KR20230021577A - 전극 제조용 건조 장치 및 이를 이용한 전극의 제조방법 - Google Patents

전극 제조용 건조 장치 및 이를 이용한 전극의 제조방법 Download PDF

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KR20230021577A
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김태연
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Abstract

본 발명은 전극 제조용 건조 장치 및 이를 이용한 전극의 제조방법에 관한 것으로서, 상기 전극 제조용 건조 장치는 건조된 전극 기재를 이송하는 이송부에 공기를 이용하여 전극 기재를 부양시켜 이송하고, 동시에 전극 슬러리가 코팅된 코팅부와 함께 전극 슬러리가 코팅되지 않은 무지부를 냉각시킬 수 있는 플로팅부를 구비함으로써, 전극 기재의 열 팽창 편차를 개선할 수 있으므로, 전극 기재의 무지부에서 유도되는 주름 및/또는 접힘 문제를 방지할 수 있다. 또한, 상기 플로팅부는 제조되는 전극 규격에 따라 토출구가 형성된 에어 플로팅 플레이트를 교체할 수 있으므로, 공정성이 우수한 이점이 있다.

Description

전극 제조용 건조 장치 및 이를 이용한 전극의 제조방법{SLURRY DRYING APPARATUS FOR MANUFACTURING ELECTRODE AND MANAFACTURING METHOD FOR ELECTRODE USING THE SAME}
본 발명은 전극 제조용 건조 장치 및 이를 이용한 전극의 제조방법에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 전기적 활성을 나타내는 활물질을 포함하는 전극들을 구비하는데, 이러한 전극들은 전극 기재에 활물질 슬러리를 코팅하여 합재층을 형성하고, 이를 건조함으로써 제조된다. 이와 같은 전극의 제조 공정을 위하여 통상적으로 전극 제조 시 슬러리 코팅 장치와 건조 장치가 사용되며, 상기 건조 장치는 전극 기재의 합재층을 건조시키는 건조부와; 건조부의 출구 밖에 구비되어 합재층이 건조된 전극 기재를 주행시키는 주행롤러들을 구비한다.
여기서, 상기 건조부는 높은 열을 이용하여 슬러리 내 용매를 제거하므로, 건조부의 출구를 빠져나온 전극 기재는 합재층이 형성된 코팅부와 합재층이 형성되지 않은 무지부 사이에서 열팽창 편차를 갖게 된다. 이러한 열팽창 편차는 전극 기재가 주행하는 동안 무지부에서 주행 방향으로 주름지거나 접어지게 하는 문제를 유발한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래 전극 기재를 냉각시키는 냉각장치를 사용하거나, 주름이나 접힘을 펴는 주름 롤러를 적용하는 코팅/건조 장치가 개발되었다. 그러나, 상기 장치들은 냉각 장치나 롤러 등을 도입하기 위한 별도의 공간이 필요하고, 장치가 한번 설치되면 전극의 너비 등의 규격을 변경하기 어려우므로 공정성이 낮은 문제가 있다. 또한, 복수의 코팅부 사이에 무지부가 형성되는 경우 무지부에 형성되는 주름이나 접힘을 개선하는 효과가 미미하거나, 코팅부가 손상될 수 있는 한계가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1810146호
이에, 본 발명의 목적은 전극 슬러리가 도포된 코팅부의 형태나 개수에 상관없이 상기 코팅부와 도포되지 않은 무지부 사이에서 발생되는 전극 기재의 열팽창 편차를 개선하여 무지부에 유도되는 주름 및/또는 접힘 현상을 방지할 수 있는 전극 제조용 건조 장치 및 이를 이용한 전극의 제조방법을 제공하는데 있다.
상술된 문제를 해결하기 위하여,
본 발명은 일실시예에서,
적어도 일면에 전극 슬러리가 도포된 코팅부와 전극 슬러리가 도포되지 않은 무지부가 형성된 전극 기재의 코팅부를 건조하는 건조부; 및
상기 건조부의 출구에 결합되어 건조된 전극 기재를 주행 방향으로 이동시키는 이송부를 포함하고,
상기 이송부는 공기를 이용하여 전극 기재를 부양시키고, 에어 플로팅 플레이트를 구비하는 플로팅부; 및 부양된 전극 기재를 주행 방향으로 이동시키는 주행부를 포함하는 전극 제조용 건조 장치를 제공한다.
이때, 상기 에어 플로팅 플레이트는 전극 기재가 주행되는 표면에 공기를 분출하는 토출구를 포함하고, 상기 토출구는 에어 플로팅 플레이트의 표면 전체에 포함되거나; 또는 전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역에만 포함될 수 있다.
또한, 상기 전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역의 토출구는 0.005mm 내지 10mm의 평균 직경을 가질 수 있다.
아울러, 상기 에어 플로팅 플레이트의 표면 전체에 토출구를 포함하는 경우, 전극 기재의 코팅부와 무지부가 주행하는 각 영역에서 분출되는 공기의 압력을 조절하기 위하여 토출구의 직경 및/또는 빈도가 일정하게 제어될 수 있다.
하나의 예로서, 전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역의 토출구는 전극 슬러리가 도포되지 않은 전극 기재의 무지부가 주행되는 영역의 토출구 대비 50 내지 99%의 평균 직경을 가질 수 있다.
다른 하나의 예로서, 전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역의 단위 면적당 토출구 개수는 전극 기재의 무지부가 주행되는 영역의 단위 면적당 토출구 개수의 50 내지 99%일 수 있다.
