KR20210061578A - 이차전지 전극 제조용 슬롯다이 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 슬롯의 폭에 대하여 활물질 슬러리의 토출 속도 분포를 균일하게 하여, 기재의 폭에 대하여 활물질층의 코팅 두께를 균일하게 하는 이차전지 전극 제조용 슬롯다이를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이는, 제1블록; 상기 제1블록과 대향되는 제2블록; 및 상기 제1블록 및 상기 제2블록 사이에 위치하는 심(Shim)부재를 포함하며, 상기 제1블록 및 상기 제2블록은 서로 결합하여 활물질 슬러리를 토출하는 슬롯을 형성하고, 상기 제1블록은 상기 활물질 슬러리를 수용하는 챔버를 포함하고 상기 슬롯의 폭 방향과 토출 방향으로 제1면을 형성하고, 상기 제2블록은 상기 제1면에 대향하여 상기 슬롯의 폭 방향과 토출 방향으로 제2면을 형성하며, 상기 심부재는 상기 제1면과 상기 제2면의 양단에서 서로 마주하고 상기 슬롯의 높이 방향으로 형성된 단부를 포함하고, 상기 단부는 상기 심부재의 제1기준점으로부터 제2기준점까지 상기 폭 방향으로 제1조절폭(Lw)만큼 돌출되고, 상기 제2기준점으로부터 제3기준점까지 토출 방향에 대하여 제1각도(θ1)를 가지고 경사지며 상기 토출 방향으로 상기 제1조절길이(Ls)만큼 형성되는 폭 조절부를 포함한다.

Description

이차전지 전극 제조용 슬롯다이 {RECHARGEABLE BATTERY ELECTRODE MANUFACTURING SLOT DIE}
본 발명은 이차전지 전극 제조용 슬롯다이(slot die)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기재에 코팅되는 활물질 슬러리의 토출 속도를 조절하는 심(shim)부재를 가지는 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에 관한 것이다.
이차전지(rechargeable battery)는 일차전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다. 소용량화 이차전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용된다. 대용량화 및 고밀도화 이차전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원이나 에너지 저장용으로 사용된다.
이차전지는 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체, 전극 조립체와 전해액을 수용하는 케이스, 케이스의 개구에 결합되는 캡 플레이트, 및 전극 조립체를 캡 플레이트의 외부로 인출하는 전극단자를 포함한다.
전극 조립체는 전기 절연재인 분리막의 양측에 전극을 배치하고, 분리막과 건극을 권취, 적층 또는 이들의 혼합 구조로 형성될 수 있다. 분리막은 전극 조립체 내에서 서로 다른 극성의 전극을 격리하면서 이온 전도도를 지속적으로 유지시켜 주어 전극 조립체의 충전과 방전을 가능하게 한다.
전극은 기재에 활물질 슬러리를 코팅하여 형성된다. 기재에 활물질 슬러리를 코팅하여 전극을 제조하는데 슬롯다이(slot die)가 사용된다. 슬롯다이는 활물질 슬러리를 공급하는 챔버를 형성하고 활물질 슬러리를 토출하는 슬롯의 높이를 설정하는 하부블록과 상부블록 및 이들 사이에 설치되어 슬롯의 폭을 설정하는 심부재를 포함한다.
일반적으로, 심부재의 양단 사이에 설정되는 슬롯의 폭에 대하여, 활물질 슬러리의 토출 속도 분포가 불균일 하게 되면, 기재의 폭 방향 양단 엣지에서 활물질 슬러리의 솟음 현상이 발생되고. 기재의 폭 방향에서 활물질 슬러리의 코팅 두께가 불균일하게 된다.
본 발명의 일 실시예는 슬롯의 폭에 대하여 활물질 슬러리의 토출 속도 분포를 균일하게 하여, 기재의 폭에 대하여 활물질층의 코팅 두께를 균일하게 하는 이차전지 전극 제조용 슬롯다이를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이는, 제1블록; 상기 제1블록과 대향되는 제2블록; 및 상기 제1블록 및 상기 제2블록 사이에 위치하는 심(Shim)부재를 포함하며, 상기 제1블록 및 상기 제2블록은 서로 결합하여 활물질 슬러리를 토출하는 슬롯을 형성하고, 상기 제1블록은 상기 활물질 슬러리를 수용하는 챔버를 포함하고 상기 슬롯의 폭 방향과 토출 방향으로 제1면을 형성하고, 상기 제2블록은 상기 제1면에 대향하여 상기 슬롯의 폭 방향과 토출 방향으로 제2면을 형성하며, 상기 심부재는 상기 제1면과 상기 제2면의 양단에서 서로 마주하고 상기 슬롯의 높이 방향으로 형성된 단부를 포함하고, 상기 단부는 상기 심부재의 제1기준점으로부터 제2기준점까지 상기 폭 방향으로 제1조절폭(Lw)만큼 돌출되고, 상기 제2기준점으로부터 제3기준점까지 토출 방향에 대하여 제1각도(θ1)를 가지고 경사지며 상기 토출 방향으로 상기 제1조절길이(Ls)만큼 형성되는 폭 조절부를 포함한다.
