JP2024509618A - 二次電池集電体の活物質コーティングのためのダイコーター - Google Patents

二次電池集電体の活物質コーティングのためのダイコーター Download PDF

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Abstract

開示される発明は、二次電池用集電体上に互いに異なる2種類の液を効果的に同時にコーティングすることができるダイコーターに関するものであって、第1液を収容するマニホールドが備えられた下部ブロック、上記下部ブロックと結合し、第2液流入口を備える上部ブロック、および上記上部ブロックと下部ブロックとの間に介在し、前方に向かって開放され互いに分離された第1スリットおよび第2スリットを形成するコーターシム、を含み、一つの例において、上記コーターシムは、上記マニホールドを横切って前方に突出延在するセンターガイド上に第2液流路を備え、上記マニホールド内には、上記センターガイドの底面を支持するマニホールドインサートが備えられる。

Description

本発明は、二次電池用集電体上に互いに異なる2種類の液を効果的に同時にコーティングすることができるダイコーターに関するものである。
本出願は、2022年1月11日付の韓国特許出願第10-2022-0004233号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は、本明細書の一部として含まれる。
モバイル機器に対する技術開発と需要の増加により、二次電池の需要も急激に増加している。その中でも、リチウム二次電池は、エネルギー密度と作動電圧が高く保存と寿命特性に優れるという点で、各種モバイル機器はもちろん、多様な電子製品のエネルギー源として広く使用されている。
リチウム二次電池には、集電体の表面に活物質層および絶縁層が形成された電極が用いられる。このような電極は、ダイコーターなどのコーティング装置を用いて、活物質などを含む電極スラリーと絶縁性物質などを含む絶縁コーティング液の両者が、電極合剤層の縁の一部が重なるように集電体の表面に塗布し乾燥させることにより製造される。
図1は、電極スラリーを塗布するための従来のダイコーター1を図示している。ダイコーター1は上部ブロック2と下部ブロック3とを含み、上部ブロック2と下部ブロック3との間にはダイコーター用シム4が介在しており、複数のボルト部材で締結してそれらを相互結合する。下部ブロック3には一定の体積の電極スラリーを収容するマニホールド5が備えられており、マニホールド5は外部の電極スラリー供給部(図示せず)と連通する。
ここで、ダイコーター用シムは、上部ブロックと下部ブロックとの間に好適な高さのスリットを形成する役割を果たすと同時に、電極スラリーがスリットに向かって吐出されるように電極スラリーの流動方向を制限し、また、スリット以外の他の部分に電極スラリーが漏れないように密封する役割も果たす。ダイコーター用シムは幅方向両端にそれぞれ突出されたガイドを備え、このガイド間の距離が集電体上に塗布される電極スラリーの幅を決定する。
絶縁コーティング液は、集電体上に塗布された電極スラリーの幅方向の両縁上に塗布されるが、一般的に集電体に電極スラリーを塗布した後に、別途の装置を用いた追加的な工程で絶縁コーティング液を塗布する。しかしながら、電極スラリーと絶縁コーティング液を別途の工程で集電体上に塗布することは、生産効率の側面から好ましくない。
このような限界を克服するために、1つのダイコーター用シムに電極スラリーと絶縁コーティング液をそれぞれ吐出する独立したスリットを形成する技術が導入されたが、ダイコーター内でいずれか1つの液が漏れる場合に、2種類の液(例えば、電極スラリーと絶縁コーティング液)が混合されるか、またはスリットの出口で2つの溶液が混ざって吐出されることにより集電体の品質に不良を引き起こすなどの問題が発生していた。
特開第2021-010867号公報
本発明は、二次電池用集電体上に互いに異なる2種類の液を効果的に同時にコーティングすることができるダイコーターを提供することにその目的がある。
ただし、本発明が解決しようとする技術的課題は上述した課題に制限されず、言及されない別の課題は、下記に記載された発明の説明から通常の技術者に明確に理解され得るものである。
