KR20230032160A - 이차전지용 전극판 건조장치 - Google Patents

Abstract

슬러리가 도포된 전극판이 투입되고 건조된 후 배출되는 이차전지용 전극판 건조장치가 제공된다.
전극판 건조장치는, 지면에 근접하여 전극판이 투입되는 도입부; 도입부로부터 투입된 전극판을 가열하는 제1 히터부: 제1 히터부에 수직인 방향으로 연속되어 전극판을 가열하는 제2 히터부; 제2 히터부에 수직인 방향으로 연속되어 전극판을 가열하는 제3 히터부; 및 가열처리된 전극판이 지면에 근접하여 배출되는 배출부;를 포함하여 구성되고, 제1 내지 제3 히터부는 각각 상호간에 대면하는 제1 및 제2 원적외선 히터부를 포함하고, 전극판은 제1 및 제2 원적외선 히터부 사이의 간극을 통과하면서 가열되고, 제1 내지 제3 히터부는 각각 상호간에 대면하는 제1 및 제2 원적외선 히터부를 포함하고, 전극판은 제1 및 제2 원적외선 히터부 사이의 간극을 통과하면서 가열되고, 제1 히터부 및 제3 히터부는 지면에 수직인 방향으로 설치되고, 제2 히터부는 지면에 평행한 방향으로 설치되며, 제1 및 제2 원적외선 히터부는 각각 복수 개의 원적외선 히터를 조합하여 구성되며, 복수 개의 원적외선 히터는 온도의 상승에 따라 저항치가 높아지는 발열체로 형성된다.
원적외선 히터에 의하여 전극판을 온도가 균일하게 효율적으로 가열하여 건조할 수 있다.

Description

이차전지용 전극판 건조장치 {Drying apparatus for electrode substrate of rechargeable battery}

본 발명은 슬러리가 도포된 전극판의 표면을 가열함으로써 이차전지의 제조 공정중 노칭(notching) 공정에서 수분을 제거하도록 사용되는 이차전지용 전극판 건조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극판을 원적외선 히터를 사용하여 가열하고, 전극판의 가열에 있어서의 온도 균일도를 개선함으로써 전극판의 성능이 우수하며 생산성이 향상될 수 있는 이차전지용 전극판 건조장치에 관한 것이다.

이차전지는 일반적으로 음극판, 양극판, 음극판과 양극판의 사이에 위치하는 분리막을 포함한다. 음극판 및 양극판의 전극판을 제조하는 공정으로서, 전극판에 양극 또는 음극 활물질, 도전재 및 바인더 등을 용매에 분산시켜 슬러리를 제조하고 이 슬러리를 코팅한 후 결정화 및 건조시키는 공정을 포함한다.

전극판의 슬러리를 건조하기 위하여 사용되는 전극판 건조장치로서, 종래에는 진공 챔버 내에서 낮은 방사율의 열을 이용한 건조 방식을 채용하고 있다. 보다 구체적으로는, 종래의 건조 시스템은, 건조실 내에 배치되어 있는 전극판에 Theather heater의 낮은 방사율의 열을 조사함으로 열 전달 효율이 떨어진 복사 방식의 건조 가 되는 방식이이었다. 그러나, 이러한 건조 시스템의 경우, 용매의 종류나 용매의 양, 전극판의 두께에 따라 건조 장치의 설비의 변경이 까다롭고, 설비를 변경할 경우 많은 비용과 시간이 투자된다.

이러한 진공 건조장치를 대신하여 할로겐 히터를 사용하여 대기압 상태의 챔버 내에서 근적외선(Near Infrared:NIR)을 조사함으로써 전극판을 건조시키는 건조장비가 사용되기도 한다.

하지만, 근적외선은 파장이 짧아 히터의 열이 코팅층의 표면에서 내부까지 잘 전달되지 않은 문제점이 발생한다. 또한, 할로겐 히터가 장착된 부분과 장착되지 않은 부분의 온도 차이가 많아, 전극판 사이의 건조 정도가 불균일 하고, 또한 전기자동차용 이차전지와 같이 전극판이 대형화되는 경우 전극판의 부위에 따라 건조 정도가 불균일하여 전지의 품질이 문제가 된다.

