KR102036798B1 - 전극 합제 유량 제어 심을 포함하고 있는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이 - Google Patents

전극 합제 유량 제어 심을 포함하고 있는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직 단면 상에서 제 1 면으로부터 그것의 대향 면인 제 2 면 방향으로 만입된 구조의 전극 합제 수용부를 포함하고 있는 제 1 다이(die); 상기 제 1 다이의 개방된 제 1 면에 위치하는 제 2 다이; 상기 제 1 다이와 제 2 다이의 상호 결합 부위에서, 전극 합제가 토출되는 일측 외주변 방향으로 돌출되어 있는 팁(tip); 상기 제 1 다이와 제 2 다이 사이에서, 제 1 다이의 제 1 면에 대면한 상태로 위치해 있으며, 제 1 다이의 전극 합제 수용부로부터 토출되는 전극 합제의 유량을 조절하도록, 상기 제 1 다이의 전극 합제 수용부와 연통되어 있는 구조의 제 1 중공부를 포함하는 판상형의 유량 제어 심(shim); 및 상기 제 1 다이와 제 2 다이 사이에서, 유량 제어 심을 기준으로, 상기 제 2 다이에 대면한 부위에 위치해 있으며, 제 1 다이의 전극 합제 수용부로부터 토출되는 전극 합제의 코팅 폭을 조절하도록, 유량 제어 심의 제 1 중공부와 연통된 상태에서, 팁 방향의 외주변 부위가 개방되어 있는 구조의 제 2 중공부를 포함하는 판상형의 코팅 폭 제어 심;을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이(slot die)를 제공한다.

Description

전극 합제 유량 제어 심을 포함하고 있는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이 {Slot Die for Coating of Electrode Mix Comprising Shim for Controlling Flux of Electrode Mix}
본 발명은 전극 합제 유량 제어 심을 포함하고 있는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
일반적으로, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체를 포함하는 구조로서, 상기 양극 및 음극은 집전체 상에 활물질을 포함하는 전극 합제를 코팅함으로써 제조된다.
이때, 전극 합제는 이차전지의 특성을 균일하게 하기 위해, 접전체에 균일한 두께로 형성될 필요가 있으며, 이를 위해, 다이 코터(die coater)와 같은 전극 합제 코팅 장치가 사용된다.
이러한 전극 합제 코팅 장치에는 전극 합제를 넓은 면적에 비교적 얇게 도포할 수 있도록, 일방으로 길게 형성되는 슬롯 다이(slot die)가 형성되어 있다.
슬롯 다이는 만년필에서 잉크가 펜촉 끝으로 나오듯이 슬롯 다이의 두 쪽으로 나뉜 단부의 틈(슬롯)으로 코팅액이 배출되도록 하여 슬롯 다이 자체가 움직이거나, 집전체가 움직이도록 하면서 집전체에 전극 합제를 도포하게 된다. 이러한 슬롯 다이를 사용한 코팅방법은 유지 보수 및 생산성 측면에서 여타의 코팅방법에 비해 우수하기 때문에 현재까지 이차전지 전극의 집전체에 전극 합제를 도포하는 것 외에, 평판 디스플레이장치의 패널 제조 등에도 널리 사용되고 있다.
도 1에는 종래의 슬롯 다이의 형상을 개략적으로 나타낸 모식도가 개시되어 있다.
도 1을 참조하면, 슬롯 다이(100)는 제 1 다이(die; 110), 제 2 다이(120) 및 제 1 다이(110)와 제 2 다이(120) 사이에 위치한 코팅 폭 제어 심(shim; 130)을 포함하고 있으며, 제 1 다이(110)와 제 2 다이(120)의 상호 결합 부위에는 전극 합제의 토출을 위한 팁(tip; 101)이 각각 형성되어 있다.
제 1 다이(110)의 내부에는 만입된 구조의 전극 합제 수용부(111)가 형성되어 있다.
코팅 폭 제어 심(130)은 전체적으로 판상형 구조로 이루어져 있으며, 전극 합제 수용부(111)와 연통된 상태에서, 팁(101) 방향의 외주변 부위(132)가 개방되어 있는 구조의 중공부(131)를 포함하고 있다.
