KR20220023246A

KR20220023246A - 듀얼 슬롯 다이 코터

Info

Publication number: KR20220023246A
Application number: KR1020200104885A
Authority: KR
Inventors: 이택수; 전신욱; 최상훈
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2020-08-20
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2022-03-02
Also published as: KR102666575B1

Abstract

코팅 갭 조절이 용이하고 코팅 갭의 폭 방향 편차 제어를 할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터를 제공한다. 하부 슬롯을 구비하는 하부 다이와 상기 하부 다이의 상부에 배치되며 상부 슬롯을 구비하는 상부 다이를 포함하는 듀얼 슬롯 다이 코터로서, 상기 하부 다이의 상부에 형성되는 제1 평탄면과 상기 상부 다이의 하부에 형성되는 제2 평탄면은 슬라이딩 면을 형성하도록 서로 접하며, 상기 상부 다이와 하부 다이는 어느 일 측이 상기 슬라이딩 면을 따라 슬라이딩 되어 수평방향으로 상대적인 이동이 가능하도록 설치되며, 상기 하부 다이 및 상부 다이의 선단부와는 반대측의 면인 배면들에는 상기 하부 다이 및 상부 다이의 배면들에 볼트로 체결되어 상기 하부 다이 및 상부 다이 사이를 결합시키는 고정 블록을 더 포함하고, 상기 고정 블록은 상기 하부 다이 및 상부 다이 중 어느 한 다이의 배면과 밀착하는 기준 평면 대비 상기 선단부측으로 돌출되어 있는 단차부를 포함해 상기 단차부에 상기 하부 다이 및 상부 다이 중 다른 다이의 배면이 밀착함으로써, 상기 고정 블록에 결합되는 상기 하부 다이 및 상부 다이 블록들의 배면들간에 단차가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

듀얼 슬롯 다이 코터{Dual slot die coater}

본 발명은 2층 이상의 층을 습식으로 동시에 형성할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 코팅 갭(gap)의 폭 방향 편차 제어 수단을 가지는 듀얼 슬롯 다이 코터에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이러한 이차전지는 발전 요소인 전극조립체를 필수적으로 포함하고 있다. 전극조립체는, 양극, 분리막 및 음극이 적어도 1회 이상 적층된 형태를 가지며, 양극과 음극은 각각 알루미늄 호일과 구리 호일로 이루어진 집전체에 양극 활물질 슬러리 및 음극 활물질 슬러리가 도포 및 건조되어 제조된다. 이차전지의 충방전 특성을 균일하게 하기 위해서는, 이러한 양극 활물질 슬러리 및 음극 활물질 슬러리가 집전체에 고르게 코팅되어야 하며, 종래부터 슬롯 다이 코터를 이용하고 있다.

도 1은 종래 슬롯 다이 코터를 이용한 코팅 방법의 일 예를 도시한다.

도 1을 참조하면, 슬롯 다이 코터를 이용한 전극 제조 방법에서는, 코팅 롤(10)에 의해 이송되는 집전체(20) 위에 슬롯 다이 코터(30)로부터 토출된 활물질 슬러리를 도포하게 된다. 슬롯 다이 코터(30)에서 토출된 활물질 슬러리는 집전체(20)의 일 면에 넓게 도포되어 활물질층을 형성한다. 슬롯 다이 코터(30)는 2개의 다이 블록(31, 32)를 포함하고 2개의 다이 블록(31, 32) 사이에 슬롯(35)을 형성한 것으로, 1개의 슬롯(35)과 연통된 토출구(37)를 통해 1종의 활물질 슬러리를 토출하여 1층의 활물질층을 형성할 수가 있다. 슬롯 다이 코터는 바 코팅 또는 콤마 코팅에 비하여 고속 도포가 가능한 이점이 있어 높은 생산성의 관점에서 많이 적용되고 있다.

고에너지 밀도의 이차전지를 제조하기 위하여, 130㎛ 정도이던 활물질층의 두께는 점점 증가하여 300㎛에 달하고 있다. 두꺼운 활물질층을 종래 슬롯 다이 코터(30)를 가지고 형성하고 나면 건조시 활물질 슬러리 안의 바인더와 도전재 마이그레이션(migration)이 심화되어 최종 전극이 불균일하게 제조된다. 이러한 문제를 해결한다고 활물질층을 얇게 도포 후 건조하고 그 위에 다시 도포 후 건조하는 것과 같이 두 번에 걸쳐 코팅한다면 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 전극 성능과 생산성을 동시에 향상시키기 위하여는 2종의 활물질 슬러리를 동시에 도포할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터가 필요하다.

도 2는 종래 듀얼 슬롯 다이 코터에서 집전체(20)의 주행 방향(MD 방향)을 따른 단면도이다.

도 2를 참조하면, 듀얼 슬롯 다이 코터(40)는 3개의 다이 블록들(41, 42, 43)을 조립하여 구성한다. 서로 이웃하는 다이 블록들(41, 42, 43) 사이에 슬롯을 형성하기 때문에 2개의 슬롯(45, 46)을 구비한다. 각 슬롯(45, 46)에 연통되어 있는 토출구(47, 48)를 통해 2종의 활물질 슬러리를 집전체(20) 상에 동시에 토출함으로써 먼저 도포된 활물질 슬러리에 의해 형성된 활물질층 상에 추가적인 활물질 슬러리를 연속적으로 도포해 2층의 활물질층을 동시에 형성할 수 있는 것이다.

이러한 듀얼 슬롯 다이 코터(40)를 이용하는 공정은, 서로 다른 토출구(47, 48)로부터 동시에 토출되는 활물질 슬러리를 이용하여야 하기 때문에, 소망하는 두께로 각 활물질층을 형성하는 것이 상당히 까다로운 면이 있다.

토출구(47, 48)로부터 집전체(20) 표면까지의 이격 거리 G는 코팅 갭(gap)으로서, 활물질층의 코팅 품질을 결정하는 데에 매우 중요한 변수이다. 일반적으로 각 활물질층의 두께는 토출구(47, 48)를 통한 활물질 슬러리의 토출량, 활물질 슬러리의 종류 및 이 코팅 갭에 의한 영향을 받는다. 또한, 코팅 갭이 집전체 폭 방향(TD 방향)으로 균일해야 안정적 코팅이 가능하며, 폭 방향 코팅 갭 편차가 있으면 코팅폭과 무지부 경계 형상 등에 많은 영향을 준다. 활물질층의 두께는 수십에서 수백 ㎛의 매우 작은 값으로서, 수 ㎛만 변화해도 코팅 품질에 심각한 영향을 미치기 때문에 매우 엄격히 관리가 되어야 하며, 집전체의 폭 방향으로 균일한 도포를 안정적으로 수행하기 위해서 폭 방향으로 균일한 치수 정밀도를 나타내도록 매우 엄밀하게 관리되어야 할 필요가 있다. 그런데, 생산량 증가를 위해 장폭의 집전체를 사용하기 위해 듀얼 슬롯 다이 코터(40)의 폭도 커지면 폭 방향으로 균일한 도포를 하는 것이 더욱 어려워져 코팅 갭의 정밀한 제어가 더욱 필요해진다.

