KR101754444B1

KR101754444B1 - 전극 건조 장치

Info

Publication number: KR101754444B1
Application number: KR1020130129904A
Authority: KR
Inventors: 권순미; 손영웅; 강성모; 이향목
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2017-07-05
Also published as: KR20150049393A

Abstract

본 발명에 따른 전극 건조 장치는 금속재의 집전체를 구비하는 전극을 건조하는 전극 건조 장치로서, 전극을 제1 지점에서 제1 지점으로부터 소정의 거리만큼 이격된 제2 지점으로 이송시키는 이송부 및 이송부에 의하여 전극이 이송되는 중에 교류 전류에 의하여 집전체에 유도 전류를 발생시켜 전극을 유도 가열하는 코일부를 포함한다.

Description

전극 건조 장치{DRYING DEVICE FOR ELECTRODE}

본 발명은 전극 건조 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 금속 집전체를 구비하는 전극에 남아있는 수분을 제거하기 위한 전극 건조 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지의 전극은 활물질 및 도전제가 혼합되어 있는 전극 슬러리(slurry)를 금속성분의 재료(금속재)를 포함하는 집전체 위에 도포하고, 고온의 상태로 건조한 뒤 프레싱 과정을 거쳐 제작된다.

집전체에 활물질 층이 안정적으로 부착되고, 내부 저항을 줄여 전극의 품위를 높이고, 전지 특성을 향상시키기 위해서 도포된 슬러리에서 수분 성분을 제거하는 전극 건조 공정은 적절한 조건으로 이루어져야 한다.

그런데, 이러한 전극 건조를 위하여 종래에는, 중심축을 중심으로 전극이 롤의 형태로 권취되어 있는 전극 펜케이크를 진공 챔버 내에서 가열하여 건조하는 방식(진공 건조)을 사용하였다. 그러나 이러한 진공 건조 방식은, 연속적으로 process가 진행되는 중에 건조를 실시하는 in-line 타입이 아닌 별개의 건조 공정 절차를 거치게 되는 batch 타입으로, 고비용의 추가 설비가 필요하고 시간과 인력이 많이 소모되는 문제점이 있었다. 또한, 말려진 전극 펜케이크를 풀지 않은 롤 상태 그대로 건조 하기 때문에, 전극 펜케이크의 중심축에서 가까운 중심부와 중심축에서 먼 외곽부 사이에 건조의 정도가 달라지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극의 수분 건조를 위한 별개의 공정 절차 없이, 전극이 주행 중 바로 수분 건조를 시행할 수 있는 in-line 타입의 전극 건조 장치를 제공하는 것이다. 또한 건조의 정도가 차별되지 않도록 전극을 균일하게 건조하는 전극 건조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 전극 건조 장치는, 전극을 이송시키는 이송부 및 이송부에 의하여 이송되는 전극을 유도 가열하는 코일부를 구비함으로써, 전극의 수분 건조를 위한 별개의 공정 절차 없이, 전극이 주행 중 바로 수분 건조를 시행할 수 있는 효과가 있다. 또한 건조의 정도가 차별되지 않도록 전극을 균일하게 건조하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 건조 장치를 도시하는 도면
도 2는 도 1의 전극 조립 장치에서 코일부가 집전체에 유도 전류를 발생시키는 원리를 도시하는 도면
도 3은 유도 전류에 의하여 발생한 열량이 전극에서 전도 되는 과정을 도시하는 단면도
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 건조 장치의 구조 설명하는 단면도

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 건조 장치를 도시하는 도면이다. 도 2는 도 1의 전극 조립 장치에서 코일부가 집전체에 유도 전류를 발생시키는 원리를 도시하는 도면이다. 도 3은 유도 전류에 의하여 발생한 열량이 전극에서 전도 되는 과정을 도시하는 단면도이다.

이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 건조 장치에 대해 상술한다.

본 발명의 실시예 1에 따른 전극 건조 장치는 이송부(110) 및 코일부(120)를 포함한다.

이송부(110)는 전극(10)을 제1 지점(171)에서 제1 지점(171)으로부터 소정의 거리만큼 이격된 제2 지점(172)으로 이송시킨다. 제1 지점(171) 및 제2 지점(172)은 서로 떨어져 있기만 하면 임의의 지점이 가능하다.

