KR20130136933A - 배터리의 전극필름 코팅 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 일면에 활물질이 코팅된 전극필름이 투입되어 활물질이 건조된 후 방출되고, 방출된 전극필름의 타면에 다시 활물질이 코팅된 후 재투입되어 다시 건조된 후 방출되는 건조오븐; 전극필름을 이송하고, 그 이송방향을 안내하는 전극필름이송부; 상기 건조오븐에서 방출되는 전극필름의 타면에 활물질을 다시 코팅하는 코터(coater);를 포함하는 배터리의 전극필름 코팅장치에 관한 것이다. 이로써, 전극필름을 양면코팅 하는 경우 2개의 건조오븐을 사용하지 않고 하나의 건조오븐을 사용하여 작업이 가능하다. 따라서, 건조오븐 2개를 설치, 운용하는 경우보다 건조오븐이 차지하는 공간을 줄일 수 있다.

Description

배터리의 전극필름 코팅 장치 및 방법{Battery electrode film coating device and method}

본 발명은 배터리의 전극필름 코팅 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리의 전극필름 코팅의 효율성을 향상시킨 배터리의 전극필름 코팅 장치 및 방법에 관한 것이다.

배터리에 사용되는 전극필름(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극(11), 전극표면에 코팅되는 활물질(12)을 포함하여 구성된다.

전극(11)은 전류를 부하에 송출하는 도선의 역할을 한다.

활물질(12)은 배터리 충전시 또는 방전시 전자를 얻거나 읽는 물질로써 전극(11)이 양극인지 음극인지에 따라 그 종류가 달라진다. 또한, 리튬 등 다양한 활물질(12)이 현재 사용되고 있다.

배터리의 구조에 따라 활물질(12)은 전극(11)에 일면에만 코팅되거나, 양면에 모두 코팅되는 경우가 있다. 본 발명의 장치 및 방법은 활물질(12)이 전극(11) 양면에 코팅되는 양면코팅 전극필름(10)에 사용된다.

양면코팅 전극필름(10)의 코팅과정은 일반적으로 도 2에 도시된 바와 같이,

먼저, 용매와 활물질이 혼합된 슬러리(slurry)가 전극의 일면에 도포되고, 전극필름(10)은 건조오븐(100)을 통과하면서 건조되어 용매는 기화하고 활물질만 전극에 코팅된다.

다음으로, 전극(11)의 타면에 슬러리가 도포되고 상기와 동일한 건조과정을 거친다. 이때, 전극필름(10)의 이송 및 이송방향 전환은 롤러(R)가 담당한다.

그러나, 상기의 2개의 건조오븐(100)을 사용한 전극필름(10)의 코팅과정은 상기 건조오븐(100)의 길이가 통상적으로 수십에서 수백 미터에 이른다는 점에서 개선이 요구된다.

즉, 매우 긴 건조오븐(100) 2개를 설치, 운용하는 경우 상기 건조오븐(100)이 차지하는 공간이 매우 큰 점, 건조오븐(100) 2개를 운용함으로써 과도한 비용, 인력이 소모되는 단점이 있기 때문이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하나의 건조오븐을 사용하여 양면코팅 전극필름을 생산하는 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 일면에 활물질이 코팅된 전극필름의 일면 활물질 및 타면에 활물질이 코팅되어 재투입되는 전극필름의 타면 활물질을 건조시키는 건조오븐; 전극필름을 이송하여 건조오븐에서 방출된 전극필름을 건조오븐에 재투입하는 전극필름이송부; 및 건조오븐에서 방출된 전극필름의 타면에 활물질을 코팅하는 코터(coater);를 포함하는 배터리의 전극필름 코팅장치를 제공한다.

또한, 건조오븐은, 전극필름을 건조시키는 건조구간 및 전극필름의 건조의 완전성을 확보하기 위한 건조마진구간을 포함할 수 있다.

