KR20210043863A - 활물질 이중층을 형성하는 전극 슬러리 코팅 장치 및 방법 - Google Patents

활물질 이중층을 형성하는 전극 슬러리 코팅 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 슬러리 코팅 장치 및 방법에 관한 것으로, 슬러리를 토출하는 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드의 밸브 개폐 시점을 제어함으로써, 집전체 상에 이중층 구조의 활물질층을 형성하는 공정 효율을 높이고 제조 비용을 낮출 수 있다.

Description

활물질 이중층을 형성하는 전극 슬러리 코팅 장치 및 방법{ELECTRODE SLURRY COATING DEVICE AND METHOD FORMING ACTIVE MATERIAL DOUBLE LAYERS}
본 발명은 이중층 구조의 활물질층을 형성하는 전극 슬러리 코팅 장치 및 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있다. 그 중에서도, 리튬 이차전지는 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수하다는 점에서, 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자 제품들의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로 주목받고 있다. 전기자동차의 에너지원으로 적용하기 위해서는 고출력의 전지가 필요하다.
이차전지의 성능 개선을 위하여 집전체 상에 이층 구조의 활물질층들이 형성된 전극 구조 개발이 주목받고 있다. 이러한 이층 구조의 활물질층들을 집전체 상에 형성하는 방법은, 금속 박막 형태의 집전체 상에 하부 및 상부 활물질층을 형성하는 슬러리를 순차적으로 코팅하는 것이다. 그러나, 활물질층에 대한 코팅을 개시 또는 종료하는 시점에서 각 토출 노즐들을 일시에 개방 또는 폐쇄하게 되면, 토출 노즐들의 이격 거리로 인해 하부 및 상부 활물질층 중 어느 하나의 층이 제대로 형성되지 못하는 영역이 발생한다. 이러한 영역은 불량 영역으로 판정되어 폐기된다.
따라서, 활물질 이중층 구조의 전극 제조시, 전극 슬러리 코팅 과정에서 폐기되는 영역을 최소화할 수 있는 기술 개발이 요구된다.
일본등록특허공보 제6367133호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 공정 효율을 개선한 이중층 구조의 활물질층을 형성하는 전극 슬러리 코팅 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 장치는, 상판, 중판 및 하판으로 구성된 다이를 포함하는 전극 슬러리 코팅 장치에 있어서, 하판 및 중판 사이에 위치하며, 하부 활물질층을 형성하는 슬러리를 컨베이어에 의해 이동되는 집전체 상에 토출하는 제1 슬롯 다이 헤드; 상기 제1 슬롯 다이 헤드와 코팅 방향의 하류쪽으로 이격되어 중판 및 상판 사이에 위치하며, 상부 활물질층을 형성하는 슬러리를 상기 집전체의 하부 활물질층 상에 토출하는 제2 슬롯 다이 헤드; 상기 제1 슬롯 다이 헤드의 토출을 개폐하는 제1 밸브; 상기 제2 슬롯 다이 헤드의 토출을 개폐하는 제2 밸브; 및 상기 제1 및 제2 밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 제어부는, 전극 슬러리 코팅 종료시, 제1 밸브가 폐쇄되면서 제1 슬롯 다이 헤드를 통한 슬러리의 토출이 중단되어 하부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R1)과, 제2 밸브가 폐쇄되면서 제2 슬롯 다이 헤드를 통한 슬러리의 토출이 중단되어 상부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R2)이 서로 대응되도록 제1 및 제2 밸브의 폐쇄 시각을 제어한다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 제어부는, 전극 슬러리 코팅 시작시, 제1 밸브가 개방되면서 제1 슬롯 다이 헤드를 통한 슬러리의 토출이 개시되어 하부 활물질층이 형성되는 지점과, 제2 밸브가 개방되면서 제2 슬롯 다이 헤드를 통한 슬러리의 토출이 개시되어 상부 활물질층이 형성되는 지점이 서로 대응되도록 제1 및 제2 밸브의 개방 시각을 제어하는 것도 가능하다.
하나의 예에서, 상기 제어부는 전극 슬러리 코팅 종료시, 제2 밸브를 폐쇄하기 시작하는 시각(TT2)을 제1 밸브를 폐쇄하기 시작하는 시각(TT1)보다 하기 식 1에 따른 폐쇄 지연 시간(TdT) 만큼 지연한다.
[식 1]
폐쇄 지연 시간(TdT, sec) = (하판과 중판의 판간 거리(a) +중판의 길이(b)) / 컨베이어에 의한 집전체의 이동 속도(mm/sec).
또 다른 하나의 예에서, 상기 각 밸브에서 밸브가 100% 개방상태에서 100% 폐쇄 상태로 전환되기까지 소요된 폐쇄 시간(TT1' - TT1 또는 TT2' - TT2 ) 은 상기 각 밸브에서 밸브가 100% 폐쇄상태에서 100% 개방 상태로 전환되기 까지 소요된 개방 시간(TS1' - TS1 또는 TS2' - TS2)보다 더 짧거나 같도록 조절되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예에서, 상기 개방 시간(TS1' - TS1 또는 TS2' - TS2)은 폐쇄 시간(TT1' - TT1 또는 TT2' - TT2 ) 대비 1 내지 10배, 바람직하게는 2배 내지 10배, 더욱 바람직하게는 5배 내지 10배인 것을 특징으로 한다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 제어부는 전극 슬러리 코팅 시작시, 제2 밸브의 개방 시작 시각(TS2')을 제1 밸브의 개방 시작 시각(TS1')보다 하기 식 2에 따른 개방 지연 시간(TdS) 만큼 지연하는 것도 가능하다.
구체적인 예에서, 집전체의 표면과 제1 슬롯 다이 헤드의 이격거리(DH1)는, 제1 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리에 의해 형성된 하부 활물질층의 평균 두께(D1)의 70 내지 150% 범위이다.
또 다른 구체적인 예에서, 집전체의 표면과 제1 슬롯 다이 헤드의 이격거리(DH1)와 집전체의 표면과 제2 슬롯 다이 헤드의 이격거리(DH2)의 차이(DH2 - DH1)는, 제1 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리에 의해 형성된 하부 활물질층의 평균 두께(D1)의 60 내지 110% 범위이다.
