WO2024186060A1 - 전극 시트의 건조장치 및 건조방법 - Google Patents

전극 시트의 건조장치 및 건조방법 Download PDF

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박민구
이택수
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a drying device and a drying method for an electrode sheet, and more specifically, to a drying device and a drying method for an electrode sheet configured to control whether or not to supply a solvent to a solvent injection nozzle according to a change in a coating pattern of an electrode sheet.
  • lithium secondary batteries consist of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte material interposed between them, and are divided into lithium ion batteries and lithium polymer batteries depending on which positive and negative electrode active materials are used.
  • the electrode of the above lithium secondary battery can be formed by coating a positive or negative electrode active material on a current collector such as an aluminum or copper sheet, mesh, film, or foil, and then drying it in a drying oven.
  • a current collector such as an aluminum or copper sheet, mesh, film, or foil
  • the electrode sheet supplied by being moved to the drying oven may include a holding portion on which electrode slurry is applied and a non-holding portion on which electrode slurry is not applied.
  • the solvent in the electrode slurry in the holding portion is evaporated by drying, and thus the electrode slurry in the holding portion shrinks.
  • the force of the electrode slurry in the holding portion to shrink during the drying process acts as stress on the current collector of the non-holding portion, which may cause wrinkles and cracks.
  • this phenomenon is becoming more severe as the hot air temperature increases due to the tendency of the battery to have high capacity and high loading.
  • Korean Patent Publication No. 10-2021-0015278 discloses a technology for maintaining a stable dry level of an electrode to be dried by cooling the temperature inside the drying oven by spraying moisture inside the drying oven to minimize detachment and cracking of the electrode due to overdrying.
  • a moisture spray nozzle is installed inside a duct to supply moisture in the form of mist to the hot air supplied into the drying oven through the duct, and since moisture is not directly sprayed on the uncoated portion, there was a limit to the occurrence of cracks in the uncoated portion. Accordingly, a technology is being attempted to spray moisture on the uncoated portion by installing a moisture spray nozzle inside the drying oven.
  • FIG. 1 illustrates a conventional electrode sheet drying device having a moisture spray nozzle installed inside a drying oven
  • FIG. 2 illustrates a conventional moisture supply method for supplying moisture to the moisture spray nozzle illustrated in FIG. 1
  • FIG. 3 illustrates problems with the conventional moisture supply method.
  • a plurality of moisture spray nozzles (21) are installed in a drying oven (30), and are arranged at regular intervals along the width direction (TD, Y direction) of the electrode sheet (10), and are configured to supply moisture (S) from above the electrode sheet (10) toward the electrode sheet (10).
  • a main flow path (23) passes through the plurality of moisture spray nozzles (21), and a pump (26) is configured to supply a solvent stored in a storage tank (not shown) to the plurality of moisture spray nozzles (21) through the main flow path (23).
  • coating when coating the electrode slurry, coating may be performed so that the holding portion (12) and the non-holding portion (11) alternately appear along the width direction (Y direction) of the electrode sheet as in Fig. 1, or coating may be performed so that the non-holding portion (11) is positioned at both edges in the width direction of the electrode sheet and the holding portion (12) is positioned in the center as in Fig. 3.
  • the conventional moisture supply method is not suitable for such a change in coating form. That is, the coating device of Fig. 1 is suitable for an electrode sheet in which the holding portions (12) and the uncoated portions (11) appear alternately, but for an electrode sheet in which the uncoated portions (11) are located only on both edges as in Fig. 3, moisture cannot be sprayed even on the central holding portion (12) that does not require moisture spraying.
  • the present invention aims to provide a drying device and drying method for an electrode sheet, which includes a solvent supply unit capable of blocking solvent supply to some of a plurality of solvent spray nozzles according to a change in the coating form of the electrode sheet.
  • a drying device for an electrode sheet comprising: a drying oven having an internal space formed to dry an electrode sheet on which an electrode slurry is applied on a current collector; and a solvent supply unit configured to spray a solvent on an electrode sheet moving within the drying oven.
  • the solvent supply unit may include: N solvent spray nozzles installed in the drying oven and arranged in a plurality along the width direction (TD) of the electrode sheet to spray a solvent toward a non-coated portion of the electrode sheet; a storage tank storing the solvent to be supplied to the solvent spray nozzles; a main channel connected to the storage tank and sequentially passing through the N solvent spray nozzles; one or more sub-channels branching off from the main channel and then joining back with the main channel; and a valve located at a branch point of the main channel and the sub-channel and opening and closing the main channel.
  • the valve may be configured to close the main path when in an on state to allow solvent to flow into the sub path, and open the main path when in an off state to allow solvent to flow into the main path.
  • the number of valves may correspond to the number of sub-flows.
  • the sub-euro may be N-2 or less.
  • one sub-euro may be configured to bypass one solvent injection nozzle.
  • valves may be two or more, and each valve may be configured to independently control an on-off operation.
  • the first solvent injection nozzle arranged at the outermost side in the electrode sheet width direction (TD) and the Nth solvent injection nozzle arranged at the outermost side on the other side in the electrode sheet width direction (TD) can be configured so that the solvent is supplied only through the main path.
  • the solvent supply unit may further include a pump that supplies the solvent stored in the storage tank to the solvent injection nozzle through the main path.
  • the solvent injection nozzles may be arranged in multiple numbers along the traveling direction (MD) of the electrode sheet.
  • a drying device may further include a hot air supply unit for supplying hot air to an electrode sheet traveling within the drying oven, wherein the hot air supply unit may include: a heat exchanger for heating supplied outside air; a hot air injection nozzle installed within the drying oven and configured to inject hot air toward the electrode sheet; a blower fan for supplying outside air heated by the heat exchanger to the hot air injection nozzle through a duct connected to an internal space of the drying oven; and a damper installed within the duct for controlling the amount of hot air supplied.
  • a method for drying an electrode sheet including: a process of inserting an electrode sheet into a drying oven and inputting location information of a non-spraying portion where a solvent is not to be sprayed; a valve operating process of operating a valve located at a branch point of a main path passing through N solvent spray nozzles arranged in a plurality of directions along a width direction (TD) of the electrode sheet and a sub path branching from the main path based on the input information; and a process of supplying a solvent and spraying the solvent through the solvent spray nozzles.
  • TD width direction
  • a drying method can control whether or not a solvent is supplied to at least one solvent injection nozzle through the valve operating process.
  • the valve may be configured to close the main path when in the on state to allow solvent to flow into the sub path, and open the main path when in the off state to allow solvent to flow into the main path.
  • each sub-euro may be configured to bypass one solvent injection nozzle.
  • a drying device can block the supply of solvent to some solvent injection nozzles that do not require solvent injection among a plurality of solvent injection nozzles by allowing the solvent supplied to the solvent injection nozzles through the main path to be bypassed to the sub path. Accordingly, there is an effect that the design of the solvent supply unit does not need to be changed depending on the coating form of the electrode sheet.
  • Figure 1 is a drawing illustrating a conventional electrode sheet drying device having a moisture spray nozzle installed inside a drying oven.
  • FIG. 2 is a drawing illustrating a conventional moisture supply method for supplying moisture to the moisture injection nozzle illustrated in FIG. 1.
  • Figure 3 is a drawing for explaining problems with conventional water supply methods.
  • Fig. 4 is a block diagram of a drying device for an electrode sheet according to one embodiment.
  • Figure 5 is a block diagram of a solvent supply unit according to one embodiment.
  • FIG. 6 is a drawing of a drying device for an electrode sheet according to one embodiment.
  • Figure 7 is a partially enlarged view of an electrode sheet drying device according to one embodiment.
  • Figure 8 is a drawing of a solvent supply unit according to one embodiment.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a portion of FIG. 8 to explain the operation of a valve according to one embodiment.
  • Figure 10 is a drawing for explaining the effect of the present invention.
  • FIG. 11 is a drawing of a solvent supply unit according to another embodiment.
  • Fig. 12 is a flowchart for explaining a method for drying an electrode sheet according to one embodiment.
