KR102368359B1 - 에어 벤트를 포함하는 슬롯 다이 코팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 집전체 상에 전극 활물질 슬러리를 코팅시키는 슬롯 다이 코팅 장치로서, 코팅 롤러, 제1 전극 활물질 슬러리가 토출되는 하부 토출부를 포함하는 하부 다이 및 상기 하부 다이의 상부에 배치되고 제2 전극 활물질 슬러리가 토출되는 상부 토출부를 포함하는 상부 다이를 포함하고, 상기 상부 다이에는 상부 에어 벤트가 설치되어 있고, 상기 하부 다이에는 하부 에어 벤트가 설치된 슬롯 다이 코팅 장치 장치에 관한 것이다.

Description

에어 벤트를 포함하는 슬롯 다이 코팅 장치{SLOT DIE COATING DEVICE HAVING AIR VENT}
본 발명은 에어 벤트를 포함하는 슬롯 다이 코팅 장치에 관한 것이다.
최근, 화석 연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래 생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산 기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장 장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
더욱이, 모바일 기기와 전지 자동차에 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. 특히, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.
이차 전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체를 포함하고, 이러한 전극 조립체들을 사용 목적에 따라 파우치 케이스, 원통형 캔, 및 각형 케이스 등에 수납하여 전지를 제조한다.
양극과 음극은 각각 알루미늄 호일과 구리 호일로 이루어진 전극 집전체에 양극 슬러리 및 음극 슬러리가 도포 및 건조되어 제조된다. 이차 전지의 충방전 특성을 균일하게 하기 위해서는, 이러한 양극 활물질 슬러리 및 음극 활물질 슬러리가 집전체에 고르게 코팅되어야 하는데, 이를 위해 통상적으로 슬롯 다이 코팅 공정이 수행된다.
도 1은 단일층 활물질 코팅 공정에 사용되는 종래의 슬롯 다이 코팅 장치를 나타낸 수직 단면도이다. 도 2는 다층 활물질 코팅 공정에 사용되는 종래의 슬롯 다이 코팅 장치를 나타낸 수직 단면도이다.
슬롯 다이 코팅 장치(10)는 전극 활물질 슬러리가 토출되는 슬롯 다이(11)와 코팅 롤러(12)을 포함한다. 슬롯 다이(11)는 두 개의 다이 블록(11a, 12a)들을 포함하고, 제1 다이 블록(11a)과 제2 다이 블록(11b) 사이에 전극 활물질 슬러리(도시하지 않음)가 토출되는 토출부(13)가 형성된다. 코팅 롤러(12)가 회전하면서 토출부(13)에서 토출된 전극 활물질 슬러리는 집전체(30)의 일 면에 도포된다.
경우에 따라서는, 하나의 층을 이루는 전극 활물질 층 상에 또 하나의 층을 이루는 전극 활물질 층이 추가적으로 도포되어 두 개의 층으로 이루어진 전극 활물질 층이 형성될 수도 있다. 이처럼 두 개의 층으로 이루어진 전극 활물질 층을 형성하기 위해서는, 도 2에 도시된 것과 같이 네 개의 다이 블록들(21a, 21b, 21c, 21d)을 포함하는 슬롯 다이(21)가 이용된다. 슬롯 다이(21)는 서로 이웃하는 다이 블록들(21a, 21b, 21c, 21d) 사이에 형성된 두 개의 토출부(23, 24)를 통해 전극 활물질 슬러리를 동시에 토출함으로써 먼저 도포된 전극 활물질 슬러리 상에 추가 전극 활물질 슬러리를 연속적으로 도포시킬 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2의 슬롯 다이 코팅 장치를 이용하여 간헐 코팅을 진행할 경우 발생하는 무지부 오염 현상을 나타낸 사진이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 슬롯 다이 코팅 장치(10, 20)를 이용하여 전폭 간헐 코팅을 진행할 경우, 집전체(30)에 전극 활물질 슬러리가 도포되지 않는 무지부(31)가 형성된다. 이때, 전극 활물질 슬러리에 기포가 존재할 경우, 무지부(31)가 형성되는 구간에서 상기 기포가 토출부(13, 23, 24)에서 방출되며 터지게 된다. 이때 상기 기포를 둘러싼 전극 활물질 슬러리가 무지부(31)에 반점 무늬(40)와 같이 부분적으로 도포되는 오염 현상이 발생한다.
