KR20220057766A - 절연액 코팅 다이 및 절연액 코팅방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 절연액 코팅 다이에 관한 것으로, 집전체 상에 소정 간격을 두고 위치하여 절연액을 토출하는 다이 본체 및 상기 다이 본체의 절연액이 토출되는 일면에 형성되어 절연액이 토출되는 토출로 및 토출구를 형성하는 닙부를 포함하고, 상기 닙부는 절연액 코팅 진행방향의 상류측에 위치한 제1닙부와, 절연액 코팅 진행방향의 하류측에 위치한 제2닙부를 포함하고, 상기 제1닙부와 제2닙부의 사이로 절연액 토출로가 형성되며, 상기 제1닙부와 제2닙부의 단부 사이에 절연액 토출구가 형성되고, 상기 절연액 코팅 다이는, 상기 닙부를 상기 절연액 코팅 진행방향의 상류측으로 소정 각도로 기울어지게 배치하고 있다.
또한, 본 발명은 상기 절연액 코팅 다이를 이용한 절연액 코팅방법에 관한 것이다.

Description

절연액 코팅 다이 및 절연액 코팅방법{DIE FOR COATING INSULATING LIQUID AND METHOD FOR COATING INSULATING LIQUID}
본 발명은 절연액 코팅다이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 집전체 상에 형성된 전극 활물질층 상에 절연액을 코팅하는 절연액 코팅다이에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 상기 절연액 코팅다이를 이용하여 절연액을 코팅하는 절연액 코팅방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있다. 그 중에서도, 리튬 이차전지는 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수하다는 점에서, 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자 제품들의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지에서 주요 연구과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 전지의 안전성 관련 사고의 주요한 원인은 양극과 음극간의 단락으로 인한 비정상적인 고온 상태의 도달에 기인한다. 즉, 정상적인 상황에서는 양극과 음극간에 세퍼레이터가 위치하여 전기적 절연을 유지하고 있으나, 전지가 과충전 또는 과방전을 일으키거나, 전극 재료의 수지상 성장(dendritic growth) 또는 이물에 의해 내부 단락을 일으키거나, 못, 나사 등의 예리한 물체가 전지를 관통하거나, 외력에 의해 전지에 무리한 변형이 가해지는 등의 비정상적인 오남용 상황에서는 기존 세퍼레이터만으로는 한계를 보이게 된다.
또한, 폴리올레핀 수지로 이루어진 미세다공막이 주로 이용되는 세퍼레이터도, 그 내열온도가 120 내지 160℃ 정도로서 내열성이 불충분하다. 따라서, 내부 단락이 발생하면, 단락 반응열에 의해 세퍼레이터가 수축하여 단락부가 확대되고 더 크고 많은 반응열이 발생하는 열폭주(thermal runaway) 상태에 이르게 되는 문제가 있었다.
따라서, 전지 전극의 절연성을 유지하여 양극과 음극의 단락 가능성을 낮추기 위하여, 전극, 일반적으로는 양극의 부분에 절연액을 코팅하고 있다.
도 1은 종래의 절연액 코팅 과정을 나타내는 개략도이다.
도시된 바와 같이, 전극 활물질층(110)(전극 슬러리)이 코팅된 집전체(100)가 좌측에서 우측으로 진행하면서 그 활물질층 상에 절연액(300) 코팅이 진행된다. 즉, 좌측에서 우측으로 향하는 방향이 집전체(100) 진행방향 내지 절연액 코팅 진행방향이 된다. 집전체(100) 및 활물질층(110)은 도시의 편의를 위하여 약간의 곡율을 가진 것으로 과장하여 도시하였지만, 실제로는 거의 평탄면을 이루며 좌측에서 우측으로 이동한다.
상기 집전체(100) 상에는 소정 간격을 두고 절연액 코팅다이(200)가 위치해 있다. 상기 절연액 코팅다이(200)의 하부에는 절연액을 토출하는 닙부(210)가 설치된다. 상기 닙부(210)는 코팅 진행방향의 상류측에 위치한 제1닙부(211)와, 코팅 진행방향의 하류측에 위치한 제2닙부(212)로 구성된다. 절연액은 상기 제1,2닙부의 사이에 형성된 토출로(201) 및 제1,2닙부의 단부 사이에 형성된 토출구(202)로부터 토출되어 절연액 코팅이 이루어진다.