따라서, 지지체(140) 내부의 유로(141)를 통해 유입된 전극 합제가 제 1 다이(110)의 전극 합제 수용부(111)를 거쳐, 코팅 폭 제어 심(130)의 중공부(131)의 개방된 외주변 부위(132)를 통해 팁(101) 방향으로 배출됨으로써, 집전체 상에 코팅될 수 있다.
한편, 전극 합제는 이차전지가 최대의 충전용량을 가질 수 있도록, 한정된 집전체 상에 높은 밀도 내지 양으로 도포되어야 하며, 전극조립체의 구조적 안정성을 향상시키고, 국부적 열화를 방지할 수 있도록 집전체 상에서 균일한 두께로 도포되어야 한다.
그러나, 전극 합제가 유입되는 슬롯 다이의 지지체는 제 1 다이의 하면에서 중앙 부위에 위치해 있는 바, 슬롯 다이의 크기가 커질수록, 슬롯 다이의 팁의 중앙 부위와 양측 단부에서 토출되는 전극 합제의 유량이 상이해지는 현상이 나타난다.
예를 들어, 상기 슬롯 다이의 양측 단부로 갈수록 전극 합제의 압력은 저하되며, 이는 슬롯 다이의 내부 공간에서 전극 합제의 이동 속도를 감소시키는 바, 결과적으로 지지체가 위치하는 중앙 부위에 비해 토출되는 전극 합제의 유량이 감소되어, 팁의 양측 단부로 갈수록 전극 합제의 코팅 두께가 얇아질 수 있다.
또한, 슬롯 다이의 내부 공간에서 상기 전극 합제의 압력 내지 유량이 일정 수준 이하로 저하될 경우에는, 상기 전극 합제가 정체 및 고화되는 데드존(dead zone)이 발생하게 되며, 이로 인해, 슬롯 다이의 내부 공간에 변형이 발생하여, 전극 합제의 균일한 토출이 어려워 진다는 문제점이 있다.
더욱이, 팁 방향에 위치한 코팅 폭 제어 심의 개방된 외주변 부위는 전극 합제가 토출되기 위한 공간이 지나치게 좁아, 상대적으로 높은 압력이 유지되므로, 전극 합제의 유량을 조절하기 어렵고, 이에 따라, 균일한 유량으로 전극 합제를 토출하기 위해 슬롯 다이 내부로 전극 합제를 투입하는 펌프의 압력 역시 증가하게 되어, 상기 슬롯 다이를 포함하는 전극 제조 장치의 전체적인 구조적 안정성 및 수명을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 제 1 다이의 전극 합제 수용부로부터 토출되는 전극 합제의 유량을 조절하기 위한 유량 제어 심을 포함하도록 구성함으로써, 슬롯 다이의 설계 내지 제조를 다시 할 필요가 없이, 내부의 전극 합제의 유량 또는 압력을 보다 용이하게 조절할 수 있으며, 이에 따라, 상기 전극 합제의 유량 또는 압력을 조절하는데 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있으며, 보다 용이하게 전극 합제의 균일한 도포가 가능하고, 상기 전극 합제의 불균일한 유량 또는 압력에 의한 슬롯 다이 내지 장치의 손상을 방지하는 동시에, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 합제 코팅용 슬롯 다이는,
수직 단면 상에서 제 1 면으로부터 그것의 대향 면인 제 2 면 방향으로 만입된 구조의 전극 합제 수용부를 포함하고 있는 제 1 다이(die);
상기 제 1 다이의 개방된 제 1 면에 위치하는 제 2 다이;
상기 제 1 다이와 제 2 다이의 상호 결합 부위에서, 전극 합제가 토출되는 일측 외주변 방향으로 돌출되어 있는 팁(tip);
상기 제 1 다이와 제 2 다이 사이에서, 제 1 다이의 제 1 면에 대면한 상태로 위치해 있으며, 제 1 다이의 전극 합제 수용부로부터 토출되는 전극 합제의 유량을 조절하도록, 상기 제 1 다이의 전극 합제 수용부와 연통되어 있는 구조의 제 1 중공부를 포함하는 판상형의 유량 제어 심(shim); 및
상기 제 1 다이와 제 2 다이 사이에서, 유량 제어 심을 기준으로, 상기 제 2 다이에 대면한 부위에 위치해 있으며, 제 1 다이의 전극 합제 수용부로부터 토출되는 전극 합제의 코팅 폭을 조절하도록, 유량 제어 심의 제 1 중공부와 연통된 상태에서, 팁 방향의 외주변 부위가 개방되어 있는 구조의 제 2 중공부를 포함하는 판상형의 코팅 폭 제어 심;
을 포함하고 있는 구조일 수 있다.
