KR101735034B1 - 전극 건조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 집전체 및 상기 집전체에 도포된 전극 활물질 슬러리를 포함하는 전극 시트를 건조하는 전극 건조장치로서, 상기 전극 시트가 통과하도록 이루어진 건조실; 상기 전극 시트의 하부면에 위치하여 상기 전극 시트에 전도열을 가해주고, 내부에 상기 전극 시트의 질량 변화 측정장치를 포함하며, 상기 건조실 내부의 상하좌우로 이동이 가능한 스테이지; 상기 전극 시트에 열풍을 공급하여 상기 전극 시트에 대류열을 가해주는 열풍 노즐; 상기 전극 시트에 복사열을 가해주는 적외선 히터; 및 상기 전극 시트의 표면 온도 변화를 측정하는 적외선 온도계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 건조장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다양한 열원을 통해 전극을 건조시킬 수 있고, 전극 표면의 온도 변화 및 전극의 질량 변화의 측정을 통해 전극의 건조 현상 및 건조율을 분석할 수 있으며, 건조 공정의 조건 변화에 필요한 데이터의 피드백이 가능하고, 나아가, 전극 시트를 이동시키는 스테이지가 상하좌우로 이동하기 때문에, 건조실의 크기를 줄일 수 있다.

Description

전극 건조장치{Apparatus for drying electrode}
본 발명은 전극 건조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전극의 건조 공정 중, 실시간으로 전극의 건조 현상 및 건조율을 알 수 있어, 건조 공정의 조건 변화에 필요한 데이터의 피드백이 가능한 전극 건조장치에 관한 것이다.
최근 전자산업 발전의 중요한 경향은 디바이스의 와이어리스, 모바일 추세와 아날로그의 디지털로의 전환으로 요약될 수 있다. 무선 전화기(일명, 휴대폰)와 노트북 컴퓨터의 급속한 보급, 아날로그 카메라에서 디지털 카메라로의 전환 등을 그러한 대표적인 예로 들 수 있다.
이러한 경향과 더불어 디바이스의 작동 전원으로서 이차전지에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도, 양극 활물질로서 리튬 전이금속 산화물, 리튬 복합 산화물 등을 사용하는 중량 대비 높은 출력과 용량의 리튬 이차전지가 크게 각광받고 있다. 일반적으로 리튬 이차전지는 양극/세퍼레이터/음극의 전극조립체가 전해질과 함께 밀폐된 용기에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
한편, 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 세퍼레이터 및 전해질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지(Lithium Ion Battery, LIB), 리튬 폴리머 전지(Polymer Lithium Ion Battery, PLIB) 등으로 나누어진다. 통상, 이들 리튬 이차전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조시킴으로써 형성된다.
전술한 건조 공정을 위해 종래 랩 스케일(Lab Scale)에서 사용되는 건조장치(오븐)의 경우는 주로 대류를 이용한 방식을 사용하면서, 전극 샘플이 고정된 상태에서 건조되는 방식을 사용하고 있다. 이 경우, 전극의 건조에 미치는 기류의 변화 영향이 제한적이어서, 실제 양산에서 사용되는 건조장치를 이용한 건조 조건과 생산된 전극의 물성에서 많은 차이를 보이고 있다. 이로 인해 랩 스케일(Lab Scale)-파일럿(Pilot)-양산간의 공정 및 물성 제어에 어려움이 따르고 있다.
또한 종래 랩 스케일에서 사용되는 건조장치의 경우, 양산에서 사용되는 건조장치에서 일어나는 현상, 즉, 전극 활물질 코팅면의 연속 이동, 강한 대류 현상 등을 재현하지 못하며, 다양한 열전달(전도, 대류 및 복사) 방식에 따른 건조 공정의 재현이 불가능하다.
한편, 전극의 건조 현상 분석을 위해 실시간의 전극 표면 온도 데이터가 요구되는데, 종래 건조장치의 경우, 공정 진행 중 전극의 건조 현상을 분석하기 위한 장치들이 미비되어, 전극의 표면 온도 및 건조율의 실시간 제어가 불가능하다. 따라서, 전극의 건조 현상에 대한 연구가 블랙 박스로 남아있는 부분이 다수 존재한다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극의 건조 공정 중, 전극 표면의 온도 변화 및 전극의 질량 변화의 측정을 통해 전극의 건조 현상을 분석할 수 있고, 건조 공정의 조건 변화에 필요한 데이터의 피드백이 가능한 전극 건조장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 집전체 및 상기 집전체에 도포된 전극 활물질 슬러리를 포함하는 전극 시트를 건조하는 전극 건조장치로서, 상기 전극 시트가 통과하도록 이루어진 건조실; 상기 전극 시트의 하부면에 위치하여 상기 전극 시트에 전도열을 가해주고, 내부에 상기 전극 시트의 질량 변화 측정장치를 포함하며, 상기 건조실 내부의 상하좌우로 이동이 가능한 스테이지; 상기 전극 시트에 열풍을 공급하여 상기 전극 시트에 대류열을 가해주는 열풍 노즐; 상기 전극 시트에 복사열을 가해주는 적외선 히터; 및 상기 전극 시트의 표면 온도 변화를 측정하는 적외선 온도계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 건조장치가 제공된다.