뿐만 아니라, 활물질 슬러리의 종류에 따라 적절한 코팅 갭의 범위가 정해지기 마련이다. 생산 공정에서는 한가지 종류의 활물질 슬러리를 사용하지 않고 여러 종류의 활물질 슬러리를 사용해 다양한 제품을 제조해야 한다. 다양한 활물질 슬러리를 사용하기 위해 각 활물질 슬러리를 전용으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터를 일일이 구비하기는 어렵다. 따라서, 한 대의 듀얼 슬롯 다이 코터를 가지고 어떤 종류의 활물질 슬러리를 코팅하다가 종료 후 그 듀얼 슬롯 다이 코터를 가지고 다른 종류의 활물질 슬러리를 코팅해야 할 필요가 있으며, 그 때에는 이전에 세팅해 둔 코팅 갭을 변화시켜야 할 필요가 있다. 뿐만 아니라, 같은 종류의 활물질 슬러리라도 항상 균일하게 제조하기가 어렵기 때문에 제조 시점에 따라 물성에 산포가 존재하므로 이러한 산포에도 대응을 할 수 있어야 하는데, 고속의 도포를 할수록 활물질 슬러리 물성 산포에 따른 코팅 품질 편차가 크게 드러나므로 코팅 갭 제어가 더욱 중요해진다.

종래에는 소망하는 코팅 갭을 만들어내기 위해서 시험적으로 수 차례 코팅 공정을 수행하면서 각 다이 블록을 분해 후 재조립하여 코팅 갭을 조정하고, 확인하는 작업을 반복할 것이 요구된다. 그런데 이 코팅 갭은 다이 블록들(41, 42, 43)간 조립에 사용하는 볼트의 체결강도에 따라서도 변화될 만큼 민감하게 조정이 되는 변수일 뿐 아니라, 활물질 슬러리가 토출되는 힘에 의해서도 변화될 수 있는 소지가 있다. 슬롯 다이 코터는 다이 블록들의 결합면에 슬롯을 구성하기 때문에 듀얼 슬롯 다이 코터(40)처럼 2개의 슬롯(45, 46)을 구비하려면 기본적으로 3개의 다이 블록들(41, 42, 43)이 필요하다. 1개의 슬롯을 구비하는 기존 슬롯 다이 코터(30)와 유사한 풋 프린트(foot print)와 볼륨을 가지는 장치로 구성하려면 각 다이 블록들(41, 42, 43)의 두께가 얇아야 하고, 이 때문에 필연적으로 구조적으로 변형과 비틀림에 취약한 문제가 있다. 변형이나 비틀림이 발생하면 애써 조정한 코팅 갭이 틀어지게 되어 전극 공정의 불량을 야기하는 심각한 문제가 된다.

본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 코팅 갭 조절이 용이하고 코팅 갭의 폭 방향 편차 제어를 할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터를 제공하는 것이다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터는, 하부 슬롯을 구비하는 하부 다이와 상기 하부 다이의 상부에 배치되며 상부 슬롯을 구비하는 상부 다이를 포함하는 듀얼 슬롯 다이 코터로서, 상기 하부 다이의 상부에 형성되는 제1 평탄면과 상기 상부 다이의 하부에 형성되는 제2 평탄면은 슬라이딩 면을 형성하도록 서로 접하며, 상기 상부 다이와 하부 다이는 어느 일 측이 상기 슬라이딩 면을 따라 슬라이딩 되어 수평방향으로 상대적인 이동이 가능하도록 설치되며, 상기 하부 다이 및 상부 다이의 선단부와는 반대측의 면인 배면들에는 상기 하부 다이 및 상부 다이의 배면들에 볼트로 체결되어 상기 하부 다이 및 상부 다이 사이를 결합시키는 고정 블록을 더 포함하고, 상기 고정 블록은 상기 하부 다이 및 상부 다이 중 어느 한 다이의 배면과 밀착하는 기준 평면 대비 상기 선단부측으로 돌출되어 있는 단차부를 포함해 상기 단차부에 상기 하부 다이 및 상부 다이 중 다른 다이의 배면이 밀착함으로써, 상기 고정 블록에 결합되는 상기 하부 다이 및 상부 다이 블록들의 배면들간에 단차가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 하부 다이는 하부 다이 블록, 상기 하부 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 하부 다이 블록과의 사이에 상기 하부 슬롯을 형성하는 제1 중간 다이 블록을 포함하고, 상기 상부 다이는 상기 제1 중간 다이 블록 위에 설치되는 제2 중간 다이 블록, 상기 제2 중간 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 제2 중간 다이 블록과의 사이에 상기 상부 슬롯을 형성하는 상부 다이 블록을 포함할 수 있다.

이 때, 상기 고정 블록은 제1 중간 다이 블록과 제2 중간 다이 블록 사이를 결합시키는 것이고, 상기 단차부가 상기 제2 중간 다이 블록의 배면 또는 상기 제1 중간 다이 블록의 배면에 밀착할 수 있다.

상기 고정 블록은 상기 하부 다이 블록의 배면까지 연장되어 있어서 상기 하부 다이 블록의 배면에도 결합될 수 있다.

상기 고정 블록은 상기 상부 다이 블록의 배면까지 연장되어 있어서 상기 상부 다이 블록의 배면에도 결합될 수 있다.

상기 상부 다이 블록의 배면과 상기 제2 중간 다이 블록의 배면에 볼트로 체결되는 평판형 고정부 또는 상기 제1 중간 다이 블록의 배면과 상기 하부 다이 블록의 배면에 볼트로 체결되는 평판형 고정부를 더 포함할 수도 있다.

상기 단차부가 상기 제2 중간 다이 블록의 배면에 밀착하고 상기 상부 다이의 길이가 하부 다이의 길이보다 짧을 수 있다.

상기 하부 다이 블록, 제1 중간 다이 블록, 제2 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 제1 중간 다이립, 제2 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하며, 상기 하부 다이립, 제1 중간 다이립, 제2 중간 다이립 및 상부 다이립은 동일 직선 상에 위치할 수 있다.

상기 하부 다이 블록, 제1 중간 다이 블록, 제2 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 제1 중간 다이립, 제2 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하며, 상기 하부 다이립과 상기 제1 중간 다이립 사이에는 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 토출구가 형성되고, 상기 제2 중간 다이립과 상기 상부 다이립 사이에는 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 토출구가 형성되며, 상기 듀얼 슬롯 다이 코터는 연속적으로 주행하는 기재 표면에 상기 하부 슬롯 및 상부 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 활물질 슬러리를 압출해 도포하는 것이며, 상기 하부 토출구와 상기 상부 토출구 사이에는 단차가 형성될 수 있다.

상기 고정 블록은 상기 듀얼 슬롯 다이 코터의 폭 방향으로 복수개 구비될 수 있다.

상기 고정 블록에서 상기 단차부와 기준 평면을 모두 지나는 단면은 'ㄱ'자 또는 'L'자 형상을 가질 수 있다.

상기 고정 블록은 여러 부품으로 나누어지지 않고 하나의 모놀리식(monolithic) 부품일 수 있다.

