KR20220061010A

KR20220061010A - 슬롯 다이 코터

Info

Publication number: KR20220061010A
Application number: KR1020210144062A
Authority: KR
Inventors: 이택수; 전신욱; 최상훈
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2022-05-12
Also published as: US20230079707A1; EP4151320A1; WO2022097985A1; EP4151320A4; CN115066298A

Abstract

MD 방향으로 형성되는 코팅 경계면을 균일하게 형성할 수 있는 슬롯 다이 코터를 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 슬롯 다이 코터는, 적어도 2개의 다이 블록; 2개의 다이 블록 사이에 구비되어 슬롯을 형성하는 심 플레이트; 상기 다이 블록에 구비되며 코팅액을 수용하는 매니폴드를 포함하여, 상기 슬롯과 연통된 토출구를 통해 상기 코팅액을 기재 상에 토출하여 도포하는 슬롯 다이 코터로서, 상기 다이 블록의 선단부인 다이립과 상기 심 플레이트의 끝단이 정렬되어 있으며, 상기 심 플레이트는 상기 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 상기 심 플레이트의 끝단으로부터 적어도 일 영역이 절개되어 개방부를 구비하고, 상기 개방부를 정의하는 상기 심 플레이트의 모서리 중 상기 코팅액이 토출되는 쪽의 모서리 부분이 면취되어 있으며, 상기 기재 상에 도포하는 상기 코팅액의 두께가 A일 때, 상기 면취된 부분은 상기 심 플레이트의 끝단으로부터 안쪽으로 A만큼 떨어진 영역에서 상기 모서리 안쪽으로 깊이 A 이상 절삭된 형상인 것을 특징으로 한다.

Description

슬롯 다이 코터{Slot die coater}

본 발명은 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, MD 방향으로 형성되는 코팅 경계면을 균일하게 할 수 있는 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 2는 도 1의 II-II' 단면도로서, MD 방향(집전체의 주행 방향)을 따른 슬롯 다이 코터의 단면도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 슬롯 다이 코터(30)를 이용한 전극 제조 방법에서는, 코팅 롤(10)에 의해 이송되는 집전체(20) 위에 슬롯 다이 코터(30)로부터 토출된 전극 활물질 슬러리를 도포하게 된다. 슬롯 다이 코터(30)에서 토출된 전극 활물질 슬러리는 집전체(20)의 일 면에 넓게 도포되어 전극 활물질층을 형성한다. 슬롯 다이 코터(30)는 2개의 다이 블록(32, 34)를 포함하고 2개의 다이 블록(32, 34) 사이에 슬롯(36)을 형성한 것으로, 매니폴드(38)에는 피드부(미도시)로부터 공급되는 전극 활물질 슬러리가 수용되어 있다가 슬롯(36)과 연통된 토출구(40)를 통해 전극 활물질 슬러리가 토출되어 전극 활물질층을 형성할 수가 있는 것이다. 참조번호 42와 44는 다이 블록(32, 34)의 선단부인 다이립을 각각 가리킨다.

집전체(20) 위에 코팅되는 전극 활물질층의 코팅 폭은 슬롯(36)의 폭에 의해 결정된다. 코팅폭의 변경이 필요할 경우, 매니폴드(38)의 내부 공간 및 슬롯(36)의 폭을 결정하는 심 플레이트(Shim plate, 50)를 변경하여 다양한 코팅폭을 구현할 수 있다. 이와 관련하여, 도 3a 내지 도 3c에는 다이 블록(32, 34)의 사이에 삽입되는 심 플레이트(50)의 사이즈 및 모양을 달리하여 코팅폭을 조절하는 예가 개략적으로 도시되어 있다.

도 3a를 참조하면, 심 플레이트(50)는 일 영역이 절개되어 개방부(50a)를 구비하며, 다이 블록(32, 34) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에 개재된다. 집전체(20) 위에 코팅폭이 a인 전극 활물질층(60)이 형성되고 전극 활물질층(60)의 양 옆으로는 무지부(62)가 형성되도록, 심 플레이트(50)의 개방부(50a)의 폭을 a로 설계한다.

도 3b를 참조해, 집전체(20) 위에 코팅폭이 a보다 작은 b인 전극 활물질층(60)을 형성하려면, 심 플레이트(50)의 개방부(50a)의 폭을 b로 설계한다.

필요에 따라서는 집전체(20) 위에 스트라이프 패턴 모양의 전극 활물질층(60)을 형성하는 경우가 있다. 그러한 경우에는 도 3c와 같은 심 플레이트(50)를 사용한다. 도 3c를 참조하면, 심 플레이트(50)는 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부(50a)를 구비하며, 개방부(50a)의 폭이 a나 b보다 작은 c가 된다. 이러한 심 플레이트(50)를 사용하면 집전체(20) 위에는 코팅폭이 c인 전극 활물질층(60)이 개방부(50a)의 개수만큼 다수 개 스트라이프 패턴 모양으로 형성되고, 전극 활물질층(60)의 양 옆으로는 무지부(62)가 형성된다.

여러 가지 이유에서 코팅 갭, 즉 슬롯 다이 코터(30)의 토출구(40)와 집전체(20) 사이의 거리 (또는 다이 립(42, 44)과 집전체(20) 사이의 거리)를 작게 하는 경우, 특히 코팅 두께(건조 전)보다 코팅 갭을 작게 하는 경우에는, 작은 코팅 갭 때문에 토출되는 전극 활물질 슬러리에 큰 압력이 인가된다. 이로 인해, 도 3c와 같은 스트라이프 패턴 모양의 전극 활물질층(60) 형성시 다음과 같은 문제가 자주 발생하고 있다.

도 4는 종래 심 플레이트 사용시 문제점을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 토출되는 전극 활물질 슬러리에 큰 압력이 인가된 결과, 전극 활물질층(60)과 무지부(62) 사이에 안정적으로 경계면을 형성하는 것이 아닌, 간헐적으로 경계면 외의 영역으로 전극 활물질 슬러리가 비산하여 발생하는 불량이 도시되어 있다. 전극 활물질 슬러리가 비산하여 무지부(62)에 코팅이 되면서 경계부 오염을 발생시키거나, 경계면에 물결 무늬와 같은 경계면 불균일을 유발한다. MD 방향으로 형성되는 코팅 경계면은 균일하게 형성되어야 나중에 무지부(62)를 따라 슬리팅(slitting)하여 각각의 전극 활물질층(60)으로 전극을 형성할 때에 슬리팅 불량을 발생시키지 않으며, 혹시라도 무지부(62)에 남아 있는 오염에 의해 이차전지 제조 후 전극 단선이 되는 일이 발생하지 않는다.