  • a part such as a layer, film, region, or board is “on” another part, this includes not only the case where it is “directly above” the other part, but also the case where there is another part in between.
  • a part such as a layer, film, region, or board is “under” another part, this includes not only the case where it is “directly below” the other part, but also the case where there is another part in between.
  • being disposed “on” may include the case where it is disposed below as well as above.
  • the X direction corresponds to the direction in which the electrode sheet is transported
  • the Y direction corresponds to the width direction of the electrode sheet
  • the Z direction corresponds to the direction perpendicular to the plane of the electrode sheet or the direction in which hot air is blown.
  • the maintenance portion refers to a region of the electrode sheet where electrode slurry is applied
  • the non-maintenance portion refers to a region where electrode slurry is not applied, and refers to a portion where the current collector is exposed.
  • FIG. 4 is a block diagram of a drying device for an electrode sheet according to one embodiment
  • FIG. 5 is a block diagram of a solvent supply unit according to one embodiment.
  • the drying device (100, hereinafter referred to as 'drying device') of the electrode sheet may include a drying oven (110), a solvent supply unit (120), and a drying means (130').
  • the solvent supply unit (120) may be configured so that solvent supply to some of the plurality of solvent spray nozzles can be blocked in response to a change in the coating form of the electrode sheet.
  • FIG. 6 is a drawing of a drying device for an electrode sheet according to one embodiment.
  • the drying device (100) may include a transport unit that transports the electrode sheet (10) to be dried in one direction so that the electrode sheet (10) passes through the internal space (112) through the inlet (111) and the outlet (113).
  • the transport unit may transport the electrode sheet (10) to be dried in one direction by means of a plurality of transport rollers (140) that receive power from a motor (not shown) and rotate in one direction.
  • the drying device (100) may include a drying means (130').
  • the drying means (130') is not limited to a means that can dry the electrode slurry by supplying thermal energy to the electrode slurry to remove a solvent in the electrode slurry.
  • the hot air supply unit (130) serves to dry the electrode slurry of the electrode sheet by spraying hot air toward the electrode sheet (10) being transported.
  • the hot air supply unit (130) may be composed of an upper trunk (131) having a hot air supply passage therein, and a lower trunk (132) spaced apart from the upper trunk (131) so that the electrode sheet (10) to be dried may be transported in one direction.
  • a hot air spray nozzle (131a, 132a) having a discharge hole formed therein for supplying hot air toward the electrode sheet (10) to be dried may be installed on opposite surfaces of the upper/lower trunks (131, 132).
  • the hot air spray nozzle (131a, 132a) may be installed on the upper portion of the electrode sheet (10) moving within the drying oven (110), or may be installed on the upper and lower portions, respectively.
  • the hot air supplied to the internal space (111) of the drying oven (110) may have a flow structure in which some of the hot air is circulated after being used to dry the electrode sheet (10) and the remainder is exhausted to the outside.
  • the hot air supply unit (130) may include a heat exchanger (not shown) that heats supplied outside air; a hot air injection nozzle (131a, 132a) that is installed in the drying oven (110) and configured to inject hot air toward the electrode sheet (10); a blower fan (not shown) that supplies outside air heated by the heat exchanger to the hot air injection nozzle (131a, 132a) through a duct connected to the internal space of the drying oven (110); and a damper (not shown) that is installed in the duct (not shown) and adjusts the amount of hot air supplied.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of an electrode sheet drying device according to one embodiment
  • FIG. 8 is a drawing of a solvent supply unit according to one embodiment
  • FIG. 9 is an enlarged view of a part of FIG. 8 to explain the operation of a valve according to one embodiment
  • FIG. 10 is a drawing to explain the effect of the present invention.
  • the above solvent supply unit (120) may be configured to spray solvent on the electrode sheet (10) running within the drying oven (110).
  • a solvent supply unit (120) may include a solvent injection nozzle (121), a storage tank (122), a main flow path (123), a sub flow path (124), a valve (125), and a pump (126).
  • the solvent injection nozzle (121) may be formed with one or more through holes capable of spraying a solvent.
  • the solvent injection nozzle (121) may be installed within the internal space (111) of the drying oven (110), and more specifically, may be installed on an outer surface of the upper trunk (131) constituting the hot air supply unit (130), which faces the lower trunk (132).
  • the embodiment is not limited thereto.
  • a plurality (N) of solvent injection nozzles (121) may be arranged along the width direction (TD, Y direction) of the electrode sheet, and each of the N solvent injection nozzles (121) may be arranged spaced apart from each other.
  • N means an integer of 2 or greater, and may be specifically in the range of 2 to 50, specifically in the range of 2 to 30 or in the range of 3 to 10, but is not limited thereto.
  • the solvent spray nozzles (121) may be arranged in multiple locations not only along the width direction (TD, Y direction) but also along the traveling direction (MD, X direction) of the electrode sheet.
  • the drying oven (110) may be composed of two or more drying zones physically or conceptually partitioned along the traveling direction (MD) of the electrode sheet (10), and the drying zone at the rear end is a section where drying is almost complete, so there is a relatively high possibility of overdrying.
  • the drying zone at the front end is a section in the early stage of drying, so there is a relatively low possibility of overdrying. Therefore, the solvent spray nozzles (121) may be installed only in the drying zone at the rear end, or only in the drying zones at the middle and rear ends.
  • the present invention is not limited thereto, and the solvent spray nozzles (121) may be installed in all of the drying zones of the front-middle-rear end, but each of the solvent spray nozzles may be configured to be independently controllable, so that the solvent may be sprayed only from the solvent spray nozzles (121) installed in the drying zone where solvent spraying is required.
  • the solvent injection nozzles are installed in M rows along the running direction (MD) of the electrode sheet, the solvent injection nozzles may be arranged in a matrix of N ⁇ M inside the drying oven (110).
  • the storage tank (122) may be configured to store the solvent to be supplied to the plurality of solvent injection nozzles (121).
  • the storage tank (122) may have a storage space formed therein for storing the solvent.
  • the solvent supplied to the solvent injection nozzle is not particularly limited in type, as long as it does not cause a chemical reaction with the current collector of the non-conductive portion or the electrode slurry around it during the drying process and can be removed by drying heat.
  • Specific examples of such solvents include water, alcohol, a solvent for electrode slurry, an organic solvent for electrolyte, etc., and water may be preferable for environmentally friendly purposes.
  • the main euro (123) serves as a transfer pipe for supplying solvent supplied from the storage tank (122) to N solvent injection nozzles (121).
  • the main euro (123) may be structured to be connected to the storage tank (122) and sequentially pass through the N solvent injection nozzles (121).
  • the sub-channel (124) serves as a bypass to block the supply of solvent through the main channel (123) to some of the solvent injection nozzles (121).
  • one sub-channel (124) is configured to bypass one solvent injection nozzle (121). Accordingly, the solvent can be controlled so that it is not supplied to a solvent injection nozzle that does not require the supply of solvent.
  • the sub-flow path (124) may be structured to branch off from the main flow path (123) and then merge back into the main flow path (123). Accordingly, the solvent flowing into the sub-flow path (124) may flow back into the main flow path (123) at the merging point where it merges with the main flow path (123).
  • the solvent supplied through the main flow path (123) can flow into the main flow path (123) at the branch point. Meanwhile, since the valve (125) does not open and close the sub flow path (124), the solvent can be supplied to the sub flow path (124) regardless of the on and off state of the valve (125).
  • the number of valves (125) may correspond to the number of sub-channels (124). That is, the number of valves (125) and the number of sub-channels (124) may be the same. This is because the valve (125) has a function of closing the main channel (123) to allow the solvent to flow into the sub-channel (124), and it may be natural that a number of valves (125) corresponding to the number of sub-channels (124) is required.
  • three solvent injection nozzles may be spaced apart from each other along the width direction (Y direction) of the electrode sheet.
  • the solvent injection nozzle located on the far left will be referred to as the first solvent injection nozzle (121a)
  • the solvent injection nozzle located in the middle will be referred to as the second solvent injection nozzle (121b)
  • the solvent injection nozzle located on the far right will be referred to as the third solvent injection nozzle (121c).
