WO2018128277A1 - 스크레치 테스터를 구비하는 이차전지용 전극 제조 시스템 - Google Patents

스크레치 테스터를 구비하는 이차전지용 전극 제조 시스템 Download PDF

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WO2018128277A1
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active material
electrode
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scratch
tester
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PCT/KR2017/013961
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손진영
양정민
이택수
전찬수
조형석
최상훈
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주식회사 엘지화학
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery electrode manufacturing system having a scratch tester, and more particularly, to a secondary battery electrode manufacturing system having a scratch tester for checking the dry state of the electrode active material coated on the electrode current collector. It is about.
  • the electrode used in the secondary battery is manufactured by coating an electrode active material on an electrode current collector and then drying it in a drying furnace, and the degree of drying of the coated electrode active material is thereafter a defect in the processing of the corresponding electrode. It is very closely related to.
  • brittle characteristics are not likely to cause flexible deformation during the processing of the electrode, which is likely to cause brittle fracture, that is, brittle fracture.
  • the dry state of the electrode active material coated on the electrode current collector is an important factor in determining whether or not a defect occurs in a subsequent process, but at least a part of the manufacturing facility is operated to determine the dry state of the electrode in the process of coating. The situation is bound to stop.
  • the present invention has been made in consideration of the above-described problems, and it is possible to grasp the dry state of the electrode active material without stopping the operation of the equipment in the manufacturing process of the electrode, and also to determine the conditions applied to the drying furnace according to the dry state of the electrode active material.
  • the purpose of the present invention is to improve product quality and productivity by making appropriate changes.
  • a secondary battery electrode manufacturing system includes an active material drying unit configured to dry an active material coated on an electrode current collector; And a tester unit which performs a scratch test on the dried active material to measure a dry state of the active material.
  • the tester unit may cut out the force applied to the tester unit when scratching the electrode active material.
  • the secondary battery electrode manufacturing system may further include a control unit that adjusts the drying temperature of the drying unit according to the change width of the force measured by the tester unit.
  • the secondary battery electrode manufacturing system may further include a transfer unit configured to transfer the electrode current collector and the electrode.
  • the secondary battery electrode manufacturing system may further include a coating unit coating an electrode active material on the electrode current collector.
  • the tester unit may be provided on the electrode active material is dried by the drying unit, the scratch tester for generating a scratch on the electrode active material in accordance with the movement of the electrode.
  • the tester unit may further include a rotation shaft connected to the scratch tester to allow the scratch tester to be rotatable.
  • the tester unit may further include a torque sensor for measuring the torque applied to the rotating shaft when the scratch is generated.
  • the secondary battery electrode manufacturing system may further include a display unit displaying a dry state of the active material measured by the tester unit.
  • FIG. 1 is a view showing an electrode manufacturing system for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating one embodiment of the secondary battery electrode shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a view showing another embodiment of the secondary battery electrode shown in FIG.
  • FIG. 4 is a view showing an embodiment of the scratch tester applied to the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a form of scratch marks appearing on the surface of the electrode active material when the electrode active material is less dried.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a change in the magnitude of the force sensed through the scratch tester as time passes when a scratch mark such as Nathan is generated in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a view showing a form of scratch marks appearing on the surface of the electrode active material, when the drying of the electrode active material at an appropriate level.
  • FIG. 8 is a graph illustrating a change in magnitude of the force sensed through the scratch tester as time passes when a scratch mark as shown in FIG. 7 occurs.
  • FIG. 9 is a view showing a form of scratch marks appearing on the surface of the electrode active material when the electrode active material is excessively dried.
  • FIG. 10 is a graph illustrating a magnitude change of a force sensed through the scratch tester as time passes when a scratch mark as shown in FIG. 9 occurs.
  • FIG. 11 is a view showing an electrode manufacturing system for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing a secondary battery electrode manufacturing system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view showing one form of the secondary battery electrode shown in Figure 1
  • Figure 3 is a secondary battery electrode of Figure 1 It is a figure which shows another form.
  • 4 is a figure which shows one Embodiment of the scratch tester applied to this invention.
  • an electrode manufacturing system for a secondary battery includes a transfer unit 10, an active material coating unit 20, an active material drying unit 30, and a tester unit 50. It may be configured in the form, further comprising a control unit (50).
