WO2022145687A1 - 전극 압연 장치 및 전극 압연 방법 - Google Patents

전극 압연 장치 및 전극 압연 방법 Download PDF

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temperature
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김환한
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an electrode rolling apparatus and an electrode rolling method, and more particularly, to an electrode rolling apparatus and an electrode rolling method having improved rolling processability.
  • a lithium secondary battery is widely used as an energy source for various electronic products as well as various mobile devices in that it has high energy density and operating voltage and excellent preservation and lifespan characteristics.
  • the secondary battery may be formed by inserting an electrode assembly including a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator into a case and then sealing the electrode assembly.
  • a positive electrode plate or negative electrode plate (hereinafter referred to as “electrode base”) is coated with an active material slurry to a certain thickness on a positive conductive current collector or a negative conductive current collector, respectively, and a separator is interposed between the positive conductive current collector and the negative conductive current collector
  • the electrode assembly can be formed by winding a plurality of times in the form of a jelly roll or stacking it in a plurality of layers.
  • the electrode substrate may be formed of an active material coated portion coated with an active material slurry and an uncoated portion not coated.
  • the active material coating portion may include a rolling process to increase adhesion to the electrode current collector and increase the active material capacity density. After drying, the rolled electrode plate may be cut into a predetermined size by passing through a cutter having a predetermined width.
  • the progress of the rolling process is increasing in order to improve productivity, and as the rolling speed increases, heat generated by driving the bearing unit, heat generated by friction between the electrode base and the rolling roll, and the like may occur.
  • the thickness in the axial direction of the rolling roll of the rolled electrode substrate may not be uniform, and the thickness distribution may be large. Accordingly, the rolling processability of the electrode may be deteriorated.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an electrode rolling apparatus and an electrode rolling method having improved rolling processability.
  • the electrode rolling apparatus includes a rolling roll for rolling an electrode substrate, and a rolling roll cooling unit for cooling the rolling roll by supplying a cooling medium into the rolling roll, and through the rolling roll cooling unit The delivered cooling medium flows through the outer portion of the rolling roll.
  • the rolling roll cooling unit may include an inlet and an outlet disposed outside the rolling roll to provide a flow path of the cooling medium, and a refrigerant pipe communicating with the inlet and the outlet and passing through the center of the rolling roll can
  • An inner pipe through which the cooling medium flows is formed at an outer portion of the rolling roll, and the inner pipe may be connected to the refrigerant pipe.
  • the inner pipe may be formed in plurality along the outer portion of the rolling roll.
  • the electrode rolling apparatus may further include an inlet temperature measuring unit and an outlet temperature measuring unit respectively measuring a temperature of the cooling medium passing through the inlet and the outlet.
  • the electrode rolling apparatus may further include a rolling roll temperature measuring unit positioned adjacent to the surface of the rolling roll.
  • the electrode rolling apparatus may further include a cooling medium flow rate controller for controlling the flow rate of the cooling medium so that the surface temperature of the rolling roll measured through the rolling roll temperature measuring unit is maintained within a preset dispersion range.
  • an electrode current collector layer and a method of rolling an electrode substrate including a coating formed on one or both surfaces of the electrode current collector layer using a rolling roll the rolling roll cooling the outer portion of the rolling roll, measuring the temperature of the surface of the rolling roll, and controlling the flow rate of the cooling medium flowing through the outer portion of the rolling roll to maintain the temperature of the surface of the rolling roll within a preset dispersion range.
  • a rolling roll temperature measuring unit located adjacent to the surface of the rolling roll may be used.
  • a cooling medium may flow through an inner pipe formed in the outer portion of the rolling roll.
  • the cooling medium flowing through the inner pipe may be supplied from a refrigerant pipe passing through the center of the rolling roll.
  • the electrode rolling method may further include controlling the temperature of the cooling medium passing through the inlet and outlet of the refrigerant pipe, respectively, in order to maintain the temperature of the surface of the rolling roll within a predetermined dispersion range.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an electrode rolling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically illustrating a side view of the rolling apparatus of FIG. 1 .
  • FIG 3 is a view schematically showing a cooling system including a rolling roll according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along a cross-section A-A of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a view schematically showing a cooling system including a rolling roll according to a comparative example.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along a cross-section B-B of FIG. 5 .
  • a part of a layer, film, region, plate, etc. when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where another part is in between. . Conversely, when we say that a part is “just above” another part, we mean that there is no other part in the middle.
