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KR-102961323-B1 - ELECTRODE COATING DEVICE AND ELECTRODE COATING METHOD USING THE SAME

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Abstract

본 발명은 전극 집전체를 주행시키는 롤러; 상기 롤러 인근에 위치하여 상기 전극 집전체 일면에 대해 활물질을 공급하는 슬러리 분사 유닛; 상기 슬러리 분사 유닛의 일측에 위치하며, 음압을 형성하는 제1 챔버; 상기 슬러리 분사 유닛과 상기 제1 챔버 사이에 위치하되, 일정 영역은 상기 제1 챔버 하측에 위치하는 제2 챔버; 및 상기 제1 챔버에 음압을 형성시키기 위한 감압 부재;를 포함하고, 상기 제1 챔버 내부에는 하나 이상의 격벽이 구비된 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치 및 이를 이용한 전극 코팅 방법에 관한 것이다.

Inventors

  • 신동욱
  • 남문우
  • 위경진

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20231214

Claims (15)

  1. 전극 집전체를 주행시키는 롤러; 상기 롤러 인근에 위치하여 상기 전극 집전체 일면에 대해 활물질을 공급하는 슬러리 분사 유닛; 상기 슬러리 분사 유닛의 일측에 위치하며, 음압을 형성하는 제1 챔버; 상기 슬러리 분사 유닛과 상기 제1 챔버 사이에 위치하되, 일정 영역은 상기 제1 챔버 하측에 위치하는 제2 챔버; 및 상기 제1 챔버에 음압을 형성시키기 위한 감압 부재;를 포함하고, 상기 제1 챔버는, 제1 플레이트, 상기 제1 플레이트 전면 가장자리에서 상부를 향해 연장된 제2 플레이트, 상기 제1 플레이트 후면 가장자리에서 상부를 향해 연장된 제3 플레이트, 상기 제1 플레이트 양 측면 가장자리에서 상부를 향해 연장된 한 쌍의 제4 플레이트, 및 상기 제2 플레이트와 상기 한 쌍의 제4 플레이트를 연결하는 제5 플레이트를 포함하고, 상기 제1 챔버 내부에는 상기 제1 챔버의 내부 공간을 상기 롤러의 축 방향을 따라 적어도 두개 이상의 공간부로 분리시키는 하나 이상의 격벽이 구비되되, 상기 격벽의 전면은 상기 제2 플레이트와 일정 간격 이격된 상태인 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 챔버는 상기 슬러리 분사 유닛으로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 구비되되, 상기 제2 챔버는 상기 슬러리 분사 유닛의 일측면과 맞닿도록 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 플레이트에는 상기 감압 부재와 연통되는 복수개의 배기관이 구비된 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 격벽은 상기 제1 플레이트에 고정된 2개 이상으로 이루어지며, 상기 배기관은 상기 격벽과 중첩되지 않도록 상기 격벽과 격벽 사이, 및/또는 격벽과 상기 제4 플레이트 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 격벽의 상단부는 상기 제5 플레이트와 일정 간격 이격된 상태인 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  6. 삭제
  7. 제3항에 있어서, 상기 제5 플레이트는, 상기 제2 플레이트와 상기 한 쌍의 제4 플레이트를 연결하는 제5a 플레이트 및 상기 제5a 플레이트에 연결되어, 전방 또는 후방으로 이동 가능하게 구비되는 제5b 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 챔버는 상부가 개방된 박스형 구조이되, 바닥에는 활물질을 배출시키기 위한 배출관이 구비된 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 챔버는 제2a 챔버와 제2b 챔버를 포함하되, 바닥면이 경사져 있는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 배출관은 제2a 챔버에 구비된 제2a 배출관 및 상기 제2b 챔버에 구비된 제2b 배출관으로 구성되며, 상기 제2a 배출관과 제2b 배출관은 각각 제2a 챔버와 제2b 챔버 바닥면의 가장 낮은 곳에 구비되는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  11. 제3항에 있어서, 상기 롤러 인근에 위치하여 상기 슬러리 분사 유닛을 통과한 전극 집전체의 일면을 촬영하는 촬영부; 및 상기 촬영부로부터 수신된 정보를 통해 상기 제1 챔버의 음압을 조절하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 감압 부재는 음압을 발생시키는 흡입 부재, 및 상기 흡입 부재와 상기 배기관 사이에 구비된 밸브를 포함하고, 상기 제어부는 상기 흡입 부재의 출력 및 밸브의 개폐 각도 중 어느 하나 이상을 조절하는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  13. 제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 전극 코팅 장치를 이용하여 전극 집전체를 코팅하는 방법에 있어서, (S1) 상기 제1 챔버에 일정 수준의 음압을 형성시키는 단계; (S2) 상기 전극 집전체 일면에 대해 활물질을 분사하여 코팅층을 형성시키는 단계; (S3) 상기 전극 집전체에 형성된 코팅층을 촬영부를 통해 촬영하는 단계; 및 (S4) 상기 촬영부로부터 전송된 정보를 제어부로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 방법.
  14. 제13항에 있어서, (S5) 상기 촬영부로부터 전송된 정보를 통해 상기 제1 챔버의 음압을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 (S5) 단계의 정보는 상기 코팅층을 형성하는 경사부 정보인 것을 특징으로 하는 전극 코팅 방법.

