WO2023096106A1 - 듀얼 슬롯 다이 코터 - Google Patents

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WO2023096106A1
WO2023096106A1 PCT/KR2022/013465 KR2022013465W WO2023096106A1 WO 2023096106 A1 WO2023096106 A1 WO 2023096106A1 KR 2022013465 W KR2022013465 W KR 2022013465W WO 2023096106 A1 WO2023096106 A1 WO 2023096106A1
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die
die block
slot
block
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PCT/KR2022/013465
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이택수
김영곤
유승재
이도연
전신욱
조영준
최상훈
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Priority to US18/265,530 priority patent/US20240033771A1/en
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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
    • 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
    • B05C11/00—Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/10—Storage, supply or control of liquid or other fluent material; Recovery of excess liquid or other fluent material
    • B05C11/1002—Means for controlling supply, i.e. flow or pressure, of liquid or other fluent material to the applying apparatus, e.g. valves
    • 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
    • B05C9/00—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/06—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying two different liquids or other fluent materials, or the same liquid or other fluent material twice, to the same side of the work
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a dual slot die coater capable of simultaneously forming two or more layers in a wet method, and more particularly, to a vertical die type dual slot die coater in which a direction of discharging a coating liquid is opposite to gravity.
  • the electrode assembly has a form in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are stacked at least once, and the positive electrode and the negative electrode are 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 active material slurry must be evenly coated on the current collector, and conventionally, a slot die coater has been used.
  • FIG. 1 is a 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 transported by the coating roll 10 .
  • the active material slurry discharged from the slot die coater 30 is widely spread on 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 communicated with one slot 35 ( 37), it is possible to form one active material layer by discharging one type of active material slurry.
  • the slot die coater has the advantage of high-speed coating compared to bar coating or comma coating, and is widely used in terms of high productivity.
  • the slot die coater illustrated in FIG. 1 is a vertical die type in which active material slurry is discharged in a direction opposite to gravity.
  • the thickness of the active material layer which was about 130 ⁇ m, gradually increases to reach 300 ⁇ m.
  • the migration of the binder and the conductive material in the active material slurry intensifies during drying, resulting in a non-uniform final electrode.
  • a dual slot die coater capable of simultaneously applying two types of active material slurries is required.
  • slot die coater configures slots on the coupling surfaces of the die blocks
  • three die blocks are basically required to have two slots like a dual slot die coater.
  • active material slurries discharged simultaneously from different discharge ports communicating with the two slots must be used, it is quite difficult to form each active material layer to a desired thickness.
  • the die lip which is the front end of each die block, is important.
  • the die lip can be adjusted by assembling and aligning the die blocks by inserting a block or spacer, or adjusting the location of the die by using a bolt or the like.
  • inserting a block or spacer has multiple conditions in which various contact surfaces must be well matched to align the die lip, so it is difficult even in terms of simple probability. It is highly dependent on the skill of the operator, and there may be a problem with poor reproducibility.
  • the present invention has been devised in consideration of the above-mentioned problems, and an object of the present invention to be solved is to provide a dual-slot die coater in which die lip alignment is easy.
  • 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 the coating liquid in the opposite direction of gravity, and integrally with the base at the rear of the upper surface of the base.
  • a first die block installed vertically, a second die block disposed in contact with the base on the front surface of the first die block to form the first slot between the first die block, and the second die block and a third die block disposed in contact with the base and forming the second slot between the front and the second die block.
  • the lower surface of the second die block and the lower surface of the third die block may be interviewed with the base as a whole.
  • the lower surface of the second die block and the lower surface of the third die block may be intermittently interviewed with the base.
  • the pressing part may be connected to the lower end of the base.
  • This pressing unit may be a servo motor.
  • the first shim and the second shim may have an open portion by cutting at least one region.
  • the one region may be intermittently cut to have a plurality of openings.
  • a lower surface of the second die block may intermittently form a reinforcing part to interview the base, and a bending space may be formed between the reinforcing parts.
  • a lower surface of the third die block may intermittently form a reinforcing part to face the base, and a bending space may be formed between the reinforcing parts.
  • a servomotor for transforming the bending space may be connected to the lower end of the base. More preferably, the servomotor may be connected to the lower center of the base.
  • a plurality of reinforcing parts may be provided in the longitudinal direction of the dual slot die coater.
  • the plurality of reinforcing parts may be provided symmetrically in the longitudinal direction based on the center in the longitudinal direction of the dual slot die coater.
  • the distance between the reinforcing parts in the middle of the plurality of reinforcing parts may be larger than the distance between the other reinforcing parts.
  • the first die block includes a first manifold accommodating the first coating liquid and communicating with the first slot, and the third die block accommodates the second coating liquid and communicates with the second slot. It may include a second manifold that does.
  • bolts may be vertically fastened to the contact surface of the base and the second die block, and vertically bolted to the contact surface of the base and the third die block.
  • the first slot may be perpendicular to the base.
  • a cross section of the second die block may be a right triangle.
  • 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 front ends thereof, wherein the first die lip and the second die lip are formed. and the third die lip may be positioned on the same straight line.
  • the thickness of the third die lip is greater than the thickness of the first die lip and the thickness of the second die lip.
  • a second discharge port communicating with the second slot is formed between the third die lip and the second die lip, and a first discharge port communicating with the first slot is formed between the second die lip and the first die lip.
  • the second discharge port discharges the second coating liquid onto the substrate, and the first discharge port is spaced apart from the second discharge port toward the downstream side of the coating direction, and discharges the first coating liquid onto the substrate.
  • the alignment of the die lip is easy because the die blocks are arranged in contact with the base. Positional displacement between die blocks can be prevented, and the distance between the die lip and the substrate, that is, the coating gap can always be maintained at a desired level. Since the alignment of the die lip becomes constant at every assembly and is maintained without being easily changed during the process, it is possible to suppress the occurrence of a coating gap deviation in the width direction perpendicular to the running direction of the substrate.
  • the present invention even considering that the die block is deformed by the pressure of the active material slurry discharged, it is possible to uniformly control the coating amount and the resultant coating quality by maintaining a uniform ( ⁇ 2%) coating gap. . Therefore, it is possible to obtain a coating product of uniform quality, in particular, an electrode for a secondary battery, by using a dual slot die coater having a uniform coating gap.
  • a dual slot die coater having a structure that does not require a position adjustment method such as a bolt while having a single contact fastening method, which is a minimum condition for assembly and alignment, is provided.
  • Adjustment functions such as bolts take time to occur in the adjustment itself, are highly dependent on the skill of the fastening operator, and may have poor reproducibility.
  • die lip alignment is possible without the need for a position adjustment method such as a bolt, there is no time required for the adjustment itself, it does not depend on the skill level of the operator, and the reproducibility is high.
  • a space for bending may be secured while having a single contact surface fastening method. Bending deforms the place to be aligned, and according to the present invention, the deformation is performed with high uniformity even when the pressing part for controlling the coating uniformity in the width direction is used.
  • the deformation of the die blocks can be controlled very uniformly, resulting in excellent coating uniformity, which can be easily achieved.
  • the effect of maintaining the once-adjusted coating gap is excellent.
  • the die block is opened due to ejection, but in the present invention, there is an effect of preventing the die block from being opened, thereby securing coating fairness and reproducibility.
  • a coating layer particularly an active material layer
  • a coating layer can be uniformly formed to a desired thickness, and preferably, since simultaneous coating of two types of active material slurries is possible, both performance and productivity are excellent.
  • the dual slot die coater of the present invention when used to manufacture a secondary battery electrode or the like by applying the active material slurry on the current collector while driving the current collector, uniform coating is possible even under high speed driving or long width coating conditions There is an advantage.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a dual slot die coater according to the prior art.
  • FIG. 2 is a perspective view of a dual slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a dual slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view of part A of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a perspective view of a dual slot die coater according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a VI-VI' cross-sectional view of FIG. 5
  • FIG. 7 is a VII-VII' cross-sectional view of FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart of a dual slot die coater assembling step according to another embodiment of the present invention.
  • 9 to 12 are views of each step of assembling a dual slot die coater according to another embodiment of the present invention.
  • 13 to 15 are diagrams to help understand the structure of die blocks.
  • 16 is a cross-sectional view of a dual slot die coater according to a comparative example.
  • 17 to 20 are assembly-step views of a dual slot die coater according to a comparative example.
  • 21 shows the effect of reducing the mold exchange time through the die block structure/simplified assembly design in another embodiment of the present invention compared to the comparative example.
  • FIG. 23 is a schematic diagram for analyzing the effect of servo motor operation after bolt fastening in a comparative example and another embodiment of the present invention.
  • 24 is a graph showing a comparison ( ⁇ m) of deformation in a coating gap direction according to servomotor operation in a comparative example and another embodiment of the present invention.
  • the dual slot die coater of the present invention is a device having a first slot and a second slot for discharging the coating liquid in a direction opposite to gravity and coating the coating liquid in a double layer on a substrate.
  • a 'substrate' described below is a current collector and a 'coating liquid' is an active material slurry.
  • Both the first coating liquid and the second coating liquid are active material slurries, and may refer to active material slurries having the same or different composition (type of active material, conductive material, and binder), content (amount of active material, conductive material, and binder) or physical properties. .
  • the dual slot die coater of the present invention is optimized for manufacturing electrodes for pattern coating while simultaneously applying two types of active material slurries or alternately applying two types of active material slurries.
  • the substrate may be a porous support constituting the separator
  • the first coating liquid and the second coating liquid may be organic materials having different compositions or physical properties. That is, if thin film coating is required, the substrate, the first coating liquid, and the second coating liquid may be any.
  • FIG. 2 is a perspective view of a dual slot die coater according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the dual slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • 4 is an enlarged view of part A of FIG. 3 .
  • the dual slot die coater 100 is for discharging the coating liquid in the opposite direction of gravity, the first slot 101 and the second slot 102 to provide
  • the same or different types of coating liquid may be discharged through the first slot 101 and the second slot 102 to simultaneously or alternately coat the substrate 170 .
  • a coating roll 160 rotatably provided is disposed in front of the dual slot die coater 100, and the coating roll 160 is rotated to move the substrate 170 to be coated while moving the first electrode active material.
  • a two-layer structure may be simultaneously coated on the substrate 170 by continuously contacting the first coating liquid 50 as a slurry and the second coating liquid 60 as a second electrode active material slurry on the surface of the substrate 170 .
  • the first coating liquid 50 is first coated on the substrate 170 to form a lower slurry layer
  • the second coating liquid 60 is coated on the lower slurry layer at about the same time to form an upper slurry layer.
  • the dual slot die coater 100 is installed with the direction (X direction) of discharging the active material slurry, which is a coating liquid, almost perpendicular (approximately: ⁇ 5 degrees).
  • the X-axis direction shown in the drawing is the direction of discharging the coating liquid
  • the Z-axis is the longitudinal direction of the dual slot die coater 100
  • the Y-axis direction is perpendicular to both the X-axis direction and the Z-axis direction. It means the horizontal direction, and in particular, points from the first die block 110 of the dual slot die coater 100 to the third die block 130, and for convenience, it can be referred to as the front side of the dual slot die coater 100 .
  • the dual slot die coater 100 includes a base 90.
  • the first die block 110 is vertically installed integrally with the base 90 at the back of the upper surface of the base 90.
  • the first die block 110 has a plate-like structure extending along the longitudinal direction.
  • the first die block 110 is placed and assembled with respect to the base 90. In this way, if the base 90 and the first die block 110 are integral, there is no need to align the base 90 and they can be treated as one body. so that it is convenient to handle.
  • the first die block 110 integral with the base 90 may be referred to as a body block or a top plate.
  • the XY cross section of the first die block 110 can be considered to be substantially L-shaped.
  • the second die block 120 is disposed in contact with the base 90 on the front surface of the first die block 110 to form a first slot 101 between the first die block 110 and the second die block 120 .
  • a first shim 113 is provided between the second die block 120 and the first die block 110 to define the first slot 101 .
  • a gap between the second die block 120 and the first die block 110 by the first shim 113 is provided, thereby forming a first slot 101 corresponding to a passage through which the coating liquid can flow.
  • the thickness of the first shim 113 determines the top and bottom width (slot gap) of the first slot 101 .
  • the first shim 113 may also be referred to as an upper shim.
  • At least one area of the first shim 113 is cut and has an open portion, and the first shim 113 will be interposed in the rest except for one side of the edge areas of the opposite surfaces of the first die block 110 and the second die block 120, respectively.
  • the first outlet 110a through which the coating liquid 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 the first die lip 111 and the second die lip 121, respectively.
  • the first discharge port 101a may be referred to as a place formed by spaced apart between the first die lip 111 and the second die lip 121 .
  • the first die lip 111 and the second die lip 121 may extend along the longitudinal direction, and may have a planar rectangular parallelepiped upper surface.
  • the first shim 113 prevents the coating liquid from leaking into the gap between the first die block 110 and the second die block 120, except for the region where the first discharge port 101a is formed. Since it serves as a gasket, it is preferable to be made of a material having sealing properties.
  • the second die block 120 is a block located in the middle of the die 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. It is a block to form.
  • the cross section of the second die block 120 of this embodiment is a right triangle, it is not necessarily limited to this shape, and for example, the cross section may be provided as an isosceles triangle. When the cross section is a right triangle, the first slot 101 is aligned almost vertically with respect to the substrate 170, so that the coating liquid discharge control through the first slot 101 is easy.
  • the second die block 120 also has a plate-like structure extending along the longitudinal direction.
  • the first surface 120a of the second die block 120 facing the first die block 110 lies substantially perpendicular to the base 90 . That is, the first surface 120a of the second die block 120 is a vertical surface.
  • a second surface 110b which is a surface facing the first surface 120a of the second die block 120, and a first surface 110a opposite to the first surface 110a, that is, a dual slot die coater.
  • the outer circumferential surface of (100)) also lies substantially perpendicular to the base (90). That is, the first surface 110a and the second surface 110b of the first die block 110 are also vertical surfaces.
  • the first slot 101 is perpendicular to the base 90 .
  • 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, and are generally stable and stable. form a balanced structure.
  • an inclined surface 110a' inclined toward the ejection direction 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, and the first die block 110 has a substantially triangular cross section. It has a structure concentrated toward the lip 111.
  • the second die block 120 may be called an inner die or a middle plate.
  • the first die block 110 has a first manifold 112 communicating with the first slot 101 having a predetermined depth on the second surface 110b.
  • the first manifold 112 is formed from the second surface 110b of the first die block 110 facing the second die block 120 to the first surface 110a opposite to the second surface 110b. ) is a space reserved for
  • the first manifold 112 is a recessed chamber provided in the first die block 110 and accommodates the first coating liquid.
  • the first manifold 112 is connected to an externally installed first coating liquid supply chamber (not shown) through a supply pipe to receive the first coating liquid. When the first manifold 112 is filled with the first coating liquid, the first coating liquid is guided along the first slot 101 and discharged to the outside through the first discharge port 101a.
  • An air vent passing through the first die block 110 and connected to the first manifold 112 may be further provided.
  • the air vent removes air bubbles included in the first coating liquid in the first manifold 112 .
  • Such an air vent may be provided by simply making a hole in the first die block 110, or an air vent may be provided by inserting a hollow pipe into the hole.
  • the third die block 130 is disposed in contact with the base 90 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 .
  • a second shim 133 is provided between the third die block 130 and the second die block 120 to define the second slot 102 .
  • the second slot 102 is formed between where the second die block 120 and the third die block 130 face each other. That is, the second slot 102 is formed by combining the third die block 130 and the second die block 120 .
  • a gap is provided between the second die block 120 and the third die block 130 by the second shim 133, which corresponds to a passage through which the coating liquid can flow.
  • a second slot 102 may be formed.
  • the thickness of the second shim 133 determines the top and bottom width (slot gap) of the second slot 102 .
