(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒を含む電極スラリーを集電体にコーティングした後、溶媒を乾燥させる二次電池製造用電極乾燥オーブンの給気流量制御装置であって、
外部空気を供給する給気ダクト、及び乾燥後に空気と溶媒とが混合されたガスを排出する排気ダクトを備えた一つ以上の電極乾燥オーブン；
前記排気ダクト内に設置され、排気ガス中の溶媒濃度を測定するセンサー；及び
前記センサーから受けた排気ガス中の溶媒濃度に関する情報に基づいて、空気供給量及び／またはガス排出量を制御する制御部；
を含んでおり、
前記給気流量制御装置は、二つ以上の電極乾燥オーブンを含んでおり、前記制御部は、各電極乾燥オーブンからの排気ガス中の溶媒濃度が同一になるように空気供給量を制御することを特徴とする、電極乾燥オーブンの給気流量制御装置。
【請求項２】
前記溶媒は有機溶剤であることを特徴とする、請求項１に記載の電極乾燥オーブンの給気流量制御装置。
【請求項３】
前記有機溶剤はＮＭＰ（N-Methyl-2-pyrrolidone）であることを特徴とする、請求項２に記載の電極乾燥オーブンの給気流量制御装置。
【請求項４】
電極スラリーが集電体にコーティングされた電極の進行方向に沿って二つ以上の電極乾燥オーブンが連続的に配列されていることを特徴とする、請求項１に記載の電極乾燥オーブンの給気流量制御装置。
【請求項５】
前記電極乾燥オーブンの長さは３ｍ〜６ｍであって、総３０ｍ〜６０ｍ長さの乾燥区間を構成するように各電極乾燥オーブンが配列されていることを特徴とする、請求項４に記載の電極乾燥オーブンの給気流量制御装置。
【請求項６】
前記給気ダクト及び排気ダクトは、それぞれ空気の供給量を調節できるように前記給気ダクト上に装着されている給気ダンパー、及びガスの排出量を調節できるように前記排気ダクト上に装着されている排気ダンパーを含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電極乾燥オーブンの給気流量制御装置。
【請求項７】
前記排気ダンパー及び給気ダンパーは、それぞれダクト型バルブであることを特徴とする、請求項６に記載の電極乾燥オーブンの給気流量制御装置。
【請求項８】
前記給気ダンパー及び排気ダンパーは、制御部によって調節され、空気供給量を制御することを特徴とする、請求項６に記載の電極乾燥オーブンの給気流量制御装置。
【請求項９】
前記給気ダンパー及び排気ダンパーは、制御部からの制御信号によってダンパーの開度を調整するダンパー調整部をさらに含んでいることを特徴とする、請求項８に記載の電極乾燥オーブンの給気流量制御装置。
【請求項１０】
前記ダンパー調整部はサーボモーターであることを特徴とする、請求項９に記載の電極乾燥オーブンの給気流量制御装置。
【請求項１１】
前記制御部は、排気ガスの溶媒濃度がＬＥＬ（lower explosive limit）の２５％以下に維持されるように空気供給量及び／またはガス排出量を制御することを特徴とする、請求項１に記載の電極乾燥オーブンの給気流量制御装置。
【請求項１２】
溶媒を含む電極スラリーを集電体にコーティングした後、溶媒を乾燥させる二次電池製造用電極乾燥オーブンの給気流量制御装置であって、
外部空気を供給する給気ダクト、及び乾燥後に空気と溶媒とが混合されたガスを排出する排気ダクトを備えた一つ以上の電極乾燥オーブン；
前記排気ダクト内に設置され、排気ガス中の溶媒濃度を測定するセンサー；及び
前記センサーから受けた排気ガス中の溶媒濃度に関する情報に基づいて、空気供給量及び／またはガス排出量を制御する制御部；
を含んでおり、
