WO2017018656A1 - 전극 활물질 슬러리 코팅 장치 및 방법 - Google Patents

전극 활물질 슬러리 코팅 장치 및 방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an electrode active material slurry coating apparatus and method capable of coating an active material slurry on an electrode current collector.
  • Electrochemical devices are the most attracted field in the field of energy storage technology, the development of secondary batteries that can be charged and discharged among the electrochemical devices has been the focus of attention.
  • secondary batteries research and development on the design of new electrodes and batteries have been conducted in order to improve capacity density and specific energy.
  • lithium secondary batteries have advantages of high operating voltage and significantly higher energy density than conventional batteries using aqueous solutions (electrolytes), and thus are widely used in various fields requiring energy storage technology.
  • the manufacturing process of such a lithium secondary battery includes the electrode active material layer formation process of forming an electrode active material layer in an electrode collector.
  • the electrode active material layer forming process includes applying an active material slurry in which electrode active material particles are injected into a binder solution to an electrode current collector, and drying the active material slurry applied to the electrode current collector to remove a solution and water present in the active material slurry. Forming an electrode active material layer on the electrode current collector.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a conventional electrode active material slurry coating apparatus
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of region I of FIG. 1
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of region II of FIG. 2
  • FIG. 4 is A partial enlarged view of region III of FIG. 2.
  • the electrode current collector E wound in the form of a roll is unwound in a predetermined process direction.
  • the coating die 20 which coats the supply roll 10 which supplies continuously, and the active material slurry S supplied from the external slurry supply source (not shown) to the electrode collector E which is moving continuously in the said process direction.
  • a dryer 30 for drying the active material slurry S coated on the electrode current collector E to form the electrode active material layer A on the electrode current collector E, and an electrode on which the electrode active material layer A is formed.
  • recovers in roll state is included.
  • the coating die 20 coats the active material slurry S on the coating regions T provided at predetermined intervals in the electrode current collector E.
  • the coating die 20 is fixedly installed at a predetermined position to face the coating area T of the electrode current collector E, while the electrode current collector E is continuously moved along the process direction. Therefore, when the active material slurry S discharged from the coating die 20 meets the coating area T of the electrode current collector E, the active material slurry S has a direction opposite to the moving direction of the electrode current collector E. That is, the inertial force I is applied in the direction opposite to the process direction.
  • the active material slurry S is selectively coated only on the coating regions T, rather than being constantly coated over the entire region of the electrode current collector E, and has high viscosity due to physical properties. Has a coefficient.
  • the viscous force V selectively acts only on the opposite direction to the active material slurry S coated on the balcony area B
  • Viscous force (V) selectively acts only in the process direction on the active material slurry (S) coated in the drag region (D)
  • viscous force (V) is applied to the active material slurry (S) coated in the main coating region (M) It acts in both the process direction and the opposite direction.
  • the balcony area B refers to an area corresponding to the front end of each coating area T and refers to an area where the coating of the active material slurry S is started
  • the drag area D corresponds to the area of each coating area T.
  • FIG. The area corresponding to the rear end refers to the area where the coating of the active material slurry S is finished
  • the main coating area M is the area corresponding to the middle part of each coating area T and the balcony area B and the drag.
  • region D is said.
  • both the inertia force I and the viscous force V act in the opposite directions.
  • the active material slurry S coated on the balcony area B is deflected in the opposite direction.
  • the main coating area M is located in the opposite direction of the balcony area B, the active material slurry S coated on the balcony area B is the main coating area M in the process of deflecting in the opposite direction. It is supported by the active material slurry (S) coated on. Therefore, as shown in FIG. 3, the active material slurry S is convexly coated in the balcony area B.
  • the inertial force I acts in the opposite direction and the viscous force V acts in the process direction.
  • the viscosity of the active material slurry S coated on the drag region D is increased.
  • Some of the inertia force I canceled by V) acts in the opposite direction. Therefore, the active material slurry S coated on the drag region D is deflected in the opposite direction.
  • the active material slurry S coated on the drag region D is supported by the slurry coated on the main coating region M, unlike the active material slurry S coated on the balcony region B, even when deflected in the opposite direction. I can't. Therefore, as shown in FIG. 4, the drag region D is sharply coated such that the active material slurry S becomes thinner in the opposite direction.
  • the active material slurry S on the electrode current collector E when the coating of the active material slurry S on the electrode current collector E is finished, that is, when the coating die 20 finishes discharging the active material slurry S, the active material slurry S is discharged. It does not end on this date and time, but it ends gradually over a predetermined time. Therefore, when the coating die 20 coats the active material slurry S on the drag region D, the active material slurry S per unit time can be finished so that the discharge of the active material slurry S to the electrode current collector E can be finished. ), The discharge amount gradually decreases. Therefore, the drag region D is sharply coated such that the active material slurry S becomes thinner in the opposite direction.
  • the inertial force I acts in the opposite direction and the viscous force V acts in both the process direction and the reverse direction. Therefore, the inertia force I deflects the active material slurry S coated on the main coating region M in the opposite direction, while the viscous force V is deflected in the opposite direction by the inertia force I. Flatten out.
  • the active material slurry S is coated relatively flat in the main coating region M.
  • the active material slurry S is convexly coated in the balcony area B so as to be relatively thicker than the coating thickness of the active material slurry S coated in another area, and the active material slurry S is coated in the drag area D.
  • the slurry S is sharply coated so as to be relatively thinner than the coating thickness of the active material slurry S coated on other areas.
  • the balcony area B and the drag area D in which the coating thickness non-uniformity of the active material slurry S is generated may cause problems in processability or performance of the secondary battery when used in the manufacturing process of the secondary battery. It is not used in the manufacturing process and is discarded. Therefore, in the conventional electrode active material slurry coating apparatus 1, since a coating thickness non-uniformity area
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and provides an active material slurry coating apparatus and method for improving the structure so that coating thickness non-uniformity of the active material slurry does not occur when coating the active material slurry on the electrode current collector. There is a purpose.
  • an object of the present invention is to provide an active material slurry coating apparatus and method having an improved structure to prevent a coating thickness non-uniformity phenomenon of the active material slurry without changing the composition of the active material slurry.
  • Electrode active material slurry coating apparatus for solving the above problems, the transfer unit for continuously transferring the electrode current collector in a predetermined process direction; And a coating die capable of reciprocating in the process direction or in a direction opposite to the process direction, wherein the coating die coats the active material slurry on a predetermined coating area of the electrode current collector being conveyed by the transfer unit;
  • the coating die is in the main coating position spaced at a predetermined distance in the opposite direction from the coating start position when the balcony area in which the coating of the active material slurry begins to be coated reaches the coating start position while waiting at the predetermined coating start position. It is characterized by coating the active material slurry in the balcony area while moving to.
  • the coating die is moved at the same speed as the moving speed of the electrode current collector while moving from the coating start position to the main coating position.
  • the active material slurry is coated on the main coating region located between the balcony region and the drag region where the coating of the active material slurry is terminated in the coating region while the movement is stopped. do.
  • the coating die is characterized in that when the drag region reaches the main coating position, the active material slurry is coated on the drag region while moving from the main coating position to a coating end position spaced by a predetermined distance in the process direction.
  • the coating die is moved at the same speed as the moving speed of the electrode current collector while moving from the main coating position to the coating end position.
  • the coating start position and the coating type position are characterized in that the same position.
  • An electrode active material slurry coating apparatus for solving the above problems, the transfer unit for continuously transferring the electrode current collector in a predetermined process direction; And a coating die capable of reciprocating in the process direction or in a direction opposite to the process direction, wherein the coating die coats the active material slurry on a predetermined coating area of the electrode current collector being conveyed by the transfer unit;
  • the coating die is coated with the active material slurry in the coating area with the movement stopped at a predetermined main coating position, and when the drag region in which the coating finishes in the coating region reaches the main coating position, the coating die is moved from the main coating position to the process direction.