하나의 예에서, 제1 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리에 의해 형성된 하부 활물질층의 평균 두께(D1)와 제2 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리에 의해 형성된 상부 활물질층의 평균 두께(D2)의 비율은 30~70:70~30 범위(D1 : D2)이다.
예를 들어, 상기 전극 슬러리 코팅 장치는 이차전지용 양극 슬러리 코팅 장치이다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 장치를 이용한 전극 슬러리 코팅 방법을 제공한다.
상기 전극 슬러리 코팅 방법은, 상판, 중판 및 하판으로 구성된 다이를 이용한 전극 슬러리 코팅 방법에 있어서, 집전체 상에 하판과 중판 사이 위치하는 제1 슬롯 다이 헤드를 통해 슬러리를 토출하여 하부 활물질층을 형성하는 단계; 및 하부 활물질층 상에 상기 제1 슬롯 다이 헤드와 코팅 방향의 하류쪽으로 이격되어 중판 및 상판 사이에 위치하는 제2 슬롯 다이 헤드를 통해 슬러리를 토출하여 상부 활물질층을 형성하는 단계를 포함한다.
하나의 예에서, 전극 슬러리 코팅 종료시, 슬러리의 토출이 중단되어 하부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R1)과, 슬러리의 토출이 중단되어 상부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R2)가 서로 대응되도록 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드의 토출 종료 시각을 제어한다.
또 다른 하나의 예에서, 전극 슬러리 코팅 시작시, 슬러리의 토출이 개시되어 하부 활물질층이 형성되는 지점과, 슬러리의 토출이 개시되어 상부 활물질층이 형성되는 지점이 서로 대응되도록 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드의 토출 개시 시각을 제어하는 것도 가능하다.
구체적인 예에서, 전극 슬러리 코팅 종료시, 상부 활물질층을 형성하는 슬러리의 토출을 중단하는 시작 시각(TT2)을 하부 활물질층을 형성하는 슬러리의 토출을 중단하는 시작 시각(TT1)보다 하기 식 1에 따른 토출 지연 시간(TdT) 만큼 지연한다.
[식 1]
토출 지연 시간(TdT, sec) = (하판과 중판의 판간 거리(a) +중판의 길이(b)) / 컨베이어에 의한 집전체의 이동 속도(mm/sec).
하나의 예에서, 상기 각 슬러리 토출이 중단되기 시작하여 각 밸브가 완전 폐쇄되기 까지의 토출 종료 시간(TT1' - TT1 또는 TT2' - TT2 ) 은 상기 각 슬러리 토출이 개시되기 시작하여 각 밸브가 완전 개방되기까지의 토출 개시 시간(TS1 - TS1' 또는 TS2 - TS2')보다 더 짧거나 같도록 조절되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예에서, 상기 토출 개시 시간(TS1 - TS1' 또는 TS2 - TS2')은 토출 종료 시간(TT1' - TT1 또는 TT2' - TT2 ) 대비 1 내지 10배, 바람직하게는 2배 내지 10배, 더욱 바람직하게는 5배 내지 10배인 것을 특징으로 한다.
이는 밸브의 개방 시에는 슬러리가 일시에 왈칵 쏟아져 나와 활물질층 앞단이 볼록하게 솟는 형상이 형성되고, 폐쇄 시에는 슬러리양이 점점 감소하면서 끌리는 형상이 형성된다. 이에, 개방 시에는 천천히 개방하는 것이 필요하고, 폐쇄 시에는 급격하게 닫아주는 것이 효과적이기 때문이다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 제어부는 전극 슬러리 코팅 시작시, 제2 밸브의 개방 시작 시각(TS2)을 제1 밸브의 개방 시작 시각(TS1)보다 개방 지연 시간(TdS) 만큼 지연하는 것도 가능하다.
또 다른 예에서, 하부 활물질층의 평균 두께(D1)와 상부 활물질층의 평균 두께(D2)의 비율은 30~70: 70~30 범위(D1 : D2)이다.
본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 장치 및 방법은 집전체 상에 이중층 구조의 활물질층 형성시 공정 효율을 높이고 제조 비용을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 슬러리 코팅 장치를 이용한 슬러리 코팅 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 슬러리 코팅 장치의 시간에 따른 제1 및 제2 밸브의 개폐 시점을 나타낸 그래프이다.
도 3은 종래의 전극 슬러리 코팅 방법에 따라 제조된 전극의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 슬러리 코팅 방법에 따라 제조된 전극의 단면을 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
본 발명에서, "코팅 종료"는 전극 슬러리 코팅을 종료하는 경우 뿐만 아니라 일시적으로 슬러리 코팅을 중단하는 경우를 포괄하는 의미이다. 구체적으로, 전극 슬러리 코팅 장치의 가동을 종료하거나 일시적으로 중단하는 경우를 포함하며, 예를 들어, 패턴화된 활물질층 형성을 위하여 슬러리 코팅의 진행과 중단을 반복하는 경우, 상기 슬러리 코팅을 중단하는 경우를 포함한다.
본 발명에서, "코팅 시작"는 전극 슬러리 코팅을 개시하는 경우 뿐만 아니라 일시적으로 중단된 슬러리 코팅을 재개하는 경우를 포괄하는 의미이다. 구체적으로, 전극 슬러리 코팅 장치의 가동을 개시하거나 일시적으로 중단된 가동을 재개하는 경우를 포함하며, 예를 들어, 패턴화된 활물질층 형성을 위하여 슬러리 코팅의 진행과 중단을 반복하는 경우, 상기 슬러리 코팅을 진행하는 경우를 포함한다.
또한, 본 발명에서, 특정 두 지점이 "대응"한다는 것은, 상기 두 지점이 동일 선상 또는 그 유사 범위 내에 위치하는 경우를 포괄하는 의미이다. 상기 두 지점이 동일 선상에 위치하는 것은, 물리적으로 동일 선상에 위치하는 경우 뿐만 아니라 설비 내지 측정 장비의 오차 범위 또는 일정 수준의 버퍼 영역을 포함한 범위 내에 존재하는 경우를 포함한다.