또한, 할로겐 히터를 구성하는 할로겐 램프의 수명은 3,000 시간 이내로 짧아서 주기적인 교체가 필요하며, 에너지 효율도 낮아 높은 소비전력을 필요로 한다는 단점을 가진다.

따라서, 이러한 종래의 이차전지용 전극판 건조장치의 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 요망이 매우 높은 실정이다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 종래의 이차전지용 전극판 건조장치의 문제점들을 완전히 혹은 부분적으로 개선할 수 있는 새로운 건조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 히터의 열을 코팅층의 표면으로부터 내부까지 충분히 전달할 수 있으며, 가열온도의 균일성이 향상된 이차전지용 전극판 건조장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 장치의 수명이 장기화될 수 있는 가열원을 사용하고, 소비전력이 감소될 수 있는 이차전지용 전극판 건조장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 건조장비의 크기가 축소되어 설치면적이 감소되며, 수분이 대폭 감소됨으로써 생산성이 향상될 수 있는 이차전지용 전극판 건조장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본원발명에 따르면 전극판이 투입되고 건조된 후 배출되는 이차전지용 전극판 건조장치로서:

지면에 근접하여 상기 전극판이 투입되는 도입부;

상기 도입부로부터 투입된 전극판을 가열하는 제1 히터부:

상기 제1 히터부에 수직인 방향으로 연속되어 전극판을 가열하는 제2 히터부;

상기 제2 히터부에 수직인 방향으로 연속되어 전극판을 가열하는 제3 히터부; 및

가열처리된 전극판이 지면에 근접하여 배출되는 배출부;

를 포함하여 구성되며,

상기 제1 내지 제3 히터부는 각각 상호간에 대면하는 제1 및 제2 원적외선 히터부를 포함하고, 상기 전극판은 상기 제1 및 제2 원적외선 히터부 사이의 간극을 통과하면서 가열되고, 상기 제1 히터부 및 제3 히터부는 지면에 수직인 방향으로 설치되고, 상기 제2 히터부는 지면에 평행한 방향으로 설치되며, 제1 및 제2 원적외선 히터부는 각각 복수 개의 원적외선 히터를 조합하여 구성되며, 상기 복수 개의 원적외선 히터는 온도의 상승에 따라 저항치가 높아지는 발열체로 형성된다.

바람직하게는, 상기 제1 및 제2 원적외선 히터부는 상기 복수 개의 원적외선 히터의 조합에 의하여, 상기 전극판의 이송방향에 수직인 방향으로 제1 및 제 원적외선 히터부의 중앙부와 주변부에서의 가열온도를 개별적으로 제어가능하다.

바람직하게는, 상기 제1 및 제2 원적외선 히터부는 그의 배면에 반사판을 더 포함한다.

본 발명의 다른 목적은, 히터의 열을 코팅층의 표면으로부터 내부까지 충분히 전달할 수 있으며, 가열온도의 균일성이 향상된 이차전지용 전극판 건조장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 장치의 수명이 장기화될 수 있는 가열원을 사용하고, 소비전력이 감소될 수 있는 이차전지용 전극판 건조장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 건조장비의 크기가 축소되어 설치면적이 감소되며, 수분이 대폭 감소됨으로써 생산성이 향상될 수 있는 이차전지용 전극판 건조장치를 제공함에 있다.

도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 전극판 건조장치의 개략적인 구성을 나타내는 정면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예에 따른 전극판 건조장치에 있어서의 도입부측에 설치되는 제1 히터부의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 전극판 건조장치에 있어서의 천정부측에 설치되는 제2 히터부의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따른 전극판 건조장치에 있어서의 히터부의 측면에서 본 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따른 전극판 건조장치에 있어서의 히터부의 구성을 나타내는 도면으로서, 도 5의 (a)는 히터부의 측면도, 도 5의 (b)는 평면도이다.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따른 전극판 건조장치에 있어서의 전극탭 가이드를 나타내는 도면으로서, 도 6의 (a)는 히터부쪽의 전극탭 가이드를, 도 6의 (b)는 가이드롤 쪽의 전극탭 가이드를 각각 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전극판 건조장치에 있어서의 히터부의 가열에 대한 제어 방식을 나타내는 도면이다.

