WO2022145652A1 - 듀얼 슬롯 다이 코터 - Google Patents

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WO2022145652A1
WO2022145652A1 PCT/KR2021/014247 KR2021014247W WO2022145652A1 WO 2022145652 A1 WO2022145652 A1 WO 2022145652A1 KR 2021014247 W KR2021014247 W KR 2021014247W WO 2022145652 A1 WO2022145652 A1 WO 2022145652A1
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die
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slot
die block
coater
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이택수
전신욱
조영준
최상훈
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • 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
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    • 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
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
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    • 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

  • the present invention relates to a dual slot die coater capable of simultaneously forming two or more layers by wet, and more particularly, to a dual slot die coater having a means for controlling a deviation in the width direction of a coating gap.
  • 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.
  • FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a conventional slot die coater.
  • the active material slurry discharged from the slot die coater 30 is applied on the current collector 20 transferred by the coating roll 10 .
  • the active material slurry discharged from the slot die coater 30 is widely applied to one surface of the current collector 20 to form an active material layer.
  • the slot die coater 30 includes two die blocks 31 and 32 and a slot 35 is formed between the two die blocks 31 and 32, and a discharge port communicating with one slot 35 ( 37) by discharging one kind of active material slurry to form one active material layer.
  • the slot die coater has the advantage of high-speed coating compared to bar coating or comma coating, and thus has been widely applied in terms of high productivity.
  • the slot die coater exemplified in FIG. 1 is a vertical die type in which the active material slurry is discharged in a direction opposite to gravity.
  • the thickness of the active material layer which was about 130 ⁇ m, gradually increased to reach 300 ⁇ m.
  • the thick active material layer is formed with the conventional slot die coater 30
  • migration of the binder and the conductive material in the active material slurry intensifies during drying, so that the final electrode is manufactured non-uniformly.
  • the active material layer is applied thinly and then dried, and then coated again after drying, it takes a long time.
  • a dual slot die coater capable of simultaneously applying two types of active material slurries is required.
  • slot die coater forms slots on the mating surfaces of the die blocks, basically three die blocks are required to have two slots like the dual slot die coater. In the process using such a dual slot die coater, it is very difficult to form each active material layer to a desired thickness because active material slurries simultaneously discharged from different outlets communicating with each of the two slots must be used.
  • the separation distance from the discharge port to the surface of the current collector is a coating gap, which is a very important variable in determining the coating quality of the active material layer.
  • the thickness of each active material layer is affected by the discharge amount of the active material slurry through the discharge port, the type of the active material slurry, and the coating gap.
  • stable coating is possible only when the coating gap is uniform in the width direction of the current collector (TD direction), and if there is a coating gap deviation in the width direction, the coating width and the shape of the uncoated area are greatly affected.
  • the thickness of the active material layer is a very small value of tens to hundreds of ⁇ m, and even a change of a few ⁇ m has a serious effect on the coating quality, so it must be managed very strictly. It needs to be managed very strictly so as to exhibit uniform dimensional accuracy in the width direction.
  • the width of the dual slot die coater increases in order to use a long-width current collector to increase production, it becomes more difficult to uniformly apply in the width direction, and precise control of the coating gap becomes more necessary.
  • an appropriate coating gap range is determined according to the type of active material slurry.
  • this coating gap is not only a variable that can be adjusted sensitively enough to change depending on the fastening strength of the bolt used for assembling between die blocks, but also has the potential to be changed by the force through which the active material slurry is discharged.
  • the thickness of each die block must be thin, and for this reason, inevitably, structural Therefore, there is a problem of being vulnerable to deformation and torsion. If deformation or torsion occurs, the painstakingly adjusted coating gap is distorted, which is a serious problem causing defects in the electrode process.
  • the present invention has been devised in consideration of the above problems, and an object of the present invention is to provide a dual slot die coater capable of easily controlling a coating gap and controlling a deviation in the width direction of the coating gap.
  • the dual slot die coater of the present invention for solving the above problems is a dual slot die coater having a first slot and a second slot for discharging a coating solution in a direction opposite to gravity, and the second slot is installed vertically at the rear of the upper surface of the base.
  • first die block a first die block, a second die block disposed on a front surface of the first die block to form the first slot therebetween, and a second die block disposed on a front surface of the second die block and the second die and a third die block forming the second slot between the blocks, provided between the front portion of the upper surface of the base and the lower surface of the second die block, the lower surface of the second die block and the second die block 1 It is characterized in that it further comprises an alignment block coupled to the bolt fastened to the lower surface of the die block.
  • the base and the first die block are integral.
  • the first slot may be perpendicular to the base.
  • a cross section of the second die block may be a right triangle.
  • a vertical length of the second die block and the third die block may be shorter than a vertical length of the first die block.
  • the alignment block may include a front portion of the upper surface of the base and a step portion that is seated on the front surface of the base.
  • the bolt may include a bolt that passes through a lower surface of the base to be fastened to the alignment block and the second die block, and a bolt that passes through the alignment block and is fastened to the third die block.
  • the alignment block may further include a bolt fastened to the base.
  • a lower surface of the second die block and a lower surface of the third die block may be closely aligned with the upper surface of the alignment block.
  • the first die block, the second die block and the third die block each have a first die lip, a second die lip and a third die lip forming a tip portion thereof, and the first die lip and the second die lip and the third die lip may be positioned on the same straight line.
  • a first outlet communicating with the first slot is formed between the first die lip and the second die lip, and a second outlet communicating with the second slot is formed between the second die lip and the third die lip. is formed, and the dual slot die coater is to extrude and apply the active material slurry through at least one of the first slot and the second slot to the surface of the continuously running substrate, and between the first outlet and the second outlet It may be that a step is formed.
  • a plurality of alignment blocks may be provided in a width direction of the dual slot die coater.
  • the vertical cross-section of the alignment block may include a first cross-section and a second cross-section extending vertically from the first cross-section. That is, it may have an 'L' or 'L' shape.
  • the alignment block may be a single monolithic part rather than being divided into several parts.
  • the lower surfaces of the die blocks are aligned through the alignment block.
  • the lower surfaces of the die blocks may be naturally aligned. Then, it is possible to prevent displacement between the die blocks, and it is possible to always maintain the distance between the front ends of the die blocks and the substrate, ie, the coating gap, to a desired degree. Since the die blocks are fixed through an alignment block, the coating gap once determined is not easily changed during the process and is maintained, thereby suppressing the occurrence of variation in the coating gap in the width direction.
  • the alignment block has the effect of uniformly controlling the gap in the width direction through the large surface contact of the block.
  • the die block is deformed by the pressure of the discharged active material slurry, there is an effect of maintaining a uniform ( ⁇ 2%) coating gap to uniformly control the amount of coating and the resulting coating quality . Therefore, it is possible to obtain a coating product of uniform quality, particularly an electrode for a secondary battery, by using a dual slot die coater having a uniform coating gap.
  • the present invention even if the discharge pressure of the active material slurry increases or thin die blocks are used, the effect of maintaining the coating gap adjusted once is excellent. This has the effect of securing the coating processability and securing reproducibility.
  • a coating layer particularly an active material layer
  • a coating layer can be uniformly formed to a desired thickness, and preferably, two types of active material slurries can be coated simultaneously, so that both performance and productivity are excellent.
  • a plurality of alignment blocks may be provided in the width direction of the dual slot die coater. Then, precise control becomes possible without deviation of the coating gap in the width direction. Therefore, even for a wide current collector, it is possible to manage to exhibit uniform dimensional accuracy so that uniform coating in the width direction can be stably performed.
  • An appropriate coating gap range may be determined according to the type of active material slurry.
  • a dual slot die coater dedicated to each active material slurry in order to use various active material slurries by providing various types of alignment blocks having suitable thicknesses and performing the process by replacing them with alignment blocks required for each production process.
  • the dual slot die coater can be used for general purpose even if you do not have all of them.
  • the dual slot die coater of the present invention when used to manufacture an electrode of a secondary battery by coating an active material slurry on the current collector while driving the current collector, uniform application is possible even under high-speed running or long-width application conditions. There is an advantage.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a slot die coater according to the prior art.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a dual slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of an alignment block included in the dual slot die coater shown in FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a plan view from a lower surface of a dual slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • the dual slot die coater of the present invention is an apparatus having a first slot and a second slot for discharging a coating solution in a direction opposite to gravity, and coating the coating solution in a double layer on a substrate.
  • the 'substrate' described below is the current collector and the coating solution is the 'active material slurry'.
  • Both the first coating solution and the second coating solution are active material slurries, and may mean active material slurries with the same or different composition (type of active material, conductive material, binder), content (amount of active material, conductive material, binder), or physical properties. .
  • the dual slot die coater of the present invention is optimized for electrode manufacturing in which two kinds of active material slurries are applied simultaneously or two kinds of active material slurries are applied alternately while pattern-coating.