본 발명은 전극 슬러리 코팅 장치에 관한 것으로, 상판, 중판 및 하판으로 구성된 다이를 포함하는 전극 슬러리 코팅 장치에 있어서, 하판 및 중판 사이에 위치하며, 하부 활물질층을 형성하는 슬러리를 컨베이어에 의해 이동되는 집전체 상에 토출하는 제1 슬롯 다이 헤드; 상기 제1 슬롯 다이 헤드와 코팅 방향의 하류쪽으로 이격되어 중판 및 상판 사이에 위치하며, 상부 활물질층을 형성하는 슬러리를 상기 집전체의 하부 활물질층 상에 토출하는 제2 슬롯 다이 헤드; 상기 제1 슬롯 다이 헤드의 토출을 개폐하는 제1 밸브; 상기 제2 슬롯 다이 헤드의 토출을 개폐하는 제2 밸브; 및 상기 제1 및 제2 밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함한다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 장치에서, 상기 제어부는, 전극 슬러리 코팅 종료시, 제1 밸브가 폐쇄되면서 제1 슬롯 다이 헤드를 통한 슬러리의 토출이 중단되어 하부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R1)과, 제2 밸브가 폐쇄되면서 제2 슬롯 다이 헤드를 통한 슬러리의 토출이 중단되어 상부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R2)이 서로 대응되도록 제1 및 제2 밸브의 폐쇄 시각을 제어한다.
이중층 구조의 활물질을 전극 상에 코팅하는 전극 슬러리 코팅 장치의 경우,
먼저, 상판, 중판 및 하판으로 구성된 코팅 다이(130)를 포함한다. 도 1을 참고하면, 하판(131), 중판(132) 및 상판(133)이 코팅 다이(130)를 구성하고 있다.
하판(131)과 중판(132) 사이의 제1 슬롯 다이 헤드(110)를 통하여 집전체 상에 하부 활물질층이 형성되고, 중판(132)과 상판(133) 사이의 제2 슬롯 다이 헤드(120)를 통하여 상기 하부 활물질층 상에 상부 활물질층이 형성된다.
정리하면, 컨베이어에 의해 빠른 속도로 이동하는 집전체 상에 하부 및 상부 활물질층을 형성하는 슬러리를 순차적으로 코팅하게 된다. 각 활물질층은 코팅 방향으로 이격 배치된 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드에서 각각 활물질 슬러리를 각각 토출하여 형성한다. 전극 슬러리 코팅을 일시적으로 중단하거나 종료하는 경우, 각 슬롯 다이 헤드의 토출을 제어하는 밸브를 이용하여 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드의 토출을 일시에 차단하는 것이 일반적이다.
이 경우, 상기 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드의 이격 거리로 인해 집전체 상에 형성된 하부 및 상부 활물질층의 코팅 종료 시점이 달라진다. 즉, 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드에 슬러리를 공급하는 밸브가 동시에 닫히는 경우, 집전체 상에 상부 활물질층의 코팅이 먼저 종료된 후, 일정 간격을 두고 하부 활물질층의 코팅이 종료된다. 이러한 각 활물질층의 코팅 종료 시점의 차이는, 로딩 꺼짐 구간을 야기함에 따라 폐기되는 잉여 부분의 증가를 유발하며, 이는 공정 효율의 저하 및 제조 비용의 증가를 초래한다. 상기 로딩 꺼짐 구간이란 슬러리 토출 중단에 의해 활물질층의 두께가 감소되는 지점에서부터 토출된 슬러리의 말단부까지의 의미한다.
본 발명에서는, 전극 슬러리 코팅 종료시, 하부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R1)과, 상부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R2)이 서로 대응되도록 제어함으로써, 폐기되는 잉여 부분을 최소화하게 된다.
본 발명의 또 다른 하나의 실시예에서, 상기 제어부는, 전극 슬러리 코팅 시작시, 제1 밸브가 개방되면서 제1 슬롯 다이 헤드를 통한 슬러리의 토출이 개시되어 하부 활물질층이 형성되는 지점과, 제2 밸브가 개방되면서 제2 슬롯 다이 헤드를 통한 슬러리의 토출이 개시되어 상부 활물질층이 형성되는 지점이 서로 대응되도록 제1 및 제2 밸브의 개방 시각을 제어하는 것도 가능하다.
전극 슬러리 코팅 시작 시, 상기 제1 및 제2 밸브를 동시에 개방하게 되면, 서로 이격된 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드를 통한 슬러리의 토출이 같은 시각에 개시된다. 이로 인해, 하부 활물질층이 형성되는 지점과 상부 활물질층이 형성되는 지점이 달라지게 되고, 이는 폐기되는 잉여 부분의 증가를 유발한다.
따라서, 상부 활물질층이 형성되는 제2 슬롯 다이 헤드를 통해 슬러리가 토출되는 시간을 지연시킴으로 이를 통해, 하부 활물질층 상에 상부 활물질층이 안정적으로 형성되도록 제어하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 슬러리 코팅 장치를 이용한 활물질 슬러리 코팅 과정을 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 상기 전극 슬러리 코팅 장치는, 하판 (131) 및 상판 (133)을 포함하며, 상기 하판과 상판(131, 133) 사이에는 중판(132)이 개재된 구조이다. 상기 하판과 중판(131, 132) 사이의 유로를 따라 슬러리가 유체이동하며 제1 슬롯 다이 헤드(110)를 통해 하부 활물질층(111)을 형성하는 슬러리를 토출한다. 상기 중판과 상판(132, 133) 사이의 유로를 따라 슬러리가 유체이동하며 제2 슬롯 다이 헤드(120)를 통해 상부 활물질층(121)을 형성하는 슬러리를 토출한다. 또한, 상기 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드(110, 120)와 일정 거리를 이격하여 집전체(101)을 이동시키는 컨베이어(미도시)가 위치한다. 상기 제1 슬롯 다이 헤드(110)를 통해 토출된 슬러리는 집전체(101) 상에 평균 두께 D1인 하부 활물질층(111)을 형성하고, 제2 슬롯 다이 헤드(120)를 통해 토출된 슬러리는 하부 활물질층(111) 상에 평균 두께 D2인 상부 활물질층(121)을 형성한다.