실시예 1에서 이송부(110)에 의하여 이송되는 전극(10)은 금속성분의 재료(금속재)를 포함하는 집전체(11) 위에 슬러리(12)가 도포된 형태로 제조된 것이다. 본 실시예 1에 따른 전극 건조 장치는 이 슬러리(12) 층에 남아있는 잔여 수분을 제거함으로써, 전극(10)을 건조하는 것을 목적으로 한다.

코일부(120)는 상기 제1 지점(171)과 제2 지점(172) 사이에서 이송되는 전극(10)의 일 면에 대향하여 위치한다. 코일부(120)에는 교류 전류(I_c)가 흘러서 전극(10)을 유도 가열한다. 이러한 가열에 의하여 전극(10)에서 열이 발생하고, 그에 따라 전극(10)에서 잔여 수분이 제거된다.

코일부(120)는 전극(10)의 폭방향으로 전극(10)을 가로질러 놓이는 코일바(121)를 포함할 수 있다. 코일바(121)는 코일의 뭉치로서, 전극(10)의 진행 방향(L)과 수직한 방향인 전극(10)의 폭방향(W)으로 가로질러 놓이고, 전극(10)을 커버하도록 놓여진다. 이러한 방식으로 코일바(121)가 놓이면, 코일바(121)를 지나 주행하는 전극(10)의 모든 면이 코일부(120)에 의하여 유도 가열을 받으면서 진행하게 된다. 또, 코일바(121)가 2개 이상 존재하게 되면, 코일바(121)가 1개일 때보다 더 큰 유도 가열을 할 수 있는 효과가 있어서 더 빠른 건조가 가능하다.

이송부(110)는 언와인딩 롤러(112)와 와인딩 롤러(111)를 포함한다. 와인딩 롤러(111)는 제2 지점(172)에 위치하고 전극(10)을 당겨서 감는다. 그에 따라 전극(10)은 롤 형태로 말리면서 와인딩 롤러(111)에 감긴다(권취 동작). 언와인딩 롤러(112)는 제1 지점(171)에 위치하고, 회전하면서 전극(10)을 와인딩 롤러(111)를 향하여 보낸다(권출 동작). 와인딩 롤러(111)와 언와인딩 롤러(112)는 서로 전극(10)에 의하여 연결되어 있으므로, 와인딩 롤러(111)가 감은 전극(10)의 길이와 같은 길이의 전극(10)이 언와인딩 롤러(112)로부터 풀어져 와인딩 롤러(111)로 보내진다. 전극(10)이 언와인딩 롤러(112)로부터 와인딩 롤러(111)로 이송되는 과정에서 전극(10)의 유도가열이 행해진다.

전극(10)이 유도 가열되고, 건조되는 원리를 설명하면 다음과 같다. 코일부(120)에는 교류 전류(I_c)가 흐르고, 교류 전류(I_c)는 전극(10)의 주위로 자기장(B)의 변화를 만든다. 이 변하는 자기장(B)은 금속 성분을 지닌 전극(10)의 집전체(11)에 와전류(eddy current)인 유도 전류(I)를 발생시킨다(도 2 참조). 집전체(11)는 고유 저항 R을 가지고 있어서, 유도 전류(I)가 흐르면 열이 발생한다. 집전체(11)에서 발생한 이 열량을 Q라고 하면, Q=I²R의 관계가 성립한다.

이 열량(Q)은 전도에 의하여 집전체(11)에서 슬러리(12) 층으로 전달된다(도 3 참조). 전극(10)에 남아있던 잔여 수분은 이 열량(Q)을 받아서 기화열로 사용하고, 공기 중으로 기화한다. 이러한 방식으로 슬러리(12) 층이 가열되고, 건조되며, 따라서 전극(10) 전체가 가열되고, 건조된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 건조 장치는, 롤 형태로 전극(10)을 감는 공정에 전극 건조 장치를 in-line화 하여 설치함으로써, 주행중인 전극(10)을 바로 건조할 수 있다. 따라서 많은 시간과 인력이 소모되는 별도의 건조 공정 없이 전극(10)의 건조를 수행할 수 있다. 또한, 이렇게 주행하는 전극(10)을 유도 가열하여 건조하는 방식은 전극(10)의 건조의 정도가 차별화 되지 않도록, 전극(10)의 전 영역을 균일하게 건조할 수 있다.