여기서, 상기 전극 건조장치는, 상기 건조실 외부로부터의 급기류를 형성하는 급기용 팬; 상기 건조실 내부로부터의 배기류를 형성하는 배기용 팬; 및 상기 건조실 내부에 순환류를 형성하는 순환용 팬;을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 전극 건조장치는, 상기 급기용 팬, 상기 배기용 팬 및 상기 순환용 팬의 회전속도를 각각 제어하는 팬 제어부;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 전극 건조장치는, 상기 스테이지의 온도를 제어하는 스테이지 온도 제어부;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 전극 건조장치는, 상기 스테이지의 이동속도를 제어하는 스테이지 이동속도 제어부;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 전극 건조장치는, 상기 열풍의 온도, 풍속 및 풍량을 각각 제어하는 열풍 제어부;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 열풍 노즐은, 상기 전극 건조장치에 탈부착이 가능한 모듈형 열풍 노즐일 수 있다.
그리고, 상기 적외선 히터는, 중적외선 히터 또는 근적외선 히터일 수 있다.
그리고, 상기 적외선 히터는, 상기 전극 건조장치에 탈부착이 가능한 모듈형 적외선 히터일 수 있다.
한편, 상기 전극 건조장치는, 상기 스테이지, 상기 열풍 노즐 또는 상기 적외선 히터에 근접하여 위치하는 내부 온도 감지기를 더 포함할 수 있고, 이때, 상기 내부 온도 감지기는, 열전대(thermocouple)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다양한 열원을 통해 전극을 건조시킬 수 있고, 전극 표면의 온도 변화 및 전극의 질량 변화의 측정을 통해 전극의 건조 현상 및 건조율을 분석할 수 있으며, 건조 공정의 조건 변화에 필요한 데이터의 피드백이 가능하다.
나아가, 전극 시트를 이동시키는 스테이지가 상하좌우로 이동하기 때문에, 건조실의 크기를 줄일 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 전극 건조장치(100)는, 집전체 및 상기 집전체에 도포된 전극 활물질 슬러리를 포함하는 전극 시트를 건조하는 전극 건조장치로서, 상기 전극 시트가 통과하도록 이루어진 건조실(10); 상기 전극 시트의 하부면에 위치하여 상기 전극 시트에 전도열을 가해주고, 내부에 상기 전극 시트의 질량 변화 측정장치를 포함하며, 상기 건조실(10) 내부의 상하좌우로 이동이 가능한 스테이지(20); 상기 전극 시트에 열풍을 공급하여 상기 전극 시트에 대류열을 가해주는 열풍 노즐(30); 상기 전극 시트에 복사열을 가해주는 적외선 히터(40); 및 상기 전극 시트의 표면 온도 변화를 측정하는 적외선 온도계(50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전극 건조장치(100)는, 종래 랩 스케일에서 사용되는 건조장치와는 달리, 전도, 대류 및 복사의 다양한 열원을 공급해 주기 때문에, 각 열원의 효율적인 제어를 통해 전극을 건조시킬 수 있다.
한편, 상기 스테이지(20)는, 상기 건조실(10) 내부에서 상하로 이동이 자유롭다. 상기 열풍 노즐(30) 및 적외선 히터(40)와 상기 전극 시트와의 거리는 전극 시트의 건조현상 및 물성을 변화시키는 주요 변수 중 하나인데, 이를 조절하여 건조 공정을 제어함으로써, 사용자의 필요에 따라 전극을 적절하게 건조시킬 수 있다. 나아가, 상기 스테이지(20)는 상기 건조실(10) 내부에서 좌우로 이동이 자유롭기 때문에, 고정된 상태에서 전극 샘플을 건조시키는 랩 스케일의 건조장치와는 달리 전극 활물질 코팅면의 연속 이동 현상을 재현할 수 있고, 전진 및 후진 이동 제어를 통해 종래 단일 방향으로만 이동이 가능한 건조장치의 경우보다, 건조실의 길이 및 건조장치의 크기를 크게 감소시킬 수 있다.
그리고, 상기 스테이지(20)의 내부에, 전극 시트의 질량 변화 측정장치를 포함하고 있고, 전극 시트의 표면 온도 변화를 측정하는 적외선 온도계(50)를 포함하고 있기 때문에, 전극의 건조 공정 중 전극의 질량 변화 및 전극의 표면 온도 변화의 측정을 통해 전극의 건조 조건에 따른 건조율의 측정이 가능하다. 이로써, 실시간 건조 공정 조건 변화에 필요한 데이터의 피드백이 가능하다.
여기서, 상기 전극 건조장치(100)는, 상기 건조실(10) 외부로부터의 급기류를 형성하는 급기용 팬; 상기 건조실(10) 내부로부터의 배기류를 형성하는 배기용 팬; 및 상기 건조실(10) 내부에 순환류를 형성하는 순환용 팬;을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 급기용 팬, 상기 배기용 팬 및 상기 순환용 팬의 회전속도를 각각 제어하는 팬 제어부;를 더 포함할 수 있고, 이를 통해 급기류, 배기류 및 순환류의 기류변화를 적절히 제어할 수 있다.