상기 슬롯의 폭(W) 대비 상기 제1조절폭(Lw)의 폭비율(Lw/W)은 0보다 크고 0.1 이하일 수 있다(0 < Lw/W ≤ 0.1). 상기 슬롯의 폭(W) 대비 상기 제1조절폭(Lw)의 폭비율(Lw/W)은 0.02 이상이고 0.06 이하일 수 있다(0.02 ≤ Lw/W ≤ 0.06).
상기 슬롯의 토출 방향의 길이(S) 대비 상기 제1조절길이(Ls)의 길이비율(Ls/S)은 0보다 크고 0.5 이하일 수 있다(0 < Ls/S ≤ 0.5).
상기 제1각도(θ1)는 0˚ 보다 크고 30˚ 이하일 수 있다(0˚ < θ1 ≤ 30˚).
상기 폭 조절부는 상기 토출 방향에 대하여 상기 슬롯의 최소폭에서 상기 슬롯의 폭을 점진적으로 증가시키는 폭증가부를 포함할 수 있다.
상기 폭 조절부는 상기 폭증가부에 상기 토출 방향으로 이어지고 상기 토출 방향에 대하여 상기 슬롯의 폭을 점진적으로 감소시키는 폭감소부를 더 포함할 수 있다
상기 폭 조절부는 상기 심부재의 상기 제3기준점으로부터 제4기준점까지 상기 토출 방향에 대하여 상기 제1각도의 반대 방향으로 제2각도(θ2)를 가지고 경사지게 형성될 수 있다
상기 제2각도(θ2)는 0˚ 보다 크고 15˚ 이하일 수 있다(0˚ < θ2 ≤ 15˚).
상기 폭 조절부는 상기 폭감소부에 상기 토출 방향으로 더 이어지고 상기 토출 방향의 끝에서 라운드로 형성되어 상기 토출 방향에 대하여 상기 슬롯의 폭을 다시 증가시키는 볼록 라운드부를 더 포함할 수 있다
상기 폭 조절부는 상기 폭증가부에 상기 토출 방향으로 더 이어지고 상기 토출 방향에 대하여 상기 슬롯의 폭을 점진적으로 추가 증가시키는 추가 폭증가부를 더 포함할 수 있다.
상기 폭 보절부는 상기 심부재의 상기 제3기준점으로부터 제5기준점까지 상기 토출 방향에 대하여 상기 제1각도의 방향으로 제3각도(θ3)를 가지고 경사지게 형성될 수 있다.
상기 제3각도(θ3)는 0˚ 보다 크고 25˚ 이하일 수 있다(0˚ < θ3 ≤ 25˚).
상기 폭 조절부는 상기 추가 폭증가부에 상기 토출 방향으로 더 이어지고 상기 토출 방향의 끝에서 라운드로 형성되어 상기 토출 방향에 대하여 상기 슬롯의 폭을 다시 감소시키는 오목 라운드부를 더 포함할 수 있다.
상기 폭 조절부는 상기 제1면과 상기 제2면에 수직으로 연결되도록 상기 높이 방향을 따라 직선으로 형성될 수 있다.
상기 폭 조절부는 상기 제1면과 상기 제2면에 라운드로 연결되도록 상기 슬롯을 향하여 오목 라운드 또는 볼록 라운드로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 슬롯다이는 심부재의 양단 사이에 설정되는 슬롯의 폭에 대하여, 활물질 슬러리의 토출 속도 분포가 균일하게 되어, 기재의 폭 방향 양단 엣지(edge)에서 활물질 슬러리의 솟음 형상을 방지할 수 있다. 따라서 일 실시예는 기재의 폭 방향 전체에서 활물질층의 코팅 두께를 균일하게 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이(slot die)의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 사용되는 심부재의 평면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2에서 슬롯의 폭을 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 폭을 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 폭을 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 폭을 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 폭을 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 높이를 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제7실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 높이를 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제8실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 높이를 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 슬롯다이 중 어느 하나의 슬롯다이를 사용한 경우와 비교예의 슬롯다이를 사용한 경우에서 슬롯의 폭에 따른 활물질 슬러리의 코팅 두께 관계를 도시한 그래프이다.
