KR100717761B1 - 활물질 코팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 활물질 코팅 장치는 집전체에 활물질을 균일한 두께로 코팅할 수 있도록, 활물질이 저장되는 저장 탱크와 상기 저장 탱크에 저장된 상기 활물질을 이송시키는 펌프, 및 상기 활물질이 유입되는 입구, 상기 활물질이 배출되는 출구 및 상기 입구와 상기 출구를 연결하는 이동로를 포함하고 상기 이동로는 상기 활물질의 이송방향에 대하여 수직한 단면의 면적이 상기 이송방향을 따라 점진적으로 작게 형성된다.
이차 전지, 활물질, 발열 롤러, 집전체

Description

활물질 코팅 장치{COATING APPARATUS OF ACTIVE MATERIAL}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 활물질 코팅 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 토출부재와 커넥터를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 토출부재를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 활물질 코팅 장치를 도시한 구성도이다.
본 발명은 활물질 코팅 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 활물질을 토출하는 토출부재의 구조를 개선한 활물질 코팅 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 하나의 셀로 이루어진 저용량의 이차 전지의 경우, 휴대폰이나 노트북 컴퓨터, 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다.
이차 전지는 양극과 음극이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극군과 전극 군이 내장되는 공간을 구비하는 케이스와 케이스를 밀폐하는 캡 조립체를 포함한다.
전극군은 이온의 교환을 통해서 전류를 발생시키는 데, 전극군을 이루는 양극 및 음극은 금속으로 이루어진 집전체에 활물질이 도포된 구조로 이루어진다.
통상적으로 음극(anode)은 구리 또는 알루미늄 등으로 이루어진 집전체에 탄소계 활물질이 도포된 구조로 이루어지고, 양극(cathode)은 알루미늄 등으로 이루어진 집전체에 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2 등으로 이루어진 활물질이 코팅된 구조로 이루어진다.
전지의 출력을 극대화하기 위해서는 활물질을 집전체에 균일한 두께로 도포하는 것이 무엇보다도 중요하다.
그러나, 종래의 활물질 코팅 장치는 활물질을 집전체로 토출하는 토출부재 내부에 활물질이 부분적으로 적체되어 활물질이 덩어리지는 문제가 있다.
이는 토출부재로부터 활물질이 토출되기 위하여 소정의 수단(예: 활물질 저장 탱크로부터 토출부재로 활물질을 이송시키기 위해 사용되는 펌프)에 의한 힘이 토출부재 내부에 있는 활물질에 가해질 때, 이 활물질에 균일한 힘이 작용하지 못하기 때문인데, 전체 활물질에 있어 가압력을 많이 받는 활물질은 토출부재로부터 잘 빠져나가지만, 그렇지 못한 활물질은 토출부재 내부에 적체되어 덩어리지게 된다. 이러한 덩어리진 활물질이 집전체로 배출되면 그 부위에 대한 활물질층의 두께가 다른 부위에 비해 지나치게 두꺼워지는 문제가 생긴다.
이러한 문제점은 특히, 토출부재 내의 가장 자리에 위치한 활물질에 의해 유발될 수 있는데, 이는 활물질이 저장 탱크로부터 토출부재의 좁은 입구를 통해 토출부재 내의 넓은 저장 공간을 지나는 과정에서 원활하게 토출부재 밖으로 나오지 못하고 저장 공간의 가장 자리에 위치하게 되어 이 저장 공간 내에 오랜 동안 머무르기 때문이다.
이에 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 집전체 상에 활물질을 균일한 두께로 도포할 수 있는 활물질 코팅 장치를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 활물질 코팅 장치는 활물질이 저장되는 저장 탱크와 상기 저장 탱크에 저장된 상기 활물질을 이송시키는 펌프, 및 상기 활물질이 유입되는 입구, 상기 활물질이 배출되는 출구 및 상기 입구와 상기 출구를 연결하는 이동로를 포함하고 상기 이동로는 상기 활물질의 이송방향에 대하여 수직한 단면의 면적이 상기 이송방향을 따라 점진적으로 작게 형성된다.
상기 입구의 단면적은 상기 출구의 단면적보다 크게 형성될 수 있다.