本発明は、二次電池用集電体上に互いに異なる2種類の液を効果的に同時にコーティングすることができるダイコーターに関するものであって、第1液を収容するマニホールドが備えられた下部ブロック、上記下部ブロックと結合し、第2液流入口を備える上部ブロック、および上記上部ブロックと下部ブロックとの間に介在し、前方に向かって開放され互いに分離された第1スリットおよび第2スリットを形成するコーターシム、を含み、一つの例において、上記コーターシムは、上記マニホールドを横切って前方に突出して延在するセンターガイド上に第2液流路を備え、上記マニホールド内には、上記センターガイドの底面を支持するマニホールドインサートが備えられる。
具体的な例において、上記コーターシムは、幅方向に沿って延在するベースと、上記ベースの両端からそれぞれ突出して延在する第1サイドガイドおよび第2サイドガイドと、上記ベースの中央部分から突出して延在する上記センターガイドと、を含む。
これにより、上記第1サイドガイドとセンターガイドとの間の空間と、上記第2サイドガイドとセンターガイドとの間の空間が第1液を吐出する上記第1スリットを形成する。
そして、上記センターガイド上に形成された溝状の第2液流路の出口が上記第2スリットを形成する。
一つの実施形態によると、上記センターガイド上の第2液流路は一対に形成され、上記第1サイドガイドおよび第2サイドガイド上にも上記第2液流路が1つずつ形成され得る。
一方、一つの例において、上記下部ブロックには上記マニホールドと連通する第1液流入口が備えられ、上記第1液流入口は上記センターガイドの下方に位置し、上記マニホールドインサートは、上記第1液流入口を閉塞しないようにその両側面が開放された構造をなし得る。
具体的な例において、上記マニホールドインサートの両側面はアーチ構造をなし、上記アーチ構造の幅は上記第1液流入口の直径以上に形成され得る。
もう一つの例によると、上記マニホールドインサートは、上記センターガイドの底面および両側面を包む結合溝を備え得る。
また、上記マニホールドインサートの結合溝は、その両側壁の厚さが前方に向かって徐々に減少するテーパー部を備え得る。
そして、上記マニホールドインサートは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE、Polytetrafluoroethylene)樹脂材であり得る。
また、上記マニホールドインサートは、上記センターガイドの底面との接触面にエチレンプロピレンゴム(ethylene propylene rubber)材のガスケットを備え得る。
本発明の一実施形態によると、上記第1液は電極スラリーであり、上記第2液は絶縁コーティング液である。
上記のような構成を有する本発明のダイコーターによると、マニホールド内に固定されたマニホールドインサートの上面はセンターガイドの底面をしっかり支持し、これによりコーターシムのセンターガイドはマニホールド側に曲がらず、上部ブロックに対する密着が常に維持される。したがって、ダイコーターの内部で互いに異なる2種類の液が混合されることが生じない。
また、本発明によって得ることができる技術的効果は上述した効果に制限されず、言及されない別の効果は、下記に記載された発明の説明から通常の当業者に明確に理解され得るであろう。
本明細書に添付される下記の図面は、本発明の好ましい実施形態を例示するものであり、後述される発明の詳細な説明と共に本発明の技術思想をさらに理解させる役割を果たすものであるため、本発明はそのような図面に記載された事項にのみ限定されて解釈されてはいけない。
従来技術に係るダイコーターの構成を図示した図面である。 本発明の一実施形態に係るダイコーターを図示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るダイコーターを図示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係るダイコーターを前面から見た正面図である。 図3の「A-A」線に沿って切開した断面図である。 本発明の一実施形態に係るマニホールドインサートを図示した斜視図である。 本発明の別の実施形態に係るマニホールドインサートを図示した斜視図である。 図7のマニホールドインサートを適用したダイコーターの構成を図示した図面である。
本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な実施形態を有し得るので、特定の実施形態を以下で詳細に説明する。
しかしながら、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物または代替物を含むものとして理解されるものである。
本発明において、「含む」や「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、1つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものとして理解されるものである。
