KR20230080300A - 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치 및 이를 이용한 건식 코팅방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 기공이 형성된 다공성 금속 박막과, 상기 다공성 금속 박막의 일면에 전극을 코팅하기 위해, 상기 다공성 금속 박막의 일면에 도포된 슬러리를 코팅하는 코팅 부재와, 표면에 기체 공급 홀이 형성되며, 상기 다공성 금속 박막의 하부에 위치하고, 상기 다공성 금속 박막의 일면에 도포되는 슬러리가 상기 다공성 금속 박막 상에 형성된 기공을 통해 하부로 흘러내려오는 현상을 방지하기 위하여, 상기 기체 공급 홀을 통해 상기 다공성 금속 박막의 하부로 기체를 공급하는 하부 롤을 포함하는 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치를 제공한다.
Description
본 발명은 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치 및 이를 이용한 건식 코팅방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기체 공급 홀을 구비한 하부 롤을 이용하여 코팅하는 코팅장치 및 이를 이용한 건식 코팅방법에 관한 것이다.
기존 리튬이차전지는 에너지밀도(~300Wh/kg)의 한계를 극복하기 위해, 다양한 성능 개선 방법을 연구 및 개발하고 있다. 이를 위해 다공성 금속 호일 위에 전극을 코팅하는 등의 다양한 연구가 진행중이며, 기공을 가지고 있는 분리막 표면에도 세라믹 코팅을 통해 안전성을 향상시키고 있다.
현재까지 개발된 전극 코팅방법은 코팅층의 두께와 표면 막의 질을 향상시키기 위해 시스템이 개선되고 있다.
하지만, 최근 기공이 존재하는 그물망 타입(mesh type)의 금속 박막(예컨대, 알루미늄박, 동박 등)에 코팅을 하기 위한 노력이 진행되고 있다. 이는 에너지밀도를 높이기 위해 불필요한 무게를 줄이기 위한 방법이다.
이때, 발생되는 문제로는 점도가 낮은 슬러리를 코팅 시에 가공을 통해 슬러리가 흘러 아랫면에도 코팅된다. 이에 양면 코팅 및 단면의 코팅층의 질을 높이기 어려우며, 코팅층의 두께를 측정하는데 많은 어려움과 문제점이 발생한다. 이를 해결하기 위해 신규 공정 개발 및 슬러리의 최적화가 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전극 코팅 시 기체의 유량과 유속을 제어함으로써, 전극 재료의 슬러리를 다공성 금속 박막에 코팅 시 균일성을 향상시킬 수 있고, 연속코팅이 가능한 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 기공이 형성된 다공성 금속 박막과, 상기 다공성 금속 박막의 일면에 전극을 코팅하기 위해, 상기 다공성 금속 박막의 일면에 도포된 슬러리를 코팅하는 코팅 부재와, 표면에 기체 공급 홀이 형성되며, 상기 다공성 금속 박막의 하부에 위치하고, 상기 다공성 금속 박막의 일면에 도포되는 슬러리가 상기 다공성 금속 박막 상에 형성된 기공을 통해 하부로 흘러내려오는 현상을 방지하기 위하여, 상기 기체 공급 홀을 통해 상기 다공성 금속 박막의 하부로 기체를 공급하는 하부 롤을 포함하는 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하부 롤의 상기 기체 공급 홀은, 동일한 크기의 원형의 형태로 형성되고, 소정의 간격 거리로 이격 배열되어 상기 하부 롤의 외주면에 따른 전면에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하부 롤의 상기 기체 공급 홀은, 소정의 홀 간격을 가지며 상기 하부 롤의 일단부터 타단까지 일직선 상으로 상기 다공성 금속 박막과 수평하는 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하부 롤의 상기 기체 공급 홀은, 소정의 홀 간격을 가지며 상기 하부 롤의 일단부터 타단까지 상기 다공성 금속 박막과 수평하는 방향으로 지그재그 형태로 형성되되, 상기 하부 롤의 외주면에 따른 전면에 소정의 간격 거리로 이격 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하부 롤의 상기 기체 공급 홀은, 서로 다른 크기의 원형으로 마련되며, 상기 서로 다른 크기의 기체 공급 홀이 서로 교번 배열되어 