KR-102961381-B1 - Electrode drying apparatus

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Abstract

본 발명의 배터리용 전극을 가열 건조하는 전극 건조장치는, 전극이 롤투롤 상태로 주행하는 가열 챔버; 상기 가열 챔버 내에 배치되고 주행하는 전극의 방향을 전환하는 복수개의 방향 전환 롤러; 및 상기 전극의 표면과 대향 배치되어 상기 전극 표면을 가열하는 제1 가열부재와, 상기 전극의 이면과 대향 배치되어 상기 전극 이면을 가열하는 제2 가열부재로 이루어진 가열부재의 쌍을 포함하고, 상기 제1 및 제2 가열부재 중 하나는 전극에 대하여 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

Inventors

김자웅
김동범

Assignees

주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20210927

Claims (15)

배터리용 전극을 가열 건조하는 전극 건조장치로서, 전극이 롤투롤 상태로 주행하는 가열 챔버; 상기 가열 챔버 내에 배치되고 주행하는 전극의 방향을 전환하는 복수개의 방향 전환 롤러; 및 상기 전극의 표면과 대향 배치되어 상기 전극의 표면을 가열하는 제1 가열부재와, 상기 전극의 이면과 대향 배치되어 상기 전극 이면을 가열하는 제2 가열부재로 이루어진 가열부재의 쌍을 포함하고, 상기 제1 및 제2 가열부재 중 하나는 전극에 대하여 이동 가능하게 설치되고, 수평 주행부와 수직 주행부가 교대로 형성되는 전극 주행경로를 가지도록 상기 복수개의 방향 전환 롤러가 배치되고, 상기 가열부재의 쌍은 상기 수평 주행부 및 수직 주행부 중 하나 이상에 설치되며, 하나의 수평 주행부의 양측에 위치하는 2개의 수직 주행부가 상기 수평 주행부를 기준으로 상향 또는 하향의 동일한 방향으로 연장되어 상기 수평 주행부 및 2개의 수직 주행부가 상향 루프(loop) 또는 하향 루프 형태의 전극 주행경로를 형성하고, 상향 루프와 하향 루프가 하나의 수직 주행부를 공유하며 교대로 반복되는 형태의 전극 주행경로를 가지는 전극 건조장치.
삭제
제1항에 있어서, 전극의 수평 주행부의 표면과 이면에 배치되는 제1 가열부재 및 제2 가열부재 중 하나는 상기 수평 주행부의 전극에 대하여 수직방향으로 이동 가능하게 설치되고, 전극의 수직 주행부의 표면과 이면에 배치되는 제1 가열부재 및 제2 가열부재 중 하나는 상기 수직 주행부의 전극에 대하여 수평방향으로 이동 가능하게 설치되는 전극 건조장치.
제3항에 있어서, 전극의 수직 주행부의 표면과 이면에 배치되는 제1 가열부재 및 제2 가열부재 중 하나는 상기 수직 주행부의 전극에 대하여 좌우방향 또는 전후방향으로 이동 가능하게 설치되는 전극 건조장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 전극 주행경로는 하나의 상향 루프 또는 하향 루프를 포함하고, 상기 상향 루프 또는 하향 루프를 이루는 수직 주행부의 양단에 상기 가열 챔버의 전극 도입구로부터 연장되는 수평 주행부와 가열 챔버의 전극 배출구로 연장되는 수평 주행부가 각각 연결되도록 상기 전극 주행경로가 형성되는 전극 건조장치.
