WO2022055018A1 - 전극 건조 장치 및 전극 건조 방법 - Google Patents

전극 건조 장치 및 전극 건조 방법 Download PDF

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an electrode drying apparatus and an electrode drying method, and more particularly, to an electrode drying automatic control system and an electrode drying automatic control method by measuring a gray level value.
  • secondary batteries are sometimes classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, etc. depending on the composition of the electrode and electrolyte.
  • secondary batteries include a cylindrical battery and a prismatic battery in which an electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and a pouch-type battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the battery case.
  • the electrode assembly built into the battery case consists of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode, and is a power generating element capable of charging and discharging. It is classified into a jelly-roll type wound with a separator interposed therebetween, and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween.
  • the positive electrode and the negative electrode are formed by applying a positive electrode slurry containing a positive electrode active material and a negative electrode slurry containing a negative electrode active material to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector, respectively to form a positive electrode active material layer and a negative electrode active material layer, followed by drying and rolling them do.
  • the quality of the electrode is determined according to the drying conditions. If the amount of drying heat is excessive, a significant amount of the binder in the electrode slurry moves to the surface during the drying process, reducing the adhesion of the electrode. and roll contamination of the rolling process.
  • the amount of heat for drying the electrode is supplied by hot air and infrared heater. Even under the same drying conditions, the drying quality changes depending on the internal and external environment of the oven, so the electrode quality is checked in real time and dried. We need a control system that can change conditions automatically.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and the electrode drying apparatus and electrode drying method capable of improving the quality of the electrode by checking the quality of the electrode in real time and adjusting the drying conditions of the electrode in real time accordingly is intended to provide
  • the electrode drying apparatus provides a space in which the electrode is dried, and includes an oven having a hot air nozzle or an infrared heater; a color coordinate measuring unit located at the outlet of the oven and measuring the color coordinate value of the electrode active material layer with respect to the dried electrode; and a control unit that analyzes the drying result of the electrode from the color coordinate values, determines whether the electrode is dry or not, and controls drying conditions of the electrode.
  • the color coordinate value may be L*.
  • the color coordinate value is a gray value according to a gray scale.
  • the color coordinate measuring unit includes a spectrophotometer or a colorimeter.
  • control unit analyzes the degree of drying of the electrode or the distribution of the binder in the electrode from the color coordinate value, and determines whether there is a defect.
  • the electrode drying apparatus according to the present invention further includes an outdoor air condition measuring unit for measuring the temperature and humidity of the outdoor air.
  • the controller may reset the drying conditions by reflecting the existing drying conditions and the temperature and humidity of the outside air.
  • control unit changes the drying condition of the electrode in real time by reflecting the reset drying condition.
  • control unit automatically updates the reset drying condition through machine learning.
  • the present invention also provides an electrode drying method, wherein the electrode drying method according to the present invention forms an electrode active material layer including an electrode active material on a current collector to manufacture an electrode, Putting in an oven to dry; measuring the color coordinate values of the electrode active material layer with respect to the dried electrode; analyzing the drying result of the electrode from the color coordinate values and determining whether the electrode is dry or not; and controlling the drying conditions of the electrode.
  • the color coordinate value may be L*.
  • the color coordinate value is a gray value according to a gray scale.
  • the step of measuring the color coordinate values of the electrode active material layer is performed through a spectrophotometer or a colorimeter.
  • measuring the color coordinate value of the electrode active material layer includes obtaining an image by photographing the surface of the electrode through illumination and an image sensor, and converting color information of the image into color coordinates do.
  • the step of analyzing the drying result of the electrode and determining whether the electrode is dry is a process of analyzing the drying degree of the electrode or the binder distribution in the electrode from the color coordinate value, and determining whether it is defective include
  • the electrode drying method according to the present invention further includes the step of measuring the temperature and humidity of the outside air.
  • the controlling of the drying conditions of the electrode includes a process of resetting the drying conditions by reflecting the existing drying conditions and the temperature and humidity of the outside air when the electrode is determined to be defective.
  • controlling of the drying condition of the electrode further includes a process of changing the drying condition of the electrode in real time by reflecting the reset drying condition.
  • controlling the drying condition of the electrode further includes automatically updating the reset drying condition through machine learning.
  • the present invention is to improve the quality of the electrode by photographing in real time the electrode quality, such as the adhesion of the electrode or whether the electrode has been dried, by measuring the color coordinates of the electrode after drying, and adjusting the drying conditions of the electrode in real time by reflecting this.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an electrode drying apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a process of measuring the color coordinate value of an electrode in the electrode drying apparatus according to the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of an electrode drying apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the electrode drying method according to the present invention.
  • “under” another part it includes not only cases where it is “directly under” another part, but also cases where another part is in between.
  • “on” may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an electrode drying apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • an electrode drying apparatus 100 provides a space for drying electrodes, and includes an oven 120 having a hot air nozzle or an infrared heater; a color coordinate measuring unit 130 positioned at the outlet of the oven 120 and measuring the color coordinate values of the electrode active material layer with respect to the dried electrode; and a control unit 140 that analyzes the drying result of the electrode from the color coordinate values, determines whether the electrode is dry or not, and controls the drying condition of the electrode.
  • the present invention improves the quality of the electrode by photographing the electrode quality such as the adhesion of the electrode or whether the electrode has been dried in real time by measuring the color coordinates of the electrode after drying, and adjusting the drying conditions of the electrode in real time by reflecting this. can do it
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a process of measuring the color coordinate value of an electrode in the electrode drying apparatus according to the present invention.
  • the electrode drying apparatus 100 includes an oven 120 .
  • the oven 120 has a chamber shape and provides a space in which the electrode 110 is dried, so that the electrode 110 to be dried is temporarily accommodated in the drying process, and internal heat escapes to the outside for drying. can be prevented
  • the electrode 110 may have a structure in which an electrode slurry including an electrode active material is applied on a current collector to form an electrode active material layer.
  • the electrode slurry may be applied to at least one surface of the current collector.
  • the current collector is wound on a separate unwinding roller 111 and is then unwound therefrom.
  • the electrode slurry is applied to at least one surface of the unwound current collector, and the electrode slurry may be applied, for example, by a slot die 112 .
  • the electrode 110 coated with the electrode slurry is put into the oven 120 and dried.
  • the current collector may be a positive electrode current collector or a negative electrode current collector
  • the electrode active material may be a positive electrode active material or a negative electrode active material
  • the electrode slurry may further include a conductive material and a binder in addition to the electrode active material.
  • the positive electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 ⁇ m.
  • the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and for example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel. Carbon, nickel, titanium, silver, etc. surface-treated on the surface of the can be used.
  • the current collector may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam body, and non-woven body are possible.
  • a sheet for a negative electrode current collector it is generally made to a thickness of 3 to 500 ⁇ m.
  • a negative current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery.
  • Carbon, nickel, titanium, a surface-treated material such as silver, aluminum-cadmium alloy, etc. may be used.
  • the bonding strength of the negative electrode active material may be strengthened by forming fine irregularities on the surface, and may be used in various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, non-woven body, and the like.
  • the positive active material is a material capable of causing an electrochemical reaction, as a lithium transition metal oxide, containing two or more transition metals, for example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) substituted with one or more transition metals.
  • a lithium transition metal oxide containing two or more transition metals, for example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) substituted with one or more transition metals.
  • LiNiO 2 lithium nickel oxide
  • LiNiO 2 lithium manganese oxide substituted with one or more transition metals
  • Formula LiNi 1-y M y O 2 Lithium nickel-based oxide represented by; Li 1+z Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li 1+z Ni 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 , etc.
  • the negative electrode active material includes, for example, carbon such as non-graphitizable carbon and graphitic carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1), Li x WO 2 (0 ⁇ x ⁇ 1), Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : metal composite oxides such as Al, B, P, Si, elements of Groups 1, 2, and 3 of the periodic table, halogen; 0 ⁇ x ⁇ 1;1 ⁇ y ⁇ 3;1 ⁇ z ⁇ 8); lithium metal; lithium alloy; silicon-based alloys; tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , metal oxides such as Bi 2 O 5 ; conductive polymers such as polyacetylene; A Li
  • the conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive active material.
