KR102643728B1 - 다중 슬롯 다이 코터 - Google Patents

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Abstract

다중 슬롯 다이 코터에서 얇은 다이 블록을 포함하는 구조적인 특징으로 인해 발생하는 슬롯 갭의 폭 방향 편차를 개선한 것이다. 본 발명에 따른 다중 슬롯 다이 코터는, 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하는 다중 슬롯 다이 코터로서, 하부 다이 블록; 상기 하부 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 하부 다이 블록과의 사이에 상기 하부 슬롯을 형성하는 중간 다이 블록; 및 상기 중간 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 중간 다이 블록과의 사이에 상기 상부 슬롯을 형성하는 상부 다이 블록을 포함하고, 상기 중간 다이 블록이 상기 상부 다이 블록과 대면하고 있는 제1 면과 상기 중간 다이 블록이 상기 하부 다이 블록과 대면하고 있는 제2 면이 이루는 각도가 20도 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

다중 슬롯 다이 코터{Multiple slot die coater}
본 발명은 2층 이상의 층을 습식으로 동시에 형성할 수 있는 다중 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 얇은 다이 블록을 포함하는 구조적인 특징으로 인해 발생하는 슬롯 갭의 폭 방향 편차를 개선한 다중 슬롯 다이 코터에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이러한 이차전지는 발전 요소인 전극조립체를 필수적으로 포함하고 있다. 전극조립체는, 양극, 분리막 및 음극이 적어도 1회 이상 적층된 형태를 가지며, 양극과 음극은 각각 알루미늄 호일과 구리 호일로 이루어진 집전체에 양극 활물질 슬러리 및 음극 활물질 슬러리가 도포 및 건조되어 제조된다. 이차전지의 충방전 특성을 균일하게 하기 위해서는, 이러한 양극 활물질 슬러리 및 음극 활물질 슬러리가 집전체에 고르게 코팅되어야 하며, 종래부터 슬롯 다이 코터를 이용하고 있다.
도 1은 종래 슬롯 다이 코터를 이용한 코팅 방법의 일 예를 도시한다.
도 1을 참조하면, 슬롯 다이 코터를 이용한 전극 제조 방법에서는, 코팅 롤(10)에 의해 이송되는 집전체(20) 위에 슬롯 다이 코터(30)로부터 토출된 전극 활물질 슬러리를 도포하게 된다. 슬롯 다이 코터(30)에서 토출된 전극 활물질 슬러리는 집전체(20)의 일 면에 넓게 도포되어 전극 활물질층을 형성한다. 슬롯 다이 코터(30)는 2개의 다이 블록(31, 32)를 포함하고 2개의 다이 블록(31, 32) 사이에 슬롯(35)을 형성한 것으로, 1개의 슬롯(35)과 연통된 토출구(37)를 통해 1종의 전극 활물질 슬러리를 토출하여 1층의 전극 활물질층을 형성할 수가 있다.
고에너지 밀도의 이차전지를 제조하기 위하여, 130 ㎛ 정도이던 전극 활물질층의 두께는 점점 증가하여 300 ㎛에 달하고 있다. 두꺼운 전극 활물질층을 종래 슬롯 다이 코터(30)를 가지고 형성하고 나면 건조시 활물질 슬러리 안의 바인더와 도전재 마이그레이션(migration)이 심화되어 최종 전극이 불균일하게 제조된다. 이러한 문제를 해결한다고 전극 활물질층을 얇게 도포 후 건조하고 그 위에 다시 도포 후 건조하는 것과 같이 두 번에 걸쳐 코팅한다면 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 전극 성능과 생산성을 동시에 향상시키기 위하여는 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 도포할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터가 필요하다.
도 2는 종래 듀얼 슬롯 다이 코터에서 집전체의 주행 방향(MD 방향)을 따른 단면도이다.
도 2를 참조하면, 듀얼 슬롯 다이 코터(40)는 3개의 다이 블록들(41, 42, 43)을 조립하여 구성한다. 서로 이웃하는 다이 블록들(41, 42, 43) 사이에 슬롯을 형성하기 때문에 2개의 슬롯(45, 46)을 구비한다. 각 슬롯(45, 46)에 연통되어 있는 토출구(47, 48)를 통해 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 토출함으로써 먼저 도포된 전극 활물질 슬러리에 의해 형성된 전극 활물질층 상에 추가적인 전극 활물질 슬러리를 연속적으로 도포해 2층의 전극 활물질층을 동시에 형성할 수 있는 것이다.
이러한 듀얼 슬롯 다이 코터(40)를 이용하는 공정은, 서로 다른 토출구(47, 48)로부터 동시에 토출되는 전극 활물질 슬러리를 이용하여야 하기 때문에, 소망하는 두께로 각 전극 활물질층을 형성하는 것이 상당히 까다로운 면이 있다.
일반적으로, 각 전극 활물질층의 두께는 토출구(47, 48)를 통한 전극 활물질 슬러리의 토출량에 의해 영향을 받으며, 이러한 전극 활물질 슬러리의 토출량은 각 토출구(47, 48)의 크기(슬롯 갭)에 의해 크게 영향을 받기 때문에, 소망하는 두께를 만들어내기 위해서는 시험적으로 수 차례 코팅 공정을 수행하면서 각 다이 블록을 분해 후 재조립하여 슬롯 갭을 조정하고, 토출량을 다시 확인하는 작업을 반복할 것이 요구된다. 그런데 이 슬롯 갭은 다이 블록(41, 42, 43)간 조립에 사용하는 볼트의 체결강도에 따라서도 크게 변화될 만큼 민감하게 조정이 되는 변수일 뿐 아니라, 전극 활물질 슬러리가 토출되는 힘에 의해서도 변화될 수 있는 소지가 있다. 특히 MD 방향에 대해서 수직인 듀얼 슬롯 다이 코터(40)의 폭 방향 혹은 집전체의 폭 방향(TD 방향)으로 균일한 도포를 안정적으로 수행하기 위해서는 폭 방향으로 균일한 치수 정밀도가 필요한데, 생산량 증가를 위해 장폭의 집전체를 사용하기 위해 듀얼 슬롯 다이 코터(40)의 폭도 커지면 폭 방향으로 균일한 슬롯 갭 제어를 하는 것이 더욱 어려워진다.
슬롯 다이 코터는 다이 블록들의 결합면에 슬롯을 구성하기 때문에 듀얼 슬롯 다이 코터(40)처럼 2개의 슬롯(45, 46)을 구비하려면 기본적으로 3개의 다이 블록들(41, 42, 43)이 필요하다. 1개의 슬롯을 구비하는 기존 슬롯 다이 코터(30)와 유사한 풋 프린트(foot print)와 볼륨을 가지는 장치로 구성하려면 각 다이 블록들(41, 42, 43)의 두께가 얇아야 하고, 이 때문에 필연적으로 구조적으로 변형과 비틀림에 취약한 문제가 있다. 변형이나 비틀림이 발생하면 애써 조정한 슬롯 갭이 틀어지게 되어 전극 공정의 불량을 야기하는 심각한 문제가 된다. 뿐만 아니라 두 개 이상의 슬롯들을 포함하게 되어 다이 블록들의 개수가 더 늘어나게 되는 다중 슬롯 다이 코터에서는 이러한 문제가 더욱 심각해질 것이다.
이를 해결하고자 각 다이 블록(41, 42, 43)들의 크기를 막연히 키우거나(각도 변경)하면, 토출 방향이 바뀌어 코팅 공정성의 저하를 야기하게 된다. 그리고, 3개의 다이 블록들(41, 42, 43) 중 외곽에 위치한 다이 블록(41, 43)의 두께를 증가시켜 변형과 비틀림을 개선한다 하더라도 구조적으로 제일 취약한 중간에 위치한 다이 블록(42)의 변형에 대한 보완은 여전히 어려운 문제가 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 기본적으로 3개 이상의 다이 블록을 포함하게 되는 다중 슬롯 다이 코터에서 구조적으로 변형과 비틀림에 취약한 문제를 개선할 수 있도록 한 다중 슬롯 다이 코터를 제공하고자 하는 것이다.
특히 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 얇은 다이 블록을 포함하는 구조적인 특징으로 인해 발생하는 슬롯 갭의 폭 방향 편차를 개선한 다중 슬롯 다이 코터를 제공하고자 하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다중 슬롯 다이 코터는, 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하는 다중 슬롯 다이 코터로서, 하부 다이 블록; 상기 하부 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 하부 다이 블록과의 사이에 상기 하부 슬롯을 형성하는 중간 다이 블록; 및 상기 중간 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 중간 다이 블록과의 사이에 상기 상부 슬롯을 형성하는 상부 다이 블록을 포함하고, 상기 중간 다이 블록이 상기 상부 다이 블록과 대면하고 있는 제1 면과 상기 중간 다이 블록이 상기 하부 다이 블록과 대면하고 있는 제2 면이 이루는 각도가 20도 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 중간 다이 블록이 상기 상부 다이 블록과 대면하고 있는 제1 면과 상기 중간 다이 블록이 상기 하부 다이 블록과 대면하고 있는 제2 면이 이루는 각도는 70도 이하일 수 있다.