한편, 실시예 1에 따른 전극 건조 장치는 코일부(120)의 온도를 낮추는 냉각부(130)를 더 포함할 수 있다. 코일부(120)에 과도한 교류 전류가 흐르는 문제가 발생하면, 코일부(120)의 온도가 급격히 고온으로 상승하게 될 것이고, 이것은 자칫 코일부(120)의 손상 및 전극(10)의 손상을 불러 일으킬 수 있다. 따라서 냉각부(130)는 코일부(120)가 과열되어 소정의 온도 이상이 되었을 때 코일부(120) 주위로 냉매를 순환시켜서 코일부(120)의 온도를 낮추는 역할을 한다. 냉매로는 보통 프레온 냉매, 물 냉매, 및 공기 냉매 등이 사용된다.

실시예 1에 따른 전극 건조 장치는, 코일부(120)에 전기 에너지를 공급하는 전원부(140) 및 코일부(120)에 흐르는 교류 전류(Ic)를 소정의 범위 내에서 일정하게 유지시키는 제어부(150)를 더 포함할 수도 있다.

전원부(140)는 교류 전류 발전 소자를 구비하여 교류 전류를 발생시키고, 코일부(120)로 교류 전류(Ic)를 공급해주는 역할을 한다.

제어부(150)는 가변 임피던스를 구비하고 있어서 제어부(150)가 포함된 회로내의 임피던스 값을 임의의 값으로 변화시킬 수 있다. 따라서 제어부(150)는 전원부(140)에서 바라본, 코일부(120)가 포함된 전체 부하단의 임피던스 값을 변화시킴으로써, 코일부(120)에 흐르는 교류 전류(I_c)의 값을 소정의 범위 내에서 일정하게 유지시킬 수 있다. 전류는 전압 나누기 임피던스이므로, 임피던스 값을 조정하여 전류를 조정할 수 있는 원리이다. 전류는 임피던스 값에 반비례하여 변하게 된다.

코일부(120)에 흐르는 교류 전류(I_c)의 값이 소정의 범위 내에서 일정하게 유지되면, 코일부(120)에 의하여 발생되는 자기장(B)이 소정의 범위 내에서 일정하게 유지되고, 그에 따라 전극(10)에서 발생하는 유도 전류(I)의 크기도 소정의 범위 내에서 일정하게 유지된다. 이는 제어부(150)의 역할로 인하여 전극(10)의 과열이 방지될 수 있고, 또, 전극(10)이 소정의 범위 내에서 안정적으로 가열 건조될 수 있음을 의미한다.

실시예 2

도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 건조 장치의 구조 설명하는 단면도이다.

본 실시예에 따른 전극 건조 장치는 전술한 실시예 1에 따른 전극 건조 장치와 유사한 구성을 가진다. 다만, 본 실시예에 따른 전극 건조 장치는, 전극이 제1 지점과 제2 지점을 잇는 직선 위에 존재하지 않는 제3 지점을 거쳐서 이송된다는 점에서 차이가 있다.

참고로 전술한 구성과 동일한 (또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한 (또는 상당한) 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 건조 장치에 대해 설명한다.

이송부(110)는 전극(10)이 제1 지점(271)과 제2 지점(272)을 잇는 직선 위에 존재하지 않는 제3 지점(273)을 거쳐서 이송되도록 한다. 실시예 1에서는 전극(10)이 제1 지점(271)과 제2 지점(272)의 두 지점 사이에서 이동될 때 직선 이동하여 이송되었다. 그러나 실시예 2에서는 전극(10)이 제3 지점(273)을 거쳐서 이송되기 때문에 전극(10)이 직선 이동으로 이동하지 않는다. 굽은 직선의 형태로 이송된다. 즉, 도 4에서 도시되고 있듯이, 전극(10)은 D₁ 및 D₂의 방향으로 이동하면서, 제1 지점(271), 제3 지점(273), 및 제2 지점(272)을 잇는 굽은 직선의 형태로 이동한다.

코일부(120)는 제1 지점(271), 제2 지점(272), 및 제3 지점(273)이 만드는 삼각형 내에 위치한다. 이렇게 위치하게 되면 전극(10)을 유도 가열 시 이중으로 가열할 수 있다. 즉, 제1 지점(271)에서 제3 지점(273)으로 이송되는 전극(10)과 제3 지점(273)에서 제2 지점(272)으로 이송되는 전극(10)을 동시에 가열하는 것이 가능하다. 도 4에서 도시되듯이, 코일부(120)로부터 발생하는 자기장(B)이 제1 지점(271)에서 제3 지점(273)으로 이송되는 전극(10)과 제3 지점(273)에서 제2 지점(272)으로 이송되는 전극(10)을 향하여 양쪽으로 작용하므로 유도가열 역시 양쪽에서 행해진다. 따라서 전극(10) 건조의 효율이 실시예 1에서 보다 훨씬 높아지게 된다.

