KR100477738B1 - 이차전지용 활물질 슬러리 코팅장치 - Google Patents

Abstract

목적 : 전극 기재에 도포되는 활물질의 두께를 일정하게 유지하면서도 고속 코팅이 가능한 이차전지용 활물질 슬러리 코팅장치를 제공한다.

구성 : 내부 공간에 슬러리 상태의 활물질 코팅액을 공급받아 수용하고, 이송수단에 의해 이송되는 전극 기재로 상기 활물질 코팅액을 분출하기 위한 노즐과, 상기 노즐의 개폐하기 위한 셔터를 갖춘 코터 헤드를 보유하는 이차전지용 활물질 슬러리 코팅장치에 있어서, 상기 코터 헤드의 내부 공간은 밀폐 구조인 동시에 외부 연결라인을 통해 불활성 기체를 압송하는 콤프레셔와 연결되는 구조를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다. 상기 외부 연결라인에는 전기적 신호에 의해 개폐상태를 제어할 수 있는 솔레노이드 밸브가 설치된다. 상기 콤프레셔와 솔레노이드 밸브는 프로그램 제어에 의해 동작되어 상기 코터 헤드의 내부 공간을 일정 압력으로 유지시킨다.

효과 : 코터 헤드의 내부에 수용된 활물질 코팅액을 고속 분출하여 고속 코팅을 실현할 수 있으므로 생산성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

Description

이차전지용 활물질 슬러리 코팅장치

본 발명은 이차전지용 활물질 슬러리 코팅장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전극 기재에 도포되는 활물질의 두께를 일정하게 유지하면서도 고속 코팅이 가능한 이차전지용 활물질 슬러리 코팅장치에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지는 일차전지와는 달리 부하장치에 의해 소모된 에너지를 충전기에 의해 재충전하여 반복 사용이 가능한 전지로서, 최근에는 수백회 이상의 충방전사이클 동안 특성이 양호하면서도 작은 캔사이즈에서 고용량이 실현된 제품이 출시되어 포터블 기기에 널리 사용되고 있다.

이차전지는 활물질이 코팅된 양극과 음극을 전해액에 함침시킨 구조여서, 부하장치를 통해 양극과 음극을 연결하게 되면 전해액과 활물질 사이에서 발생하는 전기화학적 반응에 의해 부하장치를 통해 전류가 흐르도록 되어 있다.

이차전지에 사용되는 전극은 박판의 리튬, 알루미늄, 니켈, 구리 등으로 이루어진 전극 기재(substrate) 위에 바인더, 도전제가 혼합된 활물질 슬러리를 일정두께로 도포하여 이를 고온의 로(爐)에서 건조한 후, 롤 프레싱하는 과정으로 제조된다.

활물질 슬러리 코팅장치는 이와 같이 활물질 슬러리를 전극 기재에 도포할 때 사용되는 장치로서, 콤마 코팅(comma coating), 형본 코팅(die coating) 또는 셔터 방식의 코팅 방식을 채택한 장치가 널리 사용되고 있다.

도 2 및 도 3 은 셔터 방식으로 노즐을 개방하여 활물질을 코팅하는 일반적인 코팅장치 및 코팅장치를 구성하는 종래의 코터헤드를 보여주고 있다.

활물질 슬러리는 혼합기(62)에서 활물질과 바인더, 도전제 및 용매를 혼합 교반하여 조제되고, 시브(sieve;64)를 통과하여 걸러진 다음, 공급라인을 따라 코팅액(8)으로서 코터 헤드(2)에 공급된다.

상기 코터 헤드(2)는 노즐(22)을 통해 활물질 코팅액(8)을 배출하여 이송수단에 의해 이동되는 양음극 기재(4) 위로 일정한 두께로 도포하게 된다.

상기 활물질 코팅액(8)의 배출은 코터 헤드(2)에 마련된 셔터(24)의 개방에 따라 코터 헤드(2)의 하부에 노즐(22)이 형성될 때 이루어져 전극 기재(4)에 코팅부(42)를 형성하게 되며, 반대로 상기 셔터(24)가 폐쇄될 때는 활물질 코팅액(8)의 배출이 차단되어 전극 기재(4)에 미코팅부(44)를 형성하게 된다.

그런데, 전술한 종래의 코팅장치는 도 3 의 도시와 같이 상기 코터 헤드(2)에 수용된 활물질 코팅액(8)이 대기중에 노출되는 구조였기 때문에 코팅시의 분출 압력을 대기압을 초과하는 정도로 조성해 줄 수 없어 일정속도 이상의 고속 코팅이 불가능하였다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 고안은 고속 코팅의 한계를 극복하여 원하는 코팅속도를 구현할 수 있도록 코팅액의 분출속도를 조절할 수 있는 이차전지용 활물질 슬러리 코팅장치를 제공하는 데에 그 목적을 두고 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부 공간에 슬러리 상태의 활물질 코팅액을 공급받아 수용하고, 이송수단에 의해 이송되는 전극 기재로 상기 활물질 코팅액을 분출하기 위한 노즐과, 상기 노즐의 개폐하기 위한 셔터를 갖춘 코터 헤드를 보유하는 이차전지용 활물질 슬러리 코팅장치에 있어서, 상기 코터 헤드의 내부 공간은 밀폐 구조인 동시에 외부 연결라인을 통해 불활성 기체를 압송하는 콤프레셔와 연결되는 구조를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 외부 연결라인에는 전기적 신호에 의해 개폐상태를 제어할 수 있는 솔레노이드 밸브가 설치된다.

