KR20240000298A - 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템 - Google Patents
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Abstract
이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템은 이차전지 전극(secondary battery electrode)을 형성하는 메탈 포일(Meta Foil) 상에 도포된 슬러리(Slurry)의 열풍 건조를 위한 장소를 형성하는 열풍 건조로 챔버; 및 열풍 건조로 챔버에 마련되며, 열풍 건조로 챔버 내에서 이동하는 메탈 포일로 열풍을 급기해서 건조하는 한편 건조 시 사용된 열풍을 배기하는 열풍 급배기부를 포함하며, 열풍 건조로 챔버에는 열풍 건조로 챔버의 외부에서 열풍 건조로 챔버 내의 메탈 포일에 대한 급속 건조를 진행하는 소정의 급속 건조유닛이 외부 탑재되어 열풍 건조로 챔버 내의 메탈 포일로 작용하기 위한 유닛 외부 탑재 작용부가 마련되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 솔벤트 성분의 맺힘 문제와 폭발 위험성을 없애거나 현저하게 낮추면서 이차전지 전극의 메탈 포일(Meta Foil)에 대한 건조공정을 안전하고 안정적으로 진행할 수 있음은 물론 급속 건조를 실현할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있는, 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템에 관한 것이다.
이차전지는 에너지 밀도가 높고, 작동 전압이 높을 뿐만 아니라, 우수한 보존 및 수명 특성을 보이는 등 많은 장점을 가지고 있어, 개인용 컴퓨터, 캠코더, 휴대용 전화기, 휴대용 CD 플레이어, PDA 등 각종 휴대용 전자 기기뿐만 아니라 전기자동차 등에 널리 사용되고 있다.
이차전지의 예로서 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 전지 등이 있는데, 리튬(Lithium) 이차전지가 다른 종류의 이차전지에 비해 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 갖도록 제조할 수 있어 많은 분야에서 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 전해질이 채워진 케이스(case)와, 케이스 내부에 수용된 전극 조립체를 구비한다. 전극 조립체는 양극(anode), 분리막(separator), 및 음극(cathode)이 적층된 것으로, 젤리-롤(Jelly-Roll) 형태의 권취 구조 또는 스택(stack) 구조를 갖는다.
도 1을 참조하여 이러한 리튬 이차전지의 원리를 살펴보면, 양극기재(1)가 있는 양극의 양극 활물질(2)에 포함된 리튬 이온은 유기 용매로 이루어진 전해액(4)에 의하여 분리막(3)을 통과하여 음극기재(5)가 있는 음극으로 이동된 후 층상구조의 음극 활물질(6) 사이로 삽입되게 되는데 이를 충전이라 하며, 방전은 음극 활물질(6) 사이에 삽입되어 있던 리튬 이온이 다시 양극으로 분리막(3)을 통과하여 이동할 때 발생하는 전자의 흐름을 이용하여 전기를 발생시킨다. 즉 전기 화학적 산화-환원 반응에 의해 리튬 이온의 이동으로 전류를 발생시키는 원리이다.
이차전지의 성능을 향상시키기 위해서는 전기 화학 반응의 효율화가 필요하며, 이를 위해 전극 소재 변경, 전극 표면 코팅, 세정, 후막 기술 등 많은 연구가 이루어지고 있는 실정이다.
한편, 이러한 이차전지의 전극 제조를 위한 공정은 활물질과 도전제가 혼합된 전극 슬러리(Slurry)를 금속 성분의 재료인 집전체 위에 도포하고, 고온의 상태로 건조한 뒤 프레싱(Pressing)을 거쳐 제작하는 일련의 공정이다. 이하, 집전체를 메탈 포일(Meta Foil)라 한다.
이러한 이차전지 전극 제조공정을 제대로 진행하려면 집전체인 메탈 포일 상에 활물질 층(layer), 즉 슬러리가 안정적으로 부착되게 해야 한다.
그리고, 이 과정에서 내부 저항을 줄여 전지 특성을 향상시키기 위해서는 도포된 슬러리의 솔벤트(Solvent, 또는 솔벤트 성분)을 제거하는 전극 건조공정이 적절한 조건으로 이루어져야만 한다. 특히, 이차전지 전극의 품질 향상을 위해서는 제대로 된 전극 건조공정이 무엇보다도 중요하다.
