KR101833913B1 - 알루미늄 파우치 필름 제조용 슬롯 다이 코터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 파우치 필름 제조용 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 코팅 시 캐비테이션이 발생하지 않도록 하고, 코팅 표면의 조도를 향상시키며, 접착성을 향상시키는 데 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명은, 양면에 표면 개질 도료가 도포된 알루미늄 필름(31)을 슬롯 다이(12)와 백업 롤(20) 사이로 통과시키면서 도료를 코팅하는 알루미늄 파우치 필름 제조용 슬롯 다이 코터(10)에 있어서, 상기 슬롯 다이(12)의 상부에 구비되어 도료를 공급하는 동시에 도료에 압력을 가하기 위한 가압부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄 파우치 필름 제조용 슬롯 다이 코터{Slot Die Coater for Manufacturing Aluminium Pouch Film}

본 발명은 알루미늄 파우치 필름 제조용 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이차전지의 외장재로 사용되는 알루미늄 파우치 필름을 제조할 때, 코팅 표면의 조도를 향상시키고, 캐비테이션을 방지할 수 있으며, 접착성을 향상시킬 수 있는 알루미늄 파우치 필름 제조용 슬롯 다이 코터에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지라 함은, 한 번 쓰고 버리는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말한다.

이러한 이차전지로는, 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈 수소 축전지, 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다.

상기한 이차전지는, 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차 등에 사용되고 있으며, 특히 리튬 이차전지는, 가벼우면서도 에너지 밀도 및 출력 밀도가 높기 때문에 전기 자동차의 동력원으로 널리 사용되고 있다.

상기 이차전지는, 그 외형에 따라 각형, 원통형, 파우치형으로 분류할 수 있다.

이 중에서 파우치형 이차전지는, 알루미늄 필름(Foil)에 합성수지를 코팅한 파우치 필름을 외장재로 사용하기 때문에, 전지의 외장재로 금속 캔을 사용하는 각형, 원통형 이차전지보다 무게를 현저히 줄일 수 있고, 다양한 형태로 쉽게 제조할 수 있다는 장점이 있다.

상기 파우치 필름은, 기재층, 배리어층, 열접착층이 적층된 다층구조의 필름으로 제조되며, 상기 필름을 프레스로 성형하여 직사각형 형태의 전지 수납공간을 형성한다.

이렇게 제조된 수납공간 내부에 음극 및 양극으로 이루어진 전극체 및 일측에 전극탭이 형성된 전지 셀을 수용한 후, 전해액을 주입하고 주변부를 씰링하면 파우치형 이차전지가 제조된다.

상기한 파우치 필름은, 유기용제, 염, 불산 등에 견딜 수 있는 내화학성, 성형시 핀홀(Pinhole)이 형성되는 것을 억제할 수 있는 성형성, 외부로부터의 수분침투를 차단할 수 있는 열융착 특성, 전지의 단락 방지를 위한 절연성이 있어야 하고, 사용 환경조건(-20 ~ 100℃)에서 충분한 기계적 강도를 유지할 수 있어야 한다.

또한 상기 파우치 필름은, 내부의 전해액이 외부로 유출되지 않도록 하고, 외부의 산소 및 수분이 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있어야 한다.

도 1은 이러한 파우치 필름을 제조하는 종래의 코팅장치의 일 예를 간략히 도시한 것이다.

종래의 파우치 필름 코팅장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 액상의 도료를 저장하는 코터 팬(200)과, 상기 코터 팬(200)으로부터 도료를 픽업하는 픽업 롤(Pickup Roll)(201)과, 상기 픽업 롤(201)로부터 픽업된 도료를 알루미늄 필름(31)에 도포하기 위한 애플리케이터 롤(Applicator Roll)(202)과, 상기 알루미늄 필름(31)을 지지하기 위한 백업 롤(Backup Roll)(203)과, 도료가 도포된 알루미늄 필름(31)을 권취하기 위한 텐션 릴(Tension Reel)(204)을 포함하여 구성된다.

상기한 코팅 장치에 의해, 페이오프 릴(Payoff Reel)로부터 풀려나오는 알루미늄 필름(31)에 도료를 도포할 수 있다.

또한 도 2는 종래의 파우치 필름 코팅장치의 다른 예를 도시한 것으로서, 스프레이 코터(Spray Coater)(300)를 사용하여 알루미늄 필름(31)에 도료를 도포하고 있다.

또한 라운드 바 형상의 바 코터(Bar Coater), 칼날 형상의 나이프 코터(Knife Coater) 또는 슬롯이 형성된 슬롯 다이 코터(Slot Die Coater)가 사용되기도 한다.