  • a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery.
  • graphite such as natural graphite or artificial graphite
  • carbon black such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black
  • conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers
  • metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder
  • conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate
  • conductive metal oxides such as titanium oxide
  • Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
  • the binder is a component that assists in bonding between the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, poly propylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluororubber, various copolymers, and the like.
  • an electrode slurry may be prepared by dissolving an electrode active material, a conductive material, a binder, and the like in a solvent.
  • the solvent is not particularly limited in its kind as long as it can disperse the electrode active material and the like, and either an aqueous solvent or a non-aqueous solvent may be used.
  • the solvent may be a solvent generally used in the art, dimethyl sulfoxide (DMSO), isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP) ), acetone, or water, and any one of them or a mixture of two or more thereof may be used.
  • the amount of the solvent used is not particularly limited, as long as it can be adjusted so that the slurry has an appropriate viscosity in consideration of the application thickness of the slurry, production yield, workability, and the like.
  • the oven 120 may include a hot air nozzle and an infrared heater for drying the electrode 110 therein.
  • the hot air nozzle and the infrared heater may be arranged to be spaced apart at regular intervals along the transfer direction (MD direction) of the electrode, and apply hot air or infrared rays in a direction perpendicular to the electrode.
  • the hot air nozzle includes a body portion and a spraying portion.
  • the main body constitutes the body of the hot air nozzle, and the hot air nozzle is fixed to the ceiling of the oven.
  • the inside of the main body is empty, and the hot air transmitted from a hot air supply source (not shown) is transferred to the injection unit.
  • the lower surface of the main body is provided with a spraying unit.
  • the injection unit communicates with the main body, and the injection port through which the hot air is injected is formed on the lower surface of the injection unit.
  • the injection hole may have a structure in which a plurality of pores are arranged at regular intervals.
  • the infrared heater may include an infrared lamp for irradiating infrared rays to the electrode, and a holder for supporting or mounting the infrared lamp.
  • the shape of the infrared lamp is not particularly limited, and, for example, a rod-shaped lamp may be arranged in parallel along the transport direction of the electrode while extending in the width direction of the electrode.
  • the oven 120 may be divided into a plurality of drying zones. If overdrying or non-drying occurs during the drying process of the electrode, it is necessary to dry the electrode appropriately while changing the drying intensity. By dividing the oven into multiple drying zones, the drying conditions can be managed independently for each drying zone. . 2 shows that the oven 120 is shown in a shape partitioned into two drying zones. In this case, each drying zone may be a space physically partitioned by actually installing an inner wall between the drying zones, or may be a space abstractly partitioned according to the drying conditions performed in the drying zone.
  • the color coordinate measuring unit 130 is located at the outlet of the oven 120 , and measures the color coordinate value of the electrode active material layer with respect to the dried electrode 110 .
  • the color coordinate value of the electrode may be a color coordinate value measured at a specific point in an electrode active material layer, and after selecting several measurement points in the electrode active material layer, the average value of the color coordinate values measured at the measurement point is the color It can also be done as a coordinate value.
  • FIG. 2 the color coordinate measuring unit 130 is located at the outlet of the oven 120 , and measures the color coordinate value of the electrode active material layer with respect to the dried electrode 110 .
  • the color coordinate value of the electrode may be a color coordinate value measured at a specific point in an electrode active material layer, and after selecting several measurement points in the electrode active material layer, the average value of the color coordinate values measured at the measurement point is the color It can also be done as a coordinate value.
  • the color coordinate measuring unit is located on the side where the electrode active material layer is formed, but when the electrode active material layer is formed on both sides of the current collector, the color coordinate measuring unit is formed on both sides of the electrode can be located in
  • the color coordinate measuring unit may include a light capable of irradiating light to the surface of the electrode 110 and a sensor capable of detecting the color and brightness of the surface of the electrode.
  • a light capable of irradiating light to the surface of the electrode 110 and a sensor capable of detecting the color and brightness of the surface of the electrode.
  • the type there is no particular limitation on the type as long as light can be shone on the surface of the electrode active material layer as the illumination.
  • LED lighting may be used.
  • a camera device for this may be additionally provided. In the case of FIG.
  • color coordinate measuring unit since the electrode slurry is applied to one surface of the current collector to form an electrode active material, the color coordinate measuring unit is located only on one surface of the electrode, but when the electrode active material layers are formed on both sides of the current collector, each electrode active material layer is dry In order to measure , color coordinate measuring units may be provided on both sides of the electrode.
  • the present invention installs only a simple device capable of measuring color coordinates at the outlet of the oven 120, and quantifies the drying quality of the electrode through color coordinate measurement, so that the configuration of the measuring device is simple, and the time required for evaluation and cost savings.
  • the color coordinate value may be L*.
  • the L* is one of the variables representing the L*a*b* color difference system defined by the CIE.
  • the color coordinate L* is a value related to the measured lightness of an object and is displayed from 0 to 100, and the a and b values are values related to chromaticity indicating color and saturation.
  • the horizontal axis is a and the vertical axis is b, the +a side is red, the -a side is green (green), the +b side is yellow, and the -b side is blue. That is, according to the present invention, the drying quality of the electrode can be determined by measuring an L* value related to light and dark among color coordinates.
  • the color coordinate value may be a gray value according to a gray scale. That is, the image obtained by photographing the dry state of the electrode surface is converted into a gray scale in which only light and dark can be checked, and the gray level value is measured therefrom to determine the dry quality of the electrode.
  • the color coordinates that can uniformly measure the light and dark of the electrode surface are used, and the drying quality of the electrode can be intuitively determined by quantitatively measuring the light and dark of the surface of the electrode active material layer.
  • a color difference meter may be used as a sensor for measuring the color coordinate values of the electrode active material layer.
  • the color coordinate measuring unit 130 includes a spectrophotometer or a colorimeter. In this case, color coordinate values may be measured directly with respect to the surface of the electrode active material layer.
  • the color difference meter may be, for example, a color difference meter that is measured using CM2600d manufactured by Konica Minolta. Specifically, after setting the measurement mode to SCI (Specular Component Included) or SCE (Specular Component Excluded), standard light source D65 (color temperature: 6500K), CIE 1964 10° standard observer using Konica Minolta's CM2600d as a colorimeter, After white calibration, it can be measured by contacting the colorimeter to the position to be measured.
  • SCI Standard Component Included
  • SCE Standard Component Excluded
  • standard light source D65 color temperature: 6500K
  • CIE 1964 10° standard observer using Konica Minolta's CM2600d as a colorimeter
  • the color coordinate value may be measured by using the color difference meter directly with respect to the electrode 110 , but the color coordinate value may be measured indirectly using an image obtained by photographing the surface of the electrode active material layer.
  • the color coordinate measuring unit 130 includes an image sensor capable of capturing an image of the surface of the electrode active material layer.
  • the electrode specifically, the surface of the electrode active material layer
  • the image sensor may use a camera.
  • an image is obtained, it is converted into a color coordinate system to be measured, and a color coordinate value is measured. For example, after converting an image captured by a camera into a gray scale, the gray level or L* value of the corresponding image may be measured.
  • the controller 140 analyzes the drying result of the electrode 110 from the color coordinate value, determines whether the electrode 110 is dry or not, and controls the drying condition of the electrode 110 .
  • the control unit 140 analyzes the degree of drying of the electrode 110 or the distribution of the binder in the electrode 110 from the color coordinate value, and determines whether there is a defect. For this purpose, a separate calculation program may be installed in the control unit.