상기 전극 활물질 코팅 공정에서, 토출부(13, 23, 24)와 집접체(30) 사이는 일반적으로 100 마이크로미터 내지 200 마이크로미터의 간격(d)으로 형성되기 때문에 미세한 기포에 의해서도 상기와 같은 오염 현상이 발생한다.
따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 개선된 구조를 갖는 슬롯 다이 장치의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극 활물질의 간헐 코팅 공정에서 무지부 구간이 전극 활물질 슬러리로 오염되는 것을 방지할 수 있는 슬롯 다이 코팅 장치를 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치는 전극 집전체 상에 전극 활물질 슬러리를 코팅시키는 슬롯 다이 코팅 장치로서, 코팅 롤러, 제1 전극 활물질 슬러리가 토출되는 하부 토출부를 포함하는 하부 다이 및 상기 하부 다이의 상부에 배치되고 제2 전극 활물질 슬러리가 토출되는 상부 토출부를 포함하는 상부 다이를 포함할 수 있다.
상기 상부 다이에는 상부 에어 벤트가 설치되어 있고, 상기 하부 다이에는 하부 에어 벤트가 설치될 수 있다.
상기 상부 다이는 상부 제1 다이, 상부 제2 다이 및 상부 스페이서를 포함할 수 있다.
상기 상부 제1 다이, 상기 상부 스페이서 및 상기 상부 제2 다이의 순차적인 결합에 의해 상기 상부 토출부가 형성될 수 있다.
상기 상부 제2 다이에는 상부 슬러리 수용부가 형성될 수 있다.
상기 상부 슬러리 수용부는 상기 상부 토출부와 연통될 수 있다.
상기 상부 에어 벤트는 상기 상부 제1 다이를 관통하여 상기 상부 슬러리 수용부에 연통될 수 있다.
상기 하부 다이는 하부 제1 다이, 하부 제2 다이 및 하부 스페이서를 포함할 수 있다.
상기 하부 제1 다이, 상기 하부 스페이서 및 상기 하부 제2 다이의 순차적인 결합에 의해 상기 하부 토출부가 형성될 수 있다.
상기 하부 제2 상부 다이에 하부 슬러리 수용부가 형성될 수 있다.
상기 하부 슬러리 수용부는 상기 하부 토출부와 연통될 수 있다.
상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 제1 다이, 상기 상부 제2 다이, 및 상기 하부 제1 다이를 관통하여 상기 하부 슬러리 수용부에 연통될 수 있다.
상기 하부 에어 벤트는 상기 하부 슬러리 수용부와 상기 하부 토출부가 연결되는 부위(S)에 형성될 수 있다.
상기 상부 스페이서는 제1 개방부를 구비하고 상기 상부 제1 다이와 상기 상부 제2 다이가 마주보는 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에만 개재될 수 있다.
상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 스페이서를 관통하여 설치될 수 있다.
상기 상부 에어 벤트 및/또는 상기 하부 에어 벤트는 밸브를 구비할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치는 슬롯 다이에 에어 벤트를 설치함으로써, 토출부로 유입되는 전극 활물질 슬러리에서 포함된 기포를 제거할 수 있다.
도 1은 단일층 활물질 코팅 공정에 사용되는 종래의 슬롯 다이 코팅 장치를 나타낸 수직 단면도이다.