그런데 상기한 종래의 코팅방식에 의하면, 알루미늄 필름에 도료를 도포할 때 코팅 표면의 조도가 불량하게 되고, 캐비테이션(Cavitation)이 발생하게 된다는 문제점이 지적되고 있다.

또한 상기한 종래의 코팅방식에 의하면, 접착성이 저하되어 알루미늄 파우치 필름의 품질이 떨어지게 된다는 문제점이 있다.

한편 본 발명과 관련된 선행기술을 검색해 본 결과 다수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은 파우치형 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 양극판, 분리막 및 음극판으로 이루어지는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하며, 실링부를 구비하고, 열융착층, 금속층 및 절연층이 순차적으로 적층되어 형성된 외장재; 상기 양극판과 전기적으로 연결되며, 상기 양극판으로부터 외부로 돌출된 부분에 탭 필름이 감싸져 있는 양극탭; 상기 음극판과 전기적으로 연결되며, 상기 음극판으로부터 외부로 돌출된 부분에 탭필름이 감싸져 있는 음극탭; 및 상기 금속층과 상기 양극탭을 전기적으로 강제 접속시키는 접속부재를 포함하고 있다.

특허문헌 2는, 전기화학 셀용 포장재료에 관한 것으로서, 적어도 수지필름으로 이루어진 기재층; 최내층상에 배치되어 열접착성 수지로 이루어진 열접착층; 및 기재층과 열접착층 사이에 배치되어 금속박으로 이루어진 배리어층을 적층시켜 구성되는 전기화학 셀용 포장료로서, 배리어층의 적어도 열접착층 측의 면에 알루미나 입자와 변성 에폭시 수지를 포함하는 화성처리층이 형성되어 있다.

특허문헌 3은, 전기화학 셀용 포장재료에 관한 것으로서, 적어도 수지 필름으로 이루어진 기재층과; 바깥층으로서 배치되어 기재층을 보호하는 보호층; 최내층으로서 배치되어 열접착성 수지로 이루어진 열접착층; 및 기재층과 열접착층 사이에 배치되어 금속박으로 이루어진 배리어층의 적층된 구조로 형성되고, 상기 보호층은 비스페놀 A 혹은 비스페놀 F를 골격 중 단위로서 지니는 에폭시 수지에 의해 형성되어 있다.

KR 10-2012-0082143 A KR 10-2014-0077182 A KR 10-2014-0082791 A

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 알루미늄 필름에 도료를 도포할 때 코팅 표면의 조도를 향상시키고, 접착성을 향상시키는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 알루미늄 필름에 도료를 코팅할 때 캐비테이션(Cavitation)이 발생하지 않도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 양면에 표면 개질 도료가 도포된 알루미늄 필름을 슬롯 다이와 백업 롤 사이로 통과시키면서 도료를 코팅하는 알루미늄 파우치 필름 제조용 슬롯 다이 코터에 있어서, 상기 슬롯 다이의 상부에 구비되어 도료를 공급하는 동시에 도료에 압력을 가하기 위한 가압부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 가압부재는, 상기 슬롯 다이 내부에 수직으로 형성된 슬롯으로 도료를 공급하는 도료 공급부재와, 상기 도료 공급부재의 상부에서 상방향을 향해 수직으로 연장되는 실린더와, 상기 실린더 내부에 구비되어 압력을 가하는 플런저와, 상기 도료 공급부재의 상부에 구비되어 도료를 공급하는 도료 공급관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 도료 공급부재는, 상기 도료 공급부재의 내부에 수평으로 배치되고 상기 도료 공급관과 연통되는 수평 공급구와, 상기 수평 공급구로부터 하부로 연장되며 일정 간격으로 배치되는 다수의 수직 공급구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 알루미늄 필름의 양면에 인산염층을 형성한 후, 상기 인산염층의 양면에 폴리우레탄층 및 폴리올레핀층을 각각 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 폴리우레탄층 및 폴리올레핀층의 코팅 두께는 3㎛ ~ 5㎛의 범위인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 슬롯 다이 코터가 2개 구비되어, 하나의 라인에서 폴리우레탄층 및 폴리올레핀층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 알루미늄 필름에 도료를 도포할 때 코팅 표면의 조도를 향상시킬 수 있고, 접착성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 알루미늄 필름에 도료를 코팅할 때 캐비테이션(Cavitation)이 발생하지 않도록 하여 파우치 필름의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 코팅장치의 일 예를 나타낸 구성도.
도 2는 종래기술에 따른 코팅장치의 다른 예를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터를 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터의 단면도.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 파우치 필름의 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 알루미늄 파우치 필름 제조용 슬롯 다이 코터는, 양면에 표면 개질 도료가 도포된 알루미늄 필름(31)을 슬롯 다이(12)와 백업 롤(20) 사이로 통과시키면서 도료를 코팅하는 알루미늄 파우치 필름 제조용 슬롯 다이 코터(10)에 있어서, 상기 슬롯 다이(12)의 상부에 구비되어 도료를 공급하는 동시에 도료에 압력을 가하기 위한 가압부재를 더 포함하여 구성된다.

