KR100670487B1 - 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이 및 이를 이용한활물질 코팅장치 - Google Patents

리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이 및 이를 이용한활물질 코팅장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이(slit die) 및 이를 이용한 활물질 코팅장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬 이차전지의 전극조립체의 제조시 양극집전체와 음극집전체에 각각 양극활물질과 음극활물질을 코팅할 때 사용되는 슬릿다이의 슬러리(slurry) 분출구를 포함한 일정 영역을 양극집전체와 음극집전체의 이동방향으로 절곡시켜 형성함으로써, 코팅된 활물질층 말단부가 끌리는 현상을 방지할 수 있는 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이 및 이를 이용한 활물질 코팅장치에 관한 것이다.
리튬 이차전지, 슬러리, 슬릿다이, 활물질 코팅장치

Description

리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이 및 이를 이용한 활물질 코팅장치{Slit die for coating active material of lithium rechargeable battery and Coating devise of active material using the same}
도 1a는 일반적인 슬릿다이의 분리 사시도
도 1b는 도 1a의 슬릿다이를 이용하여 전극집전체에 슬러리가 도포되는 형상을 도시한 단면도
도 1c는 도 1a의 슬릿다이에 의해 슬러리가 도포된 양극판의 말단부의 단면도
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이의 분리 사시도
도 2b는 도 2a의 슬릿다이를 이용하여 전극집전체에 슬러리가 도포되는 형상을 도시한 단면도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이의 분리 사시도
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이의 분리 사시도
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이의 분리 사시도
도 5b는 도 5a의 슬릿다이를 이용하여 전극집전체에 슬러리가 도포되는 형상을 도시한 단면도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슬릿다이가 적용된 리튬 이차전지용 활물질 코팅장치의 구성도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 슬릿다이의 작용을 나타내는 단면도
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
200, 300, 400, 500 - 슬릿다이
210, 310, 410, 510 - 제 1판(상판)
220, 320, 420, 520 - 제 2판(하판)
224, 324, 424, 524 - 제 2주입구
226, 326, 426, 526 - 제 1주입구
230, 330, 430, 530 - 스페이서(spacer)
240, 340, 440, 540 - 이송관
본 발명은 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이 및 이를 이용한 활물질 코팅장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬 이차전지의 전극조립체의 제조시 양극집전체와 음극집전체에 각각 양극활물질과 음극활물질을 코팅할 때 사용되는 슬릿다이의 슬러리 분출구를 포함한 일정 영역을 양극집전체와 음극집전체의 이동방향으로 절곡시켜 형성함으로써, 코팅된 활물질층 말단부가 끌리는 현상을 방지할 수 있는 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이 및 이를 이용한 활물질 코팅장치에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대형 전화, 휴대형 컴퓨터 등과 같은 휴대형 무선기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 이차전지는, 예를 들면, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이들 중에서 리튬 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 장점 때문에 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 양극판과 음극판 및 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체를 케이스에 삽입한 후 캡조립체로 밀봉하여 제조된다. 상기 양극판은 일반적으로 알루미늄 재질의 전극집전체에 믹싱 공정에서 제조된 양극활물질용 슬러리를 정해진 슬릿다이를 통해 정해진 패턴 및 일정한 두께로 코팅한 후 건조시킨 다음 롤 프레스(roll press)로 압연하게 된다. 보다 상세히 설명하면, 첫째, 코팅 작업을 진행하기 위해 점보롤 형상으로 감겨있는 양극집전체를 일정한 장력으로 권출하고, 둘째, 권출된 양극집전체에 양극활물질용 슬러리를 도포하고, 셋째, 양극집전체에 도포된 슬러리를 건조챔버를 통해 건조한 후, 넷째, 양극활물질이 건조된 양극판을 적당한 장력을 유지하면서 점보롤의 형상으로 권취한 후, 다섯째, 양극활물질의 용 량밀도를 높이고 양극집전체와 양극활물질간의 접착성을 높이기 위해 롤 프레스로 압연한 후, 마지막으로 원하는 규격의 양극판을 얻기 위해 필요한 규격으로 절단함으로써 양극판이 제조된다. 물론 음극판의 경우에도 상기에서 언급한 바와 마찬가지로 제조된다.
