KR20230078470A - 슬롯 다이 코터 - Google Patents

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박준선
성재영
양현선
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

멀티 레인 모델의 코팅폭을 균일화하고, 차기 생산시 조건 조정 로스를 감소시키는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 슬롯 다이 코터는, 상판; 하판; 및 상기 상판과 하판과의 사이에 개재되어 슬롯을 형성하기 위한 적어도 2개의 개별 레인을 정의할 수 있도록 하는 심을 포함하고, 상기 개별 레인을 정의할 수 있도록 하는 심은 상기 상판 또는 하판에 고정시 위치정밀도 향상을 위한 고정핀과 상기 상판 또는 하판에 고정하기 위한 고정볼트를 포함한다.

Description

슬롯 다이 코터{Slot die coater}
본 발명은 슬롯 다이 코터에 관한 것으로, 개선된 심을 포함하는 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. 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, 이러한 양극 활물질 슬러리 및 음극 활물질 슬러리가 집전체에 고르게 코팅되어야 하며, 종래부터 슬롯 다이 코터를 이용하고 있다.
도 1은 종래 슬롯 다이 코터의 분해 단면도이고, 도 2는 종래 다른 슬롯 다이 코터의 분해 단면도이다.
도 1을 참조하면, 슬롯 다이 코터(1)는 2개의 다이 블록(5, 10)을 포함하고 2개의 다이 블록(5, 10) 사이에는 심(15)에 의한 슬롯(20)이 1개 형성된다. 매니폴드(25) 안의 활물질 슬러리는 슬롯(20)과 연통된 토출구를 통해 토출되어 집전체(미도시)에 도포된다.
도 2를 참조하면, 슬롯 다이 코터(50)는 3개의 다이 블록(55, 60, 65)을 포함하고 2개의 다이 블록 사이마다 심(15)을 두어 2개의 슬롯(20)이 형성된다.
도 3은 이러한 슬롯 다이 코터(1, 50)에 적용될 수 있는 종래 심(15)의 평면도이다.
집전체 위에 코팅되는 활물질층의 코팅폭은 슬롯 다이 코터(1, 50)의 슬롯(20)의 폭에 의해 결정되는데, 슬롯(20)은 심(15)에 의해 정의되므로 심(15)의 형상에 의해 슬롯(20)의 폭(W)이 결정된다. 도 3에 도시한 심(15)은 예를 들어 3개의 레인(lane)으로 스트라이프 모양의 패턴을 코팅하기 위한 것이다.
도 4는 도 2의 A 부분 확대도이다. 다이 블록(60) 안에는 활물질 슬러리와 같은 코팅액이 담기는 매니폴드(25)가 형성되어 있다. 매니폴드(25)의 앞단(25a), 그러니까 토출구 쪽을 향한 단부는 단면상으로 라운드 형상을 가진다.
도 5는 도 3과 같은 심(15)을 도 1의 슬롯 다이 코터(1)에 장착하여 멀티 레인, 예를 들어 3개의 레인을 코팅하는 것을 도시한다. 심(15)과 다이 블록(5, 10)간의 정렬이 잘 되어 있고 다이 블록(5, 10)에 변형이 없는 경우라면, 집전체(70)에 형성하는 활물질층의 폭(a)은 심(15)에서 설계한 폭(W)과 동일하다(a=W).
하지만, 심(15)을 오조립하거나 다이 블록(5, 10)이 변형되거나 도포하려는 활물질 슬러리의 물성이 크게 달라지는 경우에는 실제 코팅되는 활물질층의 폭이 심(15)에서 설계한 폭(W)과 달라질 수 있다.
도 6은 종래 심이 비스듬하게 오조립된 경우에 집전체 위에 형성된 코팅층의 폭 변화를 도시한다. 예를 들어 도 6과 같이 심(15)이 비스듬하게 오조립된 경우에는, 집전체(70) 위에 형성되는 여러 개의 활물질층(75)의 폭(b, b', b'')이 서로 달라지고 각각의 폭(b, b', b'')은 심(15)에서 설계한 폭(W)과도 달라진다(b<W). 도시한 바와 같이 심(15)이 우측 하단처럼 다이 블록(5, 10)에 대해 후퇴되어 오조립된 경우, 활물질층(75)의 폭은 b에서 b''로 갈수록 증가하게 된다(b<b'<b'').