절연액(300)은 비교적 높은 점성을 가지므로, 토출구(202)로부터 토출된 절연액(300)은 코팅 진행방향을 따라 길게 늘어진 형태가 된다. 즉, 집전체(100)가 이동하는 방향의 힘을 받아서 고점성의 절연액(300)의 꼬리가 길게 늘어진 형태로 코팅이 된다. 이 힘에 의하여, 절연액(300)이 최초로 토출되는 제1닙부(211) 하부의 절연액이 우측으로 당겨져 제1닙부(211) 하부 근방에 빈 공간(S)이 형성된다. 이러한 빈 공간(S)이 발생하면, 이 공간으로 공기가 유입되어 절연액 코팅시 기포가 발생한다.
최근에는 생산성 증대를 위하여 전극 슬러리의 코팅속도가 빨라지고 이에 따라 절연액 코팅속도도 빨라지고 있다. 이와 같이 코팅속도가 빨라지면, 상기한 빈 공간이 발생할 가능성은 더욱 커진다.
따라서, 절연액 코팅시에는 이 기포 발생을 얼마만큼 감소시킬 수 있느냐가 중요한 과제가 된다.
도 2는 전극 코팅부 상에 절연액을 코팅하는 종래의 절연액 코팅다이의 일례에 관한 도면이다.
도 2는, 상기와 같은 절연액 코팅다이(200) 하부의 빈 공간을 줄여 기포를 차단하기 위하여, 절연액 코팅다이(200)와 집전체(100) 간의 거리를 줄이는 메커니즘을 도시하고 있다. 절연액 코팅다이(200)를 집전체(100) 쪽으로 하강시키면 도면에서 표시된 거리 C가 줄어들게 되어, 상기 도 1의 빈 공간(S)의 크기도 작아질 수 있다.
그러나, 이 경우에는 두 가지 문제가 발생한다.
첫째, 적절한 코팅 갭 내지 코팅 두께의 확보를 위해서 절연액 코팅다이를 집전체 쪽으로 하강시키는데 한계가 있다.
둘째, 절연액 코팅다이의 구조상, 코팅다이가 하강하면 도면의 코팅다이 좌측의 단부(P)가 전극 코팅부에 닿을 수 있는 소지가 있다. 상기 도 2의 점선 원으로 표시된 바와 같이, 상기 전극 코팅부(110)는 전극 집전체(100) 상에서 평탄 코팅면(111)을 이루다가 전극 코팅부 단부로 올수록 경사를 이루면서 높이가 낮아진다. 절연액 코팅다이(200)를 낮추면 이 전극 코팅부의 경사부(112)와 코팅 다이 좌측 단부(P)가 접촉하게 되는바, 이렇게 되면 전극 코팅부(110)에 크랙이나 라인성 불량이 발생하게 된다.
이상으로부터 전극 코팅부에 손상을 주지 않으면서도 절연액으로의 기포 혼입을 효과적으로 방지할 수 있는 절연액 코팅 기술의 개발이 요구된다.
일본 특허공보 제5564975호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 만들어진 것으로서, 집전체 상에 형성된 전극 활물질층 상에 절연액 코팅시 공기 혼입이 발생할 수 있는 공간을 억제하여 기포 발생을 방지할 수 있는 절연액 코팅다이를 제공하는 것을는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 절연액 코팅다이에 의하여 절연액 코팅을 효율적으로 행할 수 있는 절연액 코팅방법을 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 절연액 코팅다이는, 집전체 상에 소정 간격을 두고 위치하여 절연액을 토출하는 다이 본체 및 상기 다이 본체의 절연액이 토출되는 일면에 형성되어 절연액이 토출되는 토출로 및 토출구를 형성하는 닙부를 포함하고, 상기 닙부는 절연액 코팅 진행방향의 상류측에 위치한 제1닙부와, 절연액 코팅 진행방향의 하류측에 위치한 제2닙부를 포함하고, 상기 제1닙부와 제2닙부의 사이로 절연액 토출로가 형성되며, 상기 제1닙부와 제2닙부의 단부 사이에 절연액 토출구가 형성되고, 상기 절연액 코팅 다이는, 상기 닙부를 상기 절연액 코팅 진행방향의 상류측으로 소정 각도로 기울어지게 배치한 것을 특징으로 한다.
하나의 예로서, 상기 제2닙부의 단면(端面)은 상기 제2닙부의 절연액 토출구 측의 단부로부터 하향으로 경사진 경사면을 형성할 수 있다;
구체적으로, 상기 제2닙부 단면의 경사면의 경사각도는, 상기 닙부가 소정 각도로 기울어진 상태에서 상기 집전체의 상면과 상기 경사면이 평행하게 되도록 설정될 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1닙부의 단면(端面)은 상기 제1닙부의 절연액 토출구 측의 단부로부터 하향으로 경사진 경사면을 형성할 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 제1닙부의 단면은 상기 제1닙부의 절연액 토출구 측의 단부로부터 상향으로 경사진 경사면을 형성할 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 제1닙부 단면의 경사면과 상기 제2닙부 단면의 경사면의 경사각도는, 상기 닙부가 소정 각도로 기울어진 상태에서 상기 집전체의 상면과 상기 경사면들이 평행하게 되도록 각각 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 제1닙부의 폭을 상기 제2닙부의 폭보다 크게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 제1닙부의 길이를 상기 제2닙부보다 길게 할 수 있다.