본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, MD 방향으로 형성되는 코팅 경계면을 균일하게 형성할 수 있는 슬롯 다이 코터를 제공하고자 하는 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 슬롯 다이 코터는, 적어도 2개의 다이 블록; 2개의 다이 블록 사이에 구비되어 슬롯을 형성하는 심 플레이트; 상기 다이 블록에 구비되며 코팅액을 수용하는 매니폴드를 포함하여, 상기 슬롯과 연통된 토출구를 통해 상기 코팅액을 기재 상에 토출하여 도포하는 슬롯 다이 코터로서, 상기 다이 블록의 선단부인 다이립과 상기 심 플레이트의 끝단이 정렬되어 있으며, 상기 심 플레이트는 상기 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 상기 심 플레이트의 끝단으로부터 적어도 일 영역이 절개되어 개방부를 구비하고, 상기 개방부를 정의하는 상기 심 플레이트의 모서리 중 상기 코팅액이 토출되는 쪽의 모서리 부분이 면취되어 있으며, 상기 기재 상에 도포하는 상기 코팅액의 두께가 A일 때, 상기 면취된 부분은 상기 심 플레이트의 끝단으로부터 안쪽으로 A만큼 떨어진 영역에서 상기 모서리 안쪽으로 깊이 A 이상 절삭된 형상인 것을 특징으로 한다.

상기 면취된 부분은 절삭 깊이가 일정한 단차면 또는 절삭 깊이가 상기 심 플레이트의 끝단 쪽으로 갈수록 점차 증가하는 경사면 또는 볼록 곡면 또는 오목 곡면 중 어느 하나일 수 있다.

상기 경사면은 상기 코팅액을 토출하는 방향에 대하여 10도 내지 80도의 각도로 형성된 것일 수 있다.

상기 면취된 부분은 상기 코팅액을 토출하는 방향에서의 절삭 깊이와, 상기 슬롯 다이 코터의 폭 방향에서의 절삭 너비가 A 이상이다.

상기 심 플레이트는 상기 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비하며, 상기 기재 상에 스트라이프 패턴 모양의 코팅층이 형성되는 것일 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에서는 슬롯이 2개인 슬롯 다이 코터, 이른바 듀얼 슬롯 다이 코터도 제공한다. 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터는, 하부 다이 블록; 상기 하부 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 하부 다이 블록과의 사이에 하부 슬롯을 형성하는 중간 다이 블록; 상기 중간 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 중간 다이 블록과의 사이에 상부 슬롯을 형성하는 상부 다이 블록; 상기 하부 슬롯을 정의하기 위한 하부 심 플레이트; 및 상기 상부 슬롯을 정의하기 위한 상부 심 플레이트를 포함한다. 상기 하부 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하고, 상기 하부 다이립과 상기 중간 다이립 사이에는 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 토출구가 형성되고, 상기 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 전극 활물질 슬러리를 압출해 도포해 전극 활물질층을 형성하는 것이다. 상기 하부 심 플레이트와 상부 심 플레이트는 상기 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 상기 하부 심 플레이트와 상부 심 플레이트의 끝단으로부터 적어도 일 영역이 절개되어 개방부를 구비하고, 상기 개방부를 정의하는 상기 하부 심 플레이트 또는 상부 심 플레이트의 모서리 중 상기 전극 활물질 슬러리가 토출되는 쪽의 모서리 부분이 면취되어 있으며, 상기 기재 상에 도포하는 상기 전극 활물질 슬러리의 두께가 A일 때, 상기 면취된 부분은 상기 하부 심 플레이트 또는 상부 심 플레이트의 끝단으로부터 안쪽으로 A만큼 떨어진 영역에서 상기 모서리 안쪽으로 깊이 A 이상 절삭된 형상인 것이 특징이다.

상기 하부 심 플레이트와 상부 심 플레이트는 상기 기재 상에 형성되는 전극 활물질층의 코팅폭을 결정하도록 일 영역이 절개되어 개방부를 구비할 수 있다.

상기 하부 심 플레이트와 상부 심 플레이트는 상기 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비하며, 상기 기재 상에 스트라이프 패턴 모양의 전극 활물질층이 형성되는 것일 수 있다.

바람직하게, 상기 하부 심 플레이트와 상부 심 플레이트는 상하 방향으로 서로 정렬되어 있다.

상기 하부 다이 블록은 제1 전극 활물질 슬러리를 수용하고 상기 하부 슬롯과 연통하는 제1 매니폴드를 구비하고, 상기 중간 다이 블록은 제2 전극 활물질 슬러리를 수용하고 상기 상부 슬롯과 연통하는 제2 매니폴드를 구비할 수 있다.

상기 하부 심 플레이트는 상기 하부 다이 블록과 상기 중간 다이 블록 사이에 개재되어 상기 하부 슬롯의 폭을 조절하게 된다. 상기 상부 심 플레이트는 상기 중간 다이 블록과 상기 상부 다이 블록 사이에 개재되어 상기 상부 슬롯의 폭을 조절하게 된다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 심 플레이트의 끝단을 다이립에 정렬하면서 심 플레이트의 모서리 중 코팅액이 토출되는 쪽의 모서리 부분을 면취한다. 이러한 구성에 의하면, 코팅 갭을 작게 하는 경우에 토출구에서 토출되는 코팅액에 큰 압력이 인가되더라도, 면취된 부분을 통해 코팅액이 심 플레이트 끝단에서부터 충분히 확장된 후에, 즉 토출 압력이 일정 부분 해소된 후에 다이립을 떠나 기재 상에 도달할 수 있어 코팅액이 비산하지 않는다. 따라서, 코팅부와 무지부 사이에 안정적으로 경계면을 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 전극 활물질 슬러리 도포에 최적화된 듀얼 슬롯 다이 코터가 제공된다. 여기에서도 상부 심 플레이트나 하부 심 플레이트의 끝단을 다이립에 정렬하면서 상부 심 플레이트나 하부 심 플레이트의 모서리 중 코팅액이 토출되는 쪽의 모서리 부분을 면취한다. 이러한 구성에 의하면, 코팅 갭을 작게 하는 경우에 전극 활물질 슬러리에 큰 압력이 인가되더라도, 전극 활물질 슬러리가 비산하지 않는다. 따라서, 전극 활물질층과 무지부 사이에 안정적으로 경계면을 형성할 수 있다. 특히 스트라이프 패턴 모양의 전극 활물질층을 형성할 때에 경계부 오염을 발생시키거나 경계면에 물결 무늬와 같은 경계면 불균일 없이 안정적으로 전극 활물질층을 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상부 슬롯과 하부 슬롯을 통해 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 토출하여 기재 상에 2중층의 전극 활물질층을 형성할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터가 제공된다. 2중층의 전극 활물질층과 무지부 사이에 안정적으로 경계면을 형성할 수 있다. 따라서, 균일한 품질의 코팅품, 특히 이차전지용 전극을 얻을 수 있다.

이러한 본 발명의 슬롯 다이 코터를 이용하면 소망하는 두께 및 모양으로 균일하게 코팅층, 특히 전극 활물질층을 형성할 수 있으며, 바람직하게는 2종의 전극 활물질 슬러리 동시 코팅이 가능하기 때문에 성능 및 생산성 모두 우수한 효과가 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 도 1의 II-II' 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c에는 다양한 종래 심 플레이트의 사용예가 도시되어 있다.
도 4는 종래 심 플레이트 사용시 문제점을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 개략적인 분해 사시도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터에서 심 플레이트의 사용예를 도시한다.
도 7b와 도 7c는 도 7a의 변형예이다.
도 8은 도 7a의 VIII-VIII' 단면도이다.
도 9는 심 플레이트에서 면취된 부분의 다양한 형상의 예를 도시한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 분해 사시도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터에서 하부 심 플레이트의 사용예를 도시한다.
도 13은 도 10에 도시한 듀얼 슬롯 다이 코터의 측면도이다.