  • control unit 140 may analyze the binder distribution in the electrode to evaluate the adhesion of the electrode active material layer according to the drying of the electrode. For example, in the electrode drying process, when a binder is distributed in a large amount on the surface of the electrode, that is, on the surface of the electrode active material layer, the color of the electrode surface changes in a direction close to black due to the binder, and thus the color coordinate (L*) value decreases. That is, the smaller the color coordinate value, the more the binder is distributed on the surface of the electrode active material, so that the adhesion of the electrode active material layer to the current collector is reduced.
  • control unit 140 may analyze the degree of drying of the electrode and whether drying is completed by measuring the color coordinate values. When the electrode is not dried, the reflectance decreases with the decrease of the average refractive index on the surface of the electrode active material layer due to the solvent remaining in the electrode active material layer.
  • the controller 140 may determine the dry quality of the electrode as defective.
  • the preset value may be selected from color coordinate values of electrodes that measure drying quality for a plurality of electrodes and are determined as good products.
  • the preset value may be derived from a profile of a color coordinate value according to an adhesive force of an electrode or a solvent content in the electrode. To this end, it is possible to measure the color coordinate values for a plurality of electrode samples, and measure the adhesive force and the solvent content in the electrodes according to the measured values to form a database. Thereafter, it is possible to derive a color coordinate value that can satisfy both the standards of the adhesion of the electrode active material layer and the solvent content in the electrode.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of an electrode drying apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the electrode drying apparatus 200 provides a space in which the electrode is dried, and includes an oven 120 having a hot air nozzle or an infrared heater; a color coordinate measuring unit 130 positioned at the outlet of the oven 120 and measuring the color coordinate values of the electrode active material layer with respect to the dried electrode; and a control unit 140 that analyzes the drying result of the electrode from the color coordinate value, determines whether the electrode is dry or not, and controls the drying condition of the electrode, wherein the outdoor air condition measurement unit measures the temperature and humidity of the outside air (150) may be further included.
  • the outdoor air condition measurement unit 150 measures the temperature and humidity of the outdoor air, and transmits the measured values to the controller to reflect the condition of the outdoor air in the drying conditions.
  • the outdoor air condition measuring unit 150 may be installed outside the oven 120 , and may be installed to be spaced apart from the oven 120 so as not to be affected by the heat emitted from the oven 120 .
  • the drying condition may be reset by reflecting the existing drying conditions and the temperature and humidity of the outside air.
  • the controller 140 may reflect the previously measured color coordinate values to reset the drying conditions.
  • drying conditions reset at this time for example, it is possible to adjust the transfer speed of the electrode, the temperature of the hot air sprayed from the hot air nozzle, the flow rate of the hot air and the output of the infrared heater.
  • a shield for blocking infrared and hot air is installed between the infrared heater or hot air nozzle, the area where the electrode is exposed to hot air or infrared can be adjusted by adjusting the position of the shield or the number of shielding frames.
  • the controller 140 changes the drying conditions of the electrodes in real time by reflecting the reset drying conditions. Through this, the defect rate of the electrode can be reduced and the quality of the electrode can be improved.
  • control unit 140 may automatically update the reset drying condition through machine learning. Through this, it is possible to establish drying conditions according to the specifications of the electrode to be manufactured and the state of the outside air, and it is possible to automatically select and adjust the drying conditions during the production of the corresponding electrode in the future.
  • the machine learning may be performed through a method such as deep learning.
  • an operation program is installed in the control unit 140 , and first, learning data is configured from a plurality of data obtained while measuring the drying quality of a plurality of electrodes, and the specification of the electrode to be manufactured and the external air from this are configured. It is possible to learn the drying conditions according to the state and the like. This can be reflected in the evaluation of the drying quality of the other electrodes later.
  • the present invention evaluates the electrode quality such as the adhesion of the electrode or whether the electrode has been dried in real time by measuring the color coordinates of the electrode after drying, and adjusts the drying conditions of the electrode in real time by reflecting this, and then again the electrode quality By reflecting it in evaluation, the quality of an electrode can be improved.
  • the present invention also provides a method for drying an electrode.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a sequence of an electrode drying method according to an embodiment of the present invention.
  • an electrode is manufactured by forming an electrode active material layer including an electrode active material on a current collector, and the electrode is dried by putting it in the oven of the electrode drying apparatus as described above. step (S10); measuring the color coordinate values of the electrode active material layer with respect to the dried electrode (S20); analyzing the drying result of the electrode from the color coordinate values and determining whether the electrode is dry or not (S30); and controlling the drying conditions of the electrode (S40).
  • the present invention evaluates the electrode quality, such as the adhesion of the electrode or whether the electrode is completely dried, in real time by measuring the color coordinates of the electrode after drying, and adjusts the drying conditions of the electrode in real time by reflecting this, which is again used in the electrode quality evaluation By reflecting it, the quality of the electrode can be improved.
  • an electrode is manufactured by first forming an electrode active material layer including an electrode active material on a current collector to measure color coordinate values. Specific details regarding the electrode are the same as described above.
  • the electrode When the electrode manufacturing is completed, the electrode is put into an oven and dried.
  • the drying time and the amount of drying heat may be determined by the specifications of the electrode, for example, the loading amount of the electrode active material or the solvent content in the electrode slurry, the binder content in the electrode slurry, and the like.
  • the dried electrode is discharged out of the oven.
  • the color coordinate value of the electrode active material layer is measured by the color coordinate measuring unit according to the electrode drying apparatus as described above. Since the color coordinate measuring unit is located near the outlet of the oven, it is possible to directly measure the color coordinate value with respect to the electrode discharged from the oven.
  • the color coordinate value of the electrode may be a color coordinate value measured at a specific point in an electrode active material layer, and after selecting several measurement points in the electrode active material layer, the color coordinate values measured at the measurement points are The average value can also be used as the color coordinate value.
  • the present invention installs only a simple device capable of measuring color coordinates near the exit of the oven, and quantifies the dry state of the electrode through color coordinate measurement, thereby making the measurement method simple and reducing the time and cost required for evaluation.
  • the electrode may not be rolled. That is, the present invention does not evaluate the electrode that has undergone the rolling process, but performs evaluation on the electrode that has not been subjected to the rolling process, thereby filtering out defective electrodes before the rolling process, thereby significantly reducing the defect rate after the rolling process. Accordingly, it is possible to prevent contamination of the rolling roll or the like due to the residual solvent in the electrode during the rolling process.
  • the present invention is not limited thereto, and color coordinates may be measured at any stage after the electrode is dried.
  • the color coordinate value may be L*.
  • L* is a value related to the measured lightness of an object and may be displayed from 0 to 100.
  • the color coordinate value may be a gray value according to a gray scale. That is, it is possible to determine whether the electrode is dry by converting an image of the dry state of the electrode surface into a gray scale in which only light and dark can be checked, and by measuring a gray level value therefrom.
  • the color coordinates that can uniformly measure the light and dark of the electrode surface are used, and the drying quality of the electrode can be determined by quantitatively measuring the light and dark of the surface of the electrode active material layer.
  • the step of measuring the color coordinate values of the electrode active material layer may be performed using a spectrophotometer or a colorimeter.
  • color coordinate values may be measured directly with respect to the surface of the electrode active material layer.
  • measuring the color coordinate value of the electrode active material layer includes obtaining an image by photographing the surface of the electrode through illumination and an image sensor, and converting color information of the image into color coordinates can do.
  • the image sensor may use a camera. When an image is obtained, it is converted into a color coordinate system to be measured, and a color coordinate value is measured. For example, after converting an image captured by a camera into a gray scale, the gray level or L* value of the corresponding image may be measured.
  • the color coordinate value may be measured by directly using the colorimeter for the electrode, but the color coordinate value may be indirectly measured using an image obtained by photographing the surface of the electrode active material layer.
  • the process of analyzing the degree of drying of the electrode or the distribution of the binder in the electrode from the color coordinate value and determining whether the electrode is defective may be performed.
  • the adhesive force of the electrode active material layer according to the drying of the electrode may be evaluated through the analysis of the binder distribution in the electrode, and the degree of drying of the electrode and whether the drying is completed may be evaluated through the color coordinate value.