본 발명에 의하면 단차부가 형성된 고정 블록을 통하여 상부 다이와 하부 다이의 배면들간에 단차가 형성되도록 한다. 고정 블록에는 정해진 높이의 단차부가 형성이 되어 있고, 어느 하나의 다이는 단차부에 결합하고 다른 다이는 단차부 이외의 부위에 결합함으로써, 고정 블록에 대한 다이들의 결합에 의해 자연스럽게 다이들의 배면들간에 단차가 형성된다. 그러면 다이들의 선단부들과 기재 사이의 거리, 즉 코팅 갭을 원하는 정도로 항상 유지할 수가 있게 되고, 다이들간에 고정이 되어 있으므로 한 번 정해진 코팅 갭은 공정 중에 변화가 잘 발생하지 않고 유지되므로 폭 방향 코팅 갭 편차 발생을 억제할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 의하면, 얇은 두께를 가지는 다이 블록들을 조립한 듀얼 슬롯 다이 코터가 제공된다. 얇은 두께이기 때문에 구조적으로 취약할 수 밖에 없는 다이 블록들을 일일이 분해 후 재조립하면서 코팅 갭을 조정할 필요가 없고, 고정 블록에 다이 블록들을 결합시키는 단순 조작에 의해 늘 일정한 코팅 갭을 유지할 수가 있다. 뿐만 아니라, 고정 블록은 블록이라는 수단의 큰 면접촉을 통해 균일한 폭 방향 갭 제어하는 효과가 확실하다.

본 발명에 따르면 토출되는 활물질 슬러리의 압력에 의해 다이 블록이 변형되는 것을 감안하더라도 균일한(±2%) 코팅 갭을 유지하여 코팅량 및 그 결과물인 코팅 품질을 균일하게 제어할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 균일한 코팅 갭을 가진 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용하여 균일한 품질의 코팅품, 특히 이차전지용 전극을 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 활물질 슬러리의 토출 압력이 커져도, 얇은 다이 블록들을 이용해도, 한번 조정해 둔 코팅 갭을 유지하는 효과가 탁월하다. 이를 통해 코팅 공정성을 확보하고 재현성 확보하는 효과가 있다.

이러한 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용하면 소망하는 두께로 균일하게 코팅층, 특히 활물질층을 형성할 수 있으며, 바람직하게는 2종의 활물질 슬러리 동시 코팅이 가능하기 때문에 성능 및 생산성 모두 우수한 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 단차부를 가진 고정 블록을 듀얼 슬롯 다이 코터의 폭 방향으로 복수개 구비할 수 있다. 그러면, 폭 방향으로 코팅 갭의 편차가 없이 정밀한 제어가 가능해진다. 그러므로, 광폭의 집전체에 대해서도 폭 방향으로 균일한 도포를 안정적으로 수행할 수 있게끔 균일한 치수 정밀도를 나타내도록 관리할 수가 있다.

활물질 슬러리의 종류에 따라 적절한 코팅 갭의 범위가 정해질 수가 있다. 본 발명에서는 그에 적합한 높이의 단차부를 가지는 여러 종류의 고정 블록들을 구비하여 두고 각 생산 공정에 필요한 고정 블록들로 교체해 공정을 수행함으로써, 다양한 활물질 슬러리를 사용하기 위해 각 활물질 슬러리를 전용으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터를 일일이 구비하지 않더라도 듀얼 슬롯 다이 코터를 범용으로 활용할 수 있다. 또한, 활물질 슬러리에 산포가 존재하는 경우라도 즉시 고정 블록 부분만을 교체하여 코팅 갭을 조절함으로써 이러한 산포에 빠른 대응을 할 수가 있다.

이와 같이, 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용하면 집전체를 주행시키면서 집전체 상에 활물질 슬러리를 도포하여 이차전지의 전극 등을 제조할 때, 고속 주행 또는 장폭 도포 조건 하에서도 균일한 도포가 가능한 이점이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 슬롯 다이 코터의 이용 예를 도시한 모식도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 분해 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시한 듀얼 슬롯 다이 코터에 포함되는 고정 블록의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 배면에서의 평면도이다.
도 7 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터들의 개략적인 단면도들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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 일부 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.

본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터는 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하고 기재 상에 코팅액을 이중층으로 코팅하는 장치이다. 이하의 설명하는 '기재'는 집전체이고 코팅액은 '활물질 슬러리'이다. 제1 코팅액과 제2 코팅액은 모두 활물질 슬러리로서, 조성(활물질, 도전재, 바인더의 종류)이나 함량(활물질, 도전재, 바인더의 양)이나 물성이 서로 동일하거나 다른 활물질 슬러리를 의미할 수 있다. 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터는 2종의 활물질 슬러리를 동시에 도포하거나 2종의 활물질 슬러리를 교번적으로 도포하면서 패턴 코팅하는 전극 제조에 최적화되어 있다. 다만, 본 발명의 권리범위가 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 예컨대 상기 기재는 분리막을 구성하는 다공성 지지체이고 제1 코팅액과 제2 코팅액은 조성이나 물성이 서로 다른 유기물일 수 있다. 즉, 박막 코팅이 요구되는 경우라면 상기 기재와 제1 코팅액과 제2 코팅액은 어떠한 것이어도 좋다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 분해 사시도이다. 도 5는 도 3에 도시한 듀얼 슬롯 다이 코터에 포함되는 고정 블록의 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 배면에서의 평면도이다.

본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 하부 슬롯(101)과 상부 슬롯(102)을 구비하고 하부 슬롯(101)과 상부 슬롯(102)을 통하여 서로 같거나 다른 2종의 코팅액을 기재(300) 상에 동시에 혹은 번갈아 코팅할 수 있는 장치이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 하부 다이(A)와 하부 다이(A)의 상부에 배치되는 상부 다이(B)를 포함한다. 하부 다이(A)는 하부 다이 블록(110), 상기 하부 다이 블록(110)의 상부에 배치되는 제1 중간 다이 블록(122)을 포함한다. 제1 중간 다이 블록(122)은 하부 다이 블록(110)과의 사이에 하부 슬롯(101)을 형성한다. 상부 다이(B)는 제1 중간 다이 블록(122) 위에 설치되는 제2 중간 다이 블록(124), 상기 제2 중간 다이 블록(124)의 상부에 배치되는 상부 다이 블록(130)을 포함한다. 제2 중간 다이 블록(124)은 상부 다이 블록(130)과의 사이에 상부 슬롯(102)을 형성한다.

도 3에서, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 코팅액인 활물질 슬러리를 토출하는 방향(X 방향)을 거의 수평으로 해 설치되어 있다(거의 : ± 5도). 제1 중간 다이 블록(122)과 제2 중간 다이 블록(124)은 중간 다이 블록(120)을 구성한다. 중간 다이 블록(120)은 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 구성하는 블록들 중 중간에 위치하는 블록으로서, 하부 다이 블록(110)과 상부 다이 블록(130) 사이에 배치된다. 본 실시예의 중간 다이 블록(120)은 단면이 대략 직각 삼각형이지만 이러한 형태로 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니며 예컨대, 단면이 이등변 삼각형으로 마련될 수도 있다. 중간 다이 블록(120)에서, 제1 중간 다이 블록(122)과 제2 중간 다이 블록(124)은 상하로 서로 대면 접촉하되 접촉면을 따라 슬라이딩 되어 상대 이동 가능하게 마련된다.

제2 중간 다이 블록(124)이 상부 다이 블록(130)과 대면하고 있는 제1 면(124a)은 거의 수평으로 놓이고 제2 중간 다이 블록(124)에서 제1 면(124a)과 반대되는 제2 면(124b)은 제1 중간 다이 블록(122)의 제1 면(122a)과 대면 접촉하고, 이들 사이의 접촉면을 따라 상대 이동되는 것이다. 제1 중간 다이 블록(122)에서 제1 면(122a)과 반대되는 제2 면(122b)은 하부 다이 블록(110)과 대면하고 있다.

