KR20240043125A - 접착력의 개선을 위한 전극 제조 시스템 및 전극 제조 방법 - Google Patents

접착력의 개선을 위한 전극 제조 시스템 및 전극 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 제조 시스템, 전극 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전극에 관한 것으로, 상기 전극 제조 시스템은 건조부 하류에 마련되어 전극 기재를 고온 가열하는 열처리부를 포함하여, 열처리 과정에서 전극 기재의 PVdF 바인더의 결정상을 변화시킴으로써 전극의 접착력을 증가시켜 전극 활물질층의 탈리 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

접착력의 개선을 위한 전극 제조 시스템 및 전극 제조 방법{AN ELECTRODE MANUFACTURING SYSTEM FOR IMPROVING ADHESION, AN ELECTRODE MANUFACTURING METHOD, AND AN ELECTRODE MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 접착력을 향상시키기 위한 이차전지용 전극의 제조 시스템, 전극 제조 방법 및 이의 방법으로 제조된 전극에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있다. 그 중에서도, 리튬 이차전지는 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수하다는 점에서, 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자 제품들의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지의 전극을 제조하는 전극 제조공정(이하 '전극 공정'이라 함)은, 집전체인 금속 호일의 표면에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 코팅 공정과, 전극 슬러리의 용매를 제거하기 위한 건조 공정, 건조된 전극을 압연하는 압연 공정, 전극에 전극 탭을 형성하고, 전극을 치수에 따라 절단하는 노칭 및 슬리팅 공정 등을 포함한다.
이중 전극의 건조 공정은, 열풍의 분사 및/또는 복사열의 조사가 가능하도록 구성된 전극 건조 오븐에 전극을 투입하고, 전극이 소정 범위의 속도로 상기 건조 오븐 내부를 주행하면서 건조 공정이 진행된다.
종래의 전극 제조 시스템이나 전극 제조 방법은, 전극을 10~40m/min 의 이송 속도로 건조 오븐을 통과하도록 구성되어 있으나, 최근에는 전극 공정의 생산 효율을 높이기 위해 건조 오븐을 주행하는 전극의 이송 속도가 70~100m/min로 증가하고 있는 추세이다.
한편, 전극은 전극을 구성하는 재료인 전극 활물질, 도전재를 서로 간에 잘 뭉치도록 하고, 전극 활물질층과 집전체 간의 계면 접착력을 부여하기 위해 바인더를 포함한다. PVdF(Polyvinylidene fluoride)계 바인더는 접착력이 우수하고, 전해액에 대해 화학적으로 안정하기 때문에 전극 용 바인더, 특히 양극 용 바인더로 많이 사용되고 있다.
이러한 PVdF계 바인더는 열적/기계적 처리에 의해 알파, 베타, 감마 등의 다양한 결정 구조 상을 가지며, 감마 상의 비율이 높을수록 전극 접착력에 유리한 것으로 알려져 있다.
전극의 생산 속도가 우수하면서도, PVDF계 바인더의 감마 상의 비율을 높이기 위한 전극 제조 시스템, 전극 제조 방법에 대한 기술 개발이 필요하다.
한국 공개특허 제10-2019-0079137호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극의 생산 속도가 우수하면서도, 접착력의 개선을 위해 PVdF계 바인더의 결정상을 변화시킬 수 있는 전극 제조 시스템, 이를 이용한 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 제조 시스템이 제공된다. 상기 전극 제조 시스템은, 긴 시트 형상의 전극 기재를 지지하고 일 방향으로 이송시키도록 구성된 이송 롤러를 포함하는 이송부; 전극 집전체 상에, 폴리피닐리덴플루오라이드(PVdF)계 바인더를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 코팅부; 상기 전극 슬러리가 도포된 전극 기재를 건조하기 위한 건조부; 및 상기 건조부의 하류에 배치되고, 건조부로부터 반출된 전극 기재에 열을 가하도록 구성된 열처리부; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열처리부는, 전극 기재에 170℃ 이상의 열을 인가하도록 구성된 열원; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열원은, 전극 기재가 이송되는 방향(MD; Machine direction)으로 n개(n은 2 이상의 정수임) 배치될 수 있고, 상기 n개(n은 2 이상의 정수임)의 열원들은 독립적으로 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열원은, 전극 기재를 이송시키기 위한 이송 롤러의 내부에 열선이 내장된 히팅(Heating) 롤러일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열원은,
전극 기재에 레이저를 인가하도록 구성된 레이저 모듈 및 적외선을 인가하도록 구성된 적외선 히터 중에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 시스템은, 상기 열원의 작동을 제어하는 제어부; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 이송부는, 전극 기재를 50~100m/min의 속도로 이송시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 이송부는, 전극 기재를 70~100m/min의 속도로 이송시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 코팅부는, 전극 집전체의 일면에 PVdF계 바인더를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 제1 코팅부; 및 전극 집전체의 타면에 PVdF계 바인더를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 제2 코팅부; 를 포함하고, 상기 건조부는, 제1 코팅부를 경유한 전극 기재를 건조하는 제1 건조부; 및 제2 코팅부를 경유한 전극 기재를 건조하는 제2 건조부; 를 포함하며, 상기 열처리부는, 제1 건조부의 하류에 배치되고, 제1 건조부로부터 반출된 전극 기재에 열을 가하도록 구성된 제1 열처리부; 및 제2 건조부의 하류에 배치되고, 제2 건조부로부터 반출된 전극 기재에 열을 가하도록 구성된 제2 열처리부; 를 포함하며, 상기 이송부에 의해 이송되는 전극 기재가, 제1 코팅부, 제1 건조부, 제1 열처리부, 제2 코팅부, 제2 건조부 및 제2 열처리부를 순차적으로 경유하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열처리부는, 열원이 인가되는 공간 중 적어도 일부를 외부로부터 차단하기 위한 개폐식 격벽; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열처리부는, 전극 기재에서 전극 활물질층이 형성된 유지부에 대해서만 열을 인가하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 전극의 제조 방법이 제공된다. 본 발명에 따른 전극 제조방벙은, 전극 집전체 상에 폴리피닐리덴플루오라이드(PVdF)계 바인더를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 슬러리 코팅층 형성 단계; 슬러리 코팅층이 형성된 전극 기재를 건조시키는 건조 단계; 및 건조된 전극 기재에 열을 가하여 전극 기재 중 PVdF계 바인더의 결정상을 변화시키는 열처리 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 열처리 단계는, 전극 기재에 170℃ 이상의 열을 인가하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 건조 단계에서, 전극 기재의 이송 속도는 50~100m/min의 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 건조 단계에서, 전극 기재의 이송 속도는 70~100m/min의 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 건조 단계에서, 건조 온도는 80 내지 120℃의 범위일 수 있다.
