KR20230078471A - 비대칭 심 플레이트 및 이를 포함하는 슬롯 다이 코터 - Google Patents

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KR20230078471A
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김영곤
이택수
전신욱
최상훈
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

비대칭 심 플레이트 및 이를 포함하는 슬롯 다이 코터를 제공한다. 본 발명의 슬롯 다이 코터는, 하부 다이 블록과 상부 다이 블록; 상기 하부 다이 블록과 상부 다이 블록 사이에 구비되어 슬롯을 형성하는 심 플레이트; 및 상기 하부 다이 블록에 구비되며 코팅액을 수용하는 매니폴드를 포함하여, 상기 슬롯과 연통된 토출구를 통해 상기 코팅액을 기재 상에 토출하여 도포하는 슬롯 다이 코터로서, 상기 심 플레이트는 상기 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비하며, 상기 개방부 안쪽 상기 심 플레이트에는 상기 토출구 쪽으로 돌출되는 판막이 적어도 1개 형성되고, 상기 심 플레이트는 상기 개방부를 향하는 방향과 나란한 상기 심 플레이트의 중심선을 기준으로 비대칭인 것을 특징으로 한다.

Description

비대칭 심 플레이트 및 이를 포함하는 슬롯 다이 코터{Asymmetric shim plate and slot die coater comprising the same}
본 발명은 심 플레이트 및 이를 포함하는 슬롯 다이 코터에 관한 것으로, 특히 패턴별 로딩 조절이 가능한 비대칭 심 플레이트 및 이를 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 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. 심 플레이트(50)는 슬롯갭을 정의하는 두께를 가지는 시트형 부재이다. 이와 관련하여, 도 3 내지 도 6에는 다이 블록(32, 34)의 사이에 삽입되는 심 플레이트의 사이즈 및 모양을 달리하여 코팅폭을 조절하는 예가 개략적으로 도시되어 있다.
먼저 도 3을 참조하면, 일반적인 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(70)이 형성되고 전극 활물질층(70)의 양 옆으로는 무지부(72)가 형성되도록, 심 플레이트(50)의 개방부(50a)의 폭을 a로 설계한다. 그런데, 이러한 심 플레이트(50)를 이용한 슬롯 다이 코터(30)는 코팅액의 주입 방향이 다이 블록(32, 34)의 중심부이기 때문에 중심부의 액상 도포량이 사이드부보다 크며, 그로 인해 폭 방향(MD 방향에 수직)으로 불균일한 코팅 프로파일을 가지게 된다.
이를 개선하기 위해 도 4와 같은 심 플레이트(55)도 제안되어 있다. 심 플레이트(55)는 다이 블록(32, 34) 가운데의 유량이 높아 로딩량이 높아지는 A자 개형을 개선하기 위하여, 도 3과 동일한 심 플레이트(50)의 가운데에 판막(51)을 설계하여 로딩량을 조절하는 것이다.
도 7의 (a)에 도시한 것은, 도 3의 심 플레이트(50)를 사용한 때의 전극 활물질층(70)의 단면이다. 가운데 로딩량이 높아 전극 활물질층(70)이 가운데가 볼록하여 폭 방향으로 불균일한 코팅 프로파일을 보이고 있다. 도 7의 (b)에 도시한 것은 도 4의 심 플레이트(55)를 사용한 때의 전극 활물질층(70)의 단면이다. 도 4와 같이 판막(51)을 가지는 심 플레이트(55)를 사용하여 코팅한 경우에는 가운데 로딩량이 조절되어서 폭 방향의 코팅 프로파일이 (a)에 비해서는 조금 더 균일해진 결과를 얻을 수 있다.
한편, 집전체(20) 위에 스트라이프 패턴 모양의 전극 활물질층(70)을 형성하는 경우가 있다. 그러한 경우에는 도 5와 같은 심 플레이트(60)를 사용할 수 있다. 도 5를 참조하면, 심 플레이트(60)는 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부(50a)를 구비하고, 개방부(50a)의 폭이 도 3의 a보다 작은 b가 된다. 도 5의 예에서는 개방부(50a)가 2개이고, 따라서 패턴을 2개 형성할 수 있다. 이러한 심 플레이트(60)를 사용하면 집전체(20) 위에는 코팅폭이 b인 전극 활물질층(70)이 개방부(50a)의 개수만큼 다수 개 스트라이프 패턴 모양으로 형성되고, 전극 활물질층(70)의 양 옆으로는 무지부(72)가 형성된다. 그런데, 이러한 심 플레이트6)를 이용한 슬롯 다이 코터(30)에서도 코팅액의 주입 방향이 다이 블록(32, 34)의 중심부이기 때문에 중심부의 액상 도포량이 사이드부보다 크며, 그로 인해 폭 방향으로 불균일한 코팅 프로파일을 가지게 된다.