제2 중간 다이 블록(124)이 상부 다이 블록(130)과 대면하고 있는 제1 면(124a)은 거의 수평으로 놓이고 상부 다이 블록(130)에서 제1 면(124a)과 마주보는 면(130b)의 반대면(130d, 즉, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 외주면 상면을 형성하는 면)도 거의 수평으로 놓인다. 이와 같이 제1 면(124a)과 반대면(130d)이 거의 평행하게 되어 있다. 그리고 하부 다이 블록(110)이 제1 중간 다이 블록(122)과 대면하고 있는 면(110b)의 반대면(110d, 즉 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 외주면 하면을 형성하는 면)도 거의 수평으로 놓이며, 이 면은 바닥면(110d, X-Z 평면)이 된다.

하부 다이 블록(110), 제1 및 제2 중간 다이 블록들(122, 124) 및 상부 다이 블록(130)에서 상기 활물질 슬러리를 토출하는 방향에 반대되는 면, 즉 배면(110c, 122c, 124c, 130c)은 거의 수직(Y 방향)으로 놓여 있다.

가장 외측 다이 블록인 하부 다이 블록(110)과 상부 다이 블록(130)에서 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 외주면을 형성하는 면 중 하부 다이 블록(110)의 바닥면(110d)과 상부 다이 블록(130)의 상면(130d)은 배면(110c, 130c)에 대해서 거의 수직이 되도록 제작된 것을 사용할 수 있다. 그리고 제2 중간 다이 블록(124)의 제1 면(124a)은 배면(124c)에 대해서 거의 수직이 되도록 제작된 것을 사용할 수 있다. 이러한 다이 블록들(110, 124, 130)에서는 면과 면이 이루는 모서리가 직각으로 구성되기 때문에 단면상 직각부가 존재하고 수직 또는 수평면을 기준이 되는 면으로 할 수 있기 때문에 그 제작이나 취급이 쉽고 정밀도가 보장된다. 또한, 하부 다이 블록(110), 제1 및 제2 중간 다이 블록들(122, 124) 및 상부 다이 블록(130)이 조합된 상태는 전체적으로 대략 직육면체 형태를 가지며, 코팅액이 토출되는 전방부만 기재(300)를 향하여 비스듬한 형태를 가지게 된다(상부 다이 블록(130)의 면(130a), 하부 다이 블록(110)의 면(110a) 참조). 이것은 조립한 후의 형상이 단일 슬롯을 구비하는 슬롯 다이 코터(예를 들어 도 1의 30)와 대략 유사하게 되어 슬롯 다이 코터 받침대 등을 공용할 수 있는 등의 이점이 있다.

하부 다이 블록(110), 제1 및 제2 중간 다이 블록들(122, 124) 및 상부 다이 블록(130)이 반드시 위에서 예로 든 형태로 한정되어야 하는 것은 아니며, 예컨대, 활물질 슬러리를 토출하는 방향을 위로 하고 배면(110c, 122c, 124c, 130c)을 바닥면으로 하는 수직 다이로 구성할 수도 있다.

다이 블록들(110, 120, 130)은 예컨대 SUS 재질이다. SUS420J2, SUS630, SUS440C, SUS304, SUS316L 등의 가공이 용이한 재질을 이용할 수 있다. SUS는 가공이 용이하고 저렴하며 내식성이 높고 저비용으로 원하는 형상으로 제작할 수 있는 이점이 있다.

하부 다이 블록(110)은 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 구성하는 블록들 중 가장 하부에 위치하는 블록으로서, 제1 중간 다이 블록(122)과 마주보는 면(110b)이 바닥면(110d)에 대해 대략 20도 내지 60도의 각도를 이루도록 경사진 형태를 갖는다.

하부 슬롯(101)은 하부 다이 블록(110)과 제1 중간 다이 블록(122)이 서로 대면하는 곳 사이에 형성될 수 있다. 이를테면, 하부 다이 블록(110)과 제1 중간 다이 블록(122) 사이에 제1 스페이서(113)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련됨으로써 제1 코팅액(50)이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 하부 슬롯(101)이 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 스페이서(113)의 두께는 상기 하부 슬롯(101)의 상하 폭(Y축 방향, 슬롯 갭)을 결정한다.

제1 스페이서(113)는 도 4에 도시한 바와 같이, 일 영역이 절개되어 제1 개방부(113a)를 구비하며, 하부 다이 블록(110)과 제1 중간 다이 블록(122) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에 개재될 수 있다. 이에 제1 코팅액(50)이 외부로 토출될 수 있는 하부 토출구(101a)는 하부 다이 블록(110)의 선단부와 제1 중간 다이 블록(122)의 선단부 사이에만 형성된다. 하부 다이 블록(110)의 선단부와 제1 중간 다이 블록(122)의 선단부를 각각 하부 다이립(111), 제1중간 다이립(121a)이라 정의하고 다시 말하면, 하부 토출구(101a)는 하부 다이립(111)과 제1중간 다이립(121a) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다.

참고로, 제1 스페이서(113)는 하부 토출구(101a)가 형성되는 영역을 제외하고는, 하부 다이 블록(110)과 제1 중간 다이 블록(122) 사이의 틈새로 제1 코팅액(50)이 누출되지 않도록 하는 가스켓(gasket)으로서의 기능을 겸하므로 밀봉성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

하부 다이 블록(110)은 제1 중간 다이 블록(122)과 마주보는 면(110b)에 소정의 깊이를 가지며 하부 슬롯(101)과 연통하는 제1 매니폴드(112)를 구비한다. 제1 매니폴드(112)는 하부 다이 블록(110)이 제1 중간 다이 블록(122)과 대면하고 있는 면(110b)에서부터 상기 면(110b)의 대향면인 반대면(110d)을 향하여 마련된 공간이다. 이러한 제1 매니폴드(112)는 외부에 설치된 제1 코팅액 공급 챔버(미도시)와 공급관으로 연결되어 제1 코팅액(50)을 공급받는다. 제1 매니폴드(112) 내에 제1 코팅액(50)이 가득 차게 되면, 제1 코팅액(50)이 하부 슬롯(101)을 따라 흐름이 유도되고 하부 토출구(101a)를 통해 외부로 토출되게 된다.

상부 다이 블록(130)은 바닥면에 대해 수평한 제2 중간 다이 블록(124)의 상면인 제1 면(124a)에 대면하게 배치된다. 상부 슬롯(102)은 이같이 제2 중간 다이 블록(124)과 상부 다이 블록(130)이 대면하는 곳 사이에 형성된다.

전술한 하부 슬롯(101)과 마찬가지로, 제2 중간 다이 블록(124)과 상부 다이 블록(130) 사이에 제2 스페이서(133)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련될 수 있다. 이로써 제2 코팅액(60)이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 상부 슬롯(102)이 형성된다. 이 경우, 상부 슬롯(102)의 상하 폭(Y축 방향, 슬롯 갭)은 제2 스페이서(133)에 의해 결정된다.

또한, 제2 스페이서(133)도 전술한 제1 스페이서(113)와 유사한 구조로서 일 영역이 절개되어 제2 개방부(133a)를 구비하며, 제2 중간 다이 블록(124)과 상부 다이 블록(130) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에만 개재된다. 마찬가지로 상부 슬롯(102)의 전방을 제외한 둘레 방향은 막히게 되고 제2 중간 다이 블록(124)의 선단부와 상부 다이 블록(130)의 선단부 사이에만 상부 토출구(102a)가 형성된다. 제2 중간 다이 블록(124)의 선단부를 제2 중간 다이립(121b), 상부 다이 블록(130)의 선단부를 상부 다이립(131)이라 정의하고 다시 말하면, 상부 토출구(102a)는 제2 중간 다이립(121b)과 상부 다이립(131) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다.