즉 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터는, 종래의 슬롯 다이의 상부에 도료를 가압하기 위한 가압부재가 더 구비된다.

상기한 구성에 의해, 도료를 가압하면서 코팅작업을 수행할 수 있으므로, 코팅 표면의 조도를 향상시킬 수가 있고, 캐비테이션(Cavitation)이 발생하는 것을 방지할 수가 있다.

여기서 상기 가압부재는, 도 3에 도시된 바와 같이, 슬롯 다이(12) 내부에 수직으로 형성된 슬롯(12a)으로 도료를 공급하는 도료 공급부재(11)와, 상기 도료 공급부재(11)의 상부에서 상방향을 향해 수직으로 연장되는 실린더(13)와, 상기 실린더(13) 내부에 구비되어 압력을 가하는 플런저(14)와, 상기 도료 공급부재(11)의 상부에 구비되어 도료를 공급하는 도료 공급관(15)을 포함하여 구성된다.

또한 상기 도료 공급부재(11)의 내부에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 수평 공급구(11a)와 수직 공급부(11b)가 형성된다.

상기 수평 공급구(11a) 및 수직 공급구(11b)는, 도료 공급관(15)을 통해 공급되는 도료를 슬롯 다이(12)의 슬롯(12a)으로 공급하기 위한 통로이다.

도 3에는 상기 도료 공급부재(11)가 사각형상으로 도시되어 있지만, 상기 도료 공급부재(11)는 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

상기 수평 공급구(11a)는, 상기 도료 공급부재(11)의 내부에 수평으로 배치되고, 도료 공급부재(11)의 상부에 구비되는 도료 공급관(15)과 연통되도록 구성된다.

또한 상기 수직 공급구(11b)는, 상기 수평 공급구(11a)로부터 하부로 연장되며, 일정 간격으로 다수 배치된다.

또한 플런저(14)를 구비한 실린더(13)는 상기 수평 공급구(11a)와 연통되도록 구성된다.

상기한 구조에 의해, 알루미늄 필름(31)의 전체 폭에 걸쳐 균일한 압력으로 도료를 가압할 수가 있다.

본 발명에 따른 슬롯 다이 코터에 의하면, 양면에 인산염층(32)이 형성된 알루미늄 필름(31)에, 폴리우레탄층(33) 및 폴리올레핀층(33a)을 각각 형성할 수 있다.

여기서 상기 폴리우레탄층(33) 및 폴리올레핀층(33a)의 코팅 두께는, 3㎛ ~ 5㎛의 범위인 것이 바람직하다.

폴리우레탄층(33) 및 폴리올레핀층(33a)의 두께를 위와 같이 형성하게 되면, 코팅 표면의 조도를 개선함과 동시에 접착성도 향상시킬 수가 있다.

또한 도 3에는 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터가 하나로 도시되어 있지만, 상기 슬롯 다이 코터는 하나 더 구비될 수도 있다.

즉 하나의 제조라인에서, 인산염층(32)의 양면에 폴리우레탄층(33) 및 폴리올레핀층(33a)을 형성할 수도 있다.

이어서 상기 폴리우레탄층 또는 폴리올레핀층에 나일론 필름을 접착하면, 알루미늄 파우치 필름의 제조가 완료된다.

이하 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터의 작용 효과를 도 3을 참조하여 설명한다.

먼저 양면에 표면 개질 도료, 예컨대 인산염층(32)이 도포된 알루미늄 필름(31)이 백업 롤(20)과 슬롯 다이(12) 사이로 통과하도록 한다.

이어서 도료 공급관(15)을 통해 도료를 공급하면서, 실린더(13) 내에 구비된 플런저(14)로 도료에 압력을 가한다.

그러면 도료가 도료 공급부재(11)의 내부에 형성된 수평 공급구(11a)와 수직 공급구(11b)를 따라 슬롯 다이(12)로 공급된다.

