WO2022065778A1 - 다중 슬롯 다이 코터 - Google Patents

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WO2022065778A1
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slot
die block
die
bolt
block
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PCT/KR2021/012444
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English (en)
French (fr)
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이택수
전신욱
최상훈
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0254—Coating heads with slot-shaped outlet
    • B05C5/0262—Coating heads with slot-shaped outlet adjustable in width, i.e. having lips movable relative to each other in order to modify the slot width, e.g. to close it
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0254—Coating heads with slot-shaped outlet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Such 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 laminated at least once, and the positive electrode and the negative electrode are prepared by coating and drying a positive electrode active material slurry and a negative electrode active material slurry on a current collector made of aluminum foil and copper foil, respectively.
  • the positive electrode active material slurry and the negative electrode active material slurry should be uniformly coated on the current collector, and a slot die coater is conventionally used.
  • the electrode active material slurry discharged from the slot die coater is applied on the current collector transferred by the coating roll.
  • a conventional slot die coater includes two dies and forms a slot between the two dies, and one type of electrode active material slurry can be discharged through one slot to form one electrode active material layer.
  • the thickness of the electrode active material layer which was about 130 ⁇ m, gradually increased to reach 300 ⁇ m.
  • the thick electrode active material layer is formed with a conventional slot die coater, migration of the binder and the conductive material in the active material slurry intensifies during drying, so that the final electrode is non-uniformly manufactured.
  • the electrode active material layer is applied thinly and then dried, then coated over it again and then coated twice, it takes a long time.
  • the inventors of the present application have proposed a dual slot die coater capable of simultaneously coating two types of electrode active material slurries.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a dual slot die coater according to the prior art.
  • two types of electrode active material slurries are discharged from the dual slot die coater 20 while the current collector 15 is driven by rotating the coating roll 10 , and the two-layer electrode is placed on the current collector 15 .
  • the active material layer can be simultaneously formed.
  • the electrode active material slurry discharged from the dual slot die coater 20 is widely applied to one surface of the current collector 15 to form an electrode active material layer.
  • the dual slot die coater 20 is configured by assembling three plate members, that is, three die blocks 21 , 22 , and 23 . Since slots are formed between adjacent die blocks, two slots are formed, and the electrode active material slurry applied first by simultaneously discharging two types of electrode active material slurries through the outlets 24 and 25 connected to each slot. By continuously applying an additional electrode active material slurry on the electrode active material layer formed by the two-layer electrode active material layer can be formed at the same time.
  • Reference numerals 26 and 27 denote manifolds in which the coating solution is contained.
  • each electrode active material layer it is very difficult to form each electrode active material layer to a desired thickness because it is necessary to use electrode active material slurries that are simultaneously discharged from different discharge ports 24 and 25. there is a side
  • the dual slot die coater 20 is basically provided with three die blocks 21, 22, and 23, a footprint and volume similar to that of a conventional slot die coater having one slot are achieved.
  • each of the die blocks 21 , 22 , and 23 must have a thin thickness, and for this reason, there is a problem inevitably structurally vulnerable to deformation and torsion.
  • deformation or torsion occurs, the painstakingly adjusted slot gap is misaligned, which is a serious problem causing defects in the electrode process.
  • this problem will become more serious in a multi-slot die coater in which the number of die blocks is further increased by including two or more slots.
  • the assembly between the respective die blocks 21 , 22 , and 23 may be performed by bolting to the contact surface.
  • each of the die blocks 21 , 22 , and 23 is thin and easy to deform, attention is required because bolt fastening is easy to generate deformation due to the action of a large force. If movement occurs between the die blocks 21 , 22 , and 23 due to the force applied during fastening, this movement affects the coating gap direction, which is the distance between the outlets 24 and 25 and the current collector 15 , resulting in coating non-uniformity. causes
  • the present invention was devised in consideration of the above problems, and it is intended to provide a multi-slot die coater that can improve the structurally vulnerable problem to deformation and torsion in a multi-slot die coater including three die blocks.
  • the multi-slot die coater according to the present invention for solving the above technical problem is a multi-slot die coater having a lower slot and an upper slot and extruding and applying a coating solution through at least one of the lower slot and the upper slot to the surface of a substrate that runs continuously
  • a slot die coater comprising: a lower die block; an intermediate die block disposed on the lower die block to form the lower slot therebetween; and an upper die block disposed on the middle die block to form the upper slot therebetween, wherein the lower die block, the middle die block and the upper die block each form a leading end thereof a lower die lip, an intermediate die lip, and an upper die lip, wherein a lower discharge port communicating with the lower slot is formed between the lower die lip and the middle die lip, and the middle die lip and the upper die lip are disposed between the upper die lip An upper discharge port communicating with the upper slot is formed, and a bolt fastened to the interface between the lower die block, the middle die block and the upper die block, and the bolt head is angled so
  • the angle between the contact surface and the bolt axis may be in an angular range of 70 ⁇ 10°.
  • a contact surface of the upper die block and the intermediate die block may be inclined, and the bolt may be fastened at an angle of 70 ⁇ 10° with respect to the contact surface.
  • the intermediate die block includes a first intermediate die block and a second intermediate die block provided to be in face-to-face contact with each other up and down and slid along the contact surface to be movable relative to each other, and the first intermediate die block is attached to the lower die block. It may be fixedly coupled, and the second intermediate die block may be fixedly coupled to the upper die block.
  • a first spacer interposed between the lower die block and the middle die block to adjust a width of the lower slot, and a second spacer interposed between the middle die block and the upper die block to adjust a width of the upper slot may further include.
  • the bolt may have a bolt head protruding outside the upper die block.
  • the bolt heads when the bolts are fastened to the interface between the die blocks, the bolt heads are angled to face the lower outlet and the upper outlet. Forming the angle as in the present invention can minimize the deformation of the die blocks.
  • die blocks may be arranged in a row on the left and right sides of the multi-slot die coater in the width direction. Therefore, it is possible to reduce the coating gap change when mounting a multi-slot die coater by assembling between die blocks. It is also possible to suppress the occurrence of deviations in the slot gap. Therefore, according to the present invention, it is possible to secure the loading uniformity in the width direction, it is possible to improve the coating quality.
  • the present invention it is possible to improve the deformation or distortion of the die block, which is structurally weak, so that a coating layer, particularly an electrode active material layer, can be uniformly formed to a desired thickness, and two or more kinds of electrode active material slurries can be simultaneously formed. Because coating is possible, both performance and productivity are excellent. Since deformation is prevented when the die blocks are fastened, there is an effect of ensuring coating processability and reproducibility.
  • the multi-slot die coater of the present invention is used to manufacture an electrode of a secondary battery by coating an electrode active material slurry on a current collector, there is an advantage that uniform coating is possible even under high-speed or long-width application conditions.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating bolting between die blocks in a multi-slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a photograph showing an alignment state between die blocks in the case of using bolts fastened so that the bolt heads do not face the discharge port, unlike the present invention.
  • FIG. 9 is a photograph showing an alignment state between die blocks in the case of using a bolt with a bolt head facing toward the outlet according to the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating bolting between die blocks in a multi-slot die coater according to another embodiment of the present invention.
  • the multi-slot die coater may have two or more slots. Basically, it is an apparatus having a lower slot and an upper slot and coating a coating solution in a double layer on a substrate.
  • the 'substrate' described below is the current collector and the coating solution is the 'electrode active material slurry'.
  • Both the first coating solution and the second coating solution are electrode active material slurries, and the composition (type of active material, conductive material, binder), content (amount of active material, conductive material, binder), or physical properties are the same or different electrode active material slurries.
  • the multi-slot die coater according to an embodiment of the present invention is optimized for electrode manufacturing in which two or more kinds of electrode active material slurries are applied simultaneously or pattern-coated while alternately applying two or more kinds of electrode active material slurries.