  • one sub-channel (124) may be configured to bypass one solvent injection nozzle (121b).
  • a valve (125) may be located at or near the branch point of the main channel (123) and the sub-channel (124).
  • Fig. 9 (a) shows the flow of solvent (arrow) when the valve (125) is turned on
  • Fig. 9 (b) shows the flow of solvent (arrow) when the valve (125) is turned off.
  • the valve (125) in the turned on state closes the main flow path (123)
  • the solvent flows into the sub flow path (124) from the branch point, and is not supplied to the main flow path between the branch point and the next branch point.
  • the valve (125) in the turned off state opens the main flow path (123), the solvent flows into the main flow path (123) and the sub flow path (124).
  • the solvent can be sequentially supplied to the first solvent injection nozzle (121a), the second solvent injection nozzle (121b), and the third solvent injection nozzle (121c) through the main path (123). Then, when the valve (125) is turned on to stop the solvent supply to the second solvent injection nozzle (121b), the main path is closed at the branch point, and the solvent supplied through the main path (123) flows into the sub path (124), so that the solvent is not supplied to the second solvent injection nozzle (121b).
  • the solvent flowing into the sub-flow path (124) can flow into the main flow path (123) after the merging point where the sub-flow path (124) merges back into the main flow path (123) and be supplied to the third solvent injection nozzle (121c) located downstream therefrom.
  • the sub-euro (123) can serve as a bypass to prevent the solvent from being supplied to the second solvent injection nozzle by the operation of the valve (125).
  • the solvent supply unit (120) may further include a valve controller for controlling the on-off operation of the valve (125).
  • the first solvent injection nozzle arranged at the outermost side on one side in the electrode sheet width direction (TD) and the Nth solvent injection nozzle arranged at the outermost side on the other side can be configured so that the solvent is supplied only through the main path.
  • the first solvent injection nozzle (121a) located at the outermost side on one side and the third solvent injection nozzle (121c) located at the outermost side on the other side spray solvent onto the uncoated portions of the edges on both sides in the width direction (Y direction) of the electrode sheet. Since uncoated portions are generally formed at the edges on both sides in the width direction of the electrode sheet, the first and third solvent injection nozzles (121a, 121c) generally always need to spray solvent. Accordingly, in this general form of electrode sheet, the solvent injection nozzles located at the outermost sides on both sides do not need to control whether or not to supply solvent.
  • a solvent supply unit (120) may be configured to independently control whether or not to supply solvent to each solvent injection nozzle.
  • the solvent spray nozzle positioned above the uncoated portion (11) can spray the solvent on the uncoated portion.
  • the solvent can be bypassed to the solvent spray nozzles (121b to 121d) positioned above the supporting portion (12) by turning the valve on and off.
  • the drying device according to the present invention has the effect of spraying the solvent on the uncoated portion corresponding to electrode sheets having various coating forms.
  • the above pump (126) serves to supply the solvent stored in the storage tank (122) to the solvent injection nozzle (121) through the main path (123).
  • the pump (126) may be installed inside the storage tank (122) or may be installed outside the storage tank (122).
  • the pump may be configured to pump the solvent stored in the storage tank and supply it to the main path (123).
  • FIG. 11 illustrates a solvent supply unit according to another embodiment of the present invention.
  • four solvent injection nozzles may be spaced apart along the width direction (Y direction) of the electrode sheet.
  • the four solvent injection nozzles are sequentially referred to as the first solvent injection nozzle to the fourth solvent injection nozzle (221a, 221b, 221c, 221d) from the leftmost to the rightmost.
  • sub-channels (224a, 224b) bypassing them may be branched from the main channel (223).
  • the two sub-flow paths (224a, 224b) in Fig. 11 are sequentially referred to as the first sub-flow path (224a) and the second sub-flow path (224b) from the leftmost one, and the valve located at the branch point of the first sub-flow path (224a) is referred to as the first valve (225a), and the valve located at the branch point of the second sub-flow path (224b) is referred to as the second valve (225b).
  • a first sub flow path (224a) may be branched between the first solvent injection nozzle (221a) and the second solvent injection nozzle (221b), and in the path of the main flow path (223), a second sub flow path (224b) may be branched between the second solvent injection nozzle (221b) and the third solvent injection nozzle (221c).
  • the first sub-flow (224a) can rejoin the main flow (223) upstream of the branch point of the second sub-flow (224b) in the path of the main flow (223), and the second sub-flow (224b) can rejoin the main flow (223) between the third solvent injection nozzle (221c) and the fourth solvent injection nozzle (221d) in the path of the main flow (223).
  • each sub-channel (224a, 224b) be configured to bypass one solvent injection nozzle.
  • the number of valves corresponds to the number of sub-euro, so if there are two or more sub-euro, there may also be two or more valves. If there are two or more valves, each valve may be configured to independently control the on-off operation.
  • each of the plurality of valves can be independently controlled, so that whether or not the solvent is supplied through the solvent injection nozzle through the main path can be controlled in response to electrode sheets having various coating forms.
  • the number of solvent injection nozzles is not limited thereto. Accordingly, the number of sub-flow paths is not limited to one or two, and may increase corresponding to the number of solvent injection nozzles.
  • N-2 sub-uros when the number of solvent injection nozzles is N, a maximum of N-2 sub-uros can be installed.
  • FIG 12 is a flow chart for explaining a drying method of an electrode sheet (hereinafter referred to as “drying method”) according to one embodiment.
  • a drying method may include a process (P100) of inserting an electrode sheet into a drying oven and inputting location information of a non-spraying portion where a solvent is not to be sprayed; a valve operating process (P200) of operating a valve located at a branch point of a main path passing through N solvent spray nozzles arranged in a plurality of directions along the width direction (TD) of the electrode sheet and a sub path branching from the main path based on the input information; and a process (P300) of supplying a solvent and spraying the solvent through the solvent spray nozzles.
  • P100 a process of inserting an electrode sheet into a drying oven and inputting location information of a non-spraying portion where a solvent is not to be sprayed
  • P200 valve operating process of operating a valve located at a branch point of a main path passing through N solvent spray nozzles arranged in a plurality of directions along the width direction (TD) of the electrode sheet and a sub path branching from the main path
  • the drying method may utilize the drying device (100) described above.
  • the drying method according to the present invention may utilize an electrode sheet drying device including a drying oven (110) having an internal space formed to dry an electrode sheet on which an electrode slurry is applied on a current collector; and a solvent supply unit (120) configured to spray a solvent on an electrode sheet moving within the drying oven, wherein the solvent supply unit comprises: N solvent spray nozzles (121) installed in the drying oven and arranged in a plurality along the width direction (TD) of the electrode sheet to spray a solvent toward a non-coated portion of the electrode sheet; a storage tank (122) storing a solvent to be supplied to the solvent spray nozzles; a main channel (123) connected to the storage tank and sequentially passing through the N solvent spray nozzles; one or more sub channels (124) branching off from the main channel and then joining back with the main channel; and a valve (125) located at a branch point of the main channel and the sub channels and opening and closing the main channel. Since the above drying device,
  • a drying method may be configured to enable control of whether or not to supply solvent to at least one solvent injection nozzle through the valve operating process.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 건조장치는 무지부에 용매를 분사하기 위해 용매 공급 유닛을 포함하고, 용매 공급 유닛은 폭 방향(TD)을 따라 배치된 N개의 용매 분사 노즐을 순차 경유하는 메인 유로, 메인 유로로부터 분기된 서브 유로 및 이들의 분기점에 위치한 밸브를 포함하며, 밸브의 조작에 의해 메인 유로를 닫아 용매가 서브 유로로 유입되도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 건조장치는, 밸브가 용매를 서브 유로로 우회하도록 하여, 복수의 용매 분사 노즐 중, 용매 분사가 불필요한 일부 용매 분사 노즐로의 용매 공급이 차단 가능하다. 따라서, 전극 코팅 형태에 따라, 용매 공급 유닛의 설계 변경을 하지 않아도 되는 효과가 있다.