  • the preset value may be selected from color coordinate values of electrodes that measure drying quality for a plurality of electrodes and are determined as good products.
  • the preset value may be derived from a profile of a color coordinate value according to an adhesive force of an electrode or a solvent content in the electrode. To this end, it is possible to measure the color coordinate values for a plurality of electrode samples, and measure the adhesive force and the solvent content in the electrodes according to the measured values to form a database. Thereafter, it is possible to derive a color coordinate value that can satisfy both the standards of the adhesion of the electrode active material layer and the solvent content in the electrode.
  • the electrode drying method according to the present invention may further include measuring the temperature and humidity of the outside air.
  • the outdoor air refers to the air outside the oven.
  • the present invention can measure the temperature and humidity of the outside air and reflect them in the drying process.
  • the step of controlling the drying conditions of the electrode includes a process of resetting the drying conditions by reflecting the existing drying conditions and the temperature and humidity of the outside air when the electrode is determined to be defective.
  • the previously measured color coordinate values may be reflected in resetting the drying conditions.
  • drying conditions reset at this time for example, it is possible to adjust the transfer speed of the electrode, the temperature of the hot air sprayed from the hot air nozzle, the flow rate of the hot air and the output of the infrared heater.
  • a shield for blocking infrared rays and hot air is installed between the infrared heater or the hot air nozzle, the area where the electrode is exposed to hot air or infrared rays can be adjusted by adjusting the position of the shielding frame or the number of shielding frames.
  • the step of controlling the drying condition of the electrode further includes a process of changing the drying condition of the electrode in real time by reflecting the reset drying condition.
  • the step of controlling the drying condition of the electrode further includes the process of automatically updating the reset drying condition through machine learning.
  • the machine learning may be performed through a method such as deep learning.
  • Learning data can be configured from a plurality of data obtained while measuring the drying quality of a plurality of electrodes, and drying conditions according to specifications of an electrode to be manufactured and conditions of external air can be learned from this. This can be reflected in the evaluation of the drying quality of the other electrodes later.
  • the present invention evaluates in real time the electrode drying quality, such as the adhesion of the electrode or whether the electrode is completely dried, by measuring the color coordinates of the electrode after drying, and adjusts the drying conditions of the electrode in real time by reflecting this. By reflecting it in the quality evaluation, the quality of the electrode can be improved.
  • control unit 140 control unit

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Abstract

본 발명은 전극 건조 장치 및 전극 건조 방법에 관한 것으로, 상기 전극 건조 장치는, 전극이 건조되는 공간을 제공하며, 열풍 노즐 또는 적외선 히터를 구비하는 오븐; 오븐의 출구에 위치하며, 건조된 전극에 대하여 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 색 좌표 측정부; 및 상기 색 좌표 값으로부터 전극의 건조 결과를 분석하고, 전극의 건조 불량 여부를 판정하며, 전극의 건조 조건을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

전극 건조 장치 및 전극 건조 방법
본 출원은 2020.09.10. 자 한국 특허 출원 제10-2020-0116020호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전극 건조 장치 및 전극 건조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 회색도 값 측정에 의한 전극 건조 자동 제어 시스템 및 전극 건조 자동 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
상기 양극 및 음극은 각각 양극 집전체 및 음극 집전체에 양극 활물질을 포함하는 양극 슬러리 및 음극 활물질을 포함하는 음극 슬러리를 도포하여 양극 활물질층 및 음극 활물질층을 형성한 후, 이를 건조 및 압연하여 형성된다.
이 때 건조 조건에 따라 전극의 품질이 결정되는데, 건조 열량이 과할 경우 건조 과정에서 전극 슬러리 내의 바인더 상당수가 표면으로 이동하여 전극의 접착력을 저하시키며, 건조 열량이 낮을 경우 전극 내 용매가 잔류하여 코팅 및 압연 공정의 롤 오염을 야기한다.
아울러, 일반적인 전극 건조 과정에서, 전극을 건조하기 위한 열량은 열풍 및 적외선 히터에 의해 공급되는데, 동일한 건조 조건에서도 오븐의 내외부 환경에 따라 건조 품질의 변화가 발생하므로, 실시간으로 전극 품질을 확인하고 건조 조건을 자동으로 변화시킬 수 있는 제어 시스템이 필요하다.
이와 관련하여, 종래에는 전극 접착력과 같은 전극 품질의 변화를 실시간으로 확인하고, 이로부터 전극의 건조 조건을 변화시킬 수 있는 방법이 없었다. 이로 인해 전극 생산이 완료된 후 전극의 품질을 확인하여 불량 여부를 판별하였고, 이는 불량율 상승의 원인이 되었다.
따라서 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 전극의 실시간 건조 조건 제어를 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 전극의 품질을 실시간으로 확인하고, 이에 따라 전극의 건조 조건을 실시간으로 조정함으로써 전극의 품질을 향상시킬 수 있는 전극 건조 장치 및 전극 건조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 건조 장치는, 전극이 건조되는 공간을 제공하며, 열풍 노즐 또는 적외선 히터를 구비하는 오븐; 오븐의 출구에 위치하며, 건조된 전극에 대하여 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 색 좌표 측정부; 및 상기 색 좌표 값으로부터 전극의 건조 결과를 분석하고, 전극의 건조 불량 여부를 판정하며, 전극의 건조 조건을 제어하는 제어부를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 색 좌표 값은 L*일 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 색 좌표 값은 그레이 스케일에 따른 회색도(gray value)이다.
하나의 예에서, 상기 색 좌표 측정부는 분광측색계(spectrophotometer) 또는 색채계(colorimeter)를 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 제어부는 색 좌표 값으로부터 전극의 건조 정도 또는 전극 내 바인더 분포를 분석하고, 이에 대한 불량 여부를 판정한다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 건조 장치는 외기의 온도 및 습도를 측정하는 외기 상태 측정부를 더 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 제어부는, 전극이 불량으로 판정될 경우 기존의 건조 조건 및 외기의 온도와 습도를 반영하여 건조 조건을 재설정할 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 제어부는, 재설정된 건조 조건을 반영하여, 전극의 건조 조건을 실시간으로 변경한다.
구체적인 예에서, 상기 제어부는, 재설정된 건조 조건을 기계 학습을 통해 자동으로 업데이트한다.
또한 본 발명은 전극 건조 방법을 제공하는바, 본 발명에 따른 전극 건조 방법은, 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 활물질층을 형성하여 전극을 제조하고, 이를 앞서 설명한 바와 같은 전극 건조 장치의 오븐에 투입하여 건조하는 단계; 건조된 전극에 대하여 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 단계; 상기 색 좌표 값으로부터 전극의 건조 결과를 분석하고, 전극의 건조 불량 여부를 판정하는 단계; 및 전극의 건조 조건을 제어하는 단계를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 색 좌표 값은 L*일 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 색 좌표 값은 그레이 스케일에 따른 회색도(gray value)이다.
하나의 예에서, 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 단계는, 분광측색계(spectrophotometer) 또는 색채계(colorimeter)를 통해 수행된다.
다른 하나의 예에서, 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 단계는, 조명 및 이미지 센서를 통해 전극의 표면을 촬영하여 이미지를 수득하고, 상기 이미지의 색 정보를 색 좌표로 변환하는 과정을 포함한다.
하나의 예에서, 전극의 건조 결과를 분석하고, 전극의 건조 불량 여부를 판정하는 단계는, 색 좌표 값으로부터 전극의 건조 정도 또는 전극 내 바인더 분포를 분석하고, 이에 대한 불량 여부를 판정하는 과정을 포함한다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 건조 방법은 외기의 온도 및 습도를 측정하는 단계를 더 포함한다.
구체적인 예에서, 전극의 건조 조건을 제어하는 단계는, 전극이 불량으로 판정될 경우 기존의 건조 조건 및 외기의 온도와 습도를 반영하여 건조 조건을 재설정하는 과정을 포함한다.