도 1a는 일반적인 슬릿다이의 분리 사시도를 나타내며, 도 1b는 도 1a의 슬릿다이를 이용하여 전극집전체에 슬러리가 도포되는 형상을 도시한 단면도를 나타내며, 도 1c는 도 1a의 슬릿다이에 의해 슬러리가 도포된 양극판의 말단부의 단면도를 나타낸다.
상기 슬릿다이(100)는 제 1판(110)(이하, 상판이라 한다), 제 2판(120)(이하, 하판이라 한다) 및 스페이서(130)를 포함한다. 상기 슬릿다이(100)는 슬러리의 코팅 공정에서 펌프(도면에 도시하지 않음)로부터 이송관(140)을 따라 공급된 슬러리(150)를 전극집전체(160) 위에 도포하기 위한 장치이다. 상기 상판(110)은 대략 직육면체 형상으로 형성되며, 상기 하판(120)은 일측면에 이송관(140)이 결합되는 제 1주입구(126)가 형성되고 상면에 슬러리(150)가 분출되는 제 2주입구(124)가 형성된다. 또한, 상기 하판(120)은 상면에 슬러리(150)가 모일 수 있는 공간인 챔버(122)가 형성된다. 상기 스페이서(130)는 평면 형상이 대략 ㄷ자형상의 얇은 판으로 형성된다. 상기 스페이서(130)는 전극집전체(160)에 도포할 슬러리(150)의 양, 두께, 폭 등을 스페이서(130)의 형상 및 두께로서 조절하는 부분이다.
먼저, 슬러리(150)가 펌프로부터 이송관(140)을 따라 소정의 압력으로 제 1주입구(126)로 공급되면, 슬러리(150)는 하판(120)의 내부에 형성된 통로를 따라 제 2주입구(124)를 통해 분출된다. 분출된 슬러리(150)는 하판(120)의 챔버(122)와 스페이서(130) 및 상판(110)의 결합에 의해 형성된 공간 내부로 채워지고, 전극집전체(160) 상에 도포되게 된다. 도 1b에서 화살표는 전극집전체(160)의 이동 방향을 나타낸다. 상기 과정을 통해 제조된 전극판은, 도 1c를 참조하면, 코팅된 활물질층(150)의 말단부(155)가 타측에 비해 두껍게 형성된다.
이렇게 일반적인 슬릿다이를 사용하여 전극판을 코팅하는 경우 활물질층의 말단부가 타측에 비해 두껍게 형성되는 이유는, 원하는 길이만큼 코팅이 끝난 후 슬릿 다이를 전극집전체로부터 이격시킬 때 슬러리의 끌림 현상이 나타나기 때문이다. 상기 전극집전체의 이동속도는 상대적으로 이와 반대방향으로 슬릿다이의 상대속도를 유발하게 되며, 이러한 상대속도를 가지면서 상당한 점성을 가지고 있는 슬러리를 전극집전체로부터 떼어내게 되므로 슬러리의 끌림 현상이 발생하게 된다. 이와 같이 하여 활물질층의 말단부가 두껍게 형성되면 전극조립체를 형성하기 위한 권취시 상기 말단부가 세퍼레이터를 압박하여 세퍼레이터가 변형 또는 손상될 수 있다. 상기 세퍼레이터가 변형되어 손상되면 양극판과 음극판이 직접 접촉되어 쇼트가 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 통상적으로 이러한 현상을 방지하기 위해 말단부에 라미네이션 테이프가 부착된다. 상기 라미네이션 테이프 부착은 전극판의 제조 공정을 늘릴 뿐만 아니라, 제조 비용이 증가된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 리튬 이차전지의 전극조립체의 제조시 양극집전체와 음극집전체에 각각 양극활물질과 음극활 물질을 코팅할 때 사용되는 슬릿다이의 슬러리 분출구를 포함한 일정 영역을 양극집전체와 음극집전체의 이동방향으로 절곡시켜 형성함으로써, 코팅된 활물질층 말단부가 끌리는 현상을 방지할 수 있는 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이 및 이를 이용한 활물질 코팅장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 알출된 본 발명의 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이는 서로 마주보도록 형성되며, 내부로 주입된 슬러리가 코팅하고자 하는 전극집전체의 표면과 소정의 각도로 기울어 분출될 수 있도록 형성되는 제 1판; 및 제 2판; 상기 제 1판과 상기 제 2판 사이에 개재되어 상기 제 1판과 상기 제 2판을 소정 거리 이격시키며, 상기 제 1판과 상기 제 2판의 대향면의 형상에 상응하도록 형성되는 스페이서;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1판과 상기 제 2판 및 상기 스페이서는 나사에 의해 서로 결합될 수 있다. 