KR20220067263A - 가습부를 포함하는 전극 건조 장치 - Google Patents

가습부를 포함하는 전극 건조 장치 Download PDF

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KR20220067263A
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Abstract

본 발명은 전극 건조 장치에 관한 것으로, 전극이 건조되는 공간을 제공하는 건조 오븐; 상기 건조 오븐 내부에 외부 공기를 공급하는 급기 덕트; 상기 급기 덕트와 연통되어, 급기 덕트로 유입되는 외부 공기를 가습하는 가습부; 및 상기 급기 덕트의 일단과 연결되며, 가습된 외부 공기를 가열하는 가열부; 를 포함한다.

Description

가습부를 포함하는 전극 건조 장치{DEVICE FOR DRYING ELECTRODE COMPRING HUMIDIFYING PART}
본 발명은 전극 건조 장치에 관한 것으로, 상세하게는 가습부를 포함하는 전극 건조 장치에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
상기 양극 및 음극은 각각 양극 집전체 및 음극 집전체에 양극 활물질을 포함하는 양극 슬러리 및 음극 활물질을 포함하는 음극 슬러리를 도포한 후, 이를 건조 및 압연하여 형성된다.
고출력의 전지를 구현하기 위해서는, 집전체에 로딩되는 활물질의 양을 증가시키는 방법도 있으나, 그에 앞서 전극 자체의 품질을 높이고 불량 발생을 방지하는 것이 중요하다. 전극의 품질 향상을 위해서는, 활물질층이 코팅된 전극 시트에 대한 건조 과정이 중요하다. 전극 전면에 대한 고른 건조를 통해, 제품간 편차 내지 불량 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 전극 건조 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 전극 건조 장치(1)는 전극이 건조되는 건조 오븐(30), 상기 건조 오븐(30)에 외기를 공급하는 급기 덕트(10) 및 상기 급기 덕트(10)에 의해 공급되는 외기를 가열하는 가열부(20)를 포함한다. 상기 가열부(20)는 건조 오븐(30)에 공급되는 외기를 가열하여 열풍을 생성하게 된다.
이 때 건조 오븐으로 공급되는 열풍의 습도는 오븐 내의 온도와 더불어 전극의 건조 품질에 영향을 주는 중요한 인자이다. 외기의 습도에 따라 열풍의 습도가 달라지고, 열풍의 습도에 따라 오븐 내부의 수증기압이 달라지므로, 열풍의 습도에 차이가 발생하면 건조 완료 시점에 차이가 발생하게 된다. 아울러 건조 오븐 내의 열원으로 적외선 히터를 사용할 경우, 적외선 히터에서 방출되는 적외선의 복사 열량을 오븐 내 수증기가 흡수하기 때문에 오븐 내 습도에 따라 전극으로 공급되는 적외선 복사 열량이 달라지게 된다. 이로 인해 동일한 건조 조건(열풍 온도, 풍량 및 적외선 히터의 출력)에서도 날씨 및 계절의 변화에 따라 미건조 또는 과건조 현상이 발생하게 된다. 종래에는 건조 조건의 조절을 통해 습도에 따른 건조도 차이를 조절하였다.
따라서 오븐 내 공급되는 외기의 습도를 일정하게 할 수 있는 전극 건조 기술을 개발할 필요성이 있다.
한국공개특허 제10-2015-0145078호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 외부 공기의 습도에 상관없이 오븐으로 공급되는 외부 공기의 습도를 일정하게 할 수 있는 전극 건조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 장치는 전극이 건조되는 공간을 제공하는 건조 오븐; 상기 건조 오븐 내부에 외부 공기를 공급하는 급기 덕트; 상기 급기 덕트와 연통되어, 급기 덕트로 유입되는 외부 공기를 가습하는 가습부; 및 상기 급기 덕트의 일단과 연결되며, 가습된 외부 공기를 가열하는 가열부; 를 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 가습부는 급기 덕트 내로 수증기로 이루어진 비말을 공급하는 가습기 또는 고온의 스팀을 공급하는 스팀 장치일 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 가습부는 급기 덕트 내 외부 공기의 흐름을 기준으로 가열부보다 상류에 위치할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 건조 장치는 가습부의 하류에 위치하며, 상기 가습부에 의해 가습된 외부 공기의 절대 습도를 측정하는 제1 습도 센서를 더 포함할 수 있다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전극 건조 장치는 외부 공기의 가습량을 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제어부는 가습기 또는 스팀 장치의 출력 또는 수증기 또는 스팀이 공급되는 공급관의 밸브를 제어할 수 있다.
