KR20220005110A - 이차전지 전극 극판 건조 방법 및 건조 시스템 - Google Patents

이차전지 전극 극판 건조 방법 및 건조 시스템 Download PDF

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김성우
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

본 발명은 건조부로 유입되는 초기 급기 풍량을 목표 풍량 이하로 설정하는 급기 풍량 설정단계와, 급기 풍량 설정단계에서 설정되는 초기 급기 풍량에 대응되는 수치로 초기 배기 풍량을 설정하는 배기 풍량 설정단계와, 급기 풍량과 배기 풍량을 급기 풍량 설정단계와 배기 풍량 설정단계에서 설정된 초기 풍량에서 지정된 목표 풍량까지 일정한 시간동안 상승시키는 풍량 조절단계를 포함하여 이루어져, 극판 과건조 및 압력변화로 인한 건조 균일성 저하 문제를 해결 가능한 전극 극판 건조 방법과, 이를 보다 효과적으로 구현 가능한 극판 건조 시스템에 관한 것이다.

Description

이차전지 전극 극판 건조 방법 및 건조 시스템 {Drying Method for Electrode Plate of Secondary Battery and Drying System Thereof}
본 발명은 이차전지 전극 극판의 건조 방법 및 극판 건조 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유량 조절을 통해 극판의 과건조 현상을 방지하고 건조 균일성을 유지할 수 있는 극판 건조 방법과 이를 이용한 극판 건조 시스템에 관한 것이다.
이차전지 전극 극판의 건조는 크게 시간에 따른 변화 없이 정해진 온도와 풍량으로 용매를 건조하는 열량 건조와 건조로 내의 용매 포화량 변동에 따라 온도와 풍량을 변경시키는 농도 건조를 병합하여 사용되지만, 건조로의 용매 포화량이 0인 건조 초기 상태에는 농도 건조량이 크게 되어 일시적으로 과건조가 발생하며, 일시 휴지 후 재 가동시에도 농도 건조량이 크게 되어 과건조에 의한 불량이 일정 시간 발생하게 된다.
현재 대부분의 건조로의 경우 건조부 개소마다 일정한 건조 온도와 풍량으로 건조 조건을 세팅하고, 온도와 풍량을 일정하게 유지한 상태에서 전극 극판을 건조하기 때문에, 건조 초기에 농도건조에 의한 과건조가 발생하여 극판의 갈라짐(Crack), 극판 깨짐, 바인더 마이그레이션(Binder Migration)에 의한 전극 저항 증가 등이 발생하므로, 건조되는 극판의 품질이 저하되는 문제가 발생하였다.
이러한 과건조 현상을 방지하기 위하여 건조부로 유입되는 풍량을 조절 시 건조부 내부 압력이 유입되는 풍량에 대응하여 가변되기 때문에, 건조 균일성이 저하되는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 건조부로 유입되는 풍량의 온도를 조절하여 주는 핫오일의 유량 또한 가변되며 온도가 불안정하게 움직이는 헌팅 현상이 발생하는 문제 또한 발생하였다. 따라서, 이러한 문제를 해결 가능한 새로운 전극 극판 건조 방법과, 극판 건조 방법 실행에 최적화된 극판 건조 시스템의 개발이 필요하다.
국내공개특허공보 제10-2018-0069388호(명칭: 전극 건조 장치, 공개일: 2018.06.25)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 건조 초기 과건조로 발생하는 극판이 깨지거나 갈라지며 극판의 품질이 저하되는 문제점을 해결 가능한 전극 극판 건조 방법과, 이에 최적화된 극판 건조 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 과건조를 방지하기 위하여 건조부로 유입되는 풍량을 조절 시 건조부 내부 압력이 가변되며 건조 균일성이 저하되는 문제점을 해결 가능한 전극 극판 건조 방법과, 이에 최적화된 극판 건조 방법과, 이에 최적화된 극판 건조 시스템을 제공하는 것이다.