  • the active material slurry is coated on the drag region while moving to a coating end position spaced by a predetermined distance.
  • the electrode active material slurry coating to coat the active material slurry on the coating region of the electrode current collector continuously transferred in a predetermined process direction using a coating die
  • the method comprises: (a) when the balcony area where the coating of the active material slurry is started in the coating area with the coating die waiting at the predetermined coating start position reaches the coating start position, the coating die is oriented in the process direction from the coating start position.
  • step (a) the coating die is moved in the opposite direction at the same speed as the moving speed of the electrode current collector.
  • step (c) the coating die is moved in the process direction at the same speed as the moving speed of the electrode current collector.
  • the coating start position and the coating type position are characterized in that the same position.
  • Electrode active material slurry coating apparatus and method according to the present invention has the following effects.
  • the present invention when coating the active material slurry in the balcony area where the coating of the active material slurry in the coating area of the electrode current collector, the coating die to reduce the amount of coating of the active material slurry per unit area for the balcony area By moving in the direction opposite to the direction of movement of the active material slurry in the balcony area can be coated with a uniform thickness.
  • the present invention when coating the active material slurry in the drag region in which the coating of the active material slurry is finished in the coating region of the electrode current collector, the coating die to the electrode current collector so that the coating amount of the active material slurry per unit area to the drag region is increased By moving in the same direction as the moving direction of, the active material slurry can be coated on the drag region with a uniform thickness.
  • the present invention can minimize the dead space of the electrode current collector can not be used in the secondary battery is coated with a non-uniform thickness of the active material, it is possible to improve the economy and yield.
  • the active material slurry can be coated in a uniform thickness on the coating region of the electrode current collector by adjusting the relative speed of the active material slurry relative to the electrode current collector without changing the composition of the active material slurry, it is possible to further improve economics.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a conventional electrode active material slurry coating apparatus.
  • FIG. 2 is a partial enlarged view of region I of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of region II of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of region III of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a view schematically showing an electrode active material slurry coating apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial enlarged view of region IV of FIG. 5; FIG.
  • FIG. 7 is a view for explaining a method of coating the active material slurry on the balcony area of the coating unit of FIG.
  • FIG. 8 is a view for explaining a method of coating an active material slurry on a main coating area by the coating unit of FIG. 6.
  • FIG. 9 is a view for explaining a method of coating the active material slurry on the drag region by the coating unit of FIG. 6.
  • FIG. 9 is a view for explaining a method of coating the active material slurry on the drag region by the coating unit of FIG. 6.
  • FIG. 10 is a view illustrating a state in which an active material slurry is coated on a coating area of an electrode current collector by the coating unit of FIG. 6.
  • FIG. 5 is a view schematically showing an electrode active material slurry coating apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the electrode active material slurry coating apparatus 100 for continuously supplying the electrode current collector (E); A transfer unit 120 for continuously transferring the electrode current collector E supplied from the supply unit 110 in a predetermined process direction; A coating unit 130 for coating the active material slurry S on the electrode current collector E being transferred by the transfer unit 120; A drying unit 140 for drying the electrode current collector E coated with the active material slurry S by the coating unit 130 to form an electrode active material layer A in the electrode current collector E; And a recovery roll 152 which winds up the electrode current collector E on which the electrode active material layer A is formed, and recovers it in a roll state.
  • the supply unit 110 for continuously supplying the electrode current collector (E);
  • a transfer unit 120 for continuously transferring the electrode current collector E supplied from the supply unit 110 in a predetermined process direction;
  • a coating unit 130 for coating the active material slurry S on the electrode current collector E being transferred by the transfer unit 120;
  • a drying unit 140 for drying the electrode current collector E coated with the active material slurry S by the coating unit 130 to
  • the supply unit 110 is a device for supplying the electrode current collector E to be coated with the active material slurry S.
  • the structure of the supply unit 110 is not specifically limited.
  • the supply unit 110 may include a supply roll 112 that can unwind and continuously supply the electrode current collector E wound in a roll state.
  • the type of the electrode current collector E supplied by the supply unit 110 is not particularly limited, and the supply unit 110 may supply an electrode current collector E that is commonly used for manufacturing a secondary battery.
  • the transfer unit 120 is an apparatus for transferring the electrode current collector E supplied by the supply unit 110 in a predetermined process direction.
  • the structure of the transfer unit 120 is not particularly limited.
  • the transfer unit 120 may include a plurality of transfer rolls 122 installed at predetermined intervals between the supply unit 110 and the recovery unit 150. have. Each feed roll 122 continuously transfers the electrode current collector E supplied by the supply unit 110 along a predetermined process direction with a predetermined tension applied thereto.
  • the coating unit 130 is an apparatus for coating the active material slurry S on the electrode current collector E.
  • FIG. The coating unit 130 coats the active material slurry S on the predetermined coating region T of the electrode current collector E that is continuously transferred along the process direction by the transfer unit 120.
  • the drying unit 140 is an apparatus for forming the electrode active material layer A in the electrode current collector E by drying the active material slurry S coated on the electrode current collector E.
  • FIG. 5 the drying unit 140 may dry the coating die 131 and the recovery roll 152 of the coating unit 130 to dry the active material slurry S coated on the electrode current collector E.
  • FIG. ) Is installed in the section between. Since the drying unit 140 has the same structure as a conventional drying unit for drying the active material slurry S, a detailed description thereof will be omitted.
  • the recovery unit 150 is an apparatus for recovering the electrode current collector E in which the electrode active material layer A is formed.
  • the structure of the recovery unit 150 is not particularly limited. For example, as illustrated in FIG. 5, the recovery unit 150 sequentially passes through the coating unit 130 and the drying unit 140 to receive the electrode current collector E having the electrode active material layer A formed thereon.
  • the recovery roll 152 which can be wound up and collect
  • FIG. 6 is a partially enlarged view of region IV of FIG. 5.
  • the conventional electrode active material slurry coating apparatus 1 When using the conventional electrode active material slurry coating apparatus 1, as shown in Figs. 3 and 4, due to the inertial force (I) and the viscous force (V) acting on the active material slurry (S), balcony area (B) )
  • the active material slurry (S) is convexly coated so that the coating thickness of the active material slurry (S) is relatively thick, the active material slurry (S) so that the coating thickness of the active material slurry (S) is relatively thin in the drag region (D). Is sharply coated.
  • the balcony area B and the drag area D in which the coating thickness non-uniformity of the active material slurry S is generated are not used due to problems in the manufacturing process and performance of the secondary battery. Therefore, the conventional electrode active material slurry coating apparatus 1 has the problem that economy and yield are inferior.
  • the coating unit 130 as shown in Figure 6, the active material slurry (S) of the electrode current collector (E) that is continuously transferred along the process direction by the transfer unit 120
  • the coating die 131 may be coated on the coating area T, and the die transfer part 132 may reciprocate the coating die 131 in a direction opposite to the process direction or the process direction.
  • the structure of the coating die 131 is not particularly limited.
  • the coating die 131 includes a slit 133 to which the active material slurry S is supplied from an external slurry source (not shown), and an active material that has passed through the slit 133.
  • a discharge port 134 for discharging the slurry S toward the electrode current collector E is included. 6
  • the coating die 131 is coupled to the slider 135 of the die transfer part 132, which will be described later, so that the discharge port 134 and the coating area T of the electrode current collector E face each other. do.