  • the substrate may be a porous support constituting the separation membrane
  • the first coating solution and the second coating solution may be organic materials having different compositions or physical properties. That is, if thin film coating is required, the base material, the first coating liquid, and the second coating liquid may be any.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a multi-slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a schematic exploded perspective view of a multi-slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • the multi-slot die coater 100 is a dual slot die coater having a lower slot 101 and an upper slot 102 and is identical to each other through the lower slot 101 and the upper slot 102 . It is a device capable of coating two different types of coating solutions simultaneously or alternately on the substrate 300 . 2 and 3 , the multi-slot die coater 100 includes a lower die block 110 , an intermediate die block 120 disposed on the lower die block 110 , and the intermediate die block 120 . and an upper die block 130 disposed on top of the .
  • the die blocks 110 , 120 , and 130 are assembled to each other through bolts that are fastening members, which will be described in detail later.
  • the lower die block 110 is a block located at the bottom of the blocks constituting the multi-slot die coater 100, and the surface facing the middle die block 120 is inclined with respect to the horizontal surface of the bottom surface (XZ plane). It has a photographic form. Of course, depending on the embodiment, the surface of the lower die block 110 facing the intermediate die block 120 may be substantially parallel to the horizontal surface.
  • the lower slot 101 may be formed between the lower die block 110 and the middle die block 120 facing each other.
  • the first spacer 113 is interposed between the lower die block 110 and the intermediate die block 120 to provide a gap therebetween, so that the lower slot corresponding to the passage through which the first coating solution 50 can flow. (101) may be formed.
  • the thickness of the first spacer 113 determines the vertical width (Y-axis direction, slot gap) of the lower slot 101 .
  • conventional die blocks are susceptible to deformation and torsion, making it difficult to maintain a slot gap.
  • the first coating solution 50 does not leak through the gap between the lower die block 110 and the middle die block 120 except for the area where the lower discharge port 101a is formed. It is preferable to be made of a material having sealing properties as it functions as a gasket to prevent it from happening.
  • the lower die block 110 has a predetermined depth on a surface facing the intermediate die block 120 and includes a first manifold 112 communicating with the lower slot 101 .
  • the first manifold 112 is connected to a first coating solution supply chamber (not shown) installed outside through a supply pipe to receive the first coating solution 50 .
  • the flow of the first coating solution 50 is induced along the lower slot 101 and discharged to the outside through the lower outlet 101a. do.
  • the middle die block 120 is a block located in the middle among blocks constituting the multi-slot die coater 100, and is disposed between the lower die block 110 and the upper die block 130 to form a double slot.
  • the cross section of the intermediate die block 120 of this embodiment is a right triangle, this shape is not necessarily limited thereto.
  • the cross section may be provided as an isosceles triangle.
  • the second spacer 133 may be interposed between the middle die block 120 and the upper die block 130 to provide a gap therebetween. Accordingly, an upper slot 102 corresponding to a passage through which the second coating liquid 60 can flow is formed. In this case, the vertical width (Y-axis direction, slot gap) of the upper slot 102 is determined by the second spacer 133 .
  • conventional die blocks are susceptible to deformation and torsion, making it difficult to maintain a slot gap.
  • the intermediate die block 120 has a predetermined depth on a surface facing the upper die block 130 and includes a second manifold 132 communicating with the upper slot 102 .
  • the second manifold 132 is connected to a second coating solution supply chamber and a supply pipe installed outside to receive the second coating solution 60 .
  • the second coating solution 60 is supplied from the outside along the pipe-shaped supply pipe and is filled in the second manifold 132 , the second coating solution 60 is in communication with the second manifold 132 , the upper slot The flow is guided along (102) and discharged to the outside through the upper discharge port (102a).
  • the upper slot 102 and the lower slot 101 form a constant angle, and the angle may be approximately 30° to 60°.
  • the upper slot 102 and the lower slot 101 intersect each other in one place, and the upper discharge port 102a and the lower discharge port 101a may be provided near the intersection point. Accordingly, the discharge points of the first coating liquid 50 and the second coating liquid 60 may be concentrated in approximately one place.
  • a rotatably provided coating roll 200 is disposed in front of the multi-slot die coater 100, and the substrate to be coated by rotating the coating roll 200 While driving 300, the first coating liquid 50 and the second coating liquid 60 may be continuously contacted with the surface of the substrate 300 to coat the substrate 300 in a double layer. Alternatively, supply and interruption of the first coating liquid 50 and supply and interruption of the second coating liquid 60 may be alternately performed to form a pattern coating intermittently on the substrate 300 .
  • the multi-slot die coater 100 is to extrude and apply a coating solution through at least one of the lower slot 101 and the upper slot 102 on the surface of the continuously running substrate 300 .
  • the multi-slot die coater 100 of the present invention is bolted to the interface between the die blocks 110 , 120 , and 130 .
  • 4 is a cross-sectional view illustrating bolting between die blocks in a multi-slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • the bolt 140 is fastened to the interface between the intermediate die block 120 and the upper die block 130 .
  • the bolt 140 is fastened so that the bolt head faces toward the lower outlet 101a and the upper outlet 102a.
  • the angle ⁇ between the contact surface and the axis of the bolt 140 is preferably in an angular range of 70 ⁇ 10°. Outside this range, the coating gap changes or the slot gap changes. When this range is satisfied, the die blocks 110 , 120 , and 130 may be aligned in the direction toward the outlet.
  • a bolt (not shown) may be fastened to the contact surface between the lower die block 110 and the intermediate die block 120 .
  • a plurality of bolts 140 may be fastened along a width direction of the upper die block 130 and a plurality of bolts 140 may be fastened along a length direction of the upper die block 130 .
  • the bolt 160 at the interface between the intermediate die block 120 and the upper die block 130 is vertically fastened with respect to the horizontal plane.
  • the case where the bolt 160 has an angle of 105° with respect to the inclined contact surface is illustrated as an example.
  • the bolt head of the bolt 160 does not face toward the upper outlet 102a and the lower outlet 101a.
  • a motion such as slip occurs between the die blocks 110 , 120 , 130 by the force applied during fastening, and this motion causes the lower and upper outlets 101a and 102a and the substrate 300 . It affects the coating gap direction, which is the distance between them, resulting in coating non-uniformity.
  • the bolt 140 is fastened by forming an angle to the extent that the bolt head is laid down toward the outlet as in FIG. 4 .
  • the direction of force at the time of fastening acts not to cause deformation of the die blocks 110 , 120 , 130 .
  • the force by tightening the bolt 140 is separated into a force in a direction perpendicular to the contact surface and a force in a direction parallel to the force in the direction opposite to the direction in which the upper die block 130 can slide due to its own weight, the force in the parallel direction is opposite Because it works in the direction.
  • this slot gap is an empty space, it is greatly influenced by the die blocks forming this empty space. Therefore, there is a significant difference between simply fastening the simple bonding surface in which the upper structure and the lower structure are in contact with each other and between the die blocks 110 , 120 and 130 having an empty space as in the present invention. According to the present invention, since the bolt 140 can be fastened while preventing the die blocks 110 , 120 , 130 from being deformed, the effect of preventing the change in the empty space, that is, the slot gap, is remarkable.
  • the intermediate die block 120 consists of one block, so that the relative positions of the upper discharge port 102a and the lower discharge port 101a cannot be variably adjusted, but according to another embodiment of the present invention, The relative positions of the upper outlet 102a and the lower outlet 101a can be easily adjusted.
  • the intermediate die block 120 includes a first intermediate die block 122 and a second intermediate die block 124 , and the The first intermediate die block 122 and the second intermediate die block 124 face-to-face contact with each other up and down, but slide along the contact surface to be movable relative to each other.
  • the first intermediate die block 122 is fixedly coupled to the lower die block 110 by bolting, etc.
  • the second intermediate die block 124 is fixedly coupled to the upper die block 130 by bolting, etc. do. Accordingly, the first intermediate die block 122 and the lower die block block 110 may move integrally, and the second intermediate die block 124 and the upper die block 130 may move integrally.
  • the width (D) of the step formed in this way can be determined within the range of approximately several hundred micrometers to several millimeters, which are the physical properties of the first coating solution 50 and the second coating solution 60 formed on the substrate 300, It may be determined according to the viscosity or the desired thickness for each layer on the substrate 300 . For example, as the thickness of the coating layer to be formed on the substrate 300 increases, the width D of the step may increase.
