KR20120095159A - 활물질 코팅 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 활물질 코팅장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예는 활물질 슬러리를 저장하는 탱크, 상기 탱크에 연결되어 슬러리를 공급하는 펌프, 상기 펌프로부터 공급된 슬러리를 전극 집전체 어느 일면에 코팅되도록 형성된 슬롯다이, 상기 코팅된 부분은 폭 방향 및 코팅방향의 두께를 측정하는 두께 측정부 및 상기 두께가 측정된 코팅면이 건조되도록 건조로를 포함하는 것을 특징으로 하는 활물질 코팅장치 및 이 장치를 이용한 코팅방법을 개시한다.

Description

활물질 코팅 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COATING ACTIVE MATERIAL}
본 발명의 일실시예는 활물질 코팅 장치 및 방법에 관한 것이다.
이차전지는 양극판과 음극판 및 세퍼레이터를 구비하는 전극조립체를 케이스에 삽입한 후 캡조립체로 밀봉하여 제조된다. 상기 양극판은 일반적으로 알루미늄 재질의 전극집전체에 믹싱 공정에서 제조된 양극활물질용 슬러리를 정해진 슬롯다이를 통해 정해진 패턴 및 일정한 두께로 코팅한 후 건조시킨다. 상기 건조된 극판은 밀도계에서 코팅품질을 관리한다.
상기 제조 공정에서 코팅속도가 증가되면, 전극집전체 폭방향에 대하여 단위면적당 질량(Loading level)의 산포가 증가되어 코팅품질이 나빠진다. 상기 공정에서는 건조 된 이후에 품질을 확인할 수 있기 때문에 불균일하게 도포되거나 설정된 코팅 두께로 코팅되지 못한 극판은 폐기 해야 된다. 이때 폐기되는 극판은 건조로 길이 이상이 버려야 하기 때문에 극판의 손실이 큰다.
본 발명의 일실시예는 활물질이 건조되기 전에 코팅 두께를 자동으로 조절할 수 있는 활물질 코팅 장치 및 방법을 제공한다.
또한 본 발명의 일실시예는 코팅 두께를 코팅방향 및 폭방향에 대한 코팅 두께를 측정하여 건조 전 코팅품질을 관리할 수 있는 활물질 코팅 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의한 활물질 코팅 장치는 활물질 슬러리를 저장하는 탱크, 상기 탱크에 연결되어 슬러리를 공급하는 펌프, 상기 펌프로부터 공급된 슬러리를 전극 집전체 어느 일면에 코팅되도록 형성된 슬롯다이, 상기 코팅된 부분에 대하여 폭 방향 및 코팅방향의 두께를 측정하는 두께 측정부 및 상기 두께가 측정된 코팅면이 건조되도록 건조로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 두께 측정부는 전극 집전체의 폭 방향에 대한 두께를 측정하고, 측정된 슬러리의 두께에 따라 슬롯다이의 갭(gap)을 제어하는 제1연동 제어부 및 전극 집전체의 코팅방향의 두께를 측정하고, 측정된 슬러리의 두께에 따라 펌프를 제어하는 제2연동 제어부를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1연동 제어부는 상기 전극 집전체의 코팅 방향에서 코팅폭의 산포 영역을 설정하는 산포설정부, 상기 산포설정부에서 각 영역의 산포를 측정하는 산포측정부 및 상기 측정된 산포와 설정된 산포를 비교하여 슬롯다이 갭(gap) 조절 양을 결정하는 슬롯다이 제어부를 포함하는 것으로 형성될 수 있다. 상기 산포설정부는 산포 영역이 슬롯다이의 갭(gap) 조절기가 위치하는 영역과 대응되는 것을 특징으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2연동 제어부는 코팅방향에서 슬러리의 두께를 측정하는 코팅방향 두께 측정부, 상기 슬러리 두께와 설정 두께를 비교하고, 두께가 일치될 때까지 펌프를 제어하는 펌프 제어부를 포함하는 것으로 형성될 수 있다. 상기 펌프 제어부는 펌프 회전수로 슬러리의 유양을 제어하는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 활물질 코팅 방법은 저장탱크의 슬러리가 펌프로 공급되는 슬러리 공급단계, 상기 공급된 슬러리가 슬롯다이로 주입되는 코팅준비단계, 상기 슬롯다이에서 토출된 슬러리가 전극집전체 어느 일면에 코팅되는 코팅단계, 상기 코팅된 부분에서 폭방향 및 코팅방향의 두께를 측정하는 두께측정단계 및 상기 두께 측정된 코팅 면을 건조하는 건조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코팅단계에서 폭방향의 산포 영역을 설정하는 산포설정단계, 상기 설정된 산포 영역의 산포를 측정하는 산포측정단계 및 상기 측정된 각 영역의 산포를 평균한 데이터와 각 산포 데이터가 동일한지 판단하여 슬롯다이 갭(gap)을 조절하는 슬롯다이 제어단계를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 코팅단계에서 코팅방향의 두께를 측정하는 코팅방향 두께측정단계 및 상기 측정된 두께의 평균 데이터와 설정 데이터를 비교하여 펌프 회전수를 제어하는 펌프 제어단계를 포함하는 것으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 활물질 코팅 장치 및 방법에 따르면 활물질이 건조되기 전에 코팅 두께를 자동으로 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 활물질 코팅 장치 및 방법에 따르면 코팅 두께를 코팅방향 및 폭방향에 대한 코팅 두께를 측정하여 건조 전 코팅품질을 관리할 수 있으므로 극판의 손실을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 활물질 코팅 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 두께 측정부를 설명한 구성도이다.
