KR100371565B1 - 2차 전지용 집전체 제조 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

2차 전지용 집전체 제조 방법 및 장치가 개시된다.
본 발명에 의한 2차 전지의 집전체 제조 방법은, 소정의 형상이 양각으로 형성된 원통형의 패턴 마스크에 에칭 레지스트를 도포하는 단계; 상기 패턴 마스크에 근접하게 접촉하며 권회되는 가이드 롤러와 상기 패턴 마스크의 압착에 의하여 패턴 마스크 양각의 형상에 따라 소정의 소재 기판에 에칭 레지스트를 도포하는 단계; 상기 에칭 레지스트의 형상에 따라 상기 소재 기판을 에칭하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지용 집전체 제조 장치 및 방법{Apparatus and method of manufacturing the current collector of the secondary battery}
본 발명은 2차 전지의 집전체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양각의 패턴 마스크를 이용하여 집전체의 소재 기판에 에칭 레지스터를도포하여 2차 전지의 집전체를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
21세기의 국가 전략사업으로 육성되는 2차 전지는 다양한 전자기기의 요구에 따라 시장이 급격히 형성되고 있으며 그 중간 부품인 집전체 부품은 구리(Cu), 알류미늄(Al)등이 그 소재로서 널리 사용되고 있다.
양극, 음극용 집전체에 쓰이는 금속 호일(Foil:Al, Cu, Sus, Ni등) 소재에 구멍을 갖는 형상 가공을 하는 데에 있어서는, 프레스 금형으로 펀칭하는 방법과 함께 화학적 식각 기술을 이용하는 에칭(Etching)을 하는 방법이 사용되고 있다.
여기서, 상기 에칭에 의한 집전체의 제조 방법은 소재 기판에 필륨을 도포한 다음, 이를 노광, 현상시킨 후 에칭하는 단계로 이루어진다.
그러나, 상기 에칭 방법을 사용하는 경우, 2차 전지의 중간부품으로서 제조 원가 절감으로 경쟁력을 확보해야 되나, 현재 사용중인 리드 프레임 제조 공법인 고정밀도의 "노광 및 현상" 공정에 있어서의 포토레지스트를 사용하는 경우 고가의 재료비(드라이 필륨 및 용액성 코팅액) 및 낮은 공정 속도로 인하여 생산성이 저하되고 경쟁력있는 가격을 확보할 수 없는 문제점이 있다.
또한 오목형 원통 마스크를 이용한 그래버(Gravure)인쇄법에 의하는 경우에는 현상 부위에 미도포부가 일정한 방향으로 생겨서 에칭 후 원하는 형상이 제대로 나오지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 알류미늄, 구리등의 얇은 소재에 관통하는 형상을 가공하여 충/방전이 가능한 2차 전지의 중간부품인집전체를, 보다 경쟁력있는 제조 공법으로 원통형 패턴 마스크에 에칭 레지스트를 도포하고 이를 건조시켜서 에칭하는 단계를 일련의 과정으로 효율적으로 행하는 2차 전지의 집전체 제조 장치 및 방법을 제공하는 점에 그 목적이 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지용 집전체 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2a 및 2b는, 종래 소재 기판의 에칭 방법을 나타낸다.
도 3a 및 3b는, 본 발명의 일 실시예에 따라 소재 기판을 에칭 하는 방법을 나타낸다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10... 소재 기판 20... 가이드 롤러
30... 패턴 롤러 40... 잉크 공급 롤러
50... 에칭 레지스트 저장고 51... 에칭 레지스트
60... 지지 롤러 70... 노즐
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2차 전지의 집전체 제조 방법은,
소정의 형상이 양각으로 형성된 원통형의 패턴 마스크에 에칭 레지스트를 도포하는 단계; 상기 패턴 마스크에 근접하게 접촉하며 권회되는 가이드 롤러와 상기 패턴 마스크의 압착에 의하여 패턴 마스크 양각의 형상에 따라 소정의 소재 기판에 에칭 레지스트를 도포하는 단계; 및 상기 에칭 레지스트의 형상에 따라 상기 소재 기판을 에칭하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 소재 기판의 양면중 패턴 마스크의 형상에 따라 에칭 레지스트가 도포된 일면에 대한 타면에는 그 전면적에 걸쳐 에칭 레지스트가 도포되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소재 기판의 에칭 단계에 있어서, 소재 기판의 양면중 패턴 마스크 양각의 형상에 따라 에칭 레지스트가 도포된 일면을 하방으로 배치하고, 에칭액을 하방에서 상방으로 분사해 주는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기한 소재 기판의 에칭 단계는 릴 투 릴(reel to reel) 방식으로 이루어질 수도 있다.
상기 2차 전지의 제조 방법에 있어서는, 상기 패턴 마스크 양각의 형상과 접촉하는 잉크 공급 롤러에 의해, 상기 패턴 마스크에 에칭 레지스트를 계속적으로공급하는 단계를 더 구비하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 더불어, 상기 소재 기판에 에칭 레지스트를 도포한 후에, 소재 기판을 건조하는 단계; 상기 에칭 단계후에는 에칭 레지스트를 용해하는 단계; 해당 소재 기판의 특성에 따라 요구되는 후처리를 하는 단계;를 더 포함하는 것도 가능하며, 여기에서, 상기 후처리하는 단계는 소재 기판에 산화방지처리를 한다.
