WO2018008806A1 - Separation film processing method for secondary battery using atmospheric pressure dielectric barrier discharge plasma - Google Patents

Separation film processing method for secondary battery using atmospheric pressure dielectric barrier discharge plasma Download PDF

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separator
electrode
secondary battery
plasma
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임유봉
최원호
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주식회사 플라즈맵
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a lithium secondary battery, and more particularly, to a dielectric barrier discharge (DBD) device at atmospheric pressure, a mask disposed on the dielectric barrier discharge device, and an optional pressure control module.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a lithium secondary battery for selectively surface treating a separator film of a secondary battery. Accordingly, electrolyte pourability and process productivity may be improved.
  • the lamination process of the separator film and the electrode film is one of the most important processes for determining the performance of the secondary battery.
  • Research has been conducted to secure electrical conductivity while increasing adhesion strength at the interface.
  • a surface treatment process of a separator film using an atmospheric plasma has been developed. As the energy density of the secondary battery increases and the separator film becomes thin for this purpose, there is a problem in that the damage of the separator film by the conventional plasma treatment and the defective rate of the manufacturing process become high.
  • Korean Patent No. 10-0760551 discloses a large-area plasma generating apparatus that is uniform and stable under normal pressure for surface treatment.
  • a second electrode disposed to form a discharge space by a predetermined distance from the first electrode applied through the matching circuit in a longitudinal direction, and a dielectric barrier layer covering both the first electrode for stable plasma discharge. It is characterized by including.
  • Patent No. 10-0760551 arc and filamentary discharges to a treatment object are generated by local electric field formation by accumulated charges accumulated on the dielectric surface surrounding the first electrode, and as a result, a separator film Has a problem that leads to electrical damage and poor secondary battery provided correction accordingly.
  • the development of various process technologies for improving the injectionability of the electrolyte by the absence of the plasma source technology that can selectively process the separator film using a conventional atmospheric plasma has been tried.
  • Secondary batteries are classified according to the structure of the electrode assembly having a positive electrode / membrane / cathode structure.
  • a long sheet-shaped positive electrode and negative electrode are wound with a separator interposed therein.
  • (Winding type) electrode assembly a stacked type electrode assembly in which a plurality of positive and negative electrodes cut into units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator, and positive and negative electrodes of a predetermined unit are interposed with a separator
  • a stack / foldable electrode assembly having a structure in which bi-cell or full cells are stacked.
  • Lithium secondary batteries of various structures are manufactured by sealing other portions except the electrolyte inlet after interposing an electrode assembly therein and injecting an electrolyte through the electrolyte inlet. After injecting the electrolyte, press the pouch to remove the air bubbles in the electrode assembly and the inside of the pouch, or let the air flow out naturally to remove the air bubbles inside the battery. To completely seal the secondary battery.
  • the active material is loaded at a high density onto the current collector to manufacture the secondary battery at a high energy density, the electrolyte injection property injected into the electrode assembly is lowered, resulting in a long pouring time and a poor pouring process.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2016-0016040 provides a step in the negative electrode active material of a lithium-ion polymer battery to improve the liquid-liquidity of the electrolyte and to improve productivity of the manufacturing process and to improve the repeatability of the secondary battery.
  • a lithium secondary battery and a method of manufacturing the same are disclosed.
  • other parts except the electrolyte injection hole are sealed after the electrode assembly is interposed, and the electrolyte is injected through the electrolyte injection hole. After the electrolyte injection process, in order to remove the air bubbles (pore) present in the electrode assembly and the inside of the pouch (pores) or to remove the air bubbles in the battery by naturally allowing the air bubbles to go out.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2016-0016040 has shown that by forming a step in the negative electrode active material layer to form a flow path of the electrolyte, and thus the liquid-liquidity is improved.
  • an additional coating and forming process of the negative electrode current collector is required. To this end, not only the change of the secondary battery manufacturing line is required but also has a problem of lowering the productivity and cost competitiveness of the manufacturing process.
  • the present inventors have intensively studied to develop a manufacturing process technology for improving electrolyte injection property in a secondary battery manufacturing process, and have completed the present invention as a selective plasma surface treatment apparatus and process technology for a secondary battery separator film.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a selective surface treatment process of the secondary battery separator film. Thereby, the injection property of electrolyte solution and productivity of a manufacturing process improve.
  • Another object of the present invention is to provide a high performance secondary battery technology with improved repeatability of secondary batteries through selective plasma surface treatment.
  • a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a negative electrode, a positive electrode, a separator, and an electrolyte.
  • One or both surfaces of the separator includes a hydrophilic treatment region and a non-hydrophilic treatment region of a plurality of periodic line pattern types hydrophilically treated with plasma by an atmospheric pressure dielectric barrier discharge.
  • the width of the non-hydrophilic treatment region is 5 millimeters to 20 millimeters
  • the width of the hydrophilic treatment region is 5 millimeters to 20 millimeters
  • both sides of the separation membrane is disposed in the hydrophilic treatment region do.
  • a hydrophilic treatment region and a non-hydrophilic treatment region in the form of a plurality of periodic line patterns selectively hydrophilized by selectively exposing the dielectric membrane discharge to one surface of the separator may be selectively exposed.
  • the selective surface treatment is performed using a plasma formed only in the openings using a conductive mask mounted on a dielectric barrier discharge linear source and having a plurality of openings spaced apart from each other.
  • the supporting membrane supporting portion may be a conductive material, and the supporting membrane may be maintained at an equipotential with the conductive mask.
  • the method may further include selectively injecting an inert gas into the closed region of the conductive mask to prevent the plasma formed in the opening from diffusing into the closed region of the conductive mask.
  • the conductive separator support may be a roller in contact with the separator.
  • the roller and the conductive mask may be grounded.
  • the solution of the present invention it is possible to selectively control the adhesion between the electrode film through the selective plasma treatment to the separator film of the secondary battery. By using this, the injection time of the electrolyte is shortened and the defective rate of the pouring process is reduced.
  • the installation of the plasma source for the selective surface treatment can be made through a simple module replacement and mounting in the existing mass production process it is easy to apply the technology and ensure economic feasibility.
  • FIG. 1 shows a dielectric barrier discharge plasma processing system of a separator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a plasma treatment and an electrode lamination process of a separator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the electrode assembly after the lamination step.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the stacked electrode assemblies after the lamination process.
  • FIG. 9A is a perspective view illustrating a dielectric barrier discharge device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG. 9A.
  • FIG. 9C is a cross-sectional view taken along the line D-D of FIG. 9A.
  • FIG. 9D is a cross-sectional view taken along the line E-E of FIG. 9A.
  • FIG. 9E is a perspective view illustrating the dielectric barrier portion and the insulating block of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
  • 9F is a perspective view illustrating a power electrode of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
  • FIG. 9G is a perspective view illustrating an insulating block of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
  • FIG. 9H is a perspective view illustrating the ground electrode of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
  • FIG. 9H is a perspective view illustrating the ground electrode of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
  • FIG. 9I is a plan view illustrating a bottom plate of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
  • An optional surface treatment process using an atmospheric dielectric barrier discharge plasma is provided. Specifically, a treatment method of a selective surface treatment process for a separator film of a secondary battery using a plasma source is proposed.
  • the plasma source has a dielectric barrier discharge (DBD) structure at atmospheric-pressure, and uses a mask and a local pressure control module to locally form a plasma.
  • DBD dielectric barrier discharge
  • the selective surface treatment process may selectively control the adhesion (hydrophilicity) between the separator and the battery electrode, whereby the electrolyte may improve the injection efficiency and the production efficiency of the secondary battery manufacturing process.
  • the present invention installs a mask that provides spatial selectivity to a plasma source.
  • the mask has a region (mask region) covering the plasma powered electrode and an open region not covered by the mask.
  • the mask area is set to have the same potential as the support for supporting the treatment object. In the mask region, there is no potential difference between the mask and the treatment object (separation film of the secondary battery), thereby effectively preventing plasma generation in this region and providing a plasma treatment with spatial selectivity.
  • the open region corresponds to a plasma treatment region in which the treatment object is plasma treated (hydrophilic treatment).
  • the plasma treatment region of the treatment object selectively hydrophilizes the treatment object by active species formed by plasma.
  • Hydrophilic treatment of the separator can improve the adhesion with the battery electrode. However, when hydrophilic treatment of one or both surfaces of the separation membrane, the electrolyte injection performance may be significantly reduced. Therefore, the selective dielectric barrier discharge plasma treatment according to the embodiment of the present invention can simultaneously improve the electrolyte injection performance while increasing the overall adhesion.
  • the hydrophilic treatment region of the separator may be 50 to 80 percent of the total region. As the hydrophilic treatment region is increased, the adhesion may be increased, but the liquid injection property may be decreased.
  • the plasma treatment region has a relatively higher pressure than the untreated region due to the injection gas or the reaction gases.
  • discharge stability decreases due to arc generation or the like.
  • the active species generated by plasma generation may diffuse into the untreated region and indirectly affect the selective treatment performance.
  • the boundary between the hydrophilic treatment region and the non-hydrophilic treatment region is unclear, and the degree of hydrophilic treatment can gradually decrease spatially. Accordingly, process stability of the electrolyte injection process can be reduced. Therefore, the width of the non-processed region of the treatment object and the boundary region of the treatment region needs to be reduced.
  • a separate inert gas is selectively injected into the untreated region onto the surface of the treated object, interference by the active species that penetrates into the untreated region can be prevented, and the selective plasma treatment performance can be greatly improved. That is, by setting the pressure in the non-processing region to be higher than the pressure in the processing region and setting the inert gas to flow from the non-processing region to the processing region, the boundary region between the processing region and the non-processing region can be narrowed.
  • Such selective plasma surface treatment may be performed by a linear dielectric barrier discharge source.
  • a selective surface treatment process is possible by replacing only a plasma surface treatment apparatus that processes a whole existing area.
  • the electrolyte injection performance can be remarkably improved as compared with the plasma surface treatment of the entire area. Accordingly, the productivity of the manufacturing process can be greatly improved.
  • dielectric barrier discharges can damage the separator film by the plasma source and cause product defects. Accumulated charge that accumulates on the surface of the plasma source dielectric barrier layer creates a locally high electric field, resulting in a high current density arc. Capacitive charge is surface accumulated charge in a dielectric barrier discharge (DBD) where current flow is blocked by the dielectric layer and accumulated on the dielectric surface.
  • DBD dielectric barrier discharge
  • arc discharge can operate as a cause of film damage. This arc discharge is the main cause for the continuous failure rate, and the solution is to suppress the formation of memory charge.
  • the dielectric barrier layer forms a locally high electric field by micro damage to the ceramic surface and can generate arcs of high current density along the electric field. If there is surface damage to the dielectric barrier material, the failure rate increases.
  • Dielectric barrier discharge plasma generating apparatus 1) to ensure stability through the surface charge trapping, has a high productivity by the direct DBD method, and improves the productivity and uniformity through Afterglow.
  • the plasma generating apparatus As the distance between the high voltage applying electrode and the susceptor is increased, the plasma is discharged on the surface of the dielectric barrier layer, and afterglow is caused by rapid fluid flow.
  • the hydrophilic treatment of the exposed surface of the workpiece disposed on the susceptor can be performed.
  • FIG. 1 shows a dielectric barrier discharge plasma processing system of a separator according to an embodiment of the present invention.
  • the dielectric barrier discharge plasma processing system 10 performs a hydrophilic treatment of a separator film 22 wound in a roll shape, a roller 90 for conveying the separator film, and the separator film.
  • the plasma device 100 may be included.
  • the hydrophilic separator film may be provided in a lamination process.
  • One plasma apparatus may hydrophilize one surface of the separator film to have a line pattern, and the other plasma apparatus may hydrophilize the other surface of the separator film to have a line pattern.
  • the hydrophilic treatment of one side and the other side may be performed sequentially.
  • the separator 22 used in the battery among the electrochemical devices should be electrically isolated from each other between the electrodes, and maintain a predetermined ion conductivity between the electrodes.
  • the separator used in the battery is made of a thin porous insulating material having high ion permeability, good mechanical strength, and good long-term stability against chemicals and solvents used in the electrolyte of the system, for example, a battery.
  • the separator In such batteries, the separator must be permanently elastic and must follow movement in the system, eg, electrode pack, during charging and discharging.
  • the separator for Ni-MH secondary batteries which is an environmentally friendly battery using a soluble electrolyte, should have alkali resistance by using an alkaline water soluble electrolyte, and should be economical without being reactive between electrodes.
  • a hydrophilic property does not have an affinity for a water-soluble alkaline electrolyte, so that a separate hydrophilization treatment process is essential for applying to the Ni-MH secondary battery. It must be accompanied.
  • a dielectric barrier plasma treatment may be used as the hydrophilization treatment.
  • both side portions of the separator 22 may be hydrophilic treatment to prevent lifting.
  • a plasma hydrophilic treatment with spatial selectivity is proposed.
  • Local plasma treatment needs to drastically change the degree of hydrophilic treatment depending on the position.
  • the width of the boundary region between the hydrophilic treatment region and the non-hydrophilic transition region may be 1 millimeter or less.
  • the width of the hydrophilic line pattern and the spacing between the adjacent hydrophilic line patterns may affect the electrolyte injection rate and defects.
  • the width of the hydrophilic treatment region may be 5 millimeters to 40 millimeters, and the width of the non-hydrophilic treatment region may be 5 millimeters to 40 millimeters. Preferably, the width of the non-hydrophilic treatment region may be between 5 millimeters and 20 millimeters.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a plasma treatment and an electrode lamination process of a separator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the electrode assembly after the lamination step.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the stacked electrode assemblies after the lamination process.
  • the secondary battery 20 includes a negative electrode 24, a positive electrode 26, a separator 22, and an electrolyte (not shown).
  • the electrode assembly 21 is composed of an anode / separator / cathode.
  • hydrophilic treatment regions 22a and non-hydrophilic treatment regions 22b of a plurality of periodic line pattern frames hydrophilically treated with plasma by an atmospheric pressure dielectric barrier discharge are provided.
  • the separator 22 may be coated with a polymer mixture.
  • the dielectric barrier discharge may selectively hydrophilize one side or both sides of the separator 22 in a line form.
  • the material of the separator substrate may be a polyolefin-based polymer.
  • the dielectric barrier discharge device 100 may include a discharge gas that forms active species in the hydrophilic treatment region 22a and an inert gas that suppresses penetration of the active species in the non-hydrophilic treatment region 22b.
  • the polymer mixture may include a porous inorganic filler and a binder polymer.
  • the separator 22 may be connected between the inorganic fillers due to the binder polymer on the separator substrate, and may form a heat resistant pore structure due to the empty space between the inorganic fillers.
  • the positive electrode 26 may be manufactured by applying a slurry made by mixing a positive electrode mixture with a solvent such as NMP onto a positive electrode current collector, followed by drying and rolling.
  • the positive electrode current collector is made from several micrometers to several hundred micrometers in thickness.
  • the anode may be a conductive material.
  • the negative electrode 24 may be manufactured by coating a negative electrode mixture including a negative electrode active material on a negative electrode current collector and then drying the negative electrode mixture.
  • the negative electrode current collector is made in the thickness of several micrometers to several hundred micrometers.
  • the cathode may be a conductive material.
  • the electrolyte may include an electrolyte material and a lithium salt.
  • the electrolyte material may be a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like.
  • the lithium salt may be dissolved in the electrolyte material.
  • the electrolyte may be soaked in the separator 22.
  • One or both surfaces of the separator 22 may include a hydrophilic treatment region 22a and a non-hydrophilic treatment region 22b in the form of a plurality of periodic line patterns hydrophilically treated with plasma by an atmospheric pressure dielectric barrier discharge using air. .
  • the width W2 of the non-hydrophilic treatment region may be between 5 millimeters and 40 millimeters.
  • the width W1 of the hydrophilic treatment region may be between 5 millimeters and 40 millimeters.
  • the hydrophilic treatment regions are disposed on both sides of the separator.
