JP7801346B2 - 電極コーティング装置及び電極コーティング方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０２１年１１月１２日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２１－０１５６０４０号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。

本発明は、電極コーティング装置及び電極コーティング方法に関し、より詳細には、スラリーの全体の厚さを均一に揃えることのできる電極コーティング装置及び電極コーティング方法に関する。

最近のモバイル機器に対する技術の開発とニーズの増加には目を見張るものがあり、これに伴い、エネルギー源としての二次電池へのニーズが急激に伸びており、このような二次電池は、発電要素である電極組立体を必須的に含んでいる。

電極組立体は、正極、セパレーター及び負極が少なくとも１回以上積層された形態を有し、電極、すなわち、正極と負極は、それぞれアルミニウム箔と銅箔からなる集電体に正極活物質スラリーと負極活物質スラリー、すなわち、電極スラリーが塗布及び乾燥されて製造される。

図１は、従来の電極コーティング装置によりスラリーが基材に塗布された様子を示す図である。ここで、基材は、集電体である。

図１を参照すると、スラリー２が基材１に塗布される場合、表面張力などによりスラリー２の端部に上側方向に突出部３が形成される。このように、スラリーの端部に突出部３が形成されれば、スラリーの全体の厚さにムラが生じて巻き取り過程において工程性が低下し、出来上がったバッテリーセルの安定性を低下させるという問題がある。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、基材に塗布されたスラリーの端部に形成された突出部を除去してスラリーの全体の厚さを均一に揃える電極コーティング装置及び電極コーティング方法を提供することである。

本発明の一実施形態によれば、基材にスラリーを塗布するスロットダイコーターと、前記スラリーと接触して前記スラリーの端部に形成された突出部を整えるように前記スラリーにエッジ調整物質を提供するエッジ調整物質提供手段と、を含む電極コーティング装置が提供される。

また、前記スラリーは、複数で提供され、前記エッジ調整物質は、複数のスラリーの間に提供されてもよい。

さらに、前記エッジ調整物質は、表面張力差により前記スラリーを引っ張るように設けられてもよい。

さらにまた、前記エッジ調整物質は、前記スラリーと同じ溶媒を用い、前記エッジ調整物質の表面張力が前記スラリーの表面張力よりもさらに大きく設けられてもよい。

さらにまた、前記エッジ調整物質は、乾燥後の脱離を防ぐために予め設定された範囲の接着力を有するバインダー系の材料を含んでいてもよい。

さらにまた、前記エッジ調整物質は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）系、ポリオレフィン系、ポリイミド系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅｆｌｕｏｒｉｄｅ）系、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ：Ｓｔｙｒｅｎｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）系、セラミック系及びシリコン系の物質のうちの少なくとも１種を含んでいてもよい。

さらにまた、前記スロットダイコーターは、少なくとも２つのダイブロックと、前記少なくとも２つのダイブロックの間に配備され吐出口と連通されたスロットを形成するシムプレートと、前記少なくとも２つのダイブロックのうちの少なくとも一方に形成され前記スラリーを収容するマニホールドと、を含み、前記エッジ調整物質提供手段はシムプレートに形成されてもよい。

さらにまた、前記エッジ調整物質提供手段は、シムプレートの少なくとも一方の側に形成された流路として設けられ、前記エッジ調整物質は、前記シムプレートに形成された前記流路を介して前記スラリーに吐き出されてもよい。

さらにまた、前記シムプレートは、歯を含み、前記流路は、前記シムプレートの歯の一方の側に直線状の溝として設けられてもよい。

さらにまた、前記エッジ調整物質提供手段は、前記スロットダイコーターとは別途に設けられて前記スロットダイコーターの上側または下側に配置され、前記基材に向かって前記エッジ調整物質を吐き出すように設けられるエッジ調整物質コーターであってもよい。

一方、本発明の他の態様によれば、基材にスラリーを塗布するステップと、前記スラリーと接触して前記スラリーのエッジに形成された突出部を整えるエッジ調整物質をスラリーに提供するステップと、を含む電極コーティング方法が提供される。

