KR20190019503A - 미세다공 기재의 연속 코팅 방법 및 장치와 그로부터 제조된 코팅 미세다공 기재 - Google Patents

미세다공 기재의 연속 코팅 방법 및 장치와 그로부터 제조된 코팅 미세다공 기재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코팅액을 고분자계 미세다공 기재에 코팅하는 코팅 방법 및 장치와 이를 이용하여 제조되는 코팅된 미세다공 기재에 관한 것이다. 특히, 본 발명을 통해 제조되는 미세다공 기재는 이차 전지와 연료 전지용 코팅 미세다공 기재일 수 있다. 본 발명은 표면 장력이 낮은 미세다공 기재에 표면 장력이 높은 코팅액을 코팅할 때 품질 향상과 생산성 향상을 위해 매우 유용하다. 본 발명에 사용되는 코팅 장치는 기존에 사용되는 코팅 장치에 진공흡입장치를 추가로 도입하여, 코팅액과 미세다공 기재가 만난 후 모세관 상승(capillary rising) 흡입을 통해 미세다공 기재 내로의 코팅액의 침투 정도를 조절할 수 있다. 이를 통하여 미세다공 기재 내에서의 코팅 층과 기재 간의 밀착성, 접착성을 향상시킬 수 있다. 또한, 진공압 및 진공흡입장치의 흡입구의 길이를 조절함으로써 코팅된 미세다공 기재의 물성 향상과 함께 생산 라인의 코팅 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

미세다공 기재의 연속 코팅 방법 및 장치와 그로부터 제조된 코팅 미세다공 기재 {A continuous coating method and an apparatus for microporous substrate and a coated microporous substrate prepared thereby}
본 발명은 미세다공막, 미세다공 부직포, 미세다공 직조물과 탄소 종이, 탄소 섬유 직물, 탄소 펠트 등 고분자계 미세다공 기재에 고분자 용액, 유기 입자 분산액, 무기 입자 분산액, 유/무기 입자 혼합 분산액 또는 전해질액 등의 코팅액을 코팅하는 방법, 장치 및 코팅된 미세다공 기재에 관한 것이다.
석탄, 석유를 연료로 사용함으로써 유발되는 대기 오염의 최소화를 위해 전기 자동차, 대용량 전력 저장 시스템 개발 및 사업화가 이루어져 왔다. 이러한 추세에 대응하여 대용량 충방전이 가능한 금속 이차 전지, 레독스 흐름전지, 슈퍼 커패시터 등의 연구 개발이 지속되고 있다. 또한, 모바일 기기의 대중화로 인해 고용량, 고출력 성능과 더불어 안전성이 우수한 리튬 이온 전지의 개발이 지속적으로 진행되어 왔다.
환경 오염을 줄이면서 전기 에너지 확보를 위해 연료 전지의 개발이 활발하게 진행 중이다. 전해질형 연료 전지는 상온내지 100 이하에서 작동하고 시동 및 응답 특성이 빨라서 자동차, 주택, 빌딩용 및 전자 기기용 소형 전원 등에 적합하여 연구 개발이 집중되고 있다.
상기 이차 전지 및 연료 전지의 핵심 재료 중의 하나로써 고분자계 미세다공 기재가 사용되고 있다. 리튬 이온 이차 전지에는 폴리올레핀계 미세다공 기재가 주로 사용되고 있으며 양극과 음극이 서로 단락이 되지 않도록 분리하는 분리막으로써의 기능과 리튬 이온의 전달 기능을 수행한다.
상기 리튬 이온 전지, 레독스 흐름 전지, 전해질형 연료 전지의 필요 물성을 향상시키기 위해, 미세다공 기재의 다공 표면에 합목적적 물질을 코팅하거나 함침시켜 코팅된 미세다공 기재를 얻을 수 있다.
리튬 이온 전지 분리막으로써 사용되는 폴리올레핀계 미세다공 기재의 경우에는 이차 전지의 내열성, 폭발 안정성 등을 향상시키기 위하여 무기 또는 유기 입자가 코팅되거나 내열성 고분자가 코팅되어 있는 미세다공막이 사용되고 있다. 대한민국 공개특허 제10-2006-0003665호, 제10-2016-0042662호 및 제10-2013-0048843호에는 폴리올레핀 미세다공막의 내열성 강화를 위해 무기 입자가 코팅된 코팅 미세다공막에 대해 설명하고 있다. 대한민국 공개특허 제10-2015-0068711호는 무기 입자와 유기 입자가 혼합 코팅된 코팅 미세다공막에 대해 설명하고 있다. 대한민국 공개특허 제10-2015-0034825호는 유기 입자를 사용하는 코팅 미세다공막에 대해 설명하고 있다. 일본공개특허 제2005-285385호 및 제2000-030686호, 대한민국 공개특허 제10-2012-0133288호, 및 WO 2008/062727는 내열성 고분자를 코팅하여 폴리올레핀 미세다공막의 내열성 및 내수축성을 향상시키는 방법을 설명하고 있다.
또한, 바나듐계 레독스 흐름 전지의 경우에는 폴리올레핀계 다공막에 전해질이 함침된 복합 이온 교환막을 제조하는 방법이 설명되고 있다(Journal of Membrane Science, 75 (1992), 81-91, Journal of Membrane Science 234 (2004). 51-54).
전해질형 연료 전지의 경우에는 미세다공막 내에서 전해질을 중합하거나(대한민국 공개특허 제10-2015-0049753호 및 제10-2009-0069353호, 대한민국 등록특허 제10-0914340호) 전해질 고분자를 함침시켜 전해질이 함침된 복합 전해질막을 전해질막으로 사용하기도 한다(Journal of Membrane Science 212 (2003), 213-223).
연료극 촉매층(음극) 또는 공기극 촉매층(양극)을 다공 기재 형태의 기체 수송층에 코팅하기도 하며(대한민국 공개특허 10-2011-0098578) 미세다공막에 촉매와 전해질을 함께 코팅 또는 함침시킨 강화막을 막전극 접합체 제조에 사용하기도 한다(WO 2007/068199). 수소 이온 전달을 촉진하기 위해 촉매층 이외에 무기 입자 또는 탄소계 미세 입자를 코팅하여 미세 기공층을 코팅하기도 한다(대한민국 공개특허 제10-2005-0116435호 및 제10-2008-0054285호).