  • 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 dual slot die coater according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a perspective view of an alignment block included in the dual slot die coater shown in FIG. 2
  • 4 is a plan view from a lower surface of a dual slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • the dual slot die coater 100 has a first slot 101 and a second slot 102, and the same or different two types are provided through the first slot 101 and the second slot 102. It is a device capable of coating the coating solution on the substrate 300 at the same time or alternately.
  • the dual slot die coater 100 includes a base A, a first die block 110 , a second die block 120 , and a third die block 130 .
  • the dual slot die coater 100 is installed in a direction (X direction) in which the active material slurry, which is a coating liquid, is discharged almost vertically (approximately: ⁇ 5 degrees).
  • the base (A) can be viewed as a rectangular parallelepiped extending in a direction perpendicular to the ground (Z direction) having a predetermined length in the left and right directions as shown in the drawing.
  • the first die block 110 is vertically installed in the rear portion of the upper surface of the base (A).
  • the base A and the first die block 110 are integral.
  • the first die block 110 has a plate-shaped structure in which a direction perpendicular to the ground (Z direction) is a width direction and extends along this direction. Assembled by placing the first die block 110 with respect to the base (A). As such, if the base (A) and the first die block 110 are integral, there is no need to align the base (A) and can be treated as one. so that handling is convenient.
  • the second die block 120 is a block located in the middle among the blocks constituting the dual slot die coater 100 , and is disposed between the first die block 110 and the third die block 130 to form a double slot. block to be formed.
  • the cross section of the second 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 die block 120 is disposed on the front surface of the first die block 110 .
  • the second die block 120 also has a plate-shaped structure in which a direction perpendicular to the paper (Z direction) is a width direction and extends along this direction.
  • the first side 120a of the second die block 120 facing the first die block 110 lies substantially perpendicular to the base A. That is, the first surface 120a of the second die block 120 is a vertical surface.
  • the second surface 110b which is the surface facing the first surface 120a of the second die block 120 , and the opposite surface, the first surface 120a, that is, the dual slot die coater
  • the surface forming the outer circumferential rear surface of (100) is also placed substantially perpendicular to the base (A).
  • first surface 120a and the second surface 120b of the first die block 110 are also vertical surfaces. As described above, the first surface 120a of the second die block 120 , the first surface 110a of the first die block 110 , and the second surface 110b are substantially parallel to each other. In the first die block 110 , a forward inclined surface 110a' is formed above the first surface 110a, so that the cross section of the upper portion of the first die block 110 is substantially triangular.
  • the third die block 130 is disposed on the front surface of the second die block 120 .
  • the third die block 130 also has a plate-like structure in which a direction perpendicular to the paper (Z direction) is a width direction and extends along this direction.
  • the second surface 120b of the second die block 120 faces the third die block 130 , and the second surface 120b of the second die block 120 in the third die block 130 .
  • the first surface 130a which is a surface facing the
  • the second surface 130b that is, the opposite surface, that is, the surface forming the front surface of the outer peripheral surface of the dual slot die coater 100
  • a rearwardly inclined inclined surface 130b' is formed above the second surface 130b.
  • the cross section of the upper part of the third die block 130 is almost triangular.
  • the underside 130b′′ of the second side 130b lies substantially perpendicular to the base A. That is, the side 130b′′ is also a vertical plane.
  • the surface opposite to the direction in which the active material slurry is discharged that is, the lower surfaces 110c, 120c, and 130c, is almost horizontal (Y direction) is placed.
  • the corners formed by the surface have parts that are composed of right angles, there is a right angle part in cross section, and the production or handling is easy because the vertical or horizontal plane can be used as the reference surface. Easy and precision guaranteed.
  • the first die block 110 , the second die block 120 , and the third die block 130 are not necessarily limited to the above examples, for example, when the discharge direction of the active material slurry is horizontal ( 110c, 120c, 130c) can also be configured as a horizontal die.
  • the die blocks 110 , 120 , 130 are made of, for example, SUS material.
  • Materials that are easy to process such as SUS420J2, SUS630, SUS440C, SUS304, and SUS316L, can be used.
  • SUS has the advantages of being easy to process, inexpensive, high in corrosion resistance, and capable of being manufactured in a desired shape at low cost.
  • the first die block 110 is a block located at the back of the blocks constituting the dual slot die coater 100 and on the right side in the drawing, and is a second surface 110b that is opposite to the second die block 120 .
  • ) is perpendicular to the base (A), so that the first slot 101 may be perpendicular to the base (A).
  • the first slot 101 is formed between where the first die block 110 and the second die block 120 face each other.
  • the first slot 101 is formed by combining the first die block 110 and the second die block 120 .
  • the first spacer 113 is interposed between the first die block 110 and the second die block 120 to provide a gap therebetween, which corresponds to a passage through which the first coating solution 50 can flow.
  • a first slot 101 may be formed. In this case, the thickness of the first spacer 113 determines the vertical width (slot gap) of the first slot 101 .
  • One area of the first spacer 113 may be cut and provided with an open portion, and may be interposed in the remaining portions except for one of the edge areas of the opposite surfaces of the first die block 110 and the second die block 120 , respectively. have. Accordingly, the first discharge port 101a through which the first coating liquid 50 can be discharged to the outside is formed only between the front end of the first die block 110 and the front end of the second die block 120 .
  • the front end of the first die block 110 and the front end of the second die block 120 are defined as a first die lip 111 and a second die lip 121, respectively, and in other words, the first outlet 101a is It can be said that the first die lip 111 and the second die lip 121 are formed by being spaced apart.
  • the first die lip 111 and the second die lip 121 may extend along the width direction, and may have a top surface of a planar rectangular parallelepiped.
  • the first spacer 113 is a gap between the first die block 110 and the second die block 120 , except for the area where the first discharge hole 101a is formed. Since it also functions as a gasket to prevent leakage, it is preferably made of a material having sealing properties.
  • the first die block 110 has a predetermined depth on a second surface 110b that is a surface facing the second die block 120 and includes a first manifold 112 communicating with the first slot 101 . .
  • the first manifold 112 has a first surface 110a opposite to the second surface 110b from the second surface 110b of the first die block 110 facing the second die block 120 . ) facing the space.
  • 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 . When the first coating solution 50 is filled in the first manifold 112, the flow of the first coating solution 50 is induced along the first slot 101 and discharged to the outside through the first outlet 101a. do.
  • the third die block 130 is disposed on the front surface of the second die block 120 to form a second slot 102 between the second die block 120 and the second die block 120 .
  • the second slot 102 is formed between the place where the second die block 120 and the third die block 130 face in this way. That is, the second slot 102 is formed by combining the third die block 130 and the second die block 120 .
  • the second spacer 133 may be interposed between the second die block 120 and the third die block 130 to provide a gap therebetween. Accordingly, a second slot 102 corresponding to a passage through which the second coating solution 60 can flow is formed. In this case, the vertical width (slot gap) of the second slot 102 is determined by the second spacer 133 .
  • the second spacer 133 has a structure similar to that of the above-described first spacer 113 , and has an open portion in which one region is cut, and opposite surfaces of the second die block 120 and the third die block 130 , respectively. It is interposed only in the remaining part except for one side of the border area of .
  • the circumferential direction except for the front of the second slot 102 is blocked, and the second outlet 102a is formed only between the front end of the second die block 120 and the front end of the third die block 130 .
  • the front end of the third die block 130 is defined as a third die lip 131 , in other words, the second outlet 102a is formed by being spaced apart between the second die lip 121 and the third die lip 131 . It can be said that the place
  • the third die lip 131 also extends along the width direction, and the upper surface may be a flat rectangular parallelepiped.
  • the third die block 130 has a predetermined depth on the first surface 130a, which is the surface facing the second die block 120 , and includes a second manifold 132 communicating with the second slot 102 .
  • the second manifold 132 is a space provided from the first surface 130a toward the second surface 130b, which is the opposite surface.
  • the second manifold 132 is connected to the second coating solution 60 supply chamber and the supply pipe installed outside to receive the second coating solution 60 .
  • the second coating liquid 60 is supplied from the outside along the pipe-shaped supply pipe and filled in the second manifold 132 , the second slot in which the second coating liquid 60 communicates with the second manifold 132 .
  • the flow is guided along (102) and discharged to the outside through the second discharge port (102a).
  • the second slot 102 and the first slot 101 form a constant angle, and the angle may be approximately 20 degrees to 70 degrees.
  • the second slot 102 and the first slot 101 may cross each other at one place, and the second outlet 102a and the first outlet 101a may be provided near the crossing point. Accordingly, the discharge points of the first coating liquid 50 and the second coating liquid 60 may be concentrated in approximately one place.
  • the first and second manifolds 112 and 132 are respectively formed in the first die block 110 and the third die block 130 . By doing this, the deformation of the structurally weakest second die block 120 may be less affected.
  • the second die block 120 is divided into a left die and a right die, so that the left die is configured to move integrally with the third die block 130 , and the right die is integrated with the first die block 110 .
  • When configured to move it can be implemented in a structure in which the left die block and the right die block are slidable at the interface between the left die and the right die, so that it is easier to change the positions of the first slot 101 and the second slot 102 It is also possible to implement the release structure.