また、前記スラリーは、複数で提供され、前記エッジ調整物質は、複数の前記スラリーの間に提供されるステップを含んでいてもよい。

本発明の実施形態は、基材に塗布されたスラリーにエッジ調整物質を提供してスラリーの端部に形成された突出部を除去してスラリーの全体の厚さを均一に揃えることができるという効果がある。

従来の電極コーティング装置によりスラリーが基材に塗布された様子を示す図である。 本発明の一実施形態による電極コーティング装置または電極コーティング方法によりスラリーの間にエッジ調整物質が提供されてスラリーの端部の突出部が除去され、スラリーの全体の厚さが均一に揃えられる過程を示す図である。 本発明の一実施形態による電極コーティング装置または電極コーティング方法によりスラリーの間にエッジ調整物質が提供されてスラリーの端部の突出部が除去され、スラリーの全体の厚さが均一に揃えられる過程を示す図である。 本発明の一実施形態による電極コーティング装置の断面図である。 本発明の一実施形態による電極コーティング装置の分解斜視図である。 図５のシムプレートの正面図である。 図５のシムプレートの平面図である。 本発明の他の実施形態による電極コーティング装置の断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による電極コーティング装置の断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

図中、各構成要素またはその構成要素をなす特定の部分の大きさは、説明のしやすさ及び明確性のためにやや誇張して表現されたり、省略されたり、概略的に示されたりしている。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを全的に反映するものではない。関連する公知の機能もしくは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を余計に曖昧にする虞があると認められる場合にはその詳細な説明を省略する。

本明細書において用いられる「結合」または「接続」という用語は、ある一つの部材と他の部材とが直接的に結合されたり直接的に接続されたりする場合だけではなく、ある一つの部材が継ぎ部材を介して他の部材に間接的に結合されたり間接的に接続されたりする場合も含む。

図２及び図３は、本発明の一実施形態による電極コーティング装置または電極コーティング方法によりスラリーの間にエッジ調整物質が提供されてスラリーの端部の突出部が除去され、スラリーの全体の厚さが均一に揃えられる過程を示す図であり、図４は、本発明の一実施形態による電極コーティング装置の断面図であり、図５は、本発明の一実施形態による電極コーティング装置の分解斜視図であり、図６は、図５のシムプレートの正面図であり、図７は、図５のシムプレートの平面図であり、図８は、本発明の他の実施形態による電極コーティング装置の断面図であり、図９は、本発明のさらに他の実施形態による電極コーティング装置の断面図である。

本明細書において、基材３００は集電体であり、スラリー４００は電極活物質スラリーを意味する。

添付図面を参照すると、本発明の一実施形態による電極コーティング装置は、スロットダイコーター１００とエッジ調整物質提供手段２００を含む。

スロットダイコーター１００は、吐出口１５０を介してスラリー４００を基材３００の上に吐き出して塗布するように設けられ、これにより、基材３００をコーティングするように設けられる。

図４及び図５を参照すると、スロットダイコーター１００は、ダイブロック１１０、１２０と、シムプレート（シム板）１３０と、マニホールド１４０と、を含む。

ダイブロック１１０、１２０は２つ以上であってもよく、図４及び図５でのように、下ダイブロック１１０と上ダイブロック１２０の２つで設けられてもよい。

下ダイブロック１１０と上ダイブロック１２０との間にはシムプレート１３０が配備され、これにより、スロット１３２が形成される。すなわち、スロット１３２は、下ダイブロック１１０と上ダイブロック１２０とが互いに対面する個所の間に形成されるが、下ダイブロック１１０と上ダイブロック１２０との間にシムプレート１３０が介在してこれらの間に隙間が設けられ、これにより、スラリー４００が流動可能な通路に相当するスロット１３２が形成されてもよい。

下ダイブロック１１０は下部に配置され、上ダイブロック１２０は下ダイブロック１１０の上側に配置される。下ダイブロック１１０と上ダイブロック１２０は、基材３００に向かってスラリー４００が吐き出されるように吐出口１５０が基材３００を向く方向に配設される。なお、ダイブロック１１０、１２０のうちのどちらか一方には、所定の深さを有し、スロット１３２と連通されるマニホールド１４０が配備される。

