KR102107742B1 - 중첩 부위의 두께를 저감시킨 코팅 장치 및 이를 이용하여 제조되는 전극 - Google Patents

중첩 부위의 두께를 저감시킨 코팅 장치 및 이를 이용하여 제조되는 전극 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기재 상에 제 1 코팅 물질을 코팅하여 제 1 코팅층을 형성하는 제 1 슬롯 다이, 및 상기 제 1 코팅층의 일측 또는 양측 단부에 중첩되도록 제 2 코팅 물질을 코팅하여 제 2 코팅층을 형성하는 제 2 슬롯 다이를 포함하고 있고; 상기 제 2 슬롯 다이는 제 2 코팅 물질이 유입되는 피드부, 및 상기 피드부에 연통되어 있고 제 2 코팅 물질을 분출하는 슬릿(slit)형 노즐을 포함하고 있으며; 상기 슬릿형 노즐은, 상대적으로 제 1 슬롯 다이에 인접한 부위(a)에서의 제 2 코팅 물질의 토출량이 상대적으로 제 1 슬롯 다이로부터 먼 부위(b)에서의 제 2 코팅 물질의 토출량 보다 적도록, 부위(a)의 개구 면적이 부위(b)의 개구 면적보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 코팅 다이에 관한 것이다.

Description

중첩 부위의 두께를 저감시킨 코팅 장치 및 이를 이용하여 제조되는 전극 {Coating Device Reducing Thickness of Overlapping Region and Electrode Manufactured by Using the Same}
본 발명은 코팅 다이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 특정 형상의 슬릿형 노즐을 포함하는 슬롯 다이를 포함함으로써 코팅 중첩 부위의 두께를 저감시키는 바, 전극의 두께 편차를 완화하고, 단선을 예방하는 코팅 다이에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이러한 이차전지는 일반적으로 전지 케이스, 및 전해액에 함침된 상태로 상기 전지 케이스에 수용되는 전극조립체를 포함한다.
전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 양극과 음극은 각각 알루미늄(Al) 호일과 구리(Cu) 호일로 이루어진 집전체에 각각 활물질을 포함하는 양극 슬러리 및 음극 슬러리가 도포 및 건조되어 제조된다.
이차전지의 충방전 특성을 균일하게 하기 위해서는 상기 양극 슬러리 및 음극 슬러리가 집전체에 정밀하게 코팅되어야 하는데, 이를 위해 통상적으로 슬롯 다이 코팅 공정이 수행된다.
전극의 슬롯 다이 코팅 공정은 크게 슬러리를 연속적으로 주입되는 Stripe Coating과 불연속적으로 주입되는 Patch Coating으로 나뉜다.
그 중에서도, 전극 슬러리가 연속적으로 주입되는 Stripe Coating은 일반적으로, 양극과 음극이 접촉하여 내부 단락이 일어나지 않고, 집전체로부터 전극 합제층이 탈리되지 않도록 전극 합제층의 양측 단부에 절연 물질 코팅을 함께 수행한다.
도 1에는 집전체 (기재)에 전극 슬러리와, 슬러리층의 양측 단부에 절연 물질을 코팅하는 일반적인 코팅 장치의 사시도가 개략적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 코팅 장치(10)는 전극 슬러리가 토출되는 슬롯 다이(20), 및 코팅롤(40)으로 구성되어 있으며, 코팅롤(40)을 회전시키면서 기재(40)를 코팅시킨다.
슬롯 다이(20)에서 토출된 전극 슬러리는 기재(50)의 일면에 넓게 도포되어 슬러리 코팅층(52)을 형성한다. 슬러리 코팅층(52)의 양단에는 내부 단락 및 탈리를 방지하기 위한 절연 물질이 도포되어 있는 바, 도 2를 참조하여 이를 상술하도록 한다.
도 2에는 상기 슬러리 코팅층이 형성되어 있는 집전체 (기재)의 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 기재(50)는 슬러리 코팅층(52)과, 슬러리 코팅층(52) 양단에 일부가 중첩되어 도포되어 있는 절연 코팅층(54)를 포함한다.
절연 코팅층(54)은 슬러리 코팅층(52) 형성 이후에, 슬러리 코팅층(52) 양단에 보조 슬롯 다이(30)를 위치시키고, 이로부터 절연 물질을 토출시킴으로써 형성된다.