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 슬롯 다이 코터나 듀얼 슬롯 다이 코터는 슬롯을 구비하고 슬롯을 통해 기재 상에 코팅액을 코팅하는 장치이다. 듀얼 슬롯 다이 코터는 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하므로 코팅액을 이중층으로 코팅할 수 있는 장치이다. 이하의 설명하는 '기재'는 집전체이고 코팅액은 '전극 활물질 슬러리'이다. 제1 코팅액과 제2 코팅액은 모두 전극 활물질 슬러리로서, 조성(활물질, 도전재, 바인더의 종류)이나 함량(활물질, 도전재, 바인더의 양)이나 물성이 서로 동일하거나 다른 전극 활물질 슬러리를 의미할 수 있다. 특히 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터는 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 도포하거나 2종의 전극 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 코팅액, 또는 제1 코팅액과 제2 코팅액은 어떠한 것이어도 좋다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 개략적인 분해 사시도이다. 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터에서 심 플레이트의 사용예를 도시한다.

도 5 내지 도 7a를 참조하면, 슬롯 다이 코터(100)는 2개의 다이 블록(110, 130)을 포함한다. 다이 블록(110, 130) 사이에는 슬롯(101)을 형성하기 위한 심 플레이트(113)가 구비되어 있다. 다이 블록은 2개 이상일 수 있다.

도 5에서, 슬롯 다이 코터(100)는 코팅액인 전극 활물질 코팅액이 토출되는 방향(X 방향)을 거의 수평으로 해 설치되어 있다(거의: ± 5도). 하지만 여기서 예로 든 형태로 한정되어야 하는 것은 아니며, 예컨대, 전극 활물질 코팅액이 토출되는 방향을 위(Y 방향)로 하는 수직 다이로 구성할 수도 있다. Z 방향은 슬롯 다이 코터(100)의 폭 방향이다.

슬롯(101)은 다이 블록(110, 130)이 서로 대면하는 곳 사이에 형성된다. 여기에 심 플레이트(113)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련됨으로써 코팅액(150)이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 슬롯(101)이 형성되는 것이다. 심 플레이트(113)의 두께는 슬롯(101)의 상하 폭(Y 방향, 슬롯 갭)을 결정한다.

심 플레이트(113)는 도 6에 도시한 바와 같이, 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부(113a)를 구비하며, 다이 블록(110, 130) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에 개재될 수 있다. 이에 코팅액(150)이 외부로 토출될 수 있는 토출구(101a)는 다이 블록(110, 130)의 각 선단부인 다이립(111, 131) 사이에 형성된다. 토출구(101a)는 다이립(111, 131) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다.

참고로, 심 플레이트(113)는 토출구(101a)가 형성되는 영역을 제외하고는, 다이 블록(110, 130) 사이의 틈새로 코팅액(150)이 누출되지 않도록 하는 가스켓(gasket)으로서의 기능을 겸함으로 밀봉성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

다이 블록(110, 130) 중 어느 하나에는 소정의 깊이를 가지며 슬롯(101)과 연통하는 매니폴드(112)를 구비한다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 매니폴드(112)는 외부에 설치된 코팅액 공급 챔버(미도시)와 공급관으로 연결되어 코팅액(150)을 공급받는다. 매니폴드(112) 내에 코팅액(150)이 가득 차게 되면, 상기 코팅액(150)이 슬롯(101)을 따라 흐름이 유도되고 토출구(101a)를 통해 외부로 토출되게 된다.

이러한 구성을 갖는 슬롯 다이 코터(100)에 의하면, 회전 가능하게 마련되는 코팅 롤(180)을 슬롯 다이 코터(100)의 전방에 배치하고, 상기 코팅 롤(180)을 회전시킴으로써 코팅될 기재(190)를 주행시키면서, 코팅액(150)을 토출해 연속적으로 상기 기재(190)의 표면에 접촉시켜 상기 기재(190)에 도포할 수가 있다. 또는 코팅액(150)의 공급 및 중단을 번갈아 수행하여 기재(190) 상에 간헐적으로 패턴 코팅을 형성할 수도 있다.

여기에서, 심 플레이트(113)는 기재(190) 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하는 것으로, 도 7a에서와 같은 사용 상태를 가진다. 도 8은 도 7a의 VIII-VIII' 단면도이다.

도 7a를 참조하면, 도 5의 슬롯 다이 코터(100)에서 위에 있는 다이 블록(130)은 제거 후 아래 방향으로 내려다 본 모습을 도시하였다. 다이립(111)과 심 플레이트(113)의 끝단(113b)이 정렬되어 있다. 보통 다이립(111, 131)이 일직선 상에 있도록 정렬하여 사용하게 되므로, 심 플레이트(113)의 끝단(113b)은 여기에 도시하지 않은 다이립(131)과도 정렬된 것이다.

특히 도 6 및 도 7a에 나타낸 심 플레이트(113)는 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부(113a)를 구비하는 것으로, 기재(190) 상에 스트라이프 패턴 모양의 코팅층(170)을 형성할 수가 있다. 참조 번호 172는 코팅층이 형성되지 않은 무지부이다. 만약 개방부(113a)가 1개이면 기재(190) 상에 하나의 코팅층(170)을 형성할 수 있다.

바람직하게, 개방부(113a)를 정의하는 심 플레이트(113)의 모서리 중 코팅액(150)이 토출되는 쪽의 모서리(114) 부분이 면취되어 있다. 즉, 모따기(chamfer) 구조를 적용한 것이다. 그리고, 기재(190) 상에 도포하는 코팅액, 즉 도포 직후의 코팅층(170)의 두께가 도 8에 도시한 바와 같이 A일 때, 상기 면취된 부분은 상기 심 플레이트(113)의 끝단(113b)으로부터 안쪽으로 A만큼 떨어진 영역(P)에서 상기 모서리(114) 안쪽으로 깊이(D)가 A 이상으로 절삭된 형상이다. A 는 도포 직후, 건조 전의 코팅층(170)의 평균 두께이다. 상기 모서리(114) 안쪽으로 A보다 작게 절삭이 되어 있다면 면취한 효과가 미미하다. 본 발명은 이와 같이 심 플레이트(113)에 모따기 구조를 적용하되, 모따기한 부분의 크기를 결정함에 있어서 형성하려고 하는 코팅층(도포 직후, 건조 전)의 두께를 고려하는 점에 곤란성이 있다.

상기 면취된 부분이 상기 심 플레이트(113)의 끝단(113b)으로부터 안쪽으로 A만큼 떨어진 영역(P)에서 상기 모서리(114) 안쪽으로 깊이(D)가 A 이상으로 절삭된 형상이 되기 위해서는, MD 방향, 즉 코팅액이 토출되는 방향(X 방향)에서의 절삭 깊이(Xa)가, A 이상이어야 한다. 즉, 본 발명에서 절삭 깊이(Xa)는 코팅층의 두께 이상이다. 또한, 슬롯 다이 코터의 폭 방향(Z 방향)에서의 절삭 너비(Zb)도 A 이상이어야 한다.

