KR20240016870A - Slot die coater - Google Patents
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Abstract
내부 압력에 의한 다이 블록 변형을 개선한 슬롯 다이 코터를 제공한다. 발명의 슬롯 다이 코터는, 서로 조립되어 토출구를 형성하는 상판과 하판; 및 상기 하판과 상판 사이에 개재되어 상기 토출구와 연통된 슬롯을 형성하는 심;을 포함하고, 상기 상판은 상기 슬롯 위쪽으로 상기 심과 평행하게 상기 상판 내부로 만입된 홈을 구비하고, 상기 홈에 끼워져 상기 심을 압박하는 테이퍼 블록 및 가압 볼트를 더 포함한다. A slot die coater that improves die block deformation due to internal pressure is provided. The slot die coater of the invention includes an upper plate and a lower plate assembled together to form a discharge port; and a shim interposed between the lower plate and the upper plate to form a slot communicating with the discharge port, wherein the upper plate has a groove recessed into the upper plate above the slot and parallel to the shim, and in the groove. It further includes a tapered block and a pressure bolt that are fitted to press the shim.
Description
본 발명은 슬롯 다이 코터에 관한 것으로, 특히 내부 압력에 의한 다이 블록 변형을 개선한 슬롯 다이 코터에 관한 것이다.The present invention relates to a slot die coater, and particularly to a slot die coater that improves die block deformation due to internal pressure.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이러한 이차 전지는 발전 요소인 전극 조립체를 필수적으로 포함하고 있다. 전극 조립체는, 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 이차 전지는 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 이차 전지의 수요 증가로 탄소계 물질보다 10배 이상의 유효 용량을 가지는 실리콘계 물질, 실리콘 산화물계 물질과의 혼합 사용이 고려되고 있다. 이차 전지의 충방전 특성을 균일하게 하기 위해서는, 이러한 양극 활물질 슬러리 및 음극 활물질 슬러리가 집전체에 고르게 코팅되어야 하며, 종래부터 슬롯 다이 코터를 이용하고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing, and these secondary batteries essentially include an electrode assembly, which is a power generation element. The electrode assembly has a form in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are stacked at least once, and the positive electrode and the negative electrode are manufactured by applying and drying the positive electrode active material slurry and the negative electrode active material slurry on a current collector made of aluminum foil and copper foil, respectively. These secondary batteries contain, as positive electrode active materials, lithium-containing manganese oxides such as lithium-containing cobalt oxide with a layered crystal structure (LiCoO 2 ), LiMnO 2 with a layered crystal structure, and LiMn 2 O 4 with a spinel crystal structure, and lithium-containing nickel oxide (LiNiO 2 ) is generally used. In addition, carbon-based materials are mainly used as negative electrode active materials, and recently, due to the increasing demand for high-energy lithium secondary batteries, mixed use with silicon-based materials and silicon oxide-based materials, which have an effective capacity of 10 times more than carbon-based materials, is being considered. . In order to make the charging and discharging characteristics of the secondary battery uniform, the positive electrode active material slurry and the negative electrode active material slurry must be evenly coated on the current collector, and conventionally, a slot die coater has been used.
도 1은 종래 슬롯 다이 코터를 나타낸 사시도이고, 도 2는 종래 슬롯 다이 코터의 분해 사시도이다. Figure 1 is a perspective view showing a conventional slot die coater, and Figure 2 is an exploded perspective view of a conventional slot die coater.
도 1 및 도 2를 참조하면, 슬롯 다이 코터(1)를 이용한 전극 제조 방법에서는, 코팅 롤(미도시)에 의해 이송되는 집전체(미도시) 위에 슬롯 다이 코터(1)로부터 토출된 활물질 슬러리를 도포하게 된다. 슬롯 다이 코터(1)에서 토출된 활물질 슬러리는 집전체의 일 면에 넓게 도포되어 활물질층을 형성한다. Referring to Figures 1 and 2, in the electrode manufacturing method using the slot die coater (1), the active material slurry discharged from the slot die coater (1) onto the current collector (not shown) transported by a coating roll (not shown). will be applied. The active material slurry discharged from the
슬롯 다이 코터(1)는 2개의 다이 블록(10, 20)을 포함하고 2개의 다이 블록(10, 20) 사이에 슬롯(30)을 형성한 것이다. 2개의 다이 블록(10, 20)은 결합 볼트(70)에 의해 체결되어 있다. 슬롯(30)과 연통된 토출구(40)를 통해 활물질 슬러리를 토출하여 활물질층을 형성할 수가 있다. 슬롯 다이 코터(1)는 바 코팅 또는 콤마 코팅에 비하여 고속 도포가 가능한 이점이 있어 높은 생산성의 관점에서 많이 적용되고 있다. The
집전체 위에 코팅되는 활물질층의 코팅폭은 슬롯(30)의 폭(W)에 의해 결정된다. 코팅폭의 변경이 필요할 경우, 매니폴드(50)의 내부 공간 및 슬롯(30)의 폭(W)을 결정하는 심(60)을 변경하여 다양한 코팅폭을 구현할 수 있다. The coating width of the active material layer coated on the current collector is determined by the width (W) of the
도 1에 예로 든 슬롯 다이 코터(1)는 활물질 슬러리가 중력 반대 방향으로 토출되는 수직 다이 타입이다. 수직 방향으로 슬롯 다이 코터(1)를 구성해 코팅하는 경우, 다이 블록(10, 20) 내부 압력에 의해 다이 블록(10, 20) 사이가 벌어지는 현상이 있다. 2개의 다이 블록(10, 20) 사이에 심(60)을 이용해 미코팅부(집전체에 코팅이 되지 않은 부분, 무지부)를 구현할 때에, 2개의 다이 블록(10, 20) 사이가 벌어지면서 활물질 슬러리가 유입되는 경우, 미코팅부에 간헐적으로 활물질 슬러리가 묻어 표면 불량이 되는 문제가 발생하게 된다. The
도 3은 종래 슬롯 다이 코터의 최초 결합 상태를 보여주는 단면도이고, 도 1의 II-II' 단면에 해당한다. 도 4는 종래 슬롯 다이 코터에서 다이 내부 압력에 의한 변형을 보여주는 단면도이다. 도 5는 종래 슬롯 다이 코터에서 다이 내부에 슬러리가 스며들어 집전체의 무지부에 표면 불량이 발생하는 문제점을 보이는 도면이다. Figure 3 is a cross-sectional view showing the first assembled state of a conventional slot die coater, and corresponds to cross-section II-II' in Figure 1. Figure 4 is a cross-sectional view showing deformation due to internal die pressure in a conventional slot die coater. Figure 5 is a diagram showing a problem in a conventional slot die coater in which slurry seeps into the die and causes surface defects in the uncoated portion of the current collector.