이때, 슬러리 코팅층(52)의 경우, 기재(50) 상에 비교적 균일하게 도포되어 있으나, 절연 코팅층(54)과 슬러리 코팅층(52)이 만나는 부위는 코팅층이 중첩되어, 둔덕을 형성하고 있다.
상기와 같이 전극에 둔덕이 형성되어 있는 경우, 롤투롤(Roll-to-Roll) 장치에서 단선이 될 수 있고, 전극이 적층되어 있는 전지셀이 균일하고 높은 밀도로 집적되기 어려운 문제점이 있다.
또한, 중첩되어 있는 절연 물질의 양이 균일하지 않아, 전극의 품질이 일정하지 않고, 불량품이 양산되는 문제점도 있다.
따라서, 이러한 종래 기술의 문제점들을 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로 본 발명의 목적은, 상이한 코팅 물질이 중첩 코팅되는 경우, 중첩 부위에서의 코팅 물질 토출량의 면적이 적도록, 형상이 변형된 슬릿형 노즐을 포함하는 코팅 다이 및 코팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 상기 코팅 장치를 이용하여 중첩된 코팅 부위의 두께를 저감시키는 바, 롤투롤 공정에서 단선이 예방되고, 균일한 두께를 가지는 전극을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 코팅 다이는,
기재 상에 제 1 코팅 물질을 코팅하여 제 1 코팅층을 형성하는 제 1 슬롯 다이, 및 상기 제 1 코팅층의 일측 또는 양측 단부에 중첩되도록 제 2 코팅 물질을 코팅하여 제 2 코팅층을 형성하는 제 2 슬롯 다이를 포함하고 있고;
상기 제 2 슬롯 다이는 제 2 코팅 물질이 유입되는 피드부, 및 상기 피드부에 연통되어 있고 제 2 코팅 물질을 분출하는 슬릿(slit)형 노즐을 포함하고 있으며;
상기 슬릿형 노즐은, 상대적으로 제 1 슬롯 다이에 인접한 부위(a)에서의 제 2 코팅 물질의 토출량이 상대적으로 제 1 슬롯 다이로부터 먼 부위(b)에서의 제 2 코팅 물질의 토출량 보다 적도록, 부위(a)의 개구 면적이 부위(b)의 개구 면적 보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 코팅 다이는 슬릿형 노즐의 개구 면적을 조절하여, 제 1 슬롯 다이에 인접한 부위(a)에서의 제 2 코팅 물질이, 제 1 슬롯 다이로부터 먼 부위(b)에서의 제 2 코팅 물질의 토출량 보다 적으므로, 중첩 부위에서 제 2 코팅 물질의 둔덕이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
종래의 슬롯 다이에 포함되어 있는 슬릿형 노즐은 장방형으로, 전체적으로 유사한 양의 코팅 물질이 토출되었다. 따라서 한 가지 코팅 물질이 코팅되는 경우, 양측 단부를 제외하면, 전체적으로 고른 표면을 가진 코팅층이 형성되었다.
그러나, 두 가지 코팅 물질이 코팅되어 중첩 부위를 형성하는 경우에는, 먼저 형성되는 제 1 코팅층의 두께와, 이후에 형성되는 제 2 코팅층의 두께가 중첩되어 전체적으로 고른 표면을 가진 코팅층을 형성하기 어려웠다.
이에, 본 발명에 따른 코팅 다이는, 제 1 코팅층과 제 2 코팅층의 두께가 중첩되는 부위에서, 제 2 코팅 물질의 토출량이 적도록 슬릿형 노즐을 조절하여, 코팅층들이 중첩되는 경우에도 전체적으로 균일한 표면을 가진 코팅층을 형성하는 효과가 있다.
상기 슬릿형 노즐은, 제 1 슬롯 다이와 인접한 부위(a)에서의 개구 면적이 제 1 슬롯 다이로부터 먼 부위(b)에서의 개구 면적 보다 적은 것이면, 그 형상이 제한되지 않으며, 전체적인 개구 형상이 반드시 다각형일 필요는 없다.