구체적으로, 상기 닙부는 상기 집전체에 수직한 방향에 대하여 절연액 코팅 진행방향의 상류측으로 5~40도 기울어져 배치된다.
본 발명의 절연액 코팅방법은, 집전체 상에 형성된 전극 활물질층 상에 절연액을 코팅하는 절연액 코팅방법에 있어서, 집전체의 절연액 코팅 진행방향으로 상류측에 전극 슬러리 코팅다이를 배치하는 단계; 상기 전극 슬러리 코팅다이의 하류측에 절연액 코팅 다이를 배치하되, 상기 절연액 코팅 다이의 절연액이 토출되는 닙부가 상기 절연액 코팅 진행방향의 상류측으로 소정 각도 기울어지도록 배치하는 단계; 및 상기 집전체를 절연액 코팅 진행방향으로 이동시켜 절연액 코팅을 행하는 단계;를 포함하고, 상기 집전체가 이동함에 따라 상류측에서의 상기 전극 슬러리 코팅다이에 의한 전극 슬러리 코팅 공정 후에 일정 간격을 두고 상기 절연액 코팅다이에 의한 절연액 코팅이 연속적으로 행해지는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 상기 절연액은 상기 집전체 상의 전극 슬러리 도포부와 미도포부의 경계면을 따라서 코팅된다.
본 발명에 따르면, 절연액 코팅시 절연액의 점성에 의하여 발생하는 공간의 발생을 억제하여 절연액 코팅시 기포 발생을 효율적으로 방지할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 종래의 절연액 코팅 과정을 나타내는 개략도이다.
도 2는 전극 코팅부 상에 절연액을 코팅하는 종래의 절연액 코팅다이의 일례에 관한 도면이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 형태에 따른 절연액 코팅다이의 도면이다.
도 4는 도 3의 절연액 코팅다이에 의한 절연액 도포과정을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 절연액 도포과정을 나타낸 개략도이다.
도 6은 도 5의 실시형태의 변형예에 따른 절연액 도포과정을 나타낸 개략도이다.
도 7은 도 5의 실시형태의 다른 변형예에 따른 절연액 도포과정을 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 절연액 코팅다이의 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 절연액 코팅다이의 도면이다.
이하, 첨부한 도면과 여러 실시예에 의하여 본 발명의 세부 구성을 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 또한 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니며 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 절연액 코팅다이는, 집전체 상에 소정 간격을 두고 위치하여 절연액을 토출하는 다이 본체 및 상기 다이 본체의 절연액이 토출되는 일면에 형성되어 절연액이 토출되는 토출로 및 토출구를 형성하는 닙부를 포함하고, 상기 닙부는 절연액 코팅 진행방향의 상류측에 위치한 제1닙부와, 절연액 코팅 진행방향의 하류측에 위치한 제2닙부를 포함하고, 상기 제1닙부와 제2닙부의 사이로 절연액 토출로가 형성되며, 상기 제1닙부와 제2닙부의 단부 사이에 절연액 토출구가 형성되고, 상기 절연액 코팅 다이는, 상기 닙부를 상기 절연액 코팅 진행방향의 상류측으로 소정 각도로 기울어지게 배치하도록 한 것이다.
본 명세서에서 '절연액 코팅 진행방향'이란 코팅다이에 대하여 코팅대상이 진행하는 방향을 말한다. 본 발명에서는 코팅대상은 집전체 혹은 집전체 상의 전극 활물질층이 된다. 코팅은 집전체가 이동하고 코팅다이가 고정된 상태에서 행해질 수 도 있고, 반대로 코팅다이가 이동하고 집전체가 이동하는 상태에서 행해질 수도 있으며, 혹은 집전체와 코팅다이가 서로를 향하여 상대이동하는 상태에서 행해질 수 도 있다. 어느 경우나 코팅다이를 기준으로 보면, 집전체가 코팅다이에 대하여 이동하는 상태가 된다. 따라서, 본 명세서에서 절연액 코팅 진행방향은 코팅다이의 이동 여부에 무관하게 코팅다이에 대하여 코팅 대상 내지 코팅 기재인 집전체가 주행하는 방향을 지칭하는 것으로 정의한다.
또한, 절연액 코팅 진행방향의 '상류'란 아직 코팅이 행해지지 않은 집전체측, '하류'란 절연액 코팅이 행해진 집전체측을 말한다.