  • Selective surface treatment is performed to have a hydrophilic treatment region 22a and a non-hydrophilic treatment region 22b in the form of a plurality of periodic line patterns selectively selectively exposed to one surface of the separator 22 by atmospheric pressure dielectric barrier discharge. do.
  • the selective surface treatment utilizes a conductive mask 150 provided in a dielectric barrier discharge device for providing hydrophilic and non-hydrophilic treatment regions.
  • a reactive gas injection gas
  • Inert gas is injected into the non-hydrophilic treatment region.
  • the selective surface treatment may be performed using a plasma formed only in the openings 151 using a conductive mask 150 having a plurality of openings 151 mounted on the dielectric barrier discharge linear source and spaced apart from each other.
  • the separator support part 90 supporting the separator may be a conductive material, and the separator support part 90 may be maintained at an equipotential with the conductive mask.
  • the conductive separator support 90 may be a roller in contact with the separator. The roller and the conductive mask may be grounded.
  • an inert gas may be selectively injected into the closed region of the conductive mask.
  • selective surface treatment is performed to have a hydrophilic treatment region and a non-hydrophilic treatment region in the form of a plurality of periodic line patterns selectively hydrolyzed by selectively exposing the other surface of the separator with an atmospheric pressure dielectric barrier discharge.
  • the hydrophilized membrane and the electrode are laminated to provide an electrode assembly 21.
  • the electrode assembly 21 is sealed with a sealing member (or a pouch 28) and the electrolyte is injected through the electrolyte injection hole 28 of the sealing member 28. After the electrolyte completely penetrates the separator, the electrolyte injection hole 28 is sealed.
  • the contact angle of the electrolyte was measured according to the position.
  • the contact angle is about 110 degrees in the hydrophilic treatment region and the contact angle is about 90 degrees in the non hydrophilic treatment region.
  • the boundary region between the hydrophilic treatment region and the non-hydrophilic treatment region is 1 mm or less.
  • FIG. 9A is a perspective view illustrating a dielectric barrier discharge device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG. 9A.
  • FIG. 9C is a cross-sectional view taken along the line D-D of FIG. 9A.
  • FIG. 9D is a cross-sectional view taken along the line E-E of FIG. 9A.
  • FIG. 9E is a perspective view illustrating the dielectric barrier portion and the insulating block of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
  • 9F is a perspective view illustrating a power electrode of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
  • FIG. 9G is a perspective view illustrating an insulating block of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
  • FIG. 9H is a perspective view illustrating the ground electrode of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
  • FIG. 9H is a perspective view illustrating the ground electrode of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
  • FIG. 9I is a plan view illustrating a bottom plate of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
  • the dielectric barrier discharge device 100 may include a ground electrode 110, a power electrode 120, a dielectric barrier 130, and a main gas distribution unit 181. ), An auxiliary gas distributor 182, and a mask unit 150.
  • the power electrode 120 extends in a first direction, a part of which is exposed to the outside, and an AC voltage is applied.
  • the ground electrode 110 extends in the first direction and is disposed to surround the power electrode except for an exposed portion of the power electrode 120.
  • the dielectric barrier portion 130 extends in the first direction and is disposed between the ground electrode 110 and the power electrode 130 and covers the exposed portion of the power electrode 120.
  • the mask unit 150 includes at least one main opening 151 and at least one auxiliary opening 153 spaced apart in the first direction, extends in the first direction, and includes the workpiece 164.
  • the exposed portion of the power electrode is disposed in a first region facing each other to generate a plasma through the main opening 151 to selectively process the object to be processed according to the position in the first direction.
  • the main gas distribution unit 181 is embedded in the ground electrode 110 and uniformly supplies a first gas to the exposed portion of the power electrode along the first direction.
  • the auxiliary gas distributor 182 is embedded in the ground electrode 110 and provides a second gas through the auxiliary opening 153 to control the pressure in the first direction.
  • the power electrode 120 may be formed of a conductor and have a triangular pillar shape.
  • the ground electrode 110 is disposed opposite to both side surfaces (compressed surfaces) of the upper edge of the power electrode 120.
  • the ground electrode 110 is disposed to expose the upper edge of the power electrode.
  • the upper edge of the power electrode 120 and the susceptor 162 perform main dielectric barrier discharge in a first region (main discharge region) via the dielectric barrier portion 130.
  • the subsurface of the power electrode 120 and the ground electrode 110 may perform an auxiliary dielectric barrier discharge in a second region via the dielectric barrier unit 130.
  • a memory charge may be locally formed at the upper edge to cause an arc discharge.
  • the vertical distance between the inclined surface of the power electrode 120 and the ground (susceptor) may be on the order of several millimeters.
  • the vertical distance g1 between the dielectric barrier 130 on the upper edge of the power electrode 120 and the susceptor may be about 1 millimeter. Accordingly, the thickness of the mask part 150 may be less than 1 millimeter.
  • the vertical distance g2 between the dielectric barrier 130 and the ground electrode 110 on the inclined surface of the power electrode 120 may be about 1 millimeter.
  • the auxiliary dielectric discharge forms a stable plasma to remove memory charges and provide seed charges necessary for the main dielectric discharge.
  • the gas may provide a uniform fluid flow along the side surface (the inclined surface) of the dielectric barrier unit 130 to improve the discharge stability and cool the dielectric barrier unit 130.
  • the power electrode 120 may include an elongated hole formed therein in the first direction.
  • the refrigerant may flow through the hole.
  • the coolant may be injected from one end of the power electrode and flow in the first direction along the power electrode, and then discharged from the tartan of the power electrode.
  • AC power may be supplied to a central portion of the power electrode 120.
  • the dielectric barrier unit 130 has a V-shaped beam shape having a predetermined thickness, and the dielectric barrier unit 130 covers the upper edge and the inclined surface of the power electrode 120 and partially covers the inclined surface of the insulating block. Can be.
  • the dielectric barrier 130 may have a constant thickness of several hundred micrometers to several millimeters.
  • the material of the dielectric barrier part may be ceramic or plastic based. According to a modified embodiment of the present invention, the dielectric barrier portion 130 and the insulating block 140 may be integral.
  • the insulating block 140 may have a triangular pillar shape in a first direction, and an upper edge of the triangular pillar may include a recessed portion 147 to insert the power electrode.
  • the depression 147 may extend in the first direction.
  • the insulating block 140 may be made of ceramic or plastic.
  • the dielectric barrier unit 130 may extend in a first direction to cover the inclined surface of the power electrode and the inclined surface of the insulating block, and may extend in the inclined surface direction to cover a portion of the inclined surface of the insulating block 140.
  • the insulating block 140 may include a protrusion 142 extending in the first direction and protruding to the inclined surface of the insulating block.
  • the dielectric barrier portion 130 may be disposed to be caught by the protrusion 142.
  • a strong electric field is formed at the lower edge of the power electrode 120, and the power electrode 120 and the ground electrode 110 may cause parasitic discharge or arc discharge in a minute gap.
  • the protrusion 142 of the insulating block is disposed. Accordingly, the path connecting the lower edge of the power electrode 120 and the ground electrode 110 may be bent by the height of the protrusion 142 to suppress parasitic discharge.
  • the ground electrode 110 may be in the form of a truncated triangular prism that is entirely hollow. Alternatively, an opening having a slit shape extending in the first direction may be disposed at the truncated portion of the ground electrode.
  • the power electrode 120 may be buried in the ground electrode 110, and an upper edge of the power electrode 120 may be disposed below the opening of the ground electrode 110. Alternatively, the ground electrode 120 may be disposed to surround an exposed portion (or an upper edge) extending in the first direction of the power electrode.
  • An upper edge of the power electrode 120 or an upper edge of the dielectric barrier portion 130 may substantially correspond to the truncated surface of the ground electrode 110.
  • the ground electrode 110 may include a pair of side ground electrodes 111, a pair of auxiliary side ground electrodes 111a, and a lower ground electrode 116.
  • the side ground electrode 111 is disposed opposite to the inclined surface of the power electrode 120 and the inclined surface of the insulating block 140.
  • the side ground electrode 111 extends in a first direction, and the auxiliary side ground electrode extends perpendicular to the first direction and is disposed at both ends of the insulating block 140.
  • the main gas distribution part 181 may be formed inside the side ground electrode 111, and supply gas to the inclined surface of the dielectric barrier part 130 at both sides of the power electrode.
  • the main gas distribution part 181 includes a gas flow passage, and is formed between the side ground electrode 111 and the dielectric barrier part 130, and the dielectric barrier part is formed on both sides of the dielectric barrier part 130. Gas can be supplied along the inclined plane.
  • An area where the ground electrode 110 and the power electrode 120 face each other in the gas movement passage may provide an auxiliary discharge space (second area).
  • the auxiliary discharge space may generate an auxiliary dielectric barrier plasma.
  • the gas flow passage may have a slit in the form of a multi-sided surface and may extend along the inclined surface of the dielectric barrier portion.
  • the main gas distributor 181 may provide a gas having a uniform density in the first direction to the mask unit.
  • the main gas distribution part 181 may further include a ground electrode fluid passage which is serpentine inside the ground electrode and has a slit cross section thereof.
  • the ground electrode fluid passage may include a first line pattern 112a and a second line pattern 114a extending in a first direction.
  • the side ground electrode 111 may include an upper plate 112 and a lower plate 114, and one surface of the upper plate 112 may include a plurality of first line patterns 112a extending and protruding in a first direction.
  • one surface of the lower plate may include a plurality of second line patterns 114a extending and protruding in the first direction.
  • the first line pattern 112a and the second line pattern 114a may be alternately disposed.
  • the gas may pass through a serpentine fluid path formed by the first line pattern and the second line pattern through the slit-shaped gas inlet 116 formed on the lower surface of the side ground electrode. Accordingly, the gas may be uniformly spread in the first direction by receiving the resistive force in the diagonal direction. Accordingly, the gas outlet 117 of the side ground electrode may discharge gas in the direction of the dielectric barrier and maintain a uniform density in the first direction.
  • the side ground electrode 111 may include a ground electrode recess 112b formed to face the lower side edge of the power electrode 120 and extend in the first direction.
  • the ground electrode recess 112b may provide a gas buffer space when the ground electrode recess 112b is not filled with a dielectric.
  • the ground electrode recess 112b may be filled by the arc prevention insulating block 172.
  • the arc protection insulating block 172 may be a square pillar of ceramic or plastic material extending in the first direction.
  • An interval between the side ground electrode 111 and the dielectric barrier unit 130 may be 1 mm or less, and the gas flow passage may perform an auxiliary dielectric barrier discharge to provide a plasma to the first region.
  • the gas discharged from the gas outlet 117 of the main gas distribution part may pass through a space between the arc protection insulating block 172 and the dielectric barrier part 130 to be provided in an auxiliary discharge space (second area).
  • the arc prevention insulating block 172 may sufficiently reduce the distance between the power electrode and the ground electrode to suppress the dielectric barrier discharge and the arc discharge.
  • the side ground electrode 111 may include an auxiliary discharge ground electrode part 114b that provides an auxiliary discharge space between the ground electrode 110 and the dielectric barrier part 130.
  • the auxiliary discharge ground electrode part 114b may provide the auxiliary discharge space (second area).
  • the auxiliary discharge ground electrode part 114b may be a metal alloy resistant to thermal deformation.
  • the vertical distance g2 between the auxiliary discharge ground electrode part 114b and the dielectric barrier part 130 may be several millimeters.
  • the side ground electrode 111 may include auxiliary gas distributors 182 and 183 to receive gas from the ground electrode fluid passages 112a and 114a having a serpentine structure.
  • the auxiliary gas distributors 182 and 183 may include an auxiliary ground electrode recess 183 and the auxiliary gas injector 182.
  • the auxiliary gas distributors 182 and 183 may selectively supply gas to the auxiliary openings of the mask unit.
  • the ground electrode recess 112b formed in the side ground electrode may be recessed deeper at a position corresponding to the auxiliary opening to form the auxiliary ground electrode recess 183.
  • the auxiliary ground electrode depression 183 may be formed at each position where the auxiliary opening is disposed along the first direction.
  • the auxiliary ground electrode depression 183 may be connected to the gas outlet 117 to receive gas.
  • the auxiliary gas distribution unit () may provide a gas communication path of a bypass type surrounding the arc prevention insulating block 172.
  • the auxiliary gas injection unit 182 may be a through hole to inject gas into the auxiliary opening 152 of the mask unit.
  • the lower ground electrode 116 is coupled to the lower surface of the side ground electrode 111 and supports the lower surface of the insulating block 140.
  • the lower ground electrode 116 is formed on an upper surface thereof and is disposed adjacent to a side extending in the first direction and spaced apart from the first trench 215 and the first trench in the opposite direction. It may include an extended second trench 225 disposed adjacent to the side.
  • the first gas outlet 214 is connected through a fluid passage formed inside the bottom ground electrode through a gas inlet 216 disposed around the bottom surface of the first trench 215.
  • the second gas outlet 223 is connected through a fluid passage formed inside the bottom ground electrode through a gas inlet 222 disposed around the bottom surface of the second trench 225.
  • the first trench 215 has a plurality of first gas outlets 214
  • the second trench 225 has a plurality of second gas outlets 223, and
  • the second gas outlets may be alternately arranged in the first direction.
  • the first trench 215 is connected to the gas inlet 116 of the one side ground electrode.
  • the second trench 225 is connected to the gas inlet 116 of the other side ground electrode.
  • the lower ground electrode 116 may include a refrigerant pipe through hole 211 through which a pipe through which refrigerant flows, and a power line through hole 212 through which a power line for supplying AC power may travel.
  • the mask unit 150 may be disposed on the truncated surface of the ground electrode 110 to selectively process the object 164.
  • the mask unit 150 may include a plurality of main openings 151 and a plurality of auxiliary openings 153 arranged in the first direction.
  • the main opening may have a size of several hundred micrometers to several centimeters.
  • the mask unit 150 has a plate shape having a thickness of 1 millimeter or less, and includes a plurality of main openings 151 arranged along the first direction.
  • the mask unit 150 may be a ceramic, a metal, or a metal alloy.
  • the auxiliary opening 153 of the mask part may be symmetrically spaced apart from the center line of the mask part.
  • the auxiliary opening 153 may be disposed not to face the power electrode 120 so as not to cause a dielectric barrier discharge. That is, the auxiliary opening may be disposed to face the upper surface of the ground electrode, and may be aligned with the gas outlets of the auxiliary gas distribution units 182 and 183.
  • the gas discharged by the pair of auxiliary openings may be concentrated at one point of the workpiece.
  • the mask part 150 is a conductor and is grounded, and the mask part may be disposed to cover the upper surface of the recessed portion 110a of the ground electrode. That is, the mask unit 150 may be arranged in alignment with the opening of the truncated surface of the ground electrode.
  • the main opening 111 of the mask unit 150 may allow the main dielectric barrier discharge to be locally generated along the first direction. In the closed region of the mask portion 150, no main dielectric barrier discharge is generated. In addition, in the open region of the mask portion 150, a main dielectric barrier discharge is generated. Accordingly, the workpiece 164 may have a processed area and an untreated area along the first direction.
  • the active gas formed in the main opening may move in the first direction by a dielectric barrier discharge, thereby suppressing a decrease in space selectivity.
  • the gas provided through the auxiliary opening 153 may provide a pressure difference in a first direction, and may provide a higher pressure than a region in which the main opening is formed.
  • the first gas provided through the main gas distributor 181 and the second gas provided through the auxiliary gas distributors 182 and 183 may be the same and may be atmospheric. However, the gas provided through the main opening may be converted into the active gas by the dielectric barrier discharge.
  • the mask unit 150 may be disposed adjacent to the lower portion of the object 164 without contacting the ground electrode 110.
  • the mask unit 150 may have various two-dimensional patterns. Meanwhile, when the workpiece and the mask unit 150 are fixed, the linear dielectric barrier plasma apparatus may move to form a two-dimensional pattern on the workpiece.