  • the reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily mean to be located “on” or “on” in the direction opposite to the gravitational force not.
  • planar it means when the target part is viewed from above, and "in cross-section” means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an electrode rolling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically illustrating a side view of the rolling apparatus of FIG. 1 .
  • the electrode rolling method comprises coating an active material on one or both surfaces of an electrode current collector layer 300 to form a coated portion 400 and an uncoated portion 500 . , and rolling the electrode substrate 250 including the coated portion 400 and the uncoated portion 500 formed on one or both surfaces of the electrode current collector layer 300 .
  • the electrode rolling apparatus 100 includes a coated portion 400 in which a coating material is formed on the electrode current collector layer 300 and an uncoated portion 500 corresponding to the uncoated portion. ) having a first roller 101 for unwinding the electrode substrate 250 , a second roller 102 for winding the electrode substrate 250 , located between the first roller 101 and the second roller 102 . and a rolling roll 109 for rolling the coated portion 400 and the uncoated portion 500 of the electrode substrate 250 according to the movement direction of the electrode substrate 250 .
  • the uncoated portion 500 may indicate an area excluding the coated portion 400 formed on the electrode current collector layer 300 .
  • the first roller 101 provides the electrode substrate 250, which is an object to be rolled, to the rolling apparatus 100, and moves the electrode substrate 250 in the arrow direction D1 of FIG. 2 according to clockwise rotation.
  • the electrode substrate 250 unwound by the first roller 101 passes between the rolling rolls 109 while moving along the arrow direction.
  • the rolling rolls 109 are respectively positioned on both sides with respect to the electrode substrate 250 , and the electrode substrate 250 passing between the two rolling rolls 109 is pressed. Thereafter, the electrode substrate 250 passing between the two rolling rolls 109 is wound around the second roller 102 again.
  • the speed of the rolling process may be increased.
  • heat is generated by driving the bearing for rotating the rolling roll 109 , and heat may also be generated by friction between the electrode substrate 250 and the rolling roll 109 .
  • heat is generated in the rolling roll 109 , as the thickness distribution of the electrode substrate 250 by the rolling process increases, the yield of the rolling process decreases.
  • FIG. 3 is a view schematically showing a cooling system including a rolling roll according to the present embodiment.
  • 4 is a cross-sectional view taken along a cross-section A-A of FIG. 3 .
  • the electrode rolling apparatus includes a rolling roll cooling unit 150 for cooling the rolling roll 109 by supplying a cooling medium to the inside of the rolling roll 109, The cooling medium transferred through the rolling roll cooling unit 150 flows through the outer portion of the rolling roll 109 .
  • the rolling roll cooling unit 150 according to this embodiment includes an inlet 110 and an outlet 111 disposed outside the rolling roll 109 to provide a flow path of the cooling medium, and the inlet 110 It may include a refrigerant pipe 120 for allowing the cooling medium to pass through the center of the rolling roll (109).
  • the outlet 111 may be a portion in which the cooling medium passing through the center of the rolling roll 109 circulates.
  • the refrigerant pipe 120 may communicate with the inlet 110 and the outlet 111 .
  • the rolling rolls 109 may be respectively disposed above and below with respect to the electrode substrate 250 traveling as shown in FIG. 2 .
  • the electrode rolling apparatus may include a bearing unit 140 connected to the left and right sides of the rolling roll 109 , and a shaft 130 passing through the bearing unit 140 and the central portion of the rolling roll 109 . .
  • the bearing unit 140 may transmit a rotational force to the rolling roll 109 by causing the shaft 130 to rotate.
  • the refrigerant pipe 120 according to the present embodiment may be located within the shaft 130 or located adjacent to the shaft 130 .
  • the rolling roll cooling unit 150 includes an inlet temperature measuring unit 115 and an outlet temperature measuring unit 116 that measure the temperature of the cooling medium passing through the inlet 110 and the outlet 111, respectively. may include more.
  • the rolling roll cooling unit 150 further includes an inner pipe 127 that allows the cooling medium to flow through the outer portion of the rolling roll 109, and the inner pipe 127 is perforated inside the rolling roll 109. can be formed.
  • the internal pipe 127 according to the present embodiment may be connected to the refrigerant pipe 120 through the connection pipe 123 to receive the cooling medium.
  • the cooling medium may be cooling oil or cooling water.