또한, 본 명세서에서 '절연액 코팅 다이'는 다이 본체, 혹은 닙부를 포함하는 다이 본체를 지칭한다.
본 발명은 절연액 코팅 다이로부터 절연액을 토출하는 하단의 닙부를 상기 절연액 코팅 진행방향의 상류측으로 소정 각도로 기울어지게 배치하도록 함으로써, 닙부로부터 토출되는 절연액의 선단부에 둥근 모양의 비드(bead)부를 형성시켜 공기의 유입을 방지하고자 한 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 실시형태에 대하여 서술한다.
(제1 실시 형태)
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 절연액 코팅다이의 도면이다.
절연액 코팅다이(다이 본체)(200)는 도시되지 않은 절연액 탱크로부터 절연액을 주입받아 선단의 닙부(210)로부터 코팅 기재인 집전체(100)를 향하여 절연액을 토출한다.
본 실시 형태에서 상기 절연액 코팅다이(200)는 코팅 기재 주행방향, 즉 절연액 코팅 진행방향을 향하여 기울어져 있다. 절연액 코팅다이(200)의 기울어짐에 의하여 그 선단의 닙부(210)도 코팅 진행방향을 향하여 기울어져 있다. 도 4에는 이러한 도 3의 절연액 코팅다이(200)에 의한 절연액 도포과정이 보다 구체적으로 나타나 있다.
도 4를 참조하면, 절연액 코팅다이(200)의 절연액이 토출되는 일면(코팅다이 하부)에 형성된 닙부(210)가 나타나 있다. 상기 닙부(210)는 절연액 코팅 진행방향을 기준으로 하였을 때, 상류측에 위치한 제1닙부(211)와, 하류측에 위치한 제2닙부(212)로 구성되어 있다. 상기 제1닙부(211)와 제2닙부(212) 사이에 절연액 토출로(201)가 형성되고, 상기 제1닙부(211)의 단부(211a)와 제2닙부(212)의 단부(212a) 사이에 절연액 토출구(202)가 형성된다. 상기 닙부(210), 즉 제1닙부(211)와 제2닙부(212)는 코팅 진행방향에 대하여 상류측으로 소정 각도로 기울어져 있다.
도 4와 같이 제1,2닙부(211,212)가 기울어진 경우 토출되는 절연액(300)의 형태는 제1닙부(211)의 단부(211a) 하부 및 약간 앞부분에 선단이 둥근 형태의 토출액 비드부(310)가 형성된다. 즉, 본 실시 형태에 의하면 코팅 진행방향의 반대방향으로 비드 형상의 토출액 선단부가 형성된다. 비드부(310)가 형성되면, 코팅 기재 진행방향으로 절연액(300)이 진행되더라도 빈 공간이 거의 형성되지 않아 공기 유입을 방지할 수 있다. 즉, 코팅 기재가 연속적으로 우측(하류측)으로 진행되더라도 기울어진 코팅다이(200) 상부로부터 연속적으로 절연액이 토출되어 계속 비드형상을 이루면서 코팅이 진행되므로, 종래의 도 1과 같은 빈 공간의 발생을 방지할 수 있는 것이다.
이에 의하여, 절연액 코팅층에 기포가 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 닙부(210) 내지 절연액 코팅다이(200)가 코팅 진행방향의 하류측으로 기울어지는 경우를 상정해본다. 이 경우에는 도면으로 도시하지는 않지만, 코팅 진행방향의 하류측으로 비드가 생길 것이다, 즉, 상기 제2닙부(212)의 하부 근방에 비드부가 형성된다. 하지만, 이렇게 되면 제1닙부(211) 측에 빈 공간이 생기는 것은 방지할 수 없으며, 제1닙부 하부는 도 1에서의 모양과 크게 다르지 않은 형태가 된다. 오히려 닙부(210)를 코팅 진행방향 하류측으로 기울어지게 하면 도 1의 빈 공간이 더 크게 생성될 여지도 있다. 따라서, 본 발명에서는 닙부(210)를 절연액 코팅 진행방향의 상류측으로 기울어지게 배치한 것이다.