이에, 이러한 전극 건조공정의 진행을 위해 종래에는 건조 오븐에 전기 히터 또는 가스 보일러 등을 통해 가열된 공기를 불어 넣어 메탈 포일 상에 도포된 슬러리를 건조해 왔다. 하지만, 이러한 고전적인 단순 방식은 건조 오븐뿐만 아니라 열풍 분사를 위한 각종 장비, 덕트 구조물 등을 추가로 설치해야 하는 다양한 문제를 발생시키는데, 만약 건조로의 길이가 수십 미터 이상으로 더 길어지면 설치 공간적인 문제, 복잡한 구조 문제, 비용 문제, 에너지 과다 소비 문제 등이 야기될 수밖에 없다.
이에 따라, 기존의 수십 미터에 달하는 건조로 길이를 감소하는 한편 에너지 효율을 향상시키기 위한 건조장치에 대한 필요성이 증가하고 있으나, 양극재 슬러리(slurry)의 경우 솔벤트(Solvent) 성분이 NMP(N-METHYL PYRROLIDONE)라는 폭발성이 있는 물질로 폭발 위험성이 없는 건조장치의 개발에 많은 어려움이 발생하고 있다.
부연하면, 양극재 고속 건조에 있어서 NMP가 건조되면서 발생하는 증기의 농도가 일정 농도 이상이 되면 폭발 사고로 이어질 수 있는데, 건조로 길이를 감소시키는 고속 건조장치(이하, 급속 건조유닛이라 함)의 구조상 기존의 수십 미터의 건조로 내에서 발생하던 NMP 증기가 줄어든 급속 건조유닛 내에서 동일한 양의 NMP 증기가 발생하면서 농도가 증가할 수밖에 없어 자연스럽게 폭발 위험성이 커지는 문제가 발생한다. 따라서, 폭발 위험성이 없는 급속 건조유닛의 개발도 필요하다.
또한, 급속 건조유닛을 단독으로 사용할 경우, 좁은 공간에서 발생하는 증기가 급속 건조유닛의 차가운 구조물에 맺히는 문제가 발생하는 문제가 발생할 수 있는데, 증발 증기의 제거를 위한 배기 장치만 급속 건조유닛 주변에 배치할 경우, 급속 건조유닛에는 솔벤트 성분의 맺힘 문제가 없을 수 있지만, 배기 라인 내에서 다시 맺히는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 건조 효율을 높이고자 급속 건조유닛를 열풍 건조로 내에 배치하는 경우를 고려해볼 수도 있으나, 이러면 뜨거운 열풍에 급속 건조유닛이 노출됨에 따라 에너지 효율은 높지만 높은 열에 취약한 전자 장비 등이 장착된 급속 건조유닛의 적용이 불가능해질 수 있다. 고온에서 사용 가능한 IR 램프(Lamp)를 적용하더라도 IR 램프의 온도가 섭씨 200℃ 이상 고온으로 상승하여 폭발 위험성이 있는 솔벤트 성분이 NMP인 양극재 슬러리 건조에 사용하지 못하고 솔벤트가 수분인 음극재 슬러리 건조에만 일부 적용될 수밖에 없는 등 여러 문제점이 있으므로 이를 해결하기 위한 기술 개발의 필요성이 대두된다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 솔벤트 성분의 맺힘 문제와 폭발 위험성을 없애거나 현저하게 낮추면서 이차전지 전극의 메탈 포일(Meta Foil)에 대한 건조공정을 안전하고 안정적으로 진행할 수 있음은 물론 급속 건조를 실현할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있는, 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이차전지 전극(secondary battery electrode)을 형성하는 메탈 포일(Meta Foil) 상에 도포된 슬러리(Slurry)의 열풍 건조를 위한 장소를 형성하는 열풍 건조로 챔버; 및 상기 열풍 건조로 챔버에 마련되며, 상기 열풍 건조로 챔버 내에서 이동하는 메탈 포일로 열풍을 급기해서 건조하는 한편 건조 시 사용된 열풍을 배기하는 열풍 급배기부를 포함하며, 상기 열풍 건조로 챔버에는 상기 열풍 건조로 챔버의 외부에서 상기 열풍 건조로 챔버 내의 메탈 포일에 대한 급속 건조를 진행하는 소정의 급속 건조유닛이 외부 탑재되어 상기 열풍 건조로 챔버 내의 메탈 포일로 작용하기 위한 유닛 외부 탑재 작용부가 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템이 제공될 수 있다.
상기 열풍 건조로 챔버는, 하부 챔버; 및 상기 하부 챔버의 상부에 착탈 가능하게 결합하는 상부 챔버를 포함할 수 있으며, 상기 유닛 외부 탑재 작용부가 상기 상부 챔버에 일체로 마련될 수 있다.
상기 유닛 외부 탑재 작용부는, 상기 상부 챔버에 마련되고 상기 급속 건조유닛의 탑재되는 장소를 형성하는 유닛 외부 탑재부를 포함할 수 있다.