또한, 상기 토출구는 전극 기재의 주행 방향으로 에어 플로팅 플레이트 표면과 30° 내지 80°의 경사각을 이루도록 마련될 수 있다.
이와 더불어, 상기 에어 플로팅 플레이트는 전극 기재가 주행되는 표면에 공기를 분출하는 토출구를 포함하고, 상기 토출구에 인접한 위치에 분출된 공기를 흡입하는 진공 흡입 홀을 포함할 수 있다.
한편, 상기 주행부는 에어 플로팅 플레이트를 경사지게 세우는 틸팅기; 또는 플로팅부의 상단 및 하단에 각각 배치되어 전극 기재를 주행 방향으로 슬라이딩시키는 컨베이어를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 일실시예에서,
전극 기재의 적어도 일면에 전극 슬러리가 도포된 전극 기재를 고온 건조하는 단계;
공기를 이용하여 고온 건조된 전극 기재를 부양시켜 이송하는 단계를 포함하는 전극의 제조방법을 제공한다.
이때, 전극 기재를 이송하는 단계에 있어서, 전극 기재의 부양은 에어 플로팅 플레이트에 마련된 토출구에서 분출되는 공기에 의해 수행될 수 있다.
또한, 상기 토출구에서 분출된 공기의 압력은 0.01MPa 내지 0.5MPa일 수 있다.
구체적으로, 상기 에어 플로팅 플레이트의 표면 전체에 토출구를 포함하는 경우, 전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역에서 분출되는 공기의 압력은 0.05MPa 내지 0.4MPa이고, 전극 기재의 무지부가 주행되는 영역에서 분출되는 공기의 압력은 0.01MPa 내지 0.2MPa일 수 있다.
아울러, 상기 전극 기재를 이송하는 단계에서 이용되는 공기는 -10℃ 내지 30℃의 온도를 가질 수 있다.
또한, 상기 전극 기재를 이송하는 단계는 1 mm/s 내지 20 mm/s의 이송 속도로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 전극 제조용 건조 장치는 건조된 전극 기재를 이송하는 이송부에 공기를 이용하여 전극 기재를 부양시켜 이송하면서, 전극 기재를 냉각시킬 수 있는 플로팅부를 구비함으로써, 전극 기재의 무지부에서 유도되는 주름 및/또는 접힘 문제를 방지할 수 있다. 또한, 상기 플로팅부는 제조되는 전극 규격에 따라 토출구의 평균 직경 및/또는 단위 면적당 개수가 제어된 에어 플로팅 플레이트를 교체할 수 있으므로, 공정성이 우수한 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전극 제조용 건조 장치를 개략적으로 나타낸 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 전극 제조용 건조 장치에 구비되는 이송부의 플로팅부를 도시한 단면 구조도이다.
도 3 내지 도 5는 하나의 판 형상 구조를 갖는 본 발명에서 따른 에어 플로팅 플레이트의 표면 구조를 도시한 하나의 예시이다.
도 6 및 도 7은 복수의 막대 형상이 조립된 구조를 갖는 본 발명에 따른 에어 플로팅 플레이트의 구조를 도시한 하나의 예시이다.
도 8은 본 발명에 따른 전극 제조용 건조 장치에 구비되는 이송부의 일예를 도시한 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 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, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 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 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부 뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
전극 제조용 건조 장치
본 발명은 일실시예에서,
적어도 일면에 전극 슬러리가 도포된 코팅부와 전극 슬러리가 도포되지 않은 무지부가 형성된 전극 기재의 코팅부를 건조하는 건조부; 및
상기 건조부의 출구에 결합되어 건조된 전극 기재를 주행 방향으로 이동시키는 이송부를 포함하고,
상기 이송부는 공기를 이용하여 전극 기재를 부양시키고, 에어 플로팅 플레이트를 구비하는 플로팅부; 및 부양된 전극 기재를 주행 방향으로 이동시키는 주행부를 포함하는 전극 제조용 건조 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 전극 제조용 건조 장치를 개략적으로 나타낸 사시도로서, 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 전극 제조용 건조 장치(10)는 전극 기재에 전극 합재층을 형성하기 위한 전극 슬러리가 도포된 이후, 도포된 전극 슬러리(1)를 건조하기 위한 건조부(100)를 포함하고, 도포된 전극 슬러리가 건조된 전극 기재(1)가 건조부(100)를 빠져나오면 주행 방향(D)으로 이동시키는 이송부(200)를 포함한다.
여기서, 상기 건조부(100)는 하우징과 상기 하우징 내에 구비되는 복수의 발열체를 포함할 수 있다. 상기 하우징의 일측에는 코터를 통과하여 1종 이상의 전극 활물질을 함유하는 전극 슬러리가 표면에 도포된 전극 기재(또는 전극 집전체, 1)가 들어가는 입구(미도시)가 마련되고, 상기 하우징의 타측에는 상기 전극 기재(또는 전극 집전체)가 나가는 출구(110)가 마련된다. 상기 하우징 내부를 통과하여 출구를 통해 하우징 외부로 배출된 전극 기재(1)는 출구(100) 후방에 결합된 이송부(200)를 따라 진행하여 전극 회수 롤러에 권취된다.