  • the separator film plasma processing apparatus 100 of the secondary battery includes a ground electrode 110 including a depression extending in a first direction and electrically grounded; A power electrode 120 buried in the recessed portion of the ground electrode, part of which is exposed to the outside, and an AC voltage is applied and extends in the first direction; A dielectric barrier portion 130 disposed in contact with the power electrode and covering the exposed portion of the power electrode and extending in the first direction; A susceptor (162) facing the power electrode and extending in the first direction and grounded; The separator film 164 including the main opening 151 and the auxiliary opening 153 and supported by the susceptor extending in the first direction and the exposed portion of the power electrode are disposed in a first region facing each other. A mask unit 150 for spatially controlling the plasma density to selectively plasma-process the separator film according to the position in the first direction; And auxiliary gas distributors 182 and 183 providing a gas to the auxiliary opening 153 to provide a pressure distribution along the first direction.
  • the object 164 may be a separator film of a secondary battery.
  • the workpiece may be disposed on the susceptor (or roller) to move.
  • a main dielectric barrier is formed in the first region, and a mask portion for spatially modulating the plasma density along the first direction is disposed in the first region. Therefore, the separator film may have a hydrophilic to-be-processed region in a line form extending next to each other.
  • gas is provided on the workpiece through the auxiliary opening. Accordingly, the plasma treatment is performed only at the main opening.
  • an atmospheric dielectric discharge plasma processing method includes providing a transport means 162 supported and electrically grounded while transporting a workpiece 164; Transferring the workpiece 164 through the transfer means under atmospheric pressure; Providing alternating current power to a power electrode (120) buried in the ground electrode (110) and partially exposed; By placing the mask portion 150 on the dielectric barrier portion 130 covering the exposed portion of the power electrode 120, selectively the dielectric according to the position of the workpiece between the transfer means and the exposed portion of the power electrode Performing a barrier discharge plasma treatment; And controlling the pressure according to the position by providing gas to the auxiliary opening 153 disposed around the main opening 151 where the plasma discharge is performed in the mask unit.
  • Gas may be supplied to the exposed portion of the power electrode through the ground electrode 110.
  • the plasma hydrophilizes the workpiece, and the gas may include at least one of air, oxygen, nitrogen, hydrogen, and argon.
  • the object 164 may be a separator film of a secondary battery.
  • the gas provided through the main opening and the gas provided through the auxiliary opening may be the same and may be atmospheric. However, the gas provided through the main opening may be converted into the active gas by the dielectric barrier discharge.
  • an auxiliary dielectric discharge may be generated between the ground electrode and the exposed portion of the power electrode (or the inclined surface of the power electrode).
  • a second region may be formed between the ground electrode and the dielectric barrier portion, and a process gas may be supplied through the second region.

Abstract

The present invention provides a secondary battery and a manufacturing method therefor. A secondary battery comprises a negative electrode, a positive electrode, a separation film and an electrolyte. A surface or both surfaces of the separation film includes: a hydrophilic processing region that is hydrophilically-processed with plasma by means of atmospheric pressure dielectric barrier discharge, and that has a pattern of a plurality of periodic lines; and a hydrophobic processing region.

Description

대기압 유전체 장벽 방전 플라즈마를 이용한 이차전지의 분리막 처리 방법Separation method of secondary battery using atmospheric dielectric barrier discharge plasma
본 발명은 리튬이차전지 제조 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 상압(atmospheric-pressure)에서 유전체 장벽 방전(Dielectric barrier discharge: DBD) 장치, 및 상기 유전체 장벽 방전 장치에 배치된 마스크, 및 선택적 압력제어 모듈을 이용하는 이차전지의 분리막 필름(separator film)을 선택적으로 표면 처리하는 리튬이차전지 제조 방법에 관한 것이다. 이에 따라, 전해액 주액성 및 공정 생산성(productivity)이 향상될 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a lithium secondary battery, and more particularly, to a dielectric barrier discharge (DBD) device at atmospheric pressure, a mask disposed on the dielectric barrier discharge device, and an optional pressure control module. The present invention relates to a method for manufacturing a lithium secondary battery for selectively surface treating a separator film of a secondary battery. Accordingly, electrolyte pourability and process productivity may be improved.
모바일 기기 및 전기자동차에 대한 지속적인 수요증가에 따라 에너지 저장장치로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이와 같은 수요 증가와 함께 이차전지의 에너지 밀도 향상 및 반복 성능(cycle performance) 향상을 위한 소재기술 및 제조공정기술 개발연구가 지속적으로 이루어지고 있다. As demand for mobile devices and electric vehicles continues to increase, the demand for secondary batteries as energy storage devices is rapidly increasing. Along with such increasing demand, research on the development of material technology and manufacturing process technology for improving energy density and cycle performance of secondary batteries has been continuously conducted.
이차전지의 제조 공정에 있어서, 분리막 필름과 전극 필름의 합지 공정(lamination process)은 이차전지의 성능을 결정하는 가장 중요한 공정 중의 하나이다. 계면에서의 접착력(adhesion strength)을 높이면서 전기전도성(electric conductivity)을 확보하기 위한 연구가 이루어지고 있다. 최근 접착력을 향상을 위한 분리막 필름 개발과 함께 대기압 플라즈마를 이용하는 분리막 필름의 표면처리 공정이 개발되었다. 이차전지의 에너지 밀도가 높아지고 이를 위해 분리막 필름이 얇아짐에 따라, 종래의 플라즈마 처리에 의한 분리막 필름의 손상과 제조 공정의 불량률이 높아지는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 에너지 밀도 증가에 따라 전해액의 주입 공정에 있어서, 전해액이 주입되는 침투(penetration) 효율이 크게 떨어져, 이차전지 제조 공정의 생산성을 떨어뜨리고 전해액의 불완전한 충전에 따른 불량률 발생이 문제가 되고 있다.In the secondary battery manufacturing process, the lamination process of the separator film and the electrode film is one of the most important processes for determining the performance of the secondary battery. Research has been conducted to secure electrical conductivity while increasing adhesion strength at the interface. Recently, along with the development of a separator film for improving adhesion, a surface treatment process of a separator film using an atmospheric plasma has been developed. As the energy density of the secondary battery increases and the separator film becomes thin for this purpose, there is a problem in that the damage of the separator film by the conventional plasma treatment and the defective rate of the manufacturing process become high. In addition, in the process of injecting the electrolyte solution with increasing energy density, the efficiency of penetration of the electrolyte solution is greatly reduced, resulting in a decrease in the productivity of the secondary battery manufacturing process and the generation of a defective rate due to incomplete filling of the electrolyte. .
한국 등록특허 10-0760551는 표면처리를 위하여 상압 상태에서 균일하고 안정된 대면적 플라즈마 발생장치를 개시하고 있다. 봉형상의 고주파 전력이 매칭회로를 통해 인가되는 제1전극과 길이방향으로 일정거리가 이격되어 방전공간을 형성하도록 배치된 제2전극과 안정적인 플라즈마 방전을 위해 제1전극을 모두 감싸고 있는 유전체 장벽층을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다. 그러나 등록특허 10-0760551에서는 제1전극을 감싸는 유전체 표면에 쌓이는 전하(accumulated charge)들에 의한 국소 전기장 형성으로 처리 대상체로의 아크 및 필라멘즈 방전(filamentary discharge)이 발생하고, 결과적으로 분리막 필름에 전기적 손상과 이에 따른 이차전지 제공정정의 불량으로 이어진다는 문제점을 가지고 있다. 또한 종래의 대기압 플라즈마를 이용하여 분리막 필름의 선택적 처리가 가능한 플라즈마 소스 기술의 부재로 전해액의 주입성 향상을 위한 다양한 공정기술 개발 연구가 시도되고 있다.Korean Patent No. 10-0760551 discloses a large-area plasma generating apparatus that is uniform and stable under normal pressure for surface treatment. A second electrode disposed to form a discharge space by a predetermined distance from the first electrode applied through the matching circuit in a longitudinal direction, and a dielectric barrier layer covering both the first electrode for stable plasma discharge. It is characterized by including. However, in Patent No. 10-0760551, arc and filamentary discharges to a treatment object are generated by local electric field formation by accumulated charges accumulated on the dielectric surface surrounding the first electrode, and as a result, a separator film Has a problem that leads to electrical damage and poor secondary battery provided correction accordingly. In addition, the development of various process technologies for improving the injectionability of the electrolyte by the absence of the plasma source technology that can selectively process the separator film using a conventional atmospheric plasma has been tried.
이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.Secondary batteries are classified according to the structure of the electrode assembly having a positive electrode / membrane / cathode structure. Typically, a long sheet-shaped positive electrode and negative electrode are wound with a separator interposed therein. (Winding type) electrode assembly, a stacked type electrode assembly in which a plurality of positive and negative electrodes cut into units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator, and positive and negative electrodes of a predetermined unit are interposed with a separator And a stack / foldable electrode assembly having a structure in which bi-cell or full cells are stacked.
다양한 구조의 리튬 이차전지는, 내부에 전극 조립체를 개재한 후에 전해액 주입구를 제외한 다른 부분들을 밀봉하고 상기 전해액 주입구를 통하여 전해액을 주입하여 제조된다. 또한 전해액을 주입한 후에는 전극조립체 및 파우치 내부에 존재하는 기포(pore)를 제거하기 위하여 파우치를 누르거나 자연스럽게 기포가 밖으로 빠져 나오도록 하여 전지 내부에 존재하는 기포를 제거하는 공정을 거친 후에 전해액 주입구를 완전히 밀봉하여 이차 전지를 제조하게 된다. 그런데, 이차 전지를 고 에너지 밀도로 제조하기 위해 집전체상에 활물질이 고밀도로 로딩됨에 따라 전극조립체로 주입되는 전해액 주액성이 저하되어 주액 시간이 길어지고 주액 공정이 불량하게 되는 문제점이 있다.Lithium secondary batteries of various structures are manufactured by sealing other portions except the electrolyte inlet after interposing an electrode assembly therein and injecting an electrolyte through the electrolyte inlet. After injecting the electrolyte, press the pouch to remove the air bubbles in the electrode assembly and the inside of the pouch, or let the air flow out naturally to remove the air bubbles inside the battery. To completely seal the secondary battery. However, as the active material is loaded at a high density onto the current collector to manufacture the secondary battery at a high energy density, the electrolyte injection property injected into the electrode assembly is lowered, resulting in a long pouring time and a poor pouring process.
한국 공개특허 10-2016-0016040는 리튬이차전지(Lithium-ion polymer battery)의 음극활물질에 단차를 형성시켜 전해액의 주액성이 향상시켜 제조공정의 생산성을 향상하고 이차전지의 반복 성능을 향상시키기 위한 리튬이차전지 및 그의 제조방법을 개시하고 있다. 리튬이차전지에서, 전극 조립체를 개재한 후에 전해액 주입구를 제외한 다른 부분들을 밀봉하고, 상기 전해액 주입구를 통하여 전해액을 주입한다. 전해액 주입공정 이후 전극 조립체 및 파우치 내부에 존재하는 기포(pore)를 제거하기 위하여 파우치를 누르거나 자연스럽게 기포가 밖으로 빠져 나오도록 하여 전지 내부에 존재하는 기포를 제거하는 공정을 거친다. 이후에 전해액 주입구를 완전히 밀봉하여 이차 전지를 제조하게 된다. 하지만 고 에너지 밀도의 이차전지를 제조하기 위해 집전체상에 활물질이 고밀도로 로딩됨에 따라 전극조립에로 주입되는 전해액 주액성이 저하되고, 주액 시간 및 에이징(aging) 공정 시간이 길어질 뿐만 아니라 공정의 불량률이 높아지는 문제점이 있다. 한국 공개특허 10-2016-0016040는 음극 활물질층에 단차를 형성시킴으로써 전해액의 유로를 형성하고, 이에 따른 주액성이 향상됨을 보이고 있다. 그러나 음극 활물질층에 단차를 형성시키는 구조 변경을 위해서는 추가적인 음극 집전체의 선택적 코팅 및 형성 공정이 요구된다. 이를 위해 이차전지 제조 라인의 변경이 요구될 뿐만 아니라 제조 공정의 생산성 및 원가 경쟁력을 떨어뜨리는 문제점을 가지고 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2016-0016040 provides a step in the negative electrode active material of a lithium-ion polymer battery to improve the liquid-liquidity of the electrolyte and to improve productivity of the manufacturing process and to improve the repeatability of the secondary battery. A lithium secondary battery and a method of manufacturing the same are disclosed. In the lithium secondary battery, other parts except the electrolyte injection hole are sealed after the electrode assembly is interposed, and the electrolyte is injected through the electrolyte injection hole. After the electrolyte injection process, in order to remove the air bubbles (pore) present in the electrode assembly and the inside of the pouch (pores) or to remove the air bubbles in the battery by naturally allowing the air bubbles to go out. After that, the electrolyte injection hole is completely sealed to manufacture a secondary battery. However, as the active material is loaded onto the current collector in a high density to manufacture a secondary battery having a high energy density, the electrolyte injection property injected into the electrode assembly is lowered, and the pouring time and the aging process time are long, There is a problem that the defective rate is high. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2016-0016040 has shown that by forming a step in the negative electrode active material layer to form a flow path of the electrolyte, and thus the liquid-liquidity is improved. However, in order to change the structure of forming a step in the negative electrode active material layer, an additional coating and forming process of the negative electrode current collector is required. To this end, not only the change of the secondary battery manufacturing line is required but also has a problem of lowering the productivity and cost competitiveness of the manufacturing process.