  • the second shim 133 may also be referred to as a lower shim.
  • the second shim 133 has a structure similar to that of the above-described first shim 113, and has an open portion by cutting at least one region, and each of the second die block 120 and the third die block 130 has an open portion. It is interposed only in the remaining portion except for one side of the edge area of the opposite surface. Likewise, 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 the third die lip 131 , in other words, the second outlet 102a includes the second die lip 121 and the third die lip 131 ) can be said to be a place formed by spaced apart.
  • the third die lip 131 also extends in the longitudinal direction, and may have a planar rectangular parallelepiped upper surface.
  • a second outlet 102a communicating with the second slot 102 is formed between the third die lip 131 and the second die lip 121, and the second die lip 121 and the first die
  • a first discharge port 101a communicating with the first slot 101 is formed between the lips 111, and the second discharge port 102a applies the second coating liquid 60 forming the lower slurry layer onto the substrate 170.
  • the first discharge port 101a is located apart from the second discharge port 102a toward the downstream side of the coating direction, and the first coating liquid 50 forming the upper slurry layer is applied to the lower slurry layer on the substrate 170 discharged onto the When the substrate 170 is moved from the third die lip 131 toward the first die lip 111 and the first and second coating liquids 50 and 60 such as the electrode active material slurry are supplied, the upper slurry is formed on the lower slurry layer An electrode may be formed while forming a layer.
  • the third die block 130 also has a plate-like structure extending along the longitudinal direction. And the second surface 120b of the second die block 120 facing 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 the surface facing, and the second surface 130b, which is the opposite surface, that is, the surface forming the front outer circumferential surface of the dual slot die coater 100) are almost parallel to have a stable and balanced structure in appearance. make up
  • an inclined surface 130b' inclined toward the discharge direction is formed above the second surface 130b.
  • a cross section of the upper portion of the third die block 130 becomes almost triangular, forming a structure concentrated toward the third die lip 131 .
  • the lower face 130b" of the second face 130b lies substantially perpendicular to the base 90.
  • the third die block 130 may be referred to as an outer die or , can also be called the lower plate.
  • the third die block 130 has a second manifold 132 communicating with the second slot 102 having a predetermined depth on the first surface 130a, which is a surface facing the second die block 120.
  • the second manifold 132 is formed from a first surface 130a of the third die block 130 facing the second die block 120 to a second surface 130b opposite to the first surface 130a. ) is a space reserved for The second manifold 132 is a recessed chamber provided in the third die block 130 and accommodates the second coating liquid.
  • the second manifold 132 is connected to a second coating liquid supply chamber installed outside by a supply pipe to receive the second coating liquid.
  • the second coating liquid When the second coating liquid is supplied from the outside along the pipe-shaped supply pipe and fills the second manifold 132, the second coating liquid flows along the second slot 102 communicating with the second manifold 132. is induced and discharged to the outside through the second discharge port 102a.
  • An air vent (not shown) passing through the third die block 130 and connected to the second manifold 132 may be further provided.
  • the air vent removes air bubbles included in the second coating liquid in the second manifold 132 .
  • Such an air vent may be provided by simply making a hole in the third die block 130, or an air vent may be provided by inserting a hollow pipe into the hole.
  • 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 cross each other at one place, and the second outlet 102a and the first outlet 101a may be provided near the intersection. Accordingly, the discharge points of the first coating liquid 50 and the second coating liquid 60 may be concentrated in approximately one place.
  • a second surface 120b of the second die block 120 facing the third die block 130 and a first surface 120a of the second die block 120 facing the first die block 110 The angle ⁇ formed by ) is within the range in which the second coating liquid 60 discharged from the second discharge port 102a and the first coating liquid 50 discharged from the first discharge port 101a do not form vortex immediately after simultaneous discharge. It is desirable to do so. If the angle ⁇ is too small, the second die block 120 becomes too thin and very vulnerable to deformation and twisting. Since this angle ⁇ also determines the angle between the second slot 102 and the first slot 101, it may be approximately 20 degrees to 70 degrees. It may be preferably 25 degrees. An angle between the second surface 110b of the first die block 110 and the inclined surface 110a' may be 70 degrees.
  • An angle between the first surface 130a of the third die block 130 and the inclined surface 130b' may be 60 degrees.
  • the appearance of the combination of the die blocks 110, 120, and 130 has an approximately rectangular parallelepiped shape as a whole, and only the front portion where the coating liquid is discharged has an oblique shape toward the substrate 170, so that any flow may occur.
  • advantages such as easy processing of the coating solution being lowered, and the shape after assembly being substantially similar to that of a slot die coater having a single slot, so that a slot die coater stand can be shared.
  • the first and second manifolds 112 and 132 are formed on the first die block 110 and the third die block 130 , respectively. In this way, 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 moves integrally with the first die block 110, and the right die integrally with the third die block 130.
  • it can be implemented in a structure in which the left die block and the right die block can slide at the interface between the left die and the right die, so that the position change of the first slot 101 and the second slot 102 is easier. It is also possible to implement a structure that is canceled.
  • the surface opposite to the direction in which the coating liquid is discharged that is, the lower surface is placed almost horizontally (YZ plane).
  • the die blocks 110, 120, and 130 because they have parts where the edges formed by the faces are formed at right angles, there is a right angle part in the cross section, and since the vertical or horizontal plane can be used as the reference plane, the manufacturing or handling is easy. Easy and precision guaranteed.
  • the die blocks 110, 120 and 130 are made of, for example, SUS.
  • Easy-to-process materials such as SUS420J2, SUS630, SUS440C, SUS304, and SUS316L can be used.
  • SUS has the advantage of being easy to process, inexpensive, has high corrosion resistance, and can be manufactured in a desired shape at low cost.
  • the bolt 141 may be vertically fastened to the contact surface between the base 90 and the second die block 120, and the bolt 142 may be vertically fastened to the contact surface between the base 90 and the third die block 130.
  • first die block 110 and the second die block 120 may be fastened to each other with bolts (not shown).
  • the second die block 120 and the third die block 130 may also be fastened to each other with bolts (not shown).
  • the dual slot die coater 100 may be made of SUS material.
  • SUS material since liquid leakage easily occurs on the coupling surface of the SUS assembly, leakage is suppressed by sealing by placing a rubber ring or other soft material between the components.
  • this sealing method is not suitable for controlling a uniform assembly shape (eg, assembly deviation of less than 10 ⁇ m), and is difficult to apply to the dual slot die coater 100.
  • the dual slot die coater 100 is assembled by fastening the die blocks 110, 120, and 130 processed with very high precision (straightness, flatness ⁇ 5 ⁇ m) with bolts. Since liquid leakage must be prevented, bolt fastening is preferably performed at a high pressure of about 200 to 350 N.
  • the assembly method is improved. Since all bolts used for fastening are fixed and not adjustable, there is no loss of time in the adjustment itself, it does not depend on the skill of the operator who fastens, and the reproducibility is high.
  • the structure of the die blocks 110, 120 and 130 is changed compared to the prior art.
  • the lower surface of the second die block 120 and the lower surface of the third die block 130 are in contact with the base 90 as a whole.
  • the surfaces of the first die block 110 and the second die block 120 facing each other with the first shim 113 interposed therebetween are supported. can do it In other words, it is possible to prevent the opening of the first slot 101 .
  • there is no empty space between the third die block 130 and the base 90 there is no empty space between the third die block 130 and the base 90 .
  • the gap between the die blocks is caused by the pressure when the coating liquid is discharged.
  • the dual slot die coater 100 of the present invention the lower surface of the second die block 120 and the lower surface of the third die block 130 are in contact with the base 90 as a whole, so that the second die block 120 and the As a result of the three-die block 130 receiving the fixing force by the base 90, the effect of preventing the first slot 101 and the second slot 102 from opening is excellent.
  • the active material slurry flows in while the die blocks are widened, the active material slurry is intermittently smeared on the uncoated part, resulting in surface defects.
  • surface defects electrodes can be formed without
  • the die blocks 110, 120, and 130 need to be separately aligned. It is very easy without Since the second die block 120 and the third die block 130 are always placed in contact with the base 90 so that there is no empty space between them, the die lips 111, 121, and 131 ) is fixed. This makes die lip alignment easy, accurate and operator independent.
  • the vertical lengths of die blocks 110, 120 and 130 may be the same.
  • the vertical length refers to the vertical distance from the bottom face to the die lip of each die block. If the vertical lengths of the die blocks 110, 120, and 130 are the same, as shown in FIG. 4, the first die lip 111, the second die lip 121, and the third die lip 131 are simply By assembling, they can be positioned on the same straight line.
  • the present invention has a single contact fastening method, which is the minimum condition for assembly and alignment (the upper surface of the base 90 and the lower surface of the second die block 120, the upper surface of the base 90 and the lower surface of the third die block 130) , it is a structure that does not require an adjustment function. In addition, alignment during assembly is very good.
  • leaking refers to instability in which a part of the coating liquid is lost to the upstream side outside the die lip. This means a loss of pre-metered coating solution, which makes the final coating thickness unpredictable. Due to this leaking, the coating liquid stays for a long time and is solidified, or the coating thickness variation in the width direction is caused. In particular, when the coating liquid is discharged at high pressure in a state in which the coating gap is lowered to several hundred ⁇ m for the purpose of thin film coating or to reduce the thickness deviation of the coating layer in the width direction, the leaking may be intensified.
  • the coating gap greatly affects the size and shape of the coating bead formed between the substrate 170 and the die lips 111 , 121 , and 131 during coating and the position of a dynamic contact line.
  • the coating gap can be kept constant by aligning the die lips 111, 121, and 131, and the size of the die lips 111, 121, and 131 can be expanded to an appropriate process area so that the coating solution
  • the initial conditions such as physical properties, flow rate and speed of the coating liquid, etc., you can have more leeway in setting the initial conditions to prevent leakage as much as possible.
  • the third die lip thickness D3 is greater than the second die lip thickness D2 and the first die lip thickness D1. Accordingly, the third die lip thickness D3 is greater than the average thickness of the first die lip thickness D1 and the second die lip thickness D2. As such, the third die lip thickness D3 is the largest (D3>D2, D3>D1, D3>(D1+D2)/2), and the second die lip thickness D2 and the first die lip thickness ( D1) can be made equal to each other.
  • the first die lip thickness (D1) may be from 1.2:1 to more. That is, the third die lip thickness D3 may be 1.2 times or more than the first die lip thickness D1. If the third die lip thickness D3 is larger than the first die lip thickness D1, an appropriate process area can be increased, but the third die lip thickness D3 is 1.2 times or more than the first die lip thickness D1. In this case, there is an effect that the occurrence of leaking is surely suppressed. Leaking occurs when the third die lip thickness D3 is equal to the first die lip thickness D1 or when the first die lip thickness D1 is greater than the third die lip thickness D3.
  • the second die lip thickness (D2) may be from 1.2:1 to more. That is, the third die lip thickness D3 may be 1.2 times or more than the second die lip thickness D2. If the third die lip thickness D3 is greater than the second die lip thickness D2, an appropriate process area can be increased, but the third die lip thickness D3 is 1.2 times or more than the second die lip thickness D2. In this case, there is an effect that the occurrence of leaking is surely suppressed. Leaking occurs when the third die lip thickness D3 and the second die lip thickness D2 are equal. If the second die lip thickness D2 is greater than the third die lip thickness D3, other pattern defects may occur even if leaking does not occur.
  • the third die lip thickness D3 is greater than the second die lip thickness D2 and the first die lip thickness D1 and is the largest.
  • the present inventors have confirmed that an appropriate process region widens as the third die lip thickness D3 increases. Therefore, it is possible to have more leeway in controlling the coating gap or setting initial conditions. Therefore, according to this configuration, productivity is excellent, and during coating, the dynamic contact line can be used in various positions depending on the target coating product and quality.
  • the leaking limit can be improved, that is, increased. And it is possible to reduce the side ring generation area. As the coating gap decreases, leaking occurs at a certain level or more when the dynamic contact line moves in the direction opposite to the coating.
  • leaking can be improved by increasing the third die lip thickness D3. This is because the electrode active material slurry can be retained in the third die lip 131 without falling back. According to the present invention, leaking is reduced even when the coating gap is insufficient or the amount of slurry supplied is large compared to the traveling speed of the substrate 170 .
  • the average thickness of the lower slurry layer formed by the second coating liquid 60 discharged through the second discharge port 102a and the average thickness of the upper slurry layer formed by the first coating liquid 50 discharged through the first discharge port 101a Each thickness may be 60 ⁇ m or more. And each may be 200 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of the secondary battery active material is about 10 ⁇ m, but since the particle diameter follows a normal normal distribution, d (90) or d (max) is generally greater than 10 ⁇ m. Since the active material is included, it is difficult to form the thickness of the slurry layer to be less than 40 ⁇ m.
  • the thickness of the slurry layer is 200 ⁇ m or more, it may be advantageous, but there is a problem that is difficult to achieve in practice when the coating amount used in the actual secondary battery exceeds 200 ⁇ m.
  • the electrode active material slurry coating method using the dual slot die coater 100 of the present invention is applied to the production of a cathode of a secondary battery.
  • the positive electrode has a structure in which a lower active material layer formed by a lower slurry layer and an upper active material layer formed by an upper slurry layer are sequentially stacked on a current collector.
  • the lower active material layer contains a high amount of conductive material
  • the upper active material layer contains a relatively low amount of conductive material.
  • the content of the conductive material in the lower active material layer may be adjusted within a range of 0.5 to 5 wt %.
  • the upper active material layer can increase the active material content on the surface of the electrode and lower the electrical conductivity to a certain level by reducing the content of the conductive material.
  • the content of the conductive material in the upper active material layer is controlled to a very low level of 0.02% by weight or less, it is possible to reduce an exothermic reaction during a short circuit inside the cell.
  • the average particle diameter P1 of the active material forming the lower active material layer is in the range of 50 to 95% of the average particle diameter P2 of the active material forming the upper active material layer.
  • an active material having a relatively small particle diameter is applied to the lower active material layer.
  • the flow rate ratio of the first coating liquid 50 and the second coating liquid 60 may be 1:1.
  • the viscosity of the first coating liquid 50 and the second coating liquid 60 may be 1000 cps or more. Since it is necessary to be able to coat a coating liquid having a viscosity of 1000 cps or more, the dual slot die coater 100 of the present invention is a coating liquid having a lower viscosity than this, for example, a photosensitive emulsion liquid, a magnetic liquid, a liquid that imparts antireflection or antiglare properties, and the like.
  • the first coating liquid 50 and the second coating liquid 60 may include graphite, a conductive material, CMC, and a binder.
  • the third die lip thickness D3 the second die lip thickness D2 : the first die lip thickness D1 is 3:1:1. According to the dual slot die coater 100, process efficiency may be increased and a defect rate may be reduced when forming a two-layered active material layer on a current collector.
  • FIG. 5 is a perspective view of a dual slot die coater according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a VI-VI' cross-sectional view of FIG. 5
  • FIG. 7 is a VII-VII' cross-sectional view of FIG.
  • the dual slot die coater 200 shown in FIGS. 5 to 7 is compared with the dual slot die coater 100 described with reference to FIGS. 2 to 4, the lower surface of the second die block 120' and the third die The only difference is that the lower surface of the block 130' intermittently interviews the base 90.
  • the same reference numerals are assigned to the drawings for the same parts as the dual slot die coater 100, and repetitive descriptions are omitted.
  • the second die block 120 and the third die block 130 in the above-described dual slot die coater 100 have their vertical lengths increased as a whole to interview the base 90. By interviewing the base 90 as a whole, the interview area increases, so the supporting force increases.
