KR20220157008A - Apparatus for drying electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전극 건조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode drying device.
좀 더 구체적으로, 본 발명은 열풍 및 다파장을 갖는 광을 이용하여 전극 집전체 상에 도포된 슬러리를 균일하게 건조시키는 전극 건조장치에 관한 것이다.More specifically, the present invention relates to an electrode drying apparatus that uniformly dries a slurry applied on an electrode current collector using hot air and light having multiple wavelengths.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기 방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. Batteries have been commercialized and are widely used.
한편, 최근에는 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량 및 디젤 차량 등을 포함하는, 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소금속(Ni-MH) 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 되어 있다.On the other hand, in recent years, as interest in environmental issues has increased, electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles that can replace vehicles using fossil fuels, including gasoline vehicles and diesel vehicles, which are one of the main causes of air pollution, A lot of research is being conducted on automobiles (HEVs). Although nickel metal hydride (Ni-MH) secondary batteries are mainly used as power sources for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs), lithium secondary batteries with high energy density, high discharge voltage and output stability are used. Research is being actively conducted, and some of them are commercialized.
리튬 이차전지(이하에서는 “이차전지”로 지칭함)는 전극 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극 조립체에 리튬염을 포함하는 비수계 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다.A lithium secondary battery (hereinafter referred to as a “secondary battery”) is an electrode assembly in which a porous separator is interposed between a positive electrode and a negative electrode on which an active material is applied on an electrode current collector, respectively, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt is impregnated. It consists of a structure with
이차전지의 양극 활물질로는 리튬 코발트계 산화물, 리튬 망간계 산화물, 리튬 니켈계 산화물, 리튬 복합 산화물 등이 사용되고 있고, 음극 활물질로는 탄소재료가 주로 사용되고 있으며, 규소 화합물, 황 화합물 등의 사용도 고려되고 있다.Lithium cobalt-based oxide, lithium manganese-based oxide, lithium nickel-based oxide, and lithium composite oxide are used as cathode active materials of secondary batteries, and carbon materials are mainly used as anode active materials, and silicon compounds and sulfur compounds are also used. is being considered
이러한 이차전지의 전극을 제조하는 방법으로는, 활물질, 도전재 및 바인더 등을 솔벤트에 분산시켜 슬러리를 제조한 다음, 전극 집전체에 직접 도포 및 건조시켜 이차 전지를 제조한다.As a method for manufacturing an electrode of a secondary battery, a slurry is prepared by dispersing an active material, a conductive material, and a binder in a solvent, and then directly coated and dried on an electrode current collector to manufacture a secondary battery.
일반적으로 종래의 전극 집전체 상에 도포된 슬러리를 건조하는 방식으로 열풍을 이용한 열풍 건조 방식을 채용하고 있다.In general, a hot air drying method using hot air is employed as a method of drying a slurry applied on a conventional electrode current collector.
좀 더 구체적으로, 종래의 열풍 건조 방식은 열풍 노즐을 이용하여 전극 집전체 상에 도포된 슬러리 상에 열풍을 공급함으로써 슬러리에 함유된 솔벤트를 제거하는 방식으로 슬러리를 건조시킨다.More specifically, in the conventional hot air drying method, the slurry is dried by supplying hot air to the slurry applied on the electrode current collector using a hot air nozzle to remove the solvent contained in the slurry.
도 1은 종래의 열풍 건조 방식에 의해 건조된 슬러리의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the structure of a slurry dried by a conventional hot air drying method.
도 1을 참조하면, 종래의 열풍 건조 방식에 의해 전극 집전체(G)에 도포된 슬러리(S)를 건조할 경우, 예를 들어, 열풍 노즐(미도시)에 의해 공급되는 열풍의 유속이 느린 경우에는 슬러리를 건조시키는 시간이 길어짐에 따라, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 슬러리(S)의 점성에 의한 흐름에 의해 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분의 두께가 중앙 부분보다 점차 얇아지게 된다. 이로 인해, 리튬 이온이 석출되는 석출상 구조(dendrite)가 형성될 수 있으며, 이러한 석출상 구조는 이차전지의 사이클 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 양극과 음극을 단선시키는 문제점이 있다.Referring to FIG. 1, when drying the slurry S applied to the electrode current collector G by a conventional hot air drying method, for example, the flow rate of hot air supplied by a hot air nozzle (not shown) is slow In this case, as the time for drying the slurry becomes longer, as shown in (a) of FIG. gradually become thinner. As a result, a dendrite structure in which lithium ions are deposited may be formed, and such a dendrite structure not only deteriorates the cycle performance of the secondary battery, but also has a problem of disconnection between the positive electrode and the negative electrode.
