KR20200094865A - 전극 압연롤 세정장치 및 세정방법 - Google Patents

전극 압연롤 세정장치 및 세정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 결이 형성된 세정부재가 구비되어 있는 세정부를 둘 이상 포함하고 있는 전극 압연롤 세정장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전극 압연롤의 세정장치는 둘 이상의 복수 개의 세정부를 포함하며, 상기 세정부에는 결의 방향이 상이한 세정부재가 각각 포함됨으로써, 잔여 세정액 및 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 의한 압연롤 세정장치를 이용하여 압연롤을 세정할 경우 특성이 상이한 수계 세정액과 알코올계 세정액을 함께 사용할 수 있으면서도, 세정 이후 압연롤에 잔여 세정액이 남아 있지 않아 이후 전극의 2차 오염을 방지하여 전극 제조시 전극에 불량 발생률이 감소할 수 있다.

Description

전극 압연롤 세정장치 및 세정방법{Apparatus And Method For Cleaning Rolling Roll}
본 발명은 전극 제조공정에서 사용되는 전극 압연롤 세정장치에 관한 것으로, 구체적으로는 결이 형성된 세정부재가 구비되어 있는 세정부를 둘 이상 포함하고 있는 전극 압연롤 세정장치에 관한 것이다.
화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있고, 특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
일반적으로, 이차전지는 집전체의 표면에 전극활물질을 포함하는 전극 합제를 도포하여 양극과 음극을 구성하고 그 사이에 분리막을 개재하여 전극조립체를 만든 후, 원통형 또는 각형의 금속 캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 장착하고, 상기 전극조립체에 주로 액체 전해질을 주입 또는 함침시키거나 고체 전해질을 사용하여 제조된다.
또한 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리막 시트로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
한편, 전극은 이온의 교환을 통해서 전류를 발생시키는데, 전극을 이루는 양극 및 음극은 금속으로 이루어진 전극 집전체에 전극 활물질이 도포된 구조로 이루어진다.
분리막은 전지의 양극과 음극 사이에 위치하여 절연을 시키며, 전해액을 유지시켜 이온전도의 통로를 제공한다.
상기 전극 및 분리막 등의 제조를 위한롤 프레스 공정, 슬리팅 공정, 노칭 공정, 라미네이션 공정, 또는 폴딩 공정 등은 대부분이롤투롤 공정(Roll-to-roll processing)을 사용하고 있고, 여기서롤투롤 공정은, 여러 개의 휘어질 수 있는 금속 호일 등이롤러와롤러 사이로 이동하면서 코팅, 프린팅 등의 공정을 실시할 수 있는 공정을 말한다.
즉, 예를 들면, 유연하고 얇은 시트형의 재료를 권취하고 있는 롤을 풀어 재료를 공급하고, 공급된 재료에 코팅 또는 프린팅 등을 실시한 뒤, 또 다른롤에서 가공된 재료를 다시 되감아 회수하는 방식을 들 수 있다. 특히 이차전지용 양극과 음극의 전극은 시트 상에 양극 활물질 또는 음극 활물질을 도포하고 이를 압연함으로써 이루어진다.
이와 같은 압연 과정에서, 반복적인 압연이 진행되면서 압연 시 롤에 압연 후 남은 활물질 또는 기타 이물질이 부착될 경우, 이후의 압연 과정에서 전극에 이물질이 부착될 수 있어 전극 및 이를 포함하는 전지의 품질이 감소되는바, 압연롤의 오염을 제거하기 위한 압연롤 세정장치가 사용되고 있다.
한국공개특허 제10-2016-0083716호 일본공개특허 제2012-245492호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로 본 발명에 의한 전극 압연롤 세정장치는, 결 방향이 상이한 세정부재를 구비하는 둘 이상의 세정부를 포함하는 것으로서, 본 발명은 복수로 설치된 세정부가 상호보완적으로 작용하여 종래의 세정장치에서 일부가 미흡하게 세정되었던 단점을 개선하여 세정력이 더욱 향상된 전극 압연롤 세정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 세정장치는 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
구체적으로 본 발명에 따른 세정장치는 전극 압연롤에 부착된 오염물질을 제거하는 전극 압연롤 세정장치로서,
압연롤과 세정부재를 접촉시켜 압연롤을 세정하는 제1세정부; 및
상기 제1세정부에 의하여 세정된 압연롤과 세정부재를 접촉시켜 압연롤을 세정하는 제2세정부;를 포함할 수 있으며,
상기 제1세정부 및 제2세정부의 세정부재 상에는 방향이 상이한 결이 형성되어 있을 수 있다.