상기 이동로는 중력방향에 대하여 수직하게 배치될 수 있다.
상기 입구와 상기 출구는 마주보도록 형성될 수 있다.
상기 토출 부재는 집전체의 상부에 설치되는 하부 다이와 상기 하부 다이의 상부에 설치되는 상부 다이, 및 상기 하부 다이와 상기 상부 다이 사이에 설치되는 이격판을 포함할 수 있다.
상기 상부 다이와 상기 하부 다이에는 각각 채널이 형성되고, 상기 채널들이 맞닿아 상기 이동로를 형성할 수 있다.
상기 채널은 상기 활물질의 출구쪽으로 갈수록 깊이가 감소하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 채널은 상기 활물질 출구쪽으로 갈수록 폭이 감소하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 펌프의 후단에는 상기 입구와 동일한 단면을 갖는 연결 관이 설치되고 상기 연결 관과 상기 입구 사이에는 상기 연결 관과 상기 입구를 연결하는 커넥터가 설치될 수 있다.
상기 펌프의 후단에는 원통형 연결 관이 설치되고 상기 연결 관과 상기 입구 사이에는 상기 연결 관과 상기 입구를 연결하는 커넥터가 설치될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 대해 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 활물질 코팅 장치를 도시한 개략적인 사시도이다.
상기한 도면을 참조하여 설명하면 본 실시예에 따른 활물질 코팅 장치는 활물질(22)이 저장되는 저장 탱크(23)와 저장 탱크(23)에 저장된 활물질(22)을 다음 공정 구역으로 이송시키는 펌프(24) 및 이송된 활물질(22)을 집전체(21)를 향해 토출하는 토출부재(10)를 포함한다.
집전체(21)는 리튬, 알루미늄, 니켈, 구리 등 도전성이 양호한 박판으로 이루어진다. 이러한 집전체(21)는 롤러(27) 등의 이송수단에 의해 정해진 공정 순서에 따라 각 공정 구역으로 이송되는데, 이 이송 과정에서 그 표면에는 토출부재(10)에서 공급되는 활물질(22)이 일정한 두께를 가지도록 도포된다.
활물질(22)은 양극의 경우 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2 등의 리튬계 산화물로 이루어질 수 있으며, 음극의 경우 탄소계 활물질로 이루어질 수 있다.
활물질(22)은 최초 저장 탱크(23)에 수용되는데, 저장 탱크(23)의 일측에는 활물질(22)의 이송에 사용되는 연결 관(25)이 설치된다. 연결 관(25)은 저장 탱크(23)와 펌프(24) 사이에 설치되어 활물질(22)의 이송 통로 역할을 한다.
또한, 펌프(24)와 토출부재(10) 사이에는 펌프(24)에서 토출부재(10)로 활물질(22)이 이송되도록 하는 다른 연결 관(26)이 설치된다. 이 연결 관(26)은 토출부재(10)에 설치된 커넥터(28)를 매개로 토출부재(10)와 연통된다.
도 2,3에 도시한 바와 같이, 토출부재(10)는 상부 다이(11)와 하부 다이(12)및 상부 다이(11)와 하부 다이(12) 사이에 설치되는 이격판(13)을 포함한다.
그리고 상부 다이(11)와 하부 다이(12)에는 각각 채널(11a)(12a)이 형성되는데, 채널들(11a)(12a)은 대칭지게 형성된다. 이에 따라, 상부 다이(11)와 하부 다이(12)가 결합될 때, 채널들(11a)(12a)이 마주하여 이동로(14)를 형성한다 (도 3 참조).
또한, 채널들(11a)(12a)은 상부 다이(11)와 하부 다이(12)의 길이 방향(도 2,3에서 y축 방향)으로 길게 이어져 형성되며, 이때, 채널들(11a)(12a)의 깊이는 활물질(22)의 이송방향(도 2,3에서 y축 양의 방향)으로 갈수록 작아진다.
따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 토출부재(10)가 지면에 대하여 수평으로 설치될 때 이동로(14)의 상면과 하면은 지면에 대하여 경사지게 형성되며, 이동로(14)의 높이는 활물질(22)의 이송방향으로 갈수록 점점 작아진다.
