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WO2023214816A1 - 전극 건조 장치 - Google Patents

전극 건조 장치 Download PDF

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Publication number
WO2023214816A1
WO2023214816A1 PCT/KR2023/006099 KR2023006099W WO2023214816A1 WO 2023214816 A1 WO2023214816 A1 WO 2023214816A1 KR 2023006099 W KR2023006099 W KR 2023006099W WO 2023214816 A1 WO2023214816 A1 WO 2023214816A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
air
damper
duct
recovery
exhaust
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/006099
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김태연
이두현
손재형
안창범
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to JP2024534099A priority Critical patent/JP2024545105A/ja
Priority to EP23799697.0A priority patent/EP4435877A4/en
Priority to US18/718,905 priority patent/US20250067510A1/en
Priority to CN202380015183.1A priority patent/CN118414720A/zh
Publication of WO2023214816A1 publication Critical patent/WO2023214816A1/ko

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    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
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    • F26B3/02—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
    • F26B3/04—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour circulating over or surrounding the materials or objects to be dried
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an electrode drying device and an electrode drying method using the same, and more specifically, to an electrode drying device and a drying method that can perform uniform drying and prevent cracks from occurring in the coated active material.
  • Batteries that store electrical energy can generally be divided into primary batteries and secondary batteries.
  • Primary batteries are disposable consumable batteries
  • secondary batteries are rechargeable batteries manufactured using materials in which oxidation and reduction processes between current and materials can be repeated. That is, when a reduction reaction is performed on the material by current, the power is charged, and when an oxidation reaction is performed on the material, the power is discharged. This charging and discharging can be performed repeatedly.
  • lithium secondary batteries can be manufactured through a process of coating a current collector with a negative electrode slurry containing a negative electrode active material, a conductive material, a binder, and a solvent, and drying the negative electrode.
  • the coating layer coated with the cathode slurry was placed in a general oven for drying.
  • a sliding section in the form of a slope is generated on the side part by the flow of liquid, so the side ( As the drying speed increases toward B), drying deviation in the width direction (C) of the electrode occurs due to overdrying, which causes a problem of cracks (D) occurring on the electrode surface.
  • the purpose of the present invention is to solve problems with conventional electrode drying devices and drying methods.
  • the present invention is intended to provide an apparatus and method that can effectively and efficiently dry electrodes while using conventional electrode drying apparatus and methods without major changes.
  • an object is to provide a device and method that can effectively prevent cracks and side rings on the electrode surface by reducing drying deviation in the width direction.
  • an object is to provide a drying device and method that can easily and effectively provide a required absolute humidity environment step by step using a plurality of hygrometers and dampers.
  • an air supply fan is provided to supply air through an air supply duct to a drying space where an electrode coated with a coating liquid on a current collector is dried; an exhaust fan provided to exhaust air from the drying space through an exhaust duct; a recovery duct that supplies air discharged from the exhaust fan to the air supply fan; a recovery damper that adjusts the amount of air flowing into the recovery duct; a main hygrometer that senses the absolute humidity of the air supplied to the drying space; and a control unit that adjusts the opening degree of the recovery damper according to the absolute humidity sensed by the main hygrometer to control the absolute humidity in the air flowing into the drying space.
  • This embodiment is characterized in that drying is performed in a constant absolute humidity environment.
  • the absolute amount of moisture required is characterized by using the moisture discharged from the drying space.
  • the opening rate of the recovery damper is low at the beginning of the drying process, and the opening rate of the recovery damper may increase as the drying process progresses to the middle and late stages.
  • the exhaust duct may include a first exhaust duct connecting the drying space and the exhaust fan and a second exhaust duct connecting the exhaust fan and an external exhaust port.
  • the air supply duct may include a first air supply duct connecting an external air supply port and the air supply fan, and a second air supply duct connecting the air supply fan and the drying space.
  • the recovery duct is preferably branched from the second exhaust duct and connected to the first air supply duct.
  • the second exhaust duct is provided with an exhaust damper that adjusts the amount of air exhausted to the external exhaust port.
  • the exhaust damper is preferably provided at a rear end of the branch point of the recovery duct.
  • the recovery duct is preferably provided with a recovery hygrometer that senses the absolute humidity of the air flowing into the first air supply duct through the recovery duct.
  • the control unit preferably adjusts the opening degree of the recovery damper according to the absolute humidity sensed by the recovery hygrometer.
  • the control unit preferably adjusts the opening degree of the exhaust damper to decrease as the opening degree of the recovery damper increases.
  • the first air supply duct is provided with an air supply damper that adjusts the amount of air flowing in from the external air supply opening.
  • the air supply damper is preferably provided at the front of the confluence point of the recovery duct.
  • the first air supply duct is provided with a supply air hygrometer that senses the absolute humidity of the air flowing in from the recovery duct and the external supply opening.
  • the control unit preferably adjusts the opening degrees of the recovery damper and the air supply damper according to the absolute humidity sensed by the air supply hygrometer.
  • the absolute humidity of the outside air may be higher than the absolute humidity of the recovered air. Therefore, at the beginning of drying, it is desirable to adjust the opening degrees of the dampers based on the absolute humidity sensed by the supply air hygrometer.
  • the opening rate of the supply air damper is controlled to be higher than the opening rate of the return damper, and as a result, the absolute humidity sensed by the main hygrometer can be increased. It is desirable to control the opening rate of the standby damper so that as the opening rate of the recovery damper increases, the opening rate of the standby damper decreases.
  • the absolute humidity of the return air may be higher than the absolute humidity of the outside air. Therefore, after the mid-drying period, it is desirable to adjust the opening degrees of the dampers based on the absolute humidity sensed by the recovery hygrometer.
  • the opening rate of the recovery damper is controlled to be higher than the opening rate of the supply air damper, and as a result, the absolute humidity sensed by the main hygrometer can be increased. It is desirable to control the opening rate of the standby damper so that as the opening rate of the recovery damper increases, the opening rate of the standby damper decreases.
  • the recovery duct may be equipped with a humidifier. If the coating thickness of the active material is thick, that is, in electrodes with a large loading amount, the required absolute humidity may be even higher. In this case, it may be difficult to create a sufficient absolute humidity environment with moisture recovery alone. In other words, it may be difficult to create a sufficient absolute humidity environment even when the return damper is 100% open and the exhaust damper and supply air damper are completely closed.
  • a humidifier may be provided and operated to additionally humidify the recovered air. That is, the control unit can additionally operate the humidifier based on the absolute humidity sensed by the main hygrometer.
  • the control unit preferably controls humidification to be performed through the humidifier when the absolute humidity sensed by the main hygrometer is lower than a preset value.
  • drying efficiency may be important for drying devices.
  • the temperature of the air causes fluctuations in relative humidity but is unrelated to absolute humidity. Therefore, in this embodiment, it is preferable that a heat exchanger is provided to perform heat exchange between the air flowing in from the second air supply duct and the air discharged from the first exhaust duct. Calorie waste can be reduced by providing heat from the discharged air to the incoming air.
  • the electrode drying apparatus and method according to this embodiment are very suitable for the drying apparatus and method of the cathode coated with the cathode slurry.
  • the coating liquid is a negative electrode slurry containing a negative electrode active material, a conductive material, a binder, and a solvent, and the solid content is preferably 50% to 70%. In this environment, the occurrence of cracks and side rings can be significantly reduced.
  • an air supply fan is provided to supply air through an air supply duct to a drying space where an electrode coated with a coating liquid on a current collector is dried; an exhaust fan provided to exhaust air from the drying space through an exhaust duct; a recovery duct that supplies air discharged from the exhaust fan to the air supply fan; a recovery damper that adjusts the amount of air flowing into the recovery duct; an exhaust damper that adjusts the amount of air exhausted to an external exhaust port through the exhaust duct; an air supply damper that adjusts the amount of air flowing in from an external air supply port through the air supply duct; a main hygrometer that senses the absolute humidity of the air supplied to the drying space; a recovery hygrometer that senses the absolute humidity of the air flowing into the recovery duct; a supply air hygrometer that senses the absolute humidity of air flowing in from the recovery duct and the external supply opening; and a control unit that adjusts the opening degree of the recovery damp
  • the control unit can control the amount of recovered air through multiple stages in the drying process. In particular, through this control, the absolute humidity in the air supplied to the drying space can be effectively controlled.
  • the control unit controls the first-stage damper control or first-stage humidity control to adjust the opening degrees of the air supply damper, exhaust damper, and return damper according to the absolute humidity sensed by the supply air hygrometer, and controls the supply air according to the absolute humidity sensed by the return hygrometer.
  • Two-stage damper control or two-stage humidity control that adjusts the opening degrees of the damper, exhaust damper, and return damper, and a three-stage damper that adjusts the opening degrees of the air supply damper, exhaust damper, and return damper according to the absolute humidity sensed by the main hygrometer. Control or three-stage humidity control can be performed sequentially.
  • the drying process of the electrode is performed continuously.
  • the electrode rolls inserted into the roll-to-roll are carried out continuously.
  • electrodes are continuously inserted into the drying space, dried while moving in the drying space, and then continuously discharged from the drying space.
  • the initial stage of the drying process can be said to be a preparation process for drying using a drying device.
  • it can be said to be the final step of preparing a drying environment to match the preset absolute humidity environment.
  • the 1st and 2nd stage control are processes for adjusting to an absolute humidity environment
  • the 3rd stage control is a process for finally performing drying in an absolute humidity environment.