한편, 상기 제1세정부 및 제2세정부에는 각각 세정부재가 구비되어 있으며 공급롤, 세정유닛, 세정액분사유닛, 및 권취롤을 포함할 수 있다.
구체적으로, 세정부재를 공급하는 공급롤;
상기 세정부재를 상기 압연롤에 접촉시켜 압연롤의 표면을 세정하게 하는 세정유닛;
상기 세정부재에 세정액을 분사하는 세정액분사유닛; 및
상기 압연롤의 표면을 세정한 상기 세정부재를 회수하는 권취롤;을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 세정부재는 부직포일 수 있다.
상기 세정부재 상에 형성된 결의 방향은 세정부재의 진행 방향에 대하여 0 내지 90도의 각도를 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로 상기 세정부재 상에 형성된 결의 방향은 세정부재의 진행 방향에 대하여 30 내지 60도의 각도를 이루도록 형성되는 것이 더욱 바람직하며, 40 내지 50도의 각도를 이루도록 형성되는 것이 가장 바람직하다.
또한 상기 제1세정부 및 제2세정부의 세정부재 상에 형성된 결의 방향은 서로 60 내지 120도의 사이각을 이루며 교차하도록 하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로 상기 제1세정부 및 제2세정부의 세정부재 상에 형성된 결 방향은 서로 80 내지 100도의 사이각을 이루며 교차하도록 하는 것이 더욱 바람직하며, 서로 85 내지 95도의 사이각을 이루며 교차하도록 하는 것이 가장 바람직하다.
상기 전극 압연롤 세정장치는, 압연롤의 표면에 부착된 이물질을 긁어내는 스크래핑 패드를 추가로 포함할 수 있다. 스크래핑 패드는 압연롤과 접촉하여 세정장치가 작동되는 동안 압연롤의 회전에 따라 오염물질이 지속적으로 제거하는 역할을 한다. 이 때 스크래핑 패드는 제1세정부 전, 제1세정부와 제2세정부 사이, 제2세정부 후에 하나 또는 둘 이상 설치하는 것이 가능하다.
또한, 상기 전극 압연롤 세정장치는, 압연롤의 표면에 부착된 액상의 오염물질 및/또는 잔존하는 세정액을 제거하기 위해 공기를 분사하는 공기분사부를 추가로 포함할 수 있다.
그 외에도 상기 전극 압연롤 세정장치는, 압연롤의 표면에 열을 인가하여 건조시키는 가열부를 포함을 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 전극 압연롤 세정장치는 가열부를 포함함으로써, 압연롤 표면에 미세하게 남아 있는 수분을 열에 의하여 건조하여 제거할 수 있으며, 그에 따라 세정 작업의 효율을 더욱 높일 수 있다.
한편, 상기 세정부재에 분사되는 세정액은 물과 알코올계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있으며, 물 및/또는 알코올계 화합물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제1세정부에는 물을 포함하는 세정액을 사용하여 세정력을 더욱 향상시킬 수 있으며, 제1세정부에 의하여 세정된 압연롤을 2차적으로 세정하는 제2세정부에는 빠르게 기화되는 알코올계 화합물을 포함하는 세정액을 사용하여, 세정 과정에서 발생하는 수분을 빠르게 제거할 수 있다.
본 발명에 따라 전극 압연롤에 부착된 오염물질을 제거하는 전극 압연롤의 세정방법은 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다.
결의 방향이 상이한 둘 이상의 세정부재를 준비하는 세정준비단계;
상기 세정부재에 세정액을 분사하는 세정액분사단계;
상기 세정액이 분사된 세정부재를 순차적으로 압연롤에 접촉시켜 압연롤의 표면을 세정하는 세정단계.
이 때, 상기 전극 압연롤 세정방법에서는, 필요에 따라 다음과 같은 단계를 추가로 더 포함할 수 있다.
