KR20220037364A - Dual slot die coater, electrode active material slurry coating method using the same and an electrode using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 2층 구조를 동시에 형성할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터 및 이를 이용한 전극 활물질 슬러리 코팅 방법에 관한 것이다. 본 발명은 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용한 전극 및 그 제조 방법에 관한 것이기도 하다. The present invention relates to a dual slot die coater capable of simultaneously forming a two-layer structure and a method for coating an electrode active material slurry using the same. The present invention also relates to an electrode using a dual slot die coater and a method for manufacturing the same.
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 코팅 및 건조되어 제조된다. 이러한 이차전지는 양극 활물질로서, 층상 결정구조의 리튬 함유 코발트 산화물(LiCoO2), 층상 결정구조의 LiMnO2, 스피넬 결정구조의 LiMn2O4 등의 리튬 함유 망간 산화물과, 리튬 함유 니켈 산화물(LiNiO2)을 일반적으로 사용한다. 또한, 음극 활물질로서 탄소계 물질이 주로 사용되며, 최근에는 고에너지 리튬 이차전지의 수요 증가로 탄소계 물질보다 10배 이상의 유효 용량을 가지는 실리콘계 물질, 실리콘 산화물계 물질과의 혼합 사용이 고려되고 있다. 이차전지의 충방전 특성을 균일하게 하기 위해서는, 양극 활물질 슬러리 및 음극 활물질 슬러리가 집전체에 고르게 코팅되어야 한다. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing, and such secondary batteries essentially include an electrode assembly, which is a power generation element. The electrode assembly has a form in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are laminated at least once, and the positive electrode and the negative electrode are prepared by coating and drying a positive electrode active material slurry and a negative electrode active material slurry on a current collector made of aluminum foil and copper foil, respectively. Such secondary batteries are positive electrode active materials, lithium-containing manganese oxides such as lithium-containing cobalt oxide (LiCoO 2 ) having a layered crystal structure, LiMnO 2 having a layered crystal structure, and LiMn 2 O 4 having a spinel crystal structure, and lithium-containing nickel oxide (LiNiO). 2 ) is generally used. In addition, a carbon-based material is mainly used as an anode active material, and in recent years, due to an increase in demand for high-energy lithium secondary batteries, a silicon-based material having an effective capacity of 10 times or more than that of a carbon-based material, mixed use with a silicon oxide-based material is being considered. . In order to make the charging/discharging characteristics of the secondary battery uniform, the positive electrode active material slurry and the negative electrode active material slurry should be uniformly coated on the current collector.
이차전지의 성능 개선을 위하여 집전체 상에 2층 구조의 활물질층이 형성된 전극 구조 개발이 주목받고 있다. 이러한 2층 구조의 활물질층을 집전체 상에 형성하기 위하여 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 코팅할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용할 수가 있다. In order to improve the performance of a secondary battery, the development of an electrode structure in which an active material layer having a two-layer structure is formed on a current collector is attracting attention. In order to form the active material layer having such a two-layer structure on the current collector, a dual slot die coater capable of simultaneously coating two types of electrode active material slurries may be used.
도 1은 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용한 코팅 방법의 일 예를 도시하고, 도 2는 도 1의 A 영역 확대도이다. FIG. 1 shows an example of a coating method using a dual slot die coater, and FIG. 2 is an enlarged view of area A of FIG. 1 .
도 1 및 도 2를 참조하면, 코팅 롤(10)을 회전시켜 집전체(15)를 주행시키면서 듀얼 슬롯 다이 코터(20)로부터 2종의 전극 활물질 슬러리를 토출시켜 집전체(15) 상에 2층의 전극 활물질층을 동시에 형성할 수가 있다. 듀얼 슬롯 다이 코터(20)에서 토출된 전극 활물질 슬러리는 집전체(15)의 일 면에 넓게 코팅되어 전극 활물질층을 형성한다. Referring to FIGS. 1 and 2 , two types of electrode active material slurries are discharged from the dual
듀얼 슬롯 다이 코터(20)는 3개의 다이 블록, 즉 하판(25), 중판(30) 및 상판(35)을 조립하여 구성한다. 하판(25)과 중판(30) 사이 및 중판(30)과 상판(35) 사이에 슬롯을 형성하기 때문에 슬롯이 2개 형성되고, 각 슬롯에 연통되어 있는 토출구(40, 45)를 통해 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 토출함으로써 먼저 코팅된 제1 전극 활물질 슬러리(50) 상에 추가적인 제2 전극 활물질 슬러리(55)를 연속적으로 코팅시킬 수 있어 2층 구조를 얻게 된다. 하판(25), 중판(30) 및 상판(35)의 단부는 동일 직선 상에 위치하고 있다. The dual
그런데 종래 듀얼 슬롯 다이 코터(20)를 이용한 코팅 방법에 있어, MD 방향(연속 코팅시 집전체의 주행 방향에 해당하는 길이 방향)으로 간헐 코팅하는 경우가 있다. 간헐 코팅은 집전체(15)를 주행시키면서 제1 및 제2 전극 활물질 슬러리(50, 55) 공급, 중지, 공급, 중지를 반복하여, 집전체(15) 상에 활물질층, 무지부, 활물질층, 무지부 순으로 패턴을 형성하는 것이다.However, in the conventional coating method using the dual
도 3은 간헐 코팅이 이상적으로 수행된 경우의 전극의 단면도이다. 최종적으로 얻고자 하는 것은 도 3에 도시된 바와 같이 상하 2층의 전극 활물질 슬러리층(50a, 55a)이 부드럽게 수평으로 형성되고 패턴이 끝나는 부분인 단부가 집전체(15)에 대하여 거의 수직인 것이다.3 is a cross-sectional view of an electrode when intermittent coating is ideally performed. What we want to achieve is that, as shown in Fig. 3, the electrode active
그러나, 종래 듀얼 슬롯 다이 코터(20)를 이용하는 경우 전극 활물질 슬러리 공급을 중지하면 로딩이 완만하게 끊어지면서 실제로는 도 4의 슬러리층 단부 B의 확대도로 보이는 바와 같이 집전체(15) 상에 로딩 꺼짐 현상이 발생하는 등, 단부의 코팅 품질이 저하되기 쉽다. However, in the case of using the conventional dual
도 4를 참고하면, 슬러리 토출 중단에 의해 상부 슬러리층(55a)의 두께가 감소되는 시점(Ps)에서부터 토출된 슬러리의 말단부, 즉 코팅 종료 지점(Pe)까지의 거리(L)가 로딩 꺼짐 구간이다. 로딩 꺼짐 구간은 폐기되는 잉여 부분으로 작용하며, 이는 공정 효율의 저하 및 제조 비용의 증가를 초래한다. Referring to FIG. 4 , the distance (L) from the point (Ps) at which the thickness of the upper slurry layer (55a) is reduced by stopping the discharge of the slurry to the distal end of the discharged slurry, that is, the coating end point (Pe) (L) is the loading off section am. The loading off section acts as a surplus part to be discarded, which leads to a decrease in process efficiency and an increase in manufacturing cost.
따라서, 2층 구조의 활물질층으로 된 전극 제조시, 전극 활물질 슬러리 코팅 과정에서 폐기되는 영역을 최소화할 수 있는 기술 개발이 요구된다. Therefore, there is a need to develop a technology capable of minimizing the area wasted in the electrode active material slurry coating process when manufacturing an electrode having a two-layer structure of an active material layer.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 로딩 꺼짐 현상을 개선할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터 및 이를 이용한 전극 활물질 슬러리 코팅 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been devised in consideration of the above problems, and an object of the present invention is to provide a dual slot die coater capable of improving the loading off phenomenon and a method for coating an electrode active material slurry using the same.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 이러한 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용함으로써 로딩 꺼짐 구간이 최소화된 전극을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide an electrode having a minimized loading off period by using such a dual slot die coater.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. However, the technical problems to be solved by the present invention are not limited to the above problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the invention described below.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터는 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하는 듀얼 슬롯 다이 코터로서, 연속적으로 주행하는 집전체 표면에 상기 하부 슬롯 및 상부 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 전극 활물질 슬러리를 압출해 코팅하는 것이며, 상기 듀얼 슬롯 다이 코터는, 하판, 상기 하판의 상부에 배치되어 상기 하판과의 사이에 상기 하부 슬롯을 형성하는 중판, 및 상기 중판의 상부에 배치되어 상기 중판과의 사이에 상기 상부 슬롯을 형성하는 상판을 포함하고, 상기 하판, 중판 및 상판은 상기 집전체에 대하여 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하며, 상기 집전체와 상부 다이립 사이의 거리 및 상기 집전체와 중간 다이립 사이의 거리보다 상기 집전체와 하부 다이립 사이의 거리가 더 먼 것을 특징으로 한다. The dual slot die coater according to the present invention for solving the above technical problem is a dual slot die coater having a lower slot and an upper slot, and through at least one of the lower slot and the upper slot on the surface of the current collector that continuously travels. The electrode active material slurry is extruded and coated, and the dual slot die coater includes a lower plate, a middle plate disposed on the lower plate to form the lower slot between the lower plate and the middle plate, and the middle plate disposed on the middle plate and an upper plate forming the upper slot between the crown and the upper plate, wherein the lower plate, the middle plate, and the upper plate each have a lower die lip, a middle die lip and an upper die lip forming a tip portion thereof with respect to the current collector; It is characterized in that the distance between the current collector and the lower die lip is greater than the distance between the whole and the upper die lip and the distance between the current collector and the middle die lip.