Description

전극 시트의 건조장치 및 건조방법
본 출원은 2023.03.09. 출원한 한국특허출원 제10-2023-0031025호에 기초한 우선권의 이익을 주장한다.
본 발명은 전극 시트의 건조장치 및 건조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 시트의 코팅 패턴의 변화에 따라 용매 분사 노즐에 대한 용매 공급 여부의 제어가 가능하도록 구성된 전극 시트의 건조장치 및 건조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 이들 간에 개재되는 전해질 물질로 이루어지며, 양극 활물질과 음극 활물질을 어떤 것을 사용하느냐에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 나누어진다.
상기 리튬 이차전지의 전극은 알루미늄 또는 구리 시트(sheet), 메시(mesh), 필름(film), 호일(foil) 등의 집전체에 양극 또는 음극 활물질을 코팅한 후 건조 오븐을 통해 건조시킴으로써 형성될 수 있다.
건조 오븐으로 이동되어 공급되는 전극 시트는, 전극 슬러리가 도포된 유지부와 전극 슬러리가 도포되지 않은 무지부를 포함할 수 있으며, 건조 과정에서 유지부의 전극 슬러리 중의 용매는 건조에 의해 증발되고, 이에 따라 유지부의 전극 슬러리는 수축하게 된다. 이렇게 건조 과정에서 유지부의 전극 슬러리가 수축하려는 힘은, 무지부의 집전체에 응력으로 작용하여, 주름 및 크랙을 발생시킬 수 있다. 그리고 이러한 현상은, 전지의 고용량, 고로딩화 경향에 의해 열풍 온도가 높아지면서 더욱 심화되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2021-0015278호는 과건조에 의한 전극의 탈리와 크랙 등의 파손 발생을 최소화하기 위해, 건조 오븐 내에 수분을 분사하여 건조 오븐 내부의 온도를 냉각시켜, 건조 대상 전극의 건조 안정화 수준을 유지하는 기술을 개시하고 있다. 그러나 상기 기술은, 수분 분사 노즐이 덕트 내에 설치되어, 덕트를 통해 건조 오븐 내부로 공급되는 열풍에 미스트 형태의 수분을 공급하는 것으로, 무지부에 직접 수분을 분사하지 않기 때문에, 무지부 크랙 발생에 한계가 있었다. 이에 건조 오븐 내에 수분 분사 노즐을 설치하여, 무지부에 수분을 분사하려는 기술이 시도되고 있다.
도 1은 건조 오븐 내에 수분 분사 노즐이 설치된 종래의 전극 시트 건조장치를 도시하고 있고, 도 2는 도 1에 도시한 수분 분사 노즐에 수분을 공급하는 종래의 수분 공급 방법을 도시하고 있으며, 도 3은 종래의 수분 공급 방법의 문제점을 도시하고 있다.
이들 도면을 참조하면, 복수 개의 수분 분사 노즐(21)이 건조 오븐(30) 내에 설치되어 있되, 이들은 전극 시트(10)의 폭 방향(TD, Y 방향)을 따라 일정 간격으로 이격 배치되어 있으며, 전극 시트(10)의 상방에서 전극 시트(10)를 향해 수분(S)을 공급하도록 구성되어 있다. 그리고, 메인 유로(23)가 복수 개의 수분 분사 노즐(21)을 경유하고, 펌프(26)가 저장탱크(미도시)에 저장된 용매를 메인 유로(23)를 통해 복수 개의 수분 분사 노즐(21)에 공급하도록 구성되어 있다.
한편, 전극 슬러리를 코팅함에 있어서, 도 1과 같이 전극 시트의 폭 방향(Y 방향)을 따라 유지부(12)와 무지부(11)가 교대로 나타나도록 코팅할 수도 있고, 도 3과 같이 전극 시트 폭 방향의 양 측 가장자리에는 무지부(11)가 위치하고, 중앙에는 유지부(12)가 위치하도록 코팅할 수도 있다.
그런데, 종래의 수분 공급 방법은, 이러한 코팅 형태의 변화에 부적합하다. 즉, 도 1의 코팅 장치는, 유지부(12)와 무지부(11)가 교대로 나타나는 전극 시트에 대해서는 적합하나, 도 3과 같이 양측 가장자리에만 무지부(11)가 위치하는 전극 시트에 대해서는, 수분 분사가 필요하지 않은 중앙의 유지부(12)에도 수분을 분사할 수밖에 없다.
따라서, 이러한 문제점을 개선할 수 있는 전극 시트의 건조장치 및 건조방법에 관한 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 전극 시트의 코팅 형태의 변화에 따라, 복수 개의 용매 분사 노즐 중, 일부에는 용매 공급의 차단이 가능한 용매 공급 유닛을 포함하는 전극 시트의 건조장치 및 건조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 슬러리가 집전체 상에 도포된 전극 시트를 건조하기 위하여 내부 공간이 형성되는 건조 오븐; 및 건조 오븐 내에서 주행하는 전극 시트에 대해 용매를 분사하도록 구성된 용매 공급 유닛을 포함하는 전극 시트의 건조장치가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 용매 공급 유닛은, 상기 건조 오븐에 설치되고, 전극 시트의 폭 방향(TD)을 따라 복수 배치되어, 전극 시트의 무지부를 향해 용매를 분사하는 N개의 용매 분사 노즐; 상기 용매 분사 노즐에 공급될 용매가 저장되는 저장탱크; 상기 저장탱크와 연결되고, 상기 N개의 용매 분사 노즐을 순차 경유하는 메인 유로; 상기 메인 유로로부터 분기되었다가, 다시 메인 유로와 합쳐지는 하나 이상의 서브 유로; 및 메인 유로와 서브 유로의 분기점에 위치하며, 메인 유로를 개폐하는 밸브를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 밸브는, 켜짐(on) 상태에서 메인 유로를 닫아 용매가 서브 유로로 유입되도록 하고, 꺼짐(off) 상태에서 메인 유로를 열어 용매가 메인 유로로 유입되도록 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 밸브의 개수는 서브 유로의 개수에 대응할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 서브 유로는 둘 이상일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 서브 유로는 N-2개 이하일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하나의 서브 유로는 하나의 용매 분사 노즐을 우회하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 밸브는 둘 이상이고, 각각의 밸브는 독립적으로 켜짐-꺼짐(on-off) 동작의 제어가 가능하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전극 시트 폭 방향(TD)의 일측 최외곽에 배치된 제1 용매 분사 노즐 및 전극 시트 폭 방향(TD)의 타측 최외곽에 배치된 제N 용매 분사 노즐은, 메인 유로를 통해서만 용매가 공급되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 용매 공급 유닛은, 상기 저장탱크에 저장된 용매를 메인 유로를 통해 용매 분사 노즐에 공급해주는 펌프를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 용매 분사 노즐은, 전극 시트의 주행 방향(MD)을 따라 복수 배치될 수 있다.
일 실시예에 따른 건조장치는, 상기 건조 오븐 내에서 주행하는 전극 시트에 대해 열풍을 공급하기 위한 열풍 공급 유닛을 더 포함할 수 있고, 상기 열풍 공급 유닛은, 공급되는 외기를 가열해주는 열교환기; 상기 건조 오븐 내에 설치되어, 전극 시트를 향해 열풍을 분사하도록 구성된 열풍 분사 노즐; 상기 열교환기에 의해 가열된 외기를 상기 건조 오븐의 내부 공간과 연결된 덕트를 통해 열풍 분사 노즐에 공급해주는 송풍팬; 및 상기 덕트 내에 설치되어, 열풍 공급량을 조절해주는 댐퍼를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 건조 오븐에 전극 시트를 투입하고, 용매를 분사하지 않을 무지부의 위치 정보를 입력하는 과정; 전극 시트의 폭 방향(TD)을 따라 복수 배치된 N개의 용매 분사 노즐들을 경유하는 메인 유로와 상기 메인 유로로부터 분기되는 서브 유로의 분기점에 위치한 밸브를 상기 입력된 정보에 기반하여 조작하는 밸브 조작 과정; 및 용매를 공급하여 상기 용매 분사 노즐을 통해 용매를 분사하는 과정을 포함하는 전극 시트의 건조방법이 제공된다.