상기 제어부는 연중 습도가 가장 높은 계절의 절대 습도 값을 기준으로 하여 외부 공기의 가습량을 조절할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 가습부의 상류에 위치하며, 가습 전 외부 공기의 절대 습도를 측정하는 제2 습도 센서를 더 포함할 수 있다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 건조 장치는 상기 급기 덕트와 연통되며, 급기 덕트로 유입되는 외부 공기를 제습하는 제습부를 더 포함할 수 있다.
이 때 상기 제습부는 가습부의 상류에 위치할 수 있다.
또한 본 발명은 전극의 건조 방법을 제공하는바, 본 발명에 따른 전극 건조 방법은 급기 덕트 내로 외부 공기를 유입하는 단계; 상기 외부 공기를 가습하는 단계; 가습된 외부 공기를 가열하는 단계; 및 가열된 공기를 건조 오븐 내로 공급하여 전극을 건조하는 단계를 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 외부 공기를 가습하는 단계는, 급기 덕트 내로 수증기로 이루어진 비말 또는 고온의 스팀을 공급하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 건조 방법은 가습 전 또는 가습 후 외부 공기의 절대 습도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 건조 방법은 측정된 절대 습도를 반영하여 외부 공기의 가습량을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 외부 공기의 가습량은 연중 습도가 가장 높은 계절의 절대 습도 값을 기준으로 하여 조절될 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 외부 공기를 가습하는 단계 이전에, 상기 외부 공기를 제습하는 단계가 수행될 수 있다.
본 발명은 건조 오븐에 연결되는 급기 덕트에 외부 공기를 가습할 수 있는 가습부를 설치함으로써 오븐으로 공급되는 외부 공기의 습도를 일정하게 할 수 있다. 이에 따라 계절 또는 날씨에 관계 없이 전극의 건조 품질을 일정하게 할 수 있다.
도 1은 종래의 전극 건조 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 4는 서로 다른 두 장소의 계절별 절대습도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 장치에서, 급기 덕트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 건조 장치에서, 급기 덕트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 건조 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 건조 장치에서 급기 덕트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명에 따른 전극 건조 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전극 건조 장치(100)는 전극이 건조되는 공간을 제공하는 건조 오븐(140); 상기 건조 오븐(140) 내부에 외부 공기를 공급하는 급기 덕트(110); 상기 급기 덕트(110)와 연통되어, 급기 덕트(110)로 유입되는 외부 공기를 가습하는 가습부(120); 및 상기 급기 덕트(110)의 일단과 연결되며, 가습된 외부 공기를 가열하는 가열부(130); 를 포함한다.
본 발명은 건조 오븐에 연결되는 급기 덕트에 외부 공기를 가습할 수 있는 가습부를 설치함으로써 오븐으로 공급되는 외부 공기의 습도를 일정하게 할 수 있다. 이에 따라 계절 또는 날씨에 관계 없이 전극의 건조 품질을 일정하게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3을 참조하면, 건조 오븐(140)은 챔버 형상으로 전극(101)이 건조되는 공간을 제공한다. 본 발명에서 전극의 제조 및 건조는 롤투롤 방식으로 수행되는바, 전극(101)은 소정의 이송 라인을 따라 건조 오븐(140) 내로 투입되어 건조 오븐(140) 내에서 건조될 수 있다.