상기 유닛 외부 탑재부는 상기 상부 챔버에서 상기 하부 챔버를 향해 홈(groove) 형태로 가공된 부위에 의해 형성될 수 있다.
상기 유닛 외부 탑재 작용부는, 상기 유닛 외부 탑재부에 이웃한 상기 상부 챔버에 마련되며, 상기 급속 건조유닛의 열원이 상기 열풍 건조로 챔버 내의 메탈 포일로 향하게 가이드하는 열원 투과용 윈도(window)를 포함할 수 있다.
상기 열원 투과용 윈도는, 상기 열풍 건조로 챔버 내의 메탈 포일에 이웃한 내부 윈도; 및 상기 내부 윈도와의 사이에 갭(gap)을 형성하되 상기 급속 건조유닛에 이웃하게 배치되는 외부 윈도를 포함할 수 있다.
상기 유닛 외부 탑재 작용부는, 상기 상부 챔버에서 상기 열원 투과용 윈도와 연결되며, 상기 열원 투과용 윈도를 이루는 내부 및 외부 윈도 사이의 갭을 통해 쿨링 유체를 유동시키는 쿨링 유체 유동부를 더 포함할 수 있다.
상기 쿨링 유체 유동부는, 상기 열원 투과용 윈도의 일측에 연결되고 상기 열원 투과용 윈도를 이루는 내부 및 외부 윈도 사이의 갭을 통해 쿨링 유체를 공급하는 쿨링 유체 공급덕트; 및 상기 열원 투과용 윈도의 타측에 연결되고 상기 열원 투과용 윈도를 이루는 내부 및 외부 윈도 사이의 갭에서 나온 쿨링 유체를 배출하는 쿨링 유체 배출덕트를 포함할 수 있다.
상기 열풍 급배기부는, 상기 하부 챔버에 배치되며, 하부에서 열풍이 급기되는 하부 열풍 노즐을 구비하는 하부 급기용 탱크; 상기 하부 챔버에서 상기 하부 급기용 탱크의 주변에 배치되며, 상기 하부 챔버 내의 열풍을 상기 하부 챔버 쪽으로 배기하는 복수 개의 하부 배기덕트; 상기 상부 챔버에 배치되며, 상부에서 열풍이 급기되는 상부 열풍 노즐을 구비하는 상부 급기용 탱크; 및 상기 상부 챔버에서 상기 상부 급기용 탱크의 주변에 배치되며, 상기 상부 챔버 내의 열풍을 상기 상부 챔버 쪽으로 배기하는 복수 개의 상부 배기덕트를 포함할 수 있다.
상기 하부 급기용 탱크, 상기 하부 배기덕트, 상기 상부 급기용 탱크 및 상기 상부 배기덕트가 상기 열풍 건조로 챔버 내에서 복수 개로 배치될 수 있으며, 상기 열풍 건조로 챔버의 일측에는 건조 전의 메탈 포일이 투입되는 포일 투입구가 형성되고 타측에는 건조 완료된 메탈 포일이 배출되는 포일 배출구가 형성될 수 있다.
상기 열풍 건조로 챔버 내에는 상기 메탈 포일을 이동시키는 복수 개의 롤러가 배치될 수 있다.
상기 열풍 건조로 챔버 내에서 상기 메탈 포일에 대한 건조 공정이 자동 진행되기 위해 상기 열풍 급배기부와 상기 급속 건조유닛의 동작을 유기적으로 컨트롤하는 시스템 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 급속 건조유닛이 NIR 레이저(LASER) 유닛, IPL(Intense Pulsed Light) 유닛, IR 램프(Lamp) 유닛 중에서 선택될 수 있다.
본 발명에 따르면, 솔벤트 성분의 맺힘 문제와 폭발 위험성을 없애거나 현저하게 낮추면서 이차전지 전극의 메탈 포일(Meta Foil)에 대한 건조공정을 안전하고 안정적으로 진행할 수 있음은 물론 급속 건조를 실현할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 이차전지의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2의 요부 확대도이다.
도 4는 도 2의 공정도이다.
도 5는 도 2의 요부 확대도로서 열풍 건조로 챔버의 일 부분을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 유닛 외부 탑재 작용부에 대한 확대도이다.
도 7은 도 6의 사용상태도이다.
도 8은 도 5의 유닛 외부 탑재 작용부에 급속 건조유닛이 탑재된 상태의 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템의 제어블록도이다.
도 10 및 도 11은 급속 건조유닛의 다른 적용예들이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2의 요부 확대도이다.