상기 닙부(210) 내지 절연액 코팅다이(200)의 경사각도는 상기 비드부(310)가 적절하게 형성될 수 있는 범위에서 선택할 수 있다. 집전체(100)에 수직한 방향을 기준으로 절연액 코팅 진행방향의 상류측으로 닙부(210)를 대략 5~40도 정도 기울이면 비드부(310)를 형성할 수 있다. 5도 미만의 각도로 기울이면 비드부(310)가 형성되더라도 빈 공간이 형성되어 공기 유입의 우려가 있다. 40도를 넘어서 기울이면 고점성의 절연액의 토출속도를 조정하기 어렵고 제1닙부(211)의 앞으로 과도한 절연액부가 형성되어 정확한 절연액 코팅지점을 잡기 어렵다. 따라서, 적절한 비드부(310)의 형성과 설계치대로의 절연액(300) 코팅을 위하여 집전체(100) 수직방향에 대하여 5~40도의 각도로 기울어지는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 9~20도의 각도가 좋고, 가장 바람직하게는 9~12도 기울이는 것이 좋다.
상기 절연액 코팅다이(100)의 기울임 기구 내지 각도 조절기구는 공지된 각도 조절기구 중에서 채택하여 사용할 수 있다. 예컨대 힌지가 중간에 결합되어 절첩 가능한 지지 레그를 상기 절연액 코팅다이(100)에 장착하고 상기 지지 레그의 절첩각도에 따라 절연액 코팅다이의 경사각도를 조정하는 것도 가능하다. 물론, 상기 지지 레그의 절첩 시에 소정의 스토퍼를 상기 지지 레그에 연결하여 각도 조절후 절연액 코팅다이를 정지상태로 할 수 있다. 그러나, 이는 예시일 뿐, 어떤 형태의 기계적, 전자적 각도조절기구이건 절연액 코팅다이에 코팅 진행방향 상류측으로의 기울임을 부여할 수 있다면, 특정 각도조절기구로 한정되는 것은 아니다.
(제2 실시 형태)
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 절연액 도포과정을 나타낸 개략도이다.
본 실시 형태에서는, 절연액 코팅 진행방향 하류측의 닙부(210)인 제2닙부(212)의 단면 형상이 제1 실시 형태와 상이하다. 제1 실시 형태의 제2닙부(212)의 단부 끝단면(212a)은 직선형의 평면인데 대하여, 제2 실시 형태의 제2닙부(212)의 단면(212b)은 상기 제2닙부(212)의 절연액 토출구(202) 측의 단부로부터 아래로 경사진 경사면을 형성하고 있다.
이와 같이 경사면을 형성한 이유는, 닙부(210)를 집전체(100)에 대하여 기울였을 때, 제2닙부(212)의 단부가 절연액의 흐름을 방해하지 않도록 하기 위한 것이다. 즉, 도 4와 같이 제2닙부(212)의 단면(212a)을 직선형으로 하면, 토출구(202)에서 토출된 절연액(300)이 코팅 진행방향으로 진행할 때, 제2닙부(212) 단면의 모서리면이 장애물이 되어 토출액의 원활한 이동을 방해할 수 있다. 또한, 제2닙부(212)의 토출구 단부에 인접한 부분으로부터 집전체(100) 쪽을 향하여 제2닙부(212)의 단부 단면(212a)이 집전체(100)에 대하여 높이가 변화하는 형태로서 절연액 코팅층(300)을 파고들어 누르는 모양이 되어 코팅 두께를 균일하게 하는데 방해가 될 수 있다.
따라서, 본 실시 형태에서는 상기 제2닙부의 끝단면(212b)을 소정 각도의 경사면으로 형성하여 닙부(210)를 기울였을 때, 절연액 코팅의 원활한 흐름을 도모하고 있다. 상기 제2닙부(212) 단면(212b)의 경사각도는 도 5와 같이, 상기 닙부(210)가 소정 각도로 기울어진 상태에서 집전체(100)의 상면과 상기 경사면이 대략 평행하게 되는 각도로 설정되는 것이 바람직하다. 이러한 각도에서 제2닙부(212)와 집전체(100) 상면 사이에 형성되는 절연액 코팅층의 두께를 보다 균일하게 할 수 있다.
도 6은 제2 실시 형태의 변형예에 따른 절연액 도포과정을 나타낸 개략도이다.
본 예에서는, 코팅 진행방향 상류측의 제1닙부(211)의 단면(211b) 형상을 상기 제2닙부(212)의 단면과 유사하게 경사면으로 형성하였다. 즉, 제1닙부(211)의 절연액 토출구 쪽의 단부로부터 하향으로 경사진 경사면을 형성하도록 제1닙부의 단면(211b)을 구성하였다. 이러한 형태에서는, 토출구(201)로부터 토출된 절연액 선단부가 제1닙부(211) 단부의 영향을 받지 않고 제1 닙부 좌측으로 이동하여 효율적으로 비드부(310)를 형성할 수 있다. 다만, 제1닙부(211) 단면(211b)의 경사 각도가 너무 크면 절연액과 제1닙부(210) 단부 사이에 공간이 생길 수 있으므로, 그 경사 각도를 너무 크게 하지 않는 것이 좋다.