상기 하부 롤의 외주면에 따른 전면에 소정의 간격 거리로 이격 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하부 롤의 상기 기체 공급 홀은, 서로 다른 홀 간격을 가지는 복수의 기체 공급 홀 유형들로 마련되며, 상기 하부 롤의 일단부터 타단까지 일직선 상으로 상기 다공성 금속 박막과 수평하는 방향으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 코팅 부재는, 상기 다공성 금속 박막의 상부에 위치하여, 상기 하부 롤과 함께 축 회전함에 따라 상기 다공성 금속 박막을 가압하며 상기 다공성 금속 박막의 표면에 있는 슬러리를 도포하여 코팅하는 코팅 롤일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 코팅 부재는, 상기 다공성 금속 박막의 상부에 위치하여, 상기 다공성 금속 박막 위로 슬러리를 도포하여 코팅하는 코팅 슬롯 다이(slot-die)일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 다른 일실시예는 특허 청구항 제1항에 따른 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치를 이용한 건식 코팅방법에 있어서, 상기 하부 롤이, 상기 다공성 금속 박막의 하부에 위치하여, 상기 다공성 금속 박막 측으로 압축공기 또는 불활성 기체를 공급하는 단계와, 상기 코팅 부재가, 상기 다공성 금속 박막의 상부에 위치하여, 상기 다공성 금속 박막 측으로 슬러리를 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 코팅방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하부 롤이 압축공기 또는 불활성 기체를 공급하는 단계는, 100cc/min 내지 2000cc/min의 유량으로 상기 압축공기 또는 불활성 기체의 유량을 제어하여 공급하고, 상기 코팅 부재는, 상기 압축공기 또는 불활성 기체의 유량이 상기 하부 롤에 의해 제어될 때, 상기 다공성 금속 박막에 슬러리를 도포하여 코팅하는 코팅 속도를 함께 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 하부 롤이 압축공기 또는 불활성 기체를 공급하는 단계는, 상기 압축공기 또는 불활성 기체의 온도를 섭씨 0℃ 내지 섭씨 150℃로 제어하여 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 불활성 기체는 물(water), 에탄올, 및 노말메틸피롤리돈(NMP; N-Methyl-2-Pyrrolidone) 중 적어도 하나 용매를 포함한 기체일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하부 롤의 기체 공급 홀을 통해 공급되는 공기의 유량과 유속을 제어함으로써, 코팅 시 균일성을 향상시킬 수 있다. 이러한 하부 롤에 마련된 공기 구멍인 기체 공급 홀에 의해 작업함으로써, 연속 코팅이 가능하다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 기존의 다공성 전극 기재의 표면 코팅을 위한 코팅장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 전극 기재의 코팅장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 하부 롤을 개략적으로 도시한 도면이다.
도4는 기존의 방식과 본 발명에 따른 건식 코팅방식을 각각 적용하여 다공성 전극 기재의 표면 코팅을 실시한 결과이자, 다공성 기재 상부 표면에 코팅된 전극의 표면을 보여주는 사진이다.
도5는 기존의 방식과 본 발명에 따른 건식 코팅방식을 각각 적용하여 다공성 전극 기재의 표면 코팅을 실시 후, 다공성 기재 후면의 표면을 보여주는 사진이다.
도6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극이며, 기존의 방식(왼쪽 사진)과 본 발명에 따른 건식 코팅방식(오른쪽 사진)으로 제조된 전극의 균일성을 나타내는 사진이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 전극 기재의 코팅장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 하부 롤을 개략적으로 도시한 도면이다.
