WO2024122976A1 - 심 플레이트 및 이를 포함하는 슬롯 다이 코터 - Google Patents

심 플레이트 및 이를 포함하는 슬롯 다이 코터 Download PDF

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WO2024122976A1
WO2024122976A1 PCT/KR2023/019307 KR2023019307W WO2024122976A1 WO 2024122976 A1 WO2024122976 A1 WO 2024122976A1 KR 2023019307 W KR2023019307 W KR 2023019307W WO 2024122976 A1 WO2024122976 A1 WO 2024122976A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
shim plate
valve
manifold
coating liquid
slot
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/019307
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김규형
김보현
유상수
정다혜
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Priority claimed from KR1020230097672A external-priority patent/KR20240086535A/ko
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Publication of WO2024122976A1 publication Critical patent/WO2024122976A1/ko

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Definitions

  • the present invention relates to a shim plate and a slot die coater including the same, and more specifically, to a shim plate that can improve the loading deviation in the width direction of electrode coating and a slot die coater including the same.
  • This application is based on Korean Patent Application No. 10-2022-0171222 filed on December 9, 2022, Korean Patent Application No. 10-2023-0008348 filed on January 19, 2023, and July 26, 2023.
  • 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 manufactured by applying and drying the positive electrode active material slurry and the negative electrode active material slurry on a current collector made of aluminum foil and copper foil, respectively.
  • the positive electrode active material slurry and the negative electrode active material slurry must be evenly coated on the current collector, and conventionally, a slot die coater has been used.
  • FIG. 1 shows an example of a coating method using a conventional slot die coater.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 1 and is a cross-sectional view of the slot die coater along the MD direction (traveling direction of the current collector).
  • the electrode active material slurry discharged from the slot die coater 30 is applied on the current collector 20 transported by the coating roll 10. It will be applied.
  • the electrode active material slurry discharged from the slot die coater 30 is widely spread on one side of the current collector 20 to form an electrode active material layer.
  • the slot die coater 30 includes two die blocks 32 and 34 and forms a slot 36 between the two die blocks 32 and 34, and the manifold 38 has a feed portion (not shown). ), the electrode active material slurry supplied from is contained, and the electrode active material slurry is discharged through the discharge port 40 in communication with the slot 36 to form an electrode active material layer.
  • Reference numbers 42 and 44 refer to die lips, which are the leading ends of the die blocks 32 and 34, respectively.
  • the coating width of the electrode active material layer coated on the current collector 20 is determined by the width of the slot 36. If the coating width needs to be changed, various coating widths can be implemented by changing the shim plate (50) that determines the inner space of the manifold 38 and the width of the slot 36.
  • Shim plate 50 is a sheet-like member with a thickness defining a slot gap.
  • FIGS. 3A to 3C schematically show an example of adjusting the coating width by varying the size and shape of the shim plate 50 inserted between the die blocks 32 and 34.
  • one area of the shim plate 50 is cut to have an opening 50a, and the die blocks 32 and 34 are disposed in the remaining portions except for one side of the border area on the opposing surface. do.
  • An electrode active material layer 60 having a coating width a is formed on the current collector 20 and an uncoated region 62 is formed on both sides of the electrode active material layer 60 (opening portion 50a of the shim plate 50). ) is designed as a width.
  • the width of the opening 50a of the shim plate 50 is designed to be b (b ⁇ a).
  • an electrode active material layer 60 in a stripe pattern shape may be formed on the current collector 20.
  • a shim plate 50 as shown in FIG. 3C is used. Referring to FIG. 3C, one area of the shim plate 50 is intermittently cut to have a plurality of openings 50a, and the width of the openings 50a is c, which is smaller than a or b (c ⁇ a , c ⁇ b).
  • an electrode active material layer 60 with a coating width c is formed on the current collector 20 in a stripe pattern shape as many as the number of openings 50a, and the electrode active material layer 60 Uncoated areas 62 are formed on both sides of .
  • the injection direction of the coating liquid is the center part of the die blocks 32 and 34 (the slurry inlet is located in the center of the manifold 38 and the manifold ( 38)
  • the internal electrode active material slurry fills up and is discharged)
  • the amount of liquid applied to the center part is larger than that to the side part, resulting in an uneven coating profile in the width direction (perpendicular to the MD direction).
  • FIG. 4 is a diagram showing problems when using a conventional shim plate. Shown in FIG. 4 is a cross section of five electrode active material layers 60 formed on the current collector 20 when, for example, there are five open portions 50a in the shim plate 50 as shown in FIG. 3C. As shown, five patterns are formed, and the loading amount in the center of the width direction is high, so the one located in the center of the electrode active material layer 60 is loaded more than the others and has a different thickness, resulting in an uneven coating profile in the width direction. It is showing. In this way, in the related art, loading deviations for each position (center-side) in the coating width direction are inevitably generated, which causes a problem in which high electrode processing capability is not secured.
  • the present invention was created in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a shim plate that can improve the loading deviation in the electrode coating width direction.
  • the present invention also seeks to provide a slot die coater including such a shim plate.
  • the shim plate of the present invention for solving the above-mentioned problems is provided between the lower die block and the upper die block of the slot die coater to form a slot and to discharge the coating liquid through the discharge port communicating with the slot.
  • the seam plate includes a plurality of hearts such that one area is intermittently cut to have a plurality of openings, and includes a valve that partially closes the space between the hearts.
  • the valve may be located in an area where the loading amount of the coating liquid is desired to be reduced.
  • the shim plate includes a first part as a base and at least four second parts extending from the first part, wherein the second parts are connected to the same side of the first part and extend in the same direction,
  • the second part consists of two side second parts located on both sides and an inner second part located between the side second parts, and the valve may be located between the inner second parts.
  • the second side portion may have a wider width than the inner second portion.
  • the edge of the side where the coating liquid is discharged may be chamfered.
  • the chamfered portion may be a stepped surface with a constant cutting depth, an inclined surface whose cutting depth gradually changes toward the end of the shim plate, or any one of a convex curved surface or a concave curved surface.
  • the inclined surface may be formed at an angle of 10 to 80 degrees with respect to the direction in which the coating liquid is discharged.
  • the valve may be positioned between two adjacent inner second portions.
  • the valve may not be located between the side second part and the inner second part, and the valve may be located only between the inner second part.
  • the valve may extend without being spaced apart from the first part.
  • the valve may be extended to be spaced apart from the first part, thereby defining an open vent between the first part and the valve.
  • An end of the valve defining the vent portion may have a round shape in cross-section.
  • the length of the valve is larger than the size of the vent portion.
  • the slot die coater of the present invention for solving the other problems described above includes a lower die block and an upper die block; a shim plate provided between the lower die block and the upper die block to form a slot; And a slot die coater that is provided on at least one of the upper die block and the lower die block and includes a manifold for accommodating the coating liquid, and discharges and applies the coating liquid onto the substrate through a discharge port communicating with the slot,
  • the shim plate includes a plurality of shims such that one area is intermittently cut to have a plurality of openings to determine the coating width of the coating layer applied on the substrate, and includes a valve that partially closes the space between the shims.
  • the manifold may include an upper manifold included in the upper die block and a lower manifold included in the lower die block.
  • the upper manifold and lower manifold face each other, and the shim plate may be interposed between the upper manifold and lower manifold.
  • the coating liquid inlet pipe for introducing the coating liquid may be connected to a coating liquid inlet hole formed in the center of the lower manifold.
  • the shim plate includes a first part as a base and at least four second parts extending from the first part, wherein the second parts are connected to the same side of the first part and extend in the same direction,
  • the second part consists of two side second parts located on both sides and an inner second part located between the side second parts, and the valve may be located between the inner second parts.
  • valve may be extended and spaced apart from the first part, thereby defining an open vent between the first part and the valve.
  • the coating liquid may flow from the lower manifold to the upper manifold through the vent.
  • the valve may be formed in a shape that can cover at least part of the coating liquid inlet hole.
  • the orthogonal image of the valve does not deviate from the orthogonal image of the manifold.
  • the front end of the valve may be located at a rear end than the front end of the manifold.
  • the lower surface of the upper die block and the upper surface of the shim plate may be coupled to each other without a gap, and the upper surface of the lower die block and the lower surface of the shim plate may be coupled to each other without a gap.
  • a stripe pattern-shaped coating layer can be formed on a substrate using the slot die coater without a loading deviation in the width direction of the electrode coating.
  • the coating liquid from the center portion can be guided to the side portion without a coating fluid vortex phenomenon.
  • Figure 1 is a schematic diagram showing an example of use of a slot die coater according to the prior art.
  • Figure 2 is a cross-sectional view taken along line II-II' of Figure 1.
  • 3A to 3C show usage examples of various conventional shim plates.
  • Figure 4 is a diagram showing problems when using a conventional shim plate.
  • Figure 5 is a cross-sectional view of a slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a plan view of a shim plate included in a slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a modified example of the shim plate shown in Figure 6.
  • Figure 8 is another modified example of the shim plate shown in Figure 6.
  • Figure 9 is another modified example of the shim plate shown in Figure 6.
  • Figure 10 is a diagram showing the effect of using a shim plate according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 11 shows the flow of coating liquid through the shim plate of the comparative example.
  • Figure 12 shows the flow of coating liquid through a shim plate according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 13 shows the flow of coating liquid in a slot die coater according to another embodiment of the present invention.
  • the slot die coater of the present invention is a device that has a slot and coats a coating liquid on a substrate through the slot.
  • the 'substrate' described below is a current collector, and the 'coating liquid' is an electrode active material slurry.
  • the scope of the present invention is not necessarily limited thereto.
  • the substrate may be a porous support constituting a separator, and the coating liquid may be an organic material.
  • the substrate and coating solution may be any.
  • 'front' refers to the direction toward the discharge port and 'back' refers to the opposite direction.
  • Figure 5 is a cross-sectional view of a slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a plan view of a shim plate included in a slot die coater according to an embodiment of the present invention.
  • the slot die coater 100 includes two die blocks 110 and 130. They are a lower die block and an upper die block, respectively. A shim plate 113 for forming a slot 101 is provided between the die blocks 110 and 130. There may be two or more die blocks. In the embodiment below, the description will focus on a single slot die coater in which the slot 101 is defined between two die blocks 110 and 130, but a dual die coater in which slots are formed in duplicate including an upper plate, middle plate, and lower plate as a die block. The present invention can also be implemented with a slot die coater.
  • the upper die block 130 and the lower die block 110 may be manufactured to be almost vertical.
  • the edges formed by the faces are formed at right angles, so there are right angles in the cross section, and since the vertical or horizontal plane can be used as the reference surface, their manufacturing or handling is easy. It is easy and precision is guaranteed.
  • the parts facing each other can support each other with a high degree of surface contact, so fastening and maintenance are very excellent.
  • the combined state of the upper die block 130 and the lower die block 110 has an overall shape of a roughly rectangular parallelepiped, and only the front portion where the coating liquid is discharged has a shape inclined toward the substrate.
  • the upper die block 130 and lower die block 110 are, for example, made of SUS material.
  • Materials that are easy to process such as SUS420J2, SUS630, SUS440C, SUS304, and SUS316L, can be used.
  • SUS is easy to process, inexpensive, has high corrosion resistance, and has the advantage of being able to be manufactured into desired shapes at low cost.
  • the slot die coater 100 is installed so that the direction (X direction) in which the electrode active material slurry, which is the coating liquid 150, is discharged is substantially horizontal (approximately ⁇ 5 degrees). However, it is not limited to the form shown here as an example, and for example, it may be configured as a vertical die with the direction in which the electrode active material slurry is discharged upward (Y direction). The Z direction is the width direction of the slot die coater 100.
