KR-102961387-B1 - Electrode Current Collector Cleaning Device Comprising Atmospheric Pressure Plasma Module and Electrode Current Collector Cleaned Thereby

Abstract

본 발명은 대기압 플라즈마 모듈이 적용된 전극 집전체 세정 장치 및 이러한 세정 장치를 거쳐 세정된 전극 집전체에 관한 것으로, 상압 플라즈마 표면 처리를 통해 전극 집전체 표면의 오일 성분을 효과적으로 제거하며, 표면에 결함(defect)이 없는 고품질의 전극 집전체를 제공할 수 있다.

Inventors

• 서상진
• 장영철
• 안창범
• 정재봉

Assignees

• 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20210803

Claims (11)

1. 알루미늄 또는 그 합금으로 형성된 집전체 시트를 이송하는 하나 이상의 이송 롤러; 이송 롤러를 따라 이송되는 집전체 시트의 일면 또는 양면에 플라즈마를 분사하는 대기압 플라즈마 모듈; 및 집전체 시트가 이송되는 방향을 기준으로, 대기압 플라즈마 모듈의 하류에 위치하며, 집전체 시트 표면의 친수화도를 검출하는 검출부를 포함하며, 상기 대기압 플라즈마 모듈은, 반응 가스를 이온화시켜 플라즈마를 만드는 데 필요한 전기 에너지를 공급하는 전원; 상기 전원이 연결된 전극 사이에 방전 공간이 형성되는 플라즈마 반응기; 및 상기 플라즈마 반응기에 반응 가스를 공급하는 가스 공급기를 포함하고, 대기압 플라즈마 모듈의 플라즈마 배출부와 집전체 표면 사이의 이격 거리는 1.5 내지 5 mm 범위이고, 대기압 플라즈마 모듈을 거치기 전 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 60° 이상이며, 대기압 플라즈마 모듈을 거친 후 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 25° 이하인 전극 집전체 세정 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 가스는 산소와 아르곤 가스의 혼합물인 전극 집전체 세정 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 대기압 플라즈마 모듈을 거치기 전 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 60 내지 120° 범위이며, 대기압 플라즈마 모듈을 거친 후 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 5 내지 25° 범위이고, 물방울 접촉각의 변화량은 35° 이상인 전극 집전체 세정 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 대기압 플라즈마 모듈의 플라즈마 배출부는, MD 방향으로 이동하는 전극 집전체 상에, TD 방향으로 배치된 구조인 전극 집전체 세정 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 대기압 플라즈마 모듈의 플라즈마 배출부와 집전체 표면 사이의 이격 거리는 2 내지 3 mm 범위인 전극 집전체 세정 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

