KR20140073956A - 챔버의 구조가 개선된 슬롯 다이 및 이를 구비한 코팅장치 - Google Patents

챔버의 구조가 개선된 슬롯 다이 및 이를 구비한 코팅장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코팅 물질이 유입되는 피드부와, 상기 피드부를 통해 공급되는 코팅 물질을 수용하는 챔버와, 상기 코팅 물질을 유출시킬 수 있도록 상기 챔버와 연통되는 슬릿과, 상기 슬릿을 형성하는 다이립을 포함하는 다이 본체를 구비한 슬롯 다이에 있어서, 상기 챔버는 상기 코팅 물질을 수용하기 위한 내부공간이 형성된 챔버 블록;을 구비하고, 상기 챔버 블록이 상기 다이 본체에 교체 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 슬롯 다이를 개시한다.

Description

챔버의 구조가 개선된 슬롯 다이 및 이를 구비한 코팅장치{IMPROVED SLOT DIE FOR CHAMBER STRUCTURE AND COATING APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 슬롯 다이 및 이를 구비한 코팅장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 코팅 물질을 수용하기 위한 챔버 구조가 다이 본체에 마련된 슬롯 다이와 이를 구비한 코팅장치에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 전지 케이스와, 전해액과 함께 상기 전지 케이스에 수용되는 전극조립체를 포함한다.
전극조립체는 양극, 세퍼레이터 및 음극이 교호적으로 적층된 구조를 갖는다. 전극조립체의 양극과 음극은 각각 알루미늄 포일(Al-foil)과 구리 포일(Cu-foil)로 이루어진 집전체를 구비한다. 양극 집전체와 음극 집전체에는 각각 양극활물질과 음극활물질이 도포되고, 활물질이 도포되지 않은 부분, 즉 무지부에는 전극탭이 연결된다.
이러한 이차전지의 충방전 특성을 균일하게 하기 위해서는 양극 활물질층 및 음극 활물질층이 집전체에 정밀하게 코팅되어야 한다. 이를 위해, 통상적으로 슬롯 코팅 공정이 실시된다.
도 1에는 슬롯 코팅 공정을 수행하기 위한 일반적인 슬롯 다이의 구성이 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이 슬롯 다이는 활물질 코팅액이 유입되는 피드부(10)와, 피드부(10)를 통해 공급되는 코팅 물질을 수용하는 챔버(11)와, 코팅 물질을 유출시킬 수 있도록 챔버(11)와 연통되는 슬릿(12)과, 상기 슬릿(12)을 형성하는 다이립(13)을 포함한다.
코팅액은 피드부(10)를 통해 챔버(11) 내부로 유입되어 챔버(11)를 채운 후 슬릿(12)을 통하여 외부로 토출된다.
슬릿(12)에서 토출된 코팅액은 연속적으로 진행하는 기재 위에 코팅된다. 기재 위에 코팅되는 활물질의 코팅폭은 슬릿(12)의 폭에 의해 결정된다.
슬롯 코팅 장치와 관련된 공개문헌으로는 대한민국 공개특허 제2011-0098578호, 대한민국 공개특허 제2004-0084013호가 있다.
대한민국 공개특허 제2011-0098578호는 전극 코팅 촉매 슬러리의 연속적인 균일 코팅을 위한 것으로서, 촉매 슬러리 유체의 유변물성 정보로부터 유체의 다이 내부에서 유동 특성을 분석하기 위한 유체 모델을 선정하는 단계와, 촉매 슬러리 유체의 유변특성을 고려하여 슬롯코팅 다이 내부의 챔버 형태를 결정하는 단계와, 균일한 두께의 촉매층을 형성하기 위한 공정조건을 결정하는 단계를 포함하는 슬롯 코팅 다이의 내부 설계방법을 개시하고 있다. 또한, 공개특허 제2011-0098578호는 중앙부가 볼록하게 휘어진 옷걸이 모양의 반원통 형상인 챔버에서 볼록하게 휘어진 너비를 결정하여 균일한 두께의 촉매층을 형성하는 구성을 개시하고 있다.
대한민국 공개특허 제2004-0084013호는 다양한 형상의 립을 교환 가능하게 설치함으로써 최적의 상태로 코팅액을 토출시킬 수 있도록 구성된 정밀 코팅 장치 및 방법에 관한 발명이다. 대한민국 공개특허 제2004-0084013호는 고정블록과, 상기 고정블록에 설치된 상류측 다이블록과 하류측 다이블록에 각각 설치되는 상류측 다이 및 하류측 다이와, 상기 상류측 다이와 하류측 다이에 각각 교체 가능하게 고정되는 상류측 립 및 하류측 립과, 코팅액 공급용 매니폴드를 구비하는 정밀 코팅 장치를 개시하고 있다.