또한, 상기 제 1판은 정면 형상이 사각형의 일측 모서리가 절단되어 형성되는 오각형상, 사각형상, 삼각형상 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 스페이서는 평면 형상이 ㄷ자형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 스페이서는 상기 제 1판의 하면 형상과 대응되도록 상기 ㄷ자형상의 서로 마주보는 부분의 단부에 절곡부가 구비될 수 있다. 또한, 상기 절곡부는 상기 제 1판의 상면에 대하여 20도 내지 70도를 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 절곡부는 상기 스페이서 전체 길이의 적어도 10%의 길이로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1판 또는 상기 제 2판은 일측면에 상기 슬러리가 상기 제 1판 또는 상기 제 2판의 내부로 들어가는 제 1주입구가 형성되며, 서로 마주보는 면의 일측에 상기 슬러리가 상기 제 1판 또는 상기 제 2판의 외부로 나오는 제 2주입구가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2판은 상기 스페이서와 함께 공간을 형성하여 상기 슬러리가 모일 수 있도록 상기 제 1판과 마주보는 면에 챔버가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 활물질 코팅장치는 서로 마주보도록 형성되며, 내부로 주입된 슬러리가 코팅하고자 하는 전극집전체의 표면과 소정의 각도로 기울어 분출될 수 있도록 형성되는 제 1판 및 제 2판과, 상기 제 1판과 상기 제 2판 사이에 개재되어 상기 제 1판과 상기 제 2판을 소정 거리 이격시키며, 상기 제 1판과 상기 제 2판의 대향면의 형상에 상응하도록 형성되는 스페이서를 구비하는 슬릿다이; 제조된 슬러리를 보관하고 이를 공급하기 위한 슬러리 저장탱크; 상기 슬러리 저장탱크의 슬러리를 상기 슬릿다이에 주입하기 위한 펌프; 상기 슬러리가 코팅된 전극집전체를 건조하기 위한 건조기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 슬릿다이는 상기에서 기술된 형상 중의 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이의 분리 사시도를 나타내며, 도 2b는 도 2a의 슬릿다이를 이용하여 전극집전체에 슬러리가 도포되는 형상을 도시한 단면도를 나타낸다. 이하의 설명에서는 도 2a의 y방향의 크기를 길이로, x방향의 크기를 폭으로, z방향의 크기를 높이로 하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이(200)는, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 제 1판(210)(이하, 상판이라 한다), 제 2판(220)(이하, 하판이라 한다) 및 스페이서(220)를 포함하여 이루어진다. 상기 슬릿다이(200)는 슬러리(250)를 소정의 압력으로 공급하는 펌프(도면에 도시하지 않음)와 이송관(240)을 통해서 서로 연결된다. 상기 슬릿다이(200)는 대략 사각박스 형상으로 형성된다. 상기 상판(210)과 하판(220) 및 스페이서(220)는 나사(202)에 의해 상호 결합할 수 있으며, 그 밖에도 클램프를 통해 상호 결합할 수도 있다. 여기서 상기 상판(210)과 하판(220) 및 스페이서(220)의 결합 방식을 한정하는 것은 아니다. 이하의 도면에서는 나사 등의 결합 도구의 도시를 생략하며, 다양한 결합 도구들이 적용될 수 있음은 상기에서 기술한 바와 같다.
