KR20150009463A - 슬롯 다이 코터용 부재 및 이를 적용한 전극 생산용 슬롯 다이 코터 - Google Patents

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박성현
이채규
임예훈
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명에 따른 슬롯 다이 코터용 부재는 전극 슬러리를 금속 포일에 도포하기 위한 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 내부에 착탈식으로 설치되고, 상기 전극 슬러리가 상기 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부의 모서리 부분에서 정체되지 않도록 상기 전극 슬러리의 유동을 가이드하는 경사면을 포함한다.
본 발명에 따른 전극 슬러리를 금속 포일에 도포하기 위한 전극 생산용 슬롯 다이 코터는, 전극 슬러리를 수용하는 내부 공간을 가지는 몸체와, 몸체에 마련되어 내부 공간으로 전극 슬러리를 공급하는 공급구와, 몸체에 마련되어 내부 공간으로부터 금속 포일을 향해 전극 슬러리를 배출하는 배출구를 구비하는 다이부, 및 내부 공간에 착탈식으로 설치되어 내부 공간에 경사면을 형성시키는 슬롯 다이 코터용 부재를 포함하며, 내부 공간은 배출구가 마련되는 제1 측면과, 제1 측면에 대향하는 제2 측면과, 제2 측면으로부터 제1 측면을 향해 연장되는 제3 측면을 가지고, 경사면은 제2 측면으로부터 제3 측면을 향해 경사진다.

Description

슬롯 다이 코터용 부재 및 이를 적용한 전극 생산용 슬롯 다이 코터{MEMBER FOR SLOT DIE COATER AND SLOT DIE COATER FOR PRODUCTION OF ELECTRODES USING THE SAME}
본 발명은 슬롯 다이 코터용 부재 및 이를 적용한 전극 생산용 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 코터 내부의 정체 영역 부피 비율을 감소시킨 슬롯 다이 코터용 부재 및 이를 적용한 전극 생산용 슬롯 다이 코터에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 이러한 이차전지는 하나의 전지 셀이 팩으로 포장된 형태 또는 전지 셀을 수십 개 연결한 팩 형태로 제작되어 휴대폰, 노트북, 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원 등으로 널리 사용되고 있다.
이차전지의 전극은 활물질 및 도전재가 혼합되어 있는 전극 슬러리(slurry)를 금속 포일 위에 도포하고, 고온의 상태로 건조한 뒤 프레싱 과정을 거쳐 제작된다. 전극 생산용 슬롯 다이 코터는 전극 슬러리를 금속 포일 위에 도포하기 위한 장치이다.
슬롯 다이 코터라 함은 유동성을 가지고 있는　액상의 유체(슬러리, 점착제, Hard Coating제, 세라믹 등)를　무맥동 펌프 또는 피스톤 펌프에 의해 내부 설계, 가공된 상부 및 하부 슬롯 다이 사이로 공급하여, 액 공급 파이프로부터 공급 받은 유체를　원단, 필름, Glass 판, Sheet 등의 피코팅물 진행방향의 폭 방향으로 일정한 두께로　코팅하는 장치를 말한다. 전극 생산용 슬롯 다이 코터는 슬롯 다이 코터를 전극 생산용으로 적용한 것으로서, 이차 전지의 전극을 만들기 위해 공급 유체인 전극 슬러리를 금속 포일 위에 도포하는 장치를 말한다.
공정 조건 및 슬롯 다이의 형상에 따라 전극 슬러리의 폭방향 유량 분포가 달라질 수 있으므로, 균일한 두께의 코팅 층을 얻기 위해서는 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 각 부분 형상을 적절하게 설계할 필요가 있다.
건조 공정에서 소요되는 시간을 단축하고 전극의 생산성 확보를 위해서 전극 슬러리에는 활물질과 도전재가 높은 질량 분율로 혼합되어 있고, 따라서 전극 슬러리는 높은 점도를 갖게 된다. 전극 슬러리를 저장하고 공급하는 혼합 탱크로부터 전극 생산용 슬롯 다이 코터에 이르는 모든 구간에서의 유로 형상에 따라 전극 슬러리는 정체되거나 매우 낮은 유속을 가질 수 있다.
도 1은 종래 기술에 해당하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 일례에 대한 분해 상태를 도시하는 분해 사시도이다. 도 2는 도 1에서 도시된 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 조립 사시도이다. 다만, 편의상 도 1에서 도시되는 심(shim)을 도 2의 조립도에서는 생략하였다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 슬롯 다이 코터에는 전극 슬러리를 슬롯 다이 코터로 공급하기 위한 역할을 하는 공급구(110)가 마련되어 있다. 공급구(110)으로부터 공급된 전극 슬러리는 공급구(110)에 이어져 있고 전극 슬러리를 수용하는 내부공간(140)을 가지는 몸체(130)로 들어간다. 몸체(130)는 상부 다이(131), 하부 다이(133) 및 상부 다이(131)와 하부 다이(133) 사이에 결합되는 심(shim, 132)을 포함한다. 몸체(130)의 내부 공간(140)에서 외부로 전극 슬러리가 배출되기 위해서 배출구(150)가 몸체(130)에 마련된다. 배출구(150)는 전극 슬러리가 금속 포일에 넓게 퍼져 코팅되도록 하기 위하여 얇고 넓은 형상을 하고 있다.