본 발명에 따르면, 열처리부가 건조된 전극 기재에 추가적으로 열을 가하여, PVdF계 바인더의 재결정화가 유도되어, 감마 상 결정의 비율이 증가하고, 이에 따라 전극의 접착력이 향상된다.
본 발명에 따르면, 전극 기재의 이송 속도를 감소시킬 필요없이, 열처리부의 어닐링(annealing)을 통한 재결정화를 이용하므로, 전극의 생산 효율도 우수하다.
본 발명에 따르면, 건조 오븐에서 반출된 전극 기재에 잔류할 수 있는 용매가 열처리부를 경유하면서 완전히 제거될 수 있으므로, 건조 후 진행하는 진공 건조 공정에 소요되는 시간을 감축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 전극 제조 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 2는 도 1의 열처리부를 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 열처리부를 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 열처리부를 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 전극 제조 시스템을 보여주는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 예에서, 2층 구조 형태의 전극 제조 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 하나의 예에서, 전극 제조 방법의 순서를 나타낸 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 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.
본 명세서에서 전극 기재는, 전극 집전체 상에 전극 슬러리가 도포된 것 및 전극 집전체 상에 도포된 전극 슬러리가 건조되어, 전극 집전체 상에 전극 활물질층이 형성된 것을 모두 포함하는 개념이다.
본 발명은 전극 제조 시스템, 이를 이용한 전극 제조 방법 및 이에 의해 제조된 전극을 제공한다.
통상적으로 전극 용 바인더로써, 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)계 바인더가 주로 사용되고 있으며, PVdF계 바인더의 결정 구조는, 알파(α), 베타(β), 감마(γ) 및 델타(δ) 결정상을 가지는데, 결정상의 종류 및 비율은 PVdF계 바인더의 접착력에 영향을 미친다. 구체적으로 감마(γ) 결정상은, 다른 결정상들에 비해 접착력 향상에 유리한 것으로 알려져 있다. 따라서, PVdF계 바인더에서 감마(γ) 결정상의 비율을 높이면, 바인더의 함량을 증가시키지 않고도 전극의 접착력을 증가시킬 수 있다.
전극 내 포함된 PVdF계 바인더에서, 감마(γ) 결정상의 비율을 높이기 위해서, 알파(α) 및 베타(β) 결정상을 감마(γ) 결정상으로 재결정화 시키는 방법을 고려할 수 있는데, 이러한 재결정화를 위해서는 PVdF계 바인더를 결정용융온도(Tm)인 170℃ 이상의 온도로 열을 가하는 것이 필요하다.
전극의 건조 과정은 건조 오븐을 주행하는 전극 기재에 고온의 열을 가하므로, 건조 과정의 건조 온도를 170℃ 이상으로 설정해, PVdF계 바인더의 결정상을 감마(γ) 결정상으로 재결정화하는 것이 이론적으로는 가능할 수 있으나, 생산 현장에서 전극의 건조 과정 중, PVdF계 바인더를 재결정화하는 것은 사실상 불가능하거나 어렵다.
건조 오븐의 건조 온도를 170℃ 이상의 온도로 설정한다 하더라도, 전극 슬러리는 용매를 포함하고 있고, 용매의 기화 시 기화 열로 인해 주변 온도가 낮아지므로, 건조 오븐에서 주행하는 전극 기재의 온도가 170℃보다 훨씬 낮은 온도, 구체적으로는 80~120℃의 온도가 될 수밖에 없다. 그리고, 최근의 전극 제조 시스템에서는 전극의 생산성을 극대화하기 위해 전극 기재의 이송 속도가 50~100m/min, 더욱 상세하게는 70~100m/min로 설정되어 있으므로, 건조 오븐 내 건조 온도는 더 낮을 수도 있다. 전극 기재의 이송 속도가 증가함에 따라, 전극 기재가 건조 오븐에 머무르는 시간이 감소할 수밖에 없으므로, 전극 기재의 이송 속도의 증가는 전극 건조 중에 PVdF계 바인더의 재결정화를 더욱 어렵게 한다.
본 발명은, 전극 제조 시스템 및 전극 제조 방법에 있어서, 전극의 생산 속도를 저하시키지 않으면서, 전극 내 PVdF계 바인더의 결정상을 감마 상으로 재결정화하기 위해, 전극 기재의 건조 후 전극 기재에 고온의 열을 가할 수 있도록, 건조부의 하류에 열처리부를 마련한 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 전극 제조 시스템은, 건조된 전극 기재에 고온의 열을 공급하기 위한 열처리부를, 건조부의 하류에 별도로 배치하고, 열처리부가 PVdF계 바인더의 알파(α) 및 베타(β) 결정상이, 감마(γ) 결정상으로 재결정화 되기에 충분한 열을 전극 기재에 공급함에 따라, PVdF계 바인더의 감마 상의 비율이 증가되어 전극의 접착력이 향상된다.