도 3에서 2개의 다이 블록(10, 20)은 결합 볼트(70)에 의해 체결되어 있다. 다이 블록(10, 20) 내부 압력 증가시, 도 4에 도시한 바와 같이 결합 볼트(70)를 기점(기준점)으로 내부 압력에 의한 토크(T)가 발생한다. 그로 인하여 가장 먼 부분이 가장 큰 힘을 받아 다이 블록(10, 20)의 선단부인 다이 립(10a, 20a) 부분이 벌어지게 된다. 그렇게 되면 심(60)으로 활물질 슬러리를 막아 토출되지 못하게 해야 하는 부분에까지 활물질 슬러리가 스며들게 된다.In FIG. 3, the two die
이에 따라 도 5에 도시한 바와 같이 활물질 슬러리(75)가 있어서는 안 될 다이 블록(10, 20) 내부에까지 활물질 슬러리(75)가 스며들어, 집전체(80)의 무지부(80a)에 표면 불량(90)이 발생한다. 표면 불량(90)이 없어야 MD 방향으로 형성되는 무지부(80a)를 따라 슬리팅(slitting)하여 각각의 활물질층(80b)으로 전극을 형성할 때에 슬리팅 불량을 발생시키지 않으며, 혹시라도 무지부(80a)에 남아 있는 표면 불량(90)에 의해 이차 전지 제조 후 전극 단선이 되는 일이 발생하지 않는다. Accordingly, as shown in FIG. 5, the active material slurry 75 seeps into the inside of the
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 다이 내압 증가에 따른 미코팅부 활물질 슬러리 토출을 방지하도록 하는 것이다. The present invention was created in consideration of the above-mentioned problems, and the purpose of the present invention is to prevent discharge of the active material slurry from the uncoated portion due to an increase in the internal pressure of the die.
이에 따라 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 내부 압력에 의한 다이 블록 변형을 개선한 슬롯 다이 코터를 제공하는 것이다. Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a slot die coater that improves die block deformation due to internal pressure.
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.However, the technical problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the invention described below.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 슬롯 다이 코터는, 서로 조립되어 토출구를 형성하는 상판과 하판; 및 상기 하판과 상판 사이에 개재되어 상기 토출구와 연통된 슬롯을 형성하는 심;을 포함하고, 상기 상판은 상기 슬롯 위쪽으로 상기 심과 평행하게 상기 상판 내부로 만입된 홈을 구비하고, 상기 홈에 끼워져 상기 심을 압박하는 테이퍼 블록 및 가압 볼트를 더 포함한다. The slot die coater of the present invention for solving the above-described problems includes an upper plate and a lower plate that are assembled together to form a discharge port; and a shim interposed between the lower plate and the upper plate to form a slot communicating with the discharge port, wherein the upper plate has a groove recessed into the upper plate above the slot and parallel to the shim, and in the groove. It further includes a tapered block and a pressure bolt that are fitted to press the shim.
상기 홈은 상기 홈의 안쪽으로 갈수록 높이가 점점 낮아지며 상기 테이퍼 블록의 경사가 그에 맞춰진 것일 수 있다.The height of the groove gradually decreases as it goes inside the groove, and the slope of the tapered block may be adjusted accordingly.
상기 가압 볼트는 상기 홈의 앞쪽에서부터 상기 테이퍼 블록을 관통하여 상기 상판에 체결될 수 있다.The pressure bolt may pass through the tapered block from the front of the groove and be fastened to the upper plate.
상기 홈은 상기 상판의 전면에서부터 후면 쪽으로 만입되어 있고, 상기 가압 볼트는 상기 상판의 전면에서 상기 테이퍼 블록에 체결될 수 있다. The groove is recessed from the front side of the top plate toward the back side, and the pressure bolt can be fastened to the tapered block at the front side of the top plate.
상기 테이퍼 블록은 상기 가압 볼트에 체결되어 상기 토출구의 방향과 나란한 방향에서 전후로 움직이며, 상기 홈과 테이퍼 블록의 높이 차이에 의한 힘을 발생시켜 상기 심을 압박할 수 있다. The tapered block is fastened to the press bolt and moves back and forth in a direction parallel to the direction of the discharge hole, and can generate force due to a height difference between the groove and the taper block to press the shim.
상기 심은 다수의 개방부를 포함하도록 베이스부에 수직으로 연결되어 상기 토출구 쪽으로 연장되는 다수의 연장부를 포함하며, 상기 테이퍼 블록의 가로 길이는 상기 연장부의 가로 길이보다 크지 않으며, 상기 테이퍼 블록은 상기 연장부에 대응되는 위치에서 상기 홈에 끼워질 수 있다.The shim includes a plurality of extensions vertically connected to the base to include a plurality of openings and extending toward the discharge port, the horizontal length of the tapered block is no greater than the horizontal length of the extension, and the tapered block is connected to the extension portion. It can be inserted into the groove at a position corresponding to .
상기 다수의 연장부 중 사이드에 있는 연장부를 제외한 연장부에 대응되는 위치에 상기 테이퍼 블록이 구비될 수 있다. Among the plurality of extension parts, the tapered block may be provided at a position corresponding to an extension part excluding the extension part on the side.
상기 하판에 매니폴드를 더 포함하며, 상기 매니폴드 앞단에서부터 상기 토출구까지의 영역인 랜드의 길이보다 상기 테이퍼 블록의 길이가 짧을 수 있다. A manifold may be further included in the lower plate, and the length of the tapered block may be shorter than the length of the land, which is an area from the front end of the manifold to the discharge port.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 홈은 상기 토출구 쪽에 형성된다. According to one aspect of the present invention, the groove is formed on the discharge port side.
상기 홈과 정렬되는 위치에 상기 가압 볼트가 체결되는 볼트 홈이 형성될 수 있다.A bolt groove into which the pressure bolt is fastened may be formed at a position aligned with the groove.
상기 테이퍼 블록에 상기 볼트 홈과 정렬되어 상기 가압 볼트가 관통할 수 있도록 홀이 형성되어 있을 수 있다.A hole may be formed in the tapered block to align with the bolt groove so that the pressure bolt can pass through.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 가압 볼트는 상기 상판의 후면에서부터 상기 상판을 관통하여 상기 테이퍼 블록에 체결된다.According to another aspect of the present invention, the pressure bolt passes through the upper plate from the rear of the upper plate and is fastened to the tapered block.
상기 가압 볼트가 삽입될 수 있도록 상기 상판의 후면에 폭 방향으로 잔공 홀을 포함한다.A hole is formed in the width direction at the rear of the upper plate so that the pressing bolt can be inserted.
상기 가압 볼트와 테이퍼 블록이 상기 폭 방향을 따라 복수개가 구비될 수 있다.A plurality of press bolts and tapered blocks may be provided along the width direction.
상기 테이퍼 블록 내에 상기 가압 볼트가 체결될 수 있는 나사선이 형성되어 있을 수 있다. A thread to which the pressure bolt can be fastened may be formed in the tapered block.
상기 잔공 홀은 상기 상판의 후면에서 전면 쪽으로 형성되고, 상기 홈은 상기 상판의 전면에서 후면 쪽으로 형성되며, 상기 잔공 홀은 상기 홈과 정렬되는 위치에 형성되어 있을 수 있다. The residual hole may be formed from the rear side to the front side of the upper plate, the groove may be formed from the front side to the rear side of the upper plate, and the residual hole may be formed at a position aligned with the groove.
상기 하판에 코팅액을 수용하는 매니폴드가 구비되고, 상기 매니폴드가 상기 슬롯과 연통할 수 있다. A manifold for accommodating the coating liquid is provided on the lower plate, and the manifold may communicate with the slot.
상기 슬롯 다이 코터는 상기 토출구를 통해 상기 코팅액을 기재 상에 토출하여 도포하며, 상기 심은 상기 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비할 수도 있다. The slot die coater discharges and applies the coating liquid onto the substrate through the discharge port, and the shim may be provided with a plurality of openings in which one area is intermittently cut to determine the coating width of the coating layer applied on the substrate. .