공급구(110)으로부터 공급된 전극 슬러리는 몸체(130)의 내부 공간(140) 내에서 배출구(150)의 폭방향으로 넓게 펼쳐진 후 배출구(150)를 통해 배출된다. 슬러리는 배출구(150)의 전 영역에서 균일한 속도와 두께로 배출됨이 바람직하다. 슬롯 다이 코터의 다이부(170)는 상기 언급한 공급구(110), 내부공간(140)을 가지는 몸체(130), 및 배출구(150)를 구비한다.
종래 기술처럼 몸체(130)의 내부 공간(140)을 직육면체 모양으로 할 경우 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부에서 정체가 발생하는 영역의 부피 비율이 상대적으로 크다는 문제가 있다. 배출구(150)의 반대쪽에 형성되는 몸체(130)의 내부공간(140)의 모서리 부위에서 전극 슬러리의 정체 현상이 쉽게 발생하기 때문이다. 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부에서 정체가 발생할 경우 전극 슬러리에 포함된 활물질이나 도전재 입자가 침전 혹은 축적되어 개별 입자의 크기보다 큰 덩어리를 이루게 된다. 이러한 큰 덩어리가 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부의 유로에 끼이거나 전극 생산용 슬롯 다이 코터 외부로 유출될 경우 코팅 층의 두께가 균일하게 되지 않거나 줄무늬 등의 코팅 불량이 발생 하는 문제점이 생긴다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 코터 내부에서 전극 슬러리의 정체 발생을 억제해 정체로 인한 코팅 불량을 감소시키면서도, 코터 출구에서의 유량 분포를 균일하게 유지시키는 슬롯 다이 코터용 부재 및 이를 적용한 전극 생산용 슬롯 다이 코터 를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 슬롯 다이 코터용 부재는 전극 슬러리를 금속 포일에 도포하기 위한 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 내부에 착탈식으로 설치되고, 상기 전극 슬러리가 상기 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부의 모서리 부분에서 정체되지 않도록 상기 전극 슬러리의 유동을 가이드하는 경사면을 포함한다.
본 발명에 따른 전극 슬러리를 금속 포일에 도포하기 위한 전극 생산용 슬롯 다이 코터는, 전극 슬러리를 수용하는 내부 공간을 가지는 몸체와, 몸체에 마련되어 내부 공간으로 전극 슬러리를 공급하는 공급구와, 몸체에 마련되어 내부 공간으로부터 금속 포일을 향해 전극 슬러리를 배출하는 배출구를 구비하는 다이부, 및 내부 공간에 착탈식으로 설치되어 내부 공간에 경사면을 형성시키는 슬롯 다이 코터용 부재를 포함하며, 내부 공간은 배출구가 마련되는 제1 측면과, 제1 측면에 대향하는 제2 측면과, 제2 측면으로부터 제1 측면을 향해 연장되는 제3 측면을 가지고, 경사면은 제2 측면으로부터 제3 측면을 향해 경사진다.
본 발명에 따른 슬롯 다이 코터용 부재는 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 내부에 착탈식으로 설치되고, 전극 슬러리의 유동을 가이드하는 경사면을 포함함으로써, 전극 슬러리의 정체 발생을 억제해 정체로 인한 코팅 불량을 감소시키면서도, 슬롯 다이 코터 출구에서의 유량 분포를 균일하게 유지시킬 수 있다. 본 발명에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터는 내부에 경사 구조물을 설치함으로써 코터 내부에서 전극 슬러리의 정체 발생을 억제해 정체로 인한 코팅 불량을 감소시키면서도, 슬롯 다이 코터 출구에서의 유량 분포를 균일하게 유지시키는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 해당하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 일례에 대한 분해 상태를 도시하는 분해 사시도
도 2는 도 1에서 도시된 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 조립 사시도
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 분해 사시도
도 4는 도 3에서 도시된 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 조립 사시도
도 5는 도 4에서 도시된 슬롯 다이 코터에서 슬롯 다이 코터용 부재가 설치된 후의 코터 내부 형상만을 도시하는 사시도
도 6은 도 5에서 도시된 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부 형상의 평면도
도 7은 도 5에서 도시된 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부 형상의 후면도
도 8은 도 5에서 도시된 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부 형상의 측면도
도 9는 슬롯 다이 코터용 부재가 설치된 후 슬롯 다이 코터의 내부 형상에서 슬롯 다이 코터용 부재가 차지하는 부분을 제외한 나머지 부분의 형상을 도시하고 있는 사시도
도 10은 도 9에 도시된 형상의 평면도
도 11은 case 1의 슬롯 다이 코터 내부 공간에서의 유속 분포 영상
도 12는 슬롯 다이 코터용 부재가 설치된 후 슬롯 다이 코터의 내부 형상에서 슬롯 다이 코터용 부재가 차지하는 부분을 제외한 나머지 부분의 형상을 도시하고 있는 사시도
도 13은 도 12에 도시된 형상의 평면도
도 14는 case 2 슬롯 다이 코터 내부 공간에서의 유속 분포 영상
도 15는 슬롯 다이 코터용 부재가 설치된 후 슬롯 다이 코터의 내부 형상에서 슬롯 다이 코터용 부재가 차지하는 부분을 제외한 나머지 부분의 형상을 도시하고 있는 사시도
도 16은 도 15에 도시된 형상의 평면도
도 17은 case 3 슬롯 다이 코터 내부 공간에서의 유속 분포 영상