상기 건조 오븐(140)은 내부에 전극(101)을 건조하기 위한 열원으로서 열풍 노즐(141)을 구비할 수 있다. 상기 열풍 노즐(141)은 전극(101)의 이송 방향을 따라 일정 간격으로 이격되어 배열될 수 있으며, 전극(101)에 수직한 방향으로 열풍을 인가할 수 있다.
상기 열풍 노즐(141)의 형상 및 구조는 통상의 기술자에게 적절히 설계될 수 있다. 예를 들어, 열풍 노즐(141)은 본체부 및 분사부를 포함한다. 상기 본체부는 열풍 노즐의 몸체를 구성하며, 열풍 노즐을 오븐의 천장에 고정한다. 또한 본체부는 내부가 비어 있으며, 열풍 공급원(미도시)으로부터 전달되는 열풍을 분사부로 전달한다. 한편, 본체부의 하면에는 분사부가 마련된다. 상기 분사부는 본체부와 연통되며, 분사부의 하면에는 열풍이 분사되는 분사구가 형성된다. 상기 분사구는 복수 개의 기공이 일정 간격으로 배열되어 있는 구조일 수 있다.
또한, 상기 건조 오븐(140)은 열풍 노즐(141) 외에 전극을 건조하기 위한 열원으로서 적외선 히터를 더 포함할 수 있다. 한편, 적외선 히터는 적외선을 전극에 조사하는 적외선 램프 및 상기 적외선 램프를 지지 또는 거치하는 거치대를 포함할 수 있다. 적외선 램프의 형태에 특별한 제한은 존재하지 않으며, 열풍 노즐과 적외선 히터의 개수 및 배열 형태는 통상의 기술자에 의해 적절히 설계될 수 있다.
상기 건조 오븐(140)은 다수 개의 건조 존으로 구획될 수 있다. 전극의 건조 과정에서 과건조 또는 미건조 상황이 발생할 경우 건조 세기를 변경해 가면서 전극을 알맞게 건조시킬 필요가 있는데, 건조 오븐을 다수 개의 건조 존으로 구획함으로써 각 건조 존 별로 건조 조건을 독립적으로 관리할 수 있다. 상기 건조 존은 별도의 건조 오븐을 연결한 형태 또는 건조 존 사이에 내벽을 설치하는 방식으로 서로 분획된 공간일 수도 있고, 건조 존에서 수행되는 건조 조건에 따라 추상적으로 구분된 공간일 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극 건조 장치(100)는 건조 오븐(140) 내로 열풍을 공급하기 위한 수단을 더 포함한다. 구체적으로, 전극 건조 장치(100)는 건조 오븐(140) 내부에 외부 공기를 공급하는 급기 덕트(110) 및 상기 급기 덕트(110)의 일단과 연결되며, 외부 공기를 가열하는 가열부(130)를 포함한다.
상기 급기 덕트(110)는 외부 공기가 통과할 수 있는 관 형상이며, 급기 덕트(110)의 입구에는 외부 공기를 급기 덕트(110) 내로 유입시킬 수 있는 급기 팬(111)이 형성되어 있다. 급기 팬(111)에 의해 급기 덕트(110) 내로 유입된 외부 공기는 가열부(130)에 의해 가열된 상태로 열풍 노즐(141)을 통해 건조 오븐(140) 내로 분사된다. 이 때, 가열부(130)는 공지된 것을 적절히 사용할 수 있으며, 예를 들어 열 교환 방식의 가열 장치를 사용할 수 있다.
또한, 급기 덕트(110)의 형상, 구조 및 개수는 통상의 기술자에 의해 적절히 설계될 수 있다. 예를 들어, 도 3과 같이 각 열풍 노즐(141) 별로 급기 덕트(110)가 구비되어 있어, 각각의 급기 덕트(110)로부터 공급된 공기가 이와 연결된 열풍 노즐(141)로부터 개별적으로 분사될 수도 있다. 또는, 건조 오븐 또는 건조 오븐에 형성된 건조 존 별로 한 개의 급기 덕트가 형성되어 있고, 상기 급기 덕트로부터 각 열풍 노즐에 공기가 공급될 수도 있다. 또는, 하나의 메인 급기 덕트로부터 분지된 급기 덕트들이 열풍 노즐과 연결되어 공기가 공급될 수도 있다.