이러한 폭 산포가 발견되면, 멀티 레인 코팅층의 폭을 서로 동일하게 맞추기 위해 심(15) 위치를 조절하는 과정을 거쳐야 한다. 그런데 멀티 레인이더라도 심(15) 자체는 한 덩어리인 (레인 통합) 심이므로, 모든 레인이 조절에 따른 영향을 함께 받아, 개별 레인만 조절하기 어려운 문제가 있다.
또한, 형 교환시 심(15)을 분리하여 세척해야 하기 때문에, 차기 생산시 다시 조립해야 하고, 조건 조정이 항상 필요하다. 조립시마다 심(15)의 위치가 항상 같을 수는 없기 때문에, 다이 분해 세정 후 등 재조립시마다 조건 조정이 반드시 필요한 단점이 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명은 멀티 레인 모델의 코팅 폭을 균일화하고, 차기 생산시 조건 조정 로스(loss)를 감소시키는 것을 목적으로 한다.
이에 따라 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 개선된 심을 포함하는 슬롯 다이 코터를 제공하는 것이다.
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.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 슬롯 다이 코터는, 상판; 하판; 및 상기 상판과 하판과의 사이에 개재되어 슬롯을 형성하기 위한 적어도 2개의 개별 레인을 정의할 수 있도록 하는 심을 포함하고, 상기 개별 레인을 정의할 수 있도록 하는 심은 상기 상판 또는 하판에 고정시 위치정밀도 향상을 위한 고정핀과 상기 상판 또는 하판에 고정하기 위한 고정볼트를 포함한다.
상기 슬롯 다이 코터는 상기 하판에 코팅액이 담기는 매니폴드를 더 포함하고, 상기 심이 상기 매니폴드의 앞단 랜드부에 장착되며, 상기 고정핀은 상기 심을 관통하여 상기 하판에 형성한 핀홈에 삽입되고, 상기 고정볼트는 상기 심을 관통하여 상기 하판에 형성된 고정볼트홈에 삽입될 수 있다.
상기 심에는 상기 고정볼트홈과 정렬되는 고정볼트홀이 형성되어 있고, 상기 고정볼트홀과 상기 고정볼트홈은 앞뒤(토출 방향)로 잔공을 내고 좌우(토출 방향에 수직인 슬롯 다이 코터의 길이 방향)로는 잔공이 없는 것일 수 있다.
상기 고정볼트의 볼트 머리와 상기 고정핀의 핀 머리 수용을 위해, 상기 상판에 상판 홈이 가공되어 있을 수 있다.
상기 상판 홈은 상기 고정볼트의 볼트 머리와 상기 고정핀의 핀 머리를 동시에 수용하기 위하여 상기 상판 내로 함몰된 만입부일 수 있다.
상기 심이 상기 매니폴드와 맞닿는 부분은 라운드 처리할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 심이 상기 하판에 놓이는 위치에 따라 상기 라운드 처리를 차등 적용한다. 상기 심에서 코팅액이 자나가는 쪽은 라운드 처리하고 상기 코팅액이 닿지 않는 부분은 라운드 처리를 하지 않을 수 있다.
상기 매니폴드에서 상기 랜드부로 넘어가는 곳은 직각으로 할 수 있다.
나아가, 상기 매니폴드와 랜드부 사이의 영역 중 코팅액이 지나가서 토출되는 부분에 해당하는 영역에 대해서는 라운드 처리할 수 있다.
상기 심에 의해 적어도 3개의 레인이 정의되며 상기 라운드 처리의 R값에서 센터에 놓이는 레인과 사이드에 놓이는 레인간 차이를 둘 수 있다.
상기 센터에 놓이는 레인에서의 R값보다 상기 사이드에 놓이는 레인에서의 R값을 크게 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 매니폴드의 뒤쪽과 상기 매니폴드의 앞단 랜드부의 높이 차이는 상기 심의 두께만큼 존재한다.
상기 매니폴드의 뒤쪽으로 상기 상판의 하면과 상기 하판의 상면이 서로 틈새 없이 결합하고, 상기 매니폴드의 앞단에서 상기 상판의 하면과 상기 심의 상면이 서로 틈새 없이 결합하며, 상기 하판의 상면과 상기 심의 하면이 서로 틈새 없이 결합할 수 있다.
본 발명에 따르면, 멀티 레인을 구현하는 심이 한 덩어리가 아니고 개별 분리형이다. 따라서, 심 장착시 개별 레인만 영향을 받고 개별 레인별로 조절할 수 있다.