  • the transfer unit 10 transfers the secondary battery electrode 1 and the electrode current collector 2 applied thereto.
  • the transfer belt 11 and the transfer belt 11 move in a horizontal direction to transfer the electrode. It can be implemented in the form including a plurality of conveying rollers 12 to move the object placed on the belt (11).
  • the active material coating unit 20 coats the electrode active material 3 on the electrode current collector 2 transferred by the transfer unit 10, and the electrode active material 3 is formed of the electrode current collector 2. It may be coated on only one side (see FIG. 2), or may be coated on both sides of the electrode current collector 2 (see FIG. 3).
  • the active material drying unit 30 may dry the electrode active material 3 coated on the electrode current collector 2 by the active material coating unit 20 to dry the electrode active material 3 in a subsequent process using the secondary battery electrode 1. ) Is not contaminated or detached.
  • the active material drying unit 30 performs drying by applying appropriate temperature and time conditions according to the type of electrode active material 3 used, and when the drying of the electrode active material 3 is insufficient, the electrode in the transfer process Contamination and desorption of the active material 3 may occur. On the contrary, when overdrying occurs, the electrode active material 3 is brittle and brittle fracture occurs during the winding of the electrode 1. Can cause.
  • the tester unit 40 inspects the dry state of the electrode active material 3 that has been dried while passing through the active material drying unit 30.
  • the dry state of the tester unit 40 is measured by generating a scratch on the electrode active material 3 and measuring the force applied to the tester unit 40 when the scratch is generated.
  • the tester unit 40 is capable of generating a scratch on the electrode active material 3 and can measure the force applied to the tester unit 40 when generating the scratch, the specific implementation thereof is not limited. Applicable
  • FIG. 4 an example of such a tester unit 40 is shown.
  • the tester unit 40 applied to the present invention has a pointed shape so as to be located on the electrode 1 conveyed in the direction of the arrow so as to generate a scratch on the surface of the electrode active material 3.
  • the scratch tester 41 can be provided.
  • the tester unit 40 may be provided with a rotating shaft 42 which is connected to the scratch tester 41 to allow the scratch tester to be rotated about one end thereof, which is applied to the rotating shaft 42.
  • the torque sensor 43 for measuring the force may be provided.
  • the structure of the tester unit 40 shown in FIG. 4 merely shows an exemplary structure that the tester unit 40 may have, thereby limiting the structure of the tester unit 40 applied to the present invention. It doesn't happen. That is, the tester unit 40 applied to this invention can be used without a restriction as long as it has a structure which can measure the force which the tester unit 40 receives in a scratch test.
  • FIG. 5 is a view showing a form of scratch marks appearing on the surface of the electrode active material in the case of less drying of the electrode active material
  • Figure 6 is a time when the scratch marks such as natanna in FIG.
  • This graph shows the change in magnitude of the force sensed by the scratch tester over time.
  • Figure 7 is a view showing the shape of the scratch marks appearing on the surface of the electrode active material, when the drying of the electrode active material at an appropriate level
  • Figure 8 is a case where the scratch marks as shown in FIG.
  • This graph shows the magnitude of the force sensed by the scratch tester over time.
  • 9 is a view showing the form of the scratch marks appearing on the surface of the electrode active material when the electrode active material is excessively dried
  • FIG. 10 is a time when scratch marks are generated as shown in FIG. 9. This graph shows the change in magnitude of the force sensed by the scratch tester.
  • the range of ⁇ F to be evaluated at an appropriate level of drying on the electrode active material 3 may vary depending on the type of electrode active material. That is, the operator determines the allowable maximum value of the ⁇ F value according to the type of the electrode active material, and determines that normal drying has been performed only when the ⁇ F value obtained through the test is derived to be smaller than the allowable maximum value.
  • an electrode manufacturing system for a secondary battery may be implemented in a form that further includes a control unit 50, and the control unit 50 may include a tester unit.
  • the drying temperature may be raised or lowered by controlling the drying unit 30 according to the change in force measured through 40.
  • control unit 50 receives the information on the force measured through the tester unit 40, analyzes the change of the force over time, and as a result of the analysis the force is continuously increased over time In the case of the appearance, it may be determined that drying is less performed and a control signal for raising the drying temperature may be output.