본 발명에 있어서, 상기 하부 다이립, 중간 다이립 및 상부 다이립을 상기 집전체에 대하여 일렬 정렬한 후 상기 하부 다이립을 개별 후진시키는 제어부를 더 포함할 수 있다. In the present invention, after aligning the lower die lip, the middle die lip, and the upper die lip with respect to the current collector, a control unit for individually moving the lower die lip may be further included.
본 발명에 있어서, 상기 하부 다이립과 중간 다이립 사이에는 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 토출구가 형성되고, 상기 중간 다이립과 상부 다이립 사이에는 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 토출구가 형성되며, 상기 하부 토출구와 상기 상부 토출구 사이에는 소정의 단차가 형성되어 있을 수 있다.In the present invention, a lower discharge port communicating with the lower slot is formed between the lower die lip and the middle die lip, and an upper discharge port communicating with the upper slot is formed between the middle die lip and the upper die lip, and the A predetermined step may be formed between the lower outlet and the upper outlet.
이 때, 상기 하부 토출구는 하부 슬러리층을 형성하는 슬러리를 상기 집전체 상에 토출하고, 상기 상부 토출구는 상기 하부 토출구와 코팅 방향의 하류쪽으로 이격되어 위치하며, 상부 슬러리층을 형성하는 슬러리를 상기 집전체 상의 하부 슬러리층 상에 토출할 수 있다. At this time, the lower discharge port discharges the slurry forming the lower slurry layer onto the current collector, the upper discharge port is spaced apart from the lower discharge port in the downstream direction in the coating direction, and the slurry forming the upper slurry layer is discharged It can be discharged on the lower slurry layer on the current collector.
이 때, 상기 단차는 상기 하부 슬러리층의 평균 두께와 상부 슬러리층의 평균 두께를 합한 두께의 20 내지 70% 범위인 것이 바람직하다.In this case, the step difference is preferably in the range of 20 to 70% of the sum of the average thickness of the lower slurry layer and the average thickness of the upper slurry layer.
상기 하부 슬롯과 상부 슬롯은 30도 내지 60도의 각도를 이루는 것이 바람직하다. Preferably, the lower slot and the upper slot form an angle of 30 to 60 degrees.
본 발명에 있어서, 상기 하판과 상기 중판 사이에 개재되어 상기 하부 슬롯의 폭을 조절하는 제1 스페이서와, 상기 중판과 상기 상판 사이에 개재되어 상기 상부 슬롯의 폭을 조절하는 제2 스페이서를 더 포함할 수 있다.In the present invention, further comprising: a first spacer interposed between the lower plate and the middle plate to adjust the width of the lower slot; and a second spacer interposed between the middle plate and the upper plate to adjust the width of the upper slot. can do.
본 발명에 있어서, 상기 하판은 제1 전극 슬러리를 수용하고 상기 하부 슬롯과 연통하는 제1 매니폴드를 구비하고, 상기 상판은 제2 전극 슬러리를 수용하고 상기 상부 슬롯과 연통하는 제2 매니폴드를 구비할 수 있다. In the present invention, the lower plate includes a first manifold for accommodating the first electrode slurry and communicating with the lower slot, and the upper plate includes a second manifold for receiving the second electrode slurry and communicating with the upper slot. can be provided
본 발명은, 상기 하부 토출구의 토출을 개폐하는 제1 밸브, 상기 상부 토출구의 토출을 개폐하는 제2 밸브, 및 상기 제1 및 제2 밸브의 개폐를 제어하는 밸브 제어부를 더 포함할 수도 있다. The present invention may further include a first valve that opens and closes the discharge of the lower discharge port, a second valve that opens and closes the discharge of the upper discharge port, and a valve control unit that controls opening and closing of the first and second valves.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전극 활물질 슬러리 코팅 방법은 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용해, 집전체를 하부 다이립으로부터 상부 다이립 방향으로 주행시키면서 전극 활물질 슬러리를 공급해 상기 집전체 상에 전극 활물질 슬러리층을 형성하는 것이다.The electrode active material slurry coating method according to the present invention for solving the above problems uses the dual slot die coater according to the present invention, while driving the current collector from the lower die lip to the upper die lip, supplying the electrode active material slurry to the current collector to form an electrode active material slurry layer.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다른 전극 활물질 슬러리 코팅 방법은 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용해, 집전체를 하부 다이립으로부터 상부 다이립 방향으로 주행시키면서 전극 활물질 슬러리의 공급 및 중단을 반복하여 상기 집전체 상에 전극 활물질 슬러리층의 간헐 코팅을 하는 것이다.Another electrode active material slurry coating method according to the present invention for solving the above problems is to repeat the supply and stop of the electrode active material slurry while driving the current collector in the direction from the lower die lip to the upper die lip using a dual slot die coater to collect the collector. Intermittent coating of the electrode active material slurry layer on the entire surface.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 또 다른 전극 활물질 슬러리 코팅 방법은, 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하는 듀얼 슬롯 다이 코터로서, 연속적으로 주행하는 집전체 표면에 상기 하부 슬롯 및 상부 슬롯을 통해 2종의 전극 활물질 슬러리를 압출해 동시 코팅하는 것이며, 상기 듀얼 슬롯 다이 코터는 하판, 상기 하판의 상부에 배치되어 상기 하판과의 사이에 상기 하부 슬롯을 형성하는 중판, 및 상기 중판의 상부에 배치되어 상기 중판과의 사이에 상기 상부 슬롯을 형성하는 상판을 포함하고, 상기 하판, 중판 및 상판은 상기 집전체에 대하여 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하며, 상기 집전체와 상부 다이립 사이의 거리 및 상기 집전체와 중간 다이립 사이의 거리보다 상기 집전체와 하부 다이립 사이의 거리가 더 먼 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용하는 코팅 방법이고, 상기 하부 다이립과 중간 다이립 사이에는 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 토출구가 형성되고, 상기 중간 다이립과 상부 다이립 사이에는 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 토출구가 형성되며, 상기 상부 토출구는 상기 하부 토출구와 코팅 방향의 하류쪽으로 이격되어 위치하고, 상기 하부 다이립으로부터 상부 다이립 방향으로 주행하는 집전체 상에 상기 하부 토출구와 상부 토출구를 통해 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 토출하여 하부 슬러리층과 상기 하부 슬러리층 상에 도포된 상부 슬러리층을 포함하는 2층 구조를 형성하는 것이다.Another electrode active material slurry coating method according to the present invention for solving the above problems, as a dual slot die coater having a lower slot and an upper slot, through the lower slot and the upper slot on the surface of the current collector continuously traveling 2 Simultaneous coating by extruding a slurry of an electrode active material of a species, wherein the dual slot die coater is disposed on a lower plate, a middle plate disposed on the upper part of the lower plate to form the lower slot between the lower plate, and an upper part of the middle plate and an upper plate forming the upper slot between the middle plate and the lower plate, the middle plate and the upper plate each having a lower die lip, a middle die lip and an upper die lip forming a tip portion thereof with respect to the current collector, A coating method using a dual slot die coater, characterized in that the distance between the current collector and the lower die lip is greater than the distance between the current collector and the upper die lip and the distance between the current collector and the middle die lip, and the A lower discharge port communicating with the lower slot is formed between the lower die lip and the middle die lip, an upper discharge port communicating with the upper slot is formed between the middle die lip and the upper die lip, and the upper discharge port is the lower discharge port and the two kinds of electrode active material slurries are simultaneously discharged through the lower outlet and the upper outlet on the current collector running in the direction from the lower die lip to the upper die lip, the lower slurry layer and the lower To form a two-layer structure including an upper slurry layer applied on the slurry layer.
여기에서, 상기 전극 활물질 슬러리를 동시에 토출하고 동시에 중단하기를 반복하여 간헐 코팅을 할 수가 있다. Here, the electrode active material slurry may be discharged and stopped at the same time to repeatedly perform intermittent coating.
상기 하부 토출구와 상부 토출구 사이에는 소정의 단차가 형성되어 있으며, 상기 단차는 상기 하부 슬러리층의 평균 두께와 상부 슬러리층의 평균 두께를 합한 두께의 20 내지 70% 범위일 수 있다.A predetermined step is formed between the lower outlet and the upper outlet, and the step may be in the range of 20 to 70% of the sum of the average thickness of the lower slurry layer and the average thickness of the upper slurry layer.
상기 하부 슬러리층의 평균 두께 및 상부 슬러리층의 평균 두께의 비는 1:3 내지 3:1일 수 있다. A ratio of the average thickness of the lower slurry layer to the average thickness of the upper slurry layer may be 1:3 to 3:1.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전극은, 집전체; 및 상기 집전체에 형성되는 전극 활물질층;을 포함하며, 상기 전극 활물질층은 상기 집전체의 표면에 인접하여 배치되는 하부 활물질층과 상기 하부 활물질층 상에 배치되는 상부 활물질층을 포함하고, 상기 하부 활물질층과 상부 활물질층은 각각 평탄부 및 상기 평탄부와 연결되며 외주로 갈수록 두께가 점점 얇아지는 경사부를 가지며, 상기 집전체 상에서의 상기 상부 활물질층의 말단이 상기 하부 활물질층의 말단과 일치하거나 더 바깥쪽으로 위치하는 것을 특징으로 한다.An electrode according to the present invention for solving the other problem, the current collector; and an electrode active material layer formed on the current collector, wherein the electrode active material layer includes a lower active material layer disposed adjacent to the surface of the current collector and an upper active material layer disposed on the lower active material layer, wherein the The lower active material layer and the upper active material layer each have a flat portion and an inclined portion that is connected to the flat portion and becomes thinner toward the outer periphery, and the end of the upper active material layer on the current collector coincides with the end of the lower active material layer Or it is characterized in that it is located more outward.