また、本発明において、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あると記載された場合、これは他の部分の「真上に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。逆に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」あると記載された場合、それは他の部分の「真下に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。また、本出願において「上に」配置されるということは、上部のみならず下部に配置される場合も含むものであり得る。
本発明は、二次電池用集電体上に互いに異なる2種類の液を効果的に同時にコーティングすることができるダイコーターに関するものである。
一つの例において、本発明のダイコーターは、第1液を収容するマニホールドが備えられた下部ブロック、上記下部ブロックと結合し、第2液流入口を備える上部ブロック、および上記上部ブロックと下部ブロックとの間に介在し、前方に向かって開放され互いに分離された第1スリットおよび第2スリットを形成するコーターシムを含む。
ここで、上記コーターシムは、上記マニホールドを横切って前方に突出して延在するセンターガイド上に第2液流路を備え、これに対応して上記マニホールド内には、上記センターガイドの底面を支持するマニホールドインサートが備えられる。
このような本発明のダイコーターによると、互いに異なる2種類の第1液および第2液、例えば電極スラリーと絶縁コーティング液を同時に吐出するように構成されており、特に第2液流路を流れる第2液の圧力によって、センターガイドがマニホールド側に曲がることによって生じる隙間による第1液と第2液との内部混合がマニホールドインサートの支持によって効果的に防止される。したがって、本発明のダイコーターは、二次電池用集電体上に互いに異なる2種類の液を効果的に同時にコーティングすることを可能にする。
以下、添付の図面を参照して本発明に係るダイコーターの具体的な実施形態に関して詳細に説明する。
(第1実施形態)
図2は、本発明の一実施形態に係るダイコーター10を図示した分解斜視図であり、図3は、本発明の一実施形態に係るダイコーター10を図示した斜視図である。
上述したように、本発明は、二次電池用集電体上に互いに異なる2種類の液を効果的に同時にコーティングすることができるダイコーター10に関するものである。互いに異なる2種類の液は、例えば電極スラリーと絶縁コーティング液であり得る。以下の説明は、第1液LQ1は電極スラリー、そして、第2液LQ2は絶縁コーティング液である実施形態として理解し得る。
本発明のダイコーター10は、下部ブロック100、上部ブロック200、およびその間に介在するコーターシム300を含み、また、コーターシム300の一部分を支持するマニホールドインサート400を含む。
下部ブロック100は、ダイコーター10本体のほぼ半分を占める部分であって、第1液LQ1を一定の容量で収容するマニホールドを備える。上部ブロック200は、下部ブロック100と結合する残りの半分を占める部分であり、第2液流入口210を備える。ここで、上部と下部は図面を基準として上下を区分したものであり、実際のダイコーター10の設置方向そのものを限定するものではない。
参考として、図2では、下部ブロック100のマニホールドと連通する第1液流入口120が下部ブロック100に形成されているように図示されているが、第1液流入口120は上部ブロック200に形成されても構わない。一方、第2液流入口210は上部ブロック200に形成されなければならないが、これは後述するコーターシム300上に溝状に形成された第2液流路350との連通方向が上部ブロック200側に制限されるからである。
コーターシム300は、上部ブロック200と下部ブロック100との間に介在し、前方に向かって開放された第1スリット360および第2スリット370を形成する。第1液LQ1を吐出する第1スリット360と、第2液LQ2を吐出する第2スリット370は空間的に互いに分離されている。コーターシム300の具体的な構造については後で詳細に説明するが、コーターシム300は基本的に上部ブロック200と下部ブロック100との間に介在して液を吐出するために好適な高さのスリットを形成する役割を果たす。他にも、コーターシム300は、ダイコーター10に流入されるか、またはその中に収容された液が逆流せずにスリットに向かって吐出されるようにその流動方向を制限し、また、スリット以外の他の部分に液が漏れないように密封する役割も果たす。