도 18은 슬롯 다이 코터용 부재가 설치되지 않은 슬롯 다이 코터의 내부 형상을 도시하고 있는 사시도
도 19는 도 18에 도시된 형상의 평면도
도 20은 case 4 슬롯 다이 코터 내부 공간에서의 내부의 유속 분포 영상
도 21은 슬롯 다이 코터용 부재가 설치된 후 슬롯 다이 코터의 내부 형상에서 슬롯 다이 코터용 부재가 차지하는 부분을 제외한 나머지 부분의 형상을 도시하고 있는 사시도
도 22는 도 21에 도시된 형상의 평면도
도 23은 case 5 슬롯 다이 코터 내부 공간에서의 유속 분포 영상
도 24는 case 1 내지 case 5 각 경우에 있어서 정체 영역 부피의 비율을 나타낸 막대 그래프
도 25는 case 1 내지 case 5 각 경우에 있어서 배출구 중앙으로부터의 거리에 따른 출구의 상대적 유량 분포를 나타낸 그래프
도 26은 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 분해 사시도
도 27는 도 26에서 도시된 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 조립 사시도
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 분해 사시도이다. 도 4는 도 3에서 도시된 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 조립 사시도이다. 다만, 편의상 도 3에서 도시되는 심(shim)을 도 4의 조립도에서는 생략하였다. 도 5는 도 4에서 도시된 슬롯 다이 코터에서 슬롯 다이 코터용 부재가 설치된 후의 코터 내부 형상만을 도시하는 사시도이다. 도 6은 도 5에서 도시된 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부 형상의 평면도이다. 도 7은 도 5에서 도시된 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부 형상의 후면도이다. 도 8은 도 5에서 도시된 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부 형상의 측면도이다. 이하에서는 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터에 대해 상술한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 실시예 1에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터에는 상기에서 살펴 본 종래 기술 과 같이 전극 슬러리를 슬롯 다이 코터로 공급하기 위한 역할을 하는 공급구(210), 공급구(210)에 이어져 있고 전극 슬러리를 수용하는 내부공간(240)을 가지는 몸체(230), 및 몸체(230)에서 외부의 금속 포일을 향해 전극 슬러리를 배출하기 위한 배출구(250)가 마련되어 있다. 배출구(250)는 전극 슬러리가 금속 포일에 넓게 퍼져 코팅되도록 하기 위하여 얇고 넓은 형상을 하고 있다. 공급구(210)로부터 공급된 전극 슬러리는 몸체(230) 내부 공간(240) 내에서 배출구(250)의 폭방향으로 넓게 펼쳐진 후 배출구(250)를 통해 배출된다. 전극 슬러리는 배출구(250)의 전 영역에서 균일한 속도와 두께로 배출됨이 바람직하다. 슬롯 다이 코터의 다이부(270)는 상기 언급한 공급구(210), 몸체(230), 및 배출구(250)를 포함한다. 도 3 및 도 5에서 도시되듯이 실시예 1에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터는 몸체(230)의 내부 공간(240)에 착탈식으로 설치되어 내부 공간에서 경사면을 형성시키는 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 더 포함한다. 즉, 슬롯 다이 코터용 부재(290)는 내부 공간(240) 내에서 전극 슬러리의 유동을 가이드하는 경사면을 포함한다. 경사면은 전극 슬러리가 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부의 모서리 부분에서 정체되지 않도록 전극 슬러리의 유동을 가이드 할 수 있다. 이러한 방식으로, 슬롯 다이 코터용 부재(290)가 더 구비됨으로써 몸체(230)의 내부 공간(240) 내에서 전극 슬러리가 정체되는 영역이 상대적으로 줄어들 수 있다.
몸체(230)의 내부 공간(240)은 제1 측면(241), 제2 측면(242), 및 제3 측면(243)을 포함한다. 제1 측면(241)은 몸체(230) 내부 공간(240)의 면 중에서 배출구(250)가 마련되는 면이다. 즉 배출구(250)가 연결되어 전극 슬러리가 몸체(230)의 내부 공간(240)에서 외부로 빠져나가도록 출구가 형성되어 있는 면이 제1 측면(241)이 된다. 몸체(230)의 내부공간(240)이 직육면체 형상을 가지고 있지 않아도 제1 측면(241)은 마찬가지 원리로 정할 수 있다. 내부공간(240)에서 배출구(250)가 연결되어 있는 면이 제1 측면(241)이 된다. 제2 측면(242)은 내부공간(240)의 면 중에서 제1 측면(241)에 대향하는 면이 제2 측면(242)이다. 즉, 제2 측면(242)은 제1 측면(241)의 반대 편에 위치하는 면이 된다. 도 5에서 보듯이 제2 측면(242)에 공급구(210)가 꼭 연결되어야만 하는 것은 아니다. 공급구(210)는 제2 측면(242)을 정함과 관련이 없다. 제2 측면(242)은 제1 측면(241)과의 관계에서 상대적으로 정해진다. 제3 측면(243)은 제2 측면(242)으로부터 제1 측면(241)을 향해 연장되는 면이다. 내부 공간(240)의 상부 면과 하부 면을 제외한 면 중에서 제3 측면(243)이 정해진다. 내부 공간(240)의 옆 면을 이루는 면을 내부 공간(240)의 측면이라고 한다면, 이 측면 중에서 제3 측면(243)이 정해진다. 제3 측면(243)은 반드시 하나의 면만이 되는 것은 아니다. 2개 이상의 측면이 제3 측면(243)이 될 수 있다.