  • the second coating solution 60 discharged from the upper outlet 102a is reduced to the lower outlet 101a. ) or the first coating liquid 50 discharged from the lower discharge port 101a is not likely to flow into the upper discharge port 102a.
  • the coating liquid discharged through the lower discharge port 101a or the upper discharge port 102a is blocked by the surface forming the step formed between the lower discharge port 101a and the upper discharge port 102a, so that there is no fear of flowing into the other discharge port. , whereby a more smooth multi-layer active material coating process can proceed.
  • the multi-slot die coater 100 ′ according to another embodiment of the present invention as described above, in a case where it is necessary to change the relative position between the lower outlet 101a and the upper outlet 102a, the lower die block 110 and / Or it can be adjusted simply by sliding movement of the upper die block 130, and since there is no need to disassemble and reassemble each of the die blocks 110, 120, 130, fairness can be greatly improved.
  • the present invention it is possible to improve the deformation or distortion of the die block, which is structurally weak, so that a coating layer, particularly an electrode active material layer, can be uniformly formed to a desired thickness, and simultaneous coating of two types of electrode active material slurries is possible Therefore, both performance and productivity have excellent effects. Since deformation is prevented when the die blocks are fastened, there is an effect of ensuring coating processability and reproducibility.
  • the multi-slot die coater of the present invention is used to manufacture an electrode of a secondary battery by coating an electrode active material slurry on a current collector, there is an advantage that uniform coating is possible even under high-speed or long-width application conditions.
  • FIG. 8 is a photograph showing an alignment state between die blocks in the case of using a bolt that is fastened so that the bolt head does not face the discharge port, unlike the present invention, as a comparative example.
  • the lower die block (lower plate) is positioned at the bottom, but on the right, the lower die block (lower plate) is positioned at the top. That is, the lower die block (lower plate), the middle die block (middle plate), and the upper die block (upper plate) are not aligned in a line in the direction toward the outlet, so that the die ribs are not aligned in a line.
  • the left and right alignment states are different. Therefore, it can be seen that, when the bolt head is fastened so as not to face the discharge port, the coating gap changes in the width direction of the multi-slot die coater, resulting in serious loading deviation.
  • FIG. 9 is a photograph showing an alignment state between die blocks in the case of using a bolt with a bolt head facing toward the outlet according to the present invention. Taken from the side of a multi-slot die coater.
  • the angle ⁇ between the contact surface and the axis of the bolt 140 is preferably in the angular range of 70 ⁇ 10°. Outside this range, the coating gap changes or the slot gap changes.
  • the die blocks 110 , 120 , and 130 When the electrode active material slurry is supplied, pressure is applied to the inside of the die blocks 110 , 120 , and 130 , and the die blocks 110 , 120 and 130 may be deformed in proportion to the contact area between the pressure and the electrode active material slurry. .
  • the slot gap may be significantly deformed due to the structural characteristics of the die blocks 110 , 120 , and 130 , and the middle part is usually located on both sides along the width direction of the multi-slot die coater 100 due to the pressure when the electrode active material slurry is discharged.
  • the slot gap becomes wider than at the edge. Due to this, the electrode coating quality is formed thicker at the center than at the edges of both sides.
  • the angle ⁇ between the contact surface and the axis of the bolt 140 preferably has a predetermined range, and the present invention suggests that the angle range of 70 ⁇ 10° is preferable.
  • the difference between the slot gap at the center and the slot gap at the edge was 6 ⁇ m.
  • the die lip alignment state according to the movement of the die blocks during assembly was ⁇ 8 ⁇ m. If the pressure of the electrode active material slurry is not considered, the difference between the slot gap at the center and the slot gap at the edge is -15 ⁇ m.
  • the difference between the slot gap at the center and the slot gap at the edge increased significantly to -11um.
  • the alignment of the die lip according to the movement of the die blocks during assembly also increased significantly to ⁇ 30um. If the pressure of the electrode active material slurry was not considered, the difference between the slot gap at the center and the slot gap at the edge was up to -28 ⁇ m.
  • the die lip alignment according to the movement of the die blocks during assembly was the best ⁇ 5 ⁇ m. If the pressure of the electrode active material slurry is not considered, the difference between the slot gap at the center and the slot gap at the edge was also the best at -5 ⁇ m. However, the difference between the slot gap at the center and the slot gap at the edge is significantly increased to 14 ⁇ m.
  • the bolt tightening angle is 50 ⁇ , the standard is not met. In a state excluding the deformation by the electrode active material slurry, it is excellent that the bolt fastening angle is 90 ⁇ , but when actually using the multi-slot die coater 100, the bolt 140 is rotated to 70 ⁇ in consideration of the deformation caused by the electrode active material slurry. Tightening at an angle is the best in coating quality.
  • the bolt 170 is fastened to the interface between the upper die block 130 and the middle die block 120 .
  • the bolt 170 is fastened so that the bolt head faces toward the lower outlet 101a and the upper outlet 102a.
  • a plurality of bolts 170 may be fastened along a width direction of the upper die block 130 and a plurality of bolts 170 may be fastened along a length direction of the upper die block 130 .
  • Bolt 170 includes a bolt head 172 and a bolt leg 174 . It is characterized in that the bolt head 172 protrudes outside the upper die block 130 .
  • Each of the die blocks 110 , 120 , 130 is thin and easily deformed, and the bolt fastening requires attention because it is easy to generate deformation due to the action of a large force.
  • the tolerance of the hole for bolting may also cause deformation of each of the die blocks 110 , 120 , and 130 . If a foreign material is mixed into a hole with a tolerance, an imbalance occurs in the assembly during bolting, resulting in deformation. Since the multi-slot die coater 100" is used in a process using the electrode active material slurry, the possibility or frequency of foreign matter entering the hole is high, and it is important to prevent the foreign material from being introduced in advance because it is difficult to remove the foreign material once introduced.
  • the bolt head 172 is not embedded in the upper die block 130 but protrudes outside the upper die block 130 . Even if there is a tolerance in the holes for bolting (175a, 175b), foreign substances are prevented from entering the holes (175a, 175b) because the bolt head 172 blocks the hole (175b) from above. Therefore, it is possible to prevent the bolt fastening assembly from being unbalanced by foreign substances mixed in the hole, and thus from deformation of each die block.
  • the length of the bolt 170 is the bolt. (140) should be longer than the length. At this time, if a thread is formed in the entire bolt leg 174, a lot of torque is applied when the bolt is fastened, and it takes a long time to fasten.
  • the bolt leg 174 may include a threaded portion 174a close to the intermediate die block 120 and a non-magnetic portion 174b close to the upper die block 130.

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Abstract

기본적으로 3개의 다이 블록을 포함하게 되는 다중 슬롯 다이 코터에서 구조적으로 변형과 비틀림에 취약한 문제를 개선할 수 있도록 한 다중 슬롯 다이 코터를 제공하고자 하는 것이다. 본 발명에 따른 다중 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 다중 슬롯 다이 코터로서, 하부 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록을 포함한다. 그리고, 상기 하부 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록간 접면에 체결되는 볼트로서 상부 토출구 및 하부 토출구 쪽 방향으로 볼트 머리가 향하도록 각도 형성된 볼트를 포함한다.

Description

다중 슬롯 다이 코터
본 발명은 2층 이상의 층을 습식으로 동시에 형성할 수 있는 다중 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 얇은 다이를 포함하는 구조적인 특징으로 인해 발생할 수 밖에 없는 변형과 비틀림을 개선한 다중 슬롯 다이 코터에 관한 것이다. 본 출원은 2020년 9월 28일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2020- 0126044호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
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 다이를 포함하고 2개의 다이 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 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 코팅액이 담기는 매니폴드(manifold)이다.
다만, 이러한 듀얼 슬롯 다이 코터(20)를 이용하는 공정은, 서로 다른 토출구(24, 25)로부터 동시에 토출되는 전극 활물질 슬러리를 이용하여야 하기 때문에, 소망하는 두께로 각 전극 활물질층을 형성하는 것이 상당히 까다로운 면이 있다.
