KR101639721B1 - 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이종의 점착제 적층이 가능한 코팅장치를 제공하고자 한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 제1기판이 공급되는 제1언와인더와, 상기 제1언와인더로부터 공급된 제1기판의 표면을 개질하는 대기압플라즈마부와, 상기 대기압플라즈마부를 통과한 제1기판의 표면에 박막 코팅을 수행하는 마이크로그라비아 코팅부와, 상기 대기압플라즈마를 통과한 제1기판의 표면에 후막 코팅을 수행하는 콤마코팅부와, 상기 마이크로그라비아 코팅부 또는 상기 콤마코팅부를 통과한 제1기판의 표면을 건조시키는 건조부 및 상기 마이크로그라비아 코팅부 또는 상기 콤마코팅부를 통과한 제1기판에 적층되는 제2기판을 공급하는 제2언와인더를 포함하는 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치를 제공한다.

Description

폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치{POUCH LAYER COATING DEVICE FOR PRODUCING POLYMER SECONDARY BATTERY}

본 발명은 전자인쇄기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이종의 재료를 순차적으로 적층이 가능한 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치에 관한 것이다.

합성 수지 필름, 종이, 천, 금속박 등의 긴 형태의 제1기판의 표면에 코팅액을 도포하는 장치가 최근 들어 많이 개발되고 있으며, 일반 산업용 및 전자 산업용, 화공 산업용 등에 이르기까지 여러 방면에 최근 들어 다양하게 적용되는 상황이다.

그리고, 인쇄전자용 코팅액은 전도성, 반도체성, 절연성 기능을 가진 다양한 특성의 용질을 이용하기 위해 코팅액의 코팅성, 분산성 및 접착성 등의 코팅 특성을 향상시키기 위하여 다양한 바인더, 분산재 및 계면활성제 등의 첨가물과 함께 다양한 용매를 이용하여 용액의 형태로 만들어 다양한 점도의 용액으로 존재하게 되며, 상황에 따라서는 제1기판에 도포되는 용액을 중첩하여 코팅하는 경우도 발생한다.

한편, 이와 같은 다양한 코팅 중 대표적으로 콤마코팅이나 그라비아 코팅 공정이 사용되고 있다.

콤마 코팅 방식(Comma Direct, Comma Reverse)은 점도 500 ~ 500,000cps 정도의 코팅액을 0.1 ~ 100m/min의 속도로 코팅하는데 적합하며, 깨끗한 표면을 얻을 수 있고, 조작이 간단해 테이프, 필름 등의 일반 산업용 및 전자 산업용, 화공 산업용에 이르기까지 여러 방면에 다양하게 응용되는 코팅방식이다.

상기 콤마 코팅장치의 코팅액댐에 코팅액을 공급하는 방법으로는, 코팅액댐에 일정량의 코팅액을 수동으로 부어 공급하는 방식과, 정량 공급펌프와 이에 연결된 파이프 또는 호스를 통해 연속적으로 코팅액댐에 코팅액을 공급하는 방식이 있다.

이중 연속적으로 코팅액댐에 코팅액을 공급하는 경우, 파이프의 선단을 코팅액댐 중앙에 위치시키거나, 또는 좌, 우 코팅액댐의 양측 부위를 파이프의 선단이 왕복 운동하면서 균일하게 코팅액을 공급하는 방법을 주로 사용한다.

그리고, 최근 산업계에서 많이 사용되는 이차전지에 있어서 양극판 및 음극판에 안전성을 높일 수 있는 기능성 막을 형성하도록 마이크로 그라비아 롤(Micro Gravure Roll)을 사용하는 마이크로-그라비아 코팅장치가 사용되고 있다.

