KR20240035973A - 에어 벤트를 포함하는 듀얼 슬롯 다이 코터 - Google Patents

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Abstract

코팅액에 포함된 기포를 제거한 후에 토출구를 통해 토출할 수 있도록 하는 듀얼 슬롯 다이 코터를 제공한다. 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터는 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하고 연속적으로 주행하는 기재 표면에 상기 하부 슬롯 및 상부 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 코팅액을 압출해 도포하는 듀얼 슬롯 다이 코터로서, 하부 다이 블록, 상기 하부 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 하부 다이 블록과의 사이에 상기 하부 슬롯을 형성하는 중간 다이 블록 및 상기 중간 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 중간 다이 블록과의 사이에 상기 상부 슬롯을 형성하는 상부 다이 블록; 상기 하부 다이 블록 또는 중간 다이 블록에 구비되는 만입 형상의 챔버로서 제1 코팅액을 수용하고 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 매니폴드; 상기 중간 다이 블록 또는 상부 다이 블록에 구비되는 만입 형상의 챔버로서 제2 코팅액을 수용하고 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 매니폴드; 상기 하부 매니폴드 영역에 설치된 하부 에어 벤트; 및 상기 상부 매니폴드 영역에 설치된 상부 에어 벤트를 포함한다.

Description

에어 벤트를 포함하는 듀얼 슬롯 다이 코터{DUAL SLOT DIE COATER HAVING AIR VENT}
본 발명은 기재 상에 코팅액을 토출하여 코팅층을 형성하는 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 2층의 코팅층을 동시에 형성할 수 있도록 슬롯이 2개인 듀얼 슬롯 다이 코터에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이러한 이차전지는 발전 요소인 전극조립체를 필수적으로 포함하고 있다. 전극조립체는, 양극, 분리막 및 음극이 적어도 1회 이상 적층된 형태를 가지며, 양극과 음극은 각각 알루미늄 호일과 구리 호일로 이루어진 집전체에 양극 활물질 슬러리 및 음극 활물질 슬러리가 도포 및 건조되어 제조된다. 이차전지의 충방전 특성을 균일하게 하기 위해서는, 이러한 양극 활물질 슬러리 및 음극 활물질 슬러리가 집전체에 고르게 코팅되어야 하며, 종래부터 슬롯 다이 코터를 이용하고 있다.
슬롯 다이 코터를 이용한 전극 제조 방법에서는, 코팅 롤에 의해 이송되는 집전체 위에 슬롯 다이 코터로부터 토출된 전극 활물질 슬러리를 도포하게 된다. 종래 슬롯 다이 코터는 2개의 다이 블록을 포함하고 2개의 다이 블록 사이에 슬롯을 형성한 것으로, 1개의 슬롯을 통해 1종의 전극 활물질 슬러리를 토출하여 1층의 전극 활물질층을 형성할 수가 있다.
고에너지 밀도의 이차전지를 제조하기 위하여, 130㎛ 정도이던 전극 활물질층의 두께는 점점 증가하여 300㎛에 달하고 있다. 두꺼운 전극 활물질층을 종래 슬롯 다이 코터를 가지고 형성하고 나면 건조시 활물질 슬러리 안의 바인더와 도전재 마이그레이션(migration)이 심화되어 최종 전극이 불균일하게 제조된다. 이러한 문제를 해결한다고 전극 활물질층을 얇게 도포 후 건조하고 그 위에 다시 도포 후 건조하는 것과 같이 두 번에 걸쳐 코팅한다면 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 전극 성능과 생산성을 동시에 향상시키기 위하여 본 출원의 발명자들은, 2종의 전극 활물질 슬러리를 상층과 하층으로 동시에 도포할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터를 제안한 바 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 코팅 롤(10)을 회전시켜 집전체(15)를 주행시키면서 듀얼 슬롯 다이 코터(20)로부터 2종의 전극 활물질 슬러리를 토출시켜 집전체(15) 상에 2층의 전극 활물질층을 동시에 형성할 수가 있다. 듀얼 슬롯 다이 코터(20)에서 토출된 전극 활물질 슬러리는 집전체(15)의 일 면에 넓게 도포되어 전극 활물질층을 형성한다.
듀얼 슬롯 다이 코터(20)는 3개의 판 부재, 즉 3개의 다이 블록들(21, 22, 23)을 조립하여 구성한다. 서로 이웃하는 다이 블록들 사이에 슬롯을 형성하기 때문에 슬롯이 2개 형성되고, 각 슬롯에 연통되어 있는 토출구(24, 25)를 통해 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 토출함으로써 먼저 도포된 전극 활물질 슬러리에 의해 형성된 전극 활물질층 상에 추가적인 전극 활물질 슬러리를 연속적으로 도포해 2층의 전극 활물질층을 동시에 형성할 수 있는 것이다. 참조번호 26, 27은 전극 활물질 슬러리가 담기는 매니폴드(manifold)이다.
듀얼 슬롯 다이 코터(20)를 이용하여 전폭 간헐 코팅을 진행할 경우, 집전체(15)에 전극 활물질 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 형성된다. 이 때, 전극 활물질 슬러리에 기포가 존재할 경우, 무지부가 형성되는 구간에서 상기 기포가 토출구(24, 25)에서 방출되며 터지게 된다. 이 때 상기 기포를 둘러싼 전극 활물질 슬러리가 무지부에 반점 무늬와 같이 부분적으로 도포되는 오염 현상이 발생한다. 상기 전극 활물질 코팅 공정에서, 토출구(24, 25)와 집전체(15) 사이의 간격인 코팅갭은 일반적으로 100 ㎛ 내지 200 ㎛의 좁은 틈으로 형성되기 때문에, 미세한 기포에 의해서도 상기와 같은 오염 현상이 발생한다.
기포로 인한 문제는 전폭 간헐 코팅에서만 발생되는 것이 아니다. 최초에 비어있는 매니폴드(26, 27)에 전극 활물질 슬러리를 공급해 채울 때에 비어있던 매니폴드(26, 27)에 잔류하는 공기를 전극 활물질 슬러리가 밀어내면서 매니폴드(26, 27)를 채워야 하는데, 공기가 토출구(24, 25) 쪽으로 충분히 빠져나가지 못해 매니폴드(26, 27)에 있는 상태에서 전극 활물질 슬러리가 그러한 공기를 둘러싸게 되면 전극 활물질 슬러리 안의 기포가 되고 만다. 이러한 기포는 코팅 공정의 재현성을 나쁘게 만들고 전극 활물질 슬러리 뭉침에도 영향을 줄 수 있기 때문에 기포가 형성되지 않도록 전극 활물질 슬러리를 공급하거나 이미 형성된 기포가 빠져 나갈 구조를 제공하는 것이 필요해진다.