구체적으로, 본 발명에서, 상기 제어부는 전극 슬러리 코팅 종료시, 제2 밸브를 폐쇄하기 시작하는 시각(TT2)을 제1 밸브를 폐쇄하기 시작하는 시각(TT1)보다 하기 식 1에 따른 폐쇄 지연 시간(TdT) 만큼 지연한다.
[식 1]
폐쇄 지연 시간(TdT, sec) = (하판과 중판의 판간 거리(a) +중판의 길이(b)) / 컨베이어에 의한 집전체의 이동 속도(mm/sec).
본 발명에서는, 전극 슬러리 코팅 종료시, 제2 밸브를 폐쇄하기 시작하는 시각(TT2)을 제1 밸브를 폐쇄하기 시작하는 시각(TT1)보다 특정 지연 시간(TdT) 만큼 지연함으로써, 하부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R1)과 상부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R2)이 서로 대응되도록 제어하게 된다.
또 다른 구체예에서, 상기 각 밸브에서 밸브가 100% 개방상태에서 100% 폐쇄 상태로 전환되기까지 소요된 폐쇄 시간(TT1' - TT1 또는 TT2' - TT2 ) 은 상기 각 밸브에서 밸브가 100% 폐쇄상태에서 100% 개방 상태로 전환되기 까지 소요된 개방 시간(TS1' - TS1 또는 TS2 '- TS2)보다 더 짧거나 같도록 조절한다.
도 2를 참고하면, 각 밸브에서 밸브가 100% 폐쇄 상태에서 100% 개방상태로의 전환에 소요되는 시간은 길고, 밸브의 100% 개방상태에서 100% 폐쇄 상태로의 전환에 소요되는 시간은 짧은 것을 알 수 있다.
이는 밸브의 개방 시에는 슬러리가 일시에 왈칵 쏟아져 나와 활물질층 앞단이 볼록하게 솟는 형상이 형성되고, 폐쇄 시에는 슬러리양이 점점 감소하면서 끌리는 형상이 형성된다. 이에, 개방 시에는 천천히 개방하는 것이 필요하고, 폐쇄 시에는 급격하게 닫아주는 것이 효과적이기 때문이다.
구체적으로, 상기 개방 시간(TS1' - TS1 또는 TS2' - TS2)은 폐쇄 시간(TT1' - TT1 또는 TT2' - TT2 ) 대비 1 내지 10배, 바람직하게는 2배 내지 10배, 더욱 바람직하게는 5배 내지 10배인 것이 좋다.
일반적으로 밸브의 개폐는 밸브와 연결된 실린더를 이용하여, 실린더의 이동을 통하여 밸브를 개폐시킨다. 이러한 실린더의 이동은 별도로 연결된 펌프를 통해 이루어진다. 현재 펌프는 유압식과 전기식이 있으며, 유압식에 비하여 전기식이 펌프의 속도 조절이 더욱 유리한 점이 있다. 이를 통해 폐쇄 속도를 더욱 빠르게 조절 할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 상기 제어부는 전극 슬러리 코팅 시작시, 제2 밸브를 개방하기 시작하는 시각(TS2)을 제1 밸브를 개방하기 시작하는 시각(TS1)보다 지연시키는 것도 가능하다. 이를 통해 전극 슬러리 코팅 시작시, 제2 밸브의 개방을 시작하는 시각(TS2)을 제1 밸브의 개방을 시작하는 시각(TS1)보다 특정 지연 시간(TdS) 만큼 지연시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 슬러리 코팅 장치의 시간에 따른 제1 및 제2 밸브의 개폐 시점을 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, 전극 슬러리 코팅 시작 시, 제1 밸브를 100% 폐쇄된 상태(TS1)에서 100% 개방된 상태(TS1')로 변경하고, 지연 시간(TdS)만큼 경과한 후에 제2 밸브를 100% 폐쇄된 상태(TS2)에서 100% 개방된 상태(TS2')로 변경한다. 이를 통해, 하부 활물질층 상에 상부 활물질층이 안정적으로 형성되도록 제어하게 된다. 이 경우, 두 밸브 각각이 100% 폐쇄된 상태에서 100% 개방된 상태로 가기까지 걸리는 밸브 개방 시간(TS1' - TS1 또는 TS2' - TS2)은 동일하다.
또한, 전극 슬러리 코팅 종료 시, 제1 밸브를 100% 개방된 상태(TT1)에서 100% 폐쇄된 상태(TT1')로 변경하고, 지연 시간(TdT)만큼 경과한 후에 제2 밸브를 100% 개방된 상태(TT2)에서 100% 폐쇄된 상태(TT2')로 변경한다. 이 경우, 하부 활물질층 코팅이 먼저 종료되고, 지연 시간(TdT)만큼 진행된 후, 상기 하부 활물질층 위의 상부 활물질층 코팅이 종료된다. 이를 통해, 하부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R1)과 상부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R2)이 서로 대응되도록 제어하게 된다.
도 3을 참고하면, 상부 활물질층의 두께가 감소되는 시점(R2')에서부터 코팅 종료 지점(RT') 까지의 거리는 로딩 꺼짐 구간으로 폐기되는 잉여 부분으로 작용하며, 이는 공정 효율의 저하 및 제조 비용의 증가를 초래한다. 상기 로딩 꺼짐 구간이란 슬러리 토출 중단에 의해 활물질층의 두께가 감소되는 지점에서부터 토출된 슬러리의 말단부까지의 의미한다.