구체적인 예에서, 전극의 건조 조건을 제어하는 단계는, 재설정된 건조 조건을 반영하여, 전극의 건조 조건을 실시간으로 변경하는 과정을 더 포함한다.
구체적인 예에서, 전극의 건조 조건을 제어하는 단계는, 재설정된 건조 조건을 기계 학습을 통해 자동으로 업데이트하는 과정을 더 포함한다.
본 발명은 건조 후 전극의 색 좌표 측정을 통해 전극의 접착력 또는 전극의 건조 완료 여부와 같은 전극 품질을 실시간으로 촬영하고, 이를 반영하여 전극의 건조 조건을 실시간으로 조정함으로써, 전극의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전극 건조 장치에서, 전극의 색 좌표 값을 측정하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 건조 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전극 건조 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전극 건조 장치(100)는, 전극이 건조되는 공간을 제공하며, 열풍 노즐 또는 적외선 히터를 구비하는 오븐(120); 오븐(120)의 출구에 위치하며, 건조된 전극에 대하여 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 색 좌표 측정부(130); 및 상기 색 좌표 값으로부터 전극의 건조 결과를 분석하고, 전극의 건조 불량 여부를 판정하며, 전극의 건조 조건을 제어하는 제어부(140)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 동일한 건조 조건에서도 오븐의 내외부 환경에 따라 건조 품질의 변화가 발생는데, 종래에는 전극 접착력과 같은 전극 품질의 변화를 실시간으로 확인하고, 이로부터 전극의 건조 조건을 변화시킬 수 있는 방법이 없었다. 이로 인해 전극 생산이 완료된 후 전극의 품질을 확인하여 불량 여부를 판별하였고, 이는 불량율 상승의 원인이 되었다.
이에 본 발명은 건조 후 전극의 색 좌표 측정을 통해 전극의 접착력 또는 전극의 건조 완료 여부와 같은 전극 품질을 실시간으로 촬영하고, 이를 반영하여 전극의 건조 조건을 실시간으로 조정함으로써, 전극의 품질을 향상시킬 수 있다.
*이하 본 발명에 따른 전극 건조 장치의 구성에 대해 자세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전극 건조 장치에서, 전극의 색 좌표 값을 측정하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 2를 참조하면, 상기 본 발명에 따른 전극 건조 장치(100)는 오븐(120)을 포함한다. 상기 오븐(120)은 챔버 형상으로, 전극(110)이 건조되는 공간을 제공하는바, 건조 대상 전극(110)이 건조 과정에서 일시적으로 수용되며, 건조를 위해 내부의 열이 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 전극(110)은, 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리가 도포되어 전극 활물질층이 형성된 구조일 수 있다. 상기 전극 슬러리는 집전체의 적어도 일면에 도포될 수 있다.
도 2를 참조하면, 집전체는 별도의 언와인딩 롤러(111)에 권취되어 있다가, 이로부터 권출된다. 권출된 집전체의 적어도 일면에 전극 슬러리를 도포하며, 전극 슬러리는 예를 들어 슬롯 다이(112)에 의해 도포될 수 있다. 전극 슬러리가 도포된 전극(110)은 오븐(120)에 투입되어 건조된다.
이 때 상기 집전체는 양극 집전체 또는 음극 집전체일 수 있고, 상기 전극 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다. 또한 상기 전극 슬러리는 전극 활물질 외에 도전재 및 바인더를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서, 양극 집전체의 경우 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
음극 집전체용 시트의 경우, 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명에서 양극 활물질은, 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO 2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO 2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi 1-yM yO 2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li 1+zNi 1/3Co 1/3Mn 1/3O 2, Li 1+zNi 0.4Mn 0.4Co 0.2O 2 등과 같이 Li 1+zNi bMn cCo 1-(b+c+d)M dO (2-e)A e (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li 1+xM 1-yM' yPO 4-zX z(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; Li xFe 2O 3(0≤x≤1), Li xWO 2(0≤x≤1), Sn xMe 1-xMe' yO z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2O 3, Pb 3O 4, Sb 2O 3, Sb 2O 4, Sb 2O 5, GeO, GeO 2, Bi 2O 3, Bi 2O 4, Bi 2O 5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 터폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
한편, 이와 같은 전극 슬러리는 전극 활물질, 도전재 및 바인더 등을 용매에 용해시켜 제조될 수 있다. 상기 용매는 전극 활물질 등을 분산시킬 수 있는 것이면 그 종류에 특별한 제한은 없으며, 수계 용매 또는 비수계 용매를 모두 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 용매로는 상기 용매는 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용매일 수 있으며, 디메틸셀폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), N-메틸피롤리돈(NMP), 아세톤(acetone) 또는 물 등일 수 있으며, 이들 중 1종 단독 또는 2종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 상기 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율, 작업성 등을 고려하여 슬러리가 적절한 점도를 갖도록 조절될 수 있는 정도이면 되고, 특별히 한정되지 않는다.
상기 오븐(120)은 내부에 전극(110)을 건조하기 위한 열풍 노즐 및 적외선 히터를 구비할 수 있다. 열풍 노즐 및 적외선 히터는 전극의 이송 방향(MD 방향)을 따라 일정 간격으로 이격되어 배열될 수 있으며, 전극에 수직한 방향으로 열풍 또는 적외선을 인가한다.
한편, 열풍 노즐은 본체부 및 분사부를 포함한다. 상기 본체부는 열풍 노즐의 몸체를 구성하며, 열풍 노즐을 오븐의 천장에 고정한다. 또한 본체부는 내부가 비어 있으며, 열풍 공급원(미도시)으로부터 전달되는 열풍을 분사부로 전달한다. 한편, 본체부의 하면에는 분사부가 마련된다. 상기 분사부는 본체부와 연통되며, 분사부의 하면에는 열풍이 분사되는 분사구가 형성된다. 상기 분사구는 복수 개의 기공이 일정 간격으로 배열되어 있는 구조일 수 있다.
한편, 적외선 히터는 적외선을 전극에 조사하는 적외선 램프 및 상기 적외선 램프를 지지 또는 거치하는 거치대를 포함할 수 있다. 적외선 램프의 형태는 특별한 제한은 없으며, 예를 들어 막대 모양의 램프가 전극의 폭 방향으로 연장된 상태에서 전극의 이송 방향을 따라 평행하게 배열될 수 있다.
상기 오븐(120)은 다수 개의 건조 존으로 구획될 수 있다. 전극의 건조 과정에서 과건조 또는 미건조 상황이 발생할 경우 건조 세기를 변경해 가면서 전극을 알맞게 건조시킬 필요가 있는데, 오븐을 다수 개의 건조 존으로 구획함으로써 각 건조 존 별로 건조 조건을 독립적으로 관리할 수 있다. 도 2에는 오븐(120)이 2개의 건조 존으로 구획된 형상으로 도시되어 있는 것을 도시하였다. 이 때 각 건조 존은 건조 존 사이에 실제로 내벽을 설치하여 물리적으로 분획된 공간일 수도 있으며, 해당 건조 존에서 수행되는 건조 조건에 따라 추상적으로 구획된 공간일 수도 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 색 좌표 측정부(130)는 오븐(120)의 출구 부분에 위치하며, 건조된 전극(110)에 대하여 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정한다. 이 때 전극의 색 좌표 값이란, 어느 전극 활물질층의 어느 특정 지점에서 측정된 색 좌표 값일 수도 있고, 전극 활물질층에서 여러 측정 지점을 선정 후, 상기 측정 지점에서 측정된 색 좌표 값들의 평균값을 색 좌표 값으로 할 수도 있다. 또한, 도 2에서는 집전체의 일면에 전극 활물질층이 형성되므로, 전극 활물질층이 형성된 면에 색 좌표 측정부가 위치하였으나, 집전체의 양면에 전극 활물질층이 형성되는 경우 색 좌표 측정부가 전극의 양면에 위치할 수 있다.
