WO2022114797A1 - 전극 건조 시스템 및 전극 건조 방법 - Google Patents

전극 건조 시스템 및 전극 건조 방법 Download PDF

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WO2022114797A1
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정은회
최상훈
전신욱
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Definitions

  • the present invention relates to a dry electrode drying system and an electrode drying method, and specifically, in the case of a drying standby time in which an electrode sheet is not supplied in an oven, overdrying during initial drying of an electrode sheet put into an oven immediately after a drying standby time It relates to an electrode drying system and an electrode drying method for suppressing the
  • водород batteries are sometimes classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, etc. depending on the composition of the electrode and electrolyte. is increasing
  • secondary batteries depending on the shape of the battery case, a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly is built in a cylindrical or prismatic metal can, and a pouch-type battery in which the electrode assembly is built in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet
  • the electrode assembly built into the battery case consists of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode, and is a power generating element capable of charging and discharging. It is classified into a jelly-roll type wound with a separator interposed therebetween, and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween.
  • the positive electrode and the negative electrode are formed by applying a positive electrode slurry containing a positive electrode active material and a negative electrode slurry containing a negative electrode active material to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector, respectively to form a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer, followed by drying and rolling them do.
  • the drying conditions of the electrode affect the quality and physical properties of the electrode, and in particular, the adhesion and surface bonding level of the electrode may vary greatly depending on the deviation of the drying degree in the electrode width direction during drying and the control of the drying completion time.
  • the electrode sheet coated with the electrode slurry goes through a drying process while traveling in the drying section as a continuous process, but for various reasons, there may be a time interval between the electrode slurry application process and the drying process, During the dry waiting time that does not occur, excess heat builds up inside the oven. When the electrode sheet is put into the oven with the excess heat accumulated in this way, cracks or wrinkles may occur in the electrode in the initial drying section due to the excessive heat accumulated in the oven.
  • electrode cracks due to overdrying in the initial drying section cause electrode powder powder to be generated, and the electrode powder powder scatters away along the hot air convection in the oven to contaminate the surrounding electrodes, thereby reducing the quality of the electrode. Therefore, it is very important to prevent overdrying in the initial drying section of the electrode.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and in the drying process of an electrode having a drying standby time, for an electrode sheet put into the oven immediately after the drying standby time, initial drying due to the amount of surplus heat accumulated in the oven
  • An object of the present invention is to provide an electrode drying system and electrode drying method technology that prevents cracking of an electrode by suppressing overdrying that occurs during the operation.
  • An electrode drying system of the present invention for solving the above problems, an oven for applying hot air and radiant heat to the electrode sheet; and a control unit configured to receive drying waiting time information at which the input of the electrode sheet is stopped in the oven, and to determine and control the amount of heat supplied into the oven according to the length of the drying standby time, wherein the control unit comprises: Control is performed so as to supply a reduced amount of heat to the oven having a standby time during the initial drying time immediately after the electrode sheet is supplied, compared to the normal amount of heat (Q t ).
  • the controller controls to supply the normal amount of heat (Q t ) in the oven.
  • the initial drying time (T) is time-series divided into n (n ⁇ 2) time sections, each time section T 1 , T 2 , T
  • the controller controls the amount of heat supplied into the oven to satisfy the following relationship.
  • the control unit as the drying standby time is longer, the amount of heat (Q 1 ) supplied in the first time period (T 1 ) compared to the amount of heat normally supplied (Q t )
  • the ratio ( Q 1 /Qt) is controlled so that it becomes small.
  • the oven includes: a hot air nozzle for applying convective heat by supplying hot air to the electrode sheet; and a heater for applying radiant heat to the electrode sheet.
  • control unit controls the amount of heat supplied into the oven in a manner that increases or decreases one or more of the temperature of the hot air sprayed from the hot air nozzle, the wind speed of the hot air, and the output of the heater.
  • the controller uniformly controls the amount of heat supplied in the oven with respect to the entire oven.
  • the electrode drying system detects that the electrode sheet is not supplied into the oven, and further includes an electrode sheet detection sensor for transmitting drying waiting time information to the control unit.
  • the electrode drying system further comprising a measurement unit for collecting information on the amount of drying of the electrode sheet and transmitting the collected information to a control unit, wherein the control unit is configured according to the amount of drying information received from the measurement unit By determining the drying level of the electrode sheet, the increase or decrease in the amount of heat supplied into the oven is corrected in real time.
  • the measuring unit collects at least one of the solid content of the electrode sheet before and after passing through the oven and the surface temperature of the electrode sheet.
  • the measuring unit includes at least one of a web-gauge and a temperature measuring device.
  • the drying method of the electrode sheet according to the present invention comprises: (a) collecting drying waiting time information, which is a time interval at which the input of the electrode sheet is stopped, in an oven for drying the electrode sheet; (b) the process of determining the condition of the amount of heat to be supplied in the oven when the electrode sheet is put into an oven having a drying waiting time; and (c) putting the electrode sheet in an oven having a drying standby time, and drying the electrode sheet under the calorie condition determined in the step (b), wherein the process (b) is typical during the initial drying time.
  • the calorific value condition is determined so as to supply a reduced amount of heat than the normal heat amount (Q t ) supplied into the oven.
  • the heat quantity condition is determined so that the normally supplied heat quantity (Q t ) is supplied into the oven.
  • the initial drying time (T) is time-series divided into n (n ⁇ 2) time sections, each time When each amount of heat to be supplied into the oven in the interval T 1 , T 2 , T 3 ...T n is defined as Q1,Q 2 ,Q 3 ...Q n , the amount of heat supplied into the oven to satisfy the following relationship to decide
  • the longer the drying standby time the more heat (Q) supplied in the first time period (T 1 ) compared to the normal amount of heat (Q t ) 1 ) determines the calorific value so that the ratio (Q 1 /Qt) becomes small.
  • the electrode sheet put into the oven immediately after the drying standby time is controlled to supply a reduced amount of heat during the initial drying time. Drying is suppressed, and thus cracks in the electrode sheet are prevented, thereby suppressing contamination inside the oven.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of an electrode drying system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of an oven according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of an electrode drying system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the sequence of the electrode drying automatic control method according to the present invention.
  • FIG. 5 is a photograph taken with a thermal imaging camera roll of an electrode sheet dried according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a photograph taken with a thermal imaging camera of an electrode sheet dried according to a comparative example.
  • “under” another part it includes not only cases where it is “directly under” another part, but also cases where another part is in between.
  • “on” may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of an electrode drying system according to an embodiment of the present invention.
  • the electrode drying system 100 may be divided into a plurality of drying sections 111 , 112 , and 113 along the x-axis, which is the direction in which the electrode is transported, and is applied to the electrode sheet 10 .
  • the drying standby time means a time interval during which the electrode sheet is not supplied into the oven due to various reasons in the process.
  • the drying standby time may be, specifically, 30 seconds to 30 minutes, may be 30 seconds to 20 minutes, and may be 1 minute to 15 minutes.
  • the electrode drying system of the present invention is to suppress the occurrence of cracks in the electrode due to accumulated excess heat when there is a drying standby time, and the control unit 130 of the present invention has a drying standby time.
  • the control unit 130 of the present invention has a drying standby time.
  • the amount of heat normally supplied (Q t ) means the amount of heat typically supplied in the oven when there is no drying standby time.
  • the initial drying time means a predetermined time interval immediately after the electrode sheet is put into the oven, specifically, the time interval from the time the electrode sheet is put into the oven until 60 minutes elapses or the electrode sheet is in the oven A time interval from the time of input to the oven until 30 minutes elapsed, or a time interval from the time the electrode sheet was put into the oven to 20 minutes elapsed, or a time interval from the time the electrode sheet was put into the oven until 10 minutes passed, or the electrode sheet was placed in the oven It may mean the time interval from the time it is injected into the time until 5 minutes have elapsed.
  • the length of the initial drying time to which the amount of heat reduced from the normal supply heat (Q t ) is supplied may vary depending on the length of the drying waiting time, and when the drying waiting time is relatively long, the amount of surplus heat accumulated in the oven by that amount Since this will be excessive, the initial drying time may be long, and when the drying standby time is relatively short, the amount of surplus heat accumulated in the oven will be relatively small, and thus the initial drying time may be shortened.
  • the x-axis means the direction in which the electrode is transported
  • the y-axis is the width direction of the electrode, which means a direction perpendicular to the transport direction of the electrode in the electrode surface.
  • the z-axis is a direction perpendicular to the electrode surface, and corresponds to the injection direction of hot air installed in the oven or the irradiation direction of radiant heat, which will be described later.
  • the initial drying time (T) is time-series divided into n (n is an integer greater than or equal to 2) time intervals, each time interval T 1 , T 2 , T 3 ... T n
  • the controller controls the amount of heat supplied into the oven to satisfy the following relationship.
  • the controller of the present invention supplies a reduced amount of heat than the normal heat amount (Q t ) for the initial drying time (T), but controls to gradually increase the amount of heat supplied, and after the initial drying time elapses, the oven Control to supply the amount of heat normally supplied inside.
  • the control unit constituting the drying system of the present invention comprises: Controlled so that the amount of heat less than the Q t is supplied into the oven during the initial drying time.
  • the initial drying time may be divided into four time sections, and in this case, each time section is time-series T 1 , T 2 , T 3 , T 4 .
  • each heat quantity supplied corresponding to the time interval T 1 , T 2 , T 3 , T 4 is Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , respectively, the supply corresponding to the first time interval T 1
  • the amount of heat Q 1 is set to have a reduced value than the normal amount of heat supplied to the oven Q t , and the control unit controls operating conditions such as the temperature of the hot air, the wind speed of the hot air, and the output of the heater, which will be described later, in the first time period T1 In , the reduced amount of heat Q 1 is supplied into the oven.