도 4는 도 2의 공정도이다.
도 5는 도 2의 요부 확대도로서 열풍 건조로 챔버의 일 부분을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 유닛 외부 탑재 작용부에 대한 확대도이다.
도 7은 도 6의 사용상태도이다.
도 8은 도 5의 유닛 외부 탑재 작용부에 급속 건조유닛이 탑재된 상태의 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템의 제어블록도이다.
도 10 및 도 11은 급속 건조유닛의 다른 적용예들이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템의 구성도이고, 도 3은 도 2의 요부 확대도이며, 도 4는 도 2의 공정도이고, 도 5는 도 2의 요부 확대도로서 열풍 건조로 챔버의 일 부분을 도시한 도면이며, 도 6은 도 5의 유닛 외부 탑재 작용부에 대한 확대도이고, 도 7은 도 6의 사용상태도이며, 도 8은 도 5의 유닛 외부 탑재 작용부에 급속 건조유닛이 탑재된 상태의 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템의 제어블록도이며, 도 10 및 도 11은 급속 건조유닛의 다른 적용예들이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템은 솔벤트(Solvent) 성분의 맺힘 문제와 폭발 위험성을 없애거나 현저하게 낮추면서 이차전지 전극의 메탈 포일(Meta Foil)에 대한 건조공정을 안전하고 안정적으로 진행할 수 있음은 물론 급속 건조를 실현할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있도록 한다.
앞서 기술한 것처럼 이차전지의 전극 제조를 위한 전극 공정은 활물질과 도전제가 혼합된 전극 슬러리(Slurry)를 금속 성분의 재료인 집전체 위에 도포하고, 고온의 상태로 건조한 뒤 프레싱(Pressing)을 거쳐 제작하는 일련의 공정이다. 여기서, 금속 성분의 재료인 집전체가 본 실시예에서 메탈 포일에 해당한다. 메탈 포일은 알루미늄(A) 또는 구리(Cu) 재질이다.
메탈 포일에 도포된 활물질과 도전제가 혼합된 전극 슬러리는 고온의 상태로 건조되어야 하는데, 이때 본 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템이 적용된다. 본 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템이 적용되면 기존과 달리 솔벤트 성분의 맺힘 문제와 폭발 위험성을 없애거나 현저하게 낮출 수 있다. 그리고, 메탈 포일에 대한 급속 건조를 실현할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있다.
이러한 효과를 제공할 수 있는 본 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템은 유닛 외부 탑재 작용부(130)가 마련되는 열풍 건조로 챔버(100)를 포함하며, 열풍 건조로 챔버(100)에 롤러(102), 열풍 급배기부(170) 등의 구조가 위치별로 탑재되는 형태를 취한다.
열풍 건조로 챔버(100)는 이차전지 전극(secondary battery electrode)을 형성하는 메탈 포일 상에 도포된 슬러리(Slurry)의 열풍 건조를 위한 장소를 형성한다. 열풍 건조로 챔버(100)의 길이는 적절하게 설계될 수 있다.
만약, 열풍 건조로 챔버(100)의 길이가 길면 롤러(102), 열풍 급배기부(170) 등의 구조가 좀 더 많이 배치될 것이고, 열풍 건조로 챔버(100)의 길이가 짧으면 롤러(102), 열풍 급배기부(170) 등의 구조가 좀 더 적게 배치될 것이다. 따라서, 열풍 건조로 챔버(100)의 길이와 사이즈는 도시된 것을 벗어나 얼마든지 변경될 수 있다.
이러한 열풍 건조로 챔버(100)는 하부 챔버(110)와, 하부 챔버(110)의 상부에 착탈 가능하게 결합하는 상부 챔버(120)를 포함할 수 있다. 상부 챔버(120)가 열리는 구조라서 하부 챔버(110)와 상부 챔버(120) 상에 롤러(102), 열풍 급배기부(170) 등의 구조물을 설치할 수 있다.
하부 챔버(110)와 상부 챔버(120) 사이에는 기밀재(115)가 배치된다. 따라서, 열풍 건조로 챔버(100)의 바깥으로 열기가 새나가지 않는다.
열풍 건조로 챔버(100) 내에는 복수 개의 롤러(102)가 배치된다. 건조 대상의 메탈 포일은 이러한 롤러(102)의 작용으로 열풍 건조로 챔버(100) 내에서 이동하면서 건조된다. 메탈 포일의 출입을 위하여 열풍 건조로 챔버(100)의 일측에는 건조 전의 메탈 포일이 투입되는 포일 투입구(111)가 형성되고 타측에는 건조 완료된 메탈 포일이 배출되는 포일 배출구(112)가 형성된다. 물론, 도면에는 포일 투입구(111)와 포일 배출구(112)를 단시 홀(hole) 형태로 도시했는데, 이들에는 해당 포일 투입구(111)와 포일 배출구(112)를 개폐하기 위한 도어가 마련될 수 있다.
