KR20150049459A

KR20150049459A - 이차전지의 활물질 코팅 장치

Info

Publication number: KR20150049459A
Application number: KR1020130130066A
Authority: KR
Inventors: 고병호; 강성모; 이재필; 강병욱; 박민수; 이준원
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-05-08
Also published as: KR101778828B1

Abstract

본 발명은 이차전지의 전극판을 형성하는 기재에 활물질을 도포하는 이차전지의 활물질 코팅 장치에 있어서, 상기 기재 상에 토출 슬롯으로부터 토출된 활물질을 코팅하는 코팅 다이와; 상기 코팅 다이의 하부에 마련되며, 상기 기재 상에 코팅되는 활물질의 코팅 비드에 부압을 작용시키는 진공 챔버부를 포함하며, 상기 진공 챔버부는 상기 기재의 폭 방향을 따라 마련되어, 상기 기재 상에 코팅되는 활물질의 폭 구간별 진공 제어를 하는 것을 특징으로 한다.
이에, 기재의 폭 방향을 따라 활물질의 폭 구간별로 진공 제어가 가능하기 때문에, 기재 상에 코팅되는 활물질의 코팅 비드가 균일하게 형성되어 코팅 품질이 향상될 수 있다.

Description

이차전지의 활물질 코팅 장치 {ACTIVE MATERIAL COATING DEVICE OF SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지의 활물질 코팅 장치에 관한 것으로서, 기재 상에 코팅되는 활물질의 코팅 비드가 균일하게 형성될 수 있는 이차전지의 활물질 코팅 장치에 관한 것이다.

이차전지는 집전체 위에 활물질층을 형성한 전극판을 포함한다. 이차 전지는 충전시, 양극 활물질층에서 나온 이온이 음극 활물질층으로 이동되어 저장되고, 방전시, 음극 활물질층에 저장되어 있던 이온이 다시 양극 활물질층으로 되돌아간다. 이와 같은 양, 음극 활물질층은 이차 전지의 특성을 균일하게 하기 위하여, 집전체에 균일한 두께로 형성될 필요가 있다. 이를 위하여, 활물질 코팅 장치가 사용된다.

종래 이차전지의 활물질 코팅 장치(101)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 활물질(M')이 토출되는 토출 슬롯(115)이 형성된 코팅 다이(110)와, 코팅 다이(110)의 전방에 소정 간격 이격되게 마련되어 기재(S')를 감아내는 마스터 롤(120)로 구성된다.

이에, 기재(S') 상에 토출 슬롯(115)으로부터 토출되는 활물질(M')이 코팅됨으로써, 전극판이 형성된다.

한편, 차량에 장착되는 이차전지의 경우에는 고출력 사양이 요구되는데, 이를 위해서는 마스터 롤(120)과 코팅 다이(110)와의 거리를 가깝게 하여, 기재(S') 상에 코팅되는 활물질(M')의 도포량을 적게 해야 한다.

그런데, 종래의 활물질 코팅 장치(101)에서는, 마스터 롤(120)과 코팅 다이(110)의 거리가 가까운 경우, 이물에 의해 활물질층에 라인이 발생하여 전극판 표면이 깨끗하지 않은 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해, 마스터 롤(120)과 코팅 다이(110)의 거리를 멀게 한 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 활물질층에 공기가 유입되기 때문에, 코팅 비드의 형성이 불안정하여 코팅이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 마스터 롤과 코팅 다이의 거리가 멀어지더라도 코팅 비드의 형성이 유리하여 코팅이 원활하게 이루어질 수 있는 이차전지의 활물질 코팅 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 이차전지의 전극판을 형성하는 기재에 활물질을 도포하는 이차전지의 활물질 코팅 장치에 있어서, 상기 기재 상에 토출 슬롯으로부터 토출된 활물질을 코팅하는 코팅 다이와; 상기 코팅 다이의 하부에 마련되며, 상기 기재 상에 코팅되는 활물질의 코팅 비드에 부압을 작용시키는 진공 챔버부를 포함하며, 상기 진공 챔버부는 상기 기재의 폭 방향을 따라 마련되어, 상기 기재 상에 코팅되는 활물질의 폭 구간별 진공 제어를 하는 것에 의해서 달성된다.