그리고, 풍량의 온도를 조절하는 핫오일의 유량이 가변되며 발생하는 온도 헌팅(hunting) 현상을 방지 가능한, 전극 극판 건조 방법과, 이에 최적화된 극판 건조 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 전극 극판 건조 방법은, 건조부로 유입되는 초기 급기 풍량을 목표 풍량 이하로 설정하는 급기 풍량 설정단계(S100); 상기 급기 풍량 설정단계(S100)에서 설정되는 초기 급기 풍량에 대응되는 수치로 초기 배기 풍량을 설정하는 배기 풍량 설정단계(S200); 및 초기 급기 풍량과 초기 배기 풍량을 상기 급기 풍량 설정단계(S100)와 상기 배기 풍량 설정단계(S200)에서 설정된 초기 풍량에서 지정된 목표 풍량까지 일정한 시간동안 상승시키는 풍량 조절단계(S300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 급기 풍량 설정단계(S100)에서의 초기 급기 풍량과 상기 배기 풍량 설정단계(S200)에서의 초기 배기 풍량이 동일하게 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 풍량 조절단계(S300)에서의 급기 풍량 및 배기 풍량 상승은 시간차를 두고 단계적으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 급기 풍량 설정단계(S100)에서 입력된 초기 급기 풍량 정보와, 배기 풍량 설정단계(S200)에서 입력된 초기 배기 풍량 정보와, 설정된 준비시간 및 도달시간 정보를 기반으로 복수개의 풍량 상승단계를 생성하며, 각 풍량 상승단계의 유지 시간을 결정하는 풍량 조절 정보 산출단계(S400)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 풍량 조절 정보 산출단계(S400)에서 결정된 각각의 풍량 상승 단계에 적합한 가열 유체 유량을 산출하는 온도 제어정보 획득단계(S500)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 온도 제어정보 획득단계(S500)에서 획득한 단계별 가열 유체 유량 정보를 이용하여, 가열 유체 유량을 풍량 상승 단계 변화에 대응되는 수치로 조절하여 주는 온도 조절단계(S600)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 극판 건조 시스템은, 유체가 유입되는 유체 공급부(100); 상기 유체 공급부(100)를 통해 공급된 유체를 가열하는 가열부(200); 상기 가열부(200)를 통하여 가열된 유체를 공급받으며 극판의 건조가 이루어지는 건조부(300); 상기 건조부(300)에서 사용된 유체가 배출되는 배출부(400); 상기 유체 공급부(100)를 통해 유입되는 유체와, 상기 배출부(400)를 통하여 배출되는 유체의 양과, 상기 가열부(200)의 열량을 지정된 초기 수치에서 목표 수치까지 단계적으로 조절하는 제어부(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(500)는 초기 급기 풍량과 초기 배기 풍량이 동일하게 설정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(500)는 풍량 조절시 급기 풍량과 배기 풍량 상승을 시간차를 두고 단계적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(500)는 급기 풍량 설정시 입력된 초기 급기 풍량 정보와, 배기 풍량 설정시 입력된 초기 배기 풍량 정보와, 설정된 준비시간 및 도달시간 정보를 기반으로 복수개의 풍량 상승 단계를 생성하고, 각 풍량 상승단계의 유지 시간을 결정하는 풍량 조절 정보 산출부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부(500)는 풍량 조절 정보 산출부에서 결정한 각각의 풍량 상승 단계에 적합한 가열 유체 유량을 산출하는 온도 제어정보 획득부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(500)는 온도 제어정보 획득부에서 획득한 단계별 가열 유체 유량 정보를 이용하여, 가열 유체 유량을 풍량 상승 단계 변화에 대응되는 수치로 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전극 극판 건조 방법 및 극판 건조 시스템은, 건조부로 유입되는 풍량을 일정한 시간 동안 단계적으로 상승시키므로, 휴지 후 건조부 재가동 시 발생하는 과건조 문제를 해결 가능한 장점이 있다.
또한, 급기 풍량과 배기 풍량이 동일하게 유지되므로 건조부 내부의 압력이 가변되어 건조 균일성이 저하되는 문제를 해결 가능한 장점이 있다.