따라서, 유량 제어 심을 통해, 슬롯 다이 내부에서 전극 합제의 유량 또는 압력을 조절할 수 있으므로, 슬롯 다이의 설계 내지 제조를 다시 할 필요가 없이, 내부의 전극 합제의 유량 또는 압력을 보다 용이하게 조절할 수 있으며, 이에 따라, 상기 전극 합제의 유량 또는 압력을 조절하는데 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있으며, 보다 용이하게 전극 합제의 균일한 도포가 가능하고, 상기 전극 합제의 불균일한 유량 또는 압력에 의한 슬롯 다이 내지 장치의 손상을 방지하는 동시에, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 2 중공부는 평면상으로 직사각형 구조로 이루어져 있고, 팁 방향으로 개방되어 있는 외주변의 폭은 제 2 중공부의 최대 폭을 기준으로 10% 내지 90%의 크기로 이루어진 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 전극 합제는 제 1 다이의 전극 합제 수용부로부터 유량 제어 심의 제 1 중공부와 코팅 폭 제어 심의 제 2 중공부를 거쳐, 상기 제 2 중공부의 개방된 외주변 부위를 통해, 팁 방향으로 토출된다.
따라서, 상기 팁 방향으로 개방되어 있는 제 2 중공부의 외주변 폭은 제 2 중공부의 최대 폭에 비해 상대적으로 작은 크기로 이루어짐으로써, 팁에서의 전극 합제의 토출 압력을 증가시켜, 보다 용이하게 상기 전극 합제를 토출시킬 수 있다.
또한, 상기 구조에 따라, 상기 코팅 폭 제어 심은 개방되어 있는 외주변의 폭이 전극 합제의 폭으로 설정되므로, 제 2 중공부의 최대 폭에 비해 상대적으로 작은 크기로 이루어짐으로써, 상기 제 2 중공부의 최대 폭 내에서 전극 합제의 코팅 폭을 제어할 수 있다.
만일, 상기 팁 방향으로 개방되어 있는 제 2 중공부의 외주변의 폭이 제 2 중공부의 최대 폭을 기준으로 10% 미만일 경우에는, 상기 팁에서의 전극 합제의 토출 압력이 지나치게 증가해, 오히려 슬롯 다이의 구조적 안정성을 저하시키거나, 상기 전극 합제를 이송시키는 펌프의 압력이 지나치게 증가해, 상기 펌프의 손상을 초래할 수 있다.
이와 반대로, 90%를 초과할 경우에는, 상기 팁에서의 전극 합제의 토출 압력이 지나치게 낮아져, 균일한 코팅이 어려운 문제점이 있다.
한편, 상기 유량 제어 심은 제 1 중공부의 형상 및 크기가 전극 합제의 유량 또는 압력에 따라 선택적으로 변경 가능한 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 슬롯 다이 내에서 전극 합제의 유량 또는 압력은 각 토출 위치 또는 전극 합제 이송용 펌프에 의해 인가되는 압력 값등의 요인에 의해 다양해질 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 전극 합제 코팅용 슬롯 다이는 유량 제어 심의 제 1 중공부의 형상 및 크기가 전극 합제의 유량 또는 압력에 따라 선택적으로 변경 가능하도록 구성함으로써, 상기 슬롯 다이의 설계 내지 제조를 다시 할 필요가 없이, 전극 합제의 유량 또는 압력이 상이해지는 다양한 환경에서, 보다 효과적으로 상기 전극 합제의 유량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 유량 제어 심의 제 1 중공부의 외주변들 중에서 전극 합제의 토출 방향에 수직인 양측 외주변들 사이의 최대 거리는 이에 대응하는 코팅 폭 제어 심의 제 2 중공부의 양측 외주변들 사이의 거리와 동일한 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 유량 제어 심은, 전극 합제 수용부 내에서의 전극 합제의 압력이 임계 압력 값 이상일 경우에, 제 1 중공부가 코팅 폭 제어 심의 제 2 중공부와 동일한 형상 및 크기를 갖는 구조를 구현하도록 설정되는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 임계 압력 값은 전극 합제 수용부 내에서 전극 합제의 압력이 증가함에 따라, 상기 전극 합제의 유량을 조절하기 어렵거나 불가능한 값으로서, 상기 전극 합제 수용부 내에서 전극 합제의 압력이 임계 압력 값 이상일 경우에는, 상기 전극 합제를 이송시키는 펌프로부터 인가되는 압력에 의해, 슬롯 다이의 팁을 통해 토출되는 전극 합제의 유량을 균일하게 조절하기 어려울 뿐만 아니라, 오히려 상기 펌프에 인가되는 압력이 높아져, 상기 펌프 자체에 손상이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