이와 같이, 전극 활물질 슬러리 내의 기포로 인한 문제점을 해결할 수 있도록 개선된 구조를 갖는 듀얼 슬롯 다이 코터의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 코팅액에 포함된 기포를 제거한 후에 토출구를 통해 토출할 수 있도록 하는 듀얼 슬롯 다이 코터를 제공하고자 하는 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.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터는 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하고 연속적으로 주행하는 기재 표면에 상기 하부 슬롯 및 상부 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 코팅액을 압출해 도포하는 듀얼 슬롯 다이 코터로서, 하부 다이 블록, 상기 하부 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 하부 다이 블록과의 사이에 상기 하부 슬롯을 형성하는 중간 다이 블록 및 상기 중간 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 중간 다이 블록과의 사이에 상기 상부 슬롯을 형성하는 상부 다이 블록; 상기 하부 다이 블록에 구비되는 만입 형상의 챔버로서 제1 코팅액을 수용하고 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 매니폴드; 상기 중간 다이 블록에 구비되는 만입 형상의 챔버로서 제2 코팅액을 수용하고 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 매니폴드; 상기 하부 매니폴드 영역에 설치된 하부 에어 벤트; 및 상기 상부 매니폴드 영역에 설치된 상부 에어 벤트를 포함하고, 상기 하부 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하고, 상기 하부 다이립과 상기 중간 다이립 사이에는 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 토출구가 형성되고, 상기 중간 다이립과 상기 상부 다이립 사이에는 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 토출구가 형성되며, 상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 토출구와 상기 상부 매니폴드를 관통하지 않도록 설치되는 것이다.
상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 다이 블록 및 중간 다이 블록을 관통하여 구비되고, 상기 상부 에어 벤트는 상기 상부 다이 블록을 관통하여 구비될 수 있다.
상기 하부 에어 벤트 또는 상기 상부 에어 벤트는 밸브를 구비할 수 있다.
상기 하부 에어 벤트 또는 상기 상부 에어 벤트는 절곡된 구조를 가진 것일 수 있다.
상기 하부 에어 벤트는 상기 하부 매니폴드의 단부 중에서 상기 하부 토출구 쪽에 놓인 앞단과 상기 하부 토출구가 연결되는 부위인 하부 랜드부에 설치되지 않으면서 상기 하부 매니폴드의 앞단에 인접하여 설치되고, 상기 상부 에어 벤트는 상기 상부 매니폴드의 단부 중에서 상기 상부 토출구 쪽에 놓인 앞단과 상기 상부 토출구가 연결되는 부위인 상부 랜드부에 설치되지 않으면서 상기 상부 매니폴드의 앞단에 인접하여 형성될 수 있다.
다른 예로, 상기 하부 에어 벤트는 상기 하부 매니폴드의 단부 중에서 상기 하부 토출구 쪽에 놓인 앞단과 상기 하부 토출구가 연결되는 부위인 하부 랜드부에 설치되지 않으면서 상기 하부 매니폴드의 앞단에 인접하여 설치되고, 상기 상부 에어 벤트는 상기 상부 매니폴드의 단부 중에서 상기 상부 토출구 반대쪽에 놓인 뒷단에 인접하여 설치될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 중간 다이 블록은 상기 기재가 주행하는 방향을 따르는 단면에서 직각 삼각형 형상을 가지며, 상기 하부 매니폴드는 상기 하부 다이 블록에 구비되고 상기 상부 매니폴드는 상기 중간 다이 블록에 구비된다.
상기 하부 매니폴드는 제1 코팅액 공급 챔버와 연통된 제1 코팅액 공급 포트를 포함하고, 상기 상부 매니폴드는 제2 코팅액 공급 챔버와 연통된 제2 코팅액 공급 포트를 포함하며, 상기 제1 코팅액 공급 포트는 상기 하부 다이 블록의 바닥에 구비되고, 상기 제2 코팅액 공급 포트는 상기 중간 다이 블록의 후면에 구비될 수 있다.
상기 듀얼 슬롯 다이 코터는 상기 하부 다이 블록과 상기 중간 다이 블록 사이에 개재되어 상기 하부 슬롯의 폭을 조절하는 하부 스페이서와, 상기 중간 다이 블록과 상기 상부 다이 블록 사이에 개재되어 상기 상부 슬롯의 폭을 조절하는 상부 스페이서를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 하부 스페이서와 상부 스페이서는 상기 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 상기 하부 스페이서와 상부 스페이서의 끝단으로부터 적어도 일 영역이 절개되어 개방부를 구비하고, 상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 스페이서를 관통하여 설치될 수 있다.
상기 상부 스페이서의 개방부의 길이가 상기 하부 스페이서의 개방부의 길이보다 작고, 상기 상부 스페이서에는 상기 하부 에어 벤트가 관통하는 관통구를 포함하며, 상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 스페이서의 개방부를 벗어난 위치를 관통하여 상기 관통구를 관통할 수 있다.
상기 하부 에어 벤트는 상기 중간 다이 블록을 관통하여 후방 방향으로 형성될 수 있다.
상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 토출구와 상기 하부 토출구가 형성되어 있지 않은 측면 방향으로 형성될 수도 있다.
상기 하부 토출구는 지면에 대해 30도 내지 60도의 각도로 경사진 구조일 수 있다.
상기 하부 에어 벤트와 상기 하부 토출구가 이루는 각이 80도 내지 150도일 수 있다.
상기 중간 다이 블록은 상하로 서로 대면 접촉하고 접촉면을 따라 슬라이딩 되어 상대 이동 가능하게 마련되는 제1 중간 다이 블록과, 제2 중간 다이 블록을 포함하고, 상기 제1 중간 다이 블록은 상기 하부 다이 블록에 고정 결합되고, 상기 제2 중간 다이 블록은 상기 상부 다이 블록에 고정 결합되는 것일 수도 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 에어 벤트를 포함하는 슬롯 다이 코터에 의해, 코팅액이 토출구를 통해 토출되기 전에 코팅액에 포함된 기포를 제거할 수 있다. 그러므로, 전극 활물질 슬러리를 도포하는 전극 활물질의 간헐 코팅 공정에 이용할 경우, 무지부 구간이 전극 활물질 슬러리로 오염되는 것을 방지할 수 있다. 기포를 제거한 전극 활물질 슬러리를 코팅할 수 있게 되므로 코팅 공정의 재현성이 우수하고, 전극 활물질 슬러리 뭉침과 같은 부작용 발생 빈도가 줄어든다.
에어 벤트는 유로 중에 구성되기 때문에 위치 선정이 중요하다. 본 발명에서는 랜드부가 아닌 매니폴드 영역 내에 에어 벤트를 위치시킴으로써 에어 벤트 구성으로 인한 유로 간섭을 최소화한다. 따라서, 에어 벤트 기능에 의한 기포 제거 이외에도 폭방향 로딩 편차 최소화 효과를 동반할 수 있다.
본 발명에 따르면 코팅액에 포함된 기포를 효과적으로 제거하는 동시에, 균일하게 코팅층, 특히 전극 활물질층을 형성할 수 있으며, 2종의 전극 활물질 슬러리 동시 코팅이 가능하기 때문에 성능 및 생산성 모두 우수한 효과가 있다. 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용하면 집전체 상에 전극 활물질 슬러리를 도포하여 이차전지의 전극 등을 제조할 때, 고속 또는 장폭 도포 조건 하에서도 균일한 도포가 가능한 이점이 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 코팅 공정 조건에 맞추어 상부 다이 블록과 하부 다이 블록을 상대 이동시켜 상부 토출구와 하부 토출구의 위치를 용이하게 조정함으로써 듀얼 슬롯 코팅의 공정성을 향상시키는 효과도 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 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터를 나타낸 모식도이다.