도 7은 제2 실시형태의 다른 변형예에 따른 절연액 도포과정을 나타낸 개략도이다.
도 7에서는 제1닙부(211)의 단면(211c)이 도 6과 반대로 제1닙부(211)의 토출구 측의 단부로부터 상향으로 경사진 경사면을 형성하고 있다. 즉, 실질적으로 제2닙부 단면(212b)의 경사방향과 유사한 방향으로 경사져 있다. 이러한 형태가 되면, 도 4 내지 도 6에 도시된 제1닙부(211)에 비하여 상기 제1닙부(211)의 단부와 토출되는 절연액이 닿는 면적이 커져서 상기 절연액 선단부의 비드부(310)가 더 크게 넓은 면적으로 형성될 수 있다. 따라서, 제1닙부(211) 하부에 빈 공간이 형성될 가능성이 더욱 줄어든다.
또한, 상기 제1닙부 단면(211c)의 경사면과 상기 제2닙부 단면(212b)의 경사면의 경사각도를, 상기 닙부가 소정 각도로 기울어진 상태에서 상기 집전체의 상면과 상기 경사면들이 평행하게 되도록 각각 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 도 7의 닙부(210) 하단의 점선으로 표시된 바와 같이, 닙부가 기울어진 상태에서 제1,2닙부의 단면(211c, 212b)이 집전체(100) 상면과 평행하게 유지되면, 제1,2닙부를 통하는 절연액(300)의 흐름이 원활해질 뿐 아니라, 절연액 코팅 두께도 균일하게 되는 효과가 있다.
(제3 실시 형태)
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 절연액 코팅다이의 도면이다.
본 실시 형태는 제1닙부(211)와 제2닙부(212)의 폭을 상이하게 한 것을 특징으로 한다. 즉, 절연액의 비드부(310) 형성에 관련되는 제1닙부(211)의 폭(T1)을 제2닙부(212)의 폭(T2)보다 크게 하고 있다. 제3 실시 형태에서는 제1닙부(211)가 절연액과 접촉하는 면적(절연액을 눌러 지지하는 면적)이 커지므로 절연액 선단부의 비드부(310)가 더 넓고 크게 형성되며, 이에 따라 제1닙부(211) 근처에서 공기가 유입되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
가령, 닙부(210)를 집전체(100)에 대하여 수직으로 배치한 종래의 예에서, 도 8과 같이 제1닙부(211)의 폭(T1)(두께)를 제2닙부(212)보다 크게 한 경우를 상정하면 제1,2닙부의 폭을 동일하게 한 경우에 비해서는 절연액의 비드부를 크게 형성할 수 있다. 하지만, 실제로 수직으로 닙부를 배치하여 실험해본 바로는 코팅이 다소 불안정하여 코팅 품질을 안정적으로 확보하기 힘들었다.
하지만, 닙부(210)를 코팅 주행방향의 상류측으로 기울여 배치한 상태에서 제1닙부(211)의 폭을 크게 한 경우는 코팅을 비교적 안정적으로 수행할 수 있었다. 이는, 제1닙부(211)가 수직으로 배치된 경우에 비하여, 제1닙부(211)가 경사진 경우가 토출구(201)로부터 토출된 절연액의 유동공간을 더 크고 넓게 확보할 수 있기 때문인 것으로 추정된다.
제3 실시 형태의 경우, 즉 제1닙부(211)의 폭(T1)이 제2닙부(212)의 폭(T2)보다 큰 경우에도 제1닙부(211)와 제2닙부(212)의 단부의 형상을 변경할 수 있다.
도 8은, 제2닙부(212)의 단면(212b)에 하향 경사면이 형성되어 있고, 제1닙부(211)의 단면(211c)에 상향 경사면이 형성된 예(도 7과 유사한 예)를 도시하였지만, 제1닙부(211)의 하부에 점선으로 표시된 것과 같이, 제1닙부의 단부를 경사면이 아닌 직선형의 평면(211a)으로 형성(즉, 도 5와 유사한 예)하는 것도 가능하다.
(제4 실시 형태)
도 9는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 절연액 코팅다이(200)의 도면이다.
본 실시 형태에서는, 제1닙부(211)를 제2닙부(212)보다 더 길게 형성한 것이 상이하다.
즉, 제1닙부(211)의 길이(L1)를 제2닙부(212)의 길이(L2)보다 길게 함으로써, 제3 실시 형태와 유사하게 절연액과 제1닙부(211)가 접촉하는 면적 내지 시간을 길게 하여 절연액 선단부의 비드부(310)를 더 크고 효율적으로 형성하기 위한 것이다.