  • the heat quantity of Q 2 is set to be supplied in the oven
  • Q 2 is a slightly increased value compared to Q 1 , but is smaller than the normally supplied heat quantity Qt It is set to be a value (Q t >...>Q 2 > Q 1 ).
  • the heat supply Q 3 and Q 4 respectively corresponding to the time intervals T 3 and T 4 after T 2 are set to the same value as in Q 2 (Q t >Q 4 >Q 3 >Q 2 > Q). 1 ).
  • the initial overdrying of the electrode can be suppressed by supplying a reduced amount of heat during the initial drying time and increasing the supply of heat gradually/stepwise over time.
  • control unit the longer the drying standby time, the ratio (Q 1 /Qt) of the amount of heat (Q 1 ) supplied to the initial time period (T 1 ) compared to the amount of heat normally supplied (Q t ) It may be to control it to be small.
  • the drying waiting time is 4 minutes and the drying waiting time is 2 minutes
  • the amount of heat Q 1 supplied during the first time period (T 1 ) is not set the same, but the set value of Q1 according to the length of the drying waiting time is to make the
  • Q 1 /Q t when the drying waiting time is 4 minutes, Q 1 /Q t is 75%, when the drying waiting time is 2 minutes, Q 1 /Q t may be 85%, which is a larger value than the above 75% . This is to make Q 1 /Q t smaller so that the longer the drying waiting time, the greater the amount of surplus heat accumulated in the oven.
  • the value of Q 1 /Q t may vary depending on the length of the drying waiting time, specifically 50% to 90%; 55% to 85%, 60% to 75%, 60% to 70%.
  • control unit controls to supply the reduced amount of heat during the initial drying time to the oven as described above, the control unit uniformly controls the amount of heat supplied to the oven with respect to the entire oven.
  • the electrode sheet in the oven has a drying waiting time in which no input is placed, the excess heat is accumulated over the entire section of the oven. .
  • the electrode drying system 100 includes an oven 110 .
  • the oven 110 has a chamber shape, and provides a space for the drying target electrode sheet 10 to travel inside the oven 110 , and prevents internal heat from escaping to the outside for drying.
  • the electrode sheet 10 may have a structure in which an electrode active material layer 12 is formed by applying a slurry for forming an electrode including an electrode active material on the current collector sheet 11 .
  • the electrode slurry may be applied to at least one surface of the current collector.
  • the current collector may be a positive electrode current collector or a negative electrode current collector
  • the electrode active material may be a positive electrode active material or a negative electrode active material
  • the electrode slurry may further include a conductive material and a binder in addition to the electrode active material.
  • the positive electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 ⁇ m.
  • the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery.
  • the current collector may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam body, and non-woven body are possible.
  • a sheet for a negative electrode current collector it is generally made to a thickness of 3 to 500 ⁇ m.
  • a negative current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery.
  • Carbon, nickel, titanium, a surface-treated material such as silver, aluminum-cadmium alloy, etc. may be used.
  • the bonding strength of the negative electrode active material may be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and may be used in various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, non-woven body, and the like.
  • the positive active material is a material capable of causing an electrochemical reaction, as a lithium transition metal oxide, containing two or more transition metals, for example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) substituted with one or more transition metals.
  • a lithium transition metal oxide containing two or more transition metals, for example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) substituted with one or more transition metals.
  • LiNiO 2 lithium nickel oxide
  • LiNiO 2 lithium manganese oxide substituted with one or more transition metals
  • Formula LiNi 1-y M y O 2 Lithium nickel-based oxide represented by; Li 1+z Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li 1+z Ni 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 , etc.
  • the negative electrode active material includes, for example, carbon such as non-graphitizable carbon and graphitic carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1), Li x WO 2 (0 ⁇ x ⁇ 1), Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : metal composite oxides such as Al, B, P, Si, elements of Groups 1, 2, and 3 of the periodic table, halogen; 0 ⁇ x ⁇ 1;1 ⁇ y ⁇ 3;1 ⁇ z ⁇ 8); lithium metal; lithium alloy; silicon-based alloys; tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , metal oxides such as Bi 2 O 5 ; conductive polymers such as polyacetylene; A Li
  • the conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive active material.
  • a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery.
  • graphite such as natural graphite or artificial graphite
  • carbon black such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black
  • conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers
  • metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder
  • conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate
  • conductive metal oxides such as titanium oxide
  • Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
  • the binder is a component that assists in bonding between the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, poly propylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butyrene rubber, fluororubber, various copolymers, and the like.
  • an electrode slurry may be prepared by dissolving an electrode active material, a conductive material, a binder, and the like in a solvent.
  • the solvent is not particularly limited in its kind as long as it can disperse the electrode active material and the like, and either an aqueous solvent or a non-aqueous solvent may be used.
  • the solvent may be a solvent generally used in the art, dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP) ), acetone, or water, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used.
  • the amount of the solvent used is not particularly limited, as long as it can be adjusted so that the slurry has an appropriate viscosity in consideration of the application thickness of the slurry, production yield, workability, and the like.
  • the oven 110 may be divided into a plurality of drying zones 111 , 112 , and 113 , and each drying zone is a drying means for drying the electrode sheet 10 therein, and the electrode sheet 10 ) is provided with a hot air nozzle 114 for applying convective heat by supplying hot air and a heater 115 for applying radiant heat to the electrode sheet 10 .
  • the hot air nozzle 114 and the heater 115 may be arranged to be spaced apart from each other at regular intervals along the transport direction (MD direction, x direction) of the electrode sheet 10 , and to the electrode sheet 10 . Apply hot air or radiant heat in the vertical direction.
  • MD direction, x direction transport direction
  • the hot air nozzle 114 and the infrared heater 115 are shown as being located on the upper portion of the electrode sheet 10 , that is, on the lower surface of the ceiling of the oven 110 , but when the electrode active material layers are formed on both sides of the current collector, hot air
  • the nozzle 114 and the heater 115 may be respectively located on the upper and lower portions of the electrode sheet 10 .
  • FIG. 1 exemplifies a case in which both a hot air nozzle and a heater are included as drying means, only one of them may be included.
  • the hot air nozzle 114 includes a body portion and a spraying portion.
  • the main body constitutes the body of the hot air nozzle, and the hot air nozzle 114 is fixed to the ceiling of the oven.
  • the inside of the main body is empty, and the hot air transmitted from a hot air supply source (not shown) is transferred to the injection unit.
  • the lower surface of the main body is provided with a spraying unit.
  • the injection unit communicates with the main body, and the injection port through which the hot air is injected is formed on the lower surface of the injection unit.
  • the injection hole may have a structure in which a plurality of pores are arranged at regular intervals.
  • the heater 115 may be an infrared heater in a specific example of the present invention, and the infrared heater may include an infrared lamp that irradiates infrared rays to an electrode, and a cradle that supports or mounts the infrared lamp.
  • the shape of the infrared lamp is not particularly limited, and, for example, a rod-shaped lamp may be arranged in parallel along the transport direction of the electrode while extending in the width direction of the electrode.
  • the hot air nozzle 114 and the heater 115 may be alternately arranged along the traveling direction of the electrode sheet 10 in order to evenly supply hot air and infrared rays to the surface of the electrode sheet 10 .
  • there is no particular limitation on the arrangement form and a person skilled in the art can appropriately design and change the arrangement method of the hot air nozzle 114 and the infrared heater 115 according to drying conditions.
  • the drying system of the present invention may control the amount of heat supplied into the oven by increasing or decreasing one or more of the temperature of the hot air sprayed from the hot air nozzle, the wind speed of the hot air, and the output of the heater.
  • one or more transfer rollers 116 for transferring the electrodes may be included in the oven 110 .
  • a plurality of the conveying rollers 116 may be disposed to be spaced apart at regular intervals along the conveying direction of the electrode sheet 10 , and support the electrode sheet 10 during the drying process, and the drying is completed. is transferred to the outside of the oven 110 .
  • the drying amount of an electrode sheet can also be controlled by operating the rotation speed of a conveyance roller.
  • the electrode drying system 100 detects that the electrode sheet 10 is not supplied into the oven 110 , and transmits drying waiting time information to the control unit 130 , the electrode sheet detection sensor 120 . ) may be further included.
  • the electrode sheet detection sensor 120 may be installed around the entrance of the oven through which the electrode sheet is put into the oven.
  • the detection sensor 120 is not limited in its type as long as it can detect whether the electrode sheet is inserted. Accordingly, the detection sensor may be a method for detecting weight or an image camera method.
  • the control unit 130 of the present invention includes a first operation control unit 117, a second operation control unit 118 and It is connected to the third operation control unit 119, and accordingly, it is possible to command a decrease in the amount of heat supplied to them.
  • the detection sensor 120 detects that the electrode sheet is not supplied into the oven, it transmits drying waiting time information to the control unit 130 .
  • the control unit 130 receives the drying waiting time government, determines the condition of the amount of heat to be supplied in the oven when the electrode sheet 10 is put into the oven 110 , and the operation control units 117 and 118 of the oven 110 . , 119) to transmit the determined calorie condition. Accordingly, the operation controllers 117 , 118 , and 119 of the oven control the hot air nozzle 114 and the heater 115 to operate to reduce the amount of heat supplied.
  • the electrode drying system 100 may further include a shield 150 for controlling the increase or decrease of radiant heat emitted from the heater 115 .
  • the shielding frame 150 is disposed between the heater 115 and the electrode active material layer 12 , and can control an area in which the surface of the electrode 10 is exposed to radiant heat. Radiant heat emitted from the heater 115 may be blocked or reduced by the shield 150 .