전극 압연롤의 표면에 부착된 이물질을 긁어 내는 스크래핑 단계;
전극 압연롤의 표면에 공기를 분사하여 잔여물질을 제거하는 공기분사 단계;
전극 압연롤의 표면에 열을 인가하여 건조시키는 건조 단계.
상기 스크래핑 단계, 공기분사 단계 및 건조단계는 본 발명의 압연롤 세정방법에 있어서 하나 또는 둘 이상 선택되어 본 발명의 세정방법에 추가적으로 더 포함될 수 있으며, 전체 공정의 효율 및/또는 장치 형태 등의 조건에 따라 상기 세정준비단계의 전 또는 세정단계의 후에 추가될 수 있다.
본 발명에 따른 전극 압연롤의 세정장치는 둘 이상의 복수 개의 세정부를 포함하며, 상기 세정부에는 결의 방향이 상이한 세정부재가 각각 포함됨으로써, 잔여 세정액 및 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있으며, 특성이 상이한 수계 세정액과 알코올계 세정액을 함께 사용할 수 있으면서도, 세정 이후 압연롤에 잔여 세정액이 남아 있지 않아 이후 전극의 2차 오염을 방지하여 전극 제조시 전극에 불량 발생률을 감소시킬 수 있다.
도 1은 통상적으로 사용되는 전극 압연 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 전극 압연롤 세정장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 전극 압연롤 세정장치에 있어서, 세정 공정에 따른 세정부재의 진행 방향 및 그에 대한 세정부재의 결 방향을 예시적으로 도시한 것이다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시양태에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물 및 변형예가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본원 명세서 전체에서, 세정부재 및/또는 부직포 상에 「결」이 형성되어 있다고 할 때, 이는 제직이나 웹의 결합방식 등의 제조방법에 따라 직물 및/또는 부직포 상에 형성된 결 모양의 패턴을 의미하는 것이다. 일례로 본 발명의 일 실시형태에 따라 세정부재로 사용된 부직포의 경우, 제직 없이 웹을 형성한 다음 압착하는 방법으로 제조되며, 제조방법에 따라 결이 형성되거나 결이 형성되지 않을 수도 있다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 「연결」되어 있다고 할 때, 이는 「직접적으로 연결되어 있는 경우」뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 「전기적으로 연결」되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, "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.
본원 명세서 전체에서 사용되는 용어 「약」, 「실질적으로」 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용 오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로서 사용되고 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 「이들의 조합(들)」의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
이하 본 발명을 더욱 자세히 설명한다.
도 1은 일반적인 전극의 압연 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 전극의 압연 장치(100)는 전극 활물질을 포함하는 전극 합제가 도포된 전극(110)을 상부롤 및 하부롤을 포함하는 압연롤(120) 사이로 통과시켜 전극의 압연 공정을 수행한다. 따라서 전술한 바와 같이 압연 과정에서 이물질 또는 전극 합제가 압연롤(120)에 부착될 경우 이후의 다른 전극의 압연 과정에서 상기 부착된 이물질 또는 전극 합제로 인해 전극이 오염될 수 있어 바람직하지 않다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 압연롤 세정 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 전극 압연롤 세정장치(200)는, 전극의 압연을 수행하면서 발생할 수 있는 이물질을 제거하기 위하여 하기와 같은 구성을 포함하고 있다.
본 발명에 의한 압연롤 세정장치(200)는 상부롤(201)과 하부 롤(202)을 포함하는 압연롤(203)을 이용하여 전극의 압연 공정을 수행하는 중, 압연롤(203)의 세정을 동시에 수행하기 위한 장치로서, 구체적으로 전극 집전체 상에 도포된 활물질 및/또는 첨가물이 상기 압연롤의 표면에 부착되어 발생하는 이물질(204)을 제거하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명에 의한 압연롤 세정장치(200)를 이용하면, 이물질이 부착된 압연롤로 인해 전극이 2차 오염되는 현상을 방지할 수 있으며, 그에 따라 압연롤 세정을 위해 공정을 중단하지 않아도 양호한 품질의 전극을 지속적으로 생산할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 압연롤 세정장치(200)는 이물질(204) 제거를 위해 제1세정부(210) 및 제2세정부(220)을 포함하고 있다.