상기 복수의 발열체는 전기 에너지 공급에 의해 발열하는 것으로, 하우징 내부에 설치된다. 구체적으로, 복수의 발열체는 상기 전극 기재(1)의 주행 방향(D)을 따라 전극 기재(1) 위에 배열된다. 상기 복수의 발열체가 발열하면 그 복사열로 전극 기재 상측면에 도포된 전극 슬러리, 즉 코팅부가 건조 경화된다. 구체적으로, 상기 코팅부의 건조 경화는 발열체의 복사열로 가열되어 전극 슬러리 내부의 용매가 제거됨으로써 수행될 수 있다. 이를 위하여, 상기 하우징 내부에서 상기 복수의 발열체가 배치된 공간의 내부 온도는 용매를 휘발시킬 수 있는 온도로 조절될 수 있으며, 구체적으로는 120℃ 내지 150℃로 조절될 수 있다. 또한, 상기 발열체는 예를 들어, 할로겐 램프일 수 있으며, 필요에 따라서는 복수의 발열체에서 구현되는 복사열이 열 손실되는 것을 최소화하면서 전극 기재에 전달되도록 각 발열체 상측면을 둘러싸는 열 반사판을 하우징 내부에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 제조용 건조 장치(10)는 건조된 전극 기재(1)를 주행 방향(D)으로 이동시키는 이송부(200)가 건조부 출구(111)에 연속적으로 결합된 구조를 갖는다. 상기 이송부(200)는 공기를 이용하여 전극 기재(1)를 부양시키는 플로팅부(210)와 부양된 전극 기재(1)를 주행 방향(D)으로 이동시키는 주행부(220)를 포함한다.
여기서, 상기 플로팅부(210)는 전극 기재의 주행 방향(D)에 대하여 수직하게 설치되고, 전극 기재(1) 표면에 공기를 분출하기 위한 다수의 토출구가 주행 방향(D)을 따라 구비된 에어 플로팅 플레이트(214)를 포함한다.
상기 에어 플로팅 플레이트(214)는 구비된 토출구를 통해 전극 기재(1) 표면에 공기를 토출함으로써 건조된 전극 기재(1)를 부양시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전극 슬러리가 도포되지 않은 무지부에서 발생되는 주름 및/또는 접힘 현상을 방지할 수 있다.
구체적으로, 전극 슬러리가 도포된 전극 기재(1)를 고온 건조하는 경우, 전극 슬러리가 도포된 코팅부와 전극 슬러리가 도포되지 않은 무지부 사이의 열 팽창 편차로 인해 무지부에 주름 및/또는 접힘 현상이 발생할 수 있다. 특히, 롤투롤(roll-to-roll) 방식과 같이 표면 접촉식 이송 방법은 전극 기재(1)의 주행 방향으로 장력이 발생하게 되는데, 고온 건조되어 높은 온도를 갖는 전극 기재(1)에 이러한 장력이 가해지는 경우 전극 기재(1)의 코팅부와 무지부의 사이에 주름 및/또는 접힘 현상이 강하게 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명은 고온 건조된 전극 기재(1)의 표면에 공기를 분출시킴으로써, 전극 기재의 냉각을 촉진시킬 수 있다. 또한, 전극 기재(1)의 냉각과 함께, 전극 기재(1)를 부양 시켜 이동시킬 수 있으므로 전극 기재에 가해지는 장력을 최소화할 수 있으므로 전극 슬러리가 도포된 코팅부와 전극 슬러리가 도포되지 않은 무지부 사이에 주름 및/또는 접힘이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 에어 플로팅 플레이트(214)는 판상의 형상을 가지므로, 복수의 롤러 또는 복수의 베어링이 조합된 형태의 에어 플로팅 시스템에서 발생되는 회전에 따른 롤러 또는 베어링 간 뒤틀림으로 인한 전극 기재의 흔들림을 방지할 수 있고, 공정 시 분진 등의 발생을 최소화할 수 있으면서 안전한 설비 운전 및 유지 보수가 간편하다는 이점이 있다.
아울러, 상기 에어 플로팅 플레이트(214)는 토출구에 공기를 공급하기 위한 에어 공급부(216)가 하단에 연결되어 있으며, 에어 공급부(216)는 공기를 발생시키는 에어 블로워(air blower, 미도시)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 에어블로워(air blower)는 구동력을 제공하는 모터와 상기 모터의 구동에 의하여 회전하는 임펠러로 구성될 수 있으며, 에어블로워 외에 에어 컴프레서(air compressor)와 공기의 유량과 압력을 제어하는 에어컨트롤 유닛(air control unit)이 더 구비될 수 있다.
또한, 도 2는 플로팅부(210)의 구조를 개략적으로 도시한 단면도로서, 도 2를 참고하면, 상기 플로팅부(210)는 에어 공급부(216)와 에어 플로팅 플레이트(214) 사이에 에어 플로팅 필터(213)가 위치하여 에어 플로팅 플레이트(214)의 토출구(215)로 분출되는 공기의 공급량 편차를 낮추면서 공기 내에 있는 이물질을 제거할 수 있다. 이를 위하여, 상기 에어 플로팅 필터(213)는 메쉬 크기의 그물 망 구조를 가질 수 있으며, 내부에서는 개구된 기공 부분이 공기를 안내하여 배출하는 미세 유로 구조를 포함할 수 있다. 아울러, 상기 에어 플로팅 필터(213)는 절연을 유지하기 위해 절연성 소재로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 에어 플로팅 필터(213)는 내열성의 다공성 엔지니어링 플라스틱 소재를 사용하거나, 다공성 세라믹 소재를 사용할 수 있다.