도 3은 도 1을 이용한 코팅방법의 흐름도이다.
도4는 도3의 두께측정단계를 설명한 흐름도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저 본 발명의 일실시예에 따른 본 발명의 활물질 코팅 장치 및 이를 이용한 코팅 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 활물질 코팅 장치의 구성도이다. 도 2는 도 1의 두께 측정부를 설명한 구성도이다. 도 3은 도 1을 이용한 코팅방법의 흐름도이다. 도4는 도3의 두께측정단계를 설명한 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 활물질 코팅 장치는, 도 1 내지 도 2를 참조하면, 슬러리 탱크(10), 펌프(20), 전극집전체(14), 슬롯다이(30), 두께 측정부(40) 및 건조로(50)를 포함하여 형성된다.
상기 활물질 코팅 장치는 전극집전체(14)에 슬러리(12)가 코팅되고, 건조되기 전에 코팅 두께를 측정한다. 이때, 코팅 두께는 폭 방향 및 코팅 방향 모두 측정하여 코팅품질을 관리할 수 있다.
상기 슬러리 탱크(10)는 슬러리(12)를 저장한다. 상기 슬러리(12)는 양극 또는 음극활물질 및 도전재가 혼합되어 제조된다. 상기 활물질은 양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용된다. 상기 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물은 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용된다. 상기 음극 활물질은 탄소(C) 계열 물질이 사용된다. 상기 탄소(C) 계열 물질은 Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용된다.
상기 펌프(20)는 탱크에 연결되어 슬러리를 슬롯다이(30)에 공급한다. 상기 펌프(20)는 회전 수에 따라 슬러리(12) 공급량이 조절된다. 이때, 펌프(20)의 회전 수는 하기에 설명되는 두께 측정부(40)로 제어된다.
상기 전극집전체(14)는 가이드 롤(16)에 의해 일정한 장력으로 공급된다. 상기 전극집전체(14)는 일반적으로 금속성 시트, 예를 들면 공지의 금속박이 사용된다. 상기 전극집전체(14)는 양극 전극판으로 알루미늄, 또는 니켈 등이 사용된다. 상기 전극집전체(14)는 음극 전극판용으로 구리, 니켈, 또는 스테인리스강 등이 사용된다. 바람직하게는, 양극 집전체로 알루미늄박이 그리고 음극 집전체로는 구리박이 사용된다.
상기 슬롯다이(30)는 슬릿 형상으로 형성된 분출구를 통하여 슬러리(12)가 분출된다. 상기 슬롯다이(30)는 슬러리(12)가 고르게 분출되도록 복수개의 갭(gap) 조절기가 포함된다. 이때, 갭(gap) 조절기는 수에는 제한이 없다. 상기 갭(gap)조절기는 하기에 설명되는 두께 측정부(40)로 제어된다.
상기 두께 측정부(40)는 제1연동 제어부(41) 및 제2연동 제어부(45)를 포함한다.
상기 두께 측정부(40)는 코팅 직후 슬러리(12)에 대하여 폭 방향 및 코팅방향의 두께를 측정한다. 상기 두께 측정부(40)는 측정된 데이터와 설정 데이터를 비교하여 슬롯다이(30) 및 펌프(20)를 제어한다.
상기 제1연동 제어부(41)는 산포설정부(42), 산포측정부(43) 및 슬롯다이 제어부(44)를 포함한다.
상기 제1연동 제어부(41)는 전극 집전체(14) 폭방향의 두께를 측정하고, 측정된 슬러리의 두께에 따라 슬롯다이(30)의 갭(gap)을 제어한다.