또한, 일정한 시간을 두고 단계적으로 상승하는 풍량에 대응하여 유체의 온도를 조절하는 핫 오일의 유량 상승 또한 단계적으로 조절되므로, 풍량이 단계적으로 상승하며 발생하는 온도 헌팅 현상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 극판 건조 방법을 나타낸 순서도
도 2는 제1 실시예에 따른 전극 극파 극판 건조 방법에 의한 풍량 조절을 설명하기 위한 표
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 극판 건조 시스템을 나타낸 순서도
도 4는 본발명의 제2 실시예에 따른 극판 건조 시스템을 이용한 극판 건조를 설명하기 위한 표
도 5는 위에서 설명한 본 발명인 극판 건조 방법을 사용하기 전과 후의 건조부 위치별 온도를 측정한 그래프
도 6은 건조 과정에서 본 발명인 극판 건조 방법을 사용하기 전과 후의 가스 발생 양을 측정한 그래프
도 7은 본 발명인 극판 건조 시스템을 나타낸 개념도
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전극 극판 건조 방법(S1000)에 관하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 극판 건조 방법(S1000)을 나타낸 순서도이고, 도 2는 전극 극파 극판 건조 방법(S1000)에 의한 풍량 조절을 설명하기 위한 표이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 극판 건조 방법(S1000)은 건조부로 유입되는 초기 급기 풍량을 목표 풍량 이하로 설정하는 급기 풍량 설정단계(S100)와, 상기 급기 풍량 설정단계(S100)에서 설정되는 초기 급기 풍량에 대응되는 수치로 초기 배기 풍량을 설정하는 배기 풍량 설정단계(S200)와, 급기 풍량과 배기 풍량을 상기 급기 풍량 설정단계(S100)와 상기 배기 풍량 설정단계(S200)에서 설정된 초기 풍량에서 지정된 목표 풍량까지 일정한 시간동안 상승시키는 풍량 조절단계(S300)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상세히 설명하면, 이차전지 극판의 건조에는 온도 및 풍량을 이용한 열량건조 방식과 용매 포화량을 이용한 농도건조 방식이 함께 사용된다. 이때, 시스템을 종료 후 재가동 시 건조부 내부의 용매 포화량이 지정된 일정 수치에 미치지 못하기 때문에, 극판이 과건조 되어 불량이 발생하는 문제점이 있으므로, 본 발명에서는 급기 풍량을 목표 풍량 이하로 성정 후 단계적으로 풍량을 증가시키는 방식을 채택하여, 건조부 용매 포화량이 지정된 수치에 미치지 못하는 상태에서 과다한 풍량이 건조부로 유입되며 발생하는 과건조 문제를 해결하였다.
그러나, 단순히 건조부로 유입되는 풍량만을 조절할 경우 건조부 내부 압력이 유입되는 풍량에 따라 가변되어 극판의 건조 균일성이 저해되는 문제점이 있으므로, 상기 풍량 조절단계(S300)에서 건조부로 유입되는 풍량과 건조로 상에서 배출되는 풍량을 동일하게 조절하여 준 것이다.
도 2를 참조하여 다시 한번 설명하면, 상기 급기 풍량 설정단계(S100)와 상기 배기 풍량 설정단계(S200)를 통하여 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 목표 급기 및 배기 풍량 100%를 기준으로 보았을 때, 그 이하로 초기 급기 및 배기 풍량을 설정하여 주면, 준비시간 동안 설정된 초기 급기 및 배기 풍량으로 작동한 후, 도달 시간에 맞춰 단계별 풍량 상승 폭이 결정되며, 이후 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 지정된 풍량 상승 단계에 대응하여 급기 및 배기 풍량이 단계적으로 상승하게 되는 것이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 극판 건조 시스템(S1000)을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본발명의 제2 실시예에 따른 극판 건조 시스템(S1000)을 이용한 극판 건조를 설명하기 위한 표이다. 도 3을 참조하면, 제2 실시예에 따른 극판 건조 시스템(S1000)은 상기 급기 풍량 설정단계(S100)에서 입력된 초기 급기 풍량 정보와, 배기 풍량 설정단계(S200)에서 입력된 초기 배기 풍량 정보와, 입력되거나 미리 설정된 준비시간 및 도달시간 정보를 기반으로 복수개의 풍량 상승 단계를 생성하며, 각 풍량 상승 단계의 유지 시간을 결정하는 풍량 조절 정보 산출단계(S400)와, 상기 풍량 조절 정보 산출단계(S400)에서 결정된 각각의 풍량 상승 단계에 적합한 가열 유체 유량을 산출하는 온도 제어 정보 획득단계(S500)와, 상기 온도 제어 정보 획득단계(S500)에서 획득한 단계별 가열 유체 유량 정보를 이용하여, 가열 유체 유량을 풍량 상승 단계 변화에 대응되는 수치로 조절하여 주는 온도 조절단계(S600)를 더 포함하며, 가열 유체의 온도 조절과 풍량 조절은 동시에 이루어질 수 있다.