下ダイブロック１１０と上ダイブロック１２０の前方には、回転自在に設けられるコーティングロール６００が配置されるが、コーティングロール６００が回転するとき、基材３００がコーティングロール６００に沿って走行すると、下ダイブロック１１０と上ダイブロック１２０との間の吐出口１５０を介してスラリー４００が基材３００に塗布されながら、基材３００がコーティングされる。

シムプレート１３０は、少なくとも２つのダイブロック１１０、１２０の間、例えば、下ダイブロック１１０と上ダイブロック１２０との間に配備され、吐出口１５０と連通されたスロット１３２を形成する。

ここで、スラリー４００が外部に吐き出される吐出口１５０は、下ダイブロック１１０の先端部である下ダイリップ１１１と、上ダイブロック１２０の先端部である上ダイリップ１２１との間に形成される。吐出口１５０は、ダイリップ同士が離れて形成されてもよい。

また、シムプレート１３０は、吐出口１５０が形成される領域を除いて、下ダイブロック１１０と上ダイブロック１２０との間の隙間にスラリー４００が漏れ出ないようにするガスケット（ｇａｓｋｅｔ）としての機能を兼ねるように密封性を有する材質から作製されてもよい。

ここで、シムプレート１３０には、後述するエッジ調整物質提供手段２００が形成されてもよい。

マニホールド１４０は、少なくとも２つのダイブロック１１０、１２０のうちの少なくとも一方に形成され、スラリー４００を収容するように設けられる。すなわち、マニホールド１４０は、下ダイブロック１１０に形成されてもよく、または上ダイブロック１２０に形成されてもよい。

マニホールド１４０は、外部に配設された供給チャンバー（図示せず）と供給管（図示せず）に連結されてスラリー４００を供給される。マニホールド１４０内にスラリー４００がいっぱいに満たされると、スラリー４００がスロット１３２に沿って流れが誘導され、吐出口１５０を介して外部に吐き出される。

エッジ調整物質提供手段２００は、スラリー４００と接触してスラリー４００の端部に形成された突出部４１０を整えるようにスラリー４００にエッジ調整物質５００を提供する。

ここで、エッジ調整物質５００は、表面張力差によりスラリー４００を引っ張るように設けられる物質を意味する。例えば、エッジ調整物質５００は、スラリー４００と同じ溶媒を用いる。なお、エッジ調整物質５００は、エッジ調整物質５００の表面張力がスラリー４００の表面張力よりもさらに大きく設けられる各種の物質を含んでいてもよい。

エッジ調整物質５００は、乾燥後の脱離を防ぐために予め設定された範囲の接着力を有するバインダー系の材料を含んでいてもよい。

具体例として、エッジ調整物質５００は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）系、ポリオレフィン系、ポリイミド系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ：Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）系、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ：Ｓｔｙｒｅｎｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ）系、セラミック系及びシリコン系の物質のうちの少なくとも１種を含んでいてもよい。

図２を参照すると、複数のスラリー４００の間にエッジ調整物質５００が提供され、エッジ調整物質５００が複数のスラリー４００のそれぞれの端部に接触される。

また、図３を参照すると、エッジ調整物質５００の表面張力がスラリー４００の表面張力よりもさらに大きいため、エッジ調整物質５００とスラリー４００との間の表面張力差による力が働いて、エッジ調整物質５００がＷ字状に変わり、スラリー４００の両側端部の上側の突出部４１０は、エッジ調整物質５００により引っ張られて除去される。そして、スラリー４００の全体の厚さが均一に揃えられる。

ここで、エッジ調整物質５００をスラリー４００に提供する装置としては、種々のものが採用可能である。例えば、１つの実施形態として、エッジ調整物質提供手段２００は、シムプレート１３０の少なくとも一方の側に形成された流路２００ａ（図５参照）として設けられてもよい。すなわち、基材３００にスラリー４００を提供するスロットダイコーター１００においてエッジ調整物質５００もまた一緒に提供するように設けられる。