이와 더불어, 상기 에어 공급부(216)와 에어 플로팅 필터(213) 사이에는 가스켓(212)을 추가로 더 포함하여 외부로 공기가 누출하는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통해 에어 플로팅 플레이트(214)로 공급되는 공기의 압력을 일정하게 구현할 수 있다.
또한, 상기 에어 플로팅 플레이트(214)는 전극 기재(1)가 주행하는 측면에 공기를 분출하는 토출구(215)를 구비하며, 상기 토출구(215)는 에어 플로팅 플레이트(214)의 표면 전체, 즉, 전면에 형성되거나 또는 전극 기재(1)에 도포된 코팅부가 주행되는 영역에만 형성될 수 있다.
구체적으로, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 에어 플로팅 플레이트(214)의 표면을 도시한 이미지로서, 상기 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c)는 도 3와 같이 전극 기재의 코팅부(C)가 주행하는 영역에만 토출구(215a)를 포함하거나, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이 전면에 토출구(215b, 215b', 215c 및 215c')를 포함할 수 있다.
상기 에어 플로팅 플레이트(214)는 도 3과 같이 전극 기재의 코팅부(C)가 주행하는 영역에만 토출구(215a)가 포함된 경우 전극 기재(1) 표면에 토출되는 공기의 손실을 최소화할 수 있으므로 전극 기재(1)의 부양 효율을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 에어 플로팅 플레이트(214)는 코팅부의 빠른 냉각을 유도할 수 있으므로, 코팅부에 위치하는 전극 집전체와 활물질층(즉, 건조된 전극 슬러리 층)의 온도 편차를 최소화하여 이들의 접착력 저하를 방지할 수 있다.
아울러, 상기 상기 에어 플로팅 플레이트(214)는 도 4 및 도 5와 같이 전극 기재(1)의 전면에 토출구(215b, 215b', 215c 및 215c')가 포함된 경우 전극 기재(1)가 주행하는 방향의 수직 방향 냉각 속도, 즉 전극 기재(1)의 폭 방향 냉각 속도 편차를 최소화할 수 있으므로 전극 기재(1)의 휨이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 상기 에어 플로팅 플레이트(214)는 토출구(215b, 215b', 215c 및 215c')가 에어 플로팅 플레이트(214b 및 214c)의 전면에 포함되는 경우, 전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역(C)의 토출구는 전극 슬러리가 도포되지 않은 전극 기재의 무지부가 주행되는 영역(S)의 토출구와 대비하여 토출구의 평균 직경이 작거나 토출구의 단위 면적당 개수가 적을 수 있다.
하나의 예로서, 에어 플로팅 플레이트(214b 및 214c)는 표면 전체에 토출구(215a, 215b, 215b', 215c 및 215c')를 포함하는 경우, 전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역(C)의 토출구는 전극 슬러리가 도포되지 않은 전극 기재의 무지부가 주행되는 영역(S)의 토출구 대비 50 내지 99%의 평균 직경을 가질 수 있다. 구체적으로, 에어 플로팅 플레이트(214b 및 214c)는 전극 기재의 무지부가 주행되는 영역(S)의 토출구 대비 50 내지 95%; 50 내지 90%; 50 내지 85%; 50 내지 80%; 50 내지 75%; 50 내지 70%; 60 내지 90%; 70 내지 95%; 80 내지 99%; 또는 75 내지 90%의 평균 직경을 가질 수 있다.
여기서, 전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역(C)의 토출구는 코팅부를 포함하는 전극 기재를 부양시키기에 충분한 공기를 분출할 수 있는 정도의 평균 직경이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로는 0.005mm 내지 10mm의 평균 직경을 가질 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.005mm 내지 5)m; 0.005mm 내지 3mm; 0.005mm 내지 2mm; 0.005mm 내지 1mm; 0.005mm 내지 0.9mm; 0.005mm 내지 0.5mm; 0.005mm 내지 0.1mm; 0.005mm 내지 0.05mm; 0.005mm 내지 0.01mm; 0.01mm 내지 0.03mm; 0.025mm 내지 0.05mm; 0.06mm 내지 0.09mm; 0.01mm 내지 3mm; 0.05mm 내지 2mm; 0.05mm 내지 1mm; 0.1mm 내지 1mm; 0.5mm 내지 2mm; 0.5mm 내지 0.9mm; 또는 0.01mm 내지 0.1mm의 평균 직경을 가질 수 있다.
다른 하나의 예로서, 에어 플로팅 플레이트(214b 및 214c)는 표면 전체에 토출구(215b, 215b', 215c 및 215c')를 포함하는 경우, 전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역(C)의 단위 면적당 토출구 개수는 전극 기재의 무지부가 주행되는 영역(S)의 단위 면적당 토출구 개수의 50 내지 99%일 수 있으며, 구체적으로는 전극 기재의 무지부가 주행되는 영역(S)의 단위 면적당 토출구 개수의 50 내지 90%; 60 내지 90%; 70 내지 90%; 60 내지 80%; 50 내지 70%; 또는 65 내지 85%일 수 있다.
본 발명은 에어 플로팅 플레이트(214b 및 214c)에 도입되는 토출구(215b, 215b', 215c 및 215c')의 위치에 따른 평균 직경과 단위 면적당 개수를 상기와 같은 범위로 제어함으로써, 전극 슬러리가 도포된 전극 기재(1)를 안정적으로 부양시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전극 슬러리가 코팅되지 않은 무지부가 고온으로 가열되었다가 상온보다 낮은 온도로 급격히 냉각되어 무지부의 기재 조직을 급속도로 굳게 할 수 있으므로, 이를 통해 전극 기재(1)의 열 팽창 편차를 개선할 수 있다.