또한, 제2 중간 다이 블록(124)은 상부 다이 블록(130)과 마주보는 면인 제1 면(124a)에 소정의 깊이를 가지며 상부 슬롯(102)과 연통하는 제2 매니폴드(132)를 구비한다. 제2 중간 다이 블록(124)은 상기 제1 면(120a)의 대향면인 제2 면(124b)을 가지고 있다. 제2 면(124b)은 제2 중간 다이 블록(124)이 제1 중간 다이 블록(122)과 대면하고 있는 면이기도 하다. 제2 매니폴드(132)는 제1 면(124a)에서부터 제2 면(124b)을 향하여 마련된 공간이다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 제2 매니폴드(132)는 외부에 설치된 제2 코팅액(60) 공급 챔버와 공급관으로 연결되어 제2 코팅액(60)을 공급받는다. 파이프 형태의 공급관을 따라 외부에서 제2 코팅액(60)이 공급되어 제2 매니폴드(132) 내에 가득 차게 되면, 제2 코팅액(60)이 제2 매니폴드(132)와 연통되어 있는 상부 슬롯(102)을 따라 흐름이 유도되고 상부 토출구(102a)를 통해 외부로 토출되게 된다.

상부 슬롯(102)과 하부 슬롯(101)은 일정한 각도를 이루는데, 상기 각도는 대략 20도 내지 70도의 각도일 수 있다. 이러한 상부 슬롯(102)과 하부 슬롯(101)은 서로 한 곳에 교차하게 되고 상기 교차 지점 부근에 상부 토출구(102a)와 하부 토출구(101a)가 마련될 수 있다. 이에 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)의 토출 지점이 대략 한 곳에 집중될 수 있다.

한편, 제2 중간 다이 블록(124)이 상부 다이 블록(130)과 대면하고 있는 제1 면(124a)과 제1 중간 다이 블록(122)이 하부 다이 블록(110)과 대면하고 있는 제2 면(122b)이 이루는 각도(θ)는 상부 토출구(102a)에서 토출되는 활물질 슬러리와 하부 토출구(101a)에서 토출되는 활물질 슬러리가 동시 토출 직후 와류를 형성하지 않는 범위 내가 되도록 하면 바람직하다. 각도(θ)가 너무 작아지면 중간 다이 블록(120)이 너무 얇아져 변형 및 비틀림에 매우 취약하게 된다.

이러한 구성을 갖는 듀얼 슬롯 다이 코터(100)에 의하면, 회전 가능하게 마련되는 코팅 롤(200)을 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 전방에 배치하고, 코팅 롤(200)을 회전시킴으로써 코팅될 기재(300)를 주행시키면서, 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)을 연속적으로 기재(300)의 표면에 접촉시켜 기재(300)를 이중층으로 코팅시킬 수 있다. 또는 제1 코팅액(50)의 공급 및 중단, 그리고 제2 코팅액(60)의 공급 및 중단을 번갈아 수행하여 기재(300) 상에 간헐적으로 패턴 코팅을 형성할 수가 있다.

여기에서, 하부 다이(A) 및 상부 다이(B)의 선단부와는 반대측의 면인 다이 블록들(110, 122, 124, 130)의 배면(110c, 122c, 124c, 130c)에는 볼트(141)로 체결되어 하부 다이(A) 및 상부 다이(B) 사이를 결합시키는 고정 블록(140)을 더 포함한다.

고정 블록(140)은 하부 다이(A) 및 상부 다이(B) 중 어느 한 다이의 배면과 밀착하는 기준 평면 대비 상기 선단부측으로 돌출되어 있는 단차부(142)를 포함해 상기 단차부(142)에 하부 다이(A) 및 상부 다이(B) 중 다른 다이의 배면이 밀착함으로써, 고정 블록(140)에 결합되는 하부 다이(A) 및 상부 다이(B)의 배면들간에 단차가 형성되도록 한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 고정 블록(140)은 제1 중간 다이 블록(122)의 배면(122c)과 밀착하는 기준 평면(140a)을 가진다. 그리고, 이러한 기준 평면(140a) 대비 상기 선단부측으로 돌출되어 있는 단차부(142)를 포함한다. 단차부(142)의 높이는 기준 평면(140a)으로부터 튀어 나온 높이인 h로 정의된다. 고정 블록(140)에는 볼트(141) 체결을 위해 볼트(141)가 관통하는 홀(143)이 더 형성되어 있을 수 있다. 홀(143)의 개수와 위치는 도시된 바에서 얼마든지 변경 가능하다. 고정 블록(140)에서 단차부(142)와 기준 평면(140a)을 모두 지나는 단면은 'ㄱ'자 또는 'L'자 형상을 가지게 된다. 이렇게 하면 단순한 블록 형상의 가공이 번거롭지도 않고, 정밀한 가공이 가능하다. 또한, 이렇게 하면 다이 블록들(110, 124, 130)과 마찬가지로 고정 블록(140)에서도 면과 면이 이루는 모서리가 직각으로 구성되기 때문에 단면상 직각부가 존재하고 수직 또는 수평면을 기준이 되는 면으로 할 수 있기 때문에 그 제작이나 취급이 쉽고 정밀도가 보장된다. 또한, 하부 다이 블록(110), 중간 다이 블록(120) 및 상부 다이 블록(130)이 조합된 상태에서 이러한 고정 블록(140)을 체결할 때에 대면하는 부분들이 높은 면 접촉도를 가지고 서로 지지될 수 있기 때문에 체결 고정 및 유지가 매우 우수하다.

듀얼 슬롯 다이 코터는 보통 SUS 재질로 제조될 수 있다. 일반적으로 SUS 조립체의 결합면에서는 액체 누설이 쉽게 발생하기 때문에, 고무링이나 기타 연성 재질의 재료를 구성물 사이에 위치시켜 씰링함으로써 누설을 억제시킨다. 하지만 이러한 씰링 방식은 균일한 조립 형태(예를 들어 10㎛ 미만의 조립 편차)를 제어하는 데에 적합하지 않아, 듀얼 슬롯 다이 코터에는 적용하기 어렵다.

이 때문에 듀얼 슬롯 다이 코터에서는 매우 높은 정밀도(진직도, 평탄도±5㎛)로 가공된 다이 블록을 볼트 체결하여 조립해야 한다. 액체 누설을 방지하여야 하므로 볼트 체결은 200~350N 정도의 고압이다. 그런데, 이러한 고압 볼트 체결을 하다 보면 응력의 불균형이 미세하게 발생하게 되고 이에 따른 블록 다이 변형이 유발될 수가 있으며, 코팅할 때 공급되는 코팅액의 압력에 의해서도 다이 블록의 변형이나 비틀림이 발생하게 된다. 단면이 'ㄱ'자 또는 'L'자 형상을 가지는 고정 블록(140)은 이러한 고압 볼트 체결을 견딜 수 있는 구조이다.

고정 블록(140)은 여러 부품으로 나누어지지 않고 하나의 모놀리식(monolithic) 부품일 수 있다. 즉, 일체로 되어 있고, 이음매가 없는 부품이다. 이렇게 하면 조립시 정확도가 향상될 뿐 아니라, 구조적으로도 견고하므로 취급 및 사용시 외부의 충격에 대해서도 안정성이 우수하다.