상기 색 좌표 측정부는 전극(110)의 표면에 빛을 조사할 수 있는 조명 및 전극의 표면의 색 및 밝기를 감지할 수 있는 센서를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 조명으로는 전극 활물질층의 표면에 빛을 비출 수 있으면 그 종류에 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 LED 조명을 사용할 수 있다. 아울러, 후술하는 바와 같이 전극의 표면을 촬영할 경우, 이를 위한 카메라 장치가 추가로 구비될 수도 있다. 도 2의 경우 집전체의 일면에 전극 슬러리가 도포되어 전극 활물질이 형성되므로 전극의 일면에만 색 좌표 측정부가 위치하였으나, 집전체의 양면에 전극 활물질층이 형성될 경우, 각 전극 활물질층의 건조 상태를 측정하기 위하여, 전극의 양면에 색 좌표 측정부가 구비될 수 있다.
본 발명은 오븐(120)의 출구 부분에 색 좌표를 측정할 수 있는 간단한 장치만을 설치하고, 색 좌표 측정을 통해 전극의 건조 품질을 정량화함으로써, 측정 장치의 구성이 간단하며, 평가에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
하나의 예에서, 색 좌표 값은 L*일 수 있다. 상기 L*은 CIE에서 규정한 L*a*b* 색차계를 나타내는 변수 중 하나이다. 상기 L*a*b* 색차계에서, 색좌표 L*는 대상에 측정된 명도(Lightness)와 관련된 값으로 0 내지 100까지 표시가 되고, a값과 b값은 색상 및 채도를 나타내는 색도와 관련된 값으로서, 가로축이 a, 세로축이 b이며, +a 쪽은 적색(red), -a 쪽은 녹색(green), +b 쪽은 황색(yellow), -b 쪽은 청색(blue)을 나타낸다. 즉 본 발명은 색 좌표 중 명암와 관련된 L* 값을 측정하여 전극의 건조 품질을 판단할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 색 좌표 값은 그레이 스케일에 따른 회색도(gray value)일 수 있다. 즉, 전극 표면의 건조 상태를 촬영한 이미지를, 명암만을 확인할 수 있는 그레이 스케일로 변환하고, 이로부터 회색도 값을 측정하여 전극의 건조 품질을 판단할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서, 상기 색 좌표는 전극 표면의 명암을 일률적으로 측정할 수 있는 것을 사용하며, 전극 활물질층 표면의 명암을 정량적으로 측정함으로써 전극의 건조 품질을 직관적으로 판단할 수 있다.
이 때, 하나의 예에서, 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 센서로는 색차계를 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 색 좌표 측정부(130)는 분광측색계(spectrophotometer) 또는 색채계(colorimeter)를 포함한다. 이 경우 전극 활물질층 표면에 대하여 직접 색 좌표 값을 측정할 수 있다.
이러한 색차계로는 예를 들어, 색차계로 코니카 미놀타社의 CM2600d를 이용하여 측정하는 것일 수 있다. 구체적으로, 색차계로 코니카 미놀타社의 CM2600d를 이용하여 측정 모드를 SCI(Specular Component Included) 또는 SCE(Specular Component Excluded), 표준 광원 D65(색온도: 6500K), CIE 1964 10° 표준 관찰자로 설정한 후, 백색 보정 후 측정하고자 하는 위치에 색차계를 접촉시켜 측정할 수 있다.
이와 같이, 색차계를 전극(110)에 대하여 직접 사용하여 색 좌표 값을 측정할 수도 있으나, 전극 활물질층의 표면을 촬영한 이미지를 사용하여 색 좌표 값을 간접적으로 측정할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 색 좌표 측정부(130)는 전극 활물질층 표면의 이미지를 촬영할 수 있는 이미지 센서를 포함한다. 이 경우 이미지 센서를 통해 전극, 구체적으로는 전극 활물질층의 표면을 이미지 센서를 통해 촬영하여 전극 표면의 이미지를 얻는다. 이 때 상기 이미지 센서는 카메라를 사용할 수 있다. 이미지가 수득되면, 이를 측정하고자 하는 색 좌표 체계로 변환하여, 색 좌표 값을 측정한다. 예를 들어, 카메라를 통해 촬영된 이미지를 그레이 스케일로 변환한 후, 해당 이미지의 회색도 또는 L* 값을 측정할 수 있다.
한편, 제어부(140)는 색 좌표 값으로부터 전극(110)의 건조 결과를 분석하고, 전극(110)의 건조 불량 여부를 판정하며, 전극(110)의 건조 조건을 제어한다. 상기 제어부(140)는 색 좌표 값으로부터 전극(110)의 건조 정도 또는 전극(110) 내 바인더 분포를 분석하고, 이에 대한 불량 여부를 판정한다. 이를 위해 제어부에는 별도의 연산 프로그램이 설치될 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(140)는 전극 내 바인더 분포를 분석하여 전극의 건조에 따른 전극 활물질층의 접착력을 평가할 수 있다. 예를 들어 전극 건조 과정에서 바인더가 전극의 표면, 즉 전극 활물질층의 표면에 많이 분포하게 될 경우 바인더로 인해 전극 표면의 색이 검은색에 가까운 방향으로 변하게 되며, 이에 따라 색 좌표(L*) 값이 감소한다. 즉 색 좌표 값이 작을수록, 전극 활물질의 표면에 바인더가 많이 분포함에 따라 전극 활물질층의 집전체에 대한 접착력이 감소하게 된다.
또한, 상기 제어부(140)는 색 좌표 값 측정을 통해 전극의 건조도 및 건조 완료 여부를 분석할 수 있다. 전극이 미건조된 경우 전극 활물질층 내에 잔류하는 용매로 인하여 전극 활물질층 표면에서의 평균 굴절률 감소에 따라 반사율이 감소하므로, 건조된 전극에 비해 어두운 색을 나타내며, L* 값이 작게 측정될 것이다.
즉 본 발명에서, 색 좌표 값이 기설정된 값보다 작을 경우, 상기 제어부(140)는 전극의 건조 품질을 불량으로 판정할 수 있다. 상기 기설정된 값은 다수의 전극에 대한 건조 품질을 측정하고, 양품으로 판정되는 전극의 색 좌표 값으로부터 선정될 수 있다. 예를 들어, 상기 기설정된 값은 전극의 접착력 또는 전극 내 용매 함량에 따른 색 좌표 값의 프로파일로부터 도출될 수 있다. 이를 위해, 다수의 전극 샘플에 대한 색 좌표 값을 측정하고, 이에 따른 접착력 및 전극 내 용매 함량을 측정하여 데이터베이스화할 수 있다. 이후 전극 활물질층의 접착력 및 전극 내 용매 함량의 기준을 모두 만족할 수 있는 색 좌표 값을 도출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 건조 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 다른 하나의 예에서, 전극 건조 장치(200)는, 전극이 건조되는 공간을 제공하며, 열풍 노즐 또는 적외선 히터를 구비하는 오븐(120); 오븐(120)의 출구에 위치하며, 건조된 전극에 대하여 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 색 좌표 측정부(130); 및 상기 색 좌표 값으로부터 전극의 건조 결과를 분석하고, 전극의 건조 불량 여부를 판정하며, 전극의 건조 조건을 제어하는 제어부(140)를 포함하되, 외기의 온도 및 습도를 측정하는 외기 상태 측정부(150)를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전극의 건조 과정에서, 동일한 건조 조건을 적용하여도 오븐의 내외부 환경에 따라 건조 품질의 변화가 발생하게 된다. 예를 들어, 오븐 외부 공기의 습도가 높은 경우 같은 건조 조건에서도 전극의 미건조가 발생할 수 있으며, 반대로 외부 공기의 습도가 낮은 경우 같은 건조 조건에서도 전극의 과건조가 발생할 수 있다.
이에 본 발명에 따른 전극 건조 장치에서, 상기 외기 상태 측정부(150)는 외기의 온도 및 습도를 측정하고, 측정값을 제어부로 송부하여 외기의 상태를 건조 조건에 반영할 수 있도록 한다. 상기 외기 상태 측정부(150)는 오븐(120)의 외부에 설치될 수 있으며, 오븐(120)으로부터 나오는 열기에 영향을 받지 않도록 오븐(120)과 이격되어 설치될 수 있다.