도 2는 다층 활물질 코팅 공정에 사용되는 종래의 슬롯 다이 코팅 장치를 나타낸 수직 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 슬롯 다이 코팅 장치를 이용하여 간헐 코팅을 진행할 경우 발생하는 무지부 오염 현상을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치를 나타낸 모식도이다.
도 5는 도 4의 점선 A 따른 수직 단면을 C 방향에서 바라볼 때의 수직 단면도이다.
도 6은 도 5의 상부 스페이서를 나타낸 평면도이다.
도 7는 도 4의 점선 B 따른 수직 단면을 C 방향에서 바라볼 때의 수직 단면도이다.
도 8은 도 7의 하부 스페이서를 나타낸 평면도이다.
도 9는 상부 제2 다이 상에 상부 스페이서가 위치하는 것을 나타낸 평면도이다.
도 10은 하부 제2 다이 상에 하부 스페이서가 위치하는 것을 나타낸 평면도이다.
도 11은 도 4의 슬롯 다이의 평면도이다.
도 12는 도 5의 변형예를 나타낸 수직 단면도이다.
도 13은 도 7의 변형예를 나타낸 수직 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코팅 장치를 나타낸 모식도이다. 도 5는 도 4의 점선 A 따른 수직 단면을 C 방향에서 바라볼 때의 수직 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 슬롯 다이 코팅 장치(100)는 슬롯 다이(101), 코팅 롤러(102) 및 에어 벤트(AIR VENT; 103)를 포함한다. 슬롯 다이 코팅 장치(100)는 두 개의 전극 활물질층을 동시에 코팅하는 코팅 고정에 사용된다.
슬롯 다이(101)는 상부 다이(101A) 및 하부 다이(101B)를 포함한다. 상부 다이(101A)는 상부 제1 다이(101A-1), 상부 제2 다이(101A-2), 및 상부 스페어서(123)를 포함한다. 상부 제2 다이(101A-2)는 하부 제1 다이(101B-1)와 마주보는 면이 지면에 대해 대략 30도 내지 60도의 각도를 가지는 경사진 구조일 수 있다.
상부 제2 다이(101A-2)는 상부 제1 다이(101A-1)와 마주보는 면에 소정의 깊이를 갖는 홈 형태의 상부 슬러리 수용부(121)를 포함할 수 있다. 상부 슬러리 수용부(121)는 외부에 설치된 상부 슬러리 공급 챔버(도시되지 않음)와 연결되어 제1 전극 활물질 슬러리를 연속적으로 공급받을 수 있다. 상부 슬러리 수용부(121)는 상부 슬러리 공급 챔버(도시하지 않음)와 연통된 상부 슬러리 공급 포트(122)를 포함할 수 있다.
상부 슬러리 공급 포트(122)를 통해서 공급된 제1 전극 활물질 슬러리가 상부 슬러리 수용부(121)에 가득 차게 되면, 제1 전극 활물질 슬러리는 상부 제2 다이(101A-2), 상부 스페이서(123) 및 상부 제1 다이(101A-1)의 순차적인 결합에 의해 형성되는 상부 토출부(105)를 통해서 코팅 롤러(102)가 설치된 방향으로 이동하여 외부로 토출된다. 즉, 상부 스페이서(123)는 상부 제1 다이(101A-1)와 상부 제2 다이(101A-2) 사이에 개재되어 상부 제1 다이(101A-1)와 상부 제2 다이(101A-2) 사이에 간극을 형성함으로써 상부 슬러리 수용부(121)로부터 공급되는 제1 전극 활물질 슬러리가 토출될 수 있는 공간을 형성한다.
상부 제1 다이(101A-1)는 상부 제2 다이(101A-2)의 상부에 위치하고 상부 스페이서(123)를 사이에 두고 상부 제2 다이(101A-2)와 결합되어 있다. 상부 제1 다이(101A-1)가 상부 제2 다이(101A-2)와 마주보는 면은 지면에 대해 평행하게 형성될 수 있다.