상기 제1세정부(210) 및 제2세정부(220)은 각각 공급롤(211, 221), 권취롤(212, 222), 세정유닛(213, 223), 세정액분사유닛(214, 224) 및 세정부재(215, 225)를 포함하는 것일 수 있는데, 상기 제1세정부(210) 및 제2세정부(220)는 회전하는 압연롤(203)에 제1세정부(210), 제2세정부(220)의 순서로 직접 접촉하면서 세정부재(215, 225)를 이용하여 이물질(204)을 제거하는 역할을 한다.
이 때, 상기 세정부재(215, 225)는 공급롤(211, 221)에 의해 공급되고, 권취롤(212, 222)에 의해 권취되며, 공급롤(211, 221)과 권취롤(212, 222) 사이에 위치하고 압연롤(203)에 인접하는 세정유닛(213, 223)을 거치면서 압연롤(203) 세정을 수행한다.
한편, 상기 세정부재(215, 225)로는 직물 및/또는 부직포를 사용할 수 있으며, 종류에 제한은 없으나, 세정부재의 특성을 조절하기 용이한 부직포가 바람직하다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 세정 부재(215, 225)는 부착된 이물질을 원활하게 흡수 및/또는 제거할 수 있고, 압연롤(203)의 표면에 손상을 주지 않으면서 세정 능력이 우수한 것으로서 바람직하게는 부직포를 사용할 수 있다. 또한 부직포의 소재는 이물질을 흡수 또는 제거할 수 있으면 그 종류에 제한은 없으며, 면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아라미드, 셀룰로오스, 레이온으로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 의하면 부직포로 비스코스 레이온과 폴리에틸렌테레프탈레이트를 8 : 2의 중량비로 혼합한 것을 사용할 수 있다.
상기 세정부재(215, 225)에는 세정 능력을 더욱 향상시키기 위하여 세정액이 도포될 수 있는데, 세정액은 권취롤(211, 221)과 세정유닛(213, 223) 사이에 위치하는 세정유닛(214, 224)으로부터 세정부재(215, 225)에 분사될 수 있다.
상기 세정액은 물과 알코올계 화합물로 이루어진 군에서 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 다만, 본 발명은 압연롤 세정장치에 의한 세정공정은 제1세정부(210) 및 제2세정부(220)에 의하여 연속적으로 세정을 거치므로, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, 제1세정부(210)에는 세정력이 우수하나 증발이 잘 되지 않는 정제수를 주로 포함하는 세정액을 사용하더라도, 제2세정부(220)에서 잔존하는 세정액을 닦아 낼 수 있으므로, 세정 효율을 더욱 높일 수 있다. 또한, 제2세정부(220)에 의해 세정된 압연롤(203)은 재차 전극 압연 작업을 수행하게 되므로 제2세정부에는 가급적 기화력이 우수한 알코올계 세정액을 사용하는 것이 바람직하다.
특히 상기 알코올계 세정액은 장기간 압연 공정으로 인해 압연롤의 온도가 상승하여도 발화되지 않도록 탄소수가 4개 이상인 알코올을 포함하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 옥탄올을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 압연롤 세정장치는 압연롤에 대한 세정력을 더욱 향상시키기 위하여 상기 제1세정부 및 제2세정부 외에도 압연롤(203)에 공기를 분사하는 공기 분사부(230); 상기 압연롤(203)에 열을 인가하여 상기 압연롤(203)을 건조시키는 가열부(240); 및 상기 압연롤(203)에 부착된 잔존 세정액 및 이물질(204)을 기계적으로 제거하는 스크래퍼 패드(250); 를 선택적으로 더 포함할 수 있다.
도 2에는 상기 제1세정부(210) 및 제2세정부(220) 외에도 공기분사부(230), 가열부(240), 스크래퍼 패드(250)를 추가로 더 포함하는 본 발명에 의한 압연롤 세정장치(200)의 바람직한 일 실시형태가 예시적으로 도시되어 있다. 도 2를 참조하면 제1세정부(210)와 제2세정부(220)를 거쳐 세정된 압연롤(203)은 스크래퍼 패드(250)를 통해 잔존하는 세정액 및/또는 이물질을 먼저 긁어낸 다음, 공기분사부(230)에서 공기를 분사하여 잔여 세정액을 날려 버리고, 마지막으로 가열부에서 압연롤(203) 표면에 열을 인가하여 건조시키면서 표면에 남아 있는 미세한 수분을 증발시키게 된다. 다만, 상기 각 구성들의 순서는 공정의 효율 및 각 구성의 크기에 따라 적절하게 변경이 가능하며, 본 발명을 도 2에 도시된 일 실시형태로 한정하여 해석하여서는 아니 될 것이다.
