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KR20230067201A - 전극 슬러리 제공 장치, 코팅 장치 및 다이 코터 - Google Patents

전극 슬러리 제공 장치, 코팅 장치 및 다이 코터 Download PDF

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KR20230067201A
KR20230067201A KR1020210153054A KR20210153054A KR20230067201A KR 20230067201 A KR20230067201 A KR 20230067201A KR 1020210153054 A KR1020210153054 A KR 1020210153054A KR 20210153054 A KR20210153054 A KR 20210153054A KR 20230067201 A KR20230067201 A KR 20230067201A
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박준선
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 명세서는 전극 슬러리 제공 장치, 코팅 장치 및 다이 코터에 관한 것이다.

Description

전극 슬러리 제공 장치, 코팅 장치 및 다이 코터{Electrode slurry suppling apparatus, coating apparatus and die coator}
본 명세서는 전극 슬러리 제공 장치, 코팅 장치 및 다이 코터에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되어 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장장치에 관심도 크다.
특히 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 수요에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께를 가지며 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높다. 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
일반적으로 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체를 포함하는 구조이다. 상기 양극 및 음극은 집전체 상에 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 코팅함으로써 제조된다.
전극 슬러리의 코팅을 위해서는 전극 슬러리가 저장된 탱크로부터 다수의 라인으로 분기된 전극 슬러리를 제공받아 각 라인별로 코팅이 진행된다.
이때, 각 라인별로 균일한 유량을 공급하기 위한 연구가 필요하다.
본 명세서는 전극 슬러리 제공 장치, 코팅 장치 및 다이 코터를 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태는 전극 슬러리를 수용하는 탱크; 상기 탱크와 일단이 연결되는 주배관; 및 상기 주배관으로부터 유입된 상기 전극 슬러리를 토출하도록 구비된 2 이상의 분개 배관을 포함하되, 상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점이 상기 탱크로부터 멀리 위치할수록, 상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점이 점차적으로 낮아지는 것인 전극 슬러리 제공 장치를 제공한다.
본 명세서의 다른 실시상태는 상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점에 각각 위치되는 2 이상의 펌프를 포함한다.
본 명세서의 다른 실시상태는 중력 방향과 수직인 면 상에서, 상기 탱크와 연결되는 상기 주배관의 일단과, 상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점의 거리(A)와,
중력 방향으로, 상기 탱크와 연결되는 상기 주배관의 일단과, 상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점의 높이 차이(B)의 비는 2:1 내지 3:1이다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 주배관은 상기 탱크와 연결되는 연결관, 및 상기 연결관과 결합되고 상기 2 이상의 분개 배관과 연결되는 직선관을 포함한다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 중력 방향과 수직인 면과 상기 직선관의 중심축이 이루는 각은 5도 이상 25도 이하이다.
본 명세서의 또 다른 실시상태는 상술한 전극 슬러리 제공 장치로부터 제공받은 전극 슬러리를 토출하는 코팅 장치 또는 다이 코터를 제공한다.
본 명세서에 따른 전극 슬러리 제공 장치는 하나의 전극 슬러리 탱크에서 여러 라인의 분개 배관으로 전극 슬러리의 물성과 상관없이 균일한 유량을 공급할 수 있다.
본 명세서에 따른 전극 슬러리 제공 장치는 하나의 탱크 당 분개 배관의 개수를 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래 전극 슬러리 제공 장치의 단면도이다.
도 2는 본 명세서에 따른 전극 슬러리 제공 장치의 단면도이다.
도 3은 본 명세서에 따른 전극 슬러리 제공 장치의 저면도이다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 명세서에 따른 전극 슬러리 제공 장치(1)의 단면도이며, 도 3은 본 명세서에 따른 전극 슬러리 제공 장치(1)의 저면도이다. 전극 슬러리 제공 장치(1)는 탱크(10), 주배관(20) 및 분개 배관(30)을 포함한다.
전극 슬러리 코팅 공정 시, 전극 슬러리를 코팅 장치로 공급하는 탱크(10)는 하나의 주배관(20)을 통해 전극 슬러리를 토출하며, 주배관(20)은 펌프(미도시)와 개별 연결된 다수개의 분개 배관(30)을 통해, 탱크(10)로부터 토출된 전극 슬러리를 코팅 장치(미도시)로 공급한다. 이때, 전극 슬러리를 코팅할 수 있는 장치라면, 상기 코팅 장치의 종류는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, 콤마 코터, 스핀 코터, 슬롯 다이 코터 등일 수 있다.
여기서, 전극 슬러리 제공 장치(1)는 탱크(10), 주배관(20) 및 분개 배관(30)은 각각 일정한 강성을 갖는 금속 재질로 형성될 수 있으며 전극 슬러리의 공급에 의한 압력을 견딜 수 있는 재질이라면 어떠한 재질이라도 무방하다.
탱크(10)는 전극 슬러리를 저장할 수 있다면 형태를 한정하지 않으며 원통형으로 구성될 수 있다. 상기 탱크(10)의 밑면은 탱크 내 저장된 전극 슬러리를 효율적으로 사용할 수 있도록 볼록한 형태를 가지고 볼록한 형태의 가장 낮은 위치에 구비된 토출구로 탱크 내 저장된 전극 슬러리가 주배관(20)으로 토출할 수 있다.