한편, 상기 제어부(140)가 색 좌표 값으로부터 전극의 건조 불량 여부를 판정한 결과 전극이 불량으로 판정될 경우, 기존의 건조 조건 및 외기의 온도와 습도를 반영하여 건조 조건을 재설정할 수 있다. 아울러, 상기 제어부(140)는 기존에 측정된 색 좌표 값을 건조 조건을 재설정하는 데 반영할 수 있다.
이 때 재설정되는 건조 조건에는 여러가지가 있으며, 예를 들어, 전극의 이송 속도, 열풍 노즐로부터 분사되는 열풍의 온도, 열풍의 유속 및 적외선 히터의 출력 등을 조절할 수 있다. 또한 적외선 히터 또는 열풍 노즐 사이에 적외선 및 열풍을 차단하기 위한 가림틀이 설치되어 있는 경우, 가림틀의 위치 또는 가림틀의 개수를 조절하여 전극이 열풍 또는 적외선에 노출되는 면적을 조절할 수 있다.
상기 제어부(140)는, 재설정된 건조 조건을 반영하여, 전극의 건조 조건을 실시간으로 변경한다. 이를 통해 전극의 불량율을 낮추고, 전극의 품질을 향상시킬 수 있다.
아울러, 상기 제어부(140)는 재설정된 건조 조건을 기계 학습을 통해 자동으로 업데이트할 수 있다. 이를 통해 제조하고자 하는 전극의 스펙 및 외기의 상태 등에 따른 건조 조건을 확립할 수 있고, 추후 해당 전극의 생산시 건조 조건을 자동으로 선정 및 조정할 수 있다.
예를 들어, 상기 기계 학습은 딥러닝과 같은 방식을 통해 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 제어부(140)에는 연산 프로그램이 설치되어 있어, 먼저 다수 개의 전극에 대한 건조 품질을 측정하면서 얻어진 다수의 데이터로부터 학습 데이터를 구성하고, 이로부터 제조하고자 하는 전극의 스펙 및 외기의 상태 등에 따른 건조 조건을 학습할 수 있다. 이는 이후에 다른 전극의 건조 품질 평가에 반영될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 건조 후 전극의 색 좌표 측정을 통해 전극의 접착력 또는 전극의 건조 완료 여부와 같은 전극 품질을 실시간으로 평가하고, 이를 반영하여 전극의 건조 조건을 실시간으로 조정하며, 이를 다시 전극 품질 평가에 반영함으로써 전극의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 전극 건조 방법을 제공한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 건조 방법의 순서를 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전극 건조 방법은, 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 활물질층을 형성하여 전극을 제조하고, 이를 앞서 설명한 바와 같은 전극 건조 장치의 오븐에 투입하여 건조하는 단계(S10); 건조된 전극에 대하여 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 단계(S20); 상기 색 좌표 값으로부터 전극의 건조 결과를 분석하고, 전극의 건조 불량 여부를 판정하는 단계(S30); 및 전극의 건조 조건을 제어하는 단계(S40)를 포함한다.
본 발명은 건조 후 전극의 색 좌표 측정을 통해 전극의 접착력 또는 전극의 건조 완료 여부와 같은 전극 품질을 실시간으로 평가하고, 이를 반영하여 전극의 건조 조건을 실시간으로 조정하며, 이를 다시 전극 품질 평가에 반영함으로써 전극의 품질을 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명에 따른 전극 건조 방법의 각 단계에 대해 설명한다.
<전극의 제조 및 건조>
도 4를 참조하면, 먼저 색 좌표 값의 측정을 위해 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 활물질층을 형성하여 전극이 제조된다. 전극에 관한 구체적인 내용은 앞서 설명한 바와 동일하다.
전극 제조가 완료되면 전극을 오븐에 투입하여 건조한다. 이 때 건조 시간 및 건조 열량은 전극의 스펙, 예를 들어 전극 활물질의 로딩량 또는 전극 슬러리 내의 용매 함량, 전극 슬러리 내의 바인더 함량 등에 의해 결정될 수 있다. 건조된 전극은 오븐 밖으로 배출된다.
<색 좌표 값 측정>
전극의 건조가 완료되면, 건조된 전극에 대하여 색 좌표 값을 측정한다. 이 때 전극 활물질층의 색 좌표 값은 앞서 설명한 바와 같은 전극 건조 장치에 따른 색 좌표 측정부에 의해 측정된다. 상기 색 좌표 측정부는 오븐의 출구 부근에 위치해 있으므로, 오븐으로부터 배출된 전극에 대하여 바로 색 좌표 값을 측정할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전극의 색 좌표 값이란, 어느 전극 활물질층의 어느 특정 지점에서 측정된 색 좌표 값일 수도 있고, 전극 활물질층에서 여러 측정 지점을 선정 후, 상기 측정 지점에서 측정된 색 좌표 값들의 평균값을 색 좌표 값으로 할 수도 있다.
본 발명은 오븐의 출구 부근에 색 좌표를 측정할 수 있는 간단한 장치만을 설치하고, 색 좌표 측정을 통해 전극의 건조 상태를 정량화함으로써, 측정 방법이 간단하며, 평가에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
한편, 본 발명의 구체적인 예에서, 상기 전극은 압연되지 않은 것일 수 있다. 즉 본 발명은 압연 공정을 거친 전극을 평가하는 것이 아니라, 압연 공정을 거치지 않은 전극에 대하여 평가를 수행함으로써, 압연 공정 전 불량 전극을 걸러내어, 압연 공정 후의 불량률을 현저히 낮출 수 있다. 이로써 압연 공정에서 전극 내 잔류 용매로 인해 압연 롤 등이 오염되는 것을 방지할 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 전극 건조 이후라면 어느 단계에서든 색 좌표를 측정할 수 있다.
하나의 예에서, 색 좌표 값은 L*일 수 있다. 전술한 바와 같이, L*는 대상에 측정된 명도(Lightness)와 관련된 값으로 0 내지 100까지 표시될 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 색 좌표 값은 그레이 스케일에 따른 회색도(gray value)일 수 있다. 즉, 전극 표면의 건조 상태를 촬영한 이미지를, 명암만을 확인할 수 있는 그레이 스케일로 변환하고, 이로부터 회색도 값을 측정하여 전극의 건조 여부를 판단할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서, 상기 색 좌표는 전극 표면의 명암을 일률적으로 측정할 수 있는 것을 사용하며, 전극 활물질층 표면의 명암을 정량적으로 측정함으로써 전극의 건조 품질을 판단할 수 있다.
하나의 예에서, 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 단계는, 분광측색계(spectrophotometer) 또는 색채계(colorimeter)를 통해 수행될 수 있다. 이 경우 전극 활물질층 표면에 대하여 직접 색 좌표 값을 측정할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 단계는, 조명 및 이미지 센서를 통해 전극의 표면을 촬영하여 이미지를 수득하고, 상기 이미지의 색 정보를 색 좌표로 변환하는 과정을 포함할 수 있다. 이 때 상기 이미지 센서는 카메라를 사용할 수 있다. 이미지가 수득되면, 이를 측정하고자 하는 색 좌표 체계로 변환하여, 색 좌표 값을 측정한다. 예를 들어, 카메라를 통해 촬영된 이미지를 그레이 스케일로 변환한 후, 해당 이미지의 회색도 또는 L* 값을 측정할 수 있다.
이와 같이, 색차계를 전극에 대하여 직접 사용하여 색 좌표 값을 측정할 수도 있으나, 전극 활물질층의 표면을 촬영한 이미지를 사용하여 색 좌표 값을 간접적으로 측정할 수 있다.