상세히 설명하면, 위에서의 풍량은 건조부로 단위시간당 공급되는 유체의 양을 뜻하며, 이러한 유체는 극판 품질 향상을 위하여 건조부 상에 구비된 극판 건조에 최적화된 온도를 유지하여야 한다. 그러나, 건조부로 공급되는 유체의 양이 지속적으로 변화될 경우, 변화되는 유체의 온도를 다시 측정한 후 유체의 온도를 적합한 온도로 조절하여야 하며, 이러한 작업 진행 과정에서 PID 컨트롤과 같은 변동 폭을 최소화 가능한 제어 시스템을 적용하더라도, 온도가 불안정하게 움직이는 헌팅 현상이 발생하기 때문에 온도 변동 폭이 클 뿐만 아니라, 온도 변동 폭이 커지며 가스 발생 농도 또한 적합지 이상으로 높아지는 문제점이 있으므로, 본 발명에서는 상기 온도 제어 정보 획득단계(S500)를 통하여 풍량 조절 정보 산출단계(S400)에서 정해진 단계별 적합 온도 유지에 필요한 가열 유체의 유량을 산출한 후, 상기 온도 조절 단계(S600)에서 풍량 상승에 대응되는 적합한 수치로 가열 유체의 유량을 조절하여 준 것이다.
도 3 및 4를 참조하여 다시 한번 설명하면, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 급기 풍량 설정단계(S100)와, 상기 배기 풍량 설정단계(S200)를 통하여 초기 급기 및 배기 풍량을 설정하여 주면, 상기 풍량 정보 산출단계(S400)에서 입력된 풍량 정보, 그리고 입력되어 있거나 입력된 준비시간 및 도달시간 정보를 기반으로 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 급기 및 배기 풍량이 조절되는 단계를 복수개로 구분하고, 상기 온도 제어 정보 획득 단계(S500)에서 구분된 각각의 단계에 적합한 가열 유체의 유량을 산출되며, 이후 상기 풍량 조절 단계(300)와 상기 온도 조절 단계(600)를 통하여 풍량 조절과 온도 유지를 위한 가열 유체 유량 조절이 동시에 이루어질 수 있게 한 것이다.
도 5에는 위에서 설명한 본 발명인 극판 건조 방법을 사용하기 전과 후의 건조부 위치별 온도를 측정한 그래프가 도시되어 있고, 도 6에는 건조 과정에서 본 발명인 극판 건조 방법을 사용하기 전과 후의 가스 발생 양을 측정한 그래프가 도시되어 있으며, 도 6에서는 본 방법이 FASS로 표시되어 있다.
가열 유체 유량을 단계적으로 조절하는 방법을 적용하지 않았을 때 각 구역별 온도 산포를 나타낸 도 5의 (a)와 본 발명의 온도 제어 정보 획득 단계(S500)를 통하여 복수개로 구분된 각각의 급기 및 배기 풍량 조절 단계(1단계, 2단계, 3단계, 4단계)에 적합한 가열 유체 유량을 산출한 후, 상기 온도 조절 단계(S600)를 통하여 급기 및 배기 풍량 조절과 동시에 가열 유체 유량을 조절한 후의 온도 산포를 나타낸 도 5의 (b)를 비교하면, 본 발명의 핫오일 유량 제어 방법을 적용함으로써 건조기 내의 풍량 변동시에도 각 구역의 온도 헌팅 수준과 산포가 크게 완화 되었음을 알 수 있다.
이는 건조기에서 나오는 바람의 온도가 해당 풍량에 매칭되는 핫오일량으로 셋팅이 되는데, 건조기 풍량에 급속하게 변동이 발생하면 핫오일량이 그 반응성을 따라가지 못해 온도 헌팅이 발생하게 되지만, 본 발명에서와 같이 각 건조기별 풍량에 맞는 핫오일량을 정확하게 매칭해줌으로써, 건조기별 온도 편차가 줄게 되고, 온도 헌팅량이 최소화된 것이다.