상기 상판(210)은 상기 스페이서(220)를 사이에 두고 하판(220)과 마주보도록 형성된다. 상기 상판(210)은 대략 직육면체에서 일측이 절단된 무딘 칼날 형상으로 형성된다. 따라서, 상기 상판(210)의 정면 형상은 사각형의 일측 모서리가 절단되어 형성되는 오각 형상을 이루게 된다. 또한, 상기 상판(210)은 대략 직육면체에서 일측이 절단된 날카로운 칼날 형상으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 상판(210)의 정면 형상은 윗변의 길이가 긴 직각 사다리꼴 형상을 이루게 된다. 즉, 상기 상판(210)은 슬릿다이(200) 내부로 주입된 슬러리(250)가 코팅하고자 하는 전 극집전체(260)의 표면과 소정의 각도로 기울어 분출될 수 있는 형상으로 형성된다. 상기 상판(210)은 스페이서(230) 및 하판(220)과의 결합을 위해 제 1나사용 홈(235)이 형성된다. 상기 나사용 홈(235)은 상판(210)의 외곽부 4군데에 형성될 수 있으며, 여기서 나사용 홈(235)의 개수를 한정하는 것은 아니다. 상기 나사용 홈(235)은 내부에 상판(210), 하판(220) 및 스페이서(230)를 결합시키기에 충분한 길이를 가진 나사(202)가 결합된다. 상기 상판(210)은 철과 같이 강도가 크고 녹는점이 높은 금속재질로 형성되며, 주조 또는 압연, 압출에 의해 제조될 수 있다.
상기 하판(220)은 상기 스페이서(230)를 사이에 두고 상판(210)과 마주보도록 형성된다. 따라서 상기 하판(220)은 상판(210)과 마주보는 면이 상판(210)의 저면과 부합되도록 대략 미끄럼틀 형상으로 형성된다. 상기 하판(220)은 상판(210)과 마찬가지로 상기 상판(210)의 제 1나사용 홈(235)에 대응되는 위치에 제 2나사용 홈(235)이 형성된다. 상기 하판(220)은 스페이서(230)와 함께 공간을 형성하여 슬러리(250)가 모일 수 있도록 상판(210)과 마주보는 면에 챔버(222)가 형성된다. 상기 챔버(222)는 소정의 깊이로 형성되며 이송관(240)에서 슬러리(250)가 공급될 때 가장 먼저 슬러리(250)가 모이는 공간이다. 상기 챔버(222)는 스페이서(230)의 형상에 부합하도록 대략 ㄷ자로 둘러싸인 공간으로 형성된다. 상기 하판(220)은 일측면에 슬러리(250)가 하판(220)의 내부로 들어가는 입구인 제 1주입구(226)가 형성되며, 서로 마주보는 면의 일측에 슬러리(250)가 하판(220)의 외부로 나오는 출구인 제 2주입구(224)가 형성된다. 상기 제 1주입구(226)와 제 2주입구(224)는 하판(220)의 내부에 형성된 통로를 통하여 서로 연통되어 있으며, 슬러리(250)가 일정 한 양으로 흘러갈 수 있도록 소정의 지름을 갖도록 형성된다. 상기 하판(220)은 상판(210)과 유사한 재질 및 제조방법으로 형성될 수 있다.