종래의 슬롯 다이는 코팅폭의 변경이 필요할 경우, 챔버의 내부공간 및 슬릿의 폭을 결정하는 심 플레이트(Shim plate)의 사이즈 설계값을 변경하여 다양한 코팅폭을 구현하였다. 이와 관련하여, 도 2의 (a), (b)에는 다이 본체(15)에 삽입되는 심 플레이트(14)의 사이즈를 달리하여 챔버(11)의 내부 공간 폭을 변화시킴으로써 코팅폭을 조절하는 예가 개략적으로 도시되어 있다. 그러나, 이러한 방식은 심 플레이트(14)의 사이즈를 조절하여 코팅폭을 통상 10% 이상 조절할 경우 챔버(14) 안에 데드존(Dead zone)이 발생하고 와류와 슬러리 적층으로 인한 코팅성 저하와 코팅 두께의 균일성 저하 등의 문제가 발생하는 취약점이 있다.
또한, 종래의 슬롯 다이는 코팅폭을 변경시킬 때마다 다이 본체를 새로이 설계하고 제작해야 하므로 많은 시간과 비용이 소요되는 문제가 있어 이에 대한 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 코팅폭의 변경 시 챔버의 내부에 데드존이 발생하는 것을 방지할 수 있는 구조를 가진 슬롯 다이 및 이를 구비한 코팅장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 코팅폭의 변경 시 슬롯 다이의 구조 변경이 용이한 슬롯 다이 및 이를 구비한 코팅장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 코팅 물질이 유입되는 피드부와, 상기 피드부를 통해 공급되는 코팅 물질을 수용하는 챔버와, 상기 코팅 물질을 유출시킬 수 있도록 상기 챔버와 연통되는 슬릿과, 상기 슬릿을 형성하는 다이립을 포함하는 다이 본체를 구비한 슬롯 다이에 있어서, 상기 챔버는 상기 코팅 물질을 수용하기 위한 내부공간이 형성된 챔버 블록;을 구비하고, 상기 챔버 블록이 상기 다이 본체에 교체 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 슬롯 다이를 제공한다.
바람직하게, 상기 챔버 블록의 내부 공간의 폭에 의해 코팅폭이 결정될 수 있다.
상기 챔버 블록은 상기 다이 본체와는 별개의 블록 몸체를 구비하고 상기 다이 본체에 착탈 가능하게 조립되는 것이 바람직하다.
서로 다른 코팅폭 별로 상기 내부 공간의 폭이 서로 다른 챔버 블록이 구비되고, 상기 서로 다른 챔버 블록의 외부 폭은 일정한 것이 바람직하다.
상기 슬롯 다이는 상기 챔버 블록의 외부 폭에 대응하는 내부 폭을 구비하고 상기 다이 본체에 고정되는 심 플레이트;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 코팅 물질이 유입되는 피드부와, 상기 피드부를 통해 공급되는 코팅 물질을 수용하기 위한 내부공간이 형성된 챔버 블록을 구비한 챔버와, 상기 코팅 물질을 유출시킬 수 있도록 상기 챔버와 연통되는 슬릿과, 상기 슬릿을 형성하는 다이립을 포함하는 슬롯 다이; 상기 슬롯 다이에 코팅 물질을 공급하는 코팅액 공급 매니폴드; 및 상기 슬릿의 전방에 이격 배치되어 코팅이 이루어질 기재를 진행시키는 코팅 롤;을 포함하고, 상기 챔버 블록이 상기 슬롯 다이의 다이 본체에 교체 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 코팅 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면 필요한 코팅폭에 걸맞게 챔버를 자유롭게 교체하여 사용함으로써 코팅폭을 편리하게 변경할 수 있다.
본 발명에 따르면 챔버의 내부에 데드존이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 슬롯 다이에 대한 설계 변경 없이 챔버만을 교체하여 코팅폭을 조절할 수 있으므로 슬롯 다이 설계 변경 및 교체 시 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 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 아니된다.