Description

전극 코팅 장치 및 이를 이용한 전극 코팅 방법{ELECTRODE COATING DEVICE AND ELECTRODE COATING METHOD USING THE SAME} 본 발명은 전극 코팅 장치 및 이를 이용한 전극 코팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 집전체에 활물질을 도포하여 코팅층을 형성하는 전극 코팅 장치 및 이를 이용한 전극 코팅 방법에 관한 것이다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지는 다양한 모바일 기기의 에너지원으로 사용되고 있다. 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로도 주목받고 있다. 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 또는 각형 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 이차전지의 양극과 음극을 만드는 전극 공정은 원재료를 혼합하는 믹싱 공정, 혼합된 슬러리를 전극 집전체에 도포하고 건조하는 코팅 공정, 두 개의 롤 사이로 전극을 통과시켜 슬러리를 편평하게 펴주면서 가압하는 과정인 압연 공정을 포함한다. 특히, 코팅 공정은 활물질이 포함된 슬러리를 전극 집전체에 도포하고 건조하여 전극을 형성하는 과정으로, 배터리의 전기화학적 특성 및 성능에 매우 중요한 역할을 한다. 도 1은 종래 기술에 따른 전극 코팅 장치를 이용하여 전극 집전체에 슬러리를 도포하는 모습을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 전극(10)을 제조하기 위하여, 전극 집전체(11) 일면을 향해 슬러리 분사 유닛(20)으로부터 슬러리가 분사되어 코팅층(12)이 형성된다. 그러나, 전극 집전체(11)로의 코팅층(12)이 일정 간격 이격되도록 형성되는, 소위 패턴 코팅이 진행될 시, 각 코팅층(12) 끝단에는 슬러리의 점도와 표면장력 등으로 인해 평탄부(12a)외측으로는 경사부(12b)가 생성된다. 이러한 경사부(12b)는 후공정에서의 탭 융착시 불량으로 인한 고저항 및 탭 탈락 등과 같은 전지 성능에 영향을 준다. 도 1은 종래 기술에 따른 전극 코팅 장치를 이용하여 전극 집전체에 슬러리를 도포하는 모습을 설명하기 위한 도면이다 도 2는 본 발명에 따른 전극 코팅 장치를 설명하기 위한 모식도이다. 도 3은 본 발명에 따른 전극 코팅 장치에서 롤러, 슬러리 분사 유닛, 제1 챔버 및 제2 챔버가 결합된 모습의 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시한 전극 코팅 장치를 타측 방향에서 바라본 사시도이다. 도 5는 도 3에 도시한 전극 코팅 장치의 분해 사시도이다. 도 6은 도 3에 도시한 전극 코팅 장치를 일측에서 바라본 도면이다. 도 7는 도 3에 도시한 전극 코팅 장치를 전방에서 바라본 도면이다. 도 8은 본 발명에 따른 전극 코팅 장치에서 슬러리 분사 유닛, 제1 챔버 및 제2 챔버가 결합된 모습의 사시도이다. 도 9는 본 발명에 따른 전극 코팅 장치에서 제1 챔버와 제2 챔버가 결합된 모습의 사시도이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 도면에서 전방은 슬러리 분사 유닛(200)이 제1 챔버(300)를 향하는 방향(도 2 기준, 3시 방향)이고, 후방은 제1 챔버(300)가 슬러리 분사 유닛(200)을 향하는 방향(도 2 기준, 9시 방향)을 의미한다. 이하에서는, 본 발명에 따른 전극 코팅 장치에 대해 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 전극 코팅 장치를 설명하기 위한 모식도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전극 코팅 장치에서 롤러, 슬러리 분사 유닛, 제1 챔버 및 제2 챔버가 결합된 모습의 사시도이다. 또 도 4는 도 3에 도시한 전극 코팅 장치를 타측 방향에서 바라본 사시도이며, 도 5는 도 3에 도시한 전극 코팅 장치의 분해 사시도이다. 