KR101751002B1 - 신규한 구조의 토출 부재 및 이를 포함하는 전극 합제 코팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극 활물질이 포함된 전극 합제를 전극판에 도포하기 위한 토출 부재로서, 전극 합제가 유입되는 유입구; 상기 유입구의 폭과 비교하여 상대적으로 큰 폭을 가지며, 전극판으로 전극 합제를 배출하는 배출구; 및 상기 유입구와 배출구에 연통된 상태로 전극 합제의 이송 경로를 제공하며 내부 공간을 구획하는 적어도 하나의 격벽이 형성되어 있는 이송관;을 포함하고 있고, 상기 배출구의 일측 단부에는 전극 합제의 토출량을 조절하도록 단차부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 토출 부재외부 디바이스 분실시 외부를 제공한다.

Description

신규한 구조의 토출 부재 및 이를 포함하는 전극 합제 코팅 장치 {Discharge Member of Novel Structure and Coating Apparatus of Electrode Depolarizing Mix Containing the Same}

본 발명은 신규한 구조의 토출 부재에 관한 것이다.

최근 전자산업 발전의 중요한 경향은 디바이스의 와이어리스, 모바일 추세와 아날로그의 디지털로의 전환으로 요약될 수 있다. 무선 전화기(일명, 휴대폰)와 노트북 컴퓨터의 급속한 보급, 아날로그 카메라에서 디지털 카메라로의 전환 등을 그러한 대표적인 예로 들 수 있다.

이러한 경향과 더불어 디바이스의 작동 전원으로서 이차전지에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도, 양극 활물질로서 리튬 전이금속 산화물, 리튬 복합 산화물 등을 사용하는 중량 대비 높은 출력과 용량의 리튬 이차전지가 크게 각광받고 있다. 리튬 이차전지는 양극/분리막/음극의 전극조립체가 전해질과 함께 밀폐된 용기에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다.

한편, 전극은 이온의 교환을 통해서 전류를 발생시키는 데, 전극을 이루는 양극 및 음극은 금속으로 이루어진 집전체에 전극 활물질이 도포된 구조로 이루어진다.

일반적으로 음극은 구리 또는 알루미늄 등으로 이루어진 집전체에 탄소계 활물질이 도포된 구조로 이루어지고, 양극은 알루미늄 등으로 이루어진 집전체에 LiCoO₂, LiMnO₂, LiNiO₂ 등으로 이루어진 활물질이 코팅된 구조로 이루어진다.

이차전지의 출력을 극대화하기 위해서는 전극 활물질이 포함된 전극 합제를 집전체로 사용되는 전극판에 균일한 두께로 도포하는 것이 무엇보다도 중요하다.

그러나, 종래의 토출부재는 전극 활물질이 흘러나와 집전체에 코팅이 이루어지는 구조이므로 점도나 코팅 속도에 따른 이차전지의 전극판 코팅부에 코팅량 편차가 존재하는 문제점이 있다.

이러한 코팅량 편차는 이차전지의 전극 코팅에 있어서 전지 용량 차이를 발생시켜 생산된 전지들의 편차를 발생시키는 단점이 있다.

따라서, 이차전지의 전극 코팅부 전체에 코팅을 균일하게 할 수 있는 토출 부재에 관한 기술이 매우 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 폭 방향에서 전극 합제의 이송량을 균일하게 할 수 있도록, 배출구에 소정의 단차를 형성시켜 지연구간을 형성시킴으로써, 균일한 전극 합제가 코팅될 수 있는 토출부재를 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 목적은 폭 방향에서 전극 합제의 이송량을 균일하게 할 수 있도록, 유입구와 배출구에 연통된 상태로 배출구 방향으로 폭이 증가하는 구조를 가지며, 전극 합제의 이송 경로를 구획하는 하나 이상의 격벽이 배출구 방향으로 형성되어 있는 이송관을 포함하는 토출부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 토출 부재를 포함하는 전극 합제 코팅 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토출 부재는, 전극 활물질이 포함된 전극 합제를 전극판에 도포하기 위한 토출 부재로서,

전극 합제가 유입되는 유입구;