이러한 문제점을 해결하기 위한 연구가 이루어지고 있으나, 고 에너지 밀도의 이차전지의 제조공정에 있어 플라즈마 안정성을 확보하면서 전해액 주액성을 향상이 가능한 양산성이 높은 공정 기술에 대해서는 제시된 바가 없었다. 따라서, 안정적인 플라즈마 표면처리를 수행하면서 이와 함께 공간적으로 선택적인 플라즈마 표면처리가 가능한 플라즈마 표면처리 장치 및 공정 기술개발이 필요하며, 이를 이용하여 전해액의 주입성능을 향상시키고 제조 공정의 생산성과 원가 경쟁력을 가질 수 있다.Although research has been made to solve these problems, there has not been proposed a high-volume production process technology capable of improving electrolyte pourability while securing plasma stability in the manufacturing process of a high energy density secondary battery. Therefore, it is necessary to develop a plasma surface treatment apparatus and a process technology capable of performing stable plasma surface treatment and spatially selective plasma surface treatment, thereby improving electrolyte injection performance and improving productivity and cost competitiveness of the manufacturing process. Can have
이에 본 발명자들은 이차전지 제조공정에서 전해액 주입성이 향상시키기 위한 제조 공정기술을 개발하기 위해 거듭 연구한 끝에, 이차전지 분리막 필름의 선택적 플라즈마 표면처리 장치 및 공정기술로서 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have intensively studied to develop a manufacturing process technology for improving electrolyte injection property in a secondary battery manufacturing process, and have completed the present invention as a selective plasma surface treatment apparatus and process technology for a secondary battery separator film.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이차전지 분리막 필름의 선택적인 표면처리 공정을 제공하는 것이다. 이에 따라, 전해액의 주입성 및 제조공정의 생산성이 향상된다.The problem to be solved by the present invention is to provide a selective surface treatment process of the secondary battery separator film. Thereby, the injection property of electrolyte solution and productivity of a manufacturing process improve.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 선택적인 플라즈마 표면처리를 통하여 이차전지의 반복 신뢰성이 향상된 고성능의 이차전지 기술을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a high performance secondary battery technology with improved repeatability of secondary batteries through selective plasma surface treatment.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에 언급한 과제들에 제한되지 않으면, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.If the problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 음극, 양극, 분리막, 및 전해액을 포함한다. 상기 분리막의 일면 또는 양면은 대기압 유전체 장벽 방전에 의하여 플라즈마로 친수 처리된 복수의 주기적 라인 패턴 형테의 친수 처리 영역과 비친수 처리 영역을 구비한다.A secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a negative electrode, a positive electrode, a separator, and an electrolyte. One or both surfaces of the separator includes a hydrophilic treatment region and a non-hydrophilic treatment region of a plurality of periodic line pattern types hydrophilically treated with plasma by an atmospheric pressure dielectric barrier discharge.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 비친수 처리 영역의 폭은 5 밀리미터 내지 20 밀리미터이고, 상기 친수 처리 영역의 폭은 5 밀리미터 내지 20 밀리미터이고, 상기 분리막의 양 측면은 상기 친수 처리 영역이 배치된다.In one embodiment of the present invention, the width of the non-hydrophilic treatment region is 5 millimeters to 20 millimeters, the width of the hydrophilic treatment region is 5 millimeters to 20 millimeters, and both sides of the separation membrane is disposed in the hydrophilic treatment region do.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은 분리막의 일면에 대기압 유전체 장벽 방전으로 선택적으로 노출시키어 선택적으로 친수 처리된 복수의 주기적 라인 패턴 형태의 친수 처리영역과 비친수 처리 영역을 가지도록 선택적 표면 처리를 수행하는 단계; 상기 친수 처리된 분리막과 전극을 합지하여 전극 조립체를 제공하는 단계; 및 상기 전극 조립체를 밀봉 부재로 밀봉하고 상기 밀봉 부재의 전해액 주입구를 통하여 전해액을 주입하는 단계를 포함한다.In the method of manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention, a hydrophilic treatment region and a non-hydrophilic treatment region in the form of a plurality of periodic line patterns selectively hydrophilized by selectively exposing the dielectric membrane discharge to one surface of the separator may be selectively exposed. Performing a selective surface treatment; Laminating the hydrophilized membrane and an electrode to provide an electrode assembly; And sealing the electrode assembly with a sealing member and injecting an electrolyte through the electrolyte injection hole of the sealing member.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 선택적 표면처리는 유전체 장벽 방전 선형 소스에 장착되고 서로 이격된 복수의 개구부를 구비한 도전성 마스크를 이용하여 상기 개구부에만 형성된 플라즈마를 이용하여 수행되고, 상기 분리막을 지지하는 분리막 지지부는 도전체 재질이고, 분리막 지지부는 상기 도전성 마스크와 등전위로 유지될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the selective surface treatment is performed using a plasma formed only in the openings using a conductive mask mounted on a dielectric barrier discharge linear source and having a plurality of openings spaced apart from each other. The supporting membrane supporting portion may be a conductive material, and the supporting membrane may be maintained at an equipotential with the conductive mask.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 개구부에서 형성된 플라즈마가 상기 도전성 마스크의 닫힌 영역으로 확산되는 것을 방지하기 위하여 상기 도전성 마스크의 닫힌 영역에 비활성 가스를 선택적으로 주입시키는 단계를 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the method may further include selectively injecting an inert gas into the closed region of the conductive mask to prevent the plasma formed in the opening from diffusing into the closed region of the conductive mask.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도전성 분리막 지지부는 상기 분리막과 접촉하는 롤러(roller)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the conductive separator support may be a roller in contact with the separator.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 롤러와 상기 도전성 마스크는 접지될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the roller and the conductive mask may be grounded.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 이차전지의 분리막 필름에 선택적 플라즈마 처리를 통해 전극 필름 사이의 선택적인 접착력 제어가 가능하다. 이를 이용하여 전해액의 주액 시간이 단축되고 주액 공정의 불량률이 감소되는 효과를 가진다.As described above, according to the solution of the present invention, it is possible to selectively control the adhesion between the electrode film through the selective plasma treatment to the separator film of the secondary battery. By using this, the injection time of the electrolyte is shortened and the defective rate of the pouring process is reduced.
또한, 본 선택적 표면처리를 위한 플라즈마 소스의 설치가 기존의 양산 제조공정에 간단한 모듈 교체 및 장착을 통해 이루어질 수 있어 기술 적용이 용이하고 경제성을 확보할 수 있다.In addition, the installation of the plasma source for the selective surface treatment can be made through a simple module replacement and mounting in the existing mass production process it is easy to apply the technology and ensure economic feasibility.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막의 유전체 장벽 방전 플라즈마 처리 시스템을 나타낸다.1 shows a dielectric barrier discharge plasma processing system of a separator according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막의 플라즈마 처리와 전극 합지 공정을 설명하는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a plasma treatment and an electrode lamination process of a separator according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 2.
도 4는 도 2의 II-II' 선을 따라 자른 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 2.
도 5는 합지 공정 후의 전극 조립체를 설명하는 단면도이다,5 is a cross-sectional view illustrating the electrode assembly after the lamination step.
도 6은 합지 공정 후의 적층된 전극 조립체를 설명하는 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating the stacked electrode assemblies after the lamination process.
도 7은 파우치에 의한 밀봉 및 전해액의 주입을 설명하는 개념도이다.It is a conceptual diagram explaining sealing and injection of electrolyte solution by a pouch.
도 8은 친수 처리에 의한 접촉각을 위치에 따라 측정한 실험 결과이다.8 is an experimental result of measuring the contact angle by hydrophilic treatment according to the position.
도 9a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 장치를 설명하는 사시도이다.9A is a perspective view illustrating a dielectric barrier discharge device according to another embodiment of the present invention.
도 9b는 도 9a의 C-C 선을 따라 자른 단면도이다.FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG. 9A.
도 9c는 도 9a의 D-D 선을 따라 자른 단면도이다.FIG. 9C is a cross-sectional view taken along the line D-D of FIG. 9A.
도 9d는 도 9a의 E-E 선을 따라 자른 단면도이다.FIG. 9D is a cross-sectional view taken along the line E-E of FIG. 9A.
도 9e는 도 9a의 유전체 장벽 방전 장치의 유전체 장벽부 및 절연 블록을 설명하는 사시도이다.FIG. 9E is a perspective view illustrating the dielectric barrier portion and the insulating block of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
도 9f는 도 9a의 유전체 장벽 방전 장치의 전력 전극을 설명하는 사시도이다. 9F is a perspective view illustrating a power electrode of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
도 9g는 도 9a의 유전체 장벽 방전 장치의 절연 블록을 설명하는 사시도이다.9G is a perspective view illustrating an insulating block of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
도 9h는 도 9a의 유전체 장벽 방전 장치의 접지 전극을 설명하는 사시도이다.FIG. 9H is a perspective view illustrating the ground electrode of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A. FIG.
도 9i는 도 9a의 유전체 장벽 방전 장치의 하판을 설명하는 평면도이다.FIG. 9I is a plan view illustrating a bottom plate of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
20: 이차 전지20: secondary battery
22: 분리막22: separator
22a: 친수 처리 영역22a: hydrophilic treatment area
22b: 비친수 처리 영역22b: non-hydrophilic treatment area
24: 음극24: cathode
26: 양극26: anode
대기압 유전체 장벽 방전 플라즈마를 이용한 선택적 표면처리 공정이 제공된다. 구체적으로는, 플라즈마 소스를 이용하여 이차전지의 분리막 필름(separator film)을 선택적 표면처리공정(selective surface treatment process)의 처리 방법이 제안된다. 상기 플라즈마 소스는 상압(atmospheric-pressure)에서 유전체 장벽 방전(Dielectric barrier discharge: DBD) 구조를 가지고, 국부적으로 플라즈마를 형성하는 마스크 및 국부적 압력제어 모듈을 이용한다. An optional surface treatment process using an atmospheric dielectric barrier discharge plasma is provided. Specifically, a treatment method of a selective surface treatment process for a separator film of a secondary battery using a plasma source is proposed. The plasma source has a dielectric barrier discharge (DBD) structure at atmospheric-pressure, and uses a mask and a local pressure control module to locally form a plasma.
선택적 표면처리 공정은 분리막과 전지 전극 사이의 접착력(친수성)을 선택적으로 제어하여, 전해액(electrolyte)이 주입 효율을 향상시키고, 이차전지 제조공정의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.The selective surface treatment process may selectively control the adhesion (hydrophilicity) between the separator and the battery electrode, whereby the electrolyte may improve the injection efficiency and the production efficiency of the secondary battery manufacturing process.
본 발명은 플라즈마 소스에 공간 선택성을 제공하는 마스크를 설치한다. 상기 마스크는 플라즈마 전력 전극(plasma powered electrode)을 가린 영역(마스크 영역)과 마스크에 의하여 가려지지 않은 개방 영역을 구비한다. 상기 마스크 영역은 처리 대상체를 지지하는 지지부와 동일한 전위(equipotential)를 가지도록 설정된다. 마스크 영역에서, 마스크와 처리 대상체(이차전지의 분리막 필름) 사이의 전위차가 없어, 이 영역에서 플라즈마 발생이 효과적으로 방지되고, 공간 선택성을 가진 플라즈마 처리를 제공한다.The present invention installs a mask that provides spatial selectivity to a plasma source. The mask has a region (mask region) covering the plasma powered electrode and an open region not covered by the mask. The mask area is set to have the same potential as the support for supporting the treatment object. In the mask region, there is no potential difference between the mask and the treatment object (separation film of the secondary battery), thereby effectively preventing plasma generation in this region and providing a plasma treatment with spatial selectivity.
상기 개방 영역은 처리 대상체를 플라즈마 처리(친수 처리)한 플라즈마 처리영역에 대응한다. 처리 대상체의 플라즈마 처리영역은 플라즈마에 의하여 형성된 활성종들에 의하여 상기 처리 대상체를 선택적으로 친수 처리한다. 분리막의 친수처리는 전지 전극과 접착력을 향상시킬 수 있다. 그러나, 상기 분리막의 일면 또는 양면의 전부를 친수 처리하는 경우, 전해액 주입 성능이 현저히 감소할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 유전체 장벽 방전 플라즈마 처리는 전체적으로 접착력을 증가시키면서 전해액 주입 성능을 동시에 향상시킬 수 있다. 상기 분리막의 친수 처리 영역은 전체 영역 대비 50 퍼센트 내지 80일 수 있다. 상기 친수 처리 영역이 증가함에 따라 접착력은 증가하나, 주액성은 감소할 수 있다. The open region corresponds to a plasma treatment region in which the treatment object is plasma treated (hydrophilic treatment). The plasma treatment region of the treatment object selectively hydrophilizes the treatment object by active species formed by plasma. Hydrophilic treatment of the separator can improve the adhesion with the battery electrode. However, when hydrophilic treatment of one or both surfaces of the separation membrane, the electrolyte injection performance may be significantly reduced. Therefore, the selective dielectric barrier discharge plasma treatment according to the embodiment of the present invention can simultaneously improve the electrolyte injection performance while increasing the overall adhesion. The hydrophilic treatment region of the separator may be 50 to 80 percent of the total region. As the hydrophilic treatment region is increased, the adhesion may be increased, but the liquid injection property may be decreased.
한편, 플라즈마 처리 영역에서는 주입가스 혹은 반응가스들로 인하여 비처리 영역 대비 상대적으로 높은 압력을 가진다. 주입 가스가 없는 경우, 아크 발생 등에 의하여 방전 안정성이 감소한다. 플라즈마 발생으로 인하여 발생된 활성종(radicals)들은 비처리 영역으로 확산되어 간접적인 영향을 주고, 선택적 처리성능을 저하시킬 수 있다. 이에 따라, 친수 처리 영역과 비친수 처리 영역의 경계가 불분명하고, 공간적으로 친수 처리 정도가 점차적으로 감소할 수 있다. 이에 따라, 전해질 주입 공정의 공정 안정성이 감소할 수 있다. 따라서, 처리 대상체의 비처리 영역과 처리 영역의 경계 영역의 폭은 감소될 필요가 있다. 이를 해결하기 위해, 비처리 영역에 별도의 비활성 가스가 상기 처리 대상체 표면으로 선택적으로 주입되면, 비처리 영역으로 침투하는 활성종에 의한 간섭이 방지되고, 선택적 플라즈마 처리 성능을 크게 개선할 수 있다. 즉, 비처리 영역의 압력을 처리 영역의 압력보다 높도록 설정하고, 비처리 영역에서 처리 영역으로 비활성 가스가 흐르도록 설정함으써, 처리 영역과 비처리 영역의 경계 영역이 좁아질 수 있다. 이러한 선택적 플라즈마 표면 처리는 선형 유전체 장벽 방전 소스에 의하여 수행될 수 있다. On the other hand, the plasma treatment region has a relatively higher pressure than the untreated region due to the injection gas or the reaction gases. In the absence of injection gas, discharge stability decreases due to arc generation or the like. The active species generated by plasma generation may diffuse into the untreated region and indirectly affect the selective treatment performance. As a result, the boundary between the hydrophilic treatment region and the non-hydrophilic treatment region is unclear, and the degree of hydrophilic treatment can gradually decrease spatially. Accordingly, process stability of the electrolyte injection process can be reduced. Therefore, the width of the non-processed region of the treatment object and the boundary region of the treatment region needs to be reduced. To solve this problem, if a separate inert gas is selectively injected into the untreated region onto the surface of the treated object, interference by the active species that penetrates into the untreated region can be prevented, and the selective plasma treatment performance can be greatly improved. That is, by setting the pressure in the non-processing region to be higher than the pressure in the processing region and setting the inert gas to flow from the non-processing region to the processing region, the boundary region between the processing region and the non-processing region can be narrowed. Such selective plasma surface treatment may be performed by a linear dielectric barrier discharge source.
이와 같은 선택적 플라즈마 처리공정을 이차전지 제조공정에 적용하기 위해 기존의 전 영역을 처리하는 플라즈마 표면처리 장치만을 교체하여 선택적 표면처리 공정이 가능하다. 또한, 선택적 표면 처리에 의하여 전해액 주입 성능은 전 영역을 플라즈마 표면 처리하는 것에 비하여 현저히 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 제조공정의 생산성이 크게 개선될 수 있다.In order to apply such a selective plasma treatment process to a secondary battery manufacturing process, a selective surface treatment process is possible by replacing only a plasma surface treatment apparatus that processes a whole existing area. In addition, by the selective surface treatment, the electrolyte injection performance can be remarkably improved as compared with the plasma surface treatment of the entire area. Accordingly, the productivity of the manufacturing process can be greatly improved.
통상적인 유전체 장벽 방전은 플라즈마 소스에 의한 분리막 필름을 손상시켜 제품 불량을 유발할 수 있다. 플라즈마 소스 유전체 장벽층의 표면에 쌓이는 축적 전하는 국소적으로 높은 전기장을 형성하여 높은 전류밀도의 아크 발생시킨다. 축전 전하는 유전체 장벽 방전(DBD)에서 전류 흐름이 유전체 층에 막혀 유전체 표면에 쌓이는 전하(Surface accumulated charge)이다. 이에 따라, 아크 방전은 필름 손상의 원인으로 동작할 수 있다. 이러한 아크 방전은 불량률을 지속적으로 발생하게 하는 가장 주된 원인이며, 그 해결 방안은 기억전하 형성 억제하는 것이다.Conventional dielectric barrier discharges can damage the separator film by the plasma source and cause product defects. Accumulated charge that accumulates on the surface of the plasma source dielectric barrier layer creates a locally high electric field, resulting in a high current density arc. Capacitive charge is surface accumulated charge in a dielectric barrier discharge (DBD) where current flow is blocked by the dielectric layer and accumulated on the dielectric surface. Thus, arc discharge can operate as a cause of film damage. This arc discharge is the main cause for the continuous failure rate, and the solution is to suppress the formation of memory charge.
유전체 장벽층은 세라믹 표면의 마이크로 손상에 의해 국소적으로 높은 전기장을 형성하고, 그 전기장을 따라 높은 전류밀도의 아크 발생할 수 있다. 유전체 장벽 물질에 표면 손상이 있을 경우 불량률이 증가한다. The dielectric barrier layer forms a locally high electric field by micro damage to the ceramic surface and can generate arcs of high current density along the electric field. If there is surface damage to the dielectric barrier material, the failure rate increases.
종래의 직접 처리 방식 유전체 장벽 방전은 기억전하(memory charge) 또는 표면 전하에 의한 아크 발생으로 안정성이 저하되는 문제점을 가진다. 또한, 2차 방전(Afterglow)를 이용하는 간접 방식 유전체 장벽 방전인 경우, 분사되는 유속 균일도 확보가 어려워 표면처리의 공간 균일도 확보가 어렵다. Afterglow를 이용하는 간접 방식은 직접 처리 방식보다 낮은 생산성을 가진다.Conventional direct processing dielectric barrier discharge has a problem that the stability is lowered due to the generation of arc by memory charge or surface charge. In addition, in the case of an indirect dielectric barrier discharge using secondary discharge, it is difficult to ensure uniformity of injected velocity of the flow and thus it is difficult to secure spatial uniformity of surface treatment. Indirect methods using Afterglow have lower productivity than direct processes.