상기한 바와 같이 리튬 이온 전지, 레독스 흐름전지, 전해질형 연료 전지에는 미세다공 기재에 코팅 또는 함침하여 제조되는 코팅 미세다공 기재가 중요 구성 요소로써 사용되는 공통점이 있다. 미세다공 기재에 코팅할 때 얻을 수 있는 코팅 미세다공 기재의 물성은 코팅의 상태에 의해 좌우되게 된다. 따라서, 코팅 미세다공 기재의 물성 향상을 위해서는 코팅액의 물성 향상과 더불어 코팅 공정에 있어서의 코팅 공정 상의 변수 조절 최적화와 코팅 장치 개선이 중요하다.
이런 측면에서, 코팅 공정 중의 장치를 개선하여 다공 코팅 기재의 품질 및 생산성을 높이려는 기술적인 시도가 진행되고 있다. 대한민국 공개특허 제10-2011-0098578호에서는 전해질형 연료 전지의 기체 수송층에 촉매층을 균질하게 코팅하는 방법 등에 대하여 설명하고 있으며, 대한민국 공개특허 제10-2016-0069285호에는 이차 전지, 연료 전지용 다공 기재의 코팅 시 공정 중의 기재 변형을 최소화하는 방법을 소개하고 있다.
다공 기재에 코팅을 하거나 고분자를 라미네이션할 때 코팅액이나 가소화된 고분자가 다공 기재에 잘 도포되도록 하는 방법이 소개되어 왔다. 대한민국 공개특허 제10-2015-0114276호에서는 리튬 이온 전지 분리막 등에 코팅액을 연속 코팅 시 코팅액이 기공 내에 젖음 현상이 잘 일어나도록 하는 모세관수(Capillary number) 범위를 제안하고 있고, 코팅액의 점도, 표면 장력 등의 재료 물성과 코팅 속도 등의 공정 변수 범위를 제안하고 있다. WO 2007/068199에서는 0.01 mPa 내지 0.1 mPa의 진공압 조건에서 코팅액을 미세다공막에 회분식 코팅하거나 침지시키는 방법을 제안하고 있다.
상기한 코팅된 미세다공 기재는 고분자계 미세다공 기재에 고분자 용액, 유기 입자 분산액, 무기 입자 분산액, 유/무기 혼합 입자 분산액, 전해질액 등을 코팅하여 얻어진다. 코팅액을 코팅할 때 코팅 기재에 대한 코팅액의 코팅성은 코팅액의 미세다공 기재 기공 내의 젖음성에 큰 영향을 받고, 결국 코팅된 미세다공 기재의 최종 물성도 크게 영향을 받는다.
기재 위의 코팅액의 젖음성이 불량하면 코팅재와 다공 기재 표면과의 밀착성, 접착성이 불량할 수 있다. 코팅액의 두께 방향으로의 침투(함침)가 중요한 물품의 경우 젖음성이 불량할 경우에는 폭 방향 및 두께 방향의 코팅 균질성을 확보하기가 어려우며 심할 경우에는 침투해야 할 코팅액의 미침투로 인해 핀홀이 생길 수도 있다.
이차 전지의 내열성, 내폭발 안정성을 확보하기 위해 폴리올레핀계 미세다공막에 무기 입자 분산액, 유기 입자 분산액, 유/무기 입자 혼합 분산액 또는 내열성 고분자 용액을 코팅하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 현재의 공정상의 문제점으로는 주로 사용되고 있는 폴리올레핀계 미세다공막의 계면 장력이 낮아 코팅 층과 폴리올레핀계 미세다공막 간에 코팅성, 밀착성, 접착성 확보가 어려우며, 폭 방향으로의 물성의 균질성 또한 확보하기가 어렵다. 무기 입자나 유기 입자를 포함하는 코팅액을 코팅할 경우에는 젖음 현상의 정도에 따라 다공 기재 위에 위치하는 무기 입자나 유기 입자의 팩킹이 영향을 받을 수 있어 목표하는 팩킹 정도를 얻기가 어려울 수도 있으며 팩킹의 폭 방향으로의 균질도 또한 얻기가 힘들 수도 있다.
이러한 경우에는 이차 전지의 내열성 및 안정성을 확보하는데 어려움이 있다. 전해질형 연료 전지의 경우 복합 전해질막 제조 시 전해질이 다공기재 기공으로 잘 침투하는 것이 매우 중요하다. 균질한 침투가 확보되지 않을 경우 핀홀이 존재하게 되어 연료 전지의 물성에 큰 문제가 될 수 있다.
대한민국 공개특허 제2011-0098578호 대한민국 공개특허 제2015-0114276호 대한민국 공개특허 제2016-0069285호
상기 기술적 단점을 해결하면서, 연속 코팅 공정에서의 당면 요구사항을 해결하고자, 본 발명은 코팅액을 미세다공 기재에 코팅하는 연속 코팅 라인에서 배면 진공을 사용하여 코팅액의 미세다공 기재 내에서의 모세관 상승 현상(capillary rising)을 증대시켜 기공 내 젖음성을 향상시킴으로써 다공 기재와 코팅층과의 밀착력 및 접착력 향상을 통해 코팅 미세다공 기재의 물성을 향상시키고 연속 코팅 시 생산성을 향상시킬 수 있는 기술을 제안하는 것이다.