도 3은 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 몸체(230)의 내부 공간(240)에 설치하는 방법을 도시하고 있다. 몸체(230)를 상부 다이(231)와 하부 다이(233)로 나누어 분리한 후 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 몸체(230) 내부 공간(240)에 삽입하고 상부 다이(231)와 하부 다이(233)를 결합하는 방법이다. 이러한 방식으로 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 내부 공간(240) 내에 설치할 수 있다. 반대로 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 내부 공간(240)으로부터 제거해 냄으로써, 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 전극 생산용 슬롯 다이 코터로부터 탈거할 수도 있다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 경사면은 제2 측면(242)으로부터 제3 측면(243)을 향해 경사진다. 슬롯 다이 코터용 부재(290)는 몸체(230) 내부 공간(240)의 제2 측면(242)과 제3 측면(243)이 이루는 모서리에서 발생하는 전극 슬러리의 정체 영역을 감소시키기 위해서 설치된다. 경사면을 통해 전극 슬러리가 배출구(250) 측으로 안내됨으로 인해서 내부 공간(240)의 제2 측면(242)과 제3 측면(243) 사이의 모서리 측에 전극 슬러리가 정체되지 않게 된다. 전극 슬러리가 제2 측면(242)과 제3 측면(243) 사이의 모서리 측에 흘러 들어갈 경우에 이동거리가 길어지고 후방으로부터 밀려오는 전극 슬러리의 양과 힘이 작기 때문에 정체가 발생하게 된다. 따라서 경사면이 처음부터 제2 측면(242) 과 제3 측면(243) 사이의 모서리로 전극 슬러리가 흘러 들어가지 못하게 막음으로써 정체 영역을 제거하는 원리이다. 이 경우 전극 슬러리가 슬롯 다이 코터용 부재(290) 삽입 부위 또는 상부 다이(231)와 심(232)과 하부 다이(233)사이의 결합 부위 틈새로 새지 않도록 하기 위하여, 이러한 틈새들은 밀폐하여 결합되는 것이 바람직하다.
슬롯 다이 코터용 부재(290)는 제2 측면(242)과 제3 측면(243) 사이의 모서리 중 한 쪽에만 구비될 수도 있고 공급구(210)를 중심으로 좌측과 우측 양쪽에 각각 구비될 수도 있다. 한 쪽에만 구비되더라도 정체 영역의 비율이 감소하는 효과가 있지만 양쪽에 구비될 경우는 그 효과가 더욱 증대된다.
슬롯 다이 코터용 부재(290)는 경사면인 제1 면(291), 제2 측면(242)에 대응되어 제2 측면(242)에 의해 지지되는 제2 면(292), 및 제3 측면(243)에 대응되어 제3 측면(243)에 의해 지지되는 제3 면(293)을 포함하는 입체 구조물일 수 있다. 그 중에서 특히 도 3에서 도시된 슬롯 다이 코터용 부재(290)는 삼각 기둥 형상의 구조물이다. 이 경우 제1 면(291), 제2 면(292), 및 제3 면(293)은 삼각 기둥 형상에 있어서 삼각 기둥의 각 옆 면을 구성한다. 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 제1 면(291)은 경사면을 이루고, 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 제2 면(292)은 내부 공간(240)의 제2 측면(242)과 만나고, 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 제3 면(293)은 내부 공간(240)의 제3 측면(243)과 만난다. 이 경우 상부 다이(231)와 평행한 평면으로 자른 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 단면은 삼각형 형상을 한다.
슬롯 다이 코터용 부재(290)가 삼각 기둥의 형태인 경우 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 제2 면(292)은 슬롯 다이 코터용 부재(290) 제1 면(291)의 일측 단부로부터 연장되어 형성되고, 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 제3 면(293)은 슬롯 다이 코터용 부재(290) 제1 면(291)의 타측 단부로부터 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 제2 면(292)으로 연장되어 형성된다. 따라서 제1 면(291), 제2 면(292) 및 제3 면(293)은 삼각 기둥 형태인 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 세 측면을 이루게 된다. 제2 면(292)과 제3 면(293)은 서로 만나서 모서리를 이루고, 제2 면(292)과 제3 면(293) 사이의 모서리는 제2 측면(242)과 제3 측면(243) 사이의 모서리에 대응되도록 설치 된다. 삼각 구조물의 모서리가 내부 공간(240)의 모서리와 대응됨으로 인해서 더욱 견고한 지지를 받을 수 있다. 또 전극 슬러리가 틈새 사이로 새지 않도록 단단히 고정될 수 있다.
다만, 슬롯 다이 코터용 부재(290)는 반드시 삼각 구조물의 형상을 하는 것은 아니다. 슬롯 다이 코터용 부재(290)가 제1 면, 제2 면 및 제3 면을 포함하고 있으면 단면이 삼각형이 아닌 다른 도형이더라도 문제되지 않는다. 사각 기둥 형상의 구조물이더라도 경사면인 제1 면, 제2 측면(242)에 대응되어 제2 측면(242)에 의해 지지되는 제2 면, 및 제3 측면(243)에 대응되어 제3 측면(243)에 의해 지지되는 제3 면을 포함하기만 한다면 본 발명의 범위에 속하게 된다.