도4는 기존의 방식과 본 발명에 따른 건식 코팅방식을 각각 적용하여 다공성 전극 기재의 표면 코팅을 실시한 결과이자, 다공성 기재 상부 표면에 코팅된 전극의 표면을 보여주는 사진이다.
도5는 기존의 방식과 본 발명에 따른 건식 코팅방식을 각각 적용하여 다공성 전극 기재의 표면 코팅을 실시 후, 다공성 기재 후면의 표면을 보여주는 사진이다.
도6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극이며, 기존의 방식(왼쪽 사진)과 본 발명에 따른 건식 코팅방식(오른쪽 사진)으로 제조된 전극의 균일성을 나타내는 사진이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
리튬이차전지의 성능 개선을 위해 다공성 금속 호일 위에 전극을 코팅하는 다양한 연구가 진행되고 있다. 최근에는 이차전지의 불필요한 무게를 줄이고, 에너지밀도를 높이기 위해 기공이 존재하는 그물망 타입(mesh type)의 금속 박막에 코팅을 하는데, 이때 발생되는 문제로는 점도가 낮은 슬러리를 코팅 시에 가공을 통해 슬러리가 흘러 아랫면에도 코팅된다. 이에 양면 코팅 및 단면의 코팅층의 질을 높이기 어려우며, 코팅층의 두께를 측정하는데 많은 어려움과 문제점이 발생한다.
이를 해결하기 위해, 슬러리 점도를 높여 용액이 흐르지 못하게 하는 방법이 있으나, 이는 다공성 금속 박막의 아랫면까지 슬러리가 흐르지 못해 코팅이 균일하게 될 수 있지만, 상부 코팅층의 두께가 두꺼워져 얇은 전극을 코팅하기는 어렵다. 또한, 슬러리의 제작이 어려운 점도 있다. 예컨대, 용액이 적게 들어가기 때문에 떡 반죽처럼 찐득해지므로, 이종의 물질을 혼합할 경우 균일성을 확보하기 어렵다.
코팅의 균일성을 향상시키기 위한 다른 방법으로, 용액의 휘발성을 이용하는 방법도 있다. 에탄올, 아세톤과 같이 알코올류의 휘발성이 높은 유기용매를 이용하면 코팅 후 수초 이내에 건조가 되기 때문에 코팅 후 다공성 금속 박막의 아랫면으로 슬러리가 흐르는 현상을 방지할 수 있다. 하지만, 이는 물과 같은 수용액을 사용했을 때에는 적용하기 매우 어려운 단점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 다공성 기재의 아랫면에 공기층을 형성시켜 슬러리가 아랫부분으로 넘어오는 현상을 방지할 수 있는 방법을 제공한다.
도1은 기존의 다공성 전극 기재의 표면 코팅을 위한 코팅장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도1을 참조하면, 기존의 코팅장치는, 다공성 전극 기재(10)와, 상부 코팅 롤(20), 그리고 하부 코팅 롤(30)으로 구성된다.
기존의 코팅장치로 먼저 첫번째 타입은 도1의 (a)에 도시된 바와 같이, 다공성 전극 기재(10)를 사이에 두고 위 아래에 상부 코팅 롤(20)과 하부 코팅 롤(30)이 배치되는 것으로서, 상부 코팅 롤(20)과 하부 코팅 롤(30)이 함께 다공성 전극 기재(10) 위에 도포된 슬러리를 압연(press)하여 다공성 전극 기재(10) 표면을 코팅한다.
그리고, 두번째 타입으로 도1의 (b)에 도시된 바와 같이, 다공성 전극 기재(10)의 하부에는 하부 롤(30)이 위치하고, 상부에는 코팅 슬롯 다이(slot die)(20)가 위치하여, 상기 코팅 슬롯 다이(20)를 통해 슬러리가 토출되어, 상기 다공성 전극 기재(10)의 표면에 도포하는 방식으로 다공성 전극 기재(10)의 표면을 코팅할 수도 있다.