또한, 상기 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c)의 표면에 도입된 토출구(215a, 215b, 215b', 215c 및 215c')는 기공률(개구율)이 20~80%일 수 있으며, 구체적으로는 30~70%일 수 있다. 본 발명은 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c)에 도입된 토출구의 기공률(개구율)을 상기 범위로 제어함으로서 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c) 표면에 분출되는 공기의 흐름을 원활하게 하면서 공기 내에 존재할 수 있는 미세 입자의 유입을 차단할 수 있다.
아울러, 본 발명에서 적용되는 에어 플로팅 플레이트의 토출구(215a, 215b, 215b', 215c 및 215c')는 전극 기재(1)가 주행하는 방향(D)에 대하여 수직으로 형성되거나, 또는 도 5에 나타낸 바와 같이 전극 기재(1)가 주행하는 방향(D)으로 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c) 표면과 30° 내지 80°의 경사각(α)을 이루도록 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 토출구(215a, 215b, 215b', 215c 및 215c')는 전극 기재(1)가 주행하는 방향(D)에 대하여 수직으로 형성되거나 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c) 표면과 30° 내지 70°; 30° 내지 60°; 30° 내지 50°; 45° 내지 70° 60° 내지 80°; 30° 내지 45°; 또는 40° 내지 60°의 경사각(α)을 이루도록 마련될 수 있다.
본 발명은 토출구(215a, 215b, 215b', 215c 및 215c')의 각도를 상기 범위를 만족하도록 조절함으로써 분출되는 공기에 의해 적은 에너지로 전극 기재를 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c)는 전극 기재가 주행하는 표면에 공기를 분출하는 토출구(215a, 215b, 215b', 215c 및 215c')를 포함하되, 상기 토출구(215a, 215b, 215b', 215c 및 215c')가 인접한 위치에는 토출구를 통해 분출된 공기를 다시 흡입하는 진공 흡입 홀(1)을 포함할 수 있다.
상기 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c)는 표면에 마련된 토출구와 인접한 위치라면 특별히 제한되지 않고 분출된 공기를 재흡입하는 진공 흡입 홀(117)을 구비할 수 있으나, 구체적으로는 도 5에 나타낸 바와 같이 전극 기재(1)의 코팅부가 주행되는 영역(C)과 전극 기재의 무지부가 주행되는 영역(S) 사이에 진공 흡입 홀(117)을 구비하거나; 또는 전극 기재(1)가 주행되는 방향(D)으로 토출구 열과 진공 흡입 홀(117) 열이 교대로 구비될 수도 있다.
상기 진공 흡입 홀(142)은 건조된 전극 기재(1)를 안정적으로 이송하기 위한 것으로서, 토출구(215a, 215b, 215b', 215c 및 215c')에 인접한 위치에 배치되어 공기의 배기를 원활하게 할 수 있으며, 이를 통해 전극 기재(1)의 벤딩(bending) 현상을 최소화하면서, 플렉추에이션(fluctuation)과 부상 평탄도 및 높이를 용이하게 조절할 수 있다.
이와 더불어, 상기 플로팅부(210)는 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c)를 분리하여 교체할 수 있으므로, 제조되는 전극 규격에 따라 토출구의 평균 직경 및 개수가 조절된 에어 플로팅 플레이트를 적용할 수 있다.
이때, 상기 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c)는 도 3 내지 도 5와 같이 하나의 판 형상 기재에 전극 기재(1)의 코팅부와 무지부에 따라 평균 직경, 단위 면적당 개수 및/또는 기공률 등이 제어된 토출구가 마련된 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c)는 도 6 내지 도 7과 같이 복수의 막대 형상의 기재가 전극 기재(1)의 코팅부와 무지부 위치에 따라 조립이 가능한 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 에어 플로팅 플레이트의 가공성 및 조립성이 높아 전극 기재의 디자인 측면에서 자유도 및 대응성이 향상되는 이점이 있다.
한편, 상기 이송부(200)는 불로팅부(210)에 의해 부양된 전극 기재(1)를 이동시키는 수단으로서 주행부(220)를 포함한다. 상기 주행부(220)는 부양된 전극 기재(1)를 이동시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로는, 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c)를 경사지게 세우는 틸팅기나; 플로팅(210)의 상단 및 하단에 각각 배치되어 전극 기재(1)를 진행 방향(D)으로 슬라이딩시키는 컨베이어를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 틸팅기는 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c)를 기울게 하여 경사지게 함으로써 부양된 전극 기재(1)가 기울어진 방향으로 이동하게끔 하는 장치로서, 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c)의 전극 기재(1)가 주행하는 면의 타측에 틸팅 프레임이 위치하여 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c)를 경사지게 세울 수 있다.
상기 틸팅기는 에어 플로팅 플레이트(214a, 214b 및 214c)에 의해 부양된 전극 기재(1)가 중력과 경사각에 의해 적절한 속도로 이동하도록 외력을 부여하는 장치로서, 틸팅기에 의해 구현되는 경사각은 1~20°일 수 있고, 보다 구체적으로는 1~15; 1~10°; 5~15°; 8~12°; 또는 3~8°일 수 있다.