종래에 2개의 패턴을 형성하면서 코팅 프로파일을 개선하기 위해 도 6과 같은 심 플레이트(65)를 사용하고 있다. 도 6을 참조하면, 도 4의 1개의 패턴을 형성하기 위한 심 플레이트(55)에 구비된 판막(51)과 동일한 판막이 2개의 패턴을 형성하기 위한 심 플레이트(65)에도 구비되어 있다. 이러한 심 플레이트(65)를 사용하면 도 7에서 설명한 바와 같이 가운데 로딩량이 조절되어서 폭 방향의 코팅 프로파일이 조금은 더 균일해진 결과를 얻을 수 있다.
이처럼 종래에는 2개의 패턴을 형성하는 경우에도 1개의 패턴을 형성하는 경우와 동일한 개형의 판막(51)을 사용하고 있으나, 도 8에 도시한 바와 같은 한계를 가진다. 도 8은 도 6과 같은 기존 심 플레이트(65)의 한계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 (a)에 도시한 것은, 도 5의 심 플레이트(60)를 사용한 때의 2개의 전극 활물질층(70)의 단면이다. 패턴이 2개 형성되는데, 가운데 로딩량이 높아 전극 활물질층(70) 각각은 가운데가 볼록하여 폭 방향으로 불균일한 코팅 프로파일을 보이고 있다. 도 8의 (b)에 도시한 것은 도 6의 심 플레이트(65)를 사용한 때의 전극 활물질층(70)의 단면이다. 도 6와 같이 판막(51)을 가지는 심 플레이트(65)를 사용하여 코팅한 경우에는 가운데 로딩량이 조절되어서 폭 방향의 코팅 프로파일이 (a)에 비해서는 조금 더 균일해진 결과를 얻을 수 있다. 하지만, 판막(51)이 심 플레이트(65)의 가운데 부분에만 존재하기 때문에 판막(51) 중심으로 가운데는 로딩량이 꺼져서 각 패턴의 안쪽 사이드부는 로딩량이 꺼짐에 반해, 판막(51) 양측 부분, 그러니까 각 패턴에서의 바깥쪽 사이드부는 로딩량이 올라가 각 패턴 안에서의 로딩량을 균일하게 조절하는 것에 한계가 있다. 다시 말해, 도 7의 (b)와 같은 단면으로 각 패턴을 얻기가 매우 힘들다.
또한 경우에 따라서는 도 8의 (c)처럼 비대칭 로딩 개형이 계속 발생하게 된다. 다이 블록(32, 34)이 좌우 혹은 상하로 불균일하게 세팅되어 있을 경우, 심 플레이트(65)가 좌우 틀어지게 다이 블록(32, 34) 사이에 장착이 되는 경우, 코팅 갭 및 코팅 롤(10)에 불균일이 있는 경우 등에 폭 방향 로딩 불균일이 발생함에 따라 비대칭 로딩 개형이 발생할 수 있다. 그리고, 전극 활물질 슬러리의 온도 변화에 따라 다이 블록(32, 34) 및 코팅 롤(10)의 온도가 변화되고, 이에 따른 따라 다이 블록(32, 34) 및 코팅 롤(10)의 불균일한 변형이 발생할 수 있어 비대칭 로딩 개형이 발생할 수도 있다.
하지만, 종래 심 플레이트(65)의 판막(51)은 가운데에 형성되며 심 플레이트(65)는 심 플레이트(65)의 개방부(50a)를 향하는 방향과 나란한 심 플레이트(65)의 중심선(CL)을 기준으로 좌우 대칭이기 때문에, 이러한 대칭형 심 플레이트(65)로는 2개 이상의 패턴을 코팅해야 할 때 도 8의 (c)와 같은 비대칭 로딩 개형을 조절할 수가 없다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 패턴별 로딩 조절이 가능한 심 플레이트를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 패턴별 로딩 조절이 가능한 심 플레이트 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 심 플레이트는, 슬롯 다이 코터의 하부 다이 블록과 상부 다이 블록 사이에 구비되어 슬롯을 형성하기 위한 것으로, 상기 심 플레이트는 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비하며, 상기 개방부 안쪽 상기 심 플레이트에는 상기 슬롯과 연통된 상기 슬롯 다이 코터의 토출구 쪽으로 돌출되는 판막이 적어도 1개 형성되고, 상기 심 플레이트는 상기 개방부를 향하는 방향과 나란한 상기 심 플레이트의 중심선을 기준으로 비대칭인 것을 특징으로 한다.
상술한 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 슬롯 다이 코터는, 하부 다이 블록과 상부 다이 블록; 상기 하부 다이 블록과 상부 다이 블록 사이에 구비되어 슬롯을 형성하는 심 플레이트; 및 상기 하부 다이 블록에 구비되며 코팅액을 수용하는 매니폴드를 포함하여, 상기 슬롯과 연통된 토출구를 통해 상기 코팅액을 기재 상에 토출하여 도포하는 슬롯 다이 코터로서, 상기 심 플레이트는 상기 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비하며, 상기 개방부 안쪽 상기 심 플레이트에는 상기 토출구 쪽으로 돌출되는 판막이 적어도 1개 형성되고, 상기 심 플레이트는 상기 개방부를 향하는 방향과 나란한 상기 심 플레이트의 중심선을 기준으로 비대칭인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 판막은 각 개방부마다 형성되어 다수개이며, 다수개의 판막의 위치와 크기 중 적어도 어느 하나는 상기 심 플레이트의 중심선을 기준으로 비대칭이다.
