KR20210015278A - 수분공급부가 구비된 전극 건조 장치 및 이를 이용한 전극 건조 방법 - Google Patents

수분공급부가 구비된 전극 건조 장치 및 이를 이용한 전극 건조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열풍을 이용한 전극 건조 공정을 시작하기 전에 건조 오븐의 내부 온도를 건조대상 전극의 건조 안정화 수준인 기준치로 설정해줄 수 있으며, 이에 따라 상기 건조 오븐 내에서 전극의 건조 초반 과건조에 의해 전극이 파손되는 것을 방지할 수 있는 수분공급부가 구비된 전극 건조 장치 및 이를 이용한 전극 건조 방법에 관한 것이다.

Description

수분공급부가 구비된 전극 건조 장치 및 이를 이용한 전극 건조 방법{DRYER FOR ELECTRODE WITH WATER SPRAYING UNIT AND ELECTRODE DRYING METHOD THEREOF}
본 발명은 전극 건조 장치 및 이를 이용한 전극 건조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열풍을 이용한 전극 건조 시 건조 오븐의 내부 온도를 안정화시킬 수 있는 수분공급부가 구비된 전극 건조 장치 및 이를 이용한 전극 건조 방법 관한 것이다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 이들 간에 개재되는 전해질 물질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 나누어진다.
이 경우 상기 리튬 이차전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 코팅한 후 건조 오븐을 통해 건조시킴으로써 형성될 수 있다.
한편, 최근 전극의 생산속도가 증가하고 점차 고용량, 고로딩화 됨에 따라 코팅 건조에 사용되는 열풍 온도가 증가하는 상황이다.
이에 따라 건조 오븐 내에서 건조대상 전극의 건조 시 용매의 증발열에 의해 상기 건조 오븐 내부 온도가 떨어지게 되고, 이로 인한 열 손실로 오븐 내부가 열적으로 안정화된 후 열풍 노즐에서 토출되는 열풍은 설정 온도보다 평균 5 ~ 10℃ 정도 낮은 온도가 사용된다.
즉 상기 오븐 내부로 공급되는 열풍의 설정온도가 대략 150℃라 하였을 때, 상기 용매의 증발열에 의해 상기 오븐 내부가 열적으로 안정화된 후 오븐 내부로 공급되는 열풍의 온도는 실제 140 ~ 145℃ 정도가 될 수 있다.
이 경우 전극 건조 시 양산 건조 조건은 오븐 내부가 건조 성능 면에서 충분히 안정된 상태를 기준으로 선정되는데, 이러한 오븐 온도 안정화 전, 후 온도차이는 건조 용매가 증가할수록 커지게 된다.
이처럼 상기 전극의 생산속도가 고속, 고로딩화됨에 따라 건조 용매량은 증가하게 되고, 건조 오븐의 초기 안정화 전, 후 온도 차이도 증가하게 된다. 따라서 건조 오븐 내부가 안정화된 이후 선정된 건조 조건으로 전극의 건조 초반에는 과건조에 의한 전극의 탈리와 크랙 등 파손이 발생할 수 있는 문제점이 있다. 이러한 문제로 인해 전극의 생산성 감소와 운전 중 단선의 원인이 되어 개선이 필요한 상황이다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0057437호(공개일: 2012.06.05)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 열풍을 이용한 전극 건조 공정을 시작하기 전에 건조 오븐의 내부 온도를 건조대상 전극의 건조 안정화 수준인 기준치로 설정해줄 수 있으며, 이에 따라 상기 건조 오븐 내에서 전극의 건조 초반 과건조에 의해 전극이 파손되는 것을 방지할 수 있는 수분공급부가 구비된 전극 건조 장치 및 이를 이용한 전극 건조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 전극 건조 장치는, 내부에 건조를 위한 수용공간이 마련되며, 투입구와 배출구가 구비되는 본체부; 상기 투입구와 배출구를 통해 상기 수용공간을 통과하도록 설치되어 건조대상 전극을 일방향으로 이송시켜주는 이송부; 상기 이송부에 의해 이송되는 전극을 향해 열풍을 분사하여 상기 건조대상 전극을 건조시켜주는 열풍공급부; 상기 수용공간 내의 온도를 측정해주는 온도측정부; 상기 수용공간 내에 상기 건조대상 전극을 통과시키기 전 상기 수용공간에 수분을 공급하여, 상기 공급되는 수분의 증발열에 의해 상기 수용공간 내의 온도를 기설정된 기준치로 낮춰 안정화시켜주는 수분공급부; 및 상기 본체부 내에 설치된 상기 제 구성요소를 제어해주는 제어부;를 포함할 수 있다.
