KR20230020196A - Electrode Current Collector Cleaning Device Comprising Atmospheric Pressure Plasma Module and Electrode Current Collector Cleaned Thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 대기압 플라즈마 모듈이 적용된 전극 집전체 세정 장치 및 이러한 세정 장치를 거쳐 세정된 전극 집전체에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode current collector cleaning device to which an atmospheric pressure plasma module is applied and an electrode current collector cleaned through the cleaning device.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing. Among these secondary batteries, lithium secondary batteries having high energy density and operating potential, long cycle life, and low self-discharge rate have been commercialized and widely used.
최근에는 전기 자동차와 같은 중대형 디바이스의 전원으로서 리튬 이차전지가 이용됨에 따라 리튬 이차전지의 고용량, 고에너지 밀도, 및 저비용화가 더욱 요구되고 있다. 이러한 고성능 이차전지를 제조하기 위해서는, 신규 조성의 활물질 개발 뿐만 아니라 전극 집전체의 불량을 억제하는 것도 중요한 기술 개발 포인트이다. Recently, as lithium secondary batteries are used as a power source for medium- or large-sized devices such as electric vehicles, high capacity, high energy density, and low cost of lithium secondary batteries are further required. In order to manufacture such a high-performance secondary battery, it is an important technology development point not only to develop an active material of a new composition but also to suppress defects in an electrode current collector.
전극 집전체로는 알루미늄 박막 혹은 구리 박막이 사용된다. 예를 들어, 알루미늄 박막은 제조 과정에서 박막의 표면에 오일 성분의 불순물이 잔류하는 문제가 있다. 이러한 불순물들을 제거하기 위해서, 기존에는 알루미늄 박막의 표면을 직접 닦아내는 과정을 거치기도 한다. 그러나, 이러한 직접 세정 방식에 의할 경우에는, 세정 롤러 혹은 세정 브러쉬에 의한 2차 오염이 발생할 수 있고, 세정 과정에서 세정 롤러 혹은 세정 브러쉬와의 마찰에 의해 핀홀 내지 크랙이 유발되는 문제가 있다. An aluminum thin film or a copper thin film is used as the electrode current collector. For example, an aluminum thin film has a problem in that impurities of an oil component remain on the surface of the thin film during the manufacturing process. In order to remove these impurities, conventionally, a process of directly wiping the surface of the aluminum thin film is performed. However, in the case of this direct cleaning method, secondary contamination may occur due to the cleaning roller or cleaning brush, and pinholes or cracks may be caused by friction with the cleaning roller or cleaning brush during the cleaning process.
도 1은 종래의 전극 집전체 세정 장치를 도시한 모식도이다. 도 1을 참조하면, 공급된 집전체 시트(11)는 다수의 이송 롤러들(21, 22, 23, 24, 25)을 거쳐 전극 슬러리 토출 다이(40) 아래로 이송된다. 전극 슬러리 토출 다이(40)에서 토출된 전극 슬러리는 집전체 시트(11) 상에 코팅된 후 건조 과정을 거쳐 전극 합제층(41)을 형성하게 된다. 집전체 시트(11)가 이송되는 과정에서, 세정 과정을 거치게 된다. 구체적으로는, 제1 와이퍼 롤러(31)에는 부직포 와이퍼(33)가 권취된 상태이다. 제1 와이퍼 롤러(31)는 회전하는 구조이고, 제1 와이퍼 롤러(31)에 권취된 부직포 와이퍼(33)가 집전체 시트(11)의 표면을 닦아내게 된다. 집전체 시트(11) 표면을 닦아낸 부직포 와이퍼(33)는 제1 와이퍼 롤러(31)에서 언와인더된 후 제2 와이퍼 롤러(32)에 다시 와인딩된다. 이 과정에서, 세정 과정에서 부직포 와이퍼(33)와 집전체 시트(11) 사이의 직접 마찰로 인해 집전체 시트(11) 표면에 핀홀이 발생하는 문제가 있으며, 사용된 부직포 와이퍼(33)는 폐기물로 남게 된다. 1 is a schematic diagram showing a conventional electrode current collector cleaning device. Referring to FIG. 1 , the supplied
따라서, 집전체 시트를 효과적으로 세정하면서도, 비접촉 방식으로 수행할 수 있는 새로운 세정 장치에 대한 필요성이 요구된다. Therefore, there is a need for a new cleaning device capable of cleaning the current collector sheet in a non-contact manner while effectively cleaning the current collector sheet.
이에, 본 발명의 목적은 상압 플라즈마 표면 처리를 통해 전극 집전체를 효과적으로 세정하는 장치 및 이러한 장치를 통해 세정된 전극 집전체를 제공하는데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a device for effectively cleaning an electrode current collector through normal pressure plasma surface treatment and an electrode current collector cleaned through the device.