본 실시예에서 고정 블록(140)은 제1 중간 다이 블록(122)과 제2 중간 다이 블록(124) 사이를 결합시키는 것이다. 그리고, 단차부(142)가 제2 중간 다이 블록(124)의 배면(124c)에 밀착하고 있어, 고정 블록(140)에 결합되는 두 다이 블록들(122, 124)의 배면들(122c, 124c)간에 단차가 형성된다. 여기서, 단차의 크기는 단차부(142)의 높이 h에 해당하므로, 단차부(142)의 높이 h를 조절함으로써 두 다이 블록들(122, 124)의 배면들(122c, 124c)간에 단차가 조절될 수 있다. 두 다이 블록들(122, 124)의 배면들(122c, 124c)간에 형성되는 단차는 각 다이 블록들(122, 124)의 선단부인 제1 중간 다이립(121a)과 제2 중간 다이립(121b)의 위치를 결정하므로, 코팅 갭에 영향을 준다.

한편, 상부 다이 블록(130)의 배면(130c)과 제2 중간 다이 블록(124)의 배면(124c)에 볼트(141)로 체결되는 평판형 고정부(140') 및 제1 중간 다이 블록(122)의 배면(122c)과 하부 다이 블록(110)의 배면(110c)에 볼트(141)로 체결되는 평판형 고정부(140")를 더 포함할 수 있다. 고정 블록(140)은 도 6에 도시한 바와 같이 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 폭 방향을 따라 여러 개가 구비될 수 있다. 고정 블록(140)에는 볼트(141)가 체결되고, 이를 통해 하부 다이(A)와 중간 다이(B)가 서로 조립된다. 평판형 고정부(140')는 두 개의 고정 블록(140) 사이에 구비될 수 있다. 평판형 고정부(140')에는 볼트(141)가 체결되고, 이를 통해 상부 다이 블록(130)과 제2 중간 다이 블록(124)이 서로 조립된다. 다른 예로 고정 블록(140)은 두 개의 평판형 고정부(140') 사이에 구비될 수도 있다. 평판형 고정부(140")에는 볼트(141)가 체결되고, 이를 통해 제1 중간 다이 블록(122)과 하부 다이 블록(110)이 서로 조립된다. 다른 예로 고정 블록(140)은 두 개의 평판형 고정부(140") 사이에 구비될 수도 있다. 고정 블록(140)은 블록이라는 수단의 큰 면접촉을 통해 균일한 폭 방향 갭 제어하는 효과가 확실하다.

이러한 평판형 고정부(140')의 구성에 따라 상부 다이 블록(130)과 제2 중간 다이 블록(124)은 상호 간 고정 결합되고, 평판형 고정부(140")의 구성에 따라 제1 중간 다이 블록(122)과 하부 다이 블록(110)이 상호 간 고정 결합된다. 따라서 상부 다이 블록(130)과 제2 중간 다이 블록(124)이 일체형으로 움직이고, 제1 중간 다이 블록(122)과 하부 다이 블록(110)이 일체형으로 움직일 수 있다. 즉, 하부 다이(A)의 상부에 형성되는 제1 평탄면(본 실시예에서는 제1 중간 다이 블록(122)의 제1 면(122a))과 상기 상부 다이(B)의 하부에 형성되는 제2 평탄면(본 실시예에서는 제2 중간 다이 블록(124)의 제2 면(124b))은 슬라이딩 면을 형성하도록 서로 접하며, 상부 다이(B)와 하부 다이(A)는 어느 일 측이 상기 슬라이딩 면을 따라 슬라이딩 되어 수평방향으로 상대적인 이동이 가능하도록 설치되는 것이다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는, 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a) 간의 상대적인 위치에 변경이 필요한 경우에 있어서, 하부 다이(A) 및/또는 상부 다이(B)의 슬라이딩 이동에 의해 간단하게 조정이 가능하며, 각각의 다이 블록들(110, 120, 130)을 분해 및 재조립할 필요가 없게 되어 공정성이 크게 향상될 수 있다. 상부 토출구(102a)와 하부 토출구(101a)의 상대적인 위치가 조정이 되는 것이고 하부 다이(A)와 상부 다이(B) 사이에는 고정 블록(140)이 결합되므로 이에 따른 코팅 갭이 결정되게 된다. 그러므로 다이 블록들(130, 122, 124, 110)을 일일이 해체하고 위치 조정해가며 코팅 갭을 조정하는 번거로움을 크게 개선할 수 있다.

본 실시예에서 상부 다이(B)의 길이(예를 들어 상부 다이 블록(130)의 배면(130c)에서 상부 다이립(131)까지의 수평 거리)는 하부 다이(A)의 길이(예를 들어 하부 다이 블록(110)의 배면(110c)에서 하부 다이립(111)까지의 수평 거리)보다 짧은 것을 예로 들어 도시하였다. 이러한 상태에서 상부 다이(B)의 배면을 하부 다이(A)의 배면에 대해 도 3과 같이 단차를 주게 되면, 하부 다이립(111), 제1 및 제2 중간 다이립(121a, 121b) 및 상부 다이립(131)을 동일 직선 상에 위치하도록 할 수가 있다. 이러한 경우에는 듀얼 슬롯 다이 코터(100) 전체를 기재(300)에 대하여 전진 또는 후진해 가면서 다양한 막 도포를 할 수가 있다.

이상 설명한 본 실시예에 의하면, 단차부(142)가 형성된 고정 블록(140)을 통하여 상부 다이(B)와 하부 다이(A)의 배면들간에 단차가 형성되도록 한다. 즉, 이미 고정 블록(140)에 미리 정해진 높이 h의 단차부(142)가 형성이 되어 있고, 제2 중간 다이 블록(124)은 단차부(142)에 결합하고 제1 중간 다이 블록(122)은 단차부(142) 이외의 부위에 결합함으로써, 결합에 의해 자연스럽게 다이 블록들(124, 122)의 배면들(124c, 123c)간에 단차부(142)의 높이 h에 해당하는 단차가 형성되도록 한다. 그러면 다이 블록들(124, 122)의 선단부인 제1 및 제2 중간 다이립(121a, 121b)과 기재(300) 사이의 거리, 즉 코팅 갭을 원하는 정도로 항상 유지할 수가 있게 되고, 다이 블록들(124, 122)간에 고정이 되어 있으므로 한 번 정해진 코팅 갭은 공정 중에 변화가 잘 발생하지 않고 유지된다.

따라서, 얇은 두께를 가지기 때문에 구조적으로 취약할 수 밖에 없는 다이 블록들(130, 124, 122, 110)을 일일이 분해 후 재조립하면서 코팅 갭을 조정할 필요가 없고, 고정 블록(140)에 다이 블록들(124, 122)을 결합시키는 단순 조작에 의해 늘 일정한 코팅 갭을 유지할 수가 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 활물질 슬러리의 토출 압력이 커져도, 한번 조정해 둔 코팅 갭을 유지하는 효과가 탁월하다. 이를 통해 코팅 공정성을 확보하고 재현성 확보하는 효과가 있다.

특히 단차부(142)를 가진 고정 블록(140)을 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 폭 방향으로 복수개 구비함으로써, 폭 방향으로도 코팅 갭의 편차가 없이 정밀한 제어가 가능해진다.