  • the electrode drying system according to the present invention can control the amount of heat supplied to the electrode 10 by adjusting the area where the electrode 10 is exposed to radiant heat through the shielding frame 150 as necessary.
  • the oven 110 of the electrode drying system 100 may be divided into a plurality of drying zones 111 , 112 , and 113 .
  • at least one shield 150 is disposed between the heater 115 provided in each drying section and the electrode active material layer 12 . That is, the shielding frame 150 may be disposed for all heaters 115 provided in the oven 110 .
  • the size and number of the shielding frames 150 can be set in various ways according to the drying process.
  • the length of the shield 150 in the electrode transfer direction (x-axis direction) effectively blocks infrared rays, and the electrode transfer direction (x-axis direction) length of the heater 115 does not cause a dryness deviation with respect to the electrode transfer direction. can be equal to or greater than this.
  • the shielding frame 150 may be a plate-shaped member made of a material that does not transmit infrared rays. Specifically, any material can be used for the shielding frame 150 as long as it does not transmit radiant heat without being damaged in a high-temperature environment in the oven.
  • the shielding frame 150 may be made only of a material that does not transmit radiant heat, and radiant heat is transmitted through a metal or polymer material constituting the body (here, a metal or polymer material irrelevant to blocking infrared rays can be used) It may be coated with a material that does not work.
  • the material through which the radiant heat is not transmitted may include, for example, a glassy insulating material, an inorganic material such as a metal oxide, a carbon-based material, and the like, but is not limited thereto.
  • the shape of the shielding frame 150 can be variously deformed according to drying conditions.
  • the shielding frame 150 may not form a hole in the surface to block radiant heat.
  • the shielding frame 150 may have a structure in which a hole is formed in the radiant heat irradiation direction so that only a part of the radiant heat can be blocked.
  • FIG. 5 is a photograph taken with an image camera of an electrode dried by the electrode drying system of the present invention
  • FIG. 6 is a photograph taken with an image camera of an electrode dried by a conventional electrode drying system.
  • the electrode drying system 200 of the present invention provides a space in which the electrode sheet 10 travels and is dried, and an oven having a drying means for applying hot air and/or radiant heat to the electrode sheet ( 210); a control unit 230 configured to receive information on a drying waiting time at which the input of the electrode sheet is stopped in the oven, and to determine and control the amount of heat supplied into the oven according to the length of the drying standby time; an electrode sheet detection sensor 220 that detects that the electrode sheet is not supplied into the oven 210 and transmits drying waiting time information to the control unit 230; and a measurement unit 240 for collecting information on the amount of drying of the electrode sheet 10 that has passed through the oven 210 and transmitting the collected information to a control unit 230 , wherein the control unit 230 includes the measurement unit Based on the drying amount information received from (240; 240a, 240b), the drying level of the electrode sheet 10 is determined, and the
  • This electrode drying system prevents initial overdrying by supplying a reduced amount of heat during the initial drying time when the electrode sheet is put into the oven after a drying standby time, while preventing the initial drying time after the initial drying time has elapsed.
  • the drying level of the electrode can be uniform by correcting the drying amount of the electrode according to the drying level of the electrode. That is, the measuring unit 240 (240a, 240b) collects the drying amount information of the electrode sheet in real time, and the controller 230 determines the drying level of the electrode sheet based on the collected drying amount information, and the drying level of the electrode sheet Accordingly, since the drying amount can be periodically corrected, there is an effect of uniformly controlling the drying level of the electrode.
  • the dry amount information is at least one of the solid content of the electrode sheet and the temperature of the surface of the electrode sheet.
  • the electrode drying system of the present invention determines the drying level of the electrode sheet through the solid content and/or temperature collected through the measurement unit.
  • the measuring unit may include at least one of a web-gauge and a temperature measuring device for measuring the loading amount of the electrode sheet in order to collect the solid content and the temperature of the electrode sheet surface.
  • the measuring units 240a and 240b include a web-gauge for measuring the loading amount of the electrode sheet, and the measuring units 240a and 240b are the oven 210 . It is installed at each of the inlet and outlet of the electrode sheet and can measure the loading amount before drying of the electrode sheet and the loading amount after drying of the electrode sheet.
  • the measuring unit may further include a calculating unit to derive the solid content, and the calculating unit may derive the solid content of the electrode active material layer 12 from the measured loading amount through a pre-entered calculation formula.
  • a formula for deriving the solid content from the loading amount may use one known in the art.
  • the solid content appears higher than the reference value, and when the dry level of the electrode sheet is insufficient (not dry), the solid content appears lower than the reference value, so the solid content is It can be an indicator that can determine the drying level of the electrode sheet.
  • the control unit 230 determines the drying level of the electrode based on the drying amount information received from the measuring units 240a and 240b, and controls the drying intensity of the oven 210 according to the determined drying level, The drying amount of the electrode sheet can be corrected in real time.
  • the measuring units 240a and 240b are set to periodically collect information on the drying amount of the electrode sheet at regular time intervals, and the control unit 230 ), whenever receiving drying amount information from the measuring units 240a and 240b, determines the drying level of the electrode sheet, and periodically controls the drying intensity of the oven.
  • the control unit 230 may receive from the measuring units 240a and 240b the drying amount information such as the loading amount before/after drying of the electrode sheet and/or the temperature of the electrode surface, and determining whether the drying level of the electrode sheet is overdrying.
  • a reference value for determining whether or not dryness is input is received. And, by comparing the drying amount information with the reference value, it is determined whether the drying level of the electrode sheet is overdrying, non-drying, or normal drying, and the degree of overdrying or non-drying is quantitatively determined by comparing the drying amount information and the reference value. to determine the control method of drying strength.
  • the drying level and the drying amount of the electrode sheet are determined in this way, in order to increase or decrease the drying intensity of the oven, one or more of the traveling speed of the hot air nozzle, the heater, and the conveying roller for driving the electrode sheet are controlled, The drying amount can be corrected.
  • the control of the drying intensity as described above by the controller is not limited to one time, but is periodically performed at regular time intervals.
  • the controller may repeatedly control the drying intensity of the oven in a cycle of 5 minutes to 20 minutes, and preferably remove the drying intensity in a cycle of 6 minutes to 15 minutes,
  • the control period of the drying intensity is not limited thereto.
  • the measurement unit is also set to periodically collect the drying amount information of the electrode sheet at regular time intervals in conjunction with the drying intensity control by the control unit.
  • the measurement unit collects the drying amount information for 1 to 5 minutes immediately before the time when the drying intensity control by the control unit is scheduled. That is, in the measurement unit, the control unit controls the drying intensity of the oven, and the drying amount information of the electrode sheet is not immediately collected, but the drying strength is controlled by the controller and after a certain time elapses, information on the drying amount of the electrode sheet to collect This is because a predetermined time is required for the drying amount correction effect according to the change in the drying intensity of the oven to appear.
  • the measuring unit may transmit the average value or the median value of the drying amount information collected for the predetermined time as a representative value of the drying amount information to the controller.
  • the measuring unit may include a temperature measuring device capable of measuring the temperature of the surface of the electrode sheet. By measuring the temperature in the oven, it is possible to more precisely control the amount of heat supplied in the oven.
  • the present invention also provides a method for drying an electrode.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the electrode drying method according to the present invention.
  • the electrode drying method according to the present invention, (a) the process of collecting drying waiting time information, which is a time interval in which the input of the electrode sheet is stopped, in an oven for drying the electrode sheet; (b) the process of determining the condition of the amount of heat to be supplied in the oven when the electrode sheet is put into an oven having a drying waiting time; and (c) putting the electrode sheet in an oven having a drying standby time, and drying the electrode sheet under the calorie condition determined in the step (b), wherein the process (b) is typical during the initial drying time.
  • the calorific value condition is determined so as to supply a reduced amount of heat than the normal heat amount (Q t ) supplied into the oven.
  • the process (b) is a process of setting the calorie condition of the initial drying time according to the length of the drying standby time when there is a drying standby time.
  • the initial drying time (T) is, Time-series is divided into n (n ⁇ 2, n is an integer) number of time sections, and in the first time section (T 1 ), a reduced amount of heat (Q 1 ) compared to the normal oven supply heat (Q t ) is supplied, and the The amount of heat Q 2 ... Q n supplied to each subsequent time period T 2 ... T n may be set to a calorie condition to satisfy the following relationship.
  • the calorie condition is determined so that the normal supply calorie (Q t ) is supplied into the oven after the initial drying time has elapsed.
  • the longer the drying standby time the less the ratio (Q 1 /Q t ) of the amount of heat (Q 1 ) supplied to the first time period (T 1 ) compared to the amount of heat supplied to the oven (Q t ) is set to decrease. .
  • step (b) the step of differentially setting the calorie condition of the initial drying time according to the length of the drying waiting time is included.
  • Table 1 below shows the conditions for the amount of heat supplied in the oven according to the drying standby time (1 minute, 1 minute 30 seconds, 2 minutes 30 seconds).
  • the drying standby time 1 minute, 1 minute 30 seconds, 2 minutes 30 seconds.
  • the numerical value described in the drying waiting time column means the percentage (Q n /Q t ⁇ 100) of the amount of heat supplied from the length of the electrode sheet when the amount of heat supplied Q t is usually 100.
  • the amount of heat to be supplied to the oven is determined to be 85% of the heat amount normally supplied, and then In the drying time section of (the length of the electrode sheet is 100 to 200), the amount of heat to be supplied to the oven is usually determined as 90% of the amount of heat supplied, and in the next drying time section (the length of the electrode sheet is 200 to 300) , the amount of heat to be supplied to the oven is usually determined as 95% of the amount of heat supplied, and in the subsequent drying time section (the length of the electrode sheet is 300 or more), the amount of heat to be supplied to the oven is determined as the normal amount of heat supplied.