열풍 급배기부(170)는 열풍 건조로 챔버(100)에 마련되며, 열풍 건조로 챔버(100) 내에서 이동하는 메탈 포일로 열풍을 급기해서 건조하는 한편 건조 시 사용된 열풍을 배기하는 역할을 한다. 다시 말해, 메탈 포일은 실질적으로 열풍 급배기부(170)의 작용에 의한 열풍에 의해 고온 건조된다.
이러한 열풍 급배기부(170)는 하부 챔버(110)에 배치되며, 하부에서 열풍이 급기되는 하부 열풍 노즐(172)을 구비하는 하부 급기용 탱크(171)와, 하부 챔버(110)에서 하부 급기용 탱크(171)의 주변에 배치되며, 하부 챔버(110) 내의 열풍을 하부 챔버(110) 쪽으로 배기하는 복수 개의 하부 배기덕트(173)와, 상부 챔버(120)에 배치되며, 상부에서 열풍이 급기되는 상부 열풍 노즐(175)을 구비하는 급기용 탱크(174)와, 상부 챔버(120)에서 상부 급기용 탱크(174)의 주변에 배치되며, 상부 챔버(120) 내의 열풍을 상부 챔버(120) 쪽으로 배기하는 복수 개의 상부 배기덕트(176)를 포함한다.
본 실시예에서 하부 급기용 탱크(171), 하부 배기덕트(173), 상부 급기용 탱크(174) 및 상부 배기덕트(176)가 열풍 건조로 챔버(100) 내에서 복수 개로 배치된다. 앞서 기술한 것처럼 열풍 건조로 챔버(100)의 길이, 사이즈에 따라 하부 급기용 탱크(171), 하부 배기덕트(173), 상부 급기용 탱크(174) 및 상부 배기덕트(176)의 개수 및 위치가 얼마든지 달라질 수 있다.
그리고, 도면에는 하부 급기용 탱크(171)들과 상부 급기용 탱크(174)들의 크기가 다른 것으로 도시했는데, 이들은 그 크기가 동일할 수도 있다. 또한, 하부 급기용 탱크(171)들과 상부 급기용 탱크(174)들에 각각 마련되는 하부 열풍 노즐(172)들과 상부 열풍 노즐(175)들의 개수 역시 도면과 달라질 수 있다. 따라서, 도면의 형상에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
이에, 포일 투입구(111)를 통해 열풍 건조로 챔버(100) 내로 메탈 포일이 인입되고 롤러(102)에 의해 이동할 때, 열풍 급배기부(170)가 동작함에 따라, 즉 하부 급기용 탱크(171)들과 상부 급기용 탱크(174)들로 열풍이 공급되고 하부 배기덕트(173)들과 상부 배기덕트(176)들로 다소 차가워진 열풍이 배기되는 동작이 진행됨에 따라 메탈 포일은 고온 건조된 후, 포일 배출구(112)로 배출될 수 있다. 슬러리가 건조되면서 발생한 솔벨트(Solvent)가 하부 배기덕트(173)들과 상부 배기덕트(176)들을 통해 배출된다.
한편, 열풍의 작용만으로 메탈 포일을 고온 건조하면 앞서 기술한 것처럼 많은 문제, 예컨대, 솔벤트 성분의 맺힘 문제가 발생할 수 있고, 또한 폭발 위험성이 커질 수 있다.
따라서, 솔벤트 성분의 맺힘 문제와 폭발 위험성을 없애거나 현저하게 낮추면서 이차전지 전극의 메탈 포일에 대한 건조공정을 안전하고 안정적으로 진행하기 위해 본 시스템에는 유닛 외부 탑재 작용부(130)가 열풍 건조로 챔버(100)에 적용된다.
열풍 건조로 챔버(100)에 마련되는 유닛 외부 탑재 작용부(130)는 급속 건조유닛(10)을 외부 탑재하기 위한, 다시 말해, 급속 건조유닛(10)을 열풍 건조로 챔버(100)의 바깥에 배치한 상태에서 열풍 건조로 챔버(100) 내의 메탈 포일을 고온 건조할 수 있게끔 하는 수단이다. 따라서, 본 실시예에 따른 열풍 건조로 챔버(100)에는 열풍 건조로 챔버(100)의 외부에서 열풍 건조로 챔버(100) 내의 메탈 포일에 대한 급속 건조를 진행하는 소정의 급속 건조유닛(10)이 외부 탑재되어 열풍 건조로 챔버(100) 내로 작용하기 위한 유닛 외부 탑재 작용부(130)가 마련된다.
