전기자동차는 내연기관 자동차와는 달리 배출가스가 없어 친환경 차량을 대표하지만, 장착된 축전지에 충전된 전기로 구동되기 때문에, 1회 충전으로 갈 수 있는 거리가 전지의 에너지 밀도에 의해 좌우된다. 따라서 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬이온 배터리가 전기구동자동차용 전지로 많이 사용하고 있다. 리튬이온 배터리의 효율을 지배하는 중요한 구성품은 전극이므로 전극 제조공정은 리튬이온 배터리 전체생산 공정에서 중요한 역할을 한다. 특히 전극의 제조 공정 중 건조공정은 성능에 큰 영향을 미치는 매우 중요한 공정이다. 본 논문에서는 전극제조에서 건조공법의 효율성 및 생산성 증대를 위한 혁신적인 공정을 제안하고, 장비 설계 방법 및 개발 결과에 대하여 기술하였다. 구체적으로, 극판 결착력 향상 기술, 대기압과열증기 건조 기술, 그리고 건조로 폭 슬림화 기술들에 대한 설계 절차 및 개발방법을 제시하였다. 결과로 세계최초의 개방형/일체형 대기압 과열증기 Turbo Dryer 양산기술 확보를 통해 전기차 전지용 극판 고속건조기술을 확보 하였다. 기존의 건조공정과 비교할 때 건조로 길이 생산성을 향상시켰다 (건조 Lead Time 0.7분(分) ${\rightarrow}$ 0.5분(分)기준).
전기자동차는 내연기관 자동차와는 달리 배출가스가 없어 친환경 차량을 대표하지만, 장착된 축전지에 충전된 전기로 구동되기 때문에, 1회 충전으로 갈 수 있는 거리가 전지의 에너지 밀도에 의해 좌우된다. 따라서 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬이온 배터리가 전기구동자동차용 전지로 많이 사용하고 있다. 리튬이온 배터리의 효율을 지배하는 중요한 구성품은 전극이므로 전극 제조공정은 리튬이온 배터리 전체생산 공정에서 중요한 역할을 한다. 특히 전극의 제조 공정 중 건조공정은 성능에 큰 영향을 미치는 매우 중요한 공정이다. 본 논문에서는 전극제조에서 건조공법의 효율성 및 생산성 증대를 위한 혁신적인 공정을 제안하고, 장비 설계 방법 및 개발 결과에 대하여 기술하였다. 구체적으로, 극판 결착력 향상 기술, 대기압 과열증기 건조 기술, 그리고 건조로 폭 슬림화 기술들에 대한 설계 절차 및 개발방법을 제시하였다. 결과로 세계최초의 개방형/일체형 대기압 과열증기 Turbo Dryer 양산기술 확보를 통해 전기차 전지용 극판 고속건조기술을 확보 하였다. 기존의 건조공정과 비교할 때 건조로 길이 생산성을 향상시켰다 (건조 Lead Time 0.7분(分) ${\rightarrow}$ 0.5분(分)기준).
An electric vehicle is an environmentally friendly vehicle because there is no exhaust gas, unlike gasoline automobiles. On the other hand, because the electric vehicle is driven by electric power charged in batteries, the distance to go through a single charge depends on the energy density of the b...
An electric vehicle is an environmentally friendly vehicle because there is no exhaust gas, unlike gasoline automobiles. On the other hand, because the electric vehicle is driven by electric power charged in batteries, the distance to go through a single charge depends on the energy density of the batteries. Therefore, a lithium-ion battery with a high energy density is a good candidate for batteries in electric vehicles. Because the electrode is an essential component that governs the efficiency of a lithium-ion battery, the electrode manufacturing process plays a vital role in the entire production process of lithium-ion batteries. In particular, the drying process during the electrode manufacturing process is a critical process that has a significant influence on the performance. This paper proposes an innovative process for improving the efficiency and productivity of the drying process in electrode manufacturing and describe the equipment design method and development results. In particular, the design procedure and development method for enhancing the electrode adhesion power, atmospheric pressure superheated steam drying technology, and drying furnace slimming technologies are presented. As a result, high-speed drying technology was developed for battery electrodes through the world's first turbo dryer technology for mass production using open/integrated atmospheric pressure superheated steam. Compared to the conventional drying process, the drying furnace improved the productivity (Dry Lead Time $0.7min{\rightarrow}0.5min$).