그러나, 이와 같은 기존의 방식들은 앞서 설명한 바와 같이, 슬러리의 점도가 낮으면 위에서 도포된 슬러리가 다공성 전극 기재(10)의 하부로 흘러내려오는 문제가 있고, 슬러리의 점도가 높으면 다공성 전극 기재(10)의 상부 코팅층의 두께가 두꺼워지는 문제가 있다. 따라서, 낮은 점도의 슬러리의 사용하되, 다공성 전극 기재(10)의 하부로 흘러내려오지 않게 하여 슬러리를 코팅하는 것이 매우 중요하다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 전극 기재의 코팅장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 전극 기재의 코팅장치는 금속 박막(100)과, 코팅 부재(200)와, 하부 롤(300)을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 다공성 금속 박막이란 다공성 기재를 의미하는 것으로서, 본 발명에 따른 코팅장치는, 활물질, 도전재, 및 바인더가 고루 섞인 슬러리를 다공성 금속 박막 위에 정해진 패턴 및 일정한 두께로 균일하게 코팅시키는 것을 목적으로 한다.
예컨대, 본 발명의 다공성 금속 박막은, 양극판으로 사용되기 위한 알루미늄 기재와, 음극판으로 사용되기 위한 구리 기재로 마련될 수 있다.
코팅 부재(200)는 상기와 같은 다공성 금속 박막(100)의 상면 또는 하면에 전극을 코팅하기 위해, 다공성 금속 박막(100)의 상면 또는 하면에 도포된 기 설정된 점도 범위를 가지는 활물질, 도전재, 및 바인더가 섞인 슬러리를 코팅할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 코팅 부재(200)는 도2의 (a)에 도시된 바와 같이, 상부 코팅 롤(210)으로 마련되거나, 도2의 (b)에 도시된 바와 같이, 코팅 슬롯 다이(slot-die)(230)로 마련될 수 있다.
코팅 부재(200)가 상부 코팅 롤(210)으로 구현되는 경우, 다공성 금속 박막(100)의 상부에 위치하여, 다공성 금속 박막(100)의 하부에 위치하는 하부 롤(300)과 함께 축 회전함에 따라 사이에 놓인 다공성 금속 박막(100)을 가압하여, 다공성 금속 박막(100)의 표면에 있는 슬러리를 코팅할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 코팅 부재(200)가 코팅 슬롯 다이(230)로 구현되는 경우, 다공성 금속 박막(100)의 상부에 위치하여, 다공성 금속 박막(100) 위로 슬러리를 도포하고, 도포된 슬러리를 코팅할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하부 롤(300)은 표면에 기체 공급 홀이 형성되며, 다공성 금속 박막(100)의 하부에 위치할 수 있다.
본 발명의 하부 롤(300)은 상기 다공성 금속 박막(100)의 일면에 도포되는 슬러리가 다공성 금속 박막(100) 상에 형성된 기공을 통해 하부로 흘러내려오는 현상을 방지하기 위하여, 표면에 형성되는 기체 공급 홀을 통해 상부에 위치한 다공성 금속 박막(100)의 하부로 기체를 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하부 롤(300)은 표면에 형성된 기체 공급 홀을 통해 기체를 공급할 수 있도록 마이크로 사이즈의 기공을 가공하여, 다공성 금속 박막(100)의 하부로 공기, 질소, 알곤 등의 기체를 투입할 수 있다.
도3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 하부 롤을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 하부 롤(300)은 도3에 도시된 바와 같이, 표면에 형성되는 기체 공급 홀이 다양한 형태 및 패턴으로 형성될 수 있다.
먼저, 제1 실시예인 도3의 (a)를 참조하면, 하부 롤(300)의 표면에 형성된 기체 공급 홀(310)은 하부 롤(300)의 표면 전반에 형성되는 기체 공급 홀(310) 모두가 동일한 크기의 원형의 형태로 형성되고, 소정의 간격 거리로 이격 배열되어 하부 롤(300)의 외주면에 따른 전면에 형성될 수 있다.