한편, 상술한 문제점의 발생을 방지하기 위하여, 열풍 노즐에 의해 공급되는 열풍의 유속을 빠르게 할 경우에는, 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분의 열풍 유속이 슬러리(S)의 중앙 부분의 열풍 유속보다 상대적으로 빨라지면서 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분이 중앙부분 보다 먼저 건조가 완료된다. 이 경우, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 슬러리(S)의 중앙 부분에 존재하는 활물질이 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분으로 이동되어 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분이 두께가 중앙부분 보다 두꺼워지면서 돌출부(P)가 형성될 수 있으며, 이러한 돌출부(P)는 외부 압력이나 진동에 의해 분리막을 뚫고 나가 양극과 음극을 서로 연결하여 전극의 내부 쇼트를 일으켜 이차전지의 안전성을 저하시키는 문제점이 있다.On the other hand, in order to prevent the above-described problem from occurring, when the flow rate of the hot air supplied by the hot air nozzle is increased, the flow rate of the hot air at both edge portions in the width direction of the slurry (S) is the hot air at the center of the slurry (S) As the flow rate is relatively higher than the flow rate, the widthwise edge portions of both sides of the slurry (S) are completed earlier than the central portion. In this case, as shown in (b) of FIG. 1, the active material present in the central portion of the slurry (S) is moved to both edge portions in the width direction of the slurry (S), and both edge portions in the width direction of the slurry (S) As this thickness becomes thicker than the central part, a protrusion (P) can be formed, and this protrusion (P) penetrates the separator by external pressure or vibration and connects the positive and negative electrodes to each other, thereby causing an internal short circuit of the electrode, resulting in a secondary battery. There is a problem that reduces safety.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 열풍 및 다파장을 갖는 광을 이용하여 전극 집전체 상에 도포된 슬러리를 건조시킴으로써, 슬러리에 함유된 솔벤트를 균일하게 건조시킬 수 있는 전극 건조장치를 제공하는데 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to dry the slurry applied on the electrode current collector using hot air and light having multiple wavelengths, so that the solvent contained in the slurry is uniformly It is to provide an electrode drying device capable of drying.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치는 전극 집전체 상에 도포된 슬러리 상에 열풍을 공급하여 상기 슬러리를 건조시키는 적어도 하나의 열풍 노즐이 구비된 열풍 노즐부; 상기 슬러리의 폭방향 양측 모서리 부분에 다파장을 갖는 광을 공급하는 적어도 하나의 광대역 광원이 구비된 광대역 광원부; 상기 열풍 노즐과 연결되며, 상기 열풍 노즐을 구동시키는 열풍 구동부; 상기 광대역 광원과 연결되며, 상기 광대역 광원을 구동시키는 광원 구동부; 및 상기 열풍 구동부 및 상기 광원 구동부의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 적어도 하나의 광대역 광원은 상기 슬러리의 폭방향 양측 모서리 부분을 상기 열풍에 의한 건조보다 빠르게 건조시키는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the electrode drying apparatus according to an embodiment of the present invention supplies hot air to the slurry applied on the electrode current collector to dry the slurry. A hot air nozzle equipped with at least one hot air nozzle wealth; a broadband light source unit provided with at least one broadband light source supplying light having multiple wavelengths to both corner portions of the slurry in the width direction; a hot air driver connected to the hot air nozzle and driving the hot air nozzle; a light source driver connected to the broadband light source and driving the broadband light source; and a control unit controlling operations of the hot air driving unit and the light source driving unit, wherein the at least one broadband light source dries both corner portions of the slurry in the width direction faster than drying by the hot air.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치를 사용하면 다음과 같은 장점이 달성된다.The following advantages are achieved by using the electrode drying apparatus according to an embodiment of the present invention.
1. 열풍 및 다파장 광을 이용하여 전극 집전체에 도포된 슬러리를 건조시킴에 따라, 슬러리를 전체적으로 균일하게 건조시킬 수 있다.1. As the slurry applied to the electrode current collector is dried using hot air and multi-wavelength light, the slurry can be uniformly dried as a whole.
2. 자외선 영역에서 근적외선 영역까지 다양한 파장대역을 갖는 파장의 광이 조사되는 광대역 광원을 사용하여, 슬러리의 폭방향 양측 부분을 빠르게 건조시킴에 따라, 슬러리의 폭방향 양측 모서리 부분의 두께가 얇아지거나 두꺼워지는 현상을 최대한 방지할 수 있다.2. As the slurry is quickly dried on both sides in the width direction by using a broadband light source irradiating light with wavelengths ranging from the ultraviolet region to the near infrared region, the thickness of the edge portions on both sides in the width direction of the slurry becomes thinner or Thickening can be prevented as much as possible.
3. 종래 기술에 비해 현저하게 빠른 슬러리의 건조가 가능하므로 건조 공정 시간(tact time)이 크게 감소되며, 건조로의 건조공간도 최소화가 가능해짐에 따라 건조로 설치에 요구되는 비용도 최소화된다.3. Since slurry can be dried significantly faster than in the prior art, the drying process time (tact time) is greatly reduced, and as the drying space in the drying furnace can be minimized, the cost required for installing the drying furnace is also minimized.