일반적으로, 각 전극 활물질 층의 두께는 토출구(24, 25)를 통한 전극 활물질 슬러리의 토출량에 의해 영향을 받으며, 이러한 전극 활물질 슬러리의 토출량은 각 토출구(24, 25)의 크기(슬롯 갭)에 의해 크게 영향을 받기 때문에, 소망하는 두께를 만들어내기 위해서는 시험적으로 수 차례 코팅 공정을 수행하면서 다이 블록들(21, 22, 23)를 분해 후 재조립하여 슬롯 갭을 조정하고, 토출량을 다시 확인하는 작업을 반복할 것이 요구된다. 그런데 이 슬롯 갭은 다이 블록들(21, 22, 23)간 조립에 사용하는 볼트의 체결강도에 따라서도 크게 변화될 만큼 민감하게 조정이 되는 변수일 뿐 아니라, 전극 활물질 슬러리가 토출되는 힘에 의해서도 변화될 수 있는 소지가 있다. 특히 집전체의 주행 방향(MD 방향)에 대해서 폭 방향(TD 방향)으로 균일한 도포를 안정적으로 수행하기 위해서는 폭 방향으로 균일한 치수 정밀도가 필요한데, 생산량 증가를 위해 장폭의 집전체를 사용하기 위해 듀얼 슬롯 다이 코터(20)의 폭도 커지면서 폭 방향으로 균일한 슬롯 갭 제어를 하는 것이 더욱 어려워지고 있다.
그런데, 듀얼 슬롯 다이 코터(20)가 기본적으로 3개의 다이 블록들(21, 22, 23)을 구비하게 되므로, 1개의 슬롯을 구비하는 기존 슬롯 다이 코터와 유사한 풋 프린트(foot print)와 볼륨을 가지는 장치로 구성하려면 각 다이 블록들(21, 22, 23)의 두께가 얇아야 하고, 이 때문에 필연적으로 구조적으로 변형과 비틀림에 취약한 문제가 있다. 변형이나 비틀림이 발생하면 애써 조정한 슬롯 갭이 틀어지게 되어 전극 공정의 불량을 야기하는 심각한 문제가 된다. 뿐만 아니라 두 개 이상의 슬롯들을 포함하게 되어 다이 블록들의 개수가 더 늘어나게 되는 다중 슬롯 다이 코터에서는 이러한 문제가 더욱 심각해질 것이다.
이를 해결하고자 각 다이 블록들(21, 22, 23)의 크기를 키우거나(각도 변경)하면, 토출 방향이 바뀌어 코팅 공정성의 저하를 야기하게 된다. 그리고, 3개의 다이 블록들(21, 22, 23) 중 외곽에 위치한 다이 블록(21, 23)의 두께를 증가시켜 변형과 비틀림을 개선한다 하더라도 구조적으로 제일 취약한 중간에 위치한 다이 블록(22)의 변형에 대한 보완은 여전히 어려운 문제가 있다.
한편, 각 다이 블록들(21, 22, 23)간의 조립은 접면에 대한 볼트 체결로 진행할 수가 있다. 그런데 각 다이 블록들(21, 22, 23)은 얇아서 변형이 쉽고, 볼트 체결은 큰 힘이 작용하여 변형을 발생시키기 쉬운 것이기 때문에 주의가 필요하다. 체결시 가해지는 힘에 의해 다이 블록들(21, 22, 23)간 움직임이 발생한다면, 이러한 움직임은 토출구(24, 25)와 집전체(15)간 거리인 코팅 갭 방향으로 영향을 미쳐 코팅 불균일을 초래한다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 기본적으로 3개의 다이 블록을 포함하게 되는 다중 슬롯 다이 코터에서 구조적으로 변형과 비틀림에 취약한 문제를 개선할 수 있도록 한 다중 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 다중 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 다중 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 블록을 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 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록간 접면에 체결되는 볼트로서 상기 상부 토출구 및 하부 토출구 쪽 방향으로 볼트 머리가 향하도록 각도 형성된 볼트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 접면과 상기 볼트 축 사이의 각도는 70 ± 10˚의 각도 범위일 수 있다.
상기 상부 다이 블록과 중간 다이 블록의 접면이 경사져 있으며, 상기 볼트는 상기 접면에 대하여 70 ± 10˚의 각도 범위로 체결된 것일 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 결합될 수도 있다.
상기 하부 토출구와 상기 상부 토출구 사이에는 소정의 단차가 형성될 수가 있다.
상기 하부 다이 블록과 상기 중간 다이 블록 사이에 개재되어 상기 하부 슬롯의 폭을 조절하는 제1 스페이서와, 상기 중간 다이 블록과 상기 상부 다이 블록 사이에 개재되어 상기 상부 슬롯의 폭을 조절하는 제2 스페이서를 더 포함할 수 있다.
상기 하부 다이 블록은 제1 코팅액을 수용하고 상기 하부 슬롯과 연통하는 제1 매니폴드를 구비하고, 상기 중간 다이 블록은 제2 코팅액을 수용하고 상기 상부 슬롯과 연통하는 제2 매니폴드를 구비할 수 있다.
상기 하부 슬롯과 상기 상부 슬롯은 30˚ 내지 60˚의 각도를 이룰 수 있다.
본 발명에 따른 다중 슬롯 다이 코터에서, 상기 볼트는 볼트 머리가 상기 상부 다이 블록 외부에 돌출되어 있는 것일 수 있다.
상기 볼트의 볼트 다리는 상기 중간 다이 블록에 가까운 나사산 부분과 상기 상부 다이 블록에 가까운 민자 부분을 포함하고 있으며, 상기 볼트를 수용하기 위해 상기 상부 다이 블록과 중간 다이 블록에 서로 정렬되는 볼트 구멍이 형성되어 있는 것일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 다이 블록들간 접면에 볼트 체결시 하부 토출구 및 상부 토출구 쪽으로 볼트 머리가 향하도록 각도 형성하여 체결한다. 본 발명에서와 같이 각도를 형성하면 다이 블록들 변형을 최소화할 수 있다.
특히 본 발명의 일 측면에 따르면, 다중 슬롯 다이 코터의 폭 방향 좌측과 우측에서 다이 블록들이 일렬로 정렬될 수가 있다. 그러므로 다이 블록들간 조립으로 다중 슬롯 다이 코터 장착시 코팅 갭 변화를 줄일 수가 있다. 슬롯 갭의 편차 발생도 억제할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따르면 폭방향 로딩 균일성을 확보할 수 있으므로 코팅 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 구조적으로 취약할 수 밖에 없는 다이 블록의 변형이나 뒤틀림을 개선할 수 있으므로 소망하는 두께로 균일하게 코팅층, 특히 전극 활물질층을 형성할 수 있으며, 2종 이상의 전극 활물질 슬러리 동시 코팅이 가능하기 때문에 성능 및 생산성 모두 우수한 효과가 있다. 다이 블록들간 체결시 변형이 방지되므로 코팅 공정성을 확보하고 재현성 확보하는 효과가 있다. 본 발명의 다중 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 따르면, 볼트 머리를 상부 다이 블록 안에 매립시키지 않고 상부 다이 블록 외부에 돌출시킨다. 볼트 체결을 위한 구멍에 공차가 있더라도 볼트 머리가 구멍을 위에서 막고 있기 때문에 구멍에 이물이 혼입되는 것이 사전 방지된다. 그러므로, 구멍에 혼입된 이물에 의해 볼트 체결 조립이 불균형해지고 이로 인해 각 다이 블록들이 변형되는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터의 개략적인 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터에서 다이 블록들간 볼트 체결을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명과 달리 볼트 머리가 토출구 쪽을 향하지 않게 체결된 볼트를 도시하기 위한 단면도이다.
도 6은 도 5와 같은 볼트 체결 각도에서 다이 블록에 가해지는 힘의 방향을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터의 단면도이다.
도 8은 본 발명과 달리 볼트 머리가 토출구 쪽을 향하지 않게 체결된 볼트를 이용한 경우의 다이 블록들간 정렬 상태를 보여주는 사진이다.