도 2 내지 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 전극 코팅 장치는 전극 집전체(11)에 코팅층(12)을 형성하여 전극(10)을 제조하기 위한 장치로서, 롤러(100), 슬러리 분사 유닛(200), 제1 챔버(300), 제2 챔버(400), 감압 부재(500), 촬영부(600), 및 제어부(700)를 포함하여 구성된다. 먼저 전극(10)은 양극 또는 음극일 수 있는데, 이들 양극과 음극은 전극 집전체(11), 전극 집전체(11)의 일면에 구비되는 코팅층(12)을 포함하여 구성된다. 한편 양극을 구성하는 양극 집전체는 주로 알루미늄 소재 등으로 이루어지며, 이러한 양극 집전체에는 양극 활물질과 바인더가 혼합된 슬러리가 도포된다. 양극 활물질로는 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 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, LiFe3O4, 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 ~ 0.1임) 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 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 또 음극을 구성하는 음극 집전체는 주로 구리 소재 등으로 이루어지며, 이러한 음극 집전체에는 음극 활물질과 바인더가 혼합된 슬러리가 도포된다. 음극 활물질로는 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료; Si, SiO, SiO2 단독 또는 이들의 혼합물인 Si계 등을 사용할 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 전술한 양극 집전체와 음극 집전체 각각에는 활물질이 도포된 유지부와 활물질이 도포되지 않은 무지부가 있는데, 무지부를 노칭하여 전극을 형성시키는 것이 일반적으로 이러한 양극과 음극은 공지된 구성에 해당되므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다. 롤러(100)는 전극 집전체(11)를 주행시키도록 구비될 수 있다. 다시 말해, 롤러(100)는 전극 집전체(11)의 타면과 맞닿으며, 전극 집전체(11)가 계속해서 주행되도록 이를 지지할 수 있다. 이때 롤러(100)는 전극 집전체(11)에 활물질이 도포되어 코팅층(12)이 형성된 전극(10)을 권취하는 전극 롤러의 회전력에 의해 전극 집전체(11)가 이동되도록 주행 방향을 제공할 수 있다. 슬러리 분사 유닛(200)은 롤러(100)의 인근에 위치하여 전극 집전체(11) 일면에 대해 슬러리를 공급할 수 있다. 이러한 슬러리 분사 유닛(200)은 롤러(100)에 의해 주행되는 전극 집전체(11)의 일면에 대해 슬러리를 공급하도록 노즐부(210)를 포함할 수 있다. 노즐부(210)는 슬러리 저장탱크(미도시)로부터 공급된 슬러리를 전극 집전체(11)의 일면에 도포하여 전극 집전체(11)에 코팅층(12)을 형성할 수 있다. 여기서, 슬러리 분사 유닛(200)은 노즐부(210)를 통해 전극 집전체(11)의 일면에 대해 연속적으로 슬러리를 공급하여 연속적인 코팅층(12)을 형성할 수 있으며, 필요에 따라서는 전극 집전체(11)의 일면에 대해 간헐적으로 슬러리를 공급하여 패턴화된 코팅층(12)을 형성시키는 것도 가능하다. 이러한 노즐부(210)가 구비된 슬러리 분사 유닛(200)은 당 분야에서 공지된 구성에 해당되므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 슬러리 분사 유닛(200)의 전면(도 3 기준, 3시 방향)에는 제1 챔버(300)와 제2 챔버(400)를 지지하도록 전방으로 일정 길이 연장되는 지지 부재(220)를 더 포함할 수 있는데, 이와 관련한 자세한 설명은 후술하기로 한다. 도 6은 도 3에 도시한 전극 코팅 장치를 일측에서 바라본 도면이고, 도 7는 도 3에 도시한 전극 코팅 장치를 전방에서 바라본 도면이다. 또 도 8은 본 발명에 따른 전극 코팅 장치에서 슬러리 분사 유닛, 제1 챔버 및 제2 챔버가 결합된 모습의 사시도이며, 도 9는 본 발명에 따른 전극 코팅 장치에서 제1 챔버와 제2 챔버가 결합된 모습의 사시도이다. 도 2, 및 도 5 내지 도 9를 함께 참고하면서 설명하면, 제1 챔버(300)는 슬러리 분사 유닛(200)의