즉, 상기 부위(a), 상기 부위(b)에서의 개구는 반드시 상호 연통되어 있거나, 분리되어 있을 수도 있고, 단면상으로 하나 이상의 직선 및/또는 곡선으로 이루어져 있을 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 슬릿형 노즐은, 부위(a)에 위치하고 단면상으로 삼각형인 개구를 가진 제 1 슬릿부; 및 부위(b)에 위치하고 단면상으로 사각형인 개구를 가진 제 2 슬릿부;로 구성되어 있을 수 있다.
즉, 종래의 장방형 슬릿형 노즐과는 달리, 본 발명에 따른 코팅 다이에 포함되어 있는 제 2 슬롯 다이의 슬릿형 노즐은, 제 1 슬롯 다이와 먼 부위(b)에서의 개구 형상은 장방형을 유지하되, 제 1 슬롯 다이와 인접한 부위(a)에서의 개구 형상은 삼각형으로 변형하여, 양단의 코팅 물질의 토출량을 상이하게 조절한다.
구체적으로, 상기 제 2 슬릿부는 제 1 변, 제 2 변, 제 3 변, 및 제 4 변으로 둘러싸여 있고, 제 1 슬릿부와 제 2 슬릿부가 상호 연통되도록, 상기 제 1 변은 제 1 슬릿부의 삼각형 밑변을 이루는 가상의 변일 수 있다.
다시 말해, 슬릿형 노즐은 단면상으로 삼각형인 제 1 슬릿부와, 단면상으로 사각형인 제 2 슬릿부로 나누어져 있고, 상호 연통되어 있는 바, 전체적으로 오각형의 형상을 가지고 있을 수 있다.
상기 오각형은, 제 1 슬릿부의 상기 밑변을 제외한 두 개의 변과, 제 2 슬릿부의 제 2 변, 제 3 변, 및 제 4 변으로 둘러싸여 있으며, 제 2 슬릿부의 제 1 변과 제 1 슬릿부의 삼각형 밑변은 가상의 변으로서 동일한 변에 해당한다.
이때, 상기 제 2 변 및 제 4 변은 각각 제 1 변의 양단에서 수직으로 연장되어 있고, 상호 평행할 수 있다.
상기 제 2 변 및 제 4 변은 제 2 코팅 물질의 코팅시, 제 1 코팅층과 중첩이 일어나지 않는 부위로, 제 2 코팅 물질이 단독으로 코팅되어 있는 부위의 면적을 결정한다.
제 1 변의 양단에서 수직 연장되어 있고, 상호 평행한 제 2 변 및 제 4변의 길이는 상호 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있으나, 동일한 경우 제 2 슬릿부는 단면상 장방형 개구를 가진다.
한편, 상기 오각형을 둘러싸고 있는 변들의 길이는 특별히 제한되는 것은 아니나, 상기 제 1 슬릿부의 삼각형 밑변과 그에 대향하는 삼각형 꼭지점까지의 거리는 제 2 변의 20% 내지 120%의 크기일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 상기 제 1 슬릿부의 삼각형 밑변과 그에 대향하는 삼각형 꼭지점까지의 거리(이하 "삼각형 높이"라 한다)가 제 2 변의 20% 미만인 경우에는, 제 1 슬릿부의 면적이 지나치게 적어, 전체적인 슬릿형 노즐의 형상이 장방형을 가지게 되고, 소망하는 효과를 달성하기 어렵다.
같은 이유로, 상기 제 1 슬릿부의 삼각형 높이는 제 2 변의 30% 내지 100%일 수 있다.
또한, 상기 제 1 슬릿부는 삼각형 밑변의 중심에 대해 좌우 대칭일 수도 있고, 좌우 비대칭일 수도 있다.
상기 제 1 슬릿부가 삼각형 밑변의 중심에 대해 좌우 대칭인 경우, 제 1 슬릿부는 단면상 이등변 삼각형의 형상을 가지며, 코팅 물질이 도포되는 기재와 제 2 슬롯 다이의 제 2 코팅 물질 토출 방향이 수직인 경우에 적용함이 바람직하다.
상기 제 1 슬릿부가 삼각형 밑변을 중심에 대해 좌우 비대칭인 경우, 상기 삼각형은 둔각을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
한편, 제 1 슬릿부의 개구 면적은, 제 2 슬릿부의 개구 면적과 비교하여, 상대적으로 작은 것이면 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 상기 제 1 슬릿부의 개구 면적은 제 2 슬릿부의 개구 면적의 0.2 배 내지 0.7 배일 수 있다.