도 3은 도 2의 선 B-B'에 따른 수직 단면을 C 방향에서 바라볼 때의 수직 단면도이다.
도 4는 도 3의 상부 스페이서를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 2의 선 A-A'에 따른 수직 단면을 C 방향에서 바라볼 때의 수직 단면도이다.
도 6은 도 5의 하부 스페이서를 나타낸 평면도이다.
도 7은 중간 다이 블록 상에 상부 스페이서가 위치하는 것을 나타낸 평면도이다.
도 8은 하부 다이 블록 상에 하부 스페이서가 위치하는 것을 나타낸 평면도이다.
도 9는 도 2의 슬롯 다이 코터의 평면도이다.
도 10은 도 3의 변형예를 나타낸 수직 단면도이다.
도 11은 도 5의 변형예를 나타낸 수직 단면도이다.
도 12는 도 2의 변형예로서 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터를 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터는 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하고 기재 상에 코팅액을 이중층으로 코팅하는 장치이다. 이하의 설명하는 '기재'는 집전체이고 '코팅액'은 전극 활물질 슬러리이다. 제1 코팅액과 제2 코팅액은 모두 전극 활물질 슬러리로서, 조성(활물질, 도전재, 바인더의 종류)이나 함량(활물질, 도전재, 바인더의 양)이나 물성이 서로 동일하거나 다른 전극 활물질 슬러리를 의미할 수 있다. 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터는 2종의 전극 활물질 슬러리를 동시에 도포하거나 2종의 전극 활물질 슬러리를 교번적으로 도포하면서 패턴 코팅하는 전극 제조에 최적화되어 있다. 다만, 본 발명의 권리범위가 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 예컨대 상기 기재는 분리막을 구성하는 다공성 지지체이고 제1 코팅액과 제2 코팅액은 조성이나 물성이 서로 다른 유기물일 수 있다. 즉, 박막 코팅이 요구되는 경우라면 상기 기재와 제1 코팅액과 제2 코팅액은 어떠한 것이어도 좋다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터를 나타낸 모식도이다. 도 3은 도 2의 선 B-B'에 따른 수직 단면을 C 방향에서 바라볼 때의 수직 단면도이다. 도 4는 도 3의 상부 스페이서를 나타낸 평면도이다. 도 5는 도 2의 선 A-A'에 따른 수직 단면을 C 방향에서 바라볼 때의 수직 단면도이다. 도 6은 도 5의 하부 스페이서를 나타낸 평면도이다. 도 7은 중간 다이 블록 상에 상부 스페이서가 위치하는 것을 나타낸 평면도이다. 도 8은 하부 다이 블록 상에 하부 스페이서가 위치하는 것을 나타낸 평면도이다. 도 9는 도 2의 슬롯 다이 코터의 평면도이다.
본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 연속적으로 주행하는 기재(104) 표면에 하부 슬롯(106) 및 상부 슬롯(105) 중 적어도 어느 하나를 통해 코팅액을 압출해 도포하는 것이다. 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 하부 슬롯(106)과 상부 슬롯(105)을 구비하고 하부 슬롯(106)과 상부 슬롯(105)을 통하여 서로 같거나 다른 2종의 코팅액을 기재(104) 상에 동시에 혹은 번갈아 코팅할 수 있는 장치이다.
먼저 도 2 및 도 3을 참조하면, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 하부 다이 블록(101C), 상기 하부 다이 블록(101C)의 상부에 배치되는 중간 다이 블록(101B), 상기 중간 다이 블록(101B)의 상부에 배치되는 상부 다이 블록(101A)을 포함한다. 다이 블록들(10A, 101B, 101C)은 체결 부재인 볼트(미도시)를 통해 서로 조립되어 슬롯 다이(101)를 구성할 수 있다. 특히 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 에어 벤트(AIR VENT; 103)를 포함하는 것이 특징이다.
도 3에서, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 코팅액인 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향(X 방향)을 거의 수평으로 해 설치되어 있다(거의 : ± 5도).
중간 다이 블록(101B)은 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 구성하는 블록들 중 중간에 위치하는 블록으로서, 하부 다이 블록(101C)과 상부 다이 블록(101A) 사이에 배치되어 이중 슬롯을 형성하기 위한 블록이다. 본 실시예의 중간 다이 블록(101B)은 기재(104)가 주행하는 방향을 따르는 단면이 직각 삼각형이지만, 이러한 형태로 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니며 예컨대, 단면이 이등변 삼각형으로 마련될 수도 있다.
중간 다이 블록(101B)이 상부 다이 블록(101A)과 대면하고 있는 면은 거의 수평으로 놓이고 상부 다이 블록(101A)에서 그 면과 마주보는 면의 반대면(즉, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 외주면 상면을 형성하는 상면)도 거의 수평으로 놓인다. 그리고 하부 다이 블록(101C)이 중간 다이 블록(101B)과 대면하고 있는 면의 반대면도 거의 수평으로 놓이며, 이 면은 바닥면(X-Z 평면)이 된다. 상기 하부 다이 블록(101C), 중간 다이 블록(101B) 및 상부 다이 블록(101A)에서 상기 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향에 반대되는 면, 즉 후면은 거의 수직(Y 방향)으로 놓여 있다.
가장 외측 다이 블록인 하부 다이 블록(101C)과 상부 다이 블록(101A)에서 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 외주면을 형성하는 면 중 하부 다이 블록(101C)의 바닥면과 상부 다이 블록(101A)의 상면은 후면에 대해서 거의 수직이 되도록 제작된 것을 사용할 수 있다. 상부 다이 블록(101A)은 상면이 두 개의 영역으로 나누어질 수 있다. 상부 다이 블록(101A)의 상면은 상부 토출구(105a)에서 상대적으로 멀리 위치한 평탄부(130)와 평탄부(130)로부터 연장되는 경사부(131)를 포함할 수 있다. 평탄부(130)는 바닥면(X-Z 평면)과 나란한 방향으로 연장되며, 경사부(131)는 평탄부(130)와 대략 30도 내지 60도의 각도를 이루며 하부로 비스듬하게 경사진 형태를 가질 수 있다. 중간 다이 블록(101B)에서 상부 다이 블록(101A)과 대면하고 있는 면도 후면에 대해서 거의 수직이 되도록 제작된 것을 사용할 수 있다.
이러한 다이 블록들(101A, 101B, 101C)에서는 면과 면이 이루는 모서리가 직각으로 구성되기 때문에 단면상 직각부가 존재하고 수직 또는 수평면을 기준이 되는 면으로 할 수 있기 때문에 그 제작이나 취급이 쉽고 정밀도가 보장된다. 또한, 하부 다이 블록(101C), 중간 다이 블록(101B) 및 상부 다이 블록(101A)이 조합된 상태는 전체적으로 대략 직육면체 형태를 가지며, 코팅액이 토출되는 전방부만 기재(104)를 향하여 비스듬한 형태를 가지게 된다. 이것은 조립한 후의 형상이 단일 슬롯을 구비하는 슬롯 다이 코터와 대략 유사하게 되어 슬롯 다이 코터 받침대 등을 공용할 수 있는 등의 이점이 있다.