제6항에 있어서, 상기 상향 루프 또는 하향 루프를 이루는 수평 주행부의 상부 및 하부에 수평 주행부 전극의 표면 및 이면을 가열하는 제1 가열부재 및 제2 가열부재가 각각 배치되고, 상기 상향 루프 또는 하향 루프를 이루는 수직 주행부의 좌우에 수직 주행부 전극의 표면 및 이면을 가열하는 제1 가열부재 및 제2 가열부재가 각각 배치되며, 상기 제1, 2 가열부재 중 상기 상향 루프 또는 하향 루프의 외측 및 내측 중 하나에 배치되는 가열부재들이 상기 전극에 대하여 이동 가능하게 설치되고, 상기 상향 루프 또는 하향 루프의 외측 및 내측 중 다른 하나에 배치되는 가열부재들은 상기 전극에 대하여 고정 설치되는 전극 건조장치.
제7항에 있어서, 상기 수평 주행부를 가열하는 가열부재 중 상기 상향 루프 또는 하향 루프의 외측에 배치되는 가열부재와, 상기 수직 주행부를 가열하는 가열부재 중 상기 상향 루프 또는 하향 루프의 외측에 배치되는 가열부재가 서로에 대하여 수직방향으로 이동하는 전극 건조장치.
제8항에 있어서, 상기 상향 루프 또는 하향 루프의 내측에 배치되는 가열부재들은 공통의 프레임에 고정되는 전극 건조장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 가열 챔버 내에, 중앙의 상향 루프 또는 하향 루프를 형성하는 제1 루프; 상기 제1 루프의 좌우 중 한쪽에서 상기 제1 루프와 하나의 수직 주행부를 공유하며 상기 제1 루프와 상하 연장방향이 반대인 하향 또는 상향 루프를 형성하는 제2 루프; 및 상기 제1 루프의 좌우 중 다른 한쪽에서 상기 제1 루프와 하나의 수직 주행부를 공유하며 상기 제1 루프와 상하 연장방향이 반대인 하향 또는 상향 루프를 형성하는 제2 루프의 3개의 루프를 포함하는 전극 주행경로가 형성되는 전극 건조장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 루프를 중심으로 상기 제2 루프 및 제3 루프는 대칭으로 배치되는 전극 건조장치.
제11항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 루프를 형성하는 수평 주행부들 중 적어도 하나 이상의 전극의 상부 및 하부에 수평 주행부 전극의 표면 및 이면을 가열하는 제1 가열부재 및 제2 가열부재가 각각 배치되고, 상기 제1 내지 제3 루프를 형성하는 수직 주행부들 중 적어도 하나 이상의 전극의 좌우에 수직 주행부 전극의 표면 및 이면을 가열하는 제1 가열부재 및 제2 가열부재가 각각 배치되는 전극 건조장치.
제13항에 있어서, 상기 제2 및 제3 루프의 외측에 배치된 가열부재가 전극에 대하여 이동 가능하게 배치되고, 상기 제2 및 제3 루프의 내측에 배치된 가열부재가 전극에 대하여 고정 설치되는 전극 건조장치.
제13항에 있어서, 상기 제2 및 제3 루프의 내측에 배치된 가열부재가 전극에 대하여 이동 가능하게 배치되고, 상기 제2 및 제3 루프의 외측에 배치된 가열부재가 전극에 대하여 고정 설치되는 전극 건조장치.