이하, 본 발명에 따른 전극 제조 시스템을 상세하게 설명한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 제조 시스템은, 긴 시트 형상의 전극 기재를 지지하고 일 방향으로 이송시키도록 구성된 이송 롤러를 포함하는 이송부; 전극 집전체 상에, 폴리피닐리덴플루오라이드(PVdF)계 바인더를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 코팅부; 상기 전극 슬러리가 도포된 전극 기재를 건조하기 위한 건조부; 및 상기 건조부의 하류에 배치되고, 건조부로부터 반출된 전극 기재에 열을 가하도록 구성된 열처리부; 를 포함한다.
상기 이송부는 전극 기재의 하방에 위치하는 복수의 이송 롤러를 포함할 수 있고, 각각의 이송 롤러는 모터로부터 인가된 구동력에 의해 회전하도록 구성되며, 전극 기재는 이송 롤러의 회전 운동에 의해 일 방향으로 이송될 수 있다. 이송부는 권취된 집전체 시트를 권출하도록 구성된 언와인더 및 전극 기재를 롤로 권취하기 위한 리와인더를 포함할 수 있다.
상기 코팅부는 전극 슬러리를 도포하기 위한 슬롯 다이 코터와 슬롯 다이와 대면하여 배치되는 코팅 롤러를 포함한다. 슬롯 다이 코터로부터 토출된 전극 슬러리는, 코팅 롤러에 의해 지지되어 이송되는 전극 기재 상에 도포되어 전극 슬러리 코팅층이 형성된다.
전극 슬러리는 전극 활물질, 바인더, 도전재 및 용매를 포함할 수 있다. 상기 전극 활물질은, 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다. 상기 바인더는 PVdF계 바인더를 포함할 수 있으며, 추가로 다른 종류의 바인더를 포함할 수도 있다. 구체적인 예에서, 상기 PVdF계 바인더는, 불화비닐리덴의 단독 중합체, 불화비닐리덴과 공중합이 가능한 모노머와의 공중합체 및 이들의 혼합물 중 하나 이상을 포함한다. 상기 불화비닐리덴과 공중합이 가능한 모노머는, 불화비닐, 트리플루오로에틸렌(TrFE), 클로로플루오로에틸렌(CTFE), 1,2-디플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌(TFE), 헥사플루오로프로필렌(HFP), 퍼플루오로(알킬비닐)에테르, 퍼플루오로(1,3-디옥솔) 및 퍼플루오로(2,2-디메틸-1,3-디옥솔)(PDD) 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 용매는 이차전지의 전극용 슬러리의 제조를 위한 용매라면 특별히 한정되지 아니하며, 구체적으로는 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)와 물을 예시할 수 있다.
상기 건조부는 전극 기재에 열을 가하여 도포된 전극 슬러리 중의 용매를 제거함으로써 전극 슬러리를 건조시킨다. 건조부는 건조로 또는 건조 오븐을 포함하고, 건조로 또는 건조 오븐은 당해 분야에서 통상적으로 알려진 것이 사용될 수 있다. 이러한 건조로 또는 건조 오븐은 열풍 방식, 복사열 방식, 직접 가열 방식 또는 유도 가열 방식 등이 적용될 수 있으며, 이들을 혼합하여 적용할 수 있다.
상기 열처리부는 건조부로부터 반출된 전극 기재에 열을 가하여 전극 기재 중 PVdF계 바인더의 결정상을 재결정화한다. 구체적으로, PVdF계 바인더는 PVdF 모노머간 결합 또는 PVdF 모노머와 다른 물질의 모노머간의 중합체로써, PVdF는 온도 조건에 따라 여러 가지 결정상을 이룰 수 있으며, 결정상 상태에 따라 고분자의 결착성은 물론 전극 특성에 영향을 줄 수 있다. 보다 구체적으로, PVdF의 결정상은 사슬의 배열 형태에 따라 알파(α), 베타(β), 감마(γ) 등의 결정상을 가진다. 이때, 감마(γ) 결정상은 다른 결정상들에 비해 높은 결착성을 가지므로, 바인더의 결착성을 높이기 위해 감마(γ) 상의 비율을 높이는 것이 바람직하다.
본 발명의 발명자는 다양한 실험과 관찰을 통해 열처리 온도에 따른 PVdF 상변화를 관찰하였으며, 그 결과 건조된 전극 기재에, PVdF의 결정용융온도(Tm)인 170℃ 이상의 열을 공급할 경우, 알파(α) 및 베타(β) 결정의 재결정을 유도하여 감마(γ) 결정상의 비율이 크게 증가되고, 이로 인해 높은 비율의 감마(γ) 상을 가지는 PVdF계 바인더가 전극의 접착력을 증가시켜, 건조 공정 이후의 압연 및 슬리팅 공정에서 전극 활물질층의 탈리를 효과적으로 감소시킬 수 있음을 알게 되었다.
이에 본 발명은 건조부의 하류에 열처리부를 마련함으로써, 건조가 완료된 전극 기재 상에 고온의 열을 가하여 전극 기재 중 PVdF계 바인더의 결정 변화를 통해 결착력을 향상시킨 전극을 제조할 수 있는 어닐링 시스템(Annealing system)을 제공한다.
일부 실시예에 있어서, 상기 열처리부는, 전극 기재에 170℃ 이상의 열을 인가하도록 구성된 열원을 포함한다. 상기 열원은 PVdF계 바인더의 재결정화를 위해, 전극 기재에 170℃ 이상의 온도, 구체적으로는 170℃ 내지 300℃의 온도의 열을 인가하도록 구성될 수 있다. 전극 기재가 300℃를 초과하는 경우 PVdF계 바인더의 연소가 일어날 수 있으므로 바람직하지 않다.
일부 실시예에 있어서, 열원은 전극 슬러리가 도포된 전극 기재가 이송되는 방향인 MD(Machine direction)방향으로 n개(n은 2 이상의 정수임)의 열원이 이격 배치되고, 상기 n개(n은 2 이상의 정수임)의 열원들은 독립적으로 제어될 수 있다. 이에 따라 전극의 모델 별로 최적화된 조건에 따라 전극 기재를 열처리할 수 있다. 즉, 전극 기재는, 전극 활물질의 종류, 전극 활물질층의 조성, 전극 활물질층의 두께, 집전체의 종류, 집전체의 두께 등에 따라 여러 모델로 분류될 수 있고, 접착력을 최대로 올릴 수 있는 열처리 조건은, 전극 모델 별로 상이하므로, 전극 모델 별로 최적화된 열처리 조건에 따라 열처리를 하기 위해서는, 복수 개의 열원이 독립적으로 제어되는 것이 바람직하다.