도 3, 도 7 및 도 8을 참조하면, 몸체(230)의 내부 공간(240)을 이루는 면 중에서 내측 하면(260)은 상기 공급구(210)가 연결된 위치에서 상기 내부 공간(240)의 외측으로 갈수록 점차적으로 상측으로 경사지도록 형성된다. 이렇게 하는 것은 몸체(230) 내부 공간(240)의 제3 측면(243)과 내측 하면(260) 사이에 이루는 각을 더 커지게 만든다. 제3 측면(243)과 내측 하면(260) 사이에 이루는 각이 작을 경우 제3 측면(243)과 내측 하면(260) 사이 모서리에서 전극 슬러리의 정체 현상이 발생할 수 있다. 제3 측면(243)과 내측 하면(260) 사이에 이루는 각을 더 커지게 하는 것은 전극 슬러리가 제3 측면(243)과 내측 하면(260) 사이 모서리에서 좀 더 부드러운 상승을 할 수 있도록 도와준다. 이 경우 전극 슬러리의 정체 현상이 좀더 완화될 수 있는 효과가 있다.
슬롯 다이 코터용 부재(290) 구조물의 크기에 따라 정체 영역의 부피 비율이 줄어드는 정도를 수치적으로 나타낼 수 있다. 몸체(230)의 내부 공간(240)을 배출구(250)의 폭방향(D1)에 수직한 평면으로 자를 경우 생기는 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 경사면부터 상기 제1 측면(241)까지 연장되는 단면적을 세로 단면적이라고 할 때, 이 세로 단면적의 비를 기준으로 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 크기 별 설치에 따른 정체영역의 감소 정도를 알아볼 수 있다. 세로 단면적의 비를 기준으로 실시한 실험 결과에 따른 구체적 case 들을 설명한다.
Case 1>
도 9는 슬롯 다이 코터용 부재가 설치된 후 슬롯 다이 코터의 내부 형상에서 슬롯 다이 코터용 부재가 차지하는 부분을 제외한 나머지 부분의 형상을 도시하고 있는 사시도이다. 도 10은 도 9에 도시된 형상의 평면도이다.
도 9 내지 도 10을 참조하면, case 1은 도 9에서 도시되는 형상(310)에서 몸체(230) 내부 공간(240)의 제3 측면(243)에 가장 근접할 때의 세로 단면적을 A, 몸체(230) 내부 공간(240)의 중심부에 가장 근접할 때의 세로 단면적을 B라고 할 때, A가 B의 53.7%인 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 실험 결과이다. 이 때 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 제1 면(291)인 경사면은 제2 측면(242)으로부터 2.8도의 경사를 이룬다. (즉, 도 10의 θ가 2.8도와 같음.)
이 경우, 전극 슬러리의 유속이 0.1 mm/s 이하인 정체 영역의 부피 비율은 9.78%이다(전체 부피 591.4mL, 정체 영역 부피 57.8mL). 이하에서 설명될 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하지 않은 비교예인 case 4 경우와 비교하면, 정체 영역의 부피 비율이 11.18% 에서 9.78% 로 정체 영역 부피 비율이 줄어든 것을 볼 수 있다. 도 11은 case 1의 슬롯 다이 코터 내부 공간에서의 유속 분포 영상이다. 정체 영역 및 속도 분포를 색깔로 구별하여 볼 수 있다.
case 1의 경우 슬롯 다이 코터 배출구(250)에서 출구 유량의 평균 대비 표준 편차는 1.90%이다. 이하에서 설명될 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하지 않은 비교예인 case 4 경우와 비교하면 출구 유량의 평균 대비 표준 편차가 1.89%에서 1.90%로 거의 비슷한 수치를 갖는다. 이는 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하더라도 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하지 않은 것과 비교하여 배출구(250)에서의 폭방향(D1) 유량 분포가 거의 일정하게 유지된다는 것을 의미한다. 즉, 배출구(250)에서의 유량 분포를 균일하게 유지하면서도 슬롯 다이 코터 몸체(230) 내 정체 영역을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
Case 2>
도 12는 슬롯 다이 코터용 부재가 설치된 후 슬롯 다이 코터의 내부 형상에서 슬롯 다이 코터용 부재가 차지하는 부분을 제외한 나머지 부분의 형상을 도시하고 있는 사시도이다. 도 13은 도 12에 도시된 형상의 평면도이다.
도 12 내지 도 13를 참조하면, case 2는 도 11에서 도시되는 형상(320)에서 몸체(230) 내부 공간(240)의 제3 측면(243)에 가장 근접할 때의 세로 단면적을 A, 몸체(230) 내부 공간(240)의 중심부에 가장 근접할 때의 세로 단면적을 B라고 할 때, A가 B의 38.4%인 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 실험 결과이다. 이 때 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 제1 면(291)인 경사면은 제2 측면(242)으로부터 8.5도의 경사를 이룬다.