Description

전극 건조장치{Electrode drying apparatus} 본 발명은 전극 건조장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 전극을 건조하는 가열 챔버의 내부 잔열을 제거할 수 있는 전극 건조장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 내부 잔열을 제거하면서, 주행건조경로 증대를 통한 가열부재의 출력 저감 및 과건조 방지가 가능한 전극 건조장치에 관한 것이다. 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체를 포함한다. 도 1은 종래의 이차전지의 노칭 및 전극 건조시스템을 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1의 시스템 중 가열 유닛을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 이차 전지의 노칭 및 전극 건조 시스템은, 전극(10')을 노칭 가공하는 노칭유닛(100'), 노칭유닛(100')이 가공한 전극(10')을 건조하는 가열 유닛(200') 및 가열된 전극(10')을 회수하는 회수유닛(300')을 포함한다. 도면 부호 110'은 언와인더부, 120'은 필름피더부, 130'은 전극패턴을 형성하는 노칭가공부, 그리고 140'은 전극을 촬영 검사하는 비전검사부이다. 가열 유닛(200')은 도 2에 도시한 것과 같이, 입구부(212')를 통과한 전극(10')을 롤러(231)를 통하여 이송시키면서 전극(10')의 양면을 동시 가열하도록 가열본체(210')의 세 벽면을 따라 쌍을 이룬 가열부재(220')를 다수 배치하고 있다. 가열본체(210')의 내부는 챔버(250')를 제공한다. 입구부(212')의 벽면에는 제1가열세트(221')와 제2가열세트(222'), 출구부(213')의 벽면에는 제3가열세트(223')와 제4가열세트(224') 그리고 상부벽면에는 제5가열세트(225')와 제6가열세트(226')가 배치되어 있다. 가열세트를 모두 통과한 전극(10')은 출구부(213')를 통과하여 축(303')을 중심으로 회전하는 리와인더(302')에 권취된다. 가열부재(220')는 열풍을 분사하거나 적외선(IR)을 조사한다. 도면 부호 240'은 가열세트의 일부를 지지하는 선반이다. 그런데 상기 종래기술에는 다음과 같은 문제가 있다. 첫째, 설비 정지시, 가열 유닛(가열 챔버) 내부의 잔열로 인하여 전극이 과건조된다. 구체적으로, 챔버 내의 과복사열로 인하여 잔열이 완벽하게 배출되지 못하여 챔버 내 전극에 지속적으로 열 충격이 발생하는 문제가 있다. 둘째, 생산성 향상을 위하여 전극의 주행 속도가 점점 빨라지면서 가열부재(예컨대, 적외선(IR) 유닛)의 출력을 높이고 있는 바, 가열부재 과출력으로 인한 전극 과건조 및 케이블 손상 등의 문제가 있다. 도 1은 종래의 이차전지의 노칭 및 전극 건조시스템을 도시한 개략도이다. 도 2는 도 1의 시스템 중 가열 유닛을 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 전극 건조장치의 일 실시예를 도시한 사시도이다. 도 4 및 도 5는, 도 3의 전극 건조장치의 작동을 나타내는 사시도이다. 도 6 및 도 7은 도 3의 실시예의 요부 개략도 및 도 3의 실시예의 변형예의 요부 개략도이다. 도 8은 본 발명의 전극 건조장치의 다른 실시예의 요부 개략도이다. 도 9는 도 7의 실시예의 변형예의 요부 개략도이다. 도 10은 도 8의 실시예의 사시도이다. 도 11 및 도 12는 도 8의 전극 건조장치의 작동을 나타내는 사시도이다. 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 발명에서, "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, 어떤 부분이 다른 부분에 "연결" 된다고 할 경우, 이는 물리적으로 직접 또는 간접으로 연결되는 것을 포함한다. 본 발명에서 "상부" 또는 "하부" "전방" 또는 "후방" 또는 "배치"나 "배열"과 같은 용어는 제한적인 의미가 아니고 위치나 방위를 표시하는 단어를 예시한 것으로 해석되어야 한다. 이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다. (제1 실시형태) 먼저, 본 발명의 제 1실시형태에 따른 전극 건조장치(100)에 대하여 설명한다. 본 발명의 배터리용 전극을 가열 건조하는 전극 건조장치(100)는, 전극(1)이 롤투롤 상태로 주행하는 가열 챔버(10); 상기 가열 챔버(10) 내에 배치되고 주행하는 전극(1)의 방향을 전환하는 복수개의 방향 전환 롤러(20); 및 상기 전극(1)의 표면과 대향 배치되어 상기 전극 표면(F)을 가열하는 제1 가열부재와, 상기 전극(1)의 이면(B)과 대향 배치되어 상기 전극 이면(B)을 가열하는 제1 가열부재(32)로 이루어진 가열부재의 쌍(30)을 포함하고, 상기 제1 및 제1 가열부재(31,32) 중 하나는 전극(1)에 대하여 이동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다. 