KR101318585B1 - 코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법 - Google Patents

코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법에 관한 것으로서, 전극집전체를 지지하여 이송시키는 코팅롤과 상기 코팅롤의 일측에 형성되어 상기 전극집전체의 표면에 슬러리를 공급하는 슬롯다이 및 상기 전극접전체와 슬롯다이가 인접하는 인접 영역의 하부에 형성되어 상기 슬러리가 상기 인접 영역의 하부로 흘러 내리는 것을 차단하는 에어커튼부를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법에 관한 것이다.

Description

코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법{Coating apparatus and coating method using the same}
본 발명의 일실시예는 코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법에 관한 것이다.
이차전지에서 전극판은 금속박이나 금속 메시(mesh)로 이루어진 전극집전체 표면에 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 코팅함으로써 이루어진다. 통상 슬러리는 용매, 가소제, 전극 활물질 및 바인더 등을 섞는 방법으로 형성된다.
또한, 상기 이차전지 전극조립체는 좁은 공간 내에 넓은 면적의 대향 전극판을 형성하기 위해 전극집전체에 활물질 슬러리를 얇게 코팅하여 활물질층을 형성하고, 두 극성의 전극판을 사이에 세퍼레이트를 두고 교대로 적층한 후 권취하여 형성된다.
특히, 대면적 폴리머 전극판을 형성하는 경우, 셀의 용량을 증가시키기 위하여 음극 박막 코팅이 요구된다. 이 경우, 슬롯다이의 갭(gap)을 최소화하여 실시해야 하지만, 좁은 갭(gap)으로 전극판에 코팅 줄무늬가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 일실시예는 슬러리 코팅에 상용되는 활물질 코팅장치에서 연속 스트립에 대한 박막 코팅이 가능한 코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예는 에어커튼부의 차단막으로 전극집전체의 표면과 코팅액이 분출되는 슬롯다이의 토출구가 접촉되어 발생되는 코팅 줄무늬를 방지하여 코팅 품질을 향상시킬 수 있는 코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 일실시예인 코팅장치는 슬러리가 저장된 탱크와, 상기 슬러리를 슬롯다이로 공급하는 제어벨브와, 상기 슬롯다이는 토출구로 배출되는 슬러리로 코팅이 이루어지는 코팅장치에 있어서, 상기 슬롯다이의 배면에 형성되고, 코팅면 하부로 슬러리가 흘러 내리는 것을 차단하는 에어커튼부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬롯다이는 코팅면과의 거리가 도포 두께보다 짧은 것을 특징으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 에어커튼부는 상기 코팅면 하부 공기를 상기 코팅면 하단까지 역방향으로 이동시키도록 형성된 흡입안내면과 상기 슬롯다이 토출구의 하부에 형성되고, 상기 흡입안내면으로 이동된 공기가 흡입되어 에어커튼이 형성되는 공기흡입구 및 상기 공기흡입구로 흡입된 공기가 저장되는 수용부를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 수용부는 슬러리와 공기를 구분하여 배출하도록 공기배출구와 슬러리 배출구를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 토출구는 슬러리 토출을 제어하는 압력제어부재를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 압력제어부재는 슬롯다이의 일측면에 차압부를 포함하고, 상기 차압부는 슬롯다이의 토출구와 토출구 주변의 압력차가 형성되도록 공기가 흡입 또는 배출되는 것으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예인 코팅방법은 탱크에서 슬롯다이로 슬러리가 공급되는 슬러리 공급단계, 