본 실시예에서, 상기 모서리(114) 부분은 절삭 깊이가 끝단(113b) 쪽으로 갈수록 점차 증가하는 경사면(114a)을 구비한다. 예를 들어 상기 모서리(114) 부분이 코팅액이 토출되는 방향(X 방향)에 대하여 10도 내지 80도의 각도로 비스듬히 절삭된 형상으로 마련되어 경사면(114a)이 형성될 수 있다. 상기 면취된 부분, 그러니까 본 실시예에서 경사면(114a)은 토출되는 상기 코팅액(150)을 기준으로 대칭적으로 형성되어 있다. 경사면(114a)은 토출되는 상기 코팅액(150)을 기준으로 어느 한 쪽에만 형성될 수도 있다.

도 7b는 예를 들어, 기재(190) 상에 도포하는 코팅액, 즉 도포 직후의 코팅층(170)의 두께가 A일 때, 상기 면취된 부분이 상기 심 플레이트(113)의 끝단(113b)으로부터 안쪽으로 A만큼 떨어진 영역(P)에서 상기 모서리(114) 안쪽으로 깊이(D)가 A이면서, 상기 모서리(114) 부분이 절삭 깊이가 끝단(113b) 쪽으로 갈수록 점차 증가하는 경사면(114a)으로서, 코팅액이 토출되는 방향(X 방향)에 대하여 45도의 각도로 비스듬히 절삭된 형상으로 마련된 경우를 도시하고 있다. 이러한 경우, 절삭 깊이(Xa)는 2A이고, 슬롯 다이 코터의 폭 방향(Z 방향)에서의 절삭 너비(Zb)도 2A이다. 이 경우 절삭비(Xa/Zb)는 1이다.

그리고, 도 7c는 예를 들어, 기재(190) 상에 도포하는 코팅액, 즉 도포 직후의 코팅층(170)의 두께가 A일 때, 상기 면취된 부분이 상기 심 플레이트(113)의 끝단(113b)으로부터 안쪽으로 A만큼 떨어진 영역(P)에서 상기 모서리(114) 안쪽으로 깊이(D)가 A 라는 점은 도 7b와 동일하지만, 상기 모서리(114) 부분이 절삭 깊이가 끝단(113b) 쪽으로 갈수록 점차 증가하는 경사면(114a)으로서, 코팅액이 토출되는 방향(X 방향)에 대하여 80도의 각도로 비스듬히 절삭된 형상으로 마련된 경우를 도시하고 있다. 이러한 경우, 절삭 깊이(Xa)는 도 7b에 비하여 작아지고 절삭 너비(Zb)는 도 7b에 비하여 커지므로, 절삭비(Xa/Zb)는 도 7b보다도 작아진다.

도 7c의 변형으로서, 경사면(114a)이 코팅액이 토출되는 방향(X 방향)에 대하여 10도의 각도로 비스듬히 절삭된 형상으로 마련된 경우라면 절삭 깊이(Xa)는 도 7b에 비하여 커지고 절삭 너비(Zb)는 도 7b에 비하여 작아지므로, Xa/Zb는 도 7b보다 커진다는 것을 알 수 있을 것이다.

이와 같이, 상기 면취된 부분이 상기 심 플레이트(113)의 끝단(113b)으로부터 안쪽으로 A만큼 떨어진 영역(P)에서 상기 모서리(114) 안쪽으로 깊이(D)가 A인 형상이라는 점은 도 7b와 도 7c가 동일하지만, 각 경우에 있어서 절삭 깊이(Xa), 절삭 너비(Zb), 절삭비(Xa/Zb)가 달라질 수 있음에 유의해야 한다.

바꾸어 말하면, 본 발명은 절삭 깊이(Xa)만의 범위를 정한다거나, 절삭 너비(Zb)만의 범위를 정한다거나, 절삭비(Xa/Zb)만의 범위를 정하는 것이 아니고, 도포 직후의 코팅층(170)의 두께 A를 기준으로 하여 상기 면취된 부분이 상기 심 플레이트(113)의 끝단(113b)으로부터 안쪽으로 A만큼 떨어진 영역(P)에서 상기 모서리(114) 안쪽으로 깊이(D)가 A인 크기를 갖도록 한다는 것, 즉 코팅층 두께를 고려한다는 것에 특징이 있다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 슬롯 다이 코터(100)의 심 플레이트(113)는 코팅액(150)이 토출되는 쪽의 모서리(114) 부분이 면취되어 있다. 이로 인해, 토출구(101a)가 일 지점부터 그 폭이 외부와 가까워질수록 점진적으로 확장된다. 다시 말하면, 본 실시예의 토출구(101a)는 코팅 롤(180)의 회전 방향(또는 MD 방향)으로 점진적으로 확장되게 마련된다 할 수 있다. 이를 통해 토출되는 코팅액(150)의 압력을 분산시킴으로써, 코팅액(150)이 다른 부위로 비산하지 않는다. 따라서, 코팅부와 무지부 사이에 안정적으로 경계면을 형성할 수 있고, 제품의 코팅 품질을 향상시킬 수 있다

이와 같이, 본 발명의 슬롯 다이 코터(100)에서는 심 플레이트(113)의 끝단(113b)이 다이립(111, 131)과 정렬되어 있으면서 심 플레이트(113)의 모서리 중 코팅액(150)이 토출되는 쪽의 모서리(114) 부분을 면취한다. 이러한 구성에 의하면, 코팅 갭을 작게 하는 경우에 토출구에서 토출되는 코팅액(150)에 큰 압력이 인가되더라도, 면취된 부분을 통해 코팅액이 심 플레이트 끝단(113b)에서부터 충분히 확장된 후에, 즉 토출 압력이 일정 부분 해소된 후에 다이립(111, 131)을 떠나 기재(190) 상에 도달할 수 있어 코팅액(150)이 다른 부위로 비산하지 않는다. 따라서, 코팅부와 무지부 사이에 안정적으로 경계면을 형성할 수 있다.

도 9는 심 플레이트에서 면취된 부분의 다양한 형상의 예를 도시한다.

면취된 부분의 형상은 도 9의 (a)에서와 같이 절삭 깊이(D)가 일정한 단차면(114b)이거나, (b)와 같이 심 플레이트 끝단(113b)으로 갈수록 절삭 깊이(D)가 점차 증가하는 볼록 곡면(114c) 또는 (c)와 같이 심 플레이트 끝단(113b)으로 갈수록 절삭 깊이(D)가 점차 증가하는 오목 곡면(114d)일 수도 있다. 이와 같이 심 플레이트(113)는 모서리(114) 부분이 직선형으로 절삭된 형상으로 마련되어 도 7a에서나 도 9의 (a)에서와 같은 평면, 또는 동그스름하게 절삭된 형상으로 마련되어 도 9의 (b)나 (c)와 같은 곡면을 구비할 수가 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 면취된 부분의 형상을 제한하지 않는다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 분해 사시도이다. 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터에서 하부 심 플레이트의 사용예를 도시한다. 도 13은 도 10에 도시한 듀얼 슬롯 다이 코터의 측면도이다.