또한, 상기 컨베이어는 플로팅부(210)의 상단과 하단에 각각 배치되어 전극 기재(1)를 이동시킬 수 있으며, 이때 상기 컨베이어는 벨트 컨베이어 타입 및/또는 롤러 타입 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 8은 주행부(220)로서 컨베이어를 구비하는 경우의 이송부(200)를 도시한 사시도로서, 도 8을 참고하면 상기 컨베이어는 플로팅부(210) 상단에 위치하는 제1 컨베이어(221)와 플로팅부 하단에 위치하는 제2 컨베이어(222)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 컨베이어(221)와 제2 컨베이어(222)는 플로팅부(210)의 에어 플로팅 플레이트(214)와 동일 평면을 이루도록 형성되어 전극 기재(1)를 이동하는 과정에서 걸림이 발생하지 않도록 할 수 있다.
경우에 따라서, 상기 이송부(200)는 건조부(100)로 전극 기재(1)를 공급하는 권출기(미도시)와 건조부를 통과하여 전극 기재를 권취하는 귄취기(미도시)를 추가로 더 포함할 수 있다. 상기 권출기는 전극 기재(1)를 건조부로 공급함으로써 전극 기재(1)를 주행 방향(D)으로 밀어내는 힘을 가하여 이동시킬 수 있고, 상기 권취기는 건조된 전극 기재(1)를 주향 방향(D)으로 당겨내는 힘을 가하여 이동시킬 수 있다. 이를 위하여, 상기 권출기는 건조부(100) 상단에 위치하고, 권취기는 플로팅부(200)의 하단에 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 전극 제조용 건조 장치(10)는 상술된 구성을 가짐으로써 고온에서 건조된 전극 기재(1)의 열 팽창 편차를 개선할 수 있으므로, 전극 기재의 무지부에서 유도되는 주름 및/또는 접힘 문제를 방지할 수 있다. 또한, 상기 플로팅부(210)는 제조되는 전극 규격에 따라 토출구(215)의 평균 직경 및/또는 단위 면적당 개수가 제어된 에어 플로팅 플레이트(214)를 교체할 수 있으므로, 공정성이 우수한 이점이 있다.
전극의 제조방법
또한, 본 발명은 일실시예에서,
전극 기재의 적어도 일면에 전극 슬러리가 도포된 전극 기재를 고온 건조하는 단계;
공기를 이용하여 고온 건조된 전극 기재를 부양시켜 이송하는 단계를 포함하는 전극의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 전극의 제조방법은 전극 기재의 적어도 일면에 전극 합재층을 형성하기 위한 전극 슬러리를 도포하고, 전극 슬러리가 도포된 전극 기재를 고온에서 건조하는 단계와 건조된 전극 기재를 공기를 이용하여 부양시켜 이송하는 단계를 포함하고, 상술된 본 발명의 전극 제조용 건조 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
구체적으로, 전극 기재를 건조하는 단계는 코터를 통과하여 1종 이상의 전극 활물질을 함유하는 전극 슬러리가 표면에 도포된 전극 기재(또는 전극 집전체)가 건조 장치의 건조부에 도입되면, 전극 기재에 도포된 전극 슬러리는 건조부에 구비된 복수의 발열체에 의해 내부의 용매가 제거되고, 이를 통해 경화되어 전극 합재층을 형성할 수 있다. 이때, 상기 발열체의 복사열로 인한 건조부 내부의 온도는 구체적으로는 120℃ 내지 150℃로 조절될 수 있다
또한, 건조된 전극 기재를 이송하는 단계는 상기 건조부의 출구에 연속적으로 결합된 이송부에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로, 건조된 전극 기재는 건조부의 출구를 통해 나오면 출구에 결합된 이송부로 진입하게 된다. 진입된 전극 기재는 이송부의 에어 플로팅 플레이트에 의해 부양하게 되고, 부양된 상태로 주행 방향을 따라 이동하게 된다. 여기서, 상기 에어 플로팅 플레이트는 전극 기재가 주행하는 방향을 따라 표면에 공기를 분출하는 토출구를 포함하고 있으며, 상기 토출구를 통해 분출되는 공기는 건조된 전극 기재를 부양시킴과 동시에 고온으로 달궈진 전극 슬러리로 인해 전극 기재의 무지부에서 발생되는 주름 및/또는 접힘 현상을 개선하기 위하여 특정 범위의 압력 및/또는 온도를 만족할 수 있다.
구체적으로, 상기 토출구를 통해 분출되는 공기의 압력은 0.01MPa 내지 0.5MPa로 조절될 수 있으며, 보다 구체적으로는 0.01MPa 내지 0.4MPa; 0.01MPa 내지 0.3MPa; 0.01MPa 내지 0.2MPa; 0.01MPa 내지 0.1MPa; 0.05MPa 내지 0.2MPa; 0.1MPa 내지 0.5MPa; 0.2MPa 내지 0.4MPa; 0.01MPa 내지 0.09MPa; 또는 0.05MPa 내지 0.09MPa로 조절될 수 있다.
하나의 예로서, 에어 플로팅 플레이트의 표면 전체에 토출구를 포함하는 경우, 전극 기재의 코팅부가 주행하는 영역에서 분출되는 공기의 압력은 0.05MPa 내지 0.4MPa; 또는 0.1MPa 내지 0.15MPa일 수 있고, 전극 기재의 무지부가 주행하는 영역에서 분출되는 공기의 압력은 0.01MPa 내지 0.2MPa; 또는 0.04MPa 내지 0.07MPa일 수 있다.