이 경우 상기 열풍공급부는, 공급되는 외기를 가열해주는 열교환기; 및 상기 열교환기에 의해 가열된 외기를 상기 수용공간 내에 공급해주는 송풍팬;을 포함할 수 있다.
또한 상기 열풍공급부는, 상기 수용공간 내부와 연통된 덕트 내에 설치되어 상기 수용공간 내에 열풍 공급량을 조절해주는 댐퍼;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 수분공급부는, 상기 수용공간 내에 공급되는 열풍에 미스트(Mist) 형태의 수분을 함께 포함하여 공급해줄 수 있도록 상기 덕트 내에 설치되는 수분분사노즐;을 포함할 수 있다.
또한 상기 덕트의 하부에는, 상기 수분공급부의 누수발생 시 물을 외부로 배출시킬 수 있도록 드레인 홀;이 구비된 것을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 수분공급부는, 초순수(DI Water)가 저장되는 저장탱크; 및 상기 저장탱크에 저장된 초순수를 공급라인을 통해 상기 수분분사노즐에 공급해주는 공급펌프;를 포함할 수 있다.
또한 상기 전극 건조 장치는 복수 개가 병렬로 이격 설치되고, 상기 저장탱크에 저장된 초순수(DI Water)를 상기 공급라인을 통해 상기 복수의 전극 건조 장치에 제각기 공급해줄 수 있다.
또한 상기 전극 건조 장치에 연결되는 공급라인에는 개폐밸브와 유량계가 설치되어, 상기 제어부를 통해 상기 전극 건조 장치에 공급되는 초순수의 총 공급량을 실시간으로 모니터링해줌과 아울러 제어해줄 수 있다.
또한 상기 온도측정부는, 상기 열풍공급부에 의해 공급되는 열풍의 온도를 측정해주는 제1센서; 상기 수용공간 내의 온도를 측정해주는 제2센서; 및 상기 수용공간으로부터 배기되는 온도를 측정해주는 제3센서;를 포함할 수 있다.
한편, 전극 건조 장치를 이용한 전극 건조 방법에 있어서,
전극 건조 장치의 수용공간 내에 건조대상 전극을 투입하기 전 상기 수용공간 내의 온도를 측정하는 단계; 상기 측정된 수용공간 내의 온도가 상기 건조대상 전극의 건조 안정화 수준인 기준치 이상인 경우 수분공급부를 통해 상기 수용공간 내에 수분을 분사하여 냉각하는 단계; 제어부를 통해 상기 수용공간 내에 공급되는 수분의 증발열에 의해 상기 수용공간 내 온도가 기준치에 도달했는지의 여부를 판단하는 단계; 및 상기 수용공간 내 온도가 기준치에 도달한 경우, 상기 수용공간 내에 수분 공급을 중단한 후 상기 수용공간 내에 건조대상 전극을 통과시켜 건조 공정을 실시하는 단계;를 포함할 수 있다.
이 경우 상기 수분공급부는, 상기 수용공간 내에 공급되는 열풍에 수분을 함께 포함하여 공급해줄 수 있다.
또한 상기 제어부는, 상기 수용공간을 통해 배기되는 온도 측정치와 상기 기준치를 비교하여 상기 수분공급부를 통해 분사되는 수분량을 조절해줄 수 있다.
이상과 같은 구성에 따른 본 발명은, 전극 건조 장치의 수용공간 내에 건조대상 전극을 투입하기 전 상기 수용공간 내의 온도를 측정한 후, 측정된 수용공간 내의 온도가 건조대상 전극의 건조 안정화 수준인지의 여부를 판단해주고, 상기 측정된 수용공간 내의 온도가 기준치 이상인 경우 수분공급부를 통해 수용공간 내에 수분을 분사하여 상기 기준치 수준으로 냉각시켜줄 수 있다.