한편, 상기 콤마코팅장치와 마이크로-그라비아 코팅장치는 각각 도포되는 코팅액이나 점착액의 두께에 따라서 각각의 사용 가능성이 정하여지며, 기존에는 각각의 장치만이 별도로 개발 및 사용되고 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점 및 제결점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 이종의 점착제 적층이 가능한 코팅장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 배리어층과 같이 무기물과 유기물을 교차하거나 서로 다른 재료의 적층 공정이 가능한 코팅장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 각 층과의 결합력이 증대되도록 하며 불순물의 제거과정이 가능하도록 구성된 코팅장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1기판이 공급되는 제1언와인더와, 상기 제1언와인더로부터 공급된 제1기판의 표면을 개질하는 대기압플라즈마부와, 상기 대기압플라즈마부를 통과한 제1기판의 표면에 박막 코팅을 수행하는 마이크로그라비아 코팅부와, 상기 대기압플라즈마를 통과한 제1기판의 표면에 후막 코팅을 수행하는 콤마코팅부와, 상기 마이크로그라비아 코팅부 또는 상기 콤마코팅부를 통과한 제1기판의 표면을 건조시키는 건조부 및 상기 마이크로그라비아 코팅부 또는 상기 콤마코팅부를 통과한 제1기판에 적층되는 제2기판을 공급하는 제2언와인더를 포함하는 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치를 제공한다.

여기서, 상기 마이크로그라비아 코팅부는 제1챔버형 잉크공급장치가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 콤마코팅부는 제2챔버형 잉크공급장치가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 제1기판과 제2기판이 적층되어 결합되도록 하는 라미네이션부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2언와인더로부터 공급된 제2기판의 표면을 개질하는 대기압플라즈마부가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 라미네이션부와 상기 리완인더 사이로 사행제어부가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 콤마코팅부는 콤마롤, 마스터롤 및 상기 콤마롤과 마스터롤 사이의 거리를 조절하는 조절모듈을 포함하며, 상기 조절모듈과 전기적으로 연결되며 제1기판에 형성되는 점도층 또는 막의 두께를 입력하는 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부에 기 설정된 값 이하의 막의 두께가 형성되도록 하거나 저점도 층을 입력 시 상기 조절모듈을 통하여 상기 콤마롤과 마스터롤 사이의 거리가 설정된 거리 이상을 이루도록 할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

첫째, 본 발명에 의하면, 콤마코팅부와 마이크로그라비아 코팅부를 웹 이송 라인에 동시에 적용하여 상황에 따라서 콤마코팅부 또는 마이크로그라비아 코팅부 둘 중 하나만을 사용하거나 두 개 모두를 사용할 수 있게 된다.

그러므로, 코팅하고자 하는 점착층의 두께나 적용하고자 하는 코팅액에 대응하여 선택된 코팅장치를 사용하도록 함으로써 작업상의 편리함을 가져오게 된다.

둘째, 본 발명에 의하면, 새로운 기판을 공급하는 언와인더를 추가로 적용하여 두 개의 기판의 결합이 가능하게 되는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치를 이루는 주요 구성들의 연결관계를 개략적으로 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치에 적용되는 콤마코팅부를 나타낸 도면;
도 3은 상기 도 2의 콤마코팅부에 거리 조절모듈이 적용된 모습을 나타낸 도면;
도 4는 제어부와 콤마코팅부의 주요 구성간의 연결관계를 나타낸 블록도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치에 적용되는 마이크로그라비아 코팅부를 나타낸 도면; 및
도 6은 각각의 기판 필름의 점착을 위하여 적용되는 점착제 및 두께를 나타내기 위한 도면이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다. 먼저, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 바람직한 실시예에 따른 구조를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅장치를 구성하는 주요 구성간의 연결관계를 나타낸 개략도이다.

도시된 것처럼, 본 실시예에 따른 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치는 제1언와인더(110), 리와인더(120), 대기압플라즈마부(200), 콤마코팅부(500), 마이크로그라비아 코팅부(600) 및 건조부(700)를 포함하여 구성된다.

상기 제1언와인더(110)는 제1기판(1)의 이송경로를 기준으로 일단에 구비되어 롤 형태로 말려진 제1기판(1)을 공급하는 역할을 하게 되며, 상기 리와인더(120)는 코팅 공정이 완료된 제1기판(1)이 롤 형태로 저장되는 역할을 수행한다.

그리고, 제1기판(1)의 이송 경로 상에는 필요 시 적절한 위치로 제1기판(1)의 원활한 이송 및 이송방향의 가이드를 위한 보조휠(101)이 더 구비될 수 있다.

한편, 상기 제1언와인더(110)로부터 공급된 제1기판(1)은 상기 대기압플라즈마부(200)를 통과하게 되어 제1기판의 표면이 개질된다.