본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생장치는 1) 표면 전하 포획을 통한 안정성을 확보하고, 직접 DBD 방식에 의한 높은 생산성을 가지며, Afterglow를 통한 생산성 및 균일도를 향상시킨다.Dielectric barrier discharge plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention 1) to ensure stability through the surface charge trapping, has a high productivity by the direct DBD method, and improves the productivity and uniformity through Afterglow.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치에서, 고전압 인가 전극과 서셉터(Susceptor) 사이의 거리가 멀어짐에 따라 유전체 장벽층 표면에서 플라즈마가 방전되고, 빠른 유체 흐름에 의해 2차 방전(afterglow)에 의하여 상기 서셉터 상에 배치된 피처리물의 노출된 표면을 친수 처리할 수 있다.In the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention, as the distance between the high voltage applying electrode and the susceptor is increased, the plasma is discharged on the surface of the dielectric barrier layer, and afterglow is caused by rapid fluid flow. The hydrophilic treatment of the exposed surface of the workpiece disposed on the susceptor can be performed.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in different forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art, and the invention is defined only by the scope of the claims.
명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. Accordingly, the same or similar reference numerals may be described with reference to other drawings, even if not mentioned or described in the corresponding drawings. Also, although reference numerals are not indicated, they may be described with reference to other drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막의 유전체 장벽 방전 플라즈마 처리 시스템을 나타낸다.1 shows a dielectric barrier discharge plasma processing system of a separator according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 상기 유전체 장벽 방전 플라즈마 처리 시스템(10)은 롤 형태로 감긴 분리막 필름(22), 상기 분리막 필름을 이송시키는 롤러(90), 및 상기 및 이송된 분리판 필름을 친수성 처리하는 플라즈마 장치(100)를 포함할 수 있다. 친수 처리된 분리막 필름은 합지 공정에 제공될 수 있다. 상기 플라즈마 장치(100)는 복수 개일 수 있다. 하나의 플라즈마 장치는 상기 분리막 필름의 일면을 라인 패턴을 가지도록 친수 처리하고, 다른 하나의 플라즈마 장치는 상기 분리막 필름의 타면을 라인 패턴을 가지도록 친수 처리할 수 있다. 상기 일면 및 타면의 친수 처리는 순차적으로 수행될 수 있다.Referring to FIG. 1, the dielectric barrier discharge plasma processing system 10 performs a hydrophilic treatment of a separator film 22 wound in a roll shape, a roller 90 for conveying the separator film, and the separator film. The plasma device 100 may be included. The hydrophilic separator film may be provided in a lamination process. There may be a plurality of plasma apparatuses 100. One plasma apparatus may hydrophilize one surface of the separator film to have a line pattern, and the other plasma apparatus may hydrophilize the other surface of the separator film to have a line pattern. The hydrophilic treatment of one side and the other side may be performed sequentially.
통상적으로, 전기화학소자 중에서 전지(Battery)에 사용되는분리막(22)은 전극들 사이에서 서로 전기적으로 격리되어야 하며, 상기 전극들 사이에서 일정 이상의 이온전도도를 유지하여야 한다. 따라서, 이러한 전지(Battery)에 사용되는분리막은 이온 투과율이 높으며 기계적 강도가 양호하고 시스템, 예를 들면, 배터리의 전해질에 사용되는 화학 물질과 용매에 대한 장기 안정성이 양호한 얇은 다공성 절연 물질로 이루어진다. 이러한 배터리에서, 전기분리막은 영구적으로 탄성이여야 하며, 충전과 방전 과정에서 시스템, 예를 들면, 전극 팩(pack)에서의 움직임을 뒤따라야 한다. 용성 전해액을 사용하는 친환경전지인 Ni-MH 이차전지용분리막은 알칼리 수용성 전해액을 사용함에 따라 내알칼리성을 지녀야 하며, 또한 전극들 간에 반응성이 없으면서 가격도 경제적이어야 한다. 이러한 상기 Ni-MH 이차전지용분리막으로 폴리올레핀계 고분자물질을 적용할 경우, 소수성 특성으로 인해 수용성 알칼리 전해액에 대한 친화성이 없기 때문에 Ni-MH 이차전지에 적용하기 위해서는 별도의 친수화 처리 과정이 필수적으로 수반되어야 한다. 이러한 친수화 처리 과정으로는 유전체 장벽 플라즈마처리가 사용될 수 있다.Typically, the separator 22 used in the battery among the electrochemical devices should be electrically isolated from each other between the electrodes, and maintain a predetermined ion conductivity between the electrodes. Accordingly, the separator used in the battery is made of a thin porous insulating material having high ion permeability, good mechanical strength, and good long-term stability against chemicals and solvents used in the electrolyte of the system, for example, a battery. In such batteries, the separator must be permanently elastic and must follow movement in the system, eg, electrode pack, during charging and discharging. The separator for Ni-MH secondary batteries, which is an environmentally friendly battery using a soluble electrolyte, should have alkali resistance by using an alkaline water soluble electrolyte, and should be economical without being reactive between electrodes. When the polyolefin-based polymer material is used as the separator for the Ni-MH secondary battery, a hydrophilic property does not have an affinity for a water-soluble alkaline electrolyte, so that a separate hydrophilization treatment process is essential for applying to the Ni-MH secondary battery. It must be accompanied. As the hydrophilization treatment, a dielectric barrier plasma treatment may be used.
한편, 분리막 필름의 일면을 모두 친수 처리하면, 접착력은 향상될 수 있으나, 전해액 주입 속도가 감소되고 불량 발생 가능성이 증가한다. 따라서, 상기 분리막 필름은 선택적으로 친수처리된다. 한편, 분리막(22)의 양측면 부위는 들뜸을 방지하기 위하여 친수 처리될 수 있다.Meanwhile, when all surfaces of the separator film are hydrophilic, adhesion may be improved, but the electrolyte injection speed is decreased and the possibility of defects is increased. Thus, the separator film is optionally hydrophilized. On the other hand, both side portions of the separator 22 may be hydrophilic treatment to prevent lifting.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 공간 선택성을 가지는 플라즈마 친수 처리가 제안된다. 국부적인 플라즈마 처리는 위치에 따라 친수처리 정도를 급격히 변화시킬 필요가 있다. 친수 처리영역과 비친수 천리 영역의 경계 영역의 폭은 1 밀리미터 이하일 수 있다. 친수 처리된 라인 패턴의 폭 및 이웃한 친수 처리된 라인 패턴 사이의 간격(피처리영역의 폭)은 전해액 주입 속도 및 불량에 영향을 미칠 수 있다. According to one embodiment of the invention, a plasma hydrophilic treatment with spatial selectivity is proposed. Local plasma treatment needs to drastically change the degree of hydrophilic treatment depending on the position. The width of the boundary region between the hydrophilic treatment region and the non-hydrophilic transition region may be 1 millimeter or less. The width of the hydrophilic line pattern and the spacing between the adjacent hydrophilic line patterns (width of the region to be treated) may affect the electrolyte injection rate and defects.
본 발명의 일 실시예에 따른, 친수 처리 영역의 폭은 5 밀리미터 내지 40 밀리미터이고, 비친수 처리 영역의 폭은 5 밀리미터 내지 40밀리미터일 수 있다. 바람직하게는, 상기 비친수 처리 영역의 폭은 5 밀리미터 내지 20 밀리미터일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the width of the hydrophilic treatment region may be 5 millimeters to 40 millimeters, and the width of the non-hydrophilic treatment region may be 5 millimeters to 40 millimeters. Preferably, the width of the non-hydrophilic treatment region may be between 5 millimeters and 20 millimeters.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막의 플라즈마 처리와 전극 합지 공정을 설명하는 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a plasma treatment and an electrode lamination process of a separator according to an embodiment of the present invention.
도 3은 도 2의 I-I'선을 따라 자른 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 2.
도 4는 도 2의 II-II' 선을 따라 자른 단면도이다.4 is a cross-sectional view taken along the line II-II ′ of FIG. 2.
도 5는 합지 공정 후의 전극 조립체를 설명하는 단면도이다,5 is a cross-sectional view illustrating the electrode assembly after the lamination step.
도 6은 합지 공정 후의 적층된 전극 조립체를 설명하는 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating the stacked electrode assemblies after the lamination process.
도 7은 파우치에 의한 밀봉 및 전해액의 주입을 설명하는 개념도이다.It is a conceptual diagram explaining sealing and injection of electrolyte solution by a pouch.
도 8은 친수 처리에 의한 접촉각을 위치에 따라 측정한 실험 결과이다. 8 is an experimental result of measuring the contact angle by hydrophilic treatment according to the position.
도 2 내지 도 8을 참조하면, 이차 전지(20)는 음극(24), 양극(26), 분리막(22), 및 전해액(미도시)을 포함한다. 전극 조립체(21)는 양극/분리막/음극으로 구성된다. 상기 분리막(22)의 일면 또는 양면에 대기압 유전체 장벽 방전에 의하여 플라즈마로 친수 처리된 복수의 주기적 라인 패턴 형테의 친수 처리 영역(22a)과 비친수 처리 영역(22b)을 구비한다.2 to 8, the secondary battery 20 includes a negative electrode 24, a positive electrode 26, a separator 22, and an electrolyte (not shown). The electrode assembly 21 is composed of an anode / separator / cathode. On one or both surfaces of the separator 22, hydrophilic treatment regions 22a and non-hydrophilic treatment regions 22b of a plurality of periodic line pattern frames hydrophilically treated with plasma by an atmospheric pressure dielectric barrier discharge are provided.
상기 분리막(22)은 고분자 혼합물로 코팅될 수 있다. 상기 유전체 장벽 방전은 상기 분리막(22)의 일면 또는 양면을 라인 형태로 선택적으로 친수 처리할 수 있다.The separator 22 may be coated with a polymer mixture. The dielectric barrier discharge may selectively hydrophilize one side or both sides of the separator 22 in a line form.
분리막 기재의 재로는 폴리올레핀 계열의 고분자일 수 있다. 상기 유전체 장벽 방전 장치(100)는 친수 처리 영역(22a)에서 활성종을 형성하는 방전 가스와 비친수 처리 영역(22b)에서 상기 활성종의 침투를 억제하는 비활성 가스를 포함할 수 있다.The material of the separator substrate may be a polyolefin-based polymer. The dielectric barrier discharge device 100 may include a discharge gas that forms active species in the hydrophilic treatment region 22a and an inert gas that suppresses penetration of the active species in the non-hydrophilic treatment region 22b.
상기 고분자 혼합물은 다공성 무기물 필러 및 바인더 고분자를 포함할 수 있다. 상기 분리막(22)은 분리막 기재 상의 바인더 고분자로 인해 무기물 필러 사이가 연결되고, 무기물 필러 사이의 빈 공간으로 인해 내열성 기공 구조를 형성할 수 있다.The polymer mixture may include a porous inorganic filler and a binder polymer. The separator 22 may be connected between the inorganic fillers due to the binder polymer on the separator substrate, and may form a heat resistant pore structure due to the empty space between the inorganic fillers.
상기 양극(26)은 양극 합체를 NMP 등의 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 양극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다. 상기 양극 집전체는 수 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 두께로 만들어진다. 상기 양극은 도전성 물질일 수 있다. The positive electrode 26 may be manufactured by applying a slurry made by mixing a positive electrode mixture with a solvent such as NMP onto a positive electrode current collector, followed by drying and rolling. The positive electrode current collector is made from several micrometers to several hundred micrometers in thickness. The anode may be a conductive material.
상기 음극(24)은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 합체를 도포한 후 건조하여 제조될 수 있다. 상기 음극 집전체는 수 마이크로 미터 내지 수백 마이크로 미터의 두께로 만들어진다. 상기 음극은 도전성 물질일 수 있다. The negative electrode 24 may be manufactured by coating a negative electrode mixture including a negative electrode active material on a negative electrode current collector and then drying the negative electrode mixture. The negative electrode current collector is made in the thickness of several micrometers to several hundred micrometers. The cathode may be a conductive material.
상기 전해액은 전해액 물질과 리튬염을 포함할 수 있다. 상기 전해액 물질은 비수계 유기 용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질등이 사용될 수 있다. 상기 리듐염은 전해액 물질에 용해될 수 있다. 상기 전해액은 상기 분리막(22)에 스며들어 적실 수 있다.The electrolyte may include an electrolyte material and a lithium salt. The electrolyte material may be a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like. The lithium salt may be dissolved in the electrolyte material. The electrolyte may be soaked in the separator 22.
상기 분리막(22)의 일면 또는 양면은 공기를 이용한 대기압 유전체 장벽 방전에 의하여 플라즈마로 친수 처리된 복수의 주기적 라인 패턴 형태의 친수 처리 영역(22a) 및 비친수 처리 영역(22b)을 구비할 수 있다. 상기 비친수 처리 영역의 폭(W2)은 5 밀리미터 내지 40 밀리미터일 수 있다. 상기 친수 처리 영역의 폭(W1)은 5 밀리미터 내지 40 밀리미터일 수 있다. 상기 분리막의 양 측면에 상기 친수 처리 영역이 배치된다.One or both surfaces of the separator 22 may include a hydrophilic treatment region 22a and a non-hydrophilic treatment region 22b in the form of a plurality of periodic line patterns hydrophilically treated with plasma by an atmospheric pressure dielectric barrier discharge using air. . The width W2 of the non-hydrophilic treatment region may be between 5 millimeters and 40 millimeters. The width W1 of the hydrophilic treatment region may be between 5 millimeters and 40 millimeters. The hydrophilic treatment regions are disposed on both sides of the separator.
이차 전지의 제조 방법이 설명된다.The manufacturing method of a secondary battery is demonstrated.
분리막(22)의 일면에 대기압 유전체 장벽 방전으로 선택적으로 노출시키어 선택적으로 친수 처리된 복수의 주기적 라인 패턴 형태의 친수 처리영역(22a)과 비친수 처리 영역(22b)을 가지도록 선택적 표면 처리가 수행한다. 상기 선택적 표면 처리는 친수 처리 영역과 비친수 처리 영역을 제공하기 위한 유전체 장벽 방전 장치에 설치된 도전성 마스크(150)를 이용한다. 상기 친수 처리 영역에서는 반응 가스(주입 가스)가 선택적으로 주입되고 플라즈마가 발생된다. 상기 비친수 처리 영역에는 비활성 가스가 주입된다. 상기 선택적 표면처리는 유전체 장벽 방전 선형 소스에 장착되고 서로 이격된 복수의 개구부(151)를 구비한 도전성 마스크(150)를 이용하여 상기 개구부(151)에만 형성된 플라즈마를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 분리막을 지지하는 분리막 지지부(90)는 도전체 재질이고, 상기 분리막 지지부(90)는 상기 도전성 마스크와 등전위로 유지될 수 있다. 상기 도전성 분리막 지지부(90)는 상기 분리막과 접촉하는 롤러(roller)일 수 있다. 상기 롤러와 상기 도전성 마스크는 접지될 수 있다. Selective surface treatment is performed to have a hydrophilic treatment region 22a and a non-hydrophilic treatment region 22b in the form of a plurality of periodic line patterns selectively selectively exposed to one surface of the separator 22 by atmospheric pressure dielectric barrier discharge. do. The selective surface treatment utilizes a conductive mask 150 provided in a dielectric barrier discharge device for providing hydrophilic and non-hydrophilic treatment regions. In the hydrophilic treatment region, a reactive gas (injection gas) is selectively injected and a plasma is generated. Inert gas is injected into the non-hydrophilic treatment region. The selective surface treatment may be performed using a plasma formed only in the openings 151 using a conductive mask 150 having a plurality of openings 151 mounted on the dielectric barrier discharge linear source and spaced apart from each other. The separator support part 90 supporting the separator may be a conductive material, and the separator support part 90 may be maintained at an equipotential with the conductive mask. The conductive separator support 90 may be a roller in contact with the separator. The roller and the conductive mask may be grounded.
