조 장치(10)는, 용매 회수 장치(110), 바이패스관(104)의 밸브(106), 히터부(80), 모터(M) 및 도포부(95)의 작동을 제어하는 컨트롤러(130)를 갖고 있다. 컨트롤러(130)는, CPU 및 메모리를 주체로 하여 구성되고, 동작을 제어하기 위한 프로그램이 메모리에 기억되어 있다. 컨트롤러(130)는, 도포부(95)의 작동을 제어하여, 전극 슬러리(20)의 도포량, 도포 두께 등을 조정하고, 히터부(80)의 작동을 제어하여, 급기의 온도, 풍량 등을 조정한다. 컨트롤러(130)는 또한, 모터(M)의 작동을 제어하여, 전극박(30)의 반송 속도를 조정한다.The
본 실시 형태의 작용을 설명하기 전에, 건조로(50)로 공급하는 급기의 온도나 풍량을 크게 변화시켰을 때에 발생하는 문제에 대해 설명한다.Before explaining the operation of the present embodiment, a problem that occurs when the temperature and the air flow rate of the supply air supplied to the drying
건조 공정에 있어서 변화되는 품질 지표 중 하나로서, 전극층(40)과 전극박(30) 사이의 밀착성이 있다. 일반적으로, 건조 공정에 있어서는, 하기의 식 1, 식 2, 식 3에 따라서, 용매(21)인 NMP를 서서히 휘발시켜 전극층(40)을 서서히 건조시킴으로써 밀착성이 향상되는 것이 알려져 있다.As one of the quality indicators that change in the drying process, there is adhesion between the
도 3은, 건조로(50)로 공급하는 급기의 온도나 풍량을 크게 변화시켰을 때에 발생하는 문제를 도시하는 도면이다.3 is a diagram showing a problem that occurs when the temperature and the air flow rate of the supply air supplied to the drying
열풍을 사용한 건조로(50)에 있어서 건조 속도의 향상을 도모하는 경우에는, 열풍 온도를 높게 하는 동시에 풍량을 증가시켜, 전극층(40)의 표면과 분위기(57)의 계면 부분에 있어서의 용매[21(NMP)]의 제거량을 증가시키고 있다. 이러한 대응의 경우, 건조가 빨라져, 전극층(40)의 표면 근방에 바인더[23(PVDF)]가 편석되어 버린다. 이로 인해, 전극박(30)에 강하게 밀착된 도막, 즉, 강밀착 전극층(40)을 얻을 수 없게 된다.In order to improve the drying speed in the drying
열풍 온도를 높게 한 경우에 바인더(23)의 편석이 발생하는 원인으로서, 다음과 같은 것을 들 수 있다. 즉, 건조시에 있어서는 바인더(23)를 용매(21)에 용해시킨 것이 전극층(40)에 포함되어 있으므로, 전극층(40)을 높은 온도의 환경하에 노출시키면, 전극층(40) 내에 있어서 용매(21) 자체가 대류를 일으킨다. 그 결과, 용해되어 있는 바인더(23)가 편석되어 버린다.The reason why the
또한, 풍량을 증가시킨 경우에 바인더(23)의 편석이 발생하는 원인으로서, 다음과 같은 것을 들 수 있다. 즉, 전극층(40)의 표면 근방에 있어서의 용매[21(NMP)]만이 우선적으로 휘발되어 표면 근방만이 먼저 건조[표면 선(先)건조]되어, 이 표면 선건조 부분에 발생된 균열이나 홀 등에 의한 모세관 현상에 의해, NMP를 심부로부터 표면을 향해 빨아올린다. 그 결과, 용해되어 있는 바인더(23)가 편석되어 버린다.Further, as the cause of segregation of the
건조시에 바인더(23)의 편석을 발생시킬 수 있는 건조 조건에서는, 표면 거칠기가 크고, 밀착력도 약하므로, 전극박(30)과 전극층(40)의 접촉량 혹은 접촉 면적이 적어진다. 이로 인해, 초기에 있어서의 전지 내의 저항값뿐만 아니라, 충방전을 반복한 후의 전지 내의 저항값도 높아져, 전극 성능의 저하를 초래하게 된다.The contact amount or the contact area between the
발생한 바인더(23)의 편석을 해소하기 위해, 건조 후의 전극을 롤 프레스기 등에 의해 압축하는 방법이 있다. 그러나 건조가 완료되어 전극층(40)이 고착된 후에 강제적으로 구조 변화시키게 되므로, 전극층(40)의 밀착 강도는 그다지 향상되지 않는다. 또한, 저비용으로 양산을 실현하는 관점에서, 건조 공정 후에 압축 공정을 부가하는 것은 피하는 것이 바람직하다.In order to solve segregation of the resulting
다음에, 본 실시 형태의 작용을 설명한다.Next, the operation of the present embodiment will be described.