일부 실시예에 있어서, 상기 열원은 전극 기재를 이송시키기 위한 이송 롤러의 내부에 열선(heat ray)이 내장된 히팅(Heating) 롤러일 수 있다. 이송 롤러의 내부에 열선이 삽입되어 있어 열선으로부터 인가된 열은 이송 롤러를 매개로 이송 롤러에 의해 지지되는 전극 기재에 전달된다.
일부 실시예에 있어서, 상기 열원은 전극 기재에 레이저를 인가하도록 구성된 레이저 모듈 및 적외선을 인가하도록 구성된 적외선 히터 중에서 선택될 수 있다. 레이저 모듈(Laser module)은 전극 기재에 직접적으로 레이저 광을 조사하도록 구성되고, 적외선 히터(IR heater)는 적외선 램프 등을 이용하여 전극 기재에 복사열을 조사하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 본 발명의 전극 제조 시스템은, 상기 n개(n은 2 이상의 정수임)의 열원의 작동을 제어하는 제어부; 를 더 포함한다. 구체적으로 상기 제어부는 레이저 모듈, 적외선 히터 또는 히팅 롤러의 작동 여부 또는 각 열원에서 인가하는 열에너지의 출력 크기를 제어한다.
또한, 본 발명은 전극 제조 방법을 제공한다.
본 발명에서, 앞서 언급한 전극 제조 시스템에 대한 설명은, 전극 제조 방법에도 적용 가능하며, 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명에 따른 전극 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 방법은, 전극 집전체 상에 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF)계 바인더를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 슬러리 코팅층 형성 단계(S10); 슬러리 코팅층이 형성된 전극 기재를 건조시키는 건조 단계(S20); 및 건조된 전극 기재에 열을 가하여 전극 기재 중 PVdF계 바인더의 결정상을 변화시키는 열처리 단계(S30); 를 포함한다.
상기 슬러리 코팅층 형성 단계(S10)는, 일방향으로 이송되는 전극 집전체 상에 PVdF계 바인더를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 단계이다.
상기 건조 단계(S20)는, 전극 슬러리 코팅층이 형성된 전극 기재를 전술한 건조 오븐을 이용하여 건조시킬 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 건조 단계(S20)에서, 전극의 생산 효율 측면에서 전극 기재의 이송 속도는 50~100m/min, 바람직하게는 70~100m/min, 더욱 바람직하게는 80~100m/min일 수 있다. 일부 실시예에 따른 건조 단계(S20)에 있어서, 건조 오븐의 건조 온도는 80 내지 120℃ 범위일 수 있다. 여기서 상기 건조 온도는, 건조 오븐 내에서 이송되는 전극 기재의 온도를 의미한다. 건조 오븐의 온도를 170℃ 이상으로 설정하더라도, 건조 중인 전극 슬러리는 용매를 포함하고 있고, 전극 기재의 이송 속도가 50m/min ~ 100m/min에 이르므로, 전극 기재의 온도는 170℃ 보다 낮은 온도인 150℃ 이하, 상세하게는 70 내지 140℃, 더욱 상세하게는 75 내지 130℃, 더욱 상세하게는 80 내지 120℃ 범위인 것이다.
상기 열처리 단계(S30)는, 건조 단계(S20)를 거친 전극 기재 상에 고온의 열을 가하여 PVdF계 바인더의 결정상을 변화시키는 단계일 수 있다. 상기 열처리 단계(S30)에 의하여 PVdF계 바인더의 알파 상 및 베타 상의 결정 구조는 감마 상의 결정 구조로 재결정화되므로, PVdF계 바인더에서 감마 상의 비율을 높일 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 열처리 단계(S30)는, 전극 기재에 170℃ 이상의 열을 인가하는 과정을 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 온도 범위의 열을 인가하는 시간은, 10초 내지 1시간, 더욱 상세하게는 30초 내지 30분, 더욱 상세하게는 1분 내지 10분일 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 전극 제조 방법은, 건조된 전극에서 수분을 완전히 제거하기 위해 진공 건조하는 단계(S40)를 더 포함할 수 있다. 진공 건조 단계(S40)는 상기 열처리 단계(S30)와 구분되는 독립된 단계이며, 진공 건조 단계(S40)에서의 건조 온도는 80~120℃일 수 있다. 본 발명에 따른 전극 제조 방법은, 상기 열처리 단계에서도 물이 제거되므로, 진공 건조 단계에 소요되는 시간을 감소시켜, 궁극적으로 전극 제조의 생산 효율을 제고할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 예에 대해 상세히 설명한다.
(제1 실시형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 전극 제조 시스템을 보여주는 모식도이고, 도 2는 도 1의 열처리부를 확대한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전극 제조 시스템(100)은, 이송부(120), 코팅부(130), 건조부(140) 및 열처리부(150)를 포함한다.
상기 이송부(120)는, 복수의 이송 롤러(121)를 포함할 수 있고, 이송 롤러(121)는 모터(미도시)의 동력을 전달받아 회전함으로써, 전극 기재(110)를 일 방향으로 이송시켜줄 수 있다. 이송부(120)는 권취된 집전체 시트를 권출하도록 구성된 언와인더(122) 및 전극 기재를 롤로 권취하기 위한 리와인더(미도시)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 이송부(120)는 전극 기재(110)를 50~100m/min, 바람직하게는 70~100m/min, 더욱 바람직하게는 80~100m/min의 속도로 이송시키도록 구성될 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 전극 제조 시스템(100)은 전극의 생산 효율이 매우 우수하다.