이와 더불어 본 발명의 2차 전지의 집전체 제조 장치는, 소정의 형상이 양각으로 형성된 원통형의 패턴 마스크; 상기 패턴 마스크에 근접하게 접촉하며 권회되며, 상기 패턴 마스크와의 압착에 의하여 패턴 마스크 양각의 형상에 따라 소정의 소재 기판에 에칭 레지스트를 도포하는 가이드 롤러; 및 상기 패턴 마스크 양각의 형상과 접촉하며, 상기 패턴 마스크에 에칭 레지스트를 계속적으로 공급하는 잉크 공급 롤러;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 2차 전지의 집전체의 제조 방법의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명하고자 한다. 각 도면에 대하여, 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 의한 2 차 전지용 집전체 제조 장치를 나타내는 것으로서, 공급릴(11)상에 권취된 소재 기판(10)이 제 1 지지 롤러(60)를 권회하고, 가이드 롤러(20)와 패턴 롤러(30) 사이를 통과한 후, 다시 제 2 지지 롤러(61)를 지나 최종적으로는 수용릴(12)에 권취되는 것을 보인다. 또한 상기 패턴 롤러(30)과 접해서는 잉크 공급 롤러(40)가 회전한다. 상기 가이드 롤러(20) 및 패턴 롤러(30)는 도면에 도시되지는 않았지만 모두 지지체에 의해 회전가능하게 지지된다. 상기 잉크 공급 롤러(40)의 외주면중 하부의 일부는 에칭 레지스트 공급부(50)에 저장된 에칭 레지스트(51)에 침수된다. 따라서 상기 잉크 공급 롤러(40)가 회전하는 경우 상기 에칭 레지스트(51)는 계속적으로 패턴 롤러(30)에 공급될 수 있게 구성되어 있다.
한편 상기 패턴 롤러(30)의 외곽 원주상에는 볼록 형상의 패턴(31)이 형성되어 있으며 잉크 공급 롤러(40)와 접촉하고 있어, 상기 잉크 공급 롤러(40)의 회전에 따라 올라온 에칭 레지스트(51)가 계속적으로 패턴 롤러(30)의 패턴(31)에 공급될 수 있는 구조로 되어있다.
상기 가이드 롤러(20)와 패턴 롤러(30) 사이를 통과한 소재 기판의 전방에는 상기 소재 기판의 방향을 바꿔줄 수 있는 제 2 지지 롤러(61)가 설치되어 있으며, 상기 제 2 지지 롤러(61)의 전방 하부에는 복수개의 노즐(70)이 설치된다. 상기 노즐(70)을 통해서는 에칭액이 상기 소재 기판을 향하여 분사된다.
상기한 가이드 롤러(20), 패턴 롤러(30), 잉크 공급 롤러(40),지지 롤러(60) 및 노즐(70)은 모두 프레임(미도시)에 의해 지지된다.
상기와 같이 구성된 2차 전지의 집전체의 제조 공정은 다음과 같다.
먼저 소재 기판(10)은 공급릴(11)상에 권취되어 있으며, 상기 공급 릴이 풀리면서 소재 기판(10)이 세정부(미도시)로 안내되어 표면이 세정되며, 세정 후에는 제 1 지지 롤러(60)를 돌아서, 가이드 롤러(20)와 패턴 롤러(30) 사이로 안내된다.
상기 패턴 롤러(30) 외주면에는 소정의 패턴(31)이 양각으로 형성되어 있어,잉크 공급 롤러(40) 외주면에 뭍어있는 에칭 레지스트 잉크가 상기 패턴에 전달된다. 여기서 상기 잉크 공급 롤러(40) 외주면은 항상 에칭 레지스트 공급부(50)내에 저장된 에칭 레지스트(51)에 일부가 침수되어 상기 잉크 공급 롤러(40)의 회전에 따라 상기 패턴 롤러(30)에까지 에칭 레지스트(51)를 전달 할 수 있게 된다. 한편, 소재 기판중 일면은 상기 패턴(31)의 형상에 따라 부분 도포되나, 다른 측 일면에는 전면적이 도포된 형태를 갖는다(도 3a 참조).
여기서, 상기 에칭 레지스트(51)는 에칭 과정에서 있어서 잘 견디는 내화학적 특성을 갖고 있어야 하며, 또한 에칭 과정후에 다른 물질에 의해 쉽게 용해가 일어나서 완제품 상태에서는 깨끗하게 소재 기판만 나타날 수 있게 되어야 한다.
상기 패턴 롤러(30)와 잉크 공급 롤러(40)를 통과하여 에칭 레지스트 도포과정이 끝나면 소재 기판(10)은 제 2 지지 롤러(61)를 권회한 후, 에칭 과정으로 들어간다.