도 1은 일반적인 슬롯 다이의 구성을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 종래기술에 따라 심 플레이트의 사이즈를 변경하여 코팅폭을 조절하는 예를 도시한 평면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬롯 다이의 구성을 도시한 단면도,
도 4 내지 도 6은 도 3에 구비되는 챔버 블록의 예를 도시한 평면도,
도 7은 도 4 내지 도 6에 도시된 챔버 블록의 크기 관계를 보여주는 평면도,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코팅 장치의 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다.
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 아니되며, 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 일 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.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬롯 다이의 구성을 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬롯 다이(100)는 코팅 물질이 유입되는 피드부(107)와, 상기 피드부(107)를 통해 공급되는 코팅 물질을 수용하는 챔버(102)와, 상기 챔버(102)와 연통되는 슬릿(104)과, 상기 슬릿(104)을 형성하는 다이립(105)을 포함한다.
피드부(107)는 다이 본체(101) 내에 코팅 물질을 유입시키기 위한 통로를 제공하는 것으로서, 바람직하게 파이프 형태로 구성된다. 피드부(107)를 통해 유입되는 코팅 물질로는 바람직하게 전극용 활물질 슬러리가 해당될 수 있다.
챔버(102)는 코팅 물질을 수용하기 위한 내부 공간이 형성된 챔버 블록(103)을 구비한다. 챔버 블록(103)에 형성된 내부 공간은 실질적으로 반원통 형상의 구조를 갖는 것이 바람직하다. 챔버 블록(103)에 형성된 내부 공간의 폭은 챔버(102)와 연통되는 슬릿(104)의 폭에 대응하고 이 폭은 코팅폭에 대응한다. 비록 도면에는 챔버 블록(103)에 슬릿(104)의 연장 부분이 일부 포함된 것이 도시되어 있으나, 본 발명이 이러한 예에 한정되지 않고 챔버 블록(103)에는 코팅 물질이 수용되는 반원통 형상의 내부 공간만이 마련되도록 변형될 수 있음은 물론이다.
챔버 블록(103)은 다이 본체(101)와는 별개의 블록 몸체를 갖도록 구성되고 상기 다이 본체(101)에 교체 가능하게 설치된다. 구체적으로, 챔버 블록(103)은 다이 본체(101)에 형성된 수용부에 삽입된 후 볼트와 같은 소정의 체결수단에 의해 착탈 가능하게 조립된다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 다이 본체(101)에 설치되는 챔버(102)는 서로 다른 코팅폭 별로 내부 공간의 폭이 서로 다른 챔버 블록(103)을 구비한다. 즉, 챔버(102)의 내부 공간의 폭은 필요한 코팅폭에 대응하여 다양한 변형예가 있을 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 챔버 블록(103)의 내부 공간의 폭(w2)이 다양하게 변형되더라도 챔버 블록(103)의 외부 폭(w1)은 일정하다. 즉, 교체 가능한 챔버(102) 구조를 구현하기 위해 서로 다른 챔버 블록(103)의 외부 폭(w1)은 모두 일정하게 구성된다.
심 플레이트(106)는 다이 본체(101)에 삽입 고정되어 챔버(102)를 지지하는 것으로서, 챔버 블록(103)의 외부 폭에 대응하는 내부 폭을 구비한다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코팅 장치의 구성을 측면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코팅 장치는 다이 본체(101)에 교체 가능한 챔버(102)가 설치된 슬롯 다이(100)와, 슬롯 다이(100)에 코팅 물질을 공급하는 코팅액 공급 매니폴드(미도시)와, 슬롯 다이(100)의 전방에 이격 배치된 코팅 롤(200)을 포함한다.
슬롯 다이(100)는 전술한 바와 같이 코팅 물질이 유입되는 피드부(107)와, 피드부(107)를 통해 공급되는 코팅 물질을 수용하기 위한 내부공간이 형성된 챔버(102)와, 상기 코팅 물질을 유출시킬 수 있도록 상기 챔버(102)와 연통되는 슬릿(104)과, 상기 슬릿(104)을 형성하기 위한 미세 틈을 제공하는 다이립(105)을 구비한다.
피드부(107)는 바람직하게 파이프 형태로 제공되어 다이 본체(101)에 조립되고, 피드부(107)에는 코팅 물질을 공급하는 코팅액 공급 매니폴드가 결합된다. 상기 코티액 공급 매니폴드로는 통상의 코팅 장치에 사용되는 매니폴드가 채용 가능하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
챔버(102)는 코팅 물질을 수용하기 위한 내부 공간이 형성된 챔버 블록(103)을 구비한다. 챔버 블록(103)은 다이 본체(101)와는 별개의 블록 몸체를 갖도록 구성되고 다이 본체(101)에 착탈 가능하게 설치된다. 챔버 블록(103)으로는 서로 다른 코팅폭 별로 내부 공간의 폭이 서로 다른 블록이 채용된다.