상기 산포설정부(42)는 전극집전체(14)의 코팅방향에서 폭방향의 두께를 측정하기 위하여 산포 영역을 설정한다. 상기 산포 영역은 슬롯다이(30)의 갭(gap)조절기와 대응되는 위치에 형성된다.
상기 산포측정부(43)는 산포 영역의 산포를 측정한다. 상기 산포 영역에 따라 산포 데이터를 계산한다.
상기 슬롯다이 제어부(44)는 각 영역의 산포 데이터와 전체 평균을 비교하여 갭(gap) 조절 양을 결정한다. 상기 갭(gap)조절은 폭방향의 두께에서 슬롯다이(30)의 립(lip)부분의 갭(gap)을 변화시킨다. 상기 슬롯다이(30)는 갭(gap)이 큰 영역에서 작은 영역보다 슬러리(12)가 많이 토출되어 두께가 증가된다. 따라서 각 산포 영역별로 갭(gap)조절량이 결정되어 두께가 자동으로 조절된다. 이때, 갭(gap)조절량은 슬러리(12)에 포함되는 활물질 특성에 따라 변화될 수 있다.
상기 제2연동 제어부(45)는 코팅방향 두께측정부(46) 및 펌프 제어부(47)를 포함한다.
상기 코팅방향 두께측정부(46)는 전극 집전체(14) 코팅방향의 두께를 측정한다. 이때, 두께를 측정하는 영역은 산포영역과 동일하게 형성할 수도 있다.
상기 펌프 제어부(47)는 측정된 두께가 설정된 두께와 비교한다. 상기 측정된 두께가 설정 데이터보다 작으면 펌프(20)의 회전수를 증가시킨다. 상기 펌프(20)는 회전수가 증가되면 슬러리(12)의 토출량이 증가된다. 상기 펌프 제어부(47)는 측정된 두께와 설정 데이터가 일치될 때까지 반복하여 비교한다. 상기 측정된 두께가 설정 데이터보다 크면 펌프(20)의 회전수를 감소시켜 토출되는 슬러리(12) 양을 감소시킨다.
상기 건조로(50)는 슬러리(12)가 코팅되어 있는 전극 집전체(14)를 건조시켜 전극판을 완성한다. 상기 건조로(50)는 이송장치에 의해 전극 집전체(14)가 수용되며, 건조로(50)를 통과하는 동안 슬러리(12)가 완전히 건조될 수 있는 길이로 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 활물질 코팅 방법은, 도 3 내지 도 4를 참조하면, 슬러리 공급단계(S100), 코팅준비단계(S200), 코팅단계(S300), 두께측정단계(S400) 및 건조단계(S500)를 포함한다.
상기 활물질 코팅 방법은 슬러리(12)가 코팅된 직후에 코팅방향 및 폭방향에 대한 코팅두께를 측정한다. 이때, 코팅두께측정단계(S400)는 설정된 두께와 일치되고, 폭방향으로 고르게 코팅되도록 반복하여 이루어진다.
상기 슬러리 공급단계(S100)는 탱크(10)에 보관된 슬러리(12)를 펌프(20)로 공급한다.
상기 코팅준비단계(S200)는 펌프(20)에서 공급된 슬러리(12)가 슬롯다이(30)에 주입된다.
상기 코팅단계(S300)는 슬롯다이(30)에서 토출된 슬러리(12)가 전극 집전체(14)의 어느 일면에 도포된다. 이때, 상기 슬러리(12)는 슬롯다이(30)를 통하여 일정한 두께로 균일하게 도포될 수 있다.
상기 두께측정단계(S400)는 산포설정단계(S410), 산포측정단계(S430), 슬롯다이 제어단계(S440), 코팅방향 두께측정단계(S420) 및 펌프 제어단계(S460)를 포함한다.
상기 두께측정단계(S400)는 폭방향 및 코팅방향의 두께를 측정한다. 상기 측정된 데이터를 통하여 펌프(20) 및 슬롯다이(30)를 제어한다.
상기 산포설정단계는(S410) 코팅방향에 대하여 폭방향의 산포 영역을 설정한다. 상기 산포영역은 갭(gap)조절기와 대응되도록 설정한다.
상기 산포측정단계(S430)는 각각의 산포 영역에 대한 산포를 측정한다. 상기 측정된 산포의 데이터를 계산한다. 상기 산포는 슬러리 두께에 폭방향의 평균을 뺀 데이터이다.
상기 슬롯다이 제어단계(S440)는 측정된 각 영역의 산포를 평균한 데이터와 각 산포 데이터가 동일한지 판단한다. 상기 산포 데이터가 평균 데이터 보다 작은 경우, 슬롯다이 갭(gap)이 크게 형성되도록 제어하여 슬러리 토출 양을 증가시킨다. 상기 산포 데이터가 평균 데이터 보다 큰 경우, 슬롯다이 갭(gap)이 작게 형성되도록 제어하여 슬러리 토출 양을 감소시킨다. 상기 산포 데이터와 평균 데이터를 비교하는 것은 두 데이터가 동일하게 될 때까지 반복한다.