코팅부(130)는 전극 슬러리(111)를 토출하는 슬롯 다이 코터(132)와 슬롯 다이 코터(132)와 대면하여 배치된 코팅 롤러(131)를 포함할 수 있다. 슬롯 다이 코터(132)로부터 토출된 전극 슬러리(111)는, 코팅 롤러(131)에 의해 지지되어 이송되는 전극 기재(110) 상에 도포되어 전극 슬러리 코팅층이 형성된다.
상기 건조부(140)는 이송 롤러(121)에 의해 이송되는 전극 기재(110)를 고온으로 건조하도록 구성된 하나 또는 둘 이상의 건조 오븐을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 건조 오븐은 복수 개의 건조 존으로 구획될 수 있다. 그리고 복수의 건조 존의 각 설정 건조 온도는 독립적으로 제어될 수 있다. 구체적으로 전단에는 전극의 건조 속도가 증가하는 승온 건조 존이 배치될 수 있고, 상기 승온 건조 존의 하류에는 승온 건조 존에서 증가된 건조 속도가 일정하게 유지되는 항률 건조 존이 배치될 수 있으며, 상기 항률 건조 존의 하류에는 건조가 거의 완료되어 전극의 건조 속도가 감소되는 감률 건조 존이 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 건조 오븐은 전극에 도포된 전극 슬러리를 건조시키기 위한 건조 수단을 포함할 수 있다. 상기 건조 수단은 전극 슬러리에 열에너지를 공급하여 전극 슬러리 중의 용매를 제거해 전극 슬러리를 건조할 수 있는 수단이라면 그 수단은 한정되지 아니한다.
일 실시예에 따르면, 상기 건조 수단은 열풍 공급 유닛 및 히터 중에서 선택된 1 종 또는 2종일 수 있다.
상기 열풍 공급 유닛은, 건조 오븐 내에서 이송되는 전극 기재(110)를 향해 열풍을 분사하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서 열풍 공급 유닛은, 공급되는 외기를 가열해주는 열교환기(미도시); 건조 오븐 내에 설치되어, 전극 기재를 향해 열풍을 분사하도록 구성된 열풍 분사 노즐; 상기 열교환기에 의해 가열된 외기를 상기 건조 오븐의 내부 공간과 연결된 덕트를 통해 열풍 분사 노즐에 공급해주는 송풍팬; 및 상기 덕트 내에 설치되어, 열풍 공급량을 조절해주는 댐퍼를 포함할 수 있다.
상기 히터는, 건조 오븐 내에서 이송되는 전극 기재(110)에 대해 복사열을 조사하도록 구성될 수 있다. 그리고, 필요에 따라 가림막을 더 포함할 수 있다. 가림막은 상기 히터로부터 방출되는 복사열이 조사되는 영역의 위치 및/또는 면적을 조절하기 위해, 상기 히터의 하방에 결합될 수 있다.
건조부(140)는 슬러리 코팅층의 용매를 건조하는 역할을 수행하며, 건조 오븐의 개수 또는 배치 등은 전극 슬러리(111)의 조성 및 전극 슬러리의 도포 두께 등에 따라 적절히 변경될 수 있다.
도 2는 도 1의 전극 제조 시스템(100)의 열처리부(150)를 확대 도시한 모식도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 열처리부(150)는 건조부(140)의 하류에 배치된다. 일부 실시예에서 열처리부(150)는 건조부(140)의 출구 부근에 배치되어, 건조부(140)로부터 반출된 전극 기재(110)의 온도가 내려가기 전에 전극 기재(110)에 고온의 열을 가함으로써, PVdF계 바인더의 재결정화 효율을 향상시킬 수 있다.
열처리부(150)는, 열원(151)을 포함하고 열원(151)은 건조가 완료된 전극 기재(110)에 추가적인 열을 가하도록 구성된다. 열원(151)은 전극 기재(110)에 170℃ 이상의 열을 인가하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 전극 활물질층 내 포함된 PVdF계 바인더의 알파(α) 및 베타(β) 결정상이, 감마(γ) 결정상으로 재결정화되어 전극 접착력을 향상시킬 수 있다.
상기 열원(151)은 전극 기재(110)가 이송되는 방향(MD; Machine direction)으로 n개(n은 2 이상의 정수임) 배치되고, 상기 n개(n은 2 이상의 정수임)의 열원(151)들은 독립적으로 제어될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 열원(151)은 전극 기재에 레이저를 인가하도록 구성된 레이저 모듈 및 적외선을 인가하도록 구성된 적외선 히터 중에서 선택될 수 있다. 레이저 모듈(Laser module)은 전극 기재에 직접적으로 레이저 광을 조사하도록 구성되고, 적외선 히터(IR heater)는 적외선 램프 등을 이용하여 전극 기재에 복사열을 조사하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 전극 제조 시스템(100)은 상기 복수의 열원(151)을 독립적으로 제어하고, 열원(151)의 on-off 제어 및/또는 열원(151)의 출력을 제어하기 위해 제어부를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 열처리부(140)는 전극 기재(110)에서 전극 활물질층이 형성된 유지부에 대해서만 열을 인가하도록 구성될 수 있다. 전극 활물질층이 형성되지 않아 집전체가 노출된 무지부에 고온의 열을 인가하게 되면, 무지부와 유지부의 연신율 차이로 인해 무지부와 유지부의 경계 부근에서 열 주름이 발생할 수 있으므로, 유지부에 대해서만 열을 인가함으로써 열주름에 의한 불량 발생의 위험을 감소시킬 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 열처리부(150)는 열원이 인가되는 공간 중 적어도 일부를 외부로부터 차단하기 위한 개폐식 격벽을 더 포함할 수 있다. 격벽은 고온의 열로부터 작업자를 보호하는 역할을 한다.