본 발명의 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 아니며, 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 실시예들은 단순히 본 발명의 개시가 완전해지도록 하는 목적만을 가진다.

첨부된 도면에서의 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

하나의 요소가 다른 요소와 "접속된" 것이라고 지칭되는 경우는, 다른 요소와 직접 연결된 것, 또는 중간에 다른 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제1, 제2 등의 서수가 특정 구성요소를 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소가 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 서수들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다.

나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 한정되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용되는 "포함한다"는 용어는, 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 전극판 건조장치의 개략적인 구성을 나타내는 정면도이다.

전극판 건조장치(100)는 전극판이 투입되고 건조된 후 배출되는 장치로서, 도 1에 대략적으로 나타낸 바와 같이, 전극판 건조장치(100)가 설치된 지면에 근접하여 전극판이 투입되는 도입부(200)와, 상기 도입부(200)로부터 투입된 전극판(10)을 가열하는 수직으로 세워진 제1 히터부(300)와, 상기 제1 히터부(300)에 수직인 방향, 즉 지면과 평행한 방향으로 제1 히터부(300)에 연속되는 제2 히터부(400)와, 상기 제2 히터부(400)에 수직인 방향, 즉 상기 제1 히터부(100)와 마주 보는 상태로 상기 제2 히터부(400)에 연속되는 제3 히터부(500), 및 상기 제1 내지 제3 히터부(300),(400),(500)에 의하여 가열처리가 종료된 전극판(10)이 지면에 근접하여 배출되는 배출부(600)를 포함하여 구성된다.

이 실시예에서는 도입부(200)와 배출부(600)가 전극판 건조장치(100)가 설치된 지면에 근접하게 투입되는 형태를 예로 들어 설명하고 있지만, 통상의 지식을 가진 자라면, 전극판 건조장치(100)가 반드시 이러한 형태를 취할 필요는 없으며, 예를 들어 직선형으로 구성되는 것도 가능하고, 전극판(10)이 전극판 건조장치(100)의 벽면 상부로 도입되고 벽면의 상부로 배출되는 형태로 가능한 것임은 물론이다.

도시되지는 않았으나, 상기 전극판 건조장치(100)는, 슬러리가 코팅된 전극판(10)이 권취되고, 상기 전극판(10)을 상기 전극판 건조장치(100)로 공급하는 공급롤, 및 상기 전극판 건조장치(100)에서 건조 공정이 끝난 전극판을 회수하여 권취하는 회수롤을 더 포함할 수 있다.

전극판 건조장치(100)로 공급되는 전극판(10)은 집전체와, 상기 집전체의 한쪽 또는 양쪽 표면에 코팅되는 전극활물질, 도전재 및 바인더 등을 용매에 분산시켜 슬러리화하고 이 슬러리가 코팅된 상태의 전극판이다.

상술한 구조의 전극판 건조장치(100)는, 대략 직육면체 형상을 가지며, 도시하지 않은 공급롤로부터 공급된 전극판(10)이 상기 도입부(200)를 통하여 도입되고, 제1 내지 제3 히터부히터부(300),(400),(500)에서 열처리에 의한 건조가 완료된 전극판(10)이 배출부(600)를 통하여 배출된 후, 도시하지 않은 회수롤로 회수된다.

상기 제1 내지 제3 히터부(300),(400),(500)는 칫수는 다소 상이하지만 실질적으로 동일한 구조로 구성된다. 따라서, 이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조한 제1 히터부(300)를 예로서 기술한다.

도 2는, 본 발명의 실시예에 따른 전극판 건조장치에 있어서의 도입부측에 설치되는 제1 히터부의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.

도 3은, 본 발명의 실시예에 따른 전극판 건조장치에 있어서의 천정부측에 설치되는 제2 히터부의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.

도 4는, 본 발명의 실시예에 따른 전극판 건조장치에 있어서의 히터부의 측면에서 본 단면도이다.

도 5는, 본 발명의 실시예에 따른 전극판 건조장치에 있어서의 히터부의 구성을 나타내는 도면으로서, 도 5의 (a)는 히터부의 측면도, 도 5의 (b)는 평면도이다.