본 실시예에서 유닛 외부 탑재 작용부(130)는 상부 챔버(120)에 일체로 마련된다. 이러한 유닛 외부 탑재 작용부(130)는 유닛 외부 탑재부(140), 열원 투과용 윈도(150, window) 및 쿨링 유체 유동부(160)를 포함할 수 있다.
유닛 외부 탑재부(140)는 상부 챔버(120)에 마련되고 급속 건조유닛(10)의 탑재되는 장소를 형성한다. 유닛 외부 탑재부(140)는 상부 챔버(120)에서 하부 챔버(110)를 향해 홈(groove) 형태로 가공된 부위에 의해 형성될 수 있다.
이러한 유닛 외부 탑재부(140)에 탑재 가능한 급속 건조유닛(10)은 NIR 레이저(LASER) 유닛일 수 있다.
하지만, 도 10처럼 IPL(Intense Pulsed Light) 유닛이 급속 건조유닛(20)일 수도 있고, 도 11처럼 IR 램프(Lamp) 유닛이 급속 건조유닛(30)일 수도 있다. 어떠한 유닛(10~30)이 적용되더라도 해당 유닛(10~30)은 상부 챔버(120)의 외부인 유닛 외부 탑재부(140)에 탑재된 상태에서 열풍 건조로 챔버(100) 내의 메탈 포일을 고속 건조한다. 따라서, 솔벤트 성분의 맺힘 문제가 발생하지 않게끔 하고, 또한 폭발 위험성을 없앨 수 있다. 물론, 고속 건조도 가능하다.
고속 건조를 위한 급속 건조유닛(10)의 작용을 위해 열원 투과용 윈도(150)가 마련된다. 즉 열원 투과용 윈도(150)는 유닛 외부 탑재부(140)에 이웃한 상부 챔버(120)에 마련되며, 급속 건조유닛(10)의 열원이 열풍 건조로 챔버(100) 내의 메탈 포일로 향하게 가이드한다.
이러한 열원 투과용 윈도(150)는 열풍 건조로 챔버(100) 내의 메탈 포일에 이웃한 내부 윈도(151)와, 내부 윈도(151)와의 사이에 갭(G, gap)을 형성하되 급속 건조유닛(10)에 이웃하게 배치되는 외부 윈도(152)를 포함할 수 있다. 내부 윈도(151)와 외부 윈도(152)는 열에 강한 특수 유리일 수 있다.
쿨링 유체 유동부(160)는 상부 챔버(120)에서 열원 투과용 윈도(150)와 연결되며, 열원 투과용 윈도(150)를 이루는 내부 및 외부 윈도(151,152) 사이의 갭(G)을 통해 쿨링 유체를 유동시키는 역할을 한다. 즉 쿨링 유체 유동부(160)는 뜨거운 열원의 차폐를 위해 마련된다. 쿨링 유체는 공기, 물, 냉매 등 다양할 수 있다.
이러한 쿨링 유체 유동부(160)는 열원 투과용 윈도(150)의 일측에 연결되고 열원 투과용 윈도(150)를 이루는 내부 및 외부 윈도(151,152) 사이의 갭(G)을 통해 쿨링 유체를 공급하는 쿨링 유체 공급덕트(161)와, 열원 투과용 윈도(150)의 타측에 연결되고 열원 투과용 윈도(150)를 이루는 내부 및 외부 윈도(151,152) 사이의 갭(G)에서 나온 쿨링 유체를 배출하는 쿨링 유체 배출덕트(162)를 포함한다. 쿨링 유체의 공급 및 배출을 위한 블로우, 흡입기 등이 부가될 수도 있다.
한편, 본 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템에는 시스템의 컨트롤를 위해 시스템 컨트롤러(190)가 더 적용된다.
시스템 컨트롤러(190)는 열풍 건조로 챔버(100) 내에서 메탈 포일에 대한 건조 공정이 자동 진행되기 위해 열풍 급배기부(170)와 급속 건조유닛(10)의 동작을 유기적으로 컨트롤한다.
이러한 역할을 수행하는 시스템 컨트롤러(190)는 중앙처리장치(191, CPU), 메모리(192, MEMORY), 그리고 서포트 회로(193, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(191)는 본 실시예에서 열풍 건조로 챔버(100) 내에서 메탈 포일에 대한 건조 공정이 자동 진행되기 위해 열풍 급배기부(170)와 급속 건조유닛(10)의 동작을 유기적으로 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다.