상기 진공 챔버부는 상기 토출 슬롯의 바로 하측에 설치된 진공 블럭과 상기 코팅 다이의 전면 사이에 형성되는 메인 챔버와; 상기 메인 챔버와 연통되며, 상기 코팅 다이에 폭 방향을 따라 관통 형성된 복수의 제1 진공 라인을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 진공 챔버부는 상기 복수의 제1 진공 라인과 대응하여 연통되는 복수의 제2 진공 라인 및 공기 배출 라인을 더 포함하며, 상기 복수의 제2 진공 라인 및 공기 배출 라인은 상기 코팅 다이의 후방에서 상기 코팅 다이에 연결되는 장착대에 관통 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 복수의 제2 진공 라인 및 상기 공기 배출 라인 상에는 상기 진공 챔버부의 진공도를 개별적으로 조절하는 복수의 진공 밸브가 상기 복수의 제2 진공 라인에 대응하게 장착되는 것이 바람직하다.

상기 활물질은 음극 활물질 또는 양극 활물질인 것이 바람직하다.

상기 코팅 다이의 전방에는 상기 기재를 감아내는 마스터 롤이 더 마련되어 있는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기재의 폭 방향을 따라 활물질의 폭 구간별로 진공 제어가 가능하기 때문에, 기재 상에 코팅되는 활물질의 코팅 비드가 균일하게 형성되어 코팅 품질이 향상될 수 있는 이차전지의 활물질 코팅 장치가 제공된다.

도 1은 종래 이차전지의 활물질 코팅 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이차전지의 활물질 코팅 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 이차전지의 활물질 코팅 장치의 진공 챔버부를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이차전지의 활물질 코팅 장치에 의해 기재 상에 활물질이 코팅되는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 기재의 폭 방향에 따른 코팅 비드가 형성되는 상태에 대한 종래와 본 발명의 차이를 나타내는 그래프이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 이차전지의 활물질 코팅 장치(1)는 이차전지의 전극판을 형성하는 기재(S)에 활물질(M)을 도포하는 장치로서, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 기재(S)를 감아내는 마스터 롤(20)과, 활물질(M)을 기재(S) 상에 코팅하는 코팅 다이(10)와, 코팅 다이(10)의 하부에 마련되는 진공 챔버부(30)를 포함한다.

마스터 롤(20)은 코팅 다이(10)의 전방에 마련되어 이차전지의 전극판을 형성하는 기재(S)를 감아낸다. 이 때, 마스터 롤(20)과 코팅 다이(10)의 거리는 기재(S)에 코팅되는 활물질(M)의 도포량에 따라 적절하게 조절되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 활물질 로딩이 낮은 전극판을 제조할 경우에는 마스터 롤(20)과 코팅 다이(10)의 거리를 가깝게 세팅하고, 활물질 로딩이 높은 전극판을 제조할 경우에는 마스터 롤(20)과 코팅 다이(10)의 거리를 멀게 세팅한다.

코팅 다이(10)는 상부 다이(11) 및 하부 다이(12)로 구성되며, 상부 다이(11)와 하부 다이(12)의 사이에는 활물질(M)이 토출되기 위한 토출 슬롯(15)이 형성되어 있다. 이에, 활물질 공급원(미도시)으로부터 공급된 활물질(M)은 코팅 다이(10)의 토출 슬롯(15)을 통해 토출되어 기재(S) 상에 코팅된다.

여기서, 활물질(M)은 음극 활물질 또는 양극 활물질이다.

진공 챔버부(30)는 코팅 다이(10)의 하부에 마련되어 기재(S) 상에 코팅되는 활물질(M)의 코팅 비드(B, coating bead)에 부압을 작용시키는 역할을 함으로써, 코팅 비드(B)가 보다 유리하게 형성되도록 한다. 여기서, 코팅 비드(B)는 일명 메니스커스(meniscus)라고도 칭하는 것으로, 기재(S) 상에 활물질(M)이 코팅될 때 기재(S)의 하부 방향으로 흐르는 활물질(M)의 일부를 의미한다.

보다 구체적으로 설명하면, 코팅 비드(B)는 기재(S) 상에 활물질(M)이 코팅될 때 토출 슬롯(15)의 하측에 형성되어야 기재(S)의 진행 방향을 따라 활물질(M)이 균일하게 코팅되는데, 특히 마스터 롤(20)과 코팅 다이(10)의 거리가 먼 경우에는 기재(S) 상에 코팅되는 활물질(M)측으로 공기가 유입되어 코팅 비드(B)가 불안정하게 형성되므로 코팅이 원활히 이루어지지 않게 된다. 따라서, 본 발명에서는 코팅 다이(10)의 하부에 진공 챔버부(30)를 마련하여, 기재(S)에 활물질(M)이 코팅될 때 활물질(M)측으로 유입되는 공기를 빨아냄으로써, 코팅 비드(B)가 원활히 형성되도록 하였다.