예를 들어, 상기 판막은 상기 코팅액의 로딩량을 적게 하고자 하는 부분이 상기 토출구를 향하여 더 돌출되어 있는 모양을 가질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 개방부는 2개가 형성되고 어느 하나의 판막이 다른 하나의 판막보다 더 크다.
다른 예에서, 상기 개방부는 2개가 형성되고 두 개방부의 크기는 서로 다르며, 크기가 더 큰 개방부 쪽에 구비되는 판막이 크기가 작은 개방부 쪽에 구비되는 판막보다 더 크다.
또 다른 예에서, 상기 개방부는 2개가 형성되고 어느 하나의 판막이 다른 하나의 판막보다 상기 중심선에 더 가까이 위치한다.
또 다른 예에서, 상기 개방부는 2개가 형성되고 두 개방부의 크기는 서로 다르며, 상기 판막은 각 개방부의 중간 위치에 대응되게 형성되어 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 판막은 가운데 부분이 상기 토출구를 향하여 가장 돌출되고 상기 판막의 가운데 부분을 기준으로 대칭형의 경사부를 적어도 1개 구비한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 심은 베이스가 되는 제1 부분과 상기 제1 부분에서부터 연장되는 적어도 3개의 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 같은 측에 연결되고 동일 방향으로 연장되며, 상기 판막은 상기 제2 부분 사이에 상기 제1 부분으로부터 돌출 연장되어 있다.
이 때, 상기 판막은 상기 제2 부분 사이마다 형성되어 있을 수 있다.
상기 판막은 상기 코팅액의 로딩량을 적게 하고자 하는 부분이 상기 토출구를 향하여 더 돌출되어 있는 모양을 가질 수 있다.
어느 하나의 판막이 다른 하나의 판막보다 더 클 수 있다.
상기 판막은 상기 제2 부분 사이마다 그 중간 위치에 형성되어 있는 것일 수 있다.
상기 매니폴드의 뒤쪽과 앞쪽에서 상기 상부 다이 블록의 하면과 상기 심 플레이트의 상면이 서로 틈새 없이 결합하고 상기 하부 다이 블록의 상면과 상기 심 플레이트의 하면이 서로 틈새없이 결합할 수 있다.
상기 심 플레이트를 포함한 결과, 상기 슬롯 다이 코터를 이용하면 상기 기재 상에 스트라이프 패턴 모양의 코팅층이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 개선된 심 플레이트를 포함함으로써, 패턴별 로딩 조절이 가능해진다.
본 발명에 따른 슬롯 다이 코터에 포함되는 심 플레이트는 여러 패턴을 형성하게 하는 것이면서, 여러 패턴에서의 로딩량 균일 및 각 패턴의 로딩 개형을 조절할 수 있는 것이다.
본 발명에서는 각 패턴에서의 판막 위치를 설계 인자로 한 비대칭형 심 플레이트를 제안한다.
본 발명의 심 플레이트를 이용하면 특히 2개의 패턴을 형성할 때에 각 패턴의 로딩량 조절을 판막을 통해 균일하게 제어할 수 있는 효과가 있다.
이에 따라, 본 발명의 슬롯 다이 코터를 이용하면 소망하는 두께 및 모양으로 균일하게 코팅층, 특히 스트라이프 패턴 모양의 전극 활물질층을 형성할 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 기술에 따른 슬롯 다이 코터의 이용 예를 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 II-II' 단면도이다.
도 3 내지 도 6에는 다양한 종래 심 플레이트의 사용예가 도시되어 있다.
도 7은 도 3 및 도 4 심 플레이트 사용에 따른 효과를 설명하는 도면이다.
도 8은 도 6에 도시한 심 플레이트의 한계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터에 포함되는 심 플레이트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터에 포함되는 심 플레이트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 심 플레이트 사용에 따른 효과를 설명하는 도면이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터에 포함되는 심 플레이트를 개략적으로 나타낸 도면들이다.
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 전극 활물질 슬러리이다. 다만, 본 발명의 권리범위가 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 예컨대 상기 기재는 분리막을 구성하는 다공성 지지체이고 코팅액은 유기물일 수 있다. 즉, 박막 코팅이 요구되는 경우라면 상기 기재와 코팅액은 어떠한 것이어도 좋다. 본 명세서에서 '앞'은 토출구 쪽 방향을 가리키고 '뒤'는 그 반대 방향을 가리킨다.
앞서 도 4 및 도 6에서 본 바와 같이, 기존 슬롯 다이 코터(30)에서 판막(51)을 구비하는 심 플레이트(55, 65)는 가운데에 대칭형으로 판막(51)이 있지만, 본 발명에서는 각 패턴별, 로딩 개형별로 판막을 가진 심 플레이트를 설계하여 제작하는 것을 제안한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 단면도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터에 포함되는 심 플레이트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
먼저 도 9를 참조하면, 본 발명의 슬롯 다이 코터(100)는, 적어도 2개의 다이 블록(110, 140)과, 2개의 다이 블록(110, 140) 사이에 구비되어 슬롯(101)을 형성하는 심 플레이트(120)를 포함한다.