상기 코팅방향 두께측정단계(S420)는 코팅방향의 두께를 측정한다. 상기 코팅방향의 두께를 측정하는 영역은 산포 영역과 동일하게 설정할 수도 있다.
상기 펌프 제어단계(S460)는 측정된 두께의 평균 데이터와 설정 데이터를 비교하여 펌프 회전수를 조절(S470)한다. 상기 두께 평균 데이터가 설정 데이터 보다 작으면 펌프의 회전수를 증가시켜 토출되는 슬러리 양을 증가시킨다. 상기 두께 평균 데이터가 설정 데이터보다 크면 펌프의 회전수를 감소시켜 슬러리 양을 감소시킨다. 상기 펌프 제어단계(S460)는 두께 평균 데이터와 설정 데이터가 일치될 때까지 반복하여 비교 판단한다.
상기 건조단계(S500)는 슬러리(12)가 코팅되어 있는 전극 집전체(14)를 건조시킨다. 이때, 슬러리 코팅 면은 두께측정단계(S400)에서 코팅 품질 평가가 끝난 것이다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전극판을 제조하는 방법의 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 탱크 12: 슬러리
14: 전극집전체 16: 롤러
20: 펌프 30: 슬롯다이
40: 두께측정부 50: 건조로

Claims (9)

  1. 활물질 슬러리를 저장하는 탱크;
    상기 탱크에 연결되어 슬러리를 공급하는 펌프;
    상기 펌프로부터 공급된 슬러리를 전극 집전체 어느 일면에 코팅되도록 형성된 슬롯다이;
    상기 코팅된 부분에 대하여 폭 방향 및 코팅방향의 두께를 측정하는 두께 측정부; 및
    상기 두께가 측정된 코팅면이 건조되도록 건조로를 포함하는 것을 특징으로 하는 활물질 코팅장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 두께 측정부는 전극 집전체의 폭 방향에 대한 두께를 측정하고, 측정된 슬러리의 두께에 따라 슬롯다이의 갭(gap)을 제어하는 제1연동 제어부; 및
    전극 집전체의 코팅방향의 두께를 측정하고, 측정된 슬러리의 두께에 따라 펌프를 제어하는 제2연동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 활물질 코팅장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1연동 제어부는
    상기 전극 집전체의 코팅 방향에서 코팅폭의 산포 영역을 설정하는 산포설정부;
    상기 산포설정부에서 각 영역의 산포를 측정하는 산포측정부; 및
    상기 측정된 산포와 설정된 산포를 비교하여 슬롯다이 갭(gap) 조절 양을 결정하는 슬롯다이 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 활물질 코팅장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산포설정부는 산포 영역이 슬롯다이의 갭(gap) 조절기가 위치하는 영역과 대응되는 것을 특징으로 하는 활물질 코팅장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2연동 제어부는 코팅방향에서 슬러리의 두께를 측정하는 코팅방향 두께 측정부;
    상기 슬러리 두께와 설정 두께를 비교하고, 두께가 일치될 때까지 펌프를 제어하는 펌프 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 활물질 코팅장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 펌프 제어부는 펌프 회전수로 슬러리의 유양을 제어하는 것을 특징으로 하는 활물질 코팅장치.
  7. 저장탱크의 슬러리가 펌프로 공급되는 슬러리 공급단계;
    상기 공급된 슬러리가 슬롯다이로 주입되는 코팅준비단계;
    상기 슬롯다이에서 토출된 슬러리가 전극집전체 어느 일면에 코팅되는 코팅단계;
    상기 코팅된 부분에서 폭방향 및 코팅방향의 두께를 측정하는 두께측정단계; 및
    상기 두께 측정된 코팅 면을 건조하는 건조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 활물질 코팅방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 코팅단계에서 폭방향의 산포 영역을 설정하는 산포설정단계;
    상기 설정된 산포 영역의 산포를 측정하는 산포측정단계; 및
    상기 측정된 각 영역의 산포를 평균한 데이터와 각 산포 데이터가 동일한지 판단하여 슬롯다이 갭(gap)을 조절하는 슬롯다이 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 활물질 코팅방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 코팅단계에서 코팅방향의 두께를 측정하는 코팅방향 두께측정단계; 및
    상기 측정된 두께의 평균 데이터와 설정 데이터를 비교하여 펌프 회전수를 제어하는 펌프 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 활물질 코팅방법.
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