KR20190021698A

KR20190021698A - 전극 제조용 슬롯 다이

Info

Publication number: KR20190021698A
Application number: KR1020170106781A
Authority: KR
Inventors: 김우하; 신무용; 최상훈; 김인성; 안병훈; 양정민; 문일재
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2019-03-06
Also published as: KR102227310B1

Abstract

본 발명에 따른 전극 제조용 슬롯 다이는 전극 집전체에 도포되는 전극 슬러리가 토출되는 토출구의 상하부에 구비된 다이부와, 상기 다이부의 사이에 배치되고, 상기 토출구의 양측에 구비된 심(Shim)부 및 상기 토출구를 통해 상기 전극 슬러리가 토출 시, 상기 다이부와 상기 심부 사이로 상기 전극 슬러리가 누설되는 것을 방지하도록, 상기 심부의 단부에 구비되는 실링부재를 포함하고, 상기 심부에 상기 실링부재가 장착되는 장착홀이 형성되고, 상기 실링부재는 상기 장착홀에 결합된다.

Description

전극 제조용 슬롯 다이{SLOT DIE FOR ELECTRODES MANUFACTURING}

본 발명은 전극 제조용 슬롯 다이에 관한 것이다.

이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.

이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.

또한, 전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.

근래에, 이러한 이차 전지의 전극 제조 시 신뢰성을 향상시킬 수 있는 많은 연구들이 이루어지고 있다.

한국 공개특허 제10- 2014-0015647호

본 발명의 하나의 관점은 전극 집전체에 전극 슬러리를 도포 시, 전극 슬러리가 누설되는 것을 방지할 수 있고, 전극 슬러리를 균일하게 도포할 수 있는 전극 제조용 슬롯 다이를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이는 전극 집전체에 도포되는 전극 슬러리가 토출되는 토출구의 상하부에 구비된 다이부와, 상기 다이부의 사이에 배치되고, 상기 토출구의 양측에 구비된 심(Shim)부 및 상기 토출구를 통해 상기 전극 슬러리가 토출 시, 상기 다이부와 상기 심부 사이로 상기 전극 슬러리가 누설되는 것을 방지하도록, 상기 심부의 단부에 구비되는 실링부재를 포함하고, 상기 심부에 상기 실링부재가 장착되는 장착홀이 형성되고, 상기 실링부재는 상기 장착홀에 결합될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전극 슬러리를 토출하는 다이부의 토출홀에 위치된 한 쌍의 심부에 실링부재가 구비되어, 한 쌍의 심부와 다이부 사이로 전극 슬러리가 누설되는 것을 방지할 수 있고, 전극 집전체에 전극 슬러리가 균일하게 도포될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이를 개념적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이를 개념적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이의 요부를 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이를 개념적으로 나타낸 사시도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이를 개념적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이를 개념적으로 나타낸 사시도이다.

또한, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이를 나타낸 평면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이의 요부를 나타낸 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이(100)는 토출구(131)의 상하부에 구비된 다이부(130)와, 토출구(131)의 양측에 구비된 심부(140) 및 심부(140)의 단부에 구비된 실링부재(150)를 포함한다. 이에 따라, 전극 슬러리(E)를 누설시키지 않고 전극 집전체(11)에 균일하게 도포하여 전극 슬러리층(12)을 형성할 수 있다.

이하에서, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예인 전극 제조용 슬롯 다이에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 다이부(130)는 전극 집전체(11)에 도포되는 전극 슬러리(E)가 토출되는 토출구(131)의 상하부에 구비된다.

또한, 다이부(130)는 상부에 위치되는 상부 다이(120) 및 하부에 위치되는 하부 다이(110)를 포함할 수 있다. 이때, 상부 다이(Die)(120) 및 하부 다이(110)의 사이에 토출구(131)가 형성될 수 있다.

아울러, 하부 다이(110)는 토출구(131)로 토출되는 전극 슬러리(E)가 수용되는 수용부(111)가 형성될 수 있다. 이때, 전극 슬러리(E)는 공급홀(미도시)을 통해 수용부(111)로 공급되어 토출구(131)를 통해 토출될 수 있다.

한편, 전극 슬러리(E)는 예를 들어 전극 활물질, 바인더, 도전재 및 용매를 포함할 수 있다.