상기 공급된 슬러리가 집전체의 적어도 어느 일면에 코팅되고, 상기코팅된 두께보다 슬롯다이와 집전체의 거리가 짧게 유지되도록 코팅되는 코팅단계, 상기 슬롯다이는 슬러리 토출구의 압력과 토출구 외주의 압력차이가 형성되도록 압력이 조절되는 차압단계, 상기 집전체에 코팅되고 남은 슬러리가 하부로 흘러내지지 않도록 에어커튼부에서 공기를 흡입되는 에어커튼 형성단계 및 상기 에어커튼부에서 흡입된 공기에서 슬러리와 공기를 분리하여 슬리를 슬러리 배출구로 배출되는 슬러리 배출단계를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 차압단계는 토출구 외주의 공기가 흡입되거나, 토출구 외주가 가압되어 압력차가 형성되도록 하여 슬러리가 일정하게 토출되는 것으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 에어커튼 형성단계는 에어커튼부의 흡입안내면을 따라 공기가 이동되고, 토출구 하부에 공기 흡입구로 흡입되어 슬러리가 흘러내리는 것을 차단하는 것으로 형성될 수 있다. 상기 에어커튼 형성단계는 흡입된 공기 중에 슬러리가 일부 포함되는 것으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예인 코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법에 따르면 슬러리 코팅에 상용되는 활물질 코팅장치에서 연속 스트립에 대한 박막 코팅을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시예인 코팅장치 및 이를 이용한 코팅방법에 따르면 에어커튼부의 차단막으로 전극집전체의 표면과 코팅액이 분출되는 슬롯다이의 토출구가 접촉되어 발생되는 코팅 줄무늬를 방지하여 코팅 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅장치의 구성도이다.
도 2는 도1의 에어커튼부에 대한 구성도이다.
도 3은 도1의 코팅장치를 이용한 코팅방법에 대한 흐름도이다.
이하에서 실시예와 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 코팅장치 및 코팅방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 코팅장치의 에어커튼부(10)에 대한 구성도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 코팅장치는 에어커튼부(10)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 코팅장치는 슬러리(2)가 저장된 탱크(1)와, 상기 슬러리(2)를 슬롯다이(7)로 공급하는 제어벨브(5)와, 토출구(7b)를 통해 슬러리를 배출하여, 전극 집전체(8)를 코팅하는 슬롯다이(7)를 더 포함할 수 있다. 또한, 제어벨브(5)와 상기 슬롯 다이(7)는 슬러리 유입관(6)을 통해 연결된다.
또한, 상기 토출구(7b)는 슬러리(2)의 토출을 제어하는 압력제어부재(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 압력제어부재는 차압부(미도시)를 포함하고, 상기 차압부는 공기를 흡입 또는 배출하여, 슬롯다이(7)의 토출구(7b)와 토출구(7b) 주변 사이에 압력차가 형성되도록 한다.
상기 에어커튼부(10)는, 도2를 참조하면, 코팅장치의 슬롯다이(7)의 하부에 장착된다. 상기 에어커튼부(10)는 전극집전체(8)에서 슬러리가 코팅된 코팅면(8a)의 하부로 슬러리(2)가 흘러 내리는 것을 차단한다. 이하에서는 상기 슬롯다이(7)를 기준으로, 상기 코팅면(8a)을 상부, 상기 전극집전체(8)에서 코팅이 되지 않은 면을 하부로 설명한다.
상기 에어커튼부(10)는 흡입안내면(10a)과, 공기흡입구(10b) 및 수용부(11)를 포함하여 형성된다.
상기 흡입안내면(10a)은 상기 코팅면(8a)의 하부 공기를 상기 코팅면(8a)의 하단까지 역방향으로 이동시키도록 구비된다. 상기 코팅면(8a) 하부 공기는 슬러리 입자를 포함할 수 있다.
상기 공기흡입구(10b)는 상기 슬롯다이 토출구(7b)의 하부의 수용부(11) 내측으로 형성되고, 상기 흡입안내면(10a)을 따라 이동된 공기가 흡입되어 에어커튼(A)을 형성하도록 한다. 상기 에어커튼은 공기 흐름의 변화로 형성된다.