모터(M)를 구동시켜 권취 롤(62)을 회전 구동시키고, 전극박(30)을 공급 롤(61)로부터 조출하여, 권취 롤(62)에 권취한다. 코터(96)는, 이동하고 있는 전극박(30)의 표면에 간헐적으로 전극 슬러리(20)를 도포한다. 컨트롤러(130)는, 도포부(95)의 작동을 제어하여, 전극 슬러리(20)의 도포량, 도포 두께 등을 조정하고 있다. 히터부(80)는, 열풍을, 상하 노즐(92, 93)로부터 열풍 통로 내로 공급한다. 전극박(30)의 표면에 용매(21)를 포함하는 전극 슬러리(20)를 도포한 후, 건조로(50) 내에 있어서, 전극층(40)에 포함되는 용매(21)를 휘발시킨다. 전극박(30)을 반송하면서, 전극 슬러리(20)의 도포와, 도포된 전극층(40)의 건조를 계속한다.The motor M is driven to rotate the winding
전극층(40)을 건조로(50) 중에 있어서 건조시킬 때에는, 증발 속도 조정 부재(70)는, 배관계(100)를 통해, 건조로(50)로부터 배출된 배기를 분위기(57) 내로 공급한다. 이에 의해, 전극층(40) 내에 잔존하는 용매 농도와 건조로(50) 내의 분위기(57)에 있어서의 용매 농도의 농도차는, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도가 높아짐으로써 작아진다. 또한, 히터부(80)는, 전극층(40)을 건조시키는 열을 부여하고 있다.When the
이와 같이 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를 높이면서 건조시키면, 건조 속도의 향상을 도모하기 위해 열풍 온도를 높게 하는 동시에 풍량을 증가시켜도, 용매(21)인 NMP를 서서히 휘발시켜 전극층(40)을 서서히 건조시킬 수 있다. 전극층(40)을 서서히 건조시키는 것이기는 하지만, 열풍 온도를 높게 할 수 있는 동시에 풍량을 증가시킬 수 있으므로, 전체적으로 건조 시간을 단축할 수 있어, 생산성을 높일 수 있다. 건조 시간의 단축을 도모할 수 있으므로, 건조로(50)의 길이를 짧게 할 수도 있다. 따라서, 전극의 건조에 필요로 하는 투자를 삭감하는 것이 가능해진다.In this way, when the solvent concentration is increased in the
분위기(57)에 있어서의 용매 농도는, 전극층(40) 내에 잔존하는 용매 농도를 넘지 않는 농도로 높일 필요가 있다. 전극층(40)의 건조가 진행되지 않는 상태를 회피하기 위함이다.It is necessary to increase the solvent concentration in the
도 2에 도시하는 바와 같이, 전극층(40)을 서서히 건조시키므로, 바인더(23)의 편석이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 바인더(23)의 편석을 발생시키지 않는 조건에서 전극층(40)을 건조시키고 있으므로, 전극박(30)과 전극층(40)의 밀착성이 향상되어, 전극박(30)과 전극층(40)의 접촉량 혹은 접촉 면적이 충분히 커진다. 이로 인해, 초기에 있어서의 전지 내의 저항값은 물론, 충방전을 반복한 후의 전지 내의 저항값도 낮아져, 전극 성능의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.As shown in Fig. 2, since the
제1 내지 제6 건조 존(51 내지 56)마다, 증발 속도 조정 부재(70)와 히터부(80)를 설치하고 있다. 이로 인해, 제1 내지 제6 건조 존(51 내지 56)마다, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를 높임으로써 농도차를 작게 하면서, 열을 부여하여 전극층(40)을 건조시킬 수 있다. 복수의 건조 존(51 내지 56)으로 구획한 경우에도, 건조 존(51 내지 56)마다 바인더(23)의 편석이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 전극 성능의 향상을 도모한 전극을 제조할 수 있다.The evaporation
바인더(23)의 편석이 발생하지 않으므로, 건조후의 전극을 롤 프레스기 등에 의해 압축할 필요가 없다. 건조 공정 후에 압축 공정을 부가하지 않아도 되므로, 저비용으로 양산을 실현할 수도 있다.The