본 실시예에서 슬롯 다이 코터(100)는 2개의 다이 블록(110, 140)을 포함한다. 다이 블록(110, 140) 사이에는 슬롯(101)을 형성하기 위한 심 플레이트(120)가 구비되어 있다. 다이 블록은 2개 이상일 수 있다.
구체적으로, 슬롯 다이 코터(100)는 하부 다이 블록(110)과 상부 다이 블록(140)을 포함한다. 심 플레이트(120)는 하부 다이 블록(110)과 상부 다이 블록(140) 사이에 구비된다.
슬롯 다이 코터(100)는 하부 다이 블록(110)과 상부 다이 블록(140) 이외에 다이 블록을 더 포함할 수도 있다. 2개의 다이 블록 사이마다 심 플레이트(120)를 포함시켜 슬롯을 2개 이상 형성할 수도 있는 것이다. 하부 다이 블록(110)과 상부 다이 블록(140)은 심 플레이트(120)를 기준으로 지칭한 것이며, 다이 블록이 더 많아질 경우 하부 다이 블록(110)이나 상부 다이 블록(140)은 중간 다이 블록이 될 수도 있는 것이다.
상부 다이 블록(140)과 하부 다이 블록(110)의 대부분의 면은 거의 수직이 되도록 제작된 것을 사용할 수 있다. 이러한 상부 다이 블록(140)과 하부 다이 블록(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, 상부 다이 블록(140)과 하부 다이 블록(110)을 조합할 때에 대면하는 부분들이 높은 면 접촉도를 가지고 서로 지지될 수 있기 때문에 체결 고정 및 유지가 매우 우수하다. 뿐만 아니라, 상부 다이 블록(140)과 하부 다이 블록(110)이 조합된 상태는 전체적으로 대략 직육면체 형태를 가지며, 코팅액이 토출되는 전방부만 기재를 향하여 비스듬한 형태를 가지게 된다. 상부 다이 블록(140)과 하부 다이 블록(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.
도 9에서, 슬롯 다이 코터(100)는 코팅액인 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향(X 방향)을 거의 수평으로 해 설치되어 있다(거의 : ± 5도). 하지만 여기서 예로 든 형태로 한정되어야 하는 것은 아니며, 예컨대, 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향을 위(Y 방향)로 하는 수직 다이로 구성할 수도 있다.
슬롯(101)은 다이 블록(110, 140)이 서로 대면하는 곳 사이에 형성된다. 여기에 심 플레이트(120)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련됨으로써 코팅액(150)이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 슬롯(101)이 형성되는 것이다. 심 플레이트(120)의 두께는 슬롯(101)의 상하 폭(Y 방향, 슬롯 갭)을 결정한다.
다이 블록(110, 140) 중 어느 하나, 본 실시예에서는 하부 다이 블록(110)에 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.
심 플레이트(120)는 도 10에 도시한 바와 같이, 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부(120a)를 구비하며, 다이 블록(110, 140) 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, 140)의 각 선단부인 다이립(111, 141) 사이에 형성된다. 토출구(101a)는 다이립(111, 141) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다.
참고로, 심 플레이트(120)는 토출구(101a)가 형성되는 영역을 제외하고는, 다이 블록(110, 140) 사이의 틈새로 코팅액(150)이 누출되지 않도록 하는 가스켓(gasket)으로서의 기능을 겸함으로 밀봉성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 심 플레이트(120)는 예를 들어 플라스틱제 또는 금속제일 수 있지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 심 플레이트(120)는 예를 들어 테플론, 폴리에스테르 등의 수지 시트, 또는 구리, 알루미늄 등의 금속 시트일 수 있다. 심 플레이트(120)는 예를 들면 나사를 통해 2개의 다이 블록(110, 140) 중 적어도 어느 하나와 결합 고정될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
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. 예를 들어 도 5를 참조하여 설명한 바와 같은 전극 활물질층(70)과 유사한 전극 활물질층(200)을 기재(190) 위에 형성할 수 있는 것이다. 또는 코팅액(150)의 공급 및 중단을 번갈아 수행하여 기재(190) 상에 간헐적으로 패턴 코팅을 형성할 수도 있다.
여기에서, 심 플레이트(120)는 기재(190) 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하는 것으로, 도 10을 더 참조하면, 심 플레이트(120)는 개방부(120a)가 2개 구비되며, 개방부(120a) 안쪽 상기 심 플레이트(120)에 상기 토출구(101a) 쪽으로 돌출되는 판막이 적어도 1개 형성되어 있다. 판막은 개방부(120a)마다 형성될 수도 있는데, 본 실시예에서는 어느 한쪽의 개방부(120a)에만 판막(121)이 형성된 예를 들었다.
본 실시예에서는 판막(121)이 어느 한쪽의 개방부(120a)에만 형성이 되어, 심 플레이트(120)는 개방부(101a)를 향하는 방향과 나란한 상기 심 플레이트(120)의 중심선(CL')을 기준으로 비대칭이 된다.