  • control unit 50 when the force increases with the passage of time as a result of the analysis, and then increases or decreases after a predetermined time has elapsed, when the maximum increase or decrease of the force exceeds a preset reference value It is determined that the overdrying is made, and outputs a control signal for lowering the drying temperature, and if the reference value is not exceeded, a separate control signal may not be sent to maintain the current drying temperature.
  • FIG. 11 is a view showing an electrode manufacturing system for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • the electrode manufacturing system for a secondary battery according to another exemplary embodiment of the present disclosure is different from the display unit 60 in addition to the electrode manufacturing system illustrated in FIG. 1, but the other components are the same. Do.
  • the display unit 60 displays the dry state of the active material measured by the tester unit 40 so that the user can determine the dry state of the active material, thereby adjusting the drying temperature of the active material drying unit 30. do.
  • the display unit 60 and the control unit 50 may be applied together. As such, when the display unit 60 and the control unit 50 are applied together, the control unit 50 calculates an amount of temperature to be adjusted by the operator according to the result measured by the tester unit 40 and the result is calculated. It may be to be displayed via the display unit 60.
  • the electrode manufacturing system for a secondary battery it is possible to grasp the dry state of the electrode active material without stopping the operation of the equipment in the manufacturing process of the electrode, and also applied to the drying furnace according to the dry state of the electrode active material Properly changing conditions can lead to improved product quality and productivity.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 시스템은, 전극 집전체 상에 코팅된 활물질을 건조시키는 활물질 건조 유닛; 및 건조된 활물질에 대한 스크레치 테스트를 수행하여 활물질의 건조 상태를 측정하는 테스터 유닛을 포함한다.

Description

스크레치 테스터를 구비하는 이차전지용 전극 제조 시스템
본 발명은, 스크레치 테스터를 구비하는 이차전지용 전극 제조 시스템에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 전극 집전체에 코팅된 전극 활물질의 건조 상태를 체크하기 위한 스크레치 테스터를 구비하는 이차전지용 전극 제조 시스템에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 01월 03일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2017-0000871호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
이차전지에 이용되는 전극은, 전극 집전체에 전극 활물질을 코팅시킨 후 이를 건조로에서 건조시키는 공정을 거침으로써 제조되는데, 코팅된 전극 활물질의 건조 정도는 이 후 해당 전극의 가공 과정에서의 불량 발생 여부와 매우 밀접한 관련이 있다.
즉, 건조가 충분히 이루어지지 못한 경우에는, 롤-투-롤(roll-to-roll) 방식으로 전극이 이송되는 과정에서 전극 활물질의 오염 및/또는 탈리에 따른 불량 발생이 있을 수 있고, 반대로 과건조가 이루어진 경우에는, 브리틀(brittle)한 특성으로 인해 전극의 가공 과정에서 유연하게 변형되지 못하고 깨지는 현상, 즉 브리틀 프렉쳐(brittle fracture) 현상을 일으킬 가능성이 높다.
이와 같이, 전극 집전체 상에 코팅된 전극 활물질의 건조 상태는 이 후에 진행되는 공정에서의 불량 발생 여부를 결정짓는 중요한 인자이지만, 코팅 진행중인 전극의 건조 상태를 파악하기 위해서는 제조 설비를 적어도 일부라도 가동을 중단시킬 수 밖에 없는 실정이다.
즉, 현재로서는 전극의 제조 과정에서 전극 활물질에 대한 건조 상태 파악을 위해서는 설비의 가동을 적어도 부분적으로 중단을 시킨 후 작업자가 육안 및 감촉을 통해 진단할 수 밖에 없어 전극 생산의 전체적인 생산성이 떨어질 수 밖에 없고, 또한 건조의 정도와 관련하여 일관된 기준을 적용하기 어려워 제품의 품질을 일정하게 유지하는데 어려움을 겪을 수 밖에 없다는 문제가 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 전극의 제조 과정에서 설비의 가동을 중단시키지 않고도 전극 활물질의 건조 상태 파악할 수 있도록 하고, 또한 전극 활물질의 건조 상태에 따라 건조로에 적용되는 조건을 적절하게 변화시킬 수 있도록 함으로써 제품의 품질 및 생산성 향상을 가져오는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 시스템은, 전극 집전체 상에 코팅된 활물질을 건조시키는 활물질 건조 유닛; 및 건조된 활물질에 대한 스크레치 테스트를 수행하여 활물질의 건조 상태를 측정하는 테스터 유닛을 포함한다.