상기 테이퍼 블록과 가압 볼트는 상기 개방부에 영향을 주지 않고 상기 심을 압박하여 상기 상판과 하판 사이 벌어짐을 방지할 수 있다. The tapered block and the pressure bolt can prevent the gap between the upper and lower plates by pressing the shim without affecting the opening.
본 발명에 따르면, 슬롯 다이 코터에서 상판의 구조를 변경하고 테이퍼 블록 및 가압 볼트를 더 포함하여, 슬롯 다이 내부 압력 증가에 따른 미코팅부 활물질 슬러리 토출을 방지할 수 있다. According to the present invention, by changing the structure of the upper plate in the slot die coater and further including a tapered block and pressurizing bolts, discharge of the active material slurry from the uncoated portion due to an increase in pressure inside the slot die can be prevented.
이에 따라, 미코팅부 활물질 슬러리 토출을 방지하여 전극 형성시 표면 불량을 개선할 수 있다. 특히 스트라이프 패턴 모양의 활물질층을 형성할 때에 무지부에 패턴 불량을 발생시키는 일이 없이 안정적으로 활물질층을 형성할 수 있다. Accordingly, surface defects during electrode formation can be improved by preventing discharge of active material slurry from the uncoated portion. In particular, when forming an active material layer in the shape of a stripe pattern, the active material layer can be formed stably without causing pattern defects in the uncoated area.
이러한 본 발명의 슬롯 다이 코터를 이용하면 소망하는 두께 및 모양으로 균일하게 코팅층, 특히 전극 활물질층을 형성할 수 있다. Using the slot die coater of the present invention, it is possible to uniformly form a coating layer, especially an electrode active material layer, with a desired thickness and shape.
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 코터를 나타낸 사시도이다.
도 2는 종래 슬롯 다이 코터의 분해 사시도이다.
도 3은 종래 슬롯 다이 코터의 최초 결합 상태를 보여주는 단면도이다.
도 4는 종래 슬롯 다이 코터에서 다이 내부 압력에 의한 변형을 보여주는 단면도이다.
도 5는 종래 슬롯 다이 코터에서 다이 내부에 슬러리가 스며들어 집전체의 무지부에 표면 불량이 발생하는 문제점을 보이는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터를 나타낸 사시도이다.
도 7a는 도 6에 나타낸 슬롯 다이 코터의 폭 방향에 수직인 단면도이다.
도 7b는 도 7a에 나타낸 슬롯 다이 코터의 변형예의 도면이다.
도 8은 도 6에 나타낸 슬롯 다이 코터의 폭 방향에 수직인 다른 단면도이다.
도 9는 도 7a의 부분 확대도다.
도 10은 도 6에 나타낸 슬롯 다이 코터의 정면도이다.
도 11은 도 6에 나타낸 슬롯 다이 코터에 포함될 수 있는 심의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 12a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터를 나타낸 사시도이다.
도 12b는 도 12a의 변형예이다.
도 13a는 도 12a에 나타낸 슬롯 다이 코터의 폭 방향에 수직인 단면도이다.
도 13b는 도 12b에 나타낸 슬롯 다이 코터의 폭 방향에 수직인 단면도이다.
도 14는 도 12a에 나타낸 슬롯 다이 코터의 변형예로서 다른 방향에서의 사시도이다.
도 15는 도 12a에 나타낸 슬롯 다이 코터에 포함될 수 있는 심의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 16은 도 14의 부분 확대도이다.
도 17a는 도 14에 나타낸 슬롯 다이 코터의 다른 방향에서의 사시도이다.
도 17b는 도 17a의 변형예이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the invention described later, so the present invention includes the matters described in such drawings. It should not be interpreted as limited to only .
Figure 1 is a perspective view showing a conventional slot die coater.
Figure 2 is an exploded perspective view of a conventional slot die coater.
Figure 3 is a cross-sectional view showing the first assembled state of a conventional slot die coater.
Figure 4 is a cross-sectional view showing deformation due to internal die pressure in a conventional slot die coater.
Figure 5 is a diagram showing a problem in a conventional slot die coater in which slurry seeps into the die and causes surface defects in the uncoated portion of the current collector.
Figure 6 is a perspective view showing a slot die coater according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7A is a cross-sectional view perpendicular to the width direction of the slot die coater shown in FIG. 6.
FIG. 7B is a diagram of a modification of the slot die coater shown in FIG. 7A.
FIG. 8 is another cross-sectional view perpendicular to the width direction of the slot die coater shown in FIG. 6.
Figure 9 is a partial enlarged view of Figure 7a.
Figure 10 is a front view of the slot die coater shown in Figure 6.
Figure 11 is a perspective view showing an example of a shim that can be included in the slot die coater shown in Figure 6.
Figure 12a is a perspective view showing a slot die coater according to another embodiment of the present invention.
Figure 12b is a modified example of Figure 12a.
FIG. 13A is a cross-sectional view perpendicular to the width direction of the slot die coater shown in FIG. 12A.
FIG. 13B is a cross-sectional view perpendicular to the width direction of the slot die coater shown in FIG. 12B.
FIG. 14 is a perspective view of a modified example of the slot die coater shown in FIG. 12A from another direction.
Figure 15 is a perspective view showing an example of a shim that can be included in the slot die coater shown in Figure 12a.
Figure 16 is a partial enlarged view of Figure 14.
FIG. 17A is a perspective view of the slot die coater shown in FIG. 14 from another direction.
Figure 17b is a modified example of Figure 17a.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor should appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle of definability. Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only some of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, so at the time of filing the present application, various options that can replace them are available. It should be understood that equivalents and variations may exist.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. Like reference numerals refer to like elements. Additionally, in the drawings, the thickness, proportions, and dimensions of components are exaggerated for effective explanation of technical content.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터를 나타낸 사시도이다. 도 7a는 도 6에 나타낸 슬롯 다이 코터의 폭 방향에 수직인 단면도로서, 도 6의 VII-VII' 단면에 해당하며, 토출구의 방향과 나란한 단면을 보여준다. 도 7b는 도 7a에 나타낸 슬롯 다이 코터의 변형예의 도면이다. 도 8은 도 6에 나타낸 슬롯 다이 코터의 폭 방향에 수직인 다른 단면도로서, 도 6의 VIII-VIII' 단면에 해당하고, 역시 토출구의 방향과 나란한 단면을 보여준다. 도 9는 도 7a의 부분 확대도이고, 도 10은 도 6에 나타낸 슬롯 다이 코터의 정면도이다.Figure 6 is a perspective view showing a slot die coater according to an embodiment of the present invention. FIG. 7A is a cross-sectional view perpendicular to the width direction of the slot die coater shown in FIG. 6, corresponds to the VII-VII' cross-section of FIG. 6, and shows a cross-section parallel to the direction of the discharge port. FIG. 7B is a diagram of a modification of the slot die coater shown in FIG. 7A. FIG. 8 is another cross-sectional view perpendicular to the width direction of the slot die coater shown in FIG. 6, which corresponds to the VIII-VIII' cross-section of FIG. 6 and also shows a cross-section parallel to the direction of the discharge port. FIG. 9 is a partially enlarged view of FIG. 7A, and FIG. 10 is a front view of the slot die coater shown in FIG. 6.
