KR102456715B1 - 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지를 이루는 다공 전극박막의 표면에 전극활물질액(C)을 코팅하는 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치에 관한 것으로서, 전극활물질액(C)이 전극박막의 다공을 통과하여 코팅롤을 오염시키는 현상을 방지할 수 있도록 한 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치에 관한 것이다.
본 발명의 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치는 다공 전극박막(B)을 가이드하는 전방가이드롤(100)과, 상기 전방가이드롤의 후방에 설치되어 전방가이드롤을 통과한 다공 전극박막(B)을 후속 공정으로 이동시키는 후방가이드롤(200)과, 상기 전방가이드롤을 통과하여 후방가이드롤을 향해 이동하는 다공 전극박막의 하방에 설치되어 다공 전극박막의 하부면으로 전극활물질액(C)을 사출하는 슬롯다이(300)를 포함한다.

Description

이차전지용 다공 전극박막 코팅장치{Apparatus for coating porous electrode thin film for secondary battery}

본 발명은 이차전지를 이루는 다공 전극박막의 표면에 전극활물질액을 코팅하는 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치에 관한 것으로서, 전극활물질액이 전극박막의 다공을 통과하여 코팅롤을 오염시키는 현상을 방지할 수 있도록 한 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치에 관한 것이다.

최근, 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있으며, 휴대폰, 캠코더 및 노트북을 비롯하여 전기 자동차까지 적용 분야가 확대되면서 충방전이 가능한 이차전지의 개발이 활발히 이루어지고 있다.

일반적으로 이차전지를 이루는 전극원단은 알루미늄으로 이루어진 양극박막 또는 동으로 이루어진 음극박막의 표면에 전극활물질액을 코팅하는 전극박막 코팅 공정과 건조 공정을 거쳐 제작된다.

도 1은 종래의 이차전지용 전극박막 코팅장치의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 요부사시도로서, 도시된 바와 같이, 양극 또는 음극의 전극박막(A)에 전극활물질액(C)을 코팅하는 전극박막 코팅 공정은 프리롤(11; Pre Roll)과 닙롤(12; Nip Roll)과 코팅롤(10; Coating Roll)과 슬롯다이(20; Slot Die)로 구성된 이차전지용 전극박막 코팅장치를 통해 진행된다.

이중, 종래의 전극박막 코팅 공정을 수행하는 종래의 이차전지용 전극박막 코팅장치는 양극 또는 음극의 전극박막(A)을 코팅롤(10)로 유도하는 프리롤(11) 및 닙롤(12)과, 상기 코팅롤(10)과 마주하도록 설치된 슬롯다이(20)로 구성되며, 상기 슬롯다이(20)가 코팅롤(10)을 향해 전극활물질액(C)을 사출하게 되면 코팅롤(10)을 따라 이동하는 전극박막(A)의 표면에 연속적으로 전극활물질액(C)이 코팅된다.

그리고 상기와 같이 일측 표면에 코팅이 이루어진 전극박막(A)은 건조 공정을 거친 후에 반대면의 코팅을 위해 앞서 설명한 공정을 반복하게 되며, 그 결과 전극박막(A)의 양면 모두에는 전극활물질액(C)이 코팅된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 이차전지용 전극박막 코팅장치는 전지의 성능을 향상시키기 위하여 전극박막(A)에 다공을 형성시킨 다공 전극박막(B)에 대해서는 코팅이 불가능한 문제가 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 슬롯다이(20)로부터 사출된 전극활물질액(C)이 다공을 통과하여 반대편의 코팅롤(10)측으로 침투하여 코팅롤(10)의 표면이 오염되는 것이다.

이와 같이, 코팅롤(10)의 표면이 전극활물질액(C)로 인해 오염되면, 코팅롤(10) 표면의 평활도가 불량해지면서 슬롯다이(20)와 다공 전극박막(B) 사이의 거리가 일정하지 않게 되므로 다공 전극박막(B)을 균일한 두께로 코팅할 수 없게 되는 문제가 발생된다.