도 13은 평가예의 비교예에서, 기재의 폭에 따른 활물질층의 코팅 두께를 도시한 전극의 단면도이다.
도 14는 평가예의 실시예에서, 기재의 폭에 따른 활물질층의 코팅 두께를 도시한 전극의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이(slot die)의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 사용되는 심부재의 평면도이며, 도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라서 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1실시예의 이차전지 전극 제조용 슬롯다이(이하에서 "슬롯다이"라 함)(1)는 제1블록(10)과 제2블록(20) 및 이들 사이에 설치되는 심(shim)부재(30)를 포함한다. 제1, 제2블록(10, 20) 및 서로의 사이에 설치되는 심부재(30)는 체결부재(131)로 체결되어 슬롯다이를 형성할 수 있다.
제1블록(10)은 공급되는 활물질 슬러리를 일시적으로 저장하도록 형성되는 챔버(11)를 구비한다. 제1블록(10)의 하부에는 공급부(12)가 연결되어 챔버(11)로 활물질 슬러리를 공급한다. 서로 결합되는 제1, 제2블록(10, 20)은 활물질 슬러리를 토출하는 슬롯(40)을 형성한다. 슬롯(40)은 x, z축 방향에서 사각형(도 9 참조)으로 형성되거나, 심부재(3)의 형상에 따라 x축 방향에서 라운드로 변형될 수 있다.
제1블록(10)은 슬롯(40)의 높이 방향(z축 방향) 하측에서 슬롯(40)의 폭 방향(x축 방향)과 토출 방향(y축 방향)의 가상 평면에 마주하는 제1면(13)을 형성한다. 제2블록(20)은 제1면(13)에 대향하여 슬롯(40)의 높이 방향(z축 방향)에서 폭 방향(x축 방향)과 토출 방향(y축 방향)의 가상 평면에 마주하는 제2면(23)을 형성한다.
심부재(30)는 제1, 제2블록(10, 20) 사이에 설치되고, 슬롯(40)의 제1면(13)과 제2면(23)의 양단에서 서로 마주하는 단부(31, 32)를 포함한다. 심부재(30)는 양 단부(31, 32)에 의해 슬롯(40)의 높이 방향(z축 방향)과 토출 방향(y축 방향)의 가상 측면에 마주하는 제3면(33)과 제4면(34)을 형성한다.
심부재(30)에서 z축 방향의 두께는 슬롯(40)의 높이(H)를 설정하고, 제3, 제4면(33, 34)의 토출 방향(y축 방향) 끝에서 간격(x축 방향의 거리)이 슬롯(40)의 폭(W)을 설정하며, 제3, 제4면(33, 34)의 토출 방향(y축 방향)의 너비가 슬롯(40)의 토출 방향(x축 방향)의 길이(S)를 설정한다.
슬롯다이(1)는 공급부(12)를 경유하여 공급되는 활물질 슬러리를 챔버(11)에 일시적으로 수용하였다가 슬롯(40)을 통하여 토출하므로 슬롯(40)의 전방으로 진행되는 기재(ES)에 활물질 슬러리를 도포하여 활물질층(AL)을 형성하게 된다(도 12 및 도 14 참조).
도 4는 도 2에서 슬롯의 폭을 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 평면도이다. 편의상, 도 4는 일측 단부(32)를 예시한다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 단부(32)는 심부재(30)의 제1기준점(P1)으로부터 제2기준점(P2)까지 폭 방향(x축 방향)으로 제1조절폭(Lw)만큼 돌출되고, 제2기준점(P2)으로부터 제3기준점(P3)까지 토출 방향(y축 방향)에 대하여 제1각도(θ1)를 가지고 경사지며 토출 방향(y축 방향)으로 제1조절길이(Ls)만큼 형성되는 폭 조절부(A1)를 포함한다.