  • the dual-slot die coater 200 of this embodiment has a form in which the lower surfaces of the second die block 120' and the third die block 130' are partially reinforced. That is, reinforcing parts RR are intermittently attached to the bottom of each die block so that the second die block 120' and the third die block 130' intermittently face the base 90.
  • a plurality of reinforcing parts RR may be provided in the longitudinal direction on the lower surfaces of the second die block 120' and the third die block 130'.
  • an empty space may be formed between the reinforcing parts RR and the reinforcing parts RR.
  • an empty space may be formed between the reinforcing parts RR and the reinforcing parts RR.
  • the reinforcement part RR of the second die block 120' is not divided from the second die block 120', and the reinforcement part RR of the third die block 130' is also ') and is not in the form of division.
  • the second die block 120' including the reinforcing portion RR and the third die block 130' including the reinforcing portion RR are themselves a monolithic component. In other words, it is an integrated, seamless component. In this way, since it is structurally strong, it is excellent in stability against external shocks during handling and use. If the reinforcing part (RR) is not included in each die block but consists of two or more separate parts, the alignment of each part must be considered when mounting, and the total tolerance after assembly between each part becomes large.
  • a pressing unit 190 may be connected to the lower end of the base 90.
  • the pressing unit 190 may preferably be a servo motor.
  • the pressing part 190 may be preferably located at the center of the base 90. If necessary, the position of the pressing part 190 may be placed closer to the second die block 120' or closer to the third die block 130'. A portion closer to the pressing portion 190 receives a greater force and may have an effect of greater bending.
  • the pressing part 190 pushes the second die block 120' and the third die block 130' toward the discharge direction or pushes the second die block 120' and the third die block 130 toward the direction opposite to the discharge direction. ') can be pulled.
  • a plurality of reinforcing parts RR may be provided in the longitudinal direction of the dual slot die coater 200 . According to this configuration, since it is possible to provide a bending space divided at a plurality of positions in the longitudinal direction of the dual slot die coater 200, uniform bending can be achieved.
  • the plurality of reinforcing parts RR may be provided symmetrically in the longitudinal direction with respect to the center of the dual slot die coater 200 in the longitudinal direction. According to this configuration, uniform bending is promoted on both sides based on the center in the longitudinal direction of the dual slot die coater 200, so that left and right alignment deviations do not occur, and uniform fastening force due to fastening at the contact surface can be applied to
  • the distance between the reinforcing parts RR in the middle of the plurality of reinforcing parts RR may be larger than the distance between the other reinforcing parts RR. According to this configuration, the bending in the center portion can be further increased, and the coating gap control in the center portion can be more reliably controlled.
  • the amount of liquid applied in the center is greater than that of the side portions, and thus the width direction (MD) of the substrate 170 direction) may have a non-uniform coating profile.
  • the loading of the coating liquid may be concentrated in the center of the first slot 101 and the second slot 102 in the width direction.
  • the second die block 120' and the third die block 130' are pushed or pulled by the pressing part 190 to deform the second die lip 121 and the third die lip 131, thereby closing the coating gap. and adjust the loading spread accordingly.
  • the coating gap in the center portion can be reduced. Conversely, if each of the die blocks 120' and 130' is pulled in the direction opposite to the discharge direction by the pressing part 190, the coating gap of the center portion may be increased.
  • the second die block 120' and the third die block 120' and the third die block allow deformation of each of the die blocks 120' and 130' through the bending space defined as the space between the reinforcing parts RR. Since the 130' maintains a contact state with the base 90, it is possible to deform with high uniformity even when using the pressing unit 190 for controlling the coating uniformity in the width direction.
  • the dual slot die coater 200 has a single contact fastening method, which is the minimum condition for assembly and alignment, and has a structure that does not require an adjustment function.
  • it is a die structure in which space for bending is secured.
  • a space for bending is secured while having a single contact surface fastening method. Bending deforms the place to be aligned, and according to the present invention, the deformation of each plate of the second die block 120' and the third die block 130' can be controlled very uniformly.
  • coating uniformity is excellent, and excellent coating uniformity can be easily achieved.
  • electrode quality/yield/operability is improved.
  • FIG. 8 is a flowchart of a dual slot die coater assembling step according to another embodiment of the present invention.
  • 9 to 12 are views of each step of assembling a dual slot die coater according to another embodiment of the present invention.
  • the assembling steps of FIGS. 9 to 12 follow the flowchart shown in FIG. 8 .
  • 13 to 15 are diagrams to help understand the structure of die blocks.
  • a first die block 110 integrated with the base 90 is prepared, and a first shim 113' is assembled on the first die block 110 according to steps S1 of FIG. 8 and FIG. 9 .
  • 13 is a front view of the first die block 110 viewed from the Y-axis direction. The first shim 113' is placed over the first manifold 112.
  • the first shim 113' may have a substantially 'c' shape in a large view so as to define the first discharge port 101a, and in particular, one area is intermittently cut to make a number of openings. has a negative (arrow position).
  • the first shim 113 ′ included in the dual slot die coater 300 of this embodiment there are two openings, and thus the coating layer can be formed on the substrate 170 in the form of two parallel stripe patterns.
  • Bolts may be used to assemble the first shim 113' and the first die block 110. 9 and 13, it is shown as an example that bolt holes H1 for fastening these bolts may be formed in the first shim 113' and the first die block 110. A bolt is fastened to each bolt hole H1, and the total number of bolts may be, for example, 13. These bolts are fixed, requiring no adjustment, and do not depend on the skill of the operator. Bolts can be selected according to the mechanical properties prescribed according to the required strength (tensile strength). The strength depends on the material, and for example, it can be made of SUS304 to have a tensile strength of 700 N/mm 2 . In consideration of corrosion resistance, etc., a material suitable for the characteristics may be designated and selected.
  • the bolt may be of an appropriate size depending on the bolt tensile force required for the corresponding fastening position.
  • the tensile strength of a bolt is the value obtained by multiplying the tensile strength of the bolt by the effective cross-sectional area of the bolt, and the effective cross-sectional area of the bolt varies according to the shape of the screw thread (the inner diameter of the screw, which is the diameter at the valley formed between the screw threads and the diameter at the screw threads).
  • the outer diameter of the screw and the effective diameter corresponding to the value in between are all considered and can be calculated by a person skilled in the art to which the present invention belongs).
  • bolts for assembling the first shim 113' and the first die block 110 may use, for example, M5 to M16 standards.
  • an offset block installation unit 114 for installing a first shim offset block (not shown) is illustrated as an example.
  • Offset block installation unit 114 may be installed in a plurality of places.
  • the first shim offset block is configured to adjust the offset, which is the distance between the die lip and the end of the first shim 113', by pulling the first shim 113' away from the die lip. Adjusting the offset can change the coating width. When the offset is reduced, the length of the land portion through which the coating liquid moves is shortened, so the coating width is reduced.
  • step S2 of FIG. 8 and FIG. 10 the second die block 120' is assembled on the first shim 113'.
  • 14 is a front view of the second die block 110 viewed from the Y-axis direction.
  • the second die block 120 ′ may be assembled to the first die block 110 .
  • Bolts (not shown) may also be used to assemble the second die block 120 ′ with the first die block 110 .
  • 10 and 14 show that the second die block 120' may have a bolt hole H2 for fastening such a bolt.
  • a bolt is fastened to each bolt hole H2, and the total number of bolts may be, for example, 22.
  • the bolt here is also a fixed type that does not require adjustment.
  • the second die block 120' has a reinforcing part RR formed so that the lower surface intermittently interviews the base 90, and the reinforcing parts RR Between them forms a bending space.
  • a plurality of reinforcing parts RR are provided in the longitudinal direction of the dual slot die coater 300 .
  • the reinforcing part RR may be provided symmetrically in the longitudinal direction based on the center in the longitudinal direction.
  • the distance L1 between the reinforcing parts RR in the middle of the plurality of reinforcing parts RR may be larger than the distance L2 between the other reinforcing parts RR. According to this configuration, the bending in the center portion is further increased, and the control of the coating gap in the center portion can be more reliable.
  • the second die block 120 ′ may be bolted (not shown) vertically to the contact surface with the base 90 . Since the contact surface is formed at the reinforcing portion RR, bolts may be fastened to the reinforcing portion RR. In FIG. 9 , it is shown as an example that bolt holes HR for fastening such bolts may be formed in the base 90 corresponding to the reinforcement part RR.
  • step S3 of FIG. 8 and FIG. 11 the second shim 133' is assembled on the second die block 120'.
  • the second shim 133' may have a substantially 'c' shape from a large perspective to define the second discharge port 102a, and in particular, one area is intermittently cut to form a plurality of openings (pointed by arrows).
  • the second shim 133' included in the dual slot die coater 300 of this embodiment there are two openings, and thus the coating layer can be formed in two parallel patterns.
  • the opening of the first shim 113' and the opening of the second shim 133' are aligned with each other. Accordingly, the upper slurry layer may be aligned on the lower slurry layer.
  • Bolts may also be used to assemble the second shim 133' and the second die block 120'.
  • FIG. 11 shows that a bolt hole H3 for fastening such a bolt can be formed in the second shim 133'.
  • a bolt is fastened to each bolt hole H3, and the total number of bolts may be, for example, 13. These bolts are also fixed, requiring no adjustment.
  • a second shim offset block (not shown) may also be installed.
  • the second shim offset block may be installed between the reinforcing parts RR or reinforcing parts RR of the second die block 120'.
  • the second offset block is configured to adjust the offset, which is the distance between the die lip and the end of the second shim 133', by pulling the second shim 133' away from the die lip.
  • step S4 of FIG. 8 and FIG. 12 the dual slot die coater 300 is completed by assembling the third die block 130' on the second shim 133'.
  • 15 is a front view of the third die block 110 viewed from the Y-axis direction.
  • the third die block 130' may be assembled to the second die block 120'.
  • Bolts (not shown) may also be used to assemble the third die block 130' with the second die block 120'.
  • 12 and 15 show that the third die block 130' may have a bolt hole H4 for fastening such a bolt.
  • a bolt is fastened to each bolt hole H4, and the total number of bolts may be, for example, 22. These bolts are also fixed, requiring no adjustment. All bolts used in the dual slot die coater 300 of the present invention are fixed types that do not require adjustment.
  • the third die block 130 ′ also has a reinforcing part RR formed so that the lower surface intermittently interviews the base 90.
  • a plurality of reinforcing parts RR are also provided in the longitudinal direction of the dual slot die coater 300 .
  • the reinforcing part RR may be provided symmetrically in the longitudinal direction based on the center in the longitudinal direction.
  • the distance L1 between the reinforcing parts RR in the middle of the plurality of reinforcing parts RR may be larger than the distance L2 between the other reinforcing parts RR. According to this configuration, the bending in the center portion is further increased, and the control of the coating gap in the center portion can be more reliable.
  • the third die block 130 ′ may be bolted (not shown) vertically to the contact surface with the base 90 . Since the contact surface is formed at the reinforcing portion RR, bolts may be fastened to the reinforcing portion RR. As shown in FIGS. 9 to 11 , a bolt hole HR′ for fastening these bolts may be formed in the base 90 corresponding to the reinforcing portion RR.
  • step S5 of FIG. 8 the assembled state is checked according to step S5 of FIG. 8 . If assembly failure is confirmed (NO in FIG. 8), the process returns to the beginning to adjust the assembly failure (S6 in FIG. 8).
  • all bolts are fixed and the die lips 111, 121, and 131 are aligned by simply assembling the first to third die blocks 110, 120', and 130'. Since it is automatically performed, assembly defects do not occur during assembly (YES in FIG. 8), and final assembly can be completed with only one assembly (step S7 in FIG. 8).
  • the dual-slot die coater 300 of the present invention is a single-face fixing method, it has the advantage of being able to be assembled through a simple manual, and does not require operator-dependent adjustment at all. Since it is a fixed fastening method, assembly quality and reproducibility are good. At the same time, the space for bending is secured in the space between the reinforcing parts RR.
  • the rotatably provided coating roll 160 is disposed above the dual slot die coaters 100, 200 and 300, , while the substrate 170, which is the substrate to be coated, is driven by rotating the coating roll 160 clockwise, for example, the first coating liquid 50 and the second coating liquid 60 are continuously brought into contact with the surface of the substrate 170.
  • Substrate 170 may be coated with a double layer.
  • the pattern coating may be intermittently formed on the substrate 170 by alternately supplying and stopping the first coating liquid 50 and supplying and stopping the second coating liquid 60 .
  • the cathode includes a current collector and a cathode active material layer formed on a surface of the current collector.
  • a suitable current collector may be used depending on the polarity of a current collector electrode known in the secondary battery field.
  • the cathode active material layer may further include at least one of a plurality of cathode active material particles, a conductive material, and a binder.
  • the positive electrode may further include various additives for the purpose of supplementing or improving electrochemical properties.
  • the active material is not limited to a specific component as long as it can be used as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery.
  • Non-limiting examples thereof include layered compounds such as lithium manganese composite oxides (LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , etc.), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), and lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or substituted with one or more transition metals.
  • the conductive material may be typically added in an amount of 1 wt% to 20 wt% based on the total weight of the mixture including the active material.
  • the conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite or artificial graphite; carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; It may include one or a mixture of two or more selected from conductive materials such as polyphenylene derivatives.
  • the binder is not particularly limited as long as it is a component that assists in the binding of the active material and the conductive material and the binding to the current collector.
  • the binder may be typically included in the range of 1wt% to 30wt%, or 1wt% to 10wt% compared to 100wt% of the electrode layer.
  • the negative electrode includes a current collector and a negative active material layer formed on a surface of the current collector.
  • the anode active material layer may further include at least one of a plurality of anode active material particles, a conductive material, and a binder.
  • the negative electrode may further include various additives for the purpose of supplementing or improving electrochemical properties.
  • the anode active material is a carbon material such as graphite, amorphous carbon, diamond-like carbon, fullerene, carbon nanotube, or carbon nanohorn, a lithium metal material, an alloy material such as silicon or tin, Nb 2 O 5 , Li 5 Ti 4 O Oxide-based materials such as 12 and TiO 2 , or composites thereof can be used.
  • the conductive material, the binder, and the current collector may refer to the contents described for the positive electrode.
  • An active material slurry containing such a positive active material or negative active material has a very high viscosity.
  • the viscosity may be 1000 cps or more.
  • the viscosity of the active material slurry for forming a secondary battery electrode may be 2000 cps to 30000 cps.
  • the negative electrode active material slurry may have a viscosity of 2000 cps to 4000 cps.
  • the cathode active material slurry may have a viscosity of 8000 cps to 30000 cps.
  • the slot die coaters (100, 200, 300) of the present invention are a coating liquid with a lower viscosity than this, for example, photosensitive emulsion, magnetic liquid, anti-reflection or anti-glare, etc. It is different from the structure of devices that apply ordinary resin liquids, such as a liquid that gives a viewing angle enlargement effect, a liquid that gives a viewing angle widening effect, and a pigment liquid for color filters, and is not a device that can be reached by changing it.
  • the slot die coaters 100, 200, and 300 of the present invention are for coating an active material slurry that may include an active material having an average particle size of about 10 ⁇ m, for example, and do not include particles of this size It is also different from the structure of the device that applies other coating liquids that do not apply, and it is not a device that can be reached by changing it.
  • the slot die coaters 100, 200, and 300 of the present invention are optimized as coaters for manufacturing electrodes.
  • FIGS. 17 to 20 are assembly-step views of the dual-slot die coater according to a comparative example.
  • the vertical length of the second die block 120" and the third die block 130" is the vertical length of the first die block 110.
  • the lower surface of the second die block 120" is spaced apart from the upper surface of the base 90, An empty space is formed between the lower surface of the die block 120" and the upper surface of the base 90.
  • the upper surface of this space is formed on the lower surface of the second die block 120" and the upper surface is formed on the upper surface of the base 90.