한편, 본 발명의 압연롤 세정장치(200)의 제1세정부(210) 및 제2세정부(220)에는 각각 결의 방향이 상이한 세정부재(215, 225)를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1세정부(210)에 사용되는 세정부재(215) 및 제2세정부(220)에 사용되는 세정부재(225) 모두 부직포를 사용할 수 있다.
부직포는 천을 형성하기 위한 과정에서 제직하는 공정을 거치지 않고, 평행 또는 방향 없이 무작위로 배열한 다음 합성수지 접착제로 결합하여 펠트모양으로 만든 것이다. 부직포는 원사를 결합시키는 방법에 따라 케미컬 본딩(Chemical Bonding), 써멀 본딩(Themal Bonding), 에어 레이(Air Ray), 웨트 레이(Wet Ray), 니들 펀칭(Needle Punching), 스펀본드(Spun Bond), 스티치 본드(Stitch Bond) 등의 다양한 방식으로 제조할 수 있다.
또한, 용도 및 목적에 따라 원사의 소재, 상기와 같이 제조 방법 등을 다양하게 적용함으로써 여과성, 보온성, 성형성, 흡수성, 절연성, 방전성 등의 다양한 물성을 부여하는 것이 가능하다.
한편, 제조된 부직포 상에는 결이 형성되거나 형성되지 않을 수도 있는데, 이는 부직포의 제조방법에 따라 다르며, 결이 형성되는 경우 원사가 결합되는 웹(Web)의 형태에 따라 OB 타입, CB 타입, MB 타입으로 구분할 수 있다. 이 중 OB 타입으로 제조된 부직포의 경우 일방향으로 평행하게 결이 형성되는데, OB 타입의 경우 부직포의 박리가 잘 되지 않고 생산비용이 저렴하다는 장점이 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 본 발명의 압연롤 세정장치는 결이 형성된 세정부재를 사용하며, 제1세정부와 제2세정부에 사용되는 세정부재는 결의 방향이 상이하다.
도 3에는 본 발명의 실시형태에 따라 세정부재 상에 형성된 결의 방향을 도시하였다. 도 3에 도시된 각 세정부재를 구체적으로 설명하면, 화살표는 세정부재의 진행방향이며, (a)는 진행방향에 대하여 좌측으로 45도, (b)는 진행방향에 대하여 우측으로 45도 각도를 이루는 결이 형성된 것이다. 또한, (c)는 세정부재의 진행방향과 동일한 방향으로, (d)는 세정부재와 수직하는 방향으로 결이 형성되어 있다.
부직포를 세정부재로 사용하는 경우, 상기한 부직포 제조과정에서 먼저 결이 형성되도록 제조한 다음, 결을 원하는 방향으로 향하도록 재단하여 도 3의 (a), (b), (c), (d)와 같은 결을 가지도록 세정부재를 준비할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예 및 비교예에 따르면, 상기 (a) 내지 (d)의 부직포 및/또는 결이 형성되지 않은 부직포를 세정부재로서 각각 제1세정부 및 제2세정부에 사용한다.
본 출원인이 실험한 결과, 결이 형성되지 않은 부직포를 세정부재로 사용하는 경우, 세정부재의 각 부위에 작용하는 장력 등의 차이로 인하여 세정력의 차이가 발생하며, 이로 인해 장기 세정 공정 진행 시 부분적인 2차 오염이 발생하였다.
한편, 결이 있는 부직포를 세정부재로 사용하는 경우, 결이 없는 부직포에 비하여 세정력은 다소 향상되었지만, 결 방향에 따라 세정이 잘 되지 않는 부분이 나타나는 특성이 있었다.