  • the drying process of the electrode is performed in earnest, and the drying process can be performed continuously. That is, the drying process can be performed in a roll-to-roll environment, and at this time, three-stage damper control can be continuously and repeatedly performed in the form of feedback control based on the absolute humidity sensed by the main hygrometer.
  • the control unit may perform humidification control to control the operation of a humidifier provided in the recovery duct after the three-stage damper control. Considering the recent tendency for the loading amount of active material to increase in the cathode, the required absolute humidity may increase. Therefore, humidification control can be repeatedly performed after the three-stage damper control.
  • the humidification control may be performed intermittently according to the sensing result of the main hygrometer. That is, after humidification control, three-stage damper control is performed again, and then, if necessary, humidification control can be performed again.
  • the absolute humidity factor has an absolute influence on electrode drying, and a drying device that can very easily provide the required absolute humidity environment can be provided.
  • a drying device and method that can easily and effectively provide the required absolute humidity environment step by step using a plurality of hygrometers and dampers can be provided.
  • a drying device with a simple drying oven structure can be provided because uniform heating is possible regardless of the location within the drying space.
  • Figure 1 is a photograph of the entire coating layer of an electrode dried using a conventional drying device.
  • Figure 2 is a photograph taken of both sides of the coating layer of an electrode dried using a conventional drying device.
  • Figure 3 is a diagram illustrating an electrode drying device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a control configuration diagram of an electrode drying device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a control flowchart of an electrode drying device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram illustrating the interior of a heat exchanger according to an embodiment of the present application.
  • the present inventor was able to confirm that the absolute humidity is the factor that has an absolute influence on improving surface cracks and sidering caused by overdrying when drying electrodes. In other words, it was confirmed that surface cracks and side rings were absolutely reduced when drying was performed in a drying environment with an appropriate absolute humidity during the drying process.
  • the present inventor focused on the possibility of humidification through exhaust air rather than humidification through a humidifier as the primary means of providing an appropriate amount of absolute humidity. This is because the air used in the drying process is humidified air by evaporating the solvent from the active material. In other words, it was confirmed that the required absolute humidity could be provided by actively using the humidified air as supply air rather than discharging it as is.
  • Figure 3 is a diagram illustrating an electrode drying device according to an embodiment of the present application.
  • the electrode drying device of the present application is a device for drying a coating layer formed by applying a coating liquid on a current collector, and includes an air supply fan 10, a first air supply duct 20, and a second air supply duct 50. ) may include.
  • the air supply fan 10 operates, outside air flows into the first air supply duct 20, and outside air passing through the air supply fan 10 may be supplied to the drying unit 60.
  • the drying unit 60 may be a drying oven having a drying space, and the drying unit may be located indoors. That is, the air supply fan 10 and the first air supply duct 20 may be located outdoors, especially on the rooftop, and part of the second air supply duct 50 is located outdoors and the remaining part extends indoors to form the drying unit 60. can be connected with
  • the first air supply duct 20 may be equipped with a supply air hygrometer 40.
  • the amount of air supplied can be controlled by sensing the humidity of the supplied air. In other words, the amount of external air supply can be controlled.
  • An air supply damper 30 may be provided in the first air supply duct 20 to control the amount of external air supplied.
  • the amount of air supply can be increased, and when the humidity is low, the amount of air supply can be reduced. That is, the amount of air supply can be varied by adjusting the opening degree of the air supply damper 30.
  • the outdoor air refers to air in an atmospheric state and may have a constant absolute humidity depending on the weather. Specifically, the outdoor air has an absolute humidity measured through the supply air hygrometer of 3 g/m 3 to 50 g/m 3 , 4 g/m 3 to 40 g/m 3 , or 5 g/m 3 to 30 g/ It may be m3 .
  • the air supplied to the drying unit 60 absorbs moisture and is discharged.
  • the air supplied to the drying unit 60 is intended to maintain an appropriate absolute humidity. Therefore, according to this embodiment, it is desirable to provide a main hygrometer 130 to sense the absolute humidity of the air supplied to the drying unit 60.
  • the main hygrometer 130 may be provided in the second air supply duct 50.
  • the main hygrometer 130 may be provided at a portion where the drying unit 60 and the second air supply duct 50 are connected. That is, it is preferable that the main hygrometer 130 is provided to sense the absolute humidity immediately before supplying air to the drying unit 60. Therefore, it is preferable that the main hygrometer 130 is installed indoors.
  • This embodiment may include an exhaust fan 70. More specifically, the exhaust fan 70 may be provided to exhaust air used in the drying process from the drying unit 60.
  • a first exhaust duct 80 may be provided between the exhaust fan 70 and the drying unit 60. A portion of the first exhaust duct 80 may be provided indoors, and the remaining portion may be provided outdoors and connected to the exhaust fan 70. Of course, the exhaust fan 70 may also be installed outdoors.
  • the exhaust fan 70 is connected to the second exhaust duct 110 and exhausts the air used in the drying process to the outside through an external exhaust port.
  • the cracking and sidering problems can be fundamentally solved by performing the drying process while maintaining an appropriate absolute humidity. Therefore, in this embodiment, the exhaust fan 70 can be said to be a means for recovering moisture from high-temperature and humid air rather than a means for completely exhausting air. In other words, it can be said to be a means for recovering and resupplying moisture. Therefore, in this embodiment, the exhaust fan 70 can be referred to as a recovery exhaust fan 70.
  • the second exhaust duct 110 may be provided with an exhaust damper 120.
  • the exhaust volume can be controlled by adjusting the opening and closing amount of the exhaust damper 120. Control of the exhaust damper 120 is preferably linked to control of the recovery damper 90, which will be described later.
  • a recovery duct 150 may be provided by branching from the second exhaust duct 110.
  • the recovery duct 150 may be connected to the first air supply duct 20. That is, a portion of the exhausted air may flow into the recovery duct 150 and then be re-supplied to the drying unit 60 through the first air supply duct 20. At this time, it can be said that moisture is recovered from the exhausted air and recycled.
  • the recovery duct 150 may be provided with a recovery damper 90.
  • the amount of recovered air can be adjusted by adjusting the opening amount of the recovery damper 90.
  • the drying unit 60 Based on the drying unit 60, the amount of air supplied and the amount of air exhausted must be balanced. From another perspective, the differential pressure before and after the air supply fan 10 and the differential pressure before and after the return exhaust fan 70 must be properly maintained.
  • the opening rates of the air supply damper 30 and the return damper 90 are controlled in conjunction with each other. Additionally, from an exhaust standpoint, it is desirable that the opening rates of the exhaust damper 120 and the recovery damper 90 are controlled in conjunction with each other.
  • the recovery damper 90 can be actively controlled.
  • the air flowing into the second exhaust duct 110 is very humid air. Therefore, moisture can be recovered, and moisture can be actively recovered from the air exhausted through the recovery duct 150 and re-supplied.
  • the recovery duct 150 may be equipped with a recovery hygrometer 100.
  • the absolute humidity in the recovered air can be sensed through the recovery hygrometer 100.
  • moisture can be actively recovered by increasing the opening of the recovery damper 90.
  • the exhaust volume is greater than the recovery volume because the possibility of overdrying is small.
  • the recovery amount is greater than the exhaust amount. In other words, it is desirable to actively recover moisture and perform drying while maintaining an appropriate absolute humidity.
  • the amount of recovered air is controlled to be relatively small to heat the inside of the drying space, and in the full-scale drying process through the drying device, the amount of recovered air is controlled to be relatively large to maintain the required absolute humidity. can be matched.
  • the opening amount of the recovery damper 90 increases, the opening amount of the exhaust damper 120 relatively decreases. Conversely, as the opening amount of the recovery damper 90 decreases, it is preferable that the opening amount of the exhaust damper 120 increases.
  • the opening amount of the recovery damper 90 increases, it is preferable that the opening amount of the air supply damper 30 relatively decreases. Conversely, as the opening amount of the return damper decreases, it is preferable that the opening amount of the air supply damper 30 increases.
  • outdoor air and recovered air are supplied together to the drying unit 60, and it can be seen that the ratio of outdoor air and recovered air varies depending on the opening degrees of the recovery damper 90 and the air supply damper 20. That is, the mixed air is directly supplied to the drying unit 60, and the absolute humidity of this mixed air is very important. If the absolute humidity of the recovered air is higher than the absolute humidity of the outdoor air, and if it is necessary to increase the required absolute humidity, the ratio of the recovered air can be controlled to be higher than the ratio of the outdoor air. That is, it is desirable to control the opening rate of the recovery damper to increase and the opening rate of the supply damper to decrease. Likewise, it is desirable to control the opening rate of the exhaust damper to decrease as the opening rate of the recovery damper increases.
  • the opening amounts of the supply air damper and the recovery damper can be controlled differently based on the absolute humidity measured by the supply air hygrometer described later.
  • the electrode drying device can reduce consumption and installation costs incurred during electrode drying and reduce the crack occurrence rate on the electrode surface by reducing drying deviation in the width direction.
  • the term “set value” refers to the absolute humidity value set to ensure that the moisture inside the drying unit has excellent absolute humidity.
  • the air supply damper 30 is a device that controls the amount of outside air supplied along the first air supply duct, and is provided inside the first air supply duct.
  • the air supply damper can control the drying speed of the coating liquid coated on the current collector by controlling the amount of external air supplied at the above-described position, thereby controlling the adhesion between the current collector and the coating layer.
  • the air supply damper controls the differential pressure between the outdoor air flowing into the drying unit, i.e., the air supply, and the moisture discharged from the drying unit, i.e., exhaust, by adjusting the amount of outside air supplied at the above-described position, thereby controlling the pressure difference between the outside air flowing into the drying unit, i.e., the exhaust, and
  • the absolute drying amount of the coating liquid to be coated can be controlled.