  • the angle ⁇ formed by 120a is preferably within a range in which the active material slurry discharged from the second discharge port 102a and the active material slurry discharged from the first discharge port 101a do not form a vortex immediately after simultaneous discharge. If the angle ⁇ is too small, the second die block 120 becomes too thin, which makes it very vulnerable to deformation and torsion.
  • the coating roll 200 provided rotatably is disposed above the dual slot die coater 100, and the coating roll 200 is rotated clockwise, for example.
  • 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.
  • 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 lower surfaces 120c and 130c of the die blocks 120 and 130 which are surfaces opposite to the front end, are fastened with bolts 141 and 142 to align the two die blocks 120 and 130 together.
  • Block 140 is further included.
  • the alignment block 140 is provided between the front portion of the upper surface of the base A and the lower surface 120c of the second die block 120 .
  • the vertical length h1 of the second die block 120 and the third die block 130 is shorter than the vertical length h2 of the first die block 110 .
  • the vertical length refers to the vertical distance from the lower surface to the die lip in each die block.
  • the alignment block 140 is to be mounted in this space.
  • the alignment block 140 may include a front portion of the upper surface of the base (A) and a step portion 140 ′ that is seated on the front of the base (A).
  • the thickness D of the step 140 ′ is, for example, a vertical length h1 of the second die block 120 and the third die block 130 and a vertical length h2 of the first die block 110 . ) can correspond to the difference of
  • the bolt 141 is vertically fastened to the alignment block 140 and the second die block 120 through the lower surface of the base (A).
  • the bolt 142 is vertically fastened to the third die block 130 through the alignment block 140 .
  • the bolt 143 is horizontally fastened to the base A through the front surface of the alignment block 140 .
  • the bolts 141 , 142 , and 143 may be fastened at positions where they do not interfere with each other.
  • the lower surface 120c of the second die block 120 and the lower surface 130c of the third die block 130 may be closely aligned with the upper surface of the alignment block 140 to be aligned with each other, and the second die
  • the lower surface 120c of the block 120 and the lower surface 130c of the third die block 130 may have a step difference from the lower surface 110c of the first die block 110 .
  • the alignment block 140 has a lower surface 120c of the second die block 120 and an upper surface 140a in close contact with the lower surface 130c of the third die block 130 .
  • the lower surface 140b includes a stepped portion 140' having a thickness D smaller than that of the other portions.
  • the step portion 140 ′ has a structure that can be seated on the front of the upper surface of the base (A) and the front of the base (A).
  • holes H through which the bolts 141 , 142 , 143 pass may be further formed for fastening the bolts 141 , 142 , 143 . The number and positions of the holes (H) can be changed at will from the bar shown.
  • a vertical cross-section passing through the upper surface 140a, the lower surface 140b, and the step portion 140' includes a first cross-section and a second cross-section extending vertically from the first cross-section. . That is, it has a 'L' or 'L' shape. In this way, machining of a simple block shape is not cumbersome, and precise machining is possible. In addition, in this way, as in the die blocks 110 , 120 , and 130 , in the alignment block 140 , since the corners formed by the plane are at right angles, there is a right angle part in cross-section, and the vertical or horizontal plane can be used as the standard plane. Therefore, it is easy to manufacture and handle, and precision is guaranteed.
  • the facing parts when the first die block 110 , the second die block 120 , and the third die block 130 are combined, the facing parts have a high surface contact when the alignment block 140 is fastened. Since they can be supported on each other, fastening and holding of the fastening is very good.
  • Dual slot die coaters can usually be made of SUS material.
  • a rubber ring or other soft material is placed between the components and sealed to suppress leakage.
  • this sealing method is not suitable for controlling a uniform assembly shape (eg, assembly deviation of less than 10 ⁇ m), so it is difficult to apply to a dual slot die coater.
  • the die block processed with very high precision must be assembled by bolting.
  • bolting is at a high pressure of 200 ⁇ 350N.
  • the alignment block 140 having a cross section of an 'L' or 'L' shape is a structure that can withstand such high-pressure bolting.
  • the alignment block 140 may be a single monolithic component rather than being divided into several components. That is, it is an integral, seamless part. In this way, not only accuracy is improved during assembly, but it is also structurally robust, so it has excellent stability against external shocks during handling and use.
  • the alignment block 140 is to couple between the third die block 130 and the second die block 120 . Since the lower surface 130c of the third die block 130 and the lower surface 120c of the second die block 120 are coupled in parallel, the vertical length of the second die block 120 and the third die block 130 ( If h1) are equal to each other, the third die lip 131 and the second die lip 121 that are the front ends of each of the die blocks 130 and 120 may be positioned on the same straight line. That is, the third die lip 131 and the second die lip 121 may be at the same height from the base A, and the lower peripheral surface of the coating roll 200 is positioned with a coating gap thereon. . As such, the alignment block 140 determines the positions of the third die lip 131 and the second die lip 121 , and thus affects the coating gap.
  • a plurality of alignment blocks 140 may be provided along the width direction of the dual slot die coater 100 as shown in FIG. 4 .
  • the alignment block 140 has an effect of uniformly controlling the gap in the width direction through the large surface contact of the block.
  • the third die block 130 and the second die block 120 are coupled to each other to move integrally, and the second discharge port 102a and the first discharge port 101a are relative to each other.
  • the position may be adjusted.
  • the degree of position adjustment varies according to the thickness D of the step portion 140 ′ of the alignment block 140 , and the coating gap is determined accordingly.
  • the coating gap is easily determined through bonding of the die blocks 130 and 120 with the alignment block 140 . Therefore, it is possible to greatly improve the inconvenience of dismantling and adjusting the positions of the die blocks 130 , 120 , and 110 to adjust the coating gap, and it is possible to improve assembly precision.
  • the vertical length of the third die block 130 (the vertical distance from the lower surface 130c to the third die lip 131) and the vertical length of the second die block 120 (the second from the lower surface 120c)
  • the second vertical distance to the die lip 121, h1 is shorter than h2, which is the vertical length of the first die block 110 (vertical distance from the lower surface 110c to the first die lip 111). shown.
  • the alignment block 140 having a step portion 140 ′ thickness D corresponding to the difference between h1 and h2 is fastened to the third die block 130 and the second die block 120 , the first The die lip 111 , the second die lip 121 , and the third die lip 131 may be positioned on the same straight line. In this case, various films can be applied while the entire dual slot die coater 100 moves forward or backward with respect to the substrate 300 .
  • the second die lip 121 is formed by fastening the alignment block 140 .
  • the third die lip 131 may have a shape that more protrudes toward the substrate 300 compared to the first die lip 111 .
  • a step is formed between the first discharge port 101a and the second discharge port 102a. In this way, when a step is provided between the first outlet 101a and the second outlet 102a, the first outlet 101a and the second outlet 102a are disposed at positions spaced apart from each other in the vertical direction.
  • the second coating liquid 60 discharged from the discharge port 102a flows into the first discharge port 101a, or the first coating liquid 50 discharged from the first discharge port 101a flows into the second discharge port 102a.
  • the coating liquid discharged through the first outlet 101a or the second outlet 102a is blocked by the surface forming the step formed between the first outlet 101a and the second outlet 102a, and there is a risk that it will flow into the other outlet. There will be no , so that a more smooth multi-layer active material coating process can proceed.
  • the coating gap can always be maintained to a desired degree, and since the die blocks 130 and 120 are fixed, the coating gap once determined is maintained without being easily changed during the process.
  • the die block is deformed by the pressure of the discharged active material slurry, there is an effect of maintaining a uniform ( ⁇ 2%) coating gap to uniformly control the amount of coating and the resulting coating quality . Therefore, it is possible to obtain a coating product of uniform quality, particularly an electrode for a secondary battery, by using a dual slot die coater having a uniform coating gap.
  • the present invention even if the discharge pressure of the active material slurry increases, the effect of maintaining the coating gap adjusted once is excellent. This has the effect of securing the coating processability and securing reproducibility.
  • a coating layer particularly an active material layer
  • a coating layer can be uniformly formed to a desired thickness, and preferably, two types of active material slurries can be coated simultaneously, so that both performance and productivity are excellent.
  • An appropriate coating gap range is determined according to the type of active material slurry.
  • a dual slot dedicated to each active material slurry in order to use various active material slurries by having several types of alignment blocks having a step portion having a suitable thickness and performing the process by replacing the alignment blocks required for each production process Even if you do not have a die coater individually, you can use the dual slot die coater for general purposes. In addition, even when there is dispersion in the active material slurry, it is possible to quickly respond to such dispersion by immediately replacing only the alignment block portion.
  • the dual slot die coater of the present invention when used to manufacture an electrode of a secondary battery by coating an active material slurry on the current collector while driving the current collector, uniform application is possible even under high-speed running or long-width application conditions. There is an advantage.