  • Slot 101 is formed between die blocks 110 and 130 facing each other.
  • the shim plate 113 is interposed and a gap is provided between them, thereby forming a slot 101 corresponding to a passage through which the coating liquid 150 can flow.
  • the thickness of the shim plate 113 determines the vertical width (Y direction, slot gap) of the slot 101.
  • the shim plate 113 has a plurality of openings 113a by intermittently cutting one area, and has one side of the border area of the opposing surface of each of the die blocks 110 and 130. It may be included in the remaining parts. Accordingly, the discharge hole 101a through which the coating liquid 150 can be discharged to the outside is formed between the die lips 111 and 131, which are the leading ends of the die blocks 110 and 130, respectively.
  • the discharge port 101a can be said to be formed by separating the die lips 111 and 131, and the end of the slot 101 becomes the discharge port 101a.
  • the shim plate 113 also functions as a gasket to prevent the coating liquid 150 from leaking through the gap between the die blocks 110 and 130, except for the area where the discharge hole 101a is formed. It is preferable that it is made of a material that has sealing properties.
  • the shim plate 113 may be made of plastic or metal, for example, but the present invention is not limited thereto.
  • the shim plate 113 may be, for example, a resin sheet such as Teflon or polyester, or a metal sheet such as copper or aluminum.
  • the shim plate 113 may be coupled and fixed to at least one of the two die blocks 110 and 130 through screws, for example, but the present invention is not limited thereto.
  • At least one of the die blocks 110 and 130 is provided with a manifold 112 that has a predetermined depth and communicates with the slot 101.
  • the lower die block 110 is provided with a manifold 112 that accommodates the coating liquid.
  • This manifold 112 is connected to an externally installed coating liquid supply chamber (not shown) through a supply pipe to receive the coating liquid 150.
  • the coating liquid 150 is guided to flow along the slot 101 and is discharged to the outside through the discharge port 101a connected to the slot 101.
  • the rotatable coating roll 180 is placed in front of the slot die coater 100, and the substrate 190 to be coated is rotated by rotating the coating roll 180. ) while running, the coating liquid 150 can be discharged and continuously contacted with the surface of the substrate 190 to be applied to the substrate 190.
  • a pattern coating may be formed intermittently on the substrate 190 by alternately supplying and stopping the coating liquid 150.
  • the lower surface of the upper die block 130 and the upper surface of the shim plate 113 are joined to each other without a gap, and the upper surface of the lower die block 110 and the lower surface of the shim plate 113 are connected to each other. Can be joined without gaps.
  • the coating liquid 150 flows only within the slot 101 defined by the shim plate 113.
  • a stripe pattern-shaped coating layer 170 can be formed on the substrate 190 by using the slot die coater 100.
  • the shim plate 113 shown in FIG. 6 has one area intermittently cut to have a plurality of openings 113a to form a stripe pattern-shaped coating layer (170 in FIG. 10) on the substrate 190. There is a number.
  • the shim plate 113 includes a plurality of shims 115 such that one area is intermittently cut to have a plurality of openings 113a to determine the coating width of the coating layer applied on the substrate 190, and the shims 115 are provided with a plurality of openings 113a. It is characterized by including a valve (117) that partially blocks the space between (115).
  • the present invention proposes a coating that induces improvement in loading deviation for each coating electrode position through the development of a new shim plate 113 in the coating process.
  • the shim plate 113 may be referred to as a Flow-Induced Block Shim (FIB Shim).
  • the valve 117 may be located in an area where the loading amount of the coating liquid 150 is desired to be reduced. For example, in the slot die coater 100, if the direction of injection of the coating liquid 150 from the outside is toward the center portion of the die blocks 110 and 130, the amount of liquid applied (loading amount) to the center portion may be greater than that to the side portion. In such case, the valve 117 is included in the center portion of the shim plate 113 to reduce the loading amount of the center portion.
  • the loading amount can be determined depending on the position and area (size) of the valve 117, and the position and area can be adjusted depending on the degree to which the flow rate of the coating liquid 150 in the width direction is desired to be controlled. Accordingly, the width direction flow rate of the liquid phase inside the die blocks 110 and 130 can be adjusted, and the width direction coating uniformity can be improved.
  • a coating layer especially an electrode active material layer
  • the coating liquid 150 is discharged between neighboring shims 115.
  • the coating liquid 150 is not discharged directly from the manifold 112 through between the shims 115, but is discharged between the shims 115. It hits the valve 117 and is discharged after the flow is rectified, and when the valve 117 is especially included in the center part of the shim plate 113, the coating liquid 150 has a smaller width direction flow rate deviation than before. In this state, the flow is induced along the slot 101 between the cores 115 and can be discharged to the outside through the discharge port 101a, so the width direction deviation can be significantly improved.
  • the shim plate 113 may be a seamless, one-piece structure. That is, even if the valve 117 is included between the cores 115, the portion where the valve 117 and the cores 115 are connected can have seamless continuity.
  • the shim plate 113 may have a flat upper surface and a flat lower surface. That is, it may be a sheet-like member.
  • the shim plate 113 is not formed by additionally adding or gluing the valve 117, which is a separate member, but can be formed as an integrated piece from the beginning when manufacturing the shim plate 113. In this way, the manufacturing process is not cumbersome, there is an advantage in that there is no need to consider and manage the bonding force between the valves 117, which must be considered when the valve 117 is a separate structure, and it is also structurally robust. In addition, it is possible to prevent the problem of the coating liquid 150 being unnecessarily caught between the connecting parts.
  • the upper surface of the shim plate 113 is flat and the lower surface of the shim plate 113 is also flat, so that the shim plate 113 can be formed in a substantially plate shape.
  • the shim plate 113 includes a base first part 114 and at least four second parts 115 extending from the first part 114.
  • the second part 115 is connected to the same side of the first part 114 and extends in the same direction.
  • the second part (115) is simsal (115).
  • the first portion 114 extends along the width direction. Additionally, the first portion 114 constitutes the rear side of the shim plate 113.
  • the second portions 115 each extend from the first portion 114 toward the front side. The end of the second part 115 becomes the front end of the shim plate 113.
  • the second portions 115 are arranged to be spaced apart from each other in the width direction. The space between the two adjacent second parts 115 is defined as an open portion 113a.
  • the second part 115 consists of a side second part 115a located on both sides and an inner second part 115b located between the side second parts 115a.
  • the number of inner second parts 115b is four.
  • the number of inner second portions 115b may vary (at least two). If the number of second parts 115 is N, the number of side second parts 115a is 2, and the number of inner second parts 115b is N-2 (N is at least 4).
  • This shim plate 113 includes N-1 open portions 113a, and each open portion 113a becomes a lane for forming a pattern, making it possible to form N-1 stripe-type coating layers.
  • the valve 117 may be located between the inner second portions 115b. In this embodiment, the valve 117 is positioned between two adjacent inner second portions 115b. In this case, the flow of the coating liquid 150 from the center portion can be guided to the side portion through the seam shape that forcibly blocks the space within the manifold 112.
  • the valve 117 is not located between the side second part 115a and the inner second part 115b, but is located only between the inner second part 115b. That is, the valve 117 is located in the center portion and not in the side portion.
  • the coating liquid 150 hits the valve 117 located in the center portion and is rectified, a portion of the coating liquid 150 flowing into the center portion is sent to both side portions. Therefore, it is possible to prevent the coating liquid 150 from concentrating in the center portion, and accordingly, by using the slot die coater 100 of the present invention, the coating layer, especially the stripe pattern shape, can be uniformly formed along the width direction with a desired thickness and shape.
  • An electrode active material layer can be formed.
  • the first part 114 and the second part 115 may be formed as one piece. That is, there is no gap or separation between the first part 114 and the second part 115. Accordingly, unnecessary flow of the coating liquid 150 between the first part 114 and the second part 115 can be prevented.
  • the valve 117 when manufacturing the shim plate 113, it can be formed as an integrated piece from the beginning, and the valve 117 can also be formed integrally with the first part 114 and the second part 115.
  • the first part 114, the second part 115, and the valve 117 may have the same thickness. Accordingly, the shim plate 113 can be installed between the die blocks 110 and 130 with almost no gap between the top and bottom, and can prevent unnecessary flow of the coating liquid 150.
  • the first part 114 is a part of the shim plate 113 placed at the rear of the lower die block 110.
  • the second portion 115 must be at least two. And in order to apply stripe pattern coating, the number must be greater than that.
  • the second portion 115 extends in a direction toward the discharge port 101a.
  • the second part 115 is connected to the same side of the first part 114 and extends in the same direction, and an opening 113a is defined between the two adjacent second parts 115.
  • the second part 115 is a part that extends from the shim plate 113 toward the front of the lower die block 110. As the number of second parts 115 increases, more patterns can be formed side by side on the substrate 190. In other words, stripe pattern coating can be done. However, the present invention is not limited by the number of second parts 115.
  • the side second portion 115a may have a wider width than the inner second portion 115b. For example, if the width of the second side portion 115a is d and the width of the second inner portion 115b is e, d>e may occur. When the side second portion 115a is made wider than the inner second portion 115b, the overall configuration of the shim plate 113 can be strengthened.
  • the length d' of the second side portion 115a at the end of the shim plate 113 may be greater than the width d of the second side portion 115a.
  • the portion of the side second portion 115a adjacent to the discharge port 101a may extend further toward the inner second portion 115b.
  • the edge portion on the side where the coating liquid 150 is discharged may be chamfered.
  • the chamfered portion T may be either a stepped surface with a constant cutting depth, an inclined surface whose cutting depth changes toward the end of the shim plate 113, or a convex curved surface or a concave curved surface. Shown in the drawing is a slope.
  • the inclined surface may be formed at an angle ( ⁇ ) of 10 to 80 degrees with respect to the direction in which the coating liquid 150 is discharged. If the angle is outside the above range, the flow of the coating liquid 150 may become unnatural or the edge boundary shape may not be made stable.
  • the cutting depth is gradually reduced toward the end of the shim plate 113.
  • the cutting depth is gradually increased toward the inside toward the manifold 112.
  • the length of the second side portion 115a at the end of the shim plate 113 is d', which is maintained up to the inner depth h, and then the cutting depth is gradually increased to form an inclined surface until the width d is reached.
  • the second part 115a includes such a chamfered part on the surface corresponding to the inside of the discharge port 101a, that is, the inner edge of the side second part 115a, it is possible to control the sliding of both edges of the pattern.
  • the depth h at which cutting begins can be appropriately determined considering the flow of the coating liquid 150.
  • the chamfered portion (T) may also be provided in the inner second portion (115b).
  • the cutting depth may be gradually increased toward the end of the shim plate 113.
  • the width of the discharge port 101a located on the side gradually expands from one point as it gets closer to the outside.
  • the discharge port 101a is provided to gradually expand in the rotation direction (or MD direction) of the coating roll 180.
  • Shim plate 113 may include a vent portion (V). As the valve 117 extends and is spaced apart from the first part 114, an open vent portion V may be defined between the first part 114 and the valve 117.
  • Type 2 die one with a manifold on both the upper die block and the lower die block, explained in the embodiment described later. Due to the design, the lower space is partially opened to prevent the vortex phenomenon of the coating liquid 150, and the vent part (V) It is also possible to form a .
  • the gap FD between the front end 112F of the manifold 112 and the front end 117F of the valve 117 may be about 3 mm.
  • the spacing (FD) may be 2-4 mm.
  • the front end 117F of the valve 117 is located at a rear end than the front end 112F of the manifold 112.