도 4는, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를 높이면서 전극층(40)을 건조시키는 실시 형태와, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를 높이는 일 없이 전극층(40)을 건조시키는 대비예 각각에 있어서의, 노내 NMP 증기 농도의 변화를 나타내는 그래프이다. 횡축은 건조로 통과 시간(초)을 나타내고, 종축은 노내 NMP 증기 농도를 나타내고 있다. 또한, 본 실시 형태의 값은, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를 높인 만큼을 감산한 것이다. 도면에 있어서, 실시 형태는 실선으로, 대비예는 파선으로 나타내어진다.4 shows an embodiment in which the
제1 건조 존(51)은, 예열 존이며, 전극층(40)으로부터 용매(21)는 휘발되어 있지 않다.The
대비예에 있어서는, 제2 건조 존(52)에서는, 용매(21)의 휘발이 급격하게 시작되어, 노내 NMP 증기 농도가 급격하게 높아진다. 제3, 제4 건조 존(53, 54)에서는, 노내 NMP 증기 농도의 변동이 크다. 그리고 제5 건조 존(55)의 출구 부분에서는, 전극층(40)의 건조가 거의 완료되어, 노내 NMP 증기 농도가 제로로 된다.In the comparative example, in the
실시 형태에 있어서는, 제2 건조 존(52)에서는, 노내 NMP 증기 농도의 변화는 대비예에 비해 완만하며, 전극층(40)의 건조가 서서히 시작되고 있는 것을 알 수 있다. 제3 내지 제5 건조 존(53) 내지(55)에서는, 노내 NMP 증기 농도의 변동이 비교적 작아, 용매 농도 범위 Δc의 범위 내에 들어가 있다. 노내 NMP 증기 농도의 변동이 대비예에 비해 균일하며, 전극층(40)의 건조가 서서히 진행되고 있는 것을 알 수 있다. 그리고 제6 건조 존(56)의 출구 부분에서는, 전극층(40)의 건조가 거의 완료되어, 노내 NMP 증기 농도가 제로로 된다.In the embodiment, in the
대비예에 있어서의 전극층(40)의 밀착력은 제품으로서 NG 레벨이었지만, 실시 형태에 있어서의 전극층(40)의 밀착력은 제품으로서 OK 레벨을 만족시켰다.The adhesion of the
대비예의 건조 조건에서는, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를 높이고 있지 않으므로, 전극층(40) 내에 잔존하는 용매 농도와 건조로(50) 내의 분위기(57)에 있어서의 용매 농도의 농도차가 커, 제5 건조 존(55)의 출구 부분에서 전극층(40)의 건조가 거의 완료될수록, 건조 속도가 빨라지고 있다. 그러나 전극층(40)의 밀착력은 제품으로서의 요구를 만족시킬 수 없었다.The concentration of the solvent remaining in the
한편, 실시 형태의 건조 조건에서는, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를 높이고 있으므로, 전극층(40) 내에 잔존하는 용매 농도와 건조로(50) 내의 분위기(57)에 있어서의 용매 농도의 농도차가 작아, 서서히 전극층(40)을 건조시키고 있다. 대비예에 비하면 건조 속도는 느리지만, 열풍 온도를 높게 할 수 있는 동시에 풍량을 증가시킬 수 있으므로, 전체적으로 건조 시간을 단축할 수 있다. 또한, 전극층(40)의 밀착력은 제품으로서의 요구를 충분히 만족시킬 수 있었다.On the other hand, in the drying condition of the embodiment, since the solvent concentration in the