상기 슬롯 다이(12a)의 내부에는 수직 방향의 슬롯(12a)이 형성되어 있으므로, 도료는 상기 슬롯(12a)을 통해 알루미늄 필름(31)으로 공급된다.

이때 백업 롤(20)을 시계 방향으로 회전시키면, 슬롯(12a)을 통해 공급된 도료가 알루미늄 필름(31)에 도포되면서 알루미늄 필름(31)을 화살표 방향으로 밀어낸다.

이어서 상기 폴리우레탄층(33) 및 폴리올레핀층(33a)에 나일론 필름 또는 폴리프로필렌 필름을 접착시키면, 알루미늄 파우치 필름의 제조가 완료된다.

슬롯 다이를 이용한 종래의 알루미늄 파우치 필름 제조방식은, 도료를 슬롯을 통해 단순히 흘려보내기 때문에, 코팅시 캐비테이션이 발생하게 되고, 코팅 표면의 조도가 저하되며, 접착성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

이에 비해 본 발명은 도료를 단순히 흘려보내 코팅을 하는 것이 아나라, 도료에 압력을 가하면서 코팅을 하게 되므로, 종래의 슬롯 다이 코터의 문제점을 해결할 수가 있다.

즉 본 발명에 의하면, 코팅 시 캐비테이션의 발생을 방지할 수 있고, 표면 조도를 향상시킬 수 있으며, 접착성을 향상시켜 고품질의 알루미늄 파우치 필름을 제조할 수가 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

예컨대 본 발명은 알루미늄 파우치 필름뿐만 아니라 다른 종류의 필름을 제조할 때에도 적용될 수 있다.

10: 슬롯 다이 코터(Slot Die Coater)
11: 도료 공급부재
11a: 수평 공급구
11b: 수직 공급구
12: 슬롯 다이(Slot Die)
12a: 슬롯(Slot)
13: 실린더(Cylinder)
14: 플런저(Plunger)
15: 도료 공급관
20: 백업 롤(Backup Roll)
30: 파우치 필름(Pouch Film)
31: 알루미늄 필름
32: 인산염층
33: 폴리우레탄층
33a: 폴리올레핀층
100: 페이오프 릴(Payoff Reel)
110: 텐션 릴(Tension Reel)
200: 코터 팬(Coater Pan)
201: 픽업 롤(Pickup Roll)
202: 애플리케이터 롤(Applicator Roll)
203: 백업 롤(Backup Roll)
300: 스프레이 코터(Spray Coater)

Claims (6)

1. 양면에 표면 개질 도료가 도포된 알루미늄 필름(31)을 슬롯 다이(12)와 백업 롤(20) 사이로 통과시키면서 도료를 코팅하는 알루미늄 파우치 필름 제조용 슬롯 다이 코터(10)에 있어서,
   상기 슬롯 다이(12)의 상부에 구비되어 도료를 공급하는 동시에, 도료에 압력을 가하기 위한 가압부재를 더 포함하고,
   상기 가압부재는,
   상기 슬롯 다이(12) 내부에 수직으로 형성된 슬롯(12a)으로 도료를 공급하는 도료 공급부재(11)와,
   상기 도료 공급부재(11)의 상부에서 상방향을 향해 수직으로 연장되는 실린더(13)와,
   상기 실린더(13) 내부에 구비되어 압력을 가하는 플런저(14)를 포함하며,
   상기 도료 공급부재(11)는,
   상기 도료 공급부재(11)의 내부에 수평으로 배치되고, 도료 공급관(15)과 연통되는 수평 공급구(11a)와,
   상기 수평 공급구(11a)로부터 하부로 연장되며, 일정 간격으로 배치되는 다수의 수직 공급구(11b)와,
   상기 수평 공급구(11a)의 상부에 구비되어 도료를 공급하는 도료 공급관(15)을 포함하여 구성되어, 슬롯 다이(12)의 상부에 수직으로 배치되고,
   상기 알루미늄 필름(31)의 양면에 인산염층(32)을 형성한 후, 상기 인산염층(32)의 양면에 폴리우레탄층(33) 및 폴리올레핀층(33a)을 각각 형성하고,
   상기 폴리우레탄층(33) 및 폴리올레핀층(33a)의 코팅 두께는, 3㎛ ~ 5㎛의 범위이며,
   상기 슬롯 다이 코터(10)가 2개 구비되어, 하나의 라인에서 폴리우레탄층(33) 및 폴리올레핀층(33a)을 형성하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 파우치 필름 제조용 슬롯 다이 코터.
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