상기 상부 다이 블록에서 상기 제1 면과 마주보는 면과 이 면과 이웃해 인접한 다른 면이 이루는 각도를 상부 다이 블록의 각도라고 하고, 상기 하부 다이 블록에서 상기 제2 면과 마주보는 면, 그리고 이 면과 이웃해 인접한 다른 면이 이루는 각도를 하부 다이 블록의 각도라고 하며, 상기 중간 다이 블록이 상기 상부 다이 블록과 대면하고 있는 제1 면과 상기 중간 다이 블록이 상기 하부 다이 블록과 대면하고 있는 제2 면이 이루는 각도를 중간 다이 블록의 각도라고 하면, 상기 상부 다이 블록의 각도, 중간 다이 블록의 각도 및 하부 다이 블록의 각도를 전부 합해 최대 180도가 될 수 있다.본 발명의 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터에 있어서, 상기 하부 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하고, 상기 하부 다이립과 상기 중간 다이립 사이에는 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 토출구가 형성되고, 상기 중간 다이립과 상기 상부 다이립 사이에는 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 토출구가 형성되며, 상기 다중 슬롯 다이 코터는 연속적으로 주행하는 기재 표면에 상기 하부 슬롯 및 상부 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 전극 활물질 슬러리를 압출해 도포하는 것이며, 상기 하부 토출구와 상기 상부 토출구가 이루는 각도가 상기 상부 토출구에서 토출되는 전극 활물질 슬러리와 상기 하부 토출구에서 토출되는 전극 활물질 슬러리가 동시 토출 직후 와류를 형성하지 않는 범위 내가 되도록 상기 제1 면과 상기 제2 면이 이루는 각도를 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터에 있어서, 상기 하부 슬롯과 상기 상부 슬롯은 20도 내지 70도의 각도를 이룰 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터에 있어서, 상기 다중 슬롯 다이 코터의 폭 방향을 따라 위치별로 상기 하부 슬롯의 슬롯 갭과 상기 상부 슬롯의 슬롯 갭을 측정한 각 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛ 이내가 되도록 상기 제1 면과 상기 제2 면이 이루는 각도를 결정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터에 있어서, 상기 다중 슬롯 다이 코터는 연속적으로 주행하는 기재 표면에 상기 하부 슬롯 및 상부 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 전극 활물질 슬러리를 압출해 도포하는 것이며, 상기 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향을 거의 수평으로 해 상기 다중 슬롯 다이 코터를 설치하고, 상기 제1 면이 거의 수평으로 놓이고 상기 상부 다이 블록에서 상기 제1 면과 마주보는 반대면도 거의 수평으로 놓이며, 상기 하부 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록에서 상기 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향에 반대되는 면은 거의 수직으로 놓일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터에 있어서, 상기 중간 다이 블록은 상하로 서로 대면 접촉하고 접촉면을 따라 슬라이딩 되어 상대 이동 가능하게 마련되는 제1 중간 다이 블록과, 제2 중간 다이 블록을 포함하고, 상기 제2 중간 다이 블록이 상기 상부 다이 블록과 대면하고 있는 면과 상기 제2 중간 다이 블록이 상기 제1 중간 다이 블록과 대면하고 있는 면이 이루는 각도는 14도 이상일 수 있다.
여기에서, 상기 제2 중간 다이 블록이 상기 상부 다이 블록과 대면하고 있는 면과 상기 제2 중간 다이 블록이 상기 제1 중간 다이 블록과 대면하고 있는 면이 이루는 각도는 62도 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 중간 다이 블록이 상기 하부 다이 블록과 대면하고 있는 면과 상기 제1 중간 다이 블록이 상기 제2 중간 다이 블록과 대면하고 있는 면이 이루는 각도는 14도 이상 62도 이하일 수 있다.그리고, 여기에서, 상기 제1 중간 다이 블록은 상기 하부 다이 블록에 고정 결합되고, 상기 제2 중간 다이 블록은 상기 상부 다이 블록에 고정 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터에 있어서, 상기 하부 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하고, 상기 하부 다이립과 상기 중간 다이립 사이에는 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 토출구가 형성되고, 상기 중간 다이립과 상기 상부 다이립 사이에는 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 토출구가 형성되며, 상기 하부 토출구와 상기 상부 토출구 사이에는 소정의 단차가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터에 있어서, 상기 하부 다이 블록과 상기 중간 다이 블록 사이에 개재되어 상기 하부 슬롯의 폭을 조절하는 제1 스페이서와, 상기 중간 다이 블록과 상기 상부 다이 블록 사이에 개재되어 상기 상부 슬롯의 폭을 조절하는 제2 스페이서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터에 있어서, 상기 하부 다이 블록은 제1 코팅액을 수용하고 상기 하부 슬롯과 연통하는 제1 매니폴드를 구비하고, 상기 중간 다이 블록은 제2 코팅액을 수용하고 상기 상부 슬롯과 연통하는 제2 매니폴드를 구비할 수 있다.
본 발명에 의하면, 얇은 두께를 가지기 때문에 구조적으로 취약할 수 밖에 없는 다이 블록의 변형이나 뒤틀림을 개선할 수 있도록, 다이 블록의 각도를 제한한다. 본 발명에서는 허용 수준의 변형까지만 발생시키는, 다이 블록의 최소 각도, 특히 중간 다이 블록의 최소 각도를 제안한다. 이러한 본 발명에 따르면 체결 볼트의 힘, 토출되는 전극 활물질 슬러리의 압력에 의해 다이 블록이 변형되는 것을 감안하더라도 균일한(±2%) 슬롯 갭을 유지하여 코팅량을 균일하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
다이 블록 변형을 최소화하고자 볼트 힘을 줄여 볼트 체결 압력이 낮아지게 되면 다이 블록간 결합면에서 전극 활물질 슬러리가 새어나올 수 있다. 본 발명의 다이 블록은 변형을 최소화한 각도를 가지고 있으므로, 볼트 힘을 충분히 주어 전극 활물질 슬러리의 리키지(leakage)없이 사용할 수 있다.
종래에는 전극 활물질 슬러리의 압력에 의해서도 슬롯 갭이 변화하고 특히 TD 방향을 따라 사이드와 센터간 슬롯 갭 차이가 심하였다. 본 발명의 다이 블록은 변형을 최소화한 각도를 가지고 있으므로, 공급되는 전극 활물질 슬러리 압력에 의해 변형이 발생하더라도 허용 수준 이내에서 발생하기 때문에 균일한 슬롯 갭을 가진 다중 슬롯 다이 코터를 이용하여 균일한 품질의 코팅품, 특히 이차전지용 전극을 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 다이 블록 각도를 제어함으로써 변형 및 뒤틀림의 최소 허용 범위를 제한할 수 있다. 전극 활물질 슬러리의 토출 압력이 커져도, 한번 조정해 둔 슬롯 갭을 유지하는 효과가 탁월하다. 이를 통해 코팅 공정성을 확보하고 재현성 확보하는 효과가 있다.
이러한 다중 슬롯 다이 코터를 이용하면 소망하는 두께로 균일하게 코팅층, 특히 전극 활물질층을 형성할 수 있으며, 바람직하게는 2종 이상의 전극 활물질 슬러리 동시 코팅이 가능하기 때문에 성능 및 생산성 모두 우수한 효과가 있다.
본 발명의 다중 슬롯 다이 코터를 이용하면 집전체를 주행시키면서 집전체 상에 전극 활물질 슬러리를 도포하여 이차전지의 전극 등을 제조할 때, 고속 주행 또는 장폭 도포 조건 하에서도 균일한 도포가 가능한 이점이 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 코팅 공정 조건에 맞추어 상부 다이 블록과 하부 다이 블록을 상대 이동시켜 상부 토출구와 하부 토출구의 위치를 용이하게 조정함으로써 다중 슬롯 코팅의 공정성을 향상시키는 효과도 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 슬롯 다이 코터의 이용 예를 도시한 모식도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터의 개략적인 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 6은 도 5의 다중 슬롯 다이 코터에 있어서, 하부 다이 블록과 상부 다이 블록 간의 상대적인 이동에 의해 상부 토출구와 하부 토출구의 위치 차이가 발생된 경우를 나타내는 도면이다.
도 7은 비교예에서 다이 블록 각도 변경에 따른 코팅 양상을 도시한 것이다.
도 8은 비교예에서 폭 방향 사이드와 센터 부분의 단면도이다.
도 9는 비교예에서 체결강도에 따른 TD 방향 슬롯 갭 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터는 슬롯이 2개 이상일 수 있다. 기본적으로는 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하고 기재 상에 코팅액을 이중층으로 코팅하는 장치이다. 이하의 설명하는 '기재'는 집전체이고 코팅액은 '전극 활물질 슬러리'이다. 제1 코팅액과 제2 코팅액은 모두 전극 활물질 슬러리로서, 조성(활물질, 도전재, 바인더의 종류)이나 함량(활물질, 도전재, 바인더의 양)이나 물성이 서로 동일하거나 다른 전극 활물질 슬러리를 의미할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터는 2종 이상의 전극 활물질 슬러리를 동시에 도포하거나 2종 이상의 전극 활물질 슬러리를 교번적으로 도포하면서 패턴 코팅하는 전극 제조에 최적화되어 있다. 다만, 본 발명의 권리범위가 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 예컨대 상기 기재는 분리막을 구성하는 다공성 지지체이고 제1 코팅액과 제2 코팅액은 조성이나 물성이 서로 다른 유기물일 수 있다. 즉, 박막 코팅이 요구되는 경우라면 상기 기재와 제1 코팅액과 제2 코팅액은 어떠한 것이어도 좋다.