하부 다이 블록(101C), 중간 다이 블록(101B) 및 상부 다이 블록(101A)이 반드시 위에서 예로 든 형태로 한정되어야 하는 것은 아니며, 예컨대, 전극 활물질 슬러리를 토출하는 방향을 위로 하고 후면을 바닥면으로 하는 수직 다이로 구성할 수도 있다.
다이 블록들(101A, 101B, 101C)은 금속 재질, 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.
하부 다이 블록(101C)은 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 구성하는 블록들 중 가장 하부에 위치하는 블록으로서, 중간 다이 블록(101B)과 마주보는 면이 바닥면인 수평면(X-Z 평면)에 대하여 대략 20도 내지 60도의 각도를 이루도록 경사진 형태를 갖는다.
도 3을 참조하면, 하부 슬롯(106)은 하부 다이 블록(101C)과 중간 다이 블록(101B)이 서로 대면하는 곳 사이에 형성될 수 있다. 이를테면, 하부 다이 블록(101C)과 중간 다이 블록(101B) 사이에 하부 스페이서(113)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련됨으로써 제1 코팅액이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 하부 슬롯(106)이 형성될 수 있다. 이 경우, 하부 스페이서(113)의 두께는 상기 하부 슬롯(106)의 상하 폭(Y축 방향, 슬롯 갭)을 결정한다.
상기 하부 스페이서(113)는 기재(104) 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 끝단으로부터 적어도 일 영역이 절개되어 제1 개방부(113a)를 구비하며(도 6 참조), 하부 다이 블록(101C)과 중간 다이 블록(101B) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에 개재될 수 있다. 예를 들어 하부 스페이서(113)는 대략 "ㄷ"의 평면 형상을 가질 수 있다. 이에 제1 코팅액이 외부로 토출될 수 있는 하부 토출구(106a)는 하부 다이 블록(101C)의 선단부와 중간 다이 블록(101B)의 선단부 사이에만 형성된다. 상기 하부 다이 블록(101C)의 선단부와 상기 중간 다이 블록(101B)의 선단부를 각각 하부 다이립, 중간 다이립이라 정의하고 다시 말하면, 상기 하부 토출구(106a)는 하부 다이립과 중간 다이립 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다.
참고로, 하부 스페이서(113)는 하부 토출구(106a)가 형성되는 영역을 제외하고는, 하부 다이 블록(101C)과 중간 다이 블록(101B) 사이의 틈새로 제1 코팅액이 누출되지 않도록 하는 가스켓(gasket)으로서의 기능을 겸함으로 밀봉성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 하부 다이 블록(101C)은 중간 다이 블록(101B)과 마주보는 면에 소정의 깊이를 가지며 하부 슬롯(106)과 연통하는 하부 매니폴드(111)를 구비한다. 본 실시예에서 하부 매니폴드(111)는 하부 다이 블록(101C)에 구비되는 만입 형상의 챔버이고, 제1 코팅액을 수용하게 된다. 다른 실시예에서는 하부 매니폴드(111)가 중간 다이 블록(101B)에 구비될 수도 있다.
도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 하부 매니폴드(111)는 외부에 설치된 제1 코팅액 공급 챔버(미도시)와 공급관으로 연결되어 제1 코팅액을 연속적으로 공급받을 수 있다. 상기 하부 매니폴드(111) 내에 제1 코팅액이 가득 차게 되면, 상기 제1 코팅액이 하부 슬롯(106)을 따라 흐름이 유도되고 하부 토출구(106a)를 통해 외부로 토출되게 된다. 하부 매니폴드(111)는 제1 코팅액 공급 챔버(미도시)와 연통된 제1 코팅액 공급 포트(112)를 포함하고, 상기 제1 코팅액 공급 포트(112)는 하부 다이 블록(101C)의 바닥에 구비될 수 있다.
상부 다이 블록(101A)은 수평면과 평행한 중간 다이 블록(101B)의 상면에 대면하게 배치된다. 상부 슬롯(105)은 이같이 중간 다이 블록(101B)과 상부 다이 블록(101A)이 대면하는 곳 사이에 형성된다. 도 3에 도시한 예에서 하부 다이 블록(101C)과 중간 다이 블록(101B)간 접면이 수평면에 대하여 경사져 있다.
전술한 하부 슬롯(106)과 마찬가지로, 중간 다이 블록(101B)과 상부 다이 블록(101A) 사이에 상부 스페이서(123)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련될 수 있다. 이로써 제2 코팅액이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 상부 슬롯(105)이 형성된다. 이 경우, 상기 상부 슬롯(105)의 상하 폭(Y축 방향, 슬롯 갭)은 상부 스페이서(123)에 의해 결정된다.
또한, 상부 스페이서(123)도 전술한 하부 스페이서(113)와 유사한 구조로서, 상부 스페이서(123)는 기재(104) 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 끝단으로부터 적어도 일 영역이 절개되어 제2 개방부(123a)를 구비하며(도 4 참조), 중간 다이 블록(101B)과 상부 다이 블록(101A) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에만 개재된다. 예를 들어 상부 스페이서(123)는 대략 "ㄷ"의 평면 형상을 가질 수 있다. 하부 스페이서(113)와 마찬가지로 상부 슬롯(105)의 전방을 제외한 둘레 방향은 막히게 되고 중간 다이 블록(101B)의 선단부와 상부 다이 블록(101A)의 선단부 사이에만 상부 토출구(105a)가 형성된다. 상기 상부 다이 블록(101A)의 선단부를 상부 다이립이라 정의하고 다시 말하면, 상기 상부 토출구(105a)는 중간 다이립과 상부 다이립 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다.
도 4를 더 참조하면, 상부 스페이서(123)에는 하부 에어 벤트(103B)가 관통하는 관통구(123b)가 형성되어 있다. 하부 에어 벤트(103B)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
중간 다이 블록(101B)은 도 3에 도시한 바와 같이, 상부 다이 블록(101A)과 마주보는 면에 소정의 깊이를 가지며 상부 슬롯(105)과 연통하는 상부 매니폴드(121)를 구비한다. 본 실시예에서 상부 매니폴드(121)는 중간 다이 블록(101B)에 구비되는 만입 형상의 챔버이고, 제2 코팅액을 수용하게 된다. 다른 실시예에서는 상부 매니폴드(121)가 상부 다이 블록(101A)에 구비될 수도 있다.
도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 상부 매니폴드(121)는 외부에 설치된 제2 코팅액 공급 챔버와 공급관으로 연결되어 제2 코팅액을 연속적으로 공급받을 수 있다. 파이프 형태의 공급관을 따라 외부에서 제2 코팅액이 공급되어 상부 매니폴드(121) 내에 가득 차게 되면, 상기 제2 코팅액이 상부 매니폴드(121)와 연통되어 있는 상부 슬롯(105)을 따라 흐름이 유도되고 상부 토출구(105a)를 통해 외부로 토출되게 된다. 상부 매니폴드(121)는 제2 코팅액 공급 챔버(미도시)와 연통된 제2 코팅액 공급 포트(122)를 포함하고, 상기 제2 코팅액 공급 포트(122)는 중간 다이 블록(101B)의 후면에 구비될 수 있다.