바인더는 예를 들어 폴리비닐리덴플루오라이드 (PVdF), 폴리헥사플루오로프로필렌-폴리비닐리덴플루오라이드의 공중합체 (PVdF/HFP), 폴리(비닐아세테이트), 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐피롤리돈, 알킬화 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐에테르, 폴리(메틸메타크릴레이트), 폴리(에틸아크릴레이트), 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE), 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피리딘, 스티렌-부타디엔 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 에틸렌프로필렌디엔모노머 (EPDM) 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.

도전재는 예를 들어 인조 흑연, 천연 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 덴카 블랙, 써멀 블랙, 채널 블랙, 탄소 섬유, 금속 섬유, 알루미늄, 주석, 비스무트, 실리콘, 안티몬, 니켈, 구리, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 아연, 몰리브덴, 텅스텐, 은, 금, 란타늄, 루테늄, 백금, 이리듐, 산화티탄, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리아세틸렌, 폴리피롤 또는 이들의 조합 등이 적용될 수 있다.

전극 활물질은 양극 집전체에 도포되는 양극 활물질 및 음극 집전체에 도포되는 음극 활물질을 포함할 수 있다.

양극 활물질은 예를들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.

양극 집전체는 예를 들어 알루미늄(Al) 재질의 포일(foil)로 이루어질 수 있다.

음극 활물질은 예를들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.

음극 집전체는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다.

용매는 예를 들어 아세톤(acetone), 테트라 하이드로퓨란(tetra hydrofuran), 메틸렌 클로라이드(methylene chloride), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름 아미드(dimethylform amide), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산(cyclohexane) 및 물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참고하면, 심(Shim)부(140)는 다이부(130)의 사이에 배치되고, 토출구(131)의 양측에 구비될 수 있다. 이때, 전극 슬러리(E)는 토출구(131)를 통해 토출될 때, 토출구(131)의 양측에 구비된 심부(140) 사이의 공간으로 배출되어, 심부(140) 사이의 거리가 전극 슬러리(E)의 토출 폭이 될 수 있다. 즉, 토출구(131)의 양측에 위치된 심부(140)의 양측부 사이의 거리에 의해 전극 슬러리(E)의 토출 폭이 결정되고, 심부(140)의 양측부 사이의 거리가 다른 심부(140)를 다이부(130)에 교체 설치함으로써, 전극 슬러리(E)의 토출 폭을 조절할 수 있다.

또한, 심부(140)는 예를 들어 중앙부에 대하여 양측부가 절곡된 “ㄷ” 형태로 형성되고, 양측부가 토출구(131)의 양측에 위치될 수 있다. 이때, 심부(140)의 양측부는 토출구(131)의 X축 방향으로 양측에 위치될 수 있다.

한편, 심부(140)는 실링부재(150)가 장착되는 장착홀(141)이 형성될 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 실링부재(150)는 전극 슬러리(E)의 토출 시 전극 슬러리(E)가 누설되는 것을 방지하도록 심부(140)의 단부에 구비될수 있다. 여기서, 실링부재(150)는 다이부(130)와 심부(140) 사이로 전극 슬러리(E)가 누설되는 것을 방지하고, 이에 따라 균일하게 전극 슬러리(E)가 토출되어 전극 집전체(11)에 균일하게 도포할 수 있다. 즉, 토출구(131)의 양측에 위치된 심부(140) 사이로 토출되는 전극 슬러리(E)가 심부(140)와 다이부(130)의 틈새 사이로 누설되어 균일하게 토출되지 못하는 현상을 실링부재(150)에 의해 방지할 수 있다. 결국, 균일하게 전극 집전체(11)에 전극 슬러리(E)가 도포되어 균일한 전극 슬러리층(12)을 형성할 수 있다.

또한, 실링부재(150)가 있으므로 인하여, 도포되는 전극 슬러리(E)의 폭방향 경계가 깔끔하게 될 수 있다. 즉, 실링부재(150)가 없다면, 토출구(131)의 양 측 단부에서 일부 누설되는 전극 슬러리(E)로 인하여 전극 슬러리(E)의 폭방향 경계면이 고르지 못하게 될 수 있다.