상부 제1 다이(101A-1)는 상면이 두 개의 영역으로 나누어질 수 있다. 상부 제1 다이(101A-1)의 상면은 상부 토출부(105)에서 상대적으로 멀리 위치한 평탄부(130)와 평탄부(130)로부터 연장되는 경사부(131)를 포함할 수 있다. 평판부(130)는 지면과 나란한 방향으로 연장되며, 경사부(131)는 평탄부(130)와 대략 30도 내지 60도의 각도를 이루며 하부로 비스듬하게 경사진 형태를 가진다.
상부 제1 다이(101A-1)와 상부 제2 다이(101A-2)는, 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 이러한 상부 제1 다이(101A-1)와 상부 제2 다이(101A-2)는 볼팅 결합 등에 의해 상호 간에 체결될 수 있다.
도 6은 도 5의 상부 스페이서를 나타낸 평면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 상부 스페이서(123)는 대략 "ㄷ"의 평면 형상을 가질 수 있다. 이에, 상부 스페이서(123)는 그 일 측에 형성된 제1 개방부(123a)를 가짐으로써 상부 제1 다이(101A-1)와 상부 제2 다이(101A-2)가 서로 마주보는 테두리 중 일 측을 제외한 나머지 부분에만 개재된다. 또한, 상부 제1 다이(101A-1)와 상부 제2 다이(101A-2)는 제1 개방부(123a)가 형성된 영역에서 상호 이격되어 상부 토출부(105)를 형성하고, 상부 토출부(105)는 상부 슬러리 수용부(121)와 연통되어 있다.
상부 스페이서(123)는, 상부 토출부(105)가 형성되는 영역을 제외하고는, 상부 제1 다이(101A-1)와 상부 제2 다이(101A-2) 사이의 틈새로 제1 전극 활물질 슬러리가 누출되지 않도록 하는 가스켓으로서 기능하는 것이기 때문에, 밀봉성을 확보할 수 있는 탄성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상부 스페이서(123)에는 하부 에어 벤트(103B)가 관통하는 관통구(123b)가 형성되어 있다. 하부 에어 벤트(103B)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
도 7는 도 4의 점선 B 따른 수직 단면을 C 방향에서 바라볼 때의 수직 단면도이다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 하부 다이(101B)는 하부 제1 다이(101B-1), 하부 제2 다이(101B-2) 및 하부 스페어서(113)를 포함한다. 하부 제2 다이(101B-2)는 슬롯 다이(101)를 구성하는 다이들 중에 가장 하부에 위치하며, 하부 제1 다이(101B-1)와 마주보는 면이 지면에 대해 대략 30도 내지 60도의 각도를 가지도록 경사진 구조일 수 있다.
하부 제2 다이(101B-2)는 하부 제1 다이(101B-2)와 마주보는 면에 소정의 깊이를 갖는 홈 형태의 하부 슬러리 수용부(111)를 포함할 수 있다. 하부 슬러리 수용부(111)는 외부에 설치된 하부 슬러리 공급 챔버(도시되지 않음)와 연결되어 제2 전극 활물질 슬러리를 연속적으로 공급받을 수 있다. 하부 슬러리 수용부(111)는 하부 슬러리 공급 챔버와 연통된 하부 슬러리 공급 포트(112)를 포함할 수 있다. 제1 전극 활물질 슬러리와 제2 전극 활물질 슬러리는, 제조하고자 하는 전극의 용도에 따라, 서로 동일한 성분일 수 있고 또는 다른 성분으로 구성될 수 있다.
슬러리 공급 포트(112)를 통해서 공급된 제2 전극 활물질 슬러리가 하부 슬러리 수용부(111)에 가득 차게 되면, 제2 전극 활물질 슬러리는 하부 제2 다이(101B-2), 하부 스페이서(113) 및 하부 제1 다이(101B-1)의 순차적인 결합에 의해 형성되는 하부 토출부(106)를 통해서 외부로 토출될 수 있다.