4. 상술한 1 내지 3의 장점으로 인해 최종 제품(예를 들어, 리튬 이차전지)의 전체 제조 시간 및 비용이 크게 절감된다.4. Due to the above-mentioned advantages of 1 to 3, the total manufacturing time and cost of the final product (eg, lithium secondary battery) is greatly reduced.
도 1은 종래의 열풍 건조 방식에 의해 건조된 슬러리의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광대역 광원이 전극 집전체의 상부에서 전극 집전체의 이송방향에 대해 수평한 방향 및/또는 수직한 방향으로 배열되는 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원을 이용한 광의 파장 대역을 나타낸 그래프이다.
도 7은 종래 기술에 따른 열풍 건조 방식에서의 열의 이동 상태와, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원을 이용한 광의 조사 상태를 비교하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 광원 구동부에 복수의 광대역 광원이 직렬 방식 또는 병렬 방식으로 연결된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 방식이 적용된 전극 건조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 종래의 열풍 건조 방식을 이용하여 건조된 슬러리의 폭방향 양측 모서리 부분의 상태와, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치의 광대역 광원을 이용하여 건조된 슬러리의 폭방향 양측 모서리 부분의 상태를 촬영한 이미지를 비교하여 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing the structure of a slurry dried by a conventional hot air drying method.
2 is a diagram schematically showing the structure of an electrode drying apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 to 5 schematically show a configuration in which a plurality of broadband light sources are arranged in a horizontal direction and/or a vertical direction with respect to the transport direction of the electrode current collector on top of the electrode current collector according to an embodiment of the present invention. it is a drawing
6 is a graph showing a wavelength band of light using a broadband light source according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph for explaining a comparison between a heat transfer state in a hot air drying method according to the prior art and a light irradiation state using a broadband light source according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram schematically illustrating a state in which a plurality of broadband light sources are connected in a serial or parallel manner to one light source driving unit according to an embodiment of the present invention.
9 is a view schematically showing the structure of an electrode drying apparatus to which a roll-to-roll method is applied according to an embodiment of the present invention.
10 is a state of both edge portions in the width direction of the slurry dried using a conventional hot air drying method, and both edge portions in the width direction of the slurry dried using a broadband light source of an electrode drying apparatus according to an embodiment of the present invention It is a diagram showing the comparison of images taken in the state of.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that in the accompanying drawings, the same components are indicated by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically showing the structure of an electrode drying apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치(100)는 전극 집전체(G) 상에 도포된 슬러리(S) 상에 열풍을 공급하여 상기 슬러리(S)를 건조시키는 적어도 하나의 열풍 노즐(111)이 구비된 열풍 노즐부(110); 상기 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분에 다파장을 갖는 광을 공급하는 적어도 하나의 광대역 광원(121)이 구비된 광대역 광원부(120); 상기 열풍 노즐(111)과 연결되며, 상기 열풍 노즐(111)을 구동시키는 열풍 구동부(130); 상기 광대역 광원(121)과 연결되며, 상기 광대역 광원(121)을 구동시키는 광원 구동부; 및 상기 열풍 구동부(130) 및 상기 광원 구동부의 동작을 제어하는 제어부(150);를 포함하며, 상기 적어도 하나의 광대역 광원(121)은 상기 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분을 상기 열풍에 의한 건조보다 빠르게 건조시키는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 2, the
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치(100)의 구체적인 구성 및 동작을 상세히 기술한다.Hereinafter, specific configuration and operation of the