상기 상부 활물질층의 평탄부와 경사부의 경계는 상기 하부 활물질층의 평탄부와 경사부의 경계보다 더 바깥쪽으로 위치할 수 있다. 상기 상부 활물질층의 경사부가 상기 하부 활물질층의 경사부를 덮어 상기 하부 활물질층의 경사부가 외부로 노출되지 않는 것일 수 있다. 상기 상부 활물질층의 평탄부와 경사부의 경계에서부터 상기 상부 활물질층의 말단까지의 거리가 4mm 이내일 수 있다. A boundary between the flat portion and the inclined portion of the upper active material layer may be located further outward than a boundary between the flat portion and the inclined portion of the lower active material layer. The inclined portion of the upper active material layer may cover the inclined portion of the lower active material layer so that the inclined portion of the lower active material layer is not exposed to the outside. A distance from the boundary of the flat portion and the inclined portion of the upper active material layer to the end of the upper active material layer may be within 4 mm.
본 발명의 일 측면에 의하면, 집전체에 대하여 상부 다이립과 중간 다이립보다 하부 다이립이 더 후방에 위치하게 된다. 이러한 립 단차에 의해, 전극 활물질 슬러리 공급 중지시 로딩이 완만하게 끊어지지 않고 로딩이 빠지는 길이가 짧아진다. 이에 따라, 로딩 꺼짐 현상이 개선되고 로딩 꺼짐 구간의 길이가 단축되는 결과, 셀 용량 증가하는 효과가 있다. 본 발명을 이용하면 코팅 품질 저하 문제가 없다. 특히 전극 활물질 슬러리 공급과 중지를 번갈아 가며 진행하는 간헐 코팅시 효과가 우수하다. According to one aspect of the present invention, the lower die lip is positioned more rearward than the upper die lip and the middle die lip with respect to the current collector. Due to the lip step, the loading does not break smoothly when the electrode active material slurry supply is stopped, and the length of the loading is shortened. Accordingly, the loading-off phenomenon is improved and the length of the loading-off section is shortened, thereby increasing the cell capacity. When the present invention is used, there is no problem of deterioration of coating quality. In particular, the effect is excellent during intermittent coating, which alternates between supplying and stopping the electrode active material slurry.
본 발명은 상부 토출구와 하부 토출구간의 단차를 제어하는 구성, 특히 중판과의 사이에서 하부 토출구를 정의하는 하판을 제어하는 방식에 해당한다. 하판의 립인 하부 다이립을 상/중판의 립보다 더 뒤로 위치시켜 집전체로부터 멀어지게 한 하판 립 후진 방식이다. The present invention corresponds to a configuration for controlling a step difference between an upper discharge port and a lower discharge section, particularly a method for controlling a lower plate defining a lower discharge port between the middle plate and the middle plate. This is a lower plate lip backwards method in which the lower die lip, which is the lip of the lower plate, is positioned further back than the lip of the upper/middle plate to move away from the current collector.
이러한 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터 및 이를 이용한 전극 활물질 슬러리 코팅 방법은 집전체 상에 2층 구조의 활물질층 형성시 공정 효율을 높이고 불량률을 낮출 수 있다. 또한, 로딩 꺼짐 구간을 줄임으로써 공정 후 폐기되는 전극 영역을 줄일 수 있다. The dual slot die coater and the electrode active material slurry coating method using the same according to the present invention can increase process efficiency and lower the defect rate when forming the active material layer having a two-layer structure on the current collector. In addition, by reducing the loading off period, it is possible to reduce the electrode area discarded after the process.
본 발명에 따르면 로딩 꺼짐 구간이 최소화된 전극이 제공된다. 본 발명에 따르면 로딩 꺼짐 구간이 단축되므로 폐기되는 잉여 부분이 감소하며, 공정 효율의 증가 및 제조 비용의 감소 효과를 가져온다.According to the present invention, an electrode having a minimized loading off period is provided. According to the present invention, since the loading off section is shortened, the surplus part to be discarded is reduced, resulting in an increase in process efficiency and a reduction in manufacturing cost.
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 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 영역 확대도이다.
도 3은 간헐 코팅이 이상적으로 수행된 경우의 전극의 단면도이다.
도 4는 종래의 전극 활물질 슬러리 코팅 방법에 따라 제조된 전극의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 분해 사시도이다.
도 7은 도 5의 C 영역 확대도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용한 전극 활물질 슬러리 코팅 과정을 나타낸 모식도이다.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질 슬러리 코팅 방법에 따라 제조된 전극의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 9 및 도 10은 비교예 및 실시예에 의한 전극 단면에서 너비 대 두께 그래프들이다.The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention to be described later, so that the present invention is described in such drawings should not be construed as being limited only to
1 is a schematic cross-sectional view of a dual slot die coater according to the prior art.
FIG. 2 is an enlarged view of area A of FIG. 1 .
3 is a cross-sectional view of an electrode when intermittent coating is ideally performed.
4 is a schematic view showing a cross-section of an electrode manufactured according to a conventional electrode active material slurry coating method.
5 is a schematic cross-sectional view of a dual slot die coater according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic exploded perspective view of a dual slot die coater according to an embodiment of the present invention.
7 is an enlarged view of region C of FIG. 5 , and is a schematic diagram illustrating a process of coating an electrode active material slurry using a dual slot die coater according to an embodiment of the present invention.
8A and 8B are schematic diagrams illustrating a cross-section of an electrode manufactured according to a method for coating an electrode active material slurry according to an embodiment of the present invention.
9 and 10 are graphs of width versus thickness in cross-sections of electrodes according to Comparative Examples and Examples.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to conventional or dictionary meanings, and the inventor should properly understand the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Accordingly, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only some of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention. It should be understood that there may be equivalents and variations.
본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터는 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하고 기재 상에 코팅액을 이중층으로 코팅하는 장치이다. 이하의 설명하는 '기재'는 집전체이고 코팅액은 '전극 활물질 슬러리'이다. 하부 슬롯을 통해 토출되는 슬러리와 상부 슬롯을 통해 토출되는 슬러리는 조성(활물질, 도전재, 바인더의 종류)이나 함량(활물질, 도전재, 바인더의 양)이나 물성이 서로 동일하거나 서로 다른 전극 활물질 슬러리일 수 있다. 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터는 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 코팅하거나 2종의 전극 활물질 슬러리를 교번적으로 코팅하면서 패턴 코팅하거나 2종의 전극 활물질 슬러리의 공급과 중지를 번갈아 하며 간헐 코팅하는 전극 제조에 최적화되어 있다. 다만, 본 발명의 권리범위가 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. The dual slot die coater of the present invention is an apparatus having a lower slot and an upper slot and coating a coating solution in a double layer on a substrate. The 'substrate' described below is the current collector and the coating solution is the 'electrode active material slurry'. The slurry discharged through the lower slot and the slurry discharged through the upper slot have the same or different composition (type of active material, conductive material, binder), content (amount of active material, conductive material, binder), or physical properties of the electrode active material slurry can be The dual slot die coater of the present invention coats two types of electrode active material slurries simultaneously or pattern-coats while alternately coating two types of electrode active material slurries, or intermittently coats the two types of electrode active material slurries while alternately supplying and stopping the two types of electrode active material slurries Optimized for manufacturing. However, the scope of the present invention is not necessarily limited thereto.
