KR102642709B1 - 웹 코팅과 캘린더링 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

배터리 전극으로서 유용한 기판과 같은 기판을 코팅하기 위한 양면 코팅 시스템 및 방법에 관한 것이다. 어떤 실시 예에서, 시스템은 건조기와 기판의 리와인드 사이에 위치된 인라인 캘린더 스테이션; 즉, 기판(또는 웹) 이동 방향으로 건조기의 하류, 및 리와인드의 상류에 위치된다. 어떤 실시 예에서, 캘린더 동작은 건조기의 바로 하류에 위치되고; 진공 건조기와 같은 기판을 처리하는 중간 장치는 건조기와 캘린더 사이에 위치하지 않는다. 이러한 시스템 및 방법의 장점은 단면 코팅 동작에 비해 처리량이 2배, 탄뎀 코팅 라인에 비해 장치의 풋프린트가 작고, 탄뎀 코팅 라인에 비해 자본 비용 및 운영 비용이 낮으며, 기판의 주름 문제가 적다는 점이다.

Description

웹 코팅과 캘린더링 시스템 및 방법
본 명세서에 개시된 실시 예는 예를 들어, 배터리 제조에 사용되는 것과 같은 코팅 동작과 같은 기판을 코팅하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상기 기판은 일련의 개별 패치들(간헐적 코팅) 및/또는 레인들에서 코팅된다.
재료 시트의 적어도 일부 상에 코팅을 증착시키기 위해 바람직한 다양한 응용예들이 있다. 예를 들어, 배터리의 전극은 시트 또는 웹과 같은 기판에 층 또는 코팅을 도포한 다음, 상기 기판을 적절한 치수의 부분들로 절단함으로써 제조될 수 있다.
특히, 상기 층은 균일한 두께로 도포되는 것이 중요하다. 어떤 적용예에 있어서, 층 또는 코팅은 후에 시트가 절단될 영역에서 시트에 도포되지 않는다.
따라서, 필요에 따라 그 층의 도포를 가능하게 하거나 불가능하게 하는 능력과 함께, 시트에 균일한 층 또는 코팅을 도포할 수 있도록 하는 시스템이 사용된다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리 등의 제조에 있어서, 예를 들어 슬롯 다이 코터로, 도전성 기판(예를 들어, 구리 포일)에 애노드 슬러리를 도포하는 코팅 프로세스 및 도전성 기판(예를 들어, 알루미늄)에 캐소드 슬러리를 도포하는 다른 코팅 프로세스가 사용될 수 있다.
이들 두 가지 코팅 프로세스들에 있어서는, 두 가지 다른 코팅 방법들이 있다: 스킵 또는 패치 코팅으로도 불리는 불연속적 코팅, 및 연속적 코팅.
임의의 방법의 실시예에 있어서, 코팅 물질은 상기 연속적으로 이동하는 기판의 진행 방향에 평행하게 주행하는 하나 이상의 레인(lane)들의 형태로 연속적으로 이동하는 기판에 도포될 수 있다.
종래의 리튬 이온 배터리 전극 제조에 있어서, 커런트 콜렉터 기판(예를 들어, 구리 포일)은 한 번에 한 면상에 활성 물질(예를 들어, 리튬 산화물과 같은 리튬계 물질)의 슬러리로 코팅될 수 있다. 가장 일반적인 코팅 라인 레이아웃은 표준 단면(single side) 라인이다. 이 레이아웃에는 전형적으로 풀기(unwind), 코팅 스테이션, 건조기 및 리와인드(rewind)가 있다.
도 1은 단일 면(single side) 레이아웃의 간략화된 개략도를 도시한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 커런트 콜렉터 기판(200)이 롤(300)로부터 풀리고, 백킹 롤에 지지되면서(예를 들어, 슬롯 다이 코터의 일부인) 코팅 헤드(400)를 사용하여 기판의 제1 면이 지지되는 코팅 스테이션으로 진행한다.
상기 기판(200)은 코팅이 건조되는 건조기(800)로 진행한 후, 단면 코팅된 기판이 리와인드 롤(700)에 감겨진다.
다음, 커런트 콜렉터 기판(200)의 단면 코팅된 롤이 동알한 공정에 따라(도시되지 않음) 제2의 대향 면상에 코팅된다.
이 공정은 커런트 콜렉터 기판의 코팅된 롤이 여러 번 이동되기 때문에 매우 비효율적이고 노동 집약적이다. 재료의 롤이 풀리고 되감길 때마다, 프로세스 스크랩이 생성되어 비용이 증가한다.
이 공정의 대안은 탄뎀 코터(tandem coater)를 수반하는 것으로, 이때 코팅 기계는 일반적으로 언와인드(300), 제1 코팅 스테이션(400), 제1 건조기(600), 제2 코팅 스테이션(400'), 제2 건조기(600') 및 리와인드(700) 부들을 갖는다.
도 2는 이러한 형태의 레이아웃을 개략적으로 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 코팅을 기판(200)의 제1 면에 도포하기 위해 행해지는 시스템 및 공정은, 도 1의 단면 코팅 시스템 및 공정과 동일하다.
그러나, 단면 코팅된 기판(200)을 리와인드하기 대신에, 제2 건조 스테이션에 이어, 제2 코팅 스테이션으로 안내되고, 그 후 리와인드 롤(700)에 감겨진다. 탄뎀 코터는 다수의 풀림 및 리와인드 단게들의 문제를 해결하지만, 코팅 라인의 공장 설치 면적은 두 배로 커진다.
또한, 탄뎀 코터 시스템에 있어서도, 커런트 콜렉터 기판은 2개의 별도의 건조 단계를 거친다; 하나는 제1 면상의 코팅을 건조시키기 위한 것이고, 다른 하나는 제2 면상의 코팅을 건조하기 위한 것이다. 따라서, 제1 면의 코팅은 두 번 건조된다.
종래 기술의 또 다른 문제점은 각각의 면이 순차적으로 코팅되고 건조되기 때문에, 코팅이 수축되고 건조된 코팅에서 내부 응력을 생성하기 때문에 코팅이 건조 동안 꼬불꼬불하게 말리는 경향이 있다는 것이다. 이 응력은 도 3에 도시된 바와 같이 기판(200)이 말리도록 한다. 일단 건조되고 말려진 코팅이 다음 코팅 스테이션을 통과하면, 말려진 부분(curl)은 코팅된 호일이 백킹 롤에 대해 평평하게 놓이지 않도록 된다.
백킹 롤 슬롯 다이 코팅에 대한 중요한 파라미터들 중 하나는 슬롯 다이와 기판 사이의 갭이 균일하고 평행해야한다는 것이다. 슬롯 코팅 공정은 또한 균일 한 코팅 두께를 형성하기 위해 코팅 헤드의 폭에 걸쳐 균일한 압력 강하를 필요로한다.
균일하지 않은 코팅 갭에 의해 야기될 수있는 압력 강하의 차는 습윤 코팅층에서 불균일성을 야기한다. 이것은 도 4에 도시되어 있으며, 도 4는 제1 패스 코팅으로부터 유도된 컬(curl)은 포일이 백킹 롤(500) 상에 편평하게 놓이지 않도록 하는 것을 도시한다.
상기 슬롯 다이와 기판 사이의 비평행 갭은 습윤 코팅층이 불균일하도록 한다. 이 불균일성은 불균일한 코팅 갭과 그에 따른 슬롯 다이에서 나오는 코팅 유체압력 차의 직접적인 결과이다.
이상적인 배터리 성능은 일반적으로 코팅이 금속 박 기판상에서 균일해야 한다. 균일하지 않은 코팅은 리튬-이온 농도의 차이를 초래하여 배터리에 핫 스팟을 생성하여 배터리 수명 및/또는 성능을 저하시킬 수 있다.
기존의 종래 기술의 다른 잘 알려진 문제점은, 양면 코팅된 전극이, 이전에 코팅되고 건조된 포일(박)의 롤이, 예를 들어 낮은 습도 환경 제어 저장 챔버/룸, 또는 캘린더링(callendering)에 앞서 진공 건조 단계가 수행되는 진공 챔버와 같은 기후 제어 환경에 있어서, 어떤 시간 간격 동안, 전형적으로 수 시간으로부터 수 일까지 동안 유지되는 중간 "건조(물기 또는 습기 말림: dry-down)" 기간을 거쳐야 한다는 것이다. 이것은 시간 소모적이지만, 전극 코팅의 양면에서의 잔류 용매 레벨을 동일한 농도로 만들기 위해 필요하다.
이러한 추가적인 진공 건조 단계 없이 전극을 캘린더링하면, 전극의 상부 및 하부가 상이한 밀도 및 공극율을 가지게 되며, 이는 허용될 수 없다.
또 다른 문제는, 전극의 한 면이 두 번 건조되기 때문에, 전극의 조성물이 잔류 용매, 밀도, 공극율 및 심지어 결합제 분포 측면에서 한쪽에서 다른 쪽으로 다르다는 것이다. 이 공정에서 생성된 결과적인 배터리 전극은, 전극 내의 잔류 용매 레벨을 더 감소시키기 위해 추가적인 진공 건조 단계(또는 건조 기간)를 거쳐야한다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예의 목적은 상기 단점을 수반하지 않는 기판의 양면 코팅을 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
종래 기술의 문제점들은 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들에 의해 극복되었으며, 이는 배터리 전극으로서 유용한 기판과 같은 기판을 코팅하기 위한 양면 코팅 시스템 및 방법에 관한 것이다.
어떤 실시 예에서, 상기 시스템은 건조기 및 기판의 리와인드 사이에 위치된 인라인 캘린더 스테이션으로; 이는 예를 들어, 기판(또는 웹)의 주행 방향으로, 건조기의 하류, 및 리와인드의 상류에 위치된다.
본 명세서에 개시된 실시 예에서, 용어 "인라인(inline)"은 제2 공정 동작에 들어가기 전에 상기 웹의 권취(winding) 및 후속하는 풀림(unwinding) 없이 기판의 연속적 웹상에 제1 공정 운전을 수행하는 것을 지칭한다. 이어서, 제2 동작은 상기 제1 동작에 대해 인라인으로 수행되는 것으로 정의된다.