본 발명에 따르면, 심은 매니폴드의 앞단 랜드부에만 장착이 되며, 하판에 고정형으로 장착할 수 있다. 매니폴드 주변으로는 심이 존재하지 않아 종래의 심처럼 세정시 심을 따로 분리할 필요가 없다. 분리 후 재조립 과정이 필요 없으므로, 조건 조정 로스도 감소한다.
본 발명에 따르면, 심이 매니폴드와 맞닿는 부분은 라운드 처리하고, 매니폴드에서 랜드부로 넘어가는 곳인 매니폴드의 앞단은 직각으로 함으로써, 와류의 생성을 억제하고, 코팅액의 흐름을 매끄럽게 할 수 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 슬롯 다이 코터의 분해 단면도이다.
도 2는 종래 다른 슬롯 다이 코터의 분해 단면도이다.
도 3은 종래 심의 평면도이다.
도 4는 도 2의 A 부분 확대도이다.
도 5는 도 3과 같은 심을 장착하여 멀티 레인 코팅하는 것을 도시한다.
도 6은 종래 심이 비스듬하게 오조립된 경우에 집전체 위에 형성된 코팅층의 폭 변화를 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 분해 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 분해 단면도이다.
도 9는 도 7의 B 부분 확대도이다.
도 10은 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터에서 개별 레인을 정의할 수 있도록 하는 심의 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터에서 개별 레인을 정의할 수 있도록 하는 심이 하판 위에 소정 간격으로 배열된 모습을 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 매니폴드 단면을 도시한 것이다.
도 13은 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터에서, 심에서 매니폴드와 맞닿는 부분의 라운드 처리를 보여준다.
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.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 발명의 슬롯 다이 코터는 슬롯을 구비하고 슬롯을 통해 기재 상에 코팅액을 코팅하는 장치이다. 이하의 설명하는 '기재'는 집전체이고 '코팅액'은 활물질 슬러리이다. 다만, 본 발명의 권리범위가 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 예컨대 기재는 분리막을 구성하는 다공성 지지체이고 코팅액은 유기물일 수 있다. 즉, 박막 코팅이 요구되는 경우라면 기재와 코팅액은 어떠한 것이어도 좋다.
본 발명에 따른 슬롯 다이 코터는 상판, 하판, 개별 레인을 정의할 수 있도록 하는 심(최소 2개), 고정핀, 고정볼트를 포함하여 구성된다. 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터는 상판과 중판과의 사이에 개별 레인을 정의할 수 있도록 하는 심(최소 2개), 고정핀, 고정볼트를 포함하고, 중판과 상판 사이에 개별 레인을 정의할 수 있도록 하는 심(최소 2개), 고정핀, 고정볼트를 포함하여 구성된다. 이하 도면을 참조하여 상세히 살펴 본다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 분해 단면도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 분해 단면도이다. 도 9는 도 7의 B 부분 확대도이다. 도 10은 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터에서 개별 레인을 정의할 수 있도록 하는 심의 사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터(100)는, 상판(105), 하판(110), 개별 레인을 정의할 수 있도록 하는 심(115)을 포함한다.
심(115)은 상판(105)과 하판(110)과의 사이에 개재되어 슬롯(120)을 형성하기 위한 것이다. 심(115)은 적어도 2개 포함된다. 2개 포함되는 경우에는 2개의 심(115) 사이에 하나의 레인이 정의된다. 3개 포함되는 경우에는 인접한 2개의 심(115) 사이마다 레인이 정의되어 2개의 레인이 정의되는 식이다. 인접한 2개의 심(115) 사이의 공간은 슬롯(120)을 정의한다.
매니폴드(125) 안에 담길 수 있는 코팅액과 같은 활물질 슬러리는 슬롯(120)과 연통된 토출구를 통해 토출되어 집전체(미도시)에 도포된다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 매니폴드(125)는 외부에 설치된 코팅액 공급 챔버(미도시)와 공급관으로 연결되어 코팅액을 공급받는다. 매니폴드(125) 내에 코팅액이 가득 차게 되면, 상기 코팅액이 슬롯(120)을 따라 흐름이 유도되고 토출구를 통해 외부로 토출되게 된다.