제2 실시예인 도3의 (b)를 참조하면, 하부 롤(300)의 표면에 형성된 기체 공급 홀(310)은 하부 롤(300)의 표면 전반에 형성되는 기체 공급 홀(310) 모두가 동일한 소정의 홀 간격을 가지며, 하부 롤(300)의 일단부터 타단까지 일직선 상으로 형성되되, 상부에 위치하는 다공성 금속 박막(100)과 수평하는 방향으로 길게 형성될 수 있다.
제3 실시예인 도3의 (c)를 참조하면, 하부 롤(300)의 표면에 형성된 기체 공급 홀(310)은 하부 롤(300)의 표면 전반에 형성되는 기체 공급 홀(310) 모두가 동일한 소정의 홀 간격을 가지며, 하부 롤(300)의 일단부터 타단까지 형성되되, 상부에 위치하는 다공성 금속 박막(100)과 수평하는 방향으로 지그재그(zigzag) 형태로 형성될 수 있다. 본 제3 실시예에 따른 기체 공급 홀(310)은 하부 롤(300)의 외주면에 따른 전면에 소정의 간격 거리로 이격 형성될 수 있다.
다음으로, 제4 실시예인 도3의 (d)를 참조하면, 하부 롤(300)의 표면에 형성된 기체 공급 홀(310, 330)은 두 가지의 형태로 구현되는 제1 기체 공급 홀(310)과 제2 기체 공급 홀(330)을 포함할 수 있다. 제1 기체 공급 홀(310)과 제2 기체 공급 홀(330)은 서로 다른 크기의 원형으로 마련되며, 제1 및 제2 기체 공급 홀(310, 330)은 서로 좌우 및 상하로 교번 배열되어 하부 롤(300)의 외주면에 따른 전면에 소정의 간격 거리로 이격 형성될 수 있다.
제5 실시예인 도3의 (e)를 참조하면, 하부 롤(300)의 표면에 형성된 기체 공급 홀(310, 330)은 두 가지 형태로 구현되는 제1 기체 공급 홀(310)과 제2 기체 공급 홀(330)을 포함할 수 있다. 제1 기체 공급 홀(310)과 제2 기체 공급 홀(330)은 서로 다른 홀 간격을 가질 수 있고, 본 실시예에 따른 제1 및 제2 기체 공급 홀(310, 330)은 하부 롤(300)의 일단부터 타단까지 일직선 상으로 형성되되, 상부에 위치하는 다공성 금속 박막(100)과 수평하는 방향으로 형성될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 다공성 전극 기재의 코팅장치는, 제어부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 제어부는 하부 롤(300)의 표면에 형성된 기체 공급 홀을 통해 공급할 기체의 유속 및 유량을 제어할 수 있다.
예컨대, 너무 강한 유속 및 유량으로 기체 공급 홀을 통해 기체를 공급할 경우, 다공성 금속 박막(100) 상에 도포되는 슬러리가 코팅되어야 할 다공성 금속 박막(100)의 일표면에 안정적으로 안착하지 못하고, 날아가버리게 되는 문제가 발생할 수 있고, 반대로 너무 약한 유속 및 유량으로 기체 공급 홀을 통해 기체를 공급하게 될 경우, 위에서 도포된 슬러리가 다공성 금속 박막(100)의 아래부분으로 흘러내려오는 현상을 방지할 수 없게 되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 제어부는 기 설정된 유속 및 유량의 기체가 하부 롤(300)의 기체 공급 홀을 통해 공급되도록 제어할 수 있는데, 보다 구체적으로 본 발명의 제어부는 다공성 금속 박막(100)의 상부로 도포되는 슬러리의 점도를 고려하여, 공급될 기체의 유속 및 유량을 결정할 수 있다.
