KR20150105794A - 전극 생산용 슬롯 다이 코터 - Google Patents

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박준선
문광식
강성모
윤덕중
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Abstract

본 발명은 전극 생산용 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 슬롯 다이 코터의 온도를 컨트롤 하여 배출구의 폭방향으로 전극 슬러리의 배출양을 균일하게 함으로써 향상된 품질의 코팅을 할 수 있는 전극 생산용 슬롯 다이 코터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터는 전극 슬러리(slurry)를 금속 기재(base)에 도포하기 위한 전극 생산용 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 전극 슬러리를 수용하는 내부 공간(111), 내부 공간(111)으로 전극 슬러리를 공급하는 공급구(113), 및 내부 공간(111)으로부터 금속 기재를 향해 전극 슬러리를 배출하는 배출구(115)를 가지는 다이부(100)를 포함하고, 다이부(100)는 다이부(100)의 각 부분의 온도를 소정 온도로 일정하게 하기 위하여 다이부(100)의 내부에 가열 유닛(130)을 구비한다.

Description

전극 생산용 슬롯 다이 코터{SLOT DIE COATER FOR PRODUCTION OF ELECTRODES}
본 발명은 전극 생산용 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 슬롯 다이 코터의 온도를 컨트롤 하여 배출구의 폭방향으로 전극 슬러리의 배출양을 균일하게 함으로써 향상된 품질의 코팅을 할 수 있는 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.
이차 전지의 전극은 활물질 및 도전재가 혼합되어 있는 전극 슬러리(slurry)를 금속 기재(base) 위에 도포하고, 고온의 상태로 건조한 뒤 프레싱 과정을 거쳐 제작된다. 전극 생산용 슬롯 다이 코터는 전극 슬러리를 금속 기재 위에 도포하기 위한 장치이다.
종래의 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 경우 슬롯 다이 코터에 공급되는 전극 슬러리의 온도에 따라서 슬롯 다이 코터의 열변형이 발생하였다. 이때, 전극 슬러리와 가까이에 위치하는 슬롯 다이 코터의 부분은 온도 변화가 크게 되어 열변형이 많이 발생하고, 전극 슬러리와 멀리 위치하는 슬롯 다이 코터의 부분은 전극 슬러리 온도에 영향을 적게 받으므로 열변형이 더 적게 발생하였다.
이와 같은 열변형량이 슬롯 다이 코터의 부분 마다 달라짐으로 인하여 종래의 슬롯 다이 코터는 원래의 형태를 유지하지 못하고 미세하게 뒤틀리는 형태로 변형되었었는데, 이러한 변형은 슬롯 다이 코터의 폭방향으로 전극 슬러리가 균일하게 배출되지 못하도록 하므로 문제되었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 슬롯 다이 코터의 각 부분마다 서로 온도가 동일하도록 하여 배출구의 폭방향 위치에 따라서 전극 슬러리 배출량이 일정하도록 하고, 그에 따라 향상된 품질의 코팅을 할 수 있는 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 슬롯 다이 코터의 온도를 신속하게 컨트롤 할 수 있는 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 슬롯 다이 코터의 온도를 정밀하게 컨트롤 할 수 있는 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 슬롯 다이 코터의 온도를 효과적으로 컨트롤 할 수 있는 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 가열 유닛으로부터 열량이 균일하게 발산 될 수 있는 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 가열 유닛으로부터 슬롯 다이 코터로 열이 균형 있게 전달되고 그로 인하여 더욱 효과적으로 슬롯 다이 코터의 온도를 컨트롤 할 수 있는 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 슬롯 다이 코터의 각 부분마다 서로 온도가 동일하도록 하는 가장 바람직한 형태의 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터는 전극 슬러리(slurry)를 금속 기재(base)에 도포하기 위한 전극 생산용 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 전극 슬러리를 수용하는 내부 공간(111), 내부 공간(111)으로 전극 슬러리를 공급하는 공급구(113), 및 내부 공간(111)으로부터 금속 기재를 향해 전극 슬러리를 배출하는 배출구(115)를 가지는 다이부(100)를 포함하고, 다이부(100)는 다이부(100)의 각 부분의 온도를 소정 온도로 일정하게 하기 위하여 다이부(100)의 내부에 가열 유닛(130)을 구비한다.