예를 들어, 제 1 슬릿부의 개구 면적은 제 2 슬릿부의 개구 면적의 0.5 배일 수 있다. 이때 앞서 설명한 제 1 슬릿부의 삼각형 높이는, 제 2 변과 동일하다.
즉, 상기 슬릿형 노즐은 상호 연통되고 있는 단면상 삼각형의 개구를 가진 제 1 슬릿부와, 단면상 사각형의 개구를 가진 제 2 슬릿부로 나뉘어질 수 있으며, 코팅층의 중첩 면적 및 제 2 코팅 물질이 단독으로 코팅된 면적을 고려하여, 개구의 단면 형상을 자유롭게 조절할 수 있다.
한편, 제 1 코팅 물질의 코팅과 제 2 코팅 물질의 코팅 공정은 동시에 수행될 수도 있고, 별개의 공정으로 수행될 수도 있으나, 공정 효율의 측면에서 동시에 수행되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 제 1 슬롯 다이 및 제 2 슬롯 다이는 코팅 물질을 동시에 토출한다.
다만, 제 1 슬롯 다이는, 제 2 슬롯 다이 보다 기재의 코팅 방향을 기준으로 먼저 코팅 물질을 토출하도록 위치하고 있는 것이 바람직하다.
제 1 슬롯 다이의 경우, 제 2 슬롯 다이와 같은 슬릿형 노즐을 포함하고 있지 않으므로, 제 1 코팅층의 두께를 조절하기 어렵다. 따라서, 제 1 코팅층이 형성된 후, 곧바로 제 2 코팅층이 형성될 수 있도록, 제 2 슬롯 다이의 위치를 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 슬롯 다이의 코팅 물질 토출 방향은 제 2 슬롯 다이의 코팅 물질 토출 방향에 대해 10ㅀ 내지 60ㅀ의 각도를 이루고 있을 수 있다.
특히, 제 1 슬롯 다이와, 제 2 슬롯 다이에서 코팅 물질이 동시에 토출되는 경우, 제 1 코팅층의 경도와 건조 속도, 제 1 코팅층과 제 2 코팅층의 중첩 면적 및 코팅층의 두께 등을 고려하여 각도를 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 상기 코팅 다이와, 제 1 슬롯 다이와 제 2 슬롯 다이로부터 간격을 유지한 채 이격되어 있고 코팅이 이루어질 기재가 위치하는 코팅롤을 포함하는 코팅 장치를 제공한다.
상기 코팅 장치는 슬롯 다이와 코팅롤의 위치를 조절하여, 코팅 기재와 토출 방향의 각도를 조절한다. 구체적으로, 상기 코팅롤의 중심축과 상부 다이의 하단과 동일한 높이에 위치시켜, 코팅 물질이 도포되는 위치에서 코팅롤의 접선이 슬러리의 토출 방향과 수직이 되도록 한다.
따라서, 슬롯 다이로부터 코팅롤의 중심축으로 연장된 가상선은, 코팅 물질의 토출 방향과 거의 일치한다.
본 발명에 따른 코팅 장치의 경우, 코팅롤의 회전 방향을 기준으로 제 1 슬롯 다이와 제 2 슬롯 다이가 순차적으로 배열되어, 제 1 코팅 물질이 도포된 이후에, 제 2 코팅 물질이 도포되도록 이루어져 있을 수 있으며, 상기 제 1 슬롯 다이와, 제 2 슬롯 다이는 코팅롤의 중심축을 기준으로 10ㅀ 내지 60ㅀ의 각도를 이루고 있을 수 있다.
상기와 같은 구성에 의해, 본 발명에 따른 코팅 장치는 제 1 코팅층과 제 2 코팅층 형성 과정을 별도로 수행하는 경우 보다 빠르게 각각 상이한 물질로 이루어진 코팅층들을 형성할 수 있으며, 제 2 슬롯 다이에 특정 형상의 슬릿형 노즐을 포함하여, 전체적으로 균일한 코팅층을 형성한다.
본 발명은 또한, 상기 코팅 장치에 의해 제조되는 바, 전체적으로 균일한 두께를 가진 전극을 제공한다.