실질적으로, 폭 조절부(A1)는 대향하는 제3, 제4면(33, 34)에 형성된다. 폭 조절부(A1)는 토출 방향(y축 방향)에 대하여 슬롯(40)의 최소폭에서 슬롯(40)의 폭(W)을 점진적으로 증가시키는 폭증가부(341)를 포함한다.
폭증가부(341)는 심부재(30)의 제1기준점(P1)으로부터 제2기준점(P2)까지 폭 방향(x축 방향)으로 제1조절폭(Lw)만큼 돌출되고, 제2기준점(P2)으로부터 제3기준점(P3)까지 토출 방향(y축 방향)에 대하여 제1각도(θ1)를 가지고 경사지며 토출 방향(y축 방향)으로 제1조절길이(Ls)만큼 형성된다.
심부재(30)의 단부(32)에서 제1조절폭(Lw)과 제1조절길이(Ls)로 설정되는 랜드(L1)는 슬롯(40)의 폭 방향(x축 방향) 중앙부에서 활물질 슬러리의 토출 속도를 상승시키고, 슬롯(40)의 폭 방향(x축 방향) 양측에 해당되는 제3, 제4면(33, 34) 측에서 활물질 슬러리의 토출 속도를 하강시킨다. 즉 단부(32)의 랜드(L1)는 슬롯(40)의 폭(W) 전체에서 활물질 슬러리의 토출 속도를 보다 균일하게 한다.
단부(32)의 폭증가부(341) 및 랜드(L1)에 대하여 보다 구체적으로 설명할 수 있다. 슬롯(40)의 폭(W) 대비 제1조절폭(Lw)의 폭비율(Lw/W)은 0보다 크고 0.1 이하일 수 있다(0 < Lw/W ≤ 0.1). 폭비율(Lw/W)이 범위(0 < Lw/W ≤ 0.1) 내인 경우, 활물질 슬러리의 토출 속도가 적절히 하강되어, 활물질 슬러리가 기재(ES) 상에 균일하게 코팅될 수 있다.
또한 슬롯(40)의 폭(W) 대비 제1조절폭(Lw)의 폭비율(Lw/W)은 0.02 이상이고 0.06 이하일 수 있다(0.02 ≤ Lw/W ≤ 0.06). 이 경우, 폭비율(Lw/W)은 활물질 슬러리의 토출 속도를 적절히 하강시킬 수 있다. 따라서 단부(32)의 폭증가부(341) 및 랜드(L1)는 슬롯(40)의 폭(W) 전체에서 활물질 슬러리의 토출 속도를 보다 균일하게 할 수 있다.
슬롯(40)의 토출 방향(y축 방향)의 길이(S) 대비 제1조절길이(Ls)의 길이비율(Ls/S)은 0보다 크고 0.5 이하일 수 있다(0 < Ls/S ≤ 0.5). 길이비율(Ls/S)이 범위(0 < Ls/S ≤ 0.5) 내인 경우, 하강된 활물질 슬러리의 토출 속도가 적절한 시간 동안 유지될 수 있다.
또한 슬롯(40)의 토출 방향(y축 방향)의 길이(S) 대비 제1조절길이(Ls)의 길이비율(Ls/S)은 0.05 이상이고 0.2 이하일 수 있다(0.05 ≤ Ls/S ≤ 0.2). 이 경우, 길이비율(Ls/S)은 하강된 활물질 슬러리의 토출 속도를 필요한 시간만큼 유지시킬 수 있다. 따라서 단부(32)의 폭증가부(341) 및 랜드(L1)는 슬롯(40)의 폭(W) 전체에서 활물질 슬러리의 토출 속도를 보다 균일하게 할 수 있다.
제2기준점(P2)과 제3기준점(P3)을 잇는 경사면이 토출 방향(y축 방향)에 대하여 설정되는 제1각도(θ1)는 0˚ 보다 크고 30˚ 이하일 수 있다(0˚ < θ1 ≤ 30˚). 제1각도(θ1)가 범위(0˚ < θ1 ≤ 30˚) 내인 경우, 활물질 슬러리의 토출 속도가 적절히 하강되어, 활물질 슬러리가 기재(ES) 상에 균일하게 코팅될 수 있다.
또한 제1각도(θ1)는 5˚ 이상이고 25˚ 이하일 수 있다(5˚ ≤ θ1 ≤ 25˚). 이 경우, 제1각도(θ1)는 활물질 슬러리의 토출 속도를 적절히 하강시킬 수 있다. 따라서 단부(32)의 폭증가부(341) 및 랜드(L1)는 슬롯(40)의 폭(W) 전체에서 활물질 슬러리의 토출 속도를 보다 균일하게 할 수 있다.