그러나, 본 발명에서와 같이 제2 밸브의 폐쇄를 시작하는 시점을 제 1 밸브의 폐쇄 시점보다 지연시킴으로 상부 및 하부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R1, R2)을 대응되도록 하여, 도 4에서 볼 수 있듯이, 로딩 꺼짐 구간이 줄어드는 것을 알 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 집전체의 표면과 제1 슬롯 다이 헤드의 이격거리(DH1)는, 제1 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리에 의해 형성된 하부 활물질층의 평균 두께(D1)의 70 내지 150% 범위이다. 본 발명에서는, 형성하고자 하는 하부 활물질층의 평균 두께(D1) 보다 제1 슬롯 다이 헤드의 높이(DH1)를 일정 수준 높게 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 이격거리(DH1)는, 하부 활물질층의 평균 두께(D1) 대비, 80 내지 130% 범위, 90 내지 110% 범위이다. 본 발명은 제1 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리에 의해 집전체 상에 하부 활물질층을 형성한다. 그런 다음, 제2 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리에 의해 하부 활물질층 상에 상부 활물질층을 형성한다. 상기 상부 활물질층을 형성할 때, 본 발명은 제2 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리가 하부 활물질층을 일정 수준 가압하도록 설계한다. 이를 통해, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 장치는 층간 계면 접합력을 높이고, 하부 및 상부 활물질층 사이에 기포 형성을 억제할 수 있으며, 나아가 각 활물질층의 평활도를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 장치는, 제1 슬롯 다이 헤드의 높이 보다 제2 슬롯 다이 헤드의 높이를 높게 설정한다. 이로 인해, 집전체의 표면과 제1 슬롯 다이 헤드의 이격거리(DH1)와 집전체의 표면과 제2 슬롯 다이 헤드의 이격거리(DH2) 사이에 높이 차이(DH2 - DH1)가 발생한다. 상기 집전체의 표면과 제1 슬롯 다이 헤드의 이격거리(DH1)와 집전체의 표면과 제2 슬롯 다이 헤드의 이격거리(DH2)의 차이(DH2 - DH1)는, 하부 활물질층의 평균 두께(D1)의 60 내지 110% 범위이다. 구체적으로, 상기 이격거리(DH2)의 차이(DH2 - DH1)는, 하부 활물질층의 평균 두께(D1) 대비, 70 내지 110% 범위, 80 내지 100% 범위이다. 이는 상기 제2 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리가 하부 활물질층을 일정 수준 가압하는 것을 고려한 설계이다.
또 다른 하나의 실시예에서, 제1 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리에 의해 형성된 하부 활물질층의 평균 두께(D1)와 제2 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리에 의해 형성된 상부 활물질층의 평균 두께(D2)의 비율은 30~70:70~30 범위(D1 : D2)이다. 구체적으로, 상기 두께 비율(D1 : D2)은 40~60:60~40범위, 45~55 : 55~45 범위이다. 상기 두께 비율은 각 층의 두께 방향 길이의 평균치를 상대적으로 표시한 것이다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 장치는 이차전지의 전극 제조를 위해 적용 가능하며, 예를 들어, 이차전지용 양극 슬러리 코팅 장치이다.
본 발명은 또한 앞서 설명한 장치를 이용한 전극 슬러리 코팅 방법을 제공한다. 장치에 대한 설명에서 언급한 상세한 설명 내지 구체적인 수치 범위 한정 중에서 중복되는 부분은 이하 전극 슬러리 코팅 방법에 대한 설명에서는 생략한다.
상기 전극 슬러리 코팅 방법은, 상판, 중판 및 하판으로 구성된 다이를 이용한 전극 슬러리 코팅 방법에 있어서, 컨베이어 벨트에 의해 이동되는 집전체 상에 하판과 중판 사이 위치하는 제1 슬롯 다이 헤드를 통해 슬러리를 토출하여 하부 활물질층을 형성하는 단계; 및 하부 활물질층 상에 상기 제1 슬롯 다이 헤드와 코팅 방향의 하류쪽으로 이격되어 중판 및 상판 사이에 위치하는 제2 슬롯 다이 헤드를 통해 슬러리를 토출하여 상부 활물질층을 형성하는 단계를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 전극 슬러리 코팅 방법은, 전극 슬러리 코팅 종료시, 슬러리의 토출이 중단되어 하부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R1)과, 슬러리의 토출이 중단되어 상부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R2)가 서로 대응되도록 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드의 토출 종료 시각을 제어한다.
즉, 상부 활물질층을 형성하는 슬러리의 토출을 중단하는 시작 시각(TT2)을 하부 활물질층을 형성하는 슬러리의 토출을 중단하는 시작 시각(TT1)보다 하기 식 1에 따른 폐쇄 지연 시간(TdT) 만큼 지연한다.
[식 1]
폐쇄 지연 시간(TdT, sec) = (하판과 중판의 판간 거리(a) +중판의 길이(b)) / 컨베이어에 의한 집전체의 이동 속도(mm/sec).
또 다른 하나의 예에서, 상기 전극 슬러리 코팅 방법은, 전극 슬러리 코팅 시작시, 슬러리의 토출이 개시되어 하부 활물질층이 형성되는 지점과, 슬러리의 토출이 개시되어 상부 활물질층이 형성되는 지점이 서로 대응되도록 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드의 토출 개시 시각을 제어하는 것도 가능하다.
도 3은 종래의 전극 슬러리 코팅 방법에 따라 제조된 전극의 단면을 나타낸 모식도이다. 도 3을 참조하면, 컨베이어에 의해 이동하는 집전체(201) 상에 하부 및 상부 활물질층(211, 221)이 코팅되는 구조이다. 구체적으로는, 이격되어 배치된 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드로부터 각각 슬러리가 상기 집전체(201) 상에 토출되면서 하부 및 상부 활물질층(211, 221)이 순차적으로 형성되는 구조이다. 전극 슬러리 코팅을 종료하는 경우, 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드의 토출을 개폐하는 각 유로 밸브들은 동시에 차단된다. 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드가 차단되면, 각 슬러리의 토출량은 감소되다가 종료된다. 이 때, 각 활물질층(211, 221)은 슬러리의 토출량이 감소되는 시점에 형성 두께가 얇아지기 시작하고, 슬러리의 토출이 종료되면 상기 각 활물질층(211, 221)은 더 이상 형성되지 않는다.