상기 개구부(151)에서 형성된 플라즈마가 상기 도전성 마스크의 닫힌 영역으로 확산되는 것을 방지하기 위하여 상기 도전성 마스크의 닫힌 영역에 비활성 가스를 선택적으로 주입시킬 수 있다. In order to prevent the plasma formed in the opening 151 from diffusing into the closed region of the conductive mask, an inert gas may be selectively injected into the closed region of the conductive mask.
이어서, 상기 분리막의 타면에 대기압 유전체 장벽 방전으로 선택적으로 노출시키어 선택적으로 친수 처리된 복수의 주기적 라인 패턴 형태의 친수 처리영역과 비친수 처리 영역을 가지도록 선택적 표면 처리가 수행한다. Subsequently, selective surface treatment is performed to have a hydrophilic treatment region and a non-hydrophilic treatment region in the form of a plurality of periodic line patterns selectively hydrolyzed by selectively exposing the other surface of the separator with an atmospheric pressure dielectric barrier discharge.
이어서, 상기 친수 처리된 분리막과 전극을 합지하여 전극 조립체(21)를 제공한다. Subsequently, the hydrophilized membrane and the electrode are laminated to provide an electrode assembly 21.
이어서, 상기 전극 조립체(21)를 밀봉 부재(또는 파우치, 28)로 밀봉하고 상기 밀봉 부재(28)의 전해액 주입구(28)를 통하여 전해액을 주입한다. 상기 전해액이 상기 분리막에 완전히 침투한 후 상기 전해액 주입구(28)는 밀봉된다.Subsequently, the electrode assembly 21 is sealed with a sealing member (or a pouch 28) and the electrolyte is injected through the electrolyte injection hole 28 of the sealing member 28. After the electrolyte completely penetrates the separator, the electrolyte injection hole 28 is sealed.
도 8을 참조하면, 전해액의 접촉각이 위치에 따라 측정되었다. 상기 친수처리 영역에서 접촉각은 약 110도이고, 비친수처리 영역에서 접촉각은 약 90도이다. 친수 처리 영역과 비친수 처리 영역의 경계 영역은 1 밀리미터 이하이다. 상기 분리막이 라인 형태의 친수 처리 영역과 비친수 처리 영역을 구비하는 경우, 전해액 주입 시간은 전영역을 친수 처리한 경우에 비하여 1/3 이하로 감소된다. 또한, 불량률도 현저히 감소한다.Referring to Figure 8, the contact angle of the electrolyte was measured according to the position. The contact angle is about 110 degrees in the hydrophilic treatment region and the contact angle is about 90 degrees in the non hydrophilic treatment region. The boundary region between the hydrophilic treatment region and the non-hydrophilic treatment region is 1 mm or less. When the separator includes a line-type hydrophilic treatment region and a non-hydrophilic treatment region, the electrolyte injection time is reduced to 1/3 or less as compared with the case where the entire region is hydrophilized. In addition, the defective rate is also significantly reduced.
도 9a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 장치를 설명하는 사시도이다.9A is a perspective view illustrating a dielectric barrier discharge device according to another embodiment of the present invention.
도 9b는 도 9a의 C-C 선을 따라 자른 단면도이다.FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line C-C of FIG. 9A.
도 9c는 도 9a의 D-D 선을 따라 자른 단면도이다.FIG. 9C is a cross-sectional view taken along the line D-D of FIG. 9A.
도 9d는 도 9a의 E-E 선을 따라 자른 단면도이다.FIG. 9D is a cross-sectional view taken along the line E-E of FIG. 9A.
도 9e는 도 9a의 유전체 장벽 방전 장치의 유전체 장벽부 및 절연 블록을 설명하는 사시도이다.FIG. 9E is a perspective view illustrating the dielectric barrier portion and the insulating block of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
도 9f는 도 9a의 유전체 장벽 방전 장치의 전력 전극을 설명하는 사시도이다. 9F is a perspective view illustrating a power electrode of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
도 9g는 도 9a의 유전체 장벽 방전 장치의 절연 블록을 설명하는 사시도이다.9G is a perspective view illustrating an insulating block of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
도 9h는 도 9a의 유전체 장벽 방전 장치의 접지 전극을 설명하는 사시도이다.FIG. 9H is a perspective view illustrating the ground electrode of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A. FIG.
도 9i는 도 9a의 유전체 장벽 방전 장치의 하판을 설명하는 평면도이다.FIG. 9I is a plan view illustrating a bottom plate of the dielectric barrier discharge device of FIG. 9A.
도 9a 내지 도 9i를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 장벽 방전 장치(100)는 접지 전극(110), 전력 전극(120), 유전체 장벽부(130), 메인 가스 분배부(181), 보조 가스 분배부(182), 및 마스크부(150)를 포함한다. 상기 전력 전극(120)은 제1 방향으로 연장되고 그 일부가 외부로 노출되고 교류 전압이 인가된다. 상기 접지 전극(110)은 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 전력 전극(120)의 노출 부위를 제외하고 상기 전력 전극을 감싸도록 배치된다. 상기 유전체 장벽부(130)는 상기 제1 방향으로 연장되고 상기 접지 전극(110)과 상기 전력 전극(130) 사이에 배치되고 상기 전력 전극(120)의 상기 노출 부위를 덮도록 상기 전력 전극(130)에 접촉하도록 배치된다. 상기 마스크부(150)는 적어도 하나의 메인 개구부(151)와 상기 제1 방향으로 이격되어 배치된 적어도 하나의 보조 개구부(153)를 포함하고 상기 제1 방향으로 연장되고 피처리물(164)과 상기 전력 전극의 상기 노출 부위가 서로 마주보는 제1 영역에 배치되어 상기 메인 개구부(151)를 통하여 플라즈마를 발생시키어 상기 피처리물을 상기 제1 방향의 위치에 따라 선택적으로 플라즈마 처리한다. 상기 메인 가스 분배부(181)는 상기 접지 전극(110)의 내부에 매설되고 상기 제1 방향을 따라 상기 전력 전극의 상기 노출 부위에 균일하게 제1 가스를 공급한다. 상기 보조 가스 분배부(182)는 상기 접지 전극(110)의 내부에 매설되고 상기 보조 개구부(153)를 통하여 제2 가스를 제공하여 상기 제1 방향을 따른 압력을 제어한다.9A to 9I, the dielectric barrier discharge device 100 according to an embodiment of the present invention may include a ground electrode 110, a power electrode 120, a dielectric barrier 130, and a main gas distribution unit 181. ), An auxiliary gas distributor 182, and a mask unit 150. The power electrode 120 extends in a first direction, a part of which is exposed to the outside, and an AC voltage is applied. The ground electrode 110 extends in the first direction and is disposed to surround the power electrode except for an exposed portion of the power electrode 120. The dielectric barrier portion 130 extends in the first direction and is disposed between the ground electrode 110 and the power electrode 130 and covers the exposed portion of the power electrode 120. Is placed in contact with The mask unit 150 includes at least one main opening 151 and at least one auxiliary opening 153 spaced apart in the first direction, extends in the first direction, and includes the workpiece 164. The exposed portion of the power electrode is disposed in a first region facing each other to generate a plasma through the main opening 151 to selectively process the object to be processed according to the position in the first direction. The main gas distribution unit 181 is embedded in the ground electrode 110 and uniformly supplies a first gas to the exposed portion of the power electrode along the first direction. The auxiliary gas distributor 182 is embedded in the ground electrode 110 and provides a second gas through the auxiliary opening 153 to control the pressure in the first direction.
상기 전력 전극(120)은 도전체로 형성되고 삼각 기둥 형상일 수 있다. 상기 접지 전극(110)은 상기 전력 전극(120)의 상부 모서리의 양 측면 (빗면)에 대향하여 배치된다. 상기 접지 전극(110)은 상기 전력 전극의 상부 모서리를 노출시키도록 배치된다. 상기 전력 전극(120)의 상부 모서리와 서셉터(162)는 상기 유전체 장벽부(130)를 개재하여 제1 영역(메인 방전 영역)에서 메인 유전체 장벽 방전을 수행한다. 상기 전력 전극(120)의 빗면과 상기 접지 전극(110)은 상기 유전체 장벽부(130)를 개재하여 제2 영역에서 보조 유전체 장벽 방전을 수행할 수 있다. 상기 메인 유전체 장벽 방전만이 형성되는 경우, 기억 전하가 상기 상부 모서리에 국부적으로 형성되어 아크 방전을 유발할 수 있다. 아크 방전을 감소시키기 위하여, 보조 유전체 방전에서 생성된 플라즈마, 전자, 활성 가스가 상기 주 유전체 장벽 방전이 발생하는 상기 제1 영역에 공급되어, 낮은 전압에서도 안정적인 방전이 수행될 수 있다. 이에 따라, 방전 안정성이 향상된다. 메인 유전체 장벽 방전을 위하여 전력 전극(120)의 빗면과 접지(서셉터) 사이의 수직 거리는 수 밀리미터 수준일 수 있다. 구체적으로, 상기 전력 전극(120)의 상부 모서리 상의 유전체 장벽부(130)와 상기 서셉터 사이의 수직 거리(g1)는 1 밀리미터 수준일 수 있다. 이에 따라, 상기 마스크부(150)의 두께는 1 밀리미터 미만일 수 있다. 한편, 상기 전력 전극(120)의 빗면 상의 유전체 장벽부(130)와 상기 접지 전극(110) 사이의 수직 거리(g2)는 1 밀리미터 수준일 수 있다. 보조 유전체 방전은 안정적인 플라즈마를 형성하여 기억 전하를 제거하고, 주 유전체 방전에 필용한 시드 전하(seed charge)를 제공한다. 가스는 상기 유전체 장벽부(130)의 측면(빗면)을 따라 상부 모서리 방향으로 균일한 유체 흐름을 제공하여 방전 안정성을 향상시키고, 상기 유전체 장벽부(130)를 냉각할 수 있다.The power electrode 120 may be formed of a conductor and have a triangular pillar shape. The ground electrode 110 is disposed opposite to both side surfaces (compressed surfaces) of the upper edge of the power electrode 120. The ground electrode 110 is disposed to expose the upper edge of the power electrode. The upper edge of the power electrode 120 and the susceptor 162 perform main dielectric barrier discharge in a first region (main discharge region) via the dielectric barrier portion 130. The subsurface of the power electrode 120 and the ground electrode 110 may perform an auxiliary dielectric barrier discharge in a second region via the dielectric barrier unit 130. When only the main dielectric barrier discharge is formed, a memory charge may be locally formed at the upper edge to cause an arc discharge. In order to reduce the arc discharge, plasma, electrons, and active gases generated in the auxiliary dielectric discharge are supplied to the first region where the main dielectric barrier discharge occurs, so that stable discharge can be performed even at a low voltage. As a result, the discharge stability is improved. For the main dielectric barrier discharge, the vertical distance between the inclined surface of the power electrode 120 and the ground (susceptor) may be on the order of several millimeters. In detail, the vertical distance g1 between the dielectric barrier 130 on the upper edge of the power electrode 120 and the susceptor may be about 1 millimeter. Accordingly, the thickness of the mask part 150 may be less than 1 millimeter. Meanwhile, the vertical distance g2 between the dielectric barrier 130 and the ground electrode 110 on the inclined surface of the power electrode 120 may be about 1 millimeter. The auxiliary dielectric discharge forms a stable plasma to remove memory charges and provide seed charges necessary for the main dielectric discharge. The gas may provide a uniform fluid flow along the side surface (the inclined surface) of the dielectric barrier unit 130 to improve the discharge stability and cool the dielectric barrier unit 130.
상기 전력 전극(120)은 그 내부에 제1 방향으로 형성된 긴 구멍을 포함할 수 있다. 상기 구멍을 통하여 냉매가 흐를 수 있다. 냉매는 상기 전력 전극의 일단에서 주입되어 상기 전력 전극을 따라 제1 방향으로 흐른 후, 상기 전력 전극의 타탄에서 배출될 수 있다. 교류 전력은 상기 전력 전극(120)의 중심 부위에 공급될 수 있다.The power electrode 120 may include an elongated hole formed therein in the first direction. The refrigerant may flow through the hole. The coolant may be injected from one end of the power electrode and flow in the first direction along the power electrode, and then discharged from the tartan of the power electrode. AC power may be supplied to a central portion of the power electrode 120.
상기 유전체 장벽부(130)는 일정한 두께를 가지는 'V' 자 빔 형상이고, 상기 유전체 장벽부(130)는 상기 전력 전극(120)의 상부 모서리 및 빗면을 덮고, 상기 절연블록의 빗면을 일부 덮을 수 있다. 상기 유전체 장벽부(130)는 수백 마이크로미터 내지 수 밀리미터의 일정한 두께를 가질 수 있다. 상기 유전체 장벽부의 재질은 세라믹, 또는 플라스틱 계열일 수 있다. 본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 유전체 장벽부(130)와 상기 절연 블록(140)은 일체형일 수 있다.The dielectric barrier unit 130 has a V-shaped beam shape having a predetermined thickness, and the dielectric barrier unit 130 covers the upper edge and the inclined surface of the power electrode 120 and partially covers the inclined surface of the insulating block. Can be. The dielectric barrier 130 may have a constant thickness of several hundred micrometers to several millimeters. The material of the dielectric barrier part may be ceramic or plastic based. According to a modified embodiment of the present invention, the dielectric barrier portion 130 and the insulating block 140 may be integral.
절연 블록(140)은 제1 방향으로 삼각 기둥 형상이고, 상기 삼각 기둥의 상부 모서리는 상기 전력 전극이 삽입되도록 함몰부(147)를 포함할 수 있다. 상기 함몰부(147)는 제1 방향으로 연장될 수 있다. 상기 절연 블록(140)의 재질은 세라믹 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 유전체 장벽부(130)는 상기 전력 전극의 빗면 및 상기 절연 블록의 빗면을 덮도록 제1 방향으로 연장되고, 상기 절연블록(140)의 빗면의 일부 덮도록 빗면 방향으로 연장될 수 있다.The insulating block 140 may have a triangular pillar shape in a first direction, and an upper edge of the triangular pillar may include a recessed portion 147 to insert the power electrode. The depression 147 may extend in the first direction. The insulating block 140 may be made of ceramic or plastic. The dielectric barrier unit 130 may extend in a first direction to cover the inclined surface of the power electrode and the inclined surface of the insulating block, and may extend in the inclined surface direction to cover a portion of the inclined surface of the insulating block 140.
상기 절연 블록(140)은 제1 방향으로 연장되고 상기 절연 블록의 빗면에 돌출되는 돌출부(142)를 포함할 수 있다. 상기 유전체 장벽부(130)는 상기 돌출부(142)에 걸리도록 배치될 수 있다. 상기 전력 전극(120)의 하부 모서리에 강한 전기장이 형성되고, 상기 전력 전극(120)과 상기 접지 전극(110)은 미세한 틈에 기생 방전 또는 아크 방전을 유발할 수 있다. 상기 기생 방전을 억제하기 위하여, 상기 절연 블록의 돌출부(142)가 배치된다. 이에 따라, 상기 전력 전극(120)의 하부 모서리와 상기 접지 전극(110)을 연결하는 경로는 상기 돌출부(142)의 높이에 만큼 경로가 꺾여 기생 방전을 억제할 수 있다.The insulating block 140 may include a protrusion 142 extending in the first direction and protruding to the inclined surface of the insulating block. The dielectric barrier portion 130 may be disposed to be caught by the protrusion 142. A strong electric field is formed at the lower edge of the power electrode 120, and the power electrode 120 and the ground electrode 110 may cause parasitic discharge or arc discharge in a minute gap. In order to suppress the parasitic discharge, the protrusion 142 of the insulating block is disposed. Accordingly, the path connecting the lower edge of the power electrode 120 and the ground electrode 110 may be bent by the height of the protrusion 142 to suppress parasitic discharge.