한편, 활물질 슬러리는 요구되는 점도보다 낮은 점도를 가질 경우, 엣지(edge) 퍼짐 현상이 심해지면서 슬롯(40)의 폭 방향(y축 방향) 양측에서 유량 감소로 인하여 엣지 꺼짐 현상을 크게 한다.
그리고 활물질 슬러리는 요구되는 점도보다 높은 점도를 가질 경우, 엣지 솟음 현상을 발생시킨다. 즉 슬롯(40)의 폭 방향(y축 방향) 양측에서 활물질 슬러리의 유동 감소에 의한 활물질 슬러리의 표면장력(surface tension) 강화로 인하여 엣지 솟음 현상이 발생할 수 있다.
따라서 활물질 슬러리는 구성하는 물질의 종류에 상응하는 점도를 가지게 되며, 요구되는 점도 범위 내에서는 슬롯(40)의 폭 방향에 대하여 토출 속도를 보다 균일하게 할 수 있다.
이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 제1실시예 및 기 설명한 실시예들과 비교하여 동일한 구성을 생략하고 서로 다른 구성들에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 폭을 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 평면도이다. 도 5를 참조하면, 제2실시예의 슬롯다이에서 심부재(230)의 단부(35)는 폭 조절부(A2)를 포함한다. 폭 조절부(A2)는 제1실시예 심부재(30)의 폭증가부(341)에 폭감소부(351)를 더 포함한다. 폭감소부(351)는 폭증가부(341)에 토출 방향(y축 방향)으로 이어지고 토출 방향에 대하여 슬롯(240)의 폭(W2)을 점진적으로 감소시킨다.
폭감소부(351)는 심부재(230)에서 폭증가부(341)의 끝 지점인 제3기준점(P3)으로부터 제4기준점(P4)까지 토출 방향(y축 방향)에 대하여 제1각도(θ1)의 반대 방향으로 제2각도(θ2)를 가지고 경사지게 토출 방향(y축 방향의 길이(S)에서 제1조절길이(Ls)만큼 뺀 길이(S-Ls)로 형성된다.
심부재(230)의 단부(35)는 제1실시예 심부재(30) 랜드(L1)의 작용에 더하여, 폭감소부(351)로 활물질 슬러리의 토출 속도를 더 제어한다.
제3기준점(P3)과 제4기준점(P4)을 잇는 경사면이 토출 방향(y축 방향)에 대하여 설정되는 제2각도(θ2)는 0˚ 보다 크고 15˚ 이하일 수 있다(0˚ < θ2 ≤ 15˚). 제2각도(θ2)가 범위(0˚ < θ2 ≤ 15˚) 내인 경우, 하강된 활물질 슬러리의 토출 속도가 적절히 상승되어, 활물질 슬러리가 기재(ES) 상에 균일하게 코팅될 수 있다.
또한 제2각도(θ2)는 5˚ 이상이고 10˚ 이하일 수 있다(5˚ ≤ θ2 ≤ 10˚). 이 경우, 제2각도(θ2)는 하강된 활물질 슬러리의 토출 속도를 적절히 상승시킬 수 있다. 따라서 단부(35)의 폭감소부(351)는 슬롯(240)의 폭(W2) 전체에서 활물질 슬러리의 토출 속도를 보다 균일하게 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 폭을 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 평면도이다. 도 6을 참조하면, 제3실시예의 슬롯다이에서 심부재(330)의 단부(36)는 폭 조절부(A3)를 포함한다. 폭 조절부(A3)는 제2실시예 심부재(230)의 폭감소부(351)의 끝에 볼록 라운드부(361)를 더 포함한다.
단부(36)의 볼록 라운드부(361)는 토출 방향의 끝에서 라운드로 형성되어 토출 방향에 대하여 슬롯(340)의 폭(W3)을 다시 증가시킨다. 이 경우, 폭감소부(351)의 볼록 라운드부(361)는 상승된 활물질 슬러리의 토출 속도를 적절히 하강시킬 수 있다. 따라서 단부(36)에서 폭감소부(351)의 볼록 라운드부(361)는 슬롯(340)의 폭(W3) 전체에서 활물질 슬러리의 토출 속도를 보다 균일하게 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 폭을 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 평면도이다. 도 7을 참조하면, 제4실시예의 슬롯다이에서 심부재(330)의 단부(37)는 폭 조절부(A4)를 포함한다. 폭 조절부(A4)는 제1실시예 심부재(30)의 폭증가부(341)에 추가 폭증가부(371)를 더 포함한다. 추가 폭증가부(371)는 폭증가부(341)에 토출 방향(y축 방향)으로 이어지고 토출 방향(y축 방향)에 대하여 슬롯(440)의 폭(W4)을 점진적으로 추가 증가시킨다.