前記制御部は、排気ガスの溶媒濃度がＬＥＬ（lower explosive limit）の２５％以下に維持されるように空気供給量及び／またはガス排出量を制御することを特徴とする、電極乾燥オーブンの給気流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池製造用電極乾燥オーブンの給気流量制御装置に関し、より詳細には、溶媒を含む電極スラリーを集電体にコーティングした後、溶媒を乾燥させる二次電池製造用電極乾燥オーブンの給気流量制御装置であって、外部空気を供給する給気ダクト、及び乾燥後に空気と溶媒とが混合されたガスを排出する排気ダクトを備えた一つ以上の電極乾燥オーブン；前記排気ダクト内に装着され、排気ガス中の溶媒濃度を測定するセンサー；及び前記センサーから受けた排気ガス中の溶媒濃度に関する情報に基づいて、空気供給量及び／またはガス排出量を制御する制御部；を含んでいることを特徴とする電極乾燥オーブンの給気流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、電子産業発展の重要な傾向は、デバイスのワイヤレス及びモバイル化とアナログからデジタルへの転換に要約することができる。無線電話機（一名、携帯電話）とノートブックコンピューターの急速な普及、アナログカメラからデジタルカメラへの転換などをそのような代表的な例として挙げることができる。
【０００３】
このような傾向と共に、デバイスの作動電源として二次電池に関する研究及び開発が活発に進められている。そのうち、正極活物質としてリチウム転移金属酸化物、リチウム複合酸化物などを使用する、重量に対比して高い出力と容量を有するリチウム二次電池が大きく脚光を浴びている。リチウム二次電池は、正極／分離膜／負極の電極組立体が電解質と共に密閉された容器に内蔵されている構造からなっている。
【０００４】
一方、リチウム二次電池は、正極、負極、及びこれらの間に介在する電解質物質からなり、正極活物質及び負極活物質のいずれを使用するかによってリチウムイオン電池（Litium Ion Battery:LIB）、リチウムポリマー電池（Polymar Litium Ion Battery:PLIB）などに分けられる。通常、これらリチウム二次電池の電極板は、アルミニウムまたは銅シート、メッシュ、フィルム、ホイールなどの集電体に正極または負極活物質をコーティングした後で乾燥させることによって形成される。
【０００５】
従来の乾燥システムは、熱風を用いた対流乾燥方式を採用している。
【０００６】
図１は、従来の乾燥システムの一般的な構造を模式的に示している。
【０００７】
図１を参照すると、二次電池用電極乾燥装置１０は、多数の乾燥オーブン６１、６２、６３から延びている給気ダクト７１及び排気ダクト７２、給気ダクト７１上に設置された各給気ダンパー４２、４３、４４、排気ダクト７２上に設置された各排気ダンパー５１、５２、５３、及び排気ダクト７２上に設置された各ガス濃度センサー８１、８２、８３を含んで構成されている。
【０００８】
具体的に、従来の乾燥システムにおいては、多数の乾燥オーブン６１、６２、６３が連結された乾燥区間を電極が通過しながらスラリーの溶媒が乾燥される。各乾燥オーブン６１、６２、６３の長さは３ｍ〜６ｍであって、多数の乾燥オーブン６１、６２、６３が連結されるので、電極は約３０ｍ〜６０ｍの乾燥区間を通過するようになる。電極スラリーの乾燥が進められることによって、乾燥程度による最善の乾燥環境を造成するために温度とノズル風速を個別的にコントロール可能な多数の乾燥オーブン６１、６２、６３を使用している。
【０００９】
しかし、給気流量２１、２２、２３が上昇するほど、排気中のガス濃度が減少することによって安全性が増加するが、常温の外部空気を高温のオーブン温度まで加熱しなければならないのでエネルギー費用が増加し、排気中の溶媒ガス回収設備の容量も増加しなければないので設備投資費用が増加するという問題が発生する。
【００１０】
また、電極コーティングスラリーの溶媒は、乾燥前半期には蒸発量が多く、乾燥後半期には、残存溶媒の量が少ないので蒸発量が少ない。
【００１１】
これにより、それぞれの乾燥オーブン６１、６２、６３では溶媒蒸発量に差が発生するので、給気流量２１、２２、２３は、それぞれの乾燥オーブン６１、６２、６３の蒸発量に合わせて調整されなければならない。
【００１２】