  • the front side is open
  • the rear side is formed as the front side of the first die block 110
  • both left and right sides become an open space. That is, in the comparative example, the second die block 120" and the third die block 130" are not disposed in contact with the base 90.
  • the comparative example further includes a die lip adjusting bolt 410 for aligning the die block. Since the die lip adjusting bolt 410 is composed of a pushing and pulling bolt, care must be taken because it depends on the skill of the operator and there is a risk of deformation.
  • a first die block 110 integrated with the base 90 is prepared, and a first shim 113′′ is assembled on the first die block 110 according to steps S1 of FIG. 8 and FIG. 17 .
  • Bolts may be used to assemble the first shim 113" and the first die block 110.
  • the first shim 113" has a bolt hole H1" for fastening these bolts.
  • a bolt is fastened to each bolt hole H1", and the total number of bolts may be, for example, 22.
  • these bolts are of an adjustable type that require adjustment.
  • step S2 of FIG. 8 and FIG. 18 the second die block 120" is assembled on the first shim 113".
  • the second die block 120" may be assembled to the first die block 110.
  • Bolts (not shown) are also used to assemble the second die block 120" to the first die block 110. It can be.
  • the total number of bolts may be 22, for example. However, unlike the present invention, these bolts are of an adjustable type that require adjustment.
  • the second die block 120 " is a structure that is lifted without interviewing the base 90.
  • the second shim 133" is assembled on the second die block 120".
  • the second shim 133" and the second die block 120" Bolts may also be used to assemble.
  • a bolt hole H3 "for fastening such a bolt may be formed in the second shim 125".
  • Bolts are fastened to each bolt hole (H3"), and the total number of bolts may be, for example, 19.
  • These bolts are also adjustable types that require adjustment unlike in the present invention.
  • die lip adjustment Bolts 410 are also required.
  • step S4 of FIG. 8 and FIG. 20 the third die block 130′′ is assembled on the second shim 133′′.
  • the third die block 130" may be assembled to the second die block 120".
  • Bolts (not shown) are also used to assemble the third die block 130" to the second die block 120". can be used As an example, it is shown that a bolt hole H4 "for fastening such a bolt may be formed in the third die block 130".
  • the total number of bolts may be, for example, 20. Unlike the present invention, these bolts are also of an adjustable type that require adjustment.
  • the third die block 130 is also a structure that is lifted without interviewing the base 90.
  • step S5 of FIG. 8 the assembled state is checked according to step S5 of FIG. 8 . If assembly failure is confirmed, the process returns to the beginning to adjust the assembly failure according to step S6 of FIG. 8 .
  • 21 shows the effect of reducing the mold exchange time through the die block structure/simplified assembly design in another embodiment of the present invention compared to the comparative example.
  • the number of fastening bolts is 22 and the second die block 120" is assembled when assembling the first shim 113" of the comparative example. 22 fastening bolts, 19 fastening bolts when assembling the second shim 133", and 20 fastening bolts when assembling the third die block 130". Accordingly, the total number of bolts is 83, and wrench conversion is required 6 times. As mentioned earlier, the bolts are all adjustable. When conditions were readjusted after one assembly failure occurred, the die assembly time was 120 minutes. The mold exchange time is 12 hours.
  • the fastening bolt when assembling the first shim 113' of the dual slot die coater 300 according to another embodiment of the present invention 13 (ea), 22 fastening bolts when assembling the second die block 120', 13 fastening bolts when assembling the second shim 133', and fastening bolts when assembling the third die block 130' was set to 22. Accordingly, the total number of bolts is 70, and wrench conversion is required 4 times. Compared to the comparative example, the number of bolts and the number of wrench changes can be reduced. In the embodiments of the present invention, all bolts are fixed. Therefore, compared to the comparative example, there is no time loss occurring in the adjustment itself, and there is an advantage in that reproducibility does not decrease as well as does not depend on the skill of the fastening operator.
  • the case of the embodiment has the effect of reducing the die block assembly time by 75% and the mold exchange time by 25%.
  • the die lip alignment was excellent, but in the case of the comparative example, the alignment level was poor. For this reason, according to the comparative example, problems such as poor loading distribution and uneven coating width appeared. However, when the die assembly quality is improved according to the embodiment of the present invention, the loading distribution is good and close to the design value, so the electrode quality is improved.
  • FIG. 23 is a schematic diagram for analyzing the effect of servo motor operation after bolt fastening in a comparative example and another embodiment of the present invention.
  • the dual slot die coater 400 according to the comparative example and the dual slot die coater 300 according to the present invention were evaluated by connecting a servo motor as a pressing part 190 to the bottom of the base 90.
  • the dual slot die coater 400 of the comparative example has a structure in which the second die block 120” and the third die block 130” are buoyant, die bending may be caused by a servo motor.
  • die bending is performed through a servo motor. can cause The servomotor operating load is 4.5 kN in the comparative example and 6 kN in the embodiment (when moving 40 ⁇ m).
  • 24 is a graph showing a comparison ( ⁇ m) of deformation in a coating gap direction according to servomotor operation in a comparative example and another embodiment of the present invention.
  • the movement amount of the servomotor is reflected as it is. After bolting, the deformation in the direction of the coating gap at the center of the longitudinal direction is a negative value, but as the operating length of the servomotor increases, the deformation in the direction of the coating gap increases to a positive value.
  • the deformation deviation of each die block is small after bolt fastening is completed, it is determined that gap deviation correction using a servo motor is easy.
  • the deformation by the servo motor is almost similar in all die blocks 110, 120', and 130'. That is, it can be confirmed that the deformation of each of the first to third die blocks during die bending for controlling the loading in the width direction is more uniform and superior in the Example compared to the Comparative Example.
  • the second die block 120' and the third die block 130' maintain contact with the base 90 while allowing deformation of each of the die blocks 110, 120', and 130' through the bending space. This is because it can be deformed with high uniformity.
  • first coating liquid 60 second coating liquid
  • first die block 111 first die lip

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Abstract

다이립 정렬이 용이한 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 기부와 일체로 수직 설치되는 제1 다이 블록, 상기 제1 다이 블록의 전면에 상기 기부와 접면 배치되어 상기 제1 다이 블록과의 사이에 상기 제1 슬롯을 형성하는 제2 다이 블록, 및 상기 제2 다이 블록의 전면에 상기 기부와 접면 배치되어 상기 제2 다이 블록과의 사이에 상기 제2 슬롯을 형성하는 제3 다이 블록을 포함한다.

Description

듀얼 슬롯 다이 코터
본 발명은 2층 이상의 층을 습식으로 동시에 형성할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코팅액을 토출하는 방향이 중력 반대 방향인 수직 다이 타입의 듀얼 슬롯 다이 코터에 관한 것이다. 본 출원은 2021년 11월 29일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0167687호 및 2022년 6월 13일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2022-0071278호에 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 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 슬롯 다이 코터(30)를 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.
특히 각 다이 블록의 선단부인 다이립 정렬이 중요하다. 다이립은 블록 또는 스페이서를 끼워 다이 블록들을 조립 및 정렬하거나, 볼트 등의 위치 조절 방식으로 조절하는 것이 가능하다. 하지만 블록이나 스페이서를 끼우는 것은 다이립 정렬을 위해 여러 접면이 잘 맞아야 하는 복수의 조건을 가지므로 단순 확률상으로도 어려움이 있고, 볼트 등의 조절 기능은 조절 자체에서 발생하는 시간이 소요되며, 체결하는 작업자의 숙련도에 크게 의존하고, 재현성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
이에, 해당 분야에서는 보다 용이하고 정확하게 다이립 정렬을 할 수 있는 듀얼 슬롯 다이 코터에 대한 필요성이 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다이립 정렬이 용이한 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 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 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 기부와 일체로 수직 설치되는 제1 다이 블록, 상기 제1 다이 블록의 전면에 상기 기부와 접면 배치되어 상기 제1 다이 블록과의 사이에 상기 제1 슬롯을 형성하는 제2 다이 블록, 및 상기 제2 다이 블록의 전면에 상기 기부와 접면 배치되어 상기 제2 다이 블록과의 사이에 상기 제2 슬롯을 형성하는 제3 다이 블록을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 다이 블록의 하면과 상기 제3 다이 블록의 하면은 전체적으로 상기 기부와 면접할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 제2 다이 블록의 하면과 상기 제3 다이 블록의 하면은 간헐적으로 상기 기부와 면접할 수 있다.
이 때, 상기 기부의 하단에 누름부가 연결될 수 있다.
이러한 누름부는 서보모터일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 다이 블록과 제2 다이 블록 사이에 구비되어 상기 제1 슬롯을 형성하는 제1 심과, 상기 듀얼 슬롯 다이 코터 사이에 구비되어 상기 제2 슬롯을 형성하는 제2 심을 더 포함하며, 상기 제1 심과 제2 심은 적어도 일 영역이 절개되어 개방부를 구비할 수 있다.
이 때, 상기 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비할 수도 있다.
바람직한 예에서, 상기 제2 다이 블록의 하면은 간헐적으로 상기 기부와 면접하도록 보강부가 형성되며 상기 보강부들의 사이는 벤딩 공간을 형성할 수 있다. 상기 제3 다이 블록의 하면은 간헐적으로 상기 기부와 면접하도록 보강부가 형성되며 상기 보강부들의 사이는 벤딩 공간을 형성할 수 있다.
이러한 바람직한 예에서, 상기 기부의 하단에 상기 벤딩 공간을 변형시키는 서보모터가 연결될 수 있다. 더욱 바람직하게 상기 서보모터는 상기 기부의 하단 중앙에 연결될 수 있다.
상기 보강부는 상기 듀얼 슬롯 다이 코터의 길이 방향으로 복수개가 구비될 수 있다. 바람직하게, 상기 복수개의 보강부는, 상기 듀얼 슬롯 다이 코터의 길이 방향에서의 중심을 기준으로 하여, 길이 방향으로 대칭되게 구비될 수 있다. 바람직하게는, 상기 복수개의 보강부 중 가운데 부분에 있는 보강부 사이의 간격이 다른 보강부 사이의 간격보다 크게 구성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 다이 블록은 제1 코팅액을 수용하고 상기 제1 슬롯과 연통하는 제1 매니폴드를 포함하고, 상기 제3 다이 블록은 제2 코팅액을 수용하고 상기 제2 슬롯과 연통하는 제2 매니폴드를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터에서, 상기 기부와 제2 다이 블록의 접면에 수직으로 볼트 체결되고, 상기 기부와 상기 제3 다이 블록의 접면에 수직으로 볼트 체결될 수 있다.
상기 제1 슬롯은 상기 기부와 수직일 수 있다.
상기 제2 다이 블록의 단면은 직각 삼각형일 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 제3 다이립의 두께가 상기 제1 다이립의 두께 및 상기 제2 다이립의 두께보다 큰 것이 바람직하다.
상기 제3 다이립과 제2 다이립 사이에는 상기 제2 슬롯과 연통하는 제2 토출구가 형성되고, 상기 제2 다이립과 제1 다이립 사이에는 상기 제1 슬롯과 연통하는 제1 토출구가 형성되며, 상기 제2 토출구는 제2 코팅액을 기재 상에 토출하고, 상기 제1 토출구는 상기 제2 토출구와 코팅 방향의 다운 스트림쪽으로 이격되어 위치하며, 제1 코팅액을 상기 기재 상에 토출하는 것일 수 있다.
본 발명에 의하면, 기부에 다이 블록들을 접면 배치하기 때문에 다이립 정렬이 용이하다. 다이 블록들간의 위치 어긋남을 방지할 수 있고, 다이립과 기재 사이의 거리, 즉 코팅 갭을 원하는 정도로 항상 유지할 수가 있게 된다. 다이립 정렬은 매 조립시마다 일정하게 되고, 공정 중에도 변화가 잘 발생하지 않고 유지되므로, 기재의 주행 방향에 수직인 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 조정한다거나 블록이나 스페이서 등의 보조 장치를 이용할 필요가 없고, 다이 블록들을 결합시키는 단순 조립 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.
본 발명의 일 측면에 따르면, 조립 정렬의 최소 조건인 1 접면 체결 방식을 가지면서, 볼트 등의 위치 조절 방식이 필요하지 않은 구조의 듀얼 슬롯 다이 코터가 제공된다. 볼트 등의 조절 기능은 조절 자체에서 발생하는 시간이 소요되며, 체결하는 작업자의 숙련도에 크게 의존하고, 재현성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 본 발명에 따르면 볼트 등의 위치 조절 방식이 필요없이 다이립 정렬이 가능하므로 조절 자체에서 발생하는 시간이 없으며, 작업자의 숙련도에 의존하지 않고, 재현성이 높다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 1 접면 체결 방식을 가지면서도 벤딩을 위한 공간이 확보되어 있을 수 있다. 벤딩은 정렬을 해야 하는 곳을 변형시키는데, 본 발명에 따르면 폭 방향 코팅 균일성 제어를 위한 누름부를 사용시에도 높은 균일도를 가지면서 변형을 하게 된다. 이처럼, 본 발명에 따르면 다이 블록들의 변형이 매우 균일하게 제어될 수 있어, 그로부터 코팅 균일도가 우수하며, 이것을 쉽게 달성할 수 있다는 것이 큰 이점이다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 활물질 슬러리의 토출 압력이 커져도, 얇은 다이 블록들을 이용해도, 한 번 조정해 둔 코팅 갭을 유지하는 효과가 탁월하다. 특히 수직 다이 타입에서는 토출에 의해 다이 블록이 벌어지는 문제가 있는데, 본 발명에서는 다이 블록 벌어짐 방지 효과가 있어, 이를 통해 코팅 공정성을 확보하고 재현성 확보할 수 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.
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 듀얼 슬롯 다이 코터의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 단면도이다.
도 4는 도 3의 A 부분의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 사시도이다.
도 6은 도 5의 VI-VI' 단면도이고, 도 7은 도 5의 VII-VII' 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터 조립 단계의 순서도이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 조립 단계별 도면들이다.
도 13 내지 도 15는 다이 블록들의 구조 이해를 돕기 위한 도면들이다.
도 16은 비교예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 단면도이다.
도 17 내지 도 20은 비교예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 조립 단계별 도면들이다.
도 21은 비교예 대비 본 발명의 또 다른 실시예에서 다이 블록 구조/조립 간소화 설계를 통한 형 교환 시간 단축 효과를 보여준다.
도 22는 비교예 대비 본 발명의 또 다른 실시예에서 조립 품질 향상을 통한 전극 품질 개선 효과를 보여준다.
도 23은 비교예와 본 발명의 또 다른 실시예에서 볼트 체결 후 서보모터 작동 영향 분석을 하기 위한 모식도이다.
도 24는 비교예와 본 발명의 또 다른 실시예에서 서보모터 작동에 따른 코팅 갭 방향 변형 비교(㎛) 그래프이다.
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. 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터는 코팅액을 중력 반대 방향으로 토출하기 위한 제1 슬롯과 제2 슬롯을 구비하고 기재 상에 코팅액을 이중층으로 코팅하는 장치이다. 이하 설명하는 '기재'는 집전체이고 '코팅액'은 활물질 슬러리이다. 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 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 단면도이다. 도 4는 도 3의 A 부분의 확대도이다.
먼저 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 코팅액을 중력 반대 방향으로 토출하기 위한 것으로, 제1 슬롯(101)과 제2 슬롯(102)을 구비한다. 제1 슬롯(101)과 제2 슬롯(102)을 통하여 서로 같거나 다른 2종의 코팅액을 토출해 기재(170) 상에 동시에 혹은 번갈아 코팅할 수 있다.