또한, 상기 토출구를 통해 분출되는 공기의 온도는 -10 내지 30℃로 조절될 수 있으며, 구체적으로는 -10 내지 20℃; -10 내지 10℃; -10 내지 5℃; 0 내지 30℃; 5 내지 20℃; 또는 10 내지 20℃로 조절될 수 있다.
하나의 예로서, 에어 플로팅 플레이트의 표면 전체에 토출구를 포함하는 경우, 전극 기재의 코팅부가 주행하는 영역에서 분출되는 공기의 온도는 10 내지 20℃일 수 있고, 전극 기재의 무지부가 주행하는 영역에서 분출되는 공기의 온도는 -5 내지 5℃일 수 있다.
본 발명은 에어 플로팅 플레이트의 토출구에서 분출되는 공기의 압력과 온도를 상술된 범위로 조절함으로써 건조된 전극 기재를 안정적으로 부양시킬 수 있으며, 고온의 전극 슬러리가 코팅되지 않은 무지부의 전극 기재 조직을 급속도로 굳혀 코팅부와의 열 팽창 편차를 줄일 수 있다.
아울러, 건조된 전극 기재를 이송하는 단계는 전극 기재의 이송 속도가 적절하게 제어되어 부양된 상태의 전극 기재를 안정적으로 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 전극 기재의 이송 속도는 1 mm/s 내지 20 mm/s로 조절될 수 있으며, 구체적으로는 5 mm/s 내지 15 mm/s; 또는 8 mm/s 내지 12 mm/s로 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 전극의 제조방법은 상술된 구성을 가짐으로써 고온에서 건조된 전극 기재의 열 팽창 편차를 개선할 수 있으므로, 전극 기재의 무지부에서 유도되는 주름 및/또는 접힘 문제를 방지할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실험예.
본 발명에 따른 전극 제조용 건조 장치의 성능을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, 가로 1500㎝ Х 세로 600㎝ Х 두께 0.6㎝의 강판을 준비하고, 강판 표면에 표 1에 나타낸 바와 같은 평균 직경과 단위 면적당 개수를 갖는 토출구를 형성하여 에어 플로팅 플레이트를 제작하였다.
그런 다음, 이와 별도로 할로겐 램프에 의해 내부 온도가 약 130℃인 건조부의 출구에 롤러 형태의 제1 컨베이어, 플로팅부 및 롤러 형태의 제2 컨베이어가 결합하고, 상기 플로팅부의 상부에 앞서 제작된 에어 플로팅 플레이트를 장착하여 전극 제조용 건조 장치를 준비하였다. 이때, 상기 플로팅부는 도 2에 나타낸 바와 같이, 에어 공급홀(211a)이 마련된 하부 테이블(211) 상에 가스켓(212), 에어 플로팅 필터(213) 및 에어 플로팅 플레이트(214)가 순차적으로 적층된 구조를 가지며, 상기 하부 테이블(211)의 에어 공급홀(211a)에는 에어 공급부(216)가 결합되어 공기가 에어 플로팅 플레이트(214)로 공급되는 구조를 갖는다.
전극 기재의 코팅부 주행 영역 전극 기재의 무지부 주행 영역
토출구 평균 직경
[mm]		 토출구 단위 면적(10㎝Х10㎝) 당 개수 [개] 공기 압력
[MPa]		 토충구 평균 직경
[mm]		 토출구 단위 면적(10㎝Х10㎝) 당 개수 [개] 공기 압력
[MPa]
실시예 1 1 25 0.2 0 0 0
실시예 2 0.05 25 0.2 0.0625 30 0.3
실시예 3 1 25 0.2 1.25 30 0.3
실시예 4 0 0 0 1.25 30 0.3
실시예 5 0.001 25 0.2 0.00125 30 0.3
실시예 6 15 25 0.2 18.75 30 0.3
실시예 7 1 25 0.2 0.4 30 0.3
실시예 8 1 25 0.2 1 30 0.3
실시예 9 1 25 0.2 1.25 10 0.3
실시예 10 1 25 0.2 1.25 40 0.3
실시예 11 1 25 0.01 1.25 30 0.015
실시예 12 1 25 1 1.25 30 1.5
비교예 1 0 0 0 0 0 0
준비된 전극 제조용 건조 장치를 이용하여 전극 슬러리가 코팅된 전극 기재를 건조 및 이송(이송 속도: 약 11 mm/s)하였으며, 이때, 에어 플로팅 플레이트에서 분출되는 공기의 온도는 전극 기재의 코팅부가 주행하는 영역은 20℃이고 전극 기재의 무지부가 주행하는 영역은 10℃로 조절되었다. 또한, 각 전극의 부양 정도 및 전극 기재의 무지부 영역에 발생되는 주름 및/또는 접힘 여부를 확인하였다. 평가 기준은 다음과 같으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다:
① 전극 기재의 부양 여부 평가:
- ○: 전극 기재가 안정적으로 부양됨
- △: 전극 기재가 부양은 되나, 흔들림이 심하여 공정에 부적합함
- Х: 전극 기재가 전혀 부양되지 않음
② 전극 기재의 무지부 영역의 주름/접힘 여부
- ○: 무지부 영역의 주름/접힘이 발생된 면적이 전체 면적의 5% 미만
- △: 무지부 영역의 주름/접힘이 발생된 면적이 전체 면적의 5% 이상 50% 미만
- Х: 무지부 영역의 주름/접힘이 발생된 면적이 전체 면적의 50% 이상
전극 기재의 부양 여부 무지부 영역의 주름/접힘 여부
실시예 1 ○ Х
실시예 2 ○ Х
실시예 3 ○ Х
실시예 4 Х △
실시예 5 Х ○
실시예 6 △ △
실시예 7 △ Х
실시예 8 △ △
실시예 9 Х ○
실시예 10 △ Х
실시예 11 Х ○
실시예 12 △ Х
비교예 1 Х ○
상기 표 2에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 전극 제조용 건조 장치는 고온에서 건조된 전극 기재를 공기로 부양시켜 안전하게 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고온 건조로 인한 전극 기재의 코팅부와 무지부의 열 팽창 편차를 줄일 수 있으므로 무지부의 주림 및/또는 접힘 현상을 개선하는 효과가 우수한 것을 알 수 있다.