도 9는 본 발명에 따라 볼트 머리가 토출구 쪽을 향하게 체결된 볼트를 이용한 경우의 다이 블록들간 정렬 상태를 보여주는 사진이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터에서 다이 블록들간 볼트 체결을 도시한 단면도이다.
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 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터는 슬롯이 2개 이상일 수 있다. 기본적으로는 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하고 기재 상에 코팅액을 이중층으로 코팅하는 장치이다. 이하의 설명하는 '기재'는 집전체이고 코팅액은 '전극 활물질 슬러리'이다. 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 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터는 2종 이상의 전극 활물질 슬러리를 동시에 도포하거나 2종 이상의 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 다중 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터의 개략적인 분해 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터(100)는 하부 슬롯(101)과 상부 슬롯(102)을 구비하는 듀얼 슬롯 다이 코터이고 하부 슬롯(101)과 상부 슬롯(102)을 통하여 서로 같거나 다른 2종의 코팅액을 기재(300) 상에 동시에 혹은 번갈아 코팅할 수 있는 장치이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 다중 슬롯 다이 코터(100)는 하부 다이 블록(110), 상기 하부 다이 블록(110)의 상부에 배치되는 중간 다이 블록(120), 상기 중간 다이 블록(120)의 상부에 배치되는 상부 다이 블록(130)을 포함한다. 다이 블록들(110, 120, 130)은 체결 부재인 볼트를 통해 서로 조립되며, 이에 대해서는 나중에 자세히 설명한다.
하부 다이 블록(110)은 다중 슬롯 다이 코터(100)를 구성하는 블록들 중 가장 하부에 위치하는 블록으로서, 중간 다이 블록(120)과 마주보는 면이 바닥면(X-Z 평면)인 수평면에 대하여 경사진 형태를 가지고 있다. 물론 실시예에 따라서는 하부 다이 블록(110)이 중간 다이 블록(120)과 마주보는 면이 수평면과 거의 평행인 형태를 가질 수도 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 하부 슬롯(101)은 하부 다이 블록(110)과 중간 다이 블록(120)이 서로 대면하는 곳 사이에 형성될 수 있다. 이를테면, 하부 다이 블록(110)과 중간 다이 블록(120) 사이에 제1 스페이서(113)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련됨으로써 제1 코팅액(50)이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 하부 슬롯(101)이 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 스페이서(113)의 두께는 상기 하부 슬롯(101)의 상하 폭(Y축 방향, 슬롯 갭)을 결정한다. 하지만 종래에 다이 블록들은 변형 및 비틀림에 취약하여 슬롯 갭이 유지되기가 어려웠다.
상기 제1 스페이서(113)는 도 3에 도시한 바와 같이, 일 영역이 절개되어 제1 개방부(113a)를 구비하며, 하부 다이 블록(110)과 중간 다이 블록(120) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에 개재될 수 있다. 이에 제1 코팅액(50)이 외부로 토출될 수 있는 하부 토출구(101a)는 하부 다이 블록(110)의 선단부와 중간 다이 블록(120)의 선단부 사이에만 형성된다. 상기 하부 다이 블록(110)의 선단부와 상기 중간 다이 블록(120)의 선단부를 각각 하부 다이립(111), 중간 다이립이라 정의하고 다시 말하면, 상기 하부 토출구(101a)는 하부 다이립(111)과 중간 다이립(121) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다.
참고로, 제1 스페이서(113)는 하부 토출구(101a)가 형성되는 영역을 제외하고는, 하부 다이 블록(110)과 중간 다이 블록(120) 사이의 틈새로 제1 코팅액(50)이 누출되지 않도록 하는 가스켓(gasket)으로서의 기능을 겸함으로 밀봉성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 하부 다이 블록(110)은 중간 다이 블록(120)과 마주보는 면에 소정의 깊이를 가지며 하부 슬롯(101)과 연통하는 제1 매니폴드(112)를 구비한다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 제1 매니폴드(112)는 외부에 설치된 제1 코팅액 공급 챔버(미도시)와 공급관으로 연결되어 제1 코팅액(50)을 공급받는다. 상기 제1 매니폴드(112) 내에 제1 코팅액(50)이 가득 차게 되면, 상기 제1 코팅액(50)이 하부 슬롯(101)을 따라 흐름이 유도되고 하부 토출구(101a)를 통해 외부로 토출되게 된다.
중간 다이 블록(120)은 다중 슬롯 다이 코터(100)를 구성하는 블록들 중 중간에 위치하는 블록으로서, 하부 다이 블록(110)과 상부 다이 블록(130) 사이에 배치되어 이중 슬롯을 형성하기 위한 블록이다. 본 실시예의 중간 다이 블록(120)은 단면이 직각 삼각형이지만 이러한 형태로 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니며 예컨대, 단면이 이등변 삼각형으로 마련될 수도 있다.
상부 다이 블록(130)은 수평면과 거의 평행한 중간 다이 블록(120)의 상면에 대면하게 배치된다. 상부 슬롯(102)은 이같이 중간 다이 블록(120)과 상부 다이 블록(130)이 대면하는 곳 사이에 형성된다. 물론 실시예에 따라서는 중간 다이 블록(120)의 상면이 수평면에 대하여 경사진 것일 수 있고 그러할 경우 상부 다이 블록(130)은 중간 다이 블록(120)의 상면에 대면하여 수평면과 경사지게 배치될 수도 있다.
전술한 하부 슬롯(101)과 마찬가지로, 중간 다이 블록(120)과 상부 다이 블록(130) 사이에 제2 스페이서(133)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련될 수 있다. 이로써 제2 코팅액(60)이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 상부 슬롯(102)이 형성된다. 이 경우, 상기 상부 슬롯(102)의 상하 폭(Y축 방향, 슬롯 갭)은 제2 스페이서(133)에 의해 결정된다. 하지만 종래에 다이 블록들은 변형 및 비틀림에 취약하여 슬롯 갭이 유지되기가 어려웠다.
또한, 제2 스페이서(133)도 전술한 제1 스페이서(113)와 유사한 구조로서 일 영역이 절개되어 제2 개방부(133a)를 구비하며, 중간 다이 블록(120)과 상부 다이 블록(130) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에만 개재된다. 마찬가지로 상부 슬롯(102)의 전방을 제외한 둘레 방향은 막히게 되고 중간 다이 블록(120)의 선단부와 상부 다이 블록(130)의 선단부 사이에만 상부 토출구(102a)가 형성된다. 상기 상부 다이 블록(130)의 선단부를 상부 다이립(131)이라 정의하고 다시 말하면, 상기 상부 토출구(102a)는 중간 다이립(121)과 상부 다이립(131) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다.
또한, 중간 다이 블록(120)은 상부 다이 블록(130)과 마주보는 면에 소정의 깊이를 가지며 상부 슬롯(102)과 연통하는 제2 매니폴드(132)를 구비한다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 제2 매니폴드(132)는 외부에 설치된 제2 코팅액 공급 챔버와 공급관으로 연결되어 제2 코팅액(60)을 공급받는다. 파이프 형태의 공급관을 따라 외부에서 제2 코팅액(60)이 공급되어 제2 매니폴드(132) 내에 가득 차게 되면, 상기 제2 코팅액(60)이 제2 매니폴드(132)와 연통되어 있는 상부 슬롯(102)을 따라 흐름이 유도되고 상부 토출구(102a)를 통해 외부로 토출되게 된다.