상부 슬롯(105)과 하부 슬롯(106)은 일정한 각도를 이루는데, 상기 각도는 대략 30도 내지 70도의 각도일 수 있다. 이러한 상부 슬롯(105)과 하부 슬롯(106)은 서로 한 곳에 교차하게 되고 상기 교차 지점 부근에 상기 상부 토출구(105a)와 하부 토출구(106a)가 마련될 수 있다. 이에 제1 코팅액과 제2 코팅액의 토출 지점이 대략 한 곳에 집중될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 듀얼 슬롯 다이 코터(100)에 의하면, 회전 가능하게 마련되는 코팅 롤(102)을 슬롯 다이(101)의 전방에 배치하고, 상기 코팅 롤(102)을 회전시킴으로써 코팅될 기재(104)를 주행시키면서, 제1 코팅액과 제2 코팅액을 연속적으로 상기 기재(104)의 표면에 접촉시켜 상기 기재(104)를 이중층으로 코팅시킬 수 있다. 또는 제1 코팅액의 공급 및 중단, 그리고 제2 코팅액의 공급 및 중단을 번갈아 수행하여 기재(104) 상에 간헐적으로 패턴 코팅을 형성할 수도 있다.
특히 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 에어 벤트(103)를 더 포함하는 것이 특징이다. 도 2, 도 3 및 도 5를 참조하면, 에어 벤트(103)는 상부 에어 벤트(103A)와 하부 에어 벤트(103B)를 포함한다. 상부 에어 벤트(103A)는 상부 다이 블록(101A)을 관통하여 상부 매니폴드(121)와 연통되며, 특히 상부 매니폴드(121) 영역에 설치된다. 이에, 상부 매니폴드(121)에 있는 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포는 상부 에어 벤트(103A)를 통해서 제거될 수 있다. 전극 활물질 슬러리는 이와 같이 기포가 제거된 후에 상부 토출구(105a)를 통하여 기재(104) 상에 토출된다. 단순히 상부 다이 블록(101A)에 구멍을 내어 이러한 상부 에어 벤트(103A)를 설치할 수 있다. 아니면 그 구멍에 중공이 형성된 배관을 끼워 넣어 상부 에어 벤트(103A)를 설치할 수 있다. 도면에는 배관을 이용한 상부 에어 벤트(103A)를 도시하였다.
상부 에어 벤트(103A)는 상부 매니폴드(121) 내의 공기, 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포 안의 공기가 외부로 빠져 나갈 수 있는 통로를 제공한다. 상부 토출구(105a)는 지면과 나란한 방향으로 형성되어 있기 때문에, 상부 에어 벤트(103A)는 상부 매니폴드(121)의 어느 위치에서 연통이 되더라도 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포가 상부 에어 벤트(103A)를 통해서 외부로 용이하게 방출될 수 있다. 다만, 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포가 효율적으로 제거되기 위해, 상부 에어 벤트(103A)는 전극 활물질 슬러리가 토출되는 방향에 수직이고 중력이 작용하는 반대 방향으로 설치되는 것이 바람직하다.
특히, 상부 에어 벤트(103A)는 제2 코팅액이 흐르는 유로 중에 구성되는 것이기에 위치 선정이 중요하다. 본 발명에서는 상부 에어 벤트(103A)가 유로 간섭을 최소화할 수 있도록 상부 매니폴드(121) 영역에 설치하도록 한다. 즉, 상부 매니폴드(121) 영역을 벗어나 다른 부위에 설치됨으로써 제2 코팅액의 흐름에 방해를 주지 않도록 하는 것이다. 상부 매니폴드(121) 영역에 설치한다 함은 상부 매니폴드(121)의 단부 중에서 상부 토출구(105a) 쪽에 놓인 앞단(121a)과 상부 토출구(105a)가 연결되는 부위인 상부 랜드부(SA)에 설치되지 않는다는 것을 의미하는 것이기도 하다. 본 실시예에서 상부 에어 벤트(103A)는 상부 매니폴드(121)의 단부 중에서 상부 토출구(105a) 반대쪽에 놓인 뒷단(121b)에 인접하여 설치된다.
도 7은 중간 다이 블록 상에 상부 스페이서가 위치하는 것을 나타낸 평면도이다. 설명의 편의를 위해 상부 에어 벤트(103A)의 위치를 표시하였다.
도 3 및 도 7을 참조하면, 상부 에어 벤트(103A)는, 중간 다이 블록(101B)을 위에서 보았을 때, 상부 스페이서(123)의 제2 개방부(123a) 내에 상부 매니폴드(121)에 형성된 영역에서 후방 측면 부위에 각각 형성될 수 있다. 여기서, "후방"은 제2 코팅액인 제2 전극 활물질 슬러리가 토출되는 반대 방향을 의미한다. 그리고, "측면"은 제2 활물질 슬러리가 토출되는 방향에 수직이며 중간 다이 블록(101B)의 길이 방향의 양측 부위를 의미한다. 이러한 구조를 통해서, 상부 에어 벤트(103A)의 위치가 작업자의 동선을 방해하지 않고 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 유지 및 보수를 용이하게 하는 장점이 있다.
도 5를 참조하면, 하부 에어 벤트(103B)는 상부 다이 블록(101A)과 중간 다이 블록(101B)을 관통하여 하부 매니폴드(111)와 연통되어 있다. 따라서, 하부 매니폴드(111)에 있는 제1 코팅액인 제1 전극 활물질 슬러리가 하부 토출구(106a)로 토출되기 전에, 제1 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포는 하부 에어 벤트(103B)를 통해서 제거될 수 있다.
단순히 상부 다이 블록(101A)과 중간 다이 블록(101B)에 구멍을 내어 이러한 하부 에어 벤트(103B)를 설치할 수 있다. 아니면 그 구멍에 중공이 형성된 배관을 끼워 넣어 하부 에어 벤트(103B)를 설치할 수 있다. 도면에는 배관을 이용한 하부 에어 벤트(103B)를 도시하였다.
하부 에어 벤트(103B)는 하부 매니폴드(111) 내의 공기, 제1 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포 안의 공기가 외부로 빠져 나갈 수 있는 통로를 제공한다. 하부 에어 벤트(103B)는 제1 코팅액이 흐르는 유로 중에 구성되는 것이기에 위치 선정이 중요하다. 본 발명에서는 하부 에어 벤트(103B)가 유로 간섭을 최소화할 수 있도록 하부 매니폴드(111) 영역에 설치하도록 한다. 즉, 하부 매니폴드(111) 영역을 벗어나 다른 부위에 설치됨으로써 제1 코팅액의 흐름에 방해를 주지 않도록 하는 것이다. 하부 매니폴드(111) 영역에 설치한다 함은 하부 매니폴드(111)의 단부 중에서 하부 토출구(106a) 쪽에 놓인 앞단(111a)과 하부 토출구(106a)가 연결되는 부위인 하부 랜드부(SB)에 설치되지 않는다는 것을 의미하는 것이기도 하다.