이에 따라, 전극 합제 수용부 내에서의 전극 합제의 압력이 임계 압력 값 이상일 경우에, 상기 유량 제어 심은 제 1 중공부가 코팅 폭 제어 심의 제 2 중공부와 동일한 형상 및 크기를 갖는 구조를 구현하도록 설정됨으로써, 전체적으로 슬롯 다이의 내부 공간의 부피를 증가시켜, 압력을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라, 상기 전극 합제 수용부 내에서의 전극 합제의 압력이 임계 압력 값 이상일 경우 발생할 수 있는 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 유량 제어 심은, 전극 합제가 토출되는 방향에 수직인 팁의 폭 방향을 기준으로, 일측 또는 양측 단부에서의 전극 합제의 유량이 중앙 부위에서의 유량에 대해 90% 미만일 경우에, 제 1 중공부의 일측 또는 타측 단부에 경사를 포함하는 구조를 구현하도록 설정되는 구조일 수 있다.
앞서 설명한 바와 마찬가지로, 팁 방향으로 토출되는 전극 합제의 유량은 전극 합제가 토출되는 방향에 수직인 팁의 폭 방향을 기준으로, 전극 합제가 공급되는 중앙 부위로부터 멀어질수록 감소할 수 있으며, 이에 따라, 집전체 상에 코팅되는 전극 합제의 두께는 폭 방향으로 중앙 부위와 단부에서 서로 상이해질 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 슬롯 다이의 유량 제어 심은 , 전극 합제가 토출되는 방향에 수직인 팁의 폭 방향을 기준으로, 일측 또는 양측 단부에서의 전극 합제의 유량이 중앙 부위에서의 유량에 대해 90% 미만일 경우에, 제 1 중공부의 일측 또는 타측 단부에 경사를 포함하는 구조를 구현하도록 설정됨으로써, 일측 또는 양측 단부에서 전극 합제가 이송되는 공간의 부피를 증가시켜, 상기 문제를 해소할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 경사는 팁 방향으로 갈수록 제 1 중공부의 상기 양측 단부 사이의 거리가 좁아지는 구조로 형성될 수 있으며, 이러한 경우에, 상기 팁 방향에 대응하는 제 1 중공부의 외주변은 상기 양측 단부 사이의 거리가 팁 방향으로 개방되어 있는 코팅 폭 제어 심의 제 2 중공부의 외주변의 폭과 동일한 구조로 이루어질 수 있다.
다시 말해, 상기 제 1 중공부는 팁 방향에 대응되는 외주변으로부터 이에 대향하는 방향으로 갈수록 양측 단부 사이의 거리가 넓어지는 구조로서, 상기 양측 단부 공간의 부피가 증가함으로써, 상기 양측 단부에서 전극 합제의 유량을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라, 일측 또는 양측 단부에서 전극 합제의 유량 및 코팅 두께가 감소되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 경사는 팁에 대응하는 제 1 중공부의 외주변으로부터 이에 대향하는 방향으로 갈수록 폭이 점차 증가하는 구조를 구성할 수 있는 것이라면, 그 형상이 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 경사는 수직 단면 상으로 계단 구조의 단차, 직선 형상 또는 원호 형상으로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 경사는 이에 인접한 제 1 중공부의 외주변들과 각각 접하는 부위를 연결하는 직선이 상기 외주변들의 연장선에 대해 30도 내지 60도의 각도를 형성하는 구조일 수 있다.