이에 따라 상기 건조대상 전극의 건조 안정화 수준을 유지해줌으로써, 건조대상 전극의 건조 초반 과건조에 의한 전극의 탈리와 크랙이 발생하는 것을 방지해줄 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전극 건조 장치의 내부구성을 보여주는 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 열풍공급부 및 온도측정부의 개략적인 구성도,
도 3은 도 1의 I-I'선 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 전극 건조 장치에 수분공급부가 연결되는 구조를 보여주는 개략도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전극 건조 장치의 전체 구성을 보여주는 측면도이고,
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전극 건조장치(1)는, 본체부(110), 이송부(120), 열풍공급부(130), 온도측정부(140), 수분공급부(150) 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본체부(110)는 전극 건조 장치(1)의 주된 프레임을 구성하는 것으로, 내부에 건조를 위한 수용공간(S)이 마련된다. 그리고 본체부(110)의 일측에는 건조대상 전극(E)이 투입되는 투입구(111)가 구비되고, 타측에는 건조 공정을 거친 건조대상 전극(E)이 배출될 수 있도록 배출구(113)가 구비될 수 있다.
이송부(120)는 투입구(111)와 배출구(113)를 통해 건조 오븐 역할을 하는 상기 수용공간(S)을 통과하도록 설치되어 건조대상 전극(E)을 일방향으로 이송시켜줄 수 있다.
구체적으로, 상기 이송부(120)는 모터(미도시)의 동력을 전달받아 일방향으로 회전하는 복수의 이송롤러(121)를 매개로 건조대상 전극(E)을 일측으로 이송시켜줄 수 있다. 이러한 이송부(120)의 구성은 전극 제조 과정에서 통상적으로 적용되어 사용되는 것으로, 이에 대한 자세하 설명은 생략하기로 한다.
열풍공급부(130)는 이송부(120)에 의해 이송되는 건조대상 전극(E)을 향해 열풍을 분사하여 상기 건조대상 전극(E)을 건조시켜주는 역할을 한다.
구체적으로, 상기 열풍공급부(130)는 내부에 열풍 공급 통로가 구비된 상부트렁크(131)와, 상기 상부트렁크(131)와의 사이에 건조대상 전극(E)이 일방향으로 이송하도록 이격배치되는 하부트렁크(132)로 구성될 수 있다. 상기 상·하부트렁크(131)(132)의 대향면에는 상기 건조대상 전극(E)을 향해 열풍을 공급해줄 수 있도록 토출공(131a)(132a)이 관통 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 상·하부트렁크(131)(132)에는 공급되는 외기를 가열해주는 열교환기(133)와, 상기 열교환기(133)에 의해 가열된 외기를 수용공간(S) 내에 공급해주는 송풍팬(135)이 연결 구성될 수 있다. 미설명부호 139는 공급되는 열풍 내에 포함된 파티클을 걸러주는 필터(Hepa Filter)이다.
이 경우 본체부(110)의 수용공간(S) 내부로 공급된 열풍은 건조대상 전극(E)의 건조에 사용되고 난 후 일부는 순환되고, 나머지는 외부로 배기되는 유동구조이다.
또한 상기 열풍공급부(130)는 본체부(110)의 수용공간(S) 내부와 연통되는 덕트(115) 내에 액추에이터(미도시)에 의해 조작되는 댐퍼(137)가 설치될 수 있다. 따라서 상기 댐퍼(137)를 통해 수용공간(S) 내에 공급되는 열풍의 공급량을 조절해줄 수 있다(도 3 참조).
온도측정부(140)는 수용공간(S) 내의 온도를 측정해주는 역할을 한다.
구체적으로, 상기 온도측정부(140)는 열풍공급부(130)에 의해 공급되는 열풍의 온도를 측정해주는 제1센서(141)와, 상기 수용공간(S) 내의 온도를 측정해주는 제2센서(143)와, 상기 수용공간(S)으로부터 배기되는 온도를 측정해주는 제3센서(145)를 포함할 수 있다(도 2 참조).
상기 수분공급부(150)는 수용공간(S) 내에 건조대상 전극(E)을 통과시키기 전 상기 수용공간(S)에 수분을 공급해주는 것으로, 상기 공급되는 수분의 증발열에 의해 수용공간(S) 내의 온도를 기설정된 기준치로 낮춰 안정화시켜주게 된다.