ここで、エッジ調整物質５００は、上ダイブロック１２０に形成された貫通孔７００を介して流路２００ａに供給されてもよい。

また、エッジ調整物質５００は、シムプレート１３０に形成された流路２００ａを介してスラリー４００に提供されてもよい。すなわち、エッジ調整物質５００は、スラリー４００に接触するように基材に吐き出されてもよい。

図５から図７を参照すると、シムプレート１３０は、歯１３１を含み、流路２００ａは、シムプレート１３０の歯１３１の一方の側に直線状の溝として設けられてもよい。ここで、歯１３１は、中心部１３１ｂと両側端部１３１ａ、１３１ｃに設けられてもよく、エッジ調整物質５００が移動する流路２００ａは、歯１３１の中心部１３１ｂと歯１３１の両側端部１３１ａ、１３１ｃのうちの少なくとも１つに形成されてもよい。

図２及び図３でのように、スラリー４００は、複数で提供され、エッジ調整物質５００は、複数のスラリー４００の間に提供されるように設けられてもよい。例えば、エッジ調整物質５００が図５の歯１３１の中心部１３１ｂを介して提供されれば、複数のスラリー４００の間に提供されてもよい。

但し、本発明はこれに必ずしも限定されるとは限らず、エッジ調整物質５００が図５の歯１３１の両側端部１３１ａ、１３１ｃを介して提供されて１つのスラリー４００にのみ接触するように設けられてもよい。

前述したように、１つのスロットダイコーター１００を介してスラリー４００とエッジ調整物質５００が提供されてもよく、あるいは、他の実施形態として、スロットダイコーター１００とエッジ調整物質５００がそれぞれ別々に設けられてスラリー４００とエッジ調整物質５００がそれぞれ別々に提供されてもよい。

図８を参照すると、エッジ調整物質提供手段２００は、エッジ調整物質コーター２００ｂであってもよく、エッジ調整物質コーター２００ｂは、スロットダイコーター１００とは別途に設けられてスロットダイコーター１００の下側に配置される。ここで、エッジ調整物質５００がスラリー４００よりも先に基材３００に向かって吐き出される。

図９を参照すると、エッジ調整物質提供手段２００もまた、エッジ調整物質コーター２００ｂであってもよく、エッジ調整物質コーター２００ｂは、スロットダイコーター１００とは別途に設けられてスロットダイコーター１００の上側に配置される。ここで、スラリー４００が先に基材３００に向かって吐き出された後、エッジ調整物質５００がスラリー４００よりも遅くスラリー４００に接触するように基材３００に向かって吐き出される。

図８及び図９において、エッジ調整物質コーター２００ｂは、スラリー４００を吐き出すスロットダイコーター１００とその原理が共通するため、これについての詳しい説明は、スロットダイコーター１００の説明に置き換える。

また、スラリー４００の間にエッジ調整物質５００を提供できる限り、他の色々な装置がさらに含まれ得る。

一方、エッジ調整物質５００は、電極を製造する過程において自然に切断されて除去されてもよい。あるいは、エッジ調整物質５００に電極を形成する物質が含まれているため、除去しなくても構わない。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による電極コーティング装置の作用及び効果について説明する。

図５から図７を参照すると、エッジ調整物質提供手段２００は、スロットダイコーター１００のシムプレート１３０に形成された流路２００ａとして設けられてもよく、シムプレート１３０に形成された流路２００ａを介してエッジ調整物質５００がスラリー４００と接触するように基材３００に提供される。

一方、他の実施形態として、図８を参照すると、エッジ調整物質提供手段２００がスロットダイコーター１００とは別途に設けられてスロットダイコーター１００の下側に配置されてエッジ調整物質５００が提供され、さらに他の実施形態として、図９を参照すると、エッジ調整物質提供手段２００がスロットダイコーター１００とは別途に設けられてスロットダイコーター１００の上側に配置されてエッジ調整物質５００が提供される。