하부 제1 다이(101B-1)는 하부 제2 다이(101B-2)의 상부에 위치하고 하부 스페이서(113)를 사이에 두고 하부 제2 다이(101B-2)와 결합된다. 하부 제1 다이(101B-1)와 하부 제2 다이(101B-2)가 마주보는 면은 지면에 대해 대략 30도 내지 60도의 각도를 가지도록 경사진 구조를 가질 수 있다.
하부 제1 다이(101B-1)는, 상부 다이(101A)와 대면하게 되는 상면이 지면에 대해 대략 30도 내지 60도의 각도를 이루며 비스듬하게 경사진 형태일 수 있다. 이처럼, 하부 제1 다이(101B-1)의 상면은 지면에 대해 경사진 형태이므로, 하부 제1 다이(101B-1)의 상면에 대응되는 형상의 하면을 갖는 상부 다이(101A)와 정합될 수 있다.
하부 제1 다이(101B-1)와 하부 제2 다이(101B-2)는 금속 재질로 이루어질 수 있고, 볼팅 결합 등에 의해 상호 간에 체결될 수 있다.
도 8은 도 7의 하부 스페이서를 나타낸 평면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 하부 스페이서(113)는, 하부 제1 다이(101B-1)와 하부 제2 다이(101B-2) 사이에 개재되어 하부 제1 다이(101B-1)와 하부 제2 다이(101B-2) 사이에 간극을 형성함으로써 하부 슬러리 수용부(111)로부터 공급되는 제2 전극 활물질 슬러리가 토출되는 공간을 형성한다.
이러한 하부 스페이서(113)는, 그 일 측에 형성된 제1 개방부(113a)를 가짐으로써 하부 제1 다이(101B-1)와 하부 제2 다이(101B-2)가 서로 마주보는 면의 테두리 중에서 일 측을 제외한 나머지 부분에만 개재된다. 또한, 하부 제1 다이(101B-1)와 하부 제2 다이(101B-2)는 제2 개방부(113a)가 형성된 영역에서 상호 이격되어 하부 토출부(106)를 형성되고, 하부 토출부(106)는 하부 슬러리 수용부(111)와 연통된다.
하부 스페이서(113)는, 하부 토출부(106)가 형성되는 영역을 제외하고는, 하부 제1 다이(101B-1)와 하부 제2 다이(101B-2) 사이의 틈새로 제2 전극 활물질 슬러리가 누출되지 않도록 가스켓으로써 기능하는 것이기 때문에, 밀봉성을 확보할 수 있는 탄성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 에어 벤트(103)는 상부 에어 벤트(103A)와 하부 에어 벤트(103B)을 포함한다. 상부 에어 벤트(103A)는 상부 제1 다이(101A-1)를 관통하여 상부 슬러리 수용부(121)와 연통된다. 이에, 상부 슬러리 수용부(121)에 있는 제1 전극 활물질 슬러리가 상부 토출부(105)로 유입되기 전, 제1 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포는 상부 에어 벤트(103A)를 통해서 제거될 수 있다.
상부 토출부(105)는 지면과 나란한 방향으로 형성되어 있기 때문에, 상부 에어 벤트(103A)는 상부 슬러리 수용부(121)의 어느 위치에서 연통이 되더라도 제1 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포는 상부 에어 벤트(103A)를 통해서 외부로 용이하게 방출될 수 있다. 다만, 제1 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포가 효율적으로 제거되기 위해, 상부 에어 벤트(103A)는 제1 전극 활물질 슬러리가 토출되는 방향에 수직이고 중력이 작용하는 반대 방향으로 설치되는 것이 바람직하다.
도 9는 상부 제2 다이 상에 상부 스페이서가 위치하는 것을 나타낸 평면도이다. 설명의 편의를 위해 상부 에어 벤트(103A)의 위치를 표시하였다.