만일, 상기 각도가 30도 미만으로 형성될 경우에는, 팁에 대응하는 제 1 중공부의 외주변으로부터 이에 대향하는 방향으로 갈수록 증가하는 폭의 변화량이 지나치게 적어, 소망하는 효과를 발휘하지 못할 수 있으며, 이와 반대로, 60도를 초과할 경우에는, 팁에 대응하는 제 1 중공부의 외주변으로부터 이에 대향하는 방향으로 갈수록 증가하는 폭의 변화량이 지나치게 커짐으로써, 양측 단부 공간의 부피가 지나치게 커져, 오히려 단부에서의 전극 합제의 이송 압력이 지나치게 낮아질 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 유량 제어 심은, 전극 합제가 토출되는 방향에 수직인 팁의 폭 방향을 기준으로, 중앙 부위에서의 전극 합제의 유량이 일측 또는 양측 단부에서의 유량에 대해 110%를 초과할 경우에, 제 1 중공부의 외주변들 중에서 팁에 대향하는 외주변이 내측 방향으로 만입된 구조를 구현하도록 설정되는 구조일 수 있다.
앞서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 전극 합제는 제 1 다이의 중앙 부위에 위치한 지지체를 통해 전극 합제 수용부로 이송되며, 상기 전극 합제 수용부로부터 유량 제어 심과 코팅 폭 제어 심을 통해 팁 방향으로 토출되는 구조일 수 있다.
이에 따라, 상기 전극 합제가 토출되는 방향에 수직인 팁의 폭 방향을 기준으로, 중앙 부위에서의 전극 합제의 유량은 일측 또는 양측 단부에서의 유량에 비해 상대적으로 높을 수 있으며, 이로 인해, 상기 폭 방향에 따른 전극 합제의 코팅 두께가 상이해질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 슬롯 다이의 유량 제어 심은, 전극 합제가 토출되는 방향에 수직인 팁의 폭 방향을 기준으로, 중앙 부위에서의 전극 합제의 유량이 일측 또는 양측 단부에서의 유량에 대해 110%를 초과할 경우에, 제 1 중공부의 외주변들 중에서 팁에 대향하는 외주변이 내측 방향으로 만입된 구조를 구현하도록 설정됨으로써, 상기 문제점을 예방할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 구조를 통해, 제 1 중공부의 중앙 부위 공간은 일측 또는 양측 단부에 비해 상대적으로 작은 부피를 형성하게 되며, 이에 따라, 상기 제 1 중공부의 중앙 부위에서의 전극 합제의 유량이 감소됨으로써, 전극 합제의 균일한 토출이 가능해질 수 있다.
이러한 경우에, 상기 내측 방향으로 만입된 제 1 중공부의 외주변은 제 1 중공부의 중앙 부위 공간의 부피를 상대적으로 좁게 설정할 수 있는 구조라면, 그 형상이 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 내측 방향으로 만입된 제 1 중공부의 외주변은 수직 단면 상으로 계단 구조의 단차, 직선 형상의 경사 또는 원호 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 유량 제어 심의 제 1 중공부의 외주변들 중에서 전극 합제의 토출 방향에 평행인 양측 외주변들 사이의 최대 거리는 이에 대응하는 코팅 폭 제어 심의 제 2 중공부의 양측 외주변들 사이의 거리와 동일한 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 유량 제어 심의 제 1 중공부 구조는 중앙 부위에서의 전극 합제의 유량이 상대적으로 높을 경우의 구조이므로, 상기 제 1 중공부의 폭은 코팅 폭 제어 심의 제 2 중공부의 폭을 초과하지 않는 범위에서 조절될 수 있으며, 특히, 상기 제 1 중공부의 폭이 제 2 중공부의 폭에 비해 상대적으로 크게 형성될 경우에는, 오히려 제 1 중공부의 양측 단부 공간의 부피가 지나치게 커짐으로써, 상기 양측 단부에서의 전극 합제의 압력을 저하시켜, 오히려 중앙 부위와 단부 사이의 유량 차이를 증가시킬 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 상기 유량 제어 심은 제 1 중공부의 외주변들 사이의 최대 거리가 이에 대응하는 코팅 폭 제어 심의 제 2 중공부의 외주변들 사이의 거리와 동일한 구조를 구현하도록 설정됨으로써, 상기 문제점을 예방할 수 있다.
한편, 상기 제 1 다이 또는 제 2 다이는, 팁의 외주면 부위에, 상기 제 1 다이와 제 2 다이를 연결하여 고정하는 제 1 고정 부재 및 제 2 고정 부재를 더 포함하는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 제 1 고정 부재와 제 2 고정 부재는 제 1 다이와 제 2 다이를 보다 안정적으로 고정시킬 수 있다.
