JP2020521055A - 電解銅箔製造装置 - Google Patents

Abstract

本発明による電解銅箔製造装置は、電解液を収容する電解槽、前記電解液に一部が浸漬されるように設置される内部ドラム、前記内部ドラムの表面と接触するように形成されている外部ドラム、前記電解槽内に位置し、前記内部ドラムと一定距離だけ離れて位置する相対電極、前記内部ドラムと前記相対電極との間を電気的に連結する電源供給部を含む。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は、２０１７年１１月９日付韓国特許出願第１０−２０１７−０１４８７２８号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として組み含まれる。

本発明は、銅箔製造装置に関し、特に電解銅箔製造装置に関する。

銅箔は、二次電池の集電体またはＰＣＢ基板として主に使用され得る。

このような銅箔は、厚さが薄いため、回転ドラムを電解液に浸漬して銅を析出する方法により形成することができる。つまり、回転ドラムを銅イオンが含まれている電解液に浸漬し、一対の電極に電流を流して回転ドラム表面に析出された銅薄膜を分離して形成することができる。この時、銅箔は回転ドラムの回転により連続的に生産され得る。

一方、銅箔は、回転ドラムの表面に生成された後に分離されるもので、回転ドラムの表面状態に影響を受けるようになる。

つまり、回転ドラムの表面に異物が存在する場合、薄い厚さの銅箔の表面に異物の形状が転写されたり、銅粒子の成長が不均一になったりすることがある。これによって、回転ドラムの表面から接触した状態で、分離される銅箔の一面と接触しないため、空気中に露出した銅箔の他面は互いに異なる表面を有するようになる。

このように、銅箔の表面特性が変われば光沢が互いに異なり、接着力の差が発生することがある。特に、二次電池の集電体として使用される場合、銅箔の上に形成される活物質の密着力が落ち、これは二次電池の電気的特性を低下させる。

このために、表面エッチングまたは追加コーティングなどの方法で後加工を実施しているが、これは費用および工程時間が増加するという問題点がある。

したがって、本発明の目的は、別途の後処理工程を必要とせず、必要に応じて多様な表面を有する銅箔を容易に製造することができる電解銅箔製造装置を提供することにある。

前記課題を達成するための本発明による電解銅箔製造装置は、電解液を収容する電解槽、前記電解液に一部が浸漬されるように設置される内部ドラム、前記内部ドラムの表面と接触するように形成されている外部ドラム、前記電解槽内に位置し、前記内部ドラムと一定距離だけ離れて位置する相対電極、および前記内部ドラムと前記相対電極との間を電気的に連結する電源供給部を含む。

前記外部ドラムは、中空の管形状を有しており、前記内部ドラムが前記外部ドラムに挿入されて設置されてもよい。

前記外部ドラムの表面には、一定の模様を有する複数の突出部が形成されてもよい。

前記突出部の高さは、０．５ｕｍ乃至１０ｕｍであってもよい。

前記複数の突出部は、一定間隔を置いて配列されてもよい。

前記突出部間の間隔は、５ｕｍ乃至１００ｕｍであってもよい。

前記内部ドラムの表面と垂直方向に切断した前記突出部の縦断面は、三角形、四角形のような多角形または半球形あるいは円形のように曲面を有することができる。

前記外部ドラムは、導電性物質からなってもよい。

前記導電性物質は、Ｔｉ系、Ｚｒ系、Ｆｅ系、Ｎｉ系、Ｐｄ系、Ｃ系、Ｓｉ系のうちで選択されたいずれか一つまたはこれらの合金、または伝導性ポリマーであってもよい。

本発明のように、外部ドラムを利用すれば、別途の追加加工を必要としない銅箔を製造することができる。

また、外部ドラムの表面に形成された凹凸を多様に形成することによって表面特性が多様な銅箔を容易に製造することができる。

本発明の一実施例による電解銅箔製造装置の概略的な図面である。 本発明の一実施例による突出部の断面図である。 本発明の一実施例による突出部の配置を説明するための図面である。 図１の電解銅箔製造装置を利用して銅箔を製造する方法を説明するための図面である。

以下、添付した図面を参照して本発明の多様な実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。本発明は、多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。

本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。そして、「第１」、「第２」、および「第３」などの序数は、構成要素間の混同を避けるために使用される。

また、図面に図示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に示したため、本発明が必ず図示されたものに限定されない。