일 실시예에 따른 건조방법은, 상기 밸브 조작 과정을 통해 적어도 하나 이상의 용매 분사 노즐로의 용매 공급 여부의 제어가 가능하다.
일 실시예에서, 상기 밸브는, 켜짐(on) 상태에서 메인 유로를 닫아 용매가 서브 유로로 유입되도록 하고, 꺼짐(off) 상태에서 메인 유로를 열어 용매가 메인 유로로 유입되도록 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 서브 유로는 둘 이상일 수 있다.
일 실시예에서, 각각의 서브 유로는 하나의 용매 분사 노즐을 우회하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건조장치는, 메인 유로를 통해 용매 분사 노즐로 공급되는 용매가, 서브 유로로 우회 가능하여, 복수의 용매 분사 노즐 중, 용매 분사가 불필요한 일부 용매 분사 노즐로의 용매 공급을 차단할 수 있다. 따라서, 전극 시트의 코팅 형태에 따라, 용매 공급 유닛의 설계 변경을 하지 않아도 되는 효과가 있다.
도 1은 건조 오븐 내에 수분 분사 노즐이 설치된 종래의 전극 시트 건조장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 수분 분사 노즐에 수분을 공급하는 종래의 수분 공급 방법을 도시한 도면이다.
도 3은 종래의 수분 공급 방법의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전극 시트의 건조장치의 블록도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 용매 공급 유닛의 블록도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전극 시트의 건조장치의 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전극 시트 건조장치의 부분 확대도이다.
도 8은 일 실시형태에 따른 용매 공급 유닛의 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 밸브의 동작을 설명하기 위해, 도 8의 일부를 확대한 도면이다.
도 10은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 다른 실시형태에 따른 용매 공급 유닛의 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 전극 시트의 건조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
[부호의 설명]
10: 전극 시트
11: 무지부
12: 유지부
100: 건조장치
30, 110: 건조 오븐
120: 용매 공급 유닛
130: 열풍공급부
130': 건조 수단
21, 121: 용매 분사 노즐
122: 저장탱크
123: 메인 유로
124: 서브 유로
125: 밸브
126: 펌프
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 발명의 명세서 전체에서 사용되는, "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 발명의 명세서에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 명세서에서, X 방향은 전극 시트가 이송되는 방향, Y 방향은 전극 시트의 폭 방향, Z 방향은 전극 시트의 평면에 수직인 방향 또는 열풍의 분사 방향에 해당된다.
본 발명에 있어서, 유지부는 전극 시트에서 전극 슬러리가 도포된 영역을, 무지부는 전극 슬러리가 도포되지 않은 영역으로, 집전체가 노출되어 있는 부분을 의미한다.
전극 시트의 건조장치
[제1 실시형태]
도 4는 일 실시예에 따른 전극 시트의 건조장치의 블록도이고, 도 5는 일 실시예에 따른 용매 공급 유닛의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 전극 시트의 건조장치(100, 이하 '건조장치'라 함)는, 건조 오븐(110), 용매 공급 유닛(120) 및 건조 수단(130')을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면 상기 용매 공급 유닛(120)은, 전극 시트의 코팅 형태의 변화에 대응하여, 복수 개의 용매 분사 노즐 중, 일부에는 용매 공급이 차단 가능하도록 구성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 용매 공급 유닛(120)은, 용매 분사 노즐(121), 저장탱크(122), 메인 유로(123), 서브 유로(124), 밸브(125) 및 펌프(126)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 밸브(125)는 켜짐(on)-꺼짐(off) 조작에 의해 메인 유로를 계폐하여, 메인 유로를 순차 경유하는 복수의 용매 분사 노즐(121) 중, 용매 공급이 불필요한 일부 용매 분사 노즐로의 용매 공급을 차단할 수 있다.
이러한 용매 공급 유닛(120)은, 용매를 분사할 필요가 없는 유지부의 상방에 위치하는 용매 분사 노즐로의 용매 공급을 차단할 수 있으므로, 전극 코팅 형태에 따라, 용매 공급 유닛의 설계 변경을 하지 않아도 되는 효과가 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 전극 시트의 건조장치의 도면이다.
도 6을 참조하면, 상기 건조 오븐(110)은, 전극 건조장치(100)의 주된 프레임을 구성하는 것으로, 내부에 건조를 위한 내부 공간(112)이 마련된다. 그리고 건조 오븐(110)의 일측에는 건조 대상 전극 시트(10)가 투입되는 투입구(111)가 구비되고, 타측에는 건조 과정을 거친 전극 시트(10)가 배출될 수 있도록 배출구(113)가 구비될 수 있다.
건조장치(100)는, 전극 시트(10)가 투입구(111)와 배출구(113)를 통해 상기 내부 공간(112)을 통과하도록 건조대상 전극 시트(10)를 일방향으로 이송시켜 주는 이송부를 포함할 수 있다. 이송부는 모터(미도시)의 동력을 전달받아 일방향으로 회전하는 복수의 이송롤러(140)를 매개로 건조대상 전극 시트(10)를 일측으로 이송시켜줄 수 있다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 건조장치(100)는 건조 수단(130')을 포함할 수 있다. 상기 건조 수단(130')은 전극 슬러리에 열에너지를 공급하여 전극 슬러리 중의 용매를 제거해 전극 슬러리를 건조할 수 있는 수단이라면, 그 수단은 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 건조 수단(130')은 열풍 공급 유닛(130) 또는/및 히터를 포함할 수 있다. 도 6은 건조 수단(130')으로서 열풍 공급 유닛(130)이 채택된 일 실시예를 도시하고 있다.
일 실시예에 따르면, 열풍 공급 유닛(130)은, 이송되는 전극 시트(10)를 향해 열풍을 분사하여 전극 시트의 전극 슬러리를 건조시켜주는 역할을 한다.