이 경우, 전극 슬러리의 유속이 0.1 mm/s 이하인 정체 영역의 부피 비율은 7.48%이다(전체 부피 535.7mL, 정체 영역 부피 40.1mL). 이하에서 설명될 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하지 않은 비교예인 case 4 경우와 비교하면, 정체 영역의 부피 비율이 11.18% 에서 7.48% 로 정체 영역 부피 비율이 줄어든 것을 볼 수 있다. 도 14는 case 2의 슬롯 다이 코터 내부 공간에서의 유속 분포 영상이다. 정체 영역 및 속도 분포를 색깔로 구별하여 볼 수 있다.
case 2의 경우 슬롯 다이 코터 배출구(250)에서 출구 유량의 평균 대비 표준 편차는 1.93%이다. 이하에서 설명될 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하지 않은 비교예인 case 4 경우와 비교하면 출구 유량의 평균 대비 표준 편차가 1.89%에서 1.93%로 거의 비슷한 수치를 갖는다. 이는 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하더라도 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하지 않은 것과 비교하여 배출구(250)에서의 폭방향(D1) 유량 분포가 거의 일정하게 유지된다는 것을 의미한다. 즉, 배출구(250)에서의 유량 분포를 균일하게 유지하면서도 슬롯 다이 코터 몸체(230) 내 정체 영역을 더욱 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
Case 3>
도 15는 슬롯 다이 코터용 부재가 설치된 후 슬롯 다이 코터의 내부 형상에서 슬롯 다이 코터용 부재가 차지하는 부분을 제외한 나머지 부분의 형상을 도시하고 있는 사시도이다. 도 16은 도 15에 도시된 형상의 평면도이다.
도 15 내지 도 16를 참조하면, case 3는 도 15에서 도시되는 형상(330)에서 몸체(230) 내부 공간(240)의 제3 측면(243)에 가장 근접할 때의 세로 단면적을 A, 몸체(230) 내부 공간(240)의 중심부에 가장 근접할 때의 세로 단면적을 B라고 할 때, A가 B의 23.0%인 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 실험 결과이다. 이 때 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 제1 면(291)인 경사면은 제2 측면(242)으로부터 16.7도의 경사를 이룬다.
이 경우, 전극 슬러리의 유속이 0.1 mm/s 이하인 정체 영역의 부피 비율은 4.81%이다(전체 부피 452.1mL, 정체 영역 부피 21.7mL). 이하에서 설명될 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하지 않은 비교예인 case 4 경우와 비교하면, 정체 영역의 부피 비율이 11.18% 에서 4.81% 로 정체 영역 부피 비율이 줄어든 것을 볼 수 있다. 도 17은 case 3의 슬롯 다이 코터 내부 공간에서의 유속 분포 영상이다. 정체 영역 및 속도 분포를 색깔로 구별하여 볼 수 있다.
case 3의 경우 슬롯 다이 코터 배출구(250)에서 출구 유량의 평균 대비 표준 편차는 2.03%이다. 이하에서 설명될 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하지 않은 비교예인 case 4 경우와 비교하면 출구 유량의 평균 대비 표준 편차가 1.89%에서 2.03%로 거의 비슷한 수치를 갖는다. 이는 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하더라도 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하지 않은 것과 비교하여 배출구(250)에서의 폭방향(D1) 유량 분포가 거의 일정하게 유지된다는 것을 의미한다. 즉, 배출구(250)에서의 유량 분포를 균일하게 유지하면서도 슬롯 다이 코터 몸체(230) 내 정체 영역을 획기적으로 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
Case 4>
도 18은 슬롯 다이 코터용 부재가 설치되지 않은 슬롯 다이 코터의 내부 형상을 도시하고 있는 사시도이다. 도 19는 도 18에 도시된 형상의 평면도이다.
도 18 내지 도 19를 참조하면, case 4는 몸체(230) 내부 공간(240)에 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 전혀 설치하지 않은 경우의 실험 결과이다. 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 전혀 설치 하지 않았으므로 case 4는 비교예로서의 의미를 지닌다. 본 실험 case 4에서 전극 슬러리의 유속이 0.1 mm/s 이하인 정체 영역의 부피 비율은 11.18%이다(전체 부피 619.3mL, 정체 영역 부피 69.2mL). 도 20은 case 4의 슬롯 다이 코터 내부 공간에서의 내부의 유속 분포 영상이다. 정체 영역 및 속도 분포를 색깔로 구별하여 볼 수 있다. 슬롯 다이 코터 배출구(250)에서 출구 유량의 평균 대비 표준 편차는 1.89%이다.
Case 5>
도 21은 슬롯 다이 코터용 부재가 설치된 후 슬롯 다이 코터의 내부 형상에서 슬롯 다이 코터용 부재가 차지하는 부분을 제외한 나머지 부분의 형상을 도시하고 있는 사시도이다. 도 22는 도 21에 도시된 형상의 평면도이다.
도 21 내지 도 22을 참조하면, case 5는 도 21에서 도시되는 형상(350)에서 몸체(230) 내부 공간(240)의 제3 측면(243)에 가장 근접할 때의 세로 단면적을 A, 몸체(230) 내부 공간(240)의 중심부에 가장 근접할 때의 세로 단면적을 B라고 할 때, A가 B의 10.7%인 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 실험 결과이다. 이 때 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 제1 면(291)인 경사면은 제2 측면(242)으로부터 21.8도의 경사를 이룬다.