예를 들어, 회전 가능하게 마련되는 코팅 롤(160)을 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 전방에 배치하고, 코팅 롤(160)을 회전시킴으로써 코팅될 기재(170)를 주행시키면서, 제1 전극 활물질 슬러리인 제1 코팅액(50)과 제2 전극 활물질 슬러리인 제2 코팅액(60)을 연속적으로 기재(170)의 표면에 접촉시켜 기재(170)에 2층 구조를 동시 코팅시킬 수 있다. 기재(170)에 제1 코팅액(50)이 먼저 코팅되어 하부 슬러리층을 형성하고 거의 동시에 하부 슬러리층 위에 제2 코팅액(60)이 코팅되면서 상부 슬러리층을 형성하게 된다.
듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 코팅액인 활물질 슬러리를 토출하는 방향(X 방향)을 거의 수직으로 해 설치되어 있다(거의 : ± 5도). 본 발명의 실시예에서, 도면에 도시된 X축 방향은 코팅액을 토출하는 방향, Z축은 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 길이 방향, Y축 방향은 X축 방향 및 Z축 방향에 대해 모두 수직된 수평 방향을 의미하며, 특히 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 제1 다이 블록(110)에서부터 제3 다이 블록(130) 쪽으로의 방향을 가리키고 편의상 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 전면 쪽이라고 할 수 있다.
듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 기부(90)를 포함한다. 제1 다이 블록(110)은 기부(90)의 상면 뒷 부분에서 기부(90)와 일체로 수직 설치된다. 제1 다이 블록(110)은 길이 방향을 따라 연장되어 있는 판상 구조이다. 기부(90)에 대하여 제1 다이 블록(110)을 놓고 조립하게 되는데, 이와 같이 기부(90)와 제1 다이 블록(110)이 일체이면 기부(90)에 대한 정렬이 필요없고 일체로 취급할 수 있으므로 취급이 편리해진다. 기부(90)와 일체형인 제1 다이 블록(110)을 바디(body) 블록이라고 부를 수도 있고, 상판이라고 부를 수도 있다. 제1 다이 블록(110)의 XY 단면은 대략 L자형이라고 볼 수 있다.
제2 다이 블록(120)은 제1 다이 블록(110)의 전면에 기부(90)와 접면 배치되어, 제1 다이 블록(110)과의 사이에 제1 슬롯(101)을 형성한다. 제1 슬롯(101)을 정의할 수 있도록, 제2 다이 블록(120)과 제1 다이 블록(110) 사이에는 제1 심(113)이 구비된다.
제2 다이 블록(120)과 제1 다이 블록(110) 사이에 제1 심(113)에 의한 간극이 마련됨으로써 코팅액이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 제1 슬롯(101)이 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 심(113)의 두께는 상기 제1 슬롯(101)의 상하 폭(슬롯 갭)을 결정한다. 제1 심(113)은 상층 심이라고 부를 수도 있다.
제1 심(113)은 적어도 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 코팅액이 외부로 토출될 수 있는 제1 토출구(110a)는 제1 다이 블록(110)의 선단부와 제2 다이 블록(120)의 선단부 사이에만 형성된다.
도 4에 도시한 바와 같이 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 길이 방향을 따라 연장되어 있고, 상면이 평면 형상의 직방체일 수 있다.
참고로, 제1 심(113)은 제1 토출구(101a)가 형성되는 영역을 제외하고는, 제1 다이 블록(110)과 제2 다이 블록(120) 사이의 틈새로 코팅액이 누출되지 않도록 하는 가스켓(gasket)으로서의 기능을 겸하므로 밀봉성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
제2 다이 블록(120)은 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 구성하는 다이 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. 단면이 직각 삼각형인 경우 제1 슬롯(101)이 기재(170)에 대하여 거의 수직으로 정렬이 되어 제1 슬롯(101)을 통한 코팅액 토출 제어가 용이하다.
제2 다이 블록(120)도 길이 방향을 따라 연장되어 있는 판상 구조이다. 제2 다이 블록(120)에서 제1 다이 블록(110)과 대면하고 있는 제1 면(120a)은 기부(90)에 대하여 거의 수직으로 놓인다. 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(110a, 즉, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 외주면 후면을 형성하는 면)도 기부(90)에 대하여 거의 수직으로 놓인다. 즉, 제1 다이 블록(110)의 제1 면(110a)과 제2 면(110b)도 수직면이다. 이에 따라, 제1 슬롯(101)은 기부(90)와 수직이다. 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 있고, 전체적으로 안정적이고 균형잡힌 구조를 이룬다. 제1 다이 블록(110)에서 제1 면(110a)의 위쪽에는 토출 방향 쪽으로 경사진 경사면(110a')이 형성되어 있어, 제1 다이 블록(110)의 윗 부분 단면은 거의 삼각형이고 제1 다이립(111) 쪽으로 집중된 구조를 가진다. 제2 다이 블록(120)은 이너(inner) 다이라고 부를 수도 있고, 중판이라고 부를 수도 있다.
제1 다이 블록(110)은 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. 제1 매니폴드(112)는 제1 다이 블록(110)에 구비되는 만입 형상의 챔버이고, 제1 코팅액을 수용하게 된다. 이러한 제1 매니폴드(112)는 외부에 설치된 제1 코팅액 공급 챔버(미도시)와 공급관으로 연결되어 제1 코팅액을 공급받는다. 제1 매니폴드(112) 내에 제1 코팅액이 가득 차게 되면, 제1 코팅액이 제1 슬롯(101)을 따라 흐름이 유도되고 제1 토출구(101a)를 통해 외부로 토출되게 된다.
제1 다이 블록(110)을 관통하여 제1 매니폴드(112)에 연결되는 에어 벤트(미도시)가 더 구비될 수 있다. 에어 벤트는 제1 매니폴드(112) 내의 제1 코팅액에 포함된 기포를 제거한다. 단순히 제1 다이 블록(110)에 구멍을 내어 이러한 에어 벤트를 마련하거나, 그 구멍에 중공이 형성된 배관을 끼워 넣어 에어 벤트를 마련할 수 있다.
제3 다이 블록(130)은 제2 다이 블록(120)의 전면에 기부(90)와 접면 배치되어, 제2 다이 블록(120)과의 사이에 제2 슬롯(102)을 형성한다. 제2 슬롯(102)을 정의할 수 있도록, 제3 다이 블록(130)과 제2 다이 블록(120) 사이에는 제2 심(133)이 구비된다. 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 심(133)에 의한 간극이 마련됨으로써 코팅액이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 제2 슬롯(102)이 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 심(133)의 두께는 상기 제2 슬롯(102)의 상하 폭(슬롯 갭)을 결정한다. 제2 심(133)은 하층 심이라고 부를 수도 있다.
또한, 제2 심(133)도 전술한 제1 심(113)과 유사한 구조로서, 적어도 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.
도 4를 참조하여, 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 길이 방향을 따라 연장되어 있고, 상면이 평면 형상의 직방체일 수 있다.
이와 같이, 제3 다이립(131)과 제2 다이립(121) 사이에는 제2 슬롯(102)과 연통하는 제2 토출구(102a)가 형성되고, 제2 다이립(121)과 제1 다이립(111) 사이에는 제1 슬롯(101)과 연통하는 제1 토출구(101a)가 형성되며, 제2 토출구(102a)는 하부 슬러리층을 형성하는 제2 코팅액(60)을 기재(170) 상에 토출하고, 제1 토출구(101a)는 제2 토출구(102a)와 코팅 방향의 다운 스트림쪽으로 이격되어 위치하며, 상부 슬러리층을 형성하는 제1 코팅액(50)을 기재(170) 상의 하부 슬러리층 상에 토출하게 된다. 기재(170)를 제3 다이립(131)으로부터 제1 다이립(111) 방향으로 주행시키면서 전극 활물질 슬러리와 같은 제1 및 제2 코팅액(50, 60)을 공급하면 하부 슬러리층 상에 상부 슬러리층을 형성하면서 전극을 형성할 수 있다.
제3 다이 블록(130)도 길이 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 평행하여 외관이 안정적이고 균형잡힌 구조를 이룬다. 제3 다이 블록(130)에서 제2 면(130b)의 위쪽에는 토출 방향 쪽으로 경사진 경사면(130b')이 형성되어 있다. 제3 다이 블록(130)의 윗 부분 단면도 거의 삼각형이 되어 제3 다이립(131) 쪽으로 집중된 구조를 이룬다. 제3 다이 블록(130)에서 제2 면(130b)의 아래쪽 면(130b")은 기부(90)에 대해 거의 수직으로 놓인다. 제3 다이 블록(130)은 아우터(outer) 다이라고 부를 수도 있고, 하판이라고 부를 수도 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 제3 다이 블록(130)이 제2 다이 블록(120)과 대면하고 있는 제1 면(130a)에서부터 상기 제1 면(130a)의 대향면인 제2 면(130b)을 향하여 마련된 공간이다. 제2 매니폴드(132)는 제3 다이 블록(130)에 구비되는 만입 형상의 챔버이고, 제2 코팅액을 수용하게 된다. 도면에 도시되어 있지는 않으나, 이러한 제2 매니폴드(132)는 외부에 설치된 제2 코팅액 공급 챔버와 공급관으로 연결되어 제2 코팅액을 공급받는다. 파이프 형태의 공급관을 따라 외부에서 제2 코팅액이 공급되어 제2 매니폴드(132) 내에 가득 차게 되면, 제2 코팅액이 제2 매니폴드(132)와 연통되어 있는 제2 슬롯(102)을 따라 흐름이 유도되고 제2 토출구(102a)를 통해 외부로 토출되게 된다.
제3 다이 블록(130)을 관통하여 제2 매니폴드(132)에 연결되는 에어 벤트(미도시)가 더 구비될 수 있다. 에어 벤트는 제2 매니폴드(132) 내의 제2 코팅액에 포함된 기포를 제거한다. 단순히 제3 다이 블록(130)에 구멍을 내어 이러한 에어 벤트를 마련하거나, 그 구멍에 중공이 형성된 배관을 끼워 넣어 에어 벤트를 마련할 수 있다.
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.
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 제2 코팅액(60)과 제1 토출구(101a)에서 토출되는 제1 코팅액(50)이 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 각도(θ)는 제2 슬롯(102)과 제1 슬롯(101)간의 각도를 결정하기도 하므로, 대략 20도 내지 70도의 각도일 수 있다. 바람직하게 25도일 수 있다. 제1 다이 블록(110)의 제2 면(110b)과 경사면(110a') 사이의 각도는 70도일 수 있다. 제3 다이 블록(130)의 제1 면(130a)과 경사면(130b') 사이의 각도는 60도일 수 있다. 이와 같이 구성하면, 다이 블록들(110, 120, 130)이 조합된 상태의 외관이 전체적으로 대략 직육면체 형태를 가지며, 코팅액이 토출되는 전방부만 기재(170)를 향하여 비스듬한 형태를 가지게 되어 혹시라도 흘러내리는 코팅액의 처리가 용이해지고, 조립한 후의 형상이 단일 슬롯을 구비하는 슬롯 다이 코터와 대략 유사하게 되어 슬롯 다이 코터 받침대 등을 공용할 수 있는 등의 이점이 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 제1 다이 블록(110)과 일체로 움직이게 구성하고, 우 다이는 제3 다이 블록(130)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.
제1 다이 블록(110), 제2 다이 블록(120) 및 제3 다이 블록(130)에서 상기 코팅액을 토출하는 방향에 반대되는 면, 즉 하면은 거의 수평(YZ 평면)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.
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.
기부(90)와 제2 다이 블록(120)의 접면에 수직으로 볼트(141)가 체결되고, 기부(90)와 제3 다이 블록(130)의 접면에 수직으로 볼트(142)가 체결될 수 있다. 또한, 제1 다이 블록(110)과 제2 다이 블록(120)간은 볼트(미도시)로 서로 체결될 수 있다. 제2 다이 블록(120)과 제3 다이 블록(130)간도 볼트(미도시)로 서로 체결될 수 있다. 제1 다이 블록(110), 제2 다이 블록(120) 및 제3 다이 블록(130)이 조합된 상태에서 볼트(141, 142) 체결할 때에 대면하는 부분들이 높은 면 접촉도를 가지고 서로 지지될 수 있기 때문에 체결 고정 및 유지가 매우 우수하다.
앞서 언급한 바와 같이 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 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 코터(100)에는 적용하기 어렵다.
이 때문에 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 매우 높은 정밀도(진직도, 평탄도 ±5㎛)로 가공된 다이 블록들(110, 120, 130)를 볼트로 체결해 조립한다. 액체 누설을 방지하여야 하므로 볼트 체결은 200~350N 정도의 고압으로 함이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 조립 방법이 개선된다. 체결에 이용되는 모든 볼트는 고정형이며 조절형이 아니기 때문에 조절 자체에서 발생하는 시간 손실이 없고, 체결하는 작업자의 숙련도에 의존하지 않으며, 재현성이 높다.
본 발명에 따르면, 다이 블록들(110, 120, 130) 구조가 종래에 비해 변경된다. 제2 다이 블록(120)의 하면과 제3 다이 블록(130)의 하면은 전체적으로 기부(90)와 면접하고 있다. 제2 다이 블록(120)과 기부(90) 사이에는 빈 공간이 없다. 이에 따라, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 내부 압력에 의한 토크가 발생하더라도 제1 다이 블록(110)과 제2 다이 블록(120)이 제1 심(113)을 사이에 두고 서로 맞닿는 면을 지탱해줄 수 있다. 다시 말해, 제1 슬롯(101)의 벌어짐을 방지할 수 있다. 마찬가지로, 제3 다이 블록(130)과 기부(90) 사이에는 빈 공간이 없다. 이에 따라, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)의 내부 압력에 의한 토크가 발생하더라도 제2 다이 블록(120)과 제3 다이 블록(130)이 제2 심(133)을 사이에 두고 서로 맞닿는 면을 지탱해줄 수 있다. 다시 말해, 제2 슬롯(102)의 벌어짐을 방지할 수 있다.
종래 수직 다이 타입의 슬롯 다이 코터에서는 코팅액 토출시의 압력에 의해 다이 블록들 사이가 벌어지는 문제가 있다. 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 제2 다이 블록(120)의 하면과 제3 다이 블록(130)의 하면이 전체적으로 기부(90)와 면접하고 있어, 제2 다이 블록(120)과 제3 다이 블록(130)이 기부(90)에 의한 고정 힘을 받는 결과, 제1 슬롯(101)과 제2 슬롯(102)의 벌어짐이 방지되는 효과가 탁월하다. 다이 블록들 사이가 벌어지면서 활물질 슬러리가 유입되는 경우, 미코팅부에 간헐적으로 활물질 슬러리가 묻어 표면 불량이 되는 문제가 발생하게 되지만, 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 이용하면 표면 불량 없이 전극을 형성할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 기부(90)에 대해 제2 다이 블록(120)과 제3 다이 블록(130)이 접면 배치되기 때문에, 본 발명에 따르면, 다이 블록들(110, 120, 130)의 정렬이 별도로 필요하지 않고 매우 용이하다. 기부(90)와의 사이에 빈 공간이 없도록 기부(90)에 대해 제2 다이 블록(120)과 제3 다이 블록(130)이 항시 접면 배치되기 때문에 매 조립시 다이립들(111, 121, 131)의 위치는 고정적이다. 이에 따라 다이립 정렬이 용이하고, 정확하며 작업자에 의존하지 않는다.
다이 블록들(110, 120, 130)의 수직 길이는 동일할 수 있다. 수직 길이는 각 다이 블록에서 하면에서부터 다이립까지의 수직 거리를 가리킨다. 다이 블록들(110, 120, 130)의 수직 길이를 동일하게 하면, 도 4에 도시한 바와 같이 제1 다이립(111), 제2 다이립(121) 및 제3 다이립(131)은 단순히 조립에 의해 동일 직선 상에 위치하게 될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 다이립 정렬을 위한 별도의 조작이 필요 없어진다. 본 발명은 조립 정렬의 최소 조건인 1 접면 체결 방식을 가지며(기부(90)의 상면과 제2 다이 블록(120)의 하면, 기부(90)의 상면과 제3 다이 블록(130)의 하면), 조절 기능이 필요하지 않은 구조이다. 또한 조립시 정렬 상태가 매우 우수하다.
듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 이용하는 코팅 공정은 서로 다른 토출구(101a, 102a)로부터 제1 및 제2 코팅액(50, 60)이 동시에 토출되기 때문에 리킹(leaking), 사이드 링(side ring) 등과 문제가 생기지 않도록 해야 한다. 이 중 리킹은, 코팅액의 일부가 다이립 밖에서 업 스트림 측으로 유실되는 불안정성을 의미한다. 이는 미리 계량된 코팅 용액의 손실을 뜻하며, 이로 인해 최종적인 코팅 두께를 예측할 수 없다. 이러한 리킹으로 인해 코팅액이 장기 체류되어 고화되거나 폭 방향 코팅 두께 편차가 야기되기도 한다. 특히 박막 코팅의 목적이 있거나 코팅층의 폭 방향 두께 편차를 줄이고자 코팅 갭을 수백 ㎛까지 낮춘 상태에서 높은 압력으로 코팅액을 토출시킬 경우 상기와 같은 리킹이 심화될 수 있다.
적정 코팅 영역(window margin)은 리킹 발생영역과 사이드 링 발생영역 사이에 존재한다. 이러한 적정 공정 영역이 넓을수록 생산성이 우수한 것이다. 코팅 갭은 코팅시 기재(170)와 다이립들(111, 121, 131) 사이에 형성되는 코팅 비드의 크기와 형상 그리고 동적 접촉 라인(dynamic contact line)의 위치에 큰 영향을 준다. 본 발명에 따르면 다이립들(111, 121, 131) 정렬에 의해 일단 코팅 갭은 일정하게 유지할 수 있는 이점이 있고, 다이립들(111, 121, 131) 크기 조절을 통해 적정 공정 영역까지 넓혀 코팅액의 물성, 코팅액의 유량 및 속도 등과 같은 초기 조건을 조정하여 리킹이 최대한 일어나지 않도록 하는 초기 조건 설정에 좀 더 여유를 가질 수 있다.
바람직하게, 제3 다이립 두께(D3)는 제2 다이립 두께(D2)와 제1 다이립 두께(D1)보다 크게 한다. 이로써, 제3 다이립 두께(D3)는 제1 다이립 두께(D1)와 제2 다이립 두께(D2)의 평균 두께보다 크다. 이와 같이 제3 다이립 두께(D3)가 가장 크다 (D3>D2, D3>D1, D3>(D1+D2)/2), 그리고, 제2 다이립 두께(D2)와 제1 다이립 두께(D1)는 서로 같게 할 수 있다.
제3 다이립 두께(D3): 제1 다이립 두께(D1)는 1.2 : 1 부터 그 이상일 수 있다. 즉, 제3 다이립 두께(D3)는 제1 다이립 두께(D1)의 1.2배 이상일 수 있다. 제3 다이립 두께(D3)가 제1 다이립 두께(D1)보다 크기면 하면 적정 공정 영역 증가를 이룰 수 있지만 제3 다이립 두께(D3)가 제1 다이립 두께(D1)의 1.2배 이상인 경우에 리킹 발생이 확실히 억제되는 효과가 있다. 제3 다이립 두께(D3)와 제1 다이립 두께(D1)가 같거나 제3 다이립 두께(D3)보다 제1 다이립 두께(D1)가 더 크면 리킹이 발생한다.
제3 다이립 두께(D3): 제2 다이립 두께(D2)는 1.2 : 1 부터 그 이상일 수 있다. 즉, 제3 다이립 두께(D3)는 제2 다이립 두께(D2)의 1.2배 이상일 수 있다. 제3 다이립 두께(D3)가 제2 다이립 두께(D2)보다 크기면 하면 적정 공정 영역 증가를 이룰 수 있지만 제3 다이립 두께(D3)가 제2 다이립 두께(D2)의 1.2배 이상인 경우에 리킹 발생이 확실히 억제되는 효과가 있다. 제3 다이립 두께(D3)와 제2 다이립 두께(D2)가 같으면 리킹이 발생한다. 제3 다이립 두께(D3)보다 제2 다이립 두께(D2)가 더 크면 리킹이 발생하지 않더라도 다른 패턴 불량을 야기한다.
이상의 예에 따르면, 제3 다이립 두께(D3)가 제2 다이립 두께(D2) 및 제1 다이립 두께(D1)보다 커서 가장 크다. 본 발명자들은 제3 다이립 두께(D3)가 커질수록 적정 공정 영역이 넓어짐을 확인하였다. 그러므로, 코팅 갭의 제어나 초기 조건 설정에 좀 더 여유를 가질 수 있다. 따라서, 이러한 구성에 따르면 생산성이 우수하고, 코팅 시 동적 접촉 라인은 목표로 하는 코팅품, 품질에 따라 다양한 위치에 쓰일 수 있다. 본 발명에 따르면, 적정 공정 영역이 넓어진 결과, 리킹 한계를 개선, 즉 상향할 수 있다. 그리고 사이드 링 발생영역을 감소시킬 수 있다. 코팅 갭 감소에 따라, 동적 접촉 라인이 코팅 반대편 방향으로 이동하게 되면 일정 수준 이상에서 리킹이 발생하는데, 본 구성에 따르면 제3 다이립 두께(D3)를 크게 하여 리킹을 개선할 수 있다. 전극 활물질 슬러리가 뒤로 빠지지 않고 제3 다이립(131)에 많이 머금고 있을 수 있게 하기 때문이다. 본 발명에 따르면 코팅 갭이 부족하거나 기재(170) 주행 속도에 비해 공급되는 슬러리 양이 많을 때에도 리킹이 감소한다.
제2 토출구(102a)를 통해 토출된 제2 코팅액(60)에 의해 형성된 하부 슬러리층의 평균 두께와 제1 토출구(101a)를 통해 토출된 제1 코팅액(50)에 의해 형성된 상부 슬러리층의 평균 두께는 각각 60 ㎛ 이상일 수 있다. 그리고 각각 200 ㎛ 이하일 수 있다. 통상적으로, 이차전지 활물질 재료의 평균 입경은 10㎛ 내외이나, 입경은 통상의 정규 분포를 따르므로, d(90) 또는 d(max)는 10㎛보다 큰 경우가 일반적이다. 이러한 활물질 재료를 포함하기 때문에 슬러리층의 두께는 40 ㎛ 미만으로 형성하기 어렵다. 그리고 60 ㎛ 이상이면 보통 유지하는 코팅 갭에 활물질 재료가 걸리는 문제없이 원활하게 코팅할 수 있다. 또한 슬러리층의 두께는 200 ㎛ 이상인 경우, 유리할 수 있으나, 실제 이차전지에 사용되는 코팅량을 200㎛ 초과하기에는 현실적으로 달성하기 어려운 문제가 있다.
예를 들어, 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터(100)를 이용한 전극 활물질 슬러리 코팅 방법은 이차전지의 양극 제조에 적용된다. 상기 양극은 집전체 상에 하부 슬러리층에 의한 하부 활물질층과 상부 슬러리층에 의한 상부 활물질층이 순차 적층된 구조이다. 상기 하부 활물질층은 고함량의 도전재를 함유하고, 상부 활물질층은 상대적으로 저함량의 도전재를 함유한다. 이 경우, 하부 활물질층은 도전재 함량을 0.5 내지 5 중량% 범위에서 조절 가능하다. 상부 활물질층은 도전재의 함량을 줄임으로써, 전극 표면에서 활물질 함량을 높이고 전기 전도성을 일정 수준 낮출 수 있다. 특히, 상부 활물질층의 도전재 함량을 0.02 중량% 이하의 매우 낮은 수준으로 제어할 경우, 셀 내부 단락시 발열반응을 감소시킬 수 있다.
다른 예에서, 하부 활물질층을 형성하는 활물질의 평균 입경(P1)은 상부 활물질층을 형성하는 활물질의 평균 입경(P2)의 50 내지 95% 범위이다. 이 경우는, 하부 활물질층에 상대적으로 작은 입경의 활물질을 적용하는 것이다. 상부 활물질층에는 상대적으로 큰 입경의 활물질을 적용함으로써, 전해액 함침을 용이하게 하고 이온 내지 정공의 원활한 이동을 유도할 수 있다.
여기에서, 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)의 유량비는 1:1일 수 있다. 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)의 점도는 1000 cps 이상일 수 있다. 점도 1000 cps 이상의 코팅액을 코팅할 수 있어야 하는 것이므로 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터(100)는 이보다 낮은 점도의 코팅액, 예를 들면 사진 감광 유제액, 자성액, 반사 방지나 방현성 등을 부여하는 액, 시야각 확대 효과를 부여하는 액, 컬러 필터용 안료액 등 보통의 수지액을 도포하는 장치 구조와는 차이가 있고 그것을 변경하여 도달할 수 있는 장치가 아니다. 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)은 흑연, 도전재, CMC 및 바인더를 포함하는 것일 수 있다.
상기의 코팅 조건 하에서, 가장 바람직하기로, 제3 다이립 두께(D3): 제2 다이립 두께(D2): 제1 다이립 두께(D1)는 3:1:1이다. 이러한 듀얼 슬롯 다이 코터(100)에 의하면, 집전체 상에 2층 구조의 활물질층 형성시 공정 효율을 높이고 불량률을 낮출 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 사시도이다. 도 6은 도 5의 VI-VI' 단면도이고, 도 7은 도 5의 VII-VII' 단면도이다.
도 5 내지 도 7에 도시한 듀얼 슬롯 다이 코터(200)는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 듀얼 슬롯 다이 코터(100)와 비교시, 제2 다이 블록(120’)의 하면과 제3 다이 블록(130’)의 하면이 간헐적으로 기부(90)와 면접하고 있다는 점에서만 차이가 있다. 듀얼 슬롯 다이 코터(200)에서 듀얼 슬롯 다이 코터(100)와 동일한 부분에 대해서는 도면에 동일한 참조부호를 부여하고 반복적인 설명은 생략한다.
앞서 설명한 듀얼 슬롯 다이 코터(100)에서의 제2 다이 블록(120)과 제3 다이 블록(130)은 그 수직 길이를 전체적으로 늘려 기부(90)와 면접하도록 한 것이다. 기부(90)와 전체적으로 면접하여 면접 영역이 증가하므로 지탱하는 힘이 커진다. 이러한 듀얼 슬롯 다이 코터(100)와 비교시, 본 실시예의 듀얼 슬롯 다이 코터(200)는 제2 다이 블록(120’)과 제3 다이 블록(130’)의 하면이 부분적으로 보강된 형태이다. 즉, 각 다이 블록들의 하부에 간헐적으로 보강부(RR)를 덧대어 제2 다이 블록(120’)과 제3 다이 블록(130’)이 간헐적으로 기부(90)와 면접하도록 한 것이다. 보강부(RR)는 제2 다이 블록(120’)과 제3 다이 블록(130’)의 하면에 길이 방향으로 복수개가 구비될 수 있다. 제2 다이 블록(120’)에서 보강부(RR)와 보강부(RR) 사이는 빈 공간이 될 수 있다. 제3 다이 블록(130’)에서도 보강부(RR)와 보강부(RR) 사이는 빈 공간이 될 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 듀얼 슬롯 다이 코터(100)에 비하여 기부(90)와의 면접 영역은 감소하지만 빈 공간에 의한 응력 해소 효과를 가질 수 있다.
제2 다이 블록(120’)의 보강부(RR)는 제2 다이 블록(120’)과 나누어진 형태가 아니고 제3 다이 블록(130’)의 보강부(RR)도 제3 다이 블록(130’)과 나누어진 형태가 아니다. 보강부(RR)를 포함한 제2 다이 블록(120’), 보강부(RR)를 포함한 제3 다이 블록(130’)은 그 자체로 하나의 모놀리식(monolithic) 부품이다. 즉, 일체로 되어 있고, 이음매가 없는 부품이다. 이렇게 하면 구조적으로도 견고하므로 취급 및 사용시 외부의 충격에 대해서도 안정성이 우수하다. 보강부(RR)가 각 다이 블록에 포함되는 것이 아니고 2개 이상의 별도 부품으로 되어 있다면 장착시 각 부품의 정렬을 고려하여야 하고 각 부품간의 조립 후 공차 총합이 커지게 된다.
한편, 제2 다이 블록(120’)에서 보강부(RR)와 보강부(RR) 사이의 빈 공간, 제3 다이 블록(130’)에서 보강부(RR)와 보강부(RR) 사이의 빈 공간은 벤딩 공간이 될 수 있다. 이를 위하여, 상기 기부(90) 하단에 누름부(190)가 연결될 수 있다. 누름부(190)는 바람직하게 서보모터일 수 있다. 누름부(190)는 바람직하게 기부(90)의 센터 부분에 위치할 수 있다. 필요에 따라 누름부(190)의 위치는 제2 다이 블록(120’)에 더 가깝게 혹은 제3 다이 블록(130’)에 더 가깝게 둘 수도 있다. 누름부(190)에 가까운 부분일수록 더 큰 힘을 받게 되고 더 크게 벤딩되는 효과가 있을 수 있다. 누름부(190)는 토출 방향 쪽으로 제2 다이 블록(120’)과 제3 다이 블록(130’)을 밀어주거나 토출 방향의 반대 방향 쪽으로 제2 다이 블록(120’)과 제3 다이 블록(130’)을 당겨줄 수 있다.
보강부(RR)는 듀얼 슬롯 다이 코터(200)의 길이 방향으로 복수개가 구비될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 듀얼 슬롯 다이 코터(200)의 길이 방향에서의 복수의 위치에서 나누어진 벤딩 공간을 마련할 수 있으므로 균일한 벤딩이 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수개의 보강부(RR)는, 듀얼 슬롯 다이 코터(200)의 길이 방향에서의 중심을 기준으로 하여, 길이 방향으로 대칭되게 구비될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 듀얼 슬롯 다이 코터(200)의 길이 방향에서의 중심을 기준으로 양측에서 균일한 벤딩을 도모해 좌우 정렬 편차가 발생하지 않으며, 접면에서의 체결에 의한 균일한 체결 힘이 좌우에 적용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수개의 보강부(RR) 중 가운데 부분에 있는 보강부(RR) 사이의 간격이 다른 보강부(RR) 사이의 간격보다 크게 구성될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 가운데 부분에서의 벤딩을 더욱 크게 해 센터 부분에서의 코팅 갭 제어를 보다 확실하게 할 수가 있다.
듀얼 슬롯 다이 코터(200)는 코팅액의 주입 방향이 다이 블록들(110, 120', 130')의 중심부이기 때문에 중심부의 액상 도포량이 사이드부보다 크며, 그로 인해 기재(170)의 폭 방향(MD 방향에 수직)으로 불균일한 코팅 프로파일을 가질 수 있다. 다시 말해, 제1 슬롯(101)과 제2 슬롯(102)의 폭 방향 센터에 코팅액의 로딩이 집중될 수 있다. 그러한 경우 누름부(190)로 제2 다이 블록(120’) 및 제3 다이 블록(130’)을 밀거나 당겨 제2 다이립(121) 및 제3 다이립(131)을 변형시킴으로써 코팅 갭을 조절하고 그에 따라 로딩 산포를 조절할 수 있다. 누름부(190)로 각 다이 블록들(120’, 130’)을 토출 방향 쪽으로 밀면 센터 부분의 코팅 갭을 감소시킬 수 있다. 반대로 누름부(190)로 각 다이 블록들(120’, 130’)을 토출 방향의 반대 방향으로 당기면 센터 부분의 코팅 갭을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 보강부(RR) 사이의 공간으로 정의되는 벤딩 공간을 통하여 각 다이 블록들(120', 130’)의 변형을 허용하면서도, 제2 다이 블록(120’) 및 제3 다이 블록(130’)이 기부(90)와는 접면 상태를 유지하게 되므로, 폭 방향 코팅 균일성 제어를 위한 누름부(190)를 사용시에도 높은 균일도를 가지면서 변형을 할 수 있다.