  • the die transfer unit 132 may include a slider 135 coupled to the coating die 131 and a slider 135 to be slidably moved in the process direction or the opposite direction. It may include a guide rail 136 having a guide slit 136a to be mounted, and a driving motor (not shown) for transferring the slider 135 along the guide rail 136.
  • This die transfer part 132 as shown in Figures 7 and 9, the slider 135 and the coating die 131 coupled to the slider 135 along the guide rail 136 in the process direction or the opposite Can be reciprocated in the direction.
  • the coating die 131 is installed in a section in which the electrode current collector E is linearly moved, and the die transfer part 132 is illustrated to linearly reciprocate the coating die 131. It is not limited.
  • the coating die 131 is installed in a section in which the electrode current collector E is curvedly moved, such as a section in which the electrode current collector E passes through the feed roll 122, and the die transfer unit 132 may be provided.
  • the coating die 131 may be curved reciprocating.
  • FIG. 7 is a view illustrating a method of coating the active material slurry on the balcony area by the coating unit of FIG. 6, and FIG. 8 is a view illustrating a method of coating the active material slurry on the main coating area of the coating unit of FIG. 6.
  • 9 is a view illustrating a method of coating the active material slurry on the drag region by the coating unit of FIG. 6, and
  • FIG. 10 illustrates a state in which the active material slurry is coated on the coating region of the electrode current collector by the coating unit of FIG. 6. It is a figure which shows.
  • the coating die 131 discharges the active material slurry S.
  • the die transfer unit 132 waits while the coating die 131 is disposed at a predetermined coating start position P1. That is, the coating die 131 stands by at the coating start position P1.
  • the coating die 131 starts discharging the active material slurry S and
  • the die transfer part 132 transfers the coating die 131 at a predetermined moving speed from the coating start position P1 to the main coating position P2 spaced by the predetermined distance in the opposite direction.
  • the distance between the coating start position P1 and the main coating position P2 is the active material slurry discharged from the coating die 131 while the coating die 131 moves from the coating start position P1 to the main coating position P2.
  • (S) is set to be selectively coated on the balcony area (B). Therefore, the distance between the coating start position P1 and the main coating position P2 is determined according to process conditions such as the active material slurry S discharge speed of the coating die 131 and the moving speed of the electrode current collector E. FIG. do.
  • the moving speed of the coating die 131 is not particularly limited.
  • the die transfer unit 132 may transfer the coating die 131 in the opposite direction at the same speed as the movement speed of the electrode current collector E.
  • the active material slurry S discharged from the coating die 131 is selectively coated on the balcony area B of the coating area T of the electrode current collector E.
  • FIG. 7 since the coating die 131 coats the active material slurry S on the balcony area B while moving in the opposite direction, that is, in the opposite direction to the movement direction of the electrode current collector E, the conventional electrode active material slurry coating device The active material slurry S is coated on the balcony area B as compared with the case where the active material slurry S is coated on the balcony area B while the coating die 131 is fixed at a predetermined position as in (1). Time is reduced.
  • the coating amount of the active material slurry S per unit area for the balcony area B compared with the case where the active material slurry S is coated in the balcony area B while the coating die 131 is fixed at a predetermined position. This decreases. Therefore, as shown in FIG. 10, the balcony area B is coated with the active material slurry S flat, and the coating thickness of the active material slurry S with respect to the balcony area B and the main coating area M are coated. The variation between the coating thicknesses of the active material slurry S relative to the conventional electrode active material slurry coating apparatus 1 is relatively reduced.
  • the coating die 131 reaches the main coating position P2, as shown in FIG. 8, the coating die 131 continuously discharges the active material slurry S, and the die transfer part 132 The coating die 131 is waited with the main coating position P2 disposed. That is, the coating die 131 continuously discharges the active material slurry S in a state where the movement is stopped at the main coating position P2. Therefore, as shown in FIG. 10, the active material slurry S is coated flat on the main coating region M.
  • FIG. 10 the active material slurry S is coated flat on the main coating region M.
  • the coating die 131 continuously discharges the active material slurry S, as shown in FIG. 9.
  • the die transfer unit 132 transfers the coating die 131 at a predetermined moving speed from the main coating position P2 to the coating end position P3 spaced apart by a predetermined distance in the process direction.
  • the coating end position P3 is preferably the same position as the coating start position P1, but is not limited thereto. That is, the coating end position P3 is set to the same position as the coating start position P1 so that the coating die 131, which has moved to the main coating position P2, can be returned to its original position, that is, the coating start position P1.
  • the moving speed of the coating die 131 is not particularly limited.
  • the die transfer part 132 may include a coating die such that the inertial force I acting on the active material slurry S is reduced as much as possible when the active material slurry S meets the drag region D of the electrode current collector E. 131 may be transferred in the process direction at a speed equal to the moving speed of the electrode current collector E or at a speed slightly slower than the moving speed of the electrode current collector E.
  • the active material slurry S discharged from the coating die 131 is selectively coated on the drag region D of the coating region T of the electrode current collector E.
  • FIG. 10 since the coating die 131 coats the active material slurry S on the drag region D while moving in the process direction, that is, in the movement direction of the electrode current collector E, the conventional electrode active material slurry coating apparatus 1 As compared with the case in which the active material slurry S is coated on the drag region D while the coating die 131 is fixed at a predetermined position, the time for which the active material slurry S is coated on the drag region D is increased. do.
  • the coating amount of the active material slurry (S) per unit area for the drag region (D) compared with the case where the active material slurry (S) is coated on the drag region (D) while the coating die 131 is fixed at a predetermined position. This is growing. Therefore, as shown in FIG. 10, the active material slurry S is coated flat on the drag region D, and the coating thickness of the active material slurry S on the drag region D and the main coating region M are applied to the drag region D.
  • FIG. The variation between the coating thicknesses of the active material slurry S relative to the conventional electrode active material slurry coating apparatus 1 is relatively reduced.
  • the coating die 131 reaches the coating end position P3, that is, the coating start position P1, the balcony region B of the next coating region T starts coating as shown in FIG. 6.
  • the coating die 131 is kept in the standby state without discharging the active material slurry S, and the die transfer part 132 causes the coating die 131 to be coated starting position P1. Wait in the state arranged in. That is, the coating die 131 waits at the coating start position P1 until the coating operation of the active material slurry S for the next coating region T starts.
  • the electrode active material slurry coating apparatus 100 has an active material slurry S generated between the balcony region B and the drag region D and the main coating region M in comparison with the conventional electrode active material slurry coating apparatus 1. Variation in the thickness of the coating can be reduced. That is, the electrode active material slurry coating apparatus 100 uniforms the active material slurry S over the entire region of the coating area T of the electrode current collector E so that there is no uneven portion of the coating thickness of the active material slurry S. It can be coated in one thickness. Accordingly, the electrode active material slurry coating apparatus 100 may improve economic efficiency and yield by minimizing a coating thickness non-uniformity region, that is, a dead space, which may not be used in a secondary battery manufacturing process.
  • the electrode active material slurry coating apparatus 100 includes the coating die 131 that is discharging the active material slurry S so that the relative speed of the active material slurry S with respect to the electrode current collector E changes. By moving in the direction of movement or the direction opposite to the direction of travel, it is possible to prevent the coating thickness non-uniformity occurs in the balcony area (B) and the drag area (D). Therefore, the electrode active material slurry coating apparatus 100 can adjust the coating area of the electrode current collector E by adjusting the relative speed of the active material slurry S with respect to the electrode current collector E without changing the composition of the active material slurry S. Since the active material slurry (S) can be coated to (T) with a uniform thickness, economic efficiency can be improved.
  • the present invention relates to an electrode active material slurry coating apparatus and method, and is particularly applicable to industries related to secondary batteries.