가령, 닙부(210)를 집전체(100)에 대하여 수직으로 배치한 종래의 예에서, 도 9와 같이 제1닙부(211)의 길이를 제2닙부(212)보다 길게 한 경우를 상정하면 코팅 자체가 되지 않거나 코팅 품질이 매우 불안정하였다. 이는 고점도의 절연액의 유동이 제1닙부(211)에 가로막혀 그 유동성이 불안정하게 되기 때문인 것으로 추정된다.
하지만, 닙부(210)를 코팅 주행방향의 상류측으로 기울여 배치한 상태에서 제1닙부(211)의 길이(L1)를 도 9와 같이 길게 한 경우에는 토출구(202)로부터 토출된 절연액(300)의 유동공간을 더 크고 넓게 확보할 수 있어 코팅이 가능하였다.
본 실시 형태에서도 제1닙부(211)와 제2닙부(212)의 단부의 형상을 변경할 수 있다.
도 9에서는 제2닙부(212)의 단면(212b)에 하향 경사면이 형성되어 있고, 제1닙부(211)의 단면(211a)을 경사면이 아닌 직선형의 평면으로 형성(즉, 도 5와 유사한 예)하고 있으나, 다른 형태의 단부를 구비한 닙부로 하는 것도 가능하다.
상기 여러 실시 형태에서, 제1닙부, 제2닙부의 단부 형상, 각 닙부의 폭, 길이 등은 상기 닙부가 기울어진 경사 각도를 고려하여 결정되어야 한다. 예컨대, 닙부가 많이 기울어지면 상대적으로 제1닙부의 폭과 길이를 더 길게 할 수 있을 것이다. 하지만, 닙부의 경사 각도를 참조하는 경우에도, 절연액의 코팅을 가장 효율적으로 행할 수 있고 동시에 공기 혼입을 방지할 수 있는 적절한 범위에서 제1,2닙부의 단부 형상, 길이, 폭을 결정되어야 한다는 점을 강조한다.
상기 도면을 참조하여 본 발명의 절연액 코팅 다이를 이용하여, 절연액을 코팅하는 구체적인 방법을 설명하기로 한다.
절연액은 전극을 절연하기 위한 것이므로, 절연액 코팅을 위해서는 집전체 상에 전극 슬러리의 코팅이 선행되어야 한다. 즉, 전극 코팅-절연액 코팅-가열 건조의 순서로 전극이 제조된다.
전극 코팅과 절연액 코팅을 연속적으로 행하기 위하여, 주행하는 전극 집전체의 상류측에 전극 슬러리 코팅다이(도시하지 않음)를 배치하고, 그 하류측에 일정 간격을 두고 절연액 코팅다이(200)를 배치한다.
전극 슬러리의 코팅은 본 발명의 주안점이 아니므로, 구체적인 설명은 생략한다. 전극 활물질, 도전재, 바인더 등이 혼합된 전극 슬러리가 전극 슬러리 코팅다이로부터 집전체(100) 상에 토출되어 전극 슬러리의 코팅이 진행된다.
전극 슬러리 코팅다이의 하류에는 상기한 절연액 코팅 다이(200)가 그 선단의 닙부(210)를 절연액 코팅 진행방향의 상류측으로 소정 각도 기울어지도록 배치된다.
전극 집전체(100)를 상류에서 하류 측으로 주행시키면 먼저 전극 슬러리가 전극 슬러리 코팅다이로부터 집전체(100) 상에 코팅된다. 이어서 전극 슬러리가 코팅된 집전체(100)가 절연액 코팅다이(200)의 하부로 이동되면 절연액 코팅다이(200)로부터 절연액이 토출된다. 이 때, 도 2와 같이, 절연액은 집전체 상의 전극 슬러리 도포부와 미도포부(집전체의 무지부)의 경계면을 따라서 코팅된다.
또한, 전극 슬러리 도포부의 일부분(도 2의 'B' 부분 참조) 위로 오버레이되어 절연액이 코팅된다.
상기 절연액 코팅다이(200)는 닙부(210)가 절연액 코팅 진행방향의 상류측으로 기울어져 있으므로, 도 4 내지 도 5와 같이, 제1닙부(211) 하부에 효과적으로 절연액 비드부(310)가 형성되어 공기 유입을 방지할 수 있다.