이와 같이, 듀얼 슬롯 다이 코터(200)는 조립 정렬의 최소 조건인 1 접면 체결 방식을 가지며, 조절 기능이 필요하지 않은 구조이다. 더불어, 벤딩을 위한 공간이 확보된 다이 구조이다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 1 접면 체결 방식을 가지면서도 벤딩을 위한 공간이 확보되어 있다. 벤딩은 정렬을 해야 하는 곳을 변형시키는데, 본 발명에 따르면, 제2 다이 블록(120’)과 제3 다이 블록(130’)의 각 판의 변형이 매우 균일하게 제어될 수 있다.
이로써, 본 발명에 따르면, 코팅 균일도가 우수하고, 우수한 코팅 균일도를 쉽게 달성할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따르면, 전극 품질/수율/가동율이 개선된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터 조립 단계의 순서도이다. 도 9 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 조립 단계별 도면들이다. 도 9 내지 도 12의 조립 단계는 도 8에 도시한 바와 같은 순서도에 따른 것이다. 도 13 내지 도 15는 다이 블록들의 구조 이해를 돕기 위한 도면들이다.
도 9 내지 도 12의 듀얼 슬롯 다이 코터(300)에서 앞서 설명한 듀얼 슬롯 다이 코터(100, 200)와 동일한 부분에 대해서는 도면에 동일한 참조부호를 부여하고 반복적인 설명은 생략한다.
먼저, 기부(90)와 일체로 된 제1 다이 블록(110)을 준비하고, 도 8의 단계 S1 및 도 9에 따라, 제1 다이 블록(110) 위에 제1 심(113')을 조립한다. 도 13은 제1 다이 블록(110)을 Y축 방향에서 바라 본 정면도이다. 제1 심(113')은 제1 매니폴드(112) 위에 놓이게 된다.
도 9를 참조하면, 제1 심(113')은 제1 토출구(101a)를 정의할 수 있도록 크게 보아서는 대략 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있으며, 특히 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부(화살표 위치)를 가진다. 본 실시예의 듀얼 슬롯 다이 코터(300)에 포함되는 제1 심(113')에서 개방부는 2 군데이며 따라서 기재(170) 상에 2개의 나란한 스트라이프 패턴 형상으로 코팅층을 형성할 수가 있다.
제1 심(113')과 제1 다이 블록(110)을 조립하는 데에는 볼트(미도시)가 이용될 수 있다. 도 9와 도 13에, 제1 심(113')과 제1 다이 블록(110)에는 이러한 볼트 체결을 위한 볼트 구멍(H1)이 형성될 수 있음을 예로써 도시하였다. 각 볼트 구멍(H1)에 볼트가 체결되며, 볼트의 전체 개수는 예를 들어 13개일 수 있다. 이러한 볼트는 조절이 필요하지 않은 고정형이고 작업자의 숙련도에 의존하지 않는다. 볼트는 필요 강도(인장강도)에 따라 규정되어 있는 기계적 성질에 맞추어 선정할 수 있다. 강도는 재질에 따라 달라지며, 예를 들어 SUS304 재질로 하여 700 N/mm2의 인장강도를 가지도록 할 수 있다. 내식성 등을 더 고려하여 특성에 알맞은 재료를 지정하여 선정할 수도 있다.
볼트는 해당 체결 위치에 필요한 볼트 인장력에 따라 적절한 규격을 채택할 수 있다. 볼트 인장력은 볼트의 인장강도에 볼트의 유효단면적을 곱한 값이고, 볼트의 유효단면적은 나사산의 모양에 따라 달라진다(나사산과 나사산 사이에 형성된 골 부분에서의 지름인 나사 내경, 나사산 부분에서의 지름인 나사 외경, 그 사이값에 해당하는 유효지름이 모두 고려되며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 계산할 수 있음). 본 발명의 실시예에서 제1 심(113')과 제1 다이 블록(110)을 조립하는 볼트는 예를 들어 M5~M16 규격을 사용할 수 있다.
한편, 도 9에는 제1 심 오프셋 블록(미도시)을 설치할 수 있도록 하는 오프셋 블록 설치부(114)가 포함된 것을 예로 도시하였다. 오프셋 블록 설치부(114)는 복수 개소에 설치될 수도 있다. 제1 심 오프셋 블록 은 제1 심(113')을 다이립의 반대편으로 잡아당김으로써 다이립과 제1 심(113') 단부 사이의 거리인 오프셋을 조절하도록 구성되어 있다. 오프셋을 조절하면 코팅 폭이 변화될 수 있다. 오프셋이 작아지면 코팅액이 이동하는 랜드부 길이가 짧아지므로 코팅 폭이 감소된다.
다음으로, 도 8의 단계 S2 및 도 10에 따라, 제1 심(113') 위에 제2 다이 블록(120’)을 조립한다. 도 14는 제2 다이 블록(110)을 Y축 방향에서 바라 본 정면도이다.
제2 다이 블록(120’)은 제1 다이 블록(110)에 조립될 수 있다. 제2 다이 블록(120’)을 제1 다이 블록(110)과 조립하는 데에도 볼트(미도시)가 이용될 수 있다. 제2 다이 블록(120’)에는 이러한 볼트 체결을 위한 볼트 구멍(H2)이 형성될 수 있음을 도 10과 도 14에 예로써 도시하였다. 각 볼트 구멍(H2)에 볼트가 체결되며, 볼트의 전체 개수는 예를 들어 22개일 수 있다. 여기서의 볼트도 조절이 필요하지 않은 고정형이다.
도 10과 도 14를 참조하면, 제2 다이 블록(120’)은 앞서 설명한 바와 같이, 하면이 간헐적으로 기부(90)와 면접하도록 보강부(RR)가 형성되어 있으며, 보강부(RR)들의 사이는 벤딩 공간을 형성하게 된다. 보강부(RR)는 상기 듀얼 슬롯 다이 코터(300)의 길이 방향으로 복수개가 구비된다. 보강부(RR)는 길이 방향에서의 중심을 기준으로 하여, 길이 방향으로 대칭되게 구비될 수 있다. 복수개의 보강부(RR) 중 가운데 부분에 있는 보강부(RR) 사이의 간격(L1)이 다른 보강부(RR) 사이의 간격(L2)보다 크게 구성될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 가운데 부분에서의 벤딩을 더욱 크게 해 센터 부분에서의 코팅 갭 제어가 보다 확실해질 수 있다.
제2 다이 블록(120’)은 기부(90)와의 접면에 수직으로 볼트(미도시) 체결될 수 있다. 보강부(RR)에서 접면을 형성하므로, 보강부(RR)에 볼트가 체결될 수 있다. 도 9에는, 보강부(RR)에 대응되는 기부(90)에는 이러한 볼트 체결을 위한 볼트 구멍(HR)이 형성될 수 있음을 예로써 도시하였다.
다음으로, 도 8의 단계 S3 및 도 11에 따라, 제2 다이 블록(120’) 위에 제2 심(133’)을 조립한다.
제2 심(133’)은 제2 토출구(102a)를 정의할 수 있도록 크게 보아서는 대략 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있으며, 특히 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부(화살표 위치)를 가진다. 본 실시예의 듀얼 슬롯 다이 코터(300)에 포함되는 제2 심(133')에서 개방부는 2 군데이며 따라서 2개의 나란한 패턴 형상으로 코팅층을 형성할 수가 있다. 제1 심(113')의 개방부와 제2 심(133’)의 개방부는 서로 정렬되어 있다. 이에 따라 하부 슬러리층 상에 상부 슬러리층을 정렬되게 형성할 수 있다.
제2 심(133’)과 제2 다이 블록(120’)을 조립하는 데에도 볼트(미도시)가 이용될 수 있다. 제2 심(133’)에 이러한 볼트 체결을 위한 볼트 구멍(H3)이 형성될 수 있음을 도 11에 예로써 도시하였다. 각 볼트 구멍(H3)에 볼트가 체결되며, 볼트의 전체 개수는 예를 들어 13개일 수 있다. 이러한 볼트도 조절이 필요하지 않은 고정형이다.
제2 심 오프셋 블록(미도시)도 설치가 될 수 있다. 이러한 제2 심 오프셋 블록은 제2 다이 블록(120')의 보강부(RR)나 보강부(RR) 사이에 설치가 될 수 있다. 제2 오프셋 블록은 제2 심(133')을 다이립의 반대편으로 잡아당김으로써 다이립과 제2 심(133') 단부 사이의 거리인 오프셋을 조절하도록 구성되어 있다.
다음으로, 도 8의 단계 S4 및 도 12에 따라, 제2 심(133’) 위에 제3 다이 블록(130’)을 조립하여 듀얼 슬롯 다이 코터(300)를 조립 완료한다. 도 15는 제3 다이 블록(110)을 Y축 방향에서 바라 본 정면도이다.
제3 다이 블록(130’)은 제2 다이 블록(120’)에 조립될 수 있다. 제3 다이 블록(130’)을 제2 다이 블록(120’)과 조립하는 데에도 볼트(미도시)가 이용될 수 있다. 제3 다이 블록(130’)에는 이러한 볼트 체결을 위한 볼트 구멍(H4)이 형성될 수 있음을 도 12와 도 15에 예로써 도시하였다. 각 볼트 구멍(H4)에 볼트가 체결되며, 볼트의 전체 개수는 예를 들어 22개일 수 있다. 이러한 볼트도 조절이 필요하지 않은 고정형이다. 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터(300)에 사용되는 볼트는 모두 조절이 필요하지 않은 고정형이다.
제3 다이 블록(130’)도 앞서 설명한 바와 같이, 하면이 간헐적으로 기부(90)와 면접하도록 보강부(RR)가 형성되어 있다. 여기에서의 보강부(RR)도 듀얼 슬롯 다이 코터(300)의 길이 방향으로 복수개가 구비된다. 보강부(RR)는 길이 방향에서의 중심을 기준으로 하여, 길이 방향으로 대칭되게 구비될 수 있다. 복수개의 보강부(RR) 중 가운데 부분에 있는 보강부(RR) 사이의 간격(L1)이 다른 보강부(RR) 사이의 간격(L2)보다 크게 구성될 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 가운데 부분에서의 벤딩을 더욱 크게 해 센터 부분에서의 코팅 갭 제어가 보다 확실해질 수 있다.
제3 다이 블록(130’)은 기부(90)와의 접면에 수직으로 볼트(미도시) 체결될 수 있다. 보강부(RR)에서 접면을 형성하므로, 보강부(RR)에 볼트가 체결될 수 있다. 도 9 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 보강부(RR)에 대응되는 기부(90)에는 이러한 볼트 체결을 위한 볼트 구멍(HR')이 형성되어 있을 수 있다.
다음으로 도 8의 단계 S5에 따라 조립 상태를 확인한다. 조립 불량이 확인되면(도 8의 NO) 조립 불량된 항목을 조정하기 위하여 다시 처음으로 돌아간다(도 8의 S6). 하지만 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터(300)는 모든 볼트가 고정형이고 다이립들(111, 121, 131) 정렬은 제1 내지 제3 다이 블록들(110, 120', 130')을 단지 조립함으로써 자동 이루어지게 되어, 조립시 조립 불량이 발생하지 않아(도 8의 YES) 1회 조립만으로 최종 조립이 완료될 수 있다(도 8의 단계 S7).
본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터(300)는 1 접면 고정 방식이므로 단순 매뉴얼 통해 조립 가능한 이점이 있고, 작업자 의존되는 조절을 일체 필요로 하지 않는다. 고정형 체결 방식이므로 조립 품질 및 재현성이 좋다. 그러면서 벤딩을 위한 공간은 보강부(RR) 사이의 공간에 확보되어 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터들(100, 200, 300)에 의하면, 회전 가능하게 마련되는 코팅 롤(160)을 듀얼 슬롯 다이 코터들(100, 200, 300)의 상방에 배치하고, 코팅 롤(160)을 예컨대 시계 방향으로 회전시킴으로써 코팅될 기재인 기재(170)를 주행시키면서, 제1 코팅액(50)과 제2 코팅액(60)을 연속적으로 기재(170)의 표면에 접촉시켜 기재(170)를 이중층으로 코팅시킬 수 있다. 또는 제1 코팅액(50)의 공급 및 중단, 그리고 제2 코팅액(60)의 공급 및 중단을 번갈아 수행하여 기재(170) 상에 간헐적으로 패턴 코팅을 형성할 수가 있다.
구체적인 예를 들어, 본 발명의 슬롯 다이 코터들(100, 200, 300)을 이용하여 양극 활물질 슬러리를 코팅함으로써 이차전지의 양극 제조에 적용될 수 있다. 양극은 집전체 및 상기 집전체의 표면에 형성된 양극 활물질층을 포함한다. 집전체는 Al, Cu 등 전기 전도성을 나타내는 것으로서 이차전지 분야에서 공지된 집전체 전극의 극성에 따라 적절한 것을 사용할 수 있다. 상기 양극 활물질층은 복수의 양극 활물질 입자, 도전재 및 바인더 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 양극은 전기화학적 특성의 보완이나 개선의 목적으로 다양한 첨가제를 더 포함할 수 있다.
활물질은 리튬 이온 이차 전지의 양극 활물질로 사용될 수 있는 것이면 특정한 성분으로 한정되는 것은 아니다. 이의 비제한적인 예로는 리튬 망간복합 산화물(LiMn2O4, LiMnO2 등), 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 양극은 고체 전해질 재료로 고분자계 고체 전해질, 산화물계 고체 전해질 및 황화물계 고체 전해질 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
도전재는 통상적으로 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1wt% 내지 20wt%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 휘스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합 및 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 폴리불화비닐리덴 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다. 상기 바인더는 통상적으로 전극층 100wt% 대비 1wt% 내지 30wt%, 또는 1wt% 내지 10wt%의 범위로 포함될 수 있다.
본 발명의 슬롯 다이 코터들(100, 200, 300)을 이용하여 음극 활물질 슬러리를 코팅함으로써 이차전지의 음극 제조에 적용될 수도 있다. 상기 음극은 집전체 및 상기 집전체의 표면에 형성된 음극 활물질층을 포함한다. 상기 음극 활물질층은 복수의 음극 활물질 입자, 도전재 및 바인더 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 음극은 전기화학적 특성의 보완이나 개선의 목적으로 다양한 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 음극 활물질은 흑연, 비정질 탄소, 다이아몬드상 탄소, 풀러렌, 탄소 나노튜브, 탄소나노 혼 등의 탄소 재료나 리튬 금속 재료, 실리콘이나 주석 등의 합금계 재료, Nb2O5, Li5Ti4O12, TiO2 등의 산화물계 재료, 혹은 이들의 복합물을 이 용할 수 있다. 음극에 대해서 도전재, 바인더 및 집전체에 대해서는 양극에 대해 기재한 내용을 참조할 수 있다.