그리고, 도 2 및 도 4를 참고하면, 실링부재(150)의 높이(h2)는 심부(140)의 높이(h3) 보다 높게 형성되고, 토출구(131)의 높이(h1)와 같게 형성될 수 있다. 여기서, 실링부재(150)의 높이(h2)는 예를들어 심부(140)의 높이(h3) 보다 5~50um 높게 형성될 수 있다.

이때, 실링부재(150)의 높이(h2)가 5um이하로 얇을 경우 누설(Leak)을 충분히 막을 수 없을 수 있고, 50um이상 두꺼울 경우 심부(140)과 실링부재(150) 사이에 추가적인 공간이 발생하여, 누설(Leak)이 발생될 수 있다.

아울러, 실링부재(150)는 연질(Flexibility)의 재질로 이루어질 수 있다.

그리고, 실링부재(150)는 상기 한 쌍의 심부(140) 사이로 토출되는 상기 전극 슬러리(E)에 포함된 용매에 녹지 않는 불용성 폴리머(Polymer) 재질로 이루어질 수 있다.

여기서, 실링부재(150)는 예를들어 폴리테트라플루오로에틸렌(Poly Tetra Fluoro Ethylen), PE(Polyethylene) 또는 PP(Polypropylene) 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있다.

한편, 실링부재(150)는 중앙부(151)에 대하여 양측부(152,153)가 절곡된 형성될 수 있다. 여기서, 실링부재(150)는 양측부(152,153)의 단부(152a,153a)가 절곡된 형태를 가질 수 있다. 즉, 실링부재(150)는 평면도 상으로 4방향에 대해 상기 심부(140)로부터 이탈되지 않도록, 양측부(152,153)가 일방향을 향해 직각으로 절곡되고, 양측부(152,153)의 단부(152a,153a)가 상호 마주보는 방향을 향해 직각으로 절곡될 수 있다. 이때, 실링부재(150)는 4개의 절곡부(b1,b2,b3,b4)가 형성될 수 있다.

또한, 실링부재(150)는 예를들어 양측부(152,153)에서 일측부(152) 보다 타측부(153)가 길게 형성될 수 있다.

그리고, 실링부재(150)의 일측부(152)의 외측면은 토출구(131)의 양측 면을 형성하는 심부(140)의 상호 마주보는 면 상에 위치될 수 있다. 즉, 토출구(131)의 양측면에 위치된 심부(140)의 양측부의 상호 마주보는 면 상에 실링부재(150)의 일측부(152)의 외측면이 위치될 수 있다.

또한, 실링부재(150)는 예를들어 직사각형 기둥형태로 형성되어 절곡된 형태를 가질 수 있다.

아울러, 실링부재(150)는 토출구(131)의 폭방향 양측에 위치된 심부(140)에서 상호 마주보는 방향의 단부 모서리에 구비될 수 있다.

한편, 실링부재(150)는 심부(140)의 장착홀(141)에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 실링부재(150)는 심부(140)의 장착홀(141)에 착탈가능하게 결합될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이(100)는 토출구(131)에 구비된 심부(140)의 단부에 실링부재(150)가 구비되어 전극 슬러리(E)의 토출시 전극 슬러리(E)가 누설되지 않고 균일하게 전극 집전체(11)에 도포되어 균일한 전극 슬러리층(12)을 형성할 수 있다.

이에 따라, 전극(10)에서 전극 슬러리(E)가 도포된 유지부와 도포되지 않은 무지부 사이의 경계면이 균일해질 수 있다. 이와 같은 경계면 개선으로 인하여 전극 노칭(Notching) 및 조립 시 발생하는 비젼(Vision) 인식 불량 및 위치 인식 불량을 개선할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이를 개념적으로 나타낸 사시도이다.

이하에서는, 도 5를 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 의한 전극 제조용 슬롯 다이에 대해 설명하기로 한다.

도 5를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이(200)는 전술한 일 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이(100)와 비교할 때, 심부(240)가 복수개로 구비된 차이가 있다.

따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조용 슬롯 다이(200)는 토출구(131)의 상하부에 구비된 다이부(130)와, 토출구(131)의 양측에 구비된 심부(240) 및 심부(240)의 단부에 구비된 실링부재(150)를 포함한다.

심부(240)는 복수개로 구비되어 토출구(131)의 양측에 각각 구비될 수 있다. 이때, 심부(240)는 예를들어 한 쌍으로 구비될 수 있다.