가열 유닛(130)은 전기 코일을 이용하여 발열될 수 있다.
가열 유닛(130)은 온도 측정 센서(240)와 연동하여 다이부(100)를 가열할 수 있다.
가열 유닛(130)은 다이부(100)의 폭방향(D1)과 나란한 방향으로 연장될 수 있다.
가열 유닛(130)은 중심 축의 방향이 폭방향(D1)과 나란하게 되는 원기둥 형상 또는 파이프 형상일 수 있다.
다이부(100)는 상부 다이(121), 상부 다이(121)에 결합되어 내부 공간(111)을 형성하는 하부 다이(123), 및 상부 다이(121)와 하부 다이(123)의 사이에 끼워지고, 내부 공간(111)과 통하는 중공을 가지는 플레이트 형상이며, 중공으로부터 금속 기재를 향해 개구되어 상부 다이(121) 및 하부 다이(123)와 함께 전극 슬러리가 배출되는 배출구(115)를 형성하는 심(shim)(125)을 구비하며, 가열 유닛(130)은 상부 다이(121)와 하부 다이(123)에 각각 나뉘어 위치할 수 있다.
가열 유닛(130)은 다이부(100)의 폭방향(D1)과 나란한 방향으로 연장되고, 상부 전방 위치(131), 상부 후방 위치(133), 하부 전방 위치(135), 및 하부 후방 위치(137)에 배치되며, 상부 전방 위치(131)는 상부 다이(121)에서 배출구(115)가 향하는 앞 방향(F)으로 치우친 위치이고, 상부 후방 위치(133)는 상부 다이(121)에서 앞 방향(F)의 반대 방향(R)으로 치우친 위치이며, 하부 전방 위치(135)는 하부 다이(123)에서 앞 방향(F)으로 치우친 위치이고, 하부 후방 위치(137)는 하부 다이(123)에서 반대 방향(R)으로 치우친 위치일 수 있다.
본 발명에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터는 내부 공간(111), 공급구(113), 및 배출구(115)를 가지는 다이부(100)를 포함하고, 다이부(100)는 다이부(100)의 각 부분의 온도를 소정 온도로 일정하게 하기 위하여 다이부(100)의 내부에 가열 유닛(130)을 구비함으로써, 슬롯 다이 코터의 각 부분마다 서로 온도가 동일하도록 하여 배출구의 폭방향 위치에 따라서 전극 슬러리 배출량이 일정하도록 하고, 그에 따라 향상된 품질의 코팅을 할 수 있다.
가열 유닛(130)은 전기 코일을 이용하여 발열됨으로써, 슬롯 다이 코터의 온도를 정밀하게 컨트롤 할 수 있다.
가열 유닛(130)은 온도 측정 센서(240)와 연동하여 다이부(100)를 가열함으로써, 슬롯 다이 코터의 온도를 정밀하게 컨트롤 할 수 있다.
가열 유닛(130)은 다이부(100)의 폭방향(D1)과 나란한 방향으로 연장됨으로써, 슬롯 다이 코터의 온도를 효과적으로 컨트롤 할 수 있다.
가열 유닛(130)은 중심 축의 방향이 폭방향(D1)과 나란하게 되는 원기둥 형상 또는 파이프 형상임으로써, 가열 유닛으로부터 열량이 균일하게 발산 될 수 있다.
다이부(100)는 상부 다이(121), 하부 다이(123), 및 심(shim)(125)을 구비하며, 가열 유닛(130)은 상부 다이(121)와 하부 다이(123)에 각각 나뉘어 위치함으로써, 가열 유닛으로부터 슬롯 다이 코터로 열이 균형 있게 전달되고 그로 인하여 더욱 효과적으로 슬롯 다이 코터의 온도를 컨트롤 할 수 있다.
가열 유닛(130)은 다이부(100)의 폭방향(D1)과 나란한 방향으로 연장되고, 상부 전방 위치(131), 상부 후방 위치(133), 하부 전방 위치(135), 및 하부 후방 위치(137)에 배치됨으로써, 슬롯 다이 코터의 각 부분마다 서로 온도가 동일하도록 하는 가장 바람직한 형태의 전극 생산용 슬롯 다이 코터가 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 기본 구조에 대한 분해 사시도
도 2는 도 1의 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 후방에서 바라본 조립도
도 3은 도 2의 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 전방에서 바라본 사시도
도 4는 도 2의 A-A선에 따른 단면도
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 도시하는 단면도
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터의 기본 구조에 대한 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 후방에서 바라본 조립도이다. 도 3은 도 2의 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 전방에서 바라본 사시도이다. 도 4는 도 2의 A-A선에 따른 단면도이다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터에 대해 상술한다.