  • the electrode manufacturing method of the present invention when the electrode sheet is put into an oven having a drying standby time, a reduced amount of heat is supplied than the normal amount of heat supplied at the initial drying time, but at the time elapsed after the electrode sheet is put into the oven The amount of heat is increased stepwise/gradually according to the temperature, and after the initial time has elapsed, the amount of heat is usually supplied to the oven.
  • the amount of heat set for each time period and the amount of increase in heat amount are not limited, and a person skilled in the art may appropriately select the material characteristics of the electrode slurry, the solid content of the electrode slurry, and various variables affecting the process such as the season.
  • Comparative Example 1 in FIG. 7 shows the solid content of the electrode sheet dried by applying the calorie condition set in Example 2 when the drying standby time is 4 minutes and 30 seconds
  • Comparative Example 2 is the present invention and Differently, even in the initial drying time section, the solid content of the dried electrode sheet is usually indicated by the amount of heat supplied.
  • the initial solid content of Comparative Examples 1 and 2 was found to be very high compared to Examples 1 and 2, and it was confirmed that the electrode sheets of Comparative Examples 1 and 2 had cracks.
  • the calorie condition was set to be the same as in the case where the drying standby time was 1 minute. Not enough, it can be seen that overdrying was not sufficiently suppressed. Therefore, in the present invention, it will be important to set an appropriate calorie condition according to the length of the drying waiting time.

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Abstract

본 발명은 전극의 건조 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 전극 건조 시스템은, 전극 시트에 열풍 및 복사열을 가해주는 오븐; 및 건조 대기 시간 정보를 수신 받고, 상기 오븐 내에 공급되는 열량을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 건조 대기 시간을 가진 오븐에 전극 시트가 공급된 직후의 초기 건조 시간 동안 오븐 내에 감소된 열량을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극 건조 시스템 및 전극 건조 방법
본 출원은 2020.11.27.자 한국 특허 출원 제10-2020-0162423호 및 2021.11.23.자 한국 특허 출원 제10-2021-0162711호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은, 건극 건조 시스템 및 전극 건조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 오븐 내에 전극 시트가 공급되지 않는 건조 대기 시간을 가지는 경우에, 건조 대기 시간 직후 오븐 내로 투입되는 전극 시트의 초기 건조 시 과건조를 억제하는 전극 건조 시스템 및 전극 건조 방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
상기 양극 및 음극은 각각 양극 집전체 및 음극 집전체에 양극 활물질을 포함하는 양극 슬러리 및 음극 활물질을 포함하는 음극 슬러리를 도포하여 양극 활물질층 및 음극 활물질층을 형성한 후, 이를 건조 및 압연하여 형성된다.
이 때, 전극의 건조 조건은 전극의 품질 및 물성에 영향을 미치며, 특히 건조 중 전극 폭 방향에 대한 건조도 편차 및 건조 완료 시점 제어에 따라 전극의 접착력 및 표면 결합 수준이 크게 변할 수 있다.
한편, 전극 슬러리가 도포된 전극 시트는 연속 공정으로 건조 구간을 주행하면서 건조 과정을 거치게 되나, 여러 가지 이유로 전극 슬러리 도포 공정과 건조 공정 사이에 시간적 간격이 있을 수 있고, 건조 구간에 전극 시트가 투입되지 않는 건조 대기 시간 동안, 오븐의 내부는 잉여 열량이 축적되게 된다. 이렇게 잉여 열량이 축적된 상태에서, 오븐 내에 전극 시트가 투입된 경우에는, 오븐 내에 축적된 과도한 열량으로 인해, 초기 건조 구간에서 전극에 크랙이나 주름이 발생할 수 있다.
특히, 초기 건조 구간에서의 과건조로 인한 전극 크랙은, 전극 분말 가루를 생성하게 하고, 전극 분말 가루는 오븐 내 열풍 대류를 따라 멀리 비산되어 주변의 전극을 오염시켜 전극의 품질을 저하시키게 된다. 따라서, 전극의 초기 건조 구간에서 과건조를 방지하는 것은 매우 중요하다.
따라서, 초기 건조 구간에서의 과건조를 방지하는 전극 건조 기술 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 건조 대기 시간을 가지는 전극의 건조 과정에 있어서, 건조 대기 시간 직후 오븐에 투입되는 전극 시트에 대해서, 오븐 내 축적된 잉여 열량으로 인해 초기 건조 시 발생하는 과건조를 억제하여 전극의 크랙을 방지하는 전극 건조 시스템 및 전극 건조 방법 기술을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 전극 건조 시스템은, 전극 시트에 열풍 및 복사열을 가해주는 오븐; 및 상기 오븐 내에, 전극 시트의 투입이 중단되는 건조 대기 시간 정보를 수신 받고, 상기 건조 대기 시간의 길이에 따라 상기 오븐 내에 공급되는 열량을 결정해 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 건조 대기 시간을 가진 오븐에, 전극 시트가 공급된 직후의 초기 건조 시간 동안, 통상 공급 열량(Qt)보다 감소된 열량을 공급하도록 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 초기 건조 시간이 경과된 이후에는, 오븐 내에 통상 공급 열량(Qt)을 공급하도록 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 시스템에 있어서, 상기 초기 건조 시간(T)은, 시계열적으로 n(n≥2)개의 시간 구간으로 구분되고, 각 시간 구간인 T1, T2, T3...Tn 에서 오븐 내 공급되는 각 열량을 Q1,Q2,Q3...Qn 으로 정의하였을 때, 상기 제어부는, 하기 관계를 만족하도록 오븐 내 공급되는 열량을 제어한다.
Q1<Q2<Q3<...<Qn≤Qt
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 건조 대기 시간이 길수록, 통상 공급 열량(Qt) 대비 최초 시간 구간(T1)에 공급되는 열량(Q1)의 비율(Q1/Qt)이 작아지도록 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 시스템에 있어서, 상기 오븐은, 전극 시트에 열풍을 공급하여 대류열을 가해주는 열풍 노즐; 및 전극 시트에 복사열을 가해주는 히터 중의 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 열풍 노즐로부터 분사되는 열풍의 온도, 열풍의 풍속 및 히터의 출력 중 하나 이상의 조건을 증감하는 방식으로 상기 오븐 내 공급되는 열량을 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 오븐 전체에 대해 오븐 내 공급되는 열량을 일률적으로 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 시스템에 있어서, 전극 시트가 오븐 내로 공급되지 않는 것을 감지해, 건조 대기 시간 정보를 상기 제어부에 송출하는 전극 시트 감지 센서를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 시스템에 있어서, 전극 시트의 건조량 정보를 수집하고, 수집된 정보를 제어부로 송출하는 측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 측정부로터 수신받은 건조량 정보에 따라 전극 시트의 건조 수준을 판단해, 실시간으로 상기 오븐 내 공급되는 열량의 증감을 보정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 시스템에 있어서, 상기 측정부는, 상기 오븐 통과 전/후의 전극 시트의 고형분 함량 및 전극 시트의 표면 온도 중의 하나 이상을 수집한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 시스템에 있어서, 상기 측정부는 웹-게이지 및 온도 측정기 중의 하나 이상을 포함한다.
본 발명에 따른 전극 시트의 건조 방법은, (a) 전극 시트를 건조하는 오븐 내에, 전극 시트의 투입이 중단된 시간적 간격인 건조 대기 시간 정보를 수집하는 과정; (b) 건조 대기 시간을 가진 오븐에, 전극 시트를 투입할 경우에, 오븐 내 공급될 열량 조건을 결정하는 과정; 및 (c) 건조 대기 시간을 가진 오븐에 전극 시트를 투입하고, 상기 (b) 과정에서 결정된 열량 조건으로 전극 시트를 건조하는 과정을 포함하고, 상기 (b) 과정은, 상기 초기 건조 시간 동안에는 통상적으로 오븐 내에 공급되는 통상 공급 열량(Qt)보다 감소된 열량을 공급하도록 열량 조건을 결정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 시트의 건조 방법에 있어서, 상기 (b) 과정은, 상기 초기 건조 시간이 경과된 이후에는 오븐 내에 통상 공급 열량(Qt)이 공급되도록 열량 조건을 결정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 시트의 건조 방법에 있어서, 상기 (b) 과정에서, 상기 초기 건조 시간(T)은, 시계열적으로 n(n≥2)개의 시간 구간으로 구분되고, 각 시간 구간인 T1, T2, T3...Tn 에서 오븐 내 공급될 각 열량을 Q1,Q2,Q3...Qn 으로 정의하였을 때, 하기 관계를 만족하도록 오븐 내 공급되는 열량을 결정한다.
Q1<Q2<Q3<...<Qn≤Qt
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 시트의 건조 방법에 있어서, 상기 (b) 과정에서, 건조 대기 시간이 길수록, 통상 공급 열량(Qt) 대비 최초 시간 구간(T1)에 공급되는 열량(Q1)의 비율(Q1/Qt)이 작아지도록 열량 조건을 결정한다.
본 발명은 오븐 내에 전극 시트가 공급되지 않는 건조 대기 시간을 가지는 경우에, 건조 대기 시간 직후 오븐 내로 투입되는 전극 시트에 대해, 초기 건조 시간 동안 감소된 열량을 공급하도록 제어함에 따라 초기 건조 시의 과건조를 억제하고, 이에 따라 전극 시트의 크랙 발생이 방지되어 오븐 내부의 오염도 억제하는 효과가 있다.
본 발명의 전극 건조 시스템 및 전극 건조 방법을 적용할 경우, 전극 건조 대기 상태에서의 열량 소모를 줄여 전극 제조 비용을 감소시키는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 시스템의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오븐의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 다른 전극 건조 시스템의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전극 건조 자동 제어 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 건조된 전극 시트를 열화상 카메라롤 촬영한 사진이다.