심(115)은 상판(105)과 하판(110) 사이에 구비되어 슬롯(120)의 형상을 정의한다. 심(115)은 토출구가 형성되는 영역을 제외하고는, 상판(105)과 하판(110)의 틈새로 코팅액이 누출되지 않도록 하는 가스켓(gasket)으로서의 기능을 겸함으로 밀봉성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
심(115)은 상판(105) 또는 하판(110)에 고정시킬 수 있다. 본 실시예에서는 하판(110)에 고정시키는 예를 든다. 심(115)은 하판(110)에 고정시 위치정밀도 향상을 위한 고정핀(130)을 포함한다. 또한, 심(115)은 하판(110)에 고정하기 위한 고정볼트(140)를 포함한다. 하판(110)에 심(115)을 고정한 다음, 하판(110)과 상판(105)을 조합하고, 하판(110)과 상판(105)의 후방부(슬롯(120)이 형성된 부분의 반대편)에 볼트 등을 체결하여 하판(110)과 상판(105)간을 조립한다.
상판(105)과 하판(110)의 대부분의 면은 거의 수직이 되도록 제작된 것을 사용할 수 있다. 이러한 상판(105)과 하판(110)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, 상판(105)과 하판(110)을 조합할 때에 대면하는 부분들이 높은 면 접촉도를 가지고 서로 지지될 수 있기 때문에 체결 고정 및 유지가 매우 우수하다. 뿐만 아니라, 상판(105)과 하판(110)이 조합된 상태는 전체적으로 대략 직육면체 형태를 가지며, 코팅액이 토출되는 전방부만 기재를 향하여 비스듬한 형태를 가지게 된다. 상판(105)과 하판(110)은 예컨대 SUS 재질이다. SUS420J2, SUS630, SUS440C, SUS304, SUS316L 등의 가공이 용이한 재질을 이용할 수 있다. SUS는 가공이 용이하고 저렴하며 내식성이 높고 저비용으로 원하는 형상으로 제작할 수 있는 이점이 있다.
이러한 구성을 갖는 슬롯 다이 코터(100)에 의하면, 회전 가능하게 마련되는 코팅 롤(미도시)을 슬롯 다이 코터(100)의 전방에 배치하고, 상기 코팅 롤을 회전시킴으로써 코팅될 기재를 주행시키면서, 코팅액을 토출해 연속적으로 상기 기재의 표면에 접촉시켜 도포할 수가 있다. 또는 코팅액의 공급 및 중단을 번갈아 수행하여 기재 상에 간헐적으로 패턴 코팅을 형성할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터(200)는, 상판(205)과 하판(210) 사이에 중판(207)을 포함한다. 상판(205)과 중판(207) 사이, 그리고 중판(207)과 하판(210) 사이에 앞서 설명한 바와 같은 심(115)이 포함될 수 있다. 여기에서도 심(115)은 두 개의 다이 블록 사이마다 적어도 2개 포함된다. 레인의 개수에 따라 심(115)의 개수는 변경될 수 있다. 매니폴드(125)는 중판(207)과 하판(210)에 각각 형성될 수 있다.
슬롯 다이 코터(100, 200)에서 공통적으로 심(115)에 특징이 있으므로 도 7, 도 9 내지 도 11을 참고하여 슬롯 다이 코터(100)를 중심으로 설명한다. 여기에서 설명한 것은 설명을 반복하지 않더라도 슬롯 다이 코터(200)에도 동일하게 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 7, 도 9 및 도 10을 참조하면, 슬롯 다이 코터(100)는 하판(110)에 코팅액이 담기는 매니폴드(125)를 포함하고 있다. 심(115)은 매니폴드(125) 앞단 랜드부(127)에 장착된다.
심(115)이 랜드부(127)에만 존재하기 때문에 매니폴드(125) 뒤쪽(토출구 반대 방향)과 매니폴드(125) 앞쪽의 랜드부(127)의 높이 차이는 심(115) 두께만큼 존재한다.
고정핀(130)은 심(115)을 관통하여 하판(110)에 형성한 핀홈(110a)에 삽입될 수 있다. 고정볼트(140)는 심(115)을 관통하여 하판(110)에 형성된 고정볼트홈(110b)에 삽입될 수 있다.
심(115)에는 핀홈(110a)과 정렬되는 핀홀(115a)이 형성되어 있다. 그리고, 심(115)에는 고정볼트홈(110b)과 정렬되는 고정볼트홀(115b)이 형성되어 있다.