  • the opening rate of the air supply damper is not particularly limited and may be, for example, greater than 0% to 100%.
  • the air supply damper may have a constant absolute humidity in the entire range of the above-mentioned opening rate. Therefore, the opening rate of the air supply damper may be set differently during the initial operation of the dryer depending on the season.
  • the supply air hygrometer 40 is a sensor that measures the absolute humidity of outdoor air supplied to the first air supply duct 20, and is provided inside the first air supply duct. By providing the supply air hygrometer at the above-mentioned position, it may be possible to measure the absolute humidity of the outdoor air supplied to the first supply air duct.
  • the absolute humidity of the air flowing in from the recovery duct may be low. Therefore, initially, the opening rate of the supply air damper 30 may be set and controlled to be higher than the opening rate of the recovery damper based on the sensing result of the supply air hygrometer 40.
  • the current collector has low electrical resistance and is an element configured to transmit current to or from the active material during charging and discharging.
  • any negative electrode current collector that has conductivity without causing chemical changes in the battery can be used in the art, and is not particularly limited.
  • the negative electrode current collector may be copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. .
  • the coating layer is a layer formed by applying a coating liquid on the current collector, specifically, on one or both sides of the current collector.
  • a coating liquid any cathode slurry that forms a cathode in the art can be used, and is not particularly limited.
  • the negative electrode slurry may include a negative electrode active material, a conductive material, a binder, and a solvent.
  • the anode active material may be any anode active material used in the art, and is not particularly limited.
  • the negative electrode active material may be at least one of a carbon-based active material and a silicon-based active material.
  • the carbon-based active material may be one or more selected from the group consisting of artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and graphitized mesocarbon microbeads.
  • the silicon-based active material is SiO One or more elements selected from the group consisting of (an element selected from a group consisting of a combination) can be used.
  • the conductive material may be any conductive material in the art that has conductivity without causing chemical changes in the battery, and is not particularly limited.
  • the conductive material includes graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as acetylene black, Ketjen black, channel black, Paneth black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Conductive tubes such as carbon nanotubes; fluorocarbon; Metal powders such as aluminum and nickel; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Alternatively, conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
  • the binder is used to secure adhesion between the negative electrode active material or between the negative electrode active material and the current collector.
  • Any binder used in the art may be used, and is not particularly limited.
  • the binder includes polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, starch, and hydroxide.
  • EPDM ethylene-propylene-diene polymer
  • SBR styrene butadiene rubber
  • fluorine rubber or various copolymers thereof, among which one type alone or a mixture of two or more types may be used.
  • the solvent examples include amide-based polar organic solvents such as water, dimethylformamide (DMF), diethyl formamide, dimethyl acetamide (DMAc), and N-methyl pyrrolidone (NMP); Methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropyl alcohol), 1-butanol (n-butanol), 2-methyl-1-propanol (isobutanol), 2-butanol (sec-butanol), 1-methyl Alcohols such as -2-propanol (tert-butanol), pentanol, hexanol, heptanol, and octanol; glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,5-pentanediol, and hexylene glycol; polyhydric alcohols such as glycer
  • the coating liquid may have a solid content of 50% to 70%.
  • the solid content of the coating solution may be 53% to 68%, 55% to 65%, or 58% to 63%.
  • the coating layer can be controlled so that a sliding section in the form of a slope is generated on the side portion by the flow of liquid, so that the loading amount at the center is relatively greater than that at the side portion. Because of this, the thickness of the coating layer on the entire surface of the coating layer can be controlled to be the same.
  • the electrode drying device may further include a heat exchanger 140.
  • the heat exchanger is a device for increasing the temperature of the air moving in the second air supply duct 50 through heat exchange between the air moving in the second air supply duct 50 and the air moving in the first exhaust duct 80.
  • the heat exchanger may be a plate heat exchanger commercially available in the art.
  • Figure 6 is a diagram illustrating the interior of a heat exchanger provided in a drying apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the heat exchanger 140 includes a plurality of hot plates 141 disposed at a distance from each other, a first lower pipe 142 communicating at the bottom of the first side of the plurality of hot plates, and the plurality of hot plates 141.
  • a first upper pipe 143 communicating with the upper end of the first side of the plurality of hot plates
  • a second upper pipe 145 communicating with the upper end of the second side of the plurality of hot plates
  • a second upper pipe 145 communicating with the lower end of the second side of the plurality of hot plates. It may include a second lower pipe (144).
  • the air moving through the second air supply duct 50 flows into the first lower pipe and moves, and the air moving through the first exhaust duct flows into the second upper pipe and moves. At this time, air moves between the plurality of heating plates to exchange heat.
  • the air that has received the heat may be moved to the first upper pipe, and the air moved to the first upper pipe may be discharged from the first upper pipe and flow back into the second air supply duct 50.
  • the air that provides heat is moved to the second lower pipe, and the air moved to the second lower pipe can be discharged from the second lower pipe and flow back into the exhaust duct.
  • the drying unit 60 may further include a thermal oil pipe therein.
  • the thermal oil is a high-temperature oil and can move along the thermal oil pipe.
  • the thermal oil pipe commercially available in the art is used as the thermal oil pipe, and hot air can be formed by heating the outside air by a method known in the art.
  • the drying unit further includes the above-mentioned thermal oil pipe therein, thereby heating the outside air moving through the second air supply duct to form hot air and flowing it into the drying unit. As a result, the coating liquid is applied on the current collector to form hot air.
  • the coating layer can be dried.
  • the set temperature of the electrode drying device for forming hot air by the heat exchanger and/or thermal oil pipe may be 50°C to 165°C, specifically, 65°C to 150°C, 80°C to 135°C, or 95°C. It may be from °C to 120°C.
  • the absolute humidity of moisture evaporated when drying the coating layer formed by applying the coating liquid on the current collector can be excellent.
  • the drying unit may further include a mid-infrared (MIR) drying device therein.
  • MIR mid-infrared
  • the drying unit may directly perform heating through the mid-infrared drying device to raise the temperature of the hot air to the above-described set temperature.
  • the control unit 200 is a controller provided to control the operation of the drying device and may be particularly configured to control the drying environment.
  • the drying unit 60 is a space for heating electrodes, and the amount of heating heat can be continuously controlled through the control unit 200.
  • the control unit 200 can control the operation of various fans 10 and 70 and various dampers 30, 100 and 120. Control of these components can be performed based on the absolute humidity detected by various hygrometers 130, 40, and 90.
  • control unit 200 operates the supply air damper 30, the return damper 100, and the exhaust damper 120 based on the absolute humidity detected by the main hygrometer 130, the supply air hygrometer 40, and the return hygrometer 90. ) can be controlled.
  • the control unit 200 can ultimately control the operation of various dampers to supply an optimal absolute humidity environment to the drying space.
  • the absolute humidity of the air supplied to the drying space can be controlled to be optimal. Therefore, the most important control factor can be said to be the absolute humidity sensed by the main hygrometer 130.
  • the control factor is the absolute humidity sensed by the supply air hygrometer (40).
  • the control unit 200 primarily adjusts the opening degrees of the various dampers 30, 100, and 120.
  • the first stage of control can be said to be a stage to reflect the absolute humidity of the outside air.
  • the second stage control (S30) may be performed.
  • the control factor is the absolute humidity sensed by the recovery hygrometer 90.
  • the control unit 200 secondarily adjusts the opening degrees of the various dampers 30, 100, and 120.
  • the second stage of control can be said to be a stage to reflect the absolute humidity of the recovered air.
  • the third stage control (S40) may be performed.
  • the control factor is the absolute humidity sensed by the main hygrometer 130.
  • the control unit 200 finally adjusts the opening degrees of the various dampers 30, 100, and 120. That is, ultimately, the final control of the dampers is to sense the absolute humidity required by the main hygrometer 130 to ensure that the drying environment is an optimal absolute humidity environment.
  • the third stage control (S40) can be performed continuously, and the electrode can be dried effectively and stably (S60) continuously.
  • humidification control may be performed. Even if the recovered moisture is utilized to its full potential, additional moisture can be supplied if it is difficult to create the required absolute humidity environment.
  • the humidification control (S50) may be performed intermittently, and the humidification control (S50) and the third stage control (S40) may be performed repeatedly by reflecting the absolute humidity sensed by the main hygrometer 40.
  • the drying process may continue (S60) through these steps.
  • the humidifier 160 can perform not only a humidifying function but also a filter function. Since the recovered air may contain foreign substances, the filtered air can be resupplied through the filter function.

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Abstract

본 발명은 전극 건조 장치 및 이를 이용한 전극 건조 방법 관한 것이며, 보다 상세하게는 균일한 건조가 수행될 수 있고 코팅된 활물질에 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있는 전극 건조 장치 및 건조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 집전체 상에 코팅액이 도포된 전극이 건조되는 건조 공간으로 급기 덕트를 통해 급기하도록 구비되는 급기 팬; 상기 건조 공간으로부터 배기 덕트를 통해 배기하도록 구비되는 배기 팬; 상기 배기 팬으로부터 배출되는 공기를 상기 급기 팬으로 공급하는 회수 덕트; 상기 회수 덕트로 유입되는 공기의 양을 조절하는 회수 댐퍼; 상기 건조 공간으로 급기되는 공기의 절대 습도를 센싱하는 메인 습도계; 및 상기 건조 공간으로 유입되는 공기에서 절대 습도를 조절하기 위하여, 상기 메인 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 회수 댐퍼의 개도를 조절하는 제어부를 포함하는 전극 건조 장치가 제공될 수 있다.