이 때, 건조 오븐(140)으로 공급되는 외부 공기 내의 습도가 날씨 및 계절, 건조 장소에 따라 변화할 수 있다.
도 4는 서로 다른 두 장소의 계절별 절대습도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 중국의 남경과 대한민국의 청주의 계절별 절대습도가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 남경 및 청주 모두 겨울(12월~2월)의 절대습도가 여름(6월~8월)의 절대 습도보다 낮음을 알 수 있다. 아울러, 남경의 연간 절대습도가 청주의 절대습도보다 높은 것을 알 수 있다. 이와 같이 건조가 수행되는 장소 및 계절, 시간에 따른 습도의 차이는 건조 오븐으로 공급되는 외부 공기의 습도에 영향을 미치며, 이는 전극의 건조 품질에 영향을 주게 된다. 따라서 건조 오븐으로 공급되는 외부 공기의 습도를 일정하게 유지함으로써 전극의 건조 품질을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 도 2 및 도 3을 참조하면, 전극 건조 장치(100)는 상기 급기 덕트(110)와 연통되어, 급기 덕트(110)로 유입되는 외부 공기를 가습하는 가습부(120)를 포함한다. 즉 급기 덕트(110)로 유입된 외부 공기를 가습부(120)를 통해 일정 습도를 가지도록 일괄적으로 가습함으로써 건조 오븐(140)으로 공급되는 공기의 습도를 일정하게 유지할 수 있다.
상기 가습부(120)는 외부 공기에 수증기 또는 수분을 공급할 수 있으면 그 종류 및 형태에 특별한 제한은 존재하지 않는다. 예를 들어, 상기 가습부(120)는 급기 덕트(110) 내로 수증기로 이루어진 비말을 공급하는 가습기일 수 있다. 상기 가습기는 내부에 저장된 물을 증발시키거나 잘게 쪼개어 비말 형태로 만든 후 급기 덕트 내로 공급한다. 이 경우 가습기의 종류에 특별한 제한은 존재하지 않으며, 예를 들어 가열식 가습기 또는 초음파 진동식 가습기 등을 사용할 수 있다. 또는, 상기 가습부는 급기 덕트 내로 고온의 스팀을 공급하는 스팀 공급 장치일 수 있다. 스팀 공급 장치의 작동 방식에 관한 내용은 통상의 기술자에게 공지되어 있으므로 자세한 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 장치에서, 급기 덕트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 5를 참조하면, 급기 덕트(110) 내에서 공기는 화살표 방향으로 이동한다. 상기 가습부(120)는 급기 덕트(110)에 공급관을 통해 연결되는 구조이다. 상기 공급관은 급기 덕트(110)와 일체형으로 형성되거나, 별도의 관이 급기 덕트에 결합 후 밀봉된 구조일 수 있다. 또한 상기 가습부(120)는 수증기 또는 스팀이 제조 및 저장되는 본체(121), 수증기 또는 스팀을 급기 덕트 내로 분사하는 노즐(122) 및 수증기 또는 스팀의 공급량을 조절하는 밸브(123)를 포함할 수 있다. 수증기 또는 스팀은 본체(121)에서 생성된 후, 공급관을 통해 급기 덕트(110) 내로 이동한 후 노즐(122)을 통해 분사될 수 있다.
또한, 상기 가습부(120)는 급기 덕트(110) 내 외부 공기의 흐름을 기준으로 가열부(130)보다 상류에 위치한다. 이에 따라 급기 팬(111)을 통해 급기 덕트(110) 내로 유입된 외부 공기는 가습부(120)에 의해 일정 습도를 가지도록 가습되고, 가열부(130)는 가습된 외부 공기를 가열하게 된다.