또한, 상기 일련의 공정 동작들 사이에서 처리되는 웹의 중간 와인딩 및 언 와인딩없이 수행되는 일련의 공정 동작은 그에 따라 인라인으로 수행되는 것으로 기술된다.
따라서, 상기 용어 "인라인"은 오프-라인(off-line) 공정 단계와 구별되며, 후자는 상기 오프-라인 단계 이전에 적어도 하나의 중간 와인딩 단계(또는 다른 웹 어큐뮬레이션 저장 수단) 및 후속 언와인딩 단계(또는 다른 디어큐뮬레이션 저장 수단)에 의해 수행된다.
어떤 실시 예에서, 캘린더 동작은 건조기의 바로 하류(직하류)에 위치되고; 진공 건조기 또는 건조 기간 동안 기판이 유지되는 제어된 분위기 챔버/룸과 같이, 기판을 처리하는 중간 기기는 건조기와 캘린더 사이에 위치되지 않는다.
이러한 시스템 및 방법의 장점은, 단면 코팅 동작들에 비해 두 배의 처리량(스루풋),탄뎀 코팅 라인에 비해 보다 작은 기기 설치 면적(풋프린트), 탄뎀 코팅 라인들에 비해 자본 비용과 운영 비용이 적으며, 기판의 주름 문제가 적다는 점들을 포함한다.
어떤 실시 예에서, 상기 시스템 및 방법은 건조기를 나오는 기판의 수분 함량을 제어함으로써, 캘린더링 이전에 습기 말림 기간 또는 진공 건조의 필요성을 제거한다.
따라서, 어떤 실시 예에서, 웹과 같은 기판을 코팅하기 위한 시스템이 제공된다.
상기 시스템은 단일 패스로 기판의 양면의 코팅이 수행되는 코팅 스테이션 및 코팅된 기판이 건조되는 건조 스테이션을 포함할 수 있다.
어떤 실시 예에서, 기판의 양면의 코팅이 동시에 수행된다.
기판의 양면이 한번에 건조되기 때문에, 기판의 양면상의 코팅 조성물은 잔류 용매 레벨, 밀도, 공극율 및 결합제(바인더) 조성물을 포함하여, 동일하거나 실질적으로 동일한 특성을 갖는다.
어떤 실시 예에서, 건조는, 기판이 건조기를 빠져 나갈때 소정의 잔류 용매 함량이 남도록 수행된다. 이는 진공 건조와 같은 2차 건조 공정을 먼저 수행하지 않고 후속 캘린더링 공정이 수행될 수 있도록 한다.
어떤 실시 예에서, 상기 시스템은 단일 패스에서의 기판의 제1 및 제2 면을 코팅하기 위한 것으로, 기판의 제1 면에 제1 코팅 층을 도포하기 위한 제1 코터; 상기 기판의 제2 면에 제2 코팅층을 도포하기 위한 제2 코터; 기판이 건조기를 빠져나갈 때 제1 코팅층 및 제2 코팅층이 소정 또는 미리 결정된 레벨의 잔류 용매를 유지하도록 상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 건조시키기 위해 제2 코터의 하류에 있는 건조기; 및 건조기의 하류에 위치하여 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 캘린더링하기 위한 캘린더를 포함한다.
어떤 실시 예에서, 기판은 금속 박이고, 평면이며, 제1 면은 제2 면과 반대이다.
본 발명의 방법적 관점에서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 단일 패스로 기판의 양면을 코팅하는 방법에 관한 것으로, 상기 기판의 제1 면에 제1 코팅층을 도포하는 단계; 상기 기판의 제2의 대향 면을 도포하고, 이어서 미리 결정된 레벨의 잔류 수분으로 건조기에서 기판상의 코팅을 건조시키는 단계; 캘린더링 전에 2차 건조 공정을 행함이 없이 기판을 캘린더링하는 단계를 포함한다.
어떤 실시 예에서, 2차 건조 단계는 상기 캘린더링 공정에 이어 수행된다.
바람직한 실시 예에서, 상기 2차 건조 단계는 상기 캘린더링 공정에 이어 인라인으로 수행된다.
어떤 실시 예에서, 기판의 제1 및 제2 면은 동시에 코팅된다.
동시적 양면 코팅을 통해 양면 코팅의 정렬이 향상되었다.
어떤 실시 예에서, 캘린더링 동작 이전에 기판의 진공 건조 또는 습기 말림 기간이 수행되지 않는다.
어떤 실시 예에서, 건조는 비접촉 방식으로 수행되며, 예를 들어 건조기 구성 요소와 접촉하지 않고 건조기 하우징 내에 기판이 부유되는 부유식 건조기를 사용하여 수행된다.
본 발명의 이들 및 다른 비 제한적인 관점 및/또는 목적은 하기에서 보다 구체적으로 설명된다. 본 명세서에 개시된 실시 예들의 보다 명백한 이해를 위해, 본 발명의 일부를 형성하는 첨부 도면 및 상세한 설명란이 이어진다.
본 명세서에 개시된 실시 예는 다양한 구성 요소 및 구성 요소의 배열, 및 다양한 프로세스 동작 및 프로세스 동작의 배열로 형성될 수 있다.
도면은 바람직한 실시 예를 설명하기 위한 것이 목적이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안된다.
도 1은 종래 기술에 따른 단일 패스 코팅 레이아웃의 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 탄뎀 코팅 레이아웃의 개략도이다.
도 3은 종래 기술에 따라 컬링된 기판의 도면이다.
도 4는 종래 기술에 따라 코팅된 기판의 개략도이다.
도 5는, 어떤 실시 예에 따른 기판의 양면(이중 면) 코팅을 위한 시스템의 개략도이다.
도 6은, 대안적인 실시 예에 따른 기판의 양면(이중 면) 코팅을 위한 시스템의 개략도이다.
도 6a는, 대안적인 실시 예에 따른 제어기를 포함하는 기판의 양면 코팅을 위한 시스템의 개략도이다.
도 7은, 대안적인 실시 예에 따른 기판의 양면 코팅을 위한 시스템의 개략도이다.
도 8은, 대안적인 실시 예에 따른 기판의 양면 코팅을 위한 시스템의 개략도이다.
도 9는, 어떤 실시 예에 따른 슬리터(slitter)로 슬릿되는 기판을 도시한 도면이다.
도 10은, 어떤 실시 예에 따른 습식 적층을 포함하는 기판의 양면 코팅을 위한 시스템의 개략도이다.
도 11은 어떤 실시 예에 따라 설정된 에지 코팅의 도면이다.
도 12는 어떤 실시 예에 따른 인라인 2차 건조 동작의 개략도이다.
도 13은 인라인 2차 건조 동작의 다른 실시 예의 개략도이다.
본 명세서에 개시된 구성 요소, 프로세스(공정), 시스템 및 장치에 대한 보다 완전한 이해는 첨부 도면을 참조하여 얻을 수 있다. 도면은 단지 본 발명을 설명하는 편의성 및 용이성에 기초한 개략적인 표현일 뿐이므로, 장치 또는 그 구성 요소의 상대적인 크기 및 치수를 나타내거나 및/또는 예시적 실시 예의 범위를 한정 또는 제한하도록 의도된 것은 아니다.
설명의 명확성을 기하기 위해 다음의 설명에서 특정 용어가 사용되지만, 이들 용어는 도면에 예시하기 위해 선택된 실시 예의 특정 구조만을 지칭하도록 의도된다. 이하의 도면 및 이하의 설명에서, 유사한 숫자 표시는 유사한 기능의 구성 요소를 지칭하는 것으로 이해되어야한다.
단수 형태("a", "an" "the")의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 다양한 장치 및 부품들은 다른 구성 요소를 "포함하는(comprising)"것으로 설명될 수 있다. 본 명세서에서 사용 된 용어 "포함하다(comprise(s), 포함하다(include(s)", "갖는", "가지다", "할 수 있다", "함유하다" 및 이들의 변형은 부가적 구성 요소들의 가능성을 배제하지 않는 전환 문구, 용어 또는 단어들의 개방 형태인 것으로 이해된다.
본원에 개시된 모든 범위는 인용된 엔드포인트 및 독립적 조합을 포함한(예를 들어, "2 인치 내지 10 인치"의 범위는 2 인치 및 10 인치, 및 모든 중간 값을 포함하도록 엔드포인트를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 근사 언어는 관련된 기본 기능의 변화없이 결과적으로 변할 수 있는 임의의 정량적 표현을 변경하기 위해 적용될 수 있다. 따라서, "약" 및 "실질적으로"와 같은 용어에 의해 수정된 값은 경우에 따라 지정된 정확한 값으로 제한되지 않을 수 있다. 수식어 "약(about)"은 두 엔드포인트들의 절대 값으로 정의된 범위를 기술하는 것으로 간주해야 한다. 예를 들어, "약 2 내지 약 4"라는 표현은 또한 "2로부터 4까지"의 범위를 기술한다.
본 명세서에서 사용되는 많은 용어는 상대적인 용어임을 주목해야 한다. 예를 들어, "상부" 및 "하부"라는 용어는 위치에서 서로에 대해 상대적이다. 즉, 상위 구성 요소는 하위 구성 요소보다 높은 고도에 위치해야 한다.
구조의 특정 방향 또는 위치를 요구하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
다른 예로서, "내부", "외부", "내측" 및 "외측"과 같은 용어들은 중심을 기준으로하며, 구조물의 특정 배향 또는 위치를 요구하는 것으로 해석되어서는 안된다.
용어들 "상부" 및 "하부"는 절대 기준, 즉 지구 표면과 관련이 있다. 다시 말해서, 최고 위치는 항상 지구 표면을 향한 바닥 위치보다 높은 고도에 위치한다.
용어들 "수평" 및 "수직"은 절대 기준, 즉, 지면 레벨과 관련된 방향을 나타내는 데 사용된다. 그러나, 이러한 용어들은 구조들이 서로 절대적으로 평행하거나 절대적으로 직교하도록 요구되는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 명세서에 사용된 "본질적으로 구성되는"이라는 용어는 청구의 범위를 특정한 물질 또는 단계로 제한하거나 또는 청구범위에 주장된 요지의 기본 및 신규한 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 것들로 제한하기 위해 사용된다. 상기 용어는 고려되는 장치의 기본적이고 또한 신규한 특성들에 실질적으로 영향을 주지 않는 요소들을 포함할 수 있다.