Description

대기압 플라즈마 모듈을 포함하는 전극 집전체 세정 장치 및 이를 통해 세정된 전극 집전체{Electrode Current Collector Cleaning Device Comprising Atmospheric Pressure Plasma Module and Electrode Current Collector Cleaned Thereby} 본 발명은 대기압 플라즈마 모듈이 적용된 전극 집전체 세정 장치 및 이러한 세정 장치를 거쳐 세정된 전극 집전체에 관한 것이다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 가지며, 사이클 수명이 길고, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다. 최근에는 전기 자동차와 같은 중대형 디바이스의 전원으로서 리튬 이차전지가 이용됨에 따라 리튬 이차전지의 고용량, 고에너지 밀도, 및 저비용화가 더욱 요구되고 있다. 이러한 고성능 이차전지를 제조하기 위해서는, 신규 조성의 활물질 개발 뿐만 아니라 전극 집전체의 불량을 억제하는 것도 중요한 기술 개발 포인트이다. 전극 집전체로는 알루미늄 박막 혹은 구리 박막이 사용된다. 예를 들어, 알루미늄 박막은 제조 과정에서 박막의 표면에 오일 성분의 불순물이 잔류하는 문제가 있다. 이러한 불순물들을 제거하기 위해서, 기존에는 알루미늄 박막의 표면을 직접 닦아내는 과정을 거치기도 한다. 그러나, 이러한 직접 세정 방식에 의할 경우에는, 세정 롤러 혹은 세정 브러쉬에 의한 2차 오염이 발생할 수 있고, 세정 과정에서 세정 롤러 혹은 세정 브러쉬와의 마찰에 의해 핀홀 내지 크랙이 유발되는 문제가 있다. 도 1은 종래의 전극 집전체 세정 장치를 도시한 모식도이다. 도 1을 참조하면, 공급된 집전체 시트(11)는 다수의 이송 롤러들(21, 22, 23, 24, 25)을 거쳐 전극 슬러리 토출 다이(40) 아래로 이송된다. 전극 슬러리 토출 다이(40)에서 토출된 전극 슬러리는 집전체 시트(11) 상에 코팅된 후 건조 과정을 거쳐 전극 합제층(41)을 형성하게 된다. 집전체 시트(11)가 이송되는 과정에서, 세정 과정을 거치게 된다. 구체적으로는, 제1 와이퍼 롤러(31)에는 부직포 와이퍼(33)가 권취된 상태이다. 제1 와이퍼 롤러(31)는 회전하는 구조이고, 제1 와이퍼 롤러(31)에 권취된 부직포 와이퍼(33)가 집전체 시트(11)의 표면을 닦아내게 된다. 집전체 시트(11) 표면을 닦아낸 부직포 와이퍼(33)는 제1 와이퍼 롤러(31)에서 언와인더된 후 제2 와이퍼 롤러(32)에 다시 와인딩된다. 이 과정에서, 세정 과정에서 부직포 와이퍼(33)와 집전체 시트(11) 사이의 직접 마찰로 인해 집전체 시트(11) 표면에 핀홀이 발생하는 문제가 있으며, 사용된 부직포 와이퍼(33)는 폐기물로 남게 된다. 따라서, 집전체 시트를 효과적으로 세정하면서도, 비접촉 방식으로 수행할 수 있는 새로운 세정 장치에 대한 필요성이 요구된다. 도 1은 종래의 전극 집전체 세정 장치를 도시한 모식도이다. 도 2 및 3은 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 집전체 세정 장치를 도시한 모식도들이다. 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 상압 플라즈마 표면 처리 과정을 나타낸 모식도이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부 뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다. 이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 집전체 세정 장치는, 집전체 시트를 이송하는 하나 이상의 이송 롤러; 및 이송 롤러를 따라 이송되는 집전체 시트의 일면 또는 양면에 플라즈마를 분사하는 대기압 플라즈마 모듈을 포함한다. 본 발명에 따른 전극 집전체 세정 장치는 이송되는 집전체 시트 상에 플라즈마 표면 처리, 특히 상압 플라즈마 표면 처리를 수행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는 대기압 플라즈마 모듈을 이용하여 집전체 시트의 표면을 세정한다. 본 발명에서 대기압 플라즈마(Atmospheric Pressure Plasma)란, 기존의 진공에서 적용되는 플라즈마 처리 대비 대기압 하에서 플라즈마를 처리하여 유기물을 세정하는 기술을 포괄하는 의미이다. 구체적으로, 대기압 플라즈마는 서로 대향된 전극사이에 교류 전기장을 인가하면 전기장에 의해 반응 가스내 전자는 높은 에너지로 가속되고, 일정 수준이상의 에너지로 가속된 전자는 산소 분자와 충돌하여 산소 이온(O2+)을 만들거나 산소 원자 이온(2O+)으로 분리된다. 