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치(100)는 열풍 노즐부(110), 광대역 광원부(120), 열풍 구동부(130), 광원 구동부(140), 및 제어부(150)를 포함할 수 있다.Referring back to FIG. 2, the
본 발명의 일 실시예에 따른 열풍 노즐부(110)는 전극 집전체(G) 상에 도포된 슬러리(S) 상에 열풍을 공급하여 상기 슬러리(S)를 건조시키는 적어도 하나의 열풍 노즐(111)이 구비될 수 있다.The hot
열풍 노즐(111)은 후술하는 열풍 구동부(130)와 연결되며, 열풍 구동부(130)의 동작에 의해 열풍을 슬러리(S)의 표면에 공급할 수 있다. 이때, 도시되지는 않았지만, 열풍 구동부(130)는 열풍을 생성하기 위한 히터가 내장된 열풍 생성장치(미도시)와 연결될 수 있다. 물론, 열풍을 생성함에 있어서, 열풍 노즐(111) 내부에 히터(미도시)를 구비하여 열풍 노즐(111) 내부에서 열풍을 생성하여 슬러리(S)로 공급할 수도 있다.The
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열풍 노즐(111)은 복수개가 사용될 수 있으며, 이러한 복수의 열풍 노즐(111)은 전극 집전체(G)의 상부측에 배치될 수 있다.3 to 5, a plurality of
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 열풍 노즐(111)이 전극 집전체(G)의 상부에서 전극 집전체(G)의 이송방향에 대해 수평한 방향 및/또는 수직한 방향으로 배열되는 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.3 to 5 show a plurality of
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 열풍 노즐(111)은 전극 집전체(G)의 상부에서 전극 집전체(G)의 이송방향에 대해 수직한 방향으로 배열되거나(도 3 참조), 전극 집전체(G)의 상부에서 전극 집전체(G)의 이송방향에 대해 수평한 방향으로 배열될 수 있다. (도 4 참조) 또한, 복수의 열풍 노즐(111)은 전극 집전체(G)의 상부에서 전극 집전체(G)의 이송방향에 대해 일부는 수직한 방향으로 그리고 나머지 일부는 수평한 방향으로 배열될 수 있다. (도 5 참조) 도 5의 실시예에서는, 복수의 열풍 노즐(111)의 일부가 전극 집전체(G)의 이송방향에 대해 수직한 방향으로 배열되고, 순차적으로 복수의 광대역 광원(121)의 나머지 일부가 전극 집전체(G)의 이송방향에 대해 수평한 방향으로 배열되는 것으로 예시적으로 도시되어 있지만, 당업자라면 복수의 열풍 노즐(111)의 일부가 전극 집전체(G)의 이송방향에 대해 수평한 방향으로 배열되고, 순차적으로 복수의 열풍 노즐(111)의 나머지 일부가 전극 집전체(G)의 이송방향에 대해 수직한 방향으로 배열될 수 있다는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다.The plurality of
열풍 구동부(130)는 복수의 열풍 노즐(111)과 연결될 수 있으며, 복수의 열풍 노즐(111)을 구동시킬 수 있다.The
이러한 열풍 구동부(130)는 구동 팬 형태로 구현될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다는 점에서 유의하여야 한다. It should be noted that the
제어부(150)는 열풍 구동부(130)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로 제어부(150)는 열풍이 생성되도록 열풍 생성장치를 제어하고, 생성된 열풍이 열풍 노즐(111)을 통해 슬러리(S)로 공급될 수 있도록 열풍 구동부(130)를 제어할 수 있다.The
상기와 같이 열풍이 슬러리(S)로 공급되면, 공급된 열풍에 의하여 슬러리(S)에 함유된 솔벤트가 기화되면서 슬러리(S)가 건조될 수 있다.When the hot air is supplied to the slurry (S) as described above, the slurry (S) may be dried while the solvent contained in the slurry (S) is vaporized by the supplied hot air.
한편, 열풍 노즐(111)에 의해 공급되는 열풍에 의해 슬러리(S)를 건조할 경우, 슬러리(S)에 공급되는 열풍 유속에 따라 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분의 두께가 중앙부분보다 점차 얇아지거나 두꺼워지는 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, when the slurry (S) is dried by the hot air supplied by the
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치(100)는 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분을 광대역 광원(121)을 이용하여 빠르게 건조시킬 수 있도록 한다.The
이러한 광대역 광원부(120)는 전극 집전체(G) 상에 도포된 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분을 향해 광대역 파장대역의 다파장을 갖는 광을 조사하여 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분에 함유되어 있는 솔벤트를 제거하는 광대역 광원(121) 및 상기 광대역 광원(121)이 수용되는 하우징(122)을 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원부(120)는 적어도 하나 이상의 광대역 광원(121)을 포함할 수 있다.The broadband
이러한 광대역 광원(121)은 전극 집전체(G)의 상부에 배치되되, 전극 집전체(G)의 폭방향 양측 모서리 부분에 각각 제공될 수 있다. The
한편, 도 3을 참조하면, 전극 건조장치(100)의 부피 및 길이에 따라 광대역 광원(121)은 예들 들어, 150mm 정도의 길이가 짧은 광대역 광원(121)을 이용할 수도 있고, 예를 들어, 350~800mm의 정도의 길이가 긴 광대역 광원(121)을 이용할 수도 있다. On the other hand, referring to FIG. 3, depending on the volume and length of the
좀 더 구체적으로, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 짧은 길이를 가진 복수의 광대역 광원(121)은 복수의 열풍 노즐(111)을 사이에 두고 복수의 열풍 노즐(111) 전방 양측에 각각 배치될 수 있다. 물론, 당업자라면, 짧은 길이를 가진 복수의 광대역 광원(121)이 복수의 열풍 노즐(111)을 사이에 두고 복수의 열풍 노즐(111) 후방 양측에 각각 배치될 수 있는 것을 충분히 이해할 수 있을 것이다. More specifically, as shown in (a) of FIG. 3, the plurality of broadband
한편, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 긴 길이를 가진 복수의 광대역 광원(121)은 복수의 열풍 노즐(111)을 사이에 두고 복수의 열풍 노즐(111) 양측에 각각 배치될 수 있다.On the other hand, as shown in (b) of FIG. 3, a plurality of broadband