그리고, 상기 전극 건조장치(100)는, 상기 스테이지(20)의 온도를 제어하는 스테이지 온도 제어부;를 더 포함할 수 있고, 이를 구비함으로써 상기 스테이지(20)의 상부면에 위치하는 전극 시트에 전도되는 열량의 조절이 가능하다.
나아가, 상기 전극 건조장치(100)는, 상기 스테이지(20)의 이동속도를 제어하는 스테이지 이동속도 제어부;를 더 포함할 수 있고, 이를 구비함으로써 전극 시트의 건조상태에 따라 상기 스테이지(20)의 이동속도를 자유롭게 변경할 수 있다.
한편, 상기 전극 건조장치(100)는, 상기 열풍의 온도, 풍속 및 풍량을 각각 제어하는 열풍 제어부;를 더 포함할 수 있고, 이로써 전극 시트의 건조상태에 따라 열풍의 온도, 풍속 및 풍량을 적절하게 변경할 수 있다.
그리고, 상기 열풍 노즐(30)은, 상기 전극 건조장치(100)에 탈부착이 가능한 모듈형 열풍 노즐일 수 있다. 따라서, 열풍 노즐의 수량 조절 및 교환이 용이하고, 열풍 노즐의 형상을 사용자의 필요에 따라 쉽게 변경할 수 있다.
한편, 상기 적외선 히터(40)는, 중적외선 히터 또는 근적외선 히터일 수 있다.
여기서, 중적외선 히터는 파장이 대략 2 내지 5 ㎛인 레이저를 방출하는 히터이고, 근적외선 히터는 파장이 대략 0.75 내지 1.5 ㎛인 레이저를 방출하는 히터를 의미한다.
이때, 상기 적외선 히터(40)는, 상기 전극 건조장치(100)에 탈부착이 가능한 모듈형 적외선 히터일 수 있다. 따라서, 적외선 히터의 수량 조절 및 교환이 용이하고, 히터의 출력 및 종류를 사용자의 필요에 따라 쉽게 변경할 수 있다.
한편, 상기 전극 건조장치(100)는, 상기 스테이지(20), 상기 열풍 노즐(30) 또는 상기 적외선 히터(40)에 근접하여 위치하는 내부 온도 감지기(60)를 더 포함할 수 있다. 이로써, 전극의 건조 공정 중, 건조실 내부의 온도, 전도열, 대류열 및 복사열의 변화를 실시간으로 확인할 수 있다.
이때, 상기 내부 온도 감지기(60)는, 열전대(thermocouple)일 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 건조실
20: 스테이지
30: 열풍 노즐
40: 적외선 히터
50: 적외선 온도계
60: 내부 온도 감지기
100: 전극 건조장치

Claims (11)

  1. 집전체 및 상기 집전체에 도포된 전극 활물질 슬러리를 포함하는 전극 시트를 건조하는 전극 건조장치로서,
    상기 전극 시트가 통과하도록 이루어진 건조실;
    상기 전극 시트의 하부면에 위치하여 상기 전극 시트에 전도열을 가해주고, 내부에 상기 전극 시트의 질량 변화 측정장치를 포함하며, 상기 건조실 내부의 상하좌우로 이동이 가능한 스테이지;
    상기 전극 시트에 열풍을 공급하여 상기 전극 시트에 대류열을 가해주는 열풍 노즐;
    상기 전극 시트에 복사열을 가해주는 적외선 히터; 및
    상기 전극 시트의 표면 온도 변화를 측정하는 적외선 온도계;를 포함하고,
    상기 전극 건조장치는, 상기 스테이지의 온도를 제어하는 스테이지 온도 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 건조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 건조장치는, 상기 건조실 외부로부터의 급기류를 형성하는 급기용 팬; 상기 건조실 내부로부터의 배기류를 형성하는 배기용 팬; 및 상기 건조실 내부에 순환류를 형성하는 순환용 팬;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 건조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극 건조장치는, 상기 급기용 팬, 상기 배기용 팬 및 상기 순환용 팬의 회전속도를 각각 제어하는 팬 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 건조장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 건조장치는, 상기 스테이지의 이동속도를 제어하는 스테이지 이동속도 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 건조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극 건조장치는, 상기 열풍의 온도, 풍속 및 풍량을 각각 제어하는 열풍 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 건조장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열풍 노즐은, 상기 전극 건조장치에 탈부착이 가능한 모듈형 열풍 노즐인 것을 특징으로 하는 전극 건조장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 히터는, 중적외선 히터 또는 근적외선 히터인 것을 특징으로 하는 전극 건조장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적외선 히터는, 상기 전극 건조장치에 탈부착이 가능한 모듈형 적외선 히터인 것을 특징으로 하는 전극 건조장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전극 건조장치는, 상기 스테이지, 상기 열풍 노즐 또는 상기 적외선 히터에 근접하여 위치하는 내부 온도 감지기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 건조장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 내부 온도 감지기는, 열전대(thermocouple)인 것을 특징으로 하는 전극 건조장치.
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