상기 유입구의 폭과 비교하여 상대적으로 큰 폭을 가지며, 전극판으로 전극 합제를 배출하는 배출구; 및

상기 유입구와 배출구에 연통된 상태로 전극 합제의 이송 경로를 제공하며 내부 공간을 구획하는 적어도 하나의 격벽이 형성되어 있는 이송관;

을 포함하고 있고,

상기 배출구의 일측 단부에는 전극 합제의 토출량을 조절하도록 단차가 형성되어 있는 구조로 구성될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 토출 부재는 상기 배출구의 일측 단부에 지연구간으로 대칭형의 단차를 형성시켜 전극 활물질의 코팅 과정에서 발생되는 불균일을 방지할 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 배출구의 폭은 상기 유입구로부터 증가하는 구조로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 배출구의 폭은 유입구의 폭을 기준으로 2배 내지 10배일 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 토출 부재는 유입구와 배출구에 연통된 상태로 배출구 방향으로 폭이 증가하는 구조를 가지고, 전극 합제의 이송 경로를 구획하는 하나 이상의 격벽이 배출구 방향으로 형성되어 있는 이송관을 포함하고 있으므로, 폭 방향에서 전극 합제의 이송량을 균일하게 할 수 있다.

상기 배출구의 폭이 유입구의 폭을 기준으로 2배 미만이거나 10배 이상이면 소망하는 전극 합제 코팅의 균일성을 확보하기 어려우므로 바람직하지 않다.

하나의 예에서, 상기 단차는 상기 배출구를 중심으로 좌우 대칭형으로 형성되어 있는 구조로서, 상기 유입구에서 상기 배출구 방향으로 증가하는 구조로 형성될 수 있다.

따라서, 전극 활물지의 코팅과정에서 지연구간을 형성시켜 코팅 속도와 점도의 영향에 의한 불균일을 최소화할 수 있다.

구체적인 예에서, 상기 단차가 형성된 상기 배출구 단부의 폭은 수평 단면상 상기 배출구의 폭을 기준으로 1.1배 내지 3배의 구조로 형성될 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 이송관에는 1개 내지 20개의 격벽들이 형성되어 있어서, 전극 합제의 이송량을 폭 방향에서 균일하게 할 수 있다.

여기서, 격벽들이 1개 미만인 경우 소망하는 전극 합제의 균일한 도포를 달성하기 어렵고 20개 초과인 경우 배출구를 통해 배출되는 전극 합제의 배출량이 전체적으로 작아지므로 바람직하지 않다.

상기 이송관에는 2개 이상의 격벽들이 형성되어 있고, 상기 격벽들은 배출구의 중심축을 기준으로 좌우 대칭형으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 격벽들의 길이는 배출구의 중심축을 기준으로 양측 단부 방향으로 갈수록 증가하는 구조일 수 있다.

이러한 구조에서, 배출구를 통해 배출되는 전극합제의 도포량을 균일하게 하기 위해서는 두 가지 변수를 고려할 수 있다.

하나의 예로서, 상기 격벽들에 의해 구획된 이송 경로의 수직 단면적은 배출구의 중심축을 기준으로 양측 단부 방향으로 갈수록 감소하는 구조일 수 있다.

또 다른 예로서, 상기 격벽들에 의해 구획된 이송 경로에서 합제의 이송 속도는 배출구의 중심축을 기준으로 양측 단부 방향으로 갈수록 증가하는 구조일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 배출구는 유입구에 대해 30 내지 160도의 위치 범위에 형성되어 있는 구조일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 토출 부재는,

일측 하단으로부터 상향 연장된 유입구, 상기 유입구에 연통하는 챔버, 상기 챔버로부터 타측 측면으로 연장된 립(lip)을 포함하고 있는 하판; 및

상기 하판의 상부에 위치하고, 상기 하판과의 조합에 의해 이송관과 배출구를 형성하도록 측면으로 연장된 립을 포함하고 있는 상판;

으로 구성될 수 있다.

본 발명은, 상기 토출 부재를 포함하는 전극 합제 코팅 장치를 제공한다.