다중 슬롯 다이 코터에서는 블록 다이 체결에 사용되는 볼트의 힘, 코팅할 때 공급되는 코팅액의 압력에 의해서도 다이 블록의 변형이나 비틀림이 발생하게 된다. 본 발명자들은 허용 수준의 변형 이상으로 변형을 발생시키는 각도로 다이 블록을 제조하게 되면 변형량이 커져 불균일한 코팅량을 코팅하게 됨을 발견하여, 최적의 각도를 정할 수 있는 연구를 하여 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명에서는 허용 수준의 변형까지만 발생시키는, 다이 블록의 최소 각도, 특히 중간 다이 블록의 최소 각도를 제안한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터의 개략적인 분해 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터(100)는 하부 슬롯(101)과 상부 슬롯(102)을 구비하는 듀얼 슬롯 다이 코터이고 하부 슬롯(101)과 상부 슬롯(102)을 통하여 서로 같거나 다른 2종의 코팅액을 기재(300) 상에 동시에 혹은 번갈아 코팅할 수 있는 장치이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 다중 슬롯 다이 코터(100)는 하부 다이 블록(110), 상기 하부 다이 블록(110)의 상부에 배치되는 중간 다이 블록(120), 상기 중간 다이 블록(120)의 상부에 배치되는 상부 다이 블록(130)을 포함한다.
도 3에서, 다중 슬롯 다이 코터(100)는 코팅액인 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향(X 방향)을 거의 수평으로 해 설치되어 있다(거의 : ± 5도).
중간 다이 블록(120)은 다중 슬롯 다이 코터(100)를 구성하는 블록들 중 중간에 위치하는 블록으로서, 하부 다이 블록(110)과 상부 다이 블록(130) 사이에 배치되어 듀얼 슬롯을 형성하기 위한 블록이다. 본 실시예의 중간 다이 블록(120)은 단면이 직각 삼각형이지만 이러한 형태로 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니며 예컨대, 단면이 이등변 삼각형으로 마련될 수도 있다.
중간 다이 블록(120)이 상부 다이 블록(130)과 대면하고 있는 제1 면(120a)은 거의 수평으로 놓이고 상부 다이 블록(130)에서 제1 면(120a)과 마주보는 면(130b)의 반대면(130d, 즉, 다중 슬롯 다이 코터(100)의 외주면 상면을 형성하는 면)도 거의 수평으로 놓인다. 이와 같이 제1 면(120a)과 반대면(130d)이 거의 평행하게 되어 있다. 그리고 하부 다이 블록(110)이 중간 다이 블록(120)과 대면하고 있는 면(110b)의 반대면(110d, 즉 다중 슬롯 다이 코터(100)의 외주면 하면을 형성하는 면)도 거의 수평으로 놓이며, 이 면은 바닥면(110d, X-Z 평면)이 된다.
상기 하부 다이 블록(110), 중간 다이 블록(120) 및 상부 다이 블록(130)에서 상기 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향에 반대되는 면, 즉 후면(110c, 120c, 130c)은 거의 수직(Y 방향)으로 놓여 있다.
가장 외측 다이 블록인 하부 다이 블록(110)과 상부 다이 블록(130)에서 다중 슬롯 다이 코터(100)의 외주면을 형성하는 면 중 하부 다이 블록(110)의 바닥면(110d)과 상부 다이 블록(130)의 상면(130d)은 후면(110c, 130c)에 대해서 거의 수직이 되도록 제작된 것을 사용할 수 있다. 그리고 중간 다이 블록(120)의 제1 면(120a)은 후면(120c)에 대해서 거의 수직이 되도록 제작된 것을 사용할 수 있다. 이러한 다이 블록들(110, 120, 130)에서는 면과 면이 이루는 모서리가 직각으로 구성되기 때문에 단면상 직각부가 존재하고 수직 또는 수평면을 기준이 되는 면으로 할 수 있기 때문에 그 제작이나 취급이 쉽고 정밀도가 보장된다. 또한, 하부 다이 블록(110), 중간 다이 블록(120) 및 상부 다이 블록(130)이 조합된 상태는 전체적으로 대략 직육면체 형태를 가지며, 코팅액이 토출되는 전방부만 기재(300)를 향하여 비스듬한 형태를 가지게 된다. 이것은 조립한 후의 형상이 단일 슬롯을 구비하는 슬롯 다이 코터(예를 들어 도 1의 30)와 대략 유사하게 되어 슬롯 다이 코터 받침대 등을 공용할 수 있는 등의 이점이 있다.
다중 슬롯 다이 코터(100)는, 그 후면(110c, 120c, 130c)에 구비되는 둘 이상의 고정부(140)를 더 포함할 수 있다. 고정부(140)는 하부 다이 블록(110)과 중간 다이 블록(120) 사이를 체결하는 것과, 중간 다이 블록(120)과 상부 다이 블록(130) 사이를 체결하는 것이 구비된다. 고정부(140)는 다중 슬롯 다이 코터(100)의 폭 방향을 따라 여러 개가 구비될 수 있다. 고정부(140)에는 볼트가 체결되고, 이를 통해 하부 다이 블록(110), 중간 다이 블록(120) 및 상부 다이 블록(130)이 서로 조립된다.
하부 다이 블록(110), 중간 다이 블록(120) 및 상부 다이 블록(130)이 반드시 위에서 예로 든 형태로 한정되어야 하는 것은 아니며, 예컨대, 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향을 위로 하고 후면(110c, 120c, 130c)을 바닥면으로 하는 수직 다이로 구성할 수도 있다.
다이 블록들(110, 120, 130)은 예컨대 SUS 재질이다. SUS420J2, SUS630, SUS440C, SUS304, SUS316L 등의 가공이 용이한 재질을 이용할 수 있다. SUS는 가공이 용이하고 저렴하며 내식성이 높고 저비용으로 원하는 형상으로 제작할 수 있는 이점이 있다.
하부 다이 블록(110)은 다중 슬롯 다이 코터(100)를 구성하는 블록들 중 가장 하부에 위치하는 블록으로서, 중간 다이 블록(120)과 마주보는 면(110b)이 바닥면(110d)에 대해 대략 20도 내지 60도의 각도를 이루도록 경사진 형태를 갖는다.
하부 슬롯(101)은 하부 다이 블록(110)과 중간 다이 블록(120)이 서로 대면하는 곳 사이에 형성될 수 있다. 이를테면, 하부 다이 블록(110)과 중간 다이 블록(120) 사이에 제1 스페이서(113)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련됨으로써 제1 코팅액(50)이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 하부 슬롯(101)이 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 스페이서(113)의 두께는 상기 하부 슬롯(101)의 상하 폭(Y축 방향, 슬롯 갭)을 결정한다. 하지만 종래에 다이 블록들은 변형 및 비틀림에 취약하여 슬롯 갭이 유지되기가 어려웠다.
상기 제1 스페이서(113)는 도 4에 도시한 바와 같이, 일 영역이 절개되어 제1 개방부(113a)를 구비하며, 하부 다이 블록(110)과 중간 다이 블록(120) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에 개재될 수 있다. 이에 제1 코팅액(50)이 외부로 토출될 수 있는 하부 토출구(101a)는 하부 다이 블록(110)의 선단부와 중간 다이 블록(120)의 선단부 사이에만 형성된다. 상기 하부 다이 블록(110)의 선단부와 상기 중간 다이 블록(120)의 선단부를 각각 하부 다이립(111), 중간 다이립(121)이라 정의하고 다시 말하면, 상기 하부 토출구(101a)는 하부 다이립(111)과 중간 다이립(121) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다.
참고로, 제1 스페이서(113)는 하부 토출구(101a)가 형성되는 영역을 제외하고는, 하부 다이 블록(110)과 중간 다이 블록(120) 사이의 틈새로 제1 코팅액(50)이 누출되지 않도록 하는 가스켓(gasket)으로서의 기능을 겸하므로 밀봉성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 하부 다이 블록(110)은 중간 다이 블록(120)과 마주보는 면(110b)에 소정의 깊이를 가지며 하부 슬롯(101)과 연통하는 제1 매니폴드(112)를 구비한다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 제1 매니폴드(112)는 외부에 설치된 제1 코팅액 공급 챔버(미도시)와 공급관으로 연결되어 제1 코팅액(50)을 공급받는다. 상기 제1 매니폴드(112) 내에 제1 코팅액(50)이 가득 차게 되면, 상기 제1 코팅액(50)이 하부 슬롯(101)을 따라 흐름이 유도되고 하부 토출구(101a)를 통해 외부로 토출되게 된다.
다른 예로, 제1 매니폴드(112)는 상기 중간 다이 블록(120)에 하부 다이 블록(110)과 마주보는 면(120b)에 구비될 수도 있다.
상부 다이 블록(130)은 바닥면에 대해 수평한 중간 다이 블록(120)의 상면인 제1 면(120a)에 대면하게 배치된다. 상부 슬롯(102)은 이같이 중간 다이 블록(120)과 상부 다이 블록(130)이 대면하는 곳 사이에 형성된다.