전극 슬러리(slurry)를 금속 기재(base)에 도포하기 위한 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터는 내부 공간(111), 공급구(113), 및 배출구(115)를 가지는 다이부(100)를 포함하고, 이때, 다이부(100)는 다이부(100)의 각 부분의 온도를 소정 온도로 일정하게 하기 위한 가열 유닛(130)을 구비한다.
내부 공간(111)은 슬롯 다이 코터 내부에서 전극 슬러리를 수용하는 공간인데, 공급구(113)로부터 슬러리를 공급받는다. 공급구(113)로부터 공급되는 전극 슬러리는 내부 공간(111) 내에서 슬롯 다이 코터의 폭방향(D1)으로 이동하고, 또 저장된다. 전극 슬러리가 내부 공간(111)을 지나고 나면, 배출구(115)를 통하여 외부로 배출된다. 배출구(115)는 내부 공간(111)으로부터 금속 기재를 향해 전극 슬러리를 배출한다. 배출구(115)를 외부에서 본 형태는 도 3에 자세히 도시되어 있다.
가열 유닛(130)은 다이부(100)의 각 부분의 온도를 소정의 온도로 일정하게 하기 위하여 다이부(100)의 내부에 구비된다. 가열 유닛(130)은 다이부(100)가 소정의 온도가 되도록 열을 발산한다. 가열 유닛(130)은 일정한 열량 Q1을 주위로 계속하여 방출한다. 슬롯 다이 코터로부터 외부로 손실 되는 열량을 Q2라고 하면, Q1과 Q2가 같아지게 될 때, 슬롯 다이 코터의 온도는 더 이상 변하지 않고 일정하게 된다. 이렇게 변하지 않고 일정하게 되는 온도를 소정의 온도라고 하면, 슬롯 다이 코터는 가열 유닛(130)을 구비함으로 인하여 소정의 온도로 일정하게 유지될 수 있다.
이러한 방식으로 가열 유닛(130)은 슬롯 다이 코터의 각 부분마다 서로 온도가 동일하도록 만든다. 이 경우 슬롯 다이 코터의 각 부분 마다 열 팽창량이 동일하게 되어, 슬롯 다이 코터가 뒤틀리며 변형되는 현상이 방지될 수 있다. 그리하여 배출구(115)의 폭방향(D1) 위치에 따라서 전극 슬러리 배출량이 일정하게 되고, 그에 따라 향상된 품질의 코팅을 할 수 있다.
가열 유닛(130)은 전기 코일을 이용하여 발열될 수 있다. 전기 코일을 이용한 발열은 저항을 가지는 도선에 전기가 흐를 때 열이 발생되는 원리에 의한다. 전기 코일에 의해서 가열할 경우, 신속하게 가열 유닛(130)을 발열시킬 수 있다는 장점이 있다. 이로 인하여 슬롯 다이 코터의 온도를 신속하게 컨트롤 할 수 있다.
본 발명 목적은 가열 유닛(130)을 통하여 배출구(115)의 폭방향(D1) 위치에 따라서 전극 슬러리 배출량이 일정하도록 하는 것이므로, 폭방향(D1)을 따라서 슬롯 다이 코터의 각 부분의 온도를 소정의 온도로 일정하게 하는 것이 중요하다. 이를 위하여 가열 유닛(130)은 다이부(100)의 폭방향(D1)과 나란한 방향으로 연장될 수 있다.
가열 유닛(130)을 폭방향(D1)과 나란한 방향으로 연장되도록 형성하는 경우가 슬롯 다이 코터의 온도를 폭방향(D1)에 따라 동일하게 하는데 더욱 유리하다. 다이부(100)가 폭방향(D1)에 따라 동일한 가열체에 의하여 동일한 단위길이당 발열량으로 가열되기 때문이다. 이러한 방식은 슬롯 다이 코터의 온도를 효과적으로 컨트롤 할 수 있도록 한다.