상술된 문제를 해결하기 위하여, 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 집전체 세정 장치는, 집전체 시트를 이송하는 하나 이상의 이송 롤러; 및 이송 롤러를 따라 이송되는 집전체 시트의 일면 또는 양면에 플라즈마를 분사하는 대기압 플라즈마 모듈을 포함한다. 본 발명에 따른 전극 집전체 세정 장치는 이송되는 집전체 시트 상에 플라즈마 표면 처리, 특히 상압 플라즈마 표면 처리를 수행하는 것을 특징으로 한다. In order to solve the above problems, in one embodiment, an electrode current collector cleaning apparatus according to the present invention includes one or more conveying rollers for conveying a current collector sheet; and an atmospheric pressure plasma module spraying plasma to one side or both sides of the current collector sheet being transported along the transfer roller. An electrode current collector cleaning apparatus according to the present invention is characterized in that plasma surface treatment, in particular atmospheric pressure plasma surface treatment, is performed on a current collector sheet to be transported.
하나의 실시예에서, 상기 대기압 플라즈마 모듈은, 반응 가스를 이온화시켜 플라즈마를 만드는 데 필요한 전기 에너지를 공급하는 전원; 상기 전원이 연결된 전극 사이에 방전 공간이 형성되는 플라즈마 반응기; 및 상기 플라즈마 반응기에 반응 가스를 공급하는 가스 공급기를 포함한다. In one embodiment, the atmospheric pressure plasma module, a power supply for supplying electrical energy required to ionize the reactive gas to create plasma; a plasma reactor in which a discharge space is formed between electrodes to which the power is connected; and a gas supplier supplying a reactive gas to the plasma reactor.
구체적인 실시예에서, 상기 반응 가스는 산소와 아르곤 가스의 혼합물을 포함한다. In a specific embodiment, the reactant gas includes a mixture of oxygen and argon gas.
하나의 실시예에서, 본 발명에서, 대기압 플라즈마 모듈을 거치기 전 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 60° 이상이며, 대기압 플라즈마 모듈을 거친 후 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 25° 이하이다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 전극 집전체 세정 장치에 의해 세정을 거친 전극 집전체는 표면 물방울 접촉각의 변화량이 35° 이상이다. In one embodiment, in the present invention, the contact angle of water droplets on the surface of the electrode current collector before passing through the atmospheric pressure plasma module is 60 ° or more, and the contact angle of water droplets on the surface of the electrode current collector after passing through the atmospheric pressure plasma module is 25 ° or less. Specifically, the electrode current collector that has been cleaned by the electrode current collector cleaning apparatus according to the present invention has a change in the surface water droplet contact angle of 35° or more.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 대기압 플라즈마 모듈에서, 플라즈마 배출부는, MD 방향으로 이동하는 전극 집전체 상에, TD 방향으로 배치된 구조이다. In another embodiment, in the atmospheric pressure plasma module, the plasma discharge unit has a structure disposed in the TD direction on the electrode current collector moving in the MD direction.
구체적인 실시예에서, 대기압 플라즈마 모듈의 플라즈마 배출부와 집전체 표면 사이의 이격 거리는 1.5 내지 5 mm 범위이다. In a specific embodiment, the separation distance between the plasma outlet of the atmospheric pressure plasma module and the surface of the current collector is in the range of 1.5 to 5 mm.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 집전체 세정 장치는, 집전체 시트가 이송되는 방향을 기준으로, 대기압 플라즈마 모듈의 하류에 위치하며, 집전체 시트 표면의 친수화도를 검출하는 검출부를 포함한다. In one embodiment, the electrode current collector cleaning apparatus according to the present invention is located downstream of the atmospheric pressure plasma module based on the direction in which the current collector sheet is transported, and includes a detector that detects the hydrophilicity of the surface of the current collector sheet. do.
구체적인 하나의 실시예에서, 상기 집전체 시트는 알루미늄 또는 그 합금을 포함한다. In one specific embodiment, the current collector sheet includes aluminum or an alloy thereof.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 전극 집전체 세정 장치에 의해 세정된 전극 집전체를 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 집전체는, 금속 시트 형상이며, 일면 또는 양면의 표면에서, 물방울 접촉각이 25° 이하이다. 또한, 상기 전극 집전체는, 10 cm x 10 cm의 단위 면적당 핀홀 개수가 5 개 이하이다. In addition, the present invention provides an electrode current collector cleaned by the electrode current collector cleaning device described above. In one embodiment, the electrode current collector according to the present invention is in the shape of a metal sheet, and has a water droplet contact angle of 25° or less on one or both surfaces. In addition, the electrode current collector has 5 or less pinholes per unit area of 10 cm x 10 cm.
구체적인 실시예에서, 상기 금속 시트는 알루미늄 또는 그 합금을 포함한다. In a specific embodiment, the metal sheet includes aluminum or an alloy thereof.
구체적인 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 집전체는, 리튬 이차전지의 양극용 집전체로 적용 가능하다. In a specific embodiment, the electrode current collector according to the present invention can be applied as a current collector for a positive electrode of a lithium secondary battery.
본 발명에 따른 전극 집전체 세정 장치는 상압 플라즈마 표면 처리를 통해 전극 집전체 표면의 오일 성분을 효과적으로 제거하며, 표면에 결함(defect)이 없는 고품질의 전극 집전체를 제공할 수 있다. The electrode current collector cleaning apparatus according to the present invention effectively removes the oil component on the surface of the electrode current collector through normal pressure plasma surface treatment, and can provide a high-quality electrode current collector without defects on the surface.
도 1은 종래의 전극 집전체 세정 장치를 도시한 모식도이다.