국내등록특허공보 제566590호 국내등록특허공보 제1326623호

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전극활물질액이 다공 전극박막의 다공을 통과하여 코팅롤을 오염시키는 현상을 방지할 수 있는 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치는 다공 전극박막을 가이드하는 전방가이드롤과, 상기 전방가이드롤의 후방에 설치되어 전방가이드롤을 통과한 다공 전극박막을 후속 공정으로 이동시키는 후방가이드롤과, 상기 전방가이드롤을 통과하여 후방가이드롤을 향해 이동하는 다공 전극박막의 하방에 설치되어 다공 전극박막의 하부면으로 전극활물질액을 사출하는 슬롯다이를 포함한다.

또한, 상기 슬롯다이는 다공 전극박막의 진행방향을 향해 경사지게 설치되어 다공 전극박막의 하부면으로 경사지게 전극활물질액을 사출할 수 있다.

아울러, 상기 슬롯다이는 전극활물질액이 사출되는 노즐단부와, 상기 노즐단부의 전방에 형성되어 전방가이드롤을 통과하는 다공 전극박막에 대하여 상방으로 장력을 부여하는 가압지지부를 구비할 수도 있다.

한편, 상기 후방가이드롤은 다공 전극박막의 양측 가장자리에 상하로 밀착되게 배치되어 다공 전극박막의 후속 공정으로부터 전달되는 다공 전극박막의 떨림을 막아주는 스프레더롤이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치는 다공 전극박막을 가이드하는 전방가이드롤과 후방가이드롤 사이를 통과하는 다공 전극박막의 하부면으로 전극활물질액을 사출하도록 슬롯다이가 설치되어 있기 때문에 종래와는 달리 전극활물질액이 코팅롤을 오염시키지 않아 다공 전극박막의 표면에 전극활물질액이 항상 일정한 두께로 균일하게 코팅되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 이차전지용 전극박막 코팅장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 요부사시도.
도 3은 종래의 이차전지용 전극박막 코팅장치를 이용하여 다공 전극박막을 코팅할 경우 코팅롤이 오염되는 상태를 나타내는 요부단면도.
도 4는 본 발명에 따른 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치의 구성을 타나내는 도면.
도 5는 도 4의 저면도.
도 6은 본 발명을 구성하는 슬롯다이의 다른 실시예에 따른 도 4의 요부단면도.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

아울러, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

예컨대, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 아울러, "포함한다" 또는 "구비한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

아울러, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명함에 있어, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 명료성을 위하여 가능한 중복되지 않게 상이한 부분만을 주로 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치의 구성을 타나내는 도면이고, 도 5는 도 4의 저면도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치는 전방가이드롤(100)과, 후방가이드롤(200)과, 다공 전극박막(B)의 하부면으로 전극활물질액(C)을 사출하는 슬롯다이(300)를 포함한다.

상기 전방가이드롤(100)은 다공 전극박막(B)의 상면에 밀착되어 다공 전극박막(B)을 후방으로 안내하는 회전롤로서, 후방으로 안내되는 다공 전극박막(B)에 대한 장력조절을 비롯하여 다공 전극박막(B)의 두께에 따라 달라지는 슬롯다이(300)와의 상하 간격을 일정하게 유지시키도록 상하이동이 가능하도록 구성된다.

아울러, 상기 전방가이드롤(100)은 슬롯다이(300)와의 전후 간격 조절을 위하여 전후이동이 가능하도록 구성된다.

상기 후방가이드롤(200)은 전방가이드롤(100)의 후방에 배치되어 전방가이드롤(100)을 통과한 다공 전극박막(B)을 후속되는 건조 공정으로 이송시킨다. 상기 후방가이드롤(200)은 다공 전극박막(B)을 수평상태로 이송시키는 동시에 후속되는 건조 공정에서 발생되는 충격을 차단하여 코팅시 다공 전극박막(B)의 떨림을 억제시킨다.