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Abstract

본 발명은, 전극 집전체에 활물질 슬러리를 코팅 가능한 전극 활물질 슬러리 코팅 장치에 관한 것으로서, 전극 집전체를 미리 정해진 공정 방향으로 연속적으로 이송하는 이송 유닛; 및 공정 방향 또는 공정 방향의 반대 방향으로 왕복 이동 가능하며, 이송 유닛에 의해 이송되고 있는 전극 집전체의 미리 정해진 코팅 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 코팅 다이를 포함하며; 코팅 다이는, 미리 정해진 코팅 시작 위치에서 대기 중이었다가, 코팅 영역의 선단부에 대응하는 발코니 영역이 코팅 시작 위치에 도달하면 코팅 시작 위치로부터 반대 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된 주 코팅 위치까지 이동하면서 발코니 영역에 활물질 슬러리를 코팅한다.

Description

전극 활물질 슬러리 코팅 장치 및 방법
본 발명은 전극 집전체에 활물질 슬러리를 코팅 가능한 전극 활물질 슬러리 코팅 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2015년 07월 28일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2015-0106650호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 예를 들어, 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차까지 에너지 저장 기술의 적용분야가 확대되면서 에너지 저장 기술의 연구 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기화학소자는 이러한 에너지 저장 기술 분야에서 가장 주목받는 분야이며, 전기화학소자 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고있다. 특히, 최근에는 이차전지를 개발함에 있어서, 용량 밀도 및 비에너지의 향상을 과제로 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구 개발이 진행되고있다.
이러한 이차전지 중 리튬 이차전지는, 수용액(전해액)을 사용하는 재래식 전지에 비해 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점을 가지므로, 에너지 저장 기술이 필요한 다양한 분야들에서 널리 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지의 제조 공정은, 전극 집전체에 전극 활물질층을 형성하는 전극 활물질층 형성 공정을 포함한다. 전극 활물질층 형성 공정은, 전극 활물질 입자들이 바인더 용액 중에 분사된 활물질 슬러리를 전극 집전체에 도포하는 단계와, 전극 집전체에 도포된 활물질 슬러리를 건조시켜 활물질 슬러리 중에 존재하는 용액과 수분을 제거함으로써 전극 집전체에 전극 활물질층을 형성하는 단계를 포함한다.
도 1는 종래의 전극 활물질 슬러리 코팅 장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1의 Ⅰ 영역에 대한 부분 확대도이며, 도 3은 도 2의 Ⅱ 영역에 대한 부분 확대도이며, 도 4는 도 2의 Ⅲ 영역에 대한 부분 확대도이다.
전술한 전극 활물질층 형성 공정을 수행하기 위한 종래의 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 롤 형태로 권취된 전극 집전체(E)를 권출하여 미리 정해진 공정 방향으로 연속적으로 공급하는 공급롤(10)과, 상기 공정 방향으로 연속적으로 이동 중인 전극 집전체(E)에 외부의 슬러리 공급원(미도시)으로부터 공급된 활물질 슬러리(S)를 코팅하는 코팅 다이(20)와, 전극 집전체(E)에 코팅된 활물질 슬러리(S)를 건조시켜 전극 집전체(E)에 전극 활물질층(A)을 형성하는 건조기(30)와, 전극 활물질층(A)이 형성된 전극 집전체(E)를 권취하여 롤 상태로 회수하는 회수롤(40)을 포함한다.
여기서, 코팅 다이(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 집전체(E)에 미리 정해진 간격으로 마련된 코팅 영역(T)들에 활물질 슬러리(S)를 코팅한다. 그런데, 코팅 다이(20)는 전극 집전체(E)의 코팅 영역(T)과 대면하도록 미리 정해진 위치에 고정 설치되고, 이에 반해 전극 집전체(E)는 상기 공정 방향을 따라 연속적으로 이동된다. 따라서, 코팅 다이(20)에서 토출된 활물질 슬러리(S)가 전극 집전체(E)의 코팅 영역(T)과 만날 때, 활물질 슬러리(S)에는 전극 집전체(E)의 이동 방향의 반대 방향 즉, 공정 방향의 반대 방향으로 관성력(I)이 작용된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 활물질 슬러리(S)는, 전극 집전체(E)의 전 영역에 걸쳐 끊임없이 코팅되는 것이 아니라 코팅 영역(T)들에만 선택적으로 코팅되며, 물리적인 특성상 높은 점성 계수를 갖는다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 코팅 영역(T)들에 있어서, 발코니 영역(B)에 코팅된 활물질 슬러리(S)에는 점성력(V)이 상기 반대 방향으로만 선택적으로 작용하고, 드레그 영역(D)에 코팅된 활물질 슬러리(S)에는 점성력(V)이 상기 공정 방향으로만 선택적으로 작용하고, 주 코팅 영역(M)에 코팅된 활물질 슬러리(S)에는 점성력(V)이 상기 공정 방향과 상기 반대 방향 모두로 작용한다. 여기서, 발코니 영역(B)은 각각의 코팅 영역(T)의 선단부에 대응하는 영역으로서 활물질 슬러리(S)의 코팅이 시작되는 영역을 말하고, 드레그 영역(D)은 각각의 코팅 영역(T)의 후단부에 대응하는 영역으로서 활물질 슬러리(S)의 코팅이 종료되는 영역을 말하고, 주 코팅 영역(M)은 각각의 코팅 영역(T)의 중간부에 대응하는 영역으로서 발코니 영역(B)과 드레그 영역(D) 사이 영역을 말한다.
이와 같이 발코니 영역(B)에 코팅된 활물질 슬러리(S)에 대하여, 관성력(I)과 점성력(V)은 모두 상기 반대 방향으로 작용된다. 따라서, 발코니 영역(B)에 코팅된 활물질 슬러리(S)는 상기 반대 방향으로 편향된다. 그런데, 발코니 영역(B)의 상기 반대 방향에는 주 코팅 영역(M)이 위치하므로, 발코니 영역(B)에 코팅된 활물질 슬러리(S)는 상기 반대 방향으로 편향되는 과정에서 주 코팅 영역(M)에 코팅된 활물질 슬러리(S)에 의해 지지된다. 그러므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 발코니 영역(B)에는 활물질 슬러리(S)가 볼록하게 코팅된다.
한편, 드레그 영역(D)에 코팅된 활물질 슬러리(S)에 대하여, 관성력(I)은 상기 반대 방향으로 작용되고 또한 점성력(V)은 상기 공정 방향으로 작용된다. 그런데, 전극 집전체(E)의 이동 속력을 고려해 볼 때 일반적으로 관성력(I)의 크기가 점성력(V)의 크기보다 크므로, 드레그 영역(D)에 코팅된 활물질 슬러리(S)에는 점성력(V)에 의해 상쇄되고 남은 일부의 관성력(I)이 상기 반대 방향으로 작용된다. 따라서, 드레그 영역(D)에 코팅된 활물질 슬러리(S)는 상기 반대 방향으로 편향된다. 그런데, 드레그 영역(D)에 코팅된 활물질 슬러리(S)는 상기 반대 방향으로 편향되더라도 발코니 영역(B)에 코팅된 활물질 슬러리(S)와는 달리 주 코팅 영역(M)에 코팅된 슬러리에 의해 지지되지 못한다. 그러므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 드레그 영역(D)에는 활물질 슬러리(S)가 상기 반대 방향으로 갈수록 코팅 두께가 얇아지도록 첨예하게 코팅된다.