따라서, "~으로 본질적으로 구성된다" 또는 "~으로 본질적으로 구성되는"은, 기재된 실시 예, 특징, 구성 요소 등이 반드시 존재해야 하고 또한 그의 존재가 실질적으로 성능, 캐릭터, 또는 기재된 실시 예, 특징, 구성 요쇼 등에 영향을 미치지 않을 경우 다른 실시 예들, 특징, 구성 요소 등이 존재해야 한다는 것을 의미한다.
예를 들어, 거의 모든 잔류 용매를 제거하기 위해 부유식 건조기와 캘린더링 동작 간의 진공 건조 단계 또는 다른 습기 말리기 동작의 포함은 청구범위에 기재된 요지의 기본적이고 신규한 특성들에 실질적으로 미치는 것으로 간주된다.
도 5를 참조하면, 어떤 실시 예에 따른 양면 코팅, 건조 및 캘린더링 시스템(180)이 도시되어 있다.
커런트 콜렉터와 같은 기판(20)은 언와인드 롤러(22) 주위에 감겨진 것으로 도시되어 있다.
어떤 실시 예에서, 커런트 콜렉터는 리튬-이온 배터리와 같은 배터리용 전극으로서 사용하기에 적합한 금속 박이다. 일반적으로 금속 박은 양극(애노드)에 대해서는 구리이고 음극(캐소드)에 대해서는 알루미늄이다.
통상의 기술자는 커런트 콜렉터 이외의 기판도 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법에 사용될 수 있으며, 금속 박(metal foil) 커런트 콜렉터 기판은 단지 예시적인 실시 예임을 이해할 것이다.
어떤 실시 예에서, 상기 기판(20)은 일반적으로 평평하고, 제1 및 제2의 기다란 측면들을 포함하며, 이때 상기 제1 면은 제2 면에 대향된다.
도 5에 도시된 실시 예에서, 제1 면(20A)은 제1 코팅 헤드(24)로 코팅되고, 제2 면(20B)은 제2 코팅 헤드(28)로 코팅된다. 코팅 동작은 동시에 또는 거의 동시에 수행될 수있다. 백킹 롤(25)은 제1 코팅 헤드(24)로의 코팅 적용 동안 기판(20)을 지지하기 위해 사용될 수 있다.
상기 기판(20)의 제1 및 제2 면들에 도포되는 적절한 코팅은 특별히 제한되지 않는다.
전극들이 제조되는 실시 예에서, 코팅은 전형적으로 흑연(애노드의 경우) 및 리튬(예를 들어, 캐소드의 경우 산화 리튬) 및 결합제(바인더)와 같은 활성 물질을 포함할 수 있는 슬러리이다.
상기 활성 물질은 전형적으로 90 중량%보다 많은 양으로 존재한다. 도전성 첨가제, 결합제 및 농조화제(thickening agent)와 같은 다른 첨가제 물질들이 포함될 수도 있다.
결합제 함량은 전형적으로 약 1% 내지 약 10%의 범위이며, 보다 적은 양이 바람직하다. 적합한 결합제는 TEFLON(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드, SBR 라텍스 등을 포함한다.
전형적인 목표는 최적의 배터리 성능과 수명을 유지하면서 활성 물질 함량을 최대화하는 것이다. 기판(20)의 각 면에 도포된 코팅은 동일하거나 상이할 수 있고, 동일한 양 또는 다른 양으로 도포될 수 있다.
전극이 제조되는 실시 예에서, 일반적으로 기판(20)의 각 면에 도포되는 코팅은 동일하고 비슷한 양, 예를 들어 비슷한 두께로 도포된다.
일단 기판(20)의 제1 및 제2 면이 코팅되면, 상기 기판(20)은 건조기(30)로 향한다.
어떤 실시 예에서, 건조기(30)는 부유식 건조기이며, 그 이유는 도포된 코팅(및 기판)의 손상을 피하기 위해 기판이 건조 동안 기판(20)이 비접촉식으로 지지되는 것이 바람직하기 때문이다.
건조 동안 기판(또는 웹)을 비접촉식으로 지지하기 위한 하나의 적절한 장치로는, 기판이 주행(이동)하는 수평 상부 및 하부 세트의 노즐 또는 에어 바들을 내장하는 건조기 하우징을 포함한다. 상기 에어 바로부터 발생하는 열풍은 건조기(30)를 통과하여 나아갈 때 웹을 건조시키고 지지한다.
상기 건조기 하우징은, 예를 들어, 그에 대한 물의 건조, 코팅, 용매 등의 건조의 결과로서 기판으로부터 방출 수분 또는 기타 휘발성 물질을 인출하는 배기 송풍기 등에 의해 약간의 대기압 이하로 유지될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 에어 바는, 에를 들어, 높은 열전달 및 우수한 부유 특성을 나타내는, 바브콕 앤드 윌콕스 메그텍 엘엘시 Babcock & Wilcox Megtec, LLC)로부터 상업적으로 입수할 수 있는 HI-FLOAT® 에어 바와 같은 코안다(Coanda) 효과를 나타내는 부유 노즐(들)을 포함할 수 있다.
이러한 코안다 부유 노즐을 갖는 전형적인 건조기 구성에는, 상부 및 하부 대향 노즐 어레이들이 제공되며, 이때 하부 어레이의 각 노즐(단부 노즐 제외)은 상부 어레이의 두 노즐 사이에 위치되고; 즉, 상부 및 하부 노즐은 서로에 대해 엇갈려(스태거) 위치되어 있다.
통상의 기술자는, 건조기(30) 내의 노즐의 다른 구성이 사용될 수 있고, 또한 건조 및/또는 부유는, 코팅층의 부유 및 적절한 건조 또는 경화를 효과적이고 효율적으로 달성하기 위해 적외선, 자외선, 전자 빔, 또는 전술한 것의 임의의 조합을 포함하는 다른 기술을 사용하여 수행되거나 향상될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 하나 이상의 노즐들은 홀-어레이 바와 같은 복수의 개구들을 갖는 직접 충돌 노즐 또는 하나 이상의 슬롯을 갖는 직접 충돌 노즐과 같은 직접 충돌 노즐 일 수 있으며, 이들은 부유식 노즐보다 소정의 공기량 및 노즐 속도에 대한 더 높은 열 전달 계수를 제공한다.
상기 홀-어레이 바와 슬롯 바 사이에서, 상기 홀-어레이 바는 동일한 노즐 속도에서 소정(또는 미리 결정된) 공기량에 대해 보다 높은 열전달 계수를 제공한다.
상기 부유식 건조기(30)는 전체 건조기 길이에 걸쳐 대류 노즐로부터 설정 공기 온도 및 설정 에어 제트 속도를 갖는 단일 영역으로 구성될 수 있으며, 바람직한 실시 예에서는, 각각, 독립적인 설정 공기 온도 및 공기 속도 설정을 갖는 둘 이상의 영역으로 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 하나 이상의 영역들은, 건조기에서 전체 건조 시간 내에 건조 프로파일의 주어진 단계에서 코팅 층의 가열 및 건조를 향상시키기 위해, 적외선, 자외선, 전자 빔 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 전술한 기술들을 포함할 수 있다.
어떤 실시 예에서, 건조기(30) 내의 기판(20)상의 코팅 층의 건조 또는 경화는 기판(20)이 건조기(30)를 빠져나갈 때 코팅으로부터 소정 레벨의 잔류 용매가 유지되도록 조절된다. 잔류 용매 로드는 소망하는 코팅 두께 또는 밀도를 달성하기 위해 요구되는 후속하는 캘린더링 힘에 영향을 미치고; 보다 큰 잔류 용매 로드는 필요로 하는 두께와 밀도를 달성하는 데 필요한 캘린더링 힘을 감소시킨다.
어떤 실시 예에서, 약 25% 내지 약 40%, 바람직하게는 약 30% 내지 약 35%의 공극율을 달성하는 것이 바람직하다. 캘린더링으로부터의 두께 감소 및 그에 따른 공극율 감소는 전형적으로 40 내지 약 35% 범위이다.
코팅된 전극 공극률은 전형적으로 약 50 내지 60%의 범위이며, 대부분은 종종종 개별 성분의 실제 밀도 및 전극 제제에서 이들의 상대 백분율을 사용하여 계산된다.
전극 코팅들이 입자 크기 및 입자 형태에 기초하여 건조 공정 동안 건조하고 콤팩트하데 되거나 다르게 정착하기 때문에 공극률을 정확하게 측정하거나 예측하기가 어렵다.
어떤 실시 예에서, 약 0.05% 내지 약 5% 사이로부터의 잔류 용매 레벨이 기판(20) 상에 유지되도록 건조가 행해지며, 이때 보다 바람직한 용매 레벨은 0.2% 내지 2%의 범위에 있다.
균일한 코팅 두께가 목적이며, 어떤 실시 예에서, 당업계에 공지된 방법에 의해 측정된, 약 1 미크론 내의 두께 편차가 바람직하다.
기판(20)의 양 면들이 건조기(30)를 한번만 통과하기 때문에, 도포된 코팅의 특성(예를 들어, 잔류 용매 레벨, 공극율, 밀도, 결합제 조성 등)은 기판이 건조기를 빠져나갈 때 동일하거나 실질적으로 동일하다.
당해 분야의 통상의 기술자는, 예를 들어, 슬러리의 요구되는 특성에 따라 발명의 명세서에 개시된 실시 예에서 혼합되고, 코팅되고, 처리될 배터리 전극 슬러리의 제조에 있어서 용매들에 대한 다수의 선택이 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 유기 용매((예를 들어, N-메틸-피롤리돈(NMP))에 부가하여, 물은 특정 슬러리 제조(예를 들어, 수성 전극 슬러리/코팅)에 대해 통상적으로 사용되는 용매이다.
따라서, 잔류 용매는, 예를 들어, 처리될 전극 슬러리의 성분들로서 존재할 수 있는 물 또는 유기 용매를 지칭할 수 있으며, 그에 따라, 건조 또는 추가적인 처리 후 생성물에 남아있는 수분은 "잔여 수분" 또는 "잔여 용매"로 지칭될 수 있다.