ここで、スラリー４００に提供されるエッジ調整物質５００は、スラリー４００と溶媒は同じであるものの、スラリー４００の表面張力よりもさらに大きな表面張力を有するため、スラリー４００に接触してスラリー４００の引っ張り、これにより、スラリー４００の端部に形成された突出部４１０を除去してスラリー４００の全体の厚さを均一に揃える。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による電極コーティング方法の作用及び効果について説明する。但し、前述した本発明の一実施形態による電極コーティング装置において説明した部分と共通する説明は、前述した説明に置き換える。

また、本発明の一実施形態による電極コーティング方法において説明した内容のうち、前述した本発明の一実施形態による電極コーティング装置においても適用可能な内容は、前述した本発明の一実施形態による電極コーティング装置にも適用される。

エッジ調整物質５００をスラリー４００に提供する方法としては、種々の方法が採用可能である。装置を用いてもよく、ユーザーが自らエッジ調整物質５００をスラリー４００に提供してもよい。

電極コーティング方法は、基材３００にスラリー４００を塗布し、スラリー４００と接触してスラリー４００のエッジに形成された突出部４１０を整えるエッジ調整物質５００をスラリー４００に提供する。ここで、スラリー４００とエッジ調整物質５００の塗布順序は逆になっても構わない。すなわち、スラリー４００を基材３００に先に吐き出した後、エッジ調整物質５００がスラリー４００に接触するようにエッジ調整物質５００を基材３００に提供してもよく、あるいは、エッジ調整物質５００を基材３００に先に提供した後、スラリー４００がエッジ調整物質５００に接触するようにスラリー４００を基材３００に吐き出してもよく、あるいは、スラリー４００とエッジ調整物質５００を同時に基材３００に吐き出してもよい。

ここで、スラリー４００は、複数で提供され、エッジ調整物質５００は、複数のスラリー４００の間に提供されるように設けられてもよい。

以上、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で様々な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

本発明は、二次電池の電極コーティング装置及び電極コーティング方法に関し、特に、二次電池と関わる産業に利用可能である。

Claims (8)

1. 基材にスラリーを塗布するスロットダイコーターと、
   前記スラリーと接触して前記スラリーの端部に形成された突出部を整えるように前記スラリーにエッジ調整物質を提供するエッジ調整物質提供手段と、
   を含み、
   前記エッジ調整物質の表面張力が前記スラリーの表面張力よりも大きく、前記エッジ調整物質は、表面張力差により前記スラリーを引っ張り、
   前記スラリーが前記基材に先に吐き出された後に前記エッジ調整物質が前記基材に提供される、電極コーティング装置。
2. 前記スラリーは、複数で提供され、
   前記エッジ調整物質は、複数のスラリーの間に提供される、請求項１に記載の電極コーティング装置。
3. 前記エッジ調整物質は、前記スラリーと同じ溶媒を用いる、請求項１に記載の電極コーティング装置。
4. 前記エッジ調整物質は、乾燥後の脱離を防ぐために予め設定された範囲の接着力を有するバインダー系の材料を含む、請求項３に記載の電極コーティング装置。
5. 前記エッジ調整物質は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系、ポリオレフィン系、ポリイミド系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）系、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）系、セラミック系及びシリコン系の物質のうちの少なくとも１種を含む、請求項４に記載の電極コーティング装置。
6. 前記エッジ調整物質提供手段は、前記スロットダイコーターとは別途に設けられて前記スロットダイコーターの上側または下側に配置され、前記基材に向かって前記エッジ調整物質を吐き出すエッジ調整物質コーターである、請求項１に記載の電極コーティング装置。
7. 基材にスラリーを塗布するステップと、
   前記スラリーと接触して前記スラリーのエッジに形成された突出部を整えるエッジ調整物質をスラリーに提供するステップと、
   を含み、
   前記エッジ調整物質の表面張力が前記スラリーの表面張力よりも大きく、前記エッジ調整物質は、表面張力差により前記スラリーを引っ張り、
   前記スラリーが前記基材に先に吐き出された後に前記エッジ調整物質が前記基材に提供される、電極コーティング方法。
8. 前記スラリーは、複数で提供され、
   前記エッジ調整物質は、複数のスラリーの間に提供される、請求項７に記載の電極コーティング方法。