전술한 하부 슬롯(101)과 마찬가지로, 중간 다이 블록(120)과 상부 다이 블록(130) 사이에 제2 스페이서(133)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련될 수 있다. 이로써 제2 코팅액(60)이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 상부 슬롯(102)이 형성된다. 이 경우, 상기 상부 슬롯(102)의 상하 폭(Y축 방향, 슬롯 갭)은 제2 스페이서(133)에 의해 결정된다. 하지만 종래에 다이 블록들은 변형 및 비틀림에 취약하여 슬롯 갭이 유지되기가 어려웠다.
또한, 제2 스페이서(133)도 전술한 제1 스페이서(113)와 유사한 구조로서 일 영역이 절개되어 제2 개방부(133a)를 구비하며, 중간 다이 블록(120)과 상부 다이 블록(130) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에만 개재된다. 마찬가지로 상부 슬롯(102)의 전방을 제외한 둘레 방향은 막히게 되고 중간 다이 블록(120)의 선단부와 상부 다이 블록(130)의 선단부 사이에만 상부 토출구(102a)가 형성된다. 상기 상부 다이 블록(130)의 선단부를 상부 다이립(131)이라 정의하고 다시 말하면, 상기 상부 토출구(102a)는 중간 다이립(121)과 상부 다이립(131) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다.
또한, 중간 다이 블록(120)은 상부 다이 블록(130)과 마주보는 면인 제1 면(120a)에 소정의 깊이를 가지며 상부 슬롯(102)과 연통하는 제2 매니폴드(132)를 구비한다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 제2 매니폴드(132)는 외부에 설치된 제2 코팅액(60) 공급 챔버와 공급관으로 연결되어 제2 코팅액(60)을 공급받는다. 파이프 형태의 공급관을 따라 외부에서 제2 코팅액(60)이 공급되어 제2 매니폴드(132) 내에 가득 차게 되면, 상기 제2 코팅액(60)이 제2 매니폴드(132)와 연통되어 있는 상부 슬롯(102)을 따라 흐름이 유도되고 상부 토출구(102a)를 통해 외부로 토출되게 된다.
다른 예로, 제2 매니폴드(132)는 상부 다이 블록(130)에서 중간 다이 블록(120)과 마주보는 면(130b)에 구비될 수도 있다.
상부 슬롯(102)과 하부 슬롯(101)은 일정한 각도를 이루는데, 상기 각도는 대략 20도 내지 70도의 각도일 수 있다. 이러한 상부 슬롯(102)과 하부 슬롯(101)은 서로 한 곳에 교차하게 되고 상기 교차 지점 부근에 상기 상부 토출구(102a)와 하부 토출구(101a)가 마련될 수 있다. 이에 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)의 토출 지점이 대략 한 곳에 집중될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 다중 슬롯 다이 코터(100)에 의하면, 회전 가능하게 마련되는 코팅 롤(200)을 다중 슬롯 다이 코터(100)의 전방에 배치하고, 상기 코팅 롤(200)을 회전시킴으로써 코팅될 기재(300)를 주행시키면서, 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)을 연속적으로 상기 기재(300)의 표면에 접촉시켜 상기 기재(300)를 이중층으로 코팅시킬 수 있다. 또는 제1 코팅액(50)의 공급 및 중단, 그리고 제2 코팅액(60)의 공급 및 중단을 번갈아 수행하여 기재(300) 상에 간헐적으로 패턴 코팅을 형성할 수가 있다.
여기에서, 중간 다이 블록(120)이 상부 다이 블록(130)과 대면하고 있는 제1 면(120a)과 중간 다이 블록(120)이 하부 다이 블록(110)과 대면하고 있는 제2 면(120b)이 이루는 각도(θ), 즉 중간 다이 블록(120)의 각도는 20도 이상으로 한다.
여기서 20도는 최소 각도이다. 각도(θ)는 20도 이상이면 된다. 20도 미만인 경우에는 중간 다이 블록(120)이 너무 얇아져 변형 및 비틀림에 매우 취약하게 된다. 본 발명에서는 최소 각도로서 20도를 제안하여 허용 수준의 변형까지만 발생시키도록 한다. 각도(θ)가 커질수록 중간 다이 블록(120)이 두꺼워지기 때문에 변형 및 비틀림 측면에서는 유리할 것이다.
각도(θ)의 상한은 다음과 같이 결정될 수 있다. 상부 다이 블록(130)에서 상기 제1 면(120a)과 마주보는 면(130b)과 이 면(130b)과 이웃해 인접한 다른 면(130a)이 이루는 각도, 즉 상부 다이 블록(130)의 각도와, 하부 다이 블록(110)에서 상기 제2 면(120b)과 마주보는 면(110b), 그리고 이 면(110b)과 이웃해 인접한 다른 면(110a)이 이루는 각도인 하부 다이 블록(110)의 각도와, 중간 다이 블록(120)의 각도를 전부 합하면 최대 180도가 되도록 할 수 있다. 그러면 중간 다이 블록(120)의 각도의 상한은 180도에서 상부 다이 블록(130)의 각도와 하부 다이 블록(110)의 각도를 뺀 값이 된다. 상부 다이 블록(130)의 각도와 하부 다이 블록(110)의 각도는 다양하게 결정될 수 있다.
하지만 각도(θ)는 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a)가 이루는 각도에도 영향을 주기 때문에 마냥 크게 만들 수는 없다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 상부 토출구(102a)에서 토출되는 전극 활물질 슬러리와 하부 토출구(101a)에서 토출되는 전극 활물질 슬러리가 동시 토출 직후 와류를 형성하지 않는 범위 내가 되도록 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a)가 이루는 각도를 결정하고 이에 따라 제1 면(120a)과 제2 면(120b)이 이루는 각도(θ)의 상한이 결정되도록 할 수 있다.
또한, 각도(θ)는 다중 슬롯 다이 코터(100)의 폭 방향을 따라 위치별로 하부 슬롯(101)의 슬롯 갭과 상부 슬롯(102)의 슬롯 갭을 측정한 각 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛ 이내가 되도록 결정한다. 슬롯 갭의 편차는 가장 큰 슬롯 갭과 가장 작은 슬롯 갭의 차이를 가리킬 수 있다. 보통 폭 방향 센터에서 슬롯 갭이 가장 크고 폭 방향 사이드로 갈수록 슬롯 갭이 작아진다. 각 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛보다 커지면 폭방향 로딩이 불균일한 것으로 판단한다. 폭방향 로딩 불균일은 향후 전극을 이차전지로 제조하였을 때 용량 불균일로 귀결되기 때문에 이차전지 특성상 바람직하지 않다. 이에 본 발명의 실시예에서는 허용 수준을 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛인 것을 기준으로 하여 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛ 이내로 들어오게 관리한다. 각도(θ)의 최소 값인 20도는 이러한 슬롯 갭의 편차를 고려하여 결정된 것일 수 있다.
각도(θ)의 하한은 20도이다. 각도(θ)의 상한은 앞서 언급한 바와 같이, 두 개의 토출구(101a, 102a)의 각도를 고려하여 상부 다이 블록(130) 및 하부 다이 블록(110)의 각도까지 고려해 180도 이하의 범위에서 결정할 수 있다. 특히, 본 실시예에서처럼 하부 슬롯(101)과 상부 슬롯(102)이 20도 내지 70도의 각도를 이루는 경우를 고려한다면 각도(θ)의 상한은 70도이다. 따라서, 바람직하게 각도(θ)의 범위는 20도 내지 70도이다.
각도(θ)는 중간 다이 블록(120)에서 제1 면(120a)과 제2 면(120b)이 이루는 각도이고 본 발명에서는 이러한 각도(θ)의 최소 각도를 관리할 것을 제안하지만, 상부 다이 블록(130)의 각도도 최소 20도로 제한할 수 있다. 마찬가지로, 하부 다이 블록(110)의 각도도 최소 20도로 제한할 수 있다. 이를 통해 하부 다이 블록(110)과 중간 다이 블록(120) 사이에 형성되는 하부 슬롯(101) 및 중간 다이 블록(120)과 상부 다이 블록(130) 사이에 형성되는 상부 슬롯(102)의 슬롯 갭이 허용 수준의 변형 안에서 관리될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 얇은 두께를 가지기 때문에 구조적으로 취약할 수 밖에 없는 다이 블록의 변형이나 뒤틀림을 개선할 수 있도록, 다이 블록, 특히 중간 다이 블록(120)이 다른 다이 블록(110, 130)과 대면하고 있는 면 사이의 각도(θ)를 제한한다. 본 발명에서는 허용 수준의 변형까지만 발생시키는, 다이 블록의 최소 각도, 특히 중간 다이 블록(120)의 최소 각도(θ)를 20도로 제안한다. 이러한 본 발명에 따르면 체결 볼트의 힘, 토출되는 전극 활물질 슬러리의 압력에 의해 다이 블록이 변형되는 것을 감안하더라도 균일한(±2%) 슬롯 갭을 유지하여 코팅량을 균일하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
다이 블록 변형을 최소화하고자 볼트 힘을 줄여 볼트 체결 압력이 낮아지게 되면 다이 블록간 결합면에서 전극 활물질 슬러리가 새어나올 수 있다. 본 발명의 다이 블록은 변형을 최소화한 각도를 가지고 있으므로, 볼트 힘을 충분히 주어 전극 활물질 슬러리의 리키지없이 사용할 수 있다.