도 6은 비교예에 따라 건조된 전극 시트를 열화상 카메라로 촬영한 사진이다.
도 7은 실시예 및 비교예에 따라 건조된 전극 시트의 시간에 따른 고형분 함량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
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.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 시스템의 구조를 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전극 건조 시스템은(100), 전극이 이송되는 방향인 x축을 따라 복수의 건조 구간(111, 112, 113)으로 구획될 수 있고, 전극 시트(10)에 열풍 및 복사열을 가해주는 오븐(110); 및 상기 오븐(110) 내에, 전극 시트의 투입이 중단되는 건조 대기 시간 정보를 수신 받고, 상기 건조 대기 시간의 길이에 따라 상기 오븐(110)내에 공급되는 열량을 결정해 제어하는 제어부(130)를 포함한다.
본 발명에 있어서, 건조 대기 시간이란, 공정 상의 다양한 이유로 인해, 오븐 내로 전극 시트가 공급되지 않는 시간적 간격을 의미한다. 이러한 건조 대기 시간은, 구체적으로 30초 내지 30분일 수 있으며, 30초 내지 20분일 수 있고, 1분 내지 15분일 수 있다.
오븐 내에 전극 시트의 투입이 중단되는 동안에는, 오븐 내 열량이 축적되고, 잉여 열량이 축적된 상태의 오븐에 전극 시트가 투입되면, 축적된 잉여 열량으로 인해 전극의 과건조가 일어나 전극의 크랙을 유발할 수 있다. 따라서 이와 같은 건조 대기 시간을 가지는 경우, 일시적으로 오븐 내에 공급되는 열량을 감소시키는 제어를 하는 것이 필요하다.
이에 본 발명의 전극 건조 시스템은, 건조 대기 시간이 있는 경우에, 축적된 잉여 열량으로 인해, 전극에 크랙이 발생하는 것을 억제하기 위한 것으로, 본 발명의 제어부(130)는, 건조 대기 시간을 가진 오븐에 전극 시트가 공급된 직후의 초기 건조 시간 동안, 일시적으로 오븐 내에 통상 공급 열량(Qt)보다 감소된 열량을 공급하도록 제어하는 데에 특징이 있다. 여기서 통상 공급 열량(Qt)이란 건조 대기 시간을 가지지 않는 경우에 통상적으로 오븐 내 공급되는 열량을 의미한다.
또한, 본 발명에서 초기 건조 시간이란, 전극 시트가 오븐에 투입된 직후의 소정의 시간 간격을 의미하며, 구체적으로는 전극 시트가 오븐에 투입된 후로부터 60분이 경과되기까지의 시간적 간격 또는 전극 시트가 오븐에 투입된 후로부터 30분이 경과되기까지의 시간적 간격 또는 전극 시트가 오븐에 투입된 후로부터 20분이 경과되기까지의 시간적 간격 또는 전극 시트가 오븐에 투입된 후로부터 10분이 경과되기까지 시간적 간격 또는 전극 시트가 오븐에 투입된 후로부터 5분이 경과되기까지의 시간적 간격을 의미하는 것일 수 있다. 통상 공급 열량(Qt)보다 감소된 열량이 공급되는 초기 건조 시간의 길이는, 상기 건조 대기 시간의 길이에 따라 달라질 수 있으며, 건조 대기 시간이 상대적으로 긴 경우에는 그 만큼 오븐 내 축적된 잉여 열량이 과다할 것이므로, 초기 건조 시간이 길어질 수 있고, 건조 대기 시간이 상대적을 짧을 경우에는 오븐 내 축적된 잉여 열량이 상대적으로 작을 것이므로, 초기 건조 시간이 짧아질 수 있다.
한편, 본 발명에서, x축은 전극이 이송되는 방향을 의미하며, y축은 전극의 폭 방향으로, 전극면 내에서 전극의 이송 방향과 수직인 방향을 의미한다. z축은 전극면에 대하여 수직인 방향으로, 후술하는 오븐 내 설치된 열풍의 분사 방향 또는 복사열의 조사 방향에 해당된다.
하나의 구체적 예에서, 상기 초기 건조 시간(T)은, 시계열적으로 n(n은 2 이상의 정수)개의 시간 구간으로 구분되고, 각 시간 구간인 T1, T2, T3...Tn 에서 오븐 내 공급되는 각 열량을 Q1,Q2,Q3...Qn 으로 정의하였을 때, 상기 제어부는, 하기 관계를 만족하도록 오븐 내 공급되는 열량을 제어한다.
Q1<Q2<Q3<...<Qn≤Qt
즉, 본 발명의 제어부는, 초기 건조 시간(T) 동안 통상 공급 열량(Qt)보다 감소된 열량을 공급하되, 점진적으로 공급 열량을 증가하도록 제어하고, 초기 건조 시간이 경과된 후에는, 오븐 내에 통상 공급 열량을 공급하도록 제어한다.
본 발명의 건조 시스템은, 건조 대기 시간을 가지지 않는 경우에는, 오븐에 통상적 설정 열량인 Qt만큼의 열량을 공급하나, 건조 대기 시간을 가지는 경우에는, 본 발명의 건조 시스템을 구성하는 제어부가, 초기 건조 시간 동안 오븐 내에 상기 Qt보다 작은 열량이 공급되도록 제어한다.
이를 하나의 예를 들어 구체적으로 설명하면, 상기 초기 건조 시간은 4개의 시간 구간으로 구분될 수 있고, 이러한 경우 각 시간 구간들은 시계열적으로 T1, T2, T3, T4로 구분된다. 그리고, 상기 시간 구간 T1, T2, T3, T4에 대응하는 각 공급 열량을 각각 Q1, Q2, Q3, Q4라 할 때, 상기 최초의 시간 구간 T1에 대응하는 공급 열량 Q1은 상기 통상의 오븐 공급 열량 Qt보다 감소된 값을 가지도록 설정되고, 제어부는 후술하는 열풍의 온도, 열풍의 풍속, 히터의 출력과 같은 운전 조건을 제어하여, 최초의 시간 구간 T1에서는, 오븐 내에 감소된 열량 Q1이 공급되도록 하는 것이다.
그리고, 상기 최초 시간 구간 T1 이후의 시간 구간인 T2에서는, 오븐 내에 Q2의 열량이 공급되도록 설정되는데, Q2는 Q1과 비교해 다소 증가된 값이되, 통상 공급 열량인 Qt보다는 작은 값이 되도록(Qt>...>Q2> Q1) 설정된다. 상기 T2 이후의 시간 구간인 T3 및 T4에 각각 대응하는 공급 열량 Q3 및 Q4는 상기 Q2와 마찬가지로, 그 값이 설정된다 (Qt>Q4>Q3>Q2> Q1). 이 같이 건조 대기 시간이 있는 경우에, 초기 건조 시간 동안 감소된 열량을 공급하고, 시간의 경과에 따라 점진적/단계적으로 열량의 공급을 증가시켜, 전극의 초기 과건조를 억제할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는, 건조 대기 시간이 길수록, 통상 공급 열량(Qt) 대비 최초 시간 구간(T1)에 공급되는 열량(Q1)의 비율(Q1/Qt)이 작아지도록 제어하는 것일 수 있다.
가령 건조 대기 시간이 4분인 경우와, 건조 대기 시간이 2분인 경우, 최초 시간 구간(T1) 동안 공급되는 열량 Q1을 동일하게 설정하는 것이 아니라, 건조 대기 시간의 길이에 따라 Q1의 설정값을 상이하게 하는 것이다.
전술한 예에서, 건조 대기 시간이 4분인 경우, Q1/Qt가 75%라면, 건조 대기 시간이 2분인 경우에는, Q1/Qt가 상기 75% 보다는 큰 수치인 85%일 수 있다. 이는 건조 대기 시간이 길수록, 그 만큼 오븐 내 축적된 잉여 열량이 많으므로, 이를 감쇄할 수 있도록 Q1/Qt를 더 작게 하는 것이다. 상기 Q1/Qt의 값은 건조 대기 시간의 길이에 따라 달라질 수 있으며, 구체적으로는 50% 내지 90%; 55% 내지 85%, 60% 내지 75%, 60% 내지 70%일 수 있다.
상기 제어부가 위와 같이 초기 건조 시간 동안 감소된 열량을 오븐 내 공급하도록 제어함에 있어서, 오븐 전체에 대해 오븐 내 공급되는 열량을 일률적으로 제어한다. 오븐 내 전극 시트가 투입되지 않는 건조 대기 시간을 가지는 경우, 오븐의 전체 구간에 걸쳐서 잉여 열량이 축적되는 것이므로, 잉여 열량을 감쇄시키기 위해서는, 오븐 전체에 대해 일률적으로 위와 같은 제어를 수행하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명에 따른 전극의 건조 시스템의 구성에 대해 자세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전극 건조 시스템(100)은, 오븐(110)을 포함한다. 상기 오븐(110)은 챔버 형상으로, 건조 대상 전극 시트(10)가 오븐(110) 내부를 주행할 수 있도록 공간을 제공하고, 건조를 위해 내부의 열이 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 전극 시트(10)는, 집전체 시트(11)상에 전극 활물질을 포함하는 전극 형성용 슬러리가 도포되어 전극 활물질층(12)이 형성된 구조일 수 있다. 상기 전극 슬러리는 집전체의 적어도 일면에 도포될 수 있다.