앞서 도 1에서 본 바와 같이, 기존 슬롯 다이 코터(1)가 두 개의 다이 블록(10, 20)과 심(60)으로 구성되어 있는 반면, 도 6 내지 도 10에 나타낸 바와 같은 본 발명의 슬롯 다이 코터(100)에서는 상판(110, 구조 변경), 하판(120), 심(160), 테이퍼 블록(180, taper block) 및 가압 볼트(190)를 포함하여 구성되어 있다. As previously seen in FIG. 1, while the existing slot die
본 발명의 슬롯 다이 코터(100)는 슬롯(130)을 구비하고 슬롯(130)을 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 명세서에서 '전'은 토출구가 향하는 방향(X축 방향)을 가리키고 '후'는 그 반대 방향을 가리킬 수 있다. '좌/우'는 토출구가 향하는 방향에 수직인 방향으로, 슬롯의 폭 방향(Y축 방향)을 가리킬 수 있다.The slot die
도 6 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터(100)는, 코팅액을 토출하기 위한 슬롯(130)을 구비하는 슬롯 다이 코터로서, 상판(110)과 하판(120)을 포함한다. 예를 들어 토출구(140)의 방향인 X축 방향을 중력 반대 방향이 되게 슬롯 다이 코터(100)를 설치하면 의도한 바에 따라 코팅액을 중력 반대 방향으로 토출하는 수직 다이로 구현할 수 있다. 6 to 10, the
상판(110)과 하판(120)은 서로 조립되어 슬롯(130)과 연통된 토출구(140)를 형성한다. 상판(110)/하판(120)은 고정 볼트(170)로 조립이 될 수 있다. The
상판(110)은 하판(120)과의 사이에 슬롯(130)을 형성한다. 심(160, shim)이 하판(120)과 상판(110) 사이에 개재되어 토출구(140)와 연통된 슬롯(130)을 형성하게 된다. The
상판(110)과 하판(120)은 토출구(140)가 향하는 전방인 X축 방향으로의 길이보다 그에 수직인 Y축 방향으로의 폭이 긴 장방형 부재이다. 심(160)은 상판(110)과 하판(120)의 접면에 면접하며, 상판(110)과 하판(120)을 체결하는 고정 볼트(170)에 의해 상판(110)과 하판(120) 사이에 조립될 수 있다.The
슬롯(130)은 상판(110)과 하판(120)이 서로 대면하는 곳 사이에 형성된다. 여기에 심(160)이 개재되어 이들 사이에 간극이 마련됨으로써 코팅액이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 슬롯(130)이 형성되는 것이다. 심(160)의 두께는 슬롯(130)의 상하 폭(Z축 방향, 슬롯 갭)을 결정한다.The
상판(110)과 하판(120)의 대부분의 면은 거의 수직이 되도록 제작된 것을 사용할 수 있다. 이러한 상판(110)과 하판(120)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(110)과 하판(120)을 조합할 때에 대면하는 부분들이 높은 면 접촉도를 가지고 서로 지지될 수 있기 때문에 체결 고정 및 유지가 매우 우수하다. 뿐만 아니라, 상판(110)과 하판(120)이 조합된 상태는 전체적으로 대략 직육면체 형태를 가지며, 코팅액이 토출되는 전방부만 기재를 향하여 비스듬한 형태를 가지게 할 수도 있다. Most of the surfaces of the
상판(110)과 하판(120)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. The
일반적으로 SUS 조립체의 결합면에서는 액체 누설이 쉽게 발생하기 때문에, 고무링이나 기타 연성 재질의 재료를 구성물 사이에 위치시켜 씰링함으로써 누설을 억제시킨다. 하지만 이러한 씰링 방식은 균일한 조립 형태(예를 들어 10㎛ 미만의 조립 편차)를 제어하는 데에 적합하지 않아, 슬롯 다이 코터(100)에는 적용하기 어렵다. 이 때문에 슬롯 다이 코터(100)는 매우 높은 정밀도(진직도, 평탄도 ±5㎛)로 가공된 상판(110)과 하판(120)을 고정 볼트(170)로 체결해 조립한다. 액체 누설을 방지하여야 하므로 고정 볼트(170) 체결은 200~350N 정도의 고압으로 함이 바람직하다.In general, liquid leakage easily occurs at the joint surface of the SUS assembly, so leakage is suppressed by placing a rubber ring or other soft material between the components to seal them. However, this sealing method is not suitable for controlling a uniform assembly form (for example, assembly deviation of less than 10㎛), so it is difficult to apply to the
상판(110)은 슬롯(130) 위쪽으로 심(160)과 평행하게 상판(110) 내부로 만입된 홈(H1)을 구비한다. 테이퍼 블록(180) 및 가압 볼트(190)는 홈(H1)에 끼워져 심(160)을 압박하게 된다.The
이와 같이 본 발명에서는 상판(110)에 테이퍼 블록(180)이 끼워질 수 있는 홈(H1)이 가공된다. 홈(H1)은 토출구(140) 쪽에 형성된다. 다시 말해, 홈(H1)은 상판(110)의 전면에 형성된다. 홈(H1)은 상판(110) 전면에서부터 후면 쪽으로, 즉 상판(110) 내부로 만입되어 있다. In this way, in the present invention, a groove H1 into which the tapered
홈(H1)은 상판(110)의 일부가 함몰된 것 혹은 상판(110)을 파낸 것에 해당할 수 있다. 홈(H1)은 필요한 만큼, 그러나 가능한 한 최소의 크기로 하여 상판(110)의 기계적 강성을 해치지 않도록 함이 바람직하다. 도시한 바와 같이 홈(H1)은 폭 방향으로 길쭉한 형태일 수 있고, 그렇지 않을 수도 있다. The groove H1 may correspond to a portion of the
그리고, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상판(110)에 고정 및 가압을 위한 볼트 홈(H2)을 가공한다. 볼트 홈(H2)은 홈(H1)과 정렬되는 위치에 가압 볼트(190)가 체결되도록 형성될 수 있다. 가압 볼트(190)는 상판(110)의 전면에서 테이퍼 블록(180)에 체결된다. 가압 볼트(190) 조작은 상판(110) 전면에서 이루어진다. And, referring to FIGS. 7A and 7B, a bolt groove (H2) for fixing and pressurizing the
또한, 테이퍼 블록(180) 및 가압 볼트(190)는 좌우 사이드를 제외한 심(160) 부위에 심(160)을 압박할 수 있도록 위치한다. 가압 볼트(190)는 홈(H1) 내에 테이퍼 블록(180)의 위치를 고정하면서, 동시에 테이퍼 블록(180) 및 홈(H1)의 높이 차에 따른 압박 힘을 발생시켜 심(160)을 가압할 수 있도록 하는 역할을 한다. Additionally, the
가압 볼트(190)의 조여지는 정도를 가지고 테이퍼 블록(180)의 위치를 조절하여 압박 힘을 조절할 수 있다. 테이퍼 블록(180)은 가압 볼트(190)에 의해 위치가 가변된다. 특히 테이퍼 블록(180)은 가압 볼트(190)에 체결되어 토출구의 방향과 나란한 방향에서 전후로 움직일 수 있게 된다. 테이퍼 블록(180)에는 볼트 홈(H2)과 정렬되어 가압 볼트(190)가 관통할 수 있도록 홀(O)이 형성되어 있다. The pressing force can be adjusted by adjusting the position of the