종래에는 전극 활물질 슬러리의 압력에 의해서도 슬롯 갭이 변화하고 특히 TD 방향을 따라 사이드와 센터간 슬롯 갭 차이가 심하였다. 본 발명의 다이 블록은 변형을 최소화한 각도를 가지고 있으므로, 공급되는 전극 활물질 슬러리 압력에 의해 변형이 발생하더라도 허용 수준 이내에서 발생하기 때문에 균일한 슬롯 갭을 가진 다중 슬롯 다이 코터를 이용하여 균일한 품질의 코팅품, 특히 이차전지용 전극을 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 다이 블록 각도를 제어함으로써 변형 및 뒤틀림의 최소 허용 범위를 제한할 수 있다. 전극 활물질 슬러리의 토출 압력이 커져도, 한번 조정해 둔 슬롯 갭을 유지하는 효과가 탁월하다. 이를 통해 코팅 공정성을 확보하고 재현성 확보하는 효과가 있다.
이러한 다중 슬롯 다이 코터를 이용하면 소망하는 두께로 균일하게 코팅층, 특히 전극 활물질층을 형성할 수 있으며, 바람직하게는 2종의 전극 활물질 슬러리 동시 코팅이 가능하기 때문에 성능 및 생산성 모두 우수한 효과가 있다.
본 발명의 다중 슬롯 다이 코터를 이용하면 집전체를 주행시키면서 집전체 상에 전극 활물질 슬러리를 도포하여 이차전지의 전극 등을 제조할 때, 고속 주행 또는 장폭 도포 조건 하에서도 균일한 도포가 가능한 이점이 있다.
한편, 본 실시예에서는 코팅액을 2층으로 도포하는 경우, 또는 코팅액을 번갈아 공급하여 패턴 코팅을 하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 슬롯을 3개 이상으로 구비하여 3층 이상을 동시 도포하는 경우에도 적용 가능한 것은 따로 설명하지 않아도 알 수 있을 것이다. 슬롯을 3개 이상으로 구비하려면 다이 블록들이 4개 이상 필요하다는 것을 자세히 설명하지 않아도 알 수 있을 것이다.
이어서 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 전술한 실시예와 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
전술한 실시예는 중간 다이 블록(120)이 하나의 블록으로 이루어져 있어 상부 토출구(102a)와 하부 토출구(101a)의 상대적인 위치를 가변적으로 조정할 수 없게 되어 있으나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상부 토출구(102a)와 하부 토출구(101a)의 상대적인 위치를 쉽게 조정할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터(100')는, 중간 다이 블록(120)이 제1 중간 다이 블록(122)과 제2 중간 다이 블록(124)을 포함하며, 상기 제1 중간 다이 블록(122)과 상기 제2 중간 다이 블록(124)은 상하로 서로 대면 접촉하되 접촉면을 따라 슬라이딩 되어 상대 이동 가능하게 마련된다. 그리고 제1 중간 다이 블록(122)은 하부 다이 블록(110)과 볼트 결합 등에 의해 상호 간 고정 결합되고 제2 중간 다이 블록(124)은 상부 다이 블록(130)과 볼트 결합 등에 의해 상호 간 고정 결합된다. 따라서 제1 중간 다이 블록(122)과 하부 다이 블록 블록(110)이 일체형으로 움직이고, 제2 중간 다이 블록(124)과 상부 다이 블록(130)이 일체형으로 움직일 수 있다.
즉, 다중 슬롯 다이 코터(100)처럼 다중 슬롯 다이 코터(100')는, 그 후면(110c, 120c, 130c)에 구비되는 둘 이상의 제1 고정부(140')를 더 포함한다. 제1 고정부(140')는 하부 다이 블록(110)과 제1 중간 다이 블록(122)을 체결하는 것과, 제2 중간 다이 블록(124)과 상부 다이 블록(130)을 체결하는 것이 구비된다. 제2 고정부(140”)는 제1 중간 다이 블록(122)과 제2 중간 다이 블록(124)을 체결시키는 것으로, 하부 다이 블록(110)과 상부 다이 블록(130)을 체결시키는 것이 된다. 상기 제2 고정부(140”)는, 상기 제1 중간 다이 블록(122)과 상기 제2 중간 다이 블록(124)이 상대 이동 가능해야 하는 점을 고려하여 일정 수준의 조립 공차(대략 300 ㎛ 내지 500 ㎛ 범위)를 두고 설치된다. 즉, 제1 중간 다이 블록(122)과 제2 중간 다이 블록(124)이 전방 또는 후방으로 움직이는 것을 허용하여 슬라이딩 가능하게 하면서도 고정은 될 수 있게, 제2 고정부(140”)는 제1 중간 다이 블록(122)과 제2 중간 다이 블록(124) 사이에 일정 수준 이상의 움직임이 발생하지 않도록 고정을 시키되, 조립 공차로 인해 미세한 움직임을 허용하는 것이다.
이러한 다중 슬롯 다이 코터(100')는, 필요에 따라 두 개의 토출구(101a, 102a)를 수평 방향을 따라 서로 이격되어 전후로 배치시킬 수 있다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 다중 슬롯 다이 코터(100')의 형태를 조정하기 위한 별도의 장치를 이용하거나, 작업자가 수작업을 통해 하부 다이 블록(110) 및 상부 다이 블록(130)의 상대적인 이동을 만들어낼 수 있다(도 6에서 제2 고정부(140”)의 도시는 편의를 위해 생략하였음).
예를 들어, 상기 하부 다이 블록(110)은 움직이지 않고 그대로 둔 상태로, 상부 다이 블록(130)을 슬라이딩 면을 따라 코팅액(50, 60)의 토출 방향과 반대인 후방 또는 전방으로 일정 거리(D)만큼 이동시켜 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a) 사이에 단차를 형성할 수 있다. 여기서, 슬라이딩 면이라 함은, 제1 중간 다이 블록(122)과 제2 중간 다이 블록(124)의 대향면을 의미한다.
이와 같이 형성된 단차의 폭(D)은 대략 수백 마이크로미터 내지 수 밀리미터의 범위 내에서 결정될 수 있으며, 이는 기재(300) 상에 형성되는 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)의 물성, 점성 또는 기재(300) 상에 소망하는 층별 두께에 따라 결정될 수 있다. 예컨대 기재(300) 상에 형성될 코팅층의 두께가 두꺼울수록 단차의 폭(D)은 그 수치가 커질 수 있다.
또한, 이와 같이, 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a)가 서로 수평 방향을 따라 상호 이격된 위치에 배치됨에 따라, 상부 토출구(102a)에서 토출된 제2 코팅액(60)이 하부 토출구(101a)로 유입되거나, 또는 하부 토출구(101a)에서 토출된 제1 코팅액(50)이 상부 토출구(102a)로 유입될 우려가 없게 된다.
즉, 하부 토출구(101a) 또는 상부 토출구(102a)를 통해 토출된 코팅액은 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a) 사이에 형성된 단차를 이루는 면에 가로막혀 다른 토출구쪽으로 유입될 우려가 없게 되는 것이며, 이로써 더욱 원활한 다층 활물질 코팅 공정이 진행될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터(100')는, 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a) 간의 상대적인 위치에 변경이 필요한 경우에 있어서, 하부 다이 블록(110) 및/또는 상부 다이 블록(130)의 슬라이딩 이동에 의해 간단하게 조정이 가능하며, 각각의 다이 블록(110, 120, 130)를 분해 및 재조립할 필요가 없게 되어 공정성이 크게 향상될 수 있다.
4개의 다이 블록을 가지게 되는 다중 슬롯 다이 코터(100')에서도 제1 중간 다이 블록(122)과 제2 중간 다이 블록(124)의 최소 각도를 제안한다.
특히 제2 중간 다이 블록(124)이 상부 다이 블록(130)과 대면하고 있는 면(124a)과 제2 중간 다이 블록(124)이 제1 중간 다이 블록(122)과 대면하고 있는 면(124b)이 이루는 각도(θ')를 14도 이상으로 한다.
본 실시예의 다중 슬롯 다이 코터(100')는 전술한 실시예인 다중 슬롯 다이 코터(100)에 비하여 다이 블록의 개수가 1개 증가하므로 전체적인 볼륨을 유지하는 경우 다이 블록의 두께는 더 얇아진다. 제2 중간 다이 블록(124)의 각도(θ')는 최소 14도로 한다. 각도(θ')는 14도 이상이면 된다. 14도 미만인 경우에는 제2 중간 다이 블록(124)이 너무 얇아져 변형 및 비틀림에 매우 취약하게 된다. 본 발명의 실시예에서는 최소 각도로서 14도를 제안하여 허용 수준의 변형까지만 발생시키도록 한다. 각도(θ')가 커질수록 제2 중간 다이 블록(124)이 두꺼워지기 때문에 변형 및 비틀림 측면에서는 유리할 것이다. 하지만 앞서 설명한 바와 같이 각도(θ')는 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a)가 이루는 각도에도 영향을 주기 때문에 마냥 크게 만들 수는 없다. 따라서, 여기에서도 상부 토출구(102a)에서 토출되는 전극 활물질 슬러리와 하부 토출구(101a)에서 토출되는 전극 활물질 슬러리가 동시 토출 직후 와류를 형성하지 않는 범위 내가 되도록 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a)가 이루는 각도를 결정하고 이에 따라 각도(θ')의 상한이 결정되도록 할 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 마찬가지로, 각도(θ')는 다중 슬롯 다이 코터(100')의 폭 방향을 따라 위치별로 하부 슬롯(101)의 슬롯 갭과 상부 슬롯(102)의 슬롯 갭을 측정한 각 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛ 이내가 되도록 결정한다. 각 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛보다 커지면 폭방향 로딩이 불균일한 것으로 판단한다. 최소 각도인 14도는 이와 같이 다이 블록 개수가 4개인 다중 슬롯 다이 코터(100')에서 슬롯 갭의 편차를 고려하여 결정된 것일 수 있다.