전형적으로, 모든 건조 동작이 완료된 후의 목표 잔류 용매 레벨(예를 들어, 셀 조립 직전의 잔류 용매 레벨)은 5% 또는 그 미만이고, 종종 200 ppm 미만이고, 100 ppm 미만일 수 있다.
그러나, 어떤 실시 예에서, 캘린더링을 돕기 위해, 제1 건조 동작은 최종 목표로 되는 잔류 용매 레벨보다 높은 잔류 용매 레벨을 달성하도록 실시된다. 예를 들어, NMP가 용매이고 목표로 하는 최종 잔류 용매 레벨이 100 ppm 미만인 어떤 실시 예에서, 원하는 두께/공극율로 캘린더링하기 위해 필요한 힘의 양을 효과적으로 감소시키기 위해 제1 건조기를 빠져나갈 때의 잔류 용매 레벨이 약 1.5%가 되도록 제1 건조 동작이 수행될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 잔류 용매 레벨을 최종 목표량(예를 들어, 400 ppm 미만, 바람직하게는 200 ppm 미만, 어떤 경우레는 100 ppm 미만)으로 감소시키기 위해 하류에서 2차 건조 동작이 수행될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 건조기(30)를 빠져 나가면, 다음에 기판(20)은 인라인 캘린더링 동작을 받는다.
어떤 실시 예에서, 상기 인라인 캘린더링 동작은, 기판이 건조기(30)를 빠져 나간 직후에 수행된다.
어떤 실시 예에서, 건조기(30)와 캘린더 사이에는. 전형적으로 프로세스 라인으로부터 기판의 롤이 제거되고, 진공 건조되는 별도의 오프 라인 진공 건조 ㅇ오븐 내에 위치되거나, 또는, 제어된 대기 저장 챔버/룸에 위치되고, 다음에, 롤 대 롤 공정 라인으로 다시 위치되어, 스타트업 및 셧다운 스크랩 생성을 야기하는, 오프-라인 진공 건조 동작 또는 습기 말림(dry-down) 기간과 같은 오프-라인 동작이 없다.
따라서, 어떤 실시 예에서, 초기 건조 및 캘린더링은 임의의 중간 오프 라인 동작 또는 장치 없이 수행된다.
어떤 실시 예에서, 기판(20)을 양면 코팅하기 위한 장치 및 프로세스 단계의 모든 것은 오프 라인 요구 사항 없이 언와인드 롤과 리와인드 롤(또는 슬리팅/셀 프로세싱) 사이에서 수행된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 캘린더링은, 2개의 대향 롤러들(32A, 32B) 사이에 형성된 닙(nip) 또는 갭 사이에 기판(20)을 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 통상적인 시스템과 달리, 캘린더링 동작 전에 중간 진공(또는 다른) 건조가 필요하지 않다.
어떤 실시 예에서, 건조기(30)에서 건조한 후 잔류 용매 또는 잔류 수분이 코팅 층에 유지되기 때문에, 잔류 용매 또는 잔여 잔류 수분은 가소제와 같이 작용할 수 있어서 코팅된 기판을 치밀화하는데 필요한 압축력의 양을 원하는 두께로 감소시킬 수 있다.
어떤 실시 예에서, 롤 직경은 캘린더링 힘으로부터의 롤 대 롤 표면 왜곡을 최소화하도록 설계된다.
어떤 실시 예에서, 롤들(32A, 32B)은 강(스틸)으로 제조되고, 연마 및/또는 크롬 도금된다.
다른 실시 예에서, 롤들(32A, 32B)은 적층 공정을 개선하기 위해 변형될 수 있으며, 그에 따라 고무 또는 다른 엘라스토머로 제조될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 상기 롤들 중 하나만 변형 가능하다. 롤들 사이의 닙은 일정한 힘에 의해 제어될 수 있지만, 고정된 갭 제어에 의해 제어될 수도 있고, 또는 일정한 힘과 고정된 갭 제어의 조합에 의해 제어될 수도 있다.
캘린더링은 상승된 온도에서 수행될 수 있다. 적절한 캘린더링 온도는 대략 주위 온도(예를 들어, 25℃) 내지 약 100℃의 범위이다. 적층의 경우, 예를 들어 배터리 분리기가 캐소드 포일과 애노드 포일 사이에 적층되는 경우 더 높은 온도가 사용될 수 있다.
당업계에 공지된 바와 같이 캘린더 롤들 중 하나 또는 둘 모두를 가열함으로써 주위보다 높은 캘린더 온도가 달성될 수 있다.
기판의 적절한 이송 속도는 특별히 제한되지 않으며, 약 0.1 미터/분 내지 약 50 미터/분일 수 있으며, 약 200 미터/분만큼 높을 수도 있다.
어떤 실시 예들에 있어서, 인라인 2차 건조 단계는 캘린더링 후에 수행될 수도 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 2차 건조기(34)는, 캘린더링 동작의 하류에 위치되어 기판상의 코팅을 추가로 건조시키고 잔류 용매 레벨을 최종 목표 값으로 감소시킬 수 있다.
어떤 실시 예에서, 5% 이상의 유입 용매/수분 레벨이 0.1 내지 2% 범위의 전형적인 값으로 2차 건조기에 들어가는 코팅에 포함될 수 있다.
조절된 건조 분위기 습도 레벨을 갖는 80 내지 180℃ 범위의 온도에서 가열 된 공기로부터 인가된 대류는 코팅에 있어서의 잔류 용매/수분 레벨을 전형적으로 400 ppm 미만, 바람직하게는 200 ppm 미만의 목표 값으로, 때로는 셀 제조에 있어서의 용매/수분 잔류물 요구 사항에 따라 100 ppm 미만으로 건조시킨다.
비록 부유식 건조기가 2차 건조기로 사용될 수 있지만, 롤러와 같은 기기와의 접촉에 의해 코팅이 더 이상 손상되지 않기 때문에 이 공정 단계에서 기판의 비접촉 지지는 필요하지 않다.
어떤 실시 예에서, 2차 건조기는 건조 인클로저 내측에서 기판의 연속 웹을 함유하고 이송하도록 구성되며, 여기에서 웹은 사전 건조 단계에서 코팅이 고화되거나 경화되는 상태로 구불구불하거나 또는 "페스툰(festoon)" 형 경로에서 안내된다.
상기 배치는 코팅된 기판의 양면을 건조 분위기에 노출시키면서 2차 건조기의 부피 내에 포함되는 실질적 누적 길이의 웹 경로를 제공한다. 1/2 분 내지 5분의 범위에 있는 건조 시간들과 같은 비교적 긴 노출 시간은 평면형 또는 아치형 롤지지 오븐과 같은 다른 웹 경로 배치와 비교하여 더 작은 부피의 설치면적(풋프린트)에서 달성될 수 있다. 노출 시간은 페스툰의 누적 경로 길이를 건조될 기판의 운반 속도로 나눔으로써 계산될 수 있다. 10 내지 50 미터의 총 누적 경로 길이는 낮은 관성 롤러 또는 구동 롤러로 달성할 수 있는 100m 이상의 누적 경로 길이로서 실용적이다.
어떤 실시 예에서, 웹 경로는 기판 또는 웹(20)과 접촉하여 도 12에 도시된 바와 배치되어 있는 복수의 롤러들에 의해 규정될 수 있으며, 각각의 롤러는 웹이 주행할 때 웹의 경로를 변경하고 각각의 롤러 주위로 안내된다.
도 12에 도시된 바와 같이. 전기 히터(80)로부터 가열되고 조절된 건조 공기(1)의 공급이, 건조 분위기를 생성/제어하기 위해 2차 건조기(34)의 건조 인클로저에 도입된다. 건조 인클로저에서 재순환된 공기(2)는 공기 처리 시스템으로 다시 재순환된다.
어떤 실시 예에서, 상기 공기 처리 시스템은 건조제 건조기(81)를 포함할 수 있으며, 상기 건조제 건조기(81)는 탈착을 위한 건조제 건조기 2차 공기(9)(일반적으로 대기)를 수용하고, 이는 가열기(83)에 의해 가열되어 탈착을 위한 가열된 건조제 건조기 2차 공기(10)를 생성한다.
건조제 건조기(81)로부터 생성된 결과적인 공기조화된 공기(8)는 순환 송풍기(85)로 공급된 다음, 가열기(80)로 도입된다.
건조제 건조기 2차 공기 배출구(11)는 팬(82)으로 배출될 수 있다. (60℉ 듀 포인트 미만으로 초기 습도를 감소시키고 먼지, 에어로졸 등과 같은 미립자 오염 물질을 제거하기 위해 적절한 HVAC 유닛에 의해) 여과되고 미리 컨디셔닝된 일반적으로 주위 공기인 메이크 업 공기(6)가 재순환 및 메이크업 공기(7)의 혼합물을 형성하도록 결합될 수 있으며, 이는 건조제 건조기(81)로 재순환된다.
건조제 건조기(81)로는, 문터스(Munters)로부터 상업적으로 구입할 수 있는 것들과 같은 회전자형 건조기를 포함한다.
어떤 실시 예에서, 2차 건조기(34)의 웹 입구 및 출구 슬롯은 에어 시일부를 가질 수 있고, 건조기 인클로저/에어 시일부 웹 입구 및 출구 슬롯으로부터의 공기의 배출은 각각 3 및 4로 도시되어있다.
어떤 실시 예에서, 2차 건조기(34)의 내부는 웹 경로를 건조기 내 및 밖으로 각각 안내하기 위한 웹 입구 가이드 롤러(95) 및 웹 출구 가이드 롤러(96)를 포함한다. 복수의 롤러(70A 내지 70K)는 바람직하게는 쌍으로 배열되고 이들 롤러 쌍들 사이의 설정 거리까지 건조기 프레임 내에 지지된다.
웹은 접선 지점(71A)에서 감싸고 빠져나감으로써 제1 롤러(70A) 주위로 안내되고 지지부 거리만큼 제1 롤러(70A)로부터 이격된 제2 롤러(70B)의 접선 진입 지점(71B)에 의해 규정된 경로를 따른다. 제2 롤러(70B)를 둘러싼 후, 웹(20)은 출구 접선 지점(72B)에서 제2 롤러(70B)를 빠져나가고, 바람직하게는 제1 롤러(70A)에 인접한 제3 롤러(70C)의 진입 접선 진입 지점으로의 경로를 취한다. 이 패턴은 한 쌍의 롤러에 의해 정의된 복수의 스트랜드에 의해 형성된 롤러 주위의 누적 웹 경로를 규정하기 위해 교대로 반복된다.