Description

전극 건조 장치
본 발명은 전극 건조 장치 및 이를 이용한 전극 건조 방법 관한 것이며, 보다 상세하게는 균일한 건조가 수행될 수 있고 코팅된 활물질에 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있는 전극 건조 장치 및 건조 방법에 관한 것이다.
전기 에너지를 저장하는 전지는 일반적으로 일차 전지와 이차 전지로 구분될 수 있다. 일차 전지는 일회용 소모성 전지인 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 충전식 전지이다. 즉, 전류에 의해 소재에 대한 환원 반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화 반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행 가능하다.
여러 종류의 이차전지 중, 리튬 이차 전지는 음극을 제조하기 위해 음극 활물질, 도전재, 바인더 및 용제가 혼합된 음극 슬러리를 집전체에 코팅하고, 건조하는 공정을 통해 제조될 수 있다.
종래에는 음극 슬러리가 코팅된 코팅층을 일반 오븐에 투입하여 건조를 수행하였다. 그러나, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 액체의 흐름에 의해 측면부에 슬로프(slope) 형태의 슬라이딩 구간이 발생되므로, 코팅층의 중심부(A)를 기준으로 상대적으로 음극 슬러리의 로딩량이 적은 측면(B)으로 갈수록 건조 속도가 빨라져, 과건조로 인한 전극의 폭 방향(C) 건조 편차가 발생되고, 이로 인해 전극 표면에 크랙(D)이 발생되는 문제가 발생되었다.
이러한 표면 크랙 문제와 과건조에 인한 측면부 사이드링(side ring) 개선을 위해서, 종래에는 건조 공간에 가해지는 열량을 위치에 따라 다르게 하는 등 다양한 노력을 지속하였다.
그러나, 건조 공정에서의 열량 조절에 의해서도 표면 크랙 문제 등이 현저히 개선되지 않고, 건조 공정에 보다 많은 시간이 소요되므로 효율적이고 안정적인 건조 공정이 수행되기 어려웠다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 효율적이고 안정적인 전극 건조가 수행될 수 있는 전극 건조 장치 및 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 종래의 전극 건조 장치 및 건조 방법의 문제를 해결하고자 함을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 종래의 전극 건조 장치 및 방법을 큰 변경이 없이 이용하면서도 효과적이고 효율적으로 전극을 건조할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 폭 방향의 건조 편차를 줄여 전극 표면의 크랙 발생 및 사이드 링 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복수 개의 습도계와 댐퍼들을 이용하여 단계적으로 용이하고 효과적으로 요구되는 절대 습도 환경을 제공할 수 있는 건조 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
전술한 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 집전체 상에 코팅액이 도포된 전극이 건조되는 건조 공간으로 급기 덕트를 통해 급기하도록 구비되는 급기 팬; 상기 건조 공간으로부터 배기 덕트를 통해 배기하도록 구비되는 배기 팬; 상기 배기 팬으로부터 배출되는 공기를 상기 급기 팬으로 공급하는 회수 덕트; 상기 회수 덕트로 유입되는 공기의 양을 조절하는 회수 댐퍼; 상기 건조 공간으로 급기되는 공기의 절대 습도를 센싱하는 메인 습도계; 및 상기 건조 공간으로 유입되는 공기에서 절대 습도를 조절하기 위하여, 상기 메인 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 회수 댐퍼의 개도를 조절하는 제어부를 포함하는 전극 건조 장치가 제공될 수 있다.
건조 공정 초기에는 건조 공간 및 전극을 가열하는 데 열량의 대부분이 사용되고 건조 공정 중기 이후에는 용매를 증발시키는 데 열량의 대부분이 사용될 수 있다. 따라서, 건조 공정 초기에 건조 공간에서 배출되는 공기의 절대 습도는 낮게 되며, 건조 공정 중기 및 후기에 건조 공간에서 배출되는 공기의 절대 습도는 높게 된다.
본 실시예에서는 일정한 절대 습도 환경에서 건조가 수행되도록 함을 특징으로 한다. 그리고, 필요한 절대 습기의 양은 건조 공간에서 배출되는 습기를 이용함을 특징으로 한다.
그러므로, 본 실시예에 따르면, 건조 공정 초기에는 회수 댐퍼의 개도율이 낮고 건조 공정 중기 및 후기로 진행됨에 따라 회수 댐퍼의 개도율은 증가할 수 있다.
상기 배기 덕트는, 상기 건조 공간과 상기 배기 팬을 연결하는 제1배기 덕트와 상기 배기 팬과 외부 배기구를 연결하는 제2배기 덕트를 포함할 수 있다.
상기 급기 덕트는, 외부 급기구와 상기 급기 팬을 연결하는 제1급기 덕트와 상기 급기 팬과 상기 건조 공간을 연결하는 제2급기 덕트를 포함할 수 있다.
상기 회수 덕트는 상기 제2배기 덕트에서 분지되어 상기 제1급기 덕트와 연결됨이 바람직하다.
상기 제2배기 덕트에는 상기 외부 배기구로 배기되는 공기의 양을 조절하는 배기 댐퍼가 구비됨이 바람직하다. 그리고, 상기 배기 댐퍼는 상기 회수 덕트의 분지점 후단에 구비됨이 바람직하다.
상기 회수 덕트에는 상기 회수 덕트를 통해 상기 제1급기 덕트로 유입되는 공기의 절대 습도를 센싱하는 회수 습도계가 구비됨이 바람직하다.
상기 제어부는, 상기 회수 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 회수 댐퍼의 개도를 조절함이 바람직하다.
상기 제어부는, 상기 회수 댐퍼의 개도가 증가함에 따라 상기 배기 댐퍼의 개도가 감소되도록 조절함이 바람직하다.
상기 제1급기 덕트에는 상기 외부 급기구로부터 유입되는 공기의 양을 조절하는 급기 댐퍼가 구비됨이 바람직하다.
상기 급기 댐퍼는 상기 회수 덕트의 합류점 전단에 구비됨이 바람직하다.
상기 제1급기 덕트에는 상기 회수 덕트와 상기 외부 급기구로부터 유입되는 공기의 절대 습도를 센싱하는 급기 습도계가 구비됨이 바람직하다.
상기 제어부는, 상기 급기 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 회수 댐퍼와 급기 댐퍼의 개도를 조절함이 바람직하다.
건조 초기에는 회수 공기의 절대 습도보다 외부 공기의 절대 습도가 높을 수 있다. 따라서, 건조 초기에는 급기 습도계에서 센싱한 절대 습도를 기반으로 하여 댐퍼들의 개도를 조절함이 바람직하다. 특히, 급기 댐퍼의 개도율이 회수 댐퍼의 개도율보다 높도록 제어하여 결과적으로 메인 습도계에서 센싱되는 절대 습도를 높일 수 있다. 회수 댐퍼의 개도율이 높아질 수록 대기 댐퍼의 개도율은 반대로 낮아지도록 제어함이 바람직하다.
건조 중기 이후에는 회수 공기의 절대 습도가 외부 공기의 절대 습도보다 높을 수 있다. 따라서, 건조 중기 이후에는 회수 습도계에서 센싱한 절대 습도를 기반으로 하여 댐퍼들의 개도를 조절함이 바람직하다. 특히, 회수 댐퍼의 개도율이 급기 댐퍼의 개도율보다 높도록 제어하여 결과적으로 메인 습도계에서 센싱되는 절대 습도를 높일 수 있다. 회수 댐퍼의 개도율이 높아질 수록 대기 댐퍼의 개도율은 반대로 낮아지도록 제어함이 바람직하다.
과건조는 건조 중기 이후 특히 건조 말기에 집중적으로 발생될 수 있다. 따라서, 건조 말기에서의 절대 습도를 적정하게 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 건조 말기에는 메인 습도계에서 센싱한 절대 습도를 기반으로 하여 댐퍼들의 개도를 조절함이 바람직하다. 특히, 회수 댐퍼의 개도율이 급기 댐퍼의 개도율보다 높도록 제어하여 최적의 절대 습도 환경에서 건조가 완료되도록 제어함이 바람직하다.
상기 회수 덕트에는 가습기가 구비될 수 있다. 활물질의 코팅 두께가 두꺼운 경우 즉 로딩량이 많은 전극에서는 요구되는 절대 습도가 더욱 높아질 수 있다. 이 경우에는 습기의 회수만으로 충분한 절대 습도 환경을 만들기가 어려울 수 있다. 즉, 회수 댐퍼가 100% 개방되고 배기 댐퍼 및 급기 댐퍼가 완전히 닫힌 상태에서도 충분한 절대 습도 환경을 만들기 어려울 수 있다. 이 경우, 회수되는 공기에 추가적인 가습을 위해 가습기가 구비되어 구동될 수 있다. 즉, 메인 습도계에서 센싱한 절대 습도에 기반하여 제어부가 가습기를 추가적으로 구동시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 메인 습도계에서 센싱한 절대 습도가 기설정값보다 낮은 경우, 상기 가습기를 통해 가습이 수행되도록 제어함이 바람직하다.
한편, 건조 장치는 건조 효율이 중요할 수 있다. 즉, 낭비되는 열량을 줄이는 것이 바람직하다. 공기의 온도는 상대 습도의 변동의 야기하지만 절대 습도와는 무관하다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 제2급기 덕트에서 유입되는 공기와 상기 제1배기 덕트에서 배출되는 공기 사이의 열교환이 수행되는 열교환기가 구비됨이 바람직하다. 배출되는 공기에서의 열량을 유입되는 공기로 제공하여 열량 낭비를 줄일 수 있다.