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 전극 건조 장치(10)에 증발 속도 조정 부재(70)와 히터부(80)를 설치하고, 전극층(40) 내에 잔존하는 용매 농도와 건조로(50) 내의 분위기(57)에 있어서의 용매 농도의 농도차를, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를 높임으로써 작게 하면서, 열을 부여하여 전극층(40)을 건조시키고 있다. 이로 인해, 전극층(40)을 서서히 건조시키므로, 바인더(23)의 편석이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 바인더(23)의 편석을 발생시키지 않는 조건에서 전극층(40)을 건조시키고 있으므로, 전극박(30)과 전극층(40)의 밀착성이 향상되어, 초기에 있어서의 전지 내의 저항값은 물론, 충방전을 반복한 후의 전지 내의 저항값도 낮아져, 전극 성능의 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 전극층(40)을 서서히 건조시키고 있지만, 노내 온도 등을 높게 설정할 수 있으므로, 슬러리 상태의 전극층(40)에 포함되는 용매(21)를 효율적으로 휘발시켜, 전체적으로 건조 시간을 단축할 수 있다.As described above, according to the present embodiment, the evaporation
건조로(50) 내를 복수의 건조 존(51 내지 56)으로 구획하고, 건조 존(51 내지 56)마다, 증발 속도 조정 부재(70)와 히터부(80)를 설치하고, 건조 존(51 내지 56)마다, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를 높임으로써 농도차를 작게 하면서, 열을 부여하여 전극층(40)을 건조시키고 있다. 이로 인해, 복수의 건조 존(51 내지 56)으로 구획한 경우에도, 건조 존(51 내지 56)마다 바인더(23)의 편석이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 전극 성능의 향상을 도모한 전극을 제조할 수 있다.The inside of the drying
분위기(57)에 있어서의 용매 농도를, 전극층(40) 내에 잔존하는 용매 농도를 넘지 않는 농도로 높이고 있으므로, 전극층(40)의 건조가 진행되지 않는 상태를 회피할 수 있다.The solvent concentration in the
증발 속도 조정 부재(70)는, 건조로(50)로부터 배출된 배기를 분위기(57) 내로 공급하기 위한 배관계(100)를 구비하고, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를, 건조로(50)로부터 배출된 배기를 재이용하여 높이고 있다. 배기를 재이용하므로, 저비용으로 양산을 실현할 수도 있다.The evaporation
증발 속도 조정 부재(70)는, 배기의 온도를 결로 온도까지 낮추는 일 없이 분위기(57) 내로 공급하고 있다. 이로 인해, 배관계(100)에 있어서의 결로를 방지하기 위한 특별한 대책, 예를 들어 단열재의 배치 등을 강구할 필요가 없어, 설비비의 저감을 도모할 수 있다.The evaporation
(개변예)(Modification example)
건조로(50) 내를 복수의 건조 존(51 내지 56)으로 구획한 실시 형태를 나타냈지만, 건조 존이 하나뿐인 건조로에도 본 발명을 적용할 수는 있다. 각 건조 존(51 내지 56)의 분위기(57)에 동일한 용매 농도의 급기를 공급하는 실시 형태를 나타냈지만, 각 건조 존(51 내지 56)의 분위기(57)로 다른 용매 농도의 급기를 공급하도록 해도 된다.The embodiment has been described in which the inside of the drying
분위기(57)에 있어서의 용매 농도를, 건조로(50)로부터 배출된 배기를 재이용하여 높이는 실시 형태를 나타냈지만, 본 발명은 이 경우에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, NMP 등의 용매(21)를 분무함으로써, 분위기(57)에 있어서의 용매 농도를 높이도록 해도 좋다.The embodiment has been described in which the solvent concentration in the
또한, 용매용 캐리어 가스로서, 질소 등의 불활성 가스를 사용해도 된다.As the carrier gas for the solvent, an inert gas such as nitrogen may be used.