이에 따라, 상부 롤러(70A 및 70C)들은 롤러(70C 및 70E, 70E 및 70G, 및 70G 및 701)와 같이 인접하거나 이웃하고(서로 옆에 있는) 있다. 이와 유사하게, 하부 롤러(70B 및 70D)들은 롤러(70D 및 70F, 70F 및 70H 및 70H 및 70J)와 같이 인접하거나 이웃하고(서로 옆에 있는) 있다. 롤러들의 수는 특별히 제한되지 않는다.
상기 배치는 도시된 바와 같이 수직일 수도 있고 또는 수평일 수도 있으며 건조 인클로저에 이용가능한 공간에 도움이 될 수 있는 임의의 웹 스트랜드 경로 각도로 될 수 있다. 롤러들 주위의 랩 각도는 도시된 바와 같이 180°일 수 있고, 또는 예를 들어 노즐에 맞도록 90° 내지 180°를 약간 초과할 수 있으며 가장 컴팩트하다.
롤러들은 프레임 등(도시되지 않음) 상에 지지될 수 있다. 상기 웹(20)은 건조기(34)를 빠져나가서 리와인드 롤(36)에 감길 수 있다.
도 13은, 도 13의 롤 대 롤(roll-to-roll) 배치가 아니라 롤 대 다이렉트 프로세스(roll-to-direct process) 배치인 것을 제외하고 유사한 실시 예를 도시한다. 따라서, 리와인드 동작이 제거되고, 기판은 2차 건조기(34)를 빠져나간 직후에 후처리(예를 들어, 슬리팅 동작)로 보내진다.
2차 건조기에서의 건조 분위기는, 바람직하게는 2차 건조 인클로저와 연통하여 추가로 가열 코일을 통해 또한 2차 건조기 인클로저 내에서 건조 공기를 순환시키는 수단을 제공하는 팬 등과 연통하여 예를 들어 전기, 증기 또는 열 유체 코일에 의해 바람직하게는 180℃ 까지의 상승 온도로, 보다 바람직하게는 80 내지 140℃의 범위로 가열된다.
어떤 실시 예에서, 순환 공기는, 웹 경로 스트랜드 근처 및 사이에 장착된 노즐 또는 블로우 박스(90)로 순환 공기를 덕트화함으로써 가열되고 조절된 후 지지 경로 롤러들 사이에서 웹 경로 스트랜드들과 접촉하게 된다.
어떤 실시 예에서, 공기는 웹 경로 스트랜드들을 따른 (웹 주행 방향에 대해) 병류(co-current) 경로에서 또는 대안적으로 (웹 주행 방향에 대해) 역류 경로에서 건조 분위기를 순환시킴으로써 웹과 접촉하도록 유도될 수 있다.
바람직한 실시 예에서, 건조 공기는, 웹으로 대류 열 전달을 제공하는 노즐 또는 블로우 박스(90)로부터 나오는 에어 제트에 의해 웹과 접촉하게 된다. 에어 제트는 웹 표면에 열 전달 계수를 제공하도록 구성된 슬롯 또는 어레이 또는 홀 또는 다른 개구 형상들로부터 배출될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 에어 제트는 섭씨 도당 평방 미터당 10 내지 50 와트의 범위에서 웹 표면에 열 전달 계수를 제공하도록 구성된다.
어떤 실시 예에서, 웹은 선택적으로, 노즐 또는 블로우 박스(90)로부터의 대류 공기에 부가하여 또는 그 대신 적외선 에미터(도시되지 않음)에 의해 가열될 수있다.
어떤 실시 예에서, 페스툰 경로 롤러는 웹이 롤러와 접촉할 때 웹에 열을 전도하기 위해 가열될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 롤러들은, 롤러 저널을 통한 유체 연통으로 로터리 유니온을 통해 롤러를 통해 순환되는 가열된 열 유체에 의해 가열되어 롤러에 있어서의 내측 유동 채널을 통한 열 유체의 유동을 허용할 수 있다.
어떤 실시 예에서, 롤러들은, 롤러의 온도를 제어하고 웹에 전도되는 결과적인 열을 제어하기 위해 실리콘 제어 정류기 장치와 같은 가변 파워 서플라이에 저널을 통해 전기적 도체들에 의해 연결되고 롤러 내에 지지되는 전기적 저항 부재들(예를 들어, 히터 로드)에 의해 내부적으로 가열될 수 있다.
2차 건조기 인클로저 내의 건조 분위기는 건조 분위기로부터 수분 제거를 촉진하기 위해 낮은 습도로 추가로 조절될 수 있다.
예를 들어, 건조 공기의 습도를 감소시키기 위해, 예컨대 습도를 1000ppm 부피에 의한 물 아래로, 바람직하게는 50 내지 200 ppm의 범위로 감소시키기 위해, 건조 공기 건조기 유닛(81) 또는 다른 적절한 공기 건조기가 상기 순환 공기 가열기 및 팬과 연통하여 사용될 수 있다. 2차 건조기 인클로저에 들어가기 전에 습도를 낮추기 위해 메이크업 공기가 유사하게 조절될 수 있다.
2차 건조기 엔클로저의 건조 분위기는, 좁은 웹 입구 및 출구 슬롯에 의해 방으로부터 격리되고 슬롯으로 나가며, 바람직하게는 5 내지 30 파스칼 범위의 실내 압력과 비교하여 약간의 과압을 발생시키는 건조한 밀봉 공기를 주입함으로써 실내 공기가 2차 건조기 인클로저로 유입되는 것을 방지하는 에어 시일(74A, 74B)에 의한 실내 공기 침윤으로부터 추가로 격리될 수 있다.
순환 공기의 일부는 웹 슬롯을 통해 배기 가스로서 배출될 수있다. 선택적으로 배기는, 배출 포트를 통해 2차 건조기 엔클로저로부터 배출되어 건조되는 코팅 된 물질에 존재하는 경우 유기 용매의 축적을 완화시킬 수 있다.
2차 건조 단계 후, 추가적인 프로세스 단계가 수행될 수 있으며, 또는, 기판은 예를 들어 적절한 웹 처리 장치와 함께 이송되어 궁극적으로 롤러(36)에 다시 감길 수 있다.
도 6은, 존재하는 경우 슬리팅 스테이션(39)이 캘린더링 동작 및 2차 건조기의 하류에 제공되는 실시 예를 도시한다.
대안적으로, 상기 슬리팅 스테이션(39)은 캘린더링 동작의 하류에 위치할 수 있으나 2차 건조기의 상류에 위치될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 기판(20)의 슬리팅(그의 예는 도 9에 도시되어 있음)은 예를 들어 현재 수집 탭 부착을 위한 영역을 생성하기 위해 수행될 수 있다.
도 9에 도시된 실시 예에서, 코팅(19)은 흑색으로 도시되고, 기판(20)은 4 개의 섹션(20A, 20B, 20C 및 20D)으로 분할된다. 적합한 슬릿터들(21)은 나이프들을 갖는 전단 슬리터들을 포함한다.
어떤 실시 예에서, 재료의 다수의 슬릿 롤을 리와인드하기 위해 다른 리와인더들이 용될 수 있다.
도 7은 양면 코팅된 기판이 부유식 건조기(32)로 들어가기 전에 적층 단계가 수행되는 실시 예를 도시한다.
언와인드 롤(41)은, 스키브드(skived) TEFLON과 같은 캐리어 웹상에 코팅된 폴리머 전해질과 같이, 기판(20) 상에 적층되는 재료(42)를 풀기 위해 제공된다.
코팅 단계 직후, 팽창된 PTFE(ePTFE) 웹은 건조를 위해 건조기에 들어가기 전에 습식 폴리머 전해질에 습식 적층될 수 있다.
상기 적층은 도 10에 도시된 것과 같은 습식 적층 공정 일 수 있다. 예를 들어, 캘린더링 단계 동안, 기판이 건조기에서 나온 후에 선택적인 (2차) 추가 적층 단계가 수행될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 캐리어 라이너는, 습식 또는 건식 적층 공정을 사용하여 코팅된 기판의 한면 또는 양면에 적층될 수있다. 적층은 또한, 기판 또는 캐리어 상에 직접 적츨하는 코팅 공정, 또는 코팅된 웹 또는 적층 캐리어로 이송되는 간접 코팅 방법 일 수 있다.
습식 적층의 경우, 습윤 코팅층이 손상될 수 있기 때문에 닙(nip)은 사용될수 없다. 대신에, 어떤 실시 예에서, 적층될 필름은 바람직하게는 습윤 코팅 층 근처에 배치된 아이들러를 통해 구동되는 언와인드부로부터 공급된다.
기판상의 적층 지점은 도 10에 도시된 다른 아이들러에서 여기되며 그 위ㅏ에서 기판상의 습윤 코팅이 아이들러 위로 "랩핑"된다. 상기 "래핑"은 지점은 프로세스의 적층 지점을 생성한다.
어떤 실시 예에서, 예를 들어 1차 코팅 헤드에서의 기판의 에지 코팅 또는 공정 흐름의 다른 곳에서와 같은 2차 코팅 적용이 포함될 수 있다. 예를 들어, 2차 코팅 동작은 기존 코팅 스테이션, 제1 습식 적층 스테이션에서 또는 캘린더링 동작 전 또는 후에 수행될 수있다.
예를 들어, 에지 코팅 공정은 훈증 실리카와 NMP에서의 바인더로서 PVDF의 혼합물, 또는 다른 세라믹 형태의 물질들과 같은 절연 코팅일 수 있다.
도 11은 에지 코팅을 위한 일반적인 설정을 나타낸다.
이들 코팅 헤드(60, 81)는 시린지 또는 보다 둥근 개구를 갖는 슬롯 다이와 눈 유사하지만, 이 경우에 한정되는 것은 아니다. 이들 에지 코팅 헤드(60, 61)는 백킹 롤(63)에 대향하여 또는 인장 웹 면 코팅을 위한 프리스팬 다이 근처에 배치 될 수 있다.