본 발명에 따른 연속 코팅 장치는 1) 이송되는 미세다공 기재에 코팅액을 코팅하는 코팅부; 2) 상기 코팅된 미세다공 기재의 배면에 배치된 진공흡입장치; 및 3) 코팅된 미세다공 기재를 건조하는 건조장치를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 연속 코팅 장치를 사용하는 연속 코팅 방법은 1) 이송되는 미세다공 기재에 코팅부를 통해 코팅액을 코팅하는 단계; 2) 상기 코팅된 미세다공 기재의 배면에서 진공흡입장치를 통해 진공 흡입하는 단계; 및 3) 진공 흡입 후 건조장치 내에서 건조하는 단계를 포함한다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법은 슬롯 코팅, 슬라이드 코팅, 커튼 코팅, 롤 코팅, 블레이드 코팅, 메니스커스 롤 코팅, 그라비아 코팅 또는 코마 코팅에 사용될 수 있다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 3) 건조하는 단계 후에, 미세다공 기재의 반대면에 단계 1) 내지 3)을 반복하도록 추가로 구성되는 방법 및 장치가 가능하다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 상기 미세다공 기재의 이송 속도는 0.2 ~ 10m/s 인 것이 바람직하다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 상기 진공흡입장치와 미세다공 기재의 간격이 0.2 ~ 5.00mm인 것이 바람직하다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 상기 진공흡입장치의 흡입구의 폭이 미세다공 기재의 폭과 동일하거나 작은 것이 바람직하다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 상기 진공흡입장치의 흡입구의 길이가 10 ~ 600mm인 것이 바람직하다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 상기 진공흡입장치의 진공압은 50 ~ 10,000Pa인 것이 바람직하다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 상기 진공흡입장치 내에 압력분배를 위한 가이드판 또는 메쉬가 추가로 설치되는 것이 바람직하다. 상기 가이드판 또는 메쉬는 진공흡입장치 내로 20 ~ 120mm 깊이로 매립되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 가이드판은 가로, 세로 또는 모두로 설치될 수 있다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 미세다공 기재는 기공 크기가 0.01 내지 50㎛이고 기공률은 10 ~ 95 %이고 두께는 1 ~ 500㎛인 것이 바람직하다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 미세다공 기재가 폴리술폰, 폴리아릴렌에테르술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아세탈, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리아라미드, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로 에틸렌, 폴리(에텐-co-테트라플루오로에텐), 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 퍼플루오로알킬계 고분자, 불소계에틸렌프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 중 적어도 한 성분을 원료로 사용하는 미세다공막, 미세다공 부직포 또는 미세다공 직조물, 또는 탄소 종이, 탄소 섬유 직물 또는 탄소 펠트인 것이 바람직하다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 상기 코팅액의 점도는 100,000cP 미만인 것이 바람직하다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 상기 미세다공 기재는 리튬 이온 이차 전지의 분리막, 레독스 흐름 전지의 복합 전해질막, 전해질형 연료 전지의 복합 전해질막 또는 촉매 코팅 기체 수송층으로 사용될 수 있다.
본 발명을 통해 미세다공 기재 코팅 공정을 개선함으로써 코팅된 미세다공 기재의 물성을 향상시키고, 폭 방향 및 두께 방향 물성 균질성을 향상시킬 수 있으며 코팅 공정의 생산 수율도 향상시킬 수 있다. 또한, 코팅액 도포 시 짧은 시간 내에 충분한 젖음 현상을 얻을 수 있다면, 도포 후의 코팅기 내의 오븐 구간을 건조 구간으로 충분히 활용할 수 있어 코팅기의 건조 한계 조건 내에서 생산 속도를 최대화할 수 있다. 상기 수율 향상과 속도 향상을 통해 코팅 미세다공 기재의 코팅 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일면 코팅 장치의 일 구체예이다.
도 2는 본 발명에 따른 양면 코팅 장치의 일 구체예이다.
도 3은 본 발명에 따른 진공흡입장치의 일 구체예이다.
도 4는 본 발명에 따른 진공흡입장치의 또 다른 구체예이다.
도 5는 본 발명에 따른 진공흡입장치의 또 다른 구체예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 실시형태들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따라 중복되는 부가적인 설명은 아래에서 생략된다. 아래에서 참조되는 도면들에서는 축척비가 적용되지 않는다.
일반적으로 코팅 장치는 코팅액 공급부, 기재 공급부, 코팅부, 건조/경화부, 권취부로 구성된다. 코팅부의 형식에 따라 슬롯 코팅, 슬라이드 코팅, 커튼 코팅, 롤 코팅, 블레이드 코팅, 메니스커스 롤 코팅, 그라비아 코팅, 코마 코팅 등으로 구분할 수 있다.
본 발명은 코팅액을 미세다공 기재에 코팅할 때 젖음성 향상을 위한 방법을 제공한다. 코팅액의 기재 상의 도포는 젖음 현상이 잘 진행될수록 원활하게 진행된다. 기재의 표면 장력이 클수록, 코팅액의 표면 장력이 작을수록, 기재와 코팅액과의 계면 장력이 작을수록 젖음 현상은 잘 일어난다. 따라서, 친수성이 강한 코팅액을 친수성이 약한 기재에 코팅하거나 기재에 대한 접촉각이 90도 이상으로 큰 코팅액은 코팅하기 어렵다. 그러나, 미세다공막이나 부직포의 경우에는 다공성 부분이 모세관 역할을 하여 모세관 힘(capillary force)에 의한 모세관 상승(capillary rising) 현상이 발생하여 다공이 없는 막에 코팅하는 것보다 코팅 시에 유리하다.
본 발명의 발명자는 미세다공 기재 코팅 시 표면 장력에 의한 압력차 발생에 따른 모세관 상승 현상에 인위적으로 압력차를 추가적으로 발생시켜 모세관 상승 현상을 강화함으로써 젖음성을 증대시켜 코팅 용이성을 증대시킬 수 있다는 것에 착안하게 되었다.
젖음 현상 강화를 위해 코팅 면의 상부에서 압력을 가하여 기공으로 이루어진 모세관 내에 압력차를 증대시키는 방법을 사용하거나 코팅 면의 반대 면에서 진공 흡입을 하거나 코팅면의 상부에서는 압력을 가하고 하부에서는 진공을 동시에 가하는 방식도 사용할 수 있다. 압력을 코팅면의 상부에서 가하는 방식이 포함된 방법은 코팅액으로 이루어진 코팅층의 표면에 결함(defect) 등을 유발하는 등 코팅 표면 물성에 영향을 줄 수도 있다. 따라서, 코팅 면의 상부에서 압력을 가하는 방법이 포함된 방법은 코팅 면의 표면 거칠기, 얼룩 등의 표면 물성에 영향이 없는 범위에서만 사용 가능하다. 이 세가지 방법 중에서 코팅면의 반대 쪽에서 진공을 흡입하여 압력 구배를 발생시키는 방법이 매우 유리하였다.
즉, 젖음 현상을 강화할 수 있는 압력차를 추가적으로 발생시키는 방법으로는 진공흡입장치를 일반 코팅 장치에 추가 도입하는 것이 바람직하였다. 추가적인 압력차를 발생시키기 위한 진공압을 필요한 만큼 조절함으로써 코팅의 목적에 적합한 코팅 물성을 조절할 수 있으며 이를 통해 코팅 후 코팅 물품의 물성의 향상과 코팅 생산성을 증대시킬 수 있었다.