경우에 따라서는, 상기 전극 합제 코팅 장치는, 전극 합제가 저장되는 저장 탱크, 및 상기 저장 탱크에 저장된 전극 합제를 토출 부재의 유입구로 이송시키는 펌프를 포함하는 구조일 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 전극 합제 코팅 장치를 사용하여 제조된 이차전지 및 단위셀로서 상기 이차전지를 둘 이상 포함하는 전지팩을 제공한다.

금속시트 상에 전극 합제가 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 적층한 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체와, 상기 전극조립체에 전해액을 함침시킨 상태에서 전지케이스에 밀봉한 구조의 이차전지는 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

상기 전지팩은 예를 들어, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있다.

이상의 설명과 같이, 본 발명의 토출부재는 폭 방향에서 전극 합제의 이송량을 균일하게 할 수 있도록, 배출구에 소정의 단차를 형성시켜 지연구간을 형성시킴으로써, 균일하게 전극 합제가 코팅될 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 토출부재는 유입구와 배출구에 연통된 상태로 배출구 방향으로 폭이 증가하는 구조를 가지며, 폭 방향에서 전극 합제의 이송량을 균일하게 할 수 있도록 전극 합제의 이송 경로를 구획하는 하나 이상의 격벽이 배출구 방향으로 형성되어 있는 이송관을 포함하고 있으므로, 전극 합제의 코팅량 편차를 최소화하여 균일한 전극을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 토출 부재의 평면 모식도이다;
도 2는 도 1의 'C'에 대한 부분 수직 단면 확대도 및 측면도이다;
도 3은 본 발명에 따른 토출부재에 의해 전극에 전극합제가 코팅된 상태를 나타내는 모식도이다;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 토출 부재의 수직 단면 모식도이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 토출 부재의 평면 모식도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 토출 부재(100)는 전극 활물질이 포함된 전극 합제를 전극판(도시하지 않음)에 도포하기 위한 토출 부재로서, 전극 합제가 유입되는 유입구(110), 유입구(110)의 폭(b)과 비교하여 상대적으로 큰 폭(B)을 가지며, 전극판으로 전극 합제를 배출하는 다수개의 배출구들(120), 및 이송관(130)을 포함하고 있다.

이송관(130)은 유입구(110)와 배출구(120)에 연통된 상태로 배출구(120) 방향으로 폭(W)이 증가하는 구조를 가지며, 폭 방향에서 전극 합제의 이송량을 균일하게 할 수 있도록 전극 합제의 이송 경로를 구획하는 9개의 격벽들(132, 134, 136)이 배출구(120) 방향으로 형성되어 있다.

또한, 배출구(120)의 폭(B)은 유입구(110)의 폭(b)을 기준으로 대략 5배의 크기로서, 전극판 코팅부의 폭에 대응하는 크기를 가지고 있다.

격벽들(132, 134, 136)은 배출구(120)의 중심축(A-A')을 기준으로 좌우 대칭형으로 형성되어 있고, 격벽들(132, 134, 136)의 길이는 배출구(120)의 중심축(A-A')을 기준으로 양측 단부 방향으로 갈수록 증가하고 있다.

격벽들(132, 134, 136)에 의해 구획된 이송 경로의 수직 단면적은 배출구(120)의 중심축(A-A')을 기준으로 양측 단부 방향으로 갈수록 감소하고, 격벽들(132, 134, 136)에 의해 구획된 이송 경로에서 전극 합제의 이송 속도는 배출구(120)의 중심축(A-A')을 기준으로 양측 단부 방향으로 갈수록 증가한다.

도 2에는 도 1의 'C'에 대한 부분 단면 확대도 및 측면도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 따른 토출부재에 의해 전극에 전극 합제가 코팅되는 상태의 모식도들 도시되어 있다.

이들 도면을 도 1과 함께 참조하면, 토출 부재(100)의 배출구(120)의 단부에는 배출구(120)의 중심을 기준으로 양측으로 대칭형의 단차들(200)이 형성되어 있다. 즉, 단차들(220)은 배출구(120)의 단부 방향으로 증가하는 형태로 형성되어 있다.