종래 간헐 코팅을 위해, 패턴 형성시 슬러리 공급을 중지하면, 로딩이 완만하게 끊어지면서 도 4에 설명한 바와 같은 로딩 꺼짐 현상이 발생한다. 본 발명자들은 이러한 로딩 꺼짐 현상이 단부 형성을 위해 슬러리 공급을 중단할 시, 듀얼 슬롯 다이 코터와 집전체 사이에 메니스커스를 형성하거나 비드를 이루며 남아있던 잔류 슬러리들이 집전체 상에 마저 코팅이 되면서 나타나는 현상임을 발견하였다. 이에, 듀얼 슬롯 다이 코터와 집전체 사이에 잔류 슬러리들을 최소화할 수 있는 구조를 연구하여 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터를 제안하기에 이르렀다. For the conventional intermittent coating, if the slurry supply is stopped during pattern formation, the loading is cut off gently, and the loading off phenomenon as described in FIG. 4 occurs. The present inventors found that when this loading off phenomenon stops the supply of the slurry to form the end, the residual slurry that forms a bead or forms a meniscus between the dual slot die coater and the current collector is even coated on the current collector. was found to be a phenomenon. Accordingly, a structure capable of minimizing residual slurries between the dual slot die coater and the current collector was studied to propose a dual slot die coater according to the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 분해 사시도이다. 도 7은 도 5의 C 영역 확대도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용한 전극 활물질 슬러리 코팅 과정을 나타낸 모식도이다. 5 is a schematic cross-sectional view of a dual slot die coater according to an embodiment of the present invention. 6 is a schematic exploded perspective view of a dual slot die coater according to an embodiment of the present invention. 7 is an enlarged view of region C of FIG. 5 , and is a schematic diagram illustrating a process of coating an electrode active material slurry using a dual slot die coater according to an embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 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 전극 활물질 슬러리를 집전체(300) 상에 동시에 혹은 번갈아 혹은 간헐적으로 코팅할 수 있는 장치이다. 5 to 7 , the dual
듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 하판(110), 상기 하판(110)의 상부에 배치되는 중판(120), 상기 중판(120)의 상부에 배치되는 상판(130)을 포함한다. 하판, 중판, 상판(110, 120, 130)은 볼트와 같은 체결 부재를 통해 서로 조립된다. 하판(110)은 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 구성하는 블록들 중 가장 하부에 위치하는 블록으로서, 중판(120)과 마주보는 면이 바닥면(X-Z 평면)에 대해 대략 30도 내지 60도의 각도를 이루도록 경사진 형태를 갖는다.The dual
하부 슬롯(101)은 하판(110)과 중판(120)이 서로 대면하는 곳 사이에 형성될 수 있다. 이를테면, 하판(110)과 중판(120) 사이에 제1 스페이서(113)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련됨으로써 제1 전극 활물질 슬러리(150)가 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. The
상기 제1 스페이서(113)는 도 6에 도시한 바와 같이, 일 영역이 절개되어 제1 개방부(113a)를 구비하며, 하판(110)과 중판(120) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에 개재될 수 있다. 이에 제1 전극 활물질 슬러리(150)가 외부로 토출될 수 있는 하부 토출구(101a)는 하판(110)의 선단부와 중판(120)의 선단부 사이에만 형성된다. 상기 하판(110)의 선단부와 상기 중판(120)의 선단부를 각각 하부 다이립(111), 중간 다이립이라 정의하고 다시 말하면, 상기 하부 토출구(101a)는 하부 다이립(111)과 중간 다이립(121) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다.As shown in FIG. 6 , one area of the
참고로, 제1 스페이서(113)는 하부 토출구(101a)가 형성되는 영역을 제외하고는, 하판(110)과 중판(120) 사이의 틈새로 제1 전극 활물질 슬러리(150)가 누출되지 않도록 하는 가스켓(gasket)으로서의 기능을 겸함으로 밀봉성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.For reference, the
상기 하판(110)은 중판(120)과 마주보는 면에 소정의 깊이를 가지며 하부 슬롯(101)과 연통하는 제1 매니폴드(112)를 구비한다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 제1 매니폴드(112)는 외부에 설치된 제1 전극 활물질 슬러리 공급 챔버(미도시)와 공급관으로 연결되어 제1 전극 활물질 슬러리(150)를 공급받는다. 상기 제1 매니폴드(112) 내에 제1 전극 활물질 슬러리(150)가 가득 차게 되면, 상기 제1 전극 활물질 슬러리(150)가 하부 슬롯(101)을 따라 흐름이 유도되고 하부 토출구(101a)를 통해 외부로 토출되게 된다. The
중판(120)은 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 구성하는 다이 블록들 중 중간에 위치하는 블록으로서, 하판(110)과 상판(130) 사이에 배치되어 이중 슬롯을 형성하기 위한 블록이다. 본 실시예의 중판(120)은 단면이 직각 삼각형이지만 이러한 형태로 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니며 예컨대, 단면이 이등변 삼각형으로 마련될 수도 있다.The
상판(130)은 바닥면에 대해 수평한 중판(120)의 상면에 대면하게 배치된다. 상부 슬롯(102)은 이같이 중판(120)과 상판(130)이 대면하는 곳 사이에 형성된다. The
전술한 하부 슬롯(101)과 마찬가지로, 중판(120)과 상판(130) 사이에 제2 스페이서(133)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련될 수 있다. 이로써 제2 전극 활물질 슬러리(160)가 유동할 수 있는 통로에 해당하는 상부 슬롯(102)이 형성된다. 이 경우, 상기 상부 슬롯(102)의 상하 폭(Y축 방향, 슬롯 갭)은 제2 스페이서(133)에 의해 결정된다. Like the
또한, 제2 스페이서(133)도 전술한 제1 스페이서(113)와 유사한 구조로서 일 영역이 절개되어 제2 개방부(133a)를 구비하며, 중판(120)과 상판(130) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에만 개재된다. 마찬가지로 상부 슬롯(102)의 전방을 제외한 둘레 방향은 막히게 되고 중판(120)의 선단부와 상판(130)의 선단부 사이에만 상부 토출구(102a)가 형성된다. 상기 상판(130)의 선단부를 상부 다이립(131)이라 정의하고 다시 말하면, 상기 상부 토출구(102a)는 중간 다이립(121)과 상부 다이립(131) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다.In addition, the
또한, 상판(130)은 중판(120)과 마주보는 면에 소정의 깊이를 가지며 상부 슬롯(102)과 연통하는 제2 매니폴드(132)를 구비한다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 제2 매니폴드(132)는 외부에 설치된 제2 전극 활물질 슬러리(160) 공급 챔버와 공급관으로 연결되어 제2 전극 활물질 슬러리(160)를 공급받는다. 파이프 형태의 공급관을 따라 외부에서 제2 전극 활물질 슬러리(160)가 공급되어 제2 매니폴드(132) 내에 가득 차게 되면, 상기 제2 전극 활물질 슬러리(160)가 제2 매니폴드(132)와 연통되어 있는 상부 슬롯(102)을 따라 흐름이 유도되고 상부 토출구(102a)를 통해 외부로 토출되게 된다.In addition, the
상부 슬롯(102)과 하부 슬롯(101)은 일정한 각도를 이루는데, 상기 각도는 대략 30도 내지 60도의 각도일 수 있다. 이러한 상부 슬롯(102)과 하부 슬롯(101)은 서로 한 곳에 교차하게 되고 상기 교차 지점 부근에 상기 상부 토출구(102a)와 하부 토출구(101a)가 마련될 수 있다. 이에 제1 전극 활물질 슬러리(150)와 제2 전극 활물질 슬러리(160)의 토출 지점이 대략 한 곳에 집중될 수 있다. The
제1 및 제2 매니폴드(112, 132)는 하판(110)과 상판(130)에 각각 형성한다. 이와 같이 함으로써 구조적으로 제일 취약한 중판(120)의 변형에 영향을 덜 줄 수 있다. The first and
한편, 하부 토출구(101a)의 토출을 개폐하는 제1 밸브, 상부 토출구(102a)의 토출을 개폐하는 제2 밸브, 및 상기 제1 및 제2 밸브의 개폐를 제어하는 밸브 제어부를 더 포함할 수도 있다. On the other hand, it may further include a first valve for opening and closing the discharge of the lower discharge port (101a), a second valve for opening and closing the discharge of the upper discharge port (102a), and a valve control unit for controlling the opening and closing of the first and second valves there is.
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, 상기 코팅 롤(200)을 회전시킴으로써 코팅될 집전체(300)를 주행시키면서, 제1 전극 활물질 슬러리(150)와 제2 전극 활물질 슬러리(160)를 연속적으로 상기 집전체(300)의 표면에 접촉시켜 상기 집전체(300)에 2층 구조를 동시 코팅시킬 수 있다. 또는 밸브 제어부를 통해 제1 및 제2 밸브의 개폐를 제어하면서 제1 전극 활물질 슬러리(150)의 공급 및 중단, 그리고 제2 전극 활물질 슬러리(160)의 공급 및 중단을 번갈아 수행하여, 집전체(300) 상에 간헐적으로 패턴 코팅을 형성할 수가 있다. According to the dual
도 7을 더 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 다이립 부분의 구조와 이러한 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용한 전극 활물질 슬러리 코팅 방법을 자세히 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(100)에서는 상/중/하판의 립 단차가 형성되어 있다. With further reference to FIG. 7 , the structure of the die lip portion of the dual slot die coater according to an embodiment of the present invention and the electrode active material slurry coating method using the dual slot die coater will be described in detail. In the dual
집전체(300)와 상부 다이립(131) 사이의 거리(H1), 집전체(300)와 중간 다이립(121) 사이의 거리(H2)보다 집전체(300)와 하부 다이립(111) 사이의 거리(H3)가 더 멀다. 하판(110)의 립인 하부 다이립(111)의 위치를 상판(130)의 립인 상부 다이립(131), 중판(120)의 립인 중간 다이립(121)보다 토출 방향의 반대 방향인 뒤로 빼서 집전체(300)로부터 멀리 위치시킴으로써 이러한 거리 차이를 발생시켜 립 단차를 형성할 수가 있다. 이러한 립 사이의 단차를 통해 로딩 꺼짐 구간 완화를 달성할 수 있다. 집전체(300)와 상부 다이립(131) 사이의 거리(H1)와 집전체(300)와 중간 다이립(121) 사이의 거리(H2)는 서로 같을 수 있다.The
립 단차를 형성하기 위하여, 하부 다이립(111), 중간 다이립(121) 및 상부 다이립(131)을 집전체(300)에 대하여 일렬 정렬한 후 하부 다이립(111)을 개별 후진시키는 제어부를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 상부 다이립(131)과 중간 다이립(121)보다 하부 다이립(111)이 집전체(300)로부터 더 후방에 위치하게 된다. In order to form a lip step, the
이로써, 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a) 사이에는 소정의 단차(D')가 형성된다. 이 단차(D')는 집전체(300)와 하부 다이립(111) 사이의 거리(H3)에서 집전체(300)와 상부 다이립(131) 사이의 거리(H1)를 뺀 만큼이다. 이러한 단차(D')만큼 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a)가 서로 수평 방향을 따라 상호 이격된 위치에 배치됨에 따라, 상부 토출구(102a)에서 토출된 제2 전극 활물질 슬러리(160)가 하부 토출구(101a)로 유입되거나, 또는 하부 토출구(101a)에서 토출된 제1 전극 활물질 슬러리(150)가 상부 토출구(102a)로 유입될 우려도 없게 된다. 본 발명은 하부 토출구(101a)를 형성하는 중판(120)과 하판(110)이 서로 이격하는 데에 특징이 있다. Accordingly, a predetermined step D' is formed between the
도시한 바와 같이 립 위치들이 세팅된 상태에서 상부 토출구(102a)는 하부 토출구(101a)와 코팅 방향의 하류쪽으로 이격되어 위치한다. 하부 다이립(111)으로부터 상부 다이립(131) 방향으로 집전체(300)를 주행시키면서 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a)를 통해 슬러리(150, 160)를 동시에 토출하면 집전체(300) 위에 2층 구조로 활물질층을 형성할 수가 있다. As shown, in a state in which the lip positions are set, the
본 발명은 하층 슬러리, 즉 하부 토출구(101a)로부터 토출되는 제1 전극 활물질 슬러리(150) 기준으로, 하층 업 스트림만을 집전체(300)와 더 먼 방향으로 이격시키는 것이다. 다시 말해, 하부 토출구(101a)를 형성하는 두 개의 판인 중판(120)과 하판(110)간에 서로 높이 차를 발생시키면서, 하판(110)이 더 집전체(300)와 먼 방향으로 이동되게 한 것이다. 업 스트림과 다운 스트림 구분없이 토출구 자체의 이동만을 이용하는 경우와는 차이가 있다. In the present invention, based on the lower layer slurry, that is, the first electrode
도 8a와 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질 슬러리 코팅 방법에 따라 제조된 전극의 단면을 나타낸 모식도이다. 도 8a는 전극 활물질 슬러리 코팅 후의 단면, 도 8b는 코팅 및 건조한 후의 단면이다. 8A and 8B are schematic diagrams illustrating a cross-section of an electrode manufactured according to a method for coating an electrode active material slurry according to an embodiment of the present invention. 8A is a cross-section after coating the electrode active material slurry, and FIG. 8B is a cross-section after coating and drying.