구체적으로, 제1 슬롯 다이 헤드의 슬러리 토출이 차단되면, 하부 활물질층(211)은 R1' 지점부터 두께가 얇아지고 RT' 지점에서 그 형성이 종료된다. 또한, 제2 슬롯 다이 헤드가 차단되면, 상부 활물질층(221)은 R2' 지점부터 두께가 얇아지다가 일정 거리가 지나면 그 형성이 종료된다. 이 경우, 제조된 전극에서 R2' 지점부터 RT' 지점 사이는 활물질층(211, 221) 형성이 불량이므로, 해당 구간은 폐기되는 잉여 부분, 즉 로딩 꺼짐 구간이 된다. 특히, R2' 지점부터 R1' 지점 사이는, 하부 활물질층(211)은 정상적으로 형성됨에도 불구하고 상부 활물질층(221)의 형성 불량으로 인하여 폐기되는 영역이다.
이에 대해, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 슬러리 코팅 방법에 따라 제조된 전극의 단면을 나타낸 모식도이다. 도 4를 참조하면, 컨베이어에 의해 이동하는 집전체(301) 상에 하부 및 상부 활물질층(311, 321)이 순차적으로 코팅된다. 전극 슬러리 코팅을 종료하는 경우, 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드의 슬러리 토출을 개폐하는 각 유로 밸브들은 동시에 차단된다. 제1 슬롯 다이 헤드가 차단되면, 하부 활물질층(311)은 R1 지점부터 두께가 얇아지고 일정 거리가 지나면 그 형성이 종료된다. 또한, 제2 슬롯 다이 헤드가 차단되면, 상부 활물질층(321)은 R2 지점부터 두께가 얇아지다가 RT 지점에서 그 형성이 종료된다. 본 실시예에서는, 상기 R1 및 R2 지점이 동일 위치에 형성되도록 제어한다. 이 경우, 제조된 전극에서 R1 및 R2 지점 중 앞선 지점부터 RT 지점 사이는 폐기되는 잉여 부분이 된다. 본 발명은 상기 R1 및 R2 지점을 동일 내지 유사한 위치에 형성하는 것을 기술적 특징으로 한다. 하부 활물질층(311)의 형성 종료 지점과 상부 활물질층(321)의 형성 종료 지점의 선후는 특별히 제한되지 않는다. 다만, 집전체(301)와 각 슬롯 다이 헤드 사이의 거리 그리고 토출되는 슬러리의 점도 등을 고려하면, 상부 활물질층(321)의 형성 종료 지점이 하부 활물질층(311)의 형성 종료 지점 보다 뒤쪽에 위치하는 것이 일반적이다.
구체적인 예에서, 전극 슬러리 코팅 종료시, 상부 활물질층을 형성하는 슬러리의 토출을 중단하는 시작 시각(TT2)을 하부 활물질층을 형성하는 슬러리의 토출을 중단하는 시작 시각(TT1)보다 하기 식 1에 따른 지연 시간(TdT) 만큼 지연한다.
[식 1]
폐쇄 지연 시간(TdT, sec) = (하판과 중판의 판간 거리(a) +중판의 길이(b)) / 컨베이어에 의한 집전체의 이동 속도(mm/sec).
또 다른 구체적인 예에서, 상기 각 슬러리 토출이 중단되기 시작하여 각 밸브가 완전 폐쇄되기 까지의 토출 종료 시간(TT1' - TT1 또는 TT2' - TT2 ) 은 상기 각 슬러리 토출이 개시되기 시작하여 각 밸브가 완전 개방되기까지의 토출 개시 시간(TS1 - TS1' 또는 TS2 - TS2')보다 더 짧거나 같도록 조절할 수 있으며, 이 때 상기 토출 개시 시간(TS1 - TS1' 또는 TS2 - TS2')은 토출 종료 시간(TT1' - TT1 또는 TT2' - TT2 ) 대비 1 내지 10배인 것이 바람직하다.
다른 하나의 구체적인 예에서, 전극 슬러리 코팅 시작시, 하부 활물질층을 형성하는 슬러리의 토출 개시 시각(TS1)을 하부 활물질층을 형성하는 슬러리의 토출 개시 시각(TS2)보다 지연시키는 것도 가능하다.
예를 들어, 본 발명의 전극 슬러리 코팅 방법은 이차전지의 양극 제조에 적용된다. 상기 양극은 집전체 상에 하부 활물질층과 상부 활물질층이 순차 적층된 구조이다. 상기 하부 활물질층은 고함량의 도전재를 함유하고, 상부 활물질층은 상대적으로 저함량의 도전재를 함유한다. 이 경우, 하부 활물질층은 도전재 함량을 0.5 내지 5 중량% 범위에서 조절 가능하다. 상부 활물질층은 도전재의 함량을 줄임으로써, 전극 표면에서 활물질 함량을 높이고 전기 전도성을 일정 수준 낮출 수 있다. 특히, 상부 활물질층의 도전재 함량을 0.02 중량% 이하의 매우 낮은 수준으로 제어할 경우, 셀 내부 단락시 발열반응을 감소시킬 수 있다.
또 다른 예에서, 하부 활물질층을 형성하는 활물질의 평균 입경(P1)은 상부 활물질층을 형성하는 활물질의 평균 입경(P2)의 50 내지 95% 범위이다. 이 경우는, 하부 활물질층에 상대적으로 작은 입경의 활물질을 적용하는 것이다. 상부 활물질층에는 상대적으로 큰 입경의 활물질을 적용함으로써, 전해액 함침을 용이하게 하고 이온 내지 정공의 원활한 이동을 유도할 수 있다.
또 다른 예에서, 하부 활물질층의 평균 두께(D1)와 상부 활물질층의 평균 두께(D2)의 비율은 30~70:70~30 범위(D1 : D2) 범위이다. 상기 두께 비율은 각 층의 두께 방향 길이를 상대적으로 표시한 것이다. 본 발명에 따른 전극 슬러리 코팅 방법은 하부 활물질층을 상부 활물질층 보다 두껍게 형성하는 경우에 유리하게 적용 가능하다.