이와 같이 가습된 공기는 가열부(130)에 의해 가열되기 전에 정해진 수증기량만큼 가습되었는지 확인할 필요가 있다. 이에 본 발명에 따른 전극 건조 장치(100)는 가습부(120)의 하류에 위치하며, 상기 가습부(120)에 의해 가습된 외부 공기의 절대 습도를 측정하는 제1 습도 센서(151)를 포함한다. 상대 습도는 온도에 따라 달라지는 것이므로, 절대 습도를 측정함으로써 가습부(120)에 의해 가습된 외부 공기에 존재하는 수증기의 절대량을 파악할 수 있으며, 가습량을 정확하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 건조 장치(100)는 외부 공기의 가습량을 제어하는 제어부(150)를 포함한다. 상기 제어부(150)는 제1 습도 센서(151)로부터 수신한 절대 습도 정보를 바탕으로 가습부(120)의 운전 조작을 제어해 가습량을 보정할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제어부(150)는 제1 습도 센서(151)에 의해 측정된 외부 공기의 절대 습도 정보 및 목표하는 절대 습도의 기준값이 입력되는 데이터 입력부, 상기 목표하는 절대습도 값과 측정된 절대습도 값을 비교하는 판단부 및 가습부에 조작 명령을 송출하는 명령부를 포함한다.
데이터 입력부는 상기 제1 습도 센서(151)로부터 급기 팬(111)을 통해 급기 덕트(110) 내로 유입된 외부 공기의 절대 습도 측정값 및 외부 공기의 가습량이 적절한지 여부를 판단할 수 있도록 하는 기준값을 입력받을 수 있다. 데이터 입력부를 통해 입력된 절대습도 정도는 판단부에 전송된다.
판단부는 데이터 입력부로부터 전송받은 절대습도 측정값 및 기준값을 비교하여 가습량이 과다한지, 부족한지 또는 정상인지 여부를 결정한다. 또한 판단부는 측정값과 기준값을 비교하여 현재 가습량의 정도를 정량적으로 파악해, 이후 가습량의 증감 정도를 결정한다.
명령부는, 판단부가 결정한 가습량의 증감 정도에 따라 운전 조작 명령을 가습부(120)에 송출한다. 이와 같이 제어부(150)의 명령에 따라 가습부(120)는 가습량을 조절하게 된다. 구체적으로, 상기 제어부(120)는 가습기 또는 스팀 장치의 출력 또는 수증기 또는 스팀이 공급되는 공급관의 밸브(123)를 제어하게 된다.
이 때, 상기 제어부(150)는 연중 습도가 가장 높은 계절의 절대 습도 값을 기준으로 하여 외부 공기의 가습량을 조절한다. 이는 가습량 제어의 편의성을 위한 것이다. 상기 기준값을 연중 습도가 가장 높은 계절의 절대 습도 값으로 설정할 경우 별도의 제습과정 없이 가습 과정만으로 외부 공기 내의 절대 습도를 일정하게 유지할 수 있다. 기준값을 낮게 설정할 경우 기준값보다 습도가 높아지는 계절에는 외부 공기의 가습이 불가능하게 된며, 기준값을 달성하기 위해서는 오히려 외부 공기의 제습을 수행해야 한다.
도 4를 참조하면, 남경의 경우 기준값을 연중 습도가 가장 높은 7월의 절대 습도 값인 22.7g/kg으로 설정할 수 있으며, 청주의 경우 기준값을 연중 습도가 가장 높은 8월의 절대 습도 값인 16.1g/kg으로 설정할 수 있다.