An electric vehicle is an environmentally friendly vehicle because there is no exhaust gas, unlike gasoline automobiles. On the other hand, because the electric vehicle is driven by electric power charged in batteries, the distance to go through a single charge depends on the energy density of the batteries. Therefore, a lithium-ion battery with a high energy density is a good candidate for batteries in electric vehicles. Because the electrode is an essential component that governs the efficiency of a lithium-ion battery, the electrode manufacturing process plays a vital role in the entire production process of lithium-ion batteries. In particular, the drying process during the electrode manufacturing process is a critical process that has a significant influence on the performance. This paper proposes an innovative process for improving the efficiency and productivity of the drying process in electrode manufacturing and describe the equipment design method and development results. In particular, the design procedure and development method for enhancing the electrode adhesion power, atmospheric pressure superheated steam drying technology, and drying furnace slimming technologies are presented. As a result, high-speed drying technology was developed for battery electrodes through the world's first turbo dryer technology for mass production using open/integrated atmospheric pressure superheated steam. Compared to the conventional drying process, the drying furnace improved the productivity (Dry Lead Time $0.7min{\rightarrow}0.5min$).
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문제 정의
기재주행에 직각 방향으로 열풍을 분사하여 상대적으로 급속건조를 목적으로 한다. 건조노즐과 비접촉식으로 극판주행이 가능하여 Floating Nozzle이라 부른다.
기존 리튬이온 배터리 건조 공법에서 건조로 폭 슬림화, 대기압 과열증기 건조, 극판 결착력 향상 기술을 통해 효율적이고 경제적인 리튬이온 배터리 건조 공법으로 개선시키고자 한다.
첫째, 건조로 폭 슬림화 기술을 통해 과열증기 최적화 순환 형 건조로 생성 및 노즐 일체형 슬림 히터모듈을 개발하는 것이다. 둘째, 대기압 과열증기 건조 기술로서 개선된 과열증기 기술과 개방형 건조로 과열증기 치환기술을 확보하는 것이다. 마지막으로 고속 기재 세정 기술과 대기압 과열증기 건조기술로 극판 결착력 향상 기술을 확보하는 것이 목표라고 할 수 있다.
따라서 시스템공학 표준을 이용한 계층적 접근에 의한 연구 개발이 필요한 것으로 보인다. 또한 투자비 절감 효과를 극대화 하고자 한다. 마지막으로 고속건조기술 확보로 생산성 증대를 통해 경쟁에서 우위를 가지고자 한다.
둘째, 대기압 과열증기 건조 기술로서 개선된 과열증기 기술과 개방형 건조로 과열증기 치환기술을 확보하는 것이다. 마지막으로 고속 기재 세정 기술과 대기압 과열증기 건조기술로 극판 결착력 향상 기술을 확보하는 것이 목표라고 할 수 있다. 이를 Fig.
또한 투자비 절감 효과를 극대화 하고자 한다. 마지막으로 고속건조기술 확보로 생산성 증대를 통해 경쟁에서 우위를 가지고자 한다.
본 논문의 구성은 다음과 같다. 서론에서는 본 연구의 사회, 기술 및 연구 동향과 필요성을 제시하였고, 본론에서는 자동차 리튬이온 배터리 건조 공법의 효율성 및 생산성 증대를 위한 핵심 개선 기술의 개선에 대해서 기술하였다. 건조로 폭 슬림화, 대기압 과열증기 건조, 극판 결착력 향상 기술에 대한 개발 절차 및 방법을 시스템공학기반으로 접근한 활동들을 명시한다.
건조로 폭 슬림화, 대기압 과열증기 건조, 극판 결착력 향상 기술에 대한 개발 절차 및 방법을 시스템공학기반으로 접근한 활동들을 명시한다. 이를 기반으로 실제 자동차 리튬이온 배터리 건조 공법을 양산에 적용시킨 실례를 기술하였다. 마지막으로 본 논문의 결과를 정리 및 요약하였다.
제안 방법
코팅 煎 기재세정 有/無에 따른 극 판결착력 유의차 無: 결착력 수준이 높아 유의차가 발생하지 않은 것으로 판단된다. 결착력 테스트는 테이프 테스트로 진행 하였다. Figs.