이때, 상기 제 1 고정 부재 및 제 2 고정 부재는 제 1 다이 및/또는 제 2 다이에 대해 분리 가능한 결합 구조로 연결되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 슬롯 다이의 조립 및 분해가 보다 용이할 수 있으며, 상기 슬롯 다이를 구성하는 요소들의 손상에 따른 수리를 보다 용이하게 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 슬롯 다이를 이용해 코팅되는 전극 합제는 양극 합제 또는 음극 합제일 수 있는 바, 상기 전극 합제의 극성에 관계 없이, 용이하게 적용될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극 합제 코팅용 슬롯 다이를 포함하고 있는 전극 합제 코팅 장치 및 상기 전극 합제 코팅 장치를 사용하여 제조되는 이차전지용 전극을 제공한다.
상기 전극 합제 코팅 장치 내지 이차전지용 전극의 구성, 구조, 제조방법 등은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하므로, 이들에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 합제 코팅용 슬롯 다이는, 제 1 다이의 전극 합제 수용부로부터 토출되는 전극 합제의 유량을 조절하기 위한 유량 제어 심을 포함하도록 구성함으로써, 슬롯 다이의 설계 내지 제조를 다시 할 필요가 없이, 내부의 전극 합제의 유량 또는 압력을 보다 용이하게 조절할 수 있으며, 이에 따라, 상기 전극 합제의 유량 또는 압력을 조절하는데 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있으며, 보다 용이하게 전극 합제의 균일한 도포가 가능하고, 상기 전극 합제의 불균일한 유량 또는 압력에 의한 슬롯 다이 내지 장치의 손상을 방지하는 동시에, 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 슬롯 다이의 형상을 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 슬롯 다이의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 슬롯 다이를 구성하는 유량 제어 심의 다양한 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 슬롯 다이의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 슬롯 다이(200)는 제 1 다이(210), 제 2 다이(220) 및 제 1 다이(210)와 제 2 다이(220) 사이에 위치한 유량 제어 심(230)과 코팅 폭 제어 심(240)을 포함하고 있으며, 제 1 다이(210)와 제 2 다이(220)의 상호 결합 부위에는 전극 합제의 토출을 위한 팁(201)이 각각 형성되어 있다.
제 1 다이(210)의 내부에는 만입된 구조의 전극 합제 수용부(211)가 형성되어 있다.
제 2 다이(220)는 팁(201)의 외주면 부위에서, 제 2 다이(220)와 제 1 다이(210)를 연결하는 제 1 고정 부재(261) 및 제 2 고정 부재(262)를 포함하고 있다.
따라서, 제 1 다이(210)와 제 2 다이(220)는 보다 안정적으로 고정될 수 있다.
유량 제어 심(230)은 제 1 다이(210)와 제 2 다이(220) 사이에서, 제 1 다이(210)의 상면에 대면한 상태로 위치해 있다.
유량 제어 심(230)은 상기 제 1 다이(210)의 전극 합제 수용부(211)와 연통되어 있는 구조의 제 1 중공부(231)를 포함하는 판상형 구조로 이루어져 있다.
코팅 폭 제어 심(240)은 제 1 다이(210)와 제 2 다이(220) 사이에서, 유량 제어 심(230)을 기준으로, 상기 제 2 다이(220)에 대면한 부위에 위치해 있으며, 전체적으로 판상형 구조로 이루어져 있다.
코팅 폭 제어 심(240)은 전극 합제 수용부(211) 및 유량 제어 심(230)의 제 1 중공부(231)와 연통된 상태에서, 팁(201) 방향의 외주변 부위가 개방되어 있는 구조의 제 2 중공부(241)를 포함하고 있다.
제 2 중공부(241)는 평면상으로 직사각형 구조로 이루어져 있고, 팁(201) 방향으로 개방되어 있는 외주변 부위의 폭(242)은 제 2 중공부의(241) 최대 폭(243)을 기준으로 약 70%의 크기로 이루어져 있다.
상기 구조에 따라, 지지체(250) 내부의 유로(251)를 통해 유입된 전극 합제는 제 1 다이(210)의 전극 합제 수용부(211)를 거쳐, 유량 제어 심(230)의 제 1 중공부(231)와 코팅 폭 제어 심(240)의 제 2 중공부(241)의 개방된 외주변 부위를 통해 팁(201) 방향으로 배출됨으로써, 집전체 상에 코팅될 수 있다.