도 2 및 3은 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 집전체 세정 장치를 도시한 모식도들이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 상압 플라즈마 표면 처리 과정을 나타낸 모식도이다. 1 is a schematic diagram showing a conventional electrode current collector cleaning device.
2 and 3 are schematic diagrams showing an electrode current collector cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention, respectively.
4 is a schematic diagram showing a normal pressure plasma surface treatment process according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.Since the present invention can have various changes and various embodiments, specific embodiments will be described in detail in the detailed description.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, the term "comprises" or "has" is intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부 뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.Further, in the present invention, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is described as being “on” another part, this includes not only the case where it is “directly on” the other part, but also the case where another part is present in the middle thereof. . Conversely, when a part such as a layer, film, region, plate, or the like is described as being “under” another part, this includes not only being “directly under” the other part, but also the case where there is another part in the middle. In addition, in the present application, being disposed "on" may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 집전체 세정 장치는, 집전체 시트를 이송하는 하나 이상의 이송 롤러; 및 이송 롤러를 따라 이송되는 집전체 시트의 일면 또는 양면에 플라즈마를 분사하는 대기압 플라즈마 모듈을 포함한다. 본 발명에 따른 전극 집전체 세정 장치는 이송되는 집전체 시트 상에 플라즈마 표면 처리, 특히 상압 플라즈마 표면 처리를 수행하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, an electrode current collector cleaning apparatus according to the present invention includes one or more conveying rollers for conveying a current collector sheet; and an atmospheric pressure plasma module spraying plasma to one side or both sides of the current collector sheet being transported along the transfer roller. An electrode current collector cleaning apparatus according to the present invention is characterized in that plasma surface treatment, in particular atmospheric pressure plasma surface treatment, is performed on a current collector sheet to be transported.
본 발명에서는 대기압 플라즈마 모듈을 이용하여 집전체 시트의 표면을 세정한다. 본 발명에서 대기압 플라즈마(Atmospheric Pressure Plasma)란, 기존의 진공에서 적용되는 플라즈마 처리 대비 대기압 하에서 플라즈마를 처리하여 유기물을 세정하는 기술을 포괄하는 의미이다. 구체적으로, 대기압 플라즈마는 서로 대향된 전극사이에 교류 전기장을 인가하면 전기장에 의해 반응 가스내 전자는 높은 에너지로 가속되고, 일정 수준이상의 에너지로 가속된 전자는 산소 분자와 충돌하여 산소 이온(O2 +)을 만들거나 산소 원자 이온(2O+)으로 분리된다. 이온 상태는 매우 불안정한 상태이므로 주위의 전자와 결합하여 산소 라디컬(O*)이 되거나 다른 산소 이온과 결합하여 오존(O3)을 만들게 되며, 오존은 다시 전자와 충돌하여 산소 분자와 산소 라디컬로 다시 분해된다. 이렇게 생성된 산소 라디컬을 집전체 시트 상에 분출시켜서 오일 성분을 포함하는 유기물을 제거한다. 대기압 플라즈마의 예로는, 코로나 방전 또는 유전체 격벽 방전(dielectric barrier discharge) 등이 있다. In the present invention, the surface of the current collector sheet is cleaned using an atmospheric pressure plasma module. In the present invention, atmospheric pressure plasma (Atmospheric Pressure Plasma) is meant to encompass a technique of cleaning organic matter by processing plasma under atmospheric pressure compared to conventional plasma processing applied in a vacuum. Specifically, in atmospheric pressure plasma, when an AC electric field is applied between electrodes facing each other, electrons in the reaction gas are accelerated to high energy by the electric field, and the electrons accelerated to a certain level of energy collide with oxygen molecules to form oxygen ions (O 2 + ) or dissociated into oxygen atom ions (2O + ). Since the ionic state is very unstable, it combines with surrounding electrons to become oxygen radicals (O * ) or combines with other oxygen ions to make ozone (O 3 ), and ozone collides with electrons again to form oxygen molecules and oxygen radicals. is broken down again into Oxygen radicals generated in this way are ejected onto the current collector sheet to remove organic substances including oil components. Examples of atmospheric pressure plasma include corona discharge or dielectric barrier discharge.
하나의 실시예에서, 상기 대기압 플라즈마 모듈은, 반응 가스를 이온화시켜 플라즈마를 만드는 데 필요한 전기 에너지를 공급하는 전원; 상기 전원이 연결된 전극 사이에 방전 공간이 형성되는 플라즈마 반응기; 및 상기 플라즈마 반응기에 반응 가스를 공급하는 가스 공급기를 포함한다. In one embodiment, the atmospheric pressure plasma module, a power supply for supplying electrical energy required to ionize the reactive gas to create plasma; a plasma reactor in which a discharge space is formed between electrodes to which the power is connected; and a gas supplier supplying a reactive gas to the plasma reactor.