이 경우, 전극 슬러리의 유속이 0.1 mm/s 이하인 정체 영역의 부피 비율은 3.78%이다(전체 부피 396.3mL, 정체 영역 부피 15.0mL). 상기에서 설명된 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하지 않은 비교예인 case 4 경우와 비교하면, 정체 영역의 부피 비율이 11.18% 에서 3.78%로 정체 영역 부피 비율이 줄어든 것을 볼 수 있다. 도 23은 case 5의 슬롯 다이 코터 내부 공간에서의 유속 분포 영상이다. 정체 영역 및 속도 분포를 색깔로 구별하여 볼 수 있다.
case 5의 경우 슬롯 다이 코터 배출구(250)에서 출구 유량의 평균 대비 표준 편차는 2.19%이다. 상기에서 설명된 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하지 않은 비교예인 case 4 경우와 비교하면 출구 유량의 평균 대비 표준 편차가 1.89%에서 2.19%로 변하였다. 이는 출구 중앙 대비 사이드 부분에서의 유량이 허용 기준치 이상 차이가 나는 것이고, 이는 전극 슬러리가 금속 포일에 도포되었을 때 두께의 균일성이 기준치 이하로 저하된다는 것을 의미한다. 결국 case 5의 경우는 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 설치로 정체 영역 부피는 감소했으나 유량 편차가 심화되어 코팅 품질이 저하되는 경우이다.
도 24는 case 1 내지 case 5 각 경우에 있어서 정체 영역 부피의 비율을 막대 그래프를 통하여 도시하고 있다. 앞에서 언급한 것과 같이 Case 1에서는 9.78%, Case 2에서는 7.48%, Case 3에서는 4.81%, Case 4에서는 11.18%, case 5에서는 3.78%의 값을 가진다. 비교예인 case 4를 제외하고 case 1에서 case 5로 갈수록 효과가 현저해 지는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 세로 단면적의 비가 작은 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치할 수록 정체 영역의 부피 비율이 줄어드는 것을 알 수 있다. 단면적의 비가 가장 작은 case 5에서 정체 영역의 부피 비율이 가장 많이 줄어든 것을 알 수 있다.
도 25는 case 1 내지 case 5 각 경우에 있어서 배출구(250) 중앙으로부터의 폭방향 거리에 따른 출구의 상대적 유량 분포를 나타낸 그래프이다. 이를 보면, case 1, case 2는 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치하지 않은 case 4의 유량 분포 그래프와 거의 일치하여 나타난다. 또 단면적의 비율이 23.0%인 case 3의 유량 분포 그래프를 case 4와 비교 해 보면 case 3의 유량 분포 그래프는 case 4의 그래프에서 크게 벗어나지 않고 거의 유사한 그래프 값을 도시하고 있다. 이는 case 1부터 케이스 3의 경우는 슬롯 다이 코터용 부재(290)를 설치한 경우 설치하기 전과 비교하여 설치한 후에 출구에서의 유량 분포가 크게 변하지 않는다는 사실을, 즉, 코팅 두께의 일정성이 크게 저하되지 않는 다는 것을 의미한다. 그러나 case 5의 경우를 보면 case 4와 비교하여 유량 편차가 크게 나타나고 있음을 알 수 있다. Case 5의 배출구(250)에서 출구 유량의 평균 대비 표준 편차는 2.19%로 출구에서 토출되는 슬러리 유량 편차가 품질 허용 기준치를 넘어서는 값을 갖는다. 따라서 case 5의 경우는 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 설치로 정체 영역 부피는 감소했으나 유량 편차가 심화되어 코팅 품질이 저하되는 경우라고 할 수 있다.
상기의 내용을 종합하여 보면, 내부 공간(240)을 배출구의 폭방향인 제1 방향에 수직한 평면으로 자를 경우 생기는 경사면부터 제1 측면까지 연장되는 단면적에서, 제3 측면에 가장 근접할 때의 단면적이 내부 공간(240)의 중심부에 가장 근접할 때의 단면적의 23.0% ~ 53.7% 가 되도록, 즉, 단면적 A가 단면적 B의 23.0% ~ 53.7% 가 되도록 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부에 경사 구조물을 설치하면, 코터 내부에서 전극 슬러리의 정체 발생을 억제해 정체로 인한 코팅 불량을 감소시키면서도, 슬롯 다이 코터 출구에서의 유량 분포를 균일하게 유지시키는 효과가 있다는 것을 알 수 있다.
추가적으로, 슬롯 다이 코터용 부재(290) 구조물의 크기에 따라 정체 영역의 부피 비율이 줄어드는 정도를 수치적으로 나타내는 방법으로 각도를 이용한 방법이 있다. 상기 case 1에서 case 5까지의 실험 결과를 종합해 보면, 슬롯 다이 코터용 부재(290)의 경사면이 몸체의 제2 측면(242)으로부터 2.8도 ~ 16.7도의 경사를 이룰 때 내부에서 전극 슬러리의 정체 영역을 줄여서 정체로 인한 코팅 불량을 감소시키면서도, 슬롯 다이 코터 출구에서의 유량 분포를 균일하게 유지시키는 효과가 있음을 알 수 있다.