각도(θ')는 제2 중간 다이 블록(124)이 인접한 다른 다이 블록(130, 122)과 대면하고 있는 면끼리 이루는 각도이고 본 발명에서는 이러한 각도(θ')의 최소 각도를 관리할 것을 제안하지만, 상부 다이 블록(130)에서 제2 중간 다이 블록(124)의 면(124a)과 마주보는 면(130b), 그리고 이 면(130b)과 이웃해 인접한 다른 면(130a)이 이루는 각도인 상부 다이 블록(130)의 각도도 최소 14도로 제한할 수 있다. 마찬가지로, 제1 중간 다이 블록(122)에서 제2 중간 다이 블록(124)과 마주보는 면(122a) 및 하부 다이 블록(110)과 마주보는 면(122b)이 이루는 각도인 제1 중간 다이 블록(122)의 각도도 최소 14도로 제한할 수 있다. 또한, 하부 다이 블록(110)에서 제1 중간 다이 블록(122)과 마주보는 면(110b), 그리고 이 면(110b)과 이웃해 인접한 다른 면(110a)이 이루는 각도인 하부 다이 블록(110)의 각도도 최소 14도로 제한할 수 있다. 이를 통해 하부 다이 블록(110)과 중간 다이 블록(120) 사이에 형성되는 하부 슬롯(101) 및 중간 다이 블록(120)과 상부 다이 블록(130) 사이에 형성되는 상부 슬롯(102)의 슬롯 갭이 허용 수준의 변형 안에서 관리될 수 있다.
각도(θ')의 하한은 14도이다. 각도(θ')의 상한은 앞서 언급한 바와 같이, 두 개의 토출구(101a, 102a)의 각도를 고려하여 상부 다이 블록(130), 제1 중간 다이 블록(122) 및 하부 다이 블록(110)의 각도까지 고려해 180도 이하의 범위에서 결정할 수 있다.
특히 도면에 도시한 예에서와 같이 상부 토출구(102a)의 각도를 거의 90도로하는 경우라면 다음과 같이 하한을 결정할 수가 있다. 예를 들어, 다중 슬롯 다이 코터(100')에서 상부 슬롯(102)이 기재(300) 표면에 대하여 90도의 각도를 가진 경우를 가정하면, 제2 중간 다이 블록(124)의 면(124a)과 하부 다이 블록(110)의 면(110a)이 이루는 각도(제2 중간 다이 블록(124)의 각도 + 제1 중간 다이 블록(122)의 각도 + 하부 다이 블록(110)의 각도)는 최대 90도이다(180도에서 90도를 뺀 값). 제1 중간 다이 블록(122)의 최소 각도가 14도, 하부 다이 블록(110)의 최소 각도까지도 14도라고 한다면, 제2 중간 다이 블록(124)의 최대 각도는 62도가 된다. 따라서, 상부 슬롯(102)의 토출 방향이 기재(300) 표면에 대하여 90도의 각도를 가지도록 다중 슬롯 다이 코터(100')를 사용하는 경우에 제2 중간 다이 블록(124)의 각도(θ')는 14도 이상 62도 이하의 범위에서 관리될 수 있다. 따라서, 다중 슬롯 다이 코터(100')에서 상부 슬롯(102)이 기재(300) 표면에 대하여 90도의 각도를 가진 경우를 가정하면, 바람직하게 각도(θ')의 범위는 14도 내지 62도이다.
다른 예로, 상부 슬롯(102)과 하부 슬롯(101)이 대략 20도 내지 70도의 각도를 가지게 하는 경우만 고려한다면, 제2 중간 다이 블록(124)의 각도와 제1 중간 다이 블록(122)의 각도를 합한 최대 각도는 70도일 수 있다. 그러한 경우 제2 중간 다이 블록(124)과 제1 중간 다이 블록(122)의 각도 하한이 각각 14도라고 하면 70도에서 14도를 뺀 값인 56도가 각도(θ')의 하한이 된다. 따라서, 이 경우에는 바람직하게 각도(θ')의 범위는 14도 내지 56도이다.
이와 같이 각도(θ')의 하한은 14도로 고정이지만, 각도(θ')의 상한은 상부 슬롯(102)의 각도라든지 상부 슬롯(102)과 하부 슬롯(101)이 이루는 각도라든지 기타 다른 조건을 만족하면서 변경될 수 있다.
상부 슬롯 각도와 하부 슬롯 각도 고찰
이하, 종래 기술에 의한 듀얼 슬롯 다이 코터를 비교예로 설명하여, 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 효과를 설명한다.
앞서 언급한 바와 같이, 본래 듀얼 슬롯 다이 코터는 각 다이 블록의 두께가 얇아 구조적으로 변형과 비틀림에 취약하다. 다이 블록의 크기를 막연히 키우거나(각도 변경)하면, 토출 방향이 바뀌어 코팅 공정성의 저하를 야기하는 문제가 있다.
종래 듀얼 슬롯 다이 코터에서, 다이 블록 각도 변경에 의한 슬롯 경사가 전극 활물질 슬러리 코팅 안정성에 미치는 영향 확인을 위해, 상부 슬롯과 하부 슬롯을 각각 중간 다이 블록과 멀어지는 방향으로 30도씩 기울여 해석하였다.
도 7은 비교예에서 다이 블록 각도 변경에 따른 코팅 양상을 도시한 것이다.
상부 슬롯을 중간 다이 블록과 멀어지는 방향으로 30도 기울임으로써, 상부 슬롯은 기재 표면에 대하여 120도 각도이고 하부 슬롯은 기재 표면에 대하여 90도 각도를 갖는 경우가 case 1, 모든 슬롯이 기재 표면에 대하여 직립이어서 상부 슬롯 및 하부 슬롯이 기재 표면에 대하여 각각 90도 각도를 갖는 경우가 case 2, 그리고 하부 슬롯을 중간 다이 블록과 멀어지는 방향으로 30도 기울임으로써, 상부 슬롯은 기재 표면에 대하여 90도 각도이고 하부 슬롯은 기재 표면에 대하여 60도 각도를 갖는 경우가 case 3이다. 각각의 전극 활물질 슬러리 코팅층 상태는 도 7에 나타낸 바와 같다. 코팅 비드(coating bead)와 경계면(separation point) 위치를 도 7에 나타내었다. 도 7은 비교예에서 다이 블록 각도 변경에 따른 코팅 양상을 도시한 것이다. 도 7에서 (a), (b), (c)는 각각 case 1, case 2, case 3를 나타낸다.
표 1은 각 경우에 대해 코팅 비드 위치와 경계면 위치를 정리한 것이다.
[표 1]
Figure 112021085045526-pat00001
코팅 안정성은 코팅 비드 위치와 경계면 위치로 판단할 수 있다.
상기와 같이 상부 슬롯, 하부 슬롯의 각도 변경한 결과, 코팅 안정성은 case 2가 case 3와 같거나 더 좋고 case 1이 가장 나빴다(case 2 ≥ case 3 > case 1). 모든 슬롯이 직립인 경우가 case 2에 비해, case 1과 case 2는 어느 한쪽 슬롯에 경사를 주어 V자 형태의 액 공급 방식이 된다. 이러한 액 공급 방식은 상, 하층 슬러리가 만나는 영역에서 와류 형성으로 인터믹싱(inter mixing)이 발생하기 때문에 이중층을 형성하기 어려운 문제가 있다. 이와 같이 다이 블록의 크기를 키워 각도 변경하면, 토출 방향이 바뀌어 코팅 공정성의 저하를 야기하게 된다.
변형 취약성은 case 1과 case 3이 유사하며 case 2에 비하여 매우 취약했다(case 1 = case 3 >> case 2). 즉, case 1과 case 3처럼 각도 변경을 하면 중간 다이 블록이 너무 얇아지게 되어 취약해지는 것이다. 즉 3개의 다이 블록들 중 외곽에 위치한 상부/하부 다이 블록의 두께를 증가시켜 변형과 비틀림을 개선한다 하더라도 구조적으로 제일 취약한 중간 다이 블록의 변형에 대한 보완은 여전히 어렵다는 것이다. 따라서, 단순 각도 변경을 통해 변형과 비틀림을 원천 차단하는 것은 어렵다는 것을 알 수 있다. 본 발명에서는 다이 블록 각도를 제어함으로써 변형 및 뒤틀림의 최소 허용 범위를 제한하도록 한다. 종래에는 다이 블록 각도에 대한 이해도 명확한 기준도 제시되지 못했다.
종래 듀얼 슬롯 다이 코터의 슬롯 갭 편차 문제 확인
도 8은 비교예 중 case 3에서 폭 방향 사이드와 센터 부분의 단면도이다.