  • a predetermined offset is placed between the front end 112F of the manifold 112 and the front end 117F of the valve 117 so that the coating liquid 150 in the manifold 112 fills the space between the second portion 113b. This ensures stable discharge. In this way, the valve 117 is not formed on the land portion beyond the manifold 112.
  • the valve 117 does not impede the flow of the coating liquid 150 passing over the land portion.
  • the valve 117 covers the manifold 112. In other words, the orthogonal image of the valve 117 does not deviate from the orthogonal image of the manifold 112.
  • the valve 117 is located only in the inner area of the manifold 112.
  • the rear end 112R of the manifold 112 and the front end 114F of the first part 114 may be aligned to lie on the same line in the vertical direction.
  • the inner edge 115S of the second side portion 115a may be aligned with both left and right ends 112S of the manifold 112 to lie on the same line in the vertical direction.
  • the first part 114 and the second side part 115a are placed along the circumference of the manifold 112, and most of the area of the manifold 112 is exposed by the shim plate 113, and the valve Part of the center part may be obscured by (117).
  • the size (VD) of the open vent portion (V) may be approximately 5 mm. Size (VD) can be said to be the length exposed from the rear to the front. For example, the size (VD) may be 3-8 mm.
  • the three-dimensional shape of the vent portion (V) may be a semicylindrical column. For example, if the size (VD) of the vent part (V) is 5 mm, the vortex phenomenon can be prevented by forming the open vent part (V) in the shape of a semi-cylindrical pillar with a radius of 2.5 mm.
  • the end of the valve 117 defining the vent portion V may be R-processed (rounded) to have a round shape in cross-section.
  • the vent portion (V) is located on the rear side of the shim plate 113 as well. And, the area occupied by the vent portion (V) in the shim plate 113 is smaller than the area occupied by the valve 117.
  • the length (SD) of the valve 117 is determined by the size (VD) of the vent portion (V). It is big compared to Accordingly, most of the area in the center of the manifold 112 is covered by the valve 117, and only a narrow portion is exposed to the vent portion (V).
  • the shim plate 113 can be designed while satisfying a predetermined dimensional relationship between the length (SD) of 117 and the size (VD) of the vent portion (V).
  • spacing (FD) : length (SD) : size (VD) may be 2-4 : 47-51 : 4-6.
  • the spacing (FD):length (SD):size (VD) may be 3:49:5. Spacing (FD) may be smaller than size (VD).
  • the length (SD) may be 7.8 times or more than the size (VD). Preferably the length (SD) is 9.8 times the size (VD). Accordingly, most of the area in the center of the manifold 112 is covered by the valve 117, and only a narrow portion is exposed to the vent portion (V). If the size (VD) of the vent part (V) is too small, when the coating liquid 150, which receives an upward force from the bottom surface of the manifold 112, flows out through the vent part (V), damage is applied to the coating liquid 150. The pressure becomes too large, which is not desirable.
  • the size (VD) of the vent part (V) should be determined in an organic relationship with the length (SD) of the valve 117 by considering these points.
  • the edge portion of the side where the coating liquid 150 is discharged may be chamfered. For example, it may be cut diagonally from the end of the shim plate 113 to a depth (h) of 20 mm inward toward the edge.
  • the front end portion 112F of the manifold 112 may be cut obliquely. Through this, the flow rate of the side part can be further induced to control the sliding shape, etc.
  • Figure 7 is a modified example of the shim plate shown in Figure 6.
  • a valve 117 is positioned between two adjacent inner second portions 115b.
  • the valve 117 is located only between the two inner second parts 115b in the center among the four inner second parts 115b. In this way, the valve 117 is located between the inner second portions 115b, and can be selectively located only in areas where the loading amount of the coating liquid 150 is desired to be reduced.
  • Figure 8 is another modified example of the shim plate shown in Figure 6.
  • the shim plate 113 shown in FIG. 8 does not include a vent portion V compared to the shim plate 113 shown in FIGS. 6 and 7. In this way, the valve 117 may extend without being spaced apart from the first part 114.
  • Figure 9 is another modified example of the shim plate shown in Figure 6.
  • the second part 115 consists of two side second parts 115a and two inner second parts 115b.
  • This shim plate 113 defines three openings 113a.
  • the valve 117 is located between the inner second portions 115b.
  • the number of inner second parts 115b may vary depending on the number of coating layers to be formed.
  • the width of the second side portion 115a and the width of the inner second portion 115b may also be different from the shim plate 113 shown in FIG. 6 .
  • the width of the open portion 113a is fixed, and the width of the second side portion 115a and the width of the inner second portion 115b can be changed as desired.
  • Figure 10 is a diagram showing the effect of using a shim plate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 Shown in FIG. 10 is a cross section of five coating layers 170 formed on the substrate 190 when there are five openings 113a as in the shim plate 113 shown in FIG. 6.
  • Five patterns are formed, showing a uniform coating profile in the width direction.
  • the coating layer thickness (CD) along the width direction of the substrate 190 may be uniform regardless of location. Accordingly, according to the present invention, a coating layer, especially an electrode active material layer, can be formed stably without causing pattern defects.
  • the width direction loading deviation was tested for the shim plate of the example of the present invention to which FD 3 mm, VD 5 mm, and h 20 mm were applied, compared to the comparative example, which was a shim plate that did not have FD 3 mm, VD 5 mm, and h 20 mm.
  • the comparative example corresponds to the shim plate 113 according to the embodiment of the present invention without the valve 117 and the edge portion on the side where the coating liquid 150 is discharged is not chamfered (see 113' in FIG. 11). .
  • the comparative example measured 5.56 mg/25cm 2 in the cell, and the present invention example measured 5.37 mg/25cm 2 , confirming the effect of reducing the loading deviation in the width direction by 3.5%.
  • the comparative example measured 9.12 mg/25cm 2 and the present invention example measured 3.22 mg/25cm 2 , confirming the effect of the present invention example reducing the loading deviation in the width direction by as much as 183.2%.
  • an electrode active material layer in the shape of a stripe pattern is formed on a current collector, and then the uncoated area between the electrode active material layers is slitted and used as each electrode plate. At this time, a position close to the shim plate of the shim plate forming the uncoated region is formed as a tab during the notching process in the assembly process after the electrode process. Since the coated electrode location close to this tab is the coating area included in the actual cell, the corresponding portion was sampled for loading measurement, and the location is hereinafter referred to as 'cell'. The central area of each coating lane based on the coating electrode was also sampled for loading measurement, and the corresponding location is referred to as 'center' below.
  • Cpk is the process capability index, and in a statistical sense, it is known to be used as a number to check how close to the target it is and how consistent the performance is within the specifications of a given product. For example, the closer the measured data is to the target, the higher the Cpk is, and the greater the spread of data within the specification, the lower the Cpk.
  • Cell_Cpk is While 2.09, Center_Cpk was 0.71, Cell_Cpk + Center_Cpk was 1.05, in the embodiment of the present invention, Cell_Cpk was 2.81, Center_Cpk was 3.04, and Cell_Cpk + Center_Cpk was 1.94.
  • the cell_Cpk, center_Cpk, cell_Cpk + center_Cpk of the present invention are all higher. Therefore, according to the present invention, it can be seen that the loading at the location indicated as 'cell' and the location indicated as 'center' are both close to the target within the specification and the dispersion is small. Accordingly, it can be confirmed that the process capability of the present invention has been improved compared to the comparative example.
  • Figure 11 shows the flow of coating liquid through the shim plate of the comparative example.
  • the shim plate 113' of the prior art compared to the present invention can be said to have all spaces between the shims open.
  • the coating liquid fills without a blocked space in the manifold 112 and the coating liquid is discharged in the direction of the arrow.
  • the length of the arrow can be seen as the amount of coating liquid discharged, but as mentioned earlier, there is a problem with loading concentrated in the center part.
  • Figure 12 shows the flow of coating liquid through a shim plate according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 13 shows the flow of coating liquid in a slot die coater according to another embodiment of the present invention.
  • the manifold 112 may include an upper manifold 112a included in the upper die block 130 and a lower manifold 112b included in the lower die block 110. You can. In other words, the manifold 112 is located on both the upper die block 130 and the lower die block 110. The shim plate 113 is between the upper manifold 112a and the lower manifold 112b. may be involved.
  • the coating liquid inlet pipe 152 for introducing the coating liquid 150 may be connected to the coating liquid inlet hole 154 formed in the center of the lower manifold 112b.
  • the valve 117 may be formed in a shape that can cover at least part of the coating liquid inlet hole 154.
  • the shim plate 113' of the comparative example shown in FIG. 11 does not cover the coating liquid inlet hole 154.
  • the shim plate 113 includes a vent portion (V), and the coating liquid 150 flows from the lower manifold (112b) to the upper manifold (112a) through the open vent portion (V). There is a number. In other words, due to the type 2 die design, the vortex phenomenon of the coating liquid 150 is prevented.
  • the flow of the coating liquid 150 is as shown by the arrow.
  • the coating liquid 150 which flows through the coating liquid inlet hole 154 formed in the center of the bottom of the lower manifold 112b and receives an upward force, hits the valve 117 of the shim plate 113 and is rectified, and some of it is rectified. It flows into the upper manifold (112a) through the vent part (V).
  • the coating liquid 150 is stably discharged through the space between the front end of the lower manifold 112b and the front end of the valve 117, and is then guided by the second part 115 and discharged through the discharge port 101a. .
  • An electrode active material layer can be stably formed using the slot die coaters 100 and 200 described above and their modifications. For example, it can be applied to manufacturing the positive electrode of a secondary battery by coating the positive electrode active material slurry.
  • the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer by forming the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer to a uniform thickness, when the positive electrode including the positive electrode active material layer and the negative electrode including the negative electrode active material layer are placed face to face, the exact loading amount that becomes the target can be placed face to face. It is very desirable to have it. In the case of electrodes where loading off occurs, loss occurs. According to the present invention, loading off can be prevented, so there is a loss reduction effect. In addition, when electrodes with high anode loading and low cathode loading are faced, the occurrence of lithium precipitation increases. According to the present invention, since the anode loading and the cathode loading can be manufactured in a balanced manner, the effect of preventing lithium precipitation can also be expected.
  • the positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on the surface of the current collector.
  • the current collector is one that exhibits electrical conductivity, such as Al or Cu, and an appropriate current collector can be used depending on the polarity of the current collector electrode known in the secondary battery field.
  • the positive electrode active material layer may further include one or more of a plurality of positive electrode active material particles, a conductive material, and a binder. Additionally, 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 for a lithium ion secondary battery.
  • Non-limiting examples thereof include layered compounds such as lithium manganese complex oxide (LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 , etc.), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), and lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or compounds substituted with one or more transition metals.
  • the conductive material may typically be added in an amount of 1 wt% to 20 wt% based on the total weight of the mixture including the active material.
  • These conductive materials are not particularly limited as long as they have conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples 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 fiber and metal fiber; 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 contain one type or a mixture of two or more types 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 bonding of the active material and the conductive material and the bonding to the current collector.
  • polyvinylidene fluoride polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxyl Propylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluoroelastomer, various copolymers etc.
  • the binder may typically be included in the range of 1 wt% to 30 wt%, or 1 wt% to 10 wt%, based on 100 wt% of the electrode layer.
  • the negative electrode includes a current collector and a negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector.
  • the negative electrode active material layer may further include one or more of a plurality of negative electrode active material particles, a conductive material, and a binder.
  • the cathode may further include various additives for the purpose of supplementing or improving electrochemical properties.
  • the negative electrode active material is carbon materials such as graphite, amorphous carbon, diamond-like carbon, fullerene, carbon nanotubes, and carbon nanohorns, lithium metal materials, alloy materials such as silicon and tin, Nb 2 O 5 , Li 5 Ti 4 O Oxide-based materials such as 12 , TiO 2 , or composites thereof can be used.