상기 콤프레셔와 솔레노이드 밸브는 프로그램 제어에 의해 동작되어 상기 코터 헤드의 내부 공간을 일정 압력으로 유지시킨다.

이와 같이 된 본 고안은 코터 헤드의 내부 공간에 고압을 조성할 수 있어 코팅액의 분출압력을 대기압보다 높일 수 있는 동시에 압력 조건을 일정하게 유지시킬 수 있어 고속 코팅과 동시에 균일 코팅이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 의한 코팅장치의 구성도로서, 코팅장치를 구성하는 코터 헤드(12)의 단면 구조 및 이 코터 헤드(12)와 본 발명에 의해 부가된 불활성 기체 공급부(132)와의 구성을 보여주고 있다.

코터 헤드(12)의 내부 공간은 밀폐되어 긴밀을 유지하며, 코터 헤드(12)의 내부공간은 외부 연결라인을 통해 불활성 기체 공급부(132)의 불활성 기체를 압송하는 콤프레셔(134)와 연결되는 구조로서, 도시된 실시예에서는 종래의 코터 헤드(12)의 몸체 상부에 별도의 커버(12a)를 결합하여 밀봉한 구조이다.

상기 콤프레셔(134)와 코터 헤드(12)의 사이에는 전기적 신호에 의해 개폐 상태가 제어되는 솔레노이드 밸브(136)가 설치된다. 본 발명은 이에 국한하지 않고, 상기 솔레노이드 밸브(136)를 콤프레셔(134)와 불활성 기체 공급부(132)의 사이에 설치하여 구성할 수도 있다.

상기 불활성 기체는 고압으로 활물질 코팅액(8)에 노출되어도 활물질 코팅액(8)의 특성 변화를 유도하지 않는 기체로서 N₂ 가스가 적합하게 적용될 수 있다.

이와같이 불활성 기체를 공급하는 구조를 갖게 된 본 발명의 코팅장치는 코터 헤드(12)의 내부 공간에 압송되는 불활성 기체에 의해 고압을 조성하는 동시에 이 고압을 일정하게 유지시키기 위해서는 상기 콤프레셔(134)와 솔레노이드 밸브(136)가 프로그램 제어에 의해 동작되게 함이 바람직하다. 즉, 솔레노이드 밸브(136)가 폐쇄되어 코터 헤드(12)에 일정의 고압이 조성되어진 상태에서 노즐(122)을 통해 활물질 코팅액(8)이 배출되면 코터 헤드(12)의 내부 공간에 조성된 압력은 조금씩 떨어지게 되는 바, 이러한 압력을 보상하려면 솔레노이드 밸브(136)의 개방을 적당히 제어해 주어야 한다.

본 발명은 전술한 바와같이 코터 헤드(12)의 내부 공간에 고압을 조성해 주면, 혼합기로부터 공급되어 코터 헤드(12)의 내부 공간에 수용되는 활물질 코팅액(8)을 노즐(122)을 통해 고속 분출할 수 있게 되므로, 본 발명이 지향하는 고속 코팅을 실현할 수 있게 된다. 또, 본 발명은 전술한 바와같이 컴프레셔(134)와 솔레노이드 밸브(136)의 제어에 의해 코터 헤드(12)의 내부 공간에 조성된 압력을 일정하게 유지해 주면, 활물질 코팅액(8)의 분출량과 분출 속도가 일정하게 유지되므로, 고속의 균일 코팅을 실현할 수 있게 된다.

이와같이 본 발명에 의해 고속 코팅을 구현할 때에도 전극 기재(4) 상의 코팅부(42)와 미코팅부(44)는 코터 헤드(12)에 마련된 셔터(124)의 개폐에 따라 구획되게 형성하는 것은 물론이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 코터 헤드의 내부에 수용된 활물질 코팅액을 고속 분출하여 고속 코팅을 실현할 수 있으므로 생산성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 의한 코팅장치의 구성도

도 2 는 종래의 코팅장치의 전체 구성을 보인 개략도

도 3 은 종래의 코팅장치를 구성하는 코터 헤드의 일부 단면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

4-전극 기재 8-활물질 코팅액

12-코터 헤드 122-노즐

124-셔터 132-불활성 기체 공급부

134-콤프레셔 136-솔레노이드 밸브

Claims (3)

1. 내부 공간에 슬러리 상태의 활물질 코팅액을 공급받아 수용하고, 이송수단에 의해 이송되는 전극 기재로 상기 활물질 코팅액을 분출하기 위한 노즐과, 상기 노즐의 개폐하기 위한 셔터를 갖춘 코터 헤드를 보유하는 이차전지용 활물질 슬러리 코팅장치에 있어서, 상기 코터 헤드의 내부 공간은 밀폐 구조인 동시에 외부 연결라인을 통해 불활성 기체를 압송하는 콤프레셔와 연결되는 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 활물질 슬러리 코팅장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 연결라인에는 전기적 신호에 의해 개폐상태를 제어할 수 있는 솔레노이드 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 활물질 슬러리 코팅장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 콤프레셔와 솔레노이드 밸브는 프로그램 제어에 의해 동작되어 상기 코터 헤드의 내부 공간을 일정 압력으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 이차전지용 활물질 슬러리 코팅장치.