이에 따라, 한 쌍의 심부(240)의 상호 간격을 조절함으로써, 토출구(131)에서 토출되는 전극 슬러리(E)의 폭을 조절할 수 있다. 이때, 한 쌍의 심부(240)는 예를들어 토출구(131)의 X축 방향으로 양측에 위치될 수 있다. 여기서, 한 쌍의 심부는 토출구(131)의 일측에 위치되는 제1 심부(241) 및 토출구(131)의 타측에 위치되는 제2 심부(242)를 포함할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극 제조용 슬롯 다이는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.

또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10: 전극
11: 전극 집전체
12: 전극 슬러리층
100,200: 슬롯 다이
110: 하부 다이
111: 수용부
120: 상부 다이
130: 다이부
131: 토출구
140,240: 심부
141: 장착홀
150: 실링부재
151: 중앙부
152: 일측부
153: 타측부
152a, 153a: 단부
241: 제1 심부
242: 제2 심부
E: 전극 슬러리

Claims

전극 집전체에 도포되는 전극 슬러리가 토출되는 토출구의 상하부에 구비된 다이부;
상기 다이부의 사이에 배치되고, 상기 토출구의 양측에 구비된 심(Shim)부; 및
상기 토출구를 통해 상기 전극 슬러리가 토출 시, 상기 다이부와 상기 심부 사이로 상기 전극 슬러리가 누설되는 것을 방지하도록, 상기 심부의 단부에 구비되는 실링부재를 포함하고,
상기 심부에 상기 실링부재가 장착되는 장착홀이 형성되고, 상기 실링부재는 상기 장착홀에 결합되는 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 1에 있어서,
상기 실링부재는 연질(Flexibility)의 재질로 이루어지는 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 2에 있어서,
상기 실링부재의 높이는 상기 심부의 높이 보다 높게 형성되고, 상기 토출구의 높이와 같게 형성되는 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 2에 있어서,
상기 실링부재의 높이는 상기 심부의 높이 보다 5~50um 높게 형성되는 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실링부재는 상기 토출구로 토출되는 상기 전극 슬러리에 포함된 용매에 녹지 않는 불용성 폴리머(Polymer) 재질로 이루어지는 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 5에 있어서,
상기 실링부재는 폴리테트라플루오로에틸렌(Poly Tetra Fluoro Ethylen), PE(Polyethylene) 또는 PP(Polypropylene) 중에서 어느 하나로 이루어지는 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 1에 있어서,
상기 실링부재는 상기 심부의 장착홀에 대응되는 형태로 형성되는 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 7에 있어서,
상기 실링부재는
중앙부에 대하여 양측부가 절곡된 형성되는 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 8에 있어서,
상기 실링부재는
상기 양측부의 단부가 절곡된 형태를 가지는 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 9에 있어서,
상기 실링부재는 평면도 상으로 4방향에 대해 상기 심부로부터 이탈되지 않도록, 양측부가 일방향을 향해 직각으로 절곡되고, 상기 양측부의 단부가 상호 마주보는 방향을 향해 직각으로 절곡된 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 10에 있어서,
상기 실링부재는 양측부에서 일측부 보다 타측부가 길게 형성되는 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 11에 있어서,
상기 실링부재의 일측부의 외측면은 상기 토출구의 양측 면을 형성하는 상기 심부의 상호 마주보는 면 상에 위치되는 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 10에 있어서,
상기 실링부재는 직사각형 기둥형태로 형성되어 절곡된 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 7 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 심부는 상기 토출구로부터 토출되는 상기 전극 슬러리의 폭을 조절하도록 상기 토출구의 폭방향으로 양측에 위치되고,
상기 실링부재는 상기 심부에서 상호 마주보는 방향의 단부 모서리에 구비되는 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 7 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다이부는 상부 다이 및 하부 다이를 포함하고,
상기 상부 다이 및 상기 하부 다이의 사이에 상기 토출구가 형성되며,
상기 심부의 장착홀은 상,하방향으로 관통하여 형성되어, 상기 장착홀의 상,하측에 상기 상부 다이 및 상기 하부 다이가 각각 위치되는 전극 제조용 슬롯 다이.
청구항 1에 있어서,
상기 실링부재는 상기 심부의 장착홀에 착탈가능하게 결합되는 전극 제조용 슬롯 다이.