이에 본 출원인은 연구를 거듭한 결과, 세정부재를 포함하는 세정부를 둘 이상 구비하여, 세정부재로서 사용되는 각 부직포의 결 방향을 상이하게 적용하는 경우, 결 방향에 따른 세정 특성을 상호 보완하여 우수한 세정 효과를 나타내는 것을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
구체적으로, 제1세정부에 사용된 부직포의 결 방향과 제2세정부에 사용된 부직포의 결 방향은 서로 교차 시 60 내지 120도의 사이각을 이루도록 하는 것이 결 방향에 따른 세정 특성을 서로 보완할 수 있어서 바람직하다. 더욱 구체적으로 상기 각 부직포의 결 방향이 서로 80 내지 100도의 사이각을 이루도록 할 경우 가장 효율이 좋게 나타났다.
반면 상기 범위를 벗어나는 경우 결 방향 특성 보완이 어려우므로, 세정 능력이 저하될 수 있다. 예를 들어, 제1세정부와 제2세정부의 결 방향이 동일할 경우 교차 시 사이각이 상기 범위를 벗어난 0도 또는 180도가 되는데, 본 출원인이 실험한 결과 이러한 경우 결 방향 특성에 따라 세정력이 저하되는 부위를 실질적으로 보완하기 어려우며, 이와 유사한 사이각을 이루는 경우에도 마찬가지로 세정력 저하가 예상된다.
한편, 각 세정부재에 형성된 결의 방향은 도 3에 도시된 바와 같이 세정부재의 진행방향에 대하여 0 내지 90도 각도를 이루도록 형성될 수 있는데, 본 출원인이 실험한 결과 30 내지 60도 각도를 이루도록 형성할 경우 더욱 바람직한 결과가 나타났다.
상기한 본 발명의 압연롤 세정장치를 이용한 압연롤 세정방법은 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다.
결의 방향이 상이한 둘 이상의 세정부재를 준비하는 세정준비단계;
상기 세정부재에 세정액을 분사하는 세정액분사단계;
상기 세정액이 분사된 세정부재를 순차적으로 압연롤에 접촉시켜 압연롤의 표면을 세정하는 세정단계.
또한 본 발명의 압연롤 세정장치는 스크래퍼 패드, 공기분사부, 가열부 중 선택적으로 하나 또는 둘 이상을 추가로 더 포함할 수 있는바, 본 발명에 의한 압연롤 세정방법은 다음과 같은 단계를 하나 또는 둘 이상 추가로 더 포함할 수 있다.
전극 압연롤의 표면에 부착된 이물질을 긁어 내는 스크래핑 단계;
전극 압연롤의 표면에 공기를 분사하여 잔여물질을 제거하는 공기분사 단계;
전극 압연롤의 표면에 열을 인가하여 건조시키는 건조 단계.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1
전극 집전체로서 폭 1000mm, 두께 10㎛의 구리 호일을 사용하였으며, 집전체의 이송 중에 전극 합제로서 탄소 95 중량%(전극 활물질), Super-C(도전제) 2.5 중량% 및 SBR(바인더) 2.5 중량%를 용제인 CMC(Carboxymethyl cellulose, 수계 용매) 및 증류수의 혼합 용액에 첨가하여 혼합물 슬러리를 제조하였으며 상기 집전체에 이를 도포하고, 건조 후 압연 및 권취하여 전극을 제조하였다.
상기 압연 과정을 진행하면서, 세정장치를 사용하여 압연롤을 세정하였다. 상기 세정장치는 도 2와 같은 구조인 것을 사용하였다.
한편 세정부재로서, 제1세정부에는 도 3의 (a)와 같이 결 방향이 진행방향에 대하여 좌측으로 45도 각도를 이루도록 형성된 부직포를, 제2세정부에는 도 3의 (b)와 같이 결 방향이 진행방향에 대하여 우측으로 45도 각를 이루도록 형성된 부직포를 사용하였다. 또한 세정부재로서 부직포의 소재는 비스코스 레이온과 PET를 8 : 2의 중량비로 포함하는 것을 사용하였다.
이 때 상기 제1세정부의 부직포와 제2세정부의 부직포에 형성된 결 방향을 서로 교차시키면 서로 90도 각도를 이룬다.