본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(200)는 하부 슬롯(201)과 상부 슬롯(202)을 구비하고 하부 슬롯(201)과 상부 슬롯(202)을 통하여 서로 같거나 다른 2종의 코팅액을 기재(290) 상에 동시에 혹은 번갈아 코팅할 수 있는 장치이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 듀얼 슬롯 다이 코터(200)는 하부 다이 블록(210), 상기 하부 다이 블록(210)의 상부에 배치되는 중간 다이 블록(220), 상기 중간 다이 블록(220)의 상부에 배치되는 상부 다이 블록(230)을 포함한다.

도 10에서, 듀얼 슬롯 다이 코터(200)는 코팅액인 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향(X 방향)을 거의 수평으로 해 설치되어 있다(거의: ± 5도).

중간 다이 블록(220)은 듀얼 슬롯 다이 코터(200)를 구성하는 블록들 중 중간에 위치하는 블록으로서, 하부 다이 블록(210)과 상부 다이 블록(230) 사이에 배치되어 이중 슬롯을 형성하기 위한 블록이다. 본 실시예의 중간 다이 블록(220)은 단면이 직각 삼각형이지만 이러한 형태로 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니며 예컨대, 단면이 이등변 삼각형으로 마련될 수도 있다.

중간 다이 블록(220)이 상부 다이 블록(230)과 대면하고 있는 제1 면(220a)은 거의 수평으로 놓이고 상부 다이 블록(230)에서 제1 면(220a)과 마주보는 면(230b)의 반대면(230d, 즉, 듀얼 슬롯 다이 코터(200)의 외주면 상면을 형성하는 면)도 거의 수평으로 놓인다. 이와 같이 제1 면(220a)과 반대면(230d)이 거의 평행하게 되어 있다. 그리고 하부 다이 블록(210)이 중간 다이 블록(220)과 대면하고 있는 면(210b)의 반대면(110d, 즉 듀얼 슬롯 다이 코터(200)의 외주면 하면을 형성하는 면)도 거의 수평으로 놓이며, 이 면은 바닥면(210d, X-Z 평면)이 된다.

상기 하부 다이 블록(210), 중간 다이 블록(220) 및 상부 다이 블록(230)에서 상기 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향에 반대되는 면, 즉 후면(210c, 220c, 230c)은 거의 수직(Y 방향)으로 놓여 있다.

가장 외측 다이 블록인 하부 다이 블록(210)과 상부 다이 블록(230)에서 듀얼 슬롯 다이 코터(200)의 외주면을 형성하는 면 중 하부 다이 블록(210)의 바닥면(210d)과 상부 다이 블록(230)의 상면(230d)은 후면(210c, 230c)에 대해서 거의 수직이 되도록 제작된 것을 사용할 수 있다. 그리고 중간 다이 블록(220)의 제1 면(220a)은 후면(220c)에 대해서 거의 수직이 되도록 제작된 것을 사용할 수 있다. 이러한 다이 블록들(210, 220, 230)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(210), 중간 다이 블록(220) 및 상부 다이 블록(230)이 조합된 상태는 전체적으로 대략 직육면체 형태를 가지며, 코팅액이 토출되는 전방부만 기재(290)를 향하여 비스듬한 형태를 가지게 된다. 이것은 조립한 후의 형상이 단일 슬롯을 구비하는 슬롯 다이 코터(예를 들어 도 5의 100)와 대략 유사하게 되어 슬롯 다이 코터 받침대 등을 공용할 수 있는 등의 이점이 있다.

듀얼 슬롯 다이 코터(200)는, 그 후면(210c, 220c, 230c)에 구비되는 둘 이상의 고정부(240)를 더 포함할 수 있다. 고정부(240)는 하부 다이 블록(210)과 중간 다이 블록(220) 사이를 체결하는 것과, 중간 다이 블록(220)과 상부 다이 블록(230) 사이를 체결하는 것이 구비된다. 고정부(240)는 듀얼 슬롯 다이 코터(200)의 폭 방향을 따라 여러 개가 구비될 수 있다. 고정부(240)에는 볼트가 체결되고, 이를 통해 하부 다이 블록(210), 중간 다이 블록(220) 및 상부 다이 블록(230)이 서로 조립된다.

하부 다이 블록(210), 중간 다이 블록(220) 및 상부 다이 블록(230)이 반드시 위에서 예로 든 형태로 한정되어야 하는 것은 아니며, 예컨대, 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향을 위로 하고 후면(210c, 220c, 230c)을 바닥면으로 하는 수직 다이로 구성할 수도 있다.

하부 다이 블록(210)은 듀얼 슬롯 다이 코터(200)를 구성하는 블록들 중 가장 하부에 위치하는 블록으로서, 중간 다이 블록(220)과 마주보는 면(210b)이 바닥면(210d)에 대해 대략 20도 내지 60도의 각도를 이루도록 경사진 형태를 갖는다.

하부 슬롯(201)은 하부 다이 블록(210)과 중간 다이 블록(220)이 서로 대면하는 곳 사이에 형성될 수 있다. 이를테면, 하부 다이 블록(210)과 중간 다이 블록(220) 사이에 하부 심 플레이트(213)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련됨으로써 제1 코팅액(250)이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 하부 슬롯(201)이 형성될 수 있다. 즉, 하부 심 플레이트(213)는 하부 슬롯(201)을 정의하며, 이 경우, 하부 심 플레이트(213)의 두께는 상기 하부 슬롯(201)의 상하 폭(Y축 방향, 슬롯 갭)을 결정한다.

상기 하부 심 플레이트(213)는 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이, 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수개의 제1 개방부(213a)를 구비하며, 하부 다이 블록(210)과 중간 다이 블록(220) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에 개재될 수 있다. 이에 제1 코팅액(250)이 외부로 토출될 수 있는 하부 토출구(201a)는 하부 다이 블록(210)의 선단부인 하부 다이립(211)과 중간 다이 블록(220)의 선단부인 중간 다이립(221) 사이에만 형성된다. 하부 토출구(201a)는 하부 다이립(211)과 중간 다이립(221) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다.

참고로, 하부 심 플레이트(213)는 하부 토출구(201a)가 형성되는 영역을 제외하고는, 하부 다이 블록(210)과 중간 다이 블록(220) 사이의 틈새로 제1 코팅액(250)이 누출되지 않도록 하는 가스켓으로서의 기능을 겸함으로 밀봉성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 하부 다이 블록(210)은 중간 다이 블록(220)과 마주보는 면(210b)에 소정의 깊이를 가지며 하부 슬롯(201)과 연통하는 제1 매니폴드(212)를 구비한다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 제1 매니폴드(212)는 외부에 설치된 제1 코팅액 공급 챔버(미도시)와 공급관으로 연결되어 제1 코팅액(250)을 공급받는다. 상기 제1 매니폴드(212) 내에 제1 코팅액(250)이 가득 차게 되면, 상기 제1 코팅액(250)이 하부 슬롯(201)을 따라 흐름이 유도되고 하부 토출구(201a)를 통해 외부로 토출되게 된다.

다른 예로, 제1 매니폴드(212)는 상기 중간 다이 블록(220)에 하부 다이 블록(210)과 마주보는 면(220b)에 구비될 수도 있다.