심 플레이트(120)는 이음매없이 일체형 구조물일 수 있다. 즉, 판막(121)이 심 플레이트(120)로부터 돌출 형성되더라도 판막(121)과 심 플레이트(120)가 연결된 부분은 이음매없이 연속성을 가질 수 있다. 심 플레이트(120)는 상면이 평평하고 하면도 평평할 수 있다. 즉, 시트형 부재일 수 있다.
심 플레이트(120)는 별개의 부재로 된 판막을 추가적으로 덧대거나 접착하여 형성하는 것이 아니라, 심 플레이트(120) 제작시 처음부터 일체형으로 형성될 수 있다. 이렇게 하면 제조 공정도 번거롭지 않고, 판막(121)이 별개 구조일 경우에 고려하여야 하는 둘 사이의 결합력을 고려 및 관리하지 않아도 되는 이점이 있으며, 구조적으로도 견고하다. 뿐만 아니라 연결 부분 사이에 코팅액이 불필요하게 끼이는 문제를 방지할 수 있다.
본 발명의 심 플레이트(120)를 이용하면 2개 패턴을 형성할 때에 각 패턴의 로딩량 조절을 판막(121)을 통해 제어할 수 있는 효과가 있다. 여러 패턴에서의 로딩량 균일 및 각 패턴의 로딩 개형을 조절할 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명의 슬롯 다이 코터(100)를 이용하면 소망하는 두께 및 모양으로 균일하게 코팅층, 특히 스트라이프 패턴 모양의 전극 활물질층을 형성할 수 있다.
판막(121)은 코팅액의 로딩량을 적게 하고자 하는 부분이 토출구(101a)를 향하여 더 돌출되어 있는 모양을 가진 것일 수 있다. 패턴에서 로딩량이 높게 나오는 부분은 판막(121)의 높이를 키워 유량을 축소시켜 토출하게 하고, 패턴에서 로딩량이 적게 나오는 부분은 판막(121)의 높이를 낮춰 유량을 증가시키는 방식이다. 이로써, 폭방향으로 코팅액의 유량을 균일하게 조절하여 토출하게 할 수 있다. 실시예에서, 판막(121)은 판막의 가운데 부분이 토출구(101a)를 향하여 앞으로 가장 돌출되고 상기 판막의 가운데 부분을 기준으로 대칭형의 경사부를 적어도 1개 구비한 것일 수 있다. 본 실시예에서는 서로 다른 경사의 경사부가 상기 판막의 가운데 부분을 기준으로 양측에 각각 2개씩 구비되어 있다. 판막(121) 가운데 부분이 토출구(101a)를 향하여 가장 돌출되어 있어 해당 위치에서의 코팅액의 로딩량이 다른 부분보다 적어진다. 판막(121) 가운데 부분 양측으로의 경사부에 의해 판막(121) 가장자리로 갈수록 로딩량 줄어드는 폭이 감소한다. 이러한 심 플레이트(120)는 2개의 패턴을 형성할 때에 좌측에 형성되는 패턴에서 가운데 부분 로딩량이 심하게 많은 경우에 효과적이다. 이와 같이 본 발명에서는 각 패턴에 대응되는 개방부(120a)에서의 판막 유무, 그리고 판막의 크기를 설계 인자로 한 비대칭형 심 플레이트(120)를 제안한다.
매니폴드(112) 형상은 최초 성형 이후 변경되기 어렵다. 본 발명에 따르면, 매니폴드(112)를 바꾸지 않아도 심 플레이트(120)의 형상을 통해, 슬롯 다이 코터(100)의 로딩 제어를 할 수 있는 이점이 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터에 포함되는 심 플레이트를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 12는 도 11의 심 플레이트 사용에 따른 효과를 설명하는 도면이다.
도 11을 참조하면, 심 플레이트(120)에는 개방부(120a)의 개수와 동일한 개수의 판막(122, 123)이 형성되어 있다.
그런데 본 실시예에서는 판막(122, 123)의 크기가 서로 다르기 때문에, 심 플레이트(120)는 개방부(101a)를 향하는 방향과 나란한 상기 심 플레이트(120)의 중심선(CL')을 기준으로 비대칭이 된다.
이와 같이 본 발명에서는 각 패턴에서의 판막 크기를 설계 인자로 한 비대칭형 심 플레이트(120)도 제안한다. 본 발명의 심 플레이트를 이용하면 2개 패턴을 형성할 때에 각 패턴의 로딩량 조절을 판막(122, 123)을 통해 균일하게 제어할 수 있는 효과가 있다. 여러 패턴에서의 로딩량 균일 및 각 패턴의 로딩 개형을 조절할 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명의 슬롯 다이 코터(100)를 이용하면 소망하는 두께 및 모양으로 균일하게 코팅층, 특히 스트라이프 패턴 모양의 전극 활물질층을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 판막(122, 123)은 앞선 실시예의 판막(121)과 마찬가지로 코팅액의 로딩량을 적게 하고자 하는 부분이 토출구(101a)를 향하여 더 돌출되어 있는 모양을 가진 것일 수 있다.