이 때, 제3 지점(273)은 제1 지점(271)과 제3 지점(273)을 잇는 선분과 제2 지점(272)과 제3 지점(273)을 잇는 선분 사이의 사잇각이 0도 이상, 90도 이하가 되도록 정해질 수 있다. 즉, θ가 0도 이상, 90도 이하가 되도록 제3 지점(273)이 정해질 수 있다.

θ가 0도 이상, 90도 이하가 되면, 90도 초과의 각을 가질 때보다 코일부(120)와 전극(10) 사이의 거리가 가까워지고, 또, 전극(10)을 통과하는 자속의 자속 밀도가 더 높아지게 되므로, 코일부(120)가 더 높은 효율로 전극(10)을 건조할 수 있게 된다.

한편, 이송부(110)는 제3 지점(273)에 위치하여 전극(10)이 제3 지점(273)을 거쳐서 이송되도록 가이드 하는 가이드 롤러(260)를 더 포함할 수 있다. 가이드 롤러(260)는 제3 지점(273)에서 전극(10)과 접하며 회전한다. 가이드 롤러(260)는 전극(10)이 제3 지점(273)을 거쳐서 갈 수 있도록 지지해 주고 가이드 해 주는 역할을 한다.

가이드 롤러(260)는 회전하면서 전극(10)을 지지하기 때문에, 가이드 롤러(260)가 전극(10)을 지지하면서도 둘 사이에 마찰이 크게 발생하지 않는다. 따라서 마찰에 의하여 전극(10)이 손상되는 것이 방지될 수 있다.

10: 전극 11: 집전체
12: 슬러리 110: 이송부
111: 와인딩 롤러 112: 언와인딩 롤러
120: 코일부 121: 코일바
130: 냉각부 140: 전원부
150: 제어부 171, 271: 제1 지점
172, 272: 제2 지점 260: 가이드 롤러
273: 제3 지점

Claims

금속재의 집전체를 구비하는 전극을 건조하는 전극 건조 장치에 있어서,
상기 전극을 제1 지점에서 상기 제1 지점으로부터 소정의 거리만큼 이격된 제2 지점으로 이송시키는 이송부; 및
상기 이송부에 의하여 상기 전극이 이송되는 중에 교류 전류에 의하여 상기 집전체에 유도 전류를 발생시켜 상기 전극을 유도 가열하는 코일부를 포함하고,
상기 코일부는 상기 전극의 폭방향으로 상기 전극을 가로질러 놓이는 코일바를 포함하고,
상기 이송부는 상기 전극이 상기 제1 지점과 상기 제2 지점을 잇는 직선 위에 존재하지 않는 제3 지점을 거쳐서 이송되도록 하고,
상기 코일부는 상기 제1 지점, 상기 제2 지점, 및 상기 제3 지점이 만드는 삼각형 내에 위치하여, 상기 전극을 유도 가열 시, 상기 제1 지점에서 상기 제3 지점으로 이송되는 전극과 상기 제3 지점에서 상기 제2 지점으로 이송되는 전극을 동시에 가열하는 전극 건조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 이송부는, 상기 제1 지점에 위치하고 상기 전극을 권출하는 언와인딩 롤러와, 상기 제2 지점에 위치하고 상기 언와인딩 롤러로부터 상기 전극을 권취하는 와인딩 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 코일바는 두 개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 코일부가 소정의 온도 이상일 경우 작동하여 상기 코일부 주위로 냉매를 순환시킴으로써, 상기 코일부의 온도를 낮추는 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 코일부에 전기 에너지를 공급하는 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 전원부에서 바라본, 상기 코일부가 포함된 전체 부하단의 임피던스 값을 소정의 범위 내에서 일정하게 유지시킴으로써, 상기 코일부에 흐르는 상기 교류 전류가 소정의 범위 내에서 일정하게 유지되도록 하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제3 지점은 상기 제1 지점과 상기 제3 지점을 잇는 선분과 상기 제2 지점과 상기 제3 지점을 잇는 선분이 이루는 사잇각이 0도 이상, 90도 이하가 되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 이송부는, 상기 제3 지점에 위치하여 상기 전극이 상기 제3 지점을 거쳐서 이송되도록 가이드 하는 가이드 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 건조 장치.