하부 토출구(106a)는 지면에 대해 30도 내지 60도의 각도로 경사진 구조이고, 하부 슬러리 공급 포트(112)에서 제1 전극 활물질 슬러리가 중력의 반대 반향으로 하부 매니폴드(111)로 공급되는 구조이기 때문에, 하부 매니폴드(111)에서 하부 토출구(106a)로 연결되는 S 부위에서 가장 많은 기포가 발생하게 된다. 따라서, 하부 에어 벤트(103B)는 S 부위에 인접하여 설치하는 것이 바람직하다.
S 부위는 하부 매니폴드(111)의 앞단(111a)과 하부 랜드부(SB) 사이의 영역이다. 따라서, 하부 에어 벤트(103B)는 S 부위에 인접하여 설치하되, 하부 랜드부(SB)에 설치되지 않도록 해야 한다. 따라서, 바람직하게 하부 에어 벤트(103B)는 하부 매니폴드(111)의 단부 중에서 하부 매니폴드(111)의 앞단(111a)에 인접하여 설치된다. 또한, 하부 토출구(106a)의 경사 구조를 고려하여, 하부 에어 벤트(103B)와 하부 토출구(106a)가 이루는 각이 80도 내지 150도를 유지하는 것이 바람직하다.
도 8은 하부 다이 블록 상에 하부 스페이서가 위치하는 것을 나타낸 평면도이다. 설명의 편의를 위해 하부 에어 벤트(103B)의 위치를 표시하였다. 도 9는 도 2의 슬롯 다이의 평면도이다.
도 5, 도 8 및 도 9를 참조하면, 하부 에어 벤트(103B)는 상부 토출구(105a)와 상부 매니폴드(121)를 관통하지 않도록 설치되는 것이 바람직하다. 만일, 하부 에어 벤트(103B)가 상부 토출구(105a)와 상부 매니폴드(121)가 형성된 부위를 관통할 경우, 이는 제2 전극 활물질 슬러리의 유동을 방해하고 상기 관통 부위에 기포가 형성될 수 있다. 따라서, 하부 에어 벤트(103B)는 상부 스페이서(123)의 제2 개방부(123a)를 벗어난 위치를 관통하여 형성되는 것이 바람직하다. 일 예로, 상부 스페이서(123)의 제2 개방부(123a)의 길이(W1)가 하부 스페이서(113)의 제1 개방부(113a)의 길이(W2)보다 작게 형성하여, 하부 에어 벤트(103B)가 상부 스페이서(123)의 관통구(123b)를 관통하도록 형성될 수 있다.
하부 에어 벤트(103B)는 제1 전극 활물질 슬러리가 토출되는 방향에 수직인 상부 다이 블록(101A)의 길이 방향으로 상부 다이 블록(101A)의 측면에 가까운 부위에 각각 형성될 수 있다. 이러한 하부 에어 벤트(103B)의 위치는 작업자의 동선을 방해하지 않고 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 유지 및 보수를 용이하게 하는 장점이 있다.
도 5에 나타난 실시예 이외에도, 하부 에어 벤트(103B)는 다양한 방향으로 형성될 수 있다. 일 예로, 하부 에어 벤트(103B)는 중간 다이 블록(101B)을 관통하여 후방 방향으로 형성될 수 있다(도 5의 D 참조).
이 경우, 하부 에어 벤트(103B)가 상부 스페이서(123)를 관통하지 않으므로 측면 방향에서 다양한 위치에 설치될 수 있는 장점이 있다. 또한, 하부 에어 벤트(103B)는 측면 방향으로도 형성될 수 있다.
도 10은 도 3의 변형예를 나타낸 수직 단면도이다.
도 3 및 도 10을 참조하면, 듀얼 슬롯 다이 코터(200)는 상부 에어 벤트(203A)가 "ㄱ"자 형으로 절곡된 구조를 가질 수 있다. 점성이 낮은 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포를 제거할 때, 상기 기포는 전극 활물질 슬러리와 함께 배출될 수 있다. 이 때, 작업자는 절곡된 상부 에어 벤트(203A)를 통해서 흘러내리는 전극 활물질 슬러리를 용이하게 받아낼 수 있다. 도 10은 ㄱ"자 형으로 절곡된 구조만을 도시하였으나, 흘러내리는 전극 활물질 슬러리를 용이하게 받아낼 수 있다면 상부 에어 벤트(203A)는 다양한 형상으로 절곡될 수 있다.
또한, 상부 에어 벤트(203A)는 밸브(240)를 포함할 수 있다. 밸브(240)는 중공이 형성된 배관을 개폐할 수 있는 구조이면 특별히 한정되지 않는다.
상부 에어 벤트(203A)가 "ㄱ"자 형으로 절곡되고 밸브(240)를 포함하는 구조인 점을 제외하면, 듀얼 슬롯 다이 코터(200)는 도 3의 듀얼 슬롯 다이 코터(100)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 이에, 다른 구성들에 대한 설명은 생략한다.
도 11은 도 5의 변형예를 나타낸 수직 단면도이다.
도 5 및 도 11을 참조하면, 듀얼 슬롯 다이 코터(200)는 하부 에어 벤트(203B)가 "ㄱ"자 형으로 절곡된 구조를 가질 수 있다. 점성이 낮은 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포를 제거할 때, 상기 기포는 전극 활물질 슬러리와 함께 배출된다. 이때, 작업자는 절곡된 하부 에어 벤트(203B)를 통해서 흘러내리는 제1 전극 활물질 슬러리를 용이하게 받아낼 수 있다. 도 11은 "ㄱ"자 형으로 절곡된 구조만을 도시하였으나, 흘러내리는 전극 활물질 슬러리를 용이하게 받아낼 수 있다면 하부 에어 벤트(203B)는 다양한 형상으로 절곡될 수 있다.
또한, 상부 에어 벤트(203B)는 밸브(240)를 포함할 수 있다. 밸브(240)는 중공이 형성된 배관을 개폐할 수 있는 구조이면 특별히 한정되지 않는다.
상부 에어 벤트(203B)가 "ㄱ"자 형으로 절곡되고 밸브(240)를 포함하는 구조인 점을 제외하면, 듀얼 슬롯 다이 코터(200)는 도 5의 듀얼 슬롯 다이 코터(100)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 이에, 다른 구성들에 대한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 에어 벤트(103, 203A, 203B)의 설치 구조는 슬롯이 1개인 단일 슬롯 코터에도 적용될 수 있다. 이 경우, 도 3의 상부 에어 벤트(103A)와 같이 형성될 수 있다. 관련 구조는 이미 상술하였으므로 여기서는 생략한다.