구체적으로 열풍 공급 유닛(130)은 내부에 열풍 공급 통로가 구비된 상부트렁크(131)와, 상기 상부트렁크(131)와의 사이에 건조 대상 전극 시트(10)가 일방향으로 이송되도록 이격 배치되는 하부트렁크(132)로 구성될 수 있다. 상기 상/하부트렁크(131,132)의 대향면에는 상기 건조 대상 전극 시트(10)를 향해 열풍을 공급해줄 수 있는 토출공이 형성된 열풍 분사 노즐(131a,132a)이 설치되어 있을 수 있다. 열풍 분사 노즐(131a,132a)은 건조 오븐(110) 내에서 주행하는 전극 시트(10)의 상부에 설치되거나 또는 상부 및 하부에 각 설치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 건조 오븐(110)의 내부 공간(111)으로 공급된 열풍은 전극 시트(10)의 건조에 사용되고 난 후 일부는 순환되고, 나머지는 외부로 배기되는 유동 구조일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 열풍 공급 유닛(130)은 공급되는 외기를 가열해주는 열교환기(미도시); 상기 건조 오븐(110) 내에 설치되어, 전극 시트(10)를 향해 열풍을 분사하도록 구성된 열풍 분사 노즐(131a,132a); 상기 열교환기에 의해 가열된 외기를 상기 건조 오븐(110)의 내부 공간과 연결된 덕트를 통해 열풍 분사 노즐(131a,132a)에 공급해주는 송풍팬(미도시); 및 상기 덕트(미도시) 내에 설치되어, 열풍 공급량을 조절해주는 댐퍼(미도시)를 포함할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 전극 시트 건조장치의 부분 확대도이고, 도 8은 일 실시형태에 따른 용매 공급 유닛의 도면이고, 도 9는 일 실시예에 따른 밸브의 동작을 설명하기 위해 도 8의 일부를 확대한 도면이며, 도 10은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
상기 용매 공급 유닛(120)은, 건조 오븐(110) 내에서 주행하는 전극 시트(10)에 대해 용매를 분사하도록 구성될 수 있다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 용매 공급 유닛(120)은 용매 분사 노즐(121), 저장탱크(122), 메인 유로(123), 서브 유로(124), 밸브(125) 및 펌프(126)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 용매 분사 노즐(121)에는 용매를 분사할 수 있는 하나 이상의 관통공이 형성되어 있을 수 있다. 용매 분사 노즐(121)은 건조 오븐(110)의 내부 공간(111) 내에 설치될 수 있고, 더욱 상세하게는 상기 열풍 공급 유닛(130)을 구성하는 상부트렁크(131)의 외면 중, 하부트렁크(132)와 대향하는 외면에 설치되어 있을 수 있다. 그러나 전극 시트(10)를 향해 용매를 분사할 수 있는 구조라면, 그 실시형태가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따른 용매 분사 노즐(121)은, 전극 시트의 폭 방향(TD, Y 방향)을 따라 복수(N) 개 배치되어 있을 수 있고, N개의 용매 분사 노즐(121)들 각각은 상호 이격 배치되어 있을 수 있다. 여기서 N은 2 이상의 정수를 의미하고, 구체적으로 2 내지 50, 상세하게는 2 내지 30의 범위 또는 3 내지 10의 범위일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
용매 분사 노즐(121)이 복수 개 이격 배치되어 있음에 따라, 전극 시트의 폭 방향(TD)을 따라 유지부와 무지부가 교대로 나타나는 형태로 패턴 코팅된 전극 시트의 복수의 무지부를 향해 용매를 분사할 수 있는 효과가 있다. 이때, 용매 분사 노즐(121)의 개수인 N은, 전극 시트(10)의 폭 방향(TD)을 따라 나타나는 무지부의 개수와 동일할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 용매 분사 노즐(121)은 폭 방향(TD, Y 방향) 뿐만 아니라, 전극 시트의 주행 방향(MD, X 방향)을 따라서도 복수 배치될 수 있다. 건조 오븐(110)은, 전극 시트(10)의 주행 방향(MD)을 따라 물리적 또는 개념적으로 구획된 둘 이상의 건조 존(Zone)으로 이루어질 수 있고, 후단의 건조 존은 건조가 거의 완료되는 구간으로, 상대적으로 과건조가 일어날 가능성이 크다. 반면 전단의 건조 존에서는 건조 초기의 구간이므로, 상대적으로 과건조가 일어날 가능성이 작다. 따라서, 용매 분사 노즐(121)은 후단의 건조 존에만 설치되거나, 또는 중단 및 후단의 건조 존에만 설치될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 용매 분사 노즐(121)이 전단-중단-후단의 건조 존 모두에 설치되되, 용매 분사 노즐들 각각이 독립적으로 제어 가능하도록 구성되어, 용매 분사가 필요한 건조 존에 설치된 용매 분사 노즐(121)에서만 용매가 분사되도록 제어할 수 있다.
용매 분사 노즐이 전극 시트의 주행 방향(MD)을 따라 M 렬로 설치되어 있다면, 용매 분사 노즐은 NХM의 행렬을 이루어 건조 오븐(110) 내에 배치된 형태일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 저장탱크(122)는 상기 복수 개의 용매 분사 노즐(121)에 공급될 용매가 저장되도록 구성될 수 있다. 저장탱크(122)는 내부에 용매가 저장되기 위한 저장 공간이 형성되어 있을 수 있다.
일 실시예에서, 용매 분사 노즐에 공급되는 용매는 건조 과정에서 무지부의 집전체 또는 그 주변의 전극 슬러리와 화학적 반응을 일으키지 않고, 건조 열에 의해 제거될 수 있는 것이라면, 그 종류가 특별히 한정되지 아니한다. 이러한 용매의 구체적 예로서, 물, 알코올, 전극 슬러리의 용매, 전해액의 유기 용매 등을 예시할 수 있으며, 친환경 목적으로는 물이 바람직할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 메인 유로(123)는, 저장탱크(122)로부터 공급받은 용매를 N개의 용매 분사 노즐(121)로 공급하기 위한 이송 배관의 역할을 한다.
일 실시예에 따르면, 메인 유로(123)는, 저장탱크(122)와 연결되고, 상기 N개의 용매 분사 노즐(121)을 순차 경유하는 구조일 수 있다.
이러한 실시예에 따르면, 용매가 하나의 저장탱크(122)에서 하나의 메인 유로를 통해 N개의 용매 분사 노즐(121)로 공급되므로, 용매 공급 유닛의 설계를 단순화하고, 이들이 차지하는 공간을 절약할 수 있는 이점이 있다.
일 실시예에 따른 서브 유로(124)는, 용매 분사 노즐(121)들의 일부에 대해서, 상기 메인 유로(123)를 통한 용매의 공급을 차단하기 위한 우회로의 역할을 한다. 일부 실시예들에 있어서, 하나의 서브 유로(124)는 하나의 용매 분사 노즐(121)을 우회하도록 구성된다. 이에 따라 용매의 공급이 불필요한 용매 분사 노즐로 용매가 공급되지 않도록 제어될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 서브 유로(124)는 상기 메인 유로(123)로부터 분기되었다가, 다시 메인 유로(123)와 합쳐지는 구조일 수 있다. 이에 따라 서브 유로(124)로 유입된 용매는, 메인 유로(123)와 합쳐지는 병합점에서 다시 메인 유로(123)로 유입될 수 있다.
일 실시예에 따른 밸브(125)는 메인 유로(123)와 서브 유로(124)의 분기점에 위치하며, 메인 유로(123)를 개폐하도록 구성될 수 있다. 상기 밸브(125)가 메인 유로(123)를 폐쇄하면, 메인 유로(123)를 통해 공급되는 용매는 분기점에서 서브 유로(124)로 유입된다.
반대로 밸브(125)의 꺼짐(off) 상태에서는 메인 유로(123)가 개방되므로, 메인 유로(123)를 통해 공급되는 용매는 분기점에서 메인 유로(123)로 유입될 수 있다. 한편, 밸브(125)는 서브 유로(124)를 개폐하는 것은 아니므로, 용매는 상기 밸브(125)의 켜짐 및 꺼짐 상태와 관계없이 서브 유로(124)에 공급될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 밸브(125)의 개수는 서브 유로(124)의 개수에 대응할 수 있다. 즉, 밸브(125)의 개수와 서브 유로(124)의 개수는 동일할 수 있다. 이는 밸브(125)가 메인 유로(123)를 닫아 용매가 서브 유로(124)로 유입되도록 하는 기능을 가짐에 따른 것으로, 서브 유로(124)의 개수에 대응하는 개수의 밸브(125)가 필요함은 당연할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 일 실시예에서 전극 시트의 폭 방향(Y 방향)을 따라 3개의 용매 분사 노즐(121a,121b,121c)들이 이격 설치되어 있을 수 있다. 설명의 편의를 위해, 가장 왼쪽에 위치한 용매 분사 노즐을 제1 용매 분사 노즐(121a), 가운데 위치한 용매 분사 노즐을 제2 용매 분사 노즐(121b), 가장 오른쪽에 위치한 용매 분사 노즐을 제3 용매 분사 노즐(121c)로 칭하기로 한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 하나의 서브 유로(124)는 하나의 용매 분사 노즐(121b)을 우회하도록 구성될 수 있다. 그리고, 밸브(125)는 메인 유로(123)와 서브 유로(124)의 분기점 또는 그 주변부에 위치할 수 있다.
도 9의 (a)는 밸브(125)의 켜짐(On) 상태의 용매의 흐름(화살표)을, 도 9의 (b)는 밸브(125)의 꺼짐(Off) 상태의 용매의 흐름(화살표)을 도시하고 있다. 도 9를 참조하여 설명한다. 켜짐(on) 상태의 밸브(125)가 메인 유로(123)를 닫게 되면, 용매는 분기점에서 서브 유로(124)로 유입되고, 상기 분기점과 다음 분기점까지의 메인 유로로 공급되지 않게 된다. 꺼짐(off) 상태의 밸브(125)가 메인 유로(123)를 개방하면, 용매는 메인 유로(123) 및 서브 유로(124)로 유입된다.