추가 폭증가부(371)는 심부재(430)의 폭증가부(341)의 끝 지점인 제3기준점(P3)으로부터 제5기준점(P5)까지 토출 방향에 대하여 제1각도(θ1)의 방향으로 제3각도(θ3)를 가지고 경사지게 토출 방향(y축 방향의 길이(S)에서 제1조절길이(Ls)만큼 뺀 길이(S-Ls)로 형성된다.
심부재(430)의 단부(37)는 제1실시예 심부재(30)의 랜드(L1)의 작용에 더하여, 추가 폭증가부(371)로 활물질 슬러리의 토출 속도를 더 제어한다.
제3기준점(P3)과 제5기준점(P5)을 잇는 경사면이 토출 방향(y축 방향)에 대하여 설정되는 제3각도(θ3)는 0˚ 보다 크고 25˚ 이하일 수 있다(0˚ < θ3 ≤ 25˚). 제3각도(θ3)가 범위(0˚ < θ3 ≤ 25˚) 내인 경우, 하강된 활물질 슬러리의 토출 속도가 추가로 적절히 하강되어, 활물질 슬러리가 기재(ES) 상에 균일하게 코팅될 수 있다.
또한 제3각도(θ3)는 5˚ 이상이고 20˚ 이하일 수 있다(5˚ ≤ θ3 ≤ 20˚). 이 경우, 제3각도(θ3)는 하강된 활물질 슬러리의 토출 속도를 추가로 적절히 하강시킬 수 있다. 따라서 단부(37)의 추가 폭증가부(371)는 슬롯(440)의 폭(W4) 전체에서 활물질 슬러리의 토출 속도를 보다 균일하게 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 폭을 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 평면도이다. 도 8을 참조하면, 제5실시예의 슬롯다이에서 심부재(530)의 단부(38)는 폭 조절부(A5)를 포함한다. 폭 조절부(A5)는 제4실시예 심부재(430)의 추가 폭증가부 끝에 오목 라운드부(381)를 더 포함한다.
단부(38)의 오목 라운드부(381)는 토출 방향의 끝에서 라운드로 형성되어 토출 방향에 대하여 슬롯(540)의 폭(W5)을 다시 감소시킨다. 이 경우, 추가 폭증가부의 오목 라운드부(381)는 하강된 활물질 슬러리의 토출 속도를 적절히 상승시킬 수 있다. 따라서 단부(38)에서 추가 폭증가부의 오목 라운드부(381)는 슬롯(540)의 폭(W5) 전체에서 활물질 슬러리의 토출 속도를 보다 균일하게 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 높이를 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 단면도이다. 도 9를 참조하면, 제6실시예의 슬롯다이(6)에서, 심부재(630)의 단부(44)에 구비되는 폭 조절부(A6)는 슬롯(640)을 향하여 제1면(13)과 제2면(23)에 수직으로 연결되도록 높이 방향(z축 방향)을 따라 직선으로 형성된다. 직선의 폭 조절부(A6)는 속도 조절된 활물질 슬러리가 슬롯(640)의 높이 방향에서 균일하도록 조절한다.
도 10은 본 발명의 제7실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 높이를 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 단면도이고, 도 11은 본 발명의 제8실시예에 따른 이차전지 전극 제조용 슬롯다이에서 슬롯의 높이를 설정하는 심부재의 일측 단부를 도시한 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제7, 제8실시예의 슬롯다이(7, 8)에서, 심부재(730, 830)의 단부(45, 46)에 구비되는 폭 조절부(A7, A8)는 제1면(13)과 제2면(23)에 라운드로 연결되도록 슬롯(740, 840)을 향하여 오목 라운드와 볼록 라운드로 각각 형성된다.