배관에 Zirconia Probe로 직접 삽입하여 측정 하였다.(NOVATECH 1231/1232)
세계최초 개방형/일체형 대기압 과열증기 Turbo Dryer 양산기술 확보를 통해 전기자동차 전지 극판 고속건조기술을 확보 하였으며 동일 건조로 길이 생산성 향상(건조 Lead Time 0.7分 → 0.5分 기준)하였다.
소형 극판 건조품질 향상 기술 개발로 제품 고용량화에 기여 하여 극판 품질 향상을 통한 고용량 전지개발 기술을 확보하였다. 극판 공정 타설비 新건조공법 적용 가능 기술개발도 건조공정 혁신 토대 마련하였다.
후속연구
고속 코팅의 핵심 포인트는 고속 Coating에 따른 품질수준 저하 방지 방법으로는 설비적으로 제어가 필요하고 고속 동작이 가능한 간헐코팅 밸브 개발로 고속동작 Mechanism개발되어야 한다. 또한 슬러리(Coating액)의 물성 관리적인 측면에서 제조기술 공법 연구가 병행 되어야 한다.
본 논문의 연구 목표는 크게 3가지로 분류된다. 첫째, 건조로 폭 슬림화 기술을 통해 과열증기 최적화 순환 형 건조로 생성 및 노즐 일체형 슬림 히터모듈을 개발하는 것이다. 둘째, 대기압 과열증기 건조 기술로서 개선된 과열증기 기술과 개방형 건조로 과열증기 치환기술을 확보하는 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전기 자동차가 널리 사용되게 된 이유인 내연 기관 자동차의 초기 단점은 무엇인가?
내연 기관 자동차의 도입 초기는 내연기관 차체의 성능이 나쁘고, 엔진 시동도 초보자에게는 어려운 시절이므로 전기 자동차가 성능 편리면에서 우위라는 점에서 널리 사용되었다. 그러나 내연기관 자동차가 개량됨에 따라 전기 자동차의 우위가 점점 떨어져 이용이 차차 하향 추세에 있었다.
전기구동자동차용 전지로 많이 사용되는 배터리는?
전기자동차는 내연기관 자동차와는 달리 배출가스가 없어 친환경 차량을 대표하지만, 장착된 축전지에 충전된 전기로 구동되기 때문에, 1회 충전으로 갈 수 있는 거리가 전지의 에너지 밀도에 의해 좌우된다. 따라서 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬이온 배터리가 전기구동자동차용 전지로 많이 사용하고 있다. 리튬이온 배터리의 효율을 지배하는 중요한 구성품은 전극이므로 전극 제조공정은 리튬이온 배터리 전체생산 공정에서 중요한 역할을 한다.
친환경 차량을 대표하는 전기 자동차가 전지 에너지 밀도 이외에 고려해야 할 점과 방안은?
전기 자동차는 친환경 차량을 대표하며, 가솔린 자동차와는 달리 전기로 구동하기 때문에 전지의 에너지 밀도가 일 충전으로 갈 수 있는 거리를 좌우하게 된다. 전지의 에너지 밀도 이외에도 순간 가속력을 나타내는 출력과 충·방전시 안전성 문제 또한 고려되어야 한다. 전기 자동차용 전지로 납축전지, 리튬이온전지, 니켈수소전지 등이 거론되었고, 그중 가장 유력한 후보는 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬이온전지이다[2].
참고문헌 (10)
Business Information Research, Actual condition and prospect of eco-friendly electric vehicle market, Business Information Research, pp. 19-42, 2009.
Park, J. G., Principles and Applications of lithium Secondary Batteries, Hong-Reung Science Press, pp. 428, 2014.
Dong-Ju Lim, Battery Technology Symposium, The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry, 2000.
W.A. Schalkwijk, B. Scrosati, Advances in Lithium-Ion Batteries, Kluwer Acadmic, New York, 2002. DOI: https://doi.org/10.1007/b113788
Young-Sik Hong, Next-generation secondary battery application technology, Korea Industrial Technology Support Center, 2006.
Sung-su Kim,Mobile Device Battery Industry Trend Analysis Seminar etnnew, 2008.
Myung-Huan Kim, Energy Conversion Chemical Material Symposium, Korea Research Institute Of Chemical Technology, 2008.
Og Sin Kim, Dong Hyun Lee, Won Pyo Chun, Eco-Friendly Drying Technology using Superheated Steam, Korean Chemical Engineering Research, Vol. 46, No. 2, pp. 258-273, 2008.
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