본 실시예에 따른 전극 건조 장치 및 방법은 음극 슬러리가 코팅된 음극의 건조 장치 및 방법에 매우 적합하다. 상기 코팅액은 음극 활물질, 도전재, 바인더 및 용제를 포함하는 음극 슬러리이며, 고형분 함량이 50% 내지 70%임이 바람직하다. 이러한 환경에서 크랙 발생 및 사이드 링 발생을 현저히 줄일 수 있다.
전술한 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 집전체 상에 코팅액이 도포된 전극이 건조되는 건조 공간으로 급기 덕트를 통해 급기하도록 구비되는 급기 팬; 상기 건조 공간으로부터 배기 덕트를 통해 배기하도록 구비되는 배기 팬; 상기 배기 팬으로부터 배출되는 공기를 상기 급기 팬으로 공급하는 회수 덕트; 상기 회수 덕트로 유입되는 공기의 양을 조절하는 회수 댐퍼; 상기 배기 덕트를 통해 외부 배기구로 배기되는 공기의 양을 조절하는 배기 댐퍼; 상기 급기 덕트를 통해 외부 급기구로부터 유입되는 공기의 양을 조절하는 급기 댐퍼; 상기 건조 공간으로 급기되는 공기의 절대 습도를 센싱하는 메인 습도계; 상기 회수 덕트로 유입되는 공기의 절대 습도를 센싱하는 회수 습도계; 상기 회수 덕트 및 상기 외부 급기구로부터 유입되는 공기의 절대 습도를 센싱하는 급기 습도계; 및 상기 건조 공간으로 유입되는 공기에서 절대 습도를 조절하기 위하여, 상기 메인 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 회수 댐퍼의 개도를 조절하는 제어부를 포함하는 전극 건조 장치가 제공될 수 있다.
상기 제어부는, 건조 공정에서 다단계를 거쳐 회수 공기의 양을 제어할 수 있다. 특히, 이러한 제어를 통해 효과적으로 건조 공간으로 공급되는 공기에서의 절대 습도를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 급기 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 급기 댐퍼, 배기 댐퍼 및 회수 댐퍼의 개도를 조절하는 1단계 댐퍼 제어 또는 1단계 습도 제어, 상기 회수 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 급기 댐퍼, 배기 댐퍼 및 회수 댐퍼의 개도를 조절하는 2단계 댐퍼 제어 또는 2단계 습도 제어, 그리고 상기 메인 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 급기 댐퍼, 배기 댐퍼 및 회수 댐퍼의 개도를 조절하는 3단계 댐퍼 제어 또는 3단계 습도 제어를 순차적으로 수행할 수 있다.
한편, 전극의 건조 공정은 연속적으로 수행된다. 즉, 롤투롤에 투입된 전극 롤을 연속으로 진행된다. 즉, 건조 공간에 전극은 지속적으로 투입되고 건조 공간에서 이동하면서 건조된 후 건조 공간에서 지속적으로 배출된다.
따라서, 상기 건조 공정의 초기는 건조 장치를 통해 건조를 하기 위한 준비 과정이라 할 수 있다. 즉, 최종적으로 기설정된 절대 습도 환경에 맞도록 건조 환경을 마련하는 단계라 할 수 있다. 따라서, 1단계 및 2단계 제어는 절대 습도 환경에 맞추는 과정이며, 3단계 제어는 최종적으로 절대 습도 환경에서 건조를 수행하기 위한 과정이라 할 수 있다.
3단계 댐퍼 제어 내지 습도 제어가 수행된 후 본격적으로 전극의 건조 공정이 수행되며, 건조 공정은 연속적으로 수행될 수 있다. 즉, 롤투롤 환경에서 건조 공정이 수행될 수 있으며, 이때 메인 습도계에서 센싱한 절대 습도를 기반으로 3단계 댐퍼 제어가 피드백 제어 형태로 지속적이고 반복적으로 수행될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 3단계 댐퍼 제어 후 상기 회수 덕트에 구비되는 가습기의 작동을 제어하는 가습 제어를 수행할 수 있다. 최근 음극에서 활물질의 로딩량이 많아지고 있는 경향을 고려하여 요구되는 절대 습도가 높아질 수 있다. 따라서, 3단계 댐퍼 제어 후 반복적으로 가습 제어가 수행될 수 있다. 상기 가습 제어는 메인 습도계의 센싱 결과에 따라 간헐적으로 수행될 수 있다. 즉, 가습 제어 후 다시 3단계 댐퍼 제어가 수행되고, 이후 필요한 경우 다시 가습 제어가 수행될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 절대 습도 인자가 전극 건조에 절대적인 영향을 미침을 확인하여, 요구되는 절대 습도 환경을 매우 용이하게 제공할 수 있는 건조 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 종래의 전극 건조 장치 및 방법을 큰 변경이 없이 이용하면서도 효과적이고 효율적으로 전극을 건조할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 폭 방향의 건조 편차를 줄여 전극 표면의 크랙 발생 및 사이드 링 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복수 개의 습도계와 댐퍼들을 이용하여 단계적으로 용이하고 효과적으로 요구되는 절대 습도 환경을 제공할 수 있는 건조 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 건조 공간 내에서 위치와 무관하게 균일한 가열이 가능하므로 건조 오븐의 구조가 단순한 건조 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 종래 건조 장치를 이용하여 건조된 전극의 코팅층의 전체를 촬영한 사진이다.
도 2는 종래 건조 장치를 이용하여 건조된 전극의 코팅층의 양 측면을 각각 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 건조 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 건조 장치의 제어 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 전극 건조 장치의 제어 순서도이다.
도 6은 본 출원의 일 실시예에 따른 열교환기의 내부를 예시적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 출원의 전극 건조 장치를 설명하며, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 전극 건조 장치가 첨부된 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명자는 전극 건조 시 표면 크랙 및 과건조로 인한 사이드링 개선을 위한 절대적인 영향을 주는 인자가 절대 습도량임을 확인할 수 있었다. 즉, 건조 과정에서 적정한 절대 습도량인 건조 환경에서 건조가 수행되면 표면 크랙 및 사이드링이 절대적으로 감소함을 확인할 수 있었다.
그러나 종래의 전극 건조 장치는 건조 오븐에서 배출되는 공기를 배출하기 때문에 건조 공정에서 적정한 절대 습도량을 제공하는 것이 용이하지 않다. 따라서, 건조 오븐에 공급되는 공기에 가습을 하여 건조 오븐으로 급기하는 것이 고려될 수 있다. 즉, 옥외 급기부에 가습기를 설치하여 적정한 절대 습도량을 제공하고자 노력하였다.
가습기를 사용하는 전극 건조 장치는 가습기의 제어가 용이하지 않고, 요구되는 습기량을 제공하기 위해서 가습기의 용량이 커져 현재의 건조 장치에 가습기를 추가하는 것이 용이하지 않다. 즉, 실험적으로 가습기를 사용하여 양호한 건조 효과를 기대할 수 있으나, 현장에서 가습기를 추가하는 것에는 현실적인 어려움이 있다.
이에 본 발명자는 적정한 절대 습도량을 제공하기 위한 일차적인 수단을 가습기에 의한 가습이 아닌 배기 공기를 통한 가습이 가능함에 주목하였다. 왜냐하면, 건조 공정에 사용되는 공기는 활물질로부터 용매를 증발시켜 가습된 공기이기 때문이다. 즉, 가습된 공기를 그대로 배기하지 않고 적극적으로 급기에 이용하여 요구되는 절대 습도를 제공할 수 있음을 확인하였다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 전극 건조 장치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 출원의 전극 건조 장치는 집전체 상에 코팅액이 도포되어 형성된 코팅층을 건조하는 장치로서, 급기 팬(10), 제1급기 덕트(20), 제2급기 덕트(50)를 포함할 수 있다. 급기 팬(10)이 작동하면 외기가 제1급기 덕트(20)로 유입되며, 급기 팬(10)을 지난 외기가 건조부(60)로 공급될 수 있다.
여기서, 건조부(60)는 건조 공간을 갖는 건조 오븐일 수 있으며, 건조부는 옥내에 위치할 수 있다. 즉, 급기 팬(10), 제1급기 덕트(20)는 옥외 특히 옥상에 위치할 수 있으며, 제2급기 덕트(50)의 일부는 옥외에 위치하고 나머지 일부는 옥내로 연장되어 건조부(60)와 연결될 수 있다.
본 실시예에서 제1급기 덕트(20)에는 급기 습도계(40)가 구비될 수 있다. 급기의 습도를 센싱하여 급기량을 제어할 수 있다. 즉, 외기의 급기량을 제어할 수 있다. 외기의 급기량 제어를 위해 제1급기 덕트(20)에는 급기 댐퍼(30)가 구비될 수 있다.
적정한 습도의 외기가 급기 습도계(40)에서 감지되면 급기량을 늘릴 수 있고, 습도가 낮은 경우에는 급기량을 줄일 수 있다. 즉, 급기 댐퍼(30)의 개도를 조절함으로써 급기량을 변동시킬 수 있다.
상기 외기는 대기 상태의 공기를 의미하며, 날씨에 따라 일정한 절대습도를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 외기는 상기 급기 습도계를 통해 측정되는 절대습도가 3 g/m3 내지 50 g/m3, 4 g/m3 내지 40 g/m3, 또는 5 g/m3 내지 30 g/m3일 수 있다.