구체적으로, 상기 수분공급부(150)는 수용공간(S) 내에 공급되는 열풍에 미스트(Mist) 형태의 수분을 함께 포함하여 공급해줄 수 있도록 상기 수용공간(S)과 연결된 덕트(115) 내에 설치되는 수분분사노즐(151)을 포함할 수 있다(도 3 참조).
이 경우 상기 덕트(115)의 하부에는 수분공급부(150)의 누수발생 시 물을 외부로 배출시킬 수 있도록 드레인 홀(117)이 구비될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 수분공급부(150)는 초순수(DI Water)가 저장되는 저장탱크(153)와, 상기 저장탱크(153)에 저장된 초순수를 공급라인(157)을 통해 수분분사노즐(151)에 공급해주는 공급펌프(155)를 포함할 수 있다.
이러한 구조의 상기 전극 건조 장치(1)는 복수 개가 병렬로 이격 설치되고, 상기 저장탱크(153)에 저장된 초순수(DI Water)를 공급라인(157)을 통해 복수의 전극 건조 장치(1)에 제각기 공급해주는 구조로 구성될 수 있다.
또한 상기 전극 건조 장치(1)에 연결되는 공급라인(157)에는 개폐밸브(158)와 유량계(159)가 설치되어, 전극 건조 장치(1)에 공급되는 초순수의 총 공급량을 실시간으로 모니터링해줌과 아울러 제어해줄 수 있다.
제어부는 본체부(110) 내에 설치된 상기 제 구성요소(120, 130, 140, 150)를 제어해줄 수 있다.
구체적으로, 제어부는 전극 건조 장치(1)의 수용공간(S) 내에 건조대상 전극(E)을 투입하기 전 상기 수용공간(S) 내의 온도를 측정한 후, 측정된 수용공간(S) 내의 온도가 건조대상 전극(E)의 건조 안정화 수준인지의 여부를 판단해주게 된다.
이 경우 상기 측정된 수용공간(S) 내의 온도가 기준치 이상인 경우 수분공급부(150)를 통해 수용공간 내에 수분을 분사하여 냉각시켜주게 된다.
이에 따라 상기 건조대상 전극(E)의 건조 안정화 수준을 유지해줌으로써, 건조대상 전극(E)의 건조 초반 과건조에 의한 전극의 탈리와 크랙이 발생하는 것을 방지해줄 수 있다.
그러면, 이상과 구성의 본 발명에 따른 전극 건조 장치를 이용한 전극 건조 과정에 대하여 다시 도 1 내지 3을 참조하여 설명해보기로 한다.
먼저, 전극 건조 장치(1)의 수용공간(S) 내에 건조대상 전극(E)을 투입하기 전 온도측정부(140)를 통해 상기 수용공간(S) 내의 온도를 측정한다.
상기 측정된 수용공간(S) 내의 온도가 건조대상 전극(E)의 건조 안정화 수준인 기준치 이상인 경우, 수분공급부(150)를 통해 수용공간(S) 내에 수분을 분사하여 냉각시켜준다. 상기 수분공급부(150)는 수용공간(S) 내에 공급되는 열풍에 수분을 함께 포함하여 공급해주게 된다.
아울러 제어부에서는 수용공간(S) 내에 공급되는 수분의 증발열에 의해 수용공간(S) 내 온도가 기준치에 도달했는지의 여부를 판단해준다. 이 경우 상기 제어부는 수용공간(S)을 통해 배기되는 온도 측정치와 상기 기준치를 비교하여 상기 수분공급부(150)를 통해 분사되는 수분량을 조절해주게 된다.
상기 수용공간(S) 내 온도가 기준치에 도달한 경우, 상기 수용공간(S) 내에 수분 공급을 중단한 후 수용공간(S) 내에 건조대상 전극(E)을 통과시켜 건조 공정을 실시한다.
이상에서는 본 발명을 특정의 구체적인 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.