상기 테스터 유닛은, 상기 전극 활물질에 스크레치를 발생시킬 때 테스터 유닛에 가해지는 힘을 측절할 수 있다.
상기 이차전지용 전극 제조 시스템은, 상기 테스터 유닛에서 측정된 힘의 변화 폭에 따라 건조 유닛의 건조 온도를 조절하는 컨트롤 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 이차전지용 전극 제조 시스템은, 상기 전극 집전체 및 전극을 이송하는 이송 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 이차전지용 전극 제조 시스템은, 상기 전극 집전체 상에 전극 활물질을 코팅하는 코팅 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 테스터 유닛은, 상기 건조 유닛에 의해 건조가 완료된 전극 활물질 상에 위치하며, 상기 전극의 이동에 따라 상기 전극 활물질 상에 스크레치를 발생시키는 스크레치 테스터를 구비할 수 있다.
상기 테스터 유닛은, 상기 스크레치 테스터와 연결되어 상기 스크레치 테스터가 회동 가능하도록 하는 회전축을 더 구비할 수 있다.
상기 테스터 유닛은, 상기 스크레치의 발생 시에 상기 회전축에 가해지는 토크를 측정하는 토크 센서를 더 구비할 수 있다.
상기 이차전지용 전극 제조 시스템은, 상기 테스터 유닛에 의해 측정된 활물질의 건조 상태를 디스플레이 하는 디스플레이 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극의 제조 과정에서 설비의 가동을 중단시키지 않고도 전극 활물질의 건조 상태 파악할 수 있게 되어 제품의 생산성 향상을 가져올 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극 활물질의 건조 상태에 따라 건조로에 적용되는 조건을 적절하게 변화시킬 수 있도록 함으로써 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타난 이차전지용 전극의 일 형태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타난 이차전지용 전극의 다른 형태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 적용된 스크레치 테스터의 일 실시형태를 나타내는 도면이다.
도 5는 전극 활물질의 건조가 덜 이루어진 경우에 있어서, 전극 활물질의 표면에 나타나는 스크레치 자국의 형태를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5에 나탄나 바와 같은 스크레치 자국이 발생되는 경우에 있어서, 시간의 경과에 따라 스크레치 테스터를 통해 센싱되는 힘의 크기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 전극 활물질의 건조가 적정 수준으로 이루어진 경우에 있어서, 전극 활물질의 표면에 나타나는 스크레치 자국의 형태를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 7에 나타난 바와 같은 스크레치 자국이 발생되는 경우에 있어서, 시간의 경과에 따라 스크레치 테스터를 통해 센싱되는 힘의 크기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 전극 활물질의 건조가 과하게 이루어진 경우에 있어서, 전극 활물질의 표면에 나타나는 스크레치 자국의 형태를 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9에 나타난 바와 같은 스크레치 자국이 발생되는 경우에 있어서, 시간의 경과에 따라 스크레치 테스터를 통해 센싱되는 힘의 크기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 시스템을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 시스템의 전체적인 구성을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 나타난 이차전지용 전극의 일 형태를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1에 나타난 이차전지용 전극의 다른 형태를 나타내는 도면이다. 또한, 도 4는 본 발명에 적용된 스크레치 테스터의 일 실시형태를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 시스템은, 이송 유닛(10), 활물질 코팅 유닛(20), 활물질 건조 유닛(30) 및 테스터 유닛(50)을 포함하여 구성되며, 추가적으로 컨트롤 유닛(50)을 더 포함하는 형태로 구성될 수도 있다.
상기 이송 유닛(10)은, 이차전지용 전극(1) 및 그에 적용되는 전극 집전체(2)를 이송하는 것으로서, 예를 들어, 이송 밸트(11) 및 이송 밸트(11)가 수평 방향으로 움직여 이송 밸트(11) 상에 놓여진 물체를 이동시킬 수 있도록 하는 다수의 이송 롤러(12)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 활물질 코팅 유닛(20)은, 이송 유닛(10)에 의해 이송되어 온 전극 집전체(2) 상에 전극 활물질(3)을 코팅하며, 이러한 전극 활물질(3)은 전극 집전체(2)의 일 면에만 코팅될 수도 있고(도 2 참조), 전극 집전체(2)의 양 면 상에 모두 코팅될 수도 있다(도 3 참조).