건조부(60)로 급기된 공기는 수분을 흡수하여 배기되는 것이 일반적인 건조 공정이다. 그러나, 본 실시예에 건조부(60)로 급기된 공기는 절대 습도량을 적정하게 유지시키기 위한 것이다. 따라서, 본 실시예에 따르면 건조부(60)로 공급되는 공기의 절대 습도량을 센싱하기 위한 메인 습도계(130)가 구비됨이 바람직하다.
상기 메인 습도계(130)는 제2급기 덕트(50)에 구비될 수 있다. 특히, 메인 습도계(130)는 건조부(60)와 제2급기 덕트(50)가 연결되는 부분에 구비될 수 있다. 즉, 건조부(60)에 급기 직전에 절대 습도를 센싱하도록 메인 습도계(130)가 구비됨이 바람직하다. 따라서, 상기 메인 습도계(130)는 옥내에 구비됨이 바람직하다.
본 실시예는 배기 팬(70)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 배기 팬(70)은 건조 공정에 사용된 공기를 건조부(60)에서 배기하기 위해 구비될 수 있다. 배기 팬(70)과 건조부(60) 사이에는 제1배기 덕트(80)가 구비될 수 있다. 제1배기 덕트(80)의 일부분은 옥내에 구비되어 나머지 일부분은 옥외에 구비되어 배기 팬(70)과 연결될 수 있다. 물론, 배기 팬(70) 또한 옥외에 구비될 수 있다.
상기 배기 팬(70)은 제2배기 덕트(110)와 연결되어 건조 공정에 사용된 공기를 외부 배기구를 통해 외부로 배기하게 된다.
일반적으로, 배기 팬(70)으로 흡입된 공기는 제2배기 덕트(110)를 통해서 전량 외부로 배기된다. 왜냐하면 건조 공정에 사용된 공기는 많은 수분을 함유하므로, 이를 다시 건조부(60)로 공급하게 되면 건조 효율이 낮아진다는 것이 일반적인 상식이기 때문이다. 즉, 고온 건조 공기를 건조부(60)에 공급하고, 건조 후 고온 다습한 공기를 배출함으로써 건조 효율이 증가된다는 것이 상식이기 때문이다.
그러나, 본 실시예에서는 적정한 절대 습도량을 유지한 상태에서 건조 공정이 수행됨으로써 크랙과 사이드링 문제를 근본적으로 해결할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서 배기 팬(70)은 공기를 완전히 배출하기 위한 수단이라기 보다는 고온 다습한 공기에서 습기를 회수하기 위한 수단이라 할 수 있다. 즉, 습기를 회수하여 재공급하기 위한 수단이라 할 수 있다. 그러므로, 본 실시예에서 배기 팬(70)은 회수배기 팬(70)라 할 수 있다.
제2배기 덕트(110)에는 배기 댐퍼(120)가 구비될 수 있다. 배기 댐퍼(120)의 개폐량을 조절함으로써 배기량을 제어할 수 있다. 배기 댐퍼(120)의 제어는 후술하는 회수 댐퍼(90)의 제어와 연동됨이 바람직하다.
제2배기 덕트(110)에서 분지되어 회수 덕트(150)가 구비될 수 있다. 회수 덕트(150)는 제1급기 덕트(20)와 연결될 수 있다. 즉, 배기되는 공기의 일부분은 회수 덕트(150)로 유입된 후 제1급기 덕트(20)를 통해서 건조부(60)에 재공급될 수 있다. 이때 배기되는 공기에서 수분을 회수하여 이를 재활용한다고 할 수 있다.
회수 덕트(150)에는 회수 댐퍼(90)가 구비될 수 있다. 회수 댐퍼(90)의 개도량이 조절됨으로서 회수되는 공기의 양이 조절될 수 있다.
건조부(60)를 기준으로 공급되는 공기의 양과 배기되는 공기의 양의 균형이 맞춰져야 한다. 다른 관점에서 급기 팬(10)의 전후의 차압과 회수배기 팬(70) 전후의 차압은 적절히 유지되어야 한다.
따라서, 급기 관점에서는 급기 댐퍼(30)와 회수 댐퍼(90)의 개도율은 서로 연동되어 제어됨이 바람직하다. 또한, 배기 관점에서는 배기 댐퍼(120)와 회수 댐퍼(90)의 개도율이 서로 연동되어 제어됨이 바람직하다.
본 실시예에서 회수 댐퍼(90)는 적극적으로 제어될 수 있다. 제2배기 덕트(110)로 유입되는 공기는 매우 습한 공기이다. 따라서, 수분을 회수할 수 있으며, 이는 회수 덕트(150)를 통해 배기되는 공기에서 적극적으로 수분을 회수하여 재공급할 수 있다.
이를 위해 회수 덕트(150)에는 회수 습도계(100)가 구비될 수 있다. 회수 습도계(100)를 통해서 회수되는 공기에서의 절대 습도를 센싱할 수 있다. 그리고, 회수 댐퍼(90)의 개도량을 늘려 적극적으로 습기를 회수할 수 있다. 초기 건조 공정 중에는 과건조의 발생 가능성이 작기 때문에 배기량이 회수량보다 많은 것이 바람직하다. 그러나, 본격적인 건조 과정 중에는 과건조의 발생 가능성이 높기 때문에 배기량보다 회수량이 많은 것이 바람직하다. 즉, 적극적으로 수분을 회수하여 절대 습도량을 적정하게 유지한 상태에서 건조를 수행함이 바람직하다.
다시 말하면, 건조 장치의 초기 세팅 단계에서는 회수 공기의 양이 상대적으로 작게 제어하여 건조 공간 내부를 가열하며, 건조 장치를 통한 본격 건조 과정에서는 회수 공기의 양이 상대적으로 크게 제어하여, 요구되는 절대 습도를 맞출 수 있다.
회수 댐퍼(90)의 개도량이 증가할 수록 상대적으로 배기 댐퍼(120)의 개도량이 감소함이 바람직하다. 반대로 회수 댐퍼(90)의 개도량이 감소할 수록 배기 댐퍼(120)의 개도량이 증가함이 바람직하다.
한편, 회수 댐퍼(90)의 개도량이 증가할 수록 상대적으로 급기 댐퍼(30)의 개도량이 감소함이 바람직하다. 반대로 회수 댐퍼의 개도량이 감소할 수록 급기 댐퍼(30)의 개도량이 증가함이 바람직하다.
여기서, 외기와 회수 공기가 함께 건조부(60)로 공급되는데 외기와 회수 공기의 비율은 회수 댐퍼(90)와 급기 댐퍼(20)의 개도량이 따라 달라짐을 알 수 있다. 즉, 혼합 공기가 직접 건조부(60)로 공급되는데, 이 혼합 공기의 절대 습도는 매우 중요하다. 회수 공기의 절대 습도가 외기의 절대 습도보다 높은 경우, 그리고 요구되는 절대 습도량을 증가시킬 필요가 있는 경우, 회수 공기의 비율이 외기의 비율보다 높아지도록 제어할 수 있다. 즉, 회수 댐퍼의 개도율은 증가하고 급기 댐퍼의 개도율은 감소하도록 제어함이 바람직하다. 마찬가지로, 회수 댐퍼의 개도율이 증가하면 배기 댐퍼의 개도율은 감소하도록 제어함이 바람직하다.
상기 외기는 전술한 절대습도를 가짐으로써, 후술하는 급기 습도계에서 측정되는 절대 습도를 기반으로 하여, 급기 댐퍼와 회수 댐퍼의 개도량을 달리 제어할 수 있다. 이를 통해, 상기 전극 건조 장치는 전극 건조 시 발생되는 소비 및 설치 원가를 감소시키고, 폭 방향 건조 편차를 줄여 전극 표면의 크랙 발생률을 낮출 수 있다. 본 명세서에서 용어 「설정 값」은 건조부 내부의 습기가 우수한 절대습도를 갖기 위하여 설정된 절대습도 값을 의미한다.
상기 급기 댐퍼(30)는 제 1 급기 덕트를 따라 공급되는 외기의 양을 조절하는 장치로서, 상기 제 1 급기 덕트의 내부에 구비된다. 상기 급기 댐퍼는 전술한 위치에서 공급되는 외기의 양을 조절함으로써, 집전체 상에 코팅되는 코팅액의 건조 속도를 제어할 수 있고, 이로 인해 집전체와 코팅층 사이의 접착력을 제어할 수 있다. 또한, 상기 급기 댐퍼는 전술한 위치에서 공급되는 외기의 양을 조절함으로써, 상기 건조부로 유입되는 외기, 즉, 급기와 상기 건조부로부터 배출되는 습기, 즉, 배기 간의 차압을 제어하여 집전체 상에 코팅되는 코팅액의 절대 건조량을 제어할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 외기는 계절에 따라 일정한 절대 습기를 가질 수 있으므로, 급기 댐퍼의 개도율이 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 0% 초과 내지 100%일 수 있다. 상기 급기 댐퍼는 전술한 개도율 전 범위에서 일정한 절대습도를 가질 수 있다. 따라서, 계절에 따라 건조 장치의 초기 구동 시에 급기 댐퍼의 개도율은 달리 설정될 수 있다.