상기 전극은 집전체 상에 제 1 코팅 물질이 도포되어 형성된 제 1 코팅층과, 제 1 코팅층의 일측 또는 양측 단부에 중첩된 상태로 집전체 상에 제 2 코팅 물질이 도포되어 형성된 제 2 코팅층을 포함하고 있고;
상기 제 2 코팅층은, 제 1 코팅층의 일측 또는 양측 단부에 중첩된 코팅 부위(c)의 두께가, 집전체 상에 도포된 코팅 부위(d)의 두께보다 상대적으로 얇은 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제 1 코팅 물질은 전극 슬러리이고, 상기 2 코팅 물질은 절연성 물질일 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전극은 코팅 기재인 집전체 상에 전극 슬러리가 도포되어 있고, 전극 슬러리 코팅층의 양단에 절연 물질이 도포되어 있을 수 있다.
상기 절연 물질 코팅층은 일부가 전극 슬러리 코팅층과 중첩되어 있으나, 중첩된 코팅 부위(c)의 두께가, 절연 물질이 집전체 상에 직접 도포된 코팅부위(d)보다 상대적으로 얇으며, 절연 물질의 둔덕이 형성되는 것을 예방한다.
따라서, 이후 롤투롤 장치를 이용하는 압연 공정에서 절연 물질과 전극 슬러리가 압착되는 경우에도, 단선을 예방하고, 이들 전극이 적층되어 전지셀을 제조하는 경우에도, 전체적으로 균일한 두께를 유지할 수 있다.
상기 제 2 코팅층에서 코팅 부위(c)의 평균 두께는 코팅 부위(d)의 평균 두께의 10% 내지 60%의 범위일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 코팅층이 중첩되어 있는 코팅 부위(c)의 평균 두께가 지나치게 두꺼운 경우, 제 2 코팅 물질의 둔덕이 형성되어 전체적으로 균일한 코팅층을 형성하기 어렵고, 지나치게 얇은 경우에는, 제 1 코팅 물질과 소망하는 결착력을 확보하기 어려우므로 바람직하지 않다.
이러한 제 2 코팅층의 평균 두께는 제 2 코팅 물질의 로딩량과, 코팅롤과의 이격 거리 등을 조절하여 결정될 수 있으며, 코팅 부위(c)와 코팅 부위(d)의 두께 비율은 제 2 슬롯 다이의 슬릿형 노즐의 형상을 조절하여 결정될 수 있다.
한편, 상기 제 2 코팅층의 코팅 부위(c)는 제 1 코팅층의 방향으로 두께가 선형적 또는 비선형적으로 얇아지는 테이퍼 구조로 이루어져 있을 수 있다.
또한, 상기 제 2 코팅층의 코팅 부위(d)는 제 1 코팅층의 대향 방향으로 두께가 선형적 또는 비선형적으로 얇아지는 테이퍼 구조로 이루어져 있을 수 있다.
일반적인 코팅 물질은 소정의 점성을 가지고 있어, 코팅 특성을 발휘하는 바, 표면 장력에 의해 코팅 단부가 선형적 또는 비선형적으로 얇아지는 테이퍼 구조를 가진다.
따라서 제 2 코팅층은, 제 1 코팅층과 중첩되는 부위(c)에서는 제 1 코팅층의 방향으로 두께가 감소하는 테이퍼 구조를 가지며, 제 1 코팅층과 중첩되지 않는 부위(d)에서는, 상기 부위(c)보다 얇은 범위에서, 제 1 코팅층과 대향되는 방향으로 두께가 감소하는 테이퍼 구조를 가진다.
이에 따라, 제 2 코팅층은 제 1 코팅층과 더욱 밀착되는 형상을 가지며, 상기 코팅층들은 이후 압연 및 건조 과정을 수행하여 더욱 뛰어난 상호 결착력을 가진다.
본 발명은 또한, 상기 전극을 포함하는 이차전지를 제공한다.