상기 스페이서(230)는 상기 상판(210)과 하판(220) 사이에 개재되어 서로 결합된다. 상기 스페이서(230)는 상판(210)과 하판(220)을 소정거리 이격시켜 상판(210)과 하판(220) 사이에 슬러리(250)가 통과할 수 있는 공간을 형성시킨다. 상기 스페이서(230)는 평면 형상이 대략 ㄷ자형으로 형성된다. 상기 스페이서(230)는 ㄷ자형의 서로 마주보는 부분이 평행하도록 형성될 수 있다. 상기 ㄷ자 형상의 열린 부분이 상기 슬릿다이(200) 외부로 슬러리(250)가 방출되는 부분이다. 상기 스페이서(230)는 상기 하판(220)과 마찬가지로 상기 상판(210)의 제 1나사용 홈(235)에 대응되는 위치에 제 3나사용 홈(225)이 형성된다. 상기 스페이서(230)는 상기 상판(210)의 하면 형상과 대응되도록 상기 ㄷ자 형상의 서로 마주보는 부분의 단부에 절곡부(232)가 형성된다. 상기 절곡부(232)는 상판(210)의 하면 형상 및 하판(220)의 상면 형상과 상응하도록 형성되어 슬릿다이(200) 내부로 주입된 슬러리(250)가 코팅하고자 하는 전극집전체(260)의 표면과 소정의 각도로 기울어 분출될 수 있는 형상으로 형성된다. 상기 절곡부(232)는 상판(210)의 상면에 대하여 20도 내지 70도를 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 절곡부(232)가 상판(210)의 상면과 이루는 각이 20도 미만이 되면 활물질층의 말단부가 끌려서 타측에 비해 두꺼워지는 현상을 충분히 억제할 수 없으며, 상기 절곡부(232)가 상판(210)의 상면과 이루는 각이 70도를 초과하게 되면 전극집전체(260)에 대해 슬릿다이(200)의 슬러리 분출구(270)가 지나치게 틀어지므로 코팅이 원활하게 되기 어렵다는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 절곡부(232)는 상기 스페이서(230) 전체 길이의 적어도 10%의 길이로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 절곡부(232)의 길이가 지나치게 짧게 형성되면 슬러리(250)의 진행방향이 짧은 절곡부에서 급하게 변경되어 슬릿다이(200) 내부에 불필요한 압력을 가할 뿐만 아니라, 절곡되지 않은 방향으로 슬러리(250)가 분출될 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 스페이서(230)는 상판(210)과 유사한 재질 및 제조방법으로 형성될 수 있다.
상기 슬릿다이(200)는 슬러리 분출구(270)를 포함하여 슬러리(260)의 진행방향이 전극집전체(260)의 진행 방향(도 2b의 화살표 방향)으로 틀어져 있어, 코팅 후 슬릿다이(200)를 전극집전체(260)로부터 이격시킬 때 활물질층의 말단부가 끌려 두께가 두꺼워지는 현상을 억제하게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이의 분리 사시도를 나타내며, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이의 분리 사시도를 나타낸다. 도 3의 실시예는 상기 도 2a의 실시예에 대하여 하판(320)에 챔버가 형성되지 않으며, 도 4의 실시예는 상기 도 2a의 실시예에 대하여 제 1주입구(426) 및 제 2주입구(424)가 상판(410)에 형성됨과 함께 스페이서(430)의 평면 형상이 변형된다는 점 이외에는 상기 도 2a의 실시예와 유사하므로, 두 실시예를 함께 설명하되 상기 도 2a의 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다. 또한, 상기에서 언급한 바와 같이 나사 등의 결합 도구에 대한 도시는 생략하였다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이(300, 400)는, 도 3과 도 4를 참조하면, 상판(310, 410)과 하판(320, 420) 및 스페이서(330, 430)를 포함하여 형성된다. 도 3의 실시예에 따른 상기 하판(320)은 도 2a의 실시예와 달리 챔버를 구비하지 않도록 형성된다. 따라서, 상기 슬릿다이(300)는 스페이서(330)의 규격만으로 슬러리의 도포량을 조절하게 된다. 이렇게 되면 규격이 다른 전지를 생산할 경우 챔버의 규격이 변경된 하판(320)을 별도로 제작하지 않고 스페이서(330)의 규격만 달리 하여 사용할 수 있게 된다. 상기 하판(320)은 제 1주입구(326)와 제 2주입구(324)가 형성됨은 상기 도 2a의 실시예와 동일하다. 상기 스페이서(330)는 절곡부(332)가 형성되며, 상기 절곡부(332)는 상판(310)의 상면에 대하여 20도 내지 70도를 이루도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 절곡부(332)는 스페이서(330) 전체 길이의 적어도 10%의 길이로 형성되는 것이 바람직하다.