상기 접지 전극(110)은 전체적으로 속이 빈 절두 삼각 기둥(truncated triangular prism) 형태일 수 있다. 또는, 상기 접지 전극의 절두 부위에 제1 방향으로 연장되는 슬릿 형태의 개구부가 배치될 수 있다. 상기 전력 전극(120)은 상기 접지 전극(110)에 매몰되고, 상기 전력 전극(120)의 상부 모서리가 상기 접지 전극(110)의 개구부에 아래에 배치될 수 있다. 또는 상기 접지 전극(120)은 상기 전력 전극의 제1 방향으로 연장되는 노출부위( 또는 상부 모서리)를 제외하고 감싸도록 배치될 수 있다.The ground electrode 110 may be in the form of a truncated triangular prism that is entirely hollow. Alternatively, an opening having a slit shape extending in the first direction may be disposed at the truncated portion of the ground electrode. The power electrode 120 may be buried in the ground electrode 110, and an upper edge of the power electrode 120 may be disposed below the opening of the ground electrode 110. Alternatively, the ground electrode 120 may be disposed to surround an exposed portion (or an upper edge) extending in the first direction of the power electrode.
상기 전력 전극(120)의 상부 모서리 또는 상기 유전체 장벽부(130)의 상부 모서리는 상기 접지 전극(110)의 절두된 면에 실질적으로 일치할 수 있다.An upper edge of the power electrode 120 or an upper edge of the dielectric barrier portion 130 may substantially correspond to the truncated surface of the ground electrode 110.
상기 접지 전극(110)은 한 쌍의 측면 접지 전극(111), 한 쌍의 보조 측면 접지 전극(111a), 및 하판 접지 전극(116)을 포함할 수 있다. 상기 측면 접지 전극(111)은 상기 전력 전극(120)의 빗면과 상기 절연 블록(140)의 빗면에 대향하여 배치된다. 상기 측면 접지 전극(111)은 제1 방향으로 연장되고, 상기 보조 측면 접지 전극은 제1 방향에 수직하게 연장되어 상기 절연 블록(140)의 양단에 배치된다. The ground electrode 110 may include a pair of side ground electrodes 111, a pair of auxiliary side ground electrodes 111a, and a lower ground electrode 116. The side ground electrode 111 is disposed opposite to the inclined surface of the power electrode 120 and the inclined surface of the insulating block 140. The side ground electrode 111 extends in a first direction, and the auxiliary side ground electrode extends perpendicular to the first direction and is disposed at both ends of the insulating block 140.
상기 메인 가스 분배부(181)는 상기 측면 접지 전극(111)의 내부에 형성되고 상기 전력 전극의 양측에서 상기 유전체 장벽부(130)의 빗면에 가스를 공급할 수 있다. 상기 메인 가스 분배부(181)는 가스 이동 통로를 포함하고, 상기 측면 접지 전극(111)과 상기 유전체 장벽부(130) 사이에 형성되고, 상기 유전체 장벽부(130)의 양측에서 상기 유전체 장벽부의 빗면을 따라 가스를 공급할 수 있다. 상기 가스 이동 통로 중에서 상기 접지 전극(110)과 상기 전력 전극(120)이 서로 마주 보는 영역은 보조 방전 공간(제2 영역)을 제공할 수 있다. 상기 보조 방전 공간은 보조 유전체 장벽 플라즈마를 생성할 수 있다. 상기 가스 이동 통로는 다면이 슬릿 형태이고 상기 유전체 장벽부의 빗면을 따라 연장될 수 있다. 상기 메인 가스 분배부(181)는 상기 마스크부에 상기 제1 방향으로 균일한 밀도의 가스를 제공할 수 있다.The main gas distribution part 181 may be formed inside the side ground electrode 111, and supply gas to the inclined surface of the dielectric barrier part 130 at both sides of the power electrode. The main gas distribution part 181 includes a gas flow passage, and is formed between the side ground electrode 111 and the dielectric barrier part 130, and the dielectric barrier part is formed on both sides of the dielectric barrier part 130. Gas can be supplied along the inclined plane. An area where the ground electrode 110 and the power electrode 120 face each other in the gas movement passage may provide an auxiliary discharge space (second area). The auxiliary discharge space may generate an auxiliary dielectric barrier plasma. The gas flow passage may have a slit in the form of a multi-sided surface and may extend along the inclined surface of the dielectric barrier portion. The main gas distributor 181 may provide a gas having a uniform density in the first direction to the mask unit.
상기 메인 가스 분배부(181)는 상기 접지 전극의 내부에서 구불구불하고 그 단면이 슬릿 형상인 접지 전극 유체 통로를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 접지 전극 유체 통로는 제1 방향으로 연장되는 제1 라인 패턴(112a) 및 제2 라인 패턴(114a)을 포함할 수 있다. 상기 측면 접지 전극(111)은 상판(112) 및 하판(114)을 포함하고, 상판의 일면에는 제1 방향으로 연장되고 돌출된 복수의 제1 라인 패턴(112a)을 포함할 수 있다. 또한, 하판의 일면에는 제1 방향으로 연장되고 돌출된 복수의 제2 라인 패턴(114a)을 포함할 수 있다. 상기 제1 라인 패턴(112a)과 제2 라인 패턴(114a)은 서로 교번하여 배치될 수 있다. 가스는 상기 측면 접지 전극의 하부면에 형성된 슬릿 형태의 가스 유입구(116)를 통하여 상기 제1 라인 패턴과 제2 라인 패턴에 의하여 형성된 구불구불한 유체 경로를 통과할 수 있다. 이에 따라, 상기 가스는 사선 방향으로 저항력을 받아 제1 방향으로 균일하게 퍼질 수 있다. 이에 따라, 상기 측면 접지 전극의 가스 출구(117)는 상기 유전체 장벽부 방향으로 가스를 토출하고, 제1 방향으로 균일한 밀도를 유지할 수 있다. The main gas distribution part 181 may further include a ground electrode fluid passage which is serpentine inside the ground electrode and has a slit cross section thereof. In detail, the ground electrode fluid passage may include a first line pattern 112a and a second line pattern 114a extending in a first direction. The side ground electrode 111 may include an upper plate 112 and a lower plate 114, and one surface of the upper plate 112 may include a plurality of first line patterns 112a extending and protruding in a first direction. In addition, one surface of the lower plate may include a plurality of second line patterns 114a extending and protruding in the first direction. The first line pattern 112a and the second line pattern 114a may be alternately disposed. The gas may pass through a serpentine fluid path formed by the first line pattern and the second line pattern through the slit-shaped gas inlet 116 formed on the lower surface of the side ground electrode. Accordingly, the gas may be uniformly spread in the first direction by receiving the resistive force in the diagonal direction. Accordingly, the gas outlet 117 of the side ground electrode may discharge gas in the direction of the dielectric barrier and maintain a uniform density in the first direction.
상기 측면 접지 전극(111)은 상기 전력 전극(120)의 하부 측면 모서리에 대향하여 형성되고 상기 제1 방향으로 연장되는 접지 전극 함몰부(112b)를 포함할 수 있다. 상기 접지 전극 함몰부(112b)는 유전체로 채워지지 않는 경우 가스 버퍼 공간을 제공할 수 있다.The side ground electrode 111 may include a ground electrode recess 112b formed to face the lower side edge of the power electrode 120 and extend in the first direction. The ground electrode recess 112b may provide a gas buffer space when the ground electrode recess 112b is not filled with a dielectric.
상기 접지 전극 함몰부(112b)는 아크 방지 절연블록(172)에 의하여 채워질 수 있다. 상기 아크 방지 절연 블록(172)은 상기 제1 방향으로 연장되는 세라믹 또는 플라스틱 재질의 사각 기둥일 수 있다. The ground electrode recess 112b may be filled by the arc prevention insulating block 172. The arc protection insulating block 172 may be a square pillar of ceramic or plastic material extending in the first direction.
상기 측면 접지 전극(111)과 상기 유전체 장벽부(130) 사이의 간격은 1 밀리미터 이하이고, 상기 가스 이동 통로는 보조 유전체 장벽 방전을 수행하여 상기 제1 영역에 플라즈마를 제공할 수 있다.An interval between the side ground electrode 111 and the dielectric barrier unit 130 may be 1 mm or less, and the gas flow passage may perform an auxiliary dielectric barrier discharge to provide a plasma to the first region.
상기 메인 가스 분배부의 가스 출구(117)로부터 토출된 가스는 상기 아크 방지 절연블록(172)과 상기 유전체 장벽부(130) 사이의 공간을 통과하여 보조 방전 공간(제2 영역)에 제공될 수 있다. 상기 아크 방지 절연블록(172)은 상기 전력 전극과 상기 접지 전극 사이의 거리를 충분히 떨어트려 유전체 장벽 방전 및 아크 방전을 억제할 수 있다.The gas discharged from the gas outlet 117 of the main gas distribution part may pass through a space between the arc protection insulating block 172 and the dielectric barrier part 130 to be provided in an auxiliary discharge space (second area). . The arc prevention insulating block 172 may sufficiently reduce the distance between the power electrode and the ground electrode to suppress the dielectric barrier discharge and the arc discharge.
상기 측면 접지 전극(111)은 상기 접지 전극(110)과 상기 유전체 장벽부(130) 사이에 보조 방전 공간을 제공하는 보조 방전 접지 전극부(114b)를 포함할 수 있다. 상기 보조 방전 접지 전극부(114b)는 상기 보조 방전 공간(제2 영역)을 제공할 수 있다. 상기 보조 방전 접지 전극부(114b)는 열 변형에 강한 금속 합금일 수 있다. 상기 보조 방전 접지 전극부(114b)와 상기 유전체 장벽부(130) 사이의 수직 거리(g2)는 수 밀리미터 수준일 수 있다.The side ground electrode 111 may include an auxiliary discharge ground electrode part 114b that provides an auxiliary discharge space between the ground electrode 110 and the dielectric barrier part 130. The auxiliary discharge ground electrode part 114b may provide the auxiliary discharge space (second area). The auxiliary discharge ground electrode part 114b may be a metal alloy resistant to thermal deformation. The vertical distance g2 between the auxiliary discharge ground electrode part 114b and the dielectric barrier part 130 may be several millimeters.
만약, 상기 수직 거리(g2)가 너무 크면, 보조 유전체 장벽 방전이 발생하지 않는다. 따라서, 상기 제1 영역에서 서셉터(162)와 상기 전력 전극(120)의 상부 모서리 사이에서 주 유전체 장벽만이 발생하여, 아크 방전에 의한 방전 안정성이 악화될 수 있다.If the vertical distance g2 is too large, no auxiliary dielectric barrier discharge occurs. Therefore, only a main dielectric barrier may be generated between the susceptor 162 and the upper edge of the power electrode 120 in the first region, thereby deteriorating discharge stability due to arc discharge.
상기 측면 접지 전극(111)은 구불구불한 구조의 상기 접지 전극 유체 통로(112a,114a)로부터 가스를 공급받는 보조 가스 분배부(182,183)를 포함할 수 있다. 상기 보조 가스 분배부(182,183)는 보조 접지 전극 함몰부(183) 및 상기 보조 가스 분사부(182)를 포함할 수 있다. 상기 보조 가스 분배부(182,183)는 상기 마스크부의 보조 개구부에 선택적으로 가스를 공급할 수 있다. 구체적으로, 상기 측면 접지 전극에 형성된 접지 전극 함몰부(112b)는 상기 보조 개구부에 대응하는 위치에서 더 깊이 함몰되어 보조 접지 전극 함몰부(183)를 형성할 수 있다. 상기 보조 접지 전극 함몰부(183)는 상기 제1 방향을 따라 상기 보조 개구구가 배치되는 위치마다 형성될 수 있다. 상기 보조 접지 전극 함몰부(183)는 상기 가스 출구(117)에 연결되어 가스를 공급받을 수 있다. 상기 보조 가스 분배부()는 상기 아크 방지 절연블록(172)를 감싸는 우회하는 형태의 가스 이통 경로를 제공할 수 있다. 상기 보조 가스 분사부(182)는 상기 마스크부의 보조 개구부(152)에 가스를 분사할 수 있도록 관통홀일 수 있다.The side ground electrode 111 may include auxiliary gas distributors 182 and 183 to receive gas from the ground electrode fluid passages 112a and 114a having a serpentine structure. The auxiliary gas distributors 182 and 183 may include an auxiliary ground electrode recess 183 and the auxiliary gas injector 182. The auxiliary gas distributors 182 and 183 may selectively supply gas to the auxiliary openings of the mask unit. Specifically, the ground electrode recess 112b formed in the side ground electrode may be recessed deeper at a position corresponding to the auxiliary opening to form the auxiliary ground electrode recess 183. The auxiliary ground electrode depression 183 may be formed at each position where the auxiliary opening is disposed along the first direction. The auxiliary ground electrode depression 183 may be connected to the gas outlet 117 to receive gas. The auxiliary gas distribution unit () may provide a gas communication path of a bypass type surrounding the arc prevention insulating block 172. The auxiliary gas injection unit 182 may be a through hole to inject gas into the auxiliary opening 152 of the mask unit.
상기 하판 접지 전극(116)은 상기 측면 접지 전극(111)의 하부면과 결합하고, 상기 절연 블록(140)의 하부면을 지지한다. 상기 하판 접지 전극(116)은 그 상부면에 형성되고 제1 방향으로 연장되는 변에 인접하게 배치되고 상기 제1 방향으로 연장되는 제1 트렌치(215) 및 상기 제1 트렌치와 이격되어 반대 방향의 변에 인접하게 배치되는 연장되는 제2 트렌치(225)를 포함할 수 있다. 제1 가스 출구(214)은 제1 트렌치(215)의 하부면 주위에 배치된 가스 유입구(216)를 통하여 상기 하판 접지 전극의 내부에 형성된 유체 통로를 통하여 연결된다. 제2 가스 출구(223)은 제2 트렌치(225)의 하부면 주위에 배치된 가스 유입구(222)를 통하여 상기 하판 접지 전극의 내부에 형성된 유체 통로를 통하여 연결된다. The lower ground electrode 116 is coupled to the lower surface of the side ground electrode 111 and supports the lower surface of the insulating block 140. The lower ground electrode 116 is formed on an upper surface thereof and is disposed adjacent to a side extending in the first direction and spaced apart from the first trench 215 and the first trench in the opposite direction. It may include an extended second trench 225 disposed adjacent to the side. The first gas outlet 214 is connected through a fluid passage formed inside the bottom ground electrode through a gas inlet 216 disposed around the bottom surface of the first trench 215. The second gas outlet 223 is connected through a fluid passage formed inside the bottom ground electrode through a gas inlet 222 disposed around the bottom surface of the second trench 225.
상기 제1 트렌치(215)는 복수의 제1 가스 출구(214)를 구비하고, 상기 제2 트렌치(225)는 복수의 제2 가스 출구(223)를 구비하고, 상기 제1 가스 출구()와 상기 제2 가스 출구는 제1 방향으로 교번하여 배치될 수 있다. 상기 제1 트렌치(215)는 일 측면 접지 전극의 가스 유입구(116)에 연결된다. 상기 제2 트렌치(225)는 다른 측면 접지 전극의 가스 유입구(116)에 연결된다.The first trench 215 has a plurality of first gas outlets 214, the second trench 225 has a plurality of second gas outlets 223, and The second gas outlets may be alternately arranged in the first direction. The first trench 215 is connected to the gas inlet 116 of the one side ground electrode. The second trench 225 is connected to the gas inlet 116 of the other side ground electrode.
상기 하판 접지 전극(116)은 냉매가 흐른 파이프가 진행할 수 있는 냉매 파이트 관통홀(211)과 교류 전력을 공급하는 전력선이 진행할 수 있는 전력선 관통홀(212)이 배치될 수 있다.The lower ground electrode 116 may include a refrigerant pipe through hole 211 through which a pipe through which refrigerant flows, and a power line through hole 212 through which a power line for supplying AC power may travel.