제어부는 바인더, 도전재, 및 활물질을 섞어 슬러리를 제조하는 슬러리 제조기로부터 제조된 슬러리의 점도에 대한 정보를 전달받고, 전달받은 상기 슬러리의 점도에 대한 점도 정보를 고려하여 기 설정된 알고리즘에 따라 기체 공급 홀로 공급될 기체의 유속 및 유량을 결정할 수 있다.
예컨대, 제어부는 점도가 상대적으로 높은 슬러리의 경우, 점도가 상대적으로 낮은 슬러리의 경우보다, 기체 공급 홀로 공급될 기체의 유속 및 유량을 상대적으로 낮추고, 반대로 점도 상대적으로 낮은 슬러리가 제조된 경우, 공급될 기체의 유속 및 유량을 상대적으로 높이도록 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 제어부는 데이터베이스(DB)를 더 포함하여 구성될 수 있고, 상기 데이터베이스에는 슬러리의 점도별 기체 공급 홀로 공급될 기체의 유속 및 유량에 대한 정보가 저장되어 있을 수 있다. 제어부는 상기 슬러리 제조기로부터 제조된 슬러리의 점도에 대한 정보를 전달받아, 상기 전달받은 슬러리의 점도에 대한 정보와 데이터베이스에 저장된 정보를 고려하여, 공급될 기체의 유속 및 유량을 결정하고, 이에 따른 기체 공급 제어 신호를 하부 롤(300)에 인가할 수 있다.
도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명의 실시예에 따른 하부 롤(300)은 기체 공급 홀로 기체를 공급하는 기체 공급부를 더 포함하여 구성할 수 있고, 기체 공급부(미도시)는 하부 롤(300)의 내부에 마련되어, 기체 공급 홀을 향해 기체를 공급할 수 있다.
이하에서는, 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치를 이용한 건식 코팅방법에 대하여 후술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건식 코팅방법은, 하부 롤(300)이 다공성 금속 박막(100)의 하부에 위치하여, 상기 다공성 금속 박막(100) 측으로 압축공기 또는 불활성 기체를 공급하는 단계와, 코팅 부재(200)가 상기 다공성 금속 박막(100)의 상부에 위치하여, 다공성 금속 박막(100) 측으로 슬러리를 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
하부 롤(300)이 압축공기 또는 불활성 기체를 공급하는 단계는, 100cc/min 내지 2000cc/min의 유량으로 상기 압축공기 또는 불활성 기체의 유량을 제어하여 공급할 수 있는데, 이때, 코팅 부재(200)는 압축공기 또는 불활성 기체의 유량이 상기 하부 롤(300)에 의해 제어될 때, 다공성 금속 박막(100)에 슬러리를 도포하여 코팅하는 코팅 속도를 상기 유량 제어와 동시에 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 하부 롤(300)은 압축공기 또는 불활성 기체의 온도를 섭씨 0℃ 내지 섭씨 150℃로 제어하여 공급할 수 있다. 이때, 하부 롤(300)에서 공급될 압축공기 또는 불활성 기체의 온도는 전극 슬러리의 용매의 끓는점과의 상관관계를 고려하여 결정되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 불활성 기체는 다양한 종류의 용매를 포함할 수 있는데, 예컨대, 용매의 종류로는 물(water), 에탄올, 및 노말메틸피롤리돈(NMP; N-Methyl-2-Pyrrolidone)이 대표적이다.
<제조예>
음극 슬러리 조성물의 제조
음극 활물질, 바인더 조성물 및 도전재를 90 : 5 : 5 (음극 활물질 : 바인더 조성물 : 도전재)의 중량비로 하여 탈이온수(De-ionized water)에 투입한 혼합액을 제조하였다. 이때, 상기 탈이온수 100 중량부에 대해 상기 음극 활물질은 40 중량부가 포함되도록 하였다. 상기 음극 활물질로는, 천연흑연(PAS-C3B, Posco chemical)을 사용하였고, 상기 바인더 조성물로는 폴리아크릴산(polyacrylic acid; PAA), (Sigma-Aldrich) 및 카복시메틸셀룰로오스나트륨(sodium carboxymethyl cellulose; CMC)(제품명, 제조사)을 1 : 1 (PAA : CMC)의 중량비로 혼합하여 사용하였으며, 상기 도전재로는 카본블랙(Super P, Imerys Corporation)을 사용하였다.