  • the conductive material, binder, and current collector can be referred to the information described for the positive electrode.
  • the active material slurry containing such a positive electrode active material or a negative electrode active material has a very high viscosity.
  • the viscosity may be 1000 cps or more.
  • the viscosity of the active material slurry used to form secondary battery electrodes may be 2000 cps to 30000 cps.
  • the negative electrode active material slurry may have a viscosity of 2000 cps to 4000 cps.
  • the positive electrode active material slurry may have a viscosity of 8000 cps to 30000 cps.
  • the slot die coater (100, 200) of the present invention is a coating liquid with a lower viscosity, such as a photo emulsion liquid, a magnetic liquid, or a coating liquid that provides anti-reflection or anti-glare properties. It is different from the structure of a device that applies ordinary resin liquids such as liquid, liquid that provides a viewing angle expansion effect, and pigment liquid for color filters, and is not a device that can be achieved by changing it.
  • the slot die coater (100, 200) of the present invention is for applying an active material slurry that may contain an active material with a particle size of, for example, an average particle diameter of about 10 ⁇ m, so other coating liquids that do not contain particles of this size are used. There is a difference in the structure of the device that applies it, and it is not a device that can be achieved by changing it.
  • the slot die coaters (100, 200) of the present invention are optimized as coaters for electrode manufacturing.
  • valve 130 upper die block
  • Coating liquid 152 Coating liquid inflow pipe

Landscapes

  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

전극 코팅 폭 방향 로딩 편차를 개선할 수 있는 심 플레이트 및 이를 포함하는 슬롯 다이 코터를 제공한다. 본 발명의 심 플레이트는, 슬롯 다이 코터의 하부 다이 블록과 상부 다이 블록 사이에 구비되어 슬롯을 형성하고 상기 슬롯과 연통된 토출구를 통해 코팅액을 토출하도록 하기 위한 것으로, 상기 심 플레이트는 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비하도록 다수의 심살을 포함하며, 상기 심살 사이의 공간을 부분적으로 막는 판막을 포함한다.

Description

심 플레이트 및 이를 포함하는 슬롯 다이 코터
본 발명은 심 플레이트 및 이를 포함하는 슬롯 다이 코터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 전극 코팅 폭 방향 로딩 편차를 개선할 수 있는 심 플레이트 및 이를 포함하는 슬롯 다이 코터에 관한 것이다. 본 출원은 2022년 12월 9일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2022-0171222호, 2023년 1월 19일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2023-0008348호 및 2023년 7월 26일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2023-0097672호에 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 이용한 코팅 방법의 일 예를 도시한다. 도 2는 도 1의 II-II' 단면도로서, MD 방향(집전체의 주행 방향)을 따른 슬롯 다이 코터의 단면도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 슬롯 다이 코터(30)를 이용한 전극 제조 방법에서는, 코팅 롤(10)에 의해 이송되는 집전체(20) 위에 슬롯 다이 코터(30)로부터 토출된 전극 활물질 슬러리를 도포하게 된다. 슬롯 다이 코터(30)에서 토출된 전극 활물질 슬러리는 집전체(20)의 일 면에 넓게 도포되어 전극 활물질층을 형성한다. 슬롯 다이 코터(30)는 2개의 다이 블록(32, 34)를 포함하고 2개의 다이 블록(32, 34) 사이에 슬롯(36)을 형성한 것으로, 매니폴드(38)에는 피드부(미도시)로부터 공급되는 전극 활물질 슬러리가 수용되어 있다가 슬롯(36)과 연통된 토출구(40)를 통해 전극 활물질 슬러리가 토출되어 전극 활물질층을 형성할 수가 있는 것이다. 참조번호 42와 44는 다이 블록(32, 34)의 선단부인 다이립을 각각 가리킨다.
집전체(20) 위에 코팅되는 전극 활물질층의 코팅 폭은 슬롯(36)의 폭에 의해 결정된다. 코팅폭의 변경이 필요할 경우, 매니폴드(38)의 내부 공간 및 슬롯(36)의 폭을 결정하는 심 플레이트(Shim plate, 50)를 변경하여 다양한 코팅폭을 구현할 수 있다.
심 플레이트(50)는 슬롯갭을 정의하는 두께를 가지는 시트형 부재이다. 이와 관련하여, 도 3a 내지 도 3c에는 다이 블록(32, 34)의 사이에 삽입되는 심 플레이트(50)의 사이즈 및 모양을 달리하여 코팅폭을 조절하는 예가 개략적으로 도시되어 있다.
먼저 도 3a를 참조하면, 심 플레이트(50)는 일 영역이 절개되어 개방부(50a)를 구비하며, 다이 블록(32, 34) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에 개재된다. 집전체(20) 위에 코팅폭이 a인 전극 활물질층(60)이 형성되고 전극 활물질층(60)의 양 옆으로는 무지부(62)가 형성되도록, 심 플레이트(50)의 개방부(50a)의 폭을 a로 설계한다.
도 3b를 참조해, 집전체(20) 위에 코팅폭이 a보다 작은 b인 전극 활물질층(60)을 형성하려면, 심 플레이트(50)의 개방부(50a)의 폭을 b로 설계한다(b<a).
필요에 따라서는 집전체(20) 위에 스트라이프 패턴 모양의 전극 활물질층(60)을 형성하는 경우가 있다. 그러한 경우에는 도 3c와 같은 심 플레이트(50)를 사용한다. 도 3c를 참조하면, 심 플레이트(50)는 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부(50a)를 구비하며, 개방부(50a)의 폭이 a나 b보다 작은 c가 된다(c<a, c<b). 이러한 심 플레이트(50)를 사용하면 집전체(20) 위에는 코팅폭이 c인 전극 활물질층(60)이 개방부(50a)의 개수만큼 다수 개 스트라이프 패턴 모양으로 형성되고, 전극 활물질층(60)의 양 옆으로는 무지부(62)가 형성된다.
그런데, 이러한 심 플레이트(50)를 이용한 슬롯 다이 코터(30)는 코팅액의 주입 방향이 다이 블록(32, 34)의 센터부이기 때문에(슬러리 유입구가 매니폴드(38)중앙부에 위치하며 매니폴드(38)내 전극 활물질 슬러리가 차올라 토출됨) 센터부의 액상 도포량이 사이드부보다 크며, 그로 인해 폭 방향(MD 방향에 수직)으로 불균일한 코팅 프로파일을 가지게 된다.
도 4는 종래 심 플레이트 사용시 문제점을 도시한 도면이다. 도 4에 도시한 것은, 도 3c와 같은 심 플레이트(50)에서 예컨대 개방부(50a)가 5개일 때에 집전체(20) 상에 형성되는 5개의 전극 활물질층(60)의 단면이다. 도시한 바와 같이 패턴이 5개 형성되는데, 폭 방향 가운데의 로딩량이 높아 전극 활물질층(60) 중 가운데 부분에 위치한 것은 다른 것보다 로딩이 많이 되어 두께가 다르게 나타나, 폭 방향으로 불균일한 코팅 프로파일을 보이고 있다. 이와 같이 종래에는 코팅 폭 방향 기준 위치별(센터-사이드) 로딩 편차가 불가피하게 발생되어, 이로 인해 높은 전극 공정 능력이 확보되지 않는 문제가 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 전극 코팅 폭 방향 로딩 편차를 개선할 수 있는 심 플레이트를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 또한 이러한 심 플레이트를 포함하는 슬롯 다이 코터를 제공하고자 하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 심 플레이트는, 슬롯 다이 코터의 하부 다이 블록과 상부 다이 블록 사이에 구비되어 슬롯을 형성하고 상기 슬롯과 연통된 토출구를 통해 코팅액을 토출하도록 하기 위한 것으로, 상기 심 플레이트는 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비하도록 다수의 심살을 포함하며, 상기 심살 사이의 공간을 부분적으로 막는 판막을 포함한다.
상기 판막은 상기 코팅액의 로딩량을 적게 하고자 하는 부분에 위치할 수 있다.
상기 심 플레이트는 베이스가 되는 제1 부분과 상기 제1 부분에서부터 연장되는 적어도 4개의 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 같은 측에 연결되고 동일 방향으로 연장되며, 상기 제2 부분은 양쪽 사이드에 위치하는 사이드 제2 부분 2개와 상기 사이드 제2 부분 사이에 위치하는 내측 제2 부분으로 이루어지고, 상기 판막은 상기 내측 제2 부분 사이에 위치할 수 있다.
상기 사이드 제2 부분은 상기 내측 제2 부분에 비하여 넓은 폭을 가질 수 있다.
상기 사이드 제2 부분의 모서리 중 상기 코팅액이 토출되는 쪽의 모서리 부분은 면취되어 있을 수 있다.
상기 면취된 부분은 절삭 깊이가 일정한 단차면 또는 상기 심 플레이트의 끝단 쪽으로 갈수록 절삭 깊이가 점차 변화하는 경사면 또는 볼록 곡면 또는 오목 곡면 중 어느 하나일 수 있다. 상기 경사면은 상기 코팅액을 토출하는 방향에 대하여 10도 내지 80도의 각도로 형성된 것일 수 있다.
상기 판막은 이웃하는 2개의 내측 제2 부분 사이마다 위치할 수 있다.
상기 사이드 제2 부분과 내측 제2 부분 사이에는 상기 판막이 위치하지 아니하고, 상기 내측 제2 부분 사이에만 상기 판막이 위치할 수 있다.
상기 판막은 상기 제1 부분과 이격없이 연장되어 있을 수 있다.
상기 판막은 상기 제1 부분과 이격되어 연장됨으로써 상기 제1 부분과 상기 판막 사이에 개방된 벤트부가 정의될 수도 있다.
상기 벤트부를 정의하는 상기 판막의 단부는 단면상으로 라운드 형상을 가진 것일 수 있다.
상기 판막의 길이는 상기 벤트부의 크기보다 크다.
상술한 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 슬롯 다이 코터는, 하부 다이 블록과 상부 다이 블록; 상기 하부 다이 블록과 상부 다이 블록 사이에 구비되어 슬롯을 형성하는 심 플레이트; 및 상기 상부 다이 블록 및 하부 다이 블록 중 적어도 어느 하나에 구비되며 코팅액을 수용하는 매니폴드를 포함하여, 상기 슬롯과 연통된 토출구를 통해 상기 코팅액을 기재 상에 토출하여 도포하는 슬롯 다이 코터로서, 상기 심 플레이트는 상기 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비하도록 다수의 심살을 포함하며, 상기 심살 사이의 공간을 부분적으로 막는 판막을 포함한다.
상기 매니폴드는 상기 상부 다이 블록에 포함된 상부 매니폴드와 상기 하부 다이 블록에 포함된 하부 매니폴드를 포함할 수 있다. 상기 상부 매니폴드와 하부 매니폴드는 서로 마주보며, 상기 상부 매니폴드와 하부 매니폴드의 사이에 상기 심 플레이트가 개재될 수 있다.
상기 코팅액을 유입시키기 위한 코팅액 유입 배관은 상기 하부 매니폴드의 중앙부에 형성한 코팅액 유입홀에 연결되어 있을 수 있다.
상기 심 플레이트는 베이스가 되는 제1 부분과 상기 제1 부분에서부터 연장되는 적어도 4개의 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 같은 측에 연결되고 동일 방향으로 연장되며, 상기 제2 부분은 양쪽 사이드에 위치하는 사이드 제2 부분 2개와 상기 사이드 제2 부분 사이에 위치하는 내측 제2 부분으로 이루어지고, 상기 판막은 상기 내측 제2 부분 사이에 위치할 수 있다.