도 4 및 도 5에서 가장 잘 나타낸 바와 같이, 제1 히터부(300)는 상호간에 서로 대면하는 제1 및 제2 원적외선 히터부(310)를 포함하고, 필요에 따라서 이들 제1 및 제2 원적외선 히터부(310)는 반사판(320),(320)을 구비할 수 있다. 반사판(320),(320)은 제1 및 제2 원적외선 히터부(310)로부터의 원적외선을 반사한다.

도입부(200)를 통하여 전극판 건조장치(100)내로 도입된 전극판(10)은 상기 제1 원적외선 히터부(310) 및 반사판(320)으로 구성된 한 쪽의 제1 히터부(300)와 제2 원적외선 히터부(310) 및 반사판(320)으로 구성된 다른 쪽의 제1 히터부(300)사이의 간극을 통과하면서 가열됨으로써 슬러리 내의 수분이 제거된다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 히터부(300)는 히터부 지지판(340)에 의하여 지면에 수직인 방향으로 직립하여 설치되고 히터부 지지판(340)은 벽면(110)에 설치된 4개의 수평 지지축(112)에 의하여 지지된다. 또한, 2개의 히터부(310)는, 도 5에 나타낸 바와 같이 제1 및 원적외선 히터부(310)와 제2 원적외선 히터부(310) 중의 어느 하나는 고정되고, 다른 하나는 상기 고정된 원적외선 히터부에 대하여 근접한 제1 위치 및 이격된 제2 위치의 사이에서 이동가능하다.

도 5의 (b)에 나타낸 실시예에 있어서, 도면의 좌측에 도시된 히터부(310)는 가동축(114)의 신장에 의하여 도면의 우측에 도시된 고정된 히터부(310) 쪽으로 이동함으로써 운용시 위치인 제1 위치에 있게 되며, 처리가 완료되거나 메인티넌스가 필요한 경우 가동축(114)을 수축함으로써 히터부(310)를 고정된 히터부(310)로부터 이격된 제2 위치로 이동하게 된다.

히터부(300)들이 상호간에 가장 가까운 거리로 근접하였을 때, 전극판(10)과 원적외선 히터부(310) 사이의 간극(D)은 본 실시예에서는 20 mm 이며, 전극재와 반사판(320) 사이의 간극은 10 mm 이다.

따라서, 상기 히터부(300),(400),(500)들은 상기 전극판(10)의 표면으로부터 20 mm 이격되게 위치함에 의하여 전극판(10)을 훼손하지 않고 슬러리에 남아 있는 수분을 안정적으로 건조시킬 수 있다.

제1 및 제2 원적외선 히터부(310)는 파장의 길이가 5.6 내지 1,000 ㎛ 인 원적외선을 발생시키는 원적외선 발열재에 의하여 제조된 발열판으로 구성되며, 파장의 길이가 근적외선에 비해서 길기 때문에 원적외선 히터부(310)로부터의 열을 전극판(10)에 간접적으로 가열함으로써 코팅층 표면으로부터 내부로까지 잘 전달할 수 있는 특성이 있다. 따라서, 전극판(10)의 충분한 건조를 위하여 건조 온도를 높게 올리지 않아도 되기 때문에 전극판의 열변형에 의한 튀틀림을 방지할 수 있으며, 바인더가 부분 용해되는 것을 방지하여 집전체와 활물질간의 접착력이 감소하는 문제를 해결할 수 있다.

원적외선 히터부(310)는 소재가 얇기 때문에 승온 속도가 빠르며, 에너지 효율이 좋기 때문에 전력을 절약할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 및 제2 원적외선 히터부(310)에서 사용되는 발열체는 온도의 상승에 따라 저항치가 높아지는 발열체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발열체는 전열재료로서 가장 일반적인 니켈과 크롬을 기초로 한 합금 저항선인 니크롬선에 비해 약 10배의 열접촉저항 (Thermal Contact Resistance:TCR) 특성을 가지는 히터를 사용함으로써 각 히터부가 자체 온도보정에 의하여 온도 균일도가 높아질 수 있다.

본 발명에 있어서는, 히터부의 온도 균일도 향상을 위하여 히터의 배열을, 예를 들어 3열로 하여, 중앙부를 제외한 주변부에서의 히트싱크(Heat sink)를 보강해줄 수 있도록 제어 영역을 구성하였으며, 개별 히터단위로 TCR의 특성을 최대한 효과적으로 사용하기 위한 패턴 설계를 함으로써 대면적 히터 내에서 자기온도 보완 기능을 적극적으로 진행시켜 넓은 면적의 온도 균일도를 높일 수 있다.