<실시예1. 기존방식>
두께 14㎛인 다공성 구리 포일(mesh Cu foil) 상에 기존방식으로 전극을 유리판에 고정하여 본 발명의 제조예에 따른 음극 슬러리 조성물을 닥터블레이드 방식으로 코팅하여 두께 50~100㎛의 음극 합재층을 형성하였다. 그 후, 100℃에서 1시간 동안 고온 열풍으로 열처리하여 전극 코팅을 완료하였다.
<실시예 2. 본 발명에 따른 건식 코팅방법>
두께 14㎛인 다공성 구리 포일(mesh Cu foil)을 하부에서 기체를 토출하는 다공성 판 상부 표면에 고정하고, 압축공기를 1000CC/min 유량으로 제어한다. 본 발명의 제조예에 따른 음극 슬러리 조성물을 닥터블레이드 방식으로 코팅하여 두께 50~100㎛의 음극 합재층을 형성하였다. 그 후, 100℃에서 1시간 동안 고온 열풍으로 열처리하여 전극 코팅을 완료하였다.
도4는 기존의 방식과 본 발명에 따른 건식 코팅방식을 각각 적용하여 다공성 전극 기재의 표면 코팅을 실시한 결과이자, 다공성 기재 상부 표면에 코팅된 전극의 표면을 보여주는 사진이다.
도5는 기존의 방식과 본 발명에 따른 건식 코팅방식을 각각 적용하여 다공성 전극 기재의 표면 코팅을 실시 후, 다공성 기재 후면의 표면을 보여주는 사진이다. 도5를 참고하면, 기존의 방식에 대비한 본 발명에 따른 건식 코팅방식으로 제조된 전극의 후면은 비교적 슬러리의 투과가 적어 오염이 없는 것을 확인할 수 있다.
도6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극이며, 기존의 방식(왼쪽 사진)과 본 발명에 따른 건식 코팅방식(오른쪽 사진)으로 제조된 전극의 균일성을 나타내는 사진이다. 도6을 참고하면, 기존의 방식에 대비한 본 발명에 따른 건식 코팅방식으로 제조된 전극은 균일하게 코팅되어 있어, 중간에 기공이 존재하지 않아, 전극에 빛을 비췄을 때, 빛샘 현상이 없다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 다공성 금속 박막
200: 코팅 부재
210: 상부 코팅 롤
230: 슬롯 다이
300: 하부 롤
310, 330: 기체 공급 홀
200: 코팅 부재
210: 상부 코팅 롤
230: 슬롯 다이
300: 하부 롤
310, 330: 기체 공급 홀
Claims (12)
- 기공이 형성된 다공성 금속 박막과,
상기 다공성 금속 박막의 일면에 전극을 코팅하기 위해, 상기 다공성 금속 박막의 일면에 도포된 슬러리를 코팅하는 코팅 부재와,
표면에 기체 공급 홀이 형성되며, 상기 다공성 금속 박막의 하부에 위치하고, 상기 다공성 금속 박막의 일면에 도포되는 슬러리가 상기 다공성 금속 박막 상에 형성된 기공을 통해 하부로 흘러내려오는 현상을 방지하기 위하여, 상기 기체 공급 홀을 통해 상기 다공성 금속 박막의 하부로 기체를 공급하는 하부 롤을 포함하는 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치. - 제1항에 있어서,
상기 하부 롤의 상기 기체 공급 홀은,
동일한 크기의 원형의 형태로 형성되고, 소정의 간격 거리로 이격 배열되어 상기 하부 롤의 외주면에 따른 전면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치. - 제1항에 있어서,
상기 하부 롤의 상기 기체 공급 홀은,
소정의 홀 간격을 가지며 상기 하부 롤의 일단부터 타단까지 일직선 상으로 상기 다공성 금속 박막과 수평하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치. - 제1항에 있어서,
상기 하부 롤의 상기 기체 공급 홀은,
소정의 홀 간격을 가지며 상기 하부 롤의 일단부터 타단까지 상기 다공성 금속 박막과 수평하는 방향으로 지그재그 형태로 형성되되, 상기 하부 롤의 외주면에 따른 전면에 소정의 간격 거리로 이격 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치. - 제1항에 있어서,