이러한 양극 활물질이나 음극 활물질을 포함하는 활물질 슬러리는 점도가 매우 높다. 예를 들어 점도는 1000 cps 이상일 수 있다. 이차전지 전극을 형성하기 위한 용도의 활물질 슬러리의 점도는 2000 cps 내지 30000 cps일 수도 있다. 예를 들어 음극 활물질 슬러리는 점도가 2000 cps 내지 4000 cps일 수 있다. 양극 활물질 슬러리는 점도가 8000 cps 내지 30000 cps일 수 있다. 점도 1200 cps 이상의 코팅액을 코팅할 수 있어야 하는 것이므로 본 발명의 슬롯 다이 코터들(100, 200, 300)는 이보다 낮은 점도의 코팅액, 예를 들면 사진 감광 유제액, 자성액, 반사 방지나 방현성 등을 부여하는 액, 시야각 확대 효과를 부여하는 액, 컬러 필터용 안료액 등 보통의 수지액을 도포하는 장치 구조와는 차이가 있고 그것을 변경하여 도달할 수 있는 장치가 아니다. 본 발명의 슬롯 다이 코터들(100, 200, 300)는 예를 들어 평균 입경이 10㎛ 내외의 입자 크기를 가지는 활물질을 포함할 수도 있는 활물질 슬러리를 도포하기 위한 것이므로, 이러한 크기의 입자를 포함하지 않는 다른 코팅액을 도포하는 장치 구조와도 차이가 있고 그것을 변경하여 도달할 수 있는 장치가 아니다. 본 발명의 슬롯 다이 코터들(100, 200, 300)는 전극 제조용 코터로 최적화되어 있다.
도 16은 비교예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 단면도이고, 도 17 내지 도 20은 비교예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터의 조립 단계별 도면들이다.
도 16을 참조하면, 비교예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(400)에서, 제2 다이 블록(120")과 제3 다이 블록(130")의 수직 길이가 제1 다이 블록(110)의 수직 길이보다 짧은 예를 들고 있다. 이러한 상태에서 제2 다이 블록(120")의 선단부와 제1 다이 블록(110)의 선단부를 정렬한다면 제2 다이 블록(120")의 하면과 기부(90) 상면과는 이격이 되어, 제2 다이 블록(120")의 하면과 기부(90) 상면 사이에 빈 공간이 형성된다. 이 공간은 상면이 제2 다이 블록(120")의 하면에서 형성되고 상부가 기부(90)의 상면으로 형성되며, 전면이 개방되고 후면이 제1 다이 블록(110)의 전면으로 형성되고, 좌우 양측부가 개방된 공간이 된다. 즉, 비교예에서 제2 다이 블록(120")과 제3 다이 블록(130")은 기부(90)에 접면 배치되지 않는다.
비교예는 벤딩 다이 특성상 벤딩을 위한 공간이 필요한데, 이 공간 확보를 위해 세 개의 다이 블록들(110, 120", 130") 중 2개는 정렬 방향에서 공간을 확보해야 하기 때문에 부양되는 구조를 갖게 되어 정렬에 악영향을 끼치게 된다.
이 때문에 비교예는 다이 블록 정렬을 위해 다이립 조절 볼트(410)를 더 포함하고 있다. 다이립 조절 볼트(410)는 밀고 당기는 볼트로 구성되어 있어, 작업자 숙련도 의존 및 변형 발생할 우려가 있어 주의해야 한다.
본 발명과 비교하기 위하여 비교예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(400)를 도 8의 순서도에 따라 조립하는 경우를 도 17 내지 도 20을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
기부(90)와 일체로 된 제1 다이 블록(110)을 준비하고, 도 8의 단계 S1 및 도 17에 따라, 제1 다이 블록(110) 위에 제1 심(113")을 조립한다.
제1 심(113")과 제1 다이 블록(110)을 조립하는 데에는 볼트(미도시)가 이용될 수 있다. 제1 심(113")에 이러한 볼트 체결을 위한 볼트 구멍(H1")이 형성될 수 있음을 예로써 도시하였다. 각 볼트 구멍(H1")에 볼트가 체결되며, 볼트의 전체 개수는 예를 들어 22개일 수 있다. 그런데 이러한 볼트는 본 발명에서와 달리 조절이 필요한 조절형이다.
다음으로, 도 8의 단계 S2 및 도 18에 따라, 제1 심(113") 위에 제2 다이 블록(120")을 조립한다.
제2 다이 블록(120")은 제1 다이 블록(110)에 조립될 수 있다. 제2 다이 블록(120")을 제1 다이 블록(110)과 조립하는 데에도 볼트(미도시)가 이용될 수 있다. 볼트의 전체 개수는 예를 들어 22개일 수 있다. 그런데 이러한 볼트는 본 발명에서와 달리 조절이 필요한 조절형이다. 제2 다이 블록(120")은 기부(90)와 면접하지 않고, 부양되는 구조이다.
다음으로, 도 8의 단계 S3 및 도 19에 따라, 제2 다이 블록(120”) 위에 제2 심(133")을 조립한다. 제2 심(133")과 제2 다이 블록(120”)을 조립하는 데에도 볼트(미도시)가 이용될 수 있다. 제2 심(125")에 이러한 볼트 체결을 위한 볼트 구멍(H3")이 형성될 수 있음을 예로써 도시하였다. 각 볼트 구멍(H3")에 볼트가 체결되며, 볼트의 전체 개수는 예를 들어 19개일 수 있다. 이러한 볼트도 본 발명에서와 달리 조절이 필요한 조절형이다. 그리고, 본 발명과 달리 다이립 조절 볼트(410)도 필요하다.
다음으로, 도 8의 단계 S4 및 도 20에 따라, 제2 심(133") 위에 제3 다이 블록(130")을 조립한다.
제3 다이 블록(130")은 제2 다이 블록(120”)에 조립될 수 있다. 제3 다이 블록(130")을 제2 다이 블록(120”)과 조립하는 데에도 볼트(미도시)가 이용될 수 있다. 제3 다이 블록(130")에는 이러한 볼트 체결을 위한 볼트 구멍(H4")이 형성될 수 있음을 예로써 도시하였다. 볼트의 전체 개수는 예를 들어 20개일 수 있다. 이러한 볼트도 본 발명에서와 달리 조절이 필요한 조절형이다. 제3 다이 블록(130")도 기부(90)와 면접하지 않고, 부양되는 구조이다.
다음으로 도 8의 단계 S5에 따라 조립 상태를 확인한다. 조립 불량이 확인되면 도 8의 단계 S6에 따라 조립 불량된 항목을 조정하기 위하여 다시 처음으로 돌아간다.
비교예의 듀얼 슬롯 다이 코터(400)의 경우 도 8에 따른 순서도대로 조립을 할 때, 평균 1-2회 조립 불량이 발생하였다. 조립 불량 항목 조정은 회당 120분이 소요된다. 본 발명의 듀얼 슬롯 다이 코터(300)가 1회 조립만으로 최종 조립이 완료되는 점에 비해 조립 시간이 오래 걸리게 된다.
도 21은 비교예 대비 본 발명의 또 다른 실시예에서 다이 블록 구조/조립 간소화 설계를 통한 형 교환 시간 단축 효과를 보여준다.
도 8의 순서도에 따른 다이 블록 조립 과정에서, 앞서 도 17 내지 도 20을 참조하여 설명한 바와 같이 비교예의 제1 심(113") 조립시 체결 볼트는 22개, 제2 다이 블록(120") 조립시 체결 볼트는 22개, 제2 심(133") 조립시 체결 볼트는 19개, 제3 다이 블록(130") 조립시 체결 볼트는 20개로 하였다. 그에 따라, 볼트 개수가 총 83개이고, 렌치 전환이 6회 필요하다. 볼트는 앞서 언급한 바와 같이 모두 조절형이다. 조립 불량이 1회 발생하여 조건 재조정한 경우 다이 조립 시간은 120분 걸렸다. 형 교환 시간은 12시간이다.
반면, 도 8에 따른 다이 조립 과정에서, 앞서 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명한 바와 같이 본 발명 또 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(300)의 제1 심(113') 조립시 체결 볼트는 13개(ea), 제2 다이 블록(120’) 조립시 체결 볼트는 22개, 제2 심(133’) 조립시 체결 볼트는 13개, 제3 다이 블록(130') 조립시 체결 볼트는 22개로 하였다. 그에 따라, 볼트 개수가 총 70개이고, 렌치 전환이 4회 필요하다. 비교예에 비해 볼트 개수와 렌치 전환 회수를 줄일 수 있다. 본 발명 실시예에서 볼트는 모두 고정형이다. 그러므로 비교예에 비해 조절 자체에서 발생하는 시간 손실이 없으며, 체결하는 작업자의 숙련도에 의존하지 않을뿐더러 재현성이 떨어지지 않는 이점이 있다.
본 발명 실시예에서 조립 불량은 발생하지 않아 다이 조립 시간은 30분(min) 걸렸다. 형 교환 시간은 8시간(hr)이다. 이와 같이, 비교예에 비하여 실시예의 경우가 다이 블록 조립 시간 75% 단축, 형 교환 시간 25% 단축하는 효과가 있다.
도 22는 비교예 대비 본 발명의 또 다른 실시예에서 조립 품질 향상을 통한 전극 품질 개선 효과를 보여준다.
본 발명 또 다른 실시예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(300)의 경우 다이립 정렬이 우수하나, 비교예의 경우 정렬 수준이 나쁜 것으로 나타났다. 이 때문에 비교예에 의하면 로딩 산포 불량, 코팅폭 불균일 등의 문제가 나타났다. 하지만 본 발명의 실시예에 따라 다이 조립 품질 향상 시, 로딩 산포가 양호하고, 설계치에 가깝게 되어 전극 품질이 개선된다.
도 23은 비교예와 본 발명의 또 다른 실시예에서 볼트 체결 후 서보모터 작동 영향 분석을 하기 위한 모식도이다.
비교예에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(400)와 본 발명에 따른 듀얼 슬롯 다이 코터(300)의 기부(90) 하단에 누름부(190)로서 서보모터를 연결하여 평가하였다.
비교예의 듀얼 슬롯 다이 코터(400)는 제2 다이 블록(120”)과 제3 다이 블록(130”)이 부양된 구조이므로 서보모터를 통해 다이 벤딩을 일으킬 수 있다. 본 발명 실시예의 듀얼 슬롯 다이 코터(300)는 제2 다이 블록(120’)과 제3 다이 블록(130’)의 보강부(RR) 사이의 공간이 벤딩 공간이 되므로 서보모터를 통해 다이 벤딩을 일으킬 수 있다. 서보모터 작동 하중은 비교예는 4.5kN, 실시예는 6kN(40㎛ 이동 시)이다.
도 24는 비교예와 본 발명의 또 다른 실시예에서 서보모터 작동에 따른 코팅 갭 방향 변형 비교(㎛) 그래프이다.
실시예 및 비교예 모두 서보모터 이동량이 그대로 반영된다. 볼트 체결 완료 후에는 길이 방향 센터 부분에서 코팅 갭 방향으로 변형이 음의 값인데 서보모터 작동 길이를 증가할수록 코팅 갭 방향으로 변형이 양의 값으로 증가한다. 볼트 체결 완료 후 각 다이 블록의 변형 편차가 작을 경우 서보모터를 이용한 갭 편차 보정이 용이할 것으로 판단된다.
비교예에서 서보모터에 의한 변형은 제1 다이 블록(110) 및 제2 다이 블록(120")에 비해 제3 다이 블록(130")에서 심하다. 제3 다이 블록(130")이 기부(90)와 접면하지 않고 부양되어 있는 구조이기 때문이다.
하지만 본 발명 실시예에서 서보모터에 의한 변형은 모든 다이 블록들(110, 120', 130')에서 거의 유사하다. 즉, 폭 방향 로딩 제어를 위한 다이 벤딩시 제1 내지 제3 다이 블록 각각의 변형이 비교예 대비 실시예가 더 균일하여 우수함을 확인할 수 있다. 벤딩 공간을 통하여 각 다이 블록들(110, 120', 130')의 변형을 허용하면서도, 제2 다이 블록(120') 및 제3 다이 블록(130')이 기부(90)와 접면 상태를 유지하게 되므로, 높은 균일도를 가지면서 변형을 할 수 있기 때문이다.
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 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
[부호의 설명]
50: 제1 코팅액 60: 제2 코팅액
90: 기부 100, 200, 300: 듀얼 슬롯 다이 코터
101: 제1 슬롯 101a: 제1 토출구
102: 제2 슬롯 102a: 제2 토출구
110 : 제1 다이 블록 111: 제1 다이립
112: 제1 매니폴드 113, 113': 제1 심
120, 120': 제2 다이 블록 121: 제2 다이립
130, 130': 제3 다이 블록 131: 제3 다이립
132: 제2 매니폴드 133, 133': 제2 심
141, 142: 볼트 160: 코팅 롤
170: 기재 190: 누름부
RR: 보강부

Claims (19)

  1. 코팅액을 중력 반대 방향으로 토출하기 위한 제1 슬롯과 제2 슬롯을 구비하는 듀얼 슬롯 다이 코터로서,
    기부의 상면 뒷 부분에서 기부와 일체로 수직 설치되는 제1 다이 블록;
    상기 제1 다이 블록의 전면에 상기 기부와 접면 배치되어 상기 제1 다이 블록과의 사이에 상기 제1 슬롯을 형성하는 제2 다이 블록; 및
    상기 제2 다이 블록의 전면에 상기 기부와 접면 배치되어 상기 제2 다이 블록과의 사이에 상기 제2 슬롯을 형성하는 제3 다이 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 다이 블록의 하면과 상기 제3 다이 블록의 하면은 전체적으로 상기 기부와 면접하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 다이 블록의 하면과 상기 제3 다이 블록의 하면은 간헐적으로 상기 기부와 면접하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기부의 하단에 누름부가 연결된 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 누름부는 서보모터인 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 다이 블록과 제2 다이 블록 사이에 구비되어 상기 제1 슬롯을 형성하는 제1 심과, 상기 듀얼 슬롯 다이 코터 사이에 구비되어 상기 제2 슬롯을 형성하는 제2 심을 더 포함하며, 상기 제1 심과 제2 심은 적어도 일 영역이 절개되어 개방부를 구비하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 다이 블록의 하면은 간헐적으로 상기 기부와 면접하도록 보강부가 형성되며 상기 보강부들의 사이는 벤딩 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제3 다이 블록의 하면은 간헐적으로 상기 기부와 면접하도록 보강부가 형성되며 상기 보강부들의 사이는 벤딩 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기부의 하단 중앙에 상기 벤딩 공간을 변형시키는 서보모터가 연결된 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  10. 제8항에 있어서, 상기 보강부는 상기 듀얼 슬롯 다이 코터의 길이 방향으로 복수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수개의 보강부는, 상기 듀얼 슬롯 다이 코터의 길이 방향에서의 중심을 기준으로 하여, 길이 방향으로 대칭되게 구비되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복수개의 보강부 중 가운데 부분에 있는 보강부 사이의 간격이 다른 보강부 사이의 간격보다 크게 구성된 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 다이 블록은 제1 코팅액을 수용하고 상기 제1 슬롯과 연통하는 제1 매니폴드를 포함하고, 상기 제3 다이 블록은 제2 코팅액을 수용하고 상기 제2 슬롯과 연통하는 제2 매니폴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  14. 제1항에 있어서, 상기 기부와 제2 다이 블록의 접면에 수직으로 볼트 체결되고, 상기 기부와 상기 제3 다이 블록의 접면에 수직으로 볼트 체결되는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 슬롯은 상기 기부와 수직인 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제2 다이 블록의 단면은 직각 삼각형인 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  17. 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.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제3 다이립의 두께가 상기 제1 다이립의 두께 및 상기 제2 다이립의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제3 다이립과 제2 다이립 사이에는 상기 제2 슬롯과 연통하는 제2 토출구가 형성되고, 상기 제2 다이립과 제1 다이립 사이에는 상기 제1 슬롯과 연통하는 제1 토출구가 형성되며, 상기 제2 토출구는 제2 코팅액을 기재 상에 토출하고, 상기 제1 토출구는 상기 제2 토출구와 코팅 방향의 다운 스트림쪽으로 이격되어 위치하며, 제1 코팅액을 상기 기재 상에 토출하는 것을 특징으로 하는 듀얼 슬롯 다이 코터.
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