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Abstract

코팅 갭 조절이 용이하고 코팅 갭의 폭 방향 편차 제어를 할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터를 제공한다. 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터는, 코팅액을 중력 반대 방향으로 토출하기 위한 제1 슬롯과 제2 슬롯을 구비하는 듀얼 슬롯 다이 코터로서, 기부의 상면 뒷 부분에서 수직 설치되는 제1 다이 블록, 상기 제1 다이 블록의 전면에 배치되어 상기 제1 다이 블록과의 사이에 상기 제1 슬롯을 형성하는 제2 다이 블록, 및 상기 제2 다이 블록의 전면에 배치되어 상기 제2 다이 블록과의 사이에 상기 제2 슬롯을 형성하는 제3 다이 블록을 포함하고, 상기 기부 상면의 앞 부분과 상기 제2 다이 블록의 하면과의 사이에 구비되며 상기 제2 다이 블록의 하면과 상기 제1 다이 블록의 하면에 볼트로 체결되어 결합시키는 정렬 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

듀얼 슬롯 다이 코터
본 발명은 2층 이상의 층을 습식으로 동시에 형성할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 코팅 갭(gap)의 폭 방향 편차 제어 수단을 가지는 듀얼 슬롯 다이 코터에 관한 것이다. 본 출원은 2020년 12월 29일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2020-0185693호에 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.
도 1은 종래 슬롯 다이 코터를 나타낸 수직 단면도이다.
도 1을 참조하면, 슬롯 다이 코터를 이용한 전극 제조 방법에서는, 코팅 롤(10)에 의해 이송되는 집전체(20) 위에 슬롯 다이 코터(30)로부터 토출된 활물질 슬러리를 도포하게 된다. 슬롯 다이 코터(30)에서 토출된 활물질 슬러리는 집전체(20)의 일 면에 넓게 도포되어 활물질층을 형성한다. 슬롯 다이 코터(30)는 2개의 다이 블록(31, 32)를 포함하고 2개의 다이 블록(31, 32) 사이에 슬롯(35)을 형성한 것으로, 1개의 슬롯(35)과 연통된 토출구(37)를 통해 1종의 활물질 슬러리를 토출하여 1층의 활물질층을 형성할 수가 있다. 슬롯 다이 코터는 바 코팅 또는 콤마 코팅에 비하여 고속 도포가 가능한 이점이 있어 높은 생산성의 관점에서 많이 적용되고 있다. 도 1에 예로 든 슬롯 다이 코터는 활물질 슬러리가 중력 반대 방향으로 토출되는 수직 다이 타입이다.
고에너지 밀도의 이차전지를 제조하기 위하여, 130㎛ 정도이던 활물질층의 두께는 점점 증가하여 300㎛에 달하고 있다. 두꺼운 활물질층을 종래 슬롯 다이 코터(30)를 가지고 형성하고 나면 건조시 활물질 슬러리 안의 바인더와 도전재 마이그레이션(migration)이 심화되어 최종 전극이 불균일하게 제조된다. 이러한 문제를 해결한다고 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 위하여는 2종의 활물질 슬러리를 동시에 도포할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터가 필요하다.
슬롯 다이 코터는 다이 블록들의 결합면에 슬롯을 구성하기 때문에 듀얼 슬롯 다이 코터처럼 2개의 슬롯을 구비하려면 기본적으로 3개의 다이 블록들이 필요하다. 이러한 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용하는 공정은, 2개의 슬롯에 각각 연통된 서로 다른 토출구로부터 동시에 토출되는 활물질 슬러리를 이용하여야 하기 때문에, 소망하는 두께로 각 활물질층을 형성하는 것이 상당히 까다로운 면이 있다.
그리고, 토출구로부터 집전체 표면까지의 이격 거리는 코팅 갭(gap)으로서, 활물질층의 코팅 품질을 결정하는 데에 매우 중요한 변수이다. 일반적으로 각 활물질층의 두께는 토출구를 통한 활물질 슬러리의 토출량, 활물질 슬러리의 종류 및 이 코팅 갭에 의한 영향을 받는다. 또한, 코팅 갭이 집전체 폭 방향(TD 방향)으로 균일해야 안정적 코팅이 가능하며, 폭 방향 코팅 갭 편차가 있으면 코팅폭과 무지부 경계 형상 등에 많은 영향을 준다. 활물질층의 두께는 수십에서 수백 ㎛의 매우 작은 값으로서, 수 ㎛만 변화해도 코팅 품질에 심각한 영향을 미치기 때문에 매우 엄격히 관리가 되어야 하며, 집전체의 폭 방향으로 균일한 도포를 안정적으로 수행하기 위해서 폭 방향으로 균일한 치수 정밀도를 나타내도록 매우 엄밀하게 관리되어야 할 필요가 있다. 그런데, 생산량 증가를 위해 장폭의 집전체를 사용하기 위해 듀얼 슬롯 다이 코터의 폭도 커지면 폭 방향으로 균일한 도포를 하는 것이 더욱 어려워져 코팅 갭의 정밀한 제어가 더욱 필요해진다.
뿐만 아니라, 활물질 슬러리의 종류에 따라 적절한 코팅 갭의 범위가 정해지기 마련이다. 생산 공정에서는 한가지 종류의 활물질 슬러리를 사용하지 않고 여러 종류의 활물질 슬러리를 사용해 다양한 제품을 제조해야 한다. 다양한 활물질 슬러리를 사용하기 위해 각 활물질 슬러리를 전용으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터를 일일이 구비하기는 어렵다. 따라서, 한 대의 듀얼 슬롯 다이 코터를 가지고 어떤 종류의 활물질 슬러리를 코팅하다가 종료 후 그 듀얼 슬롯 다이 코터를 가지고 다른 종류의 활물질 슬러리를 코팅해야 할 필요가 있으며, 그 때에는 이전에 세팅해 둔 코팅 갭을 변화시켜야 할 필요가 있다. 뿐만 아니라, 같은 종류의 활물질 슬러리라도 항상 균일하게 제조하기가 어렵기 때문에 제조 시점에 따라 물성에 산포가 존재하므로 이러한 산포에도 대응을 할 수 있어야 하는데, 고속의 도포를 할수록 활물질 슬러리 물성 산포에 따른 코팅 품질 편차가 크게 드러나므로 코팅 갭 제어가 더욱 중요해진다.
종래에는 소망하는 코팅 갭을 만들어내기 위해서 시험적으로 수 차례 코팅 공정을 수행하면서 각 다이 블록을 분해 후 재조립하여 코팅 갭을 조정하고, 확인하는 작업을 반복할 것이 요구된다. 그런데 이 코팅 갭은 다이 블록들간 조립에 사용하는 볼트의 체결강도에 따라서도 변화될 만큼 민감하게 조정이 되는 변수일 뿐 아니라, 활물질 슬러리가 토출되는 힘에 의해서도 변화될 수 있는 소지가 있다.
1개의 슬롯을 구비하는 기존 슬롯 다이 코터(30)와 유사한 풋 프린트(foot print)와 볼륨을 가지는 장치가 되도록 듀얼 슬롯 다이 코터를 구성하려면 각 다이 블록들의 두께가 얇아야 하고, 이 때문에 필연적으로 구조적으로 변형과 비틀림에 취약한 문제가 있다. 변형이나 비틀림이 발생하면 애써 조정한 코팅 갭이 틀어지게 되어 전극 공정의 불량을 야기하는 심각한 문제가 된다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 코팅 갭 조절이 용이하고 코팅 갭의 폭 방향 편차 제어를 할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터는, 코팅액을 중력 반대 방향으로 토출하기 위한 제1 슬롯과 제2 슬롯을 구비하는 듀얼 슬롯 다이 코터로서, 기부의 상면 뒷 부분에서 수직 설치되는 제1 다이 블록, 상기 제1 다이 블록의 전면에 배치되어 상기 제1 다이 블록과의 사이에 상기 제1 슬롯을 형성하는 제2 다이 블록, 및 상기 제2 다이 블록의 전면에 배치되어 상기 제2 다이 블록과의 사이에 상기 제2 슬롯을 형성하는 제3 다이 블록을 포함하고, 상기 기부 상면의 앞 부분과 상기 제2 다이 블록의 하면과의 사이에 구비되며 상기 제2 다이 블록의 하면과 상기 제1 다이 블록의 하면에 볼트로 체결되어 결합시키는 정렬 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 기부와 제1 다이 블록은 일체이다.
상기 제1 슬롯은 상기 기부와 수직일 수 있다.
상기 제2 다이 블록의 단면은 직각 삼각형일 수 있다.
상기 제2 다이 블록과 제3 다이 블록의 수직 길이가 상기 제1 다이 블록의 수직 길이보다 짧을 수 있다.
상기 정렬 블록은 상기 기부 상면 앞 부분과 상기 기부 앞면에 안착되는 단차부를 구비하고 있을 수 있다.
이 때, 상기 볼트는 상기 기부의 하면을 관통하여 상기 정렬 블록 및 상기 제2 다이 블록에 체결되는 볼트와, 상기 정렬 블록을 관통하여 상기 제3 다이 블록에 체결되는 볼트를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 정렬 블록의 전면을 관통하여 상기 기부에 체결되는 볼트를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 다이 블록의 하면과 상기 제3 다이 블록의 하면은 상기 정렬 블록의 상면에 밀착되어 정렬되어 있을 수 있다.