도 4의 실시예에 따른 상기 상판(410)은 제 1주입구(426)와 제 2주입구(424)가 형성된다. 즉, 이송관(440)이 하판(420) 대신에 상판(410)에 연결된다. 상기 제 2주입구(424)는 스페이서(430)의 ㄷ자 형상 내측에 대응하도록 형성되어 제 2주입구(424)로 배출된 슬러리가 스페이서(430)의 공간 내부에 모일 수 있도록 한다. 또한, 상기 스페이서(430)의 평면 형상은 외측이 ㄷ자형, 내측이 누운 U자형으로 형성된다. 이러한 형상으로 형성됨으로써 슬러리가 스페이서(430)의 공간을 충분히 채울 수 있게 된다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이의 분리 사시도를 나타내며, 도 5b는 도 5a의 슬릿다이를 이용하여 전극집전체에 슬러리가 도포되는 형상을 도시한 단면도를 나타낸다. 도 5a의 실시예는 상기 도 4의 실시예에 대하여 절곡부가 구비되지 않은 스페이서(530)가 사용되며, 상판(510)과 하판(520)이 마주보는 면의 형상이 변경된다는 점 이외에는 상기 도 4의 실시예와 유사하므로, 차이점을 중심으로 설명한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이(500)는, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 상판(510)과 하판(520) 및 스페이서(530)를 포함한다. 상기 상판(510)은 대략 직육면체 형상이 절단되어 삼각기둥 형상으로 형성되며, 바람직하게는 직각삼각기둥 형상으로 형성된다. 즉, 상기 상판(510)의 정면 형상은 삼각형상으로 형성되며, 바람직하게는 직각삼각형상으로 형성된다. 따라서, 상기 상판(510)은 하판(520)과 마주보는 면이 도 2a 내지 도 4의 실시예들과는 달리 평면으로 형성된다.
상기 하판(510)은 상판(510)과 마찬가지로 대략 삼각기둥 형상으로 형성되며, 정면 형상은 삼각형상으로 형성된다. 상기 하판(520)은 상기 상판(510)과 결합하여 대략 사각박스 형상으로 형성되도록 상판(510)과 지그재그로 마주보게 된다. 상기 하판(520)은 상기 상판(510)과 마찬가지로 마주보는 면이 평면으로 형성된다.
상기 스페이서(530)는 대략 ㄷ자형상으로 형성되며, 절곡부가 없이 동일한 평면을 이루도록 평평하게 형성된다. 상기 상판(510)과 하판(520)에 이미 경사평면이 형성되어 있으므로, 상기 스페이서(530)는 평면으로 형성되어도 상판(510) 및 하판(520)과 결합하면 전극집전체(560)의 표면에 대하여 기울어지게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 슬릿다이가 적용된 리튬 이차전지용 활물질 코팅장치의 구성도를 나타낸다. 여기에서는 도 2a의 실시예에 따른 슬릿다이(200)가 적용된 활물질 코팅장치(70)에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 슬릿다이가 적용된 리튬 이차전지용 활물질 코팅장치(70)(이하, 코팅 장치라 한다)는, 도 6을 참조하면, 슬러리 저장탱크(10), 펌프(20), 슬릿다이(200) 및 건조기(30)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 코팅장치(70)는 이송관(240), 권출기(40) 및 권취기(50), 다수의 이송롤러(60)를 포함한다.