다른 실시 예에서, 동일한 슬롯 다이 보디 내의 다수의 슬롯들을 통해 다수의 코팅들을 제공하는 다층 슬롯 다이가 사용될 수 있다. 다층 다이들은 압출기술 분야및 사진 필름 산업에 잘 알려져 있다.
어떤 실시 예에서, 다층, 가변 밀도 전극 또는 다양한 코팅 조성물을 갖는 전극들을 생성하기 위해 일련의 조합된 양면 코팅 및 캘린더링 동작이 결합될 수 있다. 이들 다층 전극은 바람직한 코팅 위치에서 다층으로 코팅될 수 있거나, 또는 일련의 순차적 또는 탄뎀 동시 양면 코팅기들이 직렬로 연결되어, 건조 및 캘린더 다층 또는 가변 밀도 또는 다양한 조성물을 갖는 전극들을 코팅하도록 수행될 수 있다.
어떤 실시 예들에서, 처리 장치 및 저장 요소를 갖는 컨트롤러가 제공될 수있다. 처리 장치는 마이크로프로세서와 같은 범용 컴퓨팅 장치일 수 있다.
대안적으로, 이는 PLC(programmable logic controller)와 같은 특수 처리 장치일 수 있다. 저장 요소는 RAM, DRAM, ROM, 플래시 ROM, EEROM, NVRAM, 자기 매체 또는 컴퓨터 판독 가능 데이터 및 명령을 보유하기에 적합한 임의의 다른 매체와 같은 임의의 메모리 기술을 이용할 수있다.
제어 장치는, 하나 이상의 코팅 헤드, 건조기, 캘린더, 슬리터, 웹 운반 장비, 센서, 등을 포함하여, 시스템의 하나 이상의 작동 장치와 전기적 통신(예를 들어, 유선, 유선)을 할수 있다.
제어기는 또한 시스템 작동 및/또는 본원에 기술된 방법을 수행하는 것과 관련된 하나 이상의 파라미터를 오퍼레이터에게 표시하거나 달리 지시하는 휴먼 머신 인터페이스 또는 HMI와 관련될 수 있다.
저장 요소는 처리 장치에 의해 실행될 때 시스템이 본 명세서에 설명된 기능을 수행할 수 있도록 하는 명령을 포함할 수 있다.
어떤 실시 예에서, 하나 이상의 제어기가 사용될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 양면 코팅 조작을 가능하게 하는 모든 단위 동작은 단일 PLC 시스템에 의해 제어된다.
어떤 실시 예에서, 코팅의 두께 영역들이 소정 레벨을 초과할 때를 식별하기 위해 하나 이상의 센서들이 사용될 수 있다. 상기 하나 이상의 센서들은 PLC에 신호를 전송할 수 있으며, 그 신호에 응답하여 캘린더링 동작이 변경될 수 있다(예를 들어, 캘린더 롤들 사이의 닙 크기를 증가시킴으로써 캘린더 롤들에 대한 손상을 방지하는 데 도움이 된다).
어떤 실시 예에서, 센서들은 레이저 두께 게이지, 초음파 코팅 중량 게이지, 베타 게이지 또는 단순한 기계적 드롭 게이지일 수 있다.
어떤 실시 예에서, 센서들은 무거운 또는 과도한 두께를 감지하고 캘린더 롤의 손상을 방지하기 위해 캘린더의 상류에 있다.
어떤 실시 예에서, 센서들은 캘린더 갭 또는 닙을 제어하기 위해 두께를 감지하고 피드백 제어를 제공하기 위해 캘린더의 하류에 있다.
어떤 실시 예에서, 상류 및 하류 센서가 모두 사용될 수 있다.
도 8은, 애노드 전극 및 캐소드 전극이 동시에 코팅될 수 있는 실시 예를 도시한다.
예를 들어, 기판은, 애노드에 대해서는 구리 및 캐소드에 대해서는 알루미늄으로, 각 면에 도전성 물질로 금속화되거나 코팅된 폴리아미드, TEFLON, 폴리에틸렌 등과 같은 절연 재료의 복합물 일 수 있다.
상기 기판이 시스템을 통과할 때, 애노드 활성 물질은 애노드 코팅 헤드(50)에 의해 구리에 코팅되고, 캐소드 활성 물질은 구리 코팅 헤드(52)에 의해 알루미늄에 코팅된다. 이어서, 양면 코팅된 기판은 상술한 바와 건조되고 캘린더링되며, 슬리팅, 적층 등을 포함한 추가적 단위 동작들이 수행될 수 있다. 그 결과 단일 통합 공정에서 롤 대 롤 권취 배터리 셀로 된다.
실시예
다음의 실시예는 제어기, 제어 요소 및 처리 기기들이 도 6에 도시된 실시 예에 따라 인라인 프로세스로서 어떻게 기능할 수 있는지를 예시한다.
이 실시예는 일련의 프로세스 조건들에 대한 제어 기능의 예시로서만 이해되어야 하며, 현재 개시된 인라인 공정의 동작에서 건조된 제품 요건을 충족시키기 위해 필요에 따라 많은 다른 조건들이 적용될 수 있다.
폭 600 밀리미터 및 두께 15 미크론의 알루미늄 박 기판을 수성 캐소드 슬러리로 양면 코팅하고 건조하여 잔류 수분이 200ppm 미만인 입방 센티미터 당 1.5 그램의 밀도로 면 당 50 미크론의 건조 및 캘린더링 코팅 두께를 생성했다.
선 속도(line speed)(웹의 이송 속도)는 분당 20 미터로 된다. 알루미늄 기판(20)은 언와인드(22)에서 기계적으로 유지되고 풀리는 상기 기판의 롤로부터 연속 웹으로서 공급되고 웹 경로 백킹 롤러(25)를 따르도록 제어된 텐션으로 이송된다.
코팅 헤드(24)에는 적절한 유체 처리 펌핑 시스템(도시되지 않음)으로부터 33% 고형분을 갖는 습윤 코팅 슬러리가 공급되고 제어 장치에서 초기에 설정된 부피 유량으로 슬롯 다이 개구로부터 배출되어, (펌프 속도 및 코팅 헤드(24) 슬롯 다이 갭 및 슬롯 다이 배출로부터 기판까지의 갭 거리를 설정함으로써) 175 미크론의 초기 목표 습식 두께로 습윤 코팅되도록 기판의 제1 면을 코팅한다.
상기 제1 코팅 헤드(24)에 슬러리를 도포한 후, 도포된 코팅의 질량은(선택적으로) 초음파 코팅 중량 게이지(124)(또는 대안적으로 베타 게이지)로 측정되어 현재 한 면에 코팅된 이동 웹상의 코팅의 양을 측정하도록 위치되어, 제2 코팅 헤드의 위치에 도달하기 전에 현재 한 면상에 코팅되는 이동 웹상의 코팅의 양을 측정하도록 한다.
슬러리 성분배합물에 명시된 바와 같이 상기 코팅 중량 측정 및 습식 슬러리에서의 고형물의 특정 비중에 기초하여, 캘린더링된 두께 및 단위 면적당 등가 건조 코팅 질량의 질량-균형 결정이 제어 장치(100)에서 행해질 수 있고 전술한 코팅 중량 밀도 및 두께 사양과 비교했다.
이들 사양 또는 제조 타겟은 휴먼-머신 인터페이스(HMI)(101)를 통해 제어 장치(100) 메모리에 입력된다. 이들 사양은 저장된 다양한 제품 형태 생산 대상들에 대한 용이한 검색 및 변경을 위한 레시피들로서 설정된다. 계산된 코팅 중량이 목표 값과 다른 경우, 새로운 목표 습윤 두께가 제어 장치에서 자동으로 계산되거나(또는 대안적으로 수동 수단에 의해) 제1 코팅 헤드(24)에 공급되는 습윤 슬러리의 부피 유량은 측정 값이 목표 값보다 작은 경우에 증가되고, 또는 측정된 두께 값이 목표 값을 초과하는 경우에 감소된다.
따라서 펌프 속도는 제어 장치에서의 펌프 드라이브로 출력되는 제어 기능에 의해 증가 또는 감소한다.
상기 제1 코터에 있어서의 제1 면에 코팅을 도포(및 선택적인 측정) 한 후, 웹은, 적절한 유체 처리 펌핑 시스템(도시되지 않음)으로부터 33% 고형물을 갖는 습윤 코팅 슬러리가 유사하게 공급되는 제2 코팅 헤드(26) 상에 횡단하며 습윤 코팅으로 기판의 제1 면을 (펌프 속도와 코팅 헤드(26) 슬롯 다이 갭 및 슬롯 다이 배출로부터 기판까지의 갭 거리의 설정을 통해) 175 미크론의 초기 목표 습윤 두께로 코팅하기 위해 제어 장치에서 초기에 설정된 부피 유량으로 슬롯 다이 개구로부터 배출되며 그애 의해 제2 면 코팅을 형성한다.
제2 코팅의 도포에 따라, 제1 코팅 및 제2 코팅 모두의 전체 도포된 질량은 (선택적으로) 건조기에 들어가기 전에 현재 양면 상에 코팅된 이동 웹상의 코팅의 양을 측정하기 위해 위치된 초음파 코팅 중량 게이지(126)(또는 대안적으로 베타 게이지)로 측정된다.
상기 슬러리 제제에 명시된 바와 같이 상기 습식 슬러리 중 고형물의 특정 비중 및 전체 코팅 중량 측정값으로부터 제1 코팅 헤드(24)에 따른 이전의 제1 면 코팅 중량 측정값을 차감한 것에 기초하여 상기 제2 면의 두께 및 단위 면적당 등가 건조 코팅 질량의 결정이 행해질 수 있으며 이전에 50 미크론으로 기술된 두께 사양과 비교된다.
만일 계산된 제2 면 코팅 중량 및 두께가 목표 값과 다른 경우, 새로운 목표 습윤 두께는 제어 장치에서 자동적으로 계산되고(또는 대안적으로 수동 수단에 의해 계산) 제2 코팅 헤드(28)에 공급되는 습윤 슬러리의 부피 유량은, 측정 값이 목표값보다 작은 경우에는 증가되고, 또는 측정된 두께 값이 목표값을 초과하는 경우에는 감소된다.