상기 제1 다이 블록, 제2 다이 블록 및 제3 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 제1 다이립, 제2 다이립 및 제3 다이립을 구비하며, 상기 제1 다이립, 제2 다이립 및 제3 다이립은 동일 직선 상에 위치할 수 있다.
상기 제1 다이립과 상기 제2 다이립 사이에는 상기 제1 슬롯과 연통하는 제1 토출구가 형성되고, 상기 제2 다이립과 상기 제3 다이립 사이에는 상기 제2 슬롯과 연통하는 제2 토출구가 형성되며, 상기 듀얼 슬롯 다이 코터는 연속적으로 주행하는 기재 표면에 상기 제1 슬롯 및 제2 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 활물질 슬러리를 압출해 도포하는 것이며, 상기 제1 토출구와 상기 제2 토출구 사이에는 단차가 형성되는 것일 수 있다.
상기 정렬 블록은 상기 듀얼 슬롯 다이 코터의 폭 방향으로 복수개 구비될 수 있다.
상기 정렬 블록의 수직 단면은 제1 단면부 및 상기 제1 단면부에서 수직으로 연장되는 제2 단면부를 포함할 수 있다. 즉, 'ㄱ'자 또는 'L'자 형상을 가질 수 있다.
상기 정렬 블록은 여러 부품으로 나누어지지 않고 하나의 모놀리식(monolithic) 부품일 수 있다.
본 발명에 의하면 정렬 블록을 통하여 다이 블록들의 하면들간이 정렬된다. 정렬 블록에 대한 다이 블록들의 결합에 의해 자연스럽게 다이 블록들의 하면들간이 정렬될 수 있다. 그러면 다이 블록들간의 위치 어긋남을 방지할 수 있고, 다이 블록들의 선단부들과 기재 사이의 거리, 즉 코팅 갭을 원하는 정도로 항상 유지할 수가 있게 된다. 다이 블록들간에는 정렬 블록을 통한 고정이 되어 있으므로 한 번 정해진 코팅 갭은 공정 중에 변화가 잘 발생하지 않고 유지되므로 폭 방향 코팅 갭 편차 발생을 억제할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 얇은 두께를 가지기 때문에 구조적으로 취약할 수 밖에 없는 다이 블록을 일일이 분해 후 재조립하면서 코팅 갭을 조정할 필요가 없고, 정렬 블록에 다이 블록들을 결합시키는 단순 조작에 의해 늘 일정한 코팅 갭을 유지할 수가 있다. 뿐만 아니라, 정렬 블록은 블록이라는 수단의 큰 면접촉을 통해 균일한 폭 방향 갭 제어하는 효과가 확실하다.
본 발명에 따르면 토출되는 활물질 슬러리의 압력에 의해 다이 블록이 변형되는 것을 감안하더라도 균일한(±2%) 코팅 갭을 유지하여 코팅량 및 그 결과물인 코팅 품질을 균일하게 제어할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 균일한 코팅 갭을 가진 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용하여 균일한 품질의 코팅품, 특히 이차전지용 전극을 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 활물질 슬러리의 토출 압력이 커져도, 얇은 다이 블록들을 이용해도, 한번 조정해 둔 코팅 갭을 유지하는 효과가 탁월하다. 이를 통해 코팅 공정성을 확보하고 재현성 확보하는 효과가 있다.
이러한 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용하면 소망하는 두께로 균일하게 코팅층, 특히 활물질층을 형성할 수 있으며, 바람직하게는 2종의 활물질 슬러리 동시 코팅이 가능하기 때문에 성능 및 생산성 모두 우수한 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 정렬 블록을 듀얼 슬롯 다이 코터의 폭 방향으로 복수개 구비할 수 있다. 그러면, 폭 방향으로 코팅 갭의 편차가 없이 정밀한 제어가 가능해진다. 그러므로, 광폭의 집전체에 대해서도 폭 방향으로 균일한 도포를 안정적으로 수행할 수 있게끔 균일한 치수 정밀도를 나타내도록 관리할 수가 있다.
활물질 슬러리의 종류에 따라 적절한 코팅 갭의 범위가 정해질 수가 있다. 본 발명에서는 그에 적합한 두께를 가지는 여러 종류의 정렬 블록들을 구비하여 두고 각 생산 공정에 필요한 정렬 블록들로 교체해 공정을 수행함으로써, 다양한 활물질 슬러리를 사용하기 위해 각 활물질 슬러리를 전용으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터를 일일이 구비하지 않더라도 듀얼 슬롯 다이 코터를 범용으로 활용할 수 있다. 또한, 활물질 슬러리에 산포가 존재하는 경우라도 즉시 정렬 블록 부분만을 교체하여 코팅 갭을 조절함으로써 이러한 산포에 빠른 대응을 할 수가 있다.
이와 같이, 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용하면 집전체를 주행시키면서 집전체 상에 활물질 슬러리를 도포하여 이차전지의 전극 등을 제조할 때, 고속 주행 또는 장폭 도포 조건 하에서도 균일한 도포가 가능한 이점이 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 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 듀얼 슬롯 다이 코터에 포함되는 정렬 블록의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 하면에서의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터는 코팅액을 중력 반대 방향으로 토출하기 위한 제1 슬롯과 제2 슬롯을 구비하고 기재 상에 코팅액을 이중층으로 코팅하는 장치이다. 이하의 설명하는 '기재'는 집전체이고 코팅액은 '활물질 슬러리'이다. 제1 코팅액과 제2 코팅액은 모두 활물질 슬러리로서, 조성(활물질, 도전재, 바인더의 종류)이나 함량(활물질, 도전재, 바인더의 양)이나 물성이 서로 동일하거나 다른 활물질 슬러리를 의미할 수 있다. 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터는 2종의 활물질 슬러리를 동시에 도포하거나 2종의 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 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시한 듀얼 슬롯 다이 코터에 포함되는 정렬 블록의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 하면에서의 평면도이다.
본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 제1 슬롯(101)과 제2 슬롯(102)을 구비하고 제1 슬롯(101)과 제2 슬롯(102)을 통하여 서로 같거나 다른 2종의 코팅액을 기재(300) 상에 동시에 혹은 번갈아 코팅할 수 있는 장치이다. 도 2를 참조하면, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 기부(A), 제1 다이 블록(110), 제2 다이 블록(120), 제3 다이 블록(130)을 포함한다.
도 2에서, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 코팅액인 활물질 슬러리를 토출하는 방향(X 방향)을 거의 수직으로 해 설치되어 있다(거의 : ± 5도).
기부(A)는 도면에서와 같이 좌우 방향으로 소정의 길이를 가지고 지면에 수직인 방향(Z 방향)으로 연장되어 있는 직방체라고 볼 수 있다. 제1 다이 블록(110)은 기부(A)의 상면 뒷 부분에서 수직 설치되어 있다. 바람직하게, 상기 기부(A)와 제1 다이 블록(110)은 일체이다. 제1 다이 블록(110)은 지면에 수직인 방향(Z 방향)이 폭 방향이고 이 방향을 따라 연장되어 있는 판상 구조이다. 기부(A)에 대하여 제1 다이 블록(110)을 놓고 조립하게 되는데, 이와 같이 기부(A)와 제1 다이 블록(110)이 일체이면 기부(A)에 대한 정렬이 필요없고 일체로 취급할 수 있으므로 취급이 편리해진다.
제2 다이 블록(120)은 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 구성하는 블록들 중 중간에 위치하는 블록으로서, 제1 다이 블록(110)과 제3 다이 블록(130) 사이에 배치되어 이중 슬롯을 형성하기 위한 블록이다. 본 실시예의 제2 다이 블록(120)은 단면이 직각 삼각형이지만 이러한 형태로 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니며 예컨대, 단면이 이등변 삼각형으로 마련될 수도 있다.
제2 다이 블록(120)은 제1 다이 블록(110)의 전면에 배치된다. 제2 다이 블록(120)도 지면에 수직인 방향(Z 방향)이 폭 방향이고 이 방향을 따라 연장되어 있는 판상 구조이다. 제2 다이 블록(120)에서 제1 다이 블록(110)과 대면하고 있는 제1 면(120a)은 기부(A)에 대하여 거의 수직으로 놓인다. 즉, 즉 제2 다이 블록(120)의 제1 면(120a)은 수직면이다. 제1 다이 블록(110)에서 제2 다이 블록(120)의 제1 면(120a)과 마주보는 면인 제2 면(110b), 그리고 그 반대면인 제1 면(120a, 즉, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 외주면 후면을 형성하는 면)도 기부(A)에 대하여 거의 수직으로 놓인다. 즉, 제1 다이 블록(110)의 제1 면(120a)과 제2 면(120b)도 수직면이다. 이와 같이 제2 다이 블록(120)의 제1 면(120a)과 제1 다이 블록(110)의 제1 면(110a), 그리고 제2 면(110b)은 서로 거의 평행하게 되어 있다. 제1 다이 블록(110)에서 제1 면(110a)의 위쪽에는 전방으로 경사진 경사면(110a')이 형성되어 있어, 제1 다이 블록(110)의 윗 부분 단면은 거의 삼각형이다.