한편, 상기 절대 습도를 측정하는 습도 센서는 가습부의 하류에 배치되어 가습부에 의해 가습된 외부 공기의 절대 습도를 측정할 수도 있지만, 가습부의 상류에 배치되어 가습 전 외부 공기의 절대 습도를 측정할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 건조 장치에서, 급기 덕트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에서 전극 건조 장치(200)는 가습부(120)의 상류에 위치하며, 가습 전 외부 공기의 절대 습도를 측정하는 제2 습도 센서(152)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 습도 센서(152)는 제어부(150)와 연결되어 있어, 가습 전 절대습도 측정값을 제어부(150)로 송출할 수 있다. 제어부(150) 내 데이터 입력부는 이를 송출받아 판단부로 전송하며, 판단부는 가습 전 절대습도 측정값과 기준값을 비교하여 목표하는 절대습도를 달성하기 위한 가습량을 결정할 수 있다. 명령부는 목표하는 절대습도를 달성하기 위한 가습량에 따라 운전 조작 명령을 가습부(120)에 송출한다. 이에 따라 가습기 또는 스팀 장치의 출력 또는 수증기 또는 스팀이 공급되는 공급관의 밸브(123)가 제어된다.
이와 같이 가습부(120)의 상류에 가습 전 외부 공기의 절대 습도를 측정할 수 있는 습도 센서를 추가로 설치함으로써 필요한 가습량을 미리 결정할 수 있다. 이에 따라 초기 단계에서의 오차를 줄일 수 있고, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 건조 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 건조 장치에서 급기 덕트의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 전극 건조 장치(300)는 제습부(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 제습부(160)는 급기 덕트(110) 상에 설치되어 급기 덕트(110)와 연통되며, 급기 덕트(110)로 유입되는 외부 공기를 제습한다.
특히, 본 발명에서, 상기 제습부(160)는 가습부(110)의 상류에 위치하여, 가습 전 외부 공기를 사전 제습할 수 있다. 이와 같이, 가습 전 외부 공기를 사전에 일정 수준으로 제습함으로써, 별도의 측정이나 제어 과정 없이 목표하는 절대 습도 값을 달성하기 위한 가습량을 일괄적으로 결정할 수 있다.
상기 제습부(160)는 공지된 방식으로 급기 덕트(110)로 유입된 외부 공기 내 수증기를 제거할 수 있다. 예를 들어 외부 공기를 필터로 여과한 후, 제습 로터를 사용하여 내부 수증기를 흡착시키는 방식을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이와 같이 급기 덕트(110)로 유입된 후 제습된 외부 공기는 가습부(120)에 의해 가습될 수 있다. 이 때 제습부(160)와 가습부(120) 사이에 제2 습도 센서(152)가 위치하여, 제습된 외부 공기의 절대 습도를 측정할 수 있다. 제어부(150)는 제2 습도 센서(152)로부터 제습된 외부 공기의 절대 습도 측정값을 입력받고, 목표하는 절대 습도 값을 달성하기 위한 기준값과 비교하여 필요한 가습량을 결정할 수 있다. 이어서 제어부(150)는 가습부(120)에 조작 명령을 송출하여, 결정된 가습량만큼 수증기 또는 스팀을 분사할 수 있다. 가습된 외부 공기는 제1 습도 센서(151)를 통해 절대 습도가 다시 측정된다. 이후 외부 공기는 가열부(130)를 거쳐 가열된 후 건조 오븐(140)으로 공급된다.
또한, 본 발명은 전극 건조 방법을 제공한다.
도 9는 본 발명에 따른 전극 건조 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 전극 건조 방법은 급기 덕트 내로 외부 공기를 유입하는 단계(S10); 상기 외부 공기를 가습하는 단계(S20); 가습된 외부 공기를 가열하는 단계(S30); 및 가열된 공기를 건조 오븐 내로 공급하여 전극을 건조하는 단계(S40)를 포함한다.
본 발명은 건조 오븐에 연결되는 급기 덕트에 외부 공기를 가습할 수 있는 가습부를 설치함으로써 오븐으로 공급되는 외부 공기의 습도를 일정하게 할 수 있다. 이에 따라 계절 또는 날씨에 관계 없이 전극의 건조 품질을 일정하게 할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 전극 건조 방법의 각 단계에 대해 자세히 설명한다.