1 : 전극 건조 장치 E : 건조대상 전극
110 : 본체부 S : 수용공간
111 : 투입구 113 : 배출구
115 : 덕트 117 : 드레인 홀
120 : 이송부 121 : 이송롤러
130 : 열풍공급부 131 : 상부트렁크
132 : 하부트렁크 133 : 열교환기
135 : 송풍팬 137 : 댐퍼
140 : 온도측정부 141 : 제1센서
143 : 제2센서 145 : 제3센서
150 : 수분공급부 151 : 수분분사노즐
153 : 저장탱크 155 : 공급펌프
157 : 공급라인 158 : 개폐밸브
159 : 유량계 160 : 제어부

Claims (12)

  1. 내부에 건조를 위한 수용공간이 마련되며, 투입구와 배출구가 구비되는 본체부;
    상기 투입구와 배출구를 통해 상기 수용공간을 통과하도록 설치되어 건조대상 전극을 일방향으로 이송시켜주는 이송부;
    상기 이송부에 의해 이송되는 전극을 향해 열풍을 분사하여 상기 건조대상 전극을 건조시켜주는 열풍공급부;
    상기 수용공간 내의 온도를 측정해주는 온도측정부;
    상기 수용공간 내에 상기 건조대상 전극을 통과시키기 전 상기 수용공간에 수분을 공급하여, 상기 공급되는 수분의 증발열에 의해 상기 수용공간 내의 온도를 기설정된 기준치로 낮춰 안정화시켜주는 수분공급부; 및
    상기 본체부 내에 설치된 상기 제 구성요소를 제어해주는 제어부;를 포함하는 전극 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열풍공급부는,
    공급되는 외기를 가열해주는 열교환기; 및
    상기 열교환기에 의해 가열된 외기를 상기 수용공간 내에 공급해주는 송풍팬;을 포함하는 전극 건조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열풍공급부는,
    상기 수용공간 내부와 연통된 덕트 내에 설치되어 상기 수용공간 내에 열풍 공급량을 조절해주는 댐퍼;를 더 포함하는 전극 건조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수분공급부는,
    상기 수용공간 내에 공급되는 열풍에 미스트(Mist) 형태의 수분을 함께 포함하여 공급해줄 수 있도록 상기 덕트 내에 설치되는 수분분사노즐;을 포함하는 전극 건조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 덕트의 하부에는,
    상기 수분공급부의 누수발생 시 물을 외부로 배출시킬 수 있도록 드레인 홀;이 구비된 것을 더 포함하는 전극 건조 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수분공급부는,
    초순수(DI Water)가 저장되는 저장탱크; 및
    상기 저장탱크에 저장된 초순수를 공급라인을 통해 상기 수분분사노즐에 공급해주는 공급펌프;를 포함하는 전극 건조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전극 건조 장치는 복수 개가 병렬로 이격 설치되고,
    상기 저장탱크에 저장된 초순수(DI Water)를 상기 공급라인을 통해 상기 복수의 전극 건조 장치에 제각기 공급해주는 것인 전극 건조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전극 건조 장치에 연결되는 공급라인에는 개폐밸브와 유량계가 설치되어, 상기 제어부를 통해 상기 전극 건조 장치에 공급되는 초순수의 총 공급량을 실시간으로 모니터링해줌과 아울러 제어해주는 것인 전극 건조 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 온도측정부는,
    상기 열풍공급부에 의해 공급되는 열풍의 온도를 측정해주는 제1센서;
    상기 수용공간 내의 온도를 측정해주는 제2센서; 및
    상기 수용공간으로부터 배기되는 온도를 측정해주는 제3센서;를 포함하는 전극 건조 장치.
  10. 전극 건조 장치의 수용공간 내에 건조대상 전극을 투입하기 전 상기 수용공간 내의 온도를 측정하는 단계;
    상기 측정된 수용공간 내의 온도가 상기 건조대상 전극의 건조 안정화 수준인 기준치 이상인 경우 수분공급부를 통해 상기 수용공간 내에 수분을 분사하여 냉각하는 단계;
    제어부를 통해 상기 수용공간 내에 공급되는 수분의 증발열에 의해 상기 수용공간 내 온도가 기준치에 도달했는지의 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 수용공간 내 온도가 기준치에 도달한 경우, 상기 수용공간 내에 수분 공급을 중단한 후 상기 수용공간 내에 건조대상 전극을 통과시켜 건조 공정을 실시하는 단계;를 포함하는 전극 건조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 수분공급부는,
    상기 수용공간 내에 공급되는 열풍에 수분을 함께 포함하여 공급해주는 것인 전극 건조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 수용공간을 통해 배기되는 온도 측정치와 상기 기준치를 비교하여 상기 수분공급부를 통해 분사되는 수분량을 조절해주는 것인 전극 건조 방법.
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