상기 기판의 양면에 전술한 습윤 코팅의 적용 직후에, 코팅된 웹은 후속 단게에서, 예를 들어, 습윤 코팅의 수분을 제거하기 위해 총 건조 길이가 24 미터인 3-영역(zone) 부유식 건조기(30)에서 (양면이 동시에) 건조된다.
부유식 건조기(30)에서 부유 노즐에 공급되는 건조 공기 온도 및 유동 속도는 후속 캘린더링 동작에서 유용한 소성(plasticity)을 유지하는 것으로 알려진 2.5%의 목표 잔류 수분 레벨로 균일하게 상부(제1) 및 제2(하부) 코팅 모두를 충분히 건조시키도록 선택된다.
코팅된 웹의 온도는 건조기 인클로저의 포트들을 통한 이동 웹에서 보이거나 적외선 센서의 적절한 냉각으로 내부에 장착된 비접촉 적외선 온도 센서(도시되지 않음)에 의해 측정된다. 웹 온도는 비접촉 IR 센서(130)에 의해 건조기의 출구에서 측정되고, 바람직한 실시 예에서는 각각의 건조기 영역의 단부에서 유사하게 측정되며, 상기 영역들의 각각은, 목표 출구 수분 2.5%에 대응하는 목표 웹 출구 온도에 도달하도록 특정 공기 속도 및 공기 온도 설정들을 갖는다.
상기 대응하는 웹 온도 및 속도 설정들은, (예를 들어, DOE들로 알려진 "실들의 디자인"과 같은 구조적 실험들, 회귀 연구, 건조 공학 모델 또는 기타 적절한 기술들 단독 또는 이 기술들의 조합으로부터 배터리 코팅의 각각의 형태에 대해 개발된 알고리즘에 의해 제어 장치에서 미리 결정된다.
미리 정해진 설정은 전형적으로 HMI 101에 있어서 메모리에 레시피로 저장되고, 제조된 배터리 콜렉터 제품을 위한 준비 절차 동안 제어 장치(100) 메모리(PLC) 메모리에 로딩된다.
본 실시예에서, 부유식 에어 제트 속도는, 섭씨 온도 당 평방 미터당 50 내지 100 와트 범위의 열 전달 계수를 전달하기 위해 초당 30 내지 35 미터 범위로 제어 장치에 의해 설정되고 센서(130)로 측정된 영역 3의 웹 출구 온도 제어는 2.5% 수분의 출구 목표에 도달하기 위해 상기 알고리즘에서 결정된 바와 같이 65 ℃로 설정된다.
상기 영역의 공기 온도는, 각각의 영역에 포함된 폐 루프 제어 시스템에 의해 영역들 1, 2 및 3에서 각각 110, 115 및 120℃의 설정 포인트들에 대해 측정 및 조절된다.
노즐 공기 제트 속도는 각각의 영역에 포함된 폐 루프 제어 시스템에 의해 설정 포인트에 대해 측정 및 조절되는 것이 바람직하다.
건조기에 이어, 코팅된 웹은 주위 실내 공기와의 접촉에 의해 냉각된 다음 캘린더링 동작에서 약 30℃로 인라인 캘린더 동작으로 들어가고, 캘린더 롤러들(32A 및 32B) 사이의 닙 거리는, 면당 50 미크론의 목표 값으로 두께를 감소시키고 코팅 밀도를 증가시키기 위해 200 N/mm의 압축력으로 고정된 기계적 정지부에 의해 설정된 최소 100 미크론의 갭으로 설정된다.
캘린더 닙을 통과한 후, 도포된 코팅 질량은, 현재 양면에 코팅되고, 건조 및 캘린더링된 이동 웹상의 코팅의 양을 측정하도록 위치된, 바람직하게는 초음파 코팅 중량 게이지(133A)(또는 대안적으로 베타 게이지)로 측정된다.
바람직하게는, 코팅 층들만의 두께는 광학 레이저 두께 게이지(133B)를 사용하여 전체 두께를 측정하고 15 미크론의 공지된 기판 두께를 뺀 동일한 위치에서 결정된다.
측정된 코팅층 두께 코팅 중량 측정 및 고형물의 비중 및 잔류 수분에 기초하여, 등가 건조 코팅 밀도의 질량 - 평형 결정이 제어 장치에서 행해질 수 있으며, 50 미크론으로 이전에 기술된 코팅 중량 사양 및 입방 센티미터 당 1.5 그램의 목표 밀도와 비교될 수 있다.
닙 롤러(32A 및 32B)에서 인라인 캘린더링 프로세스를 수행하기 전에, 기판의 각 면상의 코팅층 두께는 과도한 두께 프로파일을 검사하며 그렇지 않으면 캘린더 롤러들을 손상시킬 수 있다. 검사는, 닙으로 들어가기 전에 사양보다 위의 30% 이상 높은 두께를 나타내는 덩어리 또는 국소 결함을 감지하고 상기 닙에 손상을 피하기 위한 응답을 트리거링 할 수 있는 고속 레이저 스캐너 장치(131) (또는 고속 카메라 또는 기타 적절한 표면 프로파일 검사 장치)을 사용하여 광학적으로 수행된다.
상기 트리거된 응답은, 닙 압력을 완화하는 신호를 제어 장치(100)에 전송하는 단계 및 검출된 두께 결함의 안전한 통과를 위해 닙을 1mm 이상으로 여는 고속 액츄에이터(132)를 시그널링하는 단계를 포함한다.
전술한 단위 면적당 코팅 중량, 두께 및 코팅 밀도에 대한 측정 값 및 계산 된 값들로부터, 제어 장치(100)는 그에 따른 프로세스 조정을 행하도록 프로그래밍된다.
코팅 중량이 정확하지만 두께가 면당 75 미크론의 특정 두께와 다를 경우, 코팅 헤드에 도포된 코팅의 양이 일정하게 유지되는 동안 캘린더 닙 갭 및 압력 설정들에 대한 조정이 이루어진다. 이 경우, 코팅 두께가 면당 총 50 미크론 + 기판 두께보다 큰 경우, 캘린더 닙 갭 및/또는 압력은 지정된 두께에 근접하도록 증가된다.
반대로, 코팅 두께가 면당 총 50 미크론 + 기판 두께보다 작으면서 총 코팅 중량이 사양 내에 있는 경우, 캘린더 닙 간격 및/또는 압력은 지정된 두께에 근접하도록 감소된다.
이들 조정은 바람직하게는, 로컬 센서들이 갭 위치 및 닙 압력을 모니터링하하고 그와 관련된 제어 모듈(도시되지 않음)이 캘린더 롤 설정에 있어서 닙 압력 및 닙 갭 설정들을 처리할 때 필요한 고속의 기계적 기능들을 모니터링하고 레귤레이트하는 동안 캘린더 동작의 설정 포인트에 작용하는 감시 기능으로서 제어 장치(100)에 의해 수행된다.
대안적인 경우에 코팅 층의 총 두께가 사양을 충족시키는 반면 단위 면적당 코팅 중량(및 코팅 밀도)이 사양과 다르면, 코팅 헤드로부터의 도포된 코팅의 양은 정확한 값에 접근하도록 조정된다. 이 경우, 각각의 코팅 헤드에서 도포된 습윤 두께 목표의 계산이 제어 장치에서 재계산되고 각각의 코팅 헤드로의 습윤 코팅 흐름의 유동(펌프 속도)이 그에 따라 조정된다. 코팅 헤드 동작에 대한 이들 조정은 바람직하게는, 국부적 코팅 헤드 유체 전달 동작의 설정 포인트에 작용하는 감시 기능으로서 제어 장치(100)에 의해 행해진다.
인라인 제어 시스템으로서의 제어 기능의 상기 설명의 의도를 추가로 강조하기 위해, 제1의 도포된 코팅의 코팅 중량을 습윤 동안 측정한 후, 제2 습윤 코팅을 도포했다. 두 습윤 코팅의 단위 면적당 총 중량은 웹의 각각의 각 면(상단 및 하단)에 도포된 코팅 중량의 정확한 균형을 달성하기 위해 건조 전에 측정되는 것이 바람직하다.
건조 및 캘린더링 후, 단위 면적당 전체 두께 및 전체 코팅 중량이 측정ㄷ된다. 되며 이는 코팅 면적의 직접적인 계산을 허용하도록 한다.
웹의 각 면 상의 코팅 헤드에서의 습윤 코팅 동작의 즉각적인 인라인 조정 및 캘린더링 동작에서의 두께 조정에 대한 조정은 이들 측정 중 하나 이상에 응답하여 이루어진다.
실시예에 계속되어, 캘린더링 단계 및 코팅의 중량 및 두께 측정 후에, 웹은 바람직하게는 잔류 수분을 2.5% 내지 목표 값, 예를 들어 200 ppm 미만으로 감소시키기 위해 인라인 2차 건조 동작으로 안내된다. 2차 건조기에서의 목표 출구 웹 온도 및 건조 분위기 온도는 구조화된 실험(예를 들어, DOE로 알려진 "실험들의 디자인"과 같은), 퇴화 연구, 건조 공학 모델 또는 건조 기술 분야의 통상의 기술자가에게 공지된 다른 적절한 기술을 단독으로 또는 조합한 것으로부터 각 형태에 대해 개발된 알고리즘에 의해 제어 장치에서 175℃로 되도록 미리 결정된다.
상기 실시예에서, 공기는 전기적 코일에 의해 180℃의 설정 포인트 온도로 가열되고 전기 코일로부터의 열 출력을 조절하는 폐쇄 루프 제어 시스템에 의해 조절된다.
2차 건조기를 빠져나가는 웹의 온도는 건조기 인클로저의 포트를 통해 이동 웹에서 보이거나 또는 적외선 센서의 적절한 냉각으로 내부에 장착된 비접촉 적외선 온도 센서(134)(또는 적외선 온도 센서 어레이 또는 대안적으로 라인 스캐너 온도 센서)에 의해 웹의 폭을 가로 질러 하나 이상의 위치에서 측정된다.
공기 설정 포인트 온도에 대한 조정은, 캐스케이드 제어 기능으로서 공기 설정 포인트 온도를 조정하는 웹 출구 온도 및 목표 출구 웹 온도의 측정된 값들의 편차에 기초하여 이루어진다.