상기 하부 롤의 상기 기체 공급 홀은,
서로 다른 크기의 원형으로 마련되며, 상기 서로 다른 크기의 기체 공급 홀이 서로 교번 배열되어 상기 하부 롤의 외주면에 따른 전면에 소정의 간격 거리로 이격 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치. - 제1항에 있어서,
상기 하부 롤의 상기 기체 공급 홀은,
서로 다른 홀 간격을 가지는 복수의 기체 공급 홀 유형들로 마련되며, 상기 하부 롤의 일단부터 타단까지 일직선 상으로 상기 다공성 금속 박막과 수평하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치. - 제1항에 있어서,
상기 코팅 부재는,
상기 다공성 금속 박막의 상부에 위치하여, 상기 하부 롤과 함께 축 회전함에 따라 상기 다공성 금속 박막을 가압하며 상기 다공성 금속 박막의 표면에 있는 슬러리를 도포하여 코팅하는 코팅 롤인 것을 특징으로 하는 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치. - 제1항에 있어서,
상기 코팅 부재는,
상기 다공성 금속 박막의 상부에 위치하여, 상기 다공성 금속 박막 위로 슬러리를 도포하여 코팅하는 코팅 슬롯 다이(slot-die)인 것을 특징으로 하는 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치. - 제1항에 따른 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치를 이용한 건식 코팅방법에 있어서,
상기 하부 롤이, 상기 다공성 금속 박막의 하부에 위치하여, 상기 다공성 금속 박막 측으로 압축공기 또는 불활성 기체를 공급하는 단계와,
상기 코팅 부재가, 상기 다공성 금속 박막의 상부에 위치하여, 상기 다공성 금속 박막 측으로 슬러리를 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 코팅방법. - 제9항에 있어서,
상기 하부 롤이 압축공기 또는 불활성 기체를 공급하는 단계는,
100cc/min 내지 2000cc/min의 유량으로 상기 압축공기 또는 불활성 기체의 유량을 제어하여 공급하고,
상기 코팅 부재는, 상기 압축공기 또는 불활성 기체의 유량이 상기 하부 롤에 의해 제어될 때, 상기 다공성 금속 박막에 슬러리를 도포하여 코팅하는 코팅 속도를 함께 제어하는 것을 특징으로 하는 건식 코팅방법. - 제9항에 있어서,
상기 하부 롤이 압축공기 또는 불활성 기체를 공급하는 단계는,
상기 압축공기 또는 불활성 기체의 온도를 섭씨 0℃ 내지 섭씨 150℃로 제어하여 공급하는 것을 특징으로 하는 건식 코팅방법. - 제9항에 있어서,
상기 불활성 기체는 물(water), 에탄올, 및 노말메틸피롤리돈(NMP; N-Methyl-2-Pyrrolidone) 중 적어도 하나 용매를 포함한 기체인 것을 특징으로 하는 건식 코팅방법.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| KR20210167216 | 2021-11-29 | ||
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|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220123343A KR20230080300A (ko) | 2021-11-29 | 2022-09-28 | 이차전지용 다공성 전극 기재의 코팅장치 및 이를 이용한 건식 코팅방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230080300A (ko) |
-
2022
- 2022-09-28 KR KR1020220123343A patent/KR20230080300A/ko unknown
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