도 5 및 도 9를 참조하면, 상부 에어 벤트(103A)는, 상부 제2 다이(101A-2)을 위에서 보았을 때, 상부 스페이서(123)의 제1 개방부(123a) 내에 상부 슬러리 수용부(121)에 형성된 영역에서 후방 측면 부위에 각각 형성될 수 있다. 여기서, "후방"은 제1 전극 활물질이 토출되는 반대 방향을 의미한다. 그리고, "측면"은 제1 활물질 슬러리가 토출되는 방향에 수직이며 상부 제2 다이(101A-2)의 길이 방향의 양측 부위를 의미한다. 이러한 구조를 통해서, 상부 에어 벤트(103A)의 위치가 작업자의 동선을 방해하지 않고 슬롯 다이 코팅 장치(100)의 유지 및 보수를 용이하게 하는 장점이 있다.
도 7을 참조하면, 하부 에어 벤트(103B)는 상부 제1 다이(101A-1), 상부 제2 다이(101A-2) 및 하부 제1 다이(101B-1)을 관통하여 하부 슬러리 수용부(111)와 연통되어 있다. 따라서, 하부 슬러리 수용부(111)에 있는 제2 전극 활물질 슬러리가 하부 토출부(106)로 유입되기 전에, 제2 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포는 하부 에어 벤트(103B)를 통해서 제거될 수 있다.
하부 토출부(106)는 지면에 대해 30도 내지 60도의 각도로 경사진 구조이고, 하부 슬러리 공급 포트(112)에서 제2 전극 활물질 슬러리가 중력의 반대 반향으로 하부 슬러리 수용부(111)로 공급되는 구조이기 때문에, 하부 슬러리 수용부(111)에서 하부 토출부(106)로 연결되는 S 부위에서 가장 많은 기포가 발생하게 된다. 따라서, 하부 에어 벤트(103B)는 S 부위에 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 하부 토출부(106)의 경사 구조를 고려하여, 하부 에어 벤트(103B)와 하부 토출부(106)가 이루는 각이 80도 내지 150도를 유지하는 것이 바람직하다.
도 10은 하부 제2 다이 상에 하부 스페이서가 위치하는 것을 나타낸 평면도이다. 설명의 편의를 위해 하부 에어 벤트(103B)의 위치를 표시하였다. 도 11은 도 4의 슬롯 다이의 평면도이다. 설명의 편의를 위해 상부 스페이서(123)의 제1 개방부(123a)의 경계는 일점 쇄선으로 도시하였고, 하부 스페이서(113)의 제2 개방부(113a)의 경계는 점선으로 도시하였다.
도 7, 도 10 및 도 11을 참조하면, 하부 에어 벤트(103B)는 상부 토출부(105)와 상부 슬러리 수용부(121)를 관통하지 않도록 설치되는 것이 바람직하다. 만일, 하부 에어 벤트(103B)가 상부 토출부(105)와 상부 슬러리 수용부(121)가 형성된 부위를 관통할 경우, 이는 제1 전극 활물질 슬러리의 유동을 방해하고 상기 관통 부위에 기포가 형성될 수 있다. 따라서, 하부 에어 벤트(103B)는 상부 스페이서(123)의 제1 개방부(123a)를 벗어난 위치를 관통하여 형성되는 것이 바람직하다. 일 예로, 상부 스페이서(123)의 제1 개방부(123a)의 길이(W1)가 하부 스페이서(113)의 제2 개방부(113a)의 길이(W2)이 보다 작게 형성하여, 하부 에어 벤트(103B)가 상부 스페이서(123)의 관통구(123b)을 관통하도록 형성될 수 있다.
하부 에어 벤트(103B)는 제2 전극 활물질 슬러리가 토출되는 방향에 수직인 상부 제1 다이(101A-1)의 길이 방향으로 상부 제1 다이(101A-1)의 측면에 가까운 부위에 각각 형성될 수 있다. 이러한 하부 에어 벤트(103B)의 위치는 작업자의 동선을 방해하지 않고 슬롯 다이 코팅 장치(100)의 유지 및 보수를 용이하게 하는 장점이 있다.