히터부(80)의 열원으로서 열풍을 사용한 실시 형태를 나타냈지만, 적외선 히터를 사용해도 된다. 또한, 열원으로서의 열풍이나 적외선 히터를 조합하여 사용해도 된다.Although the embodiments using hot air as the heat source of the
전극박(30)을 연속하여 반송하는 형태를 도시하였지만, 배치(batch)식으로 반송하는 형태여도 된다.The
또한, 본 발명은, 전극 슬러리(20)를 간헐적으로 도포하는 경우에 한정되는 것은 아니며, 전극 슬러리(20)를 연속 도포하는 경우에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.Needless to say, the present invention is not limited to the case where the
10 : 전극 건조 장치
20 : 전극 슬러리
21 : 용매
22 : 활물질
23 : 바인더
24 : 도전 조제
30 : 전극박(집전체)
40 : 전극층
50 : 건조로
51 내지 56 : 건조 존
57 : 분위기
60 : 반송부
70 : 증발 속도 조정 부재
80 : 히터부
90 : 케이싱
91 : 구획벽
92 : 상부 노즐
93 : 하부 노즐
94 : 배기구
95 : 도포부
96 : 코터
100 : 배관계
101 : 제1 배관
102 : 제2 배관
103 : 제3 배관
104 : 바이패스관
105 : 열교환기
106 : 밸브
107, 108 : 온도 센서
109 : 농도 센서
110 : 용매 회수 장치
111 : 용매 회수기
112 : 송풍 팬
120 : 열교환기
121 : 온도 센서
130 : 컨트롤러10: Electrode drying device
20: Electrode slurry
21: Solvent
22: active material
23: Binder
24: Conducting preparation
30: Electrode foil (collector)
40: electrode layer
50: drying furnace
51 to 56: Dry zone
57: Atmosphere
60:
70: evaporation rate adjusting member
80:
90: Casing
91: compartment wall
92: upper nozzle
93: Lower nozzle
94: Exhaust
95:
96: Coater
100: Piping system
101: first piping
102: Second piping
103: Third piping
104: Bypass pipe
105: heat exchanger
106: Valve
107, 108: Temperature sensor
109: Concentration sensor
110: solvent recovery device
111: solvent recovery machine
112: blowing fan
120: heat exchanger
121: Temperature sensor
130: controller
Claims (9)
상기 전극층 내에 잔존하는 용매 농도와 상기 건조로 내의 공기에 있어서의 용매 농도의 농도차를, 상기 공기에 있어서의 용매 농도를 높임으로써 작게 하면서, 열을 부여하여 상기 전극층을 건조시키고,
상기 공기에 있어서의 용매 농도를, 상기 전극층 내에 잔존하는 용매 농도를 초과하지 않는 농도로 높이고,
상기 건조로 내를 복수로 구획한 건조 존마다, 건조로 내의 공기에 있어서의 용매 농도보다도 높은 용매 농도의 열풍을 건조로 내에 공급하는 것으로써, 상기 농도차를 작게 하면서, 열을 부여하여 상기 전극층을 건조시키는, 전극 건조 방법.A method for drying an electrode layer formed by applying an electrode slurry containing a solvent to a current collector in a drying furnace,
The difference between the concentration of the solvent remaining in the electrode layer and the concentration of the solvent in the air in the drying furnace is reduced by increasing the solvent concentration in the air,
The solvent concentration in the air is increased to a concentration not exceeding the solvent concentration remaining in the electrode layer,
Hot air having a solvent concentration higher than the solvent concentration in the air in the drying furnace is supplied into the drying furnace for each drying zone in which the inside of the drying furnace is divided into a plurality of drying zones, Is dried.
상기 전극층 내에 잔존하는 용매 농도와 상기 건조로 내의 공기에 있어서의 용매 농도의 농도차를, 상기 공기에 있어서의 용매 농도를 높임으로써 작게 하는 증발 속도 조정 부재와,
상기 전극층을 건조시키는 열을 부여하는 히터부를 갖고,
상기 증발 속도 조정 부재는 상기 공기에 있어서의 용매 농도를, 상기 전극층 내에 잔존하는 용매 농도를 초과하지 않는 농도로 높이고,
상기 건조로 내는, 복수로 구획한 건조 존으로 구성되고, 상기 건조 존마다, 상기 증발 속도 조정 부재와 상기 히터부를 설치하며,
상기 건조로 내를 복수로 구획한 건조 존마다, 건조로 내의 공기에 있어서의 용매 농도보다도 높은 용매 농도의 열풍을 건조로 내에 공급하는 것으로써, 상기 농도차를 작게 하면서, 열을 부여하여 상기 전극층을 건조시키는, 전극 건조 장치.An electrode drying apparatus for drying an electrode layer formed by applying an electrode slurry containing a solvent to a current collector in a drying furnace,
An evaporation speed adjusting member for reducing the concentration difference between the solvent concentration remaining in the electrode layer and the solvent concentration in the air in the drying furnace by increasing the solvent concentration in the air,
And a heater for applying heat to dry the electrode layer,
The evaporation rate adjusting member raises the solvent concentration in the air to a concentration not exceeding the solvent concentration remaining in the electrode layer,
Wherein the drying furnace is constituted by a plurality of drying zones, wherein the evaporation speed adjusting member and the heater unit are provided for each drying zone,
Hot air having a solvent concentration higher than the solvent concentration in the air in the drying furnace is supplied into the drying furnace for each drying zone in which the inside of the drying furnace is divided into a plurality of drying zones, Is dried.
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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