KR20170111284A - 이차전지의 전극판 코팅 장치 - Google Patents

이차전지의 전극판 코팅 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극판의 코팅 불량을 방지하기 위한 이차전지의 전극판 코팅 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극 집전체를 이송하는 롤러, 상기 전극 집전체의 표면을 향하여 활물질을 토출하는 토출구가 형성되는 다이코터 및 상기 다이코터의 토출구 측에 마련되어 상기 전극 집전체에 토출되는 상기 활물질의 유동에 따라 토출불량을 감지하는 센서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지의 전극판 코팅 장치{ELECTRODE COATING APPARATUS FOR SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지의 전극판 코팅 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전극판의 코팅 불량을 방지하기 위한 이차전지의 전극판 코팅 장치에 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 전극 시트 위에 도포하고, 고온의 상태로 건조한 뒤 프레싱 과정을 거쳐 제작된다.
전극 생산용 다이코터는 전극 슬러리를 전극 시트 위에 도포하기 위한 장치이다.
다이코터라 함은 유동성이 있는　액상의 유체(슬러리, 점착제, Hard Coating제, 세라믹 등)를　무맥동 펌프 또는 피스톤 펌프에 의해 상부 및 하부 슬롯 다이 사이로 공급하여, 액 공급 파이프로부터 공급받은 유체를 원단, 필름, 유리(Glass) 판, 시트(Sheet) 등의 피코팅물 진행방향의 폭 방향으로 일정한 두께로 코팅하는 장치를 말한다.
도 1은 종래의 다이코터를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전극 생산용 다이코터(100)는 다이코터를 전극 생산용으로 적용한 것으로서, 이차 전지의 전극을 만들기 위해 공급 유체인 전극 슬러리(111)를 전극 시트(110) 위에 코팅하는 장치를 말한다.
이러한 다이코터를 사용하여 활물질 슬러리를 전극 시트 위에 코팅하는 종래 기술이 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0039286호에 공지되어 있다.
전지의 고용량화가 요구되면서 고로딩 코팅의 필요성이 커지고 있고, 고로딩 코팅을 위해서는 기존보다 시간당 코팅액의 토출량이 많아져야 한다.
그런데 코팅 시 토출량이 많아질수록 코팅압이 상승하면서, 코팅액이 아래 방향으로 흐르는 리킹(leaking)이 발생할 가능성이 높아진다.
이러한 리킹 발생 시 폭 방향 로딩 균일성과 코팅 두께의 불균일성을 가져오고, 심할 경우 리킹 발생 구간의 전극 두께가 두꺼워지면서 전극조립체의 단선을 유발할 수도 있다.
또한, 코팅될 시에 코팅 다이와 코팅 롤 사이의 간격이 100um ~ 200um로 매우 좁으며, 코터 기구부로 인해 시야 확보를 하는 것이 어려워 코팅액이 리킹되는 것을 식별하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 활물질이 다이코터의 토출구에서 아래로 흘러나오는 것을 감지할 수 있는 이차전지의 전극판 코팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이차전지의 전극판 코팅 장치는 전극 집전체를 이송하는 롤러, 상기 전극 집전체의 표면을 향하여 활물질을 토출하는 토출구가 형성되는 다이코터 및 상기 다이코터의 토출구 측에 마련되어 상기 전극 집전체에 토출되는 상기 활물질의 유동에 따라 토출불량을 감지하는 센서부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서부는 상기 다이코터의 토출구 하측에 설치되어 상기 토출구의 하측 방향으로 흘려서 유동하는 상기 활물질의 측정에 따라 토출불량을 감지할 수 있다.
상기 센서부로부터 전기신호를 받아 상기 다이코터의 토출량을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 다이코터의 토출량을 제어함과 동시에 이의 알림을 표시하는 알람을 더 포함할 수 있다.
상기 알림은 작업자의 시각, 청각, 촉각 중 어느 하나 이상에 의해 인식 가능한 것일 수 있다.
상기 다이코터는 상기 롤러의 중심점을 통과하는 수평선상에 위치한 상기 롤러의 외주면 측부에 구비될 수 있다.
상기 다이코터와 상기 롤러의 측부 사이의 간격은 100um ~ 200um 일 수 있다.