이하, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
(실시예 1)
도 1에 도시된 전극 슬러리 코팅 장치를 이용하여 리튬 이차전지용 양극을 제조하였다. 구체적으로, 컨베이어를 따라 이동하는 집전체(101)의 표면과 제1 슬롯 다이 헤드(110)의 이격거리(DH1)는 100 ㎛이고, 컨베이어를 따라 이동하는 집전체(101)의 표면과 제1 슬롯 다이 헤드(110)의 이격거리(DH1)와 상기 집전체(101)의 표면과 제2 슬롯 다이 헤드(120)의 이격거리(DH2)의 차이(DH2 - DH1)는, 100 ㎛이다. 상기 전극 슬러리 코팅 장치를 통해 코팅된 활물질 이중층의 전체 평균 두께는 200 ㎛이며, 이 중에서 하부 활물질층(D1)의 평균 두께는 100 ㎛이고, 상부 활물질층(D2)의 평균 두께는 100 ㎛이다.
전극 슬러리 코팅 종료시, 제2 밸브의 폐쇄를 시작하는 시각(TT2)을 제1 밸브의 폐쇄를 시작하는 시각(TT1)보다 하기 식 1에 따른 폐쇄 지연 시간(TdT) 만큼 지연하였다. 구체적으로, 컨베이어에 의한 집전체의 이동 속도는 50 m/min이고, 중판의 길이는 1mm, 하판과 중판의 판간 거리는 2mm이다. 이를 아래 식 1에 적용하면 다음과 같다.
[식 1]
폐쇄 지연 시간(TdT, sec) = (하판과 중판의 판간거리+중판의 길이) / 컨베이어에 의한 집전체의 이동 속도(mm/sec).
제1 및 제2 슬롯 다이 헤드의 이격거리(mm)인 하판과 중판의 판간거리 및 중판의 길이의 합은 2 (mm)이다. 또한, 컨베이어에 의한 집전체의 이동 속도(mm/sec)는 50 (m/min)이고, 이를 단위 환산하면 833.3 (mm/sec)이다. 식 1에 따라 산출하면, 지연 시간(TdT)을 2.4x10-3 (sec) 즉 2.4 ms(milliseconds)이다.
따라서, 전극 슬러리 코팅 종료시, 제2 밸브의 폐쇄를 시작하는 시각(TT2)을 제1 밸브의 폐쇄를 시작하는 시각(TT1)보다 2.4 ms 만큼 지연하였다. 이 경우, 제조된 전극은 도 4에 도시된 바와 같다. 도 4에서, 하부 활물질층(311)의 두께가 얇아지는 R1 지점과 상부 활물질층(321)의 두께가 얇아지는 R2 지점이 실질적으로 일치됨을 알 수 있다.
또한, 각 밸브의 폐쇄 시간은 1.5ms였으며, 개방 시간은 3.0ms였다.
(실시예 2)
도 1에 도시된 전극 슬러리 코팅 장치를 이용하여 리튬 이차전지용 양극을 제조하였다. 장치에 대한 구체적인 설명은, 제1 실시 형태와 중복되므로 생략한다.
집전체의 이동 속도를 40m/min로 변경한 것을 제외하고는 제1 실시형태와 동일하게 실시하였다.
제1 및 제2 슬롯 다이 헤드의 이격거리(mm)인 하판과 중판의 판간거리 및 중판의 길이의 합은 2 (mm)이다. 또한, 컨베이어에 의한 집전체의 이동 속도(mm/sec)는 40 (m/min)이고, 이를 환산하면 666.7 (mm/sec)이다. 식 1에 따라 산출하면, 지연 시간(TdT)을 3.0x10-3 (sec) 즉 3.0 ms(milliseconds)이다.
따라서, 전극 슬러리 코팅 종료시, 제2 밸브의 폐쇄를 시작하는 시각(TT2)을 제1 밸브의 폐쇄를 시작하는 시각(TT1)보다 3.0 ms 만큼 지연하였다.
또한, 각 밸브의 폐쇄 시간은 1.5ms였으며, 개방 시간은 3.0ms였다.
(비교예 1)
전극 슬러리 코팅 종료 시 폐쇄 지연을 하지 않고 동시에 제1 및 제2 밸브를 폐쇄하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
또한, 각 밸브의 폐쇄 시간은 1.5ms였으며, 개방 시간은 3.0ms였다.
상기 실시예 1 및 2와 비교예 1에서 활물질층의 로딩 꺼짐 구간을 자로 측정하여 그 측정 거리를 표 1에 표기하였다.
구분 로딩 꺼짐 구간 거리
실시예1 4.0mm
실시예2 4.5mm
비교예1 5.5mm
상기 실시예 1 및 2는 비교예 1에 비하여, 제2 밸브에서의 슬러리 토출을 지연시킴으로써(밸브의 폐쇄를 지연시킴으로써) 로딩 꺼짐 구간 거리를 더욱 좁힐 수 있었으며, 이를 통해 폐기 되는 영역을 줄이는 효과가 입증되었다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
101, 201, 301: 집전체
110: 제1 슬롯 다이 헤드
111, 211, 311: 하부 슬러리층
120: 제2 슬롯 다이 헤드
121, 221, 321: 상부 슬러리층
130: 코팅 다이
131: 하판
132: 중판
133: 상판
a : 하판과 중판의 판간 거리
b : 중판 길이

Claims (12)

  1. 상판, 중판 및 하판으로 구성된 다이를 포함하는 전극 슬러리 코팅 장치에 있어서,
    하판 및 중판 사이에 위치하며, 하부 활물질층을 형성하는 슬러리를 컨베이어에 의해 이동되는 집전체 상에 토출하는 제1 슬롯 다이 헤드;
    상기 제1 슬롯 다이 헤드와 코팅 방향의 하류쪽으로 이격되어 중판 및 상판 사이에 위치하며, 상부 활물질층을 형성하는 슬러리를 상기 집전체의 하부 활물질층 상에 토출하는 제2 슬롯 다이 헤드;
    상기 제1 슬롯 다이 헤드의 토출을 개폐하는 제1 밸브;
    상기 제2 슬롯 다이 헤드의 토출을 개폐하는 제2 밸브; 및
    상기 제1 및 제2 밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는, 전극 슬러리 코팅 종료시,
    제1 밸브가 폐쇄되면서 제1 슬롯 다이 헤드를 통한 슬러리의 토출이 중단되어 하부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R1)과, 제2 밸브가 폐쇄되면서 제2 슬롯 다이 헤드를 통한 슬러리의 토출이 중단되어 상부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R2)이 서로 대응되도록 제1 및 제2 밸브의 폐쇄 시각을 제어하는 전극 슬러리 코팅 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 전극 슬러리 코팅 종료시, 제2 밸브를 폐쇄하기 시작하는 시각(TT2)을 제1 밸브를 폐쇄하기 시작하는 시각(TT1)보다 하기 식 1에 따른 폐쇄 지연 시간(TdT) 만큼 지연하는 것을 특징으로 하는 전극 슬러리 코팅 장치:
    [식 1]