  • a plurality of inner pipes 127 according to the present embodiment may be formed along the outer portion of the rolling roll 109 as shown in FIG. 4 .
  • the outer portion of the rolling roll 109 may refer to the surface portion of the rolling roll 109 appearing on a cross-section cut in a plane perpendicular to the moving direction of the electrode substrate 250 corresponding to the arrow direction D1 of FIG. 2 .
  • the rolling roll cooling unit 150 may further include a rolling roll temperature measuring unit 125 positioned adjacent to the surface of the rolling roll 109 .
  • the surface temperature of the rolling roll 109 may be maintained within a preset dispersion range through the rolling roll temperature measuring unit 125 .
  • the rolling roll temperature measuring unit 125 preferably uses a non-contact temperature sensor. At this time, since the emissivity of the rolling roll 109 may vary depending on the surface, it is necessary to correct the emissivity changing in order to measure the non-contact temperature. According to this embodiment, the emissivity amplifier can be used together with the non-contact temperature sensor.
  • the rolling roll cooling unit 150 may further include a cooling medium flow rate control unit 145 , and the cooling medium flow rate control unit 145 includes the rolling roll 109 measured through the rolling roll temperature measurement unit 125 .
  • the flow rate of the cooling medium may be controlled so that the surface temperature may be maintained within a preset dispersion range.
  • the cooling medium flow control unit 145 includes the inlet 110 and the outlet temperature measuring unit 116 measured by the inlet temperature measuring unit 115 and the outlet temperature measuring unit 116 so that the surface temperature of the rolling roll 109 becomes an appropriate temperature.
  • the temperature of the outlet 111 may be controlled.
  • FIG. 5 is a view schematically showing a cooling system including a rolling roll according to a comparative example. 6 is a cross-sectional view taken along a cross-section B-B of FIG. 5 .
  • the rolling roll cooling system according to the comparative example forms the refrigerant pipe 120 passing only the central portion of the rolling roll 19, so that the rolling thickness distribution due to the heat of the rolling roll 19 is determined. can be reduced to some degree.
  • the rolling thickness fluctuates greatly depending on the operating speed because the rolling roll friction calorific value is different according to the low speed and the high speed. Specifically, when the rolling process is at a low speed, the cooling capacity is excessive and the rolling roll 19 is heat-shrinked to increase the center value of the rolling thickness, and when the rolling process is at a high speed, the cooling capacity is insufficient. Due to this thermal expansion, the rolling thickness center value may decrease.
  • the electrode rolling apparatus and the electrode rolling method according to the present embodiment described above it is possible to control the surface temperature of the rolling roll to be maintained within a preset dispersion range by managing the surface temperature of the rolling roll.
  • the electrode rolling method includes the steps of cooling the outer portion of the rolling roll 109, measuring the temperature of the surface of the rolling roll 109, and the rolling roll 109 and controlling the flow rate of the cooling medium flowing through the outer portion of the rolling roll 109 to maintain the surface temperature within a preset dispersion range.
  • the rolling roll temperature measuring unit 125 positioned adjacent to the surface of the rolling roll 109 may be used.
  • the cooling medium may flow through the inner pipe 127 formed at the outer portion of the rolling roll 109 .
  • the cooling medium flowing through the inner pipe 127 may be supplied from the refrigerant pipe 120 passing through the center of the rolling roll 109 .
  • the temperature of the cooling medium passing through the inlet 110 and the outlet 111 of the refrigerant pipe 120 is respectively controlled to maintain the temperature of the surface of the rolling roll 109 within a preset dispersion range. It may further include the step of

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 압연 장치는 전극 기재를 압연하는 압연롤, 및 냉각 매질을 상기 압연롤 내부로 공급하여 상기 압연롤을 냉각시키는 압연롤 냉각부를 포함하고, 상기 압연롤 냉각부를 통해 전달된 상기 냉각 매질은 상기 압연롤의 외곽부를 흐른다.

Description

전극 압연 장치 및 전극 압연 방법
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 01월 04일자 한국 특허 출원 제10-2021-0000262호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전극 압연 장치 및 전극 압연 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 압연 공정성이 개선된 전극 압연 장치 및 전극 압연 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차 전지의 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.