이 때 상기 집전체는 양극 집전체 또는 음극 집전체일 수 있고, 상기 전극 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다. 또한 상기 전극 슬러리는 전극 활물질 외에 도전재 및 바인더를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서, 양극 집전체의 경우 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
음극 집전체용 시트의 경우, 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명에서 양극 활물질은, 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
한편, 이와 같은 전극 슬러리는 전극 활물질, 도전재 및 바인더 등을 용매에 용해시켜 제조될 수 있다. 상기 용매는 전극 활물질 등을 분산시킬 수 있는 것이면 그 종류에 특별한 제한은 없으며, 수계 용매 또는 비수계 용매를 모두 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 용매로는 상기 용매는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등일 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율, 작업성 등을 고려하여 슬러리가 적절한 점도를 갖도록 조절될 수 있는 정도이면 되고, 특별히 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 상기 오븐(110)은, 복수의 건조 존(111,112,113)으로 구획될 수 있으며, 각 건조 존은 그 내부에 전극 시트(10)를 건조하기 위한 건조 수단으로서, 전극 시트(10)에 열풍을 공급하여 대류열을 가해주는 열풍 노즐(114) 및 전극 시트(10)에 복사열을 가해주는 히터(115)를 구비한다. 도 1을 참조하면, 열풍 노즐(114) 및 히터(115)는 전극 시트(10)의 이송 방향(MD 방향, x 방향)을 따라 일정 간격으로 이격되어 배열될 수 있으며, 전극 시트(10)에 수직한 방향으로 열풍 또는 복사열을 인가한다. 도 1에서는 열풍 노즐(114) 및 적외선 히터(115)가 전극 시트(10)의 상부, 즉 오븐(110)의 천장 하면에 위치하는 것으로 도시되었으나, 전극 활물질층이 집전체의 양면에 형성된 경우 열풍 노즐(114) 및 히터(115)가 전극 시트(10)의 상부 및 하부에 각각 위치할 수 있다. 또한 도 1에 도시한 실시예에서는 건조 수단으로서 열풍 노즐 및 히터를 모두 포함하는 경우를 예시하고 있으나, 이중 하나만을 포함할 수도 있다.
한편, 열풍 노즐(114)은 본체부 및 분사부를 포함한다. 상기 본체부는 열풍 노즐의 몸체를 구성하며, 열풍 노즐(114)을 오븐의 천장에 고정한다. 또한 본체부는 내부가 비어 있으며, 열풍 공급원(미도시)으로부터 전달되는 열풍을 분사부로 전달한다. 한편, 본체부의 하면에는 분사부가 마련된다. 상기 분사부는 본체부와 연통되며, 분사부의 하면에는 열풍이 분사되는 분사구가 형성된다. 상기 분사구는 복수 개의 기공이 일정 간격으로 배열되어 있는 구조일 수 있다.
한편, 히터(115)는 본 발명의 구체적 예에서 적외선 히터일 수 있으며, 적외선 히터는, 적외선을 전극에 조사하는 적외선 램프 및 상기 적외선 램프를 지지 또는 거치하는 거치대를 포함할 수 있다. 적외선 램프의 형태는 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 막대 모양의 램프가 전극의 폭 방향으로 연장된 상태에서 전극의 이송 방향을 따라 평행하게 배열될 수 있다.
상기 열풍 노즐(114) 및 히터(115)는 전극 시트(10)의 표면에 열풍 및 적외선을 고르게 공급하기 위하여 전극 시트(10)의 진행 방향을 따라 교번하여 배열될 수 있다. 다만, 배열 형태에 특별한 제한이 있는 것은 아니며 통상의 기술자가 건조 조건에 따라 열풍 노즐(114)과 적외선 히터(115)의 배열 방식을 적절히 설계 변경 가능하다.
본 발명의 건조 시스템은 상기 열풍 노즐로부터 분사되는 열풍의 온도, 열풍의 풍속 및 히터의 출력 중 하나 이상의 조건을 증감하는 방식으로, 오븐 내에 공급되는 열량을 제어할 수 있다.
또한 상기 오븐(110) 내부에는 전극을 이송하기 위한 하나 이상의 이송 롤러(116)를 포함할 수 있다. 상기 이송 롤러(116)는 전극 시트(10)의 이송 방향을 따라 다수 개가 일 정 간격으로 이격되어 배치될 수 있으며, 건조 과정에서 전극 시트(10)를 지지하고, 건조가 완료된 전극 시트(10)를 오븐(110) 외부로 이송한다. 또한, 이송 롤러의 회전 속도를 조작하여 전극 시트의 건조량을 제어할 수도 있다.
본 발명에 따른 전극의 건조 시스템(100)은, 전극 시트(10)가 오븐(110) 내로 공급되지 않는 것을 감지해, 건조 대기 시간 정보를 상기 제어부(130)에 송출하는 전극 시트 감지 센서(120)를 더 포함할 수 있다. 전극 시트 감지 센서(120)는, 전극 시트가 오븐에 투입되는 오븐의 입구 주변에 설치될 수 있다. 상기 감지 센서(120)는 전극 시트의 투입 여부를 감지할 수 있는 것이라면, 그 종류에 있어서 제한되지 아니한다. 따라서, 상기 감지 센서는 무게를 감지하는 방식일 수도 있고, 화상 카메라 방식일 수도 있다.
본 발명의 제어부(130)는 제1 건조존(111), 제2 건조존(112) 및 제3 건조존(113)에 각 설치된 제1 운전 제어부(117), 제2 운전 제어부(118) 및 제3 운전 제어부(119)와 연결되어 있고, 이에 따라 이들에게 공급되는 열량의 감소를 명령할 수 있다. 상기 감지 센서(120)는 전극 시트가 오븐 내로 공급되지 않는 것을 감지하면, 건조 대기 시간 정보를 제어부(130)에 송출한다. 제어부(130)는 상기 건조 대기 시간 정부를 수신하고, 오븐(110) 내에 전극 시트(10)가 투입된 경우에, 오븐 내 공급될 열량 조건을 결정하고, 오븐(110)의 운전 제어부(117, 118, 119)에게 상기 결정된 열량 조건을 송출한다. 이에 따라 오븐의 운전 제어부(117, 118, 119)는 열풍 노즐(114) 및 히터(115)로 하여금 열량 공급을 감소시키는 운전을 하도록 제어한다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 오븐의 구조를 나타낸 개략도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전극 건조 시스템(100)은, 히터(115)로부터 방출되는 복사열의 증감을 제어하기 위한 가림틀(150)을 더 포함할 수 있다. 상기 가림틀(150)은, 상기 히터(115)와 전극 활물질층(12) 사이에 배치되며, 전극(10)의 표면이 복사열에 노출되는 면적을 조절할 수 있다. 히터(115)로부터 방출되는 복사열은, 가림틀(150)에 의해 그 전달이 차단 또는 감소될 수 있다. 본 발명에 따른 전극 건조 시스템은, 필요에 따라 가림틀(150)을 통해 전극(10)이 복사열에 노출되는 면적을 조절함으로써, 전극(10)에 공급되는 열량을 제어할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 건조 시스템(100)의 오븐(110)은 다수 개의 건조 존(111,112,113)으로 구획될 수 있다. 이 경우 각 건조 구간에 구비된 히터(115)와 전극 활물질층(12) 사이에 적어도 한 개의 가림틀(150)이 배치된다. 즉, 오븐(110) 내에 구비된 모든 히터(115)에 대하여 각각 가림틀(150)이 배치될 수 있다.
이 때, 가림틀(150)의 크기 및 개수는 건조 공정에 따라 다양하게 설정 가능하다. 다만, 가림틀(150)의 전극 이송 방향(x축 방향) 길이는 적외선을 효과적으로 차단하고, 전극 이송 방향에 대한 건조도 편차가 발생하기 않도록 히터(115)의 전극 이송 방향(x축 방향) 길이와 동일하거나 이보다 크게 할 수 있다. 또한, 전극(10)이 히터(115)의 복사열에 노출되는 면적을 미세하게 조절할 수 있도록, 폭 방향 길이가 작은 가림틀을 다수 개 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 가림틀(150)은, 적외선이 투과되지 않는 소재로 구성된 판상형 부재일 수 있다. 구체적으로, 상기 가림틀(150)은, 오븐 내의 고온 환경에서 손상되지 않으면서 복사열을 투과하지 않는 것이라면 어떤 소재든지 사용 가능하다. 또한, 상기 가림틀(150)은 복사열이 투과되지 않는 소재로만 이루어질 수도 있고, 몸체를 구성하는 금속 또는 고분자 소재(여기서, 금속 또는 고분자 소재는 적외선을 차단과 무관한 것을 사용 가능)를 복사열이 투과되지 않는 소재로 코팅한 것일 수도 있다. 상기 복사열이 투과되지 않는 소재로는 예를 들어, 유리질 단열재, 금속 산화물과 같은 무기물, 탄소계 물질 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 가림틀(150)의 형상은 건조 조건에 따라 다양하게 변형 가능하다. 상기 가림틀(150)은 복사열을 차단할 수 있도록 표면에 구멍을 형성하지 않을 수 있다. 또는, 가림틀(150)은 복사열의 일부만 차단할 수 있도록 복사열 조사 방향으로 구멍이 형성된 구조일 수 있다.