여기서, 본 발명의 주요 특징은 진공 챔버부(30)가 기재(S)의 폭 방향을 따라 마련되어 기재(S) 상에 코팅되는 활물질(M)을 폭 구간별로 진공 제어하는 점이다. 이에, 진공 챔버부(30)가 기재(S)의 소정 위치에 마련되어 활물질(M) 코팅시 공기를 흡입하는 경우에는 기재(S)의 폭 구간별로 진공을 제어하기 어려운 반면, 본 발명과 같이 진공 챔버부(30)가 기재(S)의 폭 방향을 따라 마련되면 폭 구간별로 진공을 제어할 수 있으므로 코팅 비드(B)가 기재(S)의 폭 방향을 따라 균일하게 형성될 수 있는 이점이 있다.

진공 챔버부(30)는 메인 챔버(40)와, 메인 챔버(40)와 연통되는 복수의 제1 진공 라인(31, …, 36) 및 복수의 제2 진공 라인(231, …, 236)과, 복수의 제2 진공 라인(231, …, 236)과 연통하는 공기 배출 라인(45)으로 구성된다.

메인 챔버(40)는 토출 슬롯(15)의 바로 하측에 설치된 진공 블럭(35)과 코팅 다이(10)의 전면 사이에 형성되는 공간으로서, 기재(S)의 폭 방향을 따라 연속적으로 형성되어 있다.

제1 진공 라인(31, …, 36)은 메인 챔버(40)와 연통되며, 코팅 다이(10)에 폭 방향을 따라 복수개 관통 형성되어 있다.

이 때, 제1 진공 라인은 기재(S)의 폭 구간별로 진공 제어가 가능하도록 코팅 다이(10)의 폭 방향을 따라 적어도 세 부분(왼쪽, 가운데, 오른쪽)에 형성되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 보다 정밀한 진공 제어를 위해 제1 진공 라인을 각 부분(왼쪽, 가운데, 오른쪽)에 두 개씩 형성하여, 총 6개의 제1 진공 라인(31, …, 36)을 형성하고 있다.

여기서, 제1 진공 라인(31, …, 36)은 서로 이웃하는 라인이 구획되도록 형성될 수도 있고, 연통되도록 형성될 수도 있음은 물론이다.

제2 진공 라인(231, …, 236)은 제1 진공 라인(31, …, 36)과 대응하는 개수로 복수 형성되며, 제1 진공 라인(31, …, 36)과 연통되게 마련된다. 이 때, 제2 진공 라인(231, …, 236)은 코팅 다이(10)의 후방에서 코팅 다이(10)에 연결되는 장착대(50)에 관통 형성되어 있다.

여기서, 제2 진공 라인(231, …, 236)은 서로 이웃하는 라인이 구획되도록 형성될 수도 있고, 연통되도록 형성될 수도 있음은 물론이다.

공기 배출 라인(45)은 메인 챔버(40), 복수의 제1 진공 라인(31, …, 36) 및 복수의 제2 진공 라인(231, …, 236)을 통해 흡입된 공기가 외부로 배출되기 위한 공간으로서, 장착대(50)에 연속적으로 관통 형성되어 있다. 즉, 메인 챔버(40) -> 복수의 제1 진공 라인(31, …, 36) -> 복수의 제2 진공 라인(231, …, 236)을 통해 흡입된 공기는 공기 배출 라인(45)에서 한데 모아진 후 외부로 배출될 수 있다.

장착대(50)는 코팅 다이(10)의 후방에 연결되어 있으며, 복수의 진공 밸브(331, …, 336)가 장착되어 있다.

진공 밸브(331, …, 336)는 제2 진공 라인(231, …, 236)과 대응하는 개수로 복수 형성되며, 각각 일단이 제2 진공 라인(231, …, 236)에 연결되고 타단이 공기 배출 라인(45)에 연결되도록 장착된다. 이에, 진공 밸브(331, …, 336)가 개방된 경우, 메인 챔버(40) 및 제1 진공 라인(31, …, 36)을 거쳐 제2 진공 라인(231, …, 236)으로 흡입된 공기는 진공 밸브(331, …, 336)를 거쳐 공기 배출 라인(45)에 모아진 후 외부로 배출된다.

도 5는 본 발명에 따른 이차전지의 활물질 코팅 장치에 의해 기재 상에 활물질이 코팅되는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면 토출 슬롯(15)으로 토출되는 슬러리 상태의 활물질(M)은 마스터 롤(20)에 의해 아래에서 위로 진행하는 기재(S) 상에 코팅된다. 이 때, 진공 챔버부(30)에 의해 형성되는 부압이 코팅 비드(B)에 작용하여 코팅 비드(B)를 아래로 당겨주기 때문에, 기재(S)에 코팅되는 활물질(M)의 코팅 비드(B)는 안정된 상태를 유지하므로 기재(S) 상에 코팅층이 균일하게 형성될 수 있다.