부연 설명하면, 전극 집전체(E)에 대한 활물질 슬러리(S)의 코팅을 종료할 때 즉, 코팅 다이(20)가 활물질 슬러리(S)의 토출을 종료할 때에는, 활물질 슬러리(S)의 토출이 일시에 종료되지 못하고 소정의 시간에 걸쳐 점진적으로 종료된다. 따라서, 코팅 다이(20)가 활물질 슬러리(S)를 드레그 영역(D)에 코팅할 때에는, 전극 집전체(E)에 대한 활물질 슬러리(S)의 토출을 종료할 수 있도록 단위 시간당 활물질 슬러리(S)의 토출량이 점진적으로 줄어든다. 그러므로, 드레그 영역(D)에는 활물질 슬러리(S)가 상기 반대 방향으로 갈수록 코팅 두께가 더욱 얇아지도록 첨예하게 코팅된다.
한편, 주 코팅 영역(M)에 코팅된 활물질 슬러리(S)에 대하여, 관성력(I)은 상기 반대 방향으로 작용되고 또한 점성력(V)은 상기 공정 방향과 상기 반대 방향 모두로 작용된다. 따라서, 관성력(I)은 주 코팅 영역(M)에 코팅된 활물질 슬러리(S)를 상기 반대 평향으로 편향시키지만, 점성력(V)은 관성력(I)에 의해 상기 반대 방향으로 편향된 활물질 슬러리(S)를 평평하게 펴준다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 주 코팅 영역(M)에는 활물질 슬러리(S)가 상대적으로 평평하게 코팅된다.
이러한 내용들을 종합해 볼 때, 발코니 영역(B)에는 활물질 슬러리(S)가 다른 영역에 코팅된 활물질 슬러리(S)의 코팅 두께보다 상대적으로 두껍도록 볼록하게 코팅되고, 드레그 영역(D)에는 활물질 슬러리(S)가 다른 영역에 코팅된 활물질 슬러리(S)의 코팅 두께보다 상대적으로 얇도록 첨예하게 코팅된다.
이와 같이 활물질 슬러리(S)의 코팅 두께 불균일 현상이 발생한 발코니 영역(B)과 드레그 영역(D)은, 이차전지의 제조 공정에 사용되면 공정성이나 이차전지의 성능에 문제를 일으킬 수 있으므로, 이차전지의 제조 공정에 사용되지 못하고 폐기된다. 따라서, 종래의 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(1)는, 이차전지의 제조 공정에 사용되지 못하는 코팅 두께 불균일 영역 즉, 데드 스페이스(space)가 전극 집전체(E)에 발생됨으로써, 경제성과 수율이 떨어진다는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위하여, 발코니 영역(B)과 드레그 영역(D)에서 활물질 슬러리(S)의 코팅 두께 불균일 현상이 발생하지 않도록 첨가제를 활물질 슬러리(S)에 혼합하는 방법이 고안되었다. 그런데, 활물질 슬러리(S)에 첨가제를 혼합할 경우에는, 첨가제의 재질에 맞추어 활물질 슬러리(S)의 전체 조성이 변경되어야 한다. 따라서, 활물질 슬러리(S)를 첨가제를 혼합하는 방법은, 경제성이 떨어진다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 활물질 슬러리를 전극 집전체에 코팅할 때 활물질 슬러리의 코팅 두께 불균일 현상이 발생하지 않도록 구조를 개선한 활물질 슬러리 코팅 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 활물질 슬러리의 조성 변경 없이도 활물질 슬러리의 코팅 두께 불균일 현상을 방지할 수 있도록 구조를 개선한 활물질 슬러리 코팅 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 전극 활물질 슬러리 코팅 장치는, 전극 집전체를 미리 정해진 공정 방향으로 연속적으로 이송하는 이송 유닛; 및 공정 방향 또는 공정 방향의 반대 방향으로 왕복 이동 가능하며, 이송 유닛에 의해 이송되고 있는 전극 집전체의 미리 정해진 코팅 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 코팅 다이를 포함하며; 코팅 다이는, 미리 정해진 코팅 시작 위치에서 대기 중이었다가, 코팅 영역 중 활물질 슬러리의 코팅이 시작되는 발코니 영역이 코팅 시작 위치에 도달하면 코팅 시작 위치로부터 반대 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된 주 코팅 위치까지 이동하면서 발코니 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 코팅 다이는, 코팅 시작 위치에서 주 코팅 위치로 이동되는 동안, 전극 집전체의 이동 속력과 동일한 속력으로 이동되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 코팅 다이는, 주 코팅 위치에 도달하면, 이동이 정지된 상태에서 발코니 영역과 코팅 영역 중 활물질 슬러리의 코팅이 종료되는 드레그 영역 사이에 위치한 주 코팅 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 코팅 다이는, 드레그 영역이 주 코팅 위치에 도달하면, 주 코팅 위치에서 공정 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된 코팅 종료 위치까지 이동하면서 드레그 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 코팅 다이는, 주 코팅 위치에서 코팅 종료 위치로 이동되는 동안, 전극 집전체의 이동 속력과 동일한 속력으로 이동되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 코팅 시작 위치와 코팅 종류 위치는, 동일한 위치인 것을 특징으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 양상에 따른 전극 활물질 슬러리 코팅 장치는, 전극 집전체를 미리 정해진 공정 방향으로 연속적으로 이송하는 이송 유닛; 및 공정 방향 또는 공정 방향의 반대 방향으로 왕복 이동 가능하며, 이송 유닛에 의해 이송되고 있는 전극 집전체의 미리 정해진 코팅 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 코팅 다이를 포함하며; 코팅 다이는, 미리 정해진 주 코팅 위치에서 이동이 정지된 상태로 코팅 영역에 활물질 슬러리를 코팅 중이었다가 코팅 영역 중 코팅이 종료되는 드레그 영역이 주 코팅 위치에 도달하면, 주 코팅 위치에서 공정 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된 코팅 종료 위치까지 이동하면서 드레그 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 것을 특징으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 양상에 따른 활물질 슬러리 코팅 방법은, 미리 정해진 공정 방향으로 연속적으로 이송되는 전극 집전체의 코팅 영역에 코팅 다이를 이용해 활물질 슬러리를 코팅하는 전극 활물질 슬러리 코팅 방법에 있어서, (a) 코팅 다이가 미리 정해진 코팅 시작 위치에서 대기 중인 상태에서 코팅 영역 중 활물질 슬러리의 코팅이 시작되는 발코니 영역이 코팅 시작 위치에 도달되면, 코팅 다이가 코팅 시작 위치로부터 공정 방향의 반대 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된 주 코팅 위치까지 이동하면서 발코니 영역에 활물질 슬러리를 코팅 시작 단계; (b) 코팅 다이가 주 코팅 위치에 도달하면, 코팅 다이가 이동이 정지된 상태에서 발코니 영역과 코팅 영역 중 활물질 슬러리의 코팅이 종료되는 드레그 영역 사이에 위치한 주 코팅 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 주 코팅 단계; 및 (c) 드레그 영역이 주 코팅 위치에 도달하면, 코팅 다이가 주 코팅 위치에서 공정 방향으로 미리 정해진 간격만큼 이격된 코팅 종료 위치까지 이동하면서 드레그 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 코팅 종료 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, (a) 단계에서 코팅 다이는, 전극 집전체의 이동 속력과 동일한 속력으로 반대 방향으로 이동되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, (c) 단계에서 코팅 다이는, 전극 집전체의 이동 속력과 동일한 속력으로 공정 방향으로 이동되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 코팅 시작 위치와 코팅 종류 위치는, 동일한 위치인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전극 활물질 슬러리 코팅 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명은, 전극 집전체의 코팅 영역 중 활물질 슬러리의 코팅이 시작되는 발코니 영역에 활물질 슬러리를 코팅할 때, 발코니 영역에 대한 단위 면적당 활물질 슬러리의 코팅양이 줄어들도록 코팅 다이를 전극 집전체의 이동 방향과 반대 방향으로 이동시킴으로써, 발코니 영역에 활물질 슬러리를 균일한 두께로 코팅할 수 있다.