상기 이차전지는, 전극 슬러리층 양단에 절연 물질층을 포함하여, 집전체에서 탈리 및 내부 단락을 저감시키는 바, 안전성이 향상되고, 전극의 두께 편차가 완화되어 에너지 밀도가 높으며, 우수한 양품률을 가진다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로서 하나 이상 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 전지팩은 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지팩은 노트북, 스마트폰, 웨어러블 전자기기 등의 소형 디바이스뿐만 아니라, 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등의 중대형 디바이스를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 코팅 다이는 제 1 슬롯 다이와 인접한 부위(a)에서의 개구 면적이, 제 1 슬롯 다이와 먼 부위(b)에서의 개구 면적 보다 상대적으로 작은 슬릿형 노즐을 포함하는 제 2 슬롯 다이에 의해, 상기 부위(a)에서의 코팅 물질 토출량을 상기 부위(b)에서의 토출량 보다 적도록 구성되어 있는 바, 코팅층이 중첩된 부위에서의 두께를 줄임으로써, 전체적으로 동일한 두께를 가지는 코팅층을 형성하는 효과를 가진다.
또한, 코팅 다이를 이용하여 제조된 전극은, 제 2 코팅 물질인 절연 물질이 둔덕을 형성하지 않는 바, 롤투롤 공정에서 단선을 예방하며, 전체적인 두께가 균일한 전극을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 종래 일반적인 슬롯 다이를 포함하는 코팅 장치를 모식적으로 나타낸 사시도이다;
도 2는 도 1의 코팅 장치를 이용하여 코팅층이 형성된 기재의 확대 단면도와, 보조 슬롯 다이를 나타낸 사시도이다;
도 3는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 코팅 장치를 모식적으로 나타낸 측면도이다;
도 4는 도 3의 코팅 장치를 이용하여 코팅층이 형성된 기재의 확대 단면도와, 제 2 슬롯 다이를 나타낸 사시도이다; 및
도 5는 도 2의 보조 슬롯다이에 포함되어 있는 슬릿형 노즐의 개구와, 도 4의 제 2 슬롯 다이에 포함되어 있는 슬릿형 노즐의 개구를 각각 모식적으로 나타낸 단면도들이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 코팅 장치를 나타낸 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
코팅 장치(100)는 제 1 슬롯 다이(200), 제 2 슬롯 다이(300) 및 코팅롤(400)으로 구성되어 있으며, 코팅롤(400)을 회전시키면서 기재(500)를 코팅시킨다.
제 1 슬롯 다이(200)와 제 2 슬롯 다이(300)는 코팅롤(400)의 외주면을 따라, 각각 소정 간격을 유지한 채 이격되어 있으며, 코팅롤(400)의 회전방향을 기준으로, 제 1 슬롯 다이(200), 제 2 슬롯 다이(300)가 위치하는 구조로 이루어져 있다.
또한, 제 1 슬롯 다이(200)의 코팅 물질 토출 방향은, 기재(500) 및 코팅롤(400)의 접선과 수직이며, 제 1 슬롯 다이(200)의 상부 다이 하단과 코팅롤의 중심부(400')를 연결한 가상선과 일치한다.
마찬가지로, 제 2 슬롯 다이(300)의 코팅 물질 토출 방향은, 제 2 슬롯 다이(300)와 코팅롤의 중심부(400')를 연결한 가상선과 일치한다.
따라서, 제 1 슬롯 다이(200)의 코팅 물질 토출 방향과, 제 2 슬롯 다이(300)의 코팅 물질 토출 방향은, 상기 가상선들이 이루고 있는 각도(A)를 가지며, 각도(A)는 10ㅀ 내지 60ㅀ의 각도를 이루고 있을 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 코팅 장치는 제 1 코팅층 일측 또는 양측에 제 2 코팅층을 형성하는 제 2 슬롯 다이를 포함하여, 신속하게 제 1 코팅층 및 제 2 코팅층을 형성하여, 제 1 코팅층과 제 2 코팅층의 결착력을 높일 수 있다.
또한, 상기 제 2 슬롯 다이(300)는 특정 형상의 슬릿형 노즐을 포함하는 바, 이하에서는 도 4를 참조하여 이를 더욱 상술하도록 한다.
도 4에는 도 3의 코팅 장치를 이용하여 코팅층이 형성된 기재의 확대 단면도와, 제 2 슬롯 다이의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 기재(500)은 제 1 코팅층(520)과, 제 1 코팅층(520) 양단에 일부가 중첩되어 도포되어 있는 제 2 코팅층(540)을 포함한다.