이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 전극 제조용 건조 장치는 전극 슬러리가 도포된 전극 기재를 고온에서 건조한 후 안정적으로 부양시켜 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이동 시 전극 기재의 코팅부와 무지부의 열 팽창 편차로 인한 무지부의 주름 및/또는 접힘 현상을 코팅부의 손상없이 방지할 수 있으므로, 공정성이 우수한 것을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
1: 전극 기재
10: 전극 제조용 건조 장치
100: 건조부
110: 건조부 출구
200: 이송부
210: 플로팅부
211: 하부 테이블
211a: 에어 공급홀
212: 가스켓
213: 에어 플로팅 필터
213a: 미세공
214, 214a, 214b, 214c: 에어 플로팅 플레이트
215, 215a, 215b, 215b' 및 215c: 에어 플로팅 플레이트의 토출구
216: 에어 공급부
217: 공기 흡입 홀
220: 주행부
221: 제1 컨베이어
222: 제2 컨베이어
D: 전극의 주행 방향
S: 전극 기재의 코팅부 주행 영역
C: 전극 기재의 무지부 주행 영역

Claims (14)

  1. 적어도 일면에 전극 슬러리가 도포된 코팅부와 전극 슬러리가 도포되지 않은 무지부가 형성된 전극 기재의 코팅부를 건조하는 건조부; 및
    상기 건조부의 출구에 결합되어 건조된 전극 기재를 주행 방향으로 이동시키는 이송부를 포함하고,
    상기 이송부는,
    공기를 이용하여 전극 기재를 부양시키고, 에어 플로팅 플레이트를 구비하는 플로팅부; 및
    부양된 전극 기재를 주행 방향으로 이동시키는 주행부를 포함하는 전극 제조용 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    에어 플로팅 플레이트는 전극 기재가 주행되는 표면에 공기를 분출하는 토출구를 포함하고,
    상기 토출구는 에어 플로팅 플레이트의 표면 전체에 포함되거나; 또는 전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역에만 포함되는 전극 제조용 건조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    에어 플로팅 플레이트의 표면 전체에 토출구를 포함하는 경우, 전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역의 토출구는 전극 슬러리가 도포되지 않은 전극 기재의 무지부가 주행되는 영역의 토출구 대비 50 내지 99%의 평균 직경을 갖는 전극 제조용 건조 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역의 토출구는 0.005mm 내지 10mm의 평균 직경을 갖는 전극 제조용 건조 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    에어 플로팅 플레이트의 표면 전체에 토출구를 포함하는 경우, 전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역의 단위 면적당 토출구 개수는 전극 기재의 무지부가 주행되는 영역의 단위 면적당 토출구 개수의 50 내지 99%인 전극 제조용 건조 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    토출구는 전극 기재의 주행 방향으로 에어 플로팅 플레이트 표면과 30° 내지 80°의 경사각을 이루도록 마련된 전극 제조용 건조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    에어 플로팅 플레이트는 전극 기재가 주행되는 표면에 공기를 분출하는 토출구를 포함하고, 상기 토출구에 인접한 위치에 분출된 공기를 흡입하는 진공 흡입 홀을 포함하는 전극 제조용 건조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    주행부는,
    에어 플로팅 플레이트를 경사지게 세우는 틸팅기; 또는
    플로팅부의 상단 및 하단에 각각 배치되어 전극 기재를 주행 방향으로 슬라이딩시키는 컨베이어를 포함하는 전극 제조용 건조 장치.
  9. 전극 기재의 적어도 일면에 전극 슬러리가 도포된 전극 기재를 고온 건조하는 단계;
    공기를 이용하여 고온 건조된 전극 기재를 부양시켜 이송하는 단계를 포함하는 전극의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    전극 기재의 부양은 에어 플로팅 플레이트에 마련된 토출구에서 분출되는 공기에 의해 수행되는 전극의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    토출구에서 분출된 공기의 압력은 0.01MPa 내지 0.5MPa인 전극의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    에어 플로팅 플레이트의 표면 전체에 토출구를 포함하는 경우,
    전극 기재의 코팅부가 주행되는 영역에서 분출되는 공기의 압력은 0.05MPa 내지 0.4MPa이고,
    전극 기재의 무지부가 주행되는 영역에서 분출되는 공기의 압력은 0.01MPa 내지 0.2MPa인 전극의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서,
    전극 기재를 이송하는 단계에서 이용되는 공기는 -10 내지 30℃의 온도를 갖는 전극의 제조방법.
  14. 제9항에 있어서,
    전극 기재를 이송하는 단계는 1 mm/s 내지 20 mm/s의 이송 속도로 수행되는 전극의 제조방법.
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