구체적인 실시예에서, 상기 반응 가스는 산소와 아르곤 가스의 혼합물을 포함한다. 본 발명의 발명자들은 다양하고 반복적인 실험을 통해, 산소와 아르곤 가스의 혼합 가스를 반응 가스로 적용함으로써, 집전체 시트에 대한 효과적인 세정과 더불어 집전체 시트 표면을 친수화할 수 있음을 확인하였다. 예를 들어, 상기 반응 가스는 산소와 아르곤 가스를 20~80:20~80 부피비, 40~80:20~60 부피비 또는 55~70:30~45 부피비로 혼합하여 적용 가능하다. 상기 범위로 혼합함으로써, 세정 효과 및 친수화 효율이 동시에 향상됨을 확인하였다. In a specific embodiment, the reactant gas includes a mixture of oxygen and argon gas. The inventors of the present invention confirmed through various and repetitive experiments that by applying a mixed gas of oxygen and argon gas as a reaction gas, it was possible to effectively clean the current collector sheet and hydrophilize the surface of the current collector sheet. For example, the reaction gas may be applied by mixing oxygen and argon gas at a volume ratio of 20 to 80:20 to 80, a volume ratio of 40 to 80:20 to 60, or a volume ratio of 55 to 70:30 to 45. By mixing in the above range, it was confirmed that the cleaning effect and hydrophilization efficiency were simultaneously improved.
하나의 실시예에서, 본 발명에서, 대기압 플라즈마 모듈을 거치기 전 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 60° 이상, 60 내지 120°, 80 내지 120° 또는 90 내지 110° 범위이다. 이에 대해, 대기압 플라즈마 모듈을 거친 후 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 25° 이하, 5 내지 25° 또는 5 내지 15° 범위이다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 전극 집전체 세정 장치에 의해 세정을 거친 전극 집전체는 표면 물방울 접촉각의 변화량이 35° 이상 또는 75 내지 105° 범위이다.In one embodiment, in the present invention, the water droplet contact angle on the surface of the electrode current collector before passing through the atmospheric pressure plasma module is in the range of 60 ° or more, 60 to 120 °, 80 to 120 °, or 90 to 110 °. In contrast, after passing through the atmospheric pressure plasma module, the contact angle of water droplets on the surface of the electrode current collector is in the range of 25° or less, 5 to 25°, or 5 to 15°. Specifically, the electrode current collector subjected to cleaning by the electrode current collector cleaning apparatus according to the present invention has a change in the contact angle of water droplets on the surface of 35° or more or in the range of 75 to 105°.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 대기압 플라즈마 모듈에서, 플라즈마 배출부는, MD 방향으로 이동하는 전극 집전체 상에, TD 방향으로 배치된 구조이다. 대기압 플라즈마 모듈에서 플라즈마 배출부를 전극 집전체의 이동 방향에 대해 수직으로 배치함으로써, 플라즈마 처리 효율을 높이고 연속 공정이 가능하다. In another embodiment, in the atmospheric pressure plasma module, the plasma discharge unit has a structure disposed in the TD direction on the electrode current collector moving in the MD direction. In the atmospheric pressure plasma module, by arranging the plasma discharge unit perpendicular to the moving direction of the current collector, plasma processing efficiency is increased and a continuous process is possible.
구체적인 실시예에서, 대기압 플라즈마 모듈의 플라즈마 배출부와 집전체 표면 사이의 이격 거리는 1.5 내지 5 mm 범위이다. 이는, 다양하고 반복적인 실험을 통해서, 플라즈마 처리시 대상체와의 최적 이격 거리를 산출한 것이다. 본원에서는, 비접촉 방식으로 플라즈마를 처리함으로써, 마찰에 의한 집전체 손상을 유발하지 않는다. 예를 들어, 플라즈마 배출부와 집전체 표면 사이의 이격 거리는 2 내지 3 mm 범위이다.In a specific embodiment, the separation distance between the plasma outlet of the atmospheric pressure plasma module and the surface of the current collector is in the range of 1.5 to 5 mm. This is to calculate the optimal separation distance from the object during plasma treatment through various and repetitive experiments. In the present application, by treating the plasma in a non-contact manner, damage to the current collector due to friction is not caused. For example, the separation distance between the plasma outlet and the surface of the current collector is in the range of 2 to 3 mm.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 집전체 세정 장치는, 집전체 시트가 이송되는 방향을 기준으로, 대기압 플라즈마 모듈의 하류에 위치하며, 집전체 시트 표면의 친수화도를 검출하는 검출부를 포함한다. 본 발명에서는 대기압 플라즈마 모듈의 하류에 상기 검출부를 배치하게 되고, 이를 통해 제품의 불량을 효과적으로 검출할 수 있다. 구체적으로는, 상기 검출부는 대기압 플라즈마 모듈의 하류에 위치하고, 동시에 전극 슬러리 토출 다이의 상류에 위치할 수 있다. 이를 통해, 전극 슬러리 토출하기 전에 집전체의 불량 여부를 검출할 수 있다. In one embodiment, the electrode current collector cleaning apparatus according to the present invention is located downstream of the atmospheric pressure plasma module based on the direction in which the current collector sheet is transported, and includes a detector that detects the hydrophilicity of the surface of the current collector sheet. do. In the present invention, the detection unit is disposed downstream of the atmospheric pressure plasma module, and through this, product defects can be effectively detected. Specifically, the detection unit may be located downstream of the atmospheric pressure plasma module and upstream of the electrode slurry discharge die. Through this, it is possible to detect whether or not the current collector is defective before discharging the electrode slurry.