또한, 세정액으로 제1세정부에는 정제수를 사용하였으며, 제2세정부에는 정제수와 n-옥탄올을 8:2의 중량비로 혼합한 것을 사용하였다. 세정액의 투입량은 제1세정부 및 제2세정부 모두 10ml/분으로 동일하게 하였다.
상기한 방법으로 세정장치를 가동하면서 10000m 길이의 전극을 제조하였다.
실시예 2
제1세정부와 제2세정부에 사용된 부직포의 결 방향이 실시예 1과 다른 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 세정장치를 가동하면서 전극을 제조하였다.
세정부재로서 제1세정부에는 도 3의 (c)와 같이 결 방향이 진행방향과 동일하게 형성되어 있는 부직포를 사용하였으며, 제2세정부에는 도 3의 (d)와 같이 결 방향이 진행방향과 수직으로 형성되어 있는 부직포를 사용하였다.
이때 상기 제1세정부와 제2세정부의 부직포 결 방향은 서로 수직으로 교차하여 90도의 각도를 이룬다.
비교예 1
제1세정부와 제2세정부에 세정부재로서 결이 형성되지 않은 부직포를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 세정장치를 가동하면서 전극을 제조하였다.
비교예 2
제1세정부와 제2세정부에 세정부재로서 도 3의 (C)와 같이 진행방향과 동일한 방향의 결이 형성된 부직포를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 세정장치를 가동하면서 전극을 제조하였다.
비교예 3
제1세정부와 제2세정부에 세정부재로서 도 3의 (d)와 같이 진행방향과 수직하는 방향의 결이 형성된 부직포를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 세정장치를 가동하면서 전극을 제조하였다.
비교예 4
제1세정부와 제2세정부에 세정부재로서 도 3의 (a)와 같이 진행방향에 대하여 좌측으로 45도 방향의 결이 형성된 부직포를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 세정장치를 가동하면서 전극을 제조하였다.
색차계 측정 실험
상기 실시예 및 비교예에 따라 전극 압연 및 압연롤 세정 공정을 거친 상기 전극 압연롤에 대하여 색차계 측정을 하였다. 압연 공정 전의 압연롤 및 압연 공정 후 압연롤에 대하여 각각 L*a*b* 색차계(Labscan XE, HauterLab사(제))를 이용하여 측정한 초기 색좌표 L* 값을 측정하고, 전극 제조를 이로 수행한 후 압연롤의 L* 값을 측정하였다. 그리고 색 좌표 L* 값의 변화량(△L*)을 측정하였다. 측정은 상부와 하부 압연롤 중 상부 압연롤에 대하여 진행하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(색차계(Colorimeter)는 당업계 공지의 물체의 색을 측정하는 장치로서, L*a*b* 색차계는 국제조명위원회(CIE)에서 규정한 것으로, 한가지의 색을 X축, Y축 및 Z축으로 구성된 3차원의 균일한 색공간에서의 위치(x,y,z)로 표시하는 장치로서, 눈과 매우 근사한 차이를 보여 주기 때문에 현재 세계적으로 표준화되어 있다. 이 중, 색좌표 L*는 대상에 측정된 명도(Lightness)와 관련된 값으로 0 내지 100까지 표시가 되고, a값과 b값은 평면좌표계로서 가로축이 a, 세로축이 b이며, +a 쪽은 적색(red), -a 쪽은 녹색(green), +b 쪽은 황색(yellow), -b 쪽은 청색(blue)을 나타낸다.)
구분 압연 전 L* 압연 후 L* △L*
실시예 1 85 70 15
실시예 2 85 68 17
비교예 1 85 45 40
비교예 2 85 57 28
비교예 3 85 52 33
비교예 4 85 58 27
상기 표 1의 결과에 기재된 바와 같이,
제1세정부 및 제2세정부에 각각 결의 방향이 상이한 세정부재를 사용한 실시예 1, 2의 경우 압연롤 표면의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있으며, 그로 인해 압연롤 표면의 이물질에 의하여 전극의 2차 오염되는 것을 방지하는 효과를 기대할 수 있다.
특히 세정부재 상에 진행방향에 대하여 좌측 및 우측 45도로 각각 결이 형성되고, 결 방향이 90도 각도로 교차하는 실시예 1의 경우 실시예 2보다 더욱 효과가 우수한 것으로 나타났다.