또한, 전극필름의 일면 활물질의 건조마진구간은 재투입되는 전극필름의 타면 활물질의 건조구간으로 사용될 수 있다.

또한, 전극필름의 일면 활물질의 건조구간 및 재투입되는 전극필름의 타면 활물질의 건조구간이 중복되는 건조구간에서는 건조오븐의 열량 또는 배기 풍량을 증가시킬 수 있다.

또한, 코터에 의해 건조오븐에서 방출된 전극필름의 타면에 활물질이 코팅된 후, 전극필름이송부는, 전극필름이 건조오븐에서 방출된 방향과 반대방향으로 건조오븐에 재투입되도록 전극필름의 진행방향을 조절할 수 있다.

또한, 전극필름이송부는, 방출되는 전극필름의 일면과 동일한 높이에서 접촉하는 제1롤러, 제1롤러의 하방에 위치하여 전극필름의 진행방향을 수직 하방으로 바꾸는 제2롤러, 제2롤러와 동일한 높이에 위치하여 전극필름의 진행방향을 수평으로 바꾸는 제3롤러, 및 제3롤러와 사선으로 위치하여 전극필름의 진행방향을 건조오븐으로부터의 방출방향과 반대로 바꾸는 제4롤러를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명은, 일면에 활물질이 코팅된 전극필름이 건조오븐에 투입되는 단계; 상기 건조오븐에서 전극필름의 일면에 코팅된 활물질이 건조되는 단계; 상기 건조오븐에서 일면 코팅된 전극필름이 방출되는 단계; 전극필름의 타면에 활물질이 코팅되는 단계; 타면에 활물질이 코팅된 전극필름이 상기 건조오븐에 재투입되는 단계; 및 상기 건조오븐에서 양면 코팅된 전극필름이 방출되는 단계;를 포함하는 배터리의 전극필름 코팅방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 전극필름을 양면코팅 하는 경우 2개의 건조오븐을 사용하지 않고 하나의 건조오븐을 사용하여 작업이 가능하다.

따라서, 건조오븐 2개를 설치, 운용하는 경우보다 건조오븐이 차지하는 공간을 줄일 수 있다. 또한, 건조오븐 2개를 운용함으로써 발생하는 과도한 비용, 인력이 소모를 막을 수 있다.

결국, 본 발명은 양면코팅 전극필름의 생산효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 양면코팅 전극필름을 도시한 측면도,
도 2는 2개의 건조오븐을 사용하는 전극필름의 양면코팅 과정을 나타낸 개략도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 전극필름 코팅 장치를 나타낸 개략도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 전극필름 코팅 방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. 그리고 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위내에서 다른 실시예를 용이하게 실시할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속함은 물론이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 전극필름(10) 코팅장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 건조오븐(100), 전극필름이송부(200), 코터(300)를 포함한다.

상기 건조오븐(100)은, 일면에 용매와 활물질이 혼합된 슬러리가 도포된 전극필름(10)이 투입되면, 상기 전극필름(10)에 고온을 가하여 용매를 기화시키고 활물질만 전극에 코팅되도록 한다.

건조오븐(100)은 일면에 활물질이 코팅된 전극필름(10)의 일면 활물질을 건조시킨다. 또한, 건조오븐(100)은 타면에 활물질이 코팅되어 재투입되는 전극필름(10)의 타면 활물질도 건조시킨다. 따라서, 하나의 건조오븐(100)으로 전극필름(10)의 일면 및 타면 활물질을 모두 건조시킬 수 있다.

상기 건조오븐(100)은 전극에 코팅된 활물질이 완전히 건조되어 융착되도록 하기 위해, 활물질을 건조시키는 건조구간(110), 활물질이 건조된 후에도 일정시간 동안 계속 전극필름(10)에 고열, 건조바람을 가하는 건조마진구간(120)을 둔다.