도 8a에 도시한 바와 같이, 하부 토출구(101a)로부터 토출된 제1 전극 활물질 슬러리(150)가 집전체(300) 상에 먼저 도포되어 하부 슬러리층(150a)을 이루고, 그 위에 상부 토출구(102a)로부터 토출된 제2 전극 활물질 슬러리(160)가 동시에 도포되어 상부 슬러리층(160a)을 형성한다. 이와 같이 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 이용하면 하부 슬러리층(150a) 상에 상부 슬러리층(160a)을 포함하는 2층 구조를 형성할 수가 있다. 특히, 제1 전극 활물질 슬러리(150)와 제2 전극 활물질 슬러리(160)의 공급을 동시에 중단하면, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 립 단차에 의해 도 8a에 도시한 바와 같은 패턴 단부를 얻을 수 있고, 이를 건조한 후에, 또는 롤 프레스까지 진행한 후에 도 8b와 같은 패턴 단부를 얻을 수 있다. 롤 프레스는 두께 조절을 위하여 더 진행할 수 있는 선택적인 단계이다. As shown in FIG. 8A , the first electrode
하부 토출구(101a)를 통해 토출된 제1 전극 활물질 슬러리(150)에 의해 형성된 하부 슬러리층(150a)의 평균 두께(D1)와 상부 토출구(102a)를 통해 토출된 제2 전극 활물질 슬러리(160)에 의해 형성된 상부 슬러리층(160a)의 평균 두께(D2)의 비율은 1:3 내지 3:1 범위(D1 : D2)이다. 상기 두께 비율은 각 층의 두께 방향 길이의 평균치를 상대적으로 표시한 것이다. 그리고, 하부 슬러리층(150a) 및 상부 슬러리층(160a)의 각 평균 두께(D1, D2)는 40 내지 200㎛일 수 있다. The average thickness D1 of the
상기와 같은 슬러리층(150a, 160a)의 두께는 곧 공급되는 슬러리의 압력으로 볼 수 있다. 하부 슬러리층(150a)과 상부 슬러리층(160a)의 두께비가 1:3 이상이 되도록, 제2 전극 활물질 슬러리(160)의 압력을 제1 전극 활물질 슬러리(150)의 압력 대비 3배 초과로 공급할 경우, 상층이 하층보다 압력이 강하므로, 제1 전극 활물질 슬러리(150)를 코팅 진행 방향의 반대 방향인 뒤쪽으로 밀어내어 리킹 발생 가능성이 높아지며, 제1 전극 활물질 슬러리(150)가 제2 전극 활물질 슬러리(160)의 강한 압력으로 인해, 제대로 공급되지 않을 수 있다. 또한, 제2 전극 활물질 슬러리(160)의 높은 압력으로 인해, 제1 전극 활물질 슬러리(150) 공급이 균일하게 되지 않으므로, 하부 슬러리층(150a)이 균일하게 형성되기 어려운 문제가 있다.The thickness of the
한편, 하부 슬러리층(150a)과 상부 슬러리층(160a)의 두께비가 3:1 이상이 되도록, 제2 전극 활물질 슬러리(160)의 압력을 제1 전극 활물질 슬러리(150)의 압력 대비 3배 초과로 공급할 경우, 제2 전극 활물질 슬러리(160)의 공급이 어려워지거나, 제2 전극 활물질 슬러리(160)의 코팅이 코팅 진행방향으로 밀리면서, 코팅액 표면이 불균일할 수 있는 문제가 있다. Meanwhile, the pressure of the second electrode
상기 단차(D')는 하부 슬러리층(150a)의 평균 두께(D1)와 상부 슬러리층(160a)의 평균 두께(D2)를 합한 두께의 20 내지 70% 범위인 것이 바람직하다. 상기 범위가 20% 미만인 경우, 슬러리 공급 중단시 로딩 빠짐 길이를 단축시키는 효과가 적다. 상기 범위가 70%를 초과하는 경우에는 슬러리의 양 대비하여 슬러리가 코팅되기 위해 머무는 공간, 즉 다이립(111, 121)과 하부 슬러리층(150a) 사이의 공간의 전체 면적이 부족하여, 공급되는 제1 전극 활물질 슬러리(150)가 코팅되지 못하고 뒤로 새는 리킹이 발생한다. 리킹은, 슬러리의 일부가 하부 다이립 밖에서 업 스트림 측으로 유실되는 불안정성을 의미한다. 이는 미리 계량된 슬러리의 손실을 뜻하며, 이로 인해 최종적인 코팅 두께를 예측할 수 없다. The step D' is preferably in the range of 20 to 70% of the sum of the average thickness D1 of the
기존에 간헐 코팅을 위해, 패턴 형성 시 슬러리 공급을 중단하면, 로딩이 완만하게 끊어지면서 로딩 꺼짐 현상이 발생한다. 종래기술에 관한 도 2를 다시 참조하면, 본 발명자들은 이러한 로딩 꺼짐 현상은 단부 형성을 위해 슬러리 공급을 중단할 시, 듀얼 슬롯 다이 코터(20)와 집전체(15) 사이에 메니스커스를 형성하거나 비드를 이루며 남아있던 잔류 슬러리들(50, 55)이 집전체(15) 상에 마저 코팅이 되면서 나타나는 현상임을 발견하였다. 특히 상판(35) 선단부에서부터 제1 전극 활물질 슬러리(50)의 메니스커스까지의 길이(S)가 로딩 꺼짐 구간의 길이와 관련이 있음을 발견하였다. For intermittent coating, if the supply of the slurry is stopped during pattern formation, the loading is cut off gently and the loading off phenomenon occurs. Referring back to FIG. 2 related to the prior art, the present inventors found that this loading off phenomenon forms a meniscus between the dual slot die
본 발명에서는 도 7과 같이 하판(110)이 뒤로 빠져 있는 상태이기 때문에, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)와 집전체(300) 사이에 메니스커스를 형성하거나 비드를 이루며 남아있는 잔류 슬러리의 양이 적어진다. 상판(130) 선단부인 상부 다이립(131)에서부터 제1 전극 활물질 슬러리(150)의 메니스커스까지의 길이(S')가 도 2의 길이(S)에 비하여 단축되기 때문이다. 이에 따라, 슬러리 중단시 로딩이 완만하게 끊어지지 않고 로딩이 빠지는 길이가 짧다. 따라서, 패턴 단부를 도 8a 및 도 8b와 같이 이상적으로 형성할 수가 있게 된다. In the present invention, since the
도 8a를 참고하면, 집전체 주행 방향을 따라 집전체(300) 상에 하부 슬러리층(150a) 및 상부 슬러리층(160a)이 거의 순차적으로 코팅되어 종료되는 경우를 나타내고 있다. 본 발명에 있어서 슬러리 토출 중단에 의해 상부 슬러리층(160a)의 두께가 감소되는 시점(Ps')에서부터 토출된 슬러리의 말단부, 즉 코팅 종료 지점(Pe')까지의 거리(L')가 로딩 꺼짐 구간인데, 이는 종래기술에 관한 도 4의 로딩 꺼짐 구간 거리(L)에 비해 매우 짧다. 로딩 꺼짐 구간은 폐기되는 잉여 부분으로 작용하며, 이는 공정 효율의 저하 및 제조 비용의 증가를 초래한다. 본 발명에 따르면 로딩 꺼짐 구간이 단축되므로 폐기되는 잉여 부분이 감소하며, 공정 효율의 증가 및 제조 비용의 감소 효과를 가져온다. Referring to FIG. 8A , a case in which the
종래 도 4의 로딩 꺼짐 구간 거리(L)는 5.5mm 이상으로 발생하는 것이 통상적이다. 하지만 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 이용하면 잉여부, 즉 슬러리 토출 중단에 의해 상부 슬러리층(160a)의 두께가 감소되는 시점(Ps')에서부터 토출된 슬러리의 말단부, 즉 코팅 종료 지점(Pe')까지의 거리(L')를 4mm 이내가 되도록 조절할 수가 있다. 상기와 같이 잉여부의 길이가 4mm 초과가 되는 경우, 버려지는 면적이 증가하여 경제적이지 못하기 때문이다.Conventionally, the loading off section distance (L) of FIG. 4 is typically 5.5 mm or more. However, when the dual
예를 들어, 본 발명의 전극 활물질 슬러리 코팅 방법은 이차전지의 양극 제조에 적용될 수 있다. 양극은 집전체 및 상기 집전체의 표면에 형성된 양극 활물질층을 포함한다. 집전체는 Al, Cu, 등 전기 전도성을 나타내는 것으로서 이차전지 분야에서 공지된 집전체 전극의 극성에 따라 적절한 것을 사용할 수 있다. 상기 양극 활물질층은 복수의 양극 활물질 입자, 도전재 및 바인더 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 양극은 전기화학적 특성의 보완이나 개선의 목적으로 다양한 첨가제를 더 포함할 수 있다. For example, the electrode active material slurry coating method of the present invention may be applied to the manufacture of a positive electrode of a secondary battery. The positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on a surface of the current collector. The current collector may be used according to the polarity of the current collector electrode known in the field of secondary batteries as showing electrical conductivity such as Al, Cu, and the like. The positive active material layer may further include one or more of a plurality of positive active material particles, a conductive material, and a binder. In addition, the positive electrode may further include various additives for the purpose of supplementing or improving electrochemical properties.