둘째, 본 발명은, 전극 집전체의 코팅 영역 중 활물질 슬러리의 코팅이 종료되는 드레그 영역에 활물질 슬러리를 코팅할 때, 드레그 영역에 대한 단위 면적당 활물질 슬러리의 코팅양이 늘어나도록 코팅 다이를 전극 집전체의 이동 방향과 동일한 방향으로 이동시킴으로써, 드레그 영역에 활물질 슬러리를 균일한 두께로 코팅할 수 있다.
셋째, 본 발명은, 활물질 슬러리가 불균일한 두께로 코팅되어 이차전지 제조에 사용되지 못하는 전극 집전체의 데드 스페이스를 최소화시킬 수 있으므로, 경제성 및 수율을 향상시킬 수 있다.
넷째, 활물질 슬러리의 조성 변경 없이 전극 집전체에 대한 활물질 슬러리의 상대 속도의 조정을 통해 전극 집전체의 코팅 영역에 활물질 슬러리를 균일한 두께로 코팅할 수 있으므로, 더욱 경제성을 향상시킬 수 있다.
도 1는 종래의 전극 활물질 슬러리 코팅 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 Ⅰ 영역에 대한 부분 확대도.
도 3은 도 2의 Ⅱ 영역에 대한 부분 확대도.
도 4는 도 2의 Ⅲ 영역에 대한 부분 확대도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극 활물질 슬러리 코팅 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 6은 도 5의 Ⅳ 영역에 대한 부분 확대도.
도 7은 도 6의 코팅 유닛이 발코니 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 8은 도 6의 코팅 유닛이 주 코팅 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 도 6의 코팅 유닛이 드레그 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 10은 도 6의 코팅 유닛에 의해 전극 집전체의 코팅 영역에 활물질 슬러리가 코팅된 상태를 나타내는 도면.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극 활물질 슬러리 코팅 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(100)는, 전극 집전체(E)를 연속적으로 공급하는 공급 유닛(110); 공급 유닛(110)으로부터 공급된 전극 집전체(E)를 미리 정해진 공정 방향으로 연속적으로 이송하는 이송 유닛(120); 이송 유닛(120)에 의해 이송되고 있는 전극 집전체(E)에 활물질 슬러리(S)를 코팅하는 코팅 유닛(130); 코팅 유닛(130)에 의해 활물질 슬러리(S)가 코팅된 전극 집전체(E)를 건조시켜 전극 집전체(E)에 전극 활물질층(A)을 형성하는 건조 유닛(140); 및 전극 활물질층(A)이 형성된 전극 집전체(E)를 권취하여 롤 상태로 회수하는 회수롤(152);을 포함한다.
공급 유닛(110)은, 활물질 슬러리(S)를 코팅하고자 하는 전극 집전체(E)를 공급하기 위한 장치이다. 공급 유닛(110)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 공급 유닛(110)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 롤 상태로 권취된 전극 집전체(E)를 권출하여 연속적으로 공급 가능한 공급롤(112)을 포함할 수 있다. 공급 유닛(110)이 공급하는 전극 집전체(E)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 공급 유닛(110)은 이차전지의 제조에 통상적으로 사용되는 전극 집전체(E)를 공급할 수 있다.
이송 유닛(120)은, 공급 유닛(110)에 의해 공급된 전극 집전체(E)를 미리 정해진 공정 방향으로 이송하기 위한 장치이다. 이송 유닛(120)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 이송 유닛(120)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 공급 유닛(110)과 회수 유닛(150) 사이에 미리 정해진 간격을 두고 설치되는 복수의 이송롤(122)들을 포함할 수 있다. 각각의 이송롤(122)은, 공급 유닛(110)에 의해 공급된 전극 집전체(E)를 소정의 장력이 인가된 상태로 미리 정해진 공정 방향을 따라 연속적으로 이송한다.
코팅 유닛(130)은, 활물질 슬러리(S)를 전극 집전체(E)에 코팅하기 위한 장치이다. 코팅 유닛(130)은, 활물질 슬러리(S)를 이송 유닛(120)에 의해 상기 공정 방향을 따라 연속적으로 이송되고 있는 전극 집전체(E)의 미리 정해진 코팅 영역(T)에 코팅한다.
건조 유닛(140)은, 전극 집전체(E)에 코팅된 활물질 슬러리(S)를 건조시켜 전극 집전체(E)에 전극 활물질층(A)을 형성하기 위한 장치이다. 건조 유닛(140)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 집전체(E)에 코팅된 활물질 슬러리(S)를 건조할 수 있도록 코팅 유닛(130)의 코팅 다이(131)와 회수롤(152) 사이 구간에 설치된다. 건조 유닛(140)은, 활물질 슬러리(S)를 건조하기 위한 통상적인 건조 유닛과 동일한 구조를 가지므로, 이에 대한 보다 자세한 설명은 생략하기로 한다.
회수 유닛(150)은, 전극 활물질층(A)이 형성된 전극 집전체(E)를 회수하기 위한 장치이다. 회수 유닛(150)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 회수 유닛(150)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 코팅 유닛(130)과 건조 유닛(140)을 순차적으로 통과하여 전극 활물질층(A)이 형성된 전극 집전체(E)를 권취하여 롤 상태로 회수 가능한 회수롤(152)을 포함할 수 있다.
도 6은 도 5의 Ⅳ 영역에 대한 부분 확대도이다.
종래의 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(1)를 이용할 경우에는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 활물질 슬러리(S)에 작용하는 관성력(I)과 점성력(V)으로 인하여, 발코니 영역(B)에는 활물질 슬러리(S)의 코팅 두께가 상대적으로 두껍도록 활물질 슬러리(S)가 볼록하게 코팅되고, 드레그 영역(D)에는 활물질 슬러리(S)의 코팅 두께가 상대적으로 얇도록 활물질 슬러리(S)가 첨예하게 코팅된다. 이와 같이 활물질 슬러리(S)의 코팅 두께 불균일 현상이 발생한 발코니 영역(B)과 드레그 영역(D)은 이차전지의 제조 공정과 성능상의 문제로 인해 사용되지 않는다. 따라서, 종래의 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(1)는, 경제성과 수율성이 떨어진다는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위하여, 코팅 유닛(130)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 활물질 슬러리(S)를 이송 유닛(120)에 의해 상기 공정 방향을 따라 연속적으로 이송되고 있는 전극 집전체(E)의 코팅 영역(T)에 코팅하는 코팅 다이(131)와, 코팅 다이(131)를 상기 공정 방향 또는 상기 공정 방향과 반대되는 반대 방향으로 왕복 이송하는 다이 이송부(132)를 포함할 수 있다.
코팅 다이(131)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 코팅 다이(131)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 외부의 슬러리 공급원(미도시)으로부터 활물질 슬러리(S)가 공급되는 슬릿(133)과, 슬릿(133)을 통과한 활물질 슬러리(S)를 전극 집전체(E)를 향해 토출하는 토출구(134)를 포함한다. 이러한 코팅 다이(131)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 토출구(134)와 전극 집전체(E)의 코팅 영역(T)이 대면하도록 후술할 다이 이송부(132)의 슬라이더(135)와 결합된다.
다이 이송부(132)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 다이 이송부(132)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 코팅 다이(131)와 결합되는 슬라이더(135)와, 슬라이더(135)가 상기 공정 방향 또는 상기 반대 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 장착되는 안내 슬릿(136a)을 구비하는 안내 레일(136)과, 슬라이더(135)를 안내 레일(136)을 따라 이송하는 구동 모터(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 다이 이송부(132)는, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이, 슬라이더(135) 및 슬라이더(135)에 결합된 코팅 다이(131)를 안내 레일(136)을 따라 상기 공정 방향 또는 상기 반대 방향으로 왕복 이송할 수 있다.