통상적으로 상기 건조마진구간(120)은 상기 건조오븐(100)의 길이의 40 내지 50퍼센트에 달한다. 따라서, 본 발명은 하나의 건조오븐(100)을 사용하여 양면코팅 필름을 건조함으로써 에너지소모를 현저히 줄일 수 있다.

도 3을 참조하면, 전극필름(10)의 일면 활물질의 건조마진구간(120)은 재투입되는 전극필름의 타면 활물질의 건조구간(110)으로 사용된다. 또한, 재투입되는 전극필름 타면 활물질의 건조마진구간(120)은 전극필름(10)의 일면 활물질의 건조구간(110)으로 사용될 수 있어, 건조마진구간(120)을 건조구간(110)으로 효율적으로 활용할 수 있게 된다.

상기 전극필름이송부(200)는 다수의 롤러를 포함하여 구성되고 전극필름(10)을 이송하고 그 이송방향을 안내하는 역할을 한다.

상기 전극필름이송부(200)의 일 실시예는 도 3에 도시된 바와 같다.

제1롤러(R1)는 방출되는 전극필름(10)의 일면과 동일한 높이에서 접촉한다.

제2롤러(R2)는 상기 제1롤러(R3)의 하방에 위치하여 전극필름(10)의 진행방향을 수직 하방으로 바꾸는 역할을 한다.

제3롤러(R3)는 상기 제2롤러(R2)와 동일한 높이에 위치하여 전극필름(10)의 진행방향을 수평으로 바꾸는 역할을 한다.

제4롤러(R4)는 상기 제3롤러(R3)와 사선으로 위치하여 전극필름(10)의 진행방향을 상기 건조오븐(100)으로부터의 방출방향과 반대로 바꾸는 역할을 한다.

따라서, 상기 전극필름이송부(200)는 전극필름(10)이 상기 건조오븐(100)에서 방출된 방향과 반대방향으로 상기 건조오븐(100)에 재투입되도록 전극필름(10)의 진행방향을 조절한다.

상기 전극필름이송부(200) 롤러들의 구성은 일 실시예에 불과하고 상기 건조오븐(100)의 특성, 작업환경 등에 따라 롤러의 개수, 위치, 역할은 다양하게 바뀔 수 있다.

즉, 상기 롤러를 적당한 개수로 사용하고 적당하게 배치를 하면, 전극필름(10)이 상기 건조오븐(100)에서 방출된 방향과 반대방향으로 상기 건조오븐(100)에 재투입되도록 할 수 있고, 상기 건조오븐(100)에서 서로 반대방향으로 진행하는 전극필름(10)의 이격간격도 조절할 수 있다.

상기 코터(300)는 상기 건조오븐(100)에서 방출되는 일면에 활물질이 코팅된 전극필름(10)의 그 타면에 활물질을 다시 코팅하는 역할을 한다. 즉, 상기 코터(300)는 전극필름(10)의 표면에 용매와 활물질이 혼합된 슬러리를 도포한다.

또한, 미도시 되었으나 상기 건조오븐(100)에 전극필름(10)에 최초 투입되기 전에도 코터(300)를 사용하여 슬러리를 도포하므로 통상적으로 양면코팅의 경우 2개의 상기 코터(300)를 사용한다.

하나의 건조오븐(100)을 사용하여 전극필름(10)을 도포하는 경우 도 3에 도시된 바와 같이, 전극필름(10)의 일면과 그 타면의 건조구간(110)이 중복되는 경우가 발생할 수 있다.

따라서, 상기 건조구간(110) 중 중복구간에서는 전극필름(10)의 양면을 동시에 건조해야 하기에 더 높은 고열이나 건조바람이 필요하다.

이 경우 상기 건조오븐(100) 내에 구비된 가열장치(미도시) 또는 팬(미도시)의 가열량, 풍량 등을 확대하여 중복구간에서의 효율적인 건조가 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 전극필름 코팅방법은 도 4에 도시된 바와 같다.

먼저, 일면에 활물질이 코팅된 전극필름이 건조오븐에 투입된다(S100). 이때, 전극필름에 코팅된 활물질은 용매와 혼합된 슬러리 상태이다.