상부 슬롯(102)과 하부 슬롯(101)은 일정한 각도를 이루는데, 상기 각도는 대략 30˚ 내지 60˚의 각도일 수 있다. 이러한 상부 슬롯(102)과 하부 슬롯(101)은 서로 한 곳에 교차하게 되고 상기 교차 지점 부근에 상기 상부 토출구(102a)와 하부 토출구(101a)가 마련될 수 있다. 이에 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)의 토출 지점이 대략 한 곳에 집중될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 다중 슬롯 다이 코터(100)에 의하면, 회전 가능하게 마련되는 코팅 롤(200)을 다중 슬롯 다이 코터(100)의 전방에 배치하고, 상기 코팅 롤(200)을 회전시킴으로써 코팅될 기재(300)를 주행시키면서, 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)을 연속적으로 상기 기재(300)의 표면에 접촉시켜 상기 기재(300)를 이중층으로 코팅시킬 수 있다. 또는 제1 코팅액(50)의 공급 및 중단, 그리고 제2 코팅액(60)의 공급 및 중단을 번갈아 수행하여 기재(300) 상에 간헐적으로 패턴 코팅을 형성할 수도 있다.
다중 슬롯 다이 코터(100)는 연속적으로 주행하는 기재(300) 표면에 하부 슬롯(101) 및 상부 슬롯(102) 중 적어도 어느 하나를 통해 코팅액을 압출해 도포하는 것이다. 본 발명의 다중 슬롯 다이 코터(100)는 다이 블록들(110, 120, 130)간 접면에 볼트 체결된 것이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터에서 다이 블록들간 볼트 체결을 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 중간 다이 블록(120)과 상부 다이 블록(130)간 접면에 볼트(140)가 체결되어 있다. 볼트(140)는 볼트 머리가 하부 토출구(101a) 및 상부 토출구(102a) 쪽 방향을 향하도록 체결되어 있다. 접면과 볼트(140) 축 사이의 각도(α)는 70 ± 10˚ 의 각도 범위인 것이 바람직하다. 이러한 범위를 벗어나면 코팅 갭이 변화하거나 슬롯 갭이 변화한다. 이러한 범위를 만족할 때에 토출구 쪽 방향에서 다이 블록들(110, 120, 130)가 정렬을 달성할 수 있다.
하부 다이 블록(110)과 중간 다이 블록(120)간 접면에도 볼트(미도시)가 체결되어 있을 수 있다. 볼트(140)는 상부 다이 블록(130)의 폭 방향을 따라 여러 개, 그리고 길이 방향을 따라 여러 개가 체결될 수 있다.
볼트(140)가 다이 블록들간 접면에 체결되되 볼트 머리가 토출구 쪽을 향하도록 체결되는 것이 중요하다. 도 4에 도시한 예에서는 상부 다이 블록(130)과 중간 다이 블록(120)의 접면이 수평면에 대하여 경사져 있으며, 볼트(140)는 이 접면에 대하여 70 ± 10˚ 의 각도 범위로 체결되어 있어 볼트 머리가 상부 토출구(102a) 및 하부 토출구(101a) 쪽 방향을 향하게 된다. 이렇게 각도 형성한 볼트(140)가 체결될 때의 놀라운 이점을 설명하기 위하여 그렇지 않은 경우와 비교해 본다. 도 5는 본 발명과 달리 볼트 머리가 토출구 쪽 방향을 향하지 않도록 체결된 볼트는 도시하기 위한 단면도이다. 도 6은 도 5의 A 부분을 따로 도시한 것으로, 도 5와 같은 볼트 체결 각도에서 다이 블록에 가해지는 힘의 방향을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면 중간 다이 블록(120)과 상부 다이 블록(130)간 접면에서의 볼트(160)가 수평면에 대하여 수직으로 체결되어 있다. 그 결과, 볼트(160)는 경사진 접면에 대하여 105 ˚ 의 각도를 가지는 경우를 예로 도시하였다.
도 6을 참조하면, 경사가 있는 중간 다이 블록(120) 때문에 기울어진 각도에 의해 볼트(160) 조임에 의한 힘(Ff, axial tension)이 접면에 수직인 방향의 힘(F)과 접면에 평행인 방향의 힘(Fslip) 두 개로 분리되면서, 접면에 평행인 방향의 힘(Fslip)에 의한 슬립(미끄러짐) 현상이 발생하게 될 것이다. 체결시 가해지는 힘에 의해 다이 블록들(110, 120, 130)간 움직임이 발생한다면, 이러한 움직임은 하부 및 상부 토출구(101a, 102a)와 기재(300)간 거리인 코팅 갭 방향으로 영향을 미쳐 코팅 불균일을 초래하고 만다.
볼트(160)의 볼트 머리는 상부 토출구(102a) 및 하부 토출구(101a) 쪽 방향을 향하지 않는다. 이러한 체결 상태를 가지게 되면 체결시 가해지는 힘에 의해 다이 블록들(110, 120, 130)간 슬립과 같은 움직임이 발생하게 되고, 이러한 움직임은 하부 및 상부 토출구(101a, 102a)와 기재(300)간 거리인 코팅 갭 방향으로 영향을 미쳐 코팅 불균일을 초래하고 만다.
그러므로 본 발명에서는 도 4에서와 같이 볼트 머리가 토출구 쪽을 향하게 눕혀지는 정도로 각도 형성하여 볼트(140)를 체결한다. 본 발명에서와 같이 볼트(140) 체결하면 체결시의 힘 방향이 다이 블록들(110, 120, 130) 변형을 일으키지 않게 작용한다. 예를 들어 볼트(140) 조임에 의한 힘이 접면에 수직인 방향의 힘과 평행인 방향의 힘으로 분리되더라도, 평행인 방향의 힘이 자중 때문에 상부 다이 블록(130)이 미끄러질 수 있는 방향의 반대 방향으로 작용하기 때문이다. 그러므로 단순 고정이 아니라 체결 토크를 가해야 하는 볼트(140)에 있어서 볼트(140) 조임에 의한 힘 때문에 다이 블록들(110, 120, 130)이 변형되는 일이 없어지는 점이 핵심이다. 따라서, 다이 블록들(110, 120, 130)간 조립으로 다중 슬롯 다이 코터(100) 장착시 코팅 갭 변화를 줄일 수가 있다. 그러므로 본 발명에 따르면 다이 블록들(110, 120, 130) 변형을 최소화하여 폭방향 로딩 균일성을 확보할 수 있으므로 코팅 품질을 향상시킬 수 있다. 슬롯 갭은 제1 스페이서(113) 및 제2 스페이서(133)에 의해 결정된다. 하지만 종래에 다이 블록들은 변형 및 비틀림에 취약하여 슬롯 갭이 유지되기가 어려웠다. 이러한 슬롯 갭은 빈 공간이기 때문에 이러한 빈 공간을 형성하는 다이 블록들에 의해 크게 좌우가 된다. 따라서, 단순히 상부 구조물과 하부 구조물이 맞닿아 있는 단순 접합면을 체결하는 것과 본 발명에서와 같이 빈 공간을 가지고 있는 다이 블록들(110, 120, 130)간을 체결하는 것은 상당한 차이가 있다. 본 발명에 따르면, 다이 블록들(110, 120, 130) 변형을 방지하면서 볼트(140) 체결을 할 수 있기 때문에 이러한 빈 공간, 즉 슬롯 갭의 변화를 방지하는 효과가 현저하다.
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. 슬롯을 3개 이상으로 구비하려면 다이 블록들이 4개 이상 필요하다는 것을 자세히 설명하지 않아도 알 수 있을 것이다.
이어서 도 7을 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(120)이 하나의 블록으로 이루어져 있어 상부 토출구(102a)와 하부 토출구(101a)의 상대적인 위치를 가변적으로 조정할 수 없게 되어 있으나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상부 토출구(102a)와 하부 토출구(101a)의 상대적인 위치를 쉽게 조정할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터(100')는, 중간 다이 블록(120)이 제1 중간 다이 블록(122)과 제2 중간 다이 블록(124)을 포함하며, 상기 제1 중간 다이 블록(122)과 상기 제2 중간 다이 블록(124)은 상하로 서로 대면 접촉하되 접촉면을 따라 슬라이딩 되어 상대 이동 가능하게 마련된다. 그리고 제1 중간 다이 블록(122)은 하부 다이 블록(110)과 볼트 결합 등에 의해 상호 간 고정 결합되고 제2 중간 다이 블록(124)은 상부 다이 블록(130)과 볼트 결합 등에 의해 상호 간 고정 결합된다. 따라서 제1 중간 다이 블록(122)과 하부 다이 블록 블록(110)이 일체형으로 움직이고, 제2 중간 다이 블록(124)과 상부 다이 블록(130)이 일체형으로 움직일 수 있다.