상기 센서부는 상기 다이코터에서 상기 토출구를 중심으로 중력 측에 마련될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극판 코팅 시 활물질이 다이코터의 토출구에서 아래로 흐르는 것을 감지하여 리킹(leaking) 발생을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극판 코팅 시 활물질의 리킹을 방지하여 활물질의 폭방향 로딩과 코팅 두께를 균일하게 하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극판 코팅 시 활물질의 폭방향 로딩과 코팅 두께를 균일하게 하여 전극 조립체의 단선을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 슬롯 다이코터를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전극판 코팅 장치의 주요부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 도 2에서 활물질이 토출되어 일부가 토출구의 아래로 흐르는 것을 도시한 사용상태도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 전극판 코팅 장치의 주요부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지의 전극판 코팅 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전극판 코팅 장치의 주요부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전극판 코팅 장치는 전극 집전체(3)를 이송하는 롤러(40), 상기 전극 집전체(3)의 표면을 향하여 활물질을 토출하는 토출구(11)가 형성되는 다이코터(10) 및 상기 다이코터(10)의 토출구(11) 측에 마련되어 상기 전극 집전체(3)에 토출되는 상기 활물질의 유동에 따라 토출불량을 감지하는 센서부(20)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 전극판 코팅 장치는 센서부(20)로부터 전기신호를 받아 다이코터(10)의 활물질 토출량을 제어하는 제어부(30)를 더 포함할 수 있다.
활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다.
양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다.
음극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, 규소(Si), 주석(Sn), 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(compositetin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다.
전극 집전체(3)는 양극 또는 음극일 수 있다.
전극 집전체(3)가 양극일 경우에는 알루미늄(Al) 재질의 양극 포일(foil)로 형성되어 다이코터(10)에 의해 토출된 양극 활물질이 도포된다.
그리고 전극 집전체(3)가 음극일 경우에는 구리(Cu) 재질의 음극 포일(foil)로 형성되어 다이코터(10)에 의해 토출된 음극 활물질이 도포된다.
전극 집전체(3)는 롤러(40)에 의하여 지지되며 이송한다.
다이코터(10)는 롤러(40)의 측면을 통과하는 전극 집전체(3)의 표면과 이격되도록 위치한다.
그리고 다이코터(10)는 롤러(40)와의 측부 사이의 간격이 100um ~ 200um 일 수 있다.
다이코터(10)는 개구된 토출구(11)를 통하여 활물질을 전극 집전체(3)의 표면에 토출하여 전극 집전체(3)의 표면에 활물질층을 코팅한다.
그리고 다이코터(10)의 내부에는 토출구(11)를 열어 온(on)시키거나 토출구(11)를 닫아 오프(off) 시켜 토출구(11)를 통해 토출되는 활물질을 제어하기 위한 게이트(미도시)가 설치될 수 있다.
센서부(20)는 감지 센서 등으로 이루어지며, 다이코터(10)의 토출구(11) 측 중 특히 중력 방향인 하측에 설치되어 토출구(11)로부터 토출되어 전극 집전체(3)의 표면에 코팅되는 활물질이 하측으로 흘러내리는 것을 감지하기 쉽게 하는 것이 바람직하다.
도 3은 도 2에서 활물질이 토출되어 일부가 토출구의 아래로 흐르는 것을 도시한 사용상태도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다이코터(10)로부터 토출된 활물질(C)이 전극 집전체(3)에 코팅되는 과정에서 활물질(C)이 전극 집전체(3)로부터 아래로 흐르게 되면 센서부(20)가 흐르는 활물질(C)에 의해 토출불량을 감지하게 된다.
그러면 센서부(20)는 제어부(30)로 전기신호를 송신하고 센서부(20)로부터 전기신호를 수신받은 제어부(30)는 다이코터(10)에서 토출되는 활물질의 양을 제어하게 된다.
이때, 제어부(30)는 다이코터(10)에서 토출되는 활물질의 양을 줄이거나 다이코터(10)의 작동을 멈추게 하여 전극 집전체(3)에 활물질이 불균일하게 코팅되는 것을 방지함에 따라 불량 요인을 제거한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 전극판 코팅 장치의 주요부를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 전극판 코팅 장치는 다이코터(10)로부터 토출된 활물질(C)이 전극 집전체(3)에 코팅되는 과정에서 활물질(C)이 전극 집전체(3)로부터 아래로 흐르게 되면 센서부(20)가 흐르는 활물질(C)을 감지하게 된다.
그러면 센서부(20)는 제어부(30)로 전기신호를 송신하고 센서부(20)로부터 전기신호를 수신받은 제어부(30)는 알람(31)을 작동하여 전극판 코팅 공정에 토출불량이 발생하였다는 것을 작업자가 시각, 청각, 촉각 중 어느 하나 이상에 의해 인식할 수 있도록 알림을 표시할 수 있다.