以下、添付した図面を参照して本発明による電解銅箔製造装置について説明する。

図１は本発明の一実施例による電解銅箔製造装置の概略的な図面であり、図２は本発明の一実施例による突出部の断面図であり、図３は本発明の一実施例による突出部の配置を説明するための図面である。

図１に図示したように、本発明の一実施例による電解銅箔製造装置１００は、第１回転ドラム１０、第１回転ドラム１０の一部が浸漬される電解液２２を収容する電解槽２０、および第２回転ドラム３０を含む。

電解銅箔製造装置１００は、二つの電極の間に電流を流して金属が電極表面に薄膜形態で析出され、これを分離して金属薄膜を形成するものであり、第１回転ドラム１０は金属、つまり、銅が析出される負極であってもよい。

第１回転ドラム１０は、内部ドラム１０ａと外部ドラム１０ｂを含む。外部ドラム１０ｂは、中空の管形状であってもよく、内部ドラム１０ａが外部ドラム１０ｂに挿入されてもよい。この時、内部ドラム１０ａの外表面と外部ドラム１０ｂの内表面は直接的に接触するように挿入されることが好ましい。

したがって、外部ドラム１０ｂを別途に形成した後、外部ドラム１０ｂ内に内部ドラム１０ａを挿入してもよく、板状金属で内部ドラム１０ａの外部を囲むように付着して外部ドラム１０ｂを形成してもよい。

この時、外部ドラム１０ｂは、内部ドラム１０ａに密着して囲むことができるように外部ドラム１０ｂの厚さは凹凸が形成可能な厚さで、例えば１ｍｍ乃至５０ｍｍであってもよい。

一方、外部ドラム１０ｂの一面には凹凸パターンが形成されてもよく、凹凸パターンは特定の模様の突出部が規則的に配列されてもよい。

図２および図３に示すように、突出部１２は、電池箔などにパターンを形成することができる高さおよび間隔を有することができ、例えば突出部１２は外部ドラム１０ｂの表面から０．５ｕｍ乃至１０ｕｍの高さ（Ｈ）に突出されてもよく、隣接する突出部間の間隔（Ｓ）は５ｕｍ乃至１００ｕｍであってもよい。

突出部１２は、内部ドラムの表面と垂直方向に切断した突出部の縦断面が三角形または四角形のような多角形、または曲面を有する半球形、楕円形、円形を有することができる。

突出部１２は、多様な方法により形成されてもよく、例えば金属のエッチング方法は機械的なポリシング（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）またはバフィング（Ｂｕｆｆｉｎｇ）方法を活用することができ、また伝導性物質の上に所望するパターンの反対位置に非伝導性物質を配置した後、部分的に電着（蒸着）させる方法、ポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）枠に金属を満たして高温でポリマーを焼いて金属のみを残すパターニング方法、そして精密なポリマーパターンの上に金属薄膜を塗布し、ポリマーを除去して金属薄膜パターンを作るフォトリソグラフィ方法のように形成しようとする突出部１２の形態に応じて選択して形成することができる。

再び図１を参照すると、第１回転ドラム１０は、電解液に浸漬した状態で回転するため、電解液に対して耐腐食性を有し、高強度の素材で、例えばＴｉ系、Ｚｒ系、Ｆｅ系、Ｎｉ系、Ｐｄ系のような金属材料、またはＣ系、Ｓｉ系のような非金属材料のうちのいずれか一つまたはこれらの合金からなることができ、伝導性高分子物質からなることができる。この時、内部ドラム１０ａと外部ドラム１０ｂは、互いに異なる金属で形成されてもよいが、これに限定されるのではなく、同一の金属で形成されることもできる。

電解槽２０は、銅箔を形成するための電解液２２を収容し、相対電極２４が設置されてもよい。相対電極２４は、負極と対向するように設置され、反対極性の正極であってもよい。

電解液２２は、第１回転ドラム１０の下部面と接触するように満たされてもよく、接触面積が最大である高さで満たされることが好ましい。

相対電極２４は、横断面が円形である第１回転ドラム１０の外周面に沿って形成されてもよく、第１回転ドラム１０の下部を囲む形態に横断面が半円形状であってもよい。相対電極２４は、第１回転ドラム１０から一定間隔だけ離れて位置し、これらの間に電解液２２が流れることができる。電解液２２は、外部に設置されたポンプ４０を通じて供給され、循環され得る。