코팅 롤(200)은 슬릿(104)의 전방에 이격 배치되고 회전 가능하게 설치되어 코팅이 이루어질 기재(1)를 연속적으로 진행시킨다.
상기 코팅액 공급 매니폴드에 의해 공급되는 코팅액은 피드부(107)를 통해 챔버(102) 내부로 유입되어 챔버(102)를 채운 후 슬릿(104)을 통하여 코팅 롤(200) 방향으로 토출된다. 슬릿(104)에서 토출된 코팅액은 코팅 롤(200)에 의해 연속적으로 진행하는 기재(1) 위에 코팅된다.
기재(1) 위에 코팅되는 코팅물에 대한 코팅폭의 조절이 필요한 경우에는 기존의 챔버 블록(103)을 다이 본체(101)에서 분리한 후 내부의 폭 규격이 다른 챔버 블록(103)으로 교체함으로써 간편히 코팅폭을 변경할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 필요한 코팅폭에 대응하도록 챔버 블록(103)을 교체함으로써 코팅폭을 편리하게 변경할 수 있으며, 챔버(102)의 구조가 변경되더라도 챔버(102) 내부에 데드존이 발생하지 않으므로 코팅막을 균일하게 형성할 수 있다.
이상에서 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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1: 기재 100: 슬롯 다이
101: 다이 본체 102: 챔버
103: 챔버 블록 104: 슬릿
105: 다이립 106: 심 플레이트
107: 피드부 200: 코팅 롤

Claims (10)

  1. 코팅 물질이 유입되는 피드부와, 상기 피드부를 통해 공급되는 코팅 물질을 수용하는 챔버와, 상기 코팅 물질을 유출시킬 수 있도록 상기 챔버와 연통되는 슬릿과, 상기 슬릿을 형성하는 다이립을 포함하는 다이 본체를 구비한 슬롯 다이에 있어서,
    상기 챔버는 상기 코팅 물질을 수용하기 위한 내부공간이 형성된 챔버 블록;을 구비하고,
    상기 챔버 블록이 상기 다이 본체에 교체 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 슬롯 다이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 블록의 내부 공간의 폭에 의해 코팅폭이 결정되는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 챔버 블록은 상기 다이 본체와는 별개의 블록 몸체를 구비하고 상기 다이 본체에 착탈 가능하게 조립되는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이.
  4. 제3항에 있어서,
    서로 다른 코팅폭 별로 상기 내부 공간의 폭이 서로 다른 챔버 블록이 구비되고, 상기 서로 다른 챔버 블록의 외부 폭은 일정한 것을 특징으로 하는 슬롯 다이.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 챔버 블록의 외부 폭에 대응하는 내부 폭을 구비하고 상기 다이 본체에 고정되는 심 플레이트;를 더 포함하는 슬롯 다이.
  6. 코팅 물질이 유입되는 피드부와, 상기 피드부를 통해 공급되는 코팅 물질을 수용하기 위한 내부공간이 형성된 챔버 블록을 구비한 챔버와, 상기 코팅 물질을 유출시킬 수 있도록 상기 챔버와 연통되는 슬릿과, 상기 슬릿을 형성하는 다이립을 포함하는 슬롯 다이;
    상기 슬롯 다이에 코팅 물질을 공급하는 코팅액 공급 매니폴드; 및
    상기 슬릿의 전방에 이격 배치되어 코팅이 이루어질 기재를 진행시키는 코팅 롤;을 포함하고,
    상기 챔버 블록이 상기 슬롯 다이의 다이 본체에 교체 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 코팅 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 챔버 블록의 내부 공간의 폭에 의해 코팅폭이 결정되는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 챔버 블록은 상기 다이 본체와는 별개의 블록 몸체를 구비하고 상기 다이 본체에 착탈 가능하게 조립되는 것을 특징으로 하는 코팅 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    서로 다른 코팅폭 별로 상기 내부 공간의 폭이 서로 다른 챔버 블록이 구비되고, 상기 서로 다른 챔버 블록의 외부 폭은 일정한 것을 특징으로 하는 코팅 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 챔버 블록의 외부 폭에 대응하는 내부 폭을 구비하고 상기 다이 본체에 고정되는 심 플레이트;를 더 포함하는 코팅 장치.
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