활물질은 리튬 이온 이차 전지의 양극 활물질로 사용될 수 있는 것이면 특정한 성분으로 한정되는 것은 아니다. 이의 비제한적인 예로는 리튬 망간복합 산화물(LiMn2O4, LiMnO2 등), 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 양극은 고체 전해질 재료로 고분자계 고체 전해질, 산화물계 고체 전해질 및 황화물계 고체 전해질 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The active material is not limited to a specific component as long as it can be used as a positive active material of a lithium ion secondary battery. Non-limiting examples thereof include layered compounds such as lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , etc.), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or substituted with one or more transition metals. compound; Lithium manganese oxides such as Formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , and LiMnO 2 ; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiV 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Ni site-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 (wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 (where M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where M = Fe, Co, lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu or Zn; LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; disulfide compounds; One or a mixture of two or more of Fe 2 (MoO 4 ) 3 may be included. In the present invention, the positive electrode may include at least one of a polymer-based solid electrolyte, an oxide-based solid electrolyte, and a sulfide-based solid electrolyte as a solid electrolyte material.
도전재는 통상적으로 전극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 wt% 내지 20wt%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. The conductive material may be added in an amount of 1 wt% to 20 wt% based on the total weight of the mixture including the electrode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery. For example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black, such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; One or a mixture of two or more selected from conductive materials such as polyphenylene derivatives may be included.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합 및 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 폴리불화비닐리덴 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 바인더는 통상적으로 전극층 100 wt% 대비 1wt% 내지 30 wt%, 또는 1wt% 내지 10wt%의 범위로 포함될 수 있다. The binder is not particularly limited as long as it is a component that assists in bonding the active material and the conductive material and bonding to the current collector, for example, polyvinylidene fluoride polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxy Propylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluororubber, various copolymers and the like. The binder may be included in an amount of 1 wt% to 30 wt%, or 1 wt% to 10 wt% compared to 100 wt% of the electrode layer.
상기 전극은 음극일 수도 있다. 상기 음극은 집전체 및 상기 집전체의 표면에 형성된 음극 활물질층을 포함한다. 상기 음극 활물질층은 복수의 음극 활물질 입자, 도전재 및 바인더 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 음극은 전기화학적 특성의 보완이나 개선의 목적으로 다양한 첨가제를 더 포함할 수 있다. The electrode may be a cathode. The negative electrode includes a current collector and an anode active material layer formed on a surface of the current collector. The negative active material layer may further include at least one of a plurality of negative active material particles, a conductive material, and a binder. In addition, the negative electrode may further include various additives for the purpose of supplementing or improving electrochemical properties.
상기 음극 활물질은 흑연, 비정질 탄소, 다이아몬드상 탄소, 풀러렌, 탄소 나노튜브, 탄소나노 혼 등의 탄소 재료 나 리튬 금속 재료, 실리콘이나 주석 등의 합금계 재료, Nb2O5, Li5Ti4O12, TiO2 등의 산화물계 재료, 혹은 이들의 복합물을 이 용할 수 있다. 음극에 대해서 도전재, 바인더 및 집전체에 대해서는 양극에 대해 기재한 내용을 참조할 수 있다. 특히 본 발명에 따라 제조되는 전극은 음극임이 바람직하다. The negative active material is a carbon material such as graphite, amorphous carbon, diamond-like carbon, fullerene, carbon nanotube, or carbon nanohorn, a lithium metal material, an alloy-based material such as silicon or tin, Nb 2 O 5 , Li 5 Ti 4 O 12 , an oxide-based material such as TiO 2 , or a composite thereof may be used. For the negative electrode, the conductive material, the binder, and the current collector may refer to the description of the positive electrode. In particular, the electrode produced according to the present invention is preferably a negative electrode.
도 8a에서와 같은 코팅 상태를 가진 결과물을 건조시키면 도 8b와 같은 전극을 제조할 수 있다. When the resultant having the coating state as in FIG. 8A is dried, an electrode as shown in FIG. 8B can be manufactured.
도 8b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 전극은 집전체(300)와 집전체(300) 상에 형성되는 전극 활물질층을 포함한다. 전극 활물질층은 특히 집전체(300)의 표면에 인접하여 배치되는 하부 활물질층(150b)과 상기 하부 활물질층(150b) 상에 배치되는 상부 활물질층(160b)을 포함한다. 즉, 전극 활물질층은 하부 활물질층(150b) 위에 상부 활물질층(160b)이 순차 적층된 구조이다. 상기 하부 활물질층(150b)은 하부 슬러리층(150a)이 건조된 것이고, 상기 상부 활물질층(160b)은 상부 슬러리층(160a)이 건조된 것이다. Referring to FIG. 8B , the electrode according to an embodiment of the present invention includes a
예를 들어 하부 활물질층(150b)은 고함량의 도전재를 함유하고, 상부 활물질층(160b)은 상대적으로 저함량의 도전재를 함유할 수 있다. 이 경우, 하부 활물질층(150b)은 도전재 함량을 0.5 내지 5 중량% 범위에서 조절 가능하다. 상부 활물질층(160b)은 도전재의 함량을 줄임으로써, 전극 표면에서 활물질 함량을 높이고 전기 전도성을 일정 수준 낮출 수 있다. 특히, 상부 활물질층(160b)의 도전재 함량을 0.02 중량% 이하의 매우 낮은 수준으로 제어할 경우, 셀 내부 단락시 발열반응을 감소시킬 수 있다. For example, the lower
다른 예에서, 하부 활물질층(150b)을 형성하는 활물질의 평균 입경(P1)은 상부 활물질층(160b)을 형성하는 활물질의 평균 입경(P2)의 50 내지 95% 범위이다. 이 경우는, 하부 활물질층(150b)에 상대적으로 작은 입경의 활물질을 적용하는 것이다. 상부 활물질층(160b)에는 상대적으로 큰 입경의 활물질을 적용함으로써, 전해액 함침을 용이하게 하고 이온 내지 정공의 원활한 이동을 유도할 수 있다.In another example, the average particle diameter P1 of the active material forming the lower
도시된 예에서, 하부 활물질층(150b)과 상부 활물질층(160b)은 각각 평탄부(151, 161) 및 상기 평탄부(151, 161)와 연결되며 외주로 갈수록 두께가 점점 얇아지는 경사부(153, 163)를 갖는다. 상기 평탄부(151, 161)와 상기 경사부(153, 163)의 경계는 각 층의 두께 감소가 시작되는 지점(152, 162)으로서, 평탄부(151, 161)가 종료되고 경사부(153, 163)가 시작되는 지점을 의미하는 것이기도 하다. In the illustrated example, the lower
상부 활물질층(160b)의 말단(164)과 하부 활물질층(150b)의 말단(154), 즉 각 층의 두께가 0이 되는 지점은 도 3에서와 같이 패턴이 끝나는 부분인 단부가 집전체(300)에 대하여 거의 수직인 위치에서 서로 정렬되어 일치되거나, 집전체(300) 상에서 서로 일치됨이 바람직하나, 도시한 바와 같이 집전체(300) 상에서의 상부 활물질층(160b)의 말단(164)이 하부 활물질층(150b)의 말단(154)보다 더 바깥쪽으로 위치할 수도 있다. 집전체(300) 상에서의 상부 활물질층(160b)의 말단(164)이 하부 활물질층(150b)의 말단(154)과 일치할 수도 있다. The
각 층의 두께 감소가 시작되는 지점(152, 162)도 집전체(300)에 대하여 거의 수직인 위치에서 서로 정렬되어 일치될 수 있지만, 도시한 바와 같이 상부 활물질층(160b)의 두께 감소가 시작되는 지점(162)이 하부 활물질층(150b)의 두께 감소가 시작되는 지점(152)보다 더 바깥쪽으로 위치할 수도 있다. The
상부 활물질층(160b)의 경사부(163)와 하부 활물질층(150b)의 경사부(153)는 서로 연결되지 않고, 상부 활물질층(160b)의 경사부(163)가 하부 활물질층(150b)의 경사부(153)를 덮으면서 단차 없이, 완만하거나 가파른 경사를 이룰 수 있다. 도 4에 도시한 것처럼 각 층의 경사부가 서로 연결되면서 나타나는 계단 형상은 나타내지 않는다. 도 4의 경우는 상층 말단이 하층 말단보다 더 안쪽에 위치하여 하층 경사부 일부가 외부로 노출됨으로써 계단 형상을 나타내는 것이다. 본 발명에 따른 전극에서는 슬러리 중단시 특히 하부 슬러리층의 로딩이 빠지는 길이가 짧아진 결과, 상부 활물질층(160b)의 말단(164)과 하부 활물질층(150b)의 말단(154)이 일치되거나 상부 활물질층(160b)의 말단(164)이 하부 활물질층(150b)의 말단(154)보다 더 바깥쪽으로 위치하면서 하층 경사부가 외부로 노출되지 않는다. The
앞서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 이용하면 잉여부, 즉 슬러리 토출 중단에 의해 상부 슬러리층(160a)의 두께가 감소되는 시점(Ps')에서부터 토출된 슬러리의 말단부, 즉 코팅 종료 지점(Pe')까지의 거리(L')를 4mm 이내가 되도록 조절할 수가 있다. 그 결과, 상부 활물질층(160b)의 평탄부(161)와 경사부(163)의 경계에서부터 상부 활물질층(160b)의 말단(164)까지의 거리가 4mm 이내일 수 있다. As described above, when the dual
이와 같이 본 발명에 따르면 로딩 꺼짐 구간이 최소화된 전극이 제공된다. 본 발명에 따르면 로딩 꺼짐 구간이 단축되므로 폐기되는 잉여 부분이 감소하며, 공정 효율의 증가 및 제조 비용의 감소 효과를 가져온다.As described above, according to the present invention, an electrode having a minimized loading off period is provided. According to the present invention, since the loading off section is shortened, the surplus part to be discarded is reduced, resulting in an increase in process efficiency and a reduction in manufacturing cost.