したがって、メーン給気ダクト７１から分岐されてそれぞれの乾燥オーブン６１、６２、６３に連結される給気ダクトには各流量調節用給気ダンパー４２、４３、４４を設置し、それぞれの乾燥オーブンからメーン排気ダクト７２に連結される排気ダクトには各排気ダンパー５１、５２、５３を設置し、それぞれの給気ダンパーまたは排気ダンパーの開度を調整する方式で各乾燥オーブン６１、６２、６３の給気流量２１、２２、２３を調整する構造を使用する。
【００１３】
各乾燥オーブン６１、６２、６３の排気中のガス濃度は、電極スラリーの組成、生産速度などによって随時変動する一方、各給気ダンパー４２、４３、４４の開度調整は、相当煩雑な作業であるので随時行うことができない。
【００１４】
したがって、一般にガス濃度が基準値より低い状態に維持されるように給気流量２１、２２、２３を調節し、ガス濃度の最高値が概して基準値を満足する水準にメーン給気ダンパー４１を調整することによって給気流量を決定する。
【００１５】
結局、このような既存の乾燥システムは、全ての乾燥オーブンで排気ガス濃度の基準値を満足しなければならないので、給気流量が必要以上に増加することによって給気昇温によるエネルギー損失が発生し、排気ガス処理設備の容量を増加させて製造しなければならないという短所を有する。
【００１６】
また、排気ガス濃度が最も高いオーブンによって生産速度が制限されるので、全体的に生産速度が低くなるという問題も発生する。
【００１７】
したがって、従来の二次電池用電極乾燥装置は、給気昇温によるエネルギー損失が発生し、排気ガス処理設備の容量を増加させて製造しなければならなく、排気ガス濃度が最も高いオーブンによって生産速度が制限されるので、全体的に生産速度が低くなるという問題を有する。したがって、全体の乾燥オーブンの給気流量を最適及び最小に維持することによって、乾燥オーブンのエネルギー消費を最小化し、電極生産量の最大化を可能にする二次電池用電極乾燥オーブンの流量制御装置に関する技術が非常に必要な実情にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、前記のような従来技術の問題と過去から要請されてきた技術的課題を解決することを目的とする。
【００１９】
すなわち、本発明の目的は、各乾燥オーブンの排気ダクトに設置されたガス濃度センサーで測定されたデータをフィードバックし、各乾燥オーブンの給気ダクト及び排気ダクトを自動的に調整し、全てのオーブンで排気ガス濃度が基準値に合うように給気流量を供給するシステムを構成することによって、全体の乾燥オーブンの給気流量を最適及び最小に維持し、乾燥オーブンのエネルギー消費を最小化し、電極生産量の最大化を可能にする二次電池用電極乾燥オーブンの流量制御装置を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、前記のような二次電池用電極乾燥装置によって製造された二次電池用電極を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
このような目的を達成するための本発明に係る二次電池製造用電極乾燥オーブンの給気流量制御装置は、溶媒を含む電極スラリーを集電体にコーティングした後、溶媒を乾燥させる二次電池製造用電極乾燥オーブンの給気流量制御装置であって、
外部空気を供給する給気ダクト、及び乾燥後に空気と溶媒とが混合されたガスを排出する排気ダクトを備えた一つ以上の電極乾燥オーブン；
前記排気ダクト内に装着され、排気ガス中の溶媒濃度を測定するセンサー；及び
前記センサーから受けた排気ガス中の溶媒濃度に関する情報に基づいて、空気供給量及び／またはガス排出量を制御する制御部；
を含む構造で構成されてもよい。
【００２２】
すなわち、本発明に係る二次電池製造用電極乾燥オーブンの給気流量制御装置は、排気ガス中の溶媒濃度を測定し、前記の測定された溶媒濃度情報に基づいて給気ダクト及び／または排気ダクトを自動的に調節することによって、排気ガス濃度が基準値に合うように給気流量を供給する構造からなっている。
【００２３】
前記溶媒としては、例えば、有機溶剤が使用されてもよく、前記有機溶剤のうち可燃性の有機溶剤であるＮＭＰ（N-Methyl-2-pyrrolidone）が使用されることが好ましい。
【００２４】