도 7에 나타난 실시예 이외에도, 하부 에어 벤트(103B)는 다양한 방향으로 형성될 수 있다. 일 예로, 하부 에어 벤트(103B)는 상부 제2 다이(101A-2) 및 하부 제1 다이(101B-1)을 관통하여 후방 방향으로 형성될 수 있다(도 7의 D 참조). 이 경우, 하부 에어 벤트(103B)가 상부 스페이서(123)를 관통하지 않으므로 측면 방향에서 다양한 위치에 설치될 수 있는 장점이 있다. 또한, 하부 에어 벤트(103B)는 측면 방향으로도 형성될 수 있다.
도 12는 도 5의 변형예를 나타낸 수직 단면도이다.
도 5 및 도 12를 참조하면, 슬롯 다이 코팅 장치(200)는 상부 에어 벤트(203A)가 "ㄱ"자 형으로 절곡된 구조를 가질 수 있다. 점성이 낮은 제1 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포를 제거할 때, 상기 기포는 제1 전극 활물질 슬러리와 함께 배출될 수 있다. 이때, 작업자는 절곡된 상부 에어 벤트(203A)를 통해서 흘러내리는 제1 전극 활물질 슬러리를 용이하게 받아낼 수 있다. 도 12는 ㄱ"자 형으로 절곡된 구조만을 도시하였으나, 흘러내리는 제1 전극 활물질 슬러리를 용이하게 받아낼 수 있다면 상부 에어 벤트(203A)는 다양한 형상으로 절곡될 수 있다.
또한, 상부 에어 벤트(203A)는 벨브(240)를 포함할 수 있다. 밸브(240)는 중공이 형성된 배관을 개폐할 수 있는 구조이면 특별히 한정되지 않는다.
상부 에어 벤트(203A)가 "ㄱ"자 형으로 절곡되고 밸브(240)를 포함하는 구조를 제외하면, 슬롯 다이 코팅 장치(200)는 도 5의 슬롯 다이 코팅 장치(100)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 이에, 다른 구성들에 대한 설명은 생략한다.
도 13은 도 7의 변형예를 나타낸 수직 단면도이다.
도 7 및 도 13을 참조하면, 슬롯 다이 코팅 장치(200)는 하부 에어 벤트(203B)가 "ㄱ"자 형으로 절곡된 구조를 가질 수 있다. 점성이 낮은 제2 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포를 제거할 때, 상기 기포는 제2 전극 활물질 슬러리와 함께 배출된다. 이때, 작업자는 절곡된 상부 에어 벤트(203B)를 통해서 흘러내리는 제2 전극 활물질 슬러리를 용이하게 받아낼 수 있다. 도 13은 "ㄱ"자 형으로 절곡된 구조만을 도시하였으나, 흘러내리는 제2 전극 활물질 슬러리를 용이하게 받아낼 수 있다면 하부 에어 벤트(203B)는 다양한 형상으로 절곡될 수 있다.
또한, 상부 에어 벤트(203B)는 벨브(240)를 포함할 수 있다. 밸브(240)는 중공이 형성된 배관을 개폐할 수 있는 구조이면 특별히 한정되지 않는다.
상부 에어 벤트(203B)가 "ㄱ"자 형으로 절곡되고 밸브(240)를 포함하는 구조를 제외하면, 슬롯 다이 코팅 장치(200)는 도 7의 슬롯 다이 코팅 장치(100)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 이에, 다른 구성들에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 에어 벤트(103, 203A, 203B)의 설치 구조는 도 1의 단일층 활물질 코팅 공정에 사용되는 슬롯 다이 코팅 장치에도 적용될 수 있다. 이 경우, 도 5의 상부 에어 벤트(103A)와 같이 형성될 수 있다. 관련 구조는 이미 상술하였으므로 여기서는 생략한다.