도 1과 같은 종래 전극 슬러리 제공 장치(1)는 탱크(10)와 연결된 주배관(20)이 지면과 수평화되어 배치됨으로써 이에 따른 분개 배관들의 높이도 동일하게 형성되어, 각 분개 배관을 통해 토출되는 전극 슬러리의 유량이 서로 달라지는 문제점이 발생했다. 구체적으로 탱크와 가까운 곳에 위치한 분개 배관일수록 전극 슬러리의 유량이 크고, 상대적으로 탱크와 먼 곳에 위치한 분개 배관일수록 전극 슬러리의 유량이 낮아진다. 또한, 전극 슬러리의 점도가 너무 낮거나 높을 경우 탱크와 먼 곳에 위치한 분개 배관에는 전극 슬러리가 토출 조차도 안될 수 있다. 이와 같은 현상은 탱크 내 전극 슬러리의 양이 적을수록 심화된다.
반면, 본 명세서에 따른 전극 슬러리 제공 장치(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 탱크(10)와 연결되는 상기 주배관(20)의 일단이 타단보다 높게 위치하도록 사선으로 배치된다. 전극 슬러리가 분개 배관(30) 별로 균일하게 토출되도록 전극 슬러리의 유량을 균일화할 수 있다.
주배관(20)의 기울기는 수평면에 예각을 이루며 사선으로 기울어져 있을 수 있으며, 이때의 기울기는 전극 슬러리의 종류, 점도 등을 고려하여 변경가능하다. 예를 들면, 상기 기울기는 5도 이상 25도 이하, 바람직하게는 10도 이상 20도 이하로 조절될 수 있다.
상기 주배관(20)은 상기 탱크(10)와 연결되는 연결관(21), 및 상기 연결관(21)과 결합되고 상기 2 이상의 분개 배관(30)과 연결되는 직선관(23)을 포함할 수 있다. 이때, 중력 방향과 수직인 면과 상기 직선관(23)의 중심축이 이루는 각은 5도 이상 25도 이하, 바람직하게는 10도 이상 20도 이하로 조절될 수 있다.
주배관(20)의 일단은 탱크(10)와 연결되고, 측면부에는 적어도 하나의 분개 배관(30)과 연결된다. 탱크(10)로부터 토출된 전극 슬러리가 분개 배관(30)까지, 다시 말하면 탱크(10)로부터 토출된 전극 슬러리가 분개 배관(30)에 개별적으로 구비된 펌프(미도시)까지 오로지 전극 슬러리의 수두, 즉 높이에 따른 압력의 힘으로 이동된다. 주배관(20)을 사선으로 배치함으로써, 탱크로부터 토출된 전극 슬러리가 분개 배관(30)에 개별적으로 구비된 펌프(미도시)까지 오로지 전극 슬러리의 수두, 즉 높이에 따른 압력의 힘을 각 개별 분개 배관(30)마다 보다 균일한 유량을 전달할 수 있다.
각각의 분개 배관(30)과 주배관(20)의 연결 지점에 위치하는 펌프(미도시)들의 높이에도 단차가 형성되어, 각각의 분개 배관(30)에서 전극 슬러리의 물성에 관계 없이 동일한 유량이 토출되도록 유도할 수 있다.
탱크로부터 토출된 전극 슬러리가 분개 배관(30)에 개별적으로 구비된 펌프(미도시)까지 오로지 전극 슬러리의 수두, 즉 높이에 따른 압력의 힘은,
중력 방향과 수직인 면 상에서, 상기 탱크와 연결되는 상기 주배관의 일단과, 상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점의 거리(A)와,
중력 방향으로, 상기 탱크와 연결되는 상기 주배관의 일단과, 상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점의 높이 차이(B)의 비를 통해 조절될 수 있다.
먼저, 도 1을 통해 종래 전극 슬러리 제공 장치에서, A:B의 비율을 확인하면, 모든 분개 배관의 높이가 동일하므로, B는 일정하고, A1:B는 4:1이고, A2:B는 5:1이며, A3:B는 6:1이고, A4:B는 7:1이다.
반면, 본 명세서에 따른 전극 슬러리 제공 장치(1)는,
중력 방향과 수직인 면 상에서, 상기 탱크와 연결되는 상기 주배관의 일단과, 상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점의 거리(A)와,
중력 방향으로, 상기 탱크와 연결되는 상기 주배관의 일단과, 상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점의 높이 차이(B)의 비가 2:1 내지 3:1로 조절된다.
도 2에 도시된 본 명세서에 따른 전극 슬러리 제공 장치(1)에서, A:B의 비율을 확인하면, A1:B1, A2:B2, A3:B3 및 A4:B4는 각각 2:1 내지 3:1이다.
상기 A1:B1은 중력 방향과 수직인 면 상에서, 상기 탱크(10)와 연결되는 상기 주배관(20)의 일단과, 상기 제1 분개 배관(30')과 상기 주배관(20)이 연결되는 지점의 거리(A1)와, 중력 방향으로, 상기 탱크(10)와 연결되는 상기 주배관(20)의 일단과, 상기 제1 분개 배관(30')과 상기 주배관(20)이 연결되는 지점의 높이 차이(B1)의 비이다.
상기 A2:B2은 중력 방향과 수직인 면 상에서, 상기 탱크(10)와 연결되는 상기 주배관(20)의 일단과, 상기 제2 분개 배관(30”)과 상기 주배관(20)이 연결되는 지점의 거리(A2)와, 중력 방향으로, 상기 탱크(10)와 연결되는 상기 주배관(20)의 일단과, 상기 제2 분개 배관(30”)과 상기 주배관(20)이 연결되는 지점의 높이 차이(B2)의 비이다.
상기 A3:B3은 중력 방향과 수직인 면 상에서, 상기 탱크(10)와 연결되는 상기 주배관(20)의 일단과, 상기 제3 분개 배관(30”')과 상기 주배관(20)이 연결되는 지점의 거리(A3)와, 중력 방향으로, 상기 탱크(10)와 연결되는 상기 주배관(20)의 일단과, 상기 제3 분개 배관(30”')과 상기 주배관(20)이 연결되는 지점의 높이 차이(B3)의 비이다.
상기 A4:B4은 중력 방향과 수직인 면 상에서, 상기 탱크(10)와 연결되는 상기 주배관(20)의 일단과, 상기 제4 분개 배관(30””)과 상기 주배관(20)이 연결되는 지점의 거리(A4)와, 중력 방향으로, 상기 탱크(10)와 연결되는 상기 주배관(20)의 일단과, 상기 제4 분개 배관(30””)과 상기 주배관(20)이 연결되는 지점의 높이 차이(B4)의 비이다.
분개 배관(30)은 적어도 하나가 주배관(20)의 측면부에 연결될 수 있다. 구체적으로는 분개 배관(30)은 2 이상으로 구비될 수 있으며, 3 이상으로 구비될 수 있고, 2 이상 10 이하로 구비될 수 있다. 종래보다 액의 물성과 상관없이 균일한 유량을 공급할 수 있기 때문에, 종래보다 하나의 탱크에서 균일한 유량으로 공급가능한 분개 배관의 수가 증가한다.
본 명세서의 또 다른 실시상태는 상술한 전극 슬러리 제공 장치로부터 제공받은 전극 슬러리를 토출하는 코팅 장치를 제공한다. 상술한 전극 슬러리 제공 장치로부터 제공받은 전극 슬러리를 토출하여 기재 상에 코팅할 수 있다면, 상기 코팅 장치의 종류 및 형태는 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 콤마 코터, 스핀 코터, 슬롯 다이 코터 등일 수 있다.
이때, 상기 코팅 장치는 전극 슬러리 제공 장치 중 하나의 분개 배관 당 하나의 코팅 장치에 연결될 수 있으며, 각각의 분개 배관에 연결된 코팅 장치는 서로 상이하거나 동일하다.
본 명세서의 또 다른 실시상태는 상술한 전극 슬러리 제공 장치로부터 제공받은 전극 슬러리를 토출하는 다이 코터를 제공한다. 상기 다이 코터는 2 이상의 다이와, 상기 다이 사이에 상기 전극 슬러리가 토출될 수 있도록 구비된 심을 포함한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 전극 슬러리 제공 장치
10: 탱크
20: 주배관
21: 연결관
23: 직선관
30: 분개 배관
30': 제1 분개 배관
30”: 제2 분개 배관
30”': 제3 분개 배관
30””: 제4 분개 배관