한편, 도 5에는, 코팅 다이(131)는 전극 집전체(E)가 직선 이동되는 구간에 설치되고 또한 다이 이송부(132)는 이러한 코팅 다이(131)를 직선 왕복 이동시키는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 코팅 다이(131)는 전극 집전체(E)가 이송롤(122)을 통과하는 구간과 같이 전극 집전체(E)가 곡선 이동되는 구간에 설치되고 또한 다이 이송부(132)는 이러한 코팅 다이(131)를 곡선 왕복 이동시킬 수도 있다.
도 7은 도 6의 코팅 유닛이 발코니 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 6의 코팅 유닛이 주 코팅 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 도 6의 코팅 유닛이 드레그 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 도 6의 코팅 유닛에 의해 전극 집전체의 코팅 영역에 활물질 슬러리가 코팅된 상태를 나타내는 도면이다.
이하에서는, 도면을 참조하여, 코팅 유닛(130)이 전극 집전체(E)의 코팅 영역(T)에 활물질 슬러리(S)를 코팅하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 전극 집전체(E)의 발코니 영역(B)이 미리 정해진 코팅 시작 위치(P1)에 도달하기 이전에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 코팅 다이(131)는 활물질 슬러리(S)를 토출하지 않고 대기 상태를 유지하며, 다이 이송부(132)는 이러한 코팅 다이(131)를 미리 정해진 코팅 시작 위치(P1)에 배치한 상태로 대기한다. 즉, 코팅 다이(131)는 코팅 시작 위치(P1)에서 대기한다.
다음으로, 전극 집전체(E)의 발코니 영역(B)이 코팅 시작 위치(P1)에 도달하면, 도 7에 도시된 바와 같이, 코팅 다이(131)는 활물질 슬러리(S)의 토출을 시작하고, 다이 이송부(132)는 이러한 코팅 다이(131)를 코팅 시작 위치(P1)로부터 상기 반대 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된 주 코팅 위치(P2)까지 미리 정해진 이동 속력으로 이송한다.
코팅 시작 위치(P1)와 주 코팅 위치(P2) 사이의 거리는, 코팅 다이(131)가 코팅 시작 위치(P1)에서 주 코팅 위치(P2)로 이동하는 동안에 코팅 다이(131)에서 토출된 활물질 슬러리(S)가 발코니 영역(B)에 선택적으로 코팅될 수 있도록 설정된다. 따라서, 코팅 시작 위치(P1)와 주 코팅 위치(P2) 사이의 거리는, 코팅 다이(131)의 활물질 슬러리(S) 토출 속력, 및 전극 집전체(E)의 이동 속력 등의 공정 조건에 따라 결정된다. 또한, 코팅 다이(131)의 이동 속력은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 다이 이송부(132)는 코팅 다이(131)를 전극 집전체(E)의 이동 속력과 동일한 속력으로 상기 반대 방향으로 이송할 수 있다.
그러면, 도 7에 도시된 바와 같이, 코팅 다이(131)에서 토출된 활물질 슬러리(S)는 전극 집전체(E)의 코팅 영역(T) 중 발코니 영역(B)에 선택적으로 코팅된다. 그런데, 코팅 다이(131)는 상기 반대 방향 즉, 전극 집전체(E)의 이동 방향의 반대 방향으로 이동하면서 발코니 영역(B)에 활물질 슬러리(S)를 코팅하므로, 종래의 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(1)와 같이 코팅 다이(131)가 미리 정해진 위치에 고정된 상태에서 발코니 영역(B)에 활물질 슬러리(S)를 코팅하는 경우에 비해 발코니 영역(B)에 활물질 슬러리(S)가 코팅되는 시간이 감소된다. 따라서, 코팅 다이(131)가 미리 정해진 위치에 고정된 상태에서 발코니 영역(B)에 활물질 슬러리(S)를 코팅하는 경우에 비해 발코니 영역(B)에 대한 단위 면적당 활물질 슬러리(S)의 코팅양이 줄어든다. 그러므로, 도 10에 도시된 바와 같이, 발코니 영역(B)에는 활물질 슬러리(S)가 평평하게 코팅되며, 발코니 영역(B)에 대한 활물질 슬러리(S)의 코팅 두께와 주 코팅 영역(M)에 대한 활물질 슬러리(S)의 코팅 두께 사이의 편차가 종래의 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(1)에 비해 상대적으로 감소된다.
이후에, 코팅 다이(131)가 주 코팅 위치(P2)에 도달하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 코팅 다이(131)는 활물질 슬러리(S)를 계속적으로 토출하고, 다이 이송부(132)는 코팅 다이(131)를 주 코팅 위치(P2)에 배치한 상태로 대기한다. 즉, 코팅 다이(131)는 주 코팅 위치(P2)에서 이동이 정지된 상태에서 활물질 슬러리(S)를 계속적으로 토출하는 것이다. 따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 주 코팅 영역(M)에는 활물질 슬러리(S)가 평평하게 코팅된다.
다음으로, 전극 집전체(E)의 드레그 영역(D)이 주 코팅 영역(M)에 도달하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 코팅 다이(131)는 활물질 슬러리(S)를 계속적으로 토출하고, 다이 이송부(132)는 이러한 코팅 다이(131)를 주 코팅 위치(P2)로부터 상기 공정 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된 코팅 종료 위치(P3)까지 미리 정해진 이동 속력으로 이송한다.
코팅 종료 위치(P3)는, 코팅 시작 위치(P1)와 동일한 위치인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 주 코팅 위치(P2)로 이동했던 코팅 다이(131)가 원위치 즉, 코팅 시작 위치(P1)로 복귀할 수 있도록 코팅 종료 위치(P3)를 코팅 시작 위치(P1)와 동일한 위치로 설정하는 것이다. 또한, 코팅 다이(131)의 이동 속력은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 다이 이송부(132)는 활물질 슬러리(S)가 전극 집전체(E)의 드레그 영역(D)을 만날 때 활물질 슬러리(S)에 작용되는 관성력(I)이 최대한 줄어들도록 코팅 다이(131)를 전극 집전체(E)의 이동 속력과 동일한 속력 또는 전극 집전체(E)의 이동 속력보다 약간 느린 속력으로 상기 공정 방향으로 이송할 수 있다.
그러면, 도 10에 도시된 바와 같이, 코팅 다이(131)에서 토출된 활물질 슬러리(S)는 전극 집전체(E)의 코팅 영역(T) 중 드레그 영역(D)에 선택적으로 코팅된다. 그런데, 코팅 다이(131)는 상기 공정 방향 즉, 전극 집전체(E)의 이동 방향으로 이동하면서 드레그 영역(D)에 활물질 슬러리(S)를 코팅하므로, 종래의 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(1)와 같이 코팅 다이(131)가 미리 정해진 위치에 고정된 상태에서 드레그 영역(D)에 활물질 슬러리(S)를 코팅하는 경우에 비해 드레그 영역(D)에 활물질 슬러리(S)가 코팅되는 시간이 증가된다. 따라서, 코팅 다이(131)가 미리 정해진 위치에 고정된 상태에서 드레그 영역(D)에 활물질 슬러리(S)를 코팅하는 경우에 비해 드레그 영역(D)에 대한 단위 면적당 활물질 슬러리(S)의 코팅양이 늘어나는 것이다. 그러므로, 도 10에 도시된 바와 같이, 드레그 영역(D)에는 활물질 슬러리(S)가 평평하게 코팅되며, 드레그 영역(D)에 대한 활물질 슬러리(S)의 코팅 두께와 주 코팅 영역(M)에 대한 활물질 슬러리(S)의 코팅 두께 사이의 편차가 종래의 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(1)에 비해 상대적으로 감소된다.