<전극의 제조>
먼저, 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 도포하고, 건조 및 압연하여 전극 합제층을 형성함으로써 전극이 제조된다. 전극 슬러리를 집전체 상에 도포하는 과정은 코팅 다이에 의해 수행될 수 있다. 상기 코팅 다이는 일반적인 슬롯 다이의 형상인 것을 사용할 수 있으며, 구체적인 내용은 통상의 기술자에게 공지된 것이므로 자세한 설명을 생략한다.
상기 집전체는 양극 집전체 또는 음극 집전체일 수 있고, 상기 전극 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다. 또한 상기 전극 슬러리는 전극 활물질 외에 도전재 및 바인더를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 전극은 양극 또는 음극일 수 있는데, 더욱 상세하게는, 활물질의 탈리 이슈가 자주 발생하는 음극일 수 있다.
본 발명에서, 양극 집전체의 경우 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
음극 집전체용 시트의 경우, 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명에서 양극 활물질은, 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
한편, 이와 같은 전극 슬러리는 전극 활물질, 도전재 및 바인더 등을 용매에 용해시켜 제조될 수 있다. 상기 용매는 전극 활물질 등을 분산시킬 수 있는 것이면 그 종류에 특별한 제한은 없으며, 수계 용매 또는 비수계 용매를 모두 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 용매로는 상기 용매는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등일 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율, 작업성 등을 고려하여 슬러리가 적절한 점도를 갖도록 조절될 수 있는 정도이면 되고, 특별히 한정되지 않는다.
<외기의 공급>
한편, 상기 전극의 건조를 위해 건조 오븐 내 열풍 노즐에 가열된 공기를 공급하게 된다. 먼저, 급기 덕트 내로 외부 공기를 유입시킨다. 이는 앞서 설명한 바와 같은 급기 팬에 의해 수행될 수 있다.
이어서, 상기 외부 공기를 가습한다. 여기서 가습이란 외부 공기를 목표하는 절대습도 값에 도달할 때까지 수증기를 공급하는 과정을 의미한다. 구체적으로, 상기 외부 공기를 가습하는 단계는 급기 덕트 내로 수증기로 이루어진 비말 또는 고온의 스팀을 공급하는 것일 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전극 건조 방법은 가습 전 또는 가습 후 외부 공기의 절대 습도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 전극 건조 방법은 측정된 절대 습도를 반영하여 외부 공기의 가습량을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
먼저, 외부 공기가 가습되면, 가습된 외부 공기의 절대 습도가 측정될 수 있다. 이는 가습부의 하류에 설치된 습도 센서에 의해 수행될 수 있다. 전술한 바와 같이 절대 습도를 측정함으로써 가습부에 의해 가습된 외부 공기에 존재하는 수증기의 절대량을 파악할 수 있으며, 가습량을 정확하게 제어할 수 있다.
가습된 외부 공기의 절대 습도가 측정되면, 측정 결과를 바탕으로 외부 공기의 가습량이 조절될 수 있다. 구체적으로 제어부가 상기 절대 습도 측정값을 입력받아 기준값과 비교하여 가습량의 증감 정도를 결정하고, 제어부의 가습량을 조절할 수 있다. 이에 관한 구체적 내용은 전술한 바와 같다.
또한, 외부 공기가 가습된 후 뿐만 아니라, 가습부의 상류에 가습 전 외부 공기의 절대 습도를 측정할 수 있는 습도 센서를 추가로 설치함으로써 가습 전 외부 공기의 절대 습도를 측정하고, 이를 가습량 제어에 활용할 수 있다. 이와 같이 가습 전 외부 공기의 절대 습도를 측정함으로써 이를 기준값과 비교하여 목표하는 절대습도를 달성하기 위한 가습량을 결정할 수 있으며, 초기 단계에서의 오차를 줄일 수 있고, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
한편, 연중 습도가 가장 높은 계절의 절대 습도 값을 기준으로 하여 조절될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 건조 방법은 상기 외부 공기를 가습하는 단계 이전에, 상기 외부 공기를 제습하는 단계가 수행될 수 있다. 가습 전 외부 공기를 사전에 일정 수준으로 제습함으로써, 별도의 측정이나 제어 과정 없이 목표하는 절대 습도 값을 달성하기 위한 가습량을 일괄적으로 결정할 수 있다.