따라서, 본 실시예에 있어서는, 예를 들어 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 원적외선 히터부(310)는 복수 개의 원적외선 히터의 조합에 의하여, 전극판(10)의 이송방향에 수직인 방향에서 제1 및 제2 원적외선 히터부(310)의 중앙부와 주변부에서의 가열온도를 개별적으로 제어할 수 있다.

본 실시예에 있어서의 전극판 건조장치(100)는 전극판(10)의 진행방향에서 여러 차례 굴곡되는 부분이 있기 때문에, 예를 들어, 상기 도입부(200)와 상기 제1 히터부(300)의 사이에 제1 가이드롤(710)이 설치되고, 상기 제1 히터부(300)와 상기 제2 히터부(400)의 사이에 제2 가이드롤(720)이 설치되며, 상기 제2 히터부(400)와 상기 제3 히터부(500)의 사이에는 제3 가이드롤(730)이 설치되고, 상기 제3 히터부(500)와 상기 배출부(600)의 사이에 제4 가이드롤(740)이 설치됨으로써 상기 전극판(10)을 안내하게 된다.

또한, 본 실시예의 전극판 건조장치(100)에 있어서는, 상기 제1 내지 제3 히터부(300),(400),(500)와 상기 가이드롤(710) 내지 (740)의 측부에 상기 전극판의 일측에 형성된 전극탭(12)을 안내하는 전극탭 가이드(330),(750)를 포함하도록 구성된다. 이와 같은 가이드 구조에 의하여, 전극판에 형성된 전극탭(12)이 보호적으로 안내되고 훼손이 방지될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 의거하여 본 발명을 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특징의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경 및 변형은 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 해석된다.

10 : 전극판 12 : 전극탭
100 : 전극판 건조장치 110 : 전극판 건조장치의 벽면
112 : 수평 지지축 114 : 가동축
200 : 도입부 300 : 제1 히터부
310,410,510 : 제1 원적외선 히터부 320,420,520 : 반사판
330,750 : 전극탭 가이드 340 : 히터부 지지판
400 : 제2 히터부 500 : 제3 히터부 600 : 배출부 710 : 제1 가이드롤
720 : 제2 가이드롤 730 : 제3 가이드롤
740 : 제4 가이드롤 D : 간극

Claims (3)

1. 전극판이 투입되고 건조된 후 배출되는 이차전지용 전극판 건조장치로서:
   전극판이 투입되는 도입부;
   상기 도입부로부터 투입된 전극판을 가열하는 제1 히터부:
   상기 제1 히터부에 수직인 방향으로 연속되어 전극판을 가열하는 제2 히터부;
   상기 제2 히터부에 수직인 방향으로 연속되어 전극판을 가열하는 제3 히터부; 및
   가열처리된 전극판이 배출되는 배출부;
   를 포함하여 구성되며,
   상기 제1 내지 제3 히터부는 각각 상호간에 대면하는 제1 및 제2 원적외선 히터부를 포함하고, 상기 전극판은 상기 제1 및 제2 원적외선 히터부 사이의 간극을 통과하면서 가열되고,
   상기 제1 히터부 및 제3 히터부는 지면에 수직인 방향으로 설치되고, 상기 제2 히터부는 지면에 평행한 방향으로 설치되며,
   상기 제1 및 제2 원적외선 히터부는 각각 복수 개의 원적외선 히터를 조합하여 구성되며, 상기 복수 개의 원적외선 히터는 온도의 상승에 따라 저항치가 높아지는 발열체로 형성되는, 이차전지용 전극판 건조장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 원적외선 히터부는 상기 복수 개의 원적외선 히터의 조합에 의하여, 상기 전극판의 이송방향에 수직인 방향으로 제1 및 제 원적외선 히터부의 중앙부와 주변부에서의 가열온도를 개별적으로 제어가능한, 이차전지용 전극판 건조장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 원적외선 히터부는 그의 배면에 반사판을 더 포함하는, 이차전지용 전극판 건조장치.

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