(제2 실시형태)
도 3 및 도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 열처리부를 확대한 도면이다. 이하에서, 제1 실시형태에 따른 열처리부와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 제2 실시형태에 따른 열처리부(250)의 열원(251)은, 열선(heat ray)이 내장된 히팅(Heating) 롤러일 수 있다. 이송 롤러의 내부에 열선이 삽입되어 있어 열선으로부터 인가된 열은 이송 롤러를 매개로 전극 기재(210)에 전달된다.
상기 열선은 히팅 롤러의 온도를 가열시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 아니하며, 구체적으로는 유도 가열 코일을 예시할 수 있다. 상기 유도 가열 코일에는 단시간에 열에너지를 발생시키기 위해 교류 전압이 인가될 수 있다. 유도 가열 코일에 가해지는 교류 전압은 대략 100 KHz 내지 500 kHz 범위의 주파수를 가질 수 있다. 상기 유도 가열 코일에는 교류 전원이 연결되어 있을 수 있다. 유도 가열 코일에 교류 전압이 인가되면 전자기 유도 현상으로 기전력이 유도되고, 기전력에 의해 생성되는 유도 전류에 의하여 전극이 가열될 수 있다.
일부 실시예에서 상기 유도 가열 코일은, 유도 가열 코일에 의해 발생하는 자속을 집속하기 위해 유도 가열 코일의 코어부에 자성체가 추가로 설치될 수 있다. 자성체 코어는 유도 가열 코일에 의해 유발되는 자기장의 경로를 조정하여 열에너지의 양을 조정할 수 있다.
제어부는 히팅 롤러에 내장된 열선의 on-off 동작 및/또는 열선의 출력을 제어하여, 전극 기재에 인가되는 열에너지의 양을 적절하게 제어할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 열처리부(250)는 열원(251)이 인가되는 공간 중 적어도 일부를 외부로부터 차단하기 위한 개폐식 격벽(252)을 포함할 수 있다. 개폐식 격벽(252)은, 열처리부(250) 외부에 위치하여 열에너지가 외부로 발산되는 것을 막아 고온의 열로부터 작업자의 안전을 도모하는 동시에 열처리부(250)에서 발생된 열의 손실을 줄여 열처리부(250)가 고온을 유지할 수 있다. 상기 격벽(252)은 전극 기재(210)가 진행하는 방향(MD)으로 열처리부(250)의 양측에 위치하여 열처리부(250)로부터 소정의 거리로 이격되어 배치되고, 필요에 따라 작업자가 열처리부(250)로 용이하게 출입할 수 있는 출입문(253)을 포함하는 개폐식 구조일 수 있다.
(제3 실시형태)
도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 전극 제조 시스템을 보여주는 모식도이다. 도 5를 참조하면, 전극 제조 시스템(300)은, 건조부의 하류에 마련되어 건조가 완료된 전극 기재(310)에 추가적인 열을 가하는 n개(n은 2 이상의 정수)의 열원(351)으로 구성된 열처리부(350)를 포함하고, 상기 n개(n은 2 이상의 정수임)의 열원(351)의 작동을 제어하는 제어부(360)를 더 포함할 수 있다.
또한, 전극 제조 시스템(300)은, 상기 열처리부(350)를 통과한 전극 기재(310)의 표면 온도 정보를 수집하고, 수집된 정보를 제어부(360)로 송출하는 측정부(370)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 측정부(370)는 전극 기재(310) 상에 형성된 전극 슬러리(311)의 온도 정보를 수집하는 것을 의미한다. 상기 측정부(370)는 전극 기재(310)의 표면 온도를 측정할 수 있는 온도 측정 센서를 포함할 수 있고, 온도 측정 센서는 열처리부(350)가 끝나는 지점과 인접하게 위치할 수 있다. 측정부(370)는 열처리부(350)를 통과한 전극 기재(310)로부터 측정된 온도 정보를 제어부(360)로 송신하는 기능을 포함할 수 있다. 한편, 제어부는 측정부로부터 온도 정보를 수신할 수 있고, 수신한 온도 정보를 표시하는 표시하는 디스플레이가 장착될 수 있다.
상기 제어부(360)는, 측정부(370)가 송신한 온도 정보를 수신하는 기능을 포함할 수 있다. 상기 측정부(370)로부터 수신한 온도 정보와 설정 범위를 비교하여 전극 기재(310)의 온도 수준을 판단하고, 측정부(370)로부터 수신한 표면 온도가 설정 범위에 도달하지 못한 경우, n개(n은 2 이상의 정수임)의 열원(351)의 작동 여부 및 작동 중인 열원(351)이 공급하는 열에너지의 세기를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(360)는 작업자가 설정 범위를 입력하고 측정부(370)로부터 수신한 온도 설정 범위와 비교하여 설정 범위에 도달하는지 여부를 판단하는 데이터 처리 기능을 포함할 수 있고, 측정부(370)로부터 수신한 표면 온도가 설정 범위에 도달하지 못한 경우, 표면 온도가 설정 범위에 도달하도록 작동이 중지된 열원(351)의 작동을 개시하도록 명령하거나 작동 중인 열원(351)의 출력 세기를 높이는 명령을 하는 등 열원(351)의 작동을 제어할 수 있다. 반대로, 측정부(370)로부터 수신한 표면 온도가 설정 범위에 도달한 경우, 표면 온도가 설정 범위를 유지하도록 작동 중인 열원(351)의 출력 세기를 유지하도록 명령할 수 있다. 이때, 제어부(360)는 상기 n개(n은 2 이상의 정수임)의 열원(351)들을 독립적으로 제어할 수 있다.
(제4 실시형태)
도 6은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 전극 제조 시스템을 보여주는 모식도이다. 도 6을 참조하면, 전극 제조 시스템(400)은, 전극 집전체의 양면에 전극 활물질층이 형성된 전극을 제조하기 위한 실시형태이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따는 전극 제조 시스템(400)은, 이송부(420), 제1 코팅부(430a), 제2 코팅부(430b), 제1 건조부(440a), 제2 건조부(440b), 제1 열처리부(450a), 제2 열처리부(450b)를 포함하고, 상기 이송부에 의해 이송되는 전극 기재가 제1 코팅부(430a), 제1 건조부(440a), 제1 열처리부(450a), 제2 코팅부(430b), 제2 건조부(440b) 및 제2 열처리부(450b)를 순차적으로 경유하도록 구성된다.