제 1 코팅층(520)은 전체적으로 균일한 두께를 가지되, 제 1 코팅 물질의 표면 장력에 의해 양측 단부는 선형적 또는 비선형적으로 두께가 얇아지는 테이퍼 구조를 가진다.
제 1 코팅층(520)의 양측 단부에 형성되어 있는 제 2 코팅층(540)은, 제 1 코팅층과 중첩된 코팅 부위(c)와, 집전체 상에 도포된 코팅 부위(d)로 나뉘어진다.
이때, 제 2 코팅층(540)의 코팅 부위(c)는 제 1 코팅층(520)의 방향으로 두께가 급격하게 얇아지는 테이퍼 구조를 가지고 있으며, 코팅 부위(d)는 제 1 코팅층(520)의 대향 방향으로 두께가 완만하게 얇아지는 테이퍼 구조를 가지고 있다.
이는 제 2 슬롯 다이(300)의 슬릿형 노즐이 특정한 구조를 가지는 것에서 기인한 것으로서, 앞서 설명한 바와 같이, 제 2 슬롯 다이(300)는 기재(500)와 수직을 이루도록 위치하고 있으며 소정 거리로 이격되어 있다.
이에, 종래 슬릿형 노즐과 달리 본 발명에 따른 코팅 다이에 포함되어 있는 슬릿형 노즐은 특정 형상의 개구(300')를 가지는 바, 이하에서는 도 5를 참조하여, 종래의 슬릿형 노즐과 본 발명에 따른 슬릿형 노즐을 비교 설명하도록 한다.
도 5에는, 도 2의 보조 슬롯다이에 포함되어 있는 슬릿형 노즐의 개구(30')와, 도 4의 제 2 슬롯 다이에 포함되어 있는 슬릿형 노즐의 개구(300')를 각각 나타낸 단면도들이 모식적으로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 종래의 슬릿형 노즐에 포함되어 있는 개구(30')는 장방형인 반면에, 본 발명에 따른 슬릿형 노즐의 개구(300')는 오각형의 구조를 가지고 있다.
구체적으로, 개구(300')는 제 1 슬롯 다이와 인접한 부위에 위치한 삼각 형상의 제 1 슬릿부(300a), 제 1 슬롯 다이와 먼 부위에 위치한 장방 형상의 제 2 슬릿부(300b)로 이루어져 있다.
제 2 슬릿부(300b)는 제 1 변(301), 제 2 변(302), 제 3 변(303), 제 4 변(304)으로 둘러싸여 있고, 제 1 슬릿부(300a)와 연통되도록, 제 1 변(301)은 제 1 슬릿부(300a)의 삼각형 밑변을 이루는 가상의 변에 해당한다.
제 2 변 (302) 및 제 4 변(304)은 제 1 변(301)의 양단에 수직으로 연장되어 있고, 상호 평행하며, 상호 동일한 길이를 가지고 있다.
제 1 슬릿부(300a)는 삼각형 밑변(301; 제 1 변)의 중심에 대해 좌우 대칭인 이등변삼각형이며, 삼각형 밑변(301)과 대향하는 꼭지점까지의 거리, 즉 삼각형 높이(h)는 제 2 변(302) 길이의 20% 내지 120%인 것이 바람직하다.
또한, 제 1 슬릿부(300a)의 개구 면적은 제 2 슬릿부(300b)의 개구 면적의 0.2 배 내지 0.7 배인 것이 바람직하다.
도 5의 개구(300')의 경우, 제 1 슬릿부(300a)의 삼각형 높이(h)는 제 2 변(302) 길이의 약 60%이며, 제 1 슬릿부(300a)의 개구 면적은 제 2 슬릿부(300b) 개구 면적의 약 0.3 배에 해당한다.