상기 피처리물(164)에 선택적 처리를 위하여, 상기 마스크부(150)가 상기 접지 전극(110)의 절두면에 배치될 수 있다. 상기 마스크부(150)는 상기 제1 방향으로 배열된 복수의 메인 개구부(151) 및 복수의 보조 개구부(153)를 포함할 수 있다. 상기 메인 개구부의 크기는 수백 마이크로미터 내지 수 센치미터일 수 있다. 상기 마스크부(150)는 1 밀리미터 이하의 두께를 가진 판 형상이고, 상기 제1 방향을 따라 배열된 복수의 메인 개구부(151)를 포함한다. 상기 마스크부(150)는 세라믹, 금속, 또는 금속합금일 수 있다.The mask unit 150 may be disposed on the truncated surface of the ground electrode 110 to selectively process the object 164. The mask unit 150 may include a plurality of main openings 151 and a plurality of auxiliary openings 153 arranged in the first direction. The main opening may have a size of several hundred micrometers to several centimeters. The mask unit 150 has a plate shape having a thickness of 1 millimeter or less, and includes a plurality of main openings 151 arranged along the first direction. The mask unit 150 may be a ceramic, a metal, or a metal alloy.
상기 마스크부의 상기 보조 개구부(153)는 상기 마스크부의 중심선에서 이격되어 대칭적으로 배치될 수 있다. 상기 보조 개구부(153)는 유전체 장벽 방전을 유발하지 않도록 상기 전력 전극(120)을 마주보지 않도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 보조 개구부는 상기 접지 전극의 상부면을 바라보도록 배치되며, 상기 보조 가스 분배부(182,183)의 가스 출구에 정렬될 수 있다. 한 쌍의 상기 보조 개구부에 의하여 토출되는 가스는 상기 피처리물의 한 지점에서 집속될 수 있다. The auxiliary opening 153 of the mask part may be symmetrically spaced apart from the center line of the mask part. The auxiliary opening 153 may be disposed not to face the power electrode 120 so as not to cause a dielectric barrier discharge. That is, the auxiliary opening may be disposed to face the upper surface of the ground electrode, and may be aligned with the gas outlets of the auxiliary gas distribution units 182 and 183. The gas discharged by the pair of auxiliary openings may be concentrated at one point of the workpiece.
바람직하게는, 상기 마스크부(150)는 도전체이고 접지되고, 상기 마스크부는 상기 접지 전극의 상기 함몰부위(110a)의 상부면을 덮도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 마스크부(150)는 상기 접지 전극의 절두면의 개구부에 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 마스크부(150)의 메인 개구부(111)는 메인 유전체 장벽 방전이 제1 방향을 따라 국부적으로 생성되도록 할 수 있다. 상기 마스크부(150)의 막힌 영역에서, 주 유전체 장벽 방전은 생성되지 않는다. 또한, 상기 마스쿠부(150)의 개방 영역에서, 주 유전체 장벽 방전은 생성된다. 이에 따라, 피처리물(164)는 제1 방향을 따라 처리된 영역과 처리되지 않은 영역을 가질 수 있다.Preferably, the mask part 150 is a conductor and is grounded, and the mask part may be disposed to cover the upper surface of the recessed portion 110a of the ground electrode. That is, the mask unit 150 may be arranged in alignment with the opening of the truncated surface of the ground electrode. The main opening 111 of the mask unit 150 may allow the main dielectric barrier discharge to be locally generated along the first direction. In the closed region of the mask portion 150, no main dielectric barrier discharge is generated. In addition, in the open region of the mask portion 150, a main dielectric barrier discharge is generated. Accordingly, the workpiece 164 may have a processed area and an untreated area along the first direction.
상기 보조 개구부(153)를 통하여 제공된 가스는 유전체 장벽 방전에 의하여 상기 메인 개구부에서 형성된 활성 가스가 제1 방향으로 이동하여 공간 선택성의 저하를 억제할 수 있다. 상기 보조 개구부(153)를 통하여 제공된 가스는 제1 방향에 따라 압력 차이를 제공하고, 상기 메인 개구부가 형성된 영역보다 더 높은 압력을 제공할 수 있다. In the gas provided through the auxiliary opening 153, the active gas formed in the main opening may move in the first direction by a dielectric barrier discharge, thereby suppressing a decrease in space selectivity. The gas provided through the auxiliary opening 153 may provide a pressure difference in a first direction, and may provide a higher pressure than a region in which the main opening is formed.
상기 메인 가스 분배부(181)를 통하여 제공되는 제1 가스와 상기 보조 가스 분배부(182,183)를 통하여 제공되는 제2 가스는 동일하고 대기일 수 있다. 다만, 상기 메인 개구부를 통하여 제공된 가스는 유전체 장벽 방전에 의하여 활성 가스로 변환될 수 있다.The first gas provided through the main gas distributor 181 and the second gas provided through the auxiliary gas distributors 182 and 183 may be the same and may be atmospheric. However, the gas provided through the main opening may be converted into the active gas by the dielectric barrier discharge.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 마스크부(150)는 상기 접지 전극(110)과 접촉하지 않고, 상기 피처리물(164)의 하부에 인접하게 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 마스크부(150)는 다양한 2차원 패턴을 가질 수 있다. 한편, 상기 피처리물과 상기 마스크부(150)가 고정된 경우, 선형 유전체 장벽 플라즈마 장치가 이동하면서 상기 피처리물에 2차원 패턴을 형성할 수 있다. According to a modified embodiment of the present invention, the mask unit 150 may be disposed adjacent to the lower portion of the object 164 without contacting the ground electrode 110. In this case, the mask unit 150 may have various two-dimensional patterns. Meanwhile, when the workpiece and the mask unit 150 are fixed, the linear dielectric barrier plasma apparatus may move to form a two-dimensional pattern on the workpiece.
다시, 도 9a 내지 도 9i를 참조하면, 이차 전지의 분리막 필름 플라즈마 처리 장치(100)는 제1 방향으로 연장되는 함몰부위를 포함하고 전기적으로 접지된 접지 전극(110); 상기 접지 전극의 상기 함몰 부위에 매몰되고 그 일부가 외부로 노출되고 교류 전압이 인가되고 상기 제1 방향으로 연장되는 전력 전극(120); 상기 전력 전극과 접촉하여 상기 전력 전극의 노출부위를 감싸도록 배치되고 상기 제1 방향으로 연장되는 유전체 장벽부(130); 상기 전력 전극을 마주보고 상기 제1 방향으로 연장되고 접지되는 서셉터(162); 메인 개구부(151)와 보조 개구부(153)를 포함하고 상기 제1 방향으로 연장되는 상기 서셉터에 지지되는 분리막 필름(164)과 상기 전력 전극의 상기 노출 부위가 서로 마주보는 제1 영역에 배치되어 공간적으로 플라즈마 밀도를 제어하여 상기 분리막 필름을 상기 제1 방향의 위치에 따라 선택적으로 플라즈마 처리하는 마스크부(150); 및 상기 보조 개구부(153)에 가스를 제공하여 상기 제1 방향을 따른 압력 분포를 제공하는 보조 가스 분배부(182,183)를 포함한다.9A to 9I, the separator film plasma processing apparatus 100 of the secondary battery includes a ground electrode 110 including a depression extending in a first direction and electrically grounded; A power electrode 120 buried in the recessed portion of the ground electrode, part of which is exposed to the outside, and an AC voltage is applied and extends in the first direction; A dielectric barrier portion 130 disposed in contact with the power electrode and covering the exposed portion of the power electrode and extending in the first direction; A susceptor (162) facing the power electrode and extending in the first direction and grounded; The separator film 164 including the main opening 151 and the auxiliary opening 153 and supported by the susceptor extending in the first direction and the exposed portion of the power electrode are disposed in a first region facing each other. A mask unit 150 for spatially controlling the plasma density to selectively plasma-process the separator film according to the position in the first direction; And auxiliary gas distributors 182 and 183 providing a gas to the auxiliary opening 153 to provide a pressure distribution along the first direction.
피처리물(164)은 이차전지의 분리막 필름일 수 있다. 상기 피처리물은 서셉터(또는 롤러)에 배치되어 이동할 수 있다. 제1 영역에 주 유전체 장벽이 발생하고, 상기 제1 영역에 제1 방향을 따라 플라즈마 밀도가 공간적으로 변조하는 마스크부가 배치된다. 따라서, 상기 분리막 필름은 서로 나란히 연장되는 라인 형태의 친수 피처리 영역을 가질 수 있다. 플라즈마 처리의 공간 선택성을 증가시키기 위하여, 상기 보조 개구부를 통하여 가스가 상기 피처리물 상에 제공된다. 이에 따라, 상기 메인 개구부에서만 플라즈마 처리가 수행된다.The object 164 may be a separator film of a secondary battery. The workpiece may be disposed on the susceptor (or roller) to move. A main dielectric barrier is formed in the first region, and a mask portion for spatially modulating the plasma density along the first direction is disposed in the first region. Therefore, the separator film may have a hydrophilic to-be-processed region in a line form extending next to each other. In order to increase the spatial selectivity of the plasma treatment, gas is provided on the workpiece through the auxiliary opening. Accordingly, the plasma treatment is performed only at the main opening.
다시, 도 9a 내지 도 9i를 참조하면, 대기압 유전체 방전 플라즈마 처리 방법은 피처리물(164)을 이송하면서 지지하고 전기적으로 접지된 이송 수단(162)을 제공하는 단계; 대기압 하에서 상기 이송 수단을 통하여 상기 피처리물(164)을 이송하는 단계; 상기 접지 전극(110)에 매몰되고 일부가 노출되는 전력 전극(120)에 교류 전력을 제공하는 단계; 상기 전력 전극(120)의 노출부위를 덮는 유전체 장벽부(130) 상에 마스크부(150)를 배치하여 상기 이송 수단과 상기 전력 전극의 노출부위 사이에 상기 피처리물의 위치에 따라 선택적으로 상기 유전체 장벽 방전 플라즈마 처리를 수행하는 단계; 및 상기 마스크부에서 플라즈마 방전이 수행되는 메인 개구부(151) 주위에 배치된 보조 개구부(153)에 가스를 제공하여 위치에 따라 압력을 제어하는 단계를 포함한다.Referring again to FIGS. 9A-9I, an atmospheric dielectric discharge plasma processing method includes providing a transport means 162 supported and electrically grounded while transporting a workpiece 164; Transferring the workpiece 164 through the transfer means under atmospheric pressure; Providing alternating current power to a power electrode (120) buried in the ground electrode (110) and partially exposed; By placing the mask portion 150 on the dielectric barrier portion 130 covering the exposed portion of the power electrode 120, selectively the dielectric according to the position of the workpiece between the transfer means and the exposed portion of the power electrode Performing a barrier discharge plasma treatment; And controlling the pressure according to the position by providing gas to the auxiliary opening 153 disposed around the main opening 151 where the plasma discharge is performed in the mask unit.
상기 접지 전극(110)을 통하여 상기 전력 전극의 노출부위에 가스가 공급될 수 있다. 상기 플라즈마는 상기 피처리물을 친수처리하고, 상기 가스는 대기, 산소, 질소, 수소, 및 아르곤 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 피처리물(164)은 이차 전지의 분리막 필름일 수 있다. 상기 메인 개구부를 통하여 제공되는 가스와 상기 보조 개구부를 통하여 제공되는 가스는 동일하고 대기일 수 있다. 다만, 상기 메인 개구부를 통하여 제공된 가스는 유전체 장벽 방전에 의하여 활성 가스로 변환될 수 있다.Gas may be supplied to the exposed portion of the power electrode through the ground electrode 110. The plasma hydrophilizes the workpiece, and the gas may include at least one of air, oxygen, nitrogen, hydrogen, and argon. The object 164 may be a separator film of a secondary battery. The gas provided through the main opening and the gas provided through the auxiliary opening may be the same and may be atmospheric. However, the gas provided through the main opening may be converted into the active gas by the dielectric barrier discharge.
상기 전력 전극이 삼각 기둥 형상인 경우, 상기 접지 전극과 상기 전력 전극의 노출 부위( 또는 상기 전력 전극의 빗면) 사이에 보조 유전체 방전이 생성될 수 있다. 이를 위하여, 상기 접지 전극과 상기 유전체 장벽부 사이에 제2 영역이 형성되고, 상기 제2 영역을 통하여 공정 가스가 공급될 수 있다.When the power electrode has a triangular pillar shape, an auxiliary dielectric discharge may be generated between the ground electrode and the exposed portion of the power electrode (or the inclined surface of the power electrode). To this end, a second region may be formed between the ground electrode and the dielectric barrier portion, and a process gas may be supplied through the second region.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. You will understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

Claims (7)

  1. 음극, 양극, 분리막, 및 전해액을 포함하는 이차전지에 있어서,In the secondary battery comprising a negative electrode, a positive electrode, a separator, and an electrolyte solution,
    상기 분리막의 일면 또는 양면에 대기압 유전체 장벽 방전에 의하여 플라즈마로 친수 처리된 복수의 주기적 라인 패턴 형테의 친수 처리 영역과 비친수 처리 영역을 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지.And a hydrophilic treatment region and a non-hydrophilic treatment region of a plurality of periodic line pattern types hydrophilically treated with plasma by an atmospheric pressure dielectric barrier discharge on one or both surfaces of the separator.
  2. 제1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 비친수 처리 영역의 폭은 5 밀리미터 내지 20 밀리미터이고,The width of the non-hydrophilic treatment region is from 5 millimeters to 20 millimeters,
    상기 친수 처리 영역의 폭은 5 밀리미터 내지 20 밀리미터이고,The width of the hydrophilic treatment region is from 5 millimeters to 20 millimeters,
    상기 분리막의 양 측면은 상기 친수 처리 영역이 배치되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.Both sides of the separator is characterized in that the hydrophilic treatment region is disposed.
  3. 이차 전지의 제조 방법에 있어서,In the manufacturing method of a secondary battery,
    분리막의 일면에 대기압 유전체 장벽 방전으로 선택적으로 노출시키어 선택적으로 친수 처리된 복수의 주기적 라인 패턴 형태의 친수 처리영역과 비친수 처리 영역을 가지도록 선택적 표면 처리를 수행하는 단계;Performing selective surface treatment so as to have a hydrophilic treatment region and a non-hydrophilic treatment region in the form of a plurality of periodic line patterns selectively selectively exposed to one surface of the separator by atmospheric pressure dielectric barrier discharge;
    상기 친수 처리된 분리막과 전극을 합지하여 전극 조립체를 제공하는 단계;Laminating the hydrophilized membrane and an electrode to provide an electrode assembly;
    상기 전극 조립체를 밀봉 부재로 밀봉하고 상기 밀봉 부재의 전해액 주입구를 통하여 전해액을 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.Sealing the electrode assembly with a sealing member and injecting an electrolyte through an electrolyte injection hole of the sealing member.
  4. 제3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein
    상기 선택적 표면처리는 유전체 장벽 방전 선형 소스에 장착되고 서로 이격된 복수의 개구부를 구비한 도전성 마스크를 이용하여 상기 개구부에만 형성된 플라즈마를 이용하여 수행되고,The selective surface treatment is performed using a plasma formed only in the openings using a conductive mask mounted on a dielectric barrier discharge linear source and having a plurality of openings spaced apart from each other,
    상기 분리막을 지지하는 분리막 지지부는 도전체 재질이고, The membrane support portion for supporting the separator is a conductor material,
    분리막 지지부는 상기 도전성 마스크와 등전위로 유지되는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.Separator support portion is a method of manufacturing a secondary battery, characterized in that the conductive mask is maintained at the same potential.
  5. 제4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 개구부에서 형성된 플라즈마가 상기 도전성 마스크의 닫힌 영역으로 확산되는 것을 방지하기 위하여 상기 도전성 마스크의 닫힌 영역에 비활성 가스를 선택적으로 주입시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.And selectively injecting an inert gas into the closed region of the conductive mask to prevent the plasma formed in the opening from diffusing into the closed region of the conductive mask.
  6. 제4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 도전성 분리막 지지부는 상기 분리막과 접촉하는 롤러(roller)인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.The conductive separator support part is a manufacturing method of a secondary battery, characterized in that the roller (roller) in contact with the separator.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 롤러와 상기 도전성 마스크는 접지되는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.And the roller and the conductive mask are grounded.
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