구체적인 하나의 실시예에서, 상기 집전체 시트는 알루미늄 또는 그 합금을 포함한다. 본 발명에 따른 세정 장치는, 양극 혹은 음극 집전체에 대해서 모두 적용 가능하며, 구체적으로는 양극 집전체에 적용 가능하다. 예를 들어, 양극 집전체로 알루미늄 또는 그 합금으로 형성된 박막이 적용된다. 알루미늄 박막 제조 과정에서, 강제 연신 및 프레스 과정을 거치게 된다. 이러한 제조 과정에서 집전체 시트의 손상을 방지하기 위해서 오일 성분을 적용한다. 오일 성분의 사용으로 인해, 집전체 시트의 표면에서 오일 성분을 제거하기 위한 세정 과정이 요구된다. 본 발명에 따른 세정장치는, 양극 집전체로 적용되는 집전체 시트에 대한 세정에 효과적으로 적용 가능하다. In one specific embodiment, the current collector sheet includes aluminum or an alloy thereof. The cleaning device according to the present invention can be applied to either a positive or negative current collector, and specifically to a positive current collector. For example, a thin film formed of aluminum or an alloy thereof is applied as the positive electrode current collector. In the process of manufacturing the aluminum thin film, forced stretching and pressing are performed. In this manufacturing process, an oil component is applied to prevent damage to the current collector sheet. Due to the use of the oil component, a cleaning process for removing the oil component from the surface of the current collector sheet is required. The cleaning device according to the present invention can be effectively applied to cleaning a current collector sheet applied as a positive electrode current collector.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 전극 집전체 세정 장치에 의해 세정된 전극 집전체를 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 집전체는, 금속 시트 형상이며, 일면 또는 양면의 표면에서, 물방울 접촉각이 25° 이하이다. 구체적으로, 대기압 플라즈마 모듈을 거치기 전 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 60° 이상, 60 내지 120°, 80 내지 120° 또는 90 내지 110° 범위이다. 이에 대해, 대기압 플라즈마 모듈을 거친 후 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 25° 이하, 5 내지 25° 또는 5 내지 15° 범위이다. 본 발명에서는 앞서 설명한 세정 장치를 이용하여 세정함으로서, 전극 집전체의 표면을 친수성으로 변화시키게 된다. In addition, the present invention provides an electrode current collector cleaned by the electrode current collector cleaning device described above. In one embodiment, the electrode current collector according to the present invention is in the shape of a metal sheet, and has a water droplet contact angle of 25° or less on one or both surfaces. Specifically, the contact angle of water droplets on the surface of the electrode current collector before passing through the atmospheric pressure plasma module is in the range of 60° or more, 60 to 120°, 80 to 120°, or 90 to 110°. In contrast, after passing through the atmospheric pressure plasma module, the contact angle of water droplets on the surface of the electrode current collector is in the range of 25° or less, 5 to 25°, or 5 to 15°. In the present invention, by cleaning using the cleaning device described above, the surface of the electrode current collector is changed to be hydrophilic.
또한, 상기 전극 집전체는, 10 cm x 10 cm의 단위 면적당 핀홀 개수가 5 개 이하이다. 본 발명에서는 비접촉 방식의 세정 과정을 통해 집전체 표면을 세정하게 된다. 이를 통해, 전극 집전체 표면의 크랙이나 핀홀 형성을 매우 효과적으로 방지할 수 있다. 구체적으로, 상기 전극 집전체 표면에 형성된 핀홀의 평균 개수는, 단위 면적당, 핀홀 개수가 없거나 5 개 이하, 0.01 내지 5 개 혹은 0.1 내지 2 개 범위이다.In addition, the electrode current collector has 5 or less pinholes per unit area of 10 cm x 10 cm. In the present invention, the surface of the current collector is cleaned through a non-contact cleaning process. Through this, the formation of cracks or pinholes on the surface of the current collector can be very effectively prevented. Specifically, the average number of pinholes formed on the surface of the electrode current collector is zero, 5 or less, 0.01 to 5, or 0.1 to 2 pinholes per unit area.
구체적인 실시예에서, 상기 금속 시트는 알루미늄 또는 그 합금을 포함한다. 본 발명에 따른 금속 시트는 알루미늄 박막 제조 과정에서, 집전체 시트의 표면에 부착된 오일 성분을 효과적으로 세정 내지 제거할 수 있다. In a specific embodiment, the metal sheet includes aluminum or an alloy thereof. The metal sheet according to the present invention can effectively clean or remove oil components attached to the surface of the current collector sheet in the process of manufacturing the aluminum thin film.
구체적인 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 집전체는, 양극 혹은 음극 집전체에 대해서 모두 적용 가능하며, 구체적으로는 양극 집전체에 적용 가능하다.In a specific embodiment, the electrode current collector according to the present invention can be applied to both the positive and negative current collectors, and specifically to the positive current collector.
이하, 본 발명을 도면을 통해 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 도면은 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 도면에 기재된 사항으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through the drawings. However, the following drawings are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited to those described in the drawings.