제3 다이 블록(130)은 제2 다이 블록(120)의 전면에 배치된다. 제3 다이 블록(130)도 지면에 수직인 방향(Z 방향)이 폭 방향이고 이 방향을 따라 연장되어 있는 판상 구조이다. 그리고 제2 다이 블록(120)이 제3 다이 블록(130)과 대면하고 있는 제2 면(120b)과, 제3 다이 블록(130)에서 제2 다이 블록(120)의 제2 면(120b)과 마주보는 면인 제1 면(130a), 그리고 그 반대면인 제2 면(130b, 즉, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 외주면 전면을 형성하는 면)은 거의 평행하다. 제3 다이 블록(130)에서 제2 면(130b)의 위쪽에는 후방으로 경사진 경사면(130b')이 형성되어 있다. 제3 다이 블록(130)의 윗 부분 단면도 거의 삼각형이 된다. 제3 다이 블록(130)에서 제2 면(130b)의 아래쪽 면(130b")은 기부(A)에 대해 거의 수직으로 놓인다. 즉, 면(130b")도 수직면이다.
제1 다이 블록(110), 제2 다이 블록(120) 및 제3 다이 블록(130)에서 상기 활물질 슬러리를 토출하는 방향에 반대되는 면, 즉 하면(110c, 120c, 130c)은 거의 수평(Y 방향)으로 놓여 있다. 이러한 다이 블록들(110, 120, 130)에서는 면과 면이 이루는 모서리가 직각으로 구성되는 부분들을 가지기 때문에 단면상 직각부가 존재하고 수직 또는 수평면을 기준이 되는 면으로 할 수 있기 때문에 그 제작이나 취급이 쉽고 정밀도가 보장된다.
제1 다이 블록(110), 제2 다이 블록(120) 및 제3 다이 블록(130)이 반드시 위에서 예로 든 형태로 한정되어야 하는 것은 아니며, 예컨대, 활물질 슬러리를 토출하는 방향을 수평으로 하고 하면(110c, 120c, 130c)을 배면으로 하는 수평 다이로 구성할 수도 있다.
다이 블록들(110, 120, 130)은 예컨대 SUS 재질이다. SUS420J2, SUS630, SUS440C, SUS304, SUS316L 등의 가공이 용이한 재질을 이용할 수 있다. SUS는 가공이 용이하고 저렴하며 내식성이 높고 저비용으로 원하는 형상으로 제작할 수 있는 이점이 있다.
제1 다이 블록(110)은 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 구성하는 블록들 중 후방에, 그리고 도면상 우측에 위치하는 블록으로서, 제2 다이 블록(120)과 마주보는 면인 제2 면(110b)이 기부(A)와 수직이어서, 제1 슬롯(101)이 기부(A)와 수직이 될 수 있다. 제1 슬롯(101)은 제1 다이 블록(110)과 제2 다이 블록(120)이 서로 대면하는 곳 사이에 형성된다. 제1 다이 블록(110)과 제2 다이 블록(120)의 결합에 의해 제1 슬롯(101)이 형성되는 것이다. 이를테면, 제1 다이 블록(110)과 제2 다이 블록(120) 사이에 제1 스페이서(113)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련됨으로써 제1 코팅액(50)이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 제1 슬롯(101)이 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 스페이서(113)의 두께는 상기 제1 슬롯(101)의 상하 폭(슬롯 갭)을 결정한다.
제1 스페이서(113)는 일 영역이 절개되어 개방부를 구비하며, 제1 다이 블록(110)과 제2 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 제1 토출구(101a)는 제1 다이 블록(110)의 선단부와 제2 다이 블록(120)의 선단부 사이에만 형성된다. 제1 다이 블록(110)의 선단부와 제2 다이 블록(120)의 선단부를 각각 제1 다이립(111), 제2 다이립(121)이라 정의하고 다시 말하면, 제1 토출구(101a)는 제1 다이립(111)과 제2 다이립(121) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다. 제1 다이립(111)과 제2 다이립(121)은 폭 방향을 따라 연장되어 있고, 상면이 평면 형상의 직방체일 수 있다.
참고로, 제1 스페이서(113)는 제1 토출구(101a)가 형성되는 영역을 제외하고는, 제1 다이 블록(110)과 제2 다이 블록(120) 사이의 틈새로 제1 코팅액(50)이 누출되지 않도록 하는 가스켓(gasket)으로서의 기능을 겸하므로 밀봉성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
제1 다이 블록(110)은 제2 다이 블록(120)과 마주보는 면인 제2 면(110b)에 소정의 깊이를 가지며 제1 슬롯(101)과 연통하는 제1 매니폴드(112)를 구비한다. 제1 매니폴드(112)는 제1 다이 블록(110)이 제2 다이 블록(120)과 대면하고 있는 제2 면(110b)에서부터 상기 제2 면(110b)의 대향면인 제1 면(110a)을 향하여 마련된 공간이다. 이러한 제1 매니폴드(112)는 외부에 설치된 제1 코팅액 공급 챔버(미도시)와 공급관으로 연결되어 제1 코팅액(50)을 공급받는다. 제1 매니폴드(112) 내에 제1 코팅액(50)이 가득 차게 되면, 제1 코팅액(50)이 제1 슬롯(101)을 따라 흐름이 유도되고 제1 토출구(101a)를 통해 외부로 토출되게 된다.
제3 다이 블록(130)은 제2 다이 블록(120)의 전면에 배치되어 제2 다이 블록(120)과의 사이에 제2 슬롯(102)을 형성한다. 제2 슬롯(102)은 이같이 제2 다이 블록(120)과 제3 다이 블록(130)이 대면하는 곳 사이에 형성된다. 즉, 제3 다이 블록(130)과 제2 다이 블록(120)의 결합에 의해 제2 슬롯(102)이 형성된다.
전술한 제1 슬롯(101)과 마찬가지로, 제2 다이 블록(120)과 제3 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 제2 슬롯(102)이 형성된다. 이 경우, 제2 슬롯(102)의 상하 폭(슬롯 갭)은 제2 스페이서(133)에 의해 결정된다.
또한, 제2 스페이서(133)도 전술한 제1 스페이서(113)와 유사한 구조로서 일 영역이 절개되어 개방부를 구비하며, 제2 다이 블록(120)과 제3 다이 블록(130) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에만 개재된다. 마찬가지로 제2 슬롯(102)의 전방을 제외한 둘레 방향은 막히게 되고 제2 다이 블록(120)의 선단부와 제3 다이 블록(130)의 선단부 사이에만 제2 토출구(102a)가 형성된다. 제3 다이 블록(130)의 선단부를 제3 다이립(131)이라 정의하고 다시 말하면, 제2 토출구(102a)는 제2 다이립(121)과 제3 다이립(131) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있다. 제3 다이립(131)도 폭 방향을 따라 연장되어 있고, 상면이 평면 형상의 직방체일 수 있다.
또한, 제3 다이 블록(130)은 제2 다이 블록(120)과 마주보는 면인 제1 면(130a)에 소정의 깊이를 가지며 제2 슬롯(102)과 연통하는 제2 매니폴드(132)를 구비한다. 제2 매니폴드(132)는 제1 면(130a)에서부터 그 반대면인 제2 면(130b)을 향하여 마련된 공간이다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 제2 매니폴드(132)는 외부에 설치된 제2 코팅액(60) 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, 제2 코팅액(60)이 제2 매니폴드(132)와 연통되어 있는 제2 슬롯(102)을 따라 흐름이 유도되고 제2 토출구(102a)를 통해 외부로 토출되게 된다.
제2 슬롯(102)과 제1 슬롯(101)은 일정한 각도를 이루는데, 상기 각도는 대략 20도 내지 70도의 각도일 수 있다. 이러한 제2 슬롯(102)과 제1 슬롯(101)은 서로 한 곳에 교차하게 되고 상기 교차 지점 부근에 제2 토출구(102a)와 제1 토출구(101a)가 마련될 수 있다. 이에 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)의 토출 지점이 대략 한 곳에 집중될 수 있다.
제1 및 제2 매니폴드(112, 132)는 제1 다이 블록(110)과 제3 다이 블록(130)에 각각 형성한다. 이와 같이 함으로써 구조적으로 제일 취약한 제2 다이 블록(120)의 변형에 영향을 덜 줄 수 있다. 그뿐 아니라, 제2 다이 블록(120) 부분을 좌 다이와 우 다이로 양분하여, 좌 다이는 제3 다이 블록(130)과 일체로 움직이게 구성하고, 우 다이는 제1 다이 블록(110)과 일체로 움직이게 구성하면, 좌 다이와 우 다이의 계면에서 좌측 다이 블록과 우측 다이 블록이 슬라이딩 가능하게 되는 구조로 구현이 될 수 있어, 제1 슬롯(101)과 제2 슬롯(102)의 위치 가변이 보다 용이해지는 구조 구현도 가능해진다.