이차 전지는 양극판, 음극판 및 분리막으로 이루어진 전극 조립체를 케이스에 삽입한 후 밀봉되어 형성될 수 있다. 양극판 또는 음극판(이하 “전극 기재”라 함)은 양극 도전 집전체 또는 음극 도전 집전체에 각각 활물질 슬러리를 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양극 도전 집전체와 상기 음극 도전 집전체 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 젤리롤 형태로 다수회 권취하거나 복수층으로 적층하여 전극 조립체를 형성할 수 있다.
전극 기재는 활물질 슬러리가 코팅된 활물질 코팅부와 코팅되지 않은 미코팅부로 형성될 수 있다. 상기 활물질 코팅부는 전극 집전체와 접착성이 증가되고, 활물질 용량 밀도가 증가되도록 압연 공정이 포함될 수 있다. 상기 압연된 전극판은 건조 후 일정한 폭의 커터를 통과하여 소정의 크기로 절단되어 사용될 수 있다.
전극 기재의 압연 공정 단계에서, 생산성 향상을 위해 압연 공정의 진행 속도가 빨라지고 있고, 압연 속도 증가에 따라 베어링부 구동에 의한 발열, 및 전극 기재와 압연롤 간의 마찰 발열 등이 발생할 수 있다. 이때, 압연된 전극 기재의 압연롤 축방향 두께가 균일하지 않고, 두께 산포가 커질 수 있다. 따라서, 전극의 압연 공정성이 떨어질 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 압연 공정성이 개선된 전극 압연 장치 및 전극 압연 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 압연 장치는 전극 기재를 압연하는 압연롤, 및 냉각 매질을 상기 압연롤 내부로 공급하여 상기 압연롤을 냉각시키는 압연롤 냉각부를 포함하고, 상기 압연롤 냉각부를 통해 전달된 상기 냉각 매질은 상기 압연롤의 외곽부를 흐른다.
상기 압연롤 냉각부는, 상기 압연롤의 외부에 배치되어 상기 냉각 매질의 유동 경로를 제공하는 인렛과 아웃렛, 및 상기 인렛 및 상기 아웃렛과 연통되고, 상기 압연롤의 중심부를 통과하는 냉매 배관을 포함할 수 있다.
상기 압연롤의 외곽부에는, 상기 냉각 매질이 흐르는 내부 배관이 형성되어 있고, 상기 내부 배관은 상기 냉매 배관과 연결될 수 있다.
상기 내부 배관은 상기 압연롤의 외곽부를 따라 복수개 형성될 수 있다.
상기 전극 압연 장치는, 상기 인렛 및 상기 아웃렛을 통과하는 상기 냉각 매질의 온도를 각각 측정하는 인렛 온도 측정부 및 아웃렛 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 압연 장치는, 상기 압연롤 표면에 인접하여 위치하는 압연롤 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 압연 장치는, 상기 압연롤 온도 측정부를 통해 측정된 상기 압연롤의 표면 온도가 기설정된 산포 범위 내에서 유지되도록 상기 냉각 매질의 유량의 제어하는 냉각 매질 유량 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 압연 방법은 전극 집전체층 및 상기 전극 집전체층의 일면 또는 양면에 형성된 코팅부를 포함하는 전극 기재를 압연롤을 사용하는 압연하는 방법에 있어서, 상기 압연롤의 외곽부를 냉각하는 단계, 상기 압연롤 표면의 온도를 측정하는 단계, 및 상기 압연롤 표면의 온도를 기설정된 산포 범위 내로 유지하기 위해 상기 압연롤의 외곽부를 흐르는 냉각 매질의 유량을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 압연롤 표면의 온도를 측정하는 단계는, 상기 압연롤 표면에 인접하여 위치하는 압연롤 온도 측정부를 사용할 수 있다.
상기 압연롤의 외곽부를 냉각하는 단계는, 상기 압연롤의 외곽부에 형성된 내부 배관을 통해 냉각 매질이 흐르도록 할 수 있다.
상기 내부 배관을 흐르는 상기 냉각 매질은, 상기 압연롤의 중심부를 통과하는 냉매 배관으로부터 공급될 수 있다.
상기 전극 압연 방법은, 상기 압연롤 표면의 온도를 기설정된 산포 범위 내로 유지하기 위해, 상기 냉매 배관의 인렛 및 아웃렛을 통과하는 상기 냉각 매질의 온도를 각각 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 압연롤 표면에 냉각 매질이 흐름으로써, 압연롤의 냉각 효율을 증가시키고, 압연된 전극의 두께 프로파일을 관리함으로써 압연 공정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 압연 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 압연 장치를 측면에서 바라본 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 압연롤을 포함하는 냉각 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 절단면 A-A를 따라 자른 단면도이다.