Claims (7)

  1. 전극 슬러리를 수용하는 탱크;
    상기 탱크와 일단이 연결되는 주배관; 및
    상기 주배관으로부터 유입된 상기 전극 슬러리를 토출하도록 구비된 2 이상의 분개 배관을 포함하되,
    상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점이 상기 탱크로부터 멀리 위치할수록, 상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점이 점차적으로 낮아지는 것인 전극 슬러리 제공 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점에 각각 위치되는 2 이상의 펌프를 포함하는 것인 전극 슬러리 제공 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 중력 방향과 수직인 면 상에서, 상기 탱크와 연결되는 상기 주배관의 일단과, 상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점의 거리(A)와,
    중력 방향으로, 상기 탱크와 연결되는 상기 주배관의 일단과, 상기 분개 배관과 상기 주배관이 연결되는 지점의 높이 차이(B)의 비는 2:1 내지 3:1인 것인 전극 슬러리 제공 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 주배관은 상기 탱크와 연결되는 연결관, 및 상기 연결관과 결합되고 상기 2 이상의 분개 배관과 연결되는 직선관을 포함하는 것인 전극 슬러리 제공 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 중력 방향과 수직인 면과 상기 직선관의 중심축이 이루는 각은 5도 이상 25도 이하인 것인 전극 슬러리 제공 장치.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항의 전극 슬러리 제공 장치로부터 제공받은 전극 슬러리를 토출하는 코팅 장치.
  7. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항의 전극 슬러리 제공 장치로부터 제공받은 전극 슬러리를 토출하는 다이 코터.
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