가열 유닛(130)은 중심 축의 방향이 폭방향(D1)과 나란하게 되는 원기둥 형상 또는 파이프 형상일 수 있다. 원기둥 형상은 반지름 방향으로 360도 열을 균일하게 발산할 수 있는 형상이다. 파이프 형상도 원기둥 형상과 같은 방식으로 균일하게 열을 발산할 수 있는 형상이다. 따라서 가열 유닛(130)이 원기둥 또는 파이프 형상을 가질 때, 열은 가열 유닛(130)으로부터 균일하게 발산될 수 있다.
본 발명의 실시예 1에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터에서 다이부(100)는 상부 다이(121), 하부 다이(123), 및 심(125)을 구비할 수 있다. 상부 다이(121)가 있고 그와 결합되어 내부 공간(111)을 형성하는 하부 다이(123)가 있으며, 심(shim)(125)은 상부 다이(121)와 하부 다이(123)의 사이에 끼워진다. 심(125)은 내부 공간(111)과 통하는 중공을 가지는 플레이트 형상이며, 중공으로부터 금속 기재를 향해 개구되어 상부 다이(121) 및 하부 다이(123)와 함께 전극 슬러리가 배출되는 배출구(115)를 형성한다.
이때, 가열 유닛(130)은 도 4에서 도시 되듯이 상부 다이(121)와 하부 다이(123)에 각각 나뉘어 위치할 수 있다. 가열 유닛(130)이 상부 다이(121)와 하부 다이(123)로 각각 나뉘어 균형 있게 위치되는 경우, 한쪽 편에만 가열 유닛(130)이 설치되는 것과 비교하여 더 균형 있는 열전달이 가능하다. 즉, 가열 유닛(130)으로부터 슬롯 다이 코터로 열이 균형 있게 전달되고 그로 인하여 더욱 효과적으로 슬롯 다이 코터의 온도를 컨트롤 할 수 있게 된다.
도2 및 도 4를 참조하면, 가열 유닛(130)은 다이부(100)의 폭방향(D1)과 나란한 방향으로 연장되고, 상부 전방 위치(131), 상부 후방 위치(133), 하부 전방 위치(135), 및 하부 후방 위치(137)에 배치될 수 있다. 이때, 상부 전방 위치(131)는 상부 다이(121)에서 배출구(115)가 향하는 앞 방향(F)으로 치우친 위치이고, 상부 후방 위치(133)는 상부 다이(121)에서 앞 방향(F)의 반대 방향(R)으로 치우친 위치이며, 하부 전방 위치(135)는 하부 다이(123)에서 앞 방향(F)으로 치우친 위치이고, 하부 후방 위치(137)는 하부 다이(123)에서 반대 방향(R)으로 치우친 위치이다.
이러한 방식으로 가열 유닛(130)이 배치되면, 가열 유닛(130)이 슬롯 다이 코터의 각 부분을 균형있게 나누어 가열할 수 있다. 이는 슬롯 다이 코터의 각 부분마다 서로 온도가 동일하도록 하는 가장 바람직한 형태의 전극 생산용 슬롯 다이 코터 형상이라고 할 수 있다.
실시예 2
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터를 도시하는 단면도이다.
본 실시예 2에 따른 전극 생산용 슬로 다이 코터는 전술한 실시예 1에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터와 유사한 구성을 가진다. 다만, 실시예 2는 실시예 1과 달리 온도 측정 센서를 더 구비하고 있다는 점에서 차이가 있다. 참고로 전술한 구성과 동일한 (또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한 (또는 상당한) 도면 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 생산용 슬롯 다이 코터에 대해 설명한다.
가열 유닛(130)은 다이부(100)의 각 부분의 온도를 소정 온도로 일정하게 하기 위하여 다이부(100)의 내부에 구비된다. 가열 유닛(130)은 다이부(100)가 소정의 온도가 되도록 열을 발산한다. 이때, 가열 유닛(130)은 온도 측정 센서(240)와 연동하여 다이부(100)를 가열할 수 있다.
다이부(100)의 온도가 소정의 온도보다 낮게 되면 온도 측정 센서(240)는 이것을 탐지해 가열 유닛(130)으로 신호를 보내고, 그러면 가열 유닛(130)은 즉시 열을 발산한다. 그 결과 다이부(100)의 온도는 상승하고, 소정의 온도로 맞추어진다.