고정볼트홈(110b)과 고정볼트홀(115b)은 앞뒤(토출 방향)로 잔공을 내고 좌우(토출 방향에 수직인 슬롯 다이 코터의 길이 방향)로는 잔공이 없는 것일 수 있다.
도 9 및 도 10을 좀 더 살펴 보면, 고정핀(130)은 심(115)의 위치 정밀도 향상을 위해 구비되는 것이다. 고정핀(130)은 핀홀(115a)을 통해 심(115)을 관통하여 핀홈(110a)에 삽입되고, 삽입 이후 제 위치에서 심(115)의 위치를 유지하게 한다. 하판(110)과 심(115)은 고정핀(130)을 통해 정확하게 정렬될 수 있다. 예를 들어, 고정핀(130)을 먼저 삽입하여 위치를 유지하게 한 후에 고정볼트(140)의 체결이 이루어질 수 있다. 고정볼트(140) 체결시 고정핀(130)은 심(115)이 움직이지 않도록 제 위치를 설정한다.
고정볼트(140)는 하판(110)에 심(115) 고정을 하는 용도이다. 고정볼트(140)는 고정볼트홀(115b)을 통해 심(115)을 관통하여 고정볼트홈(110b)에 삽입된다. 고정볼트홀(115b)과 고정볼트홈(110b)은 앞뒤(토출 방향)로 잔공을 내기 때문에 볼트 체결 등 조립하기 용이하도록 한다. 또 좌우(토출 방향에 수직인 슬롯 다이 코터의 길이 방향)로는 잔공이 없어 좌우로는 움직임이 제한되어 좌우 위치가 고정된다.
본 실시예에서 고정핀(130)이 관통하는 핀홀(115a)과, 고정볼트(140)가 관통하는 고정볼트홀(115b)은 앞뒤(토출 방향)로 일직선 정렬되어 있다. 고정핀(130)과 고정볼트(140)는 심(115)마다 최소 1개씩 포함될 수 있다. 고정핀(130)과 고정볼트(140)의 적당한 수 및/또는 다양한 구성이 본 발명의 범주 내에서 사용될 수 있다는 것을 당업자라면 알 수 있을 것이다.
고정핀(130)과 고정볼트(140)는 심(115)을 관통하여 각각 핀홈(110a)과 고정볼트홈(110b)에 삽입되어 수용이 되어 있으므로, 심(115)의 하면은 랜드부(127)에서 하판(110)의 상면과 면접하게 된다. 하판(110)의 상면과 심(115)의 하면 사이에 서로 틈새 없이 결합할 수 있다. 또한, 매니폴드(150) 뒤쪽으로 상판(105)의 하면과 하판(110)의 상면이 서로 틈새 없이 결합할 수 있다.
고정볼트(140)의 볼트 머리와 고정핀(130)의 핀 머리 수용을 위해, 상판(105)에 상판 홈(105a)이 가공되어 있을 수 있다. 상판 홈(105a)은 고정볼트(140)의 볼트 머리와 고정핀(130)의 핀 머리를 각각 수용할 수 있도록 해당 위치에 오목하게 마련될 수도 있지만, 고정볼트(140)의 볼트 머리와 고정핀(130)의 핀 머리를 동시에 수용하기 위하여 상판(105) 내로 함몰된 만입부일 수 있다. 상판 홈(105a)이 고정볼트(140)의 볼트 머리와 고정핀(130)의 핀 머리를 각각 수용할 수 있도록 마련되는 경우 상판(105)과 하판(110)의 위치 정렬시 제 위치에 놓이도록 해야 하는 과정이 번거로울 수 있다. 상판 홈(105a)을 고정볼트(140)의 볼트 머리와 고정핀(130)의 핀 머리를 동시에 수용하도록 형성하면 상판 홈(105a)에 고정볼트(140)의 볼트 머리와 고정핀(130)의 핀 머리가 비교적 여유 있게 수용이 되어 상판(105)과 하판(110)의 위치 정렬에 마진이 증가한다. 충분한 정렬 마진을 가진 상태에서 상판(105)과 하판(110) 사이를 조립하는 체결 볼트의 체결 등 조립 관련 후속 작업을 보다 원활하게 수행할 수 있다.