이와 같은 대기압플라즈마부(200)는 상기 제1기판(1)의 표면 성질을 변화시키게 되며, 즉 접착력 및 코팅성 향상, 얼룩 제거 등 세정 효과가 강화되어 이온화 및 분해 특성을 사용함으로써 표면 개질 효과를 가져오게 된다.

이와 같은 대기압플라즈마부(200)를 통과한 제1기판은 별도로 구비된 인피더(310)를 거친 후 사행제어기(400)를 통과하면서 경로가 제어된다.

즉, 합성 수지 필름, 종이, 천, 금속박 등의 긴 형태의 웹을 이루는 기판은 코팅, 건조, 도공 등의 가공을 실시할 때, 고속으로 주행하고 있으므로 반송로로부터 변위되는 가로 방향 어긋남, 소위 사행이 발생하기 쉬운데, 코팅 공정이 이루어지기 전 사행을 제어하여 양호한 결과물을 얻을 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에 따른 코팅장치는 제1기판(1)이 경로 상에 선택적으로 이송되는 제1경로와 제2경로를 구비하되, 상기 제1경로에는 콤마코팅부(500)가, 제2경로에는 마이크로그라비아 코팅부(600)가 구비된다.

이에 따라서, 제1기판(1)이 상기 콤마코팅부(500)를 통과하도록 하거나 또는 마이크로그라비아 코팅부(600)만을 통과하도록 제어할 수 있게 되며, 경우에 따라서는 상기 콤마코팅부(500)와 마이크로그라비아 코팅부(600) 모두를 통과하도록 할 수도 있다.

그리고, 상기 콤마코팅부(500)와 마이크로그라비아 코팅부(600)를 통과한 제1기판(1)은 상기 건조부(700)를 통과하면서 표면 건조 과정을 거치게 된다.

한편, 본 실시예에 따른 코팅장치는 제2언와인더(130)와 라미네이션부(800)가 구비되되, 상기 건조부(700)를 통과한 제1기판(1)과 상기 제2언와인더(130)로부터 공급되는 새로운 제2기판(2)이 상기 라미네이션부(800)에서 열에 의하여 적층 결합되도록 구성된다.

이때, 도시된 바와 같이, 상기 제2언와인더(130)와 상기 라미네이션부(800) 사이에도 대기압플라즈마부(200)가 구비되도록 하고, 상기 라미네이션부(800)를 통하여 결합된 기판은 다시 별도로 구비된 사행제어부(400)를 거친 후 리와인더(120)로 이송되도록 함이 바람직하다.

이하에서는 본 실시예에 따른 코팅장치를 구성하는 콤마코팅부와 마이크로그라비아 코팅부에 대하여 설명한다.

도 2는 본 실시예에 따른 코팅장치를 구성하는 콤마코팅부를 나타낸 도면이다.

콤마 코팅 모듈은 고점도(1,000cps~200,000cps)용액을 이용하여 마이크로급 후막 코팅에 사용되며 고점도의 잉크를 마스터 롤과 제1기판, 그리고 콤마 코터 간격으로 코팅두께를 정하고 엣지(edge) 혹은 곡선이 있는 면을 이용해 제1기판 표면에 코팅하는 기법이다.

본 실시예에 따른 콤마코팅부(500)는 마스터롤(520)과, 상기 마스터롤(520)의 상단에 설치되는 콤마롤(510), 및 상기 마스터롤(520)과 콤마롤(510) 사이로 코팅액을 주입하도록 코팅액이 수용된 코팅액주입부(530)가 구비된다.

이에 따라서, 제1기판(1)은 상기 코팅액주입부(530)를 지나면서 표면에 코팅액이 도포되며, 도포된 코팅액은 콤마롤(510)에 의해 설정 두께만 남기고 제거되어 기판(1) 표면에 설정 두께의 코팅층을 형성하게 된다.

여기서, 상기 기판(1) 표면에 형성되는 코팅층의 두께 조절은 상기 마스터롤(520)과 콤마롤(510) 사이의 간격 조절에 의해 이루어짐은 물론이다.