도 5는 비교예에 따른 압연롤을 포함하는 냉각 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 절단면 B-B를 따라 자른 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 압연 장치를 나타내는 사시도이다. 도 2는 도 1의 압연 장치를 측면에서 바라본 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 압연 방법은 전극 집전체층(300)의 일면 또는 양면에 활물질을 코팅하여 코팅부(400)와 미코팅부(500)를 형성하는 단계, 및 전극 집전체층(300)의 일면 또는 양면에 형성된 코팅부(400) 및 미코팅부(500)를 포함하는 전극 기재(250)를 압연하는 단계를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 전극 압연 장치(100)는 전극 집전체층(300) 상에 코팅 물질이 형성된 코팅부(400)와 무지부에 해당하는 미코팅부(500)를 갖는 전극 기재(250)를 언와인딩하는 제1 롤러(101), 전극 기재(250)를 와인딩하는 제2 롤러(102), 제1 롤러(101)와 제2 롤러(102) 사이에 위치하며, 전극 기재(250)의 이동 방향에 따라 전극 기재(250)의 코팅부(400) 및 미코팅부(500)를 압연하는 압연롤(109)을 포함한다. 미코팅부(500)는 전극 집전체층(300) 상에 형성된 코팅부(400)을 제외한 영역을 가리킬 수 있다.
제1 롤러(101)는 압연하려는 대상인 전극 기재(250)를 압연 장치(100)에 제공하며, 시계 방향 회전에 따라 전극 기재(250)를 도 2의 화살표 방향(D1)으로 이동시킨다. 제1 롤러(101)에 의해 풀린 전극 기재(250)가 화살표 방향을 따라 이동하면서 압연롤(109) 사이를 통과하게 된다. 압연롤(109)은 전극 기재(250)를 기준으로 양 측에 각각 위치하며, 2개의 압연롤(109) 사이를 통과한 전극 기재(250)는 가압된다. 이후 2개의 압연롤(109) 사이를 통과한 전극 기재(250)는 제2 롤러(102)에 다시 감기게 된다.
압연 공정의 생산성을 높이기 위해 압연 공정 진행 속도를 빠르게 할 수 있다. 압연 공정 속도가 증가하면, 압연롤(109)을 회전시키기 위한 베어링부 구동에 의해 발열이 일어나고, 전극 기재(250)와 압연롤(109) 간의 마찰에 의해서도 발열이 일어날 수 있다. 압연롤(109)에 열이 발생하면, 압연 공정에 의한 전극 기재(250)의 두께 산포가 커짐에 따라 압연 공정의 수율이 떨어지게 된다.
도 3은 본 실시예에 따른 압연롤을 포함하는 냉각 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4는 도 3의 절단면 A-A를 따라 자른 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 전극 압연 장치는, 냉각 매질을 압연롤(109) 내부로 공급하여 압연롤(109)을 냉각시키는 압연롤 냉각부(150)를 포함하며, 압연롤 냉각부(150)를 통해 전달된 상기 냉각 매질은 압연롤(109)의 외곽부를 흐른다. 본 실시예에 따른 압연롤 냉각부(150)는, 압연롤(109)의 외부에 배치되어 상기 냉각 매질의 유동 경로를 제공하는 인렛(110)과 아웃렛(111)을 포함하고, 인렛(110)을 통해 들어온 냉각 매질이 압연롤(109)의 중심부를 통과하도록 하는 냉매 배관(120)을 포함할 수 있다. 아웃렛(111)은, 압연롤(109)의 중심부를 통과한 냉각 매질이 순환하여 나오는 부분일 수 있다. 냉매 배관(120)은 인렛(110) 및 아웃렛(111)와 연통될 수 있다. 압연롤(109)은 도 2에 도시한 바와 같이 주행하는 전극 기재(250)를 기준으로 상하에 각각 배치될 수 있다.
본 실시예에 따른 전극 압연 장치는, 압연롤(109) 좌우측에 연결된 베어링부(140), 및 베어링부(140)와 압연롤(109)의 중앙부를 관통하는 샤프트(130)를 포함할 수 있다. 베어링부(140)는 샤프트(130)가 회전하도록 하여 압연롤(109)에 회전력을 전달할 수 있다. 본 실시예에 따른 냉매 배관(120)은 샤프트(130) 내에 위치하거나 샤프트(130)에 인접하여 위치할 수 있다.