이에 따라, 밸브(125)의 꺼짐(off) 상태에서는, 용매가 메인 유로(123)를 통해 제1 용매 분사 노즐(121a), 제2 용매 분사 노즐(121b) 및 제3 용매 분사 노즐(121c)로 순차 공급될 수 있다. 그리고 제2 용매 분사 노즐(121b)로의 용매 공급을 중단하기 위해 밸브(125)를 켜짐 상태로 조작하게 되면, 분기점에서 메인 유로는 폐쇄되고, 메인 유로(123)를 통해 공급되는 용매는 서브 유로(124)로 유입되어, 용매는 제2 용매 분사 노즐(121b)로 공급되지 않게 되는 것이다. 한편, 서브 유로(124)는 메인 유로(123)로부터 분기되었다가 다시 메인 유로(123)로 합쳐지는 구조이므로, 서브 유로(124)로 유입된 용매는 서브 유로(124)가 메인 유로(123)에 다시 합쳐진 병합점 이후의 메인 유로(123)로 유입되어, 그 하류에 위치하는 제3 용매 분사 노즐(121c)로 공급될 수 있다.
이와 같이 서브 유로(123)는, 밸브(125)의 동작에 의해 용매가 제2 용매 분사 노즐로 공급되지 않게 하기 위한 우회로의 역할을 할 수 있다.
일 실시예에 따른 용매 공급 유닛(120)은, 상기 밸브(125)의 켜짐-꺼짐(on-off) 동작을 제어하기 위한 밸브 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전극 시트 폭 방향(TD)의 일측 최외곽에 배치된 제1 용매 분사 노즐 및 타측 최외곽에 배치된 제N 용매 분사 노즐은 메인 유로를 통해서만 용매가 공급되도록 구성될 수 있다.
이에 대해 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8에 따른 실시예에 따르면, 전극 시트 폭 방향의 일측 최외곽에 배치된 제1 용매 분사 노즐(121a) 및 전극 시트 폭 방향의 타측 최외곽에 배치된 제3 용매 분사 노즐(121c)의 경우, 이들을 우회하는 서브 유로가 없다.
이는 전극 시트 폭 방향 일측의 최외곽에 배치된 제1 용매 분사 노즐과 전극 시트 폭 방향 타측의 최외곽에 배치된 제N 용매 분사 노즐에 대해서는, 용매 공급 여부를 제어할 필요가 없음에 따른 설계이다.
즉, 일측의 최외곽에 위치한 제1 용매 분사 노즐(121a) 및 타측의 최외곽에 위치한 제3 용매 분사 노즐(121c)은, 전극 시트 폭 방향(Y 방향)의 양측 가장 자리의 무지부에 용매를 분사하는데, 전극 시트 폭 방향의 양측 가장 자리에는 무지부가 형성되는 것이 일반적이기 때문에, 제1,3 용매 분사 노즐(121a,121c)은 일반적으로는 항상 용매를 분사할 필요가 있다. 따라서, 이러한 일반적 형태의 전극 시트에 있어서, 양측 최외곽에 위치한 용매 분사 노즐은 용매 공급 여부를 제어할 필요가 없는 것이다.
다만, 이는 일반적 형태의 전극 시트에 해당하는 설명이고, 만약 전극 시트의 코팅 형태에 변경이 있다면, 최외곽에 위치하는 용매 분사 노즐이라도 상기와 같은 서브 유로 및 밸브의 설치를 통해 용매 공급 여부를 제어할 수 있음은 물론이다.
일 실시예에 따른 용매 공급 유닛(120)은 각각의 용매 분사 노즐에 대해 용매의 공급 여부를 독립적으로 제어 가능하도록 구성될 수 있다.
이에 따라 도 1과 같이 유지부(12)와 무지부(11)가 폭 방향(TD, Y 방향)을 따라 교대로 나타나는 형태로 코팅된 전극 시트가 공급된 경우 무지부(11) 상방에 위치하는 용매 분사 노즐이 무지부에 용매를 분사할 수 있다. 또한 도 10과 같이 전극 시트 폭 방향의 양측 가장자리에만 무지부(11)가 형성된 형태의 전극 시트(10)가 공급된 경우, 밸브의 on-off 조작에 의해 유지부(12) 상방에 위치하는 용매 분사 노즐들(121b~121d)로 용매가 공급되지 않고, 서브 유로로 우회하도록 할 수 있다. 위와 같이 본 발명에 따른 건조장치는 다양한 코팅 형태를 가지는 전극 시트에 대응하여 무지부에 용매를 분사할 수 있는 효과가 있다.
상기 펌프(126)는 저장탱크(122)에 저장된 용매를 메인 유로(123)를 통해 용매 분사 노즐(121)에 공급해주는 역할을 한다. 펌프(126)는 저장탱크(122) 내에 설치될 수도 있고, 저장탱크(122)의 외부에 설치될 수도 있다. 펌프는 저장탱크 내에 저장된 용매를 펌핑하여, 메인 유로(123)로 공급하도록 구성될 수 있다.
[제2 실시형태]
도 11은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 용매 공급 유닛을 도시하고 있다.
도 11을 참조하면, 전극 시트의 폭 방향(Y 방향)을 따라 4개의 용매 분사 노즐들이 이격 설치되어 있을 수 있다. 설명의 편의를 위해, 4개의 용매 분사 노즐을 가장 왼쪽의 것부터 가장 오른쪽의 것까지 순차적으로 제1 용매 분사 노즐 내지 제4 용매 분사 노즐(221a,221b,221c,221d)로 칭하기로 한다.
전극 시트 폭 방향(y방향)의 양측 최외곽에 위치한 제1 용매 분사 노즐 및 제4 용매 분사 노즐을 제외한 나머지 용매 분사 노즐들인 제2 용매 분사 노즐(221b) 및 제3 용매 분사 노즐(221c)에 대해서는, 이들을 각 우회하는 서브 유로(224a,224b)가 메인 유로(223)로부터 각 분기되어 있을 수 있다.
이와 같이 용매 분사 노즐의 개수가 증가함에 따라, 용매 분사 노즐 각각의 용매 공급 여부를 독립적으로 제어하기 위해서는, 서브 유로가 둘 이상 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 서브 유로가 둘 이상이므로, 메인 유로와 서브 유로의 분기점에 위치하는 밸브 역시도 둘 이상일 수 있다.
설명의 편의를 위해 도 11에서 두 개의 서브 유로(224a,224b)는 가장 왼쪽의 것부터 순차적으로 제1 서브 유로(224a), 제2 서브 유로(224b)로 칭하고, 제1 서브 유로(224a)의 분기점에 위치하는 밸브를 제1 밸브(225a), 제2 서브 유로(224b)의 분기점에 위치하는 밸브를 제2 밸브(225b)로 칭하기로 한다.
도 11을 참조하면, 메인 유로(223)의 경로 중, 제1 용매 분사 노즐(221a)과 제2 용매 분사 노즐(221b)의 사이에 제1 서브 유로(224a)가 분기되어 있을 수 있고, 메인 유로(223)의 경로 중, 제2 용매 분사 노즐(221b)과 제3 용매 분사 노즐(221c)의 사이에 제2 서브 유로(224b)가 분기되어 있을 수 있다.
제1 서브 유로(224a)는 메인 유로(223)의 경로 중, 2 서브 유로(224b)의 분기점 상류에서 메인 유로(223)와 다시 합쳐질 수 있고, 2 서브 유로(224b)는 메인 유로(223)의 경로 중, 제3 용매 분사 노즐(221c)과 제4 용매 분사 노즐(221d)의 사이에서 메인 유로(223)와 다시 합쳐질 수 있다.
이와 같이, 복수의 용매 분사 노즐에 각각에 대한 용매 공급 여부를 제어하기 위해, 각각의 서브 유로(224a,224b)는 각각 하나의 용매 분사 노즐을 우회하도록 구성되는 것이 바람직하다.