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 광대역 광원(121) 각각에서 조사되는 광의 파장대역은 자외선 파장대역에서 근적외선 파장대역까지를 포함할 수 있다.A wavelength band of light irradiated from each of the plurality of broadband
좀 더 구체적으로, 광대역 광원(121)의 파장대역은 예를 들어, 300nm 내지 1200nm의 범위를 포함하는 파장대역일 수 있다.More specifically, the wavelength band of the
본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원(121)은 Xe, Kr, Ar, Ne, 및 He 중 적어도 하나의 불활성 가스를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 광대역 광원(121)으로 Xe 가스가 포함된 제논 램프가 사용될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다는 점에 대해 유의하여야 한다.The
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원(121)을 이용한 광의 파장 대역을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing a wavelength band of light using the
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원(121)을 이용하면, 자외선 파장대역에서 근적외선 파장대역을 포함하는 300-1200nm의 파장대역의 다파장을 갖는 광이 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분 상으로 조사됨에 따라, 열풍에 의한 건조에 비해 전체 에너지 조사량이 많아지고 또한 전체 에너지의 세기도 증가하여 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분에서 슬러리(S) 표면 및 내부의 동시 건조가 가능하여 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분을 빠르게 건조시킬 수 있게 된다. Referring to FIG. 6, when the
상술한 도 6에 도시된 그래프는 광대역 광원(121)으로 Xe 가스가 포함된 제논 램프에 1,000V의 전압을 인가한 경우에 얻어진 그래프이다.The above-described graph shown in FIG. 6 is a graph obtained when a voltage of 1,000V is applied to a xenon lamp containing Xe gas as the
도 7을 참조하면, 도 7은 열풍 노즐(111)에서의 열의 이동 상태와, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원(121)을 이용한 광의 조사 상태를 비교하여 설명하기 위한 그래프이다.Referring to FIG. 7 , FIG. 7 is a graph for explaining a comparison between a heat transfer state in the
좀 더 구체적으로, 도 7의 (a)를 참조하면, 열풍 노즐(111)에 의해 공급된 열풍이 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분에 대해 수평한 방향으로 공급된다. 그에 따라, 열풍과 접촉되는 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분에서의 표면부터 건조가 시작되기 때문에 슬러리(S)의 내부에 존재하는 솔벤트가 건조된 표면을 뚫고 빠져 나오는 것이 어려워 곧바로 제거될 수 없고, 열풍에 의해 슬러리(S)의 표면으로 공급된 열이 전도에 의해 슬러리(S) 내부로 전달되면서 슬러리(S) 내부의 솔벤트가 가열되어 제거되기 위해서는 상당한 시간이 요구되어, 궁극적으로 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분의 건조시간이 현저하게 길어지게 된다.More specifically, referring to FIG. 7 (a), the hot air supplied by the
그러나, 도 7의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광대역 광원(121)을 이용하는 경우, 광대역 광원(121)으로부터 다양한 범위의 파장대역(구체적으로는, 도 6에 도시된 바와 같이, 300-1200nm 범위의 파장 대역)을 포함하는 다파장을 갖는 광이 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분에서 슬러리(S)의 표면에 조사될 뿐만 아니라, 조사된 광이 내부로 투과되어 흡수되기에 충분한 에너지를 갖기 때문에 슬러리(S) 폭방향 양측 모서리 부분에서 슬러리(S)의 표면과 내부를 동시에 건조시키는 것이 가능하여, 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분을 열풍만으로 건조시키는 것보다 빠르게 건조시킬 수 있게 된다.However, referring to (b) of FIG. 7 , when using the
즉, 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분에서 중앙 부분보다 빠르게 건조됨으로써, 열풍에 의해 슬러리(S)의 중앙 부분이 건조되는 동안 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분은 건조가 완료되어 건조된 상태의 형상을 유지할 수 있게 된다.That is, the width direction edge portions of the slurry (S) are dried faster than the central portion, so that while the central portion of the slurry (S) is dried by hot air, the width direction edge portions of the slurry (S) are completely dried and dried It can retain its shape.
따라서, 종래기술에서 열풍에 의한 건조 시 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분에서 슬러리(S)의 흐름성으로 인해 두께가 점차 얇아지거나 활물질이 이동되어 두께가 두꺼워지는 현상이 최대한 방지될 수 있다.Therefore, in the prior art, when drying by hot air, the thickness of the slurry (S) gradually becomes thinner due to the flowability of the slurry (S) at the edges of both sides in the width direction of the slurry (S) or the active material is moved to increase the thickness. It can be prevented as much as possible. .
