KR100783736B1 - 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서 및 이의 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서는, 양극박 및 음극박을 구비하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서에 있어서, 양극박 및 음극박의 사이에 위치되는 합성섬유 재질 절연지 및 양극박의 내측에 위치되는 목재섬유 재질 절연지를 포함하거나, 양극박 및 음극박의 사이에 위치되는 목재섬유 재질 절연지 및 양극박의 내측에 위치되는 합성섬유 재질 절연지를 포함할 수 있다.
고분자 콘덴서, 권취형, 절연지, 탄화, 목재섬유, 합성섬유
Description
도 1은 종래 기술에 따른 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 3은 도 2에 적용된 목재섬유 재질 절연지 및 합성섬유 재질 절연지의 탄화 공정이 완료된 상태를 나타낸 확대 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 제조 과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
210 : 양극박 220 : 음극박
230 : 제 1 절연지 235 : 제 2 절연지
240 : 엔딩 테이프 250 : (+) 리드 와이어
260 : (-) 리드 와이어
본 발명은 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 합성섬유 재질 절연지와 목재섬유 재질 절연지를 동시에 적용시킴으로써, 콘덴서 소자의 등가직렬저항을 감소시켜 손실 특성 및 내전압 특성 등을 향상시킨 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서와 이의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 일반적인 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서는 양극박(110)과 음극박(120) 사이에 30 내지 60㎛ 두께의 목재섬유 재질의 제 1 절연지(130)를 사이에 두고, 양극박(120)의 내측면에 동일한 재질의 제 2 절연지(135)를 위치시킨 후 권취함으로써 권취 소자를 구성한다.
이와 같이 절연지(130, 135)를 구비하는 이유는, 양극박(110)과 음극박(120)의 권취시 기계적인 접촉으로 인한 단락(short circuit) 내지는 각각의 양극 및 음 극의 전극박에 형성된 미세다공 구조의 Al2O3 산화피막의 손상 및 파괴 등을 방지하기 위함이다.
그러나, 이러한 고분자 콘덴서는 권취 소자에 전도성 고분자 고체 전해질층을 형성하기 위해, 전도성 고분자 용액에 상기 권취 소자를 함침시킨 후 전도성 고분자 용액이 전극박에 충분하게 침투하여 양극과 음극에 균일하고 두꺼운 전도성 고분자층이 형성되도록 하는 공정을 수행해야 하는데, 목재섬유 재질 절연지를 사용하는 경우 절연지에 형성되어 있는 섬유조직에 전도성 고분자 용액이 집중적으로 흡습되어, 결과적으로 전도성 고분자 전해질층이 전극박 보다 절연지에만 집중적으로 형성되어 콘덴서의 손실 및 저항특성을 현저히 감소시키는 문제가 발생된다.
따라서, 목재섬유 절연지의 섬유조직을 파괴하기 위하여 약 200 내지 300℃의 온도 범위에서 약 30 내지 180분간의 열처리를 통해 목재섬유 절연지를 탄화시키는 공정이 필요하다. 왜냐하면, 이러한 목재섬유 재질의 절연지를 사용하는 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 경우 탄화 공정이 수행되면, 그 섬유조직은 파괴되지만 절연지 형태는 그대로 잔존하여 양극과 음극 사이의 절연 분리판으로서의 기능을 수행할 수 있기 때문이다.
다시 말해, 탄화된 권취 소자를 전도성 고분자 용액에 함침시킬 경우 양극과 음극 사이에는 탄화 이전보다 용이하게 고체 고분자 전해질층이 형성되는 반면, 탄화된 절연지는 흡습성이 저하되어 고분자 전해질층의 형성이 원활히 이루어지지 않게 된다.
하지만, 이와 같은 경우에는 양극과 음극 사이의 전체적인 전도성 고분자층이 충분히 형성되지 못해, 결과적으로 양극과 음극 간 접촉저항 및 계면저항이 높아지는 현상이 발생된다. 그리고 이러한 현상은, 콘덴서의 내전압 특성은 향상시키는 반면 고분자 콘덴서의 핵심 특성인 등가직렬저항을 감소시키기 어렵도록 하는 문제점의 직접적인 원인이 된다.
그리고 이는 탄화공정이 불필요한 합성수지 재질의 절연지를 사용하는 경우에도 마찬가지의 문제점으로 나타나고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 합성섬유 재질 절연지와 목재섬유 재질 절연지를 동시에 적용시킴으로써, 콘덴서 소자의 등가직렬저항을 감소시켜 손실 특성 및 내전압 특성 등을 향상시킨 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서와 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서는, 양극박 및 음극박을 구비하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서에 있어서, 양극박 및 음극박의 사이에 위치되는 합성섬유 재질 절연지 및 양극박의 내측에 위치되는 목재섬유 재질 절연지를 포함하거나, 양극박 및 음극박의 사이에 위치되는 목재섬유 재질 절연지 및 양극박의 내측에 위치되는 합성섬유 재질 절연지를 포함할 수 있다.