이상 설명한 본 발명에 따르면, 에어 벤트를 포함하는 듀얼 슬롯 다이 코터(100, 200)에 의해, 코팅액이 토출구를 통해 토출되기 전에 코팅액에 포함된 기포를 제거할 수 있다. 그러므로, 전극 활물질 슬러리를 도포하는 전극 활물질의 간헐 코팅 공정에 이용할 경우, 무지부 구간이 전극 활물질 슬러리로 오염되는 것을 방지할 수 있다. 기포를 제거한 전극 활물질 슬러리를 코팅할 수 있게 되므로 코팅 공정의 재현성이 우수하고, 전극 활물질 슬러리 뭉침과 같은 부작용 발생 빈도가 줄어든다.
에어 벤트는 유로 중에 구성되기 때문에 위치 선정이 중요하다. 본 발명에서는 랜드부가 아닌 매니폴드 영역 내에 에어 벤트를 위치시킴으로써 에어 벤트 구성으로 인한 유로 간섭을 최소화한다. 따라서, 에어 벤트 기능에 의한 기포 제거 이외에도 폭방향 로딩 편차 최소화 효과를 동반할 수 있다.
본 발명에 따르면 코팅액에 포함된 기포를 효과적으로 제거하는 동시에, 균일하게 코팅층, 특히 전극 활물질층을 형성할 수 있으며, 2종의 전극 활물질 슬러리 동시 코팅이 가능하기 때문에 성능 및 생산성 모두 우수한 효과가 있다. 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용하면 집전체 상에 전극 활물질 슬러리를 도포하여 이차전지의 전극 등을 제조할 때, 고속 또는 장폭 도포 조건 하에서도 균일한 도포가 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(100, 200)는 간헐 코팅 시 발생하는 무지부 오염 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 지속 코팅에서 발생하는 활물질 미코팅 문제도 해결할 수 있다. 지속 코팅 공정에서 기포가 포함된 전극 활물질 슬러리가 전극에 도포될 때, 슬러리에 둘러싸인 기포가 터지게 되면, 기포가 있던 자리는 분화구처럼 활물질이 코팅되지 않은 부위가 발생한다. 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(100, 200)는 전극 활물질 슬러리가 토출구(105a, 106a)로 토출되기 전에 전극 활물질 슬러리에 포함된 기포가 에어 벤트(103, 203A, 203B)를 통해서 제거되기 때문에 상기의 활물질 미코팅 문제를 해결할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 코팅액을 2층으로 도포하는 경우, 또는 코팅액을 번갈아 공급하여 패턴 코팅을 하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 개별 슬롯을 통한 토출이 아닌 슬롯의 도중에 2종의 코팅액이 합류하는 경우나, 슬롯을 3개 이상으로 구비하여 3층 이상을 동시 도포하는 경우에도 적용 가능한 것은 따로 설명하지 않아도 알 수 있을 것이다.
다음으로 도 12를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 전술한 실시예와 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
전술한 실시예는 중간 다이 블록(101B)이 하나의 블록으로 이루어져 있어 상부 토출구(105a)와 하부 토출구(106a)의 상대적인 위치를 가변적으로 조정할 수 없게 되어 있으나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상부 토출구(105a)와 하부 토출구(106a)의 상대적인 위치를 쉽게 조정할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(100')는, 중간 다이 블록(101B)이 제1 중간 다이 블록(101B-1)과 제2 중간 다이 블록(101B-2)을 포함하며, 상기 제1 중간 다이 블록(101B-1)과 상기 제2 중간 다이 블록(101B-2)은 상하로 서로 대면 접촉하되 접촉면을 따라 슬라이딩 되어 상대 이동 가능하게 마련된다. 그리고 제1 중간 다이 블록(101B-1)은 하부 다이 블록(101C)과 볼트 결합 등에 의해 상호 간 고정 결합되고 제2 중간 다이 블록(101B-2)은 상부 다이 블록(101A)과 볼트 결합 등에 의해 상호 간 고정 결합된다. 따라서 제1 중간 다이 블록(101B-1)과 하부 다이 블록 블록(101C)이 일체형으로 움직이고, 제2 중간 다이 블록(101B-2)과 상부 다이 블록(101A)이 일체형으로 움직일 수 있다.
듀얼 슬롯 다이 코터(100')는, 그 후면에 구비되는 제1 및 제2 고정부(140, 140')를 더 포함한다. 제1 고정부(140)는 하부 다이 블록(101C)과 제1 중간 다이 블록(101B-1)을 체결하는 것과, 제2 중간 다이 블록(101B-2)과 상부 다이 블록(101A)을 체결하는 것이 구비된다. 제1 고정부(140)는 듀얼 슬롯 다이 코터(100')의 폭 방향을 따라 여러 개가 구비될 수 있다. 제2 고정부(140')는 제1 중간 다이 블록(101B-1)과 제2 중간 다이 블록(101B-2)을 체결시키는 것으로, 하부 다이 블록(101C)과 상부 다이 블록(101A)을 체결시키는 것이 된다. 상기 제2 고정부(140')는, 상기 제1 중간 다이 블록(101B-1)과 상기 제2 중간 다이 블록(101B-2)이 상대 이동 가능해야 하는 점을 고려하여 일정 수준의 조립 공차(대략 300㎛ 내지 500㎛ 범위)를 두고 설치된다. 즉, 제1 중간 다이 블록(101B-1)과 제2 중간 다이 블록(101B-2)이 전방 또는 후방으로 움직이는 것을 허용하여 슬라이딩 가능하게 하면서도 고정은 될 수 있게, 제2 고정부(140')는 제1 중간 다이 블록(101B-1)과 제2 중간 다이 블록(101B-2) 사이에 일정 수준 이상의 움직임이 발생하지 않도록 고정을 시키되, 조립 공차로 인해 미세한 움직임을 허용하는 것이다.
이러한 듀얼 슬롯 다이 코터(100')는, 필요에 따라 두 개의 토출구(105a, 106a)를 수평 방향을 따라 서로 이격되어 전후로 배치시킬 수 있다. 즉, 듀얼 슬롯 다이 코터(100')의 형태를 조정하기 위한 별도의 장치를 이용하거나, 작업자가 수작업을 통해 하부 다이 블록(101C) 및 상부 다이 블록(101A)의 상대적인 이동을 만들어낼 수 있다.
예를 들어, 상기 하부 다이 블록(101C)은 움직이지 않고 그대로 둔 상태로, 상부 다이 블록(101A)을 슬라이딩 면을 따라 코팅액의 토출 방향과 반대인 후방 또는 전방으로 일정 거리만큼 이동시켜 하부 토출구(106a)와 상부 토출구(105a) 사이에 단차를 형성할 수 있다. 여기서, 슬라이딩 면이라 함은, 제1 중간 다이 블록(101B-1)과 제2 중간 다이 블록(101B-2)의 대향면을 의미한다.
이와 같이 형성된 단차의 폭은 대략 수백 ㎛ 내지 수 mm의 범위 내에서 결정될 수 있으며, 이는 기재 상에 형성되는 제1 코팅액과 제2 코팅액의 물성, 점성 또는 기재 상에 소망하는 층별 두께에 따라 결정될 수 있다. 예컨대 기재 상에 형성될 코팅층의 두께가 두꺼울수록 단차의 폭은 그 수치가 커질 수 있다.