예를 들어, 각 판막(122, 123)은 판막의 가운데 부분이 토출구(101a)를 향하여 가장 돌출되고 상기 판막의 가운데 부분을 기준으로 대칭형의 경사부를 적어도 1개 구비한 것일 수 있다. 본 실시예에서도 경사부가 각각 2개씩 구비되어 있고, 판막(122, 123) 각각은 가운데 부분이 토출구(101a)를 향하여 가장 돌출되어 있다. 따라서, 판막(122, 123) 가운데 부분에서 코팅액의 로딩량이 적어진다.
좌측 판막(122)의 최대 돌출 크기(h1)는 우측 판막(123)의 최대 돌출 크기(h2)보다 크다. 따라서, 좌측 판막(122)에 의한 로딩 감소가 우측 판막(122)보다 커진다.
또한, 좌측 판막(122)이 심 플레이트(120)와 연결되어 있는 부분의 길이(l1)는 우측 판막(123)이 심 플레이트(120)와 연결되어 있는 부분의 길이(l2)보다 크다. 따라서, 좌측 판막(122)에 의한 로딩 감소의 범위가 우측 판막(123)보다 크다.
도 12에서 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 심 플레이트(120)를 사용하지 않을 때의 패턴 단면이다. 예를 들어 도 8에서 설명한 바와 같이 집전체(20) 위에 비대칭 로딩이 발생한 결과, 전극 활물질층(70)에서 좌측 패턴은 센터가 높게, 우측 패턴은 센터가 꺼지게 형성된 경우를 예로 들고 있다. 이러한 비대칭 로딩을 해소하기 위하여 도 11에 도시한 바와 같은 심 플레이트(120)가 유용하다. 도 11의 심 플레이트(120)를 사용하여 코팅한 경우에는 (b)에서와 같이 폭 방향의 코팅 프로파일이 매우 균일해져 기재(190) 위에 동일한 모양의 패턴을 2개 가진 전극 활물질층(200)을 형성할 수가 있게 된다.
심 플레이트(120)를 사용하지 않으면, 코팅시 좌측 패턴은 센터가 높게, 우측 패턴은 센터가 꺼지게 형성된다. 도 11의 심 플레이트(120)에서 좌측에 위치한 판막(122)이 가운데 부분이 가장 돌출되어 있고 우측의 판막(123)보다 크므로 좌측 패턴의 센터 로딩량을 많이 줄여줄 수 있다. 다시 말해, 좌측 판막(122)의 최대 돌출 크기(h1)가 우측 판막(123)의 최대 돌출 크기(h2)보다 크기 때문에 좌측 판막(122) 가운데 부분에서의 로딩량 줄임이 제일 크다. 따라서, 심 플레이트(120)를 적용한 결과, 좌측 패턴의 센터 로딩량을 다른 부분보다 더 줄여주어 도 12의 (b)에서와 같이 좌측 패턴에서의 폭 방향의 코팅 프로파일이 균일해지도록 할 수 있는 것이다. 한편, 심 플레이트(120)에서 우측에 위치한 판막(123)은 가운데 부분이 가장 돌출되어 있으면서도 좌측 판막(122)보다 작아, 좌측 판막(122)보다 로딩량을 적게 하지 않는다. 따라서, 우측 패턴의 센터 꺼짐을 보완할 수 있다.
좌측 판막(122)의 최대 돌출 크기(h1)는 우측 판막(123)의 최대 돌출 크기(h2)보다 크다. 다시 말해, 우측 판막(123)의 최대 돌출 크기(h2)가 좌측 판막(122)의 최대 돌출 크기(h1)보다 작기 때문에, 우측 판막(123)이 없는 경우보다는 센터 로딩량을 줄여주지만, 좌측 판막(122)보다는 줄여주는 양이 적은 것이다. 따라서, 우측 판막(123)에 의한 로딩 감소가 좌측 판막(122)보다는 작아 우측 패턴의 센터 꺼짐이 보완된다.
또한, 좌측 판막(122)이 심 플레이트(120)와 연결되어 있는 부분의 길이(l1)보다 우측 판막(123)이 심 플레이트(120)와 연결되어 있는 부분의 길이(l2)가 작다. 따라서, 우측 판막(123)에 의한 로딩 감소의 범위가 좌측 판막(122)보다 좁고, 따라서, 우측 패턴에서 꺼짐이 심했던 패턴 가운데 부분에 대한 로딩량 제어가 집중적으로 달성될 수 있다. 그 결과, 도 12의 (b)에서와 같이 2개의 패턴을 대칭적이면서도 이상적이게 형성할 수 있다. 즉, 1개의 심 플레이트(120)를 가지고 2개의 패턴을 동시에 형성하는 경우에도, 1개의 패턴을 형성하는 것처럼 패턴 각각의 모양을 균일하게 형성할 수 있는 효과가 있다. 비대칭 심 플레이트(120)를 가지고 대칭형 패턴을 구현할 수 있다는 점에서 특징이 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터에 포함되는 심 플레이트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 실시예에서, 개방부가 2개 형성되는데, 어느 하나의 개방부(120a)의 크기는 다른 하나의 개방부(120b)보다 크다. 크기가 더 큰 개방부(120a) 쪽에 구비되는 판막(122)이 크기가 작은 개방부(120b) 쪽에 구비되는 판막(123)보다 더 크다.