반대로 다이부(100)가 소정의 온도에 도달한 경우 온도 측정 센서(240)는 가열 유닛(130)으로 신호를 보내고, 가열 유닛(130)은 더 이상 열을 발산하지 않게 된다. 이러한 방식으로 가열 유닛(130)은 슬롯 다이 코터의 각 부분마다 서로 온도가 동일하도록 작동한다. 즉, 다이부(100)의 온도는 소정의 온도로 일정하게 될 수 있다.
온도 측정 센서(240)가 더 구비되어 가열 유닛(130)이 온도 측정 센서(240)와 연동하여 다이부(100)를 가열하면, 슬롯 다이 코터의 온도를 더욱 정밀하게 컨트롤할 수 있다.
슬롯 다이 코터의 각 부분마다 서로 온도가 동일하면, 그 동일한 온도의 부분들은 열팽창량이 동일하게 된다. 그 결과 슬롯 다이 코터가 뒤틀리며 변형되는 현상이 방지될 수 있다. 그리하여 배출구(115)의 폭방향(D1) 위치에 따라서 전극 슬러리 배출량이 일정하게 되고, 향상된 품질의 코팅을 할 수 있다.
100: 다이부
111: 내부 공간
113: 공급구
115: 배출구
121: 상부 다이
123: 하부 다이
125: 심
130: 가열 유닛
131: 상부 전방 위치
133: 상부 후방 위치
135: 하부 전방 위치
137: 하부 후방 위치
240: 온도 측정 센서

Claims (7)

  1. 전극 슬러리(slurry)를 금속 기재(base)에 도포하기 위한 전극 생산용 슬롯 다이 코터에 있어서,
    상기 전극 슬러리를 수용하는 내부 공간(111);
    상기 내부 공간(111)으로 상기 전극 슬러리를 공급하는 공급구(113); 및
    상기 내부 공간(111)으로부터 상기 금속 기재를 향해 상기 전극 슬러리를 배출하는 배출구(115)를 가지는 다이부(100)를 포함하고,
    상기 다이부(100)는 상기 다이부(100)의 각 부분의 온도를 소정 온도로 일정하게 하기 위하여 상기 다이부(100)의 내부에 가열 유닛(130)을 구비하는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 유닛(130)은 전기 코일을 이용하여 발열되는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 유닛(130)은 온도 측정 센서(240)와 연동하여 상기 다이부(100)를 가열하는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 유닛(130)은 상기 다이부(100)의 폭방향(D1)과 나란한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가열 유닛(130)은 중심 축의 방향이 상기 폭방향(D1)과 나란하게 되는 원기둥 형상 또는 파이프 형상인 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 다이부(100)는 상부 다이(121);
    상기 상부 다이(121)에 결합되어 상기 내부 공간(111)을 형성하는 하부 다이(123); 및
    상기 상부 다이(121)와 상기 하부 다이(123)의 사이에 끼워지고, 상기 내부 공간(111)과 통하는 중공을 가지는 플레이트 형상이며, 상기 중공으로부터 상기 금속 기재를 향해 개구되어 상기 상부 다이(121) 및 상기 하부 다이(123)와 함께 상기 전극 슬러리가 배출되는 배출구(115)를 형성하는 심(shim)(125)을 구비하며,
    상기 가열 유닛(130)은 상기 상부 다이(121)와 상기 하부 다이(123)에 각각 나뉘어 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가열 유닛(130)은 상기 다이부(100)의 폭방향(D1)과 나란한 방향으로 연장되고, 상부 전방 위치(131), 상부 후방 위치(133), 하부 전방 위치(135), 및 하부 후방 위치(137)에 배치되며,
    상기 상부 전방 위치(131)는 상기 상부 다이(121)에서 상기 배출구(115)가 향하는 앞 방향(F)으로 치우친 위치이고, 상기 상부 후방 위치(133)는 상기 상부 다이(121)에서 상기 앞 방향(F)의 반대 방향(R)으로 치우친 위치이며,
    상기 하부 전방 위치(135)는 상기 하부 다이(123)에서 상기 앞 방향(F)으로 치우친 위치이고, 상기 하부 후방 위치(137)는 상기 하부 다이(123)에서 상기 반대 방향(R)으로 치우친 위치인 것을 특징으로 하는 전극 생산용 슬롯 다이 코터.
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