図2を参照すると、コーターシム300は、凹状に凹んだマニホールドを横切って前方に突出して延在するセンターガイド340上に第2液流路350を備える。また、これに対応して、マニホールド内には、センターガイド340の底面を支持するマニホールドインサート400が備えられる。
まず、コーターシム300の具体的な構成を見ると、幅方向に沿って延在するベース310と、ベース310の両端からそれぞれ突出して延在する第1サイドガイド320および第2サイドガイド330と、ベース310の中央部分から突出して延在するセンターガイド340と、を含む。コーターシム300の全体的な外郭サイズは、上部ブロック200と下部ブロック100との結合面サイズに対応する。
ここで、本発明に備えられるコーターシム300はセンターガイド340を含み、これは、本発明のダイコーター10が電極スラリーを集電体上に2領域以上に区分して複数列に塗布するストライプコーティング用に構成されたからである。
図4は、本発明の一実施形態に係るダイコーター10を前面から見た正面図である。上部ブロック200と下部ブロック100との間に介在するコーターシム300によって、第1サイドガイド320とセンターガイド340との間、そして、第2サイドガイド330とセンターガイド340との間の2つの領域に区画される。この2つの空間がマニホールドに収容された第1液LQ1を吐出する第1スリット360を形成する。第1スリット360が中央のセンターガイド340によって両側に分割されているので、図示された実施形態のダイコーター10は2列に区分された電極スラリーの合剤層を形成する。
そして、センターガイド340上に形成された溝状の第2液流路350の出口が第2スリット370を形成する。第2液流路350は、センターガイド340を貫通しない浅い溝状に形成されている。したがって、第2液流路350は、センターガイド340の両側壁によって隣接する第1スリット360と空間的に分離される。そして、第2液流路350の閉塞された端部は、上部ブロック200に形成された第2液流入口210と連通し、これにより第2液流入口210を介して供給される第2液LQ2は第2液流路350を流動し、第2スリット370を介して吐出される。
図2に図示されたコーターシム300の実施形態は、特にセンターガイド340上の第2液流路350は一対に形成されており、また、第1サイドガイド320および第2サイドガイド330上にも第2液流路350が1つずつ形成されている。すなわち、分離された一対の各第1スリット360の両側に第2スリット370が1つずつ配置された形態をなしている。このような第1スリット360と第2スリット370の構造により、第1液LQ1である電極スラリーから形成される2列の合剤層の両縁には、第2液LQ2の絶縁コーティング液が塗布された絶縁層が形成される。
このような実施形態によると、2列に電極スラリーを塗布すると同時に、各列の電極スラリーの縁に絶縁コーティング液を塗布することが可能となるが、ただし、マニホールドを横切るセンターガイド340の構造的な限界により、ダイコーター10の内部で第1液LQ1と第2液LQ2とが互いに混ざり合うことができるという問題が発生する。
すなわち、第2液LQ2は、第2液流入口210を介して加圧されて第2液流路350を流れるが、第2液流路350に作用する第2液LQ2の圧力により、センターガイド340はマニホールド側に曲がることになる。言い換えれば、凹状のマニホールドを横切る細いセンターガイド340は、別途の下部支持力がないので、マニホールド側に曲がりやすい。
これにより、マニホールド側に曲がったセンターガイド340は、上部ブロック200と密着されずその間に隙間が生じることになり、このように作られた隙間は、第2液流路350を流れる第2液LQ2がマニホールドと第1スリット360に流れ込む隙間として作用することにより、結局、ダイコーター10の内部で第1液LQ1と第2液LQ2とが混合されるという問題につながる。
本発明は、そのようなセンターガイド340の構造的な脆弱性を解決するためにセンターガイド340の底面を支持するマニホールドインサート400を備えており、これは図5の断面図に図示されている。
図5は、図3の「A-A」線に沿って切開した断面図であって、図5を参照すると、マニホールドの断面(吐出方向に沿った断面)に対応する形態のマニホールドインサート400がマニホールド内に挿入固定されている。マニホールドインサート400の高さはマニホールドの深さに対応し、マニホールド内に固定されたマニホールドインサート400の上面はセンターガイド340の底面を支持する。これにより、センターガイド340はマニホールド側に曲がらず、上部ブロック200に対する密着が維持され、これにより第2液が漏れることが防止される。