상기 후방가이드롤(200) 중 상부에 위치하는 상부가이드롤(210)은 크롬 도금 처리된 경질 소재로 제작되며, 하부에 위치하는 하부가이드롤(220)은 고무코팅 처리되어 있다. 상기 하부가이드롤(220)은 이송되는 다공 전극박막(B)에 대하여 적절한 접압력을 부여할 수 있도록 상하로 이동가능하게 설치될 수 있다.

한편, 상기 후방가이드롤(200)은 다공 전극박막(B)의 양측 가장자리에 상하로 밀착되게 배치된 스프레더롤(Spreader Roll)일 수 있다. 상기 후방가이드롤(200)은 이송중인 다공 전극박막(B)에 대하여 양측 가장자리측으로 장력을 부여함으로써 다공 전극박막(B)이 휘어지지 않고 평활한 상태로 후속 공정을 향해 안정적으로 이송될 수 있도록 돕는다.

상기 다공 전극박막(B)의 양측 가장자리는 코팅이 이루어지지 않은 무지부로서, 상기 후방가이드롤(200)은 전극활물질액(C)과 접촉되지 않아 오염되지 않은 상태로 정상적으로 기능하게 된다.

상기 후방가이드롤(200)은 장력조절을 위하여 다공 전극박막(B)의 양측 방향으로 각도를 변경시킬 수 있도록 구성될 수 있으며, 다공 전극박막(B)의 폭에 따라 다공 전극박막(B)의 양측 방향으로 설치위치를 조절할 수 있도록 구성될 수도 있다.

상기 슬롯다이(300)는 전방가이드롤(100)을 통과하여 후방가이드롤(200)을 향해 후방으로 이동하는 다공 전극박막(B)의 하방에 설치되어 다공 전극박막(B)의 하부면으로 전극활물질액(C)을 사출한다.

상기 슬롯다이(300)는 사출되는 전극활물질액(C)의 점도에 따라 다공 전극박막(B)과 노즐단부(310)와의 이격거리를 조절할 수 있도록 상하이동이 가능하게 구성된다.

이 경우, 상기 슬롯다이(300)는 AC 서보모터와 볼스크류 및 LM 가이드를 통해 상하로의 이동이 정밀하게 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하나, 이에 한정될 필요는 없다.

도시되지는 않았으나, 상기 다공 전극박막(B)과 노즐단부(310)와의 이격거리를 측정하기 위한 다이얼 인디게이터가 설치될 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치는 전방가이드롤(100)을 통해 다공 전극박막(B)이 슬롯다이(300)를 통과하게 되면 상기 슬롯다이(300)가 다공 전극박막(B)의 하부면으로 전극활물질액(C)을 사출하면서 코팅이 이루어지게 된다.

이때, 전극활물질액(C)의 사출로 인하여 다공 전극박막(B)에 충격이 가해지더라도 상기 슬롯다이(300)가 전방가이드롤(100)에 인접하게 설치되어 있을 뿐만 아니라 후방가이드롤(200)에 의하여 후속되는 건조 공정으로부터 전달되는 충격이 차단되므로 다공 전극박막(B)의 떨림이 최소화되면서 일정한 두께로의 양호한 코팅이 보장된다.

이와 같이 다공 전극박막(B)의 하부면에 대한 코팅이 완료되면 건조 공정을 완료한 후에 다공 전극박막(B)을 뒤집어서 코팅되지 않은 상면에 대한 코팅을 상기한 방법으로 반복 실시한다. 이렇게 하면 다공 전극박막(B)에 대한 코팅이 완료된다.

한편, 다공 전극박막(B)의 하부면 코팅시 다공으로 사출된 전극활물질액(C)은 중력에 의하여 다공 전극박막(B)의 상면으로 침투되는 것이 억제 되므로 다공 전극박막(B)의 상면은 오염되지 않게 된다.

따라서, 다공 전극박막(B)의 상면 코팅시 상기 상면에 대하여 양호한 코팅면을 얻을 수 있게 된다.