상기 전극 제조 시스템(400)은, 이송부(420)에 의해 이송되는 전극 기재(410)의 상면과 하면이 반전되는 지점인 제2 코팅부(430b)를 기준으로 두 개의 층으로 구분될 수 있다. 구체적으로, 저층에는 제1 코팅부(430a), 제1 건조부(440a) 및 제1 열처리부(450a)가 배치되고, 고층에는 제2 코팅부(430b), 제2 건조부(440b) 및 제2 열처리부(450b)가 배치될 수 있다.
제2 코팅부(430b)는, 제1 열처리부(450a)로부터 반출된 전극 기재에서 전극 활물질층이 형성되지 않은 제2 면에 전극 슬러리를 도포하도록 구성되고, 제2 건조부(440b)는 제2 면에 도포된 전극 슬러리를 건조하도록 구성되며, 제2 열처리부(450b)는 제2 건조부(440b)로부터 반출된 전극 기재에 열을 가하도록 구성된다.
제2 열처리부(450b)가 전극 기재를 가열함에 따라, 전극 기재의 제2 면에 형성된 전극 활물질층의 PVdF계 바인더에서, 감마 결정상의 비율이 증가될 수 있다. 이와 같은 전극 제조 시스템(400)은, 2층 구조 형식을 채택함으로써 전극 기재(410) 일면 및 타면을 모두 고온으로 열처리하여 전극 기재(410) 양면에 형성된 전극 활물질층의 PVdF계 바인더의 결정상을 변화시켜 전극 기재(410)의 접착력을 향상시킬 수 있다.
제2 코팅부(430b), 제2 건조부(440b) 및 제2 열처리부(450b)는, 전극 기재에서 타면을 위한 코팅, 건조 및 열처리를 위한 것이라는 점에서 차이가 있을 뿐, 그 구체적 내용은 제1 코팅부(430a), 제1 건조부(440a) 및 제1 열처리부(450a)와 동일하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 하기 실시예에 의하여 보다 명확히 이해될 수 있으며, 하기 실시예는 본 발명의 예시 목적에 불과하고, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1
양극 활물질로서 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2, 도전재로서 카본 블랙, 바인더로서 PVdF를 N-메틸피롤리돈 용매 중에서 중량비로 97:1.5:1.5의 비율로 혼합/교반하여 양극 슬러리를 제조하였다. 양극 슬러리의 고형분 함량은 70 중량% 이었다.
슬롯 다이 코터를 이용해, 양극 슬러리를 두께 12㎛의 알루미늄 호일 상에 도포하고, 양극 슬러리가 도포된 전극 기재를 건조 오븐을 통과시켜 건조를 완료하였다. 이후 건조 오븐에서 반출된 전극 기재에 대해 히팅 롤러를 이용해 170℃의 온도로 열을 가하여 양극을 제조하였다. 이때 양극 슬러리의 도포, 건조 및 열처리시의 전극 기재의 이송 속도는 80m/min이고, 건조 오븐 내에서 주행하는 전극 기재의 최고 온도는 120℃였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 건조 오븐에서 반출된 전극 기재에 대해 히팅 롤러 대신에 IR을 이용해 열을 가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 건조 오븐에서 반출된 전극 기재에 대해 180℃의 온도로 열을 가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 건조 완료된 전극 기재에 대해 170℃의 온도로 열을 가하는 공정을 생략한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서 건조 완료된 전극 기재에 대해 건조 오븐에서 반출된 전극 기재에 대해 120℃의 온도로 열을 가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 양극을 제조하였다.
실험예 1: 감마 형 결정의 비율 산출
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 2의 각 양극에서, PVdF의 감마(γ) 상의 결정화 비율을 측정하기 위해서, 브루커·바이오스핀주식회사의 DSX400을 이용하여, 하기의 조건으로 고체 19F-NMR 측정을 실시했다.
프로브: 2.5 mmMAS 프로브
측정 모드: 싱글 펄스(펄스 모드: zgO)
19F90° 펄스 폭: 5.0 μsec
반복 대기 시간: 4 sec
MAS 회전수: 32000 Hz
측정 온도: 실온(25℃)
내부 표준: C6F6(-163.6 ppm)
얻어진 스펙트럼에 있어서, -79.6 ppm 의 위치에 나타나는 α형 결정의 시그널의 피크 높이(Hα)와, -93.7 ppm 의 위치에서 나타나는 α형 결정 및 β형 결정이 합쳐진 시그널의 피크 높이(Hα+β), -101.3 ppm 및 -84.2 ppm의 위치에서 나타나는 γ형 결정의 시그널의 피크 높이(Hγ)로부터, 다음 식을 이용하여 γ형 구조 결정의 비율을 산출했다. 그리고 그 결과를 표 1에 나타내었다.
γ형 구조 결정의 비율(％)={(Hγ/(Hα+β+ Hα+ H γ) }× 100
실험예 2: 접착력의 측정
실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1 내지 비교예 2의 각 양극의 접착력을 하기와 같이 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
상기 실시예 1~3, 비교예 1~2에서 각 제조한 양극을 150 mm, 폭 20 mm로 재단하고, 양극 표면을 길이 75 mm, 폭 25 mm인 슬라이드 글라스에 길이 방향으로 양면 테이프를 이용하여 부착하였다. 즉, 양극의 길이 방향의 절반에 해당하는 영역에 슬라이드 글라스가 부착되도록 하였다. 그리고, 양면 테이프가 균일하게 부착되도록 롤러를 10회 문질러 평가 시료를 제조하였다.