여기서, 본 실시예에 따른 코팅액주입부(530)는 챔버형으로 이루어지며, 상기 콤마롤(510)과 마스터롤(520) 사이에 착탈 가능하게 설치됨이 바람직하다.

도 3은 상기 도 2의 콤마코팅부에 거리 조절모듈이 적용된 모습을 나타낸 도면이고, 도 4는 제어부와 콤마코팅부의 주요 구성간의 연결관계를 나타낸 블록도이다.

본 실시예에 있어서, 상기 콤마코팅부(500)는 상기 콤마롤(510)과 마스터롤(520) 사이의 거리를 조절하는 조절모듈(550)을 더 포함하여 구성된다.

상기 조절모듈(550)은 상기 콤마롤(510)의 지지축(511)에 연결된 이동부(554)와 상기 이동부(554)의 상하 이동방향을 가이드하는 이동가이드(552)로 이루어진다. 상기 이동부(554)와 이동가이드(552)는 공지된 형태의 랙 엔 피니어 방식 또는 레일 기어 방식 등의 구성이 적용될 수 있다.

그리고, 마이콤 역할을 하는 제어부(580)가 더 구비되되, 상기 제어부(580)는 상기 조절모듈(550)과 전기적으로 연결된 구성을 취한다.

이에 따라서, 상기 제어부(580)에 기 설정된 값 이하의 막의 두께가 형성되도록 하거나 저점도 층을 입력 시 상기 조절모듈을 통하여 상기 콤마롤(510)과 마스터롤(520) 사이의 거리가 설정된 거리 이상으로 조절되도록 할 수 있다.

경우에 따라서는, 상기 콤마롤(510)과 마스터롤(520) 사이 거리가 충분히 떨어진 상태를 이루어, 상기 콤마코팅부(500)를 거치지 않고 상기 마이크로그라비아 코팅부(600)로 제1기판(1)이 직접 이송되도록 할 수도 있을 것이다.

도 5는 본 실시예에 따른 코팅장치를 이루는 마이크로그라비아 코팅부를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로그라비아 코팅부(600)는 코팅액을 저장하는 저장탱크(640)의 상부 일정영역에 그라비아 롤(Gravure Roll, 630)이 회전 가능하도록 배치되어 있다. 상기 그라비아 롤(630)은 시계방향으로 회전할 수 있으며, 이와는 달리 반시계 방향으로 회전할 수도 있다.

그리고, 상기 그라비아 롤(630)의 상측에는 코팅을 위한 제1기판, 예를 들면, 양극집전판 또는 음극집전판의 이동을 안내하는 제1안내롤(611) 및 제2안내롤(612)이 설치되어 있다. 상기 제1안내롤(611) 및 제2안내롤(612)도, 도 5에 도시된 바와 같이, 반시계방향으로 회전할 수 있으며, 이와는 달리 시계방향으로 회전할 수 있다.

그리고, 상기 그라비아 롤(630)에 접촉된 상태로 상기 저장탱크(640)의 일측 또는 양측으로 닥터 블레이드(622)가 설치된다.

여기서, 상기 저장탱크(640) 또한 챔버 형태로 이루어짐이 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치를 이용한 코팅방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트 [polyethylene terephthalate]) 혹은 PE(폴리에틸렌[polyethylene]) 등 폴리 에틸렌 계열의 플라스틱 제1기판(1)을 이용하여 대기압플라즈마부(200) 이용하여 표면을 개질 한 후 인피더(310)를 지나 사행제어부(400)에서 제1기판(1)의 사행을 제어한 후 상기 마이크로그라비아 코팅부(400)나 콤마코팅부(500)에서 점착제가 코팅되도록 한다.

그리고 난 후, 점착제가 도포된 제1기판(1)은 상기 건조부(700)를 통과하게 된다. 여기서, 상기 건조부(700)를 통과함으로써 코팅 시 점착제와 함께 도포된 솔벤트 및 각종 첨가제는 증발되고 점착 특성만 남게 되어 부착력이 증가된다.

이와 같이, 부착력이 증가된 제1기판은 라미네이션부(800)에서, 또 하나의 언와이더(130)에서 공급된 제2기판(2)인 나이론 필름은 대기압플라즈마부(200)에 의해 표면 개질이 완료되며 라미네이션부에서 부착력이 증가된 필름과 결합되고 사행제어기(EPC)와 아웃피더(320)를 경유하여 상기 상기 리와인더(120)에 감기게 된다.