도 5는, 본 발명의 전극 건조 시스템에 의해 건조된 전극을 화상 카메라로 촬영한 사진이고, 도 6은 종래의 전극 건조 시스템에 의해 건조된 전극을 화상 카메라로 촬영한 사진이다. 이들 도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 초기 건조 구간에서 통상 공급 열량보다 감소된 열량을 공급하여 제조한 전극 시트는 초기 구간에서(점선으로 이루어진 박스 내부 참조), 전극 표면의 온도가 도 6과 대비해 낮은 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 전극 건조 시스템은 초기 생산 전극의 건조량을 균일화하여 초기 크랙의 발생을 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 건조 시스템의 구조를 나타낸 개략도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 전극 건조 시스템(200)은, 전극 시트(10)가 주행하며 건조되는 공간을 제공하고, 전극 시트에 열풍 및/또는 복사열을 가해주는 건조 수단을 구비한 오븐(210); 상기 오븐 내에, 전극 시트의 투입이 중단되는 건조 대기 시간 정보를 수신 받고, 상기 건조 대기 시간의 길이에 따라 상기 오븐 내에 공급되는 열량을 결정해 제어하는 제어부(230); 전극 시트가 오븐(210) 내로 공급되지 않는 것을 감지해, 건조 대기 시간 정보를 상기 제어부(230)에 송출하는 전극 시트 감지 센서(220); 상기 오븐(210)을 통과한 전극 시트(10)의 건조량 정보를 수집하고, 수집된 정보를 제어부(230)로 송출하는 측정부(240)를 포함하고, 상기 제어부(230)는, 상기 측정부(240; 240a,240b)로부터 수신한 건조량 정보를 바탕으로, 전극 시트(10)의 건조 수준을 판단하고, 상기 판단된 건조 수준에 따라 상기 오븐(210)의 건조 세기를 제어한다.
이러한 전극 건조 시스템은, 건조 대기 시간을 가진 후, 오븐에 전극 시트가 투입된 경우에는, 초기 건조 시간 동안은 감소된 열량을 공급하여, 초기 과건조를 방지하는 한편, 초기 건조 시간이 경과된 이후의 건조 과정에서, 전극의 건조 수준에 따라 전극의 건조량을 보정하여, 전극의 건조 수준을 균일하게 할 수 있는 이점이 있다. 즉, 측정부(240; 240a,240b)가 실시간으로 전극 시트의 건조량 정보를 수집하고, 제어부(230)가 상기 수집된 건조량 정보를 바탕으로 전극 시트의 건조 수준을 판단하여, 전극 시트의 건조 수준에 따라, 주기적으로 건조량을 보정할 수 있으므로, 전극의 건조 수준을 균일하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
상기 건조량 정보는, 전극 시트의 고형분 함량 및 전극 시트 표면의 온도 중의 하나 이상이다. 본 발명의 전극 건조 시스템은, 측정부를 통해 수집된 고형분 함량 또는/및 온도를 통해, 전극 시트의 건조 수준을 판단한다. 상기 측정부는 고형분 함량 및 전극 시트 표면의 온도를 수집하기 위하여, 전극 시트의 로딩량을 측정하는 웹-게이지(web-gauge) 및 온도 측정기 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 측정부(240a, 240b)는, 전극 시트의 로딩량을 측정하는 웹-게이지(web-gauge)를 포함하며, 상기 측정부(240a, 240b)는, 오븐(210)의 입구 및 출구 각각에 설치되어, 전극 시트의 건조 전 로딩량과 전극 시트의 건조 후 로딩량을 측정할 수 있다. 상기 측정부는, 고형분 함량을 도출하기 위해, 연산부를 더 포함할 수 있고, 상기 연산부는 미리 입력된 계산식을 통해, 측정된 로딩량으로부터 전극 활물질 층(12)의 고형분 함량을 도출할 수 있다. 로딩량으로부터 고형분 함량을 도출하는 수식은, 당해 기술 분야에 공지된 것을 이용할 수 있다.
전극 시트의 건조 수준이, 과다한 경우(과건조)에는 고형분 함량이 기준값보다 높게 나타나고, 전극 시트의 건조 수준이, 충분하지 못한 경우(미건조)에는 고형분 함량이 기준값보다 낮게 나타나므로, 고형분 함량은 전극 시트의 건조 수준을 파악할 수 있는 지표가 될 수 있다.
상기 제어부(230)는, 상기 측정부(240a, 240b)로부터 수신한 건조량 정보를 바탕으로 전극의 건조 수준을 판단하고, 상기 판단된 건조 수준에 따라 상기 오븐(210)의 건조 세기를 제어해, 전극 시트의 건조량을 실시간으로 보정할 수 있다.
상기 제어부(230)가, 전극 시트의 건조량을 실시간으로 보정하기 위해서, 상기 측정부(240a, 240b)는, 일정한 시간적 간격마다 주기적으로, 전극 시트의 건조량 정보를 수집하도록 설정되고, 상기 제어부(230)는, 상기 측정부(240a, 240b)로부터 건조량 정보를 수신할 때마다, 전극 시트의 건조 수준을 판단해, 오븐의 건조 세기를 주기적으로 제어한다.
제어부(230)에 의한 건조량 제어 과정을 상세히 설명한다. 제어부(230)는 상기 측정부(240a,240b)로부터 전극 시트의 건조 전/후 로딩량 또는/및 전극 표면의 온도와 같은 건조량 정보를 송출받을 수 있고, 전극 시트의 건조 수준이 과건조인지 미건조인지 여부를 판단할 수 있도록 하는 기준값을 입력받는다. 그리고, 상기 건조량 정보와 기준값을 비교하여 전극 시트의 건조 수준이 과건조인지, 미건조인지, 정상 건조인지 여부를 결정하며, 건조량 정보와 기준값의 수치를 비교하여 과건조 또는 미건조의 정도를 정량적으로 파악해, 건조 세기의 제어 방법을 결정한다. 이렇게 전극 시트의 건조 수준과 건조량이 결정되면, 상기 오븐의 건조 세기를 증감하기 위해서, 상기 열풍 노즐, 상기 히터 및 전극 시트가 주행되도록 하는 이송 롤러의 주행 속도 중의 하나 이상을 제어하여, 전극 시트의 건조량을 보정할 수 있다.
제어부에 의한 위와 같은 건조 세기의 제어는, 1회로 그치는 것이 아니라, 일정한 시간적 간격마다 주기적으로 수행된다. 하나의 구체적 예에서, 상기 제어부는, 5분 내지 20분의 주기로, 상기 오븐의 건조 세기를 반복적으로 제어할 수 있으며, 바람직하게는 6분 내지 15분을 주기로, 건조 세기를 제거할 수 있으나, 건조 세기의 제어 주기는 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 측정부도, 상기 제어부에 의한 건조 세기 제어에 연동하여, 일정한 시간적 간격마다 주기적으로, 전극 시트의 건조량 정보를 수집하도록 설정된다. 하나의 구체적 예에서, 상기 측정부는, 상기 제어부에 의한 건조 세기 제어가 예정된 시점 직전의 1분 내지 5분 동안 건조량 정보를 수집한다. 즉, 상기 측정부는, 제어부가 오븐의 건조 세기를 제어하고, 바로 전극 시트의 건조량 정보를 수집하는 것이 아니라, 제어부에 의한 건조 세기가 제어가 수행되고, 일정한 시간이 지난 후에, 전극 시트의 건조량 정보를 수집한다. 이는, 오븐의 건조 세기 변경에 따른 건조량 보정 효과가 나타나는 데에 소정의 시간이 필요하기 때문이다.
상기 측정부는, 상기 소정의 시간 동안 수집한 건조량 정보의 평균값 또는 중위값을, 건조량 정보의 대표값으로 하여, 이를 상기 제어부로 송출할 수 있다.
또한 상기 측정부는, 전극 시트 표면의 온도를 측정할 수 있는 온도 측정기를 포함할 수 있다. 오븐 내의 온도를 측정함으로써, 오븐 내의 열량 공급량을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 전극 건조 방법을 제공한다.
도 4는 본 발명에 따른 전극 건조 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전극 건조 방법은, (a) 전극 시트를 건조하는 오븐 내에, 전극 시트의 투입이 중단된 시간적 간격인 건조 대기 시간 정보를 수집하는 과정; (b) 건조 대기 시간을 가진 오븐에, 전극 시트를 투입할 경우에, 오븐 내 공급될 열량 조건을 결정하는 과정; 및 (c) 건조 대기 시간을 가진 오븐에 전극 시트를 투입하고, 상기 (b) 과정에서 결정된 열량 조건으로 전극 시트를 건조하는 과정을 포함하고, 상기 (b) 과정은, 상기 초기 건조 시간 동안에는 통상적으로 오븐 내에 공급되는 통상 공급 열량(Qt)보다 감소된 열량을 공급하도록 열량 조건을 결정한다.
상기 (b) 과정은, 건조 대기 시간이 있는 경우, 건조 대기 시간의 길이에 따라, 초기 건조 시간의 열량 조건을 설정하는 과정으로, 열량 조건을 설정함에 있어서, 상기 초기 건조 시간(T)은, 시계열적으로 n(n≥2, n은 정수)개의 시간 구간으로 구분되고, 최초 시간 구간(T1)에서는 통상의 오븐 공급 열량(Qt) 대비 감소된 열량(Q1)이 공급되고, 그 이후의 시간 구간(T2...Tn)에 각 공급되는 열량(Q2...Qn)은 하기 관계를 만족하도록 열량 조건을 설정할 수 있다.
Q1<Q2<Q3<...<Qn≤Qt
즉, 상기 (b) 과정은, 열량 조건을 설정함에 있어서, 상기 초기 건조 시간이 경과된 이후에는 오븐 내에 통상 공급 열량(Qt)이 공급되도록 열량 조건을 결정한다.
그리고, 건조 대기 시간이 길수록, 통상의 오븐 공급 열량(Qt) 대비 최초 시간 구간(T1)에 공급되는 열량(Q1)의 비율(Q1/Qt)이 작아지도록 열량 조건을 설정한다.