상기 수용부(11)는 상기 공기흡입구(10b)로 흡입된 공기가 저장되도록 형성된다. 이때, 상기 공기는 슬러리 입자를 포함할 수 있다. 상기 수용부(11)는 슬러리 입자와 공기를 분리하여 배출할 수 있도록 공기 배출구(12)와 슬러리 배출구(13)를 구비한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 코팅장치는 코팅롤(9)에 장착된 음극 또는 양극집전체인 전극집전체(8)에 슬러리(2)를 코팅한다. 상기 코팅롤(9)에 의해 전극집전체(8)의 일면이 지지될 경우, 상기 일면의 반대면인 타면에 슬러리가 코팅되어 코팅면(8a)을 형성한다.
또한, 상기 전극 집전체(8)와 슬롯다이(7)는 서로 이격되어 위치된다. 이 때, 상기 슬롯다이(7)의 일측에는 거리유지부(7a)가 더 장착될 수 있다. 상기 거리유지부(7a)는 상기 전극 집전체(8)와 슬롯다이(7) 사이의 이격거리가, 상기 코팅면(8a)의 두께와 같거나, 짧게 되도록 조절한다.
상기 탱크(1)는 슬러리량을 측정하는 레벨센서(4)와 슬러리(2)의 기포와 고형분 침전을 방지하기 위한 교반기(3)를 더 포함할 수 있다. 상기 슬러리(2)는 통상의 용매와 가소제, 전극 활물질, 바인더 등이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다.
다음은 본 발명의 일실시예에 따른 코팅장치를 이용한 코팅방법에 관해 설명하기로 한다.
도 3은 도1의 코팅장치를 이용한 코팅방법에 대한 흐름도이다.
상기 코팅장치를 이용한 코팅방법은 슬러리 공급단계(S10), 코팅단계(S20), 차압단계(S30), 에어커튼 형성단계(S40), 슬러리 배출단계(S50)를 포함한다.
상기 슬러리 공급단계(S10)에서는 탱크(1)내의 슬러리92)가 슬롯다이(7)로 공급된다. 상기 슬러리(2)는 양극 또는 음극활물질에 도전재가 혼합된 물질로 이루어질 수 있다.
상기 활물질에서 양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용된다. 상기 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물은 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용된다.
상기 음극 활물질로는 리튬 금속, 리튬과 합금화 가능한 금속물질, 전이 금속 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프 할 수 있는 물질, 리튬과 가역적으로 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 물질, 또는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질 등을 사용할 수 있다. 상기 리튬과 합금화 가능한 금속 물질로는 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 또한　상기 전이 금속 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프 할 수 있는 물질, 또는 리튬과 가역적으로 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 물질로는 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, Si, SiOx(0 < x < 2), 실리콘 함유 금속합금, Sn, SnO2, 틴 합금 복합체(composite tin alloys) 등을 들 수 있다. 상기 양극활물질 및 음극활물질의 재질로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
상기 코팅단계(S20)에서는 슬롯 다이(7)의 토출구(7b)를 통해 배출된 슬러리(2)로 전극집전체(8)의 적어도 어느 일면을 코팅한다. 이때 코팅된 슬러리의 두께보다 슬롯다이(7)와 전극집전체(8)의 이격 거리가 더 짧게 유지된 상태로, 전극 집전체(8)는 코팅된다.
상기 차압단계(S30)에서는 상기 슬롯다이(7)의 토출구(7b)의 압력과 토출구(7b) 외주의 압력차이가 형성되도록 압력을 조절된다. 상기 차압단계(S30)는 슬롯다이(7)의 일측에 형성된 차압부에서 슬롯다이(7)의 토출구(7b)와 토출구(7b) 주변의 압력차가 형성되도록 공기를 흡입 또는 배출되도록 한다. 또한, 차압부는 토출구(7b) 외주의 공기를 흡입하거나, 토출구(7b) 외주가 가압할 수 있다. 이러한 압력차이로 인해, 슬러리(2)가 일정하게 토출되어 연속 코팅이 가능할 수 있다.