다음으로, 상기 건조오븐에서 전극필름에 고열, 건조바람을 가하여 활물질을 건조하고 용매는 기화시켜, 전극필름에 활물질만 코팅되게 한다(S200).

다음으로, 일면에 활물질 코팅이 완료된 전극필름이 상기 건조오븐에서 방출된다(S300).

다음으로, 코터에 의해 전극필름의 타면에 슬러리 상태의 활물질이 코팅된다(S400).

다음으로, 타면에 활물질이 코팅된 전극필름이 건조를 위해 상기 건조오븐에 재투입된다(S500). 이 과정에서 활물질이 건조되고 용매가 기화되는 것은 S200단계와 동일하다.

마지막으로 건조가 완료된 양면 코팅된 전극필름이 상기 건조오븐에서 방출된다(S600).

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10: 전극필름 11: 전극
12: 활물질 100: 건조오븐
110: 건조구간 120: 건조마진구간
200: 전극필름이송부 300: 코터
R1, R2, R3, R4: 롤러

Claims (7)

1. 일면에 활물질이 코팅된 전극필름의 일면 활물질 및 타면에 활물질이 코팅되어 재투입되는 상기 전극필름의 타면 활물질을 건조시키는 건조오븐;
   상기 전극필름을 이송하여 상기 건조오븐에서 방출된 상기 전극필름을 상기 건조오븐에 재투입하는 전극필름이송부; 및
   상기 건조오븐에서 방출된 상기 전극필름의 타면에 활물질을 코팅하는 코터(coater);를 포함하는 배터리의 전극필름 코팅장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 건조오븐은, 전극필름을 건조시키는 건조구간 및 전극필름의 건조의 완전성을 확보하기 위한 건조마진구간을 포함하는 배터리의 전극필름 코팅장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 전극필름의 일면 활물질의 건조마진구간은 재투입되는 상기 전극필름의 타면 활물질의 건조구간으로 사용되는 것을 특징으로 하는 배터리의 전극필름 코팅장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 전극필름의 일면 활물질의 건조구간 및 상기 재투입되는 전극필름의 타면 활물질의 건조구간이 중복되는 건조구간에서는 상기 건조오븐의 가열량 또는 배기 풍량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배터리의 전극필름 코팅장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 코터에 의해 상기 건조오븐에서 방출된 상기 전극필름의 타면에 활물질이 코팅된 후, 상기 전극필름이송부는, 상기 전극필름이 상기 건조오븐에서 방출된 방향과 반대방향으로 상기 건조오븐에 재투입되도록 상기 전극필름의 진행방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 배터리의 전극필름 코팅장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 전극필름이송부는, 방출되는 상기 전극필름의 일면과 동일한 높이에서 접촉하는 제1롤러, 상기 제1롤러의 하방에 위치하여 상기 전극필름의 진행방향을 수직 하방으로 바꾸는 제2롤러, 상기 제2롤러와 동일한 높이에 위치하여 상기 전극필름의 진행방향을 수평으로 바꾸는 제3롤러, 및 상기 제3롤러와 사선으로 위치하여 상기 전극필름의 진행방향을 상기 건조오븐으로부터의 방출방향과 반대로 바꾸는 제4롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 전극필름 코팅장치.
7. 일면에 활물질이 코팅된 전극필름이 건조오븐에 투입되는 단계;
   상기 건조오븐에서 전극필름의 일면에 코팅된 활물질이 건조되는 단계;
   상기 건조오븐에서 일면 코팅된 전극필름이 방출되는 단계;
   전극필름의 타면에 활물질이 코팅되는 단계;
   타면에 활물질이 코팅된 전극필름이 상기 건조오븐에 재투입되는 단계; 및
   상기 건조오븐에서 양면 코팅된 전극필름이 방출되는 단계;를 포함하는 배터리의 전극필름 코팅방법.

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