본 발명은 고분자 용액, 유기 입자 분산액, 무기 입자 분산액, 유/무기 혼합 입자 분산액, 전해질액 등의 코팅액을 고분자계 미세다공 기재에 코팅하고 코팅된 미세다공 기재가 코팅 면의 반대편 설치된 진공흡입장치를 통과하게 하여 젖음 현상을 강화하고 이후부터 건조 공정을 본격적으로 수행하여 코팅 미세다공 기재의 물성 및 품질 균질성과 코팅 생산성을 향상시키는 것에 관한 것이다.
본 발명은 친수성이 강한 코팅액을 친수성이 약한 기재에 코팅할 때나 기재에 대한 접촉각이 90도 이상인 코팅액을 코팅할 때 코팅 효율을 높이는데 사용될 수 있다. 또한, 코팅액의 점도가 높거나 미세다공 기재의 기공의 크기가 100nm 이하인 미세다공 기재 상의 코팅액 코팅 등에 활용하여 코팅 효율을 높일 수도 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 연속 코팅 장치는 1) 이송되는 미세다공 기재에 코팅액을 코팅하는 코팅부; 2) 상기 코팅된 미세다공 기재의 배면에 배치된 진공흡입장치; 및 3) 코팅된 미세다공 기재를 건조하는 건조장치를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 연속 코팅 장치를 사용하는 연속 코팅 방법은 1) 이송되는 미세다공 기재에 코팅부를 통해 코팅액을 코팅하는 단계; 2) 상기 코팅된 미세다공 기재의 배면에서 진공흡입장치를 통해 진공 흡입하는 단계; 및 3) 진공 흡입 후 건조장치 내에서 건조하는 단계를 포함한다.
상기 진공흡입장치를 이용하여 미세다공 기재에 코팅액 코팅 시에 기공 내에 압력차 발생을 추가함으로써 모세관 상승 현상을 증대시켜 코팅액이 미세다공 기재의 기공 내에 침투되는 것을 향상시킨다.
본 발명에서의 코팅 장치 및 방법은 상기 일반적인 코팅 장치의 코팅부(1) 다음에 진공흡입장치(4)를 추가함으로써 도 1과 같이 구성된다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 3) 건조하는 단계 후에, 미세다공 기재의 반대면에 단계 1) 내지 3)을 반복하도록 추가로 구성되는 방법 및 장치가 가능하다. 이러한 장치 및 방법에 의해 다공 기재의 양면에 코팅하는 것도 가능하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 미세다공 기재는 코팅부(1), 진공흡입장치(4), 건조장치(3)를 거친 후 1차 코팅면의 반대 면에 재코팅하고 진공 흡입 및 건조하여 권취하는 방법을 사용한다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 상기 진공흡입장치의 흡입구의 기재 진행방향으로의 길이가 10 ~ 600mm인 것이 바람직하다. 길이가 10mm 미만일 경우에는 균질한 물성 증대 효과를 얻을 수가 없고 600mm이상이면 진공압 조절에 어려움이 있다. 한편, 상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 상기 진공흡입장치의 흡입구의 폭은 미세다공 기재의 폭과 동일하거나 작은 것이 바람직하다. 미세다공 기재에 근접하는 진공흡입장치의 흡입구 구조는 균일한 진공 흡입이 가능하도록 설계할 수도 있다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 진공 흡입이 진공흡입장치의 흡입구 전면에 걸쳐 균일하게 이루어지도록 상기 진공흡입장치의 흡입구 내에 압력분배를 위한 가이드판, 또는 메쉬가 추가로 설치되는 것이 바람직하다. 상기 가이드판 또는 메쉬는 진공흡입장치 내로 20 ~ 120mm 깊이로 매립되는 것이 바람직하다. 20mm 미만일 경우에 가이드 판을 통과하여 분배된 공기 흐름이 섞일 시간이 작아 균일한 진공 흡입이 저하되고 120mm 이상일 경우에도 가이드 판에 의한 공기 분배 효과가 감소되어 균일한 진공 흡입 효과가 감소한다. 또한, 상기 가이드판은 가로, 세로 또는 모두로 설치될 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 5에 진공 균일도를 위한 진공흡입장치의 흡입구(7) 내에 설치된 가이드판을 예로써 나타내었다. 도 5에서와 같이 공기가 가이드판을 지날 때 공기 분배 효과와 더불어 분배 공기 흐름 간의 혼련 효과를 극대화하기 위해 가이드 판에 구멍이나 슬릿을 만들 수도 있다. 상기 가이드판의 구조, 개수 및 간격 등은 균일한 압력분배를 위해 배치할 수 있으며, 이는 당업자에게 자명한 범위내에서 본 발명에 포함된다.
또한, 상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 상기 진공흡입장치와 미세다공 기재의 간격이 0.2 ~ 5mm인 것이 바람직하다. 0.2mm 미만에서는 다공기재와 진공흡입장치 면과의 접촉 간섭이 있을 수 있고 5mm 초과시에는 진공흡입장치의 진공압 조절이 어려울 수 있다. 다공 기재의 코팅기 내의 이송 안정성 유지를 위하여 미세다공기재와 진공흡입장치의 간격은 조절하여 사용하되 상기 간격을 크게 할수록 진공압을 증가시켜 코팅액의 다공 기재 표면 내에서의 젖음 현상이 원활히 일어나도록 한다.
상기 진공흡입장치는 코팅부의 도포 기능에 영향을 주지 않는 한 코팅부에 가깝게 설치하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 코팅 후 코팅 층의 바깥면과 건조 공기 사이의 계면에서 건조가 바로 시작되기 때문에 표면의 건조 정도가 증가하면 코팅액의 점도 증가로 인해 진공 흡입의 효율이 감소할 수 있기 때문이다.