밸브의 개수는 서브 유로의 개수에 대응하므로, 서브 유로가 둘 이상인 경우, 밸브 역시도 둘 이상일 수 있다. 밸브가 둘 이상인 경우, 각각의 밸브는 독립적으로 켜짐-꺼짐(on-off) 동작의 제어가 가능하도록 구성될 수 있다.
이에 따라 복수의 밸브 각각의 켜짐-꺼짐 동작을 독립적으로 제어할 수 있어, 다양한 코팅 형태를 가지는 전극 시트에 대응하여, 메인 유로를 통한 용매 분사 노즐의 용매 공급 여부를 제어할 수 있다.
상기 실시형태에서는 용매 분사 노즐이 3 개 또는 4 개 설치되어 있으나, 용매 분사 노즐의 개수는 이에 한정되지 아니한다. 이에 따라 서브 유로의 개수도 1 개 또는 2 개에 한정되지 아니하고, 용매 분사 노즐의 개수에 대응하여 증가할 수 있다.
한편, 용매 분사 노즐의 개수가 N개인 경우에, 서브 유로는 최대 N-2개 설치되어 있을 수 있다.
전극 시트의 건조방법
도 12는 일 실시예에 따른 전극 시트의 건조방법(이하 '건조방법'이라 함)을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8 내지 도 12를 참조하면, 일 실시예에 따른 건조방법은, 건조 오븐에 전극 시트를 투입하고, 용매를 분사하지 않을 무지부의 위치 정보를 입력하는 과정(P100); 전극 시트의 폭 방향(TD)을 따라 복수 배치된 N개의 용매 분사 노즐들을 경유하는 메인 유로와 상기 메인 유로로부터 분기되는 서브 유로의 분기점에 위치한 밸브를 상기 입력된 정보에 기반하여 조작하는 밸브 조작 과정(P200); 및 용매를 공급하여 상기 용매 분사 노즐을 통해 용매를 분사하는 과정(P300)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따른 건조방법은, 전술한 건조장치(100)를 이용할 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 건조방법은, 전극 슬러리가 집전체 상에 도포된 전극 시트를 건조하기 위하여 내부 공간이 형성되는 건조 오븐(110); 및 건조 오븐 내에서 주행하는 전극 시트에 대해 용매를 분사하도록 구성된 용매 공급 유닛(120)을 포함하고, 상기 용매 공급 유닛은, 상기 건조 오븐에 설치되고, 전극 시트의 폭 방향(TD)을 따라 복수 배치되어, 전극 시트의 무지부를 향해 용매를 분사하는 N개의 용매 분사 노즐(121); 상기 용매 분사 노즐에 공급될 용매가 저장되는 저장탱크(122); 상기 저장탱크와 연결되고, 상기 N개의 용매 분사 노즐을 순차 경유하는 메인 유로(123); 상기 메인 유로로부터 분기되었다가, 다시 메인 유로와 합쳐지는 하나 이상의 서브 유로(124); 및 메인 유로와 서브 유로의 분기점에 위치하며, 메인 유로를 개폐하는 밸브(125)를 포함하는 전극 시트의 건조장치를 이용할 수 있다. 상기 건조장치, 상기 건조 오븐, 상기 용매 분사 노즐, 상기 메인 유로, 상기 서브 유로 및 상기 밸브에 대해서는 앞에서 상세히 설명하였으므로, 중복된 설명은 생략한다.
일 실시예에 따른 건조방법은, 상기 밸브 조작 과정을 통해 적어도 하나 이상의 용매 분사 노즐로의 용매 공급 여부의 제어가 가능하도록 구성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 전극 슬러리가 집전체 상에 도포된 전극 시트를 건조하기 위하여 내부 공간이 형성되는 건조 오븐; 및
    건조 오븐 내에서 주행하는 전극 시트에 대해 용매를 분사하도록 구성된 용매 공급 유닛을 포함하고,
    상기 용매 공급 유닛은,
    상기 건조 오븐에 설치되고, 전극 시트의 폭 방향(TD)을 따라 복수 배치되어, 전극 시트의 무지부를 향해 용매를 분사하는 N개의 용매 분사 노즐;
    상기 용매 분사 노즐에 공급될 용매가 저장되는 저장탱크;
    상기 저장탱크와 연결되고, 상기 N개의 용매 분사 노즐을 순차 경유하는 메인 유로;
    상기 메인 유로로부터 분기되었다가, 다시 메인 유로와 합쳐지는 하나 이상의 서브 유로; 및
    메인 유로와 서브 유로의 분기점에 위치하며, 메인 유로를 개폐하는 밸브를 포함하는 전극 시트의 건조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브는, 켜짐(on) 상태에서 메인 유로를 닫아 용매가 서브 유로로 유입되도록 하고, 꺼짐(off) 상태에서 메인 유로를 열어 용매가 메인 유로로 유입되도록 하는 전극 시트의 건조장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브의 개수는 서브 유로의 개수에 대응하는 전극 시트의 건조장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브 유로는 둘 이상인 전극 시트의 건조장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 서브 유로는 N-2개 이하인 전극 시트의 건조장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    하나의 서브 유로는 하나의 용매 분사 노즐을 우회하도록 구성된 전극 시트의 건조장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 밸브는 둘 이상이고, 각각의 밸브는 독립적으로 켜짐-꺼짐(on-off) 동작의 제어가 가능하도록 구성된 전극 시트의 건조장치.
  8. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    전극 시트 폭 방향(TD)의 일측 최외곽에 배치된 제1 용매 분사 노즐 및 전극 시트 폭 방향(TD)의 타측 최외곽에 배치된 제N 용매 분사 노즐은, 메인 유로를 통해서만 용매가 공급되도록 구성된 전극 시트의 건조장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 용매 공급 유닛은,
    상기 저장탱크에 저장된 용매를 메인 유로를 통해 용매 분사 노즐에 공급해주는 펌프를 더 포함하는 전극 시트의 건조장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 용매 분사 노즐은, 전극 시트의 주행 방향(MD)을 따라 복수 배치된 전극 시트의 건조장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조 오븐 내에서 주행하는 전극 시트에 대해 열풍을 공급하기 위한 열풍 공급 유닛을 더 포함하고,
    상기 열풍 공급 유닛은,
    공급되는 외기를 가열해주는 열교환기;
    상기 건조 오븐 내에 설치되어, 전극 시트를 향해 열풍을 분사하도록 구성된 열풍 분사 노즐;
    상기 열교환기에 의해 가열된 외기를 상기 건조 오븐의 내부 공간과 연결된 덕트를 통해 열풍 분사 노즐에 공급해주는 송풍팬; 및
    상기 덕트 내에 설치되어, 열풍 공급량을 조절해주는 댐퍼를 포함하는 전극 시트의 건조장치.
  12. 건조 오븐에 전극 시트를 투입하고, 용매를 분사하지 않을 무지부의 위치 정보를 입력하는 과정;
    전극 시트의 폭 방향(TD)을 따라 복수 배치된 N개의 용매 분사 노즐들을 경유하는 메인 유로와 상기 메인 유로로부터 분기되는 서브 유로의 분기점에 위치한 밸브를 상기 입력된 정보에 기반하여 조작하는 밸브 조작 과정; 및
    용매를 공급하여 상기 용매 분사 노즐을 통해 용매를 분사하는 과정을 포함하고,
    상기 밸브 조작 과정을 통해 적어도 하나 이상의 용매 분사 노즐로의 용매 공급 여부의 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 전극 시트의 건조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 밸브는, 켜짐(on) 상태에서 메인 유로를 닫아 용매가 서브 유로로 유입되도록 하고, 꺼짐(off) 상태에서 메인 유로를 열어 용매가 메인 유로로 유입되도록 하는 전극 시트의 건조방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 서브 유로는 둘 이상인 전극 시트의 건조방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    각각의 서브 유로는 하나의 용매 분사 노즐을 우회하는 전극 시트의 건조방법.
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