또한, 채널들(11a)(12a)은 상기한 활물질(22)의 이송방향을 따라 그폭(도 2,3에서 x축 방향 길이)이 감소하는 구조로 이루어지는데 이에 따라, 이동로(14)의 폭도 상기한 활물질(22)의 이송방향을 따라 감소한다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 다이(11)와 하부 다이(12)가 결합되면 토출부재(10)에는 활물질(22)이 유입되는 입구(17)와 활물질(22)이 배출되는 출구(18)가 형성된다. 입구(17)와 출구(18)는 서로 마주보도록 형성되어 이들을 연결하는 이동로(14)가 곧게 뻗은 구조로 형성된다.
또한, 이동로(14)는 입구(17)에서 최대 단면적을 가지며, 출구(18) 쪽으로 갈수록 단면적이 점점 감소한다.
이러한 구조로 토출부재(10) 내에서 활물질(22)은 한 방향으로만 유동하며, 활물질(22)에 작용하는 펌프(24)에 의한 가압력은 출구(18) 쪽으로 갈수록 증가하므로, 이에 활물질(22)에 균일한 가압력이 작용하고, 이동로(14)의 가장자리에 위치한 활물질(22)에도 이러한 가압력은 균일하게 작용한다.
이에 따라, 이동로(14)의 가장자리에 위치한 활물질(22)이라 할지라도 펌프(24)에 의하여 가압될 수 있어서 이동로(14) 내에서 적체되지 아니하고 용이하게 배출될 수 있다.
한편, 상부 다이(11)와 하부 다이(12) 사이에는 이격판(13)이 설치되는데, 이격판(13)은 채널(11a)이 형성되지 않은 상부 다이(11)와 하부 다이(12)의 양쪽 가장자리와 접하도록 설치된다.
이격판(13)은 상부 다이(11)와 하부 다이(12) 사이의 간격을 조절하며 이격판(13)의 두께에 의하여 활물질(22)의 토출량이 정해진다. 따라서 활물질(22)의 토출량을 증가시키기 위해서는 토출부재(10) 전체를 교체할 필요 없이 이격판(13)만 두꺼운 것으로 교체하면 된다.
토출부재(10)의 출구(18) 쪽에는 돌출부(11b)(12b)가 형성된다. 돌출부(11b)(12b)는 출구(18)에서 활물질(22)이 배출되어 집전체(21)에 대하여 수직(도 2,3에서 z축 방향)으로 떨어질 때, 활물질(22)이 토출부재(10)에 간섭되지 않도록 상부 다이(11)와 하부 다이(12)에서 볼록하게 돌출된 구조로 이루어진다.
입구(17) 쪽에는 커넥터(28)가 설치되는 장착부(11c)(12c)가 형성된다. 장착부(11c)(12c)에는 일자로 곧게 뻗은 커넥터(28)가 장착되는데, 이의 용이한 장착을 위하여 장착부(11c)(12c)는 균일한 종단면을 갖는다.
한편, 커넥터(28)는 입구(17)의 단면과 동일한 형상을 갖는 관 형태로 형성된다. 이러한 커넥터(28)의 형상은 펌프(24)의 가압력이 연결 관(26)을 통해 토출부재(10) 내로 전달될 때, 커넥터(28)에 의해 감소되지 않고 토출부재(10)로 안정 적으로 전달될 수 있도록 하는데 효과적이다.
뿐만 아니라, 커넥터(28)와 연결되는 연결 관(26)도 입구(17)의 단면과 동일한 형상으로 형성되므로, 이 연결 관(26) 및 커넥터(28)을 통해 저장 탱크(23)으로부터 토출부재(10)로 이송되는 활물질(22)은 연결 관(26)과 커넥터(28) 내부에 적체되지 아니하고 토출부재(10)로 안정적으로 이동할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 활물질 코팅 장치를 도시한 구성도이다.
상기한 도면을 참조하여 설명하면, 이 제2 실시예에 따른 활물질 코팅 장치는 활물질(22)이 저장되는 저장 탱크(23)와 저장 탱크(23)에 저장된 활물질(22)을 이송시키는 펌프(24)와 집전체(21)로 활물질(22)을 토출하는 토출부재(10)를 포함한다.