오목 라운드의 폭 조절부(A7)는 속도 조절된 활물질 슬러리가 슬롯(740)의 높이 방향(z축 방향) 중 중앙에서 최소가 되고 양단에서 최대가 되도록 조절한다. 볼록 라운드의 폭 조절부(A8)는 속도 조절된 활물질 슬러리가 슬롯(840)의 높이 방향(z축 방향) 중 중앙에서 최대가 되고 양단에서 최소가 되도록 조절한다.
제6, 제7 및 제8실시예의 슬롯다이(6, 7, 8)의 심부재(630, 730, 830)는 제1 내지 제5실시예의 슬롯다이의 심부재(30, 230, 330, 430, 530)에 선택적으로 적용되어 슬롯(40, 240, 340, 440, 540)의 폭(W, W2, W3, W4, W5) 전체에서 활물질 슬러리의 토출 속도를 보다 더 균일하게 제어할 수도 있다.
이하에서 기재(ES0, ES)에 대한 활물질 슬러리(AL0, AL)의 코팅 두께에 대하여 평가예를 들어서 설명한다(도 12 내지 도 14 참조).
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 슬롯다이 중 어느 하나의 슬롯다이를 사용한 경우와 비교예의 슬롯다이를 사용한 경우에서 슬롯의 폭에 따른 활물질 슬러리의 코팅 두께 관계를 도시한 그래프이다. 비교예의 슬롯다이(미도시)에서 심부재의 양단은 토출 방향(y축 방향) 내측에서 최대 폭으로 형성되고, 외측으로 가면서 점점 좁아지는 폭으로 형성된다.
예로써 도 5를 참조하여 설명하면, 비교예의 슬롯다이는 제1기준점(P1)으로부터 토출 방향(y축 방향)의 길이(S) 전체에 걸쳐서 폭감소부를 형성할 수 있다. 폭감소부는 제1각도(θ1)의 반대방향으로 제1각도(θ1)의 크기만큼 경사지게 형성될 수 있다.
도 12는 이러한 비교예의 심부재를 적용한 슬롯다이와 실시예(일례로써, 제3실시예)의 심부재(330)를 적용한 슬롯다이에서, 슬롯(340)의 폭(W3)에 대한 활물질 슬러리의 두께 관계를 비교한 그래프이다.
비교예의 관계 라인(L0)은 슬롯의 폭 방향 양단에서 활물질 슬러리의 두께를 최대로 형성하는 엣지 솟음 형상을 가진다. 이에 비하여, 실시예의 관계 라인(L3)은 슬롯(340)의 폭(W3) 방향 전체에서 활물질 슬러리의 두께를 대체로 균일하게 형성한다.
도 13은 평가예의 비교예에서, 기재의 폭에 따른 활물질층의 코팅 두께를 도시한 전극의 단면도이고, 도 14는 평가예의 실시예에서, 기재의 폭에 따른 활물질층의 코팅 두께를 도시한 전극의 단면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 비교예의 전극(E0)은 관계 라인(L0)에 따라서 기재(ES0)의 양단에서 활물질층(AL0)의 엣지 솟음 형상을 크게 가진다. 이에 비하여, 실시예의 전극(E3)은 관계 라인(L3)에 따라서 기재(ES)의 폭 방향 전체에서 대체로 균일한 두께의 활물질층(AL)을 형성할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 6, 7, 8: 슬롯다이(slot die) 10: 제1블록
11: 챔버 12: 공급부
13, 23: 제1, 제2면 20: 제2블록
30, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830: 심(shim)부재
33: 제3면 34: 제4면
31, 32, 35, 36, 37, 38, 44, 45, 46: 단부
40, 240, 340, 440, 540, 640, 740, 840: 슬롯
131: 체결부재 341: 폭증가부
351: 폭감소부 361: 볼록 라운드부
371: 추가 폭증가부 381: 오목 라운드부
A1, A2, A3, A4: 폭 조절부 A5, A6, A7, A8: 폭 조절부
AL, AL0: 활물질층 E0, E3: 전극
ES, ES0: 기재 H: 높이
L0: 관계 라인 L1: 랜드
L3: 관계 라인 Ls: 제1조절길이
Ls/S: 길이비율 Lw: 제1조절폭
Lw/W: 폭비율 P1: 제1기준점
P2: 제2기준점 P3: 제3기준점
P4: 제4기준점 P5: 제5기준점
S: 길이 W, W2, W3, W4, W5: 폭
θ1: 제1각도 θ2: 제2각도
θ3: 제3각도

Claims (16)

  1. 제1블록; 상기 제1블록과 대향되는 제2블록; 및 상기 제1블록 및 상기 제2블록 사이에 위치하는 심(Shim)부재를 포함하며,
    상기 제1블록 및 상기 제2블록은 서로 결합하여 활물질 슬러리를 토출하는 슬롯을 형성하고,
    상기 제1블록은 상기 활물질 슬러리를 수용하는 챔버를 포함하고 상기 슬롯의 폭 방향과 토출 방향으로 제1면을 형성하고,
    상기 제2블록은 상기 제1면에 대향하여 상기 슬롯의 폭 방향과 토출 방향으로 제2면을 형성하며,