유량 제어 심(230)의 제 1 중공부(231)의 형상 및 크기는 전극 합제의 유량 또는 압력에 따라 선택적으로 변경 가능하므로, 각각의 상황에 따라 전극 합제의 유량 또는 압력을 용이하게 조절할 수 있다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 슬롯 다이를 구성하는 유량 제어 심의 다양한 구조를 개략적으로 나타낸 평면도가 도시되어 있다.
도 3을 도 2와 함께 참조하면, 전극 합제 수용부(211) 내에서의 전극 합제의 압력이 임계 압력 값 이상일 경우에, 유량 제어 심(A)은 제 1 중공부(310)가 코팅 폭 제어 심(240)의 제 2 중공부(241)와 동일한 형상 및 크기를 갖는 구조를 구현하도록 설정된다.
따라서, 전체적으로 슬롯 다이의 내부 공간의 부피를 증가시켜, 전극 합제의 압력을 감소시킬 수 있으며, 이에 따라, 전극 합제의 이송을 위해 펌프에 인가되는 압력이 증가함으로써 발생할 수 있는 구조적 손상 등의 문제점을 예방할 수 있다.
전극 합제가 토출되는 방향에 수직인 팁(201)의 폭 방향을 기준으로, 양측 단부에서의 전극 합제의 유량이 중앙 부위에서의 유량에 대해 90% 미만일 경우에, 유량 제어 심(B)은 제 1 중공부(320)의 양측 단부(324, 325)에 경사(323)를 포함하는 구조를 구현하도록 설정된다.
이때, 경사(323)는 팁(201) 방향으로 갈수록 제 1 중공부(320)의 양측 단부 사이의 거리가 좁아지는 구조로서, 팁(201) 방향에 대응하는 제 1 중공부(320)의 외주변은 양측 단부(324, 325) 사이의 거리(321)가 팁(201) 방향으로 개방되어 있는 코팅 폭 제어 심(240)의 제 2 중공부(241)의 외주변의 폭(243)과 동일한 구조로 이루어지며, 팁(201)에 대향하는 방향의 외주변의 폭(322)은 상대적으로 큰 구조로 이루어진다.
따라서, 제 1 중공부(320)의 양측 단부(324, 325) 공간의 부피가 증가함으로써, 양측 단부(324, 325)에서의 전극 합제의 유량이 증가해, 폭 방향에서 발생하는 전극 합제의 유량 차이에 따른 문제점을 해결할 수 있다.
전극 합제가 토출되는 방향에 수직인 팁(201)의 폭 방향을 기준으로, 중앙 부위에서의 전극 합제의 유량이 양측 단부에서의 유량에 대해 110%를 초과할 경우에, 유량 제어 심(C)은 제 1 중공부(330)의 외주변들 중에서 팁(201)에 대향하는 외주변(332)이 내측 방향으로 만입된 구조를 구현하도록 설정된다.
이때, 내측 방향으로 만입된 제 1 중공부(330)의 외주변(332)은 수직 단면 상으로 계단 구조의 단차로 이루어져 있다.
따라서, 제 1 중공부(330)의 중앙 부위(333) 공간은 일측 또는 양측 단부(334, 335)에 비해 상대적으로 작은 부피를 형성하게 되며, 이에 따라, 제 1 중공부(330)의 중앙 부위(333)에서의 전극 합제의 유량이 감소됨으로써, 전극 합제의 균일한 토출이 가능해질 수 있다.
유량 제어 심(C)의 제 1 중공부(330)의 외주변들 폭의 최대 거리(331)는 양측 단부(334, 335)에서의 전극 합제의 압력 저하를 방지할 수 있도록, 이에 대응하는 코팅 폭 제어 심(240)의 제 2 중공부(241)의 폭(243)과 동일한 구조로 이루어진다.