그리고, 본 실시예에서와 같이 심(115)이 하판(110)에 고정되는 경우, 고정을 위한 고정볼트(140) 및 고정핀(130)은 상판(105)을 관통하지 않는다. 고정볼트(140) 및 고정핀(130)이 다이블록 외부에 노출되는 구조가 아니다. 그리고 고정볼트(140)는 상판(105)과 체결되지 않고 하판(110)에만 체결된다. 이와 같이, 고정볼트(140)와 고정핀(130)은 하판(110) 측에만 조립/체결이 되고, 상판(105)과는 조립/체결되는 구조가 아니다. 따라서, 심(115) 상태 확인이나 다이블록 내부 세척시 하판(110)과 상판(105)의 조립 체결만 해제하면 되므로 간편하고, 전체 해체와 재조립이 필요하지 않아 공정 관리가 용이하다.
상판 홈(105a)을 형성하면 고정볼트(140)의 볼트 머리와 고정핀(130)의 핀 머리는 상판 홈(105a)에 수용이 되고 상판 홈(105a) 주변에서 상판(105)의 하면과 심(115)의 상면이 면접하게 된다. 따라서, 상판(105)의 하면과 심(115)의 상면 사이에 서로 틈새 없이 결합할 수 있다. 매니폴드(150)의 앞단에서 상판(105)과 하판(110) 사이에는 심(115)의 두께에 해당하는 정도만 이격이 발생하고, 이격된 공간이 슬롯(120)이 된다.
도 11은 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터(100)에서 심(115)이 하판(110) 위에 소정 간격으로 배열된 모습을 도시한 것이다. 예를 들어 4개의 심(115)에 의해 3개의 레인이 정의된다.
본 발명에 따르면, 심(115)이 개별 분리형이어서 장착시 개별 레인만 영향을 받고 개별 레인별로 조절할 수 있다. 심(115)이 매니폴드(125) 앞단 랜드부(127)에만 장착이 되며, 하판(110)에 고정형으로 장착할 수 있다. 매니폴드(125) 주변으로는 심(115)이 존재하지 않아 종래의 심(15, 도 3 참조)처럼 세정시 다이 블록들로부터 분리할 필요가 없다. 분리 후 재조립 과정이 필요 없으므로, 조건 조정 로스도 감소한다.
도 10 및 도 11에 상세히 나타낸 바와 같이, 본 발명의 심(115)은 유체인 코팅액의 흐름을 매끄럽게 하여 와류 생성 없도록, 매니폴드(125)와 맞닿는 부분(115c)은 라운드 처리함이 바람직하다.
도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 기존 슬롯 다이 코터에서는 매니폴드(25)에서 랜드부로 넘어가는 매니폴드의 앞단(25a)을 라운드 처리해야 한다. 하지만, 본 발명에서는 도 10에 나타낸 바와 같이 매니폴드(125)에서 랜드부(127)로 넘어가는 곳인 매니폴드의 앞단(125a)을 (단면상) 직각으로 한다. 매니폴드(125)에서 랜드부(127)로 넘어가는 곳, 즉 매니폴드의 앞단(125a)이 종래처럼 라운드되어 있으면 유체 흐름에 불리하다.
본 발명에서는 심(115)이 매니폴드(125)와 맞닿는 부분(115c)은 라운드 처리하고, 매니폴드(125)에서 랜드부(127)로 넘어가는 곳인 매니폴드의 앞단(125a)은 직각으로 함으로써, 유체의 흐름을 매끄럽게 할 수 있다.
한편, 다른 실시예로서, 도 11을 더 참조하면, 매니폴드(125)와 랜드부(127) 사이의 영역 중에서도 활물질 슬러리와 같은 코팅액이 지나가서 토출되는 부분에 해당하는 영역(126a, 126b)에 대해서만 라운드 처리를 할 수도 있다. 그 외는 앞서 설명한 바와 같이 매니폴드의 앞단(125a)을 직각 형태로 하는 것이다.
특히, 멀티 레인 코팅시에는 도 12에 도시한 바와 같이 라운드 처리의 R값에서 센터와 사이드의 차이를 둘 수 있다. 도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 매니폴드 단면을 도시한 것이다. 도 12에서 (a)는 도 11의 I-I' 단면에 해당하고 (b)는 도 11의 II-II' 단면에 해당한다. 도 11과 같이 심(115)에 의해 3개의 레인이 정의되는 경우를 가정한다.