또한, 본 발명에 따른 에어 벤트(103, 203A, 203B)의 설치 구조는 상부 제2 다이(101A-2)와 하부 제1 다이(101B-1)가 일체로 형성된 3 단 슬롯 다이 코팅 장치에도 적용될 수 있다. 상부 제2 다이(101A-2)와 하부 제1 다이(101B-1)가 일체로 형성된 구조를 제외하면 도 5, 도 7, 도 12, 및 도 13와 동일한 구조로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(100, 200)는 간헐 코팅 시 발생하는 무지부 오염 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 지속 코팅에서 발생하는 활물질 미코팅 문제를 해결할 수 있다. 지속 코팅 공정에서 기포가 포함된 전극 활물질 슬러리가 전극에 도포될 때, 슬러리에 둘러싸인 기포가 터지게 되면, 기포가 있던 자리는 분화구처럼 활물질이 코팅되지 않은 부위가 발생한다. 본 발명에 따른 슬롯 다이 코팅 장치(100, 200)는 전극 활물질 슬러리가 토출부(105, 106)로 토출되기전에 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포가 에어 벤트(103, 203A, 203B)를 통해서 제거되기 때문에 상기의 활물질 미코팅 문제를 해결할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (17)

  1. 전극 집전체 상에 전극 활물질 슬러리를 코팅시키는 슬롯 다이 코팅 장치로서,
    코팅 롤러;
    제1 전극 활물질 슬러리가 토출되는 하부 토출부를 포함하는 하부 다이; 및
    상기 하부 다이의 상부에 배치되고 제2 전극 활물질 슬러리가 토출되는 상부 토출부를 포함하는 상부 다이;
    를 포함하고,
    상기 상부 다이에는 상부 에어 벤트가 설치되고, 상기 하부 다이에는 하부 에어 벤트가 설치되며,
    상기 상부 다이는 상부 제1 다이, 상부 제2 다이 및 상부 스페이서를 포함하고,
    상기 하부 다이는 하부 제1 다이, 하부 제2 다이 및 하부 스페이서를 포함하며,
    상기 하부 제1 다이, 상기 하부 스페이서 및 상기 하부 제2 다이의 순차적인 결합에 의해 상기 하부 토출부가 형성되고,
    상기 하부 제2 다이에 하부 슬러리 수용부가 형성되며,
    상기 하부 슬러리 수용부는 상기 하부 토출부와 연통되고,
    상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 제2 다이 및 상기 하부 제1 다이를 관통하여 상기 하부 슬러리 수용부에 연통된 슬롯 다이 코팅 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 제1 다이, 상기 상부 스페이서 및 상기 상부 제2 다이의 순차적인 결합에 의해 상기 상부 토출부가 형성되는 슬롯 다이 코팅 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부 제2 다이에는 상부 슬러리 수용부가 형성된 슬롯 다이 코팅 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 슬러리 수용부는 상기 상부 토출부와 연통된 슬롯 다이 코팅 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 상부 에어 벤트는 상기 상부 제1 다이를 관통하여 상기 상부 슬러리 수용부에 연통된 슬롯 다이 코팅 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 제1 다이를 더 관통하여 상기 하부 슬러리 수용부에 연통된 슬롯 다이 코팅 장치.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 하부 에어 벤트는 상기 하부 슬러리 수용부와 상기 하부 토출부가 연결되는 부위(S)에 형성된 슬롯 다이 코팅 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 상부 스페이서는 제1 개방부를 구비하고 상기 상부 제1 다이와 상기 상부 제2 다이가 마주보는 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에만 개재된 슬롯 다이 코팅 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 스페이서를 관통하여 설치된 슬롯 다이 코팅 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 상부 에어 벤트 및/또는 상기 하부 에어 벤트는 밸브를 구비한 슬롯 다이 코팅 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 상부 에어 벤트 및/또는 상기 하부 에어 벤트는 절곡된 구조를 가진 슬롯 다이 코팅 장치.
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