도 8의 (a)는 사이드 부분, (b)는 센터 부분의 듀얼 슬롯 다이 코터 단면을 보여준다. 도면에서 다이 블록 내의 위치별로 변형의 정도를 나타내었는데 변형도는 ① < ② < ③이다.
도 8의 (a)를 참조하면 사이드 부분에서 제2 중간 다이 블록에 해당하는 부분의 변형도가 ②로 약간 변형이 일어난 것을 볼 수 있다. 이러한 변형은 도 8의 (b)를 참조하면 센터 부분에서는 더 심화되어 제2 중간 다이 블록의 립 근처는 변형도가 ③에 이르는 것을 볼 수 있다. 그리고, 센터 부분에서는 제1 중간 다이 블록의 립 근처에 해당하는 부분도 변형도 ②의 변형이 발생된 것을 볼 수 있다. 이처럼 다이 블록의 변형이 센터 부분에서 더 심하므로, 센터 부분에서는 상부 슬롯의 슬롯 갭이 사이드 부분에서의 상부 슬롯의 슬롯 갭과 크게 차이가 남을 확인할 수 있다. 또한, 사이드 부분에서는 제1 중간 다이 블록의 변형은 적어 상부 슬롯의 슬롯 갭 변화에 비하여 하부 슬롯의 슬롯 갭의 변화가 적기는 하지만, 센터 부분에서는 제1 중간 다이 블록도 변형이 되어 하부 슬롯의 슬롯 갭 변화도 무시하지 못할 수준에 이르게 됨을 확인할 수 있다.
이와 같이 종래 듀얼 슬롯 다이 코터에서는 폭 방향을 따라 사이드 부분과 센터 부분에서 슬롯 갭의 차이가 발생해 슬롯 갭의 편차가 발생하며, 이러한 슬롯 갭의 편차를 줄이기 어려웠다. 하지만 본 발명에서는 제2 중간 다이 블록의 최소 각도를 제한함으로써 슬롯 갭 편차를 허용 가능한 수준 안에서 관리할 수 있게 된다.
종래 듀얼 슬롯 다이 코터에서 상부 다이 블록과 중간 다이 블록 조립시의 각 볼트 체결강도에 따른 슬롯 갭(상부 다이 블록과 중간 다이 블록 사이의 토출구 크기, 즉 상부 슬롯의 갭)을 주행 방향에 수직인 다이 블록의 폭 방향인 TD 방향을 따라 가며 측정하여 도 9 및 표 2에 정리하였다. 도 9는 비교예에서 체결강도에 따라 나타낸, TD 방향을 따르는 슬롯 갭 변화 그래프이다. 그래프에서 X축은 다이 블록 한쪽 끝에서부터 측정한 TD 방향으로의 편차(TD Direction Displacement)이고 Y축은 슬롯 갭 크기를 나타낸다.
[표 2]
Figure 112021085045526-pat00002
샘플 1과 같이 상부 다이 블록과 중간 다이 블록 조립시 볼트 토크 350N 체결강도를 이용하면 슬롯 갭의 최대-최소 차이가 39 ㎛나 된다. 샘플 2, 3 순으로 체결강도를 150N, 200N으로 변화시키면 최대-최소 차이가 13 ㎛, 12 ㎛로 감소한다. 이와 같이 종래에는 체결강도에 따라서도 슬롯 갭의 변화가 쉽다. 종래에는 하는 수없이 200N 정도로 체결강도를 정해 타이트하게 관리하며 조립하더라도, 12 ㎛라는 최대-최소 차이를 감내하여야 했다. 하지만 본 발명의 실시예에서는 다중 슬롯 다이 코터의 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛ 이내가 되도록 다이 블록의 각도(θ 또는 θ')를 결정한다. 각 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛보다 커지면 폭방향 로딩이 불균일한 것으로 판단한다. 폭방향 로딩 불균일은 향후 전극을 이차전지로 제조하였을 때 용량 불균일로 귀결되기 때문에 이차전지 특성상 바람직하지 않다. 이에 본 발명의 실시예에서는 허용 수준을 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛인 것을 기준으로 하여 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛ 이내로 들어오게 관리한다. 다이 블록이 3개인 경우 중간 다이 블록의 최소 각도인 20도, 다이 블록이 4개인 경우 제2 중간 다이 블록의 최소 각도인 14도는 이러한 슬롯 갭의 편차를 고려하여 결정된 것이다.
다이 블록이 4개인 다중 슬롯 다이 코터에서의 제2 중간 다이 블록의 각도 하한 효과 확인
도 5를 참조하여 설명한 다중 슬롯 다이 코터(100')와 같은 구조에서 제2 중간 다이 블록의 각도를 10도로 한 경우(비교예)와 14도로 한 경우(실시예)에 대하여 상부 슬롯의 슬롯 갭 편차, 하부 슬롯의 슬롯 갭 편차를 측정하여 아래 표 3에 나타내었다. 여기서 슬롯 갭의 목표값은 1mm로 하였으며, 슬러리의 다양한 토출 압력에 따라 폭 방향 사이드 대비 센터에서 슬롯 갭이 늘어난 정도를 구해 정리하였다.
[표 3]
Figure 112021085045526-pat00003
본 발명의 실시예에서는 허용 수준을 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛인 것을 기준으로 한다. 표 3에서 압력이 34, 54 kPa까지는 제2 중간 다이 블록의 각도가 10도이어도 편차가 10 ㎛ 이내로 들어오므로 별 문제가 없다. 슬러리 토출 압력은 코팅 조건(로딩량, 코팅 속도)에 따라 달라질 수 있는데, 일반적으로 이차전지에서는 100 kPa 이하의 압력을 사용하고 있다. 이러한 100 kPa에 근접한 74 kPa부터는 제2 중간 다이 블록의 각도가 10도일 때에 상부 슬롯의 슬롯 갭 편차가 허용 수준을 넘어간다. 특히 100 kPa에 매우 근접한 94 kPa에서는 제2 중간 다이 블록의 각도가 10도일 때에 상부 슬롯의 슬롯 갭 편차와 하부 슬롯의 슬롯 갭 편차 모두가 10 ㎛를 크게 벗어난다. 이에 비해 제2 중간 다이 블록의 각도가 14도인 경우에는 상부 슬롯의 슬롯 갭 편차와 하부 슬롯의 슬롯 갭 편차 모두 10 ㎛ 이내로 들어온다. 그러므로 제2 중간 다이 블록의 각도의 최소값을 14도로 해야만 슬롯 갭이 허용 수준의 변형 안에서 관리될 수 있다.
다이 블록이 3개인 다중 슬롯 다이 코터에서의 중간 다이 블록의 각도 범위 효과 확인
'상부 슬롯 각도와 하부 슬롯 각도 고찰'에서 본 바와 같이, case 1처럼 상부 슬롯을 중간 다이 블록과 멀어지는 방향으로 기울이는 경우, 즉 상부 슬롯이 기재 표면과 이루는 각도가 90도보다 커지는 경우에는 상부 슬롯으로부터 토출되는 전극 활물질 슬러리(상층 슬러리)와 하부 슬롯으로부터 토출되는 전극 활물질 슬러리(하층 슬러리)가 만날 때의 와류 형성으로 적합하지 않다. 따라서, 도 3을 참조하여 설명한 다중 슬롯 다이 코터(100)와 같은 구조에서, 상부 슬롯(102)과 기재(300) 표면이 이루는 각도, 즉 상부 토출구(102a)의 각도는 90도로 고정하고, 중간 다이 블록(120)의 각도를 15도로 한 경우(비교예 1-1), 20도로 한 경우(실시예 1-1), 70도로 한 경우(실시예 1-2) 및 75도로 한 경우(비교예 1-2)에 대하여 하부 슬롯의 슬롯 갭 편차를 각각 구하여 아래 표 4에 나타내었다. 각 경우에서 하부 토출구(101a)의 각도는 75도, 70도, 20도, 15도가 된다. 여기서 슬롯 갭의 목표값은 1mm로 하였으며, 슬러리의 토출 압력은 100kPa이었고, 폭 방향 사이드 대비 센터에서 슬롯 갭이 늘어난 정도를 구해 정리하였다. 모사에 이용한 다중 슬롯 다이 코터는 TD 방향을 따르는 전체 폭이 1500cm, 상부 다이 블록 상면에서부터 하부 다이 블록 하면까지 이르는 전체 높이는 190cm, MD 방향을 따르는 앞 뒤 길이는 190cm라고 가정하였다. 슬러리가 담기는 매니폴드에서 TD 방향을 따르는 폭은 1390cm이고, 매니폴드 끝단에서부터 토출구까지의 거리인 랜드부 길이는 50cm라고 가정하였다. 하부 다이 블록과 중간 다이 블록 사이는 14개의 M14 볼트로 체결되고, 중간 다이 블록과 상부 다이 블록 사이도 14개의 M14 볼트로 체결된다고 가정하였다.