도 12의 (a)를 참조하면, 센터에 놓이는 레인, 즉 센터에 놓이면서 활물질 슬러리와 같은 코팅액이 지나가 토출되는 부분에 해당하는 매니폴드(125)와 랜드부(127) 사이의 영역(126a)에서는 R값을 작게 한다. 도 12의 (b)를 참조하면, 사이드에 놓이는 레인, 즉 사이드에 놓이면서 활물질 슬러리와 같은 코팅액이 지나가 토출되는 부분에 해당하는 매니폴드(125)와 랜드부(127) 사이의 영역(126b)에서는 R값을 그보다 크게 한다. 이를 통해 센터와 사이드의 유량 차이를 보정하는 효과도 있다.
한편 도 10에서 심(115)이 매니폴드(125)와 맞닿는 부분(115c)은 양측 모두 라운드 처리한 예를 도시하였는데, 심(115)이 하판(110) 위에 놓이는 위치에 따라 라운드 처리는 차등 적용할 수 있다. 도 13은 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터에서, 심에서 매니폴드와 맞닿는 부분의 라운드 처리를 보여준다.
도 13을 참조하면, 가장자리 최외측, 즉 사이드에 놓이는 심(115)은 활물질 슬러리와 같은 코팅액이 지나가는 안쪽에 해당하는 한쪽만 라운드 처리할 수 있다. 코팅액이 닿지 않는 바깥쪽 부분은 라운드 처리를 하지 않을 수 있다. 센터에 놓이는 심(115)은 코팅액이 양쪽으로 지나가므로 양쪽을 라운드 처리할 수 있다. 이를 통해 해당 부위에서의 와류 위험을 더욱 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 슬롯 다이 코터(100)를 이용하여 양극 활물질 슬러리를 코팅함으로써 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.
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.
도전재는 통상적으로 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1wt% 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.
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 100wt% 대비 1wt% 내지 30wt%, 또는 1wt% 내지 10wt%의 범위로 포함될 수 있다.
본 발명의 슬롯 다이 코터(100)를 이용하여 음극 활물질 슬러리를 코팅함으로써 이차전지의 음극 제조에 적용될 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.
상기 음극 활물질은 흑연, 비정질 탄소, 다이아몬드상 탄소, 풀러렌, 탄소 나노튜브, 탄소나노 혼 등의 탄소 재료나 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.
이러한 양극 활물질이나 음극 활물질을 포함하는 활물질 슬러리는 점도가 매우 높다. 예를 들어 점도는 1000 cps 이상일 수 있다. 이차전지 전극을 형성하기 위한 용도의 활물질 슬러리의 점도는 2000 cps 내지 30000 cps일 수도 있다. 예를 들어 음극 활물질 슬러리는 점도가 2000 cps 내지 4000 cps 일 수 있다. 양극 활물질 슬러리는 점도가 8000 cps 내지 30000 cps 일 수 있다. 점도 1000 cps 이상의 코팅액을 코팅할 수 있어야 하는 것이므로 본 발명의 슬롯 다이 코터(100)는 이보다 낮은 점도의 코팅액, 예를 들면 사진 감광 유제액, 자성액, 반사 방지나 방현성 등을 부여하는 액, 시야각 확대 효과를 부여하는 액, 컬러 필터용 안료액 등 보통의 수지액을 도포하는 장치 구조와는 차이가 있고 그것을 변경하여 도달할 수 있는 장치가 아니다. 본 발명의 슬롯 다이 코터(100)는 예를 들어 평균 입경이 10㎛ 내외의 입자 크기를 가지는 활물질을 포함할 수도 있는 활물질 슬러리를 도포하기 위한 것이므로, 이러한 크기의 입자를 포함하지 않는 다른 코팅액을 도포하는 장치 구조와도 차이가 있고 그것을 변경하여 도달할 수 있는 장치가 아니다. 본 발명의 슬롯 다이 코터(100)는 전극 제조용 코터로 최적화되어 있다.
한편, 앞에서는 슬롯 다이 코터(100) 위주로 설명하였는데, 심(115)과 관련된 구성은 슬롯 다이 코터(200)에도 그대로 적용될 수 있다. 다시 도 8을 참조하면, 슬롯 다이 코터(100)의 상판(105)과 하판(110)과 그 사이의 심(115) 관련 사항은 슬롯 다이 코터(200)의 상판(205)과 중판(207)과 그 사이의 심(115)에 동일하게 적용된다. 예를 들어 하판(110)에 형성한 핀홈(110a)과 고정볼트홈(110b)은 중판(207)에 형성되는 식이다. 또한, 슬롯 다이 코터(100)의 상판(105)과 하판(110)과 그 사이의 심(115) 관련 사항은 슬롯 다이 코터(200)의 중판(207)과 하판(210)과 그 사이의 심(115)에 동일하게 적용된다. 상판(205)과 중판(207) 사이에 구비되는 심(115)과 중판(207)과 하판(210) 사이에 구비되는 심(115)은 상하 정렬된 위치에 구비될 수 있다.