(제1 실시 형태)(First Embodiment)
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 집전체 세정 장치를 도시한 모식도이다. 도 2를 참조하면, 공급된 집전체 시트(110)는 다수의 이송 롤러들(121, 122, 123, 124, 125)을 거쳐 전극 슬러리 토출 다이(140) 아래로 이송된다. 전극 슬러리 토출 다이(140)에서 토출된 전극 슬러리는 집전체 시트(110) 상에 코팅된 후 건조 과정을 거쳐 전극 합제층(141)을 형성하게 된다. 집전체 시트(110)가 이송되는 과정에서, 대기압 플라즈마 모듈(130)을 통해 표면 세정 과정을 거치게 된다. 구체적으로는, 도 2에서, 세번째 이송 롤러(123)와 네번째 이송 롤러(124) 사이에 대기압 플라즈마 모듈(130)이 위치한다. 상기 대기압 플라즈마 모듈(130)은 산소와 아르곤 가스의 혼합 가스를 반응 가스로 사용하며, 이송되는 집전체 시트(110) 상에 플라즈마 처리를 수행한다. 이러한 플라즈마 처리를 통해, 집전체 시트(110) 표면의 오일 성분을 제거하고, 동시에 집전체 시트(110) 표면을 친수화 하게 된다. 2 is a schematic diagram showing an electrode current collector cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2 , the supplied
(제2 실시 형태)(Second Embodiment)
도 3는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전극 집전체 세정 장치를 도시한 모식도이다. 도 3을 참조하면, 공급된 집전체 시트(210)는 다수의 이송 롤러들(221, 222, 223, 224, 225)을 거쳐 전극 슬러리 토출 다이(240) 아래로 이송된다. 전극 슬러리 토출 다이(240)에서 토출된 전극 슬러리는 집전체 시트(210) 상에 코팅된 후 건조 과정을 거쳐 전극 합제층(241)을 형성하게 된다. 집전체 시트(210)가 이송되는 과정에서, 대기압 플라즈마 모듈(230)을 통해 표면 세정 과정을 거치게 된다. 구체적으로는, 도 3에서, 다섯번째 이송 롤러(225)와 전극 슬러리 토출 다이(240) 사이에 대기압 플라즈마 모듈(230)이 위치한다. 상기 대기압 플라즈마 모듈(230)은 산소와 아르곤 가스의 혼합 가스를 반응 가스로 사용하며, 이송되는 집전체 시트(210) 상에 플라즈마 처리를 수행한다. 이러한 플라즈마 처리를 통해, 집전체 시트(210) 표면의 오일 성분을 제거하고, 동시에 집전체 시트(210) 표면을 친수화 하게 된다. 특히, 도 3에서는, 전극 슬러리 토출 다이(240) 바로 전단에 대기압 플라즈마 모듈(230)를 위치하게 된다. 이를 통해, 집전체 시트(210)가 이송 과정에서 오염되는 것을 최소화할 수 있으며, 집전체 시트(210)의 친수화 정도를 균일하게 유지하고, 전극 합제층(241)과의 접합력을 우수하게 한다. 3 is a schematic diagram showing an electrode current collector cleaning device according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3 , the supplied
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 상압 플라즈마 표면 처리 과정을 나타낸 모식도이다. 도 4를 참조하면, 컨베이어 라인을 따라 MD 방향으로 이동하는 진전체 시트(310)에 대해서, 대기압 플라즈마 모듈(330)에서 플라즈마를 방출하여 표면 처리를 수행하게 된다. 구체적으로, 대기압 플라즈마 모듈(330)의 플라즈마 배출부는, MD 방향으로 이동하는 전극 집전체(310) 상에, TD 방향으로 배치된 구조이다. 또한, 대기압 플라즈마 모듈(330)의 플라즈마 배출부와 집전체 시트(310) 표면 사이의 이격 거리(D)는 1.5 내지 5 mm 범위, 구체적으로는 2 내지 3 mm 범위에서 제어된다. 4 is a schematic diagram showing a normal pressure plasma surface treatment process according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4 , the surface treatment is performed by emitting plasma from the atmospheric
또한, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.In addition, the present invention will be described in more detail by examples and experimental examples. However, the following Examples and Experimental Examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following Examples and Experimental Examples.
실시예 1 및 비교예 1~2Example 1 and Comparative Examples 1-2
비교예 1 시편은, 상업적으로 입수한 알루미늄 박막이며, 권취된 상태의 시트를 리와인더한 후 물방울 접촉각을 측정하였다. Comparative Example 1 The specimen was a commercially obtained aluminum thin film, and the contact angle of water droplets was measured after rewinding the rolled sheet.
비교예 2 시편은, 비교예 1에 따른 집전체 시트에 대하여 종래 방식인 와이퍼 롤러를 접촉하여 표면을 세정하였다. Comparative Example 2 The surface of the specimen was cleaned by contacting the current collector sheet according to Comparative Example 1 with a conventional wiper roller.