본 실시예에 따른 압연롤 냉각부(150)는, 인렛(110)과 아웃렛(111)을 통과하는 냉각 매질의 온도를 각각 측정하는 인렛 온도 측정부(115)와 아웃렛 온도 측정부(116)를 더 포함할 수 있다.
압연롤 냉각부(150)는, 상기 냉각 매질이 압연롤(109)의 외곽부를 흐를 수 있도록 하는 내부 배관(127)을 더 포함하고, 내부 배관(127)은 압연롤(109) 내부가 타공되어 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 내부 배관(127)은 상기 냉각 매질을 공급받기 위해 연결 배관(123)을 통해 냉매 배관(120)과 연결될 수 있다. 냉각 매질은 냉각유 또는 냉각수일 수 있다.
본 실시예에 따른 내부 배관(127)은 도 4에 도시한 바와 같이 압연롤(109)의 외곽부를 따라 복수개 형성될 수 있다. 여기서, 압연롤(109)의 외곽부는 도 2의 화살표 방향(D1)에 해당하는 전극 기재(250)의 이동 방향과 수직한 면을 자른 단면상에서 나타나는 압연롤(109) 표면부를 가리킬 수 있다.
압연롤 냉각부(150)는, 압연롤(109) 표면에 인접하여 위치하는 압연롤 온도 측정부(125)를 더 포함할 수 있다. 압연롤 온도 측정부(125)를 통해 압연롤(109)의 표면 온도가 기설정된 산포 범위 내에서 유지되도록 할 수 있다. 압연롤 온도 측정부(125)는 비접촉 온도 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 압연롤(109)의 방사율은 표면에 따라 변할 수 있기 때문에 비접촉식 온도 측정을 하기 위해서 변화하는 방사율을 보정할 필요가 있다. 본 실시예에 따르면, 비접촉 온도 센서와 함께 방사율 증폭기를 사용할 수 있다.
구체적으로, 압연롤 냉각부(150)는 냉각 매질 유량 제어부(145)를 더 포함할 수 있고, 냉각 매질 유량 제어부(145)는 압연롤 온도 측정부(125)를 통해 측정된 압연롤(109) 표면 온도가 기설정된 산포 범위 내에서 유지될 수 있도록 냉각 매질의 유량을 제어할 수 있다. 뿐만 아니라, 냉각 매질 유량 제어부(145)는, 압연롤(109) 표면 온도가 적정 온도가 될 수 있도록 인렛 온도 측정부(115)와 아웃렛 온도 측정부(116)에 의해 측정되는 인렛(110)과 아웃렛(111)의 온도를 제어할 수 있다.
도 5는 비교예에 따른 압연롤을 포함하는 냉각 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 6은 도 5의 절단면 B-B를 따라 자른 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 비교예에 따른 압연롤 냉각 시스템은, 압연롤(19) 중심부만을 지나는 냉매 배관(120)을 형성함으로써, 압연롤(19)의 발열에 의한 압연 두께 산포를 어느 정도 감소시킬 수 있다. 하지만, 저속 및 고속에 따른 압연롤 마찰 발열량이 달라 가동 속도에 따른 압연 두께 변동이 심하다. 구체적으로, 압연 공정이 저속일 때는, 냉각 용량(cooling capacity)이 과다하여 압연롤(19)이 열수축되어 압연 두께 중심값이 증가하고, 압연 공정이 고속일 때는 냉각 용량 부족으로 압연롤(19)이 열팽창하게 되어 압연 두께 중심값이 감소할 수 있다.
이에 반해, 앞에서 설명한 본 실시예에 따른 전극 압연 장치 및 전극 압연 방법에 따르면, 압연롤의 표면 온도를 관리하여 압연롤 표면 온도가 기설정된 산포 범위 내에서 유지되도록 제어할 수 있다.
이하에서는, 앞에서 설명한 본 실시예에 따른 전극 압연 장치를 사용하여 전극을 압연하는 방법을 간략히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 전극 압연 방법은, 압연롤(109)의 외곽부를 냉각하는 단계, 압연롤(109) 표면의 온도를 측정하는 단계, 및 압연롤(109) 표면의 온도를 기설정된 산포 범위 내로 유지하기 위해 압연롤(109)의 외곽부를 흐르는 냉각 매질의 유량을 제어하는 단계를 포함한다.