상기 에어커튼 형성단계(S40)에서는 상기 전극집전체(8)에 코팅되고 남은 슬러리(2)가 하부로 흘러내지지 않도록 에어커튼부(10)에서 공기를 흡입한다. 상기 에어커튼 형성단계(S40)에서는 에어커튼부(10)의 흡입안내면(10a)을 따라 공기가 이동되고, 토출구(7b) 하부에 공기 흡입구(10b)로 흡입됨으로써, 공기 흐름이 변화하여, 슬러리(2)가 흘러내리는 것을 차단할 수 있다.
상기 슬러리 배출단계(S50)에서는 상기 에어커튼부(10)로 흡입된 공기에서 슬러리(2)와 공기를 분리하고, 슬러리 배출구(14)를 통해 슬러리를 배출한다. 이 경우 분리된 공기는 공기 배출구(13)로 배출된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1: 탱크 2: 슬러리
7: 슬롯다이 8: 전극집전체
8a: 코팅면 10: 에어커튼부
12: 공기배출구 13: 슬러리배출구

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 슬러리가 저장된 탱크와, 상기 슬러리를 슬롯다이로 공급하는 제어벨브와, 슬러리를 배출하여 전극집전체를 코팅하는 슬롯 다이를 포함하는 코팅장치에 있어서,
    상기 슬롯다이의 배면에 형성되고, 상기 슬러리로 코팅된 상기 전극집전체의 코팅면의 아래로 슬러리가 흘러 내리는 것을 차단하는 에어커튼부를 포함하며,
    상기 슬롯다이와 상기 전극 집전체의 이격 거리는 상기 코팅면의 두께 보다 짧은 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 에어커튼부는
    상기 코팅면 아래쪽 공기를 상기 코팅면까지 역방향으로 이동시키도록 형성된 흡입안내면;
    상기 슬롯다이 토출구의 아래에 형성되고, 상기 흡입안내면으로 이동된 공기가 흡입되어 에어커튼이 형성되는 공기흡입구; 및,
    상기 공기흡입구로 흡입된 공기가 저장되는 수용부를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수용부는 슬러리와 공기를 구분하여 배출하도록 공기배출구와 슬러리 배출구를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬롯다이의 토출구는 슬러리 토출을 제어하는 압력제어부재를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 압력제어부재는 슬롯다이의 일측에 차압부를 포함하고,
    상기 차압부는 슬롯다이의 토출구와 토출구 주변의 압력차가 형성되도록 공기가 흡입 또는 배출되는 것을 특징으로 하는 코팅장치.
  7. 탱크에서 슬롯다이로 슬러리가 공급되는 슬러리 공급단계;
    상기 슬롯다이에서 공급되는 슬러리에 의해 전극 집전체의 적어도 어느 일면이 코팅되고, 상기 코팅된 두께보다 상기 슬롯다이와 상기 전극 집전체의 이격 거리가 더 짧게 유지되도록 코팅되는 코팅단계;
    상기 슬롯다이는 슬러리 토출구의 압력과 토출구 외주의 압력차이가 형성되도록 압력이 조절되는 차압단계;
    상기 집전체에 코팅되고 남은 슬러리가 아래로 흘러내지지 않도록 에어커튼부에서 공기가 흡입되는 에어커튼 형성단계; 및
    상기 에어커튼부에서 흡입된 공기에서 슬러리와 공기가 분리되어 슬리는 슬러리 배출구로 배출되는 슬러리 배출단계를 포함하는 코팅방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 차압단계는 토출구 외주의 공기가 흡입되거나, 토출구 외주가 가압되어 압력차가 형성되도록 하여 슬러리가 일정하게 토출되는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 에어커튼 형성단계는 에어커튼부의 흡입안내면을 따라 공기가 이동되고, 토출구 아래에 공기 흡입구로 상기 공기가 흡입되어 슬러리가 흘러내리는 것이 차단되는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 에어커튼 형성단계는 흡입된 공기 중에 슬러리가 일부 포함되는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
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