개방부(120a, 120b)의 크기에 의해 코팅폭이 결정되는데, 어느 한쪽의 개방부의 크기를 작게 하는 경우도 있을 수 있다. 이 때, 판막(122, 123)은 각 개방부(120a, 120b)의 중간 위치에 대응되게 형성되어 있는 것일 수 있다. 개방부(120a, 120b)의 크기가 다르고, 판막(122, 123)의 크기가 서로 다르기 때문에 도 13에 도시한 심 플레이트(120)도 비대칭형이다. 특히, 좌측 판막(122)이 우측 판막(123)보다 중심선(CL')에 더 가까이 위치하게 된다.
판막(122, 123)의 크기와 위치에 따라 로딩량이 조절될 수 있으므로, 도 13에 도시한 심 플레이트(120)에 의해 비대칭 로딩 패턴을 개선할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터에 포함되는 심 플레이트를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, 심 플레이트(130)는 베이스가 되는 제1 부분(132a)과 상기 제1 부분(132a)에서부터 연장되는 적어도 3개의 제2 부분(132b)을 포함할 수 있다. 제1 부분(132a)은 심 플레이트(130)에서도 하부 다이 블록(110)의 후방부에 놓이는 부분이다. 심 플레이트(130)가 상부 다이 블록(140)과 하부 다이 블록(110) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에 개재되도록 하기 위하여, 제2 부분(132b)은 적어도 2개가 필요하고, 여러 개의 패턴을 형성하는 경우라면 제2 부분(132b)이 추가로 필요하다. 본 실시예에서 제2 부분(132b)이 3개인 경우를 예로 들어 도시하였다. 인접한 2개의 제2 부분(132b) 사이가 개방부(140a)가 된다. 제2 부분(132b)의 개수가 더 늘어나면 기재(190) 상에 2개 이상의 코팅층을 나란히 옆으로 형성할 수 있다. 즉, 스트라이프 패턴 코팅을 할 수가 있다. 본 발명이 제2 부분(132b)의 개수에 의해 제한되는 것이 아니다.
제2 부분(132b)은 제1 부분(132a)의 같은 측에 연결되고 동일 방향으로 연장된다. 제2 부분(132b)은 심 플레이트(130)에서도 하부 다이 블록(110)의 전방부를 향하도록 연장되는 부분이다.
매니폴드(112)의 뒤쪽에서 상부 다이 블록(140)의 하면과 심 플레이트(130)의 상면이 서로 틈새 없이 결합하고, 하부 다이 블록(110)의 상면과 심 플레이트(130)의 하면이 서로 틈새없이 결합할 수 있다. 매니폴드(112)의 앞쪽에서도 상부 다이 블록(140)의 하면과 심 플레이트(130)의 상면이 서로 틈새 없이 결합하고, 하부 다이 블록(110)의 상면과 심 플레이트(130)의 하면이 서로 틈새없이 결합할 수 있다. 이를 통해 코팅액(150)은 심 플레이트(130)에 의해 정의된 슬롯(101) 안에서만 유동하게 된다.
판막이 제2 부분(132b) 사이마다 형성되어 있다. 좌측 판막은 예를 들어 도 13을 참조하여 설명한 것과 동일한 판막(122)일 수 있다. 우측 판막은 예를 들어 도 13을 참조하여 설명한 것과 동일한 판막(123)일 수 있다. 따라서, 판막(122, 123)은 코팅액의 로딩량을 적게 하고자 하는 부분이 토출구(101a)를 향하여 더 돌출되어 있는 모양을 가진다.
좌측 판막(122)이 우측 판막(123)보다 크다. 그리고, 좌측 판막(122)은 인접한 제2 부분(132b) 사이 그 중간 위치에 형성되어 있고, 우측 판막(123)도 인접한 제2 부분(132b) 사이 그 중간 위치에 형성되어 있다. 본 실시예에서는 판막(122, 123)의 크기가 서로 다르기 때문에, 심 플레이트(130)는 개방부(101a)를 향하는 방향과 나란한 상기 심 플레이트(130)의 중심선(CL')을 기준으로 비대칭이 된다.
이러한 심 플레이트(130)를 이용하면, 도 11을 참조하여 설명한 심 플레이트(120)를 이용한 것과 동일한 효과를 가질 수 있다. 그 밖에 다양한 비대칭 로딩 패턴의 예와 이를 해결하기 위해 비대칭으로 심 플레이트를 구현하는 것은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다양하게 설계될 수 있다.
이처럼, 종래에는 2개의 패턴 형성시 비대칭 로딩 개형이 계속 발생하는 경우 로딩 개형을 조절할 수가 없었으나, 본 발명에서는 각 패턴별, 로딩 개형별로 판막을 가지도록 심 플레이트를 설계함으로써 폭 방향으로의 균일도가 확보된 패턴을 형성할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 슬롯 다이 코터를 이용하면 기재 상에 스트라이프 패턴 모양의 코팅층을 균일한 두께로 형성할 수 있다.