前記溶媒としてＮＭＰが使用される場合、前記給気ダクトを介してそれぞれの乾燥オーブンに外部空気を流入させ、前記乾燥オーブンの排気中のＮＭＰガスの濃度を爆発下限界（lower explosive limit:LEL）の約２５％以下に維持することによって爆発の危険を防止する構造からなってもよい。
【００２５】
一つの具体的な例において、前記電極オーブンは、電極スラリーが集電体にコーティングされた電極の進行方向に沿って二つ以上の電極乾燥オーブンが連続的に配列された構造からなってもよい。
【００２６】
具体的に、前記電極乾燥オーブンの長さは３ｍ〜６ｍであって、総３０ｍ〜６０ｍ長さの乾燥区間を構成するように各電極乾燥オーブンが連続的に配列されている構造からなってもよい。
【００２７】
他の具体的な例において、前記給気ダクト及び排気ダクトは、それぞれ空気の供給量を調節できるように前記給気ダクト上に装着されている給気ダンパー、及びガスの排出量を調節できるように前記排気ダクト上に装着されている排気ダンパーを含んでいる構造からなってもよい。
【００２８】
前記排気ダンパー及び給気ダンパーは、前記排気ダクト及び給気ダクトを開閉したり、乾燥オーブンへの給気流量または乾燥オーブンからの排気流量を調節できる構造であれば特別に限定されなく、例えば、ダクト型バルブであってもよい。前記ダクト型バルブとしては、ダクトの開度を調節できる構造を有する多様な形態のバルブが使用されてもよい。
【００２９】
前記給気流量制御装置は、電極乾燥オーブンに流入する空気供給量を制御する装置であって、二つ以上の電極乾燥オーブンから排気される排気ガス中の溶媒濃度が同一になるように空気供給量を制御する構造からなってもよい。
【００３０】
前記制御部は、電極乾燥オーブンから排気される排気ガスの溶媒濃度がＬＥＬ（lower explosive limit）の２５％以下に維持されるように空気供給量及び／またはガス排出量を制御する構造であってもよい。すなわち、高い溶媒濃度の排気ガスによる爆発の危険を防止し、安全性を保障するために、前記排気ガスの溶媒濃度をＬＥＬの２５％以下に維持させる構造からなってもよい。
【００３１】
したがって、前記制御部は、爆発の危険を防止し、給気流量を最適に管理するために前記給気ダンパー及び排気ダンパーを調節し、空気供給量を制御する構造からなってもよい。
【００３２】
前記給気ダンパー及び排気ダンパーは、前記制御部からの制御信号によってダンパーの開度を調整するダンパー調整部をさらに含んでもよく、その結果、前記ダンパー調整部によってダンパの開度を調整することによって、前記電極乾燥オーブンへの給気流量または前記電極乾燥オーブンからの排気流量を調節することができる。
【００３３】
前記ダンパー調整部は、例えば、サーボモーターであってもよく、前記サーボモーターの構造は当業界に公知となっているので、それについての詳細な説明は省略する。
【００３４】
また、本発明は、前記電極乾燥オーブンの給気流量制御装置を使用して製造される二次電池用電極を提供する。
【００３５】
また、本発明は、前記二次電池用電極を含むリチウム二次電池を提供し、前記リチウム二次電池は、高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの長所を有するリチウムイオン電池またはリチウムイオンポリマー電池であってもよい。
【００３６】
前記リチウム二次電池は、正極／分離膜／負極構造の電極組立体を電池ケースに収納した後、電解液を含浸させて密封した構造の二次電池であって、前記電極組立体としては、長いシート状の各正極と各負極を、分離膜が介在した状態で巻き取った構造のゼリーロール（巻取型）電極組立体、所定サイズの単位で切り取った多数の正極と負極を、分離膜を介在した状態で順次積層したスタック型（積層型）電極組立体、所定単位の各正極と各負極を、分離膜を介在した状態で積層したバイセル（Bi―cell）またはフルセル（Full cell）を分離フィルムを用いて巻き取った構造のスタック／フォルディング型電極組立体などを挙げてもよい。
【００３７】
また、本発明は、単位セルとして前記リチウム二次電池を二つ以上含む電池パックを提供する。