상부 다이 블록(230)은 바닥면에 대해 수평한 중간 다이 블록(220)의 상면인 제1 면(220a)에 대면하게 배치된다. 상부 슬롯(202)은 이같이 중간 다이 블록(220)과 상부 다이 블록(230)이 대면하는 곳 사이에 형성된다.

전술한 하부 슬롯(201)과 마찬가지로, 중간 다이 블록(220)과 상부 다이 블록(230) 사이에 상부 심 플레이트(233)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련될 수 있다. 이로써 제2 코팅액(260)이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 상부 슬롯(202)이 형성된다. 이 경우, 상기 상부 슬롯(202)의 상하 폭(Y 방향, 슬롯 갭)은 상부 심 플레이트(233)에 의해 결정된다.

또한, 상부 심 플레이트(233)도 전술한 하부 심 플레이트(213)와 유사한 구조로서 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 제2 개방부(233a)를 구비하며, 중간 다이 블록(220)과 상부 다이 블록(230) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에만 개재된다. 마찬가지로 상부 슬롯(202)의 전방을 제외한 둘레 방향은 막히게 되고 중간 다이 블록(220)의 선단부와 상부 다이 블록(230)의 선단부 사이에만 상부 토출구(202a)가 형성된다. 상기 상부 다이 블록(230)의 선단부를 상부 다이립(231)이라 정의하고 다시 말하면, 상부 토출구(202a)는 중간 다이립(221)과 상부 다이립(231) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다. 이와 같이 상부 심 플레이트(233)는 상부 슬롯(202)을 정의한다.

또한, 중간 다이 블록(220)은 상부 다이 블록(230)과 마주보는 면인 제1 면(220a)에 소정의 깊이를 가지며 상부 슬롯(202)과 연통하는 제2 매니폴드(232)를 구비한다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 제2 매니폴드(232)는 외부에 설치된 제2 코팅액(260) 공급 챔버와 공급관으로 연결되어 제2 코팅액(260)을 공급받는다. 파이프 형태의 공급관을 따라 외부에서 제2 코팅액(260)이 공급되어 제2 매니폴드(232) 내에 가득 차게 되면, 상기 제2 코팅액(260)이 제2 매니폴드(232)와 연통되어 있는 상부 슬롯(202)을 따라 흐름이 유도되고 상부 토출구(202a)를 통해 외부로 토출되게 된다.

다른 예로, 제2 매니폴드(232)는 상부 다이 블록(230)에서 중간 다이 블록(220)과 마주보는 면(230b)에 구비될 수도 있다.

상부 슬롯(202)과 하부 슬롯(201)은 일정한 각도를 이루는데, 상기 각도는 대략 20도 내지 70도의 각도일 수 있다. 이러한 상부 슬롯(202)과 하부 슬롯(201)은 서로 한 곳에 교차하게 되고 상기 교차 지점 부근에 상기 상부 토출구(202a)와 하부 토출구(201a)가 마련될 수 있다. 이에 제1 코팅액(250)과 제2 코팅액(260)의 토출 지점이 대략 한 곳에 집중될 수 있다.

이러한 듀얼 슬롯 다이 코터(200)는 회전 가능하게 마련되는 코팅 롤(280)을 듀얼 슬롯 다이 코터(200)의 전방에 배치하고, 상기 코팅 롤(280)을 회전시킴으로써 코팅될 기재(290)를 주행시키면서, 상부 슬롯(202)과 하부 슬롯(201) 중 적어도 어느 하나를 통해 전극 활물질 슬러리와 같은 코팅액을 압출해 기재(290) 상에 전극 활물질층을 형성할 수 있는 것이다.

여기에서, 하부 심 플레이트(213)와 상부 심 플레이트(233)는 기재(290) 상에 도포되는 전극 활물질층의 코팅폭을 결정하는 것으로, 도 12에서와 같은 사용 상태를 가진다.

도 12를 참조하면, 도 10의 듀얼 슬롯 다이 코터(200)에서 위에 있는 상부 다이 블록(230)과 중간 다이 블록(220) 부분을 제거 후 아래 방향으로 내려다 본 모습을 도시하였다. 하부 다이립(211)과 하부 심 플레이트(213)의 끝단(213b)이 정렬되어 있다. 제1 매니폴드(212)로부터 제1 코팅액(250)은 하부 심 플레이트(213)의 개방부(213a)를 통해 기재(290) 쪽으로 토출될 수 있다. 보통 하부 다이립(211)과 중간 다이립(221)이 일직선 상에 있도록 정렬하여 사용하게 되므로, 하부 심 플레이트(213)의 끝단(213b)은 여기에 도시하지 않은 중간 다이립(221)과도 정렬된 것이다.

바람직하게, 개방부(213a)를 정의하는 하부 심 플레이트(213)의 모서리 중 제1 코팅액(250)이 토출되는 쪽의 모서리(214) 부분이 면취되어 있다. 그리고, 기재(290) 상에 도포하는 코팅액의 두께가 A일 때, 상기 면취된 부분은 상기 하부 심 플레이트(213)의 끝단(213b)으로부터 안쪽으로 A만큼 떨어진 영역(P)에서 상기 모서리(214) 안쪽으로 깊이(D)가 A 이상으로 절삭된 형상이다. 상기 모서리(214) 안쪽으로 A보다 작게 절삭이 되어 있다면 면취한 효과가 미미하다.

본 실시예에서, 상기 모서리(214) 부분은 절삭 깊이(D)가 일정한 단차면(214a)이다. 상기 면취된 부분, 그러니까 본 실시예에서 단차면(214a)은 토출되는 상기 제1 코팅액(250)을 기준으로 대칭적으로 형성되어 있다. 단차면(214a)은 상기 제1 코팅액(250)을 기준으로 어느 한 쪽에만 형성될 수도 있다.

상부 심 플레이트(233)의 사용예도 하부 심 플레이트(213)와 동일하며, 하부 심 플레이트(213)의 끝단(233b)도 상부 다이립(221)과 중간 다이립(221)에 정렬되어 있다. 도 11에도 도시한 바와 같이, 상부 심 플레이트(233)에서 개방부(233a)를 정의하는 모서리 중 제2 코팅액(260)이 토출되는 쪽의 모서리(234) 부분이 면취되어 있고, 면취된 부분은 절삭 깊이가 일정한 단차면(234a)이다.

한편, 본 실시예에서는 상부 심 플레이트(233)와 하부 심 플레이트(213) 둘 다에 모따기 구조를 적용한 예를 도시하고 설명하였으나, 상부 심 플레이트(233)에만 또는 하부 심 플레이트(213)에만 모따기 구조를 적용하는 것도 물론 가능하다.

하부 심 플레이트(213)와 상부 심 플레이트(233)는 상하 방향(X 방향)으로 서로 정렬되어 있어 도 13과 같이 사용이 될 수가 있다. 도 13을 더 참조해, 이상 설명한 바와 같은 구성을 갖는 듀얼 슬롯 다이 코터(200)에 의하면, 회전 가능하게 마련되는 코팅 롤(280)을 듀얼 슬롯 다이 코터(200)의 전방에 배치하고, 상기 코팅 롤(280)을 회전시킴으로써 코팅될 기재(290)를 주행시키면서, 제1 코팅액(250)과 제2 코팅액(260)을 연속적으로 상기 기재(290)의 표면에 접촉시켜 상기 기재(290)를 도시한 바와 같이 이중층으로 코팅시킬 수 있다. 또는 제1 코팅액(250)의 공급 및 중단, 그리고 제2 코팅액(260)의 공급 및 중단을 번갈아 수행하여 기재(290) 상에 간헐적으로 패턴 코팅을 형성할 수가 있다.