반면, 결이 형성되지 않은 세정부재를 사용한 비교예 1 및 결의 방향이 동일한 세정부재를 복수 개 사용한 비교예 2 내지 4의 경우 세정 효과가 상기 실시예 1, 2 대비 현저히 저하되는 것으로 나타났다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 전극 압연 장치
110 : 전극
120 : 압연롤
200 : 압연롤 세정장치
201 : 상부롤
202 : 하부롤
203 : 압연롤
204 : 이물질
210 : 제1세정부
220 : 제2세정부
211. 221 : 공급롤
212, 222 : 권취롤
213. 223 : 세정 유닛
214. 224 : 세정액 분사 유닛
215, 225 : 세정 부재
230: 공기분사부
240: 가열부
250: 스크래핑 패드

Claims (16)

  1. 전극 압연롤에 부착된 오염물질을 제거하는 전극 압연롤 세정장치로서,
    압연롤과 세정부재를 접촉시켜 압연롤을 세정하는 제1세정부; 및
    상기 제1세정부에 의하여 세정된 압연롤과 세정부재를 접촉시켜 압연롤을 세정하는 제2세정부;를 포함하고,
    상기 제1세정부 및 제2세정부의 세정부재 상에 방향이 상이한 결이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 압연롤 세정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1세정부 및 제2세정부는,
    세정부재를 공급하는 공급롤;
    상기 세정부재를 상기 압연롤에 접촉시켜 압연롤의 표면을 세정하게 하는 세정유닛;
    상기 세정부재에 세정액을 분사하는 세정액분사유닛; 및
    상기 압연롤의 표면을 세정한 상기 세정부재를 회수하는 권취롤;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 압연롤 세정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세정부재는 부직포인 것을 특징으로 하는 전극 압연롤 세정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세정부재 상에 형성된 결의 방향은 세정 시 세정부재의 진행 방향에 대하여 0 내지 90도의 각도를 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 전극 압연롤 세정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세정부재 상에 형성된 결의 방향은 세정 시 세정부재의 진행 방향에 대하여 30 내지 60도의 각도를 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 전극 압연롤 세정장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1세정부 및 제2세정부의 세정부재 상에 형성된 결 방향은 서로 60 내지 120도의 사이각을 이루며 교차하는 것을 특징으로 하는 전극 압연롤 세정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1세정부 및 제2세정부의 세정부재 상에 형성된 결 방향은 서로 80 내지 100도의 사이각을 이루며 교차하는 것을 특징으로 하는 전극 압연롤 세정장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전극 압연롤 세정장치는,
    압연롤의 표면에 부착된 이물질을 긁어내는 스크래핑 패드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 압연롤 세정장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극 압연롤 세정장치는,
    압연롤의 표면에 공기를 분사하는 공기분사부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 압연롤 세정장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전극 압연롤 세정장치는,
    압연롤의 표면에 열을 인가하여 건조시키는 가열부를 포함을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 압연롤 세정장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 세정액은 물과 알코올계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것인 전극 압연롤 세정장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 제1세정부에는 물을 포함하는 세정액을 사용하고,
    상기 제2세정부에는 알코올계 화합물을 포함하는 세정액을 사용하는 것을 특징으로 하는 전극 압연롤 세정장치.
  13. 전극 압연롤에 부착된 오염물질을 제거하는 전극 압연롤의 세정방법에 있어서,
    결의 방향이 상이한 둘 이상의 세정부재를 준비하는 세정준비단계;
    상기 세정부재에 세정액을 분사하는 세정액분사단계;
    상기 세정액이 분사된 세정부재를 순차적으로 압연롤에 접촉시켜 압연롤의 표면을 세정하는 세정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 압연롤의 세정방법.
  14. 제13항에 있어서,
    전극 압연롤의 표면에 부착된 이물질을 긁어 내는 스크래핑 단계를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 압연롤의 세정방법.
  15. 제13항에 있어서,
    전극 압연롤의 표면에 공기를 분사하여 잔여물질을 제거하는 공기분사 단계를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 압연롤의 세정방법.
  16. 제13항에 있어서,
    전극 압연롤의 표면에 열을 인가하여 건조시키는 건조 단계를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 압연롤의 세정방법.
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