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. 수직 단면 상에서 제 1 면으로부터 그것의 대향 면인 제 2 면 방향으로 만입된 구조의 전극 합제 수용부를 포함하고 있는 제 1 다이(die);
    상기 제 1 다이의 개방된 제 1 면에 위치하는 제 2 다이;
    상기 제 1 다이와 제 2 다이의 상호 결합 부위에서, 전극 합제가 토출되는 일측 외주변 방향으로 돌출되어 있는 팁(tip);
    상기 제 1 다이와 제 2 다이 사이에서, 제 1 다이의 제 1 면에 대면한 상태로 위치해 있으며, 제 1 다이의 전극 합제 수용부로부터 토출되는 전극 합제의 유량을 조절하도록, 상기 제 1 다이의 전극 합제 수용부와 연통되어 있는 구조의 제 1 중공부를 포함하는 판상형의 유량 제어 심(shim); 및
    상기 제 1 다이와 제 2 다이 사이에서, 유량 제어 심을 기준으로, 상기 제 2 다이에 대면한 부위에 위치해 있으며, 제 1 다이의 전극 합제 수용부로부터 토출되는 전극 합제의 코팅 폭을 조절하도록, 유량 제어 심의 제 1 중공부와 연통된 상태에서, 팁 방향의 외주변 부위가 개방되어 있는 구조의 제 2 중공부를 포함하는 판상형의 코팅 폭 제어 심;을 포함하고,
    상기 유량 제어 심은 제 1 중공부의 형상 및 크기가 전극 합제의 유량 또는 압력에 따라 선택적으로 변경 가능한 것이며,
    상기 유량 제어 심은, 전극 합제가 토출되는 방향에 수직인 팁의 폭 방향을 기준으로, 일측 또는 양측 단부에서의 전극 합제의 유량이 중앙 부위에서의 유량에 대해 90% 미만일 경우에, 제 1 중공부의 일측 또는 타측 단부에 경사를 포함하는 구조를 구현하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 중공부는 평면상으로 직사각형 구조로 이루어져 있고, 팁 방향으로 개방되어 있는 외주변의 폭은 제 2 중공부의 최대 폭을 기준으로 10% 내지 90%의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유량 제어 심의 제 1 중공부의 외주변들 중에서 전극 합제의 토출 방향에 수직인 양측 외주변들 사이의 최대 거리는 이에 대응하는 코팅 폭 제어 심의 제 2 중공부의 양측 외주변들 사이의 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유량 제어 심은, 전극 합제 수용부 내에서의 전극 합제의 압력이 임계 압력 값 이상일 경우에, 제 1 중공부가 코팅 폭 제어 심의 제 2 중공부와 동일한 형상 및 크기를 갖는 구조를 구현하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 경사는 팁 방향으로 갈수록 제 1 중공부의 상기 양측 단부 사이의 거리가 좁아지는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 팁 방향에 대응하는 제 1 중공부의 외주변은 상기 양측 단부 사이의 거리가 팁 방향으로 개방되어 있는 코팅 폭 제어 심의 제 2 중공부의 외주변의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 경사는 수직 단면 상으로 계단 구조의 단차, 직선 형상 또는 원호 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 경사는 이에 인접한 제 1 중공부의 외주변들과 각각 접하는 부위를 연결하는 직선이 상기 외주변들의 연장선에 대해 30도 내지 60도의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 유량 제어 심은, 전극 합제가 토출되는 방향에 수직인 팁의 폭 방향을 기준으로, 중앙 부위에서의 전극 합제의 유량이 일측 또는 양측 단부에서의 유량에 대해 110%를 초과할 경우에, 제 1 중공부의 외주변들 중에서 팁에 대향하는 외주변이 내측 방향으로 만입된 구조를 구현하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 내측 방향으로 만입된 제 1 중공부의 외주변은 수직 단면 상으로 계단 구조의 단차, 직선 형상의 경사 또는 원호 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 유량 제어 심의 제 1 중공부의 외주변들 중에서 전극 합제의 토출 방향에 평행인 양측 외주변들 사이의 최대 거리는 이에 대응하는 코팅 폭 제어 심의 제 2 중공부의 양측 외주변들 사이의 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 다이 또는 제 2 다이는, 팁의 외주면 부위에, 상기 제 1 다이와 제 2 다이를 연결하여 고정하는 제 1 고정 부재 및 제 2 고정 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 고정 부재 및 제 2 고정 부재는 제 1 다이 및/또는 제 2 다이에 대해 분리 가능한 결합 구조로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 합제는 양극 합제 또는 음극 합제인 것을 특징으로 하는 전극 합제 코팅용 슬롯 다이.
  17. 삭제
  18. 삭제
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