한편, 제2 다이 블록(120)이 제3 다이 블록(130)과 대면하고 있는 제2 면(120b)과 제2 다이 블록(120)이 제1 다이 블록(110)과 대면하고 있는 제1 면(120a)이 이루는 각도(θ)는 제2 토출구(102a)에서 토출되는 활물질 슬러리와 제1 토출구(101a)에서 토출되는 활물질 슬러리가 동시 토출 직후 와류를 형성하지 않는 범위 내가 되도록 하면 바람직하다. 각도(θ)가 너무 작아지면 제2 다이 블록(120)이 너무 얇아져 변형 및 비틀림에 매우 취약하게 된다.
이러한 구성을 갖는 듀얼 슬롯 다이 코터(100)에 의하면, 회전 가능하게 마련되는 코팅 롤(200)을 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 상방에 배치하고, 코팅 롤(200)을 예컨대 시계 방향으로 회전시킴으로써 코팅될 기재(300)를 주행시키면서, 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)을 연속적으로 기재(300)의 표면에 접촉시켜 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 수가 있다.
여기에서, 상기 선단부와는 반대측의 면인 다이 블록들(120, 130)의 하면(120c, 130c)에는 볼트(141, 142)로 체결되어 상기 두 다이 블록들(120, 130) 사이를 결합시키는 정렬 블록(140)을 더 포함한다. 정렬 블록(140)은 기부(A) 상면의 앞 부분과 제2 다이 블록(120)의 하면(120c)과의 사이에 구비된다.
여기에서, 제2 다이 블록(120)과 제3 다이 블록(130)의 수직 길이(h1)가 제1 다이 블록(110)의 수직 길이(h2)보다 짧은 예를 들고 있다. 수직 길이는 각 다이 블록에서 하면에서부터 다이립까지의 수직 거리를 가리킨다. 이러한 상태에서 제2 다이 블록(120)의 선단부와 제1 다이 블록(110)의 선단부를 정렬한다면 제2 다이 블록(120)의 하면(120c)과 기부(A) 상면과의 사이에는 공간이 형성될 수 있다. 이 공간은 상면이 제2 다이 블록(120)의 하면(120c)에서 형성되고 상부가 기부(A)의 상면으로 형성되며, 전면이 개방되고 후면이 제1 다이 블록(110)의 전면으로 형성되고, 좌우 양측부가 개방된 공간이 될 수 있다.
정렬 블록(140)은 이러한 공간에 장착이 되는 것이다. 특히, 정렬 블록(140)은 기부(A) 상면 앞 부분과 기부(A) 앞면에 안착되는 단차부(140')를 구비할 수 있다. 단차부(140')의 두께(D)는 예를 들어, 제2 다이 블록(120)과 제3 다이 블록(130)의 수직 길이(h1)와 제1 다이 블록(110)의 수직 길이(h2)의 차이 만큼에 해당할 수 있다.
볼트(141)는 기부(A)의 하면을 관통하여 정렬 블록(140) 및 제2 다이 블록(120)에 수직으로 체결된다. 볼트(142)는 정렬 블록(140)을 관통하여 제3 다이 블록(130)에 수직으로 체결된다. 볼트(143)는 정렬 블록(140)의 전면을 관통하여 기부(A)에 수평으로 체결된다. 볼트들(141, 142, 143)끼리는 서로 간섭하지 않는 위치에 체결이 될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 제2 다이 블록(120)의 하면(120c)과 제3 다이 블록(130)의 하면(130c)은 정렬 블록(140)의 상면에 밀착되어 서로 정렬될 수 있고, 제2 다이 블록(120)의 하면(120c)과 제3 다이 블록(130)의 하면(130c)은 제1 다이 블록(110)의 하면(110c)과 단차를 가질 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 정렬 블록(140)은 제2 다이 블록(120)의 하면(120c) 및 제3 다이 블록(130)의 하면(130c)과 밀착하는 상면(140a)을 가진다. 그리고, 이러한 상면(140a) 대비해서 하면(140b)에는 두께(D)가 다른 부분보다 작아진 단차부(140')를 포함한다. 단차부(140')는 기부(A)의 상면 앞 부분과 기부(A) 앞면에 안착될 수 있는 구조를 가진다. 정렬 블록(140)에는 볼트들(141, 142, 143) 체결을 위해 볼트들(141, 142, 143)가 관통하는 홀(H)들이 더 형성되어 있을 수 있다. 홀(H)들의 개수와 위치는 도시된 바에서 얼마든지 변경 가능하다. 정렬 블록(140)에서 상면(140a)과 하면(140b) 그리고 단차부(140')를 모두 지나는 수직 단면은 제1 단면부 및 상기 제1 단면부에서 수직으로 연장되는 제2 단면부를 포함하게 된다. 즉, 'ㄱ'자 또는 'L'자 형상을 가지게 된다. 이렇게 하면 단순한 블록 형상의 가공이 번거롭지도 않고, 정밀한 가공이 가능하다. 또한, 이렇게 하면 다이 블록들(110, 120, 130)과 마찬가지로 정렬 블록(140)에서도 면과 면이 이루는 모서리가 직각으로 구성되기 때문에 단면상 직각부가 존재하고 수직 또는 수평면을 기준이 되는 면으로 할 수 있기 때문에 그 제작이나 취급이 쉽고 정밀도가 보장된다. 또한, 제1 다이 블록(110), 제2 다이 블록(120) 및 제3 다이 블록(130)이 조합된 상태에서 이러한 정렬 블록(140)을 체결할 때에 대면하는 부분들이 높은 면 접촉도를 가지고 서로 지지될 수 있기 때문에 체결 고정 및 유지가 매우 우수하다.
듀얼 슬롯 다이 코터는 보통 SUS 재질로 제조될 수 있다. 일반적으로 SUS 조립체의 결합면에서는 액체 누설이 쉽게 발생하기 때문에, 고무링이나 기타 연성 재질의 재료를 구성물 사이에 위치시켜 씰링함으로써 누설을 억제시킨다. 하지만 이러한 씰링 방식은 균일한 조립 형태(예를 들어 10㎛ 미만의 조립 편차)를 제어하는 데에 적합하지 않아, 듀얼 슬롯 다이 코터에는 적용하기 어렵다.
이 때문에 듀얼 슬롯 다이 코터에서는 매우 높은 정밀도(진직도, 평탄도±5㎛)로 가공된 다이 블록을 볼트 체결하여 조립해야 한다. 액체 누설을 방지하여야 하므로 볼트 체결은 200~350N 정도의 고압이다. 그런데, 이러한 고압 볼트 체결을 하다 보면 응력의 불균형이 미세하게 발생하게 되고 이에 따른 블록 다이 변형이 유발될 수가 있으며, 코팅할 때 공급되는 코팅액의 압력에 의해서도 다이 블록의 변형이나 비틀림이 발생하게 된다. 단면이 'ㄱ'자 또는 'L'자 형상을 가지는 정렬 블록(140)은 이러한 고압 볼트 체결을 견딜 수 있는 구조이다.
정렬 블록(140)은 여러 부품으로 나누어지지 않고 하나의 모놀리식(monolithic) 부품일 수 있다. 즉, 일체로 되어 있고, 이음매가 없는 부품이다. 이렇게 하면 조립시 정확도가 향상될 뿐 아니라, 구조적으로도 견고하므로 취급 및 사용시 외부의 충격에 대해서도 안정성이 우수하다.
본 실시예에서 정렬 블록(140)은 제3 다이 블록(130)과 제2 다이 블록(120) 사이를 결합시키는 것이다. 제3 다이 블록(130)의 하면(130c)과 제2 다이 블록(120)의 하면(120c)이 나란하게 결합되므로, 제2 다이 블록(120)과 제3 다이 블록(130)의 수직 길이(h1)가 서로 동일하다면 각 다이 블록들(130, 120)의 선단부인 제3 다이립(131)과 제2 다이립(121)이 동일 직선 상에 위치할 수 있다. 즉, 기부(A)로부터 제3 다이립(131)과 제2 다이립(121)이 서로 동일한 높이가 될 수 있고, 그 상방에 코팅 갭을 두고 코팅 롤(200)의 하주면이 위치하게 된다. 이와 같이 정렬 블록(140)은 제3 다이립(131)과 제2 다이립(121)의 위치를 결정하므로, 코팅 갭에 영향을 준다.
정렬 블록(140)은 도 4에 도시한 바와 같이 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 폭 방향을 따라 여러 개가 구비될 수 있다. 정렬 블록(140)은 블록이라는 수단의 큰 면접촉을 통해 균일한 폭 방향 갭 제어하는 효과가 확실하다.