이후에는 폴리에틸렌 계열의 필름과 나이론이 결합된 필름은 상기 1의 공정에 따라 마이크로그라비아 코팅부(600)나 콤마코팅부(500)를 통과하고 마찬가지로 점착제가 도포되며 건조부(700)를 통과하여 일측에 위치한 언와인더(130)에 탑재된 Al은 열 라미네이션부(800)에서 폴리에틸렌, 나이론과 결합된 필름과 결합되고, 다시 사행제어기(EPC)와 아웃피더를 경유하여 리와인더(120)에 감기게 된다.

그리고, 폴리에틸렌과 나이론 AL이 결합된 필름은 상술한 바와 같은 공정 중 마이크로그라비아 코팅부(600)를 경유하게 되고 열수축 특성이 있는 올레핀 필름과 결합하고 열 라미네이션되어 실링재의 역할을 수행하게 된다.

즉, 본 발명에 의하면, 도 6에 도시된 다양한 기판간의 적층 및 이에 따라 서로 달리 적용되는 다양한 점착제 두께에 대응하여 상기 콤마코팅부나 마이크로그라비아 코팅부, 그리고 각각 서로 다른 기판을 공급하는 두 개의 언와인더를 이용하여 효율적 작업이 가능하게 되는 효과를 가져온다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

110: 제1언와인더 120: 리완인더
130: 제2언와인더 200: 대기압플라즈마부
310, 320: 인피더 400: 사행제어부
500: 콤마코팅부 510: 콤마롤
520: 마스터롤 550: 조절모듈
580: 제어부 600: 마이크로그라비아 코팅부
611, 612: 안내롤 622: 닥터 블레이드
630: 그라비아 롤 640: 저장탱크

Claims (7)

1. 제1기판이 공급되는 제1언와인더; 상기 제1언와인더로부터 공급된 제1기판의 표면을 개질하는 대기압플라즈마부; 상기 대기압플라즈마를 통과한 제1기판의 표면에 후막 코팅을 수행하는 콤마코팅부; 상기 대기압플라즈마부를 통과한 제1기판의 표면에 박막 코팅을 수행하는 마이크로그라비아 코팅부; 상기 콤마코팅부 또는 상기 마이크로그라비아 코팅부를 통과한 제1기판의 표면을 건조시키는 건조부; 상기 마이크로그라비아 코팅부 또는 상기 콤마코팅부를 통과한 제1기판에 적층되는 제2기판을 공급하는 제2언와인더; 상기 제1기판과 제2기판이 적층되어 결합되도록 하는 라미네이션부; 및 상기 라미네이션부를 통하여 결합된 기판을 롤 형태로 저장하는 리와인더;를 포함하며,
   상기 제 1기판이 경로 상에 선택적으로 이송되는 제 1경로와 제 2경로를 구비하되, 상기 제 1경로에는 콤마코팅부가 구비되고 제 2경로에는 마이크로그라비아 코팅부가 구비되며,
   상기 콤마코팅부는 콤마롤, 마스터롤 및 상기 콤마롤과 마스터롤 사이의 거리를 조절하는 조절모듈을 포함하고, 상기 조절모듈과 전기적으로 연결되며 제1기판에 형성되는 점도층 또는 막의 두께를 입력하는 제어부를 더 포함하며,
   상기 제어부에 기 설정된 값 이하의 막의 두께가 형성되도록 하거나 저점도 층을 입력 시 상기 조절모듈을 통하여 상기 콤마롤과 마스터롤 사이의 거리가 설정된 거리 이상을 이루도록 제어하는 것을 특징으로 하는 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로그라비아 코팅부는,
   제1챔버형 잉크공급장치가 더 구비된 것을 특징으로 하는 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 콤마코팅부는,
   제2챔버형 잉크공급장치가 더 구비된 것을 특징으로 하는 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2언와인더로부터 공급된 제2기판의 표면을 개질하는 대기압플라즈마부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 라미네이션부와 상기 리와인더 사이로 사행제어부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 폴리머 이차전지 제작용 파우치 레이어 코팅 장치.
7. 삭제

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