図示された実施形態は、下部ブロック100にマニホールドと連通する第1液流入口120を備えられたものであり、また、第1液流入口120はセンターガイド340の下方に位置している。このような場合には、マニホールドインサート400が第1液流入口120を閉塞しないようにその両側面が開放された構造をなすことになる。すなわち、マニホールドインサート400は、まるでセンターガイド340を支持する脚のような形態を有する。
また、マニホールドインサート400の両側面はアーチ410構造をなし得、アーチ410構造の幅は、第1液流入口120の直径以上に形成され得る。円弧または楕円・放物線に類似したアーチ410の曲面は、第1液流入口120を介して流入される第1液LQ1の流れを妨害せず、また、 第1液流入口120の直径以上に形成されたアーチ410の脚の幅は、第1液LQ1の流入面積を減少させない。
上記のような第1実施形態のダイコーター10は、第2液流路350に作用する圧力のためセンターガイド340がマニホールド側に曲がる現象がマニホールドインサート400の支持を介して効果的に抑制され、これによりダイコーター10の内部で第1液LQ1と第2液LQ2とが混ざることが生じない。したがって、本発明のダイコーター10は、二次電池用集電体上に互いに異なる2種類の液を効果的に同時にコーティングすることを可能にする。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態は、センターガイド340とマニホールドインサート400との間の密着または結合をさらに向上させることができる実施形態に関するものである。マニホールドインサート400に対するセンターガイド340の結合が向上されることにより、ダイコーター10の内部で第1液LQ1と第2液LQ2とが混ざる混合問題はより一層確実に防止される。
図6は、本発明の第2実施形態に係るマニホールドインサート400を図示した斜視図である。図6の第2実施形態は、マニホールドインサート400をポリテトラフルオロエチレン(PTFE、Polytetrafluoroethylene)樹脂材、例えば、テフロン(登録商標)樹脂で構成している。PTFE樹脂は耐化学性に優れた材料であって、電極スラリーと絶縁コーティング液に長時間接触しても優れた耐久性を保障し、したがってマニホールドインサート400の下部支持力は長時間維持される。
また、第2実施形態のマニホールドインサート400は、センターガイド340の底面との接触面にエチレンプロピレンゴム(ethylene propylene rubber)材のガスケット420をさらに備え得る。エチレンプロピレンゴム材のガスケット420は、センターガイド340の底面全体がマニホールドインサート400に均一に密着されるようにし、これによりマニホールドインサート400の下部支持力はセンターガイド340全体にまんべんなく作用することになる。
図7は、マニホールドインサート400の別の第2実施形態を図示した斜視図であり、図7の第2実施形態は、形態的な側面におけるセンターガイド340の結合を向上させる。ここで、図6および図7の実施形態は別々に説明されているが、これらは互いに組み合わされて1つのマニホールドインサート400に具現され得る。
図7のマニホールドインサート400は、センターガイド340の底面および両側面を包む結合溝430を備えている。マニホールドインサート400の結合溝430は、センターガイド340に対する結束を向上させ、また、センターガイド340に対するマニホールドインサート400の整列を向上させる。言い換えれば、センターガイド340がマニホールドインサート400の結合溝430に嵌められる構造であって、このような溝構造は、センターガイド340とマニホールドインサート400が一列に整列されるようにすると同時に接触面積を増やすことにより、より優れた支持構造を具現する。