특히, 본 발명에서는 진공 챔버부(30)가 기재(S)의 폭 방향을 따라 마련되어, 기재(S)의 폭 구간별로 진공 제어가 가능하기 때문에, 기재(S)의 폭 방향을 따라 균일한 코팅 비드(B)가 형성될 수 있다. 이것은, 각 진공 밸브(331, ,336)를 서로 다르게 개방시켜 기재(S)의 폭 방향 위치에 따라 메인 챔버(40)에서 형성되는 진공 정도를 다르게 함으로써 가능하다.

도 6을 참조하여 보다 자세히 설명하면, 기재(S)의 폭 방향을 따라 진공 제어가 불가능한 종래의 경우에는 그래프 (a)선 또는 (b)선과 같이 기재(S)의 폭 방향에 따라 코팅 비드(B)가 불균일하게 형성된 반면, 기재(S)의 폭 방향을 따라 진공 제어가 가능한 본 발명의 경우에는 그래프 (c)선과 같이 기재(S)의 폭 방향을 따라 코팅 비드(B)가 균일하게 형성된다.

즉, 그래프 (a)선과 같이 코팅 비드가 가운데 구간 보다 왼쪽 및 오른쪽 구간에 많이 형성되어 있는 경우, 본 발명에서는 가운데 구간 보다 왼쪽 및 오른쪽 구간의 진공 정도를 낮게 조절하고, 그래프 (b)선과 같이 코팅 비드가 가운데 구간 보다 왼쪽 및 오른쪽 구간에 적게 형성되어 있는 경우, 본 발명에서는 가운데 구간 보다 왼쪽 및 오른쪽 구간의 진공 정도를 높게 조절함으로써, 그래프 (c)와 같이 기재(S)의 폭 방향을 따라 코팅 비드(B)가 균일하게 형성될 수 있을 것이다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 기재(S)의 폭 방향을 따라 활물질(M)의 폭 구간별로 진공 제어가 가능하기 때문에, 기재(S) 상에 코팅되는 활물질(M)의 코팅 비드(B)가 균일하게 형성되어 코팅 품질이 향상될 수 있는 이점이 있다.

1 : 활물질 코팅 장치 10 : 코팅 다이
15 : 토출 슬롯 20 : 마스터 롤
30 : 진공 챔버부 40 : 메인 챔버
45 : 공기 배출 라인 50 : 장착대

Claims

이차전지의 전극판을 형성하는 기재에 활물질을 도포하는 이차전지의 활물질 코팅 장치에 있어서,
상기 기재 상에 토출 슬롯으로부터 토출된 활물질을 코팅하는 코팅 다이와;
상기 코팅 다이의 하부에 마련되며, 상기 기재 상에 코팅되는 활물질의 코팅 비드에 부압을 작용시키는 진공 챔버부를 포함하며,
상기 진공 챔버부는 상기 기재의 폭 방향을 따라 마련되어, 상기 기재 상에 코팅되는 활물질의 폭 구간별 진공 제어를 하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 활물질 코팅 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 진공 챔버부는
상기 토출 슬롯의 바로 하측에 설치된 진공 블럭과 상기 코팅 다이의 전면 사이에 형성되는 메인 챔버와;
상기 메인 챔버와 연통되며, 상기 코팅 다이에 폭 방향을 따라 관통 형성된 복수의 제1 진공 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 활물질 코팅 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 진공 챔버부는 상기 복수의 제1 진공 라인과 대응하여 연통되는 복수의 제2 진공 라인 및 공기 배출 라인을 더 포함하며,
상기 복수의 제2 진공 라인 및 공기 배출 라인은 상기 코팅 다이의 후방에서 상기 코팅 다이에 연결되는 장착대에 관통 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지의 활물질 코팅 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 복수의 제2 진공 라인 및 상기 공기 배출 라인 상에는 상기 진공 챔버부의 진공도를 개별적으로 조절하는 복수의 진공 밸브가 상기 복수의 제2 진공 라인에 대응하게 장착되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 활물질 코팅 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 활물질은 음극 활물질 또는 양극 활물질인 것을 특징으로 하는 이차전지의 활물질 코팅 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 코팅 다이의 전방에는 상기 기재를 감아내는 마스터 롤이 더 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지의 활물질 코팅 장치.