    상기 심부재는 상기 제1면과 상기 제2면의 양단에서 서로 마주하고 상기 슬롯의 높이 방향으로 형성된 단부를 포함하고,
    상기 단부는
    상기 심부재의 제1기준점으로부터 제2기준점까지 상기 폭 방향으로 제1조절폭(Lw)만큼 돌출되고, 상기 제2기준점으로부터 제3기준점까지 토출 방향에 대하여 제1각도(θ1)를 가지고 경사지며 상기 토출 방향으로 상기 제1조절길이(Ls)만큼 형성되는 폭 조절부를 포함하는
    이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯의 폭(W) 대비 상기 제1조절폭(Lw)의 폭비율(Lw/W)은
    0보다 크고 0.1 이하인(0 < Lw/W ≤ 0.1)
    이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬롯의 폭(W) 대비 상기 제1조절폭(Lw)의 폭비율(Lw/W)은
    0.02 이상이고 0.06 이하인(0.02 ≤ Lw/W ≤ 0.06)
    이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯의 토출 방향의 길이(S) 대비 상기 제1조절길이(Ls)의 길이비율(Ls/S)은
    0보다 크고 0.5 이하인(0 < Ls/S ≤ 0.5)
    이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1각도(θ1)는
    0˚ 보다 크고 30˚ 이하인(0˚ < θ1 ≤ 30˚)
    이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폭 조절부는
    상기 토출 방향에 대하여 상기 슬롯의 최소폭에서 상기 슬롯의 폭을 점진적으로 증가시키는 폭증가부
    를 포함하는 이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폭 조절부는
    상기 폭증가부에 상기 토출 방향으로 이어지고 상기 토출 방향에 대하여 상기 슬롯의 폭을 점진적으로 감소시키는 폭감소부
    를 더 포함하는 이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 폭 조절부는
    상기 심부재의 상기 제3기준점으로부터 제4기준점까지 상기 토출 방향에 대하여 상기 제1각도의 반대 방향으로 제2각도(θ2)를 가지고 경사지게 더 형성되는
    이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2각도(θ2)는
    0˚ 보다 크고 15˚ 이하인(0˚ < θ2 ≤ 15˚)
    이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 폭 조절부는
    상기 폭감소부에 상기 토출 방향으로 더 이어지고 상기 토출 방향의 끝에서 라운드로 형성되어 상기 토출 방향에 대하여 상기 슬롯의 폭을 다시 증가시키는 볼록 라운드부
    를 더 포함하는 이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 폭 조절부는
    상기 폭증가부에 상기 토출 방향으로 더 이어지고 상기 토출 방향에 대하여 상기 슬롯의 폭을 점진적으로 추가 증가시키는 추가 폭증가부
    를 더 포함하는 이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 폭 조절부는
    상기 심부재의 상기 제3기준점으로부터 제5기준점까지 상기 토출 방향에 대하여 상기 제1각도의 방향으로 제3각도(θ3)를 가지고 경사지게 형성되는
    이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3각도(θ3)는
    0˚ 보다 크고 25˚ 이하인(0˚ < θ3 ≤ 25˚)
    이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 폭 조절부는
    상기 추가 폭증가부에 상기 토출 방향으로 더 이어지고 상기 토출 방향의 끝에서 라운드로 형성되어 상기 토출 방향에 대하여 상기 슬롯의 폭을 다시 감소시키는 오목 라운드부
    를 더 포함하는 이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 폭 조절부는
    상기 제1면과 상기 제2면에 수직으로 연결되도록 상기 높이 방향을 따라 직선으로 형성되는 이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 폭 조절부는
    상기 제1면과 상기 제2면에 라운드로 연결되도록 상기 슬롯을 향하여 오목 라운드 또는 볼록 라운드로 형성되는 이차전지 전극 제조용 슬롯다이.
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