도 7a에서, 볼트 홈(H2)은 가압 볼트(190)의 직경과 유사한 정도의 크기로 형성되어 있으며, 가압 볼트(190)가 체결될 수 있게 나사선 가공이 되어 있다. 볼트 홈(H2)은 홈(H1)보다 더 안쪽으로까지 형성되어 있고, 가압 볼트(190)의 단부를 체결할 수 있게 되어 있다. 가압 볼트(190)는 단부에까지 나사선이 형성되어 있다. In FIG. 7A, the bolt groove H2 is formed to have a size similar to the diameter of the
도 7b는 다른 예이고, 가압 볼트(190)는 일정 길이까지만 나사선이 형성되어 있고 단부는 민자이다. 이러한 가압 볼트(190) 단부가 볼트 홈(H2) 안에서 헛돌지 않도록, 볼트 홈(H2)에 가로 질러 끼워지는 U자형 통공이 있는 걸림쇠가 더 포함될 수 있다. 걸림쇠 후단으로는 볼트 홈(H2)이 넓게 형성되어 있어 가압 볼트(190)의 단부 응력을 해소할 수 있다. Figure 7b is another example, and the
하판(120)에는 코팅액을 수용하는 매니폴드(150, manifold)가 구비될 수 있다. 매니폴드(150)는 소정의 형상과 깊이를 가질 수 있다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 매니폴드(150)는 외부에 설치된 코팅액 공급 챔버(미도시)와 공급관으로 연결되어 코팅액을 공급받는다. 매니폴드(150) 내에 코팅액이 가득 차게 되면, 상기 코팅액이 슬롯(130)을 따라 흐름이 유도되고 토출구(140)를 통해 외부로 토출되게 된다.The
매니폴드(150)는 활물질 슬러리와 같은 코팅액을 집전체와 같은 기재 상으로 균일하게 공급/토출하기 위하여 형성되어 있는 것이다. 매니폴드(150)는 상판(110)에 구비될 수도 있다. The manifold 150 is formed to uniformly supply/discharge a coating liquid such as an active material slurry onto a substrate such as a current collector. The manifold 150 may be provided on the
도면에서 참조부호 110a와 120a는 상판(110)과 하판(120)의 선단부인 다이 립을 가리킨다. In the drawings,
도 7a 및 도 9에 상세히 나타낸 바와 같이, 테이퍼 블록(180)이 끼워질 수 있는 홈(H1)은 홈(H1)의 안쪽으로 갈수록, 즉 상판(110)의 전면에서 후면으로 갈수록 높이(h)가 점점 낮아진다. 그리고, 테이퍼 블록(180)의 경사가 그에 맞춰질 수 있다. 다시 말해, 홈(H1)은 상판(110)의 내부로 들어갈수록 높이(h)가 점점 낮아지게 형성되어 있고, 테이퍼 블록(180)도 그러하게 형성되어 있을 수 있다. As shown in detail in FIGS. 7A and 9, the groove H1 into which the tapered
테이퍼 블록(180)은 이러한 홈(H1) 안에서 가압 볼트(190)에 의해 전후 방향으로 움직일 수 있도록 설계되어 있다. 예를 들어, 테이퍼 블록(180)은 도시한 바와 같이 하면이 평평하고 상면이 경사진 것일 수 있다. 이에 맞춰 홈(H1)도 하면이 평평하고 상면이 경사지게 형성되어 홈(H1)의 안쪽으로 갈수록 높이(h)가 점점 낮아지게 형성되어 있을 수 있다. The
홈(H1)의 하면을 평평하게 함으로써, 홈(H1)을 심(160)과 평행하게 만들 수 있다. 테이퍼 블록(180)의 하면을 평평하게 함으로써, 고른 힘이 심(160) 방향으로 가해질 수 있도록 할 수 있다. 홈(H1)과 테이퍼 블록(180)의 상면과 하면을 모두 경사지게 하여도 상판(110)의 전면에서 후면으로 갈수록 높이(h)가 점점 낮아지게 할 수 있지만, 하면을 평평하게 함으로써 가공 작업이나 조작의 기준면이 되게 하고 홈(H1)과 테이퍼 블록(180)을 매우 높은 정밀도(진직도, 평탄도 ±5㎛)로 가공할 수 있다. By flattening the lower surface of the groove H1, the groove H1 can be made parallel to the
가압 볼트(190)는 홈(H1)의 앞쪽에서부터 테이퍼 블록(180)을 관통하여 상판(110)에 체결될 수 있다. 즉, 가압 볼트(190)의 조작은 상판(110)의 전면에서 이루어질 수 있다. The
테이퍼 블록(180)의 가압 볼트(190)를 조일수록, 즉 도 9에서 작은 화살표 방향으로 테이퍼 블록(180)이 홈(H1)의 안쪽을 향해 움직일수록, 해당 지점에 수직 방향으로 굵은 화살표로 표시한 힘(F)이 가해진다. 홈(H1)이 안쪽으로 갈수록 높이(h)가 점점 낮아지는데, 여기에 테이퍼 블록(180)을 밀어넣으면 넣을수록 홈(H1)과 테이퍼 블록(180)의 높이 차이가 발생하고, 좁은 틈에 큰 물체를 끼워 넣는 것에 해당하여 사방으로 밀어내려는 힘을 발생시킨다. 이와 같이 테이퍼 블록(180)이 사방으로 밀어 홈(H1)을 사방으로 벌어지게 하려는 힘 중에서 특히 심(160)을 누르는 방향으로의 힘(F)을 이용한다. 이 힘(F)이 상판(110), 심(160) 및 하판(120) 사이를 조여주게 된다. 테이퍼 블록(180)의 하면 면적(BA)으로 인하여 고르게 심(160)을 조여줄 수 있다. 코팅액 토출에 의해 슬롯 다이 코터(100) 내부 압력이 증가되는 상황에서도 테이퍼 블록(180)이 심(160)을 압박하는 힘(F)이 작용하므로, 상판(110)과 하판(120) 변형을 방지하여 미코팅부 활물질 슬러리 토출을 방지할 수 있다. The more the
도 7a와 도 7b를 참조하면, 테이퍼 블록(180)의 길이(D1)는 랜드(120b, land)의 길이(L)보다 짧아야 한다. 랜드(120b)는 매니폴드(150) 앞단에서부터 토출구(140)까지의 영역을 가리킨다. 테이퍼 블록(180)의 길이(D1)가 랜드(120b)의 길이(L)보다 길 경우에는 매니폴드(150) 부분에 영향을 줄 수 있다. Referring to FIGS. 7A and 7B, the length D1 of the
또한, 도 10을 참조하면, 테이퍼 블록(180)의 가로 길이(D2)는 폭 방향으로 심(160)의 길이(S)보다 크지 않아야 한다. 테이퍼 블록(180)의 가로 길이(D2)가 심(160)의 길이(S)보다 클 경우 슬롯 갭(G)에 영향을 줄 수 있다. 이와 같이, 테이퍼 블록(180)은 상판(110)에서도 센터 부분에 작용을 하며, 테이퍼 블록(180)이 폭 방향으로 토출구(140)에 영향을 미칠 정도로 너무 길게 이어져 있지는 않다. 테이퍼 블록(180)은 그 아래의 심(160) 부분에만 작용하도록 되어 있다. 테이퍼 블록(180)은 슬롯 갭(G)을 변화시키지 않는다. Additionally, referring to FIG. 10, the horizontal length D2 of the
도 11은 도 6에 나타낸 슬롯 다이 코터에 포함될 수 있는 심의 일 예를 도시한 사시도이다. Figure 11 is a perspective view showing an example of a shim that can be included in the slot die coater shown in Figure 6.