본 발명에 따른 전극은 이차전지로 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 전극은 양극 또는 음극일 수 있다. 양극과 음극 사이에 분리막을 배치하여 양극과 음극을 절연시킨다. 양극의 폭은 음극의 폭보다 짧게 하고 N/P ratio를 100~115%가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기에서 양극의 폭 및 음극의 폭은 집전체의 폭을 의미하지 않으며 각 전극에서 전극 활물질이 도포된 최말단을 의미한다. 즉, 무지부와 유지부의 경계를 의미하는 것이다. 예를 들어 양극의 최말단은 음극의 최말단보다 1.0 +/- 0.6mm 보다 짧게 할 수 있다. 이와 같이 양극과 음극의 폭을 설계 함으로써 음극이 양극에서 이동되는 리튬 이온을 최대한 (100% 까지) 수용할 수 있다.The electrode according to the present invention may be manufactured as a secondary battery. The electrode according to the present invention may be an anode or a cathode. A separator is placed between the anode and the cathode to insulate the anode and the cathode. It is preferable to make the width of the anode shorter than the width of the cathode and make the N/
상기 분리막은 이차 전지 분야에서 사용되며 양극과 음극을 절연함과 동시에 이온 이동 통로를 제공할 수 있는 것이면 어느 것이나 사용할 수 있다. 예를 들어 상기 분리막은 주로 수지제 다공막, 직포, 부직포 등으로 구성되며, 그 수지 성분으로서 예를 들면 폴리프로필렌이 나 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 스티렌 수지, 또는 나일론 수지 등을 이용할 수 있다. 특히 폴리올레핀계의 미세다공막은 이온 투과성과 양극과 음극을 물리적으로 격리하는 성능이 우수하기 때문에 바람직하다. 또한 필요에 따라 상기 분리막은 무기물 입자를 포함한 코팅층을 형성할 수 있고 무기물 입자로는 절연성 산화물, 질화물, 황화물, 탄화물 등을 들 수 있고 그 중에서도 TiO2나 Al2O3를 포함하는 것이 바람직하다.The separator is used in the field of secondary batteries and can be used as long as it can insulate the positive electrode and the negative electrode and provide an ion movement path. For example, the separation membrane is mainly composed of a resin porous membrane, woven fabric, nonwoven fabric, etc., and as the resin component, for example, a polyolefin resin such as polypropylene or polyethylene, a polyester resin, an acrylic resin, a styrene resin, or a nylon resin etc. can be used. In particular, a polyolefin-based microporous membrane is preferable because it has excellent ion permeability and the ability to physically isolate an anode and a cathode. In addition, if necessary, the separator may form a coating layer containing inorganic particles, and the inorganic particles may include insulating oxides, nitrides, sulfides, carbides, etc. Among them, TiO 2 or Al 2 O 3 It is preferable.
이차전지에는 전해액이 더 포함된다. 상기 전해액으로서는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트 등의 고리형 카보네이트류나 에틸메틸카보네이트(EMC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필 카보네이 트(DPC) 등의 쇠사슬모양 카보네이트류나 지방족 카르복실산 에스테르류나 γ-부티로락톤 등의 γ-락톤류나 쇠사슬모양 에테르류, 고리형 에테르류, 등의 유기 용매 중의 1종, 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 또한 이들의 유기 용매에 리튬염을 용해시킬 수 있다. The secondary battery further includes an electrolyte. Examples of the electrolyte include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, butylene carbonate, ethylmethyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), and dipropyl carbonate (DPC). One type, or a mixture of two or more types of organic solvents such as chain carbonates such as chain carbonates, aliphatic carboxylic acid esters, γ-lactones such as γ-butyrolactone, chain ethers, cyclic ethers, etc. can be used. . In addition, lithium salts can be dissolved in these organic solvents.
이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples.
(비교예)(Comparative example)
도 2와 같은 종래 듀얼 슬롯 다이 코터(20)를 이용해 집전체 상에 2층 구조의 슬러리층을 코팅하였다. 하판(25), 중판(30) 및 상판(35)의 단부는 동일 직선 상에 위치하였고, 집전체로부터의 거리는 150㎛이었다. 집전체의 이동 속도는 50 m/min이었다. 도 9는 비교예에 의한 전극 단면에서 너비 대 두께 그래프이다. 비교예를 통해 코팅된 2층 구조의 슬러리층 전체 평균 두께는 약 121.7㎛이었다. 로딩 꺼짐 시작 지점(도 4의 Ps)은 도 9 그래프의 x 좌표에서 코팅 평균 두께의 95%에 해당하는 지점으로 결정하였다. 그 지점은 47mm이었다. 코팅이 종료되는 끝 지점(도 4의 Pe)은 도 9 그래프의 x 좌표에서 코팅량이 0(두께가 0)인 것으로, 53mm이었다. 로딩 꺼짐 구간(도 4의 L)은 53mm-47mm으로 계산되므로, 6mm라는 결과를 얻었다.A slurry layer having a two-layer structure was coated on the current collector using a conventional dual slot die
(실시예 1)(Example 1)
도 7과 같은 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 이용해 집전체 상에 2층 구조의 슬러리층을 코팅하였다. 하부 다이립(111)은 중간 다이립(121)이나 상부 다이립(131)보다 후진시켰다. 중간 다이립(121)과 상부 다이립(131)과 집전체 사이의 거리는 비교예와 동일하게 150㎛로 하였고, 상부 슬롯(102)과 하부 슬롯(101)간의 단차(D')는 60㎛이 되도록 하였다. 집전체의 이동 속도는 50 m/min이었다. A slurry layer having a two-layer structure was coated on the current collector using the dual
도 10은 실시예에 의한 전극 단면에서 너비 대 두께 그래프이다. 실시예를 통해 코팅된 슬러리 이중층의 전체 평균 두께는 약 121.3㎛로서, 비교예와 거의 유사했다. 로딩 꺼짐 시작 지점(도 8의 Ps')은 도 10 그래프의 x 좌표에서 코팅 평균 두께의 95%에 해당하는 지점이고, 47.8mm이었다. 코팅이 종료되는 끝 지점(도 8의 Pe')은 도 10 그래프의 x 좌표에서 코팅량이 0(두께가 0)인 51.6mm이었다. 로딩 꺼짐 구간(도 8의 L')은 51.6mm-47.8mm으로부터 3.8mm라는 결과를 얻었다.10 is a graph of width versus thickness in a cross-section of an electrode according to an embodiment. The overall average thickness of the slurry bilayer coated through the examples was about 121.3 μm, which was almost similar to the comparative examples. The loading off start point (Ps' in FIG. 8) was a point corresponding to 95% of the average thickness of the coating in the x-coordinate of the graph of FIG. 10, and was 47.8 mm. The end point (Pe' of FIG. 8) at which the coating was terminated was 51.6 mm with a coating amount of 0 (thickness of 0) in the x-coordinate of the graph of FIG. 10 . The loading off section (L' in FIG. 8) was obtained from 51.6mm-47.8mm to 3.8mm.