이온 상태는 매우 불안정한 상태이므로 주위의 전자와 결합하여 산소 라디컬(O*)이 되거나 다른 산소 이온과 결합하여 오존(O3)을 만들게 되며, 오존은 다시 전자와 충돌하여 산소 분자와 산소 라디컬로 다시 분해된다. 이렇게 생성된 산소 라디컬을 집전체 시트 상에 분출시켜서 오일 성분을 포함하는 유기물을 제거한다. 대기압 플라즈마의 예로는, 코로나 방전 또는 유전체 격벽 방전(dielectric barrier discharge) 등이 있다. 하나의 실시예에서, 상기 대기압 플라즈마 모듈은, 반응 가스를 이온화시켜 플라즈마를 만드는 데 필요한 전기 에너지를 공급하는 전원; 상기 전원이 연결된 전극 사이에 방전 공간이 형성되는 플라즈마 반응기; 및 상기 플라즈마 반응기에 반응 가스를 공급하는 가스 공급기를 포함한다. 구체적인 실시예에서, 상기 반응 가스는 산소와 아르곤 가스의 혼합물을 포함한다. 본 발명의 발명자들은 다양하고 반복적인 실험을 통해, 산소와 아르곤 가스의 혼합 가스를 반응 가스로 적용함으로써, 집전체 시트에 대한 효과적인 세정과 더불어 집전체 시트 표면을 친수화할 수 있음을 확인하였다. 예를 들어, 상기 반응 가스는 산소와 아르곤 가스를 20~80:20~80 부피비, 40~80:20~60 부피비 또는 55~70:30~45 부피비로 혼합하여 적용 가능하다. 상기 범위로 혼합함으로써, 세정 효과 및 친수화 효율이 동시에 향상됨을 확인하였다. 하나의 실시예에서, 본 발명에서, 대기압 플라즈마 모듈을 거치기 전 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 60° 이상, 60 내지 120°, 80 내지 120° 또는 90 내지 110° 범위이다. 이에 대해, 대기압 플라즈마 모듈을 거친 후 전극 집전체 표면의 물방울 접촉각은 25° 이하, 5 내지 25° 또는 5 내지 15° 범위이다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 전극 집전체 세정 장치에 의해 세정을 거친 전극 집전체는 표면 물방울 접촉각의 변화량이 35° 이상 또는 75 내지 105° 범위이다. 또 다른 하나의 실시예에서, 상기 대기압 플라즈마 모듈에서, 플라즈마 배출부는, MD 방향으로 이동하는 전극 집전체 상에, TD 방향으로 배치된 구조이다. 대기압 플라즈마 모듈에서 플라즈마 배출부를 전극 집전체의 이동 방향에 대해 수직으로 배치함으로써, 플라즈마 처리 효율을 높이고 연속 공정이 가능하다. 구체적인 실시예에서, 대기압 플라즈마 모듈의 플라즈마 배출부와 집전체 표면 사이의 이격 거리는 1.5 내지 5 mm 범위이다. 이는, 다양하고 반복적인 실험을 통해서, 플라즈마 처리시 대상체와의 최적 이격 거리를 산출한 것이다. 본원에서는, 비접촉 방식으로 플라즈마를 처리함으로써, 마찰에 의한 집전체 손상을 유발하지 않는다. 예를 들어, 플라즈마 배출부와 집전체 표면 사이의 이격 거리는 2 내지 3 mm 범위이다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 집전체 세정 장치는, 집전체 시트가 이송되는 방향을 기준으로, 대기압 플라즈마 모듈의 하류에 위치하며, 집전체 시트 표면의 친수화도를 검출하는 검출부를 포함한다. 본 발명에서는 대기압 플라즈마 모듈의 하류에 상기 검출부를 배치하게 되고, 이를 통해 제품의 불량을 효과적으로 검출할 수 있다. 구체적으로는, 상기 검출부는 대기압 플라즈마 모듈의 하류에 위치하고, 동시에 전극 슬러리 토출 다이의 상류에 위치할 수 있다. 이를 통해, 전극 슬러리 토출하기 전에 집전체의 불량 여부를 검출할 수 있다. 구체적인 하나의 실시예에서, 상기 집전체 시트는 알루미늄 또는 그 합금을 포함한다. 본 발명에 따른 세정 장치는, 양극 혹은 음극 집전체에 대해서 모두 적용 가능하며, 구체적으로는 양극 집전체에 적용 가능하다. 예를 들어, 양극 집전체로 알루미늄 또는 그 합금으로 형성된 박막이 적용된다. 알루미늄 박막 제조 과정에서, 강제 연신 및 프레스 과정을 거치게 된다. 이러한 제조 과정에서 집전체 시트의 손상을 방지하기 위해서 오일 성분을 적용한다. 오일 성분의 사용으로 인해, 집전체 시트의 표면에서 오일 성분을 제거하기 위한 세정 과정이 요구된다. 본 발명에 따른 세정장치는, 양극 집전체로 적용되는 집전체 시트에 대한 세정에 효과적으로 적용 가능하다. 또한, 본 발명은 앞서 설명한 전극 집전체 세정 장치에 의해 세정된 전극 집전체를 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른