도 6 및 도 11을 함께 참조하면, 심(160)은 토출구(140)가 형성되는 영역을 제외하고는, 상판(110)과 하판(120)의 틈새로 코팅액이 누출되지 않도록 하는 가스켓(gasket)으로서의 기능을 겸함으로 밀봉성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 심(160)은 예를 들어 플라스틱제 또는 금속제일 수 있지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 심(160)은 예를 들어 테플론, 폴리에스테르 등의 수지 시트, 또는 구리, 알루미늄 등의 금속 시트일 수 있다.Referring to FIGS. 6 and 11 together, the
심(160)은 이음매없이 일체형 구조물일 수 있다. 심(160)은 상면이 평평하고 하면도 평평할 수 있다. 즉, 시트형 부재일 수 있다. The
심(160)은 상판(110)과 하판(120)의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에 개재될 수 있다. 이에 코팅액이 외부로 토출될 수 있는 토출구(140)는 다이 립(110a, 120a) 사이에 형성된다. 토출구(140)는 다이 립(110a, 120a) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있고, 슬롯(130)의 끝단이 토출구(140)가 된다. 심(160)은 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부(160a)를 구비한다. 개방부(160a)는 슬롯(130)을 정의하고 슬롯(130)의 말단이 토출구(140)가 된다. 개방부(160a)의 개수가 1개이면 하나의 코팅층을, 도시한 바와 같이 개방부(160a)의 개수가 2개이면 2개의 코팅층을 Y축 방향을 따라 좌우로 나란히 형성할 수가 있다. The
예를 들어, 심(160)은 다수의 개방부(160a)를 포함하도록 베이스부(161)에 수직으로 연결되어 토출구(140) 쪽으로 연장되는 다수의 연장부(162)를 포함할 수 있다. 기재 위에 코팅폭이 b인 활물질층을 여러 개 형성하고 각 활물질층의 양 옆으로는 무지부가 형성되도록 하기 위하여, 심(160)의 개방부(160a)의 폭을 b로 설계한다. 도 11과 같은 심(160)을 적용시, 기재 상에 스트라이프(stripe) 패턴 모양의 코팅층이 형성된다. For example, the
도 10을 참조하여 설명한 바와 같이, 다수의 연장부(162) 중 사이드에 있는 연장부를 제외한 연장부(162)에 대응되는 위치에 테이퍼 블록(180)이 구비될 수 있다. 특히 테이퍼 블록(180)의 가로 길이(D2)는 심(160)의 연장부(162), 특히 센터에 위치한 연장부(162)의 길이(S)보다 크지 않으며, 테이퍼 블록(180)은 이러한 연장부(162)에 대응되는 위치에서 홈(H1)에 끼워지고, 해당 부위의 연장부(162)를 압박할 수 있다. 또한, 테이퍼 블록(180)의 길이(D1)를 조절하여, 테이퍼 블록(180)은 매니폴드(150)에 영향을 주지 않고 랜드(120b) 부위를 가압하는 방식이다. 테이퍼 블록(180)은 연장부(162)에 대응되는 위치에서 연장부(162) 양측의 개방부(160a)까지는 침범하지 않는 크기를 가지고 있으므로, 테이퍼 블록(180)과 가압 볼트(190)는 개방부(160a)에 영향을 주지 않으면서 심(160)을 압박할 수 있다. 심(160)을 압박하여 상판(110)과 하판(120) 사이 벌어짐을 방지하게끔 할 수 있다. As described with reference to FIG. 10, the
테이퍼 블록(180)의 하방에 심(160)이 위치한다. 심(160)이 상판(110)을 받치고 있어서, 테이퍼 블록(180)을 조작하여도 개방부(160a)에 영향을 주지 않고, 그에 따라 슬롯 갭(G) 변형이 없다. 즉, 테이퍼 블록(180)을 조작하여도 토출구(140)를 통한 코팅액 유량의 변동이 없다. 본 발명은 슬롯 갭(G) 변화를 목적으로 하는 것이 아니고, 슬롯 갭(G)에 영향을 주지 않는다. A
종래에는 슬롯 다이 코터(1)의 내부 압력 증가시 다이 립(10a, 20a) 부분이 벌어지는 문제가 있었다(도 1 내지 도 5 참조). 하지만, 본 발명에 따르면, 테이퍼 블록(180)이 상판(110), 심(160) 및 하판(120) 사이를 조여주게 되어, 다이 립(110a, 120a) 부분이 벌어지지 않는다. 나아가, 활물질 슬러리를 막아 토출되지 못하게 해야 하는 부분에까지 활물질 슬러리가 스며들지 않는다. 따라서, 무지부에 활물질 슬러리가 묻어서 생기는 표면 불량 없이 전극 활물질층 패턴을 형성할 수 있다. Conventionally, there was a problem that the
매니폴드(150)의 뒤쪽과 앞쪽에서 상판(110)의 하면과 심(160)의 상면이 서로 틈새 없이 결합하고 하판(120)의 상면과 심(160)의 하면이 서로 틈새없이 결합할 수 있다. 특히, 테이퍼 블록(180)과 가압 볼트(190)를 통해 상판(110), 심(160) 및 하판(120) 사이를 더욱 압박하여 상판(110)과 하판(120) 사이가 벌어지지 않게 할 수 있다. 이를 통해 코팅액은 심(160)에 의해 정의된 슬롯(130) 안에서만 확실하게 유동하게 되고, 미코팅부로 침범하지 않는다. At the rear and front of the manifold 150, the lower surface of the
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. 코팅액이 미코팅부로 침범하지 않아, 패턴 불량없이 코팅층을 형성할 수 있다. According to the
예를 들어, 본 발명의 슬롯 다이 코터(100)를 이용하여 양극 활물질 슬러리를 코팅함으로써 이차 전지의 양극 제조에 적용될 수 있다. 양극은 집전체 및 상기 집전체의 표면에 형성된 양극 활물질층을 포함한다. 집전체는 Al, Cu, 등 전기 전도성을 나타내는 것으로서 이차 전지 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. For example, it can be applied to manufacturing a positive electrode of a secondary battery by coating a positive electrode active material slurry using the
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.The active material is not limited to a specific component as long as it can be used as a positive electrode active material for a lithium ion secondary battery. Non-limiting examples thereof include layered compounds such as lithium manganese complex oxide (LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , etc.), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), and lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or compounds substituted with one or more transition metals. compound; Lithium manganese oxide with the formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 , etc.; lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiV 3 O 4 , V 2 O 5 , and Cu 2 V 2 O 7 ; Ni site-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Chemical formula LiMn 2 - x M Lithium manganese complex oxide expressed as Ni, Cu or Zn); LiMn 2 O 4 in which part of Li in the chemical formula is replaced with an alkaline earth metal ion; disulfide compounds; It may include one type or a mixture of two or more types of Fe 2 (MoO 4 ) 3 . In the present invention, the positive electrode may include one or more of a polymer-based solid electrolyte, an oxide-based solid electrolyte, and a sulfide-based solid electrolyte as a solid electrolyte material.
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. The conductive material may typically be added in an amount of 1 wt% to 20 wt% based on the total weight of the mixture including the active material. These conductive materials are not particularly limited as long as they have conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; It may contain one type or a mixture of two or more types selected from conductive materials such as polyphenylene derivatives.