혹은, 도 5~ 도 9에 도시된 바와 같이, 제1닙부(211) 혹은 제2닙부(212)의 단면 형상을 경사면으로 하거나, 제1,2닙부(211,212)의 폭 및/또는 길이를 변경하여 상기 닙부의 경사각도에 추종하여 절연액 비드부를 효과적으로 형성할 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100: 집전체
110: 전극 (활물질층)
111: 평탄 코팅면
112: 경사부
200: 절연액 코팅다이(다이 본체)
210: 닙부
211: 제1닙부
211a: 단면
211b: 단면(하향 경사면)
211c: 단면(상향 경사면)
212:제2닙부
212a: 단면
212b: 단면(하향 경사면)
300: 절연액
310: 비드부

Claims (15)

  1. 집전체 상에 소정 간격을 두고 위치하여 절연액을 토출하는 다이 본체 및
    상기 다이 본체의 절연액이 토출되는 일면에 형성되어 절연액이 토출되는 토출로 및 토출구를 형성하는 닙부를 포함하고,
    상기 닙부는 절연액 코팅 진행방향의 상류측에 위치한 제1닙부와, 절연액 코팅 진행방향의 하류측에 위치한 제2닙부를 포함하고, 상기 제1닙부와 제2닙부의 사이로 절연액 토출로가 형성되며, 상기 제1닙부와 제2닙부의 단부 사이에 절연액 토출구가 형성되고,
    상기 닙부를 상기 절연액 코팅 진행방향의 상류측으로 소정 각도로 기울어지게 배치한 절연액 코팅 다이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2닙부의 단면(端面)은 상기 제2닙부의 절연액 토출구 측의 단부로부터 하향으로 경사진 경사면을 형성하는 절연액 코팅 다이.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2닙부 단면의 경사면의 경사각도는, 상기 닙부가 소정 각도로 기울어진 상태에서 상기 집전체의 상면과 상기 경사면이 평행하게 되도록 설정되는 절연액 코팅 다이.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1닙부의 단면(端面)은 상기 제1닙부의 절연액 토출구 측의 단부로부터 하향으로 경사진 경사면을 형성하는 절연액 코팅 다이.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1닙부의 단면은 상기 제1닙부의 절연액 토출구 측의 단부로부터 상향으로 경사진 경사면을 형성하는 절연액 코팅 다이.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1닙부 단면의 경사면과 상기 제2닙부 단면의 경사면의 경사각도는, 상기 닙부가 소정 각도로 기울어진 상태에서 상기 집전체의 상면과 상기 경사면들이 평행하게 되도록 각각 설정되는 절연액 코팅 다이.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1닙부의 폭을 상기 제2닙부의 폭보다 크게 한 절연액 코팅 다이.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1닙부의 길이를 상기 제2닙부보다 길게 한 절연액 코팅 다이.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1닙부의 길이를 상기 제2닙부보다 길게 한 절연액 코팅 다이.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 닙부는 상기 집전체에 수직한 방향에 대하여 절연액 코팅 진행방향의 상류측으로 5~40도 기울어져 배치된 절연액 코팅 다이.
  11. 집전체 상에 형성된 전극 활물질층 상에 절연액을 코팅하는 절연액 코팅방법에 있어서,
    집전체의 절연액 코팅 진행방향으로 상류측에 전극 슬러리 코팅다이를 배치하는 단계;
    상기 전극 슬러리 코팅다이의 하류측에 절연액 코팅 다이를 배치하되, 상기 절연액 코팅 다이의 절연액이 토출되는 닙부가 상기 절연액 코팅 진행방향의 상류측으로 소정 각도 기울어지도록 배치하는 단계; 및
    상기 집전체를 절연액 코팅 진행방향으로 이동시켜 절연액 코팅을 행하는 단계;를 포함하고,
    상기 집전체가 이동함에 따라 상류측에서의 상기 전극 슬러리 코팅다이에 의한 전극 슬러리 코팅 공정 후에 일정 간격을 두고 상기 절연액 코팅다이에 의한 절연액 코팅이 연속적으로 행해지는 절연액 코팅방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 절연액은 상기 집전체 상의 전극 슬러리 도포부와 미도포부의 경계면을 따라서 코팅되는 절연액 코팅방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 닙부는 코팅 진행방향의 상류측에 위치한 제1닙부와, 코팅 진행방향의 하류측에 위치한 제2닙부를 포함하고, 상기 제1닙부와 제2닙부의 사이로 절연액 토출로가 형성되며, 상기 제1닙부와 제2닙부의 단부 사이에 절연액 토출구가 형성되고,
    상기 제2닙부의 단면(端面)이 상기 제2닙부의 절연액 토출구 측의 단부로부터 하향으로 경사진 경사면을 형성하도록 한 상기 닙부에 의하여 절연액을 토출하여 코팅하는 절연액 코팅방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1닙부의 폭을 제2닙부보다 크게 한 상기 닙부에 의하여 절연액을 토출하여 코팅하는 절연액 코팅방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1닙부의 길이를 제2닙부보다 길게 한 상기 닙부에 의하여 절연액을 토출하여 코팅하는 절연액 코팅방법.
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