상기 활물질 건조 유닛(30)은, 활물질 코팅 유닛(20)에 의해 전극 집전체(2) 상에 코팅된 전극 활물질(3)을 건조시킴으로써 이차전지용 전극(1)을 이용한 후속 공정에서 전극 활물질(3)이 오염되거나 탈리되지 않도록 한다.
상기 활물질 건조 유닛(30)은, 이용되는 전극 활물질(3)의 종류에 따라 적절한 온도 및 시간 조건을 적용하여 건조를 진행하는데, 전극 활물질(3)에 대한 건조가 부족한 경우에는 이송 과정에서의 전극 활물질(3)의 오염 및 탈리 발생이 일어날 수 있고, 반대로 과건조가 이루어지는 경우에는 전극 활물질(3)이 브리틀(brittle)해져 전극(1)의 와인딩 과정에서 브리틀 프렉쳐(brittle fracture) 발생의 원인이 될 수 있다.
상기 테스터 유닛(40)은, 활물질 건조 유닛(30)을 통과하면서 건조가 완료된 전극 활물질(3)에 대한 건조 상태를 검사한다.
이러한 테스터 유닛(40)의 건조상태 측정은, 전극 활물질(3)에 스크레치(scratch)를 발생시키되, 스크레치 발생시에 테스터 유닛(40)에 가해지는 힘을 측정하는 방식으로 이루어진다.
상기 테스터 유닛(40)은, 전극 활물질(3)에 스크레치를 발생시킬 수 있고, 또한 스크레치를 발생시킬 때 테스터 유닛(40)에 가해지는 힘을 측정할 수 있는 형태라면 그 구체적인 구현 형태는 제한 없이 적용 가능하다.
도 4를 참조하면, 이러한 테스터 유닛(40)의 일 예가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 적용되는 테스터 유닛(40)은, 화살표 방향으로 이송되는 전극(1) 상에 위치하여 전극 활물질(3)의 표면에 스크레치를 발생시킬 수 있도록 끝이 뾰족한 형상을 갖는 스크레치 테스터(41)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 테스터 유닛(40)은, 스크레치 테스터(41)에 연결되어 스크레치 테스터가 일측 단부를 중심으로 하여 회동될 수 있도록 하는 회전축(42)을 구비할 수 있고, 이러한 회전축(42)에 가해지는 힘을 측정하는 토크 센서(43)를 구비할 수 있다.
다만, 도 4에 도시된 테스터 유닛(40)의 구조는, 단지 테스터 유닛(40)이 가질 수 있는 예시적 구조를 나타내고 있는 것일 뿐이며, 이로써 본 발명에 적용되는 테스터 유닛(40)의 구조가 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 적용되는 테스터 유닛(40)은, 스크레치 테스트에 있어서 테스터 유닛(40)이 받는 힘을 측정할 수 있는 구조를 갖는 것이라면 제한 없이 이용 가능한 것이다.
다음으로, 도 5 내지 도 10을 참조하여, 테스터 유닛(40)에 의한 건조 상태 판별이 어떻게 이루어지는지 설명하기로 한다.
도 5는 전극 활물질의 건조가 덜 이루어진 경우에 있어서, 전극 활물질의 표면에 나타나는 스크레치 자국의 형태를 보여주는 도면이고, 도 6은 도 5에 나탄나 바와 같은 스크레치 자국이 발생되는 경우에 있어서, 시간의 경과에 따라 스크레치 테스터를 통해 센싱되는 힘의 크기 변화를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 7은 전극 활물질의 건조가 적정 수준으로 이루어진 경우에 있어서, 전극 활물질의 표면에 나타나는 스크레치 자국의 형태를 보여주는 도면이고, 도 8은 도 7에 나타난 바와 같은 스크레치 자국이 발생되는 경우에 있어서, 시간의 경과에 따라 스크레치 테스터를 통해 센싱되는 힘의 크기 변화를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 9는 전극 활물질의 건조가 과하게 이루어진 경우에 있어서, 전극 활물질의 표면에 나타나는 스크레치 자국의 형태를 보여주는 도면이고, 도 10은 도 9에 나타난 바와 같은 스크레치 자국이 발생되는 경우에 있어서, 시간의 경과에 따라 스크레치 테스터를 통해 센싱되는 힘의 크기 변화를 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 5를 참조하면, 전극 활물질(3)에 대한 건조가 충분히 이루어지지 않은 경우에는 테스터 유닛(40)에 의해 전극 활물질(3) 상에 스크레치가 발생함에 따라 활물질 퇴적물이 쌓이는 것을 확인할 수 있다. 이처럼 스크레치 테스트에서 스크레치 라인(L)이 형성됨에 따라 활물질 퇴적물(D)이 쌓이는 경우에는 스크레치 테스트 진행 시간의 경과에 따라 테스터 유닛(40)에 가해지는 힘의 크기 역시 증가하는 경향을 보이게 된다.