이와 같이 외기의 습도 조절이 완료되면 열 교환기와 같은 가열부를 사용하여 가습된 외부 공기를 가열하고, 가열된 공기를 건조 오븐 내로 공급한다.
한편 앞서 제조된 전극은 건조 오븐 내로 투입되어 건조가 시작된다. 전극은 건조 오븐 내부의 공간을 주행하면서 열풍 또는 적외선에 의해 건조된다.
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 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 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.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.
1, 100, 200, 300: 전극 건조 장치
10, 110: 급기 덕트
20, 130: 가열부
30, 140: 건조 오븐
101: 전극
111: 급기 팬
120: 가습부
121: 본체
122: 노즐
123: 밸브
150: 제어부
151: 제1 습도 센서
152: 제2 습도 센서
160: 제습부

Claims (16)

  1. 전극이 건조되는 공간을 제공하는 건조 오븐;
    상기 건조 오븐 내부에 외부 공기를 공급하는 급기 덕트;
    상기 급기 덕트와 연통되어, 급기 덕트로 유입되는 외부 공기를 가습하는 가습부; 및
    상기 급기 덕트의 일단과 연결되며, 가습된 외부 공기를 가열하는 가열부; 를 포함하는 전극 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가습부는 급기 덕트 내로 수증기로 이루어진 비말을 공급하는 가습기 또는 고온의 스팀을 공급하는 스팀 장치인 전극 건조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가습부는 급기 덕트 내 외부 공기의 흐름을 기준으로 가열부보다 상류에 위치하는 전극 건조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    가습부의 하류에 위치하며, 상기 가습부에 의해 가습된 외부 공기의 절대 습도를 측정하는 제1 습도 센서를 더 포함하는 전극 건조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    외부 공기의 가습량을 조절하는 제어부를 더 포함하는 전극 건조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 가습기 또는 스팀 장치의 출력 또는 수증기 또는 스팀이 공급되는 공급관의 밸브를 제어하는 전극 건조 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 연중 습도가 가장 높은 계절의 절대 습도 값을 기준으로 하여 외부 공기의 가습량을 조절하는 전극 건조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    가습부의 상류에 위치하며, 가습 전 외부 공기의 절대 습도를 측정하는 제2 습도 센서를 더 포함하는 전극 건조 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 급기 덕트와 연통되며, 급기 덕트로 유입되는 외부 공기를 제습하는 제습부를 더 포함하는 전극 건조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제습부는 가습부의 상류에 위치하는 전극 건조 장치.
  11. 급기 덕트 내로 외부 공기를 유입하는 단계;
    상기 외부 공기를 가습하는 단계;
    가습된 외부 공기를 가열하는 단계; 및
    가열된 공기를 건조 오븐 내로 공급하여 전극을 건조하는 단계를 포함하는 전극 건조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 외부 공기를 가습하는 단계는, 급기 덕트 내로 수증기로 이루어진 비말 또는 고온의 스팀을 공급하는 것인 전극 건조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    가습 전 또는 가습 후 외부 공기의 절대 습도를 측정하는 단계를 더 포함하는 전극 건조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    측정된 절대 습도를 반영하여 외부 공기의 가습량을 조절하는 단계를 더 포함하는 전극 건조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    외부 공기의 가습량은 연중 습도가 가장 높은 계절의 절대 습도 값을 기준으로 하여 조절되는 전극 건조 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 외부 공기를 가습하는 단계 이전에, 상기 외부 공기를 제습하는 단계가 수행되는 전극 건조 방법.
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