유체에 모세관을 위치시킬 때에 모세관 상승(capillary rise)이나 모세관 강하(capillary depression)가 일어나 유체가 모세관 밖의 유체 높이 대비 올라가거나 내려간다. 이 현상은 유체의 표면 장력과 접촉각에 의해 좌우되는 것으로 알려져 있다. 다공 기재에 코팅할 때 기공 표면 위의 접촉각이 90도 이하일 때는 다공 기재 내에 연결된 기공이 모세관 역할을 하기 때문에 코팅액의 모세관 상승 현상이 일어나고 이로 인해서 기공이 없는 평평한 표면에 코팅을 할 때보다는 코팅액의 젖음 현상이 잘 일어나게 된다. 코팅액의 미세다공 기재 내의 젖음 현상을 더욱 촉진하기 첨가제를 코팅액에 사용하여 접촉각을 작게 하거나 코팅액과 기재 사이의 계면 장력을 낮출 수도 있겠지만 이차 전지, 연료 전지 등에 사용되는 코팅된 미세다공 기재는 전지에 사용되는 전해액 등에 대한 화학 안정성이 중요하다. 따라서, 젖음성 향상 증대를 위해 화학적 첨가제를 첨가하기보다는 물리적으로 해결하는 것이 이차 전지의 충방전, 연료 전지의 발전 성능의 최대화 및 전지 사용 사이클의 최대화를 위한 방법이 될 수 있다.
코팅액의 표면 장력 이외에 추가적인 진공압이 가해져 모세관 상승 현상이 일어날 때 모세관 내의 시간에 따른 액체의 침투 거리는 다음과 같이 표시될 수 있다.
식(1)
Figure pat00001
여기서, L은 모세관 내 코팅액의 침투 길이, △Ps는 진공압, σ는 코팅액의 표면 장력, θ는 코팅액의 접촉각, r은 기공의 반지름, μ는 코팅액의 점도, t는 침투 시간이다.
위의 식(1)을 진공흡입장치가 설치된 연속 코팅 라인에 적용하면 진공 접촉 시간은 진공흡입장치의 기재 진행 방향으로의 길이를 코팅 속도로 나눈 값이 되어 식(1)은 식(2)로 표시할 수 있다.
식(2)
Figure pat00002
상기에서 lS는 진공흡입장치의 기재 진행 방향 길이, u는 코팅 속도이다.
상기 식(2)에서 알 수 있듯이 코팅 라인에 진공 흡입을 통해 코팅층의 기공 내로의 도포, 침투를 향상시킬 때 진공 흡입 없이 코팅하는 경우보다 도포 및 침투에 영향을 주는 변수가 많아진다. 추가되는 변수는 진공압, 진공흡입장치의 기재 방향 길이, 코팅 속도이다.
이 세 가지 코팅 공정 변수의 조절이 용이하기 때문에 원하는 광범위한 코팅액의 점도, 표면 장력, 접촉각, 그리고 미세다공 기재의 기공 크기에 대해서도 진공 흡입 미사용 시에 비하여 젖음 현상을 향상시킬 수 있다. 따라서, 코팅액의 침투 길이를 원하는 만큼 용이하게 조절할 수 있으며, 그에 따라 코팅 미세다공 기재의 품질이 향상되고 코팅 속도도 향상시킬 수 있다.
또한, 이것은 코팅 미세다공 기재의 품질 확보에 있어서 기존에 진공흡입장치 없이 코팅하는 경우보다 코팅액이나 미세다공 기재의 물성의 한계를 극복할 수 있게 하기 때문에 코팅액 및 미세다공 기재의 물성 범위를 넓게 선택할 수 있어 코팅액과 미세다공 기재의 선택의 폭을 넓혀 준다. 더불어서, 진공압 또는 진공흡입장치의 흡입구의 길이의 증대는 보다 짧은 시간에 젖음 현상을 얻을 수 있게 하기 때문에 젖음 현상 증대를 위해 사용되던 건조 오븐 부분을 건조 기능으로 충분히 사용할 수 있게 되어 코팅속도 증대에 도움이 된다.
본 발명에 따른 연속 코팅 장치 및 방법에서, 상기 미세다공 기재의 이송 속도는 0.2 ~ 10m/s인 것이 바람직하다. 0.2m/s 미만에서는 진공흡입장치의 도움 없이도 균질 코팅이 가능할 수 있으며 10m/s 초과의 코팅 속도는 코팅 불안정성 때문에 바람직하지 않다.
진공압은 미세다공 기재에 침투되는 코팅액의 미세다공 기재 두께 방향으로의 목표 침투 길이, 생산 속도, 진공흡입장치 흡입구의 길이, 기공의 크기, 코팅액의 점도, 표면 장력, 접촉각을 감안하여 식(2)의 변수 관계를 이용하여 조절한다. 미세다공 기재의 기공 크기, 코팅액 점도, 표면 장력, 접촉각 등의 코팅 재료 특성과 목표하는 코팅 속도에 따라 진공흡입장치의 코팅 방향으로의 흡입구 길이, 진공압을 변화시켜 가며 코팅 제품의 품질과 그에 해당하는 최대 코팅 속도를 얻을 수 있다. 본 발명에 사용되는 진공 범위는 상기 변수에 따라 달라지지만 진공압 10Pa이상, 바람직하게는 50 ~ 10,000Pa의 진공압을 사용하여 목표 물성을 얻을 수 있다. 진공압은 대기 압력에서 절대압력을 뺀 값을 말한다. 50Pa 미만에서는 물성 증대 효과가 작고 10,000Pa 초과하는 경우는 미세다공 기재와 진공흡입장치와의 간극 유지가 어려울 수 있다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 미세다공 기재는 기공 크기가 0.01 내지 50㎛이고 기공률은 10 ~ 95%이 바람직하다. 기공 크기가 0.01㎛보다 작으면 물성 증대 효과가 미미하고 50㎛보다 크면 진공 흡입을 하지 않아도 물성을 얻기가 용이하다. 기공률 10% 미만에서는 다공기재와 진공흡입장치의 간극 유지가 어려울 수 있고 95% 를 초과할 경우 진공 흡입에 어려움이 있을 수 있다.
또한, 상기 미세다공 기재의 두께는 특별히 한정하지 않으나 1㎛ 이상 500㎛ 이하가 바람직하다. 1㎛ 미만 시에는 코팅 침투 두께를 조절하기 어렵고 500㎛ 초과시에도 코팅 침투 두께의 균질성 조절이 어려울 수 있다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 상기 코팅액은 점도가 100,000cP 미만인 것이 바람직하다. 100,000cP 이상일 경우 물성 증대 효과가 작다.