    폐쇄 지연 시간(TdT, sec) = (하판과 중판의 판간 거리(a) +중판의 길이(b)) / 컨베이어에 의한 집전체의 이동 속도(mm/sec).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 밸브에서 밸브가 100% 개방상태에서 100% 폐쇄 상태로 전환되기까지 소요된 폐쇄 시간(TT1' - TT1 또는 TT2' - TT2 ) 은
    상기 각 밸브에서 밸브가 100% 폐쇄상태에서 100% 개방 상태로 전환되기 까지 소요된 개방 시간(TS1' - TS1 또는 TS2' - TS2)보다 더 짧거나 같도록 조절하는 것을 특징으로 하는 전극 슬러리 코팅 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개방 시간(TS1' - TS1 또는 TS2' - TS2)은 폐쇄 시간(TT1' - TT1 또는 TT2' - TT2 ) 대비 1 내지 10배인 것을 특징으로 하는 전극 슬러리 코팅 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    집전체의 표면과 제1 슬롯 다이 헤드의 이격거리(DH1)는, 제1 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리에 의해 형성된 하부 활물질층의 평균 두께(D1)의 70 내지 150% 범위인 것을 특징으로 하는 전극 슬러리 코팅 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    집전체의 표면과 제1 슬롯 다이 헤드의 이격거리(DH1)와 집전체의 표면과 제2 슬롯 다이 헤드의 이격거리(DH2)의 차이(DH2 - DH1)는 제1 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리에 의해 형성된 하부 활물질층의 평균 두께(D1)의 60 내지 110% 범위인 것을 특징으로 하는 전극 슬러리 코팅 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제1 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리에 의해 형성된 하부 활물질층의 평균 두께(D1)와 제2 슬롯 다이 헤드를 통해 토출된 슬러리에 의해 형성된 상부 활물질층의 평균 두께(D2)의 비율은 30~70:70~30 범위(D1 : D2)인 전극 슬러리 코팅 장치.
  8. 상판, 중판 및 하판으로 구성된 다이를 이용한 전극 슬러리 코팅 방법에 있어서,
    집전체 상에 하판과 중판 사이 위치하는 제1 슬롯 다이 헤드를 통해 슬러리를 토출하여 하부 활물질층을 형성하는 단계; 및
    하부 활물질층 상에 상기 제1 슬롯 다이 헤드와 코팅 방향의 하류쪽으로 이격되어 중판 및 상판 사이에 위치하는 제2 슬롯 다이 헤드를 통해 슬러리를 토출하여 상부 활물질층을 형성하는 단계를 포함하며,
    전극 슬러리 코팅 종료시,
    슬러리의 토출이 중단되어 하부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R1)과, 슬러리의 토출이 중단되어 상부 활물질층의 두께가 감소되는 지점(R2)가 서로 대응되도록 제1 및 제2 슬롯 다이 헤드의 토출 종료 시각을 제어하는 전극 슬러리 코팅 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    전극 슬러리 코팅 종료시,
    상부 활물질층을 형성하는 슬러리의 토출 중단 시각(TT2)을 하부 활물질층을 형성하는 슬러리의 토출 중단 시각(TT1)보다 하기 식 1에 따른 폐쇄 지연 시간(TdT) 만큼 지연하는 것을 특징으로 하는 전극 슬러리 코팅 방법:
    [식 1]
    폐쇄 지연 시간(TdT, sec) = (하판과 중판의 판간 거리(a) +중판의 길이(b)) / 컨베이어에 의한 집전체의 이동 속도(mm/sec).
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 각 밸브에서 밸브가 100% 개방상태에서 100% 폐쇄 상태로 전환되기까지 소요된 폐쇄 시간(TT1' - TT1 또는 TT2' - TT2 ) 은
    상기 각 밸브에서 밸브가 100% 폐쇄상태에서 100% 개방 상태로 전환되기 까지 소요된 개방 시간(TS1' - TS1 또는 TS2' - TS2)보다 더 짧거나 같도록 조절하는 것을 특징으로 하는 전극 슬러리 코팅 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 개방 시간(TS1' - TS1 또는 TS2' - TS2)은 폐쇄 시간(TT1' - TT1 또는 TT2' - TT2 ) 대비 1 내지 10배인 것을 특징으로 하는 전극 슬러리 코팅 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    하부 활물질층의 평균 두께(D1)와 상부 활물질층의 평균 두께(D2)의 비율은 30~70:70~30 범위(D1 : D2)인 전극 슬러리 코팅 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022060174A1 (ko) * 2020-09-17 2022-03-24 주식회사 엘지에너지솔루션 듀얼 슬롯 다이 코터, 이를 이용한 전극 활물질 슬러리 코팅 방법 및 이를 이용하여 제조한 전극

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6367133U (ko) 1986-10-23 1988-05-06
KR20160004386A (ko) * 2013-05-03 2016-01-12 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오 슬롯-다이 코팅 방법, 장치, 및 기판

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6367133U (ko) 1986-10-23 1988-05-06
KR20160004386A (ko) * 2013-05-03 2016-01-12 네덜란제 오르가니자티에 포오르 토에게파스트-나투우르베텐샤펠리즈크 온데르조에크 테엔오 슬롯-다이 코팅 방법, 장치, 및 기판

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022060174A1 (ko) * 2020-09-17 2022-03-24 주식회사 엘지에너지솔루션 듀얼 슬롯 다이 코터, 이를 이용한 전극 활물질 슬러리 코팅 방법 및 이를 이용하여 제조한 전극

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