이를 구체적으로 설명하면, (b) 과정에서는 아래의 표 1과 같이, 건조 대기 시간의 길이에 따라 초기 건조 시간의 열량 조건을 차등적으로 설정하는 과정을 포함한다. 하기 표 1은, 건조 대기 시간(1분, 1분 30초, 2분 30초)에 따른, 오븐 내 공급되는 열량 조건을 표시하였다. 표 1에서, 건조 대기 시간을 가진 오븐에 투입된 전극 시트의 주행 길이로서, 오븐에 전극 시트를 투입한 후 경과한 시간으로 볼 수 있으며, 전극 시트의 길이의 수치가 작을수록 건조 시간의 초기를 의미한다. 그리고, 건조 대기 시간 열에 기재된 수치는, 통상 공급 열량 Qt를 100으로 보았을 때, 해당 전극 시트의 길이에서 공급되는 열량의 백분율(Qn/Qt × 100)을 의미한다.
전극 시트의 길이 건조 대기 시간
1분 1분 30초 2분 30초
1 85% 80% 75%
100 90% 87% 84%
200 95% 94% 93%
300 100% 100% 100%
400 100% 100% 100%
500 내지 1000 100% 100% 100%
상기 표 1을 참조하면, 건조 대기 시간이 1분인 경우에, 최초 초기 건조 시간에서(전극 시트의 길이가 1~100), 오븐에 공급될 열량을 통상 공급 열량의 85%로 결정하고, 그 다음의 건조 시간 구간(전극 시트의 길이가 100~200)에서는, 오븐에 공급될 열량을 통상 공급 열량의 90%로, 결정하고, 그 다음의 건조 시간 구간(전극 시트의 길이가 200 내지 300)에서는, 오븐에 공급될 열량을 통상 공급 열량의 95%로 결정하고, 그 이후의 건조 시간 구간(전극 시트의 길이가 300 이상)에서는, 오븐에 공급될 열량을 통상 공급 열량으로 결정하였다. 이와 같이 본 발명의 전극 제조방법은, 건조 대기 시간을 가진 오븐에 전극 시트를 투입할 경우, 초기 건조 시간에서 통상 공급 열량 보다 감소된 열량을 공급하되, 오븐에 전극 시트가 투입된 후 경과된 시간에 따라 단계적/점진적으로 열량을 증가시키며, 초기 시간이 경과된 후에는 통상 공급 열량을 오븐에 공급한다.
이 때 각 시간 구간 별로 설정되는 열량 및 열량의 증가량은, 제한되지 아니하며, 당업자가 전극 슬러리의 소재 특성, 전극 슬러리의 고형분 함량, 계절 등 공정에 영향을 미치는 여러 가지 변수들을 고려해 적절히 선택할 수 있다.
그리고, 표 1을 참조하면, 건조 대기 시간이 2분 30초인 경우에는 건조 대기 시간이 1분인 경우와 비교해, 최초의 건조 시간 구간(전극 시트의 길이가 1~100)에서 더욱 감소된 열량을 공급하도록 설정한다.
도 7은 본 발명에 따른 건조 시스템 및 건조 방법을 적용하여 제조된 전극 시트의 시간에 따른 고형분 함량을 나타내고 있다. 도 7에서 실시예 1, 2는 건조 대기 시간이 각각 2분 30초, 1분인 경우에, 상기 표 1과 같이 대기 시간에 따른 열량 조건을 설정하여 건조한 전극 시트의 시간에 따른 고형분 함량을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 전극 건조 시스템은 초기 건조 시간 동안 감소된 열량을 공급함에 따라, 초기에 과건조가 일어나지 않아 시간이 경과되어도 고형분 함량이 일정 수준 이하이고, 편차가 크지 않다.
한편, 도 7에서 비교예 1은, 건조 대기 시간이 4분 30초인 경우에, 상기 실시예 2에서 설정한 열량 조건을 적용하여 건조한 전극 시트의 고형분 함량을 나타내고 있고, 비교예 2는 본 발명과 다르게 초기 건조 시간 구간에서도 통상 공급 열량으로 건조한 전극 시트의 고형분 함량을 나타낸다. 도 7을 참조하면, 비교예 1,2의 초기 고형분 함량은, 실시예 1,2와 비교해 매우 높은 것으로 나타났고, 비교예 1,2의 전극 시트는 크랙이 발생한 것을 확인할 수 있었다. 비교예 1의 경우에도 초기 건조 시간 구간에서 감소된 열량을 공급하기는 하였으나, 건조 대기 시간이 긴 반면, 열량 조건을 건조 대기 시간이 1분인 경우와 동일하게 설정하였기 때문에, 잉여 열량의 감쇄 효과가 충분치 않아, 과건조가 충분히 억제되지 않았음을 알 수 있다. 따라서 본 발명에 있어서, 건조 대기 시간의 길이에 따라 적절한 열량 조건을 설정하는 것이 중요하다 할 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
100, 200: 전극 건조 시스템
10: 전극 시트
11: 집전체
12: 전극 활물질층
110, 210: 오븐
111, 211: 제 1 건조 존
112, 212: 제 2 건조 존
113, 213: 제 3 건조 존
114, 214: 열풍 노즐
115, 215: 적외선 히터
116, 216: 이송 롤러
117, 217: 제 1 운전 제어부
118, 218: 제 2 운전 제어부
118, 219: 제 3 운전 제어부
120, 220: 전극 시트 감지 센서
130, 230: 제어부
240a, 240b: 측정부
150: 가림틀

Claims (15)

  1. 전극 시트에 열풍 및 복사열을 가해주는 오븐; 및
    상기 오븐 내에, 전극 시트의 투입이 중단되는 건조 대기 시간 정보를 수신 받고, 상기 건조 대기 시간의 길이에 따라 상기 오븐 내에 공급되는 열량을 결정해 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 건조 대기 시간을 가진 오븐에, 전극 시트가 공급된 직후의 초기 건조 시간 동안, 통상 공급 열량(Qt)보다 감소된 열량을 공급하도록 제어하는 전극의 건조 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 초기 건조 시간이 경과된 이후에는, 오븐 내에 통상 공급 열량(Qt)을 공급하도록 제어하는 전극의 건조 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 초기 건조 시간(T)은, 시계열적으로 n(n≥2)개의 시간 구간으로 구분되고, 각 시간 구간인 T1, T2, T3...Tn 에서 오븐 내 공급되는 각 열량을 Q1,Q2,Q3...Qn 으로 정의하였을 때,
    상기 제어부는, 하기 관계를 만족하도록 오븐 내 공급되는 열량을 제어하는 전극의 건조 시스템.
    Q1<Q2<Q3<...<Qn≤Qt
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부는, 건조 대기 시간이 길수록, 통상 공급 열량(Qt) 대비 최초 시간 구간(T1)에 공급되는 열량(Q1)의 비율(Q1/Qt)이 작아지도록 제어하는 전극의 건조 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 오븐은,
    전극 시트에 열풍을 공급하여 대류열을 가해주는 열풍 노즐 및 전극 시트에 복사열을 가해주는 히터를 하나 이상 포함하는 전극의 건조 시스템.
  6. 제 6 항에 있어서, 상기 제어부는,
    열풍 노즐로부터 분사되는 열풍의 온도, 열풍의 풍속 및 히터의 출력 중 하나 이상의 조건을 증감하는 방식으로 상기 오븐 내 공급되는 열량을 제어하는 전극의 건조 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 오븐 전체에 대해 오븐 내 공급되는 열량을 일률적으로 제어하는 전극의 건조 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 전극 시트가 오븐 내로 공급되지 않는 것을 감지해, 건조 대기 시간 정보를 상기 제어부에 송출하는 전극 시트 감지 센서를 더 포함하는 전극의 건조 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 전극 시트의 건조량 정보를 수집하고, 수집된 정보를 제어부로 송출하는 측정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 측정부로터 수신받은 건조량 정보에 따라 전극 시트의 건조 수준을 판단해, 실시간으로 상기 오븐 내 공급되는 열량의 증감을 보정하는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 측정부는, 상기 오븐 통과 전/후의 전극 시트의 고형분 함량 및 전극 시트의 표면 온도 중의 하나 이상을 수집하는 전극의 건조 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 측정부는 웹-게이지 및 온도 측정기 중의 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 시스템.
  12. (a) 전극 시트를 건조하는 오븐 내에, 전극 시트의 투입이 중단된 시간적 간격인 건조 대기 시간 정보를 수집하는 과정;
    (b) 건조 대기 시간을 가진 오븐에, 전극 시트를 투입할 경우에, 오븐 내 공급될 열량 조건을 결정하는 과정; 및
    (c) 건조 대기 시간을 가진 오븐에 전극 시트를 투입하고, 상기 (b) 과정에서 결정된 열량 조건으로 전극 시트를 건조하는 과정을 포함하고,
    상기 (b) 과정은, 상기 초기 건조 시간 동안에는 통상적으로 오븐 내에 공급되는 통상 공급 열량(Qt)보다 감소된 열량을 공급하도록 열량 조건을 결정하는 전극 시트의 건조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 (b) 과정은, 상기 초기 건조 시간이 경과된 이후에는 오븐 내에 통상 공급 열량(Qt)이 공급되도록 열량 조건을 결정하는 전극 시트의 건조 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 (b) 과정에서,
    상기 초기 건조 시간(T)은, 시계열적으로 n(n≥2)개의 시간 구간으로 구분되고, 각 시간 구간인 T1, T2, T3...Tn 에서 오븐 내 공급될 각 열량을 Q1,Q2,Q3...Qn 으로 정의하였을 때, 하기 관계를 만족하도록 오븐 내 공급되는 열량을 결정하는 전극 시트의 건조 방법.
    Q1<Q2<Q3<...<Qn≤Qt
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 (b) 과정에서,
    건조 대기 시간이 길수록, 통상 공급 열량(Qt) 대비 최초 시간 구간(T1)에 공급되는 열량(Q1)의 비율(Q1/Qt)이 작아지도록 열량 조건을 결정하는 것을 특징으로 하는 전극의 건조 방법.
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