이러한 다중 슬롯 다이 코터(100')는, 필요에 따라 두 개의 토출구(101a, 102a)를 수평 방향을 따라 서로 이격되어 전후로 배치시킬 수 있다. 즉, 다중 슬롯 다이 코터(100')의 형태를 조정하기 위한 별도의 장치를 이용하거나, 작업자가 수작업을 통해 하부 다이 블록(110) 및 상부 다이 블록(130)의 상대적인 이동을 만들어낼 수 있다.
예를 들어, 상기 하부 다이 블록(110)은 움직이지 않고 그대로 둔 상태로, 상부 다이 블록(130)을 슬라이딩 면을 따라 코팅액(50, 60)의 토출 방향과 반대인 후방 또는 전방으로 일정 거리만큼 이동시켜 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a) 사이에 단차(D)를 형성할 수 있다. 여기서, 슬라이딩 면이라 함은, 제1 중간 다이 블록(122)과 제2 중간 다이 블록(124)의 대향면을 의미한다.
이와 같이 형성된 단차의 폭(D)은 대략 수백 마이크로미터 내지 수 밀리미터의 범위 내에서 결정될 수 있으며, 이는 기재(300)상에 형성되는 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)의 물성, 점성 또는 기재(300) 상에 소망하는 층별 두께에 따라 결정될 수 있다. 예컨대 기재(300)상에 형성될 코팅층의 두께가 두꺼울수록 단차의 폭(D)은 그 수치가 커질 수 있다.
또한, 이와 같이, 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a)가 서로 수평 방향을 따라 상호 이격된 위치에 배치됨에 따라, 상부 토출구(102a)에서 토출된 제2 코팅액(60)이 하부 토출구(101a)로 유입되거나, 또는 하부 토출구(101a)에서 토출된 제1 코팅액(50)이 상부 토출구(102a)로 유입될 우려가 없게 된다.
즉, 하부 토출구(101a) 또는 상부 토출구(102a)를 통해 토출된 코팅액은 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a) 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 또 다른 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터(100')는, 하부 토출구(101a)와 상부 토출구(102a) 간의 상대적인 위치에 변경이 필요한 경우에 있어서, 하부 다이 블록(110) 및/또는 상부 다이 블록(130)의 슬라이딩 이동에 의해 간단하게 조정이 가능하며, 각각의 다이 블록들(110, 120, 130)를 분해 및 재조립할 필요가 없게 되어 공정성이 크게 향상될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 코팅 공정 조건에 맞추어 상부 다이 블록과 하부 다이 블록을 상대 이동시켜 상부 토출구와 하부 토출구의 위치를 용이하게 조정함으로써 다중 슬롯 코팅의 공정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 구조적으로 취약할 수 밖에 없는 다이 블록의 변형이나 뒤틀림을 개선할 수 있으므로 소망하는 두께로 균일하게 코팅층, 특히 전극 활물질층을 형성할 수 있으며, 2종의 전극 활물질 슬러리 동시 코팅이 가능하기 때문에 성능 및 생산성 모두 우수한 효과가 있다. 다이 블록들간 체결시 변형이 방지되므로 코팅 공정성을 확보하고 재현성 확보하는 효과가 있다. 본 발명의 다중 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.
이하에서는 실제 실험을 통해 본 발명의 효과를 입증한 예를 설명한다. 도 5와 같은 체결 상태를 가지는 비교예와 도 4와 같은 체결 상태를 가지는 실시예를 마련하여 다중 슬롯 다이 코터의 폭 방향 좌측과 우측에서 다이 블록들간의 정렬 상태를 체크하였다.
도 8은 비교예로서 본 발명과 달리 볼트 머리가 토출구 쪽을 향하지 않게 체결된 볼트를 이용한 경우의 다이 블록들간 정렬 상태를 보여주는 사진이다. 다중 슬롯 다이 코터의 측면에서 촬영하였다. 도 8을 참조하면 비교예에서 다중 슬롯 다이 코터의 좌측에서는 하부 다이 블록(하판)이 가장 아래에 위치하나, 우측에서는 하부 다이 블록(하판)이 가장 위에 위치한다. 즉, 하부 다이 블록(하판), 중간 다이 블록(중판) 및 상부 다이 블록(상판)이 토출구 쪽 방향에서 일렬로 정렬이 되지 못하여 다이립들이 일렬로 정렬되지 못하고 있다. 뿐만 아니라 좌측과 우측의 정렬 상태가 상이하다. 따라서, 볼트 머리가 토출구 쪽을 향하지 않게 체결되는 경우에는 코팅 갭이 다중 슬롯 다이 코터의 폭 방향으로 변화하여 로딩 편차가 심각하게 발생하게 됨을 알 수 있다.
도 9는 본 발명에 따라 볼트 머리가 토출구 쪽을 향하게 체결된 볼트를 이용한 경우의 다이 블록들간 정렬 상태를 보여주는 사진이다. 다중 슬롯 다이 코터의 측면에서 촬영하였다.
도 9를 참조하면 실시예에서는 다중 슬롯 다이 코터의 좌측과 우측 모두에서 하부 다이 블록(하판), 중간 다이 블록(중판) 및 상부 다이 블록(상판)이 토출구 쪽 방향에서 일렬로 정렬되어 있어 다이립들이 일렬로 정렬이 되어 있다. 따라서, 본 발명에서 제안하는 바와 같이 볼트 머리가 토출구 쪽을 향하게 하면 코팅 갭이 다중 슬롯 다이 코터의 폭 방향으로 변화하지 않으므로 로딩 편차가 발생되지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 4를 설명하면서 접면과 볼트(140) 축 사이의 각도(α)는 70 ± 10˚ 의 각도 범위인 것이 바람직하다고 언급한 바 있다. 이러한 범위를 벗어나면 코팅 갭이 변화하거나 슬롯 갭이 변화한다.
전극 활물질 슬러리가 공급이 되면 다이 블록들(110, 120, 130) 내부에 압력이 인가되고, 압력과 전극 활물질 슬러리가 닿는 면적에 비례하여 다이 블록들(110, 120, 130)이 변형될 수 있다. 다이 블록들(110, 120, 130) 구조 특성상 슬롯 갭이 두드러지게 변형이 될 수 있는데, 전극 활물질 슬러리의 토출시 압력으로 인해 대개 다중 슬롯 다이 코터(100)의 폭 방향을 따라 가운데 부분이 양 측 가장자리쪽에서보다 슬롯 갭이 더 벌어지게 된다. 이로 인해 전극 코팅 품질은 가운데 부분이 양 측 가장자리쪽에 비해 두껍게 형성되고 만다. 한편, 볼트(140)를 상부 다이 블록(130)의 폭 방향을 따라 여러 개 체결하는 경우에는 볼트(140) 위치 특성상 슬롯 갭 변화가 위와는 반대의 방향, 즉 다중 슬롯 다이 코터(100)의 가운데 부분이 양 측 가장자리에 비해 더욱 좁아지게 된다. 본 발명에서는 전극 활물질 슬러리의 압력에 의한 슬롯 갭 변화와, 볼트 체결 위치에 따른 슬롯 갭 변화를 모두 고려하여, 볼트(140) 머리가 하부 토출구(101a) 및 상부 토출구(102a) 쪽 방향을 향하도록 해야 함을 제안한다. 하지만 접면과 볼트(140) 축 사이의 각도(α)가 많이 작아지면, 즉 볼트(140)가 과도하게 기울어지면 도 5와 도 6에서 설명한 슬립이 발생할 수가 있다. 즉, 조립 과정에서 다이 블록들(120, 130)간 접면에서 슬립이 발생하여 코팅 갭 방향의 다이 블록들(120, 130) 정렬 상태가 깨질 수 있다. 예를 들어 도 8에서와 같이 다이립들이 일렬로 정렬되지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 점을 고려하면 접면과 볼트(140) 축 사이의 각도(α)는 소정의 범위를 가지는 것이 바람직하고, 본 발명에서는 70 ± 10˚ 의 각도 범위인 것이 바람직하다고 제안한다.