그리고, 상기 판막은 상기 제1 부분과 이격되어 연장됨으로써 상기 제1 부분과 상기 판막 사이에 개방된 벤트부가 정의될 수 있다.
그러한 경우, 상기 코팅액은 상기 벤트부를 통하여 상기 하부 매니폴드에서 상기 상부 매니폴드로 유입될 수가 있다.
상기 판막은 상기 코팅액 유입홀을 적어도 일부 가릴 수 있는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 판막의 정투상은 상기 매니폴드의 정투상을 벗어나지 않는다.
상기 매니폴드의 전단부보다 상기 판막의 전단부가 후단에 위치할 수 있다.
상기 매니폴드의 뒤쪽과 앞쪽에서 상기 상부 다이 블록의 하면과 상기 심 플레이트의 상면이 서로 틈새 없이 결합하고 상기 하부 다이 블록의 상면과 상기 심 플레이트의 하면이 서로 틈새없이 결합할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 심 플레이트를 포함한 결과, 상기 슬롯 다이 코터를 이용하면 기재 상에 스트라이프 패턴 모양의 코팅층이 전극 코팅 폭 방향 로딩 편차없이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 코팅 전극 위치별 로딩 편차가 개선될 뿐 아니라, 코팅액 와류 현상 없이 센터부의 코팅액을 사이드부로 유도할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 슬롯 다이 코터의 이용 예를 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 II-II' 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c에는 다양한 종래 심 플레이트의 사용예가 도시되어 있다.
도 4는 종래 심 플레이트 사용시 문제점을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터에 포함되는 심 플레이트의 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 심 플레이트의 변형예이다.
도 8은 도 6에 도시한 심 플레이트의 다른 변형예이다.
도 9는 도 6에 도시한 심 플레이트의 또 다른 변형예이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 심 플레이트 사용시의 효과를 도시한 도면이다.
도 11은 비교예의 심 플레이트를 통한 코팅액의 흐름을 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 심 플레이트를 통한 코팅액의 흐름을 도시한다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터에서 코팅액의 흐름을 도시한다.
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 슬롯 다이 코터는 슬롯을 구비하고 슬롯을 통해 기재 상에 코팅액을 코팅하는 장치이다. 이하의 설명하는 '기재'는 집전체이고 '코팅액'은 전극 활물질 슬러리이다. 다만, 본 발명의 권리범위가 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 예컨대 상기 기재는 분리막을 구성하는 다공성 지지체이고 코팅액은 유기물일 수 있다. 즉, 박막 코팅이 요구되는 경우라면 상기 기재와 코팅액은 어떠한 것이어도 좋다. 본 명세서에서 '앞'은 토출구 쪽 방향을 가리키고 '뒤'는 그 반대 방향을 가리킨다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터의 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬롯 다이 코터에 포함되는 심 플레이트의 평면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 슬롯 다이 코터(100)는 2개의 다이 블록(110, 130)을 포함한다. 각각 하부 다이 블록과 상부 다이 블록이다. 다이 블록(110, 130) 사이에는 슬롯(101)을 형성하기 위한 심 플레이트(113)가 구비되어 있다. 다이 블록은 2개 이상일 수 있다. 아래의 실시예에서는 2개의 다이 블록(110, 130) 사이에 슬롯(101)이 정의되는 싱글 슬롯 다이 코터 위주로 설명을 하지만, 다이 블록으로서 상판, 중판, 하판을 포함하여 슬롯이 이중으로 형성되는 듀얼 슬롯 다이 코터로도 본 발명이 구현될 수 있다.
상부 다이 블록(130)과 하부 다이 블록(110)의 대부분의 면은 거의 수직이 되도록 제작된 것을 사용할 수 있다. 이러한 상부 다이 블록(130)과 하부 다이 블록(110)에서는 면과 면이 이루는 모서리가 직각으로 구성되기 때문에 단면상 직각부가 존재하고 수직 또는 수평면을 기준이 되는 면으로 할 수 있기 때문에 그 제작이나 취급이 쉽고 정밀도가 보장된다. 또한, 상부 다이 블록(130)과 하부 다이 블록(110)을 조합할 때에 대면하는 부분들이 높은 면 접촉도를 가지고 서로 지지될 수 있기 때문에 체결 고정 및 유지가 매우 우수하다. 뿐만 아니라, 상부 다이 블록(130)과 하부 다이 블록(110)이 조합된 상태는 전체적으로 대략 직육면체 형태를 가지며, 코팅액이 토출되는 전방부만 기재를 향하여 비스듬한 형태를 가지게 된다. 상부 다이 블록(130)과 하부 다이 블록(110)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.
도 5에서, 슬롯 다이 코터(100)는 코팅액(150)인 전극 활물질 슬러리가 토출되는 방향(X 방향)을 거의 수평으로 해 설치되어 있다(거의: ± 5도). 하지만 여기서 예로 든 형태로 한정되어야 하는 것은 아니며, 예컨대, 전극 활물질 슬러리가 토출되는 방향을 위(Y 방향)로 하는 수직 다이로 구성할 수도 있다. Z 방향은 슬롯 다이 코터(100)의 폭 방향이다.
슬롯(101)은 다이 블록(110, 130)이 서로 대면하는 곳 사이에 형성된다. 여기에 심 플레이트(113)가 개재되어 이들 사이에 간극이 마련됨으로써 코팅액(150)이 유동할 수 있는 통로에 해당하는 슬롯(101)이 형성되는 것이다. 심 플레이트(113)의 두께는 슬롯(101)의 상하 폭(Y 방향, 슬롯 갭)을 결정한다.
심 플레이트(113)는 도 6에 도시한 바와 같이, 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부(113a)를 구비하며, 다이 블록(110, 130) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에 개재될 수 있다. 이에 코팅액(150)이 외부로 토출될 수 있는 토출구(101a)는 다이 블록(110, 130)의 각 선단부인 다이립(111, 131) 사이에 형성된다. 토출구(101a)는 다이립(111, 131) 사이가 이격됨으로써 형성된 곳이라 할 수 있고, 슬롯(101)의 끝단이 토출구(101a)가 된다.
참고로, 심 플레이트(113)는 토출구(101a)가 형성되는 영역을 제외하고는, 다이 블록(110, 130) 사이의 틈새로 코팅액(150)이 누출되지 않도록 하는 가스켓(gasket)으로서의 기능을 겸함으로 밀봉성을 갖는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 심 플레이트(113)는 예를 들어 플라스틱제 또는 금속제일 수 있지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 심 플레이트(113)는 예를 들어 테플론, 폴리에스테르 등의 수지 시트, 또는 구리, 알루미늄 등의 금속 시트일 수 있다. 심 플레이트(113)는 예를 들면 나사를 통해 2개의 다이 블록(110, 130) 중 적어도 어느 하나와 결합 고정될 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
다이 블록(110, 130) 중 적어도 어느 하나에는 소정의 깊이를 가지며 슬롯(101)과 연통하는 매니폴드(112)를 구비한다. 본 실시예에서는 하부 다이 블록(110)에는 코팅액을 수용하는 매니폴드(112)를 구비하는 예를 도시하였다. 이러한 매니폴드(112)는 외부에 설치된 코팅액 공급 챔버(미도시)와 공급관으로 연결되어 코팅액(150)을 공급받는다. 매니폴드(112) 내에 코팅액(150)이 가득 차게 되면, 상기 코팅액(150)이 슬롯(101)을 따라 흐름이 유도되고 슬롯(101)과 연통된 토출구(101a)를 통해 외부로 토출되게 된다.
이러한 구성을 갖는 슬롯 다이 코터(100)에 의하면, 회전 가능하게 마련되는 코팅 롤(180)을 슬롯 다이 코터(100)의 전방에 배치하고, 상기 코팅 롤(180)을 회전시킴으로써 코팅될 기재(190)를 주행시키면서, 코팅액(150)을 토출해 연속적으로 상기 기재(190)의 표면에 접촉시켜 상기 기재(190)에 도포할 수가 있다. 또는 코팅액(150)의 공급 및 중단을 번갈아 수행하여 기재(190) 상에 간헐적으로 패턴 코팅을 형성할 수도 있다.
매니폴드(112)의 뒤쪽과 앞쪽에서 상부 다이 블록(130)의 하면과 심 플레이트(113)의 상면이 서로 틈새 없이 결합하고 하부 다이 블록(110)의 상면과 심 플레이트(113)의 하면이 서로 틈새없이 결합할 수 있다. 이를 통해 코팅액(150)은 심 플레이트(113)에 의해 정의된 슬롯(101) 안에서만 유동하게 된다. 이러한 심 플레이트(113)를 포함한 결과, 슬롯 다이 코터(100)를 이용하면 기재(190) 상에 스트라이프 패턴 모양의 코팅층(170)이 형성될 수 있다.
특히 도 6에 나타낸 심 플레이트(113)는 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부(113a)를 구비하는 것으로, 기재(190) 상에 스트라이프 패턴 모양의 코팅층(도 10의 170)을 형성할 수가 있다.
심 플레이트(113)는 기재(190) 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부(113a)를 구비하도록 다수의 심살(115)을 포함하며, 상기 심살(115) 사이의 공간을 부분적으로 막는 판막(117)을 포함함에 특징이 있다.
이와 같이 본 발명은 코팅 공정에서의 신규한 심 플레이트(113) 개발을 통해, 코팅 전극 위치별 로딩 편차 개선을 유도하는 코팅을 제안한다. 심 플레이트(113)는 Flow-Induced Block Shim (FIB Shim: 유체 흐름 유도 심)이라고 칭할 수 있다.
상기 판막(117)은 상기 코팅액(150)의 로딩량을 적게 하고자 하는 부분에 위치할 수 있다. 예를 들어, 슬롯 다이 코터(100)에서 외부로부터 코팅액(150)의 주입 방향이 다이 블록(110, 130)의 센터부이면 센터부의 액상 도포량(로딩량)이 사이드부보다 커질 수가 있다. 그러한 경우 상기 판막(117)은 심 플레이트(113)의 센터부에 포함하도록 하여 센터부의 로딩량을 적게 한다.
상기 판막(117)의 위치와 면적(크기)에 따라 로딩량이 결정될 수 있으며, 폭 방향으로 코팅액(150)의 유량을 제어하고 싶은 정도에 따라 그 위치와 면적을 조절할 수 있다. 이에 따라, 다이 블록(110, 130) 내부에 액상의 폭 방향 유량을 조절할 수 있고, 폭 방향 코팅 균일도를 향상시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 이러한 심 플레이트(113)를 포함하는 슬롯 다이 코터(100)를 이용하면 소망하는 두께 및 모양으로 균일하게 코팅층, 특히 전극 활물질층을 형성할 수 있다. 코팅액(150)은 이웃하는 심살(115)들 사이로 배출되게 되는데, 본 발명에 따르면 코팅액(150)이 매니폴드(112)로부터 심살(115) 사이를 통하여 곧바로 배출되는 것이 아니라 심살(115) 사이의 판막(117)에 부딪혀 일단 그 흐름이 정류된 후에 배출이 되며, 판막(117)이 특히 심 플레이트(113)의 센터부에 포함이 되는 경우 코팅액(150)은 종래보다 폭 방향 유량 편차가 적어진 상태로 심살(115) 사이의 슬롯(101)을 따라 흐름이 유도되고 토출구(101a)를 통해 외부로 토출될 수 있으므로 폭 방향 편차가 상당히 개선될 수 있다.