상기 급기 습도계(40)는 상기 제1급기 덕트(20)로 공급되는 외기의 절대습도를 측정하는 센서로서, 상기 제 1 급기 덕트의 내부에 구비된다. 상기 급기 습도계가 전술한 위치에 구비됨으로써, 상기 제 1 급기 덕트로 공급되는 외기의 절대습도를 측정하는 것이 가능할 수 있다. 건조 장치의 초기 구동 시에는 회수 덕트로부터 유입되는 공기의 절대 습도는 낮을 수 있다. 따라서, 초기에는 급기 습도계(40)의 센싱 결과를 기반으로 하여 급기 댐퍼(30)의 개도율이 회수 댐퍼의 개도율보다 높게 설정 및 제어될 수 있다.
전극에서 집전체는 전기 저항이 낮으며, 충전과 방전 중에 활물질로 전류를 전달하거나 활물질에서 전류를 전달하도록 구성된 요소이다. 상기 집전체로는 당해 기술 분야에서 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 음극 집전체가 모두 사용될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 음극 집전체로는 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면을 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다.
상기 코팅층은 상기 집전체 상에, 구체적으로, 상기 집전체의 일면 또는 양면 상에 코팅액이 도포되어 형성된 층이다. 상기 코팅액으로는 당해 기술 분야에서 음극을 형성하는 음극 슬러리가 모두 사용될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 음극 슬러리는 음극 활물질, 도전재, 바인더 및 용제를 포함할 수 있다.
상기 음극 활물질은 당해 기술 분야에서 사용되는 음극 활물질이 모두 사용될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 음극 활물질은 탄소계 활물질 및 실리콘계 활물질 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 탄소계 활물질은 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소 섬유 및 흑연화 메조카본마이크로비드로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 실리콘계 활물질은 SiOX(0≤X<2), Si-C 복합체 및 Si-Y 합금(여기서, Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 전이금속, 13족 원소, 14족 원소, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소임)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 도전재는 당해 기술 분야에서 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 도전재가 모두 사용될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 도전재로는 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유, 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본; 알루미늄, 니켈 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 상기 음극 활물질 간 또는 음극 활물질과 집전체와의 접착력을 확보하기 위한 것으로, 당해 기술 분야에서 사용되는 모든 바인더가 사용될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 바인더로는, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐알코올, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 폴리머(EPDM), 술폰화-EPDM, 카르복시 메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose: CMC), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 또는 이들의 다양한 공중합체 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 용매로는 예를 들어, 물, 디메틸포름아미드(DMF), 디에틸 포름아미드, 디메틸 아세트아미드(DMAc), N-메틸 피롤리돈(NMP) 등의 아미드계 극성 유기 용매; 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올(이소프로필 알코올), 1-부탄올(n-부탄올), 2-메틸-1-프로판올(이소부탄올), 2-부탄올(sec-부탄올), 1-메틸-2-프로판올(tert-부탄올), 펜탄올, 헥산올, 헵탄올, 옥탄올 등의 알코올류; 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 헥실렌글리콜 등의 글리콜류; 글리세린, 트리메티롤프로판, 펜타에리트리톨 또는 소르비톨 등의 다가 알코올류; 에틸렌글리콜모노 메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노 메틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노 메틸에테르, 테트라 에틸렌글리콜모노 메틸에테르, 에틸렌글리콜모노 에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노 에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노 에틸에테르, 테트라 에틸렌글리콜모노 에틸에테르, 에틸렌글리콜모노 부틸 에테르, 디에틸렌글리콜모노 부틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노 부틸 에테르, 테트라 에틸렌글리콜모노 부틸 에테르 등의 글리콜 에테르류; 아세톤, 메틸 에틸 케톤, 메틸프로필 케톤, 사이클로펜타논 등의 케톤류; 또는 초산에틸, γ-부틸 락톤, ε-프로피오락톤 등의 에스테르류 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 코팅액은 고형분 함량이 50% 내지 70%일 수 있다. 구체적으로, 상기 코팅액의 고형분 함량은 53% 내지 68%, 55% 내지 65% 또는 58% 내지 63%일 수 있다. 상기 코팅액은 전술한 고형분 함량을 가짐으로써, 건조 시 수분이 적게 증발하고, 잔존하는 고형분이 집전체 상에 코팅되는 고로딩을 나타내어 용량 및 충전시간이 우수할 수 있다.
또한, 상기 코팅층은 액체의 흐름에 의해 측면부에 슬로프(slope) 형태의 슬라이딩 구간이 발생되어 상대적으로 중심부가 측면부에 비해 로딩량이 크도록 제어될 수 있다. 이로 인해, 상기 코팅층은 전면의 코팅층 두께가 동일하게 제어될 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 전극 건조 장치는 열교환기(140)를 더 포함할 수 있다. 상기 열교환기는 상기 제2급기 덕트(50)를 이동하는 공기와 제1배기 덕트(80)를 이동하는 공기의 열교환을 통해 상기 제2급기 덕트(50)를 이동하는 공기의 온도를 높이기 위한 장치이다. 예를 들어, 상기 열교환기로는 당업계에 시판 중인 판형 열교환기를 사용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 건조 장치에 구비되는 열교환기의 내부를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 열교환기(140)는 서로 이격 간격을 갖고 배치되는 복수 개의 열판(141), 상기 복수 개의 열판의 제 1 측면 하단에 연통되는 제 1 하부관(142), 상기 복수 개의 열판의 제 1 측면 상단에 연통되는 제 1 상부관(143), 상기 복수 개의 열판의 제 2 측면 상단에 연통되는 제 2 상부관(145) 및 상기 복수 개의 열판의 제 2 측면 하단에 연통되는 제 2 하부관(144)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2급기 덕트(50)를 이동하는 공기가 상기 제 1 하부관으로 유입되어 이동되고, 상기 제1배기 덕트를 이동하는 공기가 상기 제 2 상부관으로 유입되어 이동된다. 이때, 복수 개의 열판 사이에 각각 공기들이 이동하게 되어 열교환하게 된다.
상기 열을 제공받은 공기는 상기 제 1 상부관으로 이동되고, 상기 제 1 상부관으로 이동된 공기는 상기 제 1 상부관으로부터 배출되어 다시 상기 제2급기 덕트(50)로 유입될 수 있다. 또한, 열을 제공한 공기는 상기 제 2 하부관으로 이동되며, 상기 제 2 하부관으로 이동된 공기는 상기 제 2 하부관으로부터 배출되어 다시 상기 배기 덕트로 유입될 수 있다.
이를 통해 상기 열교환기를 거찬 열풍이 건조부로 유입시킬 수 있고, 이로 인해, 집전체 상에 코팅액이 도포되어 형성된 코팅층을 건조할 수 있다.
또 하나의 예시에서, 상기 건조부(60)는 내부에 열매유 배관을 더 포함할 수 있다. 상기 열매유는 고온의 오일로서, 상기 열매유 배관을 따라 이동될 수 있다. 예를 들어, 상기 열매유 배관은 당업계에 시판 중인 열매유 배관이 사용되며, 당업계에 공지된 방법에 의해 상기 외기를 가열시켜 열풍을 형성할 수 있다. 상기 건조부는 내부에 전술한 열매유 배관을 더 포함함으로써, 상기 제 2 급기 덕트를 이동하는 외기를 가열시켜 열풍을 형성하여 건조부로 유입시킬 수 있고, 이로 인해, 집전체 상에 코팅액이 도포되어 형성된 코팅층을 건조할 수 있다.
이때, 상기 열교환기 및/또는 열매유 배관에 의해 열풍을 형성하기 위한 전극 건조 장치의 설정 온도는 50℃ 내지 165℃일 수 있고, 구체적으로, 65℃ 내지 150℃, 80℃ 내지 135℃ 또는 95℃ 내지 120℃일 수 있다. 상기 전술한 전극 건조 장치의 설정 온도가 전술한 범위를 만족함으로써, 집전체 상에 코팅액이 도포되어 형성된 코팅층 건조 시 증발되는 습기의 절대습도가 우수할 수 있다.
또 하나의 예시에서, 상기 건조부는 내부에 중적외선(MIR) 건조 장치를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 건조부는 유입된 열풍이 전술한 설정 온도를 갖지 못하는 경우, 상기 중적외선 건조 장치를 통해 직접 히팅을 수행하여 상기 열풍의 온도를 전술한 설정 온도로 상승시킬 수 있다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 제어 구성 및 제어 방법에 대해서 상세히 설명한다.
제어부(200)는 건조 장치의 작동을 제어하도록 구비되는 컨트롤러이며 특히 건조 환경을 제어하기 위한 구성일 수 있다.
건조부(60)는 전극을 가열하는 공간으로 가열 열량은 상기 제어부(200)를 통해 지속적으로 제어될 수 있다.
제어부(200)는 각종 팬(10, 70)과 각종 댐퍼(30, 100, 120)의 작동을 제어할 수 있다. 이러한 구성들의 제어는 각종 습도계(130, 40, 90)에서 감지한 절대 습도를 기반으로 수행될 수 있다.
구체적으로, 제어부(200)는 메인 습도계(130), 급기 습도계(40) 및 회수 습도계(90)에서 감지하는 절대 습도를 기반으로, 급기 댐퍼(30), 회수 댐퍼(100) 및 배기 댐퍼(120)의 개도를 제어할 수 있다.
상기 제어부(200)는 궁극적으로 최적의 절대 습도 환경을 건조 공간에 공급하기 위하여 각종 댐퍼의 작동을 제어할 수 있다. 즉, 건조 공간으로 공급되는 공기의 절대 습도가 최적이 되도록 제어할 수 있다. 따라서, 가장 중요한 제어 팩터는 메인 습도계(130)에서 센싱되는 절대 습도라 할 수 있다.
그러나, 건조 장치의 작동 초기 또는 계절의 변동에 따라, 단계적으로 절대 습도 환경을 만드는 것이 바람직하다.