실시예 1 시편은, 비교예 1에 따른 집전체 시트에 대하여 대기압 플라즈마 모듈을 이용한 플라즈마 처리를 수행한 집전체 시트이다. 대기압 플라즈마는 반응가스로 산소와 아르곤 가스를 6:4의 부피비로 사용하였다. 또한, 대기압 플라즈마 모듈의 플라즈마 배출부와 집전체 시트 표면 사이의 이격 거리(D)는 2.5 mm로 제어하였다. Example 1 A specimen is a current collector sheet obtained by performing plasma treatment on the current collector sheet according to Comparative Example 1 using an atmospheric pressure plasma module. Atmospheric pressure plasma used oxygen and argon gas in a volume ratio of 6:4 as a reaction gas. In addition, the separation distance (D) between the plasma discharge unit of the atmospheric pressure plasma module and the surface of the current collector sheet was controlled to be 2.5 mm.
실험예 1: 물방울 접촉각 측정Experimental Example 1: Water droplet contact angle measurement
집전체 시트에 대해서, 표면 물방울 접촉각을 측정하여 친수화 정도를 측정하였다. 각 시편에 대하여 물방울 접촉각을 10 cm 간격으로 3회 측정한 후, 그 평균값을 산출하였다. 평가 결과는 하기 표 1에 나타내었다. For the current collector sheet, the degree of hydrophilization was measured by measuring the surface water droplet contact angle. After measuring the contact angle of water droplets for each specimen three times at 10 cm intervals, the average value was calculated. The evaluation results are shown in Table 1 below.
표 1을 참조하면, 비교에 1의 알루미늄 시트는 약 100°의 물방울 접촉각을 나타낸다. 이에 대해, 비교예 2는 약 70° 수준의 물방울 접촉각을 보이고 있다. 이에 대해, 실시예 1의 경우에는, 9° 이하의 물방울 접촉각을 나타내는 것으로 측정되었다. Referring to Table 1, the aluminum sheet of Comparative Example 1 exhibits a water droplet contact angle of about 100°. In contrast, Comparative Example 2 shows a water droplet contact angle of about 70°. In contrast, in the case of Example 1, it was measured to exhibit a water droplet contact angle of 9° or less.
종래의 물리적 접촉에 의한 세정 방식을 적용한 경우(비교예 2)에는 오일 성분에 대한 세정 후에도 높은 수준의 물방울 접촉각이 유지되는 것으로 확인되었다. 이에 반하여, 본원의 실시예 1의 경우에는, 오일 성분에 대한 세정과 동시에 집전체 시트의 표면을 친수화하는 성질이 있음을 확인할 수 있다. In the case of applying the conventional physical contact cleaning method (Comparative Example 2), it was confirmed that a high level of water droplet contact angle was maintained even after cleaning the oil component. In contrast, in the case of Example 1 of the present application, it can be confirmed that there is a property of hydrophilizing the surface of the current collector sheet at the same time as washing for the oil component.
실험예 2: 핀홀 발생 정도 확인Experimental Example 2: Checking the degree of occurrence of pinholes
집전체 시트에 대해서, 표면을 관찰하고 핀홀 발생 여부를 확인하였다. 각 시편에 대하여 10 cm x 10 cm의 단위 면적을 임의로 선정하고, 해당 단위 면적 내에 형성된 핀홀의 개수를 확인하였다. 각 시편당 서로 다른 3지점에서 관측한 후, 그 평균값을 산출하였다. 평가 결과는 하기 표 2에 나타내었다.For the current collector sheet, the surface was observed and whether or not pinholes were generated was confirmed. A unit area of 10 cm x 10 cm was arbitrarily selected for each specimen, and the number of pinholes formed in the unit area was confirmed. After observation at three different points for each specimen, the average value was calculated. The evaluation results are shown in Table 2 below.
표 2를 참조하면, 비교에 1의 알루미늄 시트는 단위 면적당 약 0.2개 수준의 핀홀이 형성된 것으로 관측되었다. 비교예 2의 경우에는 단위 면적당 약 5.6개의 핀홀이 형성된 것을 알 수 있다. 이는 접촉 방식의 세정 방식을 적용함에 따라 집전체 시트 표면에 크게 훼손되었음을 의미한다. 이에 반해, 실시예 1의 경우에는 단위 면적당 약 0.5개의 핀홀이 형성된 것을 알 수 있다. 본원은 비접촉 방식의 세정 방식을 적용하기 때문에 세정 과정에서 집전체 시트의 손상을 최소화할 수 있다. Referring to Table 2, it was observed that the aluminum sheet of Comparative Example 1 had about 0.2 pinholes per unit area. In the case of Comparative Example 2, it can be seen that about 5.6 pinholes were formed per unit area. This means that the surface of the current collector sheet is greatly damaged as the contact type cleaning method is applied. In contrast, in Example 1, it can be seen that about 0.5 pinholes were formed per unit area. Since the present invention applies a non-contact cleaning method, damage to the current collector sheet can be minimized during the cleaning process.
이상에서는 본 발명을 도면 내지 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the above, the present invention has been described with reference to drawings and embodiments, but those skilled in the art or those having ordinary knowledge in the art, from the spirit and technical area of the present invention described in the claims to be described later It will be understood that the present invention can be variously modified and changed without departing from it.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.Therefore, the technical scope of the present invention is not limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.