심 플레이트(113)는 이음매없이 일체형 구조물일 수 있다. 즉, 판막(117)이 심살(115) 사이에 포함이 되더라도 판막(117)과 심살(115)이 연결된 부분은 이음매없이 연속성을 가질 수 있다. 심 플레이트(113)는 상면이 평평하고 하면도 평평할 수 있다. 즉, 시트형 부재일 수 있다.
심 플레이트(113)는 별개의 부재로 된 판막(117)을 추가적으로 덧대거나 접착하여 형성하는 것이 아니라, 심 플레이트(113) 제작시 처음부터 일체형으로 형성될 수 있다. 이렇게 하면 제조 공정도 번거롭지 않고, 판막(117)이 별개 구조일 경우에 고려하여야 하는 둘 사이의 결합력을 고려 및 관리하지 않아도 되는 이점이 있으며, 구조적으로도 견고하다. 뿐만 아니라 연결 부분 사이에 코팅액(150)이 불필요하게 끼이는 문제를 방지할 수 있다.
심 플레이트(113)의 상면은 평평하고 심 플레이트(113)의 하면도 평평하여 심 플레이트(113)는 대략 판상형으로 형성될 수 있다.
도 6을 참조하여 더욱 상세히 살펴보면, 구체적으로, 심 플레이트(113)는 베이스가 되는 제1 부분(114)과 상기 제1 부분(114)에서부터 연장되는 적어도 4개의 제2 부분(115)을 포함하고, 상기 제2 부분(115)은 상기 제1 부분(114)의 같은 측에 연결되고 동일 방향으로 연장된다. 여기에서 제2 부분(115)이 곧 심살(115)이다.
제1 부분(114)은 폭 방향을 따라 연장되어 있다. 또한 제1 부분(114)은 심 플레이트(113)에서 후방측을 구성한다. 제2 부분(115)은 제1 부분(114)에서부터 전방측을 향하여 각각 연장된다. 제2 부분(115)의 끝단이 심 플레이트(113)의 전방 단부가 된다. 제2 부분(115)은 폭 방향으로 서로 이격되어 배치된다. 인접한 2개의 제2 부분(115)의 사이가 개방부(113a)로 정의된다.
제2 부분(115)은 양쪽 사이드에 위치하는 사이드 제2 부분(115a)과 상기 사이드 제2 부분(115a) 사이에 위치하는 내측 제2 부분(115b)으로 이루어진다. 본 실시예에서 내측 제2 부분(115b)의 개수는 4개이다. 내측 제2 부분(115b)의 개수는 달라질 수 있다(적어도 2개). 제2 부분(115)의 개수가 N개라고 하면, 사이드 제2 부분(115a)의 개수는 2개이고, 내측 제2 부분(115b)의 개수는 N-2개이다(N은 적어도 4). 이러한 심 플레이트(113)는 N-1개의 개방부(113a)를 포함하게 되고, 각 개방부(113a)가 패턴을 형성하는 레인이 되며, N-1개의 스트라이프형 코팅층을 형성할 수 있게 된다.
상기 판막(117)은 상기 내측 제2 부분(115b) 사이에 위치할 수 있다. 본 실시예에서 판막(117)은 이웃하는 2개의 내측 제2 부분(115b) 사이마다 위치한다. 이러할 경우, 매니폴드(112) 내 공간을 강제적으로 막는 심 형상을 통해 센터부의 코팅액(150) 흐름을 사이드부로 유도할 수 있게 된다.
사이드 제2 부분(115a)과 내측 제2 부분(115b) 사이에는 판막(117)이 위치하지 아니하고, 내측 제2 부분(115b) 사이에만 판막(117)이 위치한다. 즉, 판막(117)은 센터부에 위치하고 사이드부에는 위치하지 않는다. 센터부에 위치한 판막(117)에 코팅액(150)이 부딪혀 정류되면서 센터부로 유입된 코팅액(150)의 일부는 양측 사이드부로 보내지게 된다. 따라서, 코팅액(150)의 센터부 집중을 방지할 수 있고, 이에 따라, 본 발명의 슬롯 다이 코터(100)를 이용하면 소망하는 두께 및 모양으로 폭 방향을 따라 균일하게 코팅층, 특히 스트라이프 패턴 모양의 전극 활물질층을 형성할 수 있다.
제1 부분(114)과 제2 부분(115)은 일체로 형성되어 있을 수 있다. 즉, 제1 부분(114)과 제2 부분(115)간에는 틈이나 이격이 없다. 따라서, 제1 부분(114)과 제2 부분(115) 사이에서 불필요한 코팅액(150)의 유동을 방지할 수 있다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이 심 플레이트(113) 제작시 처음부터 일체형으로 형성될 수 있어, 판막(117)도 제1 부분(114)과 제2 부분(115)에 일체로 형성되어 있을 수 있다.그리고, 제1 부분(114)과 제2 부분(115)과 판막(117)은 그 두께가 서로 동일할 수 있다. 따라서, 심 플레이트(113)는 다이 블록(110, 130) 사이에 상하로 간극이 거의 없이 설치될 수 있고, 불필요한 코팅액(150)의 유동을 방지할 수 있다.
본 실시예에서 제2 부분(115)은 6개가 포함되어 있다. 제1 부분(114)은 심 플레이트(113)에서도 하부 다이 블록(110)의 후방부에 놓이는 부분이다. 심 플레이트(113)가 상부 다이 블록(130)과 하부 다이 블록(110) 각각의 대향면의 테두리 영역 중 일 측을 제외한 나머지 부분에 개재되도록 하기 위하여, 제2 부분(115)은 적어도 2개이어야 하며, 스트라이프 패턴 코팅을 하기 위해서는 개수가 그보다 많아야 한다. 제2 부분(115)은 토출구(101a)를 향한 방향으로 연장되어 있다. 제2 부분(115)은 제1 부분(114)의 같은 측에 연결되고 동일 방향으로 연장되며, 인접한 2개의 제2 부분(115)의 사이가 개방부(113a)로 정의된다. 제2 부분(115)은 심 플레이트(113)에서도 하부 다이 블록(110)의 전방부를 향하도록 연장되는 부분이다. 제2 부분(115)의 개수가 더 늘어나면 기재(190) 상에 더 많은 패턴을 나란히 옆으로 형성할 수 있다. 즉, 스트라이프 패턴 코팅을 할 수가 있다. 하지만 본 발명이 제2 부분(115)의 개수에 의해 제한되는 것은 아니다.
사이드 제2 부분(115a)은 내측 제2 부분(115b)에 비하여 넓은 폭을 가질 수 있다. 예를 들어 사이드 제2 부분(115a)의 폭이 d이고 내측 제2 부분(115b)의 폭이 e인 경우 d>e일 수 있다. 사이드 제2 부분(115a)을 내측 제2 부분(115b)에 비하여 넓은 폭으로 하는 경우, 전체 심 플레이트(113)의 구성을 강건하게 할 수 있다.
나아가, 상기 심 플레이트(113)의 끝단에서의 사이드 제2 부분(115a)의 길이 d'는 사이드 제2 부분(115a)의 폭 d보다 클 수 있다. 다시 말해, 사이드 제2 부분(115a)에서 토출구(101a)와 인접한 부분은 내측 제2 부분(115b)을 향하여 더 연장되어 있을 수 있다. 연장된 정도를 조정함으로써 개방부(113a)의 폭을 조절하여 코팅폭을 조절할 수 있다.
사이드 제2 부분(115a)의 모서리 중 상기 코팅액(150)이 토출되는 쪽의 모서리 부분은 면취되어 있을 수 있다. 상기 면취된 부분(T)은 절삭 깊이가 일정한 단차면 또는 상기 심 플레이트(113)의 끝단 쪽으로 갈수록 절삭 깊이가 변화되는 경사면 또는 볼록 곡면 또는 오목 곡면 중 어느 하나일 수 있다. 도면에 도시한 것은 경사면이다. 상기 경사면은 상기 코팅액(150)을 토출하는 방향에 대하여 10도 내지 80도의 각도(α)로 형성된 것일 수 있다. 각도가 상기 범위를 벗어나면 코팅액(150)의 흐름이 부자연스러워지거나 가장자리 경계면 형상을 안정적으로 만들 수 없다.
도시한 예는 상기 심 플레이트(113)의 끝단 쪽으로 갈수록 절삭 깊이가 점차 감소되도록 한 것이고, 바꾸어 말하면 매니폴드(112)를 향하여 안쪽으로 갈수록 절삭 깊이가 점차 증가되도록 한 것이다. 심 플레이트(113)의 끝단에서의 사이드 제2 부분(115a)의 길이는 d'로 안쪽 깊이 h까지는 유지되다가 이후 점차 절삭 깊이가 증가하여 폭 d가 될 때까지 경사면을 형성할 수 있다. 이처럼 제2 부분(115a)에서 토출구(101a) 안쪽에 대응되는 면, 즉, 사이드 제2 부분(115a)의 안쪽 모서리에 이러한 면취된 부분을 포함하게 하면 패턴의 양측 가장자리 슬라이딩을 조절할 수 있게 된다. 절삭이 시작되는 깊이 h는 코팅액(150)의 흐름을 고려하여 적절히 결정할 수 있다. 또한, 면취된 부분(T)은 내측 제2 부분(115b)에도 마련될 수 있다.
반대로 상기 심 플레이트(113)의 끝단 쪽으로 갈수록 절삭 깊이가 점차 증가되도록 할 수도 있다. 그러면, 사이드에 위치하는 토출구(101a)가 일 지점부터 그 폭이 외부와 가까워질수록 점진적으로 확장된다. 다시 말하면, 토출구(101a)가 코팅 롤(180)의 회전 방향(또는 MD 방향)으로 점진적으로 확장되게 마련된다 할 수 있다. 이를 통해 토출되는 코팅액(150)의 압력을 분산시킴으로써, 코팅액(150)이 다른 부위로 비산하지 않게 하고, 코팅부와 무지부 사이에 안정적으로 경계면을 형성할 수 있고, 제품의 코팅 품질을 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 면취 부분을 형성하면 코팅액(150)이 제2 부분(113b) 끝단에서부터 충분히 확장된 후에, 즉 토출 압력이 일정 부분 해소된 후에 다이립(111, 131)을 떠나 기재(190) 상에 도달할 수 있어 코팅액(150)이 비산하지 않는다. 또한, 활물질층 패턴과 무지부 사이에 안정적으로 경계면을 형성할 수 있다. 심 플레이트(113)는 벤트부(V)를 포함할 수 있다. 상기 판막(117)이 상기 제1 부분(114)과 이격되어 연장됨으로써 상기 제1 부분(114)과 상기 판막(117) 사이에 개방된 벤트부(V)가 정의될 수 있다. 2형 다이(매니폴드가 상부 다이 블록과 하부 다이 블록 양쪽으로 있는 것, 후술하는 실시예에서 설명함) 설계 상, 코팅액(150) 와류 현상 방지 위해 하단부 공간을 일부 개방하여 상기 벤트부(V)를 형성할 수도 있는 것이다.
구체적으로 도 6의 심 플레이트(113)에서 매니폴드(112)의 전단부(112F)와 판막(117)의 전단부(117F) 사이의 간격(FD)은 3mm 내외일 수 있다. 예를 들어 간격(FD)은 2-4mm일 수 있다. 이와 같이 매니폴드(112)의 전단부(112F)보다 판막(117)의 전단부(117F)가 후단에 위치하도록 한다. 매니폴드(112)의 전단부(112F)와 판막(117)의 전단부(117F) 사이에 소정의 오프셋을 두어 매니폴드(112) 안의 코팅액(150)이 제2 부분(113b) 사이의 공간을 통해 안정적으로 토출될 수 있도록 한다. 이와 같이 판막(117)은 매니폴드(112)를 벗어나 랜드부 위에 형성되는 것이 아니다. 판막(117)은 랜드부 위를 지나는 코팅액(150)의 흐름을 방해하지 않는다. 판막(117)은 매니폴드(112) 위를 덮는다. 다시 말해, 판막(117)의 정투상은 매니폴드(112)의 정투상을 벗어나지 않는다. 판막(117)은 매니폴드(112) 안쪽 영역에만 위치한다.