메모리(192, MEMORY)는 중앙처리장치(191)와 연결된다. 메모리(192)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리일 수 있다.
서포트 회로(193, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(191)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(193)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 시스템 컨트롤러(190)는 열풍 건조로 챔버(100) 내에서 메탈 포일에 대한 건조 공정이 자동 진행되기 위해 열풍 급배기부(170)와 급속 건조유닛(10)의 동작을 유기적으로 컨트롤하는데, 이러한 일련의 컨트롤 프로세스 등은 메모리(192)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(192)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다.
이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템의 작용을 설명한다.
우선, 포일 투입구(111)를 통해 열풍 건조로 챔버(100) 내로 메탈 포일이 인입된 후, 롤러(102)에 의해 이동한다. 이때, 열풍 급배기부(170)가 동작한다. 즉 하부 급기용 탱크(171)들과 상부 급기용 탱크(174)들로 열풍이 공급되어 메탈 포일의 고온 건조가 진행된다. 슬러리가 건조되면서 발생한 솔벨트(Solvent)는 하부 배기덕트(173)들과 상부 배기덕트(176)들을 통해 배출된다.
한편, 이러한 열풍 급배기부(170)의 동작과 함께 급속 건조유닛(10)이 동작한다. 이때, 급속 건조유닛(10)은 열풍 건조로 챔버(100)의 외부에 배치되어 있는 바, 급속 건조유닛(10)에서 발생하는 열원은 열원 투과용 윈도(150)를 통해 열풍 건조로 챔버(100) 내의 메탈 포일로 향하면서 메탈 포일의 고속 건조에 역할을 한다.
이처럼 열풍 급배기부(170)의 작용과 열풍 건조로 챔버(100)의 외부에 배치되는 급속 건조유닛(10)의 작용으로 건조가 완료된 메탈 포일은 포일 배출구(112)로 배출될 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조로 작용을 하는 본 실시예에 따르면, 솔벤트 성분의 맺힘 문제와 폭발 위험성을 없애거나 현저하게 낮추면서 이차전지 전극의 메탈 포일(Meta Foil)에 대한 건조공정을 안전하고 안정적으로 진행할 수 있음은 물론 급속 건조를 실현할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
이처럼 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다고 하여야 할 것이다.
10 : 급속 건조유닛 100 : 열풍 건조로 챔버
102 : 롤러 110 : 하부 챔버
111 : 포일 투입구 112 : 포일 배출구
120 : 상부 챔버 130 : 유닛 외부 탑재 작용부
140 : 유닛 외부 탑재부 150 : 열원 투과용 윈도
151 : 내부 윈도 152 : 외부 윈도
160 : 쿨링 유체 유동부 161 : 쿨링 유체 공급덕트
162 : 쿨링 유체 배출덕트 170 : 열풍 급배기부
171 : 하부 급기용 탱크 172 : 하부 열풍 노즐
173 : 하부 배기덕트 174 : 상부 급기용 탱크
175 : 상부 열풍 노즐 176 : 상부 배기덕트
190 : 시스템 컨트롤러
102 : 롤러 110 : 하부 챔버
111 : 포일 투입구 112 : 포일 배출구
120 : 상부 챔버 130 : 유닛 외부 탑재 작용부
140 : 유닛 외부 탑재부 150 : 열원 투과용 윈도
151 : 내부 윈도 152 : 외부 윈도
160 : 쿨링 유체 유동부 161 : 쿨링 유체 공급덕트
162 : 쿨링 유체 배출덕트 170 : 열풍 급배기부
171 : 하부 급기용 탱크 172 : 하부 열풍 노즐
173 : 하부 배기덕트 174 : 상부 급기용 탱크
175 : 상부 열풍 노즐 176 : 상부 배기덕트
190 : 시스템 컨트롤러
Claims (13)
- 이차전지 전극(secondary battery electrode)을 형성하는 메탈 포일(Meta Foil) 상에 도포된 슬러리(Slurry)의 열풍 건조를 위한 장소를 형성하는 열풍 건조로 챔버; 및
상기 열풍 건조로 챔버에 마련되며, 상기 열풍 건조로 챔버 내에서 이동하는 메탈 포일로 열풍을 급기해서 건조하는 한편 건조 시 사용된 열풍을 배기하는 열풍 급배기부를 포함하며,
상기 열풍 건조로 챔버에는 상기 열풍 건조로 챔버의 외부에서 상기 열풍 건조로 챔버 내의 메탈 포일에 대한 급속 건조를 진행하는 소정의 급속 건조유닛이 외부 탑재되어 상기 열풍 건조로 챔버 내의 메탈 포일로 작용하기 위한 유닛 외부 탑재 작용부가 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템. - 제1항에 있어서,