이러한 경향은 도 6에 나타난 그래프를 통해 확인할 수 있다. 도 6에 나타난 그래프를 참조하면, 스크레치 테스트 시작의 초기(t 시간이 경과할 때까지)에는 시간에 대한 힘의 변화율을 나타내는 기울기가 다소 크게 나타나다가, 일정시간이 경과한 이 후부터는 초기보다는 약간 작아진 기울기를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이러한 경향은, 테스트 시간이 경과할수록 스크레치에 의해 쌓이는 퇴적물의 양이 늘어나면서 테스터 유닛(40)에 가해지는 저항력이 커지기 때문이다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 전극 활물질(3)에 대한 건조가 적절한 수준으로 이루어진 경우에는, 스크레치 라인(L)이 형성됨에 따라 퇴적물이 쌓이거나 부분적으로 활물질이 탈리된 흔적이 없음을 확인할 수 있다.
이러한 경향은, 도 8에 나타난 그래프를 통해서도 확인할 수 있다. 즉, 도 8에 나타난 그래프를 참조하면, 스크레치 테스트 시작의 초기단계를 제외하고는, 테스트의 진행시간이 경과함에 따른 힘의 변화가 대체로 일정하므로 힘 변화의 최대 폭(△F)이 크지 않음을 확인할 수 있다.
전극 활물질(3)에 대한 건조가 적절한 수준으로 평가 받기 위한 △F의 범위는 전극 활물질의 종류에 따라 달라질 수 있다. 즉, 작업자는, 전극 활물질의 종류에 따라 △F 값의 허용 최대 값을 결정하고, 상기 테스트를 진행하여 얻어진 △F 값이 허용 최대 값보다 작게 도출되는 경우에만 정상적인 건조가 이루어진 것으로 판정하게 된다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 전극 활물질(3)에 대한 과건조가 이루어진 경우에는, 스크레치 라인(L)이 형성됨에 따라 전극 활물질(3)에 부분적으로 브리틀 프랙쳐(brittle fracture)가 발생되는 것을 확인할 수 있다. 지나치게 건조된 전극 활물질(3)로 인해 스크레치를 일으키는데 점점 큰 힘이 들어가게 되며, 일정 수준 이상의 힘이 가해지게 되면 전극 활물질(3)이 부분적으로 파단이 되면서 스크레치의 형성에 요구되는 힘의 크기가 줄어드는 과정이 반복되는 것이다.
이러한 경향은, 도 10에 나타난 그래프를 통해서도 확인할 수 있다. 즉, 도 10에 나타난 그래프를 참조하면, 스크레치 테스트의 초기단계부터 테스트의 진행시간이 경과함에 따라 힘의 크기가 점점 증가하다가 일정 수준(A지점)에 이르면 전극 활물질(3)의 파단이 일어나면서 힘의 크기가 큰 폭으로 줄어들고, 다시 스크레치의 생성에 따라 힘의 크기가 증가하다가 전극 활물질의 파단이 일어나면서 힘의 크기가 큰 폭으로 줄어드는 과정이 반복되는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 스크레치 테스트의 진행시간의 경과에 따라 테스터 유닛(40)에 가해지는 힘의 크기 변화의 폭이 매우 크게 나타나는 경우에는 전극 활물질(3)이 과건조된 것으로 판단할 수 있다.