활물질 슬러리의 종류에 따라 적절한 코팅 갭의 범위가 정해져 있다. 본 발명에서는 그에 적합한 높이 h의 단차부를 가지는 여러 종류의 고정 블록을 구비하여 두고 각 생산 공정에 필요한 고정 블록을 교체해 공정을 수행함으로써, 다양한 활물질 슬러리를 사용하기 위해 각 활물질 슬러리를 전용으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터를 일일이 구비하지 않더라도 듀얼 슬롯 다이 코터를 범용으로 활용할 수 있다. 또한, 활물질 슬러리에 산포가 존재하는 경우라도 즉시 고정 블록 부분만을 교체하여 이러한 산포에 빠른 대응을 할 수가 있다.

한편, 본 실시예에서는 코팅액을 2층으로 도포하는 경우, 또는 코팅액을 번갈아 공급하여 패턴 코팅을 하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 슬롯을 3개 이상으로 구비하여 3층 이상을 동시 도포하는 경우에도 적용 가능한 것은 따로 설명하지 않아도 알 수 있을 것이다.

이어서 도 7 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 다른 실시예들을 설명한다. 전술한 실시예와 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.

도 7에 도시한 듀얼 슬롯 다이 코터에서는 도 3에서 도시하고 설명한 고정 블록(140)이 하부 다이 블록(110)의 배면(110c)까지 연장되어 있어서 고정 블록(140)이 하부 다이 블록(110)의 배면(110c)에도 결합되는 것을 나타낸다. 이처럼 고정 블록(140)은 여기에 결합되는 두 다이 블록들(124, 122)의 배면들(124c, 122c)간의 단차를 발생시킬 수 있는 것이면 그 구체적인 형상에 크게 다른 제약이 없다. 또한 이 경우에 고정 블록(140)을 통하여 제2 중간 다이 블록(124)과 제1 중간 다이 블록(122)이 결합되면서 서로의 배면들(124c, 122c)간에 단차를 형성할 뿐 아니라, 하부 다이 블록(110)까지도 결합이 되므로, 제1 중간 다이 블록(122)의 배면(122c)과 하부 다이 블록(110)의 배면(110c)에 볼트(141)로 체결되는 평판형 고정부(도 6의 140"참조)를 포함하지 않을 수 있고, 필요한 경우에는 고정 블록(140)에 추가하여 평판형 고정부를 더 포함할 수도 있다.

도 8에 도시한 듀얼 슬롯 다이 코터에서는 도 3에서 도시하고 설명한 고정 블록(140)이 상부 다이 블록(130)의 배면(130c)까지 연장되어 있어서 고정 블록(140)이 상부 다이 블록(130)의 배면(130c)에도 결합되는 것을 나타낸다. 이처럼 고정 블록(140)은 여기에 결합되는 두 다이 블록들(124, 122)의 배면들(124c, 122c)간의 단차를 발생시킬 수 있는 것이면 그 구체적인 형상에 크게 다른 제약이 없다. 또한 이 경우에 고정 블록(140)을 통하여 제2 중간 다이 블록(124)과 제1 중간 다이 블록(122)이 결합되면서 서로의 배면들(124c, 122c)간에 단차를 형성할 뿐 아니라, 상부 다이 블록(130)까지도 결합이 되므로, 상부 다이 블록(130)의 배면(130c)과 제2 중간 다이 블록(124)의 배면(124c)에 볼트(141)로 체결되는 평판형 고정부(도 6의 140'참조)를 포함하지 않을 수 있고, 필요한 경우에는 고정 블록(140)에 추가하여 평판형 고정부를 더 포함할 수도 있다.

도 9에 도시한 듀얼 슬롯 다이 코터는 도 3의 듀얼 슬롯 다이 코터(100)에서와는 달리 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a) 사이에 단차 D가 형성된 것이다. 상부 다이(B)의 길이를 하부 다이(A)의 길이와 동일하게 한 경우라면, 고정 블록(140)의 단차부(142)의 높이 h만큼 상부 다이립(131)과 제2 중간 다이립(121b)이 제1 중간 다이립(121a) 및 하부 다이립(111)보다 기재(300) 쪽으로 전진할 수가 있다. 그러므로 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a) 사이에 단차 D가 고정 블록(140)의 단차부(142)의 높이 h와 같을 수 있다. 이렇게 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a) 사이에 단차 D를 두는 경우, 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a)가 서로 수평 방향을 따라 상호 이격된 위치에 배치됨에 따라, 상부 토출구(102a)에서 토출된 제2 코팅액(60)이 하부 토출구(101a)로 유입되거나, 또는 하부 토출구(101a)에서 토출된 제1 코팅액(50)이 상부 토출구(102a)로 유입될 우려가 없게 된다.

즉, 하부 토출구(101a) 또는 상부 토출구(102a)를 통해 토출된 코팅액은 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a) 사이에 형성된 단차를 이루는 면에 가로막혀 다른 토출구쪽으로 유입될 우려가 없게 되는 것이며, 이로써 더욱 원활한 다층 활물질 코팅 공정이 진행될 수 있다.

이와 같이, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 두 개의 토출구(101a, 102a)를 가져 집전체 상에 두 개의 활물질층이 형성되도록 하는 것으로서 이용될 수 있으며, 이러한 두 개의 토출구(101a, 102a)는 활물질 슬러리의 원활한 코팅을 위해 수평 방향을 따라 서로 이격되어 전후로 배치될 수 있다. 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 형태를 조정하기 위한 별도의 장치를 이용하거나, 작업자가 수작업을 통해 하부 다이(A) 및 상부 다이(B)의 상대적인 이동을 만들어낼 수 있다.

예를 들어, 하부 다이(A)는 움직이지 않고 그대로 둔 상태로, 상부 다이(B)를 슬라이딩 면을 따라 활물질 슬러리의 토출 방향과 같은 전방으로 일정 거리(D)만큼 이동시켜 하부 토출구(101a,)와 상부 토출구(102a) 사이에 단차를 형성할 수 있다. 그리고 이 단차는 고정 블록(140)을 체결함으로써 유지가 된다. 이와 같이 형성된 단차의 폭(D)은 대략 수마이크로미터 내지 수 밀리미터의 범위 내에서 결정될 수 있으며, 이는 집전체 상에 형성되는 활물질층의 두께에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 집전체 상에 형성될 활물질층의 두께가 두꺼울수록 단차의 폭(D)은 그 수치가 커지게 할 수 있다.

도 10에서 상부 다이(B)의 배면과 하부 다이(A)의 배면 사이에 단차가 형성되는 점은 도 3의 듀얼 슬롯 다이 코터(100)와 동일하지만, 고정 블록(140)의 단차부(142)가 제2 중간 다이 블록(124)의 배면(124c)이 아닌 제1 중간 다이 블록(122)의 배면(120c)에 밀착하고 있는 점만 차이가 있다.

이와 같이 두 다이 블록들(124, 122)의 배면들(124c, 122c) 간에 단차를 형성하는 경우, 고정 블록(140)의 단차부(142)는 두 다이 블록들(124, 122) 중 어느 하나의 다이 블록의 배면에 밀착하기만 하면 되는 것이다. 단차부(142)에 배면이 밀착되는 다이 블록은 기재(도 3의 300 참조) 쪽으로 전진하게 된다.