이러한 정렬 블록(140)의 구성에 따라 제3 다이 블록(130)과 제2 다이 블록(120)은 결합되어 일체로 움직일 수가 있게 되고, 제2 토출구(102a)와 제1 토출구(101a)의 상대적인 위치가 조정이 될 수도 있게 된다. 정렬 블록(140)의 단차부(140')의 두께(D)에 따라 위치 조정 정도가 달라지고 이에 따른 코팅 갭이 결정되게 된다. 또한, 다이 블록들(110, 120, 130)간의 위치 어긋남을 방지할 수 있게 된다. 종래와 달리 코팅 갭은 다이 블록들(130, 120)의 정렬 블록(140)과의 결합을 통해 쉽게 결정이 된다. 그러므로 다이 블록들(130, 120, 110)을 일일이 해체하고 위치 조정해가며 코팅 갭을 조정하는 번거로움을 크게 개선할 수 있고, 조립 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서 제3 다이 블록(130)의 수직 길이(하면(130c)에서 제3 다이립(131)까지의 수직 거리) 및 제2 다이 블록(120)의 수직 길이(하면(120c)에서 제2 다이립(121)까지의 수직 거리)인 h1은 제1 다이 블록(110)의 수직 길이(하면(110c)에서 제1 다이립(111)까지의 수직 거리)인 h2에 비하여 짧은 것을 예로 들어 도시하였다. 이러한 상태에서 제3 다이 블록(130)과 제2 다이 블록(120)에 h1과 h2 사이의 차이에 해당하는 단차부(140') 두께(D)를 가진 정렬 블록(140)을 체결한다면 제1 다이립(111), 제2 다이립(121) 및 제3 다이립(131)을 동일 직선 상에 위치하도록 할 수가 있다. 이러한 경우에는 듀얼 슬롯 다이 코터(100) 전체를 기재(300)에 대하여 전진 또는 후진해 가면서 다양한 막 도포를 할 수가 있다.
만약에 제3 다이 블록(130) 및 제2 다이 블록(120)의 수직 길이와 제1 다이 블록(110)의 수직 길이가 동일한 경우라면, 정렬 블록(140) 체결에 의해 제2 다이립(121) 및 제3 다이립(131)이 제1 다이립(111) 대비 기재(300) 쪽으로 더 돌출한 형상이 되게 할 수가 있다. 그러면 제1 토출구(101a)와 제2 토출구(102a) 사이에는 단차가 형성된다. 이렇게 제1 토출구(101a)와 제2 토출구(102a) 사이에 단차를 두는 경우, 제1 토출구(101a)와 제2 토출구(102a)가 서로 수직 방향을 따라 상호 이격된 위치에 배치됨에 따라, 제2 토출구(102a)에서 토출된 제2 코팅액(60)이 제1 토출구(101a)로 유입되거나, 또는 제1 토출구(101a)에서 토출된 제1 코팅액(50)이 제2 토출구(102a)로 유입될 우려가 없게 된다. 즉, 제1 토출구(101a) 또는 제2 토출구(102a)를 통해 토출된 코팅액은 제1 토출구(101a)와 제2 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 같이 정렬 블록(140)과의 체결을 통해, 다이 블록들(130, 120, 110)의 선단부인 제3 다이립(131), 제2 다이립(121), 제1 다이립(111)과 기재(300) 사이의 거리, 즉 코팅 갭을 원하는 정도로 항상 유지할 수가 있게 되고, 다이 블록들(130, 120)간에 고정이 되어 있으므로 한 번 정해진 코팅 갭은 공정 중에 변화가 잘 발생하지 않고 유지된다.
따라서, 얇은 두께를 가지기 때문에 구조적으로 취약할 수 밖에 없는 다이 블록들(130, 120, 110)을 일일이 분해 후 재조립하면서 코팅 갭을 조정할 필요가 없고, 정렬 블록(140)에 다이 블록들(130, 120)을 결합시키는 단순 조작에 의해 늘 일정한 코팅 갭을 유지할 수가 있다.
본 발명에 따르면 토출되는 활물질 슬러리의 압력에 의해 다이 블록이 변형되는 것을 감안하더라도 균일한(±2%) 코팅 갭을 유지하여 코팅량 및 그 결과물인 코팅 품질을 균일하게 제어할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 균일한 코팅 갭을 가진 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용하여 균일한 품질의 코팅품, 특히 이차전지용 전극을 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 활물질 슬러리의 토출 압력이 커져도, 한번 조정해 둔 코팅 갭을 유지하는 효과가 탁월하다. 이를 통해 코팅 공정성을 확보하고 재현성 확보하는 효과가 있다.
이러한 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용하면 소망하는 두께로 균일하게 코팅층, 특히 활물질층을 형성할 수 있으며, 바람직하게는 2종의 활물질 슬러리 동시 코팅이 가능하기 때문에 성능 및 생산성 모두 우수한 효과가 있다.
특히 정렬 블록(140)을 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 폭 방향으로 복수개 구비함으로써, 폭 방향으로도 코팅 갭의 편차가 없이 정밀한 제어가 가능해진다.
활물질 슬러리의 종류에 따라 적절한 코팅 갭의 범위가 정해져 있다. 본 발명에서는 그에 적합한 두께를 가지는 단차부를 가지는 여러 종류의 정렬 블록을 구비하여 두고 각 생산 공정에 필요한 정렬 블록을 교체해 공정을 수행함으로써, 다양한 활물질 슬러리를 사용하기 위해 각 활물질 슬러리를 전용으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터를 일일이 구비하지 않더라도 듀얼 슬롯 다이 코터를 범용으로 활용할 수 있다. 또한, 활물질 슬러리에 산포가 존재하는 경우라도 즉시 정렬 블록 부분만을 교체하여 이러한 산포에 빠른 대응을 할 수가 있다.
이와 같이, 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터를 이용하면 집전체를 주행시키면서 집전체 상에 활물질 슬러리를 도포하여 이차전지의 전극 등을 제조할 때, 고속 주행 또는 장폭 도포 조건 하에서도 균일한 도포가 가능한 이점이 있다.
한편, 본 실시예에서는 코팅액을 2층으로 도포하는 경우, 또는 코팅액을 번갈아 공급하여 패턴 코팅을 하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 슬롯을 3개 이상으로 구비하여 3층 이상을 동시 도포하는 경우에도 적용 가능한 것은 따로 설명하지 않아도 알 수 있을 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.
한편, 본 명세서에서 전, 후, 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (13)

  1. 코팅액을 중력 반대 방향으로 토출하기 위한 제1 슬롯과 제2 슬롯을 구비하는 듀얼 슬롯 다이 코터로서,
    기부의 상면 뒷 부분에서 수직 설치되는 제1 다이 블록, 상기 제1 다이 블록의 전면에 배치되어 상기 제1 다이 블록과의 사이에 상기 제1 슬롯을 형성하는 제2 다이 블록, 및 상기 제2 다이 블록의 전면에 배치되어 상기 제2 다이 블록과의 사이에 상기 제2 슬롯을 형성하는 제3 다이 블록을 포함하고,
    상기 기부 상면의 앞 부분과 상기 제2 다이 블록의 하면과의 사이에 구비되며 상기 제2 다이 블록의 하면과 상기 제1 다이 블록의 하면에 볼트로 체결되어 결합시키는 정렬 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기부와 제1 다이 블록은 일체인 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 슬롯은 상기 기부와 수직인 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 다이 블록의 단면은 직각 삼각형인 것을 특징으로하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 다이 블록과 제3 다이 블록의 수직 길이가 상기 제1 다이 블록의 수직 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 정렬 블록은 상기 기부 상면 앞 부분과 상기 기부 앞면에 안착되는 단차부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 볼트는 상기 기부의 하면을 관통하여 상기 정렬 블록 및 상기 제2 다이 블록에 체결되는 볼트와, 상기 정렬 블록을 관통하여 상기 제3 다이 블록에 체결되는 볼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  8. 제6항에 있어서, 상기 정렬 블록의 전면을 관통하여 상기 기부에 체결되는 볼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 다이 블록의 하면과 상기 제3 다이 블록의 하면은 상기 정렬 블록의 상면에 밀착되어 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 다이 블록, 제2 다이 블록 및 제3 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 제1 다이립, 제2 다이립 및 제3 다이립을 구비하며, 상기 제1 다이립, 제2 다이립 및 제3 다이립은 동일 직선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 다이 블록, 제2 다이 블록 및 제3 다이 블록은 각각 그 선단부를 형성하는 제1 다이립, 제2 다이립 및 제3 다이립을 구비하며,
    상기 제1 다이립과 상기 제2 다이립 사이에는 상기 제1 슬롯과 연통하는 제1 토출구가 형성되고, 상기 제2 다이립과 상기 제3 다이립 사이에는 상기 제2 슬롯과 연통하는 제2 토출구가 형성되고,
    상기 듀얼 슬롯 다이 코터는 연속적으로 주행하는 기재 표면에 상기 제1 슬롯 및 제2 슬롯 중 적어도 어느 하나를 통해 활물질 슬러리를 압출해 도포하는 것이며,
    상기 제1 토출구와 상기 제2 토출구 사이에는 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  12. 제1항에 있어서, 상기 정렬 블록은 상기 듀얼 슬롯 다이 코터의 폭 방향으로 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  13. 제1항에 있어서, 상기 정렬 블록의 수직 단면은 제1 단면부 및 상기 제1 단면부에서 수직으로 연장되는 제2 단면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
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