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 구동부(140)는 광대역 광원(121)과 연결되며, 광대역 광원(121)을 구동시킬 수 있다.Referring to FIG. 8 , the
좀 더 구체적으로, 도 8의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치(100)(도 2 참조)에서는, 도 3 내지 도 5에 도시된 복수의 광대역 광원(121)이 하나의 광원 구동부(140)와 병렬 방식 (도 8의 (a) 참조) 또는 직렬 방식(도 8의 (b) 참조)으로 연결되어, 하나의 광원 구동부(140)가 복수의 광대역 광원(121)을 구동시킬 수 있다. More specifically, referring to (a) and (b) of FIG. 8, in the electrode drying apparatus 100 (see FIG. 2) according to an embodiment of the present invention, the plurality of the plurality of The
물론, 하나의 광원 구동부(140)에 하나의 광대역 광원(121)을 연결시켜 구동하는 것도 가능하지만, 전극 건조장치(100)의 전체적인 사이즈를 축소시키기 위해서는 하나의 광원 구동부(140)에 복수의 광대역 광원(121)을 병열 방식 또는 직렬 방식으로 연결시켜 구동하는 것이 바람직하다.Of course, it is possible to connect and drive one
다시 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(150)는 광원 구동부(140)의 동작을 제어할 수 있으며, 일 예로 제어부(150)는 마이크로 제어 유닛(micro control unit, MCU)으로 구현될 수 있다.Referring back to FIG. 2 , the
제어부(150)는 펄스폭 변조(pulse width modulation, PWM) 방식을 사용하여 광원 구동부(140)를 제어함으로써 복수의 광대역 광원(121)에서 조사되는 광의 조사량을 제어할 수 있다.The
한편, 제어부(150)는 복수의 광대역 광원(121)에 대해 구동 주파수를 1-20Hz의 범위, 온타임(On-Time) 제어시간을 300-1000㎲의 범위, 허용전류를 100-1,200A의 범위, 및 방전전압을 500-2,000V의 범위 내에서 제어할 수 있다.On the other hand, the
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치(100)(도 2 참조)는, 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치(100)(도 2 참조)는 열풍 노즐부(110) 및 광대역 광원부(120)가 건조챔버(160) 내에 제공되며, 슬러리(S)가 도포된 전극 집전체(G)를 건조 챔버(300) 내로 연속적으로 투입하여 건조하는 롤투롤(R2R) 방식으로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 9, the electrode drying apparatus 100 (see FIG. 2) according to an embodiment of the present invention, for example, the
이때, 전극 건조장치(100)는 전극 집전체(G)를 건조챔버(160)의 내부로 연속적으로 공급하기 위한 언와인더(171) 및 리와인더(172)를 포함할 수 있다.At this time, the
좀 더 구체적으로, 언와인더(171)는 롤(roll)의 형태로 구현될 수 있으며, 롤 상에 감겨 있는 전극 집전체(G)를 연속적으로 풀어주어 건조챔버(160) 내로 공급할 수 있다. 리와인더(172)는 건조챔버(160) 내에서 건조를 마친 전극 집전체(G)를 연속적으로 감아서 회수할 수 있다. 즉, 전극 집전체(G)는 언와인더(170)에서 건조챔버(160) 내로 공급되고, 건조챔버(160) 내에서 건조공정이 종료된 후 리와인더(172)에서 연속적으로 회수된다.More specifically, the
이때, 전극 건조장치(100)의 광대역 광원부(120)가 제공된 건조챔버(160)는 전극 집전체(G)가 투입되는 투입구(161) 및 건조가 완료된 전극 집전체(G)가 배출되는 배출구(162)를 구비할 수 있다. At this time, the drying
건조챔버(160)의 내부에는 소정의 건조공간(163)이 형성될 수 있으며, 건조공간은(163) 대략 육면체의 공간으로 슬러리(S)가 도포된 전극 집전체(G)의 형상과 대응되는 평면 형상을 가질 수 있지만, 이에 제한하지 않는다는 점에 유의하여야 한다.A
즉, 도 9에 도시된 롤투롤 방식으로 구현된 전극 건조장치(100)에서는, 슬러리(S)가 도포된 복수의 전극 집전체(G)가 언와이더(171) 및 리와이더(172)의 동작에 의해 연속적으로 공급되어 전극 건조장치(100)의 내부를 통과할 수 있다. 그에 따라, 전극 건조장치(100)(도 2 참조)에 제공된 열풍 노즐부(110) 및 광대역 광원(121)에 의해 복수의 전극 집전체(G) 상에 도포된 각각의 슬러리(S)에 대한 연속적인 건조 공정의 수행이 가능하게 되어, 전체 공정 시간의 크게 단축되는 것은 물론 양호한 최종 제품(예를 들어, 리튱 이차전지)의 양산이 가능해진다.That is, in the
도 9에서의 미설명 부호 N은 집전체(G) 상에 슬러리(S)를 도포하는 도포 노즐을 나타낸 것이다.Reference numeral N in FIG. 9 denotes a coating nozzle that applies the slurry S onto the current collector G.