그리고 저장 탱크(23)와 펌프(24) 사이에는 연결 관(25)이 설치되고 펌프(24)와 토출부재(10) 사이에도 활물질이 이동할 수 있도록 연결 관(31)이 설치된다. 이러한 연결 관들(25)(31)은 활물질(22)이 용이하게 이동할 수 있도록 원통형으로 이루어진다.
이 제2 실시예에 있어 토출부재(10)는 전술한 제1 실시예의 토출부재와 그 구성을 같이 하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편 펌프(24)의 후단에 연결된 연결 관(31)과 토출부재(10)의 입구 사이에는 이들을 연결하는 커넥터(32)가 설치된다. 이 제2 실시예에서 커넥터(32)는 일측단이 연결 관(31)의 단면과 동일한 단면형상으로 형성되고 타측단이 토출부재(10) 의 입구와 동일한 단면형상으로 형성된다.
이에 따라 커넥터(32)의 형상은 연결 관(31) 쪽에서 토출부재(10))으로 갈수록 점진적으로 납작하게 퍼지는 구조로 이루어지고, 커넥터(32)의 각 면은 활물질의 진행 방향에 대하여 경사지게 형성된다.
이러한 커넥터(32)의 형상은 전술한 제1 실시예에 비해, 펌프로부터 토출부재로 이어지는 연결 관이나 커넥트 형상을 토출부재의 입구 크기에 맞추어 이와 대응되는 형상으로 하지 않아도 활물질이 펌프에 의한 적정의 가압력을 받아 토출부재로 원활하게 제공될 수 있도록 하는데 효과적이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 전지용 전극을 제조할 때, 제조 장치의 토출부재 내에 활물질이 잔존하는 비율을 줄일 수 있어 활물질이 토출부재로부터 집전체에 토출될 때 엉김현상이 없이 토출될 수 있도록 한다.
이에 따라 본 발명에 의해 제조되는 전지용 전극은, 집전체 상에 도포되는 활물질의 두께를 균일하게 이룰 수 있어 최종 완성품의 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 활물질이 저장되는 저장 탱크;
    상기 저장 탱크에 저장된 상기 활물질을 이송시키는 펌프; 및
    상기 활물질이 유입되는 입구, 상기 활물질이 배출되는 출구 및 상기 입구와 상기 출구를 연결하는 이동로를 포함하는 토출부재;
    를 포함하고,
    상기 이동로는 상기 활물질의 이송방향에 대하여 수직한 단면의 면적이 상기 이송방향을 따라 점진적으로 작게 형성한 활물질 코팅 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 입구의 단면적은 상기 출구의 단면적보다 크게 형성되는 활물질 코팅 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 이동로는 중력방향에 대하여 수직하게 형성되는 활물질 코팅 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 입구와 상기 출구는 마주보도록 형성되는 활물질 코팅 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 토출 부재는 집전체의 상부에 설치되는 하부 다이와 상기 하부 다이의 상부에 설치되는 상부 다이, 및 상기 하부 다이와 상기 상부 다이 사이에 설치되는 이격판을 포함하는 활물질 코팅 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 상부 다이와 상기 하부 다이에는 각각 채널이 형성되고, 상기 채널들이 맞닿아 상기 이동로를 형성하는 활물질 코팅 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 채널은 상기 활물질의 출구쪽으로 갈수록 깊이가 감소하는 활물질 코팅 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 채널은 상기 활물질 출구쪽으로 갈수록 폭이 감소하는 활물질 코팅 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 펌프의 후단에는 상기 입구와 동일한 단면을 갖는 연결 관이 설치되고 상기 연결 관과 상기 입구 사이에는 상기 연결 관과 상기 입구를 연결하는 커넥터 가 설치되는 활물질 코팅 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 펌프의 후단에는 원통형 연결 관이 설치되고 상기 연결 관과 상기 입구 사이에는 상기 연결 관과 상기 입구를 연결하는 커넥터가 설치되는 활물질 코팅 장치.
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