상기 슬러리 저장탱크(110)는 제조된 슬러리를 보관하고 이를 상기 펌프(20)에 공급하는 부분이다. 상기 펌프(20)는 상기 슬러리 저장탱크(110)의 슬러리를 소정의 압력으로 슬릿다이(200)에 주입하는 부분이다. 상기 펌프(20)와 슬릿다이(200)는 이송관(240)으로 연결된다. 상기 권출기(40)는 점보롤 형태로 감겨있는 전극집전체(260)를 풀어 슬릿다이(200)의 하부로 공급하는 부분이다. 상기 권취기(50)는 코팅된 전극집전체(260)를 다시 점보롤 형태로 되감는 부분이다. 상기 권출기(40)와 권취기(50) 사이에는 다수의 이송롤(60)이 위치하여 전극집전체(260)의 이동을 용이하게 한다. 상기 건조기(30)는 전극집전체(260) 상에 코팅된 슬러리의 용매를 휘발시켜 제거하는 부분이다.
상기 권출기(40)에서 전극집전체(260)가 평면상으로 풀리면서 슬릿다이(200) 하부, 건조기(30)를 거쳐 권취기(50)에서 다시 감기게 된다. 슬릿다이(200)는 슬러 리 저장탱크(10)에서 슬러리를 공급받아 슬릿 형태로 길게 형성된 슬러리 분출구(도면에 도시하지 않음, 도 2a의 도면부호 270 참조)를 통해 슬러리를 고르게 뿌려주는 역할을 한다. 슬릿다이(200) 아래로 전극집전체(260)가 일정하게 지나가므로 전극집전체(260) 표면에는 일정 두께의 슬러리층이 부착 형성된다. 슬러리는 용매를 많이 포함하는 유동 상태이므로 건조기(30)에서는 열풍을 보내 슬러리의 용매를 휘발시켜 제거하고, 슬러리는 바인더의 작용으로 전극집전체(260)에 상당 강도로 부착된다. 전극집전체(260)는 양면에 전극활물질층을 가지며, 이를 위해 전극집전체(260)에는 면을 바꾸어가며 두 번의 슬러리 도포가 이루어진다. 따라서, 한 번의 슬러리 도포가 이루어진 막은 슬러리 건조 후 권취기(50)에 권취된 다음 다시 권출기(50) 쪽으로 옮겨져 반대면 도포를 준비하게 된다. 다만, 여기서 본 발명의 실시예에 따른 슬릿다이가 적용된 리튬 이차전지의 활물질 코팅장치의 구성을 한정하는 것은 아니며, 다양한 구성을 갖는 코팅장치에 상기 슬릿다이가 적용될 수 있다.
상기 코팅장치(70)는 활물질 말단부가 끌리지 않도록 하는 슬릿다이(200)를 구비하고 있어, 코팅이 끝난 후 타측의 활물질층과 거의 동일한 두께의 말단부가 형성된다. 따라서, 활물질층 말단부에 의한 전극판간 쇼트가 방지될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 슬릿다이의 작용에 대해서 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이의 작용을 나타내는 단면도이다. 이하의 설명에서는 도 2a의 실시예에 따른 슬릿다이가 적용된 경우에 대하여 설명한다.