도 6은 본 발명을 구성하는 슬롯다이의 다른 실시예에 따른 도 4의 요부단면도로서, 도시된 바와 같이, 상기 슬롯다이(300)는 다공 전극박막(B)의 진행방향을 향해 경사지게 설치될 수도 있다.

이 경우, 다공 전극박막(B)의 하부면으로 경사지게 전극활물질액(C)을 사출하게 되므로 전극활물질액(C)의 사출로 인하여 다공 전극박막(B)에 가해지는 충격이 완화되면서 다공 전극박막(B)의 떨림을 확실하게 차단 할 수 있을 뿐만 아니라, 다공으로 전극활물질액(C)이 유입되는 것이 최대한 억제된다.

따라서, 다공 전극박막(B)의 상면으로 전극활물질액(C)이 침투하는 것을 막아 이후에 실시될 상면 코팅시 상면의 코팅 두께를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

아울러, 상기 슬롯다이(300)는 사출되는 전극활물질액(C)의 사출속도나 점도에 따라 양호한 코팅면을 얻을 수 있도록 경사각도를 달리할 수 있다.

이 경우, 상기 슬롯다이(300)는 경사각도를 조절할 수 있도록 AC 서보모터를 이용하여 회전가능하게 구성될 수 있다. 상기 슬롯다이(300)의 경사각도는 AC 서보모터의 엔코더 값을 조절하여 정밀하게 제어할 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.

한편, 상기 슬롯다이(300)는 노즐단부(310)의 전방에 형성되어 다공 전극박막(B)에 대하여 상방으로 장력을 부여하는 가압지지부(320)를 구비할 수도 있다.

이 경우, 다공 전극박막(B)이 가압지지부(320)에 의하여 전방가이드롤(100)의 하단 보다 상방으로 밀려 올라가게 되고, 이로 인하여 상기 다공 전극박막(B)은 상방으로 강한 장력을 부여 받게 되므로 전극활물질액(C)의 사출시 다공 전극박막(B)에 가해지는 충격으로 인한 떨림이 완벽하게 차단된다.

따라서, 다공 전극박막(B)에 대한 전극활물질액(C)의 코팅이 일정한 두께로 안정되게 이루어지면서 코팅품질은 크게 향상된다.

이와 같이, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상술하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 변형 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 권리범위에 속할 것이다.

100...전방가이드롤 200...후방가이드롤
300...슬롯다이 310...노즐단부
320...가압지지부 B...다공 전극박막
C...전극활물질액

Claims (4)

1. 다공 전극박막을 가이드하는 전방가이드롤;
   상기 전방가이드롤의 후방에 설치되어 전방가이드롤을 통과한 다공 전극박막을 후속 공정으로 이동시키는 후방가이드롤; 및
   상기 전방가이드롤을 통과하여 후방가이드롤을 향해 이동하는 다공 전극박막의 하방에 설치되어 다공 전극박막의 하부면으로 전극활물질액을 사출하는 슬롯다이를 포함하며,
   상기 슬롯다이는 다공 전극박막의 진행방향을 향해 경사지게 설치되어 다공 전극박막의 하부면으로 경사지게 전극활물질액을 사출하며,
   상기 슬롯다이는 전극활물질액이 사출되는 노즐단부와, 상기 노즐단부의 전방에 형성되어 상기 전방가이드롤을 통과한 다공 전극박막에 대하여 상방으로 장력을 부여하여 전극활물질액의 사출시 다공 전극박막에 가해지는 충격으로 인한 떨림을 차단하는 가압지지부를 구비하며,
   상기 후방가이드롤은 다공 전극박막의 양측 가장자리에 상하로 밀착되게 배치되어 다공 전극박막의 후속 공정으로부터 전달되는 다공 전극박막의 떨림을 막아주되, 장력조절을 위하여 다공 전극박막의 양측 방향으로 배치 각도를 변경할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 다공 전극박막 코팅장치.
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