매니폴드(112)의 후단부(112R)와 제1 부분(114)의 전단부(114F)는 상하 방향에서 동일 선상에 놓이도록 정렬될 수 있다. 사이드 제2 부분(115a)의 안쪽 모서리(115S)는 매니폴드(112)의 좌우측 양단(112S)과 상하 방향에서 동일 선상에 놓이도록 정렬될 수 있다. 이와 같이 하면 매니폴드(112)의 둘레를 따라 제1 부분(114)과 사이드 제2 부분(115a)이 놓여지고, 매니폴드(112) 면적의 대부분이 심 플레이트(113)에 의해 노출되면서도, 판막(117)에 의해 센터부 일부가 가려지는 형태가 될 수 있다.
개방된 벤트부(V)의 크기(VD)는 5mm 내외일 수 있다. 크기(VD)는 후방에서 전방으로 노출된 길이라고 할 수 있다. 예를 들어 크기(VD)는 3-8mm일 수 있다. 벤트부(V)의 입체 형상은 반원기둥일 수 있다. 예를 들어 벤트부(V)의 크기(VD)가 5mm인 경우, 반경 2.5mm인 반원기둥 형태로 개방된 벤트부(V)를 형성하여 와류 현상을 방지할 수 있다. 다시 말해, 벤트부(V)를 정의하는 판막(117)의 단부는 단면상으로 라운드 형상을 가지게 R 가공(라운드 처리)되도록 할 수 있다. 매니폴드(112)의 바닥면으로부터 상방으로 힘을 받는 코팅액(150)이 벤트부(V)를 통하여 흘러나오게 될 때에 맞닿는 부분을 라운드 처리함으로써 와류의 생성을 억제하고 코팅액(150)의 흐름을 매끄럽게 할 수 있는 것이다.
벤트부(V)는 이와 같이 심 플레이트(113)에서도 후방측에 위치한다. 그리고,심 플레이트(113)에서 벤트부(V)가 차지하는 면적은 판막(117)이 차지하는 면적에 비하여 작다. 예를 들어, 판막(117)의 전단부(117F)에서부터 후단부(117R)까지의 길이를 SD라고 하는 경우, 판막(117)의 길이(SD)는 벤트부(V)의 크기(VD)에 비하여 크다. 따라서, 매니폴드(112)의 센터부에서의 대부분의 면적은 판막(117)으로 가려지고 그에 비해 좁은 부분만 벤트부(V)로 노출된다. 벤트부(V)를 심 플레이트(113) 후방측에 위치시킴으로써, 벤트부(V)를 통해 흘러나온 코팅액(150)이 판막(117)의 상면의 넓은 범위를 지나 토출구(101a) 측으로 유도될 수 있다.
매니폴드(112)의 좌우측 양단(112S)의 길이를 소정 값으로 고정한 상태에서 매니폴드(112)의 전단부(112F)와 판막(117)의 전단부(117F) 사이의 간격(FD)과 판막(117)의 길이(SD)와 벤트부(V)의 크기(VD) 사이의 소정의 치수 관계를 만족하면서 심 플레이트(113)를 설계할 수 있다. 예를 들어 간격(FD) : 길이(SD) : 크기(VD)는 2-4 : 47-51 : 4-6일 수 있다. 바람직하게, 간격(FD) : 길이(SD) : 크기(VD)는 3 : 49 : 5일 수 있다. 간격(FD)은 크기(VD)보다 작을 수 있다. 길이(SD)는 크기(VD)의 7.8배 이상일 수 있다. 바람직하게 길이(SD)는 크기(VD)의 9.8배이다. 따라서, 매니폴드(112)의 센터부에서의 대부분의 면적은 판막(117)으로 가려지고 그에 비해 좁은 부분만 벤트부(V)로 노출된다. 벤트부(V)의 크기(VD)를 너무 작게 하면 매니폴드(112)의 바닥면으로부터 상방으로 힘을 받는 코팅액(150)이 벤트부(V)를 통하여 흘러나오게 될 때에 코팅액(150)에 가해지는 압력이 너무 커져 바람직하지 않고, 대신에 벤트부(V)의 크기(VD)를 너무 크게 하면 판막(117)의 길이(SD)가 작아지므로 코팅액(150)을 사이드부로 유도하는 정도가 작아질 수 있으니, 벤트부(V)의 크기(VD)는 이러한 점들을 고려하여 판막(117)의 길이(SD)와 유기적인 관계로 결정되어야 한다.
상기 코팅액(150)이 토출되는 쪽의 모서리 부분은 면취되어 있을 수 있음을 설명한 바 있다. 예를 들어 상기 심 플레이트(113)의 끝단으로부터 안쪽으로 깊이(h) 20mm 들어간 부분에서부터 상기 모서리 안쪽으로 비스듬하게 절삭된 형상일 수 있다. 예를 들어 매니폴드(112)의 전단부(112F)까지 비스듬하게 절삭된 형상일 수 있다. 이를 통해 사이드부의 유량을 더 유도하여 슬라이딩 형상 등을 제어할 수 있다.
도 7은 도 6에 도시한 심 플레이트의 변형예이다.
도 6의 심 플레이트(113)에서는 이웃하는 2개의 내측 제2 부분(115b) 사이마다 판막(117)이 위치한다. 도 7의 심 플레이트(113)에서는 4개의 내측 제2 부분(115b) 중에서도 센터부에 있는 2개의 내측 제2 부분(115b) 사이에만 판막(117)이 위치한다. 이와 같이 판막(117)은 내측 제2 부분(115b) 사이에 위치하되, 코팅액(150)의 로딩양을 적게 하고자 하는 부위에만 선택적으로 위치할 수 있다.
도 8은 도 6에 도시한 심 플레이트의 다른 변형예이다.
도 8에 도시한 심 플레이트(113)는 도 6 및 도 7에 도시한 심 플레이트(113)에 비해 벤트부(V)를 포함하지 않는다. 이와 같이 판막(117)은 상기 제1 부분(114)과 이격없이 연장되어 있을 수도 있다.
도 9는 도 6에 도시한 심 플레이트의 또 다른 변형예이다.
도시한 예에서 제2 부분(115)은 2개의 사이드 제2 부분(115a)과 2개의 내측 제2 부분(115b)으로 이루어진다. 이러한 심 플레이트(113)는 3개의 개방부(113a)를 정의한다. 판막(117)은 내측 제2 부분(115b) 사이에 위치한다. 이처럼 내측 제2 부분(115b)의 개수는 형성하고자 하는 코팅층의 개수에 따라 달라질 수 있다. 사이드 제2 부분(115a)의 폭과 내측 제2 부분(115b)의 폭도 도 6에 도시한 심 플레이트(113)와는 다를 수 있다. 원하는 폭의 코팅층을 형성하기 위하여 개방부(113a)의 폭은 고정하고, 사이드 제2 부분(115a)의 폭과 내측 제2 부분(115b)의 폭을 얼마든지 변경할 수 있다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 심 플레이트 사용시의 효과를 도시한 도면이다.
도 10에 도시한 것은, 도 6과 같은 심 플레이트(113)에서와 같이 개방부(113a)가 5개일 때에 기재(190) 상에 형성되는 5개의 코팅층(170)의 단면이다. 패턴이 5개 형성되는데, 폭 방향으로 균일한 코팅 프로파일을 보이고 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면, 코팅 폭 방향 기준 위치별(센터-사이드) 로딩 편차가 발생되지 않고, 이로 인해 높은 전극 공정 능력이 확보될 수 있다. 기재(190)의 폭 방향을 따른 코팅층 두께(CD)가 위치에 상관없이 균일해질 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 의하면 패턴 불량을 발생시키는 일이 없이 안정적으로 코팅층을, 특히 전극 활물질층을 형성할 수 있다.
한편, 실험예를 설명함으로써 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
FD 3mm, VD 5mm, h 20mm 적용한 본 발명 실시예 심 플레이트에 대하여, 그렇지 않은 심 플레이트인 비교예와 비교해 폭 방향 로딩 편차를 실험하였다. 비교예는 본 발명의 실시예에 따른 심 플레이트(113)에서 판막(117)을 갖지 않으며 코팅액(150)이 토출되는 쪽의 모서리 부분이 면취되어 있지 않은 것에 해당한다(도 11의 113' 참조).
로딩 기준으로 셀에서는 비교예가 5.56 mg/25cm2으로 측정되었고, 본 발명 실시예가 5.37 mg/25cm2으로 측정되어, 폭 방향 로딩 편차가 3.5% 감소하는 효과를 확인하였다. 특히 폭 방향의 센터부에서 비교예가 9.12 mg/25cm2으로 측정되었고, 본 발명 실시예가 3.22 mg/25cm2으로 측정되어, 본 발명 실시예가 폭 방향 로딩 편차가 183.2%나 감소하는 효과를 확인하였다.
본 발명에 의할 때에 공정능력 개선도 확인하였다.
현재 집전체 위에 스트라이프 패턴 모양의 전극 활물질층을 형성한 다음, 전극 활물질층 사이의 무지부를 슬리팅하여 각각의 전극판으로 활용하고 있다. 이 때, 무지부를 형성하는 심 플레이트의 심살에 가까운 위치가 전극 공정 이후 조립 공정에서 노칭 공정 진행시 탭으로 형성된다. 이러한 탭에 가까운 코팅된 전극 위치가 실제 셀에 포함되는 코팅 영역이기 때문에, 해당 부분에서 로딩 측정을 위해 샘플링하였고, 해당 위치를 이하에서 '셀'로 표기하였다. 코팅 전극 기준 코팅 레인별 중앙 영역에서도 로딩 측정을 위해 샘플링하였고, 해당 위치를 이하에서 '센터'라고 표기하였다.
공정능력 확인에 활용한 지표는 Cpk로서, Cpk는 process capability index이고, 통계적인 의미에서 정해진 제품의 스펙 내에서 얼마만큼 타겟에 가깝게 만들고 얼마만큼 일정한 성능을 보여주는지 확인하는 수치로 활용됨이 알려져 있다. 예를 들어 측정된 데이터가 타겟에 가까운 값이 많을수록 Cpk는 높아지고, 스펙 내에서 데이터의 산포가 클수록 Cpk는 낮아진다.
'셀'이라고 표기한 샘플링 위치에서의 로딩 측정 데이터의 Cpk를 셀_Cpk, '센터'이라고 표기한 샘플링 위치에서의 로딩 측정 데이터의 Cpk를 센터_Cpk라고 하였을 때, 비교예는 셀_Cpk가 2.09, 센터_Cpk가 0.71, 셀_Cpk + 센터_Cpk가 1.05인 반면, 본 발명 실시예에서는 셀_Cpk가 2.81, 센터_Cpk가 3.04, 셀 _Cpk + 센터_Cpk가 1.94였다.
이와 같이 본 발명은 비교예에 비해 셀_Cpk, 센터_Cpk, 셀_Cpk + 센터_Cpk가 모두 높다. 따라서, 본 발명에 의할 때에 '셀'이라고 표기하는 위치, '센터'라고 표기하는 위치에서의 로딩 모두 스펙 내에서 타겟에 가깝고 산포도 작다는 것을 알 수 있다. 이에 따라 본 발명이 비교예에 비해 공정능력이 개선되었음을 확인할 수 있다.