상기 슬릿다이(200)는, 도 7을 참조하면, 상판(210)과 하판(220) 및 스페이서(230)를 포함하여 형성된다. 상기 슬릿다이(200)는 슬러리 분출구(270)를 포함한 절곡부가 전극집전체(260)의 진행방향(V1 방향)으로 틀어져서 형성되어 있다. 상기 전극집전체(260)의 양 측에는 권출기와 권취기 및 이송롤러가 구비되어 있어, 전극집전체(260)는 도 7에서 좌측 방향, 즉 V1 방향으로 이동된다. 실제로는 전극집전체(260)가 이동하는 것이지만, 상기 슬릿다이(200)의 입장에서는 상기 V1과 크기가 같고 방향이 반대인 V1'의 상대속도로 이동하는 것처럼 된다. 또한, 코팅이 끝난 후 상기 슬릿다이(200)는 전극집전체(260)와 수직방향으로 V2 의 속도로 이격된다. 따라서, 상기 슬릿다이(200)는 V1'과 V2 가 더해져 V3 = V1' + V2 의 속도감이 적용되게 된다. 한편, 상기 슬릿다이(200)의 슬러리 분출구(270)를 포함한 절곡부는 V3 의 방향과 대략 평행을 이루게 되므로 슬러리(250)의 점성에도 불구하고 말단부가 끌리지 않고 깔끔하게 마무리된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이에 의하면 전극집전체에 전극활물질용 슬러리를 코팅할 때 사용되는 슬릿다이의 슬러리 분출구를 포함한 일정 영역을 양극집전체와 음극집전체의 이동방향으로 절곡시켜 형성함으로써, 코팅된 활물질층 말단부가 끌리는 현상을 방지하여 활물질층 말단부의 두께가 두꺼워지지 않도록 하여 전극판간 쇼트를 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 활물질층의 말단부가 타측과 동일한 두께로 형성됨으로써 별도의 라미네이션 테이프의 부착을 생략할 수 있어 공정감소와 비용감소의 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 하면과 상면이 서로 이격되어 마주보며 평행하게 형성되는 제 1판과 제 2판;
    상기 제 1판의 하면과 상기 제 2판의 상면 사이에 개재되어 슬러리가 통과하는 공간을 형성하며, 상기 제 1판과 상기 제 2판의 대향면의 형상에 상응하도록 형성되는 스페이서를 포함하며,
    상기 제 1판의 하면과 제2판의 상면은 상기 슬러리가 분출되는 슬러리분출구 영역에서 상기 슬러리의 코팅이 진행되는 전극집전체의 표면과 소정 각도로 기울어져 형성되고, 상기 스페이서는 상기 제 1판의 하면 형상과 대응되도록 단부에 절곡부가 구비되어 상기 슬러리가 상기 전극집전체의 표면과 소정 각도로 기울어져 분출될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1판과 상기 제 2판 및 상기 스페이서는 나사에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1판은 정면 형상이 사각형의 일측 모서리가 절단되어 형성되는 오각형상, 사각형상, 삼각형상 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스페이서는 평면 형상이 ㄷ자형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 제 1판의 상면에 대하여 20도 내지 70도를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 스페이서 전체 길이의 적어도 10%의 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1판 또는 상기 제 2판은 일측면에 상기 슬러리가 상기 제 1판 또는 상기 제 2판의 내부로 들어가는 제 1주입구가 형성되며, 서로 마주보는 면의 일측에 상기 슬러리가 상기 제 1판 또는 상기 제 2판의 외부로 나오는 제 2주입구가 형 성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2판은 상기 스페이서와 함께 공간을 형성하여 상기 슬러리가 모일 수 있도록 상기 제 1판과 마주보는 면에 챔버가 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 활물질 코팅용 슬릿다이.
  10. 하면과 상면이 서로 이격되어 마주보며 평행하게 형성되는 제 1판과 제 2판과, 상기 제 1판의 하면과 상기 제 2판의 상면 사이에 개재되어 슬러리가 통과하는 공간을 형성하며, 상기 제 1판과 상기 제 2판의 대향면의 형상에 상응하도록 형성되는 스페이서를 포함하며, 상기 제 1판의 하면과 제2판의 상면은 상기 슬러리가 분출되는 슬러리분출구 영역에서 상기 슬러리의 코팅이 진행되는 전극집전체의 표면과 소정 각도로 기울어져 형성되고, 상기 스페이서는 상기 제 1판의 하면 형상과 대응되도록 단부에 절곡부가 구비되어 상기 슬러리가 상기 전극집전체의 표면과 소정 각도로 기울어져 분출될 수 있도록 형성되는 슬릿다이;
    제조된 슬러리를 보관하고 이를 공급하기 위한 슬러리 저장탱크;
    상기 슬러리 저장탱크의 슬러리를 상기 슬릿다이에 주입하기 위한 펌프; 및
    상기 슬러리가 코팅된 전극집전체를 건조하기 위한 건조기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 활물질 코팅장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 슬릿다이는 제 2항 내지 제 4항과 제 6항 내지 9항 중 어느 하나의 항에 따른 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지용 활물질 코팅장치.
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