ただし、マニホールドインサート400の結合溝430は、センターガイド340の両側面を包む側壁432を有することにより、第1スリット360領域を一部侵犯することになる。このような結合溝430の両側壁432は、第1スリット360に流れる第1液LQ1の流動を妨害する恐れがある。したがって、図8に示されたように、マニホールドインサート400の結合溝430は、その両側壁432の厚さが前方に向かって徐々に減少するテーパー部434を備え得る。テーパー部434の前方末端におけるマニホールドインサート400の幅はセンターガイド340の幅と同じであり、したがって、マニホールドから第1スリット360に向かって流れる第1液LQ1は、テーパー部434の外郭に沿って滑らかに流動することになり、結果的に、マニホールドインサート400は第1スリット360領域に侵犯しない。テーパー部434の輪郭が図示された直線形態の他に多様な曲線形態をなすこともできることは言うまでもない。
以上、図面と実施形態などにより本発明をより詳細に説明した。しかしながら、本明細書に記載された図面または実施形態などに記載された構成は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて表すものではないので、本出願時点においてこれらを代替し得る多様な均等物と変形例があり得ることを理解されたい。
本発明のダイコーターは、二次電池用集電体上に互いに異なる2種類の液を効果的に同時にコーティングするのに有用である。
10:ダイコーター
100:下部ブロック
110:マニホールド
120:第1液流入口
200:上部ブロック
210:第2液流入口
300:コーターシム
310:ベース
320:第1サイドガイド
330:第2サイドガイド
340:センターガイド
350:第2液流路
360:第1スリット
370:第2スリット
400:マニホールドインサート
410:アーチ
420:ガスケット
430:結合溝
432:側壁
434:テーパー部
LQ1:第1液
LQ2:第2液

Claims (12)

  1. 第1液を収容するマニホールドが備えられた下部ブロック、
    前記下部ブロックと結合し、第2液の流入口を備える上部ブロック、および
    前記上部ブロックと前記下部ブロックとの間に介在し、前方に向かって開放され互いに分離された第1スリットおよび第2スリットを形成するコーターシム、
    を含み、
    前記コーターシムは、前記マニホールドを横切って前方に突出して延在するセンターガイド上に第2液流路を備え、
    前記マニホールド内には、前記センターガイドの底面を支持するマニホールドインサートが備えられる、ダイコーター。
  2. 前記コーターシムは、
    幅方向に沿って延在するベースと、
    前記ベースの両端からそれぞれ突出して延在する第1サイドガイドおよび第2サイドガイドと、
    前記ベースの中央部分から突出して延在する前記センターガイドと、を含む、請求項1に記載のダイコーター。
  3. 前記第1サイドガイドと前記センターガイドとの間の空間と、前記第2サイドガイドと前記センターガイドとの間の空間が第1液を吐出する前記第1スリットを形成する、請求項2に記載のダイコーター。
  4. 前記センターガイド上に形成された溝状の第2液流路の出口が前記第2スリットを形成する、請求項3に記載のダイコーター。
  5. 前記センターガイド上の第2液流路は一対に形成され、
    前記第1サイドガイドおよび前記第2サイドガイド上にも前記第2液流路が1つずつ形成されている、請求項4に記載のダイコーター。
  6. 前記下部ブロックには前記マニホールドと連通する第1液流入口が備えられ、
    前記第1液流入口は前記センターガイドの下方に位置し、
    前記マニホールドインサートは、前記第1液流入口を閉塞しないように該マニホールドインサートの両側面が開放された構造をなす、請求項1から5のいずれか一項に記載のダイコーター。
  7. 前記マニホールドインサートの両側面はアーチ構造をなし、前記アーチ構造の幅は前記第1液流入口の直径以上である、請求項6に記載のダイコーター。
  8. 前記マニホールドインサートは、前記センターガイドの底面および両側面を包む結合溝を備える、請求項1から5のいずれか一項に記載のダイコーター。
  9. 前記マニホールドインサートの結合溝は、該結合溝の両側壁の厚さが前方に向かって徐々に減少するテーパー部を備える、請求項8に記載のダイコーター。
  10. 前記マニホールドインサートは、ポリテトラフルオロエチレン樹脂材である、請求項1から5のいずれか一項に記載のダイコーター。
  11. 前記マニホールドインサートは、前記センターガイドの底面との接触面にエチレンプロピレンゴム材のガスケットを備える、請求項10に記載のダイコーター。
  12. 前記第1液は電極スラリーであり、
    前記第2液は絶縁コーティング液である、請求項1から5のいずれか一項に記載のダイコーター。
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