도 11은 비교예의 심 플레이트를 통한 코팅액의 흐름을 도시한다.
도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명 대비 종래 기술의 심 플레이트(113')는 심살 사이 공간이 모두 개방되어 있다고 할 수 있다. 이러한 심 플레이트(113')에서는 매니폴드(112) 내 막힌 공간 없이 코팅액이 차오르고 화살표 방향으로 코팅액이 토출된다. 화살표의 길이는 코팅액 토출양이라고 볼 수 있는데, 앞서 언급한 바와 같이 센터부에 로딩 집중되는 문제가 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 심 플레이트를 통한 코팅액의 흐름을 도시한다.
도 11에 비해, 본 발명의 심 플레이트(113)에서는 심살 사이 공간을 막아 센터부의 코팅액 흐름을 사이드부로 유도한다. 그 결과 센터부나 사이드부에서의 코팅액 토출양이 비슷해진다. 도면에서 화살표 길이가 동일한 점에 주목해야 한다. 이를 통해 도 10과 같은 전극 코팅 프로파일을 얻을 수 있다.
매니폴드 형상은 최초 성형 이후 변경되기 어렵다. 본 발명에 따르면, 매니폴드를 바꾸지 않아도 심 플레이트(113)의 형상을 통해, 슬롯 다이 코터(100)의 로딩 제어를 할 수 있는 이점이 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬롯 다이 코터에서 코팅액의 흐름을 도시한다.
도 13의 슬롯 다이 코터(200)에서 매니폴드(112)는 상부 다이 블록(130)에 포함된 상부 매니폴드(112a)와 하부 다이 블록(110)에 포함된 하부 매니폴드(112b)를 포함할 수 있다. 다시 말해, 매니폴드(112)가 상부 다이 블록(130)과 하부 다이 블록(110) 양쪽으로 있는 것이다, 상기 상부 매니폴드(112a)와 하부 매니폴드(112b) 사이에는 상기 심 플레이트(113)가 개재될 수 있다.
코팅액(150)을 유입시키기 위한 코팅액 유입 배관(152)이 상기 하부 매니폴드(112b)의 중앙부에 형성한 코팅액 유입홀(154)에 연결되어 있을 수 있다.
도 6 및 도 12에서 본 바와 같이 상기 판막(117)은 상기 코팅액 유입홀(154)을 적어도 일부 가릴 수 있는 형상으로 형성될 수 있다. 이와 비교해 도 11에 도시한 비교예의 심 플레이트(113')는 코팅액 유입홀(154)을 가리지 못한다.
상기 심 플레이트(113)는 벤트부(V)를 포함하여, 상기 코팅액(150)은 상기 개방된 벤트부(V)를 통하여 상기 하부 매니폴드(112b)에서 상기 상부 매니폴드(112a)로 유입될 수가 있다. 즉, 2형 다이 설계 상, 코팅액(150) 와류 현상 방지가 된 것이다. 코팅액(150)의 흐름은 화살표로 도시한 바와 같다. 하부 매니폴드(112b)의 바닥면 중앙부에 형성한 코팅액 유입홀(154)을 통해 유입되어 상방으로 힘을 받는 코팅액(150)은 심 플레이트(113)의 판막(117)에 부딪혀 정류되고, 일부는 벤트부(V)를 통하여 상부 매니폴드(112a)로 유입된다. 코팅액(150)은 하부 매니폴드(112b)의 전단부와 판막(117)의 전단부 사이의 공간을 통해 안정적으로 토출되며 이후 제2 부분(115)에 의해 가이드되면서 토출구(101a)를 통해 토출된다.
이상 설명한 슬롯 다이 코터(100, 200) 및 그 변형예들을 이용하여 안정적으로 전극 활물질층을 형성할 수 있다. 예를 들어 양극 활물질 슬러리를 코팅함으로써 이차전지의 양극 제조에 적용될 수 있다.
특히 본 발명에 따르면 양극 활물질층과 음극 활물질층을 균일한 두께로 형성함으로써, 양극 활물질층을 포함하는 양극과 음극 활물질층을 포함하는 음극을 대면시킬 때에, 타겟이 되는 정확한 로딩량을 대면시킬 수 있게 되어 매우 바람직하다. 로딩 꺼짐이 발생하는 전극의 경우 로스(loss)가 발생하게 되는데 본 발명에 따르면 로딩 꺼짐을 방지할 수 있으므로 로스 저감 효과도 있다. 또한, 양극 로딩이 높고 음극 로딩이 낮은 전극이 대면될 경우에는 리튬 석출 발생이 높아지는데, 본 발명에 따르면 양극 로딩과 음극 로딩을 균형있게 맞추어 제조할 수 있으므로 리튬 석출 방지 효과도 기대할 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 코터(100, 200)를 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 1000 cps 이상의 코팅액을 코팅할 수 있어야 하는 것이므로 본 발명의 슬롯 다이 코터(100, 200)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 코터(100, 200)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 코터(100, 200)는 전극 제조용 코터로 최적화되어 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
[부호의 설명]
100, 200: 슬롯 다이 코터 101: 슬롯
101a: 토출구 110: 하부 다이 블록
111, 131: 다이립 112: 매니폴드
113: 심 플레이트 115: 심살
117: 판막 130: 상부 다이 블록
150: 코팅액 152: 코팅액 유입 배관
154: 코팅액 유입홀 170: 코팅층
180: 코팅 롤 190: 기재
V: 벤트부

Claims (20)

  1. 슬롯 다이 코터의 하부 다이 블록과 상부 다이 블록 사이에 구비되어 슬롯을 형성하고 상기 슬롯과 연통된 토출구를 통해 코팅액을 토출하도록 하기 위한 심 플레이트로서,
    상기 심 플레이트는 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비하도록 다수의 심살을 포함하며, 상기 심살 사이의 공간을 부분적으로 막는 판막을 포함하는 것을 특징으로 하는 심 플레이트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 판막은 상기 코팅액의 로딩량을 적게 하고자 하는 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 심 플레이트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 심 플레이트는 베이스가 되는 제1 부분과 상기 제1 부분에서부터 연장되는 적어도 4개의 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 같은 측에 연결되고 동일 방향으로 연장되며, 상기 제2 부분은 양쪽 사이드에 위치하는 사이드 제2 부분 2개와 상기 사이드 제2 부분 사이에 위치하는 내측 제2 부분으로 이루어지고, 상기 판막은 상기 내측 제2 부분 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 심 플레이트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 판막은 이웃하는 2개의 내측 제2 부분 사이마다 위치하는 것을 특징으로 하는 심 플레이트.
  5. 제3항에 있어서, 상기 사이드 제2 부분과 내측 제2 부분 사이에는 상기 판막이 위치하지 아니하고, 상기 내측 제2 부분 사이에만 상기 판막이 위치하는 것을 특징으로 하는 심 플레이트.
  6. 제3항에 있어서, 상기 판막은 상기 제1 부분과 이격없이 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 심 플레이트.
  7. 제3항에 있어서, 상기 판막은 상기 제1 부분과 이격되어 연장됨으로써 상기 제1 부분과 상기 판막 사이에 개방된 벤트부가 정의된 것을 특징으로 하는 심 플레이트.
  8. 제7항에 있어서, 상기 벤트부를 정의하는 상기 판막의 단부는 단면상으로 라운드 형상을 가진 것을 특징으로 하는 심 플레이트.
  9. 제7항에 있어서, 상기 판막의 길이는 상기 벤트부의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 심 플레이트.
  10. 하부 다이 블록과 상부 다이 블록; 상기 하부 다이 블록과 상부 다이 블록 사이에 구비되어 슬롯을 형성하는 심 플레이트; 및 상기 상부 다이 블록 및 하부 다이 블록 중 적어도 어느 하나에 구비되며 코팅액을 수용하는 매니폴드를 포함하여, 상기 슬롯과 연통된 토출구를 통해 상기 코팅액을 기재 상에 토출하여 도포하는 슬롯 다이 코터로서,
    상기 심 플레이트는 상기 기재 상에 도포되는 코팅층의 코팅폭을 결정하도록 일 영역이 간헐적으로 절개되어 다수의 개방부를 구비하도록 다수의 심살을 포함하며, 상기 심살 사이의 공간을 부분적으로 막는 판막을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  11. 제10항에 있어서, 상기 매니폴드는 상기 상부 다이 블록에 포함된 상부 매니폴드와 상기 하부 다이 블록에 포함된 하부 매니폴드를 포함하고, 상기 상부 매니폴드와 하부 매니폴드는 서로 마주보며, 상기 상부 매니폴드와 하부 매니폴드의 사이에 상기 심 플레이트가 개재된 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  12. 제11항에 있어서, 상기 코팅액을 유입시키기 위한 코팅액 유입 배관이 상기 하부 매니폴드의 중앙부에 형성한 코팅액 유입홀에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  13. 제12항에 있어서, 상기 심 플레이트는 베이스가 되는 제1 부분과 상기 제1 부분에서부터 연장되는 적어도 4개의 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분은 상기 제1 부분의 같은 측에 연결되고 동일 방향으로 연장되며, 상기 제2 부분은 양쪽 사이드에 위치하는 사이드 제2 부분 2개와 상기 사이드 제2 부분 사이에 위치하는 내측 제2 부분으로 이루어지고, 상기 판막은 상기 내측 제2 부분 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  14. 제13항에 있어서, 상기 판막은 상기 제1 부분과 이격되어 연장됨으로써 상기 제1 부분과 상기 판막 사이에 개방된 벤트부가 정의된 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  15. 제14항에 있어서, 상기 코팅액은 상기 벤트부를 통하여 상기 하부 매니폴드에서 상기 상부 매니폴드로 유입되는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  16. 제14항에 있어서, 상기 벤트부를 정의하는 상기 판막의 단부는 단면상으로 라운드 형상을 가진 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  17. 제14항에 있어서, 상기 판막의 길이는 상기 벤트부의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  18. 제12항에 있어서, 상기 판막은 상기 코팅액 유입홀을 적어도 일부 가릴 수 있는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 판막의 정투상은 상기 매니폴드의 정투상을 벗어나지 않는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 매니폴드의 전단부보다 상기 판막의 전단부가 후단에 위치하는 것을 특징으로 하는 슬롯 다이 코터.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120219657A1 (en) * 2011-02-28 2012-08-30 Nordson Corporation Slot nozzle assembly and shim plate
KR101306872B1 (ko) * 2012-12-13 2013-09-10 주식회사 디씨엔 슬롯 다이
CN207563191U (zh) * 2017-11-22 2018-07-03 青海时代新能源科技有限公司 涂布装置
CN110198792A (zh) * 2017-02-03 2019-09-03 日立汽车系统株式会社 涂敷模具、涂敷装置、涂敷方法以及二次电池的制造方法
KR20220128925A (ko) * 2021-03-15 2022-09-22 가부시끼가이샤 도시바 도공 헤드

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120219657A1 (en) * 2011-02-28 2012-08-30 Nordson Corporation Slot nozzle assembly and shim plate
KR101306872B1 (ko) * 2012-12-13 2013-09-10 주식회사 디씨엔 슬롯 다이
CN110198792A (zh) * 2017-02-03 2019-09-03 日立汽车系统株式会社 涂敷模具、涂敷装置、涂敷方法以及二次电池的制造方法
CN207563191U (zh) * 2017-11-22 2018-07-03 青海时代新能源科技有限公司 涂布装置
KR20220128925A (ko) * 2021-03-15 2022-09-22 가부시끼가이샤 도시바 도공 헤드

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