또한, 이와 같이, 하부 토출구(106a)와 상부 토출구(105a)가 서로 수평 방향을 따라 상호 이격된 위치에 배치됨에 따라, 상부 토출구(105a)에서 토출된 제2 코팅액이 하부 토출구(106a)로 유입되거나, 또는 하부 토출구(106a)에서 토출된 제1 코팅액이 상부 토출구(105a)로 유입될 우려가 없게 된다.
즉, 하부 토출구(106a) 또는 상부 토출구(105a)를 통해 토출된 코팅액은 하부 토출구(106a)와 상부 토출구(105a) 사이에 형성된 단차를 이루는 면에 가로막혀 다른 토출구쪽으로 유입될 우려가 없게 되는 것이며, 이로써 더욱 원활한 다층 활물질 코팅 공정이 진행될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(100')는, 하부 토출구(106a)와 상부 토출구(105a) 간의 상대적인 위치에 변경이 필요한 경우에 있어서, 하부 다이 블록(101C) 및/또는 상부 다이 블록(101A)의 슬라이딩 이동에 의해 간단하게 조정이 가능하며, 각각의 다이 블록(101A, 101B, 101C)을 분해 및 재조립할 필요가 없게 되어 공정성이 크게 향상될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100, 100', 200 : 듀얼 슬롯 다이 코터 101A : 상부 다이 블록
101B : 중간 다이 블록 101B-1 : 제1 중간 다이 블록
101B-2 : 제2 중간 다이 블록 101C : 하부 다이 블록
102 : 코팅 롤 103 : 에어 벤트
103A, 203A : 상부 에어 벤트 103B, 203B : 하부 에어 벤트
104 : 기재 105 : 상부 슬롯
105a : 상부 토출구 106 : 하부 슬롯
106a : 하부 토출구 111 : 하부 매니폴드
112 : 제1 코팅액 공급 포트 113 : 하부 스페이서
121 : 상부 매니폴드 122 : 제2 코팅액 공급 포트
123 : 상부 스페이서 140 : 제1 고정부
140' : 제2 고정부 240 : 밸브

Claims (15)

  1. 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하고 연속적으로 주행하는 기재 표면에 상기 하부 슬롯 및 상부 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 코팅액을 압출해 도포하는 듀얼 슬롯 다이 코터로서,
    하부 다이 블록, 상기 하부 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 하부 다이 블록과의 사이에 상기 하부 슬롯을 형성하는 중간 다이 블록 및 상기 중간 다이 블록의 상부에 배치되어 상기 중간 다이 블록과의 사이에 상기 상부 슬롯을 형성하는 상부 다이 블록;
    상기 하부 다이 블록에 구비되는 만입 형상의 챔버로서 제1 코팅액을 수용하고 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 매니폴드;
    상기 중간 다이 블록에 구비되는 만입 형상의 챔버로서 제2 코팅액을 수용하고 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 매니폴드;
    상기 하부 매니폴드 영역에 설치된 하부 에어 벤트; 및
    상기 상부 매니폴드 영역에 설치된 상부 에어 벤트를 포함하고,
    상기 하부 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 하부 다이립, 중간 다이립 및 상부 다이립을 구비하고, 상기 하부 다이립과 상기 중간 다이립 사이에는 상기 하부 슬롯과 연통하는 하부 토출구가 형성되고, 상기 중간 다이립과 상기 상부 다이립 사이에는 상기 상부 슬롯과 연통하는 상부 토출구가 형성되며,
    상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 토출구와 상기 상부 매니폴드를 관통하지 않도록 설치되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 다이 블록 및 중간 다이 블록을 관통하여 구비되고, 상기 상부 에어 벤트는 상기 상부 다이 블록을 관통하여 구비되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하부 에어 벤트 또는 상기 상부 에어 벤트는 밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하부 에어 벤트 또는 상기 상부 에어 벤트는 절곡된 구조를 가진 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하부 에어 벤트는 상기 하부 매니폴드의 단부 중에서 상기 하부 토출구 쪽에 놓인 앞단과 상기 하부 토출구가 연결되는 부위인 하부 랜드부에 설치되지 않으면서 상기 하부 매니폴드의 앞단에 인접하여 설치되고, 상기 상부 에어 벤트는 상기 상부 매니폴드의 단부 중에서 상기 상부 토출구 쪽에 놓인 앞단과 상기 상부 토출구가 연결되는 부위인 상부 랜드부에 설치되지 않으면서 상기 상부 매니폴드의 앞단에 인접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부 에어 벤트는 상기 하부 매니폴드의 단부 중에서 상기 하부 토출구 쪽에 놓인 앞단과 상기 하부 토출구가 연결되는 부위인 하부 랜드부에 설치되지 않으면서 상기 하부 매니폴드의 앞단에 인접하여 설치되고, 상기 상부 에어 벤트는 상기 상부 매니폴드의 단부 중에서 상기 상부 토출구 반대쪽에 놓인 뒷단에 인접하여 설치되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 중간 다이 블록은 상기 기재가 주행하는 방향을 따르는 단면에서 직각 삼각형 형상을 가지며, 상기 하부 매니폴드는 상기 하부 다이 블록에 구비되고 상기 상부 매니폴드는 상기 중간 다이 블록에 구비된 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하부 매니폴드는 제1 코팅액 공급 챔버와 연통된 제1 코팅액 공급 포트를 포함하고, 상기 상부 매니폴드는 제2 코팅액 공급 챔버와 연통된 제2 코팅액 공급 포트를 포함하며, 상기 제1 코팅액 공급 포트는 상기 하부 다이 블록의 바닥에 구비되고, 상기 제2 코팅액 공급 포트는 상기 중간 다이 블록의 후면에 구비되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 듀얼 슬롯 다이 코터는 상기 하부 다이 블록과 상기 중간 다이 블록 사이에 개재되어 상기 하부 슬롯의 폭을 조절하는 하부 스페이서와, 상기 중간 다이 블록과 상기 상부 다이 블록 사이에 개재되어 상기 상부 슬롯의 폭을 조절하는 상부 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하부 스페이서와 상부 스페이서는 상기 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 상기 하부 스페이서와 상부 스페이서의 끝단으로부터 적어도 일 영역이 절개되어 개방부를 구비하고, 상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 스페이서를 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 상부 스페이서의 개방부의 길이가 상기 하부 스페이서의 개방부의 길이보다 작고, 상기 상부 스페이서에는 상기 하부 에어 벤트가 관통하는 관통구를 포함하며, 상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 스페이서의 개방부를 벗어난 위치를 관통하여 상기 관통구를 관통하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  12. 제1항에 있어서, 상기 하부 에어 벤트는 상기 중간 다이 블록을 관통하여 후방 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  13. 제1항에 있어서, 상기 하부 에어 벤트는 상기 상부 토출구와 상기 하부 토출구가 형성되어 있지 않은 측면 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  14. 제1항에 있어서, 상기 하부 토출구는 지면에 대해 30도 내지 60도의 각도로 경사진 구조인 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  15. 제1항에 있어서, 상기 하부 에어 벤트와 상기 하부 토출구가 이루는 각이 80도 내지 150도인 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
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