이상 설명한 슬롯 다이 코터(100) 및 그 변형예들을 이용하여 안정적으로 전극 활물질층을 형성할 수 있다. 예를 들어 양극 활물질 슬러리를 코팅함으로써 이차전지의 양극 제조에 적용될 수 있다.
특히 본 발명에 따르면 양극 활물질층과 음극 활물질층을 균일한 두께로 형성함으로써, 양극 활물질층을 포함하는 양극과 음극 활물질층을 포함하는 음극을 대면시킬 때에, 타겟이 되는 정확한 로딩량을 대면시킬 수 있게 되어 매우 바람직하다. 로딩 꺼짐이 발생하는 전극의 경우 로스(loss)가 발생하게 되는데 본 발명에 따르면 로딩 꺼짐을 방지할 수 있으므로 로스 저감 효과도 있다. 또한, 양극 로딩이 높고 음극 로딩이 낮은 전극이 대면될 경우에는 리튬 석출 발생이 높아지는데, 본 발명에 따르면 양극 로딩과 음극 로딩을 균형있게 맞추어 제조할 수 있으므로 리튬 석출 방지 효과도 기대할 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.
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: 슬롯 다이 코터 101: 슬롯
110: 하부 다이 블록 112: 매니폴드
120, 130: 심 플레이트 121, 122, 123: 판막
140: 상부 다이 블록 150: 코팅액
180: 코팅 롤 190: 기재
200: 전극 활물질층

Claims (15)

  1. 슬롯 다이 코터의 / 방향과 나란한 상기 심 플레이트의 중심선을 기준으로 비대칭인 것을 특징으로 하는 심 플레이트.
  2. 하부 다이 블록과 상부 다이 블록;
    상기 하부 다이 블록과 상부 다이 블록 사이에 구비되어 슬롯을 형성하는 심 플레이트; 및
    상기 하부 다이 블록에 구비되며 코팅액을 수용하는 매니폴드를 포함하여,
    상기 슬롯과 연통된 토출구를 통해 상기 코팅액을 기재 상에 토출하여 도포하는 슬롯 다이 코터로서,
    상기 심 플레이트는 상기 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비하며,
    상기 개방부 안쪽 상기 심 플레이트에는 상기 토출구 쪽으로 돌출되는 판막이 적어도 1개 형성되고, 상기 심 플레이트는 상기 개방부를 향하는 방향과 나란한 상기 심 플레이트의 중심선을 기준으로 비대칭인 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 판막은 각 개방부마다 형성되어 다수개이며, 다수개의 판막의 위치와 크기 중 적어도 어느 하나는 상기 심 플레이트의 중심선을 기준으로 비대칭인 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 판막은 상기 코팅액의 로딩량을 적게 하고자 하는 부분이 상기 토출구를 향하여 더 돌출되어 있는 모양을 가진 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  5. 제3항에 있어서, 상기 개방부는 2개가 형성되고 어느 하나의 판막이 다른 하나의 판막보다 더 큰 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  6. 제3항에 있어서, 상기 개방부는 2개가 형성되고 두 개방부의 크기는 서로 다르며, 크기가 더 큰 개방부 쪽에 구비되는 판막이 크기가 작은 개방부 쪽에 구비되는 판막보다 더 큰 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  7. 제3항에 있어서, 상기 개방부는 2개가 형성되고 어느 하나의 판막이 다른 하나의 판막보다 상기 중심선에 더 가까이 위치하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  8. 제3항에 있어서, 상기 개방부는 2개가 형성되고 두 개방부의 크기는 서로 다르며, 상기 판막은 각 개방부의 중간 위치에 대응되게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  9. 제2항에 있어서, 상기 판막은 가운데 부분이 상기 토출구를 향하여 가장 돌출되고 상기 판막의 가운데 부분을 기준으로 대칭형의 경사부를 적어도 1개 구비한 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  10. 제2항에 있어서, 상기 심은 베이스가 되는 제1 부분과 상기 제1 부분에서부터 연장되는 적어도 3개의 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 같은 측에 연결되고 동일 방향으로 연장되며, 상기 판막은 상기 제2 부분 사이에 상기 제1 부분으로부터 돌출 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 판막은 상기 제2 부분 사이마다 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  12. 제11항에 있어서, 상기 판막은 상기 코팅액의 로딩량을 적게 하고자 하는 부분이 상기 토출구를 향하여 더 돌출되어 있는 모양을 가진 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  13. 제11항에 있어서, 어느 하나의 판막이 다른 하나의 판막보다 더 큰 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  14. 제11항에 있어서, 상기 판막은 상기 제2 부분 사이마다 그 중간 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  15. 제11항에 있어서, 상기 매니폴드의 뒤쪽과 앞쪽에서 상기 상부 다이 블록의 하면과 상기 심 플레이트의 상면이 서로 틈새 없이 결합하고 상기 하부 다이 블록의 상면과 상기 심 플레이트의 하면이 서로 틈새없이 결합하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
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