도 3a는 상기 소재 기판(10)의 상부면은 전면이 에칭 레지스트로 도포된 형태이며, 하부면은 패턴 롤러(30)의 패턴(31)에 따른 형상만이 도포된 것을 보인다. 여기서 상기 소재 기판(10)에 에칭액을 분사하는 노즐(70)은 소재 기판 하부에 배치되어 있다. 이는, 도 2a에 도시된 종래 기술에서와 같이 소재 기판(10)의 상부로부터 에칭액이 분사되는 경우 식각이 진행되면서 에칭액이 소재 기판(10)의 하부에 전면으로 도포되어 있는 에칭 레지스트상에 고이게되고 순간적으로 정체되는 현상이 발생하여, 도 3b에서와 같이 식각된 면이 깨끗하지 못하고 단면부 안쪽으로 "파먹음" 현상이 생기는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 소재 기판(10) 하부로부터 에칭액이 노즐은 통하여 분사되는 경우에는, 상기한 문제점을 해결할 수 있는바, 도 3a에서와 같이 아래쪽에서 위쪽으로 분사해주는 방식을 취하면 에칭액은 소재 기판에 충돌하여 식각공정이 진행되면서 바로 중력에 의해 밑으로 떨어져 순간적인 정체 현상이 발생하지 않고 따라서 상술한 소재 기판의 파먹음 현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.
상기 에칭과정을 거친 후에, 상기 소재 기판(10)상에 부착된 에칭 레지스트(51)는 용해 과정(미도시)을 통하여 용해되며, 소재 기판은 다시 수용릴(12)로 권취되어 저장되게 된다. 여기서, 에칭과정후 에칭 레지스트가 용해되고 난 후에는 해당 소재에 따라서 별도의 후처리 공정을 가미할 수 있으며, 예를 들면 구리 소재의 경우 산화 방지 처리를 해줌으로서 제품이 요구하는 성능을 확보할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 2차 전지의 집전체의 제조 장치 및 방법에 의한 경우, 노광 및 현상에 의한 포토 레지스트 공정에 쓰이는 고가의 재료비를 들이지 않음으로서 경쟁력 있는 가격을 확보할 수 있으며, 빠른 공정 속도에 의하여 생산성의 향상을 기대할 수 있게된다.
또한 본 발명의 집전체 제조 장치 및 방법에 의하는 경우 패턴 롤러가 끊어짐 없이 계속 회전하기 때문에 연속적인 형상을 얻을 수 있게 된다.
더욱이 본 발명의 집전체 제조 장치 및 방법에 의하는 경우 에칭 과정에 있어서 에칭액을 소재 기판의 하부에서 노즐을 통해 분사시킴으로써, 소재 가판 단면부에서의 파먹음 현상을 방지할 수 있다.

Claims (8)

  1. 소정의 형상이 양각으로 형성된 원통형의 패턴 마스크에 에칭 레지스트를 도포하는 단계;
    상기 패턴 마스크에 근접하게 접촉하며 권회되는 가이드 롤러와 상기 패턴 마스크의 압착에 의하여 패턴 마스크 양각의 형상에 따라 소정의 소재 기판에 에칭 레지스트를 도포하는 단계; 및
    상기 에칭 레지스트의 형상에 따라 상기 소재 기판을 에칭하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 집전체 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소재 기판의 양면중 패턴 마스크의 형상에 따라 에칭 레지스트가 도포된 일면에 대한 타면에는 그 전면적에 걸쳐 에칭 레지스트가 도포되는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 집전체 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소재 기판의 에칭 단계에 있어서, 소재 기판의 양면중 패턴 마스크 양각의 형상에 따라 에칭 레지스트가 도포된 일면을 하방으로 배치하고, 에칭액을 하방에서 상방으로 분사해 주는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 집전체 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기한 소재 기판의 에칭 단계는 릴투릴(reel to reel) 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 집전체 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴 마스크 양각의 형상과 접촉하는 잉크 공급 롤러에 의해, 상기 패턴 마스크에 에칭 레지스트를 계속적으로 공급하는 단계를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 집전체 제조 방법.
  6. 전기한 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소재 기판에 에칭 레지스트를 도포한 후에, 소재 기판을 건조하는 단계;
    상기 에칭 단계후에는 에칭 레지스트를 용해하는 단계; 해당 소재 기판의 특성에 따라 요구되는 후처리를 하는 단계;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로하는 2차 전지용 집전체 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 후처리하는 단계는 소재 기판에 산화방지처리를 하는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 집전체 제조 방법.
  8. 소정의 형상이 양각으로 형성된 원통형의 패턴 마스크;
    상기 패턴 마스크에 근접하게 접촉하며 권회되며, 상기 패턴 마스크와의 압착에 의하여 패턴 마스크 양각의 형상에 따라 소정의 소재 기판에 에칭 레지스트를 도포하는 가이드 롤러; 및
    상기 패턴 마스크 양각의 형상과 접촉하며, 상기 패턴 마스크에 에칭 레지스트를 계속적으로 공급하는 잉크 공급 롤러;를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 집전체 제조 장치.
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