이와 같이, 본 실시 형태에 의해 전극 활물질 슬러리층을 코팅하는 경우, 잉여부의 길이를 줄임으로써 폐기되는 부분이 절약되어 공정상의 효율성이 높아지는 효과가 있었다. As such, when the electrode active material slurry layer is coated according to the present embodiment, the waste portion is saved by reducing the length of the surplus, thereby increasing the efficiency in the process.
(실시예 2)(Example 2)
도 7과 같은 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 이용해 집전체 상에 2층 구조의 슬러리층을 코팅하였다. 하부 다이립(111)은 중간 다이립(121)이나 상부 다이립(131)보다 후진시켰다. 중간 다이립(121)과 상부 다이립(131)과 집전체 사이의 거리는 비교예와 동일하게 150㎛로 하였고, 상부 슬롯(102)과 하부 슬롯(101)간의 단차(D')는 60㎛이 되도록 하였다. 집전체의 이동 속도는 40 m/min이었다. A slurry layer having a two-layer structure was coated on the current collector using the dual
평균 입경(D50)이 11㎛인 토상의 천연 흑연, 카본블랙, 카르복실메틸셀룰로오스(CMC) 및 스티렌부타티엔러버(SBR)을 94:1.5:2:2.5의 중량비로 물과 혼합하여 물을 제외한 나머지 성분 50 wt% 농도의 제2 전극 활물질 슬러리(160)를 준비하였다. 평균 입경(D50)이 8㎛인 토상의 천연 흑연, 카본블랙, 카르복실메틸셀룰로오스(CMC) 및 스티렌부타티엔러버(SBR)을 94:1.5:2:2.5의 중량비로 물과 혼합하여 물을 제외한 나머지 성분 50 wt% 농도의 제1 전극 활물질 슬러리(150)를 준비하였다. Earthen natural graphite, carbon black, carboxymethyl cellulose (CMC), and styrene-butathiene rubber (SBR) having an average particle diameter (D 50 ) of 11 μm were mixed with water in a weight ratio of 94:1.5:2:2.5 to obtain water. A second electrode
하부 슬러리층(150a) 및 상부 슬러리층(160a) 로딩량은 전극 면적을 기준으로 8 mg/cm2 의 양으로 하였다. 코팅 후 로딩 꺼짐 구간의 길이는 3mm로 측정되었다. 상기 전극 활물질 슬러리가 도포된 집전체는 길이 60m의 열풍 오븐을 통과시켜 건조하였으며 이때 오븐의 온도는 130℃를 유지하도록 조절되었다. 이후 타겟 두께는 180㎛로 하여 롤 프레싱을 수행하여 음극을 수득하였다. 수득된 음극은 하부 활물질층(150b)과 상부 활물질층(160b)을 포함하였으며, 상부 활물질층(160b)의 경사부(163)가 하부 활물질층(150b)의 경사부(153)를 덮으면서 단차 없이 일정한 경사를 이룬 결과, 도 8b 및 도 10에서와 유사한 단면 프로파일을 얻을 수 있었다. The loading amount of the
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.As described above, although the present invention has been described with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the following by those skilled in the art to which the present invention pertains. It goes without saying that various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
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.Meanwhile, although terms indicating directions such as up, down, left, and right are used in the present specification, these terms are only for convenience of description and may vary depending on the location of the object or the location of the observer. It is apparent to those skilled in the art of
100 : 듀얼 슬롯 다이 코터
101 : 하부 슬롯
102 : 상부 슬롯
110 : 하판
111 : 하부 다이립
112: 제1 매니폴드
113 : 제1 스페이서
120 : 중판
121 : 중간 다이립
130 : 상판
131 : 상부 다이립
132 : 제2 매니폴드
133 : 제2 스페이서
150: 제1 전극 활물질 슬러리
160: 제2 전극 활물질 슬러리
200 : 코팅 롤
300 : 집전체100: dual slot die coater 101: lower slot
102: upper slot 110: lower plate
111: lower die lip 112: first manifold
113: first spacer 120: middle plate
121: middle die lip 130: top plate
131: upper die lip 132: second manifold
133: second spacer 150: first electrode active material slurry
160: second electrode active material slurry 200: coating roll
300: current collector
Claims (15)
하판, 상기 하판의 상부에 배치되어 상기 하판과의 사이에 상기 하부 슬롯을 형성하는 중판, 및 상기 중판의 상부에 배치되어 상기 중판과의 사이에 상기 상부 슬롯을 형성하는 상판을 포함하고,
상기 하판, 중판 및 상판은 상기 집전체에 대하여 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하며,
상기 집전체와 상부 다이립 사이의 거리 및 상기 집전체와 중간 다이립 사이의 거리보다 상기 집전체와 하부 다이립 사이의 거리가 더 먼 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.A dual slot die coater having a lower slot and an upper slot, wherein the electrode active material slurry is extruded and coated through at least one of the lower slot and the upper slot on the surface of the current collector running continuously, wherein the dual slot die coater comprises: ,
a lower plate, a middle plate disposed on the lower plate to form the lower slot with the lower plate, and an upper plate disposed on the middle plate to form the upper slot between the middle plate and the middle plate;
The lower plate, the middle plate, and the upper plate each have a lower die lip, a middle die lip and an upper die lip forming a tip portion thereof with respect to the current collector,
The dual slot die coater, characterized in that the distance between the current collector and the lower die lip is greater than the distance between the current collector and the upper die lip and the distance between the current collector and the middle die lip.
집전체를 하부 다이립으로부터 상부 다이립 방향으로 주행시키면서 전극 활물질 슬러리를 공급해 상기 집전체 상에 전극 활물질 슬러리층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 슬러리 코팅 방법.Using the dual slot die coater according to any one of claims 1 to 5,
An electrode active material slurry coating method, characterized in that the electrode active material slurry layer is formed on the current collector by supplying the electrode active material slurry while driving the current collector from the lower die lip to the upper die lip.
집전체를 하부 다이립으로부터 상부 다이립 방향으로 주행시키면서 전극 활물질 슬러리의 공급 및 중단을 반복하여 상기 집전체 상에 전극 활물질 슬러리층의 간헐 코팅을 하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 슬러리 코팅 방법. Using the dual slot die coater according to any one of claims 1 to 5,
An electrode active material slurry coating method, characterized in that the electrode active material slurry layer is intermittently coated on the current collector by repeatedly supplying and stopping the electrode active material slurry while driving the current collector from the lower die lip to the upper die lip.
상기 하부 다이립과 중간 다이립 사이에는 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 토출구가 형성되고, 상기 중간 다이립과 상부 다이립 사이에는 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 토출구가 형성되며, 상기 상부 토출구는 상기 하부 토출구와 코팅 방향의 하류쪽으로 이격되어 위치하고,
상기 하부 다이립으로부터 상부 다이립 방향으로 주행하는 집전체 상에 상기 하부 토출구와 상부 토출구를 통해 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 토출하여 하부 슬러리층과 상기 하부 슬러리층 상에 도포된 상부 슬러리층을 포함하는 2층 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 슬러리 코팅 방법.A dual slot die coater having a lower slot and an upper slot, wherein the two types of electrode active material slurries are extruded through the lower slot and the upper slot to the surface of a current collector that is continuously running and coated at the same time, the dual slot die coater comprising: A lower plate comprising: a lower plate; a middle plate disposed on the lower plate to form the lower slot with the lower plate; and an upper plate disposed on the middle plate to form the upper slot with the middle plate; , the middle plate and the upper plate each have a lower die lip, a middle die lip and an upper die lip forming a tip portion thereof with respect to the current collector, and a distance between the current collector and the upper die lip and between the current collector and the middle die lip An electrode active material slurry coating method using a dual slot die coater, characterized in that the distance between the current collector and the lower die lip is greater than the distance of
A lower discharge port communicating with the lower slot is formed between the lower die lip and the middle die lip, an upper discharge port communicating with the upper slot is formed between the middle die lip and the upper die lip, and the upper discharge port is the lower It is spaced apart from the outlet and downstream in the coating direction,
On the current collector traveling from the lower die lip to the upper die lip, two kinds of electrode active material slurries are simultaneously discharged through the lower outlet and the upper outlet to form a lower slurry layer and an upper slurry layer coated on the lower slurry layer. Electrode active material slurry coating method, characterized in that to form a two-layer structure comprising a.
상기 집전체에 형성되는 전극 활물질층;을 포함하며,
상기 전극 활물질층은 상기 집전체의 표면에 인접하여 배치되는 하부 활물질층과 상기 하부 활물질층 상에 배치되는 상부 활물질층을 포함하고,
상기 하부 활물질층과 상부 활물질층은 각각 평탄부 및 상기 평탄부와 연결되며 외주로 갈수록 두께가 점점 얇아지는 경사부를 가지며,
상기 집전체 상에서의 상기 상부 활물질층의 말단이 상기 하부 활물질층의 말단과 일치하거나 더 바깥쪽으로 위치하는 것을 특징으로 하는 전극.current collector; and
Including; an electrode active material layer formed on the current collector;
The electrode active material layer includes a lower active material layer disposed adjacent to the surface of the current collector and an upper active material layer disposed on the lower active material layer,
The lower active material layer and the upper active material layer each have a flat portion and an inclined portion that is connected to the flat portion and becomes thinner toward the outer periphery,
An electrode, characterized in that the end of the upper active material layer on the current collector coincides with the end of the lower active material layer or is positioned further outward.
The electrode according to claim 12, wherein a distance from the boundary of the flat portion and the inclined portion of the upper active material layer to the end of the upper active material layer is within 4 mm.
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