상기 열풍 건조로 챔버는,
하부 챔버; 및
상기 하부 챔버의 상부에 착탈 가능하게 결합하는 상부 챔버를 포함하며,
상기 유닛 외부 탑재 작용부가 상기 상부 챔버에 일체로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템. - 제2항에 있어서,
상기 유닛 외부 탑재 작용부는,
상기 상부 챔버에 마련되고 상기 급속 건조유닛의 탑재되는 장소를 형성하는 유닛 외부 탑재부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템. - 제3항에 있어서,
상기 유닛 외부 탑재부는 상기 상부 챔버에서 상기 하부 챔버를 향해 홈(groove) 형태로 가공된 부위에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템. - 제2항에 있어서,
상기 유닛 외부 탑재 작용부는,
상기 유닛 외부 탑재부에 이웃한 상기 상부 챔버에 마련되며, 상기 급속 건조유닛의 열원이 상기 열풍 건조로 챔버 내의 메탈 포일로 향하게 가이드하는 열원 투과용 윈도(window)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템. - 제5항에 있어서,
상기 열원 투과용 윈도는,
상기 열풍 건조로 챔버 내의 메탈 포일에 이웃한 내부 윈도; 및
상기 내부 윈도와의 사이에 갭(gap)을 형성하되 상기 급속 건조유닛에 이웃하게 배치되는 외부 윈도를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템. - 제5항에 있어서,
상기 유닛 외부 탑재 작용부는,
상기 상부 챔버에서 상기 열원 투과용 윈도와 연결되며, 상기 열원 투과용 윈도를 이루는 내부 및 외부 윈도 사이의 갭을 통해 쿨링 유체를 유동시키는 쿨링 유체 유동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템. - 제7항에 있어서,
상기 쿨링 유체 유동부는,
상기 열원 투과용 윈도의 일측에 연결되고 상기 열원 투과용 윈도를 이루는 내부 및 외부 윈도 사이의 갭을 통해 쿨링 유체를 공급하는 쿨링 유체 공급덕트; 및
상기 열원 투과용 윈도의 타측에 연결되고 상기 열원 투과용 윈도를 이루는 내부 및 외부 윈도 사이의 갭에서 나온 쿨링 유체를 배출하는 쿨링 유체 배출덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템. - 제2항에 있어서,
상기 열풍 급배기부는,
상기 하부 챔버에 배치되며, 하부에서 열풍이 급기되는 하부 열풍 노즐을 구비하는 하부 급기용 탱크;
상기 하부 챔버에서 상기 하부 급기용 탱크의 주변에 배치되며, 상기 하부 챔버 내의 열풍을 상기 하부 챔버 쪽으로 배기하는 복수 개의 하부 배기덕트;
상기 상부 챔버에 배치되며, 상부에서 열풍이 급기되는 상부 열풍 노즐을 구비하는 상부 급기용 탱크; 및
상기 상부 챔버에서 상기 상부 급기용 탱크의 주변에 배치되며, 상기 상부 챔버 내의 열풍을 상기 상부 챔버 쪽으로 배기하는 복수 개의 상부 배기덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템. - 제9항에 있어서,
상기 하부 급기용 탱크, 상기 하부 배기덕트, 상기 상부 급기용 탱크 및 상기 상부 배기덕트가 상기 열풍 건조로 챔버 내에서 복수 개로 배치되며,
상기 열풍 건조로 챔버의 일측에는 건조 전의 메탈 포일이 투입되는 포일 투입구가 형성되고 타측에는 건조 완료된 메탈 포일이 배출되는 포일 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템. - 제1항에 있어서,
상기 열풍 건조로 챔버 내에는 상기 메탈 포일을 이동시키는 복수 개의 롤러가 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템. - 제1항에 있어서,
상기 열풍 건조로 챔버 내에서 상기 메탈 포일에 대한 건조 공정이 자동 진행되기 위해 상기 열풍 급배기부와 상기 급속 건조유닛의 동작을 유기적으로 컨트롤하는 시스템 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템. - 제1항에 있어서,
상기 급속 건조유닛이 NIR 레이저(LASER) 유닛, IPL(Intense Pulsed Light) 유닛, IR 램프(Lamp) 유닛 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조용 하이브리드 건조시스템.
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2022
- 2022-06-23 KR KR1020220077126A patent/KR20240000298A/ko unknown
Patent Citations (1)
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