또한, 상기 코팅층의 코팅 두께는 0.5 ~ 500㎛가 바람직하다. 0.5㎛ 미만 시에는 코팅 침투 두께를 조절하기 어렵고 500㎛ 초과시에는 코팅 층의 무게로 인해 미세다공 기재와 진공흡입장치의 흡입구의 간격 유지가 어려울 수 있다.
상기 연속 코팅 장치 및 방법에서, 미세다공 기재는 폴리술폰, 폴리아릴렌에테르술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아세탈, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리아라미드, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로 에틸렌, 폴리(에텐-co-테트라플루오로에텐), 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 퍼플루오로알킬계 고분자, 불소계에틸렌프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 중 적어도 한 성분을 원료로 사용하는 미세다공막, 미세다공 부직포 또는 미세다공 직조물, 또는 탄소 종이, 탄소 섬유 직물 또는 탄소 펠트인 것이 바람직하다. 당업자에게 자명한 범위에서 미세다공 기재는 상기 종류에 한정되지 않는다.
상기 코팅 용매 또는 분산매로써는 통상적인 코팅 공정에서 사용되는 모든 액체를 사용할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. 용매 또는 분산매로써는 유계 또는 수계 화합물을 사용할 수 있다. 유계 화합물로써는 디메틸아세트아미드, 디메틸 설폭사이드, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸카보네이트, N-메틸피롤리돈, 디페닐술폰, 클로로벤젠 , 펜탄, n-헥산, 사이클로헥산, 헵탄, 톨루엔, 자일렌, 2,2,4-트리메틸펜탄, 카본 테트라에틸렌, 메틸-t-부틸 에테르, 1,2-디클로로에탄, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, 1,1,2-트리클로로트리플루오로에탄, 트리클로로에틸렌, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, n-부틸 클로라이드, 디클로로메탄, 에틸에테르, 디이소프로필 에테르, 디부틸에테르, 디에틸에테르, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메틸 n-아밀케톤, 이소포론, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, n-프로필아세테이트, 이소부틸아세테이트, n-부틸아세테이트, 디메틸아세테이트, 2-에톡시에틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, ?-부티로락톤, 데카놀라이드, 발레로락톤, 메발로노락톤, 카프로락톤, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올, 2-플로폭시에탄올, 2-이소프록시에탄올, 2-부톡시에탄올, 2-페녹시에탄올, 2-벤질록시에탄올, 2-(메톡시에톡시)에탄올, 2-(2-에톡시에톡시)에탄올, 2-(2-부톡시에톡시)에탄올, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 디부톡시에탄, 2-메톡시에틸아세테이트, 2-에톡시에틸아세테이트, 2-부톡시에틸아세테이트, 1-메톡시-2-프로판올 아세테이트 중에서 사용할 수 있고 그 중 2종 이상의 화합물을 혼합하여 사용할 수 있다. 수계 용매 또는 분산매로써는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, t-부탄올, 펜탄올을 사용할 수 있고 그 중 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명은 고분자 전해질형 연료 전지의 막전극 접합체의 기체 수송층 또는 미세다공막에 촉매층을 코팅할 때 사용할 수 있다. 또한, 수소 이온의 전달을 용이하게 하기 위한 미세 기공층을 형성하기 위해 사용할 수 있다. 기체 수송층 및 미세다공막 촉매 코팅 시에 음극의 촉매층으로써는 백금, 루테늄, 오스뮴, 백금-루테늄 합금, 백금-오스뮴 합금, 백금-팔라듐 합금 및 백금-전이금속 합금을 사용할 수 있다. 양극의 촉매층으로써는 백금 및 백금-전이금속 합금을 사용할 수 있다. 상기 촉매들은 카본블랙, 흑연, 활성 탄소 분말, 탄소 나노 튜브, 또는 탄소 나노혼 등의 도전성 담체에 담지하여 사용할 수 있다. 수소 이온 전달을 촉진하기 위한 미세 기공층 코팅에는 무기계 및 탄소계 미세 입자들을 사용할 수 있다. 무기계 미세입자로써는 비이온 전도성 무기물로써 SiO2, Al2O3, TiO2, BaTiO2, 및 Ba2O3로 등을 사용할 수 있으며 수소 이온 전달이 가능한 무기물인 ZrO2, ZrP, H3PO4, 실리코텅스틱산, 포스포텅스틱산, 및 포스포몰리브딕산 등을 사용할 수 있다. 탄소계 미세 입자로써는 흑연, 카본 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 탄소나노혼, 탄소나노링, 탄소나노와이어, 플러렌(C60) 등을 사용할 수 있다. 상기 무기물 입자 및 탄소 입자의 크기는 마이크론 또는 나노 크기의 입자일 수 있으며 형태는 구형, 판형, 봉형의 입자일 수 있다.