실시예 2
도 26은 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 분해 사시도이다. 도 27는 도 26에서 도시된 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 조립 사시도이다. 다만, 편의상 도 26에서 도시되는 심(shim)을 도 27의 조립도에서는 생략하였다. 본 실시예에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터는 전술한 실시예 1에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터와 유사한 구성을 가진다. 다만, 실시예 2는 실시예 1과 달리 평판 구조물을 슬롯 다이 코터용 부재(490)로 설치하는 점에서 차이가 있다. 참고로 전술한 구성과 동일한 (또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한 (또는 상당한) 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 26 및 도 27에서 도시되는 바와 같이 실시예 2에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 슬롯 다이 코터용 부재(490)는 몸체(230)의 내부 공간(240)의 제2 측면(242)에 의해서 일측 단부가 지지되고 몸체(230)의 내부 공간(240)의 제3 측면(243)에 의해서 타측 단부가 지지되는 평판의 형상을 가진다. 제2 측면(242)으로부터 제3 측면(243)을 향해 경사지는 슬롯 다이 코터용 부재(490)의 경사면을 삼각 구조물이 아닌 평판의 형상으로 만든다. 평판 형상의 슬롯 다이 코터용 부재(490)는 내부 공간(240)의 제2 측면(242)과 제3 측면(243)이 이루는 모서리에서 발생하는 전극 슬러리의 정체 영역을 감소시키기 위하여 설치 된다. 평판 형상에 의한 경사면을 통해 전극 슬러리가 배출구(250) 측으로 안내됨에 따라 내부 공간(240)의 제2 측면(242)과 제3 측면(243) 사이의 모서리 측에 전극 슬러리가 정체되지 않게 된다. 슬롯 다이 코터용 부재(490)를 평판의 형상으로 할 경우 삼각 구조물 등의 경우보다 더 적은 재료로도 유사한 효과를 만들 수 있다는 점에서 이점이 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.
210: 공급구
230: 몸체
231: 상부 다이
232: 심(shim)
233: 하부 다이
250: 배출구
260: 내측 하면
270: 다이부
290, 490: 슬롯 다이 코터용 부재

Claims (11)

  1. 전극 슬러리를 금속 포일에 도포하기 위한 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 내부에 착탈식으로 설치되고,
    상기 전극 슬러리가 상기 전극 생산용 슬롯 다이 코터 내부의 모서리 부분에서 정체되지 않도록 상기 전극 슬러리의 유동을 가이드하는 경사면을 포함하는 슬롯 다이 코터용 부재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사면인 제1 면, 상기 제1 면의 일측 단부로부터 연장되어 형성되는 제2 면, 상기 제1 면의 타측 단부로부터 상기 제2 면으로 연장되어 형성되는 제3 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터용 부재.
  3. 전극 슬러리를 금속 포일에 도포하기 위한 전극 생산용 슬롯 다이 코터에 있어서,
    상기 전극 슬러리를 수용하는 내부 공간을 가지는 몸체와, 상기 몸체에 마련되어 상기 내부 공간으로 상기 전극 슬러리를 공급하는 공급구와, 상기 몸체에 마련되어 상기 내부 공간으로부터 상기 금속 포일을 향해 상기 전극 슬러리를 배출하는 배출구를 구비하는 다이부; 및
    상기 내부 공간에 착탈식으로 설치되어 상기 내부 공간에 경사면을 형성시키는 슬롯 다이 코터용 부재를 포함하며,
    상기 내부 공간은 상기 배출구가 마련되는 제1 측면과, 상기 제1 측면에 대향하는 제2 측면과, 상기 제2 측면으로부터 상기 제1 측면을 향해 연장되는 제3 측면을 가지고, 상기 경사면은 상기 제2 측면으로부터 상기 제3 측면을 향해 경사지는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 슬롯 다이 코터용 부재는 상기 경사면을 통해 상기 전극 슬러리를 상기 배출구 측으로 안내하여 상기 제2 측면과 상기 제3 측면 사이의 모서리 측에 상기 전극 슬러리가 정체되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 슬롯 다이 코터용 부재는 상기 공급구를 중심으로 좌측과 우측 양쪽에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 슬롯 다이 코터용 부재는 상기 제2 측면에 의해 일측 단부가 지지되고 상기 제3 측면에 의해 타측 단부가 지지되는 평판 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 슬롯 다이 코터용 부재는 상기 경사면인 제1 면, 상기 제2 측면에 대응되어 상기 제2 측면에 의해 지지되는 제2 면, 및 상기 제3 측면에 대응되어 상기 제3 측면에 의해 지지되는 제3 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 면은 상기 제1 면의 일측 단부로부터 연장되어 형성되고, 상기 제3 면은 상기 제1 면의 타측 단부로부터 상기 제2 면으로 연장되어 형성되며, 상기 제2 면과 상기 제3 면 사이의 모서리는 상기 제2 측면과 상기 제3 측면 사이의 모서리에 대응되는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 내부 공간을 상기 배출구의 폭방향인 제1 방향에 수직한 평면으로 자를 경우 생기는 상기 경사면부터 상기 제1 측면까지 연장되는 단면적은 상기 제3 측면에 가장 근접할 때의 단면적이 상기 내부 공간의 중심부에 가장 근접할 때의 단면적의 23.0% ~ 53.7%가 되는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 경사면은 상기 제2 측면으로부터 2.8도 ~ 16.7도의 경사를 이루는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 내부 공간의 내측 하면은 상기 공급구가 연결된 위치에서 상기 내부 공간의 외측으로 갈수록 점차적으로 상측으로 경사지는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
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