도 7은 위에서 설명한 극판 건조 방법에서 사용될 수 있는 극판 건조 시스템을 나타낸 개념도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명인 극판 건조 시스템(1000)은 유체가 유입되는 유체 공급부(100)와, 유체 공급부(100)를 통해 공급된 유체를 가열하는 가열부(200)와, 상기 가열부(200)를 통하여 가열된 유체를 공급받으며 극판의 건조가 이루어지는 건조부(300)와, 상기 건조부(300)에서 사용된 유체가 배출되는 배출부(400)와, 상기 유체 공급부(100)를 통해 유입되는 유체와, 상기 배출부(400)를 통하여 배출되는 유체의 양과, 상기 가열부(200)의 열량을 지정된 초기 수치에서 목표 수치까지 단계적으로 조절하는 제어부(500)를 포함할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 제어부(500)가 상기 급기 풍량 설정단계(S100)와 상기 배기 풍량 설정단계(S200)를 통하여 초기 급기 및 배기 풍량 정보를 수신받은 고, 상기 풍량 조절 정보 산출단계(S400)를 통하여 복수개의 풍량 상승단계와, 각각 단계에 적합한 풍량 정보를 산출하고, 상기 온도 제어정보 획득단계(S500)를 통하여 각각의 풍량 상승단계에 적합한 가열 유체 유량 정보를 산출한 후, 상기 유체 공급부(100), 상기 가열부(200) 및 상기 배출부(400)를 지정된 시점에 지정된 수치로 작동시켜, 각각의 풍량 상승 단계에서 보다 올바른 전극 극판 건조가 진행될 수 있게 한 것이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 유체 공급부 200 : 가열부
300 : 건조부 400 : 배출부
500 : 제어부
S100 : 급기 풍량 설정단계
S200 : 배기 풍량 설정단계
S300 : 풍량 조절단계
S400 : 풍량 조절 정보 산출단계
S500 : 온도 제어 정보 획득단계
S600 : 온도 조절단계

Claims (7)

  1. 건조부로 유입되는 초기 급기 풍량을 목표 풍량 이하로 설정하는 급기 풍량 설정단계;
    상기 급기 풍량 설정단계에서 설정되는 초기 급기 풍량에 대응되는 수치로 초기 배기 풍량을 설정하는 배기 풍량 설정단계; 및
    급기 풍량과 배기 풍량을 상기 급기 풍량 설정단계와 상기 배기 풍량 설정단계에서 설정된 초기 풍량에서 지정된 목표 풍량까지 일정한 시간동안 상승시키는 풍량 조절단계;를 포함하는, 전극 극판 건조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 급기 풍량 설정단계에서의 초기 급기 풍량과 상기 배기 풍량 설정단계에서의 초기 배기 풍량이 동일하게 설정되는, 전극 극판 건조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 풍량 조절단계에서의 급기 풍량 및 배기 풍량 상승은 시간차를 두고 단계적으로 이루어지는, 전극 극판 건조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 급기 풍량 설정단계에서 입력된 초기 급기 풍량 정보와, 배기 풍량 설정단계에서 입력된 초기 배기 풍량 정보와, 설정된 준비시간 및 도달시간 정보를 기반으로 복수개의 풍량 상승단계를 생성하며, 각 풍량 상승단계의 유지 시간을 결정하는 풍량 조절 정보 산출단계를 더 포함하는, 전극 극판 건조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 풍량 조절 정보 산출단계에서 결정된 각각의 풍량 상승 단계에 적합한 가열 유체 유량을 산출하는 온도 제어정보 획득단계를 더 포함하는, 전극 극판 건조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 온도 제어정보 획득단계에서 획득한 단계별 가열 유체 유량 정보를 이용하여, 가열 유체 유량을 풍량 상승 단계 변화에 대응되는 수치로 조절하여 주는 온도 조절단계를 더 포함하는, 전극 극판 건조 방법.
  7. 유체가 유입되는 유체 공급부;
    상기 유체 공급부를 통해 공급된 유체를 가열하는 가열부;
    상기 가열부를 통하여 가열된 유체를 공급받으며 극판의 건조가 이루어지는 건조부;
    상기 건조부에서 사용된 유체가 배출되는 배출부;
    상기 유체 공급부를 통해 유입되는 유체와, 상기 배출부를 통하여 배출되는 유체의 양과, 상기 가열부의 열량을 지정된 초기 수치에서 목표 수치까지 단계적으로 조절하는 제어부;를 포함하는, 극판 건조 시스템.
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