도 10은 종래의 열풍 건조 방식을 이용하여 건조된 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분의 상태와, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치의 광대역 광원(121)을 이용하여 건조된 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분의 상태를 촬영한 이미지를 비교하여 나타낸 도면이다.10 shows the state of both edge portions in the width direction of the slurry S dried using a conventional hot air drying method, and the slurry dried using the
즉, 도 10의 (a)의 촬영 이미지에서 나타난 바와 같이, 종래의 열풍 건조 방식을 이용하여 건조된 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분은 수평면에 대해 대략 14도 각도로 형성되어 중앙 부분에 비해 두께가 얇아지는 부분의 길이가 상당히 길어지는 것을 나타내고 있는 반면, 도 10의 (b)의 촬영 이미지에서 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조장치의 광대역 광원(121)을 이용하여 건조된 슬러리(S)의 폭방향 양측 모서리 부분은 수평면에 대해 대략 78도로 형성되어 중앙 부분에 비해 두께가 얇아지는 부분의 길이가 현저하게 감소된 것을 나타내고 있다. That is, as shown in the photographed image of FIG. 10 (a), both edge portions in the width direction of the slurry (S) dried using the conventional hot air drying method are formed at an angle of about 14 degrees to the horizontal plane, so that the center portion On the other hand, as shown in the photographed image of FIG. 10 (b), the
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예 따른 전극 건조장치는 열풍 및 다파장 광을 이용하여 전극 집전체에 도포된 슬러리를 건조시킴에 따라, 슬러리를 전체적으로 균일하게 건조시킬 수 있다.As described above, the electrode drying apparatus according to an embodiment of the present invention dries the slurry applied to the electrode current collector using hot air and multi-wavelength light, so that the slurry can be uniformly dried as a whole.
또한, 자외선 영역에서 근적외선 영역까지 다양한 파장대역을 갖는 파장의 광이 조사되는 광대역 광원을 사용하여, 슬러리의 폭방향 양측 부분을 빠르게 건조시킴에 따라, 슬러리의 폭방향 양측 모서리 부분의 두께가 얇아지거나 두꺼워지는 현상을 최대한 방지할 수 있다.In addition, as the slurry is quickly dried on both sides in the width direction by using a broadband light source irradiating light of a wavelength having a variety of wavelengths from the ultraviolet region to the near infrared region, the thickness of the edge portions on both sides in the width direction of the slurry becomes thinner or Thickening can be prevented as much as possible.
또한, 종래 기술에 비해 현저하게 빠른 슬러리의 건조가 가능하므로 건조 공정 시간(tact time)이 크게 감소되며, 건조로의 건조공간도 최소화가 가능해짐에 따라 건조로 설치에 요구되는 비용도 최소화된다.In addition, since the slurry can be dried significantly faster than in the prior art, the drying process time (tact time) is greatly reduced, and the cost required for installing the drying furnace is minimized as the drying space in the drying furnace can be minimized.
또한, 상술한 1 내지 3의 장점으로 인해 최종 제품(예를 들어, 리튬 이차전지)의 전체 제조 시간 및 비용이 크게 절감된다.In addition, due to the advantages of 1 to 3 described above, the total manufacturing time and cost of the final product (eg, lithium secondary battery) is greatly reduced.
상술한 바와 같이, 본 발명은 첨부 도면 및 예시적인실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 보호범위가 이러한 도면 및 예시적인 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서는 임의의 수정 및 변형 실시가 가능하다.As described above, the present invention has been described with reference to the accompanying drawings and exemplary embodiments, but the protection scope of the present invention is not limited to these drawings and exemplary embodiments, and within the scope of the technical idea of the present invention, any Modifications and transformations of can be implemented.
100: 전극 건조장치 110: 열풍 노즐부
111: 열풍 노즐 120: 광대역 광원부
121: 광대역 광원 121: 하우징
130: 열풍 구동부 140: 광원 구동부
150: 제어부 160: 건조챔버
161: 투입구 162: 배출구
163: 건조공간 171: 언와인더
172: 리와인더
G: 전극 집전체 S: 슬러리100: electrode drying device 110: hot air nozzle unit
111: hot air nozzle 120: broadband light source
121: broadband light source 121: housing
130: hot air driving unit 140: light source driving unit
150: control unit 160: drying chamber
161: inlet 162: outlet
163: drying space 171: unwinder
172: rewinder
G: electrode current collector S: slurry
Claims (10)
전극 집전체 상에 도포된 슬러리 상에 열풍을 공급하여 상기 슬러리를 건조시키는 적어도 하나의 열풍 노즐이 구비된 열풍 노즐부;
상기 슬러리의 폭방향 양측 모서리 부분에 다파장을 갖는 광을 공급하는 적어도 하나의 광대역 광원이 구비된 광대역 광원부;
상기 열풍 노즐과 연결되며, 상기 열풍 노즐을 구동시키는 열풍 구동부;
상기 광대역 광원과 연결되며, 상기 광대역 광원을 구동시키는 광원 구동부; 및
상기 열풍 구동부 및 상기 광원 구동부의 동작을 제어하는 제어부;
를 포함하며,
상기 적어도 하나의 광대역 광원은 상기 슬러리의 폭방향 양측 모서리 부분을 상기 열풍에 의한 건조보다 빠르게 건조시키는 전극시트 건조장치.In the electrode drying device,
a hot air nozzle unit provided with at least one hot air nozzle for drying the slurry by supplying hot air to the slurry applied on the electrode current collector;
a broadband light source unit provided with at least one broadband light source supplying light having multiple wavelengths to both corner portions of the slurry in the width direction;
a hot air driver connected to the hot air nozzle and driving the hot air nozzle;
a light source driver connected to the broadband light source and driving the broadband light source; and
a control unit controlling operations of the hot air driving unit and the light source driving unit;
Including,
The at least one broadband light source dries both corner portions of the slurry in the width direction faster than drying by the hot air.