즉, 건조 장치의 작동이 시작(S10)되면, 제1단계 제어(S20)가 수행되며 이 경우 제어 인자는 급기 습도계(40)에서 센싱되는 절대 습도이다. 요구되는 절대 습도에 따라 제어부(200)는 각종 댐퍼(30, 100, 120)의 개도를 1차적으로 조절하게 된다. 제1단계 제어에서는 외부 공기의 절대 습도를 반영하기 위한 단계라 할 수 있다.
제1단계 제어(S20) 종료 후 제2단계 제어(S30)가 수행될 수 있다. 이 경우 제어 인자는 회수 습도계(90)에서 센싱되는 절대 습도이다. 요구되는 절대 습도에 따라 제어부(200)는 각종 댐퍼(30, 100, 120)의 개도를 2차적으로 조절하게 된다. 제2단계 제어에서는 회수 공기의 절대 습도를 반영하기 위한 단계라 할 수 있다.
제2단계 제어(S20) 종료 후 제3단계 제어(S40)가 수행될 수 있다. 이 경우 제어 인자는 메인 습도계(130)에서 센싱되는 절대 습도이다. 요구되는 절대 습도에 따라 제어부(200)는 각종 댐퍼(30, 100, 120)의 개도를 최종적으로 조절하게 된다. 즉, 궁극적으로 댐퍼들의 최종 제어는 메인 습도계(130)에서 요구되는 절대 습도를 센싱하여 건조 환경이 최적인 절대 습도 환경이 되도록 하기 위함이다.
제3단계 제어(S40)는 지속적으로 수행될 수 있으며, 연속적으로 전극을 효과적이고 안정적으로 건조(S60)할 수 있다.
한편, 로딩양이 많은 경우 제3단계 제어(S40)를 통해서 충분한 절대 습도 환경을 제공하기 어려울 수 있다. 이 경우, 가습 제어(S50)가 수행될 수 있다. 회수되는 습기를 최대한 이용하더라도 요구되는 절대 습도 환경으로 만들기 어려운 경우 추가적으로 습기를 공급할 수 있다.
가습 제어(S50)는 간헐적으로 수행될 수 있으며, 메인 습도계(40)에서 센싱하는 절대 습도를 반영하여 가습 제어(S50)와 제3단계 제어(S40)가 반복적으로 수행될 수 있다. 이러한 단계들을 거치면서 건조 공정이 지속(S60)될 수 있다.
가습기(160)는 가습 기능뿐만 아니라 필터 기능 또한 수행할 수 있다. 회수되는 공기 내에는 이물질들이 함유될 수 있으므로, 필터 기능을 통해 필터링된 공기가 재공급되도록 할 수 있다.
발명의 상세한 설명에 기재되어 있음.

Claims (20)

  1. 집전체 상에 코팅액이 도포된 전극이 건조되는 건조 공간으로 급기 덕트를 통해 급기하도록 구비되는 급기 팬;
    상기 건조 공간으로부터 배기 덕트를 통해 배기하도록 구비되는 배기 팬;
    상기 배기 팬으로부터 배출되는 공기를 상기 급기 팬으로 공급하는 회수 덕트;
    상기 회수 덕트로 유입되는 공기의 양을 조절하는 회수 댐퍼;
    상기 건조 공간으로 급기되는 공기의 절대 습도를 센싱하는 메인 습도계; 및
    상기 건조 공간으로 유입되는 공기에서 절대 습도를 조절하기 위하여, 상기 메인 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 회수 댐퍼의 개도를 조절하는 제어부를 포함하는 전극 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배기 덕트는, 상기 건조 공간과 상기 배기 팬을 연결하는 제1배기 덕트와 상기 배기 팬과 외부 배기구를 연결하는 제2배기 덕트를 포함함을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 급기 덕트는, 외부 급기구와 상기 급기 팬을 연결하는 제1급기 덕트와 상기 급기 팬과 상기 건조 공간을 연결하는 제2급기 덕트를 포함함을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회수 덕트는 상기 제2배기 덕트에서 분지되어 상기 제1급기 덕트와 연결됨을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2배기 덕트에는 상기 외부 배기구로 배기되는 공기의 양을 조절하는 배기 댐퍼가 구비됨을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배기 댐퍼는 상기 회수 덕트의 분지점 후단에 구비됨을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회수 덕트에는 상기 회수 덕트를 통해 상기 제1급기 덕트로 유입되는 공기의 절대 습도를 센싱하는 회수 습도계가 구비됨을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 회수 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 회수 댐퍼의 개도를 조절함을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 회수 댐퍼의 개도가 증가함에 따라 상기 배기 댐퍼의 개도가 감소되도록 조절함을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 제1급기 덕트에는 상기 외부 급기구로부터 유입되는 공기의 양을 조절하는 급기 댐퍼가 구비됨을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 급기 댐퍼는 상기 회수 덕트의 합류점 전단에 구비됨을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1급기 덕트에는 상기 회수 덕트와 상기 외부 급기구로부터 유입되는 공기의 절대 습도를 센싱하는 급기 습도계가 구비됨을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 급기 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 회수 댐퍼와 급기 댐퍼의 개도를 조절함을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 회수 덕트에는 가습기가 구비됨을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 메인 습도계에서 센싱한 절대 습도가 기설정값보다 낮은 경우, 상기 가습기를 통해 가습이 수행되도록 제어함을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  16. 제4항에 있어서,
    상기 제2급기 덕트에서 유입되는 공기와 상기 제1배기 덕트에서 배출되는 공기 사이의 열교환이 수행되는 열교환기가 구비됨을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  17. 제4항에 있어서,
    상기 코팅액은 음극 활물질, 도전재, 바인더 및 용제를 포함하는 음극 슬러리이며, 고형분 함량이 50% 내지 70%임을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  18. 집전체 상에 코팅액이 도포된 전극이 건조되는 건조 공간으로 급기 덕트를 통해 급기하도록 구비되는 급기 팬;
    상기 건조 공간으로부터 배기 덕트를 통해 배기하도록 구비되는 배기 팬;
    상기 배기 팬으로부터 배출되는 공기를 상기 급기 팬으로 공급하는 회수 덕트;
    상기 회수 덕트로 유입되는 공기의 양을 조절하는 회수 댐퍼;
    상기 배기 덕트를 통해 외부 배기구로 배기되는 공기의 양을 조절하는 배기 댐퍼;
    상기 급기 덕트를 통해 외부 급기구로부터 유입되는 공기의 양을 조절하는 급기 댐퍼;
    상기 건조 공간으로 급기되는 공기의 절대 습도를 센싱하는 메인 습도계;
    상기 회수 덕트로 유입되는 공기의 절대 습도를 센싱하는 회수 습도계;
    상기 회수 덕트 및 상기 외부 급기구로부터 유입되는 공기의 절대 습도를 센싱하는 급기 습도계; 및
    상기 건조 공간으로 유입되는 공기에서 절대 습도를 조절하기 위하여, 상기 메인 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 회수 댐퍼의 개도를 조절하는 제어부를 포함하는 전극 건조 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 급기 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 급기 댐퍼, 배기 댐퍼 및 회수 댐퍼의 개도를 조절하는 1단계 댐퍼 제어;
    상기 회수 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 급기 댐퍼, 배기 댐퍼 및 회수 댐퍼의 개도를 조절하는 2단계 댐퍼 제어; 및
    상기 메인 습도계에서 센싱한 절대 습도에 따라 상기 급기 댐퍼, 배기 댐퍼 및 회수 댐퍼의 개도를 조절하는 3단계 댐퍼 제어를 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 3단계 댐퍼 제어 후 상기 회수 덕트에 구비되는 가습기의 작동을 제어하는 가습 제어를 수행함을 특징으로 하는 전극 건조 장치.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120095590A (ko) * 2011-02-21 2012-08-29 삼성에스디아이 주식회사 건조 시스템
KR20130127578A (ko) * 2012-05-15 2013-11-25 주식회사 엘지화학 이차전지 제조용 전극 건조 오븐 자동 급기 유량 제어 장치
JP5503937B2 (ja) * 2009-10-08 2014-05-28 日産自動車株式会社 電極乾燥装置及び電極乾燥方法
JP6019747B2 (ja) * 2012-05-22 2016-11-02 株式会社ジェイテクト 電極製造システム
KR20210050721A (ko) * 2019-10-29 2021-05-10 현대자동차주식회사 이차전지용 전극의 건조 시스템

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5679264B2 (ja) * 2010-06-07 2015-03-04 株式会社大気社 熱回収式の低湿空気供給システム
JP5862880B2 (ja) * 2012-02-28 2016-02-16 株式会社大気社 乾燥炉設備
CN207056944U (zh) * 2017-06-07 2018-03-02 天津市捷威动力工业有限公司 一种nmp回收系统及锂离子动力电池涂布系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5503937B2 (ja) * 2009-10-08 2014-05-28 日産自動車株式会社 電極乾燥装置及び電極乾燥方法
KR20120095590A (ko) * 2011-02-21 2012-08-29 삼성에스디아이 주식회사 건조 시스템
KR20130127578A (ko) * 2012-05-15 2013-11-25 주식회사 엘지화학 이차전지 제조용 전극 건조 오븐 자동 급기 유량 제어 장치
JP6019747B2 (ja) * 2012-05-22 2016-11-02 株式会社ジェイテクト 電極製造システム
KR20210050721A (ko) * 2019-10-29 2021-05-10 현대자동차주식회사 이차전지용 전극의 건조 시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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