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. The binder is not particularly limited as long as it is a component that assists in the bonding of the active material and the conductive material and the bonding to the current collector. For example, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxyl Propylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluoroelastomer, various copolymers etc. can be mentioned. The binder may typically be included in the range of 1 wt% to 30 wt%, or 1 wt% to 10 wt%, based on 100 wt% of the electrode layer.
본 발명의 슬롯 다이 코터(100)를 이용하여 음극 활물질 슬러리를 코팅함으로써 이차 전지의 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. It can also be applied to the production of negative electrodes of secondary batteries by coating a negative electrode active material slurry using the
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. The negative electrode active material is carbon materials such as graphite, amorphous carbon, diamond-like carbon, fullerene, carbon nanotubes, and carbon nanohorns, lithium metal materials, alloy materials such as silicon and tin, Nb 2 O 5 , Li 5 Ti 4 O Oxide-based materials such as 12 , TiO 2 , or composites thereof can be used. For the negative electrode, the conductive material, binder, and current collector can be referred to the information described for the positive electrode.
이러한 양극 활물질이나 음극 활물질을 포함하는 활물질 슬러리는 점도가 매우 높다. 예를 들어 점도는 1000 cps 이상일 수 있다. 이차 전지 전극을 형성하기 위한 용도의 활물질 슬러리의 점도는 2000 cps 내지 30000 cps일 수도 있다. 예를 들어 음극 활물질 슬러리는 점도가 2000 cps 내지 4000 cps일 수 있다. 양극 활물질 슬러리는 점도가 8000 cps 내지 30000 cps일 수 있다. 점도 1200 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. The active material slurry containing such a positive electrode active material or a negative electrode active material has a very high viscosity. For example, the viscosity may be 1000 cps or more. The viscosity of the active material slurry used to form secondary battery electrodes may be 2000 cps to 30000 cps. For example, the negative electrode active material slurry may have a viscosity of 2000 cps to 4000 cps. The positive electrode active material slurry may have a viscosity of 8000 cps to 30000 cps. Since it must be possible to coat a coating liquid with a viscosity of 1200 cps or more, the
점도가 높은 활물질 슬러리와 같은 코팅액을 토출하게 되는 경우, 토출 압력에 의해서도 토출구(140) 주변에 힘이 가해질 수 있다. 종래에는 다이 블록(10, 20)의 변형 때문에 심(60) 이외의 다이 블록(10, 20) 내부에까지 활물질 슬러리가 침투하여 패턴 불량이 발생하는 문제가 있었다(도 1 내지 도 5 참조). 본 발명에 따르면, 테이퍼 블록(180)과 가압 볼트(190)를 구비하므로, 상판(110)과 하판(120)의 변형이 방지되어 심(160)을 가지고 규정한 폭, 이를테면 도 11의 'b'를 벗어나서 활물질 슬러리와 같은 코팅액이 슬롯 다이 코터(100) 내부로 침범할 수가 없다. 따라서, 패턴 불량없이 양호한 활물질층을 형성할 수가 있다. When a coating liquid such as a high-viscosity active material slurry is discharged, force may be applied around the
본 발명에 따르면, 슬롯 다이 코터(100) 내부로 불필요한 부위에 코팅액이 침범하지 않는다. 따라서, 활물질 슬러리가 비산하여 무지부에 코팅이 되면서 경계부 오염을 발생시키거나, 경계면에 물결 무늬와 같은 경계면 불균일을 유발할 염려가 없다. MD 방향으로 형성되는 코팅 경계면은 균일하게 형성되어야 나중에 무지부를 따라 슬리팅하여 각각의 활물질층으로 전극을 형성할 때에 슬리팅 불량을 발생시키지 않으며, 혹시라도 무지부에 남아 있는 오염에 의해 이차 전지 제조 후 전극 단선이 되는 일이 발생하지 않는다. 본 발명에 따른 슬롯 다이 코터(100)를 이용하면 슬리팅 불량이나 전극 단선이 일어나지 않는다. According to the present invention, the coating liquid does not invade unnecessary areas inside the
본 발명에 따르면, 상판(110)의 구조가 종래에 비해 변경되고, 테이퍼 블록(180)과 가압 볼트(190)를 더 포함한다. 테이퍼 블록(180)과 가압 볼트(190)는 상판(110), 심(160) 및 하판(120)을 긴밀히 압박하여, 상판(110), 심(160) 및 하판(120)은 면접하고 이들 사이에는 빈 틈이 생기기 어렵다. 이에 따라, 슬롯 다이 코터(100)의 내부 압력에 의한 토크가 발생하더라도 상판(110)과 하판(120)이 심(160)을 사이에 두고 서로 맞닿는 면을 지탱해줄 수 있다. 다시 말해, 슬롯(130) 벌어짐을 방지할 수 있다. 상판(110)과 하판(120) 사이가 벌어지면서 활물질 슬러리가 유입되는 경우, 미코팅부에 간헐적으로 활물질 슬러리가 묻어 표면 불량이 되는 문제가 발생하게 되겠지만, 본 발명에 슬롯 다이 코터(100)에서는 상판(110)과 하판(120) 사이가 벌어지지 않아 표면 불량 없이 전극을 형성할 수 있게 된다. According to the present invention, the structure of the
도 12a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터를 나타낸 사시도이고, 도 12b는 변형예의 도면이다. 도 13a와 도 13b는 각각 도 12a와 도 12b에 나타낸 슬롯 다이 코터의 폭 방향에 수직인 단면도로서, 도 12a와 도 12b의 XIII-XIII' 단면에 해당한다. 도 14는 도 12a에 나타낸 슬롯 다이 코터의 변형예로서 다른 방향에서의 사시도로서, 슬롯 다이 코터의 전방을 보여주고 있다. 도 15는 도 12a에 나타낸 슬롯 다이 코터에 포함될 수 있는 심의 일 예를 도시한 사시도이다. 도 16은 도 14의 부분 확대도이다. 도 17a는 도 14에 나타낸 슬롯 다이 코터의 다른 방향에서의 사시도로서, 슬롯 다이 코터의 후방을 보여주고 있다. 도 17b는 도 17a의 변형예이다. Figure 12a is a perspective view showing a slot die coater according to another embodiment of the present invention, and Figure 12b is a drawing of a modified example. FIGS. 13A and 13B are cross-sectional views perpendicular to the width direction of the slot die coater shown in FIGS. 12A and 12B, respectively, and correspond to cross sections taken along line XIII-XIII' of FIGS. 12A and 12B. FIG. 14 is a perspective view of a modified example of the slot die coater shown in FIG. 12A from another direction, showing the front of the slot die coater. Figure 15 is a perspective view showing an example of a shim that can be included in the slot die coater shown in Figure 12a. Figure 16 is a partial enlarged view of Figure 14. FIG. 17A is a perspective view of the slot die coater shown in FIG. 14 from another direction, showing the rear of the slot die coater. Figure 17b is a modified example of Figure 17a.
이상의 도면들을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터를 설명한다. A slot die coater according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the above drawings.