11, 110, 210, 310: 집전체 시트
21, 22, 23, 24, 25, 121, 122, 123, 124, 125, 221, 222, 223, 224, 225: 이송 롤러
31, 32: 제1 및 제2 와이퍼 롤러
33: 부직포 와이퍼
40, 140, 240: 전극 슬러리 토출 다이
41, 141, 241: 전극 합제층
130, 230, 330: 대기압 플라즈마 모듈11, 110, 210, 310: current collector sheet
21, 22, 23, 24, 25, 121, 122, 123, 124, 125, 221, 222, 223, 224, 225: transport roller
31, 32: first and second wiper rollers
33: non-woven wiper
40, 140, 240: electrode slurry discharge die
41, 141, 241: electrode mixture layer
130, 230, 330: atmospheric pressure plasma module
Claims (11)
이송 롤러를 따라 이송되는 집전체 시트의 일면 또는 양면에 플라즈마를 분사하는 대기압 플라즈마 모듈을 포함하는 전극 집전체 세정 장치.
one or more conveying rollers conveying the current collector sheet; and
An electrode current collector cleaning apparatus comprising an atmospheric pressure plasma module for spraying plasma to one side or both sides of a current collector sheet that is transported along a transfer roller.
상기 대기압 플라즈마 모듈은,
반응 가스를 이온화시켜 플라즈마를 만드는 데 필요한 전기 에너지를 공급하는 전원;
상기 전원이 연결된 전극 사이에 방전 공간이 형성되는 플라즈마 반응기; 및
상기 플라즈마 반응기에 반응 가스를 공급하는 가스 공급기를 포함하는 전극 집전체 세정 장치.
According to claim 1,
The atmospheric pressure plasma module,
a power supply supplying electrical energy required to ionize the reactive gas to create plasma;
a plasma reactor in which a discharge space is formed between electrodes to which the power is connected; and
An electrode current collector cleaning device comprising a gas supplier supplying a reactive gas to the plasma reactor.
상기 반응 가스는 산소와 아르곤 가스의 혼합물인 전극 집전체 세정 장치.
According to claim 2,
The electrode collector cleaning device wherein the reaction gas is a mixture of oxygen and argon gas.
대기압 플라즈마 모듈을 거치기 전 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 60° 이상이며,
대기압 플라즈마 모듈을 거친 후 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 25° 이하인 전극 집전체 세정 장치.
According to claim 1,
The contact angle of water droplets on the surface of the current collector before passing through the atmospheric pressure plasma module is 60° or more,
An electrode current collector cleaning device having a contact angle of water droplets on the surface of the electrode current collector after passing through the atmospheric pressure plasma module is 25 ° or less.
대기압 플라즈마 모듈의 플라즈마 배출부는,
MD 방향으로 이동하는 전극 집전체 상에, TD 방향으로 배치된 구조인 전극 집전체 세정 장치.
According to claim 1,
The plasma discharge unit of the atmospheric pressure plasma module,
An electrode current collector cleaning device having a structure disposed in a TD direction on an electrode current collector moving in an MD direction.
대기압 플라즈마 모듈의 플라즈마 배출부와 집전체 표면 사이의 이격 거리는 1.5 내지 5 mm 범위인 전극 집전체 세정 장치.
According to claim 1,
A separation distance between the plasma discharge part of the atmospheric pressure plasma module and the surface of the current collector is in the range of 1.5 to 5 mm.
집전체 시트가 이송되는 방향을 기준으로,
대기압 플라즈마 모듈의 하류에 위치하며, 집전체 시트 표면의 친수화도를 검출하는 검출부를 더 포함하는 전극 집전체 세정 장치.
According to claim 1,
Based on the direction in which the current collector sheet is transported,
An electrode current collector cleaning device further comprising a detector positioned downstream of the atmospheric pressure plasma module and detecting a degree of hydrophilicity of a surface of the current collector sheet.
집전체 시트는 알루미늄 또는 그 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 집전체 세정 장치.
According to claim 1,
The electrode current collector cleaning device, wherein the current collector sheet includes aluminum or an alloy thereof.
일면 또는 양면의 표면에서, 물방울 접촉각이 25° 이하이고,
10 cm x 10 cm의 단위 면적당 핀홀 개수는 5 개 이하인 것을 특징으로 하는 전극 집전체.
It is in the form of a metal sheet,
On one or both surfaces, the water droplet contact angle is 25 ° or less,
An electrode current collector, characterized in that the number of pinholes per unit area of 10 cm x 10 cm is 5 or less.
금속 시트는 알루미늄 또는 그 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 집전체.
According to claim 9,
The electrode current collector, characterized in that the metal sheet includes aluminum or an alloy thereof.
상기 전극 집전체는 리튬 이차전지의 양극용 집전체인 것을 특징으로 하는 전극 집전체.According to claim 9,
The electrode current collector is a current collector for a positive electrode of a lithium secondary battery.
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| KR1020210101980A KR20230020196A (en) | 2021-08-03 | 2021-08-03 | Electrode Current Collector Cleaning Device Comprising Atmospheric Pressure Plasma Module and Electrode Current Collector Cleaned Thereby |
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| KR20230020196A true KR20230020196A (en) | 2023-02-10 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2002157999A (en) | 2000-11-20 | 2002-05-31 | Sanyo Electric Co Ltd | Method of manufacturing electrode for secondary battery |
-
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- 2021-08-03 KR KR1020210101980A patent/KR20230020196A/en active Search and Examination
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