실험예에서, 볼트 체결 각도가 70˚이고 전극 활물질 슬러리의 압력이 100kpa인 경우를 고려하면, 가운데 부분에서의 슬롯 갭과 가장자리쪽에서의 슬롯 갭 차이가 6um이었다. 조립시 다이블록들의 이동에 따른 다이립 정렬 상태는 ±8um이었다. 전극 활물질 슬러리의 압력을 고려하지 않으면 가운데 부분에서의 슬롯 갭과 가장자리쪽에서의 슬롯 갭 차이는 -15um이다.
볼트 체결 각도를 50˚로 한 경우에는 가운데 부분에서의 슬롯 갭과 가장자리쪽에서의 슬롯 갭 차이가 -11um로 크게 늘어났다. 조립시 다이블록들의 이동에 따른 다이립 정렬 상태도 ±30um로 크게 늘어났다. 전극 활물질 슬러리의 압력을 고려하지 않으면 가운데 부분에서의 슬롯 갭과 가장자리쪽에서의 슬롯 갭 차이는 -28um까지 되었다.
볼트 체결 각도가 90˚이고 전극 활물질 슬러리의 압력이 100kpa인 경우를 고려하면, 조립시 다이블록들의 이동에 따른 다이립 정렬 상태는 ±5um로 가장 좋았다. 전극 활물질 슬러리의 압력을 고려하지 않으면 가운데 부분에서의 슬롯 갭과 가장자리쪽에서의 슬롯 갭 차이도 -5um로 가장 좋았다. 하지만, 가운데 부분에서의 슬롯 갭과 가장자리쪽에서의 슬롯 갭 차이는 14um로 크게 늘어났다.
다이립 정렬이 10um 이하가 되어야 안정적인 코팅이 가능하다고 기준으로 삼는 경우, 볼트 체결 각도를 50˚로 한 경우에는 기준 미달이 된다. 전극 활물질 슬러리에 의한 변형을 제외한 상태에서는 볼트 체결 각도가 90˚인 것이 우수하나, 실제로 다중 슬롯 다이 코터(100)를 사용할 때에는 전극 활물질 슬러리에 의한 변형까지 고려하여, 볼트(140)를 70˚로 기울여서 체결하는 것이 코팅 품질에서 가장 우수하다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중 슬롯 다이 코터에서 다이 블록들간 볼트 체결을 도시한 단면도이다. 전술한 실시예와 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다. 도 4에서의 볼트(140) 대신에 도 10에는 볼트(170)가 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 상부 다이 블록(130) 및 중간 다이 블록(120)간 접면에 볼트(170)가 체결되어 있다. 볼트(170)는 볼트 머리가 하부 토출구(101a) 및 상부 토출구(102a) 쪽 방향을 향하도록 체결되어 있다. 볼트(170)는 상부 다이 블록(130)의 폭 방향을 따라 여러 개, 그리고 길이 방향을 따라 여러 개가 체결될 수 있다.
볼트(170)는 볼트 머리(172)와 볼트 다리(174)를 포함한다. 볼트 머리(172)가 상부 다이 블록(130) 외부에 돌출되어 있는 것이 특징이다.
볼트 다리(174)는 중간 다이 블록(120)에 가까운 나사산 부분(174a)과 상부 다이 블록(130)에 가까운 민자 부분(174b)을 포함하고 있다. 이러한 볼트(150)를 수용하기 위해 상부 다이 블록(130)과 중간 다이 블록(120)에는 서로 정렬되는 볼트 구멍(175b, 175a)이 형성되어 있다.
각 다이 블록들(110, 120, 130)은 얇아서 변형이 쉽고, 볼트 체결은 큰 힘이 작용하여 변형을 발생시키기 쉬운 것이기 때문에 주의가 필요하다. 볼트 체결을 위한 구멍의 공차도 각 다이 블록들(110, 120, 130)의 변형을 발생시킬 수가 있다. 공차를 가지고 있는 구멍에 이물이 혼입될 경우, 볼트 체결시 조립의 불균형이 발생하므로 변형이 발생되고 만다. 다중 슬롯 다이 코터(100")는 전극 활물질 슬러리를 이용한 공정에 이용되므로, 구멍으로의 이물 유입 가능성이나 빈도가 높고, 일단 유입된 이물은 제거가 어려우므로 사전에 유입이 되지 않도록 하는 것이 중요하다.
본 실시예에서는 볼트 머리(172)를 상부 다이 블록(130) 안에 매립시키지 않고 상부 다이 블록(130) 외부에 돌출시킨다. 볼트 체결을 위한 구멍(175a, 175b)에 공차가 있더라도 볼트 머리(172)가 구멍(175b)을 위에서 막고 있기 때문에 구멍(175a, 175b)에 이물이 혼입되는 것이 사전 방지된다. 그러므로, 구멍에 혼입된 이물에 의해 볼트 체결 조립이 불균형해지고 이로 인해 각 다이 블록들이 변형되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 다른 측면에 따르면, 볼트 체결을 위한 구멍(175a, 175b) 안으로의 이물 유입을 사전 차단할 수 있어 각 다이 블록들이 변형되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 볼트 머리(172)를 상부 다이 블록(130) 외부에 돌출시키면서도 볼트(170)를 통해 상부 다이 블록(130)과 중간 다이 블록(120)간 접면을 체결하려면 볼트(170)의 길이는 볼트(140) 길이보다 길어야 한다. 이 때 볼트 다리(174) 전체에 나사산을 형성하면 볼트 체결시 토크가 많이 가해지고 체결에 장시간이 걸린다. 따라서, 체결에 필요한 부분만 나사산을 형성하고 그 이외의 부분은 나사산을 형성하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 그러므로 볼트 다리(174)는 중간 다이 블록(120)에 가까운 나사산 부분(174a)과 상부 다이 블록(130)에 가까운 민자 부분(174b)을 포함할 수 있는 것이다.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.

Claims (10)

  1. 하부 슬롯과 상부 슬롯을 구비하고 연속적으로 주행하는 기재 표면에 상기 하부 슬롯 및 상부 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 코팅액을 압출해 도포하는 다중 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 블록을 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 다이 블록, 중간 다이 블록 및 상부 다이 블록간 접면에 체결되는 볼트로서 상기 상부 토출구 및 하부 토출구 쪽 방향으로 볼트 머리가 향하도록 각도 형성된 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 접면과 상기 볼트 축 사이의 각도는 70 ± 10˚ 의 각도 범위인 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상부 다이 블록과 중간 다이 블록의 접면이 경사져 있으며, 상기 볼트는 상기 접면에 대하여 70 ± 10˚ 의 각도 범위로 체결된 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  4. 제1항에 있어서, 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 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하부 토출구와 상기 상부 토출구 사이에는 소정의 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하부 다이 블록과 상기 중간 다이 블록 사이에 개재되어 상기 하부 슬롯의 폭을 조절하는 제1 스페이서와, 상기 중간 다이 블록과 상기 상부 다이 블록 사이에 개재되어 상기 상부 슬롯의 폭을 조절하는 제2 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하부 다이 블록은 제1 코팅액을 수용하고 상기 하부 슬롯과 연통하는 제1 매니폴드를 구비하고, 상기 중간 다이 블록은 제2 코팅액을 수용하고 상기 상부 슬롯과 연통하는 제2 매니폴드를 구비하는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  8. 제1항에 있어서, 상기 하부 슬롯과 상기 상부 슬롯은 30˚ 내지 60˚의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 볼트는 볼트 머리가 상기 상부 다이 블록 외부에 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
  10. 제9항에 있어서, 상기 볼트의 볼트 다리는 상기 중간 다이 블록에 가까운 나사산 부분과 상기 상부 다이 블록에 가까운 민자 부분을 포함하고 있으며, 상기 볼트를 수용하기 위해 상기 상부 다이 블록과 중간 다이 블록에 서로 정렬되는 볼트 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다중 슬롯 다이 코터.
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