앞서 설명한 슬롯 다이 코터(100)와 비교하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터(200)는 상판(110)에 있던 테이퍼 블록(180) 고정 및 가압을 위한 볼트 홈(H2)이 없고, 그 위치에 폭 방향으로 잔공 홀(H3)을 가공한다.Compared to the
잔공 홀(H3)은 가압 볼트(190)가 삽입될 수 있도록 상판(110)의 후면에 폭 방향으로 길게 형성되어 있다. The remaining hole H3 is formed to be long in the width direction at the rear of the
가압 볼트(190)는 상판(110)의 후면에서부터 상판(110)을 관통하여 테이퍼 블록(180)에 체결된다. 즉, 가압 볼트(190)는 상판(110)의 후면 부분에서 삽입되어 테이퍼 블록(180)에까지 들어간다. 이를 위해 테이퍼 블록(180) 내에 가압 볼트(190)가 체결될 수 있는 나사선을 가공한다. 앞선 실시예에서와 다른 점은 가압 볼트(190)가 상판(110)의 후면에서 테이퍼 블록(180)에 체결된다는 것이다. 가압 볼트(190) 조작은 상판(110) 후면에서 이루어진다. 코팅액 토출이 이루어지는 전방부가 아닌, 후방부에서 가압 볼트(190) 조작이 이루어지므로 작업, 유지 보수 등의 관리가 더욱 용이하다. The
잔공 홀(H3)이 폭 방향으로 길게 형성되어 있어, 형성하는 패턴의 개수에 대응되게 가압 볼트(190)를 추가할 수 있고, 상판(110)의 전면에 형성한 홈(H1)에 테이퍼 블록(180)을 그에 대응되는 개수로 추가할 수 있다. 즉, 패턴별로 별도 구성 가능하다.Since the residual hole H3 is formed long in the width direction,
특히 도 12a와 도 13a를 참조하면, 잔공 홀(H3)은 가압 볼트(190)의 직경과 유사한 정도의 크기로 형성되어 있다. 가압 볼트(190)는 민자로 되어 있고 단부에 나사선이 형성되어 있다. 잔공 홀(H3)의 단면 모양과 가압 볼트(190)의 모양은 도시한 바에서 얼마든지 달라질 수 있다. 잔공 홀(H3)은 상판(110)의 후면에 폭 방향으로 길게 형성되어 있다. 잔공 홀(H3)의 임의 위치에 가압 볼트(190)를 위치시키는 것이 용이한 구조이다. In particular, referring to FIGS. 12A and 13A, the residual hole H3 is formed to have a size similar to the diameter of the pressurizing
변형예인 도 12b와 도 13b를 참조하면, 잔공 홀(H3)은 가압 볼트(190)의 직경보다 크게 형성되어 있다. 가압 볼트(190)가 이러한 잔공 홀(H3) 안에서 헛돌지 않도록, 잔공 홀(H3) 전면 중간, 상판(110) 후면이 걸림쇠 역할을 하도록 막혀 있다. 잔공 홀(H3)이 앞선 실시예보다는 넓게 형성되어 있어 가압 볼트(190)에 의한 체결 응력이 상판(110)에 걸리지 않는 구조이다. Referring to the modified examples of FIGS. 12B and 13B, the remaining hole H3 is formed to be larger than the diameter of the
한편, 도 14와 도 17a 및 도 17b에서는 테이퍼 블록(180)이 2개인 경우를 상세히 도시하여 예로 들고 있다. 이 경우에 사용할 수 있는 심(160)은 도 15에 도시되어 있다.Meanwhile, in Figures 14 and 17a and 17b, the case where there are two tapered
도 15를 참조하면, 심(160)은 3개의 개방부(160a)를 포함하도록 베이스부(161)에 수직으로 연결되어 토출구(140) 쪽으로 연장되는 4개의 연장부(162)를 포함할 수 있다. 테이퍼 블록(180)은 4개의 연장부(162) 중 좌우 사이드를 제외한 나머지 2개의 연장부(162)에 대응되게 구비된다. Referring to FIG. 15, the
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 심(160)의 위치에 맞게 테이퍼 블록(180)의 개수를 증가할 수 있고 위치를 변경할 수 있다. 따라서, 가압 볼트(190)와 테이퍼 블록(180)이 폭 방향을 따라 복수개가 구비될 수 있다. 또한, 심(160)의 모양이 변경되는 경우, 테이퍼 블록(180) 및 가압 볼트(190) 위치를 폭 방향으로 원하는 곳으로 변경할 수 있다. As such, according to another embodiment of the present invention, the number of taper blocks 180 can be increased and their positions can be changed to match the position of the
도 16에서와 같이, 테이퍼 블록(180)과 가압 볼트(190)는 슬롯 갭(G)에는 영향을 미치지 않아, 슬롯 갭(G)은 설정한 심(160)의 두께(H)에 대응되게 유지될 수 있다. 즉, 본 발명에서 슬롯 갭(G) 크기는 심(160)의 두께(H)로 조절하고, 테이퍼 블록(180) 및 가압 볼트(190)는 슬롯 갭(G)에 영향을 주는 일이 없이 심(160)을 압박하여 상판(110)과 하판(120) 사이 벌어짐을 방지한다. As shown in Figure 16, the
테이퍼 블록(180)은 폭 방향으로 복수개가 구비될 수 있다. 테이퍼 블록(180)이 복수개이고 서로간의 간격이 일정하도록 조정하는 경우, 보다 고른 힘의 전달이 가능하고 안정된 균형으로 상판(110)과 하판(120)의 변형을 방지할 수 있다. A plurality of tapered
테이퍼 블록(180)과 가압 볼트(190)를 통해, 다이 립(110a, 120a) 부분이 벌어지지 않는다. 그러므로, 심(160)으로 활물질 슬러리를 막아 토출되지 못하게 하는 부분에 활물질 슬러리가 스며들지 않게 된다. Through the
한편, 앞선 실시예들에서 슬롯 다이 코터(100, 200)는 코팅액인 활물질 슬러리를 중력 반대 방향으로 토출하는 수직 다이 타입인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 토출구(140)의 방향을 거의 수평으로 설치해 수평 다이 타입으로 구성하는 경우에도 본 발명이 적용될 수 있다(거의: ± 5도). 또한, 슬롯 다이 코터(100, 200)는 상판(110)과 하판(120) 사이에 1층의 슬롯(130)을 가지는 경우를 설명하였으나, 상판, 중판 및 하판을 포함하여 슬롯을 2층으로 형성한 듀얼 슬롯 다이 코터로도 본 발명이 구현될 수 있다. Meanwhile, in the previous embodiments, the slot die
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.Although the present invention has been described above with limited examples and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical idea of the present invention and the description below will be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalence of the claims.
100, 200: 슬롯 다이 코터
110: 상판
110a, 120a: 다이 립
120: 하판
120b: 랜드
130: 슬롯
140: 토출구
150: 매니폴드
160: 심
170: 고정 볼트
180: 테이퍼 블록
190: 가압 볼트100, 200: Slot die coater 110: Top plate
110a, 120a: die lip 120: lower plate
120b: land 130: slot
140: discharge port 150: manifold
160: Shim 170: Fixing bolt
180: Taper block 190: Pressure bolt
Claims (19)
상기 하판과 상판 사이에 개재되어 상기 토출구와 연통된 슬롯을 형성하는 심;을 포함하고,
상기 상판은 상기 슬롯 위쪽으로 상기 심과 평행하게 상기 상판 내부로 만입된 홈을 구비하고,
상기 홈에 끼워져 상기 심을 압박하는 테이퍼 블록 및 가압 볼트를 더 포함하는 슬롯 다이 코터. An upper and lower plate assembled together to form a discharge port; and
It includes a shim interposed between the lower plate and the upper plate to form a slot communicating with the discharge port,
The top plate has a groove recessed into the top plate above the slot and parallel to the shim,
A slot die coater further comprising a tapered block and a pressure bolt inserted into the groove to press the shim.
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