단차들(200)이 형성된 배출구(120)의 일측 단부의 폭(W1)은 배출구(120)의 폭(W)에 비해 대략 1.5배 큰 폭으로 형성되어 있으므로, 전극 합제(220)가 전극판(210)에 코팅되는 과정에서 단차들(200)에 의해 지연구간이 형성됨으로써, 코팅 후에 전극 합제(220)가 팽창되는 현상을 보상하여 전극판(210)에 균일하게 코팅된다.

도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 토출 부재의 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 토출 부재(100a)는, 하판(140) 및 상판(150)으로 구성되어 있다.

하판(140)은 일측 하단으로부터 상향 연장된 유입구(180), 유입구(180)에 연통하는 챔버(160), 챔버(160)로부터 타측 측면으로 연장된 립(142)을 포함하고 있다.

상판(150)은 하판(140)의 상부에 위치하고, 하판(140)과의 조합에 의해 이송관(192)과 배출구(190)를 형성하도록 측면으로 연장된 립(152)을 포함하고 있다.

또한, 배출구(190)는 유입구(180)에 대해 90도의 위치 범위에 수직 방향으로 형성되어 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (18)

1. 전극 활물질이 포함된 전극 합제를 전극판에 도포하기 위한 토출 부재로서,
   전극 합제가 유입되는 유입구;
   상기 유입구의 폭과 비교하여 상대적으로 큰 폭을 가지며, 전극판으로 전극 합제를 배출하는 배출구; 및
   상기 유입구와 배출구에 연통된 상태로 전극 합제의 이송 경로를 제공하며 내부 공간을 구획하는 적어도 하나의 격벽이 형성되어 있는 이송관;
   을 포함하고 있고,
   상기 격벽의 배출구 방향 끝단은 배출구의 끝단까지 연장되며,
   상기 격벽에 의해 구획된 배출구의 끝단에는 전극 합제의 토출량을 조절하도록 단차가 형성되어 있고,
   상기 단차는 상기 유입구에서 상기 배출구 방향으로 증가하는 구조로 형성되며,
   상기 단차가 형성된 상기 배출구 끝단의 폭은 수평 단면상 상기 배출구의 폭을 기준으로 1.1배 내지 3배인 것을 특징으로 하는 토출 부재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 배출구의 폭은 상기 유입구로부터 증가하는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 토출 부재.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 배출구의 폭은 유입구의 폭을 기준으로 2배 내지 10배인 것을 특징으로 하는 토출 부재.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 단차는 상기 배출구를 중심으로 좌우 대칭형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 토출 부재.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 배출구의 폭은 전극판 코팅부의 폭에 대응하는 크기를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 토출 부재.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 이송관에는 1개 내지 20개의 격벽들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 토출 부재.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 이송관에는 2개 이상의 격벽들이 형성되어 있고, 상기 격벽들은 배출구의 중심축을 기준으로 좌우 대칭형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 토출 부재.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 격벽들의 길이는 배출구의 중심축을 기준으로 양측 단부 방향으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 토출 부재.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 격벽들에 의해 구획된 이송 경로의 수직 단면적은 배출구의 중심축을 기준으로 양측 단부 방향으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 토출 부재.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 격벽들에 의해 구획된 이송 경로에서 합제의 이송 속도는 배출구의 중심축을 기준으로 양측 단부 방향으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 토출 부재.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 배출구는 유입구에 대해 30 내지 160도의 위치 범위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 토출 부재.
14. 제 1 항에 있어서,
    일측 하단으로부터 상향 연장된 유입구, 상기 유입구에 연통하는 챔버, 상기 챔버로부터 타측 측면으로 연장된 립(lip)을 포함하고 있는 하판; 및
    상기 하판의 상부에 위치하고, 상기 하판과의 조합에 의해 이송관과 배출구를 형성하도록 측면으로 연장된 립을 포함하고 있는 상판;
    으로 구성된 것을 특징으로 하는 토출 부재.
15. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 7 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 토출 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅 장치.
16. 제 15 항에 있어서, 전극 합제가 저장되는 저장 탱크, 및 상기 저장 탱크에 저장된 전극 합제를 토출 부재의 유입구로 이송시키는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅 장치.
17. 제 15 항에 따른 전극 합제 코팅 장치를 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 이차전지.
18. 단위셀로서 제 17 항에 따른 이차전지를 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.

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