이러한 예에서, 만약 상부 다이(B)와 하부 다이(A)의 길이가 서로 같다면 도 9의 경우와는 반대로 하부 토출구(101a)가 상부 토출구(102a)보다 기재(300) 쪽으로 전진해 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a)간 단차가 형성될 수가 있다. 이 때 기재(300)의 주행 방향에서의 하류 측의 하부 다이립(111)이 상류 측의 상부 다이립(131)보다 기재(300) 쪽에 근접하게 된다. 이와 같은 특징으로 인해, 하부 토출구(101a)로부터 토출되는 제1 코팅액(50)을 하부 다이립(111)으로 가압할 수 있고 제1 코팅액(50)을 폭 방향으로 확장시켜 두께를 균일하게 조절할 수 있다.

도 11은 도 10과 유사하며, 단지 고정 블록(140)이 하부 다이 블록(110)의 배면(110c)까지 연장되어 있어서 하부 다이 블록(110)의 배면(110c)에도 결합될 수 있음을 보여주는 실시예이다. 이 경우에는 단차부(142)가 하부 다이 블록(110)의 배면(110c)까지 연장되어 있는 형태이다.

또한 도 12도 도 10과 유사하며, 단지 고정 블록(140)이 상부 다이 블록(130)의 배면(130c)까지 연장되어 있어서 상부 다이 블록(130)의 배면(130c)에도 결합될 수 있음을 보여주는 실시예이다.

앞선 실시예들에서는, 고정 블록(140)에서 다이 블록들(124, 122)의 배면들(124c, 122c)과 결합하는 면의 반대측인 배면은 평평한 것이다. 하지만 도 13에서와 같이, 고정 블록(140)에서 다이 블록들(124, 122)의 배면들(124c, 122c)과 결합하는 면의 반대측인 배면에도 상기 선단부측으로 함몰된 단차부(144)가 더 형성되어 있을 수 있다. 이와 같이, 고정 블록(140)은 단차부(142)를 가지는 것이면서 각 다이 블록들(130, 124, 122, 110)을 결합하여 지지할 수 있는 구조이면 그 형상에 크게 제한은 없다.

따라서, 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터(100)는, 집전체에 코팅되는 활물질층의 두께에 따라 하부 토출구와 상부 토출구간의 상대적인 위치에 변경이 필요한 경우에 있어서, 하부 다이 및/또는 상부 다이의 슬라이딩 이동에 의해 간단하게 조정이 가능하며, 종래의 슬롯 다이 코터와 같이 각각의 다이 블록을 분해 및 재조립할 필요가 없게 되어 공정성이 크게 향상될 수 있고, 특히 고정 블록(140) 체결이라는 간단한 조작을 통해 원하는 코팅 갭을 갖도록 하는 단차의 설정 및 유지가 가능하다는 점이 큰 장점이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

100 : 듀얼 슬롯 다이 코터 A: 하부 다이
B: 상부 다이 101 : 하부 슬롯
102 : 상부 슬롯 110 : 하부 다이 블록
111 : 하부 다이립 112: 제1 매니폴드
113 : 제1 스페이서 120 : 중간 다이 블록
121a : 제1 중간 다이립 121b : 제2 중간 다이립
122 : 제1 중간 다이 블록 124 : 제2 중간 다이 블록
130 : 상부 다이 블록 131 : 상부 다이립
132 : 제2 매니폴드 133 : 제2 스페이서
140 : 고정 블록 140', 140" : 평판형 고정부
141 : 볼트 142, 144 : 단차부
200 : 코팅 롤 300 : 기재

Claims

하부 슬롯을 구비하는 하부 다이와 상기 하부 다이의 상부에 배치되며 상부 슬롯을 구비하는 상부 다이를 포함하는 듀얼 슬롯 다이 코터로서,
상기 하부 다이의 상부에 형성되는 제1 평탄면과 상기 상부 다이의 하부에 형성되는 제2 평탄면은 슬라이딩 면을 형성하도록 서로 접하며, 상기 상부 다이와 하부 다이는 어느 일 측이 상기 슬라이딩 면을 따라 슬라이딩 되어 수평방향으로 상대적인 이동이 가능하도록 설치되며,
상기 하부 다이 및 상부 다이의 선단부와는 반대측의 면인 배면들에는 상기 하부 다이 및 상부 다이의 배면들에 볼트로 체결되어 상기 하부 다이 및 상부 다이 사이를 결합시키는 고정 블록을 더 포함하고,
상기 고정 블록은 상기 하부 다이 및 상부 다이 중 어느 한 다이의 배면과 밀착하는 기준 평면 대비 상기 선단부측으로 돌출되어 있는 단차부를 포함해 상기 단차부에 상기 하부 다이 및 상부 다이 중 다른 다이의 배면이 밀착함으로써, 상기 고정 블록에 결합되는 상기 하부 다이 및 상부 다이 블록들의 배면들간에 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제1항에 있어서, 상기 하부 다이는 하부 다이 블록, 상기 하부 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 하부 다이 블록과의 사이에 상기 하부 슬롯을 형성하는 제1 중간 다이 블록을 포함하고, 상기 상부 다이는 상기 제1 중간 다이 블록 위에 설치되는 제2 중간 다이 블록, 상기 제2 중간 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 제2 중간 다이 블록과의 사이에 상기 상부 슬롯을 형성하는 상부 다이 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제2항에 있어서, 상기 고정 블록은 제1 중간 다이 블록과 제2 중간 다이 블록 사이를 결합시키는 것이고, 상기 단차부가 상기 제2 중간 다이 블록의 배면 또는 상기 제1 중간 다이 블록의 배면에 밀착하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제3항에 있어서, 상기 고정 블록은 상기 하부 다이 블록의 배면까지 연장되어 있어서 상기 하부 다이 블록의 배면에도 결합되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제3항에 있어서, 상기 고정 블록은 상기 상부 다이 블록의 배면까지 연장되어 있어서 상기 상부 다이 블록의 배면에도 결합되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제3항에 있어서, 상기 상부 다이 블록의 배면과 상기 제2 중간 다이 블록의 배면에 볼트로 체결되는 평판형 고정부 또는 상기 제1 중간 다이 블록의 배면과 상기 하부 다이 블록의 배면에 볼트로 체결되는 평판형 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제2항에 있어서, 상기 단차부가 상기 제2 중간 다이 블록의 배면에 밀착하고 상기 상부 다이의 길이가 하부 다이의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제2항에 있어서, 상기 하부 다이 블록, 제1 중간 다이 블록, 제2 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 제1 중간 다이립, 제2 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하며,
상기 하부 다이립, 제1 중간 다이립, 제2 중간 다이립 및 상부 다이립은 동일 직선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제2항에 있어서, 상기 하부 다이 블록, 제1 중간 다이 블록, 제2 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 제1 중간 다이립, 제2 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하며,
상기 하부 다이립과 상기 제1 중간 다이립 사이에는 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 토출구가 형성되고, 상기 제2 중간 다이립과 상기 상부 다이립 사이에는 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 토출구가 형성되며,
상기 듀얼 슬롯 다이 코터는 연속적으로 주행하는 기재 표면에 상기 하부 슬롯 및 상부 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 활물질 슬러리를 압출해 도포하는 것이며,
상기 하부 토출구와 상기 상부 토출구 사이에는 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제1항에 있어서, 상기 고정 블록은 상기 듀얼 슬롯 다이 코터의 폭 방향으로 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제1항에 있어서, 상기 고정 블록에서 상기 단차부와 기준 평면을 모두 지나는 단면은 'ㄱ'자 또는 'L'자 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.