다음으로, 평가 시료의 슬라이드 글라스 부위를 만능재료시험기(Universal Testing Machine, UTM)(제품명: LS5, 제조사: LLOYD)의 샘플 스테이지에 고정하고, 슬라이드 글라스가 부착되지 않은 양극 절반부를 UTM 장비의 로드셀에 연결하였다. 로드셀을 100 mm/min의 속도로, 90°로 힘을 가해, 50 mm까지 이동시키며 로드셀에 인가되는 하중을 측정하였다. 이때 주행 구간 중 20 mm 내지 40 mm 구간에서 측정된 하중의 평균값을 구한 후, 이를 총 5회 반복하여 그 평균값을 각 시료의 양극 접착력(gf/20mm)으로 평가하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
γ형 구조 결정의 비율(%) 39 40 42 20 25
접착력(gf/20mm) 30 31 33 24 27
표 1을 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 양극은, PVdF의 감마 형의 결정상 비율이 비교예에 따라 제조된 양극에 비해 높은 것으로 나타났다. 이에 따라, 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 양극은 비교예의 양극과 비교해 접착력도 우수한 효과가 있는 것으로 나타났다.
위와 같이 본 발명에 따라 제조된 전극은, PVdF계 바인더에서 감마 형의 결정상 비율이 30% 이상으로 높아 우수한 접착력을 가진다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 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 정하여져야만 할 것이다.
100, 200, 300, 400: 전극 제조 시스템
110, 210, 310, 410: 전극 기재 111, 211, 311, 411: 전극 슬러리
120, 420: 이송부 121, 421: 이송 롤러
122, 422: 언와인더(unwinder) 130: 코팅부
131, 431: 코팅 롤러 132, 432: 슬롯 다이
140: 건조부 150, 250, 350: 열처리부
151, 251, 351: 열원 252: 격벽
253: 출입문 360: 제어부
370: 측정부 423: 리와인더(rewinder)
430a: 제1 코팅부 430b: 제2 코팅부
440a: 제1 건조부 440b: 제2 건조부
450a: 제1 열처리부 450b: 제2 열처리부

Claims (16)

  1. 긴 시트 형상의 전극 기재를 지지하고 일 방향으로 이송시키도록 구성된 이송 롤러를 포함하는 이송부;
    전극 집전체 상에, 폴리피닐리덴플루오라이드(PVdF)계 바인더를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 코팅부;
    상기 전극 슬러리가 도포된 전극 기재를 건조하기 위한 건조부; 및
    상기 건조부의 하류에 배치되고, 건조부로부터 반출된 전극 기재에 열을 가하도록 구성된 열처리부; 를 포함하는 전극 제조 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리부는,
    전극 기재에 170℃ 이상의 열을 인가하도록 구성된 열원; 을 포함하는 전극 제조 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열원은,
    전극 기재가 이송되는 방향(MD; Machine direction)으로 n개(n은 2 이상의 정수임) 배치되고,
    상기 n개(n은 2 이상의 정수임)의 열원들은 독립적으로 제어되는 전극 제조 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 열원은,
    전극 기재를 이송시키기 위한 이송 롤러의 내부에 열선이 내장된 히팅(Heating) 롤러인 전극 제조 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 열원은,
    전극 기재에 레이저를 인가하도록 구성된 레이저 모듈 및 적외선을 인가하도록 구성된 적외선 히터 중에서 선택되는 전극 제조 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극 제조 시스템은,
    상기 열원의 작동을 제어하는 제어부; 를 더 포함하는 전극 제조 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 이송부는, 전극 기재를 50~100m/min의 속도로 이송시키도록 구성된 전극 제조 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이송부는, 전극 기재를 70~100m/min의 속도로 이송시키도록 구성된 전극 제조 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅부는, 전극 집전체의 일면에 PVdF계 바인더를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 제1 코팅부; 및 전극 집전체의 타면에 PVdF계 바인더를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 제2 코팅부; 를 포함하고,
    상기 건조부는, 제1 코팅부를 경유한 전극 기재를 건조하는 제1 건조부; 및 제2 코팅부를 경유한 전극 기재를 건조하는 제2 건조부; 를 포함하며,
    상기 열처리부는, 제1 건조부의 하류에 배치되고, 제1 건조부로부터 반출된 전극 기재에 열을 가하도록 구성된 제1 열처리부; 및 제2 건조부의 하류에 배치되고, 제2 건조부로부터 반출된 전극 기재에 열을 가하도록 구성된 제2 열처리부; 를 포함하되,
    상기 이송부에 의해 이송되는 전극 기재가, 제1 코팅부, 제1 건조부, 제1 열처리부, 제2 코팅부, 제2 건조부 및 제2 열처리부를 순차적으로 경유하도록 구성된 전극 제조 시스템.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 열처리부는,
    열원이 인가되는 공간 중 적어도 일부를 외부로부터 차단하기 위한 개폐식 격벽; 을 포함하는 전극 제조 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 열처리부는, 전극 기재에서 전극 활물질층이 형성된 유지부에 대해서만 열을 인가하도록 구성된 전극 제조 시스템.
  12. 전극 집전체 상에 폴리피닐리덴플루오라이드(PVdF)계 바인더를 포함하는 전극 슬러리를 도포하는 슬러리 코팅층 형성 단계;
    슬러리 코팅층이 형성된 전극 기재를 건조시키는 건조 단계; 및
    건조된 전극 기재에 열을 가하여 전극 기재 중 PVdF계 바인더의 결정상을 변화시키는 열처리 단계; 를 포함하는 전극 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 열처리 단계는,
    전극 기재에 170℃ 이상의 열을 인가하는 것을 특징으로 하는 전극 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 건조 단계에서, 전극 기재의 이송 속도는 50~100m/min의 범위인 것을 특징으로 하는 전극 제조 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 건조 단계에서, 전극 기재의 이송 속도는 70~100m/min의 범위인 것을 특징으로 하는 전극 제조 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 건조 단계에서 건조 온도는 80 내지 120℃의 범위인 것을 특징으로 하는 전극 제조 방법.
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