본 발명에 따른 코팅 다이는 상기와 같은 개구를 포함하는 슬릿형 노즐을 이용하여, 제 1 슬롯 다이와 인접한 부위에서의 코팅 물질 토출량을 저감시키는 바, 코팅층이 중첩되는 경우에도, 전체적으로 고른 두께를 가지는 전극을 제조하는 효과를 제공한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 기재 상에 제 1 코팅 물질을 코팅하여 제 1 코팅층을 형성하는 제 1 슬롯 다이, 및 상기 제 1 코팅층의 일측 또는 양측 단부에 중첩되도록 제 2 코팅 물질을 코팅하여 제 2 코팅층을 형성하는 제 2 슬롯 다이를 포함하고 있고;
    상기 제 2 슬롯 다이는 제 2 코팅 물질이 유입되는 피드부, 및 상기 피드부에 연통되어 있고 제 2 코팅 물질을 분출하는 슬릿(slit)형 노즐을 포함하고 있으며;
    상기 슬릿형 노즐은, 상대적으로 제 1 슬롯 다이에 인접한 부위(a)에서의 제 2 코팅 물질의 토출량이 상대적으로 제 1 슬롯 다이로부터 먼 부위(b)에서의 제 2 코팅 물질의 토출량 보다 적도록, 부위(a)의 개구 면적이 부위(b)의 개구 면적보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 코팅 다이.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 슬릿형 노즐은,
    부위(a)에 위치하고 단면상으로 삼각형인 개구를 가진 제 1 슬릿부; 및
    부위(b)에 위치하고 단면상으로 사각형인 개구를 가진 제 2 슬릿부;
    로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 코팅 다이.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 슬릿부는 제 1 변, 제 2 변, 제 3 변, 및 제 4 변으로 둘러싸여 있고, 제 1 슬릿부와 제 2 슬릿부가 상호 연통되도록, 상기 제 1 변은 제 1 슬릿부의 삼각형 밑변을 이루는 가상의 변인 것을 특징으로 하는 코팅 다이.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 변 및 제 4 변은 각각 제 1 변의 양단에서 수직으로 연장되어 있고, 상호 평행한 것을 특징으로 하는 코팅 다이.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 슬릿부의 삼각형 밑변과 그에 대향하는 삼각형 꼭지점까지의 거리는 제 2 변의 20% 내지 120%의 크기인 것을 특징으로 하는 코팅 다이.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 슬릿부는 삼각형 밑변의 중심에 대해 좌우 대칭인 것을 특징으로 하는 코팅 다이.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 슬릿부는 삼각형 밑변의 중심에 대해 좌우 비대칭인 것을 특징으로 하는 코팅 다이.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 슬릿부의 개구 면적은 제 2 슬릿부의 개구 면적의 0.2 배 내지 0.7 배인 것을 특징으로 하는 코팅 다이.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 슬롯 다이 및 제 2 슬롯 다이는 코팅 물질을 동시에 토출하는 것을 특징으로 하는 코팅 다이.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 슬롯 다이의 코팅 물질 토출 방향은 제 2 슬롯 다이의 코팅 물질 토출 방향에 대해 10ㅀ 내지 60ㅀ의 각도를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 코팅 다이.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나에 따른 코팅 다이와, 제 1 슬롯 다이와 제 2 슬롯 다이로부터 간격을 유지한 채 이격되어 있고 코팅이 이루어질 기재가 위치하는 코팅롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.
  12. 집전체 상에 제 1 코팅 물질이 도포되어 형성된 제 1 코팅층과, 제 1 코팅층의 일측 또는 양측 단부에 중첩된 상태로 집전체 상에 제 2 코팅 물질이 도포되어 형성된 제 2 코팅층을 포함하고 있고;
    상기 제 2 코팅층은, 제 1 코팅층의 일측 또는 양측 단부에 중첩된 코팅 부위(c)의 두께가, 집전체 상에 도포된 코팅 부위(d)의 두께보다 상대적으로 얇은 것을 특징으로 하는 전극.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 코팅 물질은 전극 슬러리이고, 상기 2 코팅 물질은 절연성 물질인 것을 특징으로 하는 전극.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 코팅층에서 코팅 부위(c)의 평균 두께는 코팅 부위(d)의 평균 두께의 10% 내지 60%의 범위인 것을 특징으로 하는 전극.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 코팅층의 코팅 부위(c)는 제 1 코팅층의 방향으로 두께가 선형적 또는 비선형적으로 얇아지는 테이퍼 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 코팅층의 코팅 부위(d)는 제 1 코팅층의 대향 방향으로 두께가 선형적 또는 비선형적으로 얇아지는 테이퍼 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극.
  17. 제 12 항에 따른 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제 17 항에 따른 이차전지를 단위전지로서 하나 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 18 항에 따른 전지팩을 전원으로서 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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