마지막으로, 2차 건조기(34)에 이어서, 웹은 인라인 슬리팅 동작으로 이송되는데 캘린더링되고 완전히 건조된 코팅 웹은 4개의 스트랜드로 종 방향으로 슬릿되고 리튬 이온 셀 제조에서 캐소드 물질로서 소비되도록 마킹 및 카탈로그된 개별 롤에 감겨진다 .
전술한 인라인 공정 단계의 요약에서, 콜렉터 물질의 각각의 카탈로그화된 슬릿 롤의 전체 공정 이력은 제어 시스템 제어 장치(100)의 저장 요소에 저장되고 데이터 전송에 의해 추가로 처리되고 전달될 수 있음을 이해해야 하며, 상기 데이터 전송은, 기능적 생산 관리를 위해 또한 품질 관리 및 검증을 위한 프로세스 기록 및 기록 보관으로서 후속 프로세스(일반적으로 배터리 셀 어셈블리)에 대한 유선 또는 유선으로 데이터 전송에 의해 처리되고 전송된다.
예를 들어, 모든 인라인 처리 단계에서 수행된 기록된 측정의 정확한 프로세스 조건들은, 생산된 코팅 제품의 길이에 걸쳐 동기화되어 웹이 풀리고 셀 제조 공정 단계로 공급될 때 코팅 및 처리된 콜렉터 물질에 대한 실시간 측정 값을 나타내는 입력 프로세스 값들로 사용된다.
예를 들어, 저장된 공정 데이터는 주어진 재료 롤에서 위치별로 매핑된 코팅 밀도, 두께 및 잔류 용매 값을 포함한다.
상기 데이터는, 셀 조립 단계로 공급하는 상기 롤로부터의 오프 스펙 물질을 스크랩 또는 복귀 단계로 전환하기 위한 피드-포워드 제어 방식에 사용될 수 있으며 상기 오프 스펙 물질은 상이한 두께 또는 밀도 사양들을 갖는 다른 셀의 목적을 위해 적절하도록 유지될 수 있다.

Claims (25)

  1. 단일 패스로 기판(20)의 제1 면 및 제2 면들을 코팅하기 위한 시스템으로서,
    a. 상기 기판(20)의 제1 면(20A)에 제1 코팅층을 도포하기 위한 제1 코터(24);
    b. 상기 제1 코터(24)에 코팅 부피 유량을 공급하기 위한 제1 제어 부피 펌프;
    c. 상기 기판의 상기 제1 면에 상기 제1 코팅층을 도포한 후 상기 제1 코팅층의 질량을 측정하기 위한 제1 코팅 게이지(124);
    d. 측정된 코팅층 질량을 미리 결정된 목표 코팅 질량 값과 비교하고 코팅의 알려진 특정 비중에 기초하여 상기 제1 코터(24)에 대한 설정 포인트 부피 유량을 계산하도록 구성된 제어기(100) -상기 제어기는 상기 제1 코터(24)에 대한 부피 유량을 조정하기 위해 부피 펌프 속도를 수정하도록 구성됨- ;
    e. 상기 기판(20)의 제2 면(20B)에 제2 코팅층을 도포하기 위한 제2 코터(26);
    f. 상기 제2 코터(26)에 코팅 부피 유량을 공급하기 위한 제2 제어 부피 펌프;
    g. 상기 기판의 상기 제2 면에 상기 제2 코팅층을 도포한 후 상기 제1 및 제2 코팅층의 질량을 측정하기 위한 제2 코팅 게이지(126);
    h. 상기 제어기(100)는 상기 제2 코팅층의 질량을 계산하기 위해 상기 제2 코팅 게이지(126)에 의해 측정된 합산 코팅 질량으로부터 상기 제1 코팅 게이지(124)에 의해 측정된 제1 코팅층의 질량을 빼도록 구성되고, 상기 제어기(100)는 계산된 제2 코팅층 질량을 미리 결정된 목표 코팅 질량 값과 비교하고 코팅의 알려진 특정 비중에 기초하여 상기 제2 코터에 대한 설정 포인트 부피 유량을 계산하도록 더 구성되고, 상기 제어기(100)는 상기 제2 코터에 대한 부피 유량을 조정하기 위해 부피 펌프 속도를 수정하도록 구성되고;
    i. 상기 제1 및 제2 코팅층이 0.05wt%부터 5wt%까지의 미리 결정된 레벨의 잔류 수분을 유지하도록, 또는 캘린더의 하류에 있는 2차 건조기의 추가와 함께 비접촉 부유식 건조기 및 2차 건조기의 작동으로 인해 400ppm 미만의 잔류 수분의 레벨을 유지하도록, 제1 및 제2 코팅층을 건조시키기 위한 상기 제2 코터(26)의 하류에 있는 비접촉 부유식 건조기(30); 및
    j. 상기 제1 및 제2 코팅층을 캘린더링하기 위해 상기 건조기(30)의 하류에 위치한 캘린더(32A, 32B)를 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캘린더(32A, 32B)는 상기 건조기(30)의 바로 하류에 있는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판이 금속 박(foil)인 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 면은 상기 제2 면에 대향하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 코팅층은 활성 전극 물질을 포함하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 활성 전극 물질은 리튬을 포함하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 코팅층은 미리 결정된 레벨의 수분을 갖고, 상기 제1 및 제2 코팅층을 캘린더링한 후에 코팅이 상기 기판 상에 목표 코팅 두께를 갖도록 캘린더링 힘은 상기 캘린더에 의해 상기 기판 상에 인가되고, 상기 캘린더에 의해 인가되는 상기 캘린더링 힘은 상기 미리 결정된 레벨보다 낮은 잔류 수분의 레벨에서 요구되는 힘보다 작은 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기판은 오프라인 건조 기간을 거치지 않고 상기 건조기(30)로부터 상기 캘린더(32A, 32B)로 진행하는 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기판은 오프라인 진공 건조를 거치지 않고 상기 건조기(30)로부터 상기 캘린더(32A, 32B)로 진행하는 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 캘린더(32A, 32B)의 하류에 2차 건조기(34)를 추가로 포함하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 2차 건조기는 페스툰(festoon) 건조기인 시스템.
  12. 단일 패스로 기판(20)의 제1 면 및 제2 면을 코팅하는 방법으로서,
    a. 제1 유량으로 제1 제어 부피 펌프로 제1 코터(24)에 제1 코팅을 공급하고 상기 제1 코터로 상기 기판(20)의 제1 면(20A)에 제1 코팅층을 도포하는 단계;
    b. 상기 기판의 상기 제1 면에 상기 제1 코팅층을 도포한 후 상기 제1 코팅층의 질량을 측정하는 단계;
    c. 측정된 코팅층 질량을 미리 결정된 목표 코팅 질량 값과 비교하고 코팅의 알려진 특정 비중에 기초하여 상기 제1 코터(24)에 대한 설정 포인트 부피 유량을 계산하고, 상기 제1 코터(24)에 대한 부피 유량을 조정하기 위해 상기 비교에 기초하여 상기 제1 제어 부피 펌프의 속도를 수정하는 단계;
    d. 제2 유량으로 제2 제어 부피 펌프로 제2 코터(26)에 제2 코팅을 공급하고 상기 제2 코터(26)로 상기 기판(20)의 제2 면(20B)에 제2 코팅층을 도포하는 단계;
    e. 상기 기판의 상기 제2 면에 상기 제2 코팅층을 도포한 후 상기 제1 및 제2 코팅층의 질량을 측정하는 단계;
    f. 측정된 합산 코팅 질량으로부터 상기 제1 코팅층의 측정된 질량을 빼고 상기 제2 코팅층의 질량을 계산하는 단계:
    g. 계산된 제2 코팅층 질량을 미리 결정된 목표 코팅 질량 값과 비교하고 코팅의 알려진 특정 비중에 기초하여 상기 제2 코터(26)에 대한 설정 포인트 부피 유량을 계산하고, 상기 제2 코터(26)에 대한 부피 유량을 조정하기 위해 상기 제2 제어 부피 펌프의 속도를 수정하는 단계;
    h. 건조기를 빠져나갈 때 상기 제1 및 제2 코팅층이 0.05wt%부터 5wt%까지의 미리 결정된 레벨의 잔류 수분을 유지하도록, 또는 캘린더 단계의 하류에 있는 2차 건조기의 추가와 함께 비접촉식 건조 단계 및 2차 건조기의 작동으로 인해 400ppm 미만의 잔류 수분의 레벨을 유지하도록, 상기 제1 및 제2 코터들의 하류에 위치한 부유식 건조기(30)에서 상기 제1 및 제2 코팅층들을 비접촉식으로 건조시키는 단계; 및
    i. 상기 건조의 하류에서 상기 코팅된 기판을 캘린더링하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 캘린더(32A, 32B)는 상기 건조기(30)의 바로 하류에 위치하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 기판은 금속 박인 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제1 면은 상기 제2 면에 대향하는 방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 제1 코팅층은 활성 전극 물질을 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 활성 전극 물질은 리튬을 포함하는 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 제1 및 제2 코팅층은 미리 결정된 레벨의 수분을 갖고, 코팅된 기판을 캘린더링한 후에 코팅이 상기 기판 상에 목표 코팅 두께를 갖도록 캘린더링 힘은 상기 기판 상에 인가되고, 상기 캘린더링 힘은 상기 미리 결정된 레벨보다 낮은 잔류 수분의 레벨에서 요구되는 힘보다 작은 방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 기판은, 상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 비접촉식으로 건조하고 캘린더링하는 단계들 사이에 오프라인 건조 기간을 거치지 않는 방법.
  20. 제12항에 있어서, 상기 기판은, 상기 제1 및 제2 코팅층을 비접촉식으로 건조하하고 캘린더링하는 단계들 사이에서 오프라인 진공 건조를 거치지 않는 방법.
  21. 제12항에 있어서, 캘린더링 후, 상기 기판을 2차 건조시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 2차 건조는 페스툰 건조기에서 행해지는 방법.
  23. 제12항의 방법에 의해 코팅된 기판.
  24. 제1항에 있어서, 상기 캘린더(32A, 32B)의 하류에 있는 두께 게이지(133B)를 더 포함하는 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 캘린더(32A, 32B)는 닙(nip) 압력을 갖고, 상기 제어기(100)는 상기 두께 게이지에 의해 측정되는 코팅 두께에 응답하여 상기 닙 압력을 제어하는 시스템.
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