상기 광대역 광원의 파장대역은 300nm 내지 1200nm 범위의 파장대역을 갖는 전극 건조장치.According to claim 1,
The electrode drying device having a wavelength band of the broadband light source in the range of 300 nm to 1200 nm.
상기 광대역 광원은 Xe, Kr, Ar, Ne, 및 He 중 적어도 하나의 불활성 가스를 포함하는 전극 건조장치.According to claim 1,
The broadband light source is an electrode drying device comprising at least one inert gas of Xe, Kr, Ar, Ne, and He.
상기 광대역 광원으로 Xe 가스가 포함된 제논 램프가 사용되는 전극 건조장치.According to claim 3,
An electrode drying apparatus in which a xenon lamp containing Xe gas is used as the broadband light source.
상기 열풍 노즐은 상기 전극 집전체의 상부에 제공되는 복수의 열풍 노즐로 구현되되, 상기 전극 집전체의 이송방향에 대해 수평한 방향 및 수직한 방향 중 어느 한 방향으로 배열되거나, 또는 양자의 방향으로 배열되는 전극 건조장치.According to claim 1,
The hot air nozzle is implemented as a plurality of hot air nozzles provided on the upper part of the electrode current collector, and is arranged in either a horizontal direction or a vertical direction with respect to the transport direction of the electrode current collector, or in both directions. arranged electrode drying device.
상기 광대역 광원은 상기 전극 집전체의 상부에 제공되되, 상기 복수의 열풍 노즐을 사이에 두고 상기 전극 집전체의 폭방향 양측 모서리 부분에 각각 제공되는 전극 건조장치.According to claim 5,
The broadband light source is provided on the upper part of the electrode current collector, and is provided at both edge portions in the width direction of the electrode current collector with the plurality of hot air nozzles interposed therebetween.
상기 광대역 광원은 상기 광원 구동부와 병렬 방식 또는 직렬 방식으로 연결되는 전극 건조장치.According to claim 6,
The broadband light source is an electrode drying device connected to the light source driver in a parallel or serial manner.
상기 광대역 광원부는 상기 광대역 광원을 수용하는 하우징을 더 포함하는 전극 건조장치.According to any one of claims 1 to 7,
The broadband light source unit further comprises a housing accommodating the broadband light source.
상기 제어부는 펄스폭 변조(pulse width modulation: PWM) 방식을 사용하여 상기 광원 구동부를 제어함으로써 상기 광대역 광원에서 조사되는 광의 조사량을 제어하는 전극 건조장치.According to any one of claims 1 to 7,
The control unit controls the irradiation amount of light emitted from the broadband light source by controlling the light source driving unit using a pulse width modulation (PWM) method.
상기 전극 집전체가 투입되는 투입구 및 상기 전극 집전체가 배출되는 배출구가 구비되며, 내부에는 상기 적어도 하나의 열풍 노즐부 및 상기 광대역 광원부가 배치되는 건조공간이 마련된 건조챔버; 및
상기 전극 집전체를 공급하는 언와인더 및 상기 전극 집전체를 회수하는 전극시트 리와인더를 포함하는 전극시트 공급부; 더 포함하는
전극 건조장치.According to any one of claims 1 to 7,
a drying chamber having an inlet into which the electrode current collector is inserted and an outlet through which the electrode current collector is discharged, and a drying space in which the at least one hot air nozzle unit and the broadband light source unit are disposed; and
an electrode sheet supply unit including an unwinder for supplying the electrode current collectors and an electrode sheet rewinder for collecting the electrode current collectors; more inclusive
electrode dryer.
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KR1020210064493A KR20220157008A (en) | 2021-05-20 | 2021-05-20 | Apparatus for drying electrode |
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KR20180086596A (en) | 2017-01-23 | 2018-08-01 | 주식회사 엘지화학 | Dryer |
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- 2021-05-20 KR KR1020210064493A patent/KR20220157008A/en unknown
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