電解液２２は、硫酸銅を主成分とする電解液であってもよく、銅箔は下記の反応式（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）により析出され得る。
（ｉ）ＣｕＳＯ_４＋２ｅ⁻＋２Ｈ^＋→Ｃｕ＋Ｈ_２ＳＯ_４（回転ドラムでの反応）
（ｉｉ）Ｈ_２Ｏ→２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２＋２ｅ（相対電極での反応）
（ｉｉｉ）ＣｕＳＯ_４＋Ｈ_２Ｏ→Ｃｕ＋Ｈ２_ＳＯ_４＋１／２Ｏ_２（全体反応）

銅箔は、電解液２２の濃度、電流密度などにより厚さが変わり得、例えば５ｕｍ乃至１００ｕｍの厚さに形成されてもよい。

第２回転ドラム３０は、第１回転ドラム１０から連続的に排出される銅箔が巻かれ、第２回転ドラム３０に巻かれる銅箔の張力を調節するために、第１回転ドラム１０と第２回転ドラム３０の間には複数の回転ロール（図示せず）が配置されてもよい。

以上の電解銅箔製造装置を利用すれば表面に凹凸が形成された銅箔５０を製造することができる。

図４は図１の電解銅箔製造装置を利用して銅箔を製造する方法を説明するための図面である。

図４を参照すると、電解槽２０に硫酸銅が主成分である電解液２２を満たし、第１回転ドラム１０の下部が浸漬されるように電解槽２０に設置する。

そして第１回転ドラム１０と相対電極２４を電気的に連結して、電源供給部１０００を通じてこれらの間に電流が流れるようにすれば前述した反応式により第１回転ドラム１０の表面に銅が析出される。

銅は第１回転ドラム１０が回転する間に連続的に析出されて第１回転ドラム１０の表面に薄膜形態で形成され、これを第２回転ドラム３０に巻いて銅箔ロールを製造することができる。

以上の実施例のように、特定のパターンが形成された外部ドラムを含む第１回転ドラム１０を用いると、外部ドラムの表面に形成された特定のパターンが銅箔の表面に転写され得る。

このような凹凸は、銅箔の表面に均一に形成されて従来のドラム表面にポリシング跡が転写されて表面が不均一になることを防止することができる。したがって、銅箔表面を処理するための追加工程を実施しなくてもよい。

また、銅箔の表面に均一な形態の凹凸を形成するため、銅箔の不均一な表面により発生した接着力の低下を防止することができる。

したがって、必要とする銅箔の接着性、光沢などにより突出部の配列および形状を変形させた外部ドラムを用いて、多様な特性の銅箔を容易に製造することができる。

以上を通じて本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。

１０：第１回転ドラム
１０ａ：内部ドラム
１０ｂ：外部ドラム
２０：電解槽
３０：第２回転ドラム
４０：ポンプ
５０：銅箔

Claims (9)

1. 電解液を収容する電解槽、
   前記電解液に一部が浸漬されるように設置される内部ドラム、
   前記内部ドラムの表面と接触するように形成されている外部ドラム、
   前記電解槽内に位置し、前記内部ドラムと一定距離だけ離れて位置する相対電極、および
   前記内部ドラムと前記相対電極との間を電気的に連結する電源供給部、
   を含む電解銅箔製造装置。
2. 前記外部ドラムは、中空の管形状を有しており、前記内部ドラムが前記外部ドラムに挿入されて設置されている、請求項１に記載の電解銅箔製造装置。
3. 前記外部ドラムの表面には、一定の模様を有する複数の突出部が形成されている、請求項１または２に記載の電解銅箔製造装置。
4. 前記突出部の高さは、０．５ｕｍ乃至１０ｕｍである、請求項３に記載の電解銅箔製造装置。
5. 前記複数の突出部は、一定間隔を置いて配列されている、請求項３に記載の電解銅箔製造装置。
6. 前記突出部間の間隔は、５ｕｍ乃至１００ｕｍである、請求項５に記載の電解銅箔製造装置。
7. 前記内部ドラムの表面と垂直方向に切断した前記突出部の縦断面は、三角形または四角形、あるいは半球形である、請求項３〜６のいずれか一項に記載の電解銅箔製造装置。
8. 前記外部ドラムは、導電性物質からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電解銅箔製造装置。
9. 前記導電性物質は、Ｔｉ系、Ｚｒ系、Ｆｅ系、Ｎｉ系、Ｐｄ系、Ｃ系、Ｓｉ系のうちで選択されたいずれか一つまたはこれらの合金、または伝導性ポリマーである、請求項８に記載の電解銅箔製造装置。

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