듀얼 슬롯 다이 코터(200)는 이차전지 제조를 위한 전극 활물질 슬러리 도포에 최적화된 것이다. 고에너지 밀도의 이차전지를 제조하기 위하여, 130㎛ 정도이던 전극 활물질층의 두께는 점점 증가하여 300㎛에 달하고 있다. 두꺼운 전극 활물질층을 종래 슬롯 다이 코터를 가지고 형성하고 나면 건조시 활물질 슬러리 안의 바인더와 도전재 마이그레이션(migration)이 심화되어 최종 전극이 불균일하게 제조된다. 이러한 문제를 해결한다고 전극 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 위하여, 듀얼 슬롯 다이 코터(200)를 이용하면 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 도포할 수 있다.

그리고, 하부 심 플레이트(213) 및/또는 상부 심 플레이트(233)의 모따기 구성에 의하면, 코팅 갭을 작게 하는 경우에 전극 활물질 슬러리에 큰 압력이 인가되더라도, 전극 활물질 슬러리가 비산하지 않는다. 따라서, 전극 활물질층과 무지부 사이에 안정적으로 경계면을 형성할 수 있다. 특히 스트라이프 패턴 모양의 전극 활물질층을 형성할 때에 경계부 오염을 발생시키거나 경계면에 물결 무늬와 같은 경계면 불균일 없이 안정적으로 전극 활물질층을 형성할 수 있다. 이는 무지부를 따르는 슬리팅시 불량이 없게 한다. 폐기되는 전극판을 줄일 수 있어 비용 절감 효과가 탁월하다.

그리고, 상부 슬롯(202)과 하부 슬롯(201)을 통해 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 토출하여 기재(290) 상에 2중층의 전극 활물질층을 형성할 때에, 서로 다른 종류의 전극 활물질 슬러리를 사용하는 경우나 동일한 전극 활물질 슬러리를 사용해 두껍게 전극 활물질층이 코팅되는 경우 모두, 2중층의 전극 활물질층과 무지부 사이에 안정적으로 경계면을 형성할 수 있다. 따라서, 균일한 품질의 코팅품, 특히 이차전지용 전극을 얻을 수 있다.

또한, 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 도포하는 경우에는 하부 토출구(201a)에서 토출되는 제1 코팅액(250)이 먼저 기재(290) 표면에 접촉한 상태에서 상부 토출구(202a)에서 토출되는 제2 코팅액(260)이 제1 코팅액(250) 위에 접촉하게 되므로, 이 때 제1 코팅액(250)이 받게 되는 제2 코팅액(260)의 토출 압력으로 인해 업 스트림 방향으로의 흐름이 강해질 염려가 있지만, 본 발명에서 제안하는 바와 같이 모따기 구조의 하부 심 플레이트(213) 및/또는 상부 심 플레이트(233)를 이용하면 토출 압력을 완화활 수 있으므로 과한 토출 압력으로 인해 발생하는 코팅 공정 상의 여러 문제점을 해소할 수 있는 효과가 있다.

이러한 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터(200)를 이용하면 소망하는 두께 및 모양으로 균일하게 코팅층, 특히 전극 활물질층을 형성할 수 있으며, 바람직하게는 2종의 전극 활물질 슬러리 동시 코팅이 가능하기 때문에 성능 및 생산성 모두 우수한 효과가 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.

이와 같이, 본 발명에 따르면 전극 활물질 슬러리의 토출 압력이 커져도, 심플레이트 모따기 구조에 의해 전극 활물질 슬러리의 압력을 해소해 전극 활물질 슬러리의 비산을 방지하는 효과가 탁월하다. 이를 통해 안정적인 경계면을 형성하고 코팅 공정성을 확보하며 재현성 확보하는 효과가 있다.

이하, 본 발명에서 제안하는 바와 같은 심 플레이트에 따른 효과를 설명하기 위해 비교예와 실시예를 설명한다.

표 1에 실험 조건과 결과를 정리하였다.

[표 1]

코팅 속도는 모두 50m/min으로 하였다. 코팅액인 전극 활물질 슬러리의 점도는 모두 4000cps이었다. 코팅액의 두께는 100um를 타겟으로 하였다. 표 1에서 절삭 깊이는 심 플레이트의 끝단으로부터 안쪽으로 막 두께(100um)만큼 들어온 위치에서의 절삭 깊이(D)이다.

비교예 1, 실시예 1 내지 4는 다이립과 심 플레이트의 끝단을 정렬하여, 심플레이트 오프셋(offset)이 0인 경우이다.

비교예 1은 심 플레이트가 면취된 부분을 갖지만 모서리 안쪽으로 절삭된 깊이가 90 um라서 코팅액 두께 100 um보다 작은 경우이다. 여기에서는 경계부 오염이 발생하였다.

실시예 1 내지 4에서와 같이 심 플레이트에서 모서리 안쪽으로 절삭된 깊이가 코팅액 두께보다 큰 경우에는 경계부 오염이 발생하지 않았고, 경계면 불균일도 발생하지 않았다.

비교예 2와 3은 심 플레이트에서 모서리 안쪽으로 절삭된 깊이가 코팅액 두께보다 큰 경우이지만 다이립에 비해 심 플레이트의 끝단을 후퇴시켜 각각 150 um, 300 um의 오프셋을 갖도록 한 경우이다. 경계부 오염이 발생하지는 않았지만 경계부 불균일이 발생하였다.

이와 같이, 심 플레이트가 면취된 부분을 갖더라도 그 절삭 깊이가 본 발명에서 제안하는 바와 같은 조건을 만족하지 않는 경우에는 전극 활물질 슬러리에 가해지는 압력 해소가 충분하지 않아 경계부 오염이 발생한다(비교예 1). 본 발명에서 제안하는 바와 같은 면취된 부분을 갖더라도 다이립과 심 플레이트의 끝단에 오프셋이 존재하는 경우에는 경계면 불균일이 발생하게 된다(비교예 2, 3).

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 기재 상에 도포하는 코팅액의 두께를 고려하여 심 플레이트의 모서리 중 면취된 부분의 크기를 결정하며, 다이립과 심 플레이트의 끝단을 정렬하여 사용함으로써 경계부 오염이 없고, 경계면이 균일하며 기타 불량도 없는 전극 활물질층을 형성할 수가 있다.

도 7b에서는 기재(190) 상에 도포하는 코팅액, 즉 도포 직후의 코팅층(170)의 두께가 A일 때, 상기 면취된 부분이 상기 심 플레이트(113)의 끝단(113b)으로부터 안쪽으로 A만큼 떨어진 영역(P)에서 상기 모서리(114) 안쪽으로 깊이(D)가 A이면서, 절삭비(Xa/Zb)가 1이 되는 경우를 예로 들었다. 절삭비(Xa/Zb)가 1인 점은 도 7b와 동일하지만 코팅층 두께 A를 고려하지 않은 경우의 비교예를 포함해 추가의 비교예를 표 2에 나타내었다.