【００３８】
前記電池パックは、例えば、携帯電話、ノート型パソコン、スマートフォン、スマートパッド、ネットブック、ＬＥＶ（Light Electronic Vehicle）、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、及び電力貯蔵装置などの電源として使用されることが好ましいが、適用範囲がこれらのみに限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来の二次電池用電極乾燥装置の模式図である。
【図２】本発明の一つの実施例に係る二次電池用電極乾燥オーブンの給気流量制御装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下では、図面を参照して本発明の内容をより詳細に説明するが、本発明の範疇がそれによって限定されることはない。
【００４１】
図２は、本発明の一つの実施例に係る二次電池用電極乾燥オーブンの給気流量制御装置に関する模式図である。
【００４２】
図２は、説明の便宜上、一つの電極乾燥オーブンが含まれた二次電池用電極乾燥オーブンの給気流量制御装置を模式的に示したが、二つ以上の電極乾燥オーブンが配列されることによって、電極の乾燥が各電極乾燥オーブンを通過しながら連続的に行われる構造からなってもよいことは当然である。
【００４３】
図２を参照すると、二次電池製造用電極乾燥装置１００は、電極スラリーが集電体にコーティングされた電極の進行方向に沿って外部空気を供給する給気ダクト１４１、及び乾燥後に空気と溶媒とが混合されたガスを排出する排気ダクト１４２を備えた電極乾燥オーブン１０１が連結された乾燥区間を通過しながらスラリーの溶媒が乾燥される。
【００４４】
また、空気の供給量を調節できるように給気ダクト１４１上に装着されている給気ダンパー１２１、及びガスの排出量を調節できるように排気ダクト１４２上に装着されている排気ダンパー１２２を備え、排気ダクト１４２内に装着され、排気ガス中の溶媒濃度を測定するセンサー１７０、及びセンサー１７０から受けた排気ガス中の溶媒濃度に関する情報に基づいて、給気ダンパー１２１及び排気ダンパー１２２のうち一つ以上を調節し、空気供給量１５１、１５２及び／またはガス排出量１６１、１６２を制御する制御部１３０を含んでいる。
【００４５】
排気ダクト１４２内に設置され、排気ガス中の溶媒濃度を測定するセンサー１７０は、電極乾燥オーブン１０１内の溶媒の蒸発量によるガス濃度を測定し、制御部１３０に電気的信号を送るようになり、制御部１３０は、センサー１７０から電気的信号を受け取り、排気ガスの溶媒濃度がＬＥＬ（lower explosive limit）の２５％以下に維持されるように空気供給量１５１、１５２及び／またはガス排出量１６１、１６２を調節するために、給気ダンパー１２１及び排気ダンパー１２２に付着している各サーボモーター１１１、１１２に制御信号を伝送するシステムを構成する。
【００４６】
本発明が属した分野で通常の知識を有する者であれば、前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形が可能であろう。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上説明したように、本発明に係る二次電池製造用電極乾燥オーブンの給気流量制御装置は、全ての乾燥オーブンに排気ガス濃度が基準値に合うように給気流量を供給することによって、全体の乾燥オーブンへの給気流量を最適及び最小に維持し、乾燥オーブンのエネルギー消費を減少させ、電極生産量を向上させるという効果を有する。
【符号の説明】
【００４８】
１００  二次電池製造用電極乾燥装置
１０１  電極乾燥オーブン
１１１、１１２  サーボモーター
１２１  給気ダンパー
１２２  排気ダンパー
１３０  制御部
１４１  給気ダクト
１４２  排気ダクト
１７０  センサー
【図１】
0005905157.tif 000002
【図２】
0005905157.tif 000003