<건조 결과 분석 및 건조 불량 여부 판정>
색 좌표 값이 측정되면, 이로부터 전극의 건조 불량 여부를 판정한다. 구체적으로, 색 좌표 값으로부터 전극의 건조 정도 또는 전극 내 바인더 분포를 분석하고, 이에 대한 불량 여부를 판정하는 과정이 수행될 수 있다. 구체적으로, 전극 내 바인더 분포 분석을 통해 전극의 건조에 따른 전극 활물질층의 접착력이 평가될 수 있으며, 색 좌표 값을 통해 전극의 건조도 및 건조 완료 여부가 평가될 수 있다.
이 때, 색 좌표 값이 기설정된 값보다 작을 경우, 전극의 건조 품질이 불량인 것으로 판정될 수 있다. 상기 기설정된 값은 다수의 전극에 대한 건조 품질을 측정하고, 양품으로 판정되는 전극의 색 좌표 값으로부터 선정될 수 있다. 예를 들어, 상기 기설정된 값은 전극의 접착력 또는 전극 내 용매 함량에 따른 색 좌표 값의 프로파일로부터 도출될 수 있다. 이를 위해, 다수의 전극 샘플에 대한 색 좌표 값을 측정하고, 이에 따른 접착력 및 전극 내 용매 함량을 측정하여 데이터베이스화할 수 있다. 이후 전극 활물질층의 접착력 및 전극 내 용매 함량의 기준을 모두 만족할 수 있는 색 좌표 값을 도출할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극 건조 방법은, 외기의 온도 및 습도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서 외기란 오븐 외부의 공기를 의미한다. 전극의 건조 과정에서, 동일한 건조 조건을 적용하여도 오븐의 내외부 환경에 따라 건조 품질의 변화가 발생하므로, 본 발명은 외기의 온도 및 습도를 측정하여 이를 건조 과정에 반영할 수 있다.
<전극의 건조 조건 제어>
본 발명에서, 전극의 건조 조건을 제어하는 단계는, 전극이 불량으로 판정될 경우 기존의 건조 조건 및 외기의 온도와 습도를 반영하여 건조 조건을 재설정하는 과정을 포함한다. 이 때, 기존에 측정된 색 좌표 값을 건조 조건을 재설정하는 데 반영할 수 있다.
이 때 재설정되는 건조 조건에는 여러가지가 있으며, 예를 들어, 전극의 이송 속도, 열풍 노즐로부터 분사되는 열풍의 온도, 열풍의 유속 및 적외선 히터의 출력 등을 조절할 수 있다. 또한 적외선 히터 또는 열풍 노즐 사이에 적외선 및 열풍을 차단하기 위한 가림틀이 설치되어 있는 경우, 가림틀의 위치 또는 가림틀의 개수를 조절하여 전극이 열풍 또는 적외선에 노출되는 면적을 조절할 수 있다.
또한, 전극의 건조 조건을 제어하는 단계는, 재설정된 건조 조건을 반영하여, 전극의 건조 조건을 실시간으로 변경하는 과정을 더 포함한다. 이를 통해 전극의 불량율을 낮추고, 전극의 품질을 향상시킬 수 있다.
아울러, 전극의 건조 조건을 제어하는 단계는, 재설정된 건조 조건을 기계 학습을 통해 자동으로 업데이트하는 과정을 더 포함한다. 이를 통해 제조하고자 하는 전극의 스펙 및 외기의 상태 등에 따른 건조 조건을 확립할 수 있고, 추후 해당 전극의 생산시 건조 조건을 자동으로 선정 및 조정할 수 있다.
이 때, 예를 들어, 상기 기계 학습은 딥러닝과 같은 방식을 통해 이루어질 수 있다. 다수 개의 전극에 대한 건조 품질을 측정하면서 얻어진 다수의 데이터로부터 학습 데이터를 구성하고, 이로부터 제조하고자 하는 전극의 스펙 및 외기의 상태 등에 따른 건조 조건을 학습할 수 있다. 이는 이후에 다른 전극의 건조 품질 평가에 반영될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 건조 후 전극의 색 좌표 측정을 통해 전극의 접착력 또는 전극의 건조 완료 여부와 같은 전극 건조 품질을 실시간으로 평가하고, 이를 반영하여 전극의 건조 조건을 실시간으로 조정하며, 이를 다시 전극 품질 평가에 반영함으로써 전극의 품질을 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.
(부호의 설명)
100, 200: 전극 건조 장치
110: 전극
111: 언와인딩 롤러
112: 슬롯 다이
120: 오븐
130: 색 좌표 측정부
140: 제어부
150: 외기 상태 측정부

Claims (20)

  1. 전극이 건조되는 공간을 제공하며, 열풍 노즐 또는 적외선 히터를 구비하는 오븐;
    오븐의 출구에 위치하며, 건조된 전극에 대하여 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 색 좌표 측정부; 및
    상기 색 좌표 값으로부터 전극의 건조 결과를 분석하고, 전극의 건조 불량 여부를 판정하며, 전극의 건조 조건을 제어하는 제어부를 포함하는 전극 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 색 좌표 값은 L*인 전극 건조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 색 좌표 값은 그레이 스케일에 따른 회색도(gray value)인 전극 건조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 색 좌표 측정부는 분광측색계(spectrophotometer) 또는 색채계(colorimeter)를 포함하는 전극 건조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 색 좌표 측정부는 전극 활물질층 표면의 이미지를 촬영할 수 있는 이미지 센서를 포함하는 전극 건조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 색 좌표 값으로부터 전극의 건조 정도 또는 전극 내 바인더 분포를 분석하고, 이에 대한 불량 여부를 판정하는 전극 건조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    외기의 온도 및 습도를 측정하는 외기 상태 측정부를 더 포함하는 전극 건조 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 전극이 불량으로 판정될 경우 기존의 건조 조건 및 외기의 온도와 습도를 반영하여 건조 조건을 재설정하는 전극 건조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 재설정된 건조 조건을 반영하여, 전극의 건조 조건을 실시간으로 변경하는 전극 건조 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는, 재설정된 건조 조건을 기계 학습을 통해 자동으로 업데이트하는 전극 건조 장치.
  11. 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 활물질층을 형성하여 전극을 제조하고, 이를 제1항에 따른 전극 건조 장치의 오븐에 투입하여 건조하는 단계;
    건조된 전극에 대하여 전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 단계;
    상기 색 좌표 값으로부터 전극의 건조 결과를 분석하고, 전극의 건조 불량 여부를 판정하는 단계; 및
    전극의 건조 조건을 제어하는 단계를 포함하는 전극 건조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 색 좌표 값은 L*인 전극 건조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 색 좌표 값은 그레이 스케일에 따른 회색도(gray value)인 전극 건조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 단계는,
    분광측색계(spectrophotometer) 또는 색채계(colorimeter)를 통해 수행되는 전극 건조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    전극 활물질층의 색 좌표 값을 측정하는 단계는,
    조명 및 이미지 센서를 통해 전극의 표면을 촬영하여 이미지를 수득하고, 상기 이미지의 색 정보를 색 좌표로 변환하는 과정을 포함하는 전극 건조 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    전극의 건조 결과를 분석하고, 전극의 건조 불량 여부를 판정하는 단계는,
    색 좌표 값으로부터 전극의 건조 정도 또는 전극 내 바인더 분포를 분석하고, 이에 대한 불량 여부를 판정하는 과정을 포함하는 전극 건조 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    외기의 온도 및 습도를 측정하는 단계를 더 포함하는 전극 건조 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    전극의 건조 조건을 제어하는 단계는,
    전극이 불량으로 판정될 경우 기존의 건조 조건 및 외기의 온도와 습도를 반영하여 건조 조건을 재설정하는 과정을 포함하는 전극 건조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    전극의 건조 조건을 제어하는 단계는,
    재설정된 건조 조건을 반영하여, 전극의 건조 조건을 실시간으로 변경하는 과정을 더 포함하는 전극 건조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    전극의 건조 조건을 제어하는 단계는,
    재설정된 건조 조건을 기계 학습을 통해 자동으로 업데이트하는 과정을 더 포함하는 전극 건조 방법.
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