[표 4]
Figure 112021085045526-pat00004
본 발명의 실시예에서는 허용 수준을 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛인 것을 기준으로 한다. 표 4에서 비교예 1-1과 비교예 1-2는 슬롯 갭 편차가 각각 12.1 ㎛, 11.7 ㎛로서 10 ㎛를 벗어난다. 하지만 본 발명에서 제안하는 바와 같이 중간 다이 블록의 각도를 20도(실시예 1-1)나 70도(실시예 1-2)로 하는 경우, 그 슬롯 갭 편차는 각각 8.8 ㎛, 8 ㎛이므로, 10 ㎛ 이내에 들어온다. 그러므로 상부 슬롯(102)과 기재(300) 표면이 이루는 각도, 즉 상부 토출구(102a)의 각도를 90도로 고정하는 경우, 중간 다이 블록(120)의 각도를 적어도 20도에서 70도 사이로 해야만 슬롯 갭이 허용 수준의 변형 안에서 관리될 수 있다.
다이 블록이 4개인 다중 슬롯 다이 코터에서의 중간 다이 블록의 각도 범위 효과 확인
도 5를 참조하여 설명한 다중 슬롯 다이 코터(100')와 같은 구조에서, 상부 슬롯(102)과 기재(300) 표면이 이루는 각도, 즉 상부 토출구(102a)의 각도는 90도로 고정하고, 제1 중간 다이 블록(122)의 각도와 제2 중간 다이 블록(124)의 각도를 각각 10도로 한 경우(비교예 2-1), 각각 14도로 한 경우(실시예 2-1), 제2 중간 다이 블록(124)의 각도는 62도로 하고 제1 중간 다이 블록(122)의 각도는 62도로 한 경우(실시예 2-2), 제2 중간 다이 블록(124)의 각도는 70도로 하고 제1 중간 다이 블록(122)의 각도는 10도로 한 경우(비교예 2-2)에 대하여, 각 경우의 하부 슬롯의 슬롯 갭 편차를 구하여 아래 표 5에 나타내었다. 여기서도 슬롯 갭의 목표값은 1mm로 하였으며, 슬러리의 토출 압력은 94kPa이었고, 폭 방향 사이드 대비 센터에서 슬롯 갭이 늘어난 정도를 구해 정리하였다. 여기서도 모사에 이용한 다중 슬롯 다이 코터는 TD 방향을 따르는 전체 폭이 1500cm, 상부 다이 블록 상면에서부터 하부 다이 블록 하면까지 이르는 전체 높이는 190cm, MD 방향을 따르는 앞 뒤 길이는 190cm라고 가정하였다. 슬러리가 담기는 매니폴드에서 TD 방향을 따르는 폭은 1390cm이고, 매니폴드 끝단에서부터 토출구까지의 거리인 랜드부 길이는 50cm라고 가정하였다. 하부 다이 블록과 제1 중간 다이 블록 사이는 14개의 M14 볼트로 체결되고, 제2 중간 다이 블록과 상부 다이 블록 사이도 14개의 M14 볼트로 체결된다고 가정하였다.
[표 5]
Figure 112021085045526-pat00005
본 발명의 실시예에서는 허용 수준을 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛인 것을 기준으로 한다. 표 5에서 비교예 2-1과 비교예 2-2는 슬롯 갭 편차가 각각 11.6 ㎛, 13.5 ㎛로서 10 ㎛를 벗어난다. 하지만 본 발명의 실시예에서 제안하는 바와 같이 제1 중간 다이 블록(122)과 제2 중간 다이 블록(124)의 각도를 14도(실시예 2-1)로 하고, 제2 중간 다이 블록의 각도를 최대 각도인 62도(실시예 2-2)로 하는 경우, 그 슬롯 갭 편차는 각각 8.8 ㎛, 9,3 ㎛이므로, 10 ㎛ 이내에 들어온다. 그러므로 상부 슬롯(102)과 기재(300) 표면이 이루는 각도를 90도로 고정하는 경우, 제2 중간 다이 블록(124)의 각도를 적어도 14도에서 62도 사이로 해야만 슬롯 갭이 허용 수준의 변형 안에서 관리될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
100, 100' : 다중 슬롯 다이 코터 101 : 하부 슬롯
102 : 상부 슬롯 110 : 하부 다이 블록
111 : 하부 다이립 112: 제1 매니폴드
113 : 제1 스페이서 120 : 중간 다이 블록
121 : 중간 다이립 122 : 제1 중간 다이 블록
124 : 제2 중간 다이 블록 130 : 상부 다이 블록
131 : 상부 다이립 132 : 제2 매니폴드
133 : 제2 스페이서 140 : 고정부
140' : 제1 고정부 140" : 제2 고정부
200 : 코팅 롤 300 : 기재

Claims (14)

  1. 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하는 다중 슬롯 다이 코터로서,
    하부 다이 블록;
    상기 하부 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 하부 다이 블록과의 사이에 상기 하부 슬롯을 형성하는 중간 다이 블록; 및
    상기 중간 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 중간 다이 블록과의 사이에 상기 상부 슬롯을 형성하는 상부 다이 블록을 포함하고,
    상기 중간 다이 블록은 상하로 서로 대면 접촉하고 접촉면을 따라 슬라이딩 되어 상대 이동 가능하게 마련되는 제1 중간 다이 블록과, 제2 중간 다이 블록을 포함하고,
    상기 제2 중간 다이 블록이 상기 상부 다이 블록과 대면하고 있는 제1 면과 상기 제2 중간 다이 블록이 상기 제1 중간 다이 블록과 대면하고 있는 면이 이루는 각도는 14도 이상 62도 이하인 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 상부 다이 블록에서 상기 제2 중간 다이 블록과 마주보는 면과 이 면과 이웃해 인접한 다른 면이 이루는 각도를 상부 다이 블록의 각도라고 하고, 상기 하부 다이 블록에서 상기 제1 중간 다이 블록과 마주보는 면, 그리고 이 면과 이웃해 인접한 다른 면이 이루는 각도를 하부 다이 블록의 각도라고 하며, 상기 제2 중간 다이 블록이 상기 상부 다이 블록과 대면하고 있는 제1 면과 상기 제1 중간 다이 블록이 상기 하부 다이 블록과 대면하고 있는 제2 면이 이루는 각도를 중간 다이 블록의 각도라고 하면, 상기 상부 다이 블록의 각도, 중간 다이 블록의 각도 및 하부 다이 블록의 각도를 전부 합해 최대 180도가 되는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 하부 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하고, 상기 하부 다이립과 상기 중간 다이립 사이에는 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 토출구가 형성되고, 상기 중간 다이립과 상기 상부 다이립 사이에는 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 토출구가 형성되며,
    상기 다중 슬롯 다이 코터는 연속적으로 주행하는 기재 표면에 상기 하부 슬롯 및 상부 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 전극 활물질 슬러리를 압출해 도포하는 것이며,
    상기 하부 토출구와 상기 상부 토출구가 이루는 각도가 상기 상부 토출구에서 토출되는 전극 활물질 슬러리와 상기 하부 토출구에서 토출되는 전극 활물질 슬러리가 동시 토출 직후 와류를 형성하지 않는 범위 내가 되도록 상기 중간 다이 블록의 각도를 결정하는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하부 슬롯과 상기 상부 슬롯은 20도 내지 70도의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  6. 제3항에 있어서, 상기 다중 슬롯 다이 코터의 폭 방향을 따라 위치별로 상기 하부 슬롯의 슬롯 갭과 상기 상부 슬롯의 슬롯 갭을 측정한 각 슬롯 갭의 편차가 10 ㎛ 이내가 되도록 상기 중간 다이 블록의 각도를 결정하는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 다중 슬롯 다이 코터는 연속적으로 주행하는 기재 표면에 상기 하부 슬롯 및 상부 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 전극 활물질 슬러리를 압출해 도포하는 것이며, 상기 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향을 거의 수평으로 해 상기 다중 슬롯 다이 코터를 설치하고, 상기 제1 면이 거의 수평으로 놓이고 상기 상부 다이 블록에서 상기 제1 면과 마주보는 반대면도 거의 수평으로 놓이며, 상기 하부 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록에서 상기 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향에 반대되는 면은 거의 수직으로 놓이는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 중간 다이 블록이 상기 하부 다이 블록과 대면하고 있는 제2 면과 상기 제1 중간 다이 블록이 상기 제2 중간 다이 블록과 대면하고 있는 면이 이루는 각도는 14도 이상 62도 이하인 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 중간 다이 블록은 상기 하부 다이 블록에 고정 결합되고, 상기 제2 중간 다이 블록은 상기 상부 다이 블록에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  12. 제1항에 있어서, 상기 하부 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하고, 상기 하부 다이립과 상기 중간 다이립 사이에는 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 토출구가 형성되고, 상기 중간 다이립과 상기 상부 다이립 사이에는 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 토출구가 형성되며, 상기 하부 토출구와 상기 상부 토출구 사이에는 소정의 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  13. 제1항에 있어서, 상기 하부 다이 블록과 상기 제1 중간 다이 블록 사이에 개재되어 상기 하부 슬롯의 폭을 조절하는 제1 스페이서와, 상기 제2 중간 다이 블록과 상기 상부 다이 블록 사이에 개재되어 상기 상부 슬롯의 폭을 조절하는 제2 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  14. 제1항에 있어서, 상기 하부 다이 블록은 제1 코팅액을 수용하고 상기 하부 슬롯과 연통하는 제1 매니폴드를 구비하고, 상기 제2 중간 다이 블록은 제2 코팅액을 수용하고 상기 상부 슬롯과 연통하는 제2 매니폴드를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
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