도 1 및 도 2에 도시된 종래의 전극 가열장치는, 전극의 표면(F)과 이면(B)의 양면에서 전극을 가열 건조하는 가열부재를 구비하고 있다. 하지만, 상기 가열부재는 가열 챔버의 내벽 또는 프레임에 고정되어 있어 이동할 수 없는 구조이다. 이와 같이, 전극의 양면에 가열부재가 고정 배치되어 있기 때문에, 가열장치의 가동을 중단하는 경우 혹은 장치 작동중에 과출력으로 전극이 지나치게 과건조되는 경우에, 잔열이나 과복사열을 전극으로부터 배출하기 어려운 구조로 되어 있었다. 이에 대하여, 본 발명의 전극 건조장치(100)는 전극(1)의 표면(F)과 이면(B)을 가열하는 제1,2 가열부재(31,32) 중 하나를 상기 전극(1)에 대하여 이동 가능하게 설치하는 것을 특징으로 하고 있다. 따라서, 본 발명의 전극 건조장치(100)는 작동 중단시에 상기 제1,2 가열부재(31,32) 중 하나를 전극(1)으로부터 이격되도록 이동할 수 있으며, 이에 따라 가열챔버(10) 내의 잔열을 가열부재가 이격된 이격공간으로 신속하게 배출할 수 있다. 도 3은 본 발명의 전극 건조장치(100)의 일 실시예를 도시한 사시도이다. 도 3에서, X축은 좌우방향, Y축은 수직(상하)방향, Z축은 전후방향을 나타낸다. X축방향, Z축방향은 Y축에 대하여 수평방향이 된다. 본 발명의 전극 건조장치(100)는, 가열 챔버(10), 방향 전환 롤러(20), 제1,2 가열부재(31,32)로 이루어진 가열부재의 쌍(30)을 포함한다. 상기 가열 챔버(10)는 전극(1), 가열부재(30) 및 방향 전환 롤러(20) 등을 내장하는 전극(1)의 가열건조공간이다. 도 3에서, 챔버 벽(11)이 도시되어 있으며 상기 챔버 벽(11)의 내부가 가열 챔버(10)가 된다. 도시의 편의를 위하여, 상기 가열 챔버(10)의 전면의 챔버 벽(11)은 도시를 생략하였지만, 챔버 벽(11)은 가열 챔버(10) 전면에도 형성되며 이에 따라 상기 가열 챔버(10)는 밀폐된 가열건조공간을 형성한다. 상기 챔버 벽(11) 중 어느 일측면에는 가열 챔버(10)로 출입하거나 설비의 메인터넌스를 하기 위한 출입 도어(도시하지 않음)가 형성될 수 있다. 가열 챔버(10)에는 전극(1)이 도입되는 전극 도입구와 건조 완료된 전극이 배출되는 전극 배출구(11b)가 형성된다. 도 3에서는, 가열 챔버(10)의 하부측에 전극 도입구(11a)와 전극 배출구(11b)가 형성되었지만, 가열 챔버(10)의 상부측에 전극 도입구(11a)와 전극 배출구(11b)가 형성될 수 있으며, 전극 도입구(11a)와 전극 배출구(11b)의 형성 위치는 이에 한정되지 않는다. 다만, 가열 챔버(10) 내의 가열부재나 가열부재를 지지하는 프레임, 상기 프레임을 구동하는 구동부의 배치관계나, 가열 챔버(10) 외부의 타 장치와의 연결 관계 등을 고려할 때, 가열 챔버(10) 내에서 전극(1)이 대칭 형상의 주행 경로를 따라 이송되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 전극 도입구(11a)와 전극 배출구(11b)도 상기 대칭 형상의 전극 주행 경로에 부합되도록 가열 챔버 벽(11)의 상부 또는 하부의 양측에서 서로 마주보고 정렬되도록 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 본 발명의 전극(1)은 상기 가열 챔버(10) 내에서 롤투롤 상태로 주행된다. 즉, 상기 전극(1)은 복수개의 방향 전환 롤러(20)에 의하여 지지 및 방향 전환되면서 소정의 주행경로를 따라 롤투롤 상태로 이송된다. 또한, 상기 가열 챔버(10)의 외부에는 소정의 언와인더 및 리와인더(도시하지 않음)가 배치되어 전극이 롤투롤 상태로 주행된다. 전극(1)이 방향 전환 롤러(20) 외에 지지되는 부분이 없으므로, 상기 방향 전환 롤러(20) 사이에서 연장되는 전극(1)의 표면(F)과 이면(B)의 양면에 가열부재를 설치할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 전극(1)의 양면을 가열하는 것을 전제로 한다. 즉, 본 발명의 건조장치(100)는 전극(1)의 표면(F)과 이면(B) 모두에 활물질이 형성된 양면전극을 가열 건조하기 위한 것이다. 본 발명은 상기 가열 챔버(10) 내에 배치되고 주행하는 전극(1)의 방향을 전환하는 복수개의 방향 전환 롤러(20)를 포함한다. 상기 방향 전환 롤러(20)는 전극(1)을 안내하는 가이드롤러이다. 가열 챔버(10)와 같은 제한된 공간에서 전극(1)의 주행경로를 증가시키기 위해서는, 전극(1)이 일방향으로만 주행하여서는 안된다. 본 실시예에서는, 전극(1)을 수평 주행부(H)와 수직 주행부(V)가 교대로 형성되는 전극 주행경로를 가지도록 방향 전환 롤러들(20)을 배치한다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 상하 좌우의 각 꼭지점에 설치된 4개의 방향 전환 롤러(20)에 의하여, 전극(1)이 수평 주행-수직 주행-수평 주행-수직 주행-수평 주행으로 방향이 전환되는 역 U자의 경로를 따라 이송된다. 이에 의하여, 가열