연료 전지나 레독스 흐름 전지에 사용되는 복합 전해질막은 이온 전도성 고분자 용액을 미세다공 기재에 코팅하여 제조할 수 있다. 상기 이온 전도성 고분자로써는 당 기술 분야에서 통용되는 수소 이온 전도성을 갖는 고분자를 사용할 수 있다. 상기 수소 이온 전도성 고분자는 측쇄에 양이온 교환기로써 술폰산기, 인산기, 카르복실산기, 인산기, 포스포닌산기 및 이들의 유도체로 이루어진 작용기를 하나 이상 가지는 고분자일 수 있다. 상기 수소 이온 전도성을 가지는 고분자로써는 퍼플루오르술폰산계 고분자, 탄화수소계 고분자, 방향족 술폰계 고분자, 방향족 케톤계 고분자, 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리스티렌계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 폴리이미드계 고분자, 폴리비닐리덴 플루오라이드계 고분자, 폴리에테르술폰계 고분자, 폴리페닐렌설파이드계 고분자, 폴리페닐렌옥사이드계 고분자, 폴리포스파젠계 고분자, 폴리에틸렌나프탈레이트계 고분자, 폴리에스테르계 고분자, 도핑된 폴리벤즈이미다졸계 고분자, 폴리에테르케톤계 고분자, 폴리페닐퀴녹살린계 고분자, 폴리술폰계 고분자, 폴리피롤계 고분자 및 폴리아닐린계 고분자 중에서 하나일 수 있고 2 종 이상을 혼합 사용할 수 있다. 예로써는, 나피온, 술폰화 폴리에테르에테르케톤, 술폰화 폴리에테르케톤, 폴리비닐리덴 플로라이드-그라프트-폴리스티렌 술폰산 및 술폰화 폴리플루로레닐 에테르케톤을 사용할 수 있고 그 중 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 이온 전도성 고분자로써 당 기술 분야에 통용되는 음이온 전도성 고분자를 사용할 수 있다. 예로써는, 스티렌, 비닐벤질클로라이드, 디비닐벤젠, 트리메틸아민 및 아민 작용기를 가지고 있는 음이온 교환 고분자가 사용되거나 그 중 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
복합 전해질막을 제조하기 위해 상기 고분자 용액을 코팅하는 방법 외에 이온 전도성 작용기를 가진 단량체, 가교제, 개시제가 포함된 코팅액을 코팅하고 가교하는 방법을 사용할 수 있다. 이온 전도성 작용기를 가진 단량체로써는 술폰산기 함유 단량체, 비닐벤질클로라이드, 디비닐벤젠, 비닐피롤리돈, 4가 암모늄염을 사용할 수 있다. 상기 술폰산기 함유 단량체는 술폰산 함유 무수 액상 단량체 또는 술폰산기를 갖는 아크릴레이트계 단량체일 수 있다. 상기 술폰산 함유 무수 액상 단량체는 물을 함유하지 않은 비닐술폰산, 알릴술폰산, 2-메틸-2-프로펜-1-술폰산, 3-술포프로필 아크릴산 또는 술폰산기를 갖는 아크릴레이트계 단량체일 수 있다. 상기 4가 암모늄염은 (비닐벤질)트리메틸암모늄클로라이드 또는 (3-아크릴아미도프로필)트리메틸암모늄클로라이드일 수 있다. 상기 가교제로써는 고분자 중합에 사용되는 통상적인 가교제를 사용할 수 있다.
리튬 이온 전지의 열안정성 및 치수 안정성을 향상시키기 위해 사용되는 코팅액은 고분자 용액, 유기 입자 분산액, 무기 입자 분산액, 유/무기 혼합 입자 분산액일 수 있다. 고분자 코팅액의 내열성 고분자는 방향족 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르설폰, 폴리설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드일 수 있다. 유기 입자 분산액에 사용되는 유기 입자로써는 폴리스티렌, 폴리이미드, 멜라민계 수지, 페놀계 수지, 셀룰로오스, 셀룰로오스 변성체, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아라미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 수지 입자를 사용할 수 있다.
무기 입자 분산액에 사용되는 무기 입자로써는 Al2O3, AlOOH, BaTiO3, BaSO4, Pb(ZrxTi1-x)O3 (0<x<1), Pb1 - xLaxZr1 - yTiyO3(0<x<1,0<y<1), (1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(0<x<1), 하프니아(HfO2), SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, Mg(OH)2, NiO, CaO, ZnO, ZrO2, SiO2, Y2O3, SiC 및 TiO2 중에서 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 무기물 입자 크기는 마이크론 또는 나노 크기의 입자일 수 있으며 형태는 구형, 판형, 봉형의 입자일 수 있다.
코팅액으로 사용되는 고분자 용액, 유기 입자 분산액, 무기 입자 분산액, 유/무기 혼합 입자 분산액에는 코팅액 구성 고분자, 유/무기 입자 등과 미세다공막과의 밀착을 위해서나 유/무기 입자의 분산성 향상을 위해 고분자 바인더를 사용할 수 있다. 고분자 바인더는 코팅액 내에서 코팅 용매 또는 분산매와의 용해도에 따라 분자 형태나 입자 형태로 존재할 수 있다. 상기 고분자 바인더로써는 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌공중합체, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아이소부틸메타크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리에틸헥실아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐피리딘 , 폴리에틸렌옥사이드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 카르복시메틸셀룰로오스, 소듐 카르복실메틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필메틸 셀룰로스, 히드록시프로필 셀룰로스, 디아세틸 셀룰로오스, 시아노에틸풀루란, 시아노에틸폴리비닐알코올, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로오스, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴로나이트릴-부타디엔 러버, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 불소고무, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리스틸렌, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 클로로설폰화폴리에틸렌, 폴리에스테르수지, 페놀수지, 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다.
아래 실시예에서 본 발명의 코팅 미세다공 기재 제조 방법에 대해 설명한다. 일례로써 리튬 이온 전지용 분리막 코팅 공정에서 진공흡입장치 도입을 통해 코팅 분리막의 내열 안정성과 코팅 생산성 향상시킬 수 있음을 보여준다.
(실시예 1)
내열성 향상제로 쓰이는 Al2O3 입자의 분산제로써 폴리비닐알코올을 사용하고 바인더로써 아크릴계 수지를 사용하여 리튬 이온 전지 분리막용 수계 코팅액을 제조하였다. 폴리비닐알코올 수용액은 비누화도가 98%인 폴리비닐알코올을 물에 녹여 10% 수용액으로 만들었다. 아크릴계 수지는 아크릴계 수지의 함량이 50%인 에멀전 (Rovene 6050)을 사용하였다. 상기 폴리비닐알코올 용액 10 중량부에 대하여, 상기 아크릴계 수지 에멀젼 4.5 중량부, 평균입도가 0.5㎛인 알루미나 28 중량부와 물 20 중량부를 볼밀링 혼합하여 코팅액을 제조하였다.
진공흡입장치가 설치된 연속 슬롯 코팅기에서 상기 코팅액을 사용하여 3㎛ 코팅층 두께가 되도록 코팅하였다. 진공흡입장치 흡입구의 기재 진행 방향으로의 길이를 10cm, 진공흡입장치 진공압을 500Pa, 코팅 속도를 20m/min으로 하였다. 접착력을 측정한 결과 3.1kgf/cm2이었다. 접착력은 양면테이프 사이에 코팅된 분리막을 위치시켜 접착하고 UTM을 사용하여 측정하였다. 종방향 수축률은 2.9% 이었고 횡방향 수축률은 2.2% 이었다. 수축률은 상하 테프론 필름 사이에 코팅된 분리막을 배치하고 상하 테프론 필름 겉면에 유리판을 각각 배치시킨 후 160℃에서 1시간 방치하여 측정하였다.
(실시예 2)
진공흡입장치 흡입구의 기재 진행 방향으로의 길이를 15cm, 진공흡입장치 진공압을 500Pa, 코팅 속도를 30m/min으로 하였다. 접착력은 3.2kgf/cm2이었다. 160℃에서 종방향 수축률은 2.8% 이었고 횡방향 수축률은 2.0% 이었다.