상기 알림은 소리, 빛, 문자, 숫자, 도형, 진동 등 중 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지의 전극판 코팅 장치는 다이코터(10)로부터 토출된 활물질(C)이 전극 집전체(3)에 코팅되는 과정에서 활물질(C)이 전극 집전체(3)로부터 아래로 흐르게 되면 센서부(20)가 흐르는 활물질(C)에 의해 토출불량을 감지하게 된다.
그러면 센서부(20)는 제어부(30)로 전기신호를 송신하고 센서부(20)로부터 전기신호를 수신받은 제어부(30)는 다이코터(10)에서 토출되는 활물질의 양을 제어하면서 알람(31)을 작동하여 전극판 코팅 공정에 토출불량이 발생하였다는 것을 작업자가 시각, 청각, 촉각 중 어느 하나 이상에 의해 인식할 수 있도록 알림을 표시할 수 있다.
이때, 제어부(30)는 다이코터(10)에서 토출되는 활물질의 양을 줄이거나 다이코터(10)의 작동을 멈추게 하여 전극 집전체(3)에 활물질이 불균일하게 코팅되는 것을 방지함에 따라 불량 요인을 제거하면서 작업자가 전극판 코팅 공정에서 토출불량이 발생했음을 인식하게 하여 작업자로 하여금 적절한 대처를 할 수 있도록 한다.
상기 알림은 소리, 빛, 문자, 숫자, 도형, 진동 등 중 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지의 전극판 코팅 장치를 이용한 코팅 방법을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 이차전지의 전극판 코팅 장치를 이용한 코팅 방법은 전극 집전체를 롤러 등을 이용하여 이동시키는 이동 단계를 포함한다.
그리고 이동하는 전극 집전체에 다이코터를 사용하여 활물질을 토출하여 전극 집전체가 이동하면서 표면에 활물질이 코팅되는 코팅 단계를 포함한다.
그리고 다이코터에 설치된 센서부가 코팅되는 전극 집전체로부터 활물질이 흐르는 것을 감지하는 감지 단계를 포함한다.
여기서 상기 감지 단계는 전극 집전체로부터 활물질이 흐르는 것을 감지하게 되면 전기 신호를 제어부로 송신한다.
그리고 감지 단계로부터 전기 신호를 수신받은 제어부는 다이코터에서 토출되는 활물질의 토출량을 제어하는 제어 단계, 또는 알람을 작동시켜 작업자가 전극 집전체로부터 활물질이 흐르는 것을 인식할 수 있게 하는 알람 단계를 포함할 수 있다.
한편, 경우에 따라서는 상기 제어 단계와 상기 알람 단계를 동시에 수행할 수도 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 전극판 코팅 시 활물질이 다이코터의 토출구에서 아래로 흐르는 것을 감지하여 리킹(leaking) 발생을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전극판 코팅 시 활물질의 리킹을 방지하여 활물질의 폭방향 로딩과 코팅 두께를 균일하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전극판 코팅 시 활물질의 폭방향 로딩과 코팅 두께를 균일하게 하여 전극 조립체의 단선을 방지하는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 이차전지의 전극판 코팅 장치를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
3: 전극 집전체
10: 다이코터
11: 토출구
20: 센서부
30: 제어부
31: 알람
40: 롤러

Claims (8)

  1. 전극 집전체(3)를 이송하는 롤러(40);
    상기 전극 집전체(3)의 표면을 향하여 활물질을 토출하는 토출구(11)가 형성되는 다이코터(10); 및
    상기 다이코터(10)의 토출구(11) 측에 마련되어 상기 전극 집전체(3)에 토출되는 상기 활물질의 유동에 따라 토출불량을 감지하는 센서부(20); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극판 코팅 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부(20)는 상기 다이코터(10)의 토출구(11) 하측에 설치되어 상기 토출구(11)의 하측 방향으로 흘려서 유동하는 상기 활물질의 측정에 따라 토출불량을 감지하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극판 코팅 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부(20)로부터 전기신호를 받아 상기 다이코터(10)의 토출량을 제어하는 제어부(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극판 코팅 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부(30)는 상기 다이코터(10)의 토출량을 제어함과 동시에 이의 알림을 표시하는 알람(31)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극판 코팅 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 알림은 작업자의 시각, 청각, 촉각 중 어느 하나 이상에 의해 인식 가능한 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극판 코팅 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 다이코터(10)는 상기 롤러(40)의 중심점을 통과하는 수평선상에 위치한 상기 롤러(40)의 외주면 측부에 구비되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극판 코팅 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 다이코터(10)와 상기 롤러(40)의 측부 사이의 간격은 100um ~ 200um 인 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극판 코팅 장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 센서부(20)는 상기 다이코터(10)에서 상기 토출구(11)를 중심으로 중력 측에 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극판 코팅 장치.
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