[표 2]

비교예 4는 절삭비(Xa/Zb)가 1로서 도 7b와 동일하지만, 코팅층의 두께인 200um보다 덜 들어온 위치에서 절삭되어 절삭 깊이(Xa)가 180um인 경우이다. 다이립과 심 플레이트의 끝단을 정렬하여 사용하였지만(오프셋 0) 경계부 오염이 발생되었다.

비교예 5와 비교예 6은 절삭 깊이(Xa)는 비교예 4와 동일하나 절삭 너비(Zb)를 비교예 4보다는 작게 하여, 절삭비(Xa/Zb)가 더 큰 경우들이다. 이 때에도 다이립과 심 플레이트의 끝단을 정렬하여 사용하였지만 경계부 오염이 발생되었다.

이처럼, 본 발명과 달리 코팅층의 두께를 고려하지 않은 경우는 좋지 못한 품질을 나타낸다.

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: 슬롯 다이 코터 101: 슬롯
101a: 토출구 110, 130: 다이 블록
111, 131: 다이립 112: 매니폴드
113: 심 플레이트 113a: 개방부
113b: 끝단 114, 214, 234: 모서리
114a: 경사면 114b, 214a, 234a: 단차면
114c: 볼록 곡면 114d: 오목 곡면
150: 코팅액 170: 코팅층
172: 무지부 180, 280: 코팅 롤
190, 290: 기재 200: 듀얼 슬롯 다이 코터
201: 하부 슬롯 201a: 하부 토출구
202: 상부 슬롯 202a: 상부 토출구
210: 하부 다이 블록 211: 하부 다이립
212: 제1 매니폴드 213: 하부 심 플레이트
220: 중간 다이 블록 221: 중간 다이립
230: 상부 다이 블록 231: 상부 다이립
232: 제2 매니폴드 233: 상부 심 플레이트
240: 고정부 250: 제1 코팅액
260: 제2 코팅액

Claims

적어도 2개의 다이 블록;
2개의 다이 블록 사이에 구비되어 슬롯을 형성하는 심 플레이트;
상기 다이 블록에 구비되며 코팅액을 수용하는 매니폴드를 포함하여,
상기 슬롯과 연통된 토출구를 통해 상기 코팅액을 기재 상에 토출하여 도포하는 슬롯 다이 코터로서,
상기 다이 블록의 선단부인 다이립과 상기 심 플레이트의 끝단이 정렬되어 있으며,
상기 심 플레이트는 상기 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 상기 심 플레이트의 끝단으로부터 적어도 일 영역이 절개되어 개방부를 구비하고, 상기 개방부를 정의하는 상기 심 플레이트의 모서리 중 상기 코팅액이 토출되는 쪽의 모서리 부분이 면취되어 있으며,
상기 기재 상에 도포하는 상기 코팅액의 두께가 A일 때, 상기 면취된 부분은 상기 심 플레이트의 끝단으로부터 안쪽으로 A만큼 떨어진 영역에서 상기 모서리 안쪽으로 깊이 A 이상 절삭된 형상인 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
제1항에 있어서, 상기 면취된 부분은 절삭 깊이가 일정한 단차면 또는 상기 심 플레이트의 끝단 쪽으로 갈수록 절삭 깊이가 점차 증가하는 경사면 또는 볼록 곡면 또는 오목 곡면 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
제2항에 있어서, 상기 경사면은 상기 코팅액을 토출하는 방향에 대하여 10도 내지 80도의 각도로 형성된 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
제1항에 있어서, 상기 면취된 부분은 상기 코팅액을 토출하는 방향에서의 절삭 깊이와, 상기 슬롯 다이 코터의 폭 방향에서의 절삭 너비는 A 이상인 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
제1항에 있어서, 상기 면취된 부분은 토출되는 상기 코팅액을 기준으로 대칭적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
제1항에 있어서, 상기 심 플레이트는 상기 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비하며, 상기 기재 상에 스트라이프 패턴 모양의 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
하부 다이 블록;
상기 하부 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 하부 다이 블록과의 사이에 하부 슬롯을 형성하는 중간 다이 블록;
상기 중간 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 중간 다이 블록과의 사이에 상부 슬롯을 형성하는 상부 다이 블록;
상기 하부 슬롯을 정의하기 위한 하부 심 플레이트; 및
상기 상부 슬롯을 정의하기 위한 상부 심 플레이트를 포함하는 듀얼 슬롯 다이 코터로서,
상기 하부 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하고, 상기 하부 다이립과 상기 중간 다이립 사이에는 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 토출구가 형성되고, 상기 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 전극 활물질 슬러리를 압출해 도포해 전극 활물질층을 형성하는 것이며,
상기 하부 심 플레이트와 상부 심 플레이트는 상기 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 상기 하부 심 플레이트와 상부 심 플레이트의 끝단으로부터 적어도 일 영역이 절개되어 개방부를 구비하고, 상기 개방부를 정의하는 상기 하부 심 플레이트 또는 상부 심 플레이트의 모서리 중 상기 전극 활물질 슬러리가 토출되는 쪽의 모서리 부분이 면취되어 있으며,
상기 기재 상에 도포하는 상기 전극 활물질 슬러리의 두께가 A일 때, 상기 면취된 부분은 상기 하부 심 플레이트 또는 상부 심 플레이트의 끝단으로부터 안쪽으로 A만큼 떨어진 영역에서 상기 모서리 안쪽으로 깊이 A 이상 절삭된 형상인 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제7항에 있어서, 상기 면취된 부분은 절삭 깊이가 일정한 단차면 또는 상기 하부 심 플레이트 또는 상부 심 플레이트의 끝단 쪽으로 갈수록 절삭 깊이가 점차 증가하는 경사면 또는 볼록 곡면 또는 오목 곡면 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제8항에 있어서, 상기 경사면은 상기 코팅액을 토출하는 방향에 대하여 10도 내지 80도의 각도로 형성된 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
제7항에 있어서, 상기 면취된 부분은 상기 코팅액을 토출하는 방향에서의 절삭 깊이와, 상기 슬롯 다이 코터의 폭 방향에서의 절삭 너비는 A 이상인 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
제7항에 있어서, 상기 면취된 부분은 토출되는 상기 전극 활물질 슬러리를 기준으로 대칭적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제7항에 있어서, 상기 하부 심 플레이트와 상부 심 플레이트는 상기 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비하며, 상기 기재 상에 스트라이프 패턴 모양의 전극 활물질층이 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제12항에 있어서, 상기 하부 심 플레이트와 상부 심 플레이트는 상하 방향으로 서로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
제7항에 있어서, 상기 하부 다이 블록은 제1 전극 활물질 슬러리를 수용하고 상기 하부 슬롯과 연통하는 제1 매니폴드를 구비하고, 상기 중간 다이 블록은 제2 전극 활물질 슬러리를 수용하고 상기 상부 슬롯과 연통하는 제2 매니폴드를 구비하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.