(실시예 3)
진공흡입장치 흡입구의 기재 진행 방향으로의 길이를 15cm, 진공흡입장치 진공압을 1500Pa, 코팅 속도를 40m/min으로 하였다. 접착력은 2.8kgf/cm2이었다. 160℃에서 종방향 수축률은 2.6% 이었고 횡방향 수축률은 1.9% 이었다.
(비교예 1)
실시예 1과 같은 조건에서 진공압을 가하지 않고 코팅 분리막을 제조하였다. 접착력은 2.4kgf/cm2이었다. 160℃에서 종방향 수축률은 5.0% 이었고 횡방향 수축률은 4.1% 이었다.
실시예 1에서 진공 흡입 장치를 도입한 결과 리튬 이온 전지의 내열 안정성에 도움을 주는 방향으로 접착력 향상과 수축률 감소 효과를 얻을 수 있었다. 실시예 2와 실시에 3에서 보듯이 코팅 속도 향상 시에도 흡입구의 기재 방향 길이 증대나 진공압 증대를 통해 진공흡입장치를 사용하지 않을 때에 비해 접착력과 수축률 물성 향상을 확보할 수 있었다.
본 발명은 상기 장치 및 방법으로 제조되는 코팅 미세다공 기재를 제공한다. 본 발명의 코팅 미세다공 기재는 미세다공 기재와 코팅액의 종류에 따라 리튬 이온 전지의 내열성 분리막, 바나듐 레독스 흐름 전지의 복합 전해질막, 전해질형 연료 전지의 촉매 코팅 기공층, 복합전해질층, 미세기공층을 제공한다. 본 발명의 코팅 장치 및 방법은 상기 나열한 코팅 미세다공 기재를 제조하는데 한정되는 것이 아니고 이차 전지나 연료 전지 분야에서 코팅 미세다공 기재가 사용될 수 있는 모든 응용 분야에 적용될 수 있다. 본 발명에 따라 이차 전지나 연료 전지에 적용되는 코팅 미세다공 기재를 제조하는 경우에 코팅 미세다공 기재의 품질 향상과 생산성 향상을 모두 얻을 수 있어서 이차 전지나 연료 전지의 품질 및 경제성 향상에 도움이 될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1 : 코팅부 2 : 이송롤
3 : 건조 장치 4 : 진공흡입장치
5 : 가로 가이드판 6 : 세로 가이드판
7 : 흡입구 8 : 공기 혼련 구멍

Claims (18)

1) 이송되는 미세다공 기재에 코팅액을 코팅하는 코팅부;
2) 상기 코팅된 미세다공 기재의 배면에 배치된 진공흡입장치; 및
3) 코팅된 미세다공 기재를 건조하는 건조장치를 포함하는 연속 코팅 장치.
제 1항에 있어서, 상기 연속 코팅 장치가 슬롯 코팅, 슬라이드 코팅, 커튼 코팅, 롤 코팅, 블레이드 코팅, 메니스커스 롤 코팅, 그라비아 코팅 또는 코마 코팅에 사용되는 연속 코팅 장치.
제 1항에 있어서, 상기 3) 건조장치 이후에, 미세다공 기재의 반대 면에 장치 1) 내지 3)을 추가로 포함하는 연속 코팅 장치.
제 1항에 있어서, 상기 미세다공 기재의 이송 속도는 0.2 ~ 10m/s인, 연속 코팅 장치.
제 1항에 있어서, 상기 진공흡입장치와 미세다공 기재의 간격이 20 ~ 120mm인, 연속 코팅 장치.
제 1항에 있어서, 상기 진공흡입장치의 흡입구의 폭이 미세다공 기재의 폭과 동일하거나 작은 연속 코팅 장치.
제 1항에 있어서, 상기 미세대공 기재의 진행방향으로의 진공흡입장치의 흡입구의 길이가 10 ~ 600mm인 연속 코팅 장치.
제 1항에 있어서, 상기 진공흡입장치의 진공압이 50 ~ 10,000Pa인 연속 코팅 장치.
제 1항에 있어서, 상기 진공흡입장치 내에 압력분배를 위한 가이드판 또는 메쉬가 추가로 설치되는 연속 코팅 장치.
제 9항에 있어서, 상기 가이드판 또는 메쉬가 진공흡입장치 내로 20 ~ 120mm 깊이로 매립되는 연속 코팅 장치.
제 9항에 있어서, 상기 가이드판이 가로, 세로 또는 모두로 설치되는 연속 코팅 장치.
제 9항에 있어서, 상기 가이드판에 구멍 또는 슬릿이 형성되는 연속코팅 장치.
제 1항에 있어서, 미세다공 기재가 기공 크기가 0.01 내지 50㎛이고 기공률은 10 ~ 95%이고 두께는 1 ~ 500㎛인 연속 코팅 장치.
제 1항에 있어서, 미세다공 기재가 폴리술폰, 폴리아릴렌에테르술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아세탈, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드-이미드, 폴리아라미드, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에틸렌나프탈렌, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리테트라플루오로 에틸렌, 폴리(에텐-co-테트라플루오로에텐), 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 퍼플루오로알킬계 고분자, 불소계에틸렌프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄 중 적어도 한 성분을 원료로 사용하는 미세다공막, 미세다공 부직포 또는 미세다공 직조물, 또는 탄소 종이, 탄소 섬유 직물 또는 탄소 펠트인 연속 코팅 장치.
제 1항에 있어서, 상기 코팅액의 점도가 100,000cP 미만인 연속 코팅 장치.
제 1항에 있어서, 상기 코팅된 미세다공 기재가 리튬 이차 전지의 분리막, 레독스 흐름 전지의 전해질막, 연료 전지의 전해질막 또는 촉매 코팅 기체 수송층인 연속 코팅 장치.
1) 이송되는 미세다공 기재에 코팅부를 통해 코팅액을 코팅하는 단계;
2) 상기 코팅된 미세다공 기재의 배면에서 진공흡입장치를 통해 진공 흡입하는 단계; 및
3) 진공 흡입 후 건조장치 내에서 건조하는 단계를 포함하는 연속 코팅 방법.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 장치에 의해 제조되는 코팅 미세다공 기재.
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