이후에, 코팅 다이(131)가 코팅 종료 위치(P3) 즉, 코팅 시작 위치(P1)에 도달하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 다음 코팅 영역(T)의 발코니 영역(B)이 코팅 시작 위치(P1)에 도달할 때까지, 코팅 다이(131)는 활물질 슬러리(S)를 토출하지 않고 대기 상태를 유지하며, 다이 이송부(132)는 이러한 코팅 다이(131)를 코팅 시작 위치(P1)에 배치한 상태로 대기한다. 즉, 코팅 다이(131)는 다음 코팅 영역(T)에 대한 활물질 슬러리(S)의 코팅 작업을 시작하기 전까지 코팅 시작 위치(P1)에서 대기하는 것이다.
이와 같이 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(100)는, 종래의 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(1)에 비해 발코니 영역(B) 및 드레그 영역(D)과 주 코팅 영역(M) 사이에 발생하는 활물질 슬러리(S)의 코팅 두께의 편차를 감소시킬 수 있다. 즉, 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(100)는, 활물질 슬러리(S)의 코팅 두께가 불균일한 부분이 없도록 전극 집전체(E)의 코팅 영역(T)의 전 영역에 걸쳐 활물질 슬러리(S)를 균일한 두께로 코팅할 수 있다. 따라서, 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(100)는, 이차전지의 제조 공정에 사용되지 못하는 코팅 두께 불균일 영역 즉, 데드 스페이스(space)를 최소화시킴으로써, 경제성 및 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(100)는, 전극 집전체(E)에 대한 활물질 슬러리(S)의 상대 속도가 변화되도록 활물질 슬러리(S)를 토출 중인 코팅 다이(131)를 전극 집전체(E)의 이동 방향 또는 이동 방향의 반대 방향으로 이동시킴으로써, 발코니 영역(B)과 드레그 영역(D)에 코팅 두께 불균일 현상이 발생하는 것을 방지한다. 따라서, 전극 활물질 슬러리 코팅 장치(100)는, 활물질 슬러리(S)의 조성 변경 없이 전극 집전체(E)에 대한 활물질 슬러리(S)의 상대 속도의 조정을 통해 전극 집전체(E)의 코팅 영역(T)에 활물질 슬러리(S)를 균일한 두께로 코팅할 수 있으므로, 경제성을 향상시킬 수 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 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명은 전극 활물질 슬러리 코팅 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 이차전지와 관련된 산업에 이용 가능하다.

Claims (11)

  1. 전극 집전체를 미리 정해진 공정 방향으로 연속적으로 이송하는 이송 유닛; 및
    상기 공정 방향 또는 상기 공정 방향의 반대 방향으로 왕복 이동 가능하며, 상기 이송 유닛에 의해 이송되고 있는 상기 전극 집전체의 미리 정해진 코팅 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 코팅 다이를 포함하며;
    상기 코팅 다이는,
    미리 정해진 코팅 시작 위치에서 대기 중이었다가, 상기 코팅 영역 중 상기 활물질 슬러리의 코팅이 시작되는 발코니 영역이 상기 코팅 시작 위치에 도달하면 상기 코팅 시작 위치로부터 상기 반대 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된 주 코팅 위치까지 이동하면서 상기 발코니 영역에 상기 활물질 슬러리를 코팅하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 슬러리 코팅 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 다이는, 상기 코팅 시작 위치에서 상기 주 코팅 위치로 이동되는 동안, 상기 전극 집전체의 이동 속력과 동일한 속력으로 이동되는 것을 특징으로 전극 활물질 슬러리 코팅 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 다이는, 상기 주 코팅 위치에 도달하면, 이동이 정지된 상태에서 상기 발코니 영역과 상기 코팅 영역 중 상기 활물질 슬러리의 코팅이 종료되는 드레그 영역 사이에 위치한 주 코팅 영역에 상기 활물질 슬러리를 코팅하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 슬러리 코팅 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코팅 다이는, 상기 드레그 영역이 상기 주 코팅 위치에 도달하면, 상기 주 코팅 위치에서 상기 공정 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된 코팅 종료 위치까지 이동하면서 상기 드레그 영역에 상기 활물질 슬러리를 코팅하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 슬러리 코팅 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 코팅 다이는, 상기 주 코팅 위치에서 상기 코팅 종료 위치로 이동되는 동안, 상기 전극 집전체의 이동 속력과 동일한 속력으로 이동되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 슬러리 코팅 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 코팅 시작 위치와 상기 코팅 종류 위치는, 동일한 위치인 것을 특징으로 하는 전극 활물질 슬러리 코팅 장치.
  7. 전극 집전체를 미리 정해진 공정 방향으로 연속적으로 이송하는 이송 유닛; 및
    상기 공정 방향 또는 상기 공정 방향의 반대 방향으로 왕복 이동 가능하며, 상기 이송 유닛에 의해 이송되고 있는 상기 전극 집전체의 미리 정해진 코팅 영역에 활물질 슬러리를 코팅하는 코팅 다이를 포함하며;
    상기 코팅 다이는, 미리 정해진 주 코팅 위치에서 이동이 정지된 상태로 상기 코팅 영역에 상기 활물질 슬러리를 코팅 중이었다가 상기 코팅 영역 중 코팅이 종료되는 드레그 영역이 상기 주 코팅 위치에 도달하면, 상기 주 코팅 위치에서 상기 공정 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된 코팅 종료 위치까지 이동하면서 상기 드레그 영역에 상기 활물질 슬러리를 코팅하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 슬러리 코팅 장치.
  8. 미리 정해진 공정 방향으로 연속적으로 이송되는 전극 집전체의 코팅 영역에 코팅 다이를 이용해 활물질 슬러리를 코팅하는 전극 활물질 슬러리 코팅 방법에 있어서,
    (a) 상기 코팅 다이가 미리 정해진 코팅 시작 위치에서 대기 중인 상태에서 상기 코팅 영역 중 상기 활물질 슬러리의 코팅이 시작되는 발코니 영역이 상기 코팅 시작 위치에 도달되면, 상기 코팅 다이가 상기 코팅 시작 위치로부터 상기 공정 방향의 반대 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격된 주 코팅 위치까지 이동하면서 상기 발코니 영역에 상기 활물질 슬러리를 코팅 시작 단계;
    (b) 상기 코팅 다이가 상기 주 코팅 위치에 도달하면, 상기 코팅 다이가 이동이 정지된 상태에서 상기 발코니 영역과 상기 코팅 영역 중 상기 활물질 슬러리의 코팅이 종료되는 드레그 영역 사이에 위치한 주 코팅 영역에 상기 활물질 슬러리를 코팅하는 주 코팅 단계; 및
    (c) 상기 드레그 영역이 상기 주 코팅 위치에 도달하면, 상기 코팅 다이가 상기 주 코팅 위치에서 상기 공정 방향으로 미리 정해진 간격만큼 이격된 코팅 종료 위치까지 이동하면서 상기 드레그 영역에 상기 활물질 슬러리를 코팅하는 코팅 종료 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 슬러리 코팅 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서 상기 코팅 다이는, 상기 전극 집전체의 이동 속력과 동일한 속력으로 상기 반대 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 슬러리 코팅 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 상기 코팅 다이는, 상기 전극 집전체의 이동 속력과 동일한 속력으로 상기 공정 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 슬러리 코팅 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 코팅 시작 위치와 상기 코팅 종류 위치는, 동일한 위치인 것을 특징으로 하는 전극 활물질 슬러리 코팅 방법.
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