압연롤(109) 표면의 온도를 측정하는 단계는, 압연롤(109) 표면에 인접하여 위치하는 압연롤 온도 측정부(125)를 사용할 수 있다. 압연롤(109)의 외곽부를 냉각하는 단계는, 압연롤(109)의 외곽부에 형성된 내부 배관(127)을 통해 냉각 매질이 흐르도록 할 수 있다. 내부 배관(127)을 흐르는 상기 냉각 매질은, 압연롤(109)의 중심부를 통과하는 냉매 배관(120)으로부터 공급될 수 있다. 상기 전극 압연 방법은, 압연롤(109) 표면의 온도를 기설정된 산포 범위 내로 유지하기 위해, 냉매 배관(120)의 인렛(110) 및 아웃렛(111)을 통과하는 상기 냉각 매질의 온도를 각각 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
부호의 설명
109: 압연롤
115: 인렛 온도 측정부
116: 아웃렛 온도 측정부
120: 냉매 배관
123: 연결 배관
125: 압연롤 온도 측정부
127: 내부 배관
145: 냉각 매질 유량 제어부
150: 압연롤 냉각부

Claims (12)

  1. 전극 기재를 압연하는 압연롤, 및
    냉각 매질을 상기 압연롤 내부로 공급하여 상기 압연롤을 냉각시키는 압연롤 냉각부를 포함하고,
    상기 압연롤 냉각부를 통해 전달된 상기 냉각 매질은 상기 압연롤의 외곽부를 흐르는 전극 압연 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 압연롤 냉각부는,
    상기 압연롤의 외부에 배치되어 상기 냉각 매질의 유동 경로를 제공하는 인렛과 아웃렛, 및
    상기 인렛 및 상기 아웃렛과 연통되고, 상기 압연롤의 중심부를 통과하는 냉매 배관을 포함하는 전극 압연 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 압연롤의 외곽부에는, 상기 냉각 매질이 흐르는 내부 배관이 형성되어 있고, 상기 내부 배관은 상기 냉매 배관과 연결되는 전극 압연 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 내부 배관은 상기 압연롤의 외곽부를 따라 복수개 형성되는 전극 압연 장치.
  5. 제2항에서,
    상기 인렛 및 상기 아웃렛을 통과하는 상기 냉각 매질의 온도를 각각 측정하는 인렛 온도 측정부 및 아웃렛 온도 측정부를 더 포함하는 전극 압연 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 압연롤 표면에 인접하여 위치하는 압연롤 온도 측정부를 더 포함하는 전극 압연 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 압연롤 온도 측정부를 통해 측정된 상기 압연롤의 표면 온도가 기설정된 산포 범위 내에서 유지되도록 상기 냉각 매질의 유량의 제어하는 냉각 매질 유량 제어부를 더 포함하는 전극 압연 장치.
  8. 전극 집전체층 및 상기 전극 집전체층의 일면 또는 양면에 형성된 코팅부를 포함하는 전극 기재를 압연롤을 사용하는 압연하는 방법에 있어서,
    상기 압연롤의 외곽부를 냉각하는 단계,
    상기 압연롤 표면의 온도를 측정하는 단계, 및
    상기 압연롤 표면의 온도를 기설정된 산포 범위 내로 유지하기 위해 상기 압연롤의 외곽부를 흐르는 냉각 매질의 유량을 제어하는 단계를 포함하는 전극 압연 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 압연롤 표면의 온도를 측정하는 단계는, 상기 압연롤 표면에 인접하여 위치하는 압연롤 온도 측정부를 사용하는 전극 압연 방법.
  10. 제8항에서,
    상기 압연롤의 외곽부를 냉각하는 단계는, 상기 압연롤의 외곽부에 형성된 내부 배관을 통해 냉각 매질이 흐르도록 하는 전극 압연 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 내부 배관을 흐르는 상기 냉각 매질은, 상기 압연롤의 중심부를 통과하는 냉매 배관으로부터 공급되는 전극 압연 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 압연롤 표면의 온도를 기설정된 산포 범위 내로 유지하기 위해, 상기 냉매 배관의 인렛 및 아웃렛을 통과하는 상기 냉각 매질의 온도를 각각 제어하는 단계를 더 포함하는 전극 압연 방법.
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