한편, 슬롯 다이 코터(100, 200)는 코팅액인 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향을 거의 수평으로 해 설치되어 있다(거의 : ± 5도). 하지만 여기서 예로 든 형태로 한정되어야 하는 것은 아니며, 예컨대, 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향을 위로 해 중력 반대 방향으로 토출하는 수직 다이로 구성할 수도 있다.
이상에서 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.
100, 200: 슬롯 다이 코터 105, 205: 상판
105a: 상판 홈 110, 210: 하판
110a: 핀홈 110b: 고정볼트홈
115: 심 115a: 핀홀
115b: 고정볼트홀 120: 슬롯
125: 매니폴드 127: 랜드부
130: 고정핀 140: 고정볼트
207: 중판

Claims (17)

  1. 상판;
    하판; 및
    상기 상판과 하판과의 사이에 개재되어 슬롯을 형성하기 위한 적어도 2개의 개별 레인(lane) 심을 포함하고,
    상기 심은 상기 상판 또는 하판에 고정시 위치정밀도 향상을 위한 고정핀과 상기 상판 또는 하판에 고정하기 위한 고정볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하판에 코팅액이 담기는 매니폴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 심이 상기 매니폴드의 앞단 랜드부에 장착되는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고정핀은 상기 심을 관통하여 상기 하판에 형성한 핀홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  5. 제3항에 있어서, 상기 고정볼트는 상기 심을 관통하여 상기 하판에 형성된 고정볼트홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 심에는 상기 고정볼트홈과 정렬되는 고정볼트홀이 형성되어 있고, 상기 고정볼트홀과 상기 고정볼트홈은 앞뒤(토출 방향)로 잔공을 내고 좌우(토출 방향에 수직인 슬롯 다이 코터의 길이 방향)로는 잔공이 없는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  7. 제3항에 있어서, 상기 고정볼트의 볼트 머리와 상기 고정핀의 핀 머리 수용을 위해, 상기 상판에 상판 홈이 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 상판 홈은 상기 고정볼트의 볼트 머리와 상기 고정핀의 핀 머리를 동시에 수용하기 위하여 상기 상판 내로 함몰된 만입부인 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  9. 제3항에 있어서, 상기 심이 상기 매니폴드와 맞닿는 부분은 라운드 처리하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 심이 상기 하판에 놓이는 위치에 따라 상기 라운드 처리를 차등 적용한 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 심에서 코팅액이 자나가는 쪽은 라운드 처리하고 상기 코팅액이 닿지 않는 부분은 라운드 처리를 하지 않는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  12. 제3항에 있어서, 상기 매니폴드에서 상기 랜드부로 넘어가는 곳을 직각으로 하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  13. 제12항에 있어서, 상기 매니폴드와 랜드부 사이의 영역 중 코팅액이 지나가서 토출되는 부분에 해당하는 영역에 대해서는 라운드 처리한 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  14. 제13항에 있어서, 상기 심에 의해 적어도 3개의 레인이 정의되며 상기 라운드 처리의 R값에서 센터에 놓이는 레인과 사이드에 놓이는 레인간 차이를 두는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  15. 제14항에 있어서, 상기 센터에 놓이는 레인에서의 R값보다 상기 사이드에 놓이는 레인에서의 R값을 크게 하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  16. 제2항에 있어서, 상기 매니폴드의 뒤쪽과 상기 매니폴드의 앞단 랜드부의 높이 차이는 상기 심의 두께만큼 존재하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  17. 제16항에 있어서, 상기 매니폴드의 뒤쪽으로 상기 상판의 하면과 상기 하판의 상면이 서로 틈새 없이 결합하고, 상기 매니폴드의 앞단에서 상기 상판의 하면과 상기 심의 상면이 서로 틈새 없이 결합하며, 상기 하판의 상면과 상기 심의 하면이 서로 틈새 없이 결합하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
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