한편, 다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 시스템은, 컨트롤 유닛(50)을 더 포함하는 형태로 구현될 수 있으며, 이러한 컨트롤 유닛(50)은, 테스터 유닛(40)을 통해 측정된 힘의 변화 양상에 따라 건조 유닛(30)을 제어함으로써 건조 온도를 상승시키거나 하강시킬 수 있다.
즉, 상기 컨트롤 유닛(50)은, 테스터 유닛(40)을 통해 측정된 힘에 관한 정보를 수신 받아 시간에 따른 힘의 변화 양상을 분석하고, 분석 결과 시간의 흐름에 따라 힘이 지속적으로 증가하는 양상이 나타나는 경우에는 건조가 덜 이루어진 것으로 판단하여 건조 온도를 상승시키는 제어신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤 유닛(50)은, 분석 결과 시간의 흐름에 따라 힘이 증가하다가 일정 시간이 경과한 이 후에는 증감을 반복하는 경우에는 힘의 증감 최대 폭이 미리 설정된 기준 값을 초과하는 경우에는 과건조가 이루어진 것을 판단하여 건조 온도를 하강시키는 제어신호를 출력하고, 기준 값을 초과하지 않는 경우에는 현재의 건조 온도를 유지할 수 있도록 별도의 제어신호를 송출하지 않을 수 있는 것이다.
다음은, 도 11을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 시스템을 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 시스템을 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 시스템은 도 1에 도시된 전극 제조 시스템과 비교하여 디스플레이 유닛(60)이 추가된 점에서 차이가 있을 뿐 나머지 구성요소들은 동일하다.
상기 디스플레이 유닛(60)은, 테스터 유닛(40)에 의해 측정된 활물질의 건조 상태를 디스플레이 함으로써 사용자가 활물질의 건조 상태를 파악할 수 있도록 하고, 이로써 활물질 건조 유닛(30)의 건조 온도를 조절할 수 있도록 한다.
한편, 도면에 도시되어 있지는 않으나, 상기 디스플레이 유닛(60)과 컨트롤 유닛(50)이 함께 적용되는 것도 가능하다. 이처럼 상기 디스플레이 유닛(60)과 컨트롤 유닛(50)이 함께 적용되는 경우, 컨트롤 유닛(50)은 테스터 유닛(40)에 의해 측정된 결과에 따라 작업자가 조절해야 하는 온도량을 산출하고 그 결과를 디스플레이 유닛(60)을 통해 디스플레이 되도록 할 수도 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지용 전극 제조 시스템은, 전극의 제조 과정에서 설비의 가동을 중단시키지 않고도 전극 활물질의 건조 상태 파악할 수 있도록 하고, 또한 전극 활물질의 건조 상태에 따라 건조로에 적용되는 조건을 적절하게 변화시킬 수 있도록 함으로써 제품의 품질 및 생산성 향상을 가져올 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (9)

  1. 전극 집전체 상에 코팅된 활물질을 건조시키는 활물질 건조 유닛; 및
    건조된 활물질에 대한 스크레치 테스트를 수행하여 활물질의 건조 상태를 측정하는 테스터 유닛을 포함하는 이차전지용 전극 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테스터 유닛은,
    상기 전극 활물질에 스크레치를 발생시킬 때 테스터 유닛에 가해지는 힘을 측정하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이차전지용 전극 제조 시스템은,
    상기 테스터 유닛에서 측정된 힘의 변화 폭에 따라 건조 유닛의 건조 온도를 조절하는 컨트롤 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지용 전극 제조 시스템은,
    상기 전극 집전체 및 전극을 이송하는 이송 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지용 전극 제조 시스템은,
    상기 전극 집전체 상에 전극 활물질을 코팅하는 코팅 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 테스터 유닛은,
    상기 건조 유닛에 의해 건조가 완료된 전극 활물질 상에 위치하며, 상기 전극의 이동에 따라 상기 전극 활물질 상에 스크레치를 발생시키는 스크레치 테스터를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 테스터 유닛은,
    상기 스크레치 테스c터와 연결되어 상기 스크레치 테스터가 회동 가능하도록 설치되는 회전축을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 테스터 유닛은,
    상기 스크레치의 발생 시에 상기 회전축에 가해지는 토크를 측정하는 토크 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지용 전극 제조 시스템은,
    상기 테스터 유닛에 의해 측정된 활물질의 건조 상태를 디스플레이 하는 디스플레이 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 시스템.
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