여기서, 합성섬유 재질 절연지는 나일론 섬유 또는 아크릴 섬유를 포함하여 이루어지고, 목재섬유 재질 절연지는 마일리지를 포함하여 이루어지는 것이 좋다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 제조 방법은, 양극박 및 음극박을 구비하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 제조 방법에 있어서, 양극박과 음극박의 사이에는 합성섬유 재질 절연지를 위치시키고 양극박의 내측에는 목재섬유 재질 절연지를 위치시켜 권취함으로써 권취 소자를 생성하는 단계, 권취 소자를 재화성 시킨 후 탄화하는 단계 및 탄화가 완료된 권취 소자에 대해 전도성 고분자 용액을 이용한 중합 공정을 통해 전도성 고분자 전해질층을 형성시키는 단계를 포함하거나, 또는, 양극박과 음극박의 사이에는 목재섬유 재질 절연지를 위치시키고 양극박의 내측에는 함성섬유 재질 절연지를 위치시켜 권취함으로써 권취 소자를 생성하는 단계, 권취 소자를 재화성 시킨 후 탄화하는 단계 및 탄화가 완료된 권취 소자에 대해 전도성 고분자 용액을 이용한 중합 공정을 통해 전도성 고분자 전해질층을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 합성섬유 재질 절연지는 나일론 섬유 또는 아크릴 섬유를 포함하여 이루어지고, 목재섬유 재질 절연지는 마일리지를 포함하여 이루어지는 것이 좋다.
또한, 권취 소자를 탄화하는 단계는, 200 내지 300℃의 온도에서 30 내지 180분간 이루어질 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 구성을 나타낸 설명도이고, 도 3은 도 2에 적용된 목재섬유 재질 절연지 및 합성섬유 재질 절연지의 탄화 공정이 완료된 상태를 나타낸 확대 사진이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서는 양극박(210), 음극박(220), 절연지(230, 235), 엔딩 테이 프(240) 및 (±) 리드 와이어(250, 260) 등을 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서는, 양극박(210) 및 음극박(220)의 사이에 적용되는 제 1 절연지(230)와 양극박(220)의 내측에 위치되는 제 2 절연지(235)로 서로 다른 재질의 절연지를 적용시키는 것을 특징으로 한다.
상술하면, 양극박(210) 및 음극박(220)의 사이에 적용하는 제 1 절연지(230)로 합성수지 재질 절연지를 적용시킬 경우 양극박(220)의 내측에 위치되는 제 2 절연지(235)는 목재섬유 재질 절연지를 구비시키고, 양극박(210) 및 음극박(220)의 사이에 적용하는 제 1 절연지(230)로 목재수지 재질 절연지를 적용시킬 경우에는 양극박(220)의 내측에 위치되는 제 2 절연지(235)에 합성섬유 재질 절연지를 적용시키는 것이다.
여기서, 만일 제 1 절연지(230)로 합성섬유 재질 절연지를 적용시키고 제 2 절연지(235)로 목재섬유 재질 절연지를 적용시킨 경우라면, 양극박(210), 음극박(220)과 절연지(230, 235)를 동시에 권취한 후 탄화공정을 수행함으로써, 탄화 공정에 의해 양극박(210)과 음극박(220) 사이에 위치된 합성섬유 절연지(230)가 열융착되어 양극과 음극의 접촉성을 극대화시키고, 나아가 열융착된 절연지가 이후의 중합 공정에서 전도성 고분자 용액 중합의 기재로 이용됨으로써, 양극박(210) 및 음극박(220)의 미세다공구조 내부 뿐만 아니라 열융착된 절연지(230) 상에도 충분하게 두꺼운 전도성 고분자 고체 전해질층이 형성되어 콘덴서의 전체적인 등가직렬저항을 감소시키도록 하는 기능을 하게 된다. 또한, 소자 내측면에 사용된 목재섬 유 재질의 절연지(235)는 탄화 후 섬유조직은 파괴되지만 그대로 그 형태를 유지하여, 결과적으로 양극과 음극의 단락을 억제시키는 기능을 통해 콘덴서 소자의 높은 내전압 특성을 그대로 유지하도록 하는 기능을 하게 된다.
이때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서는 제 1 절연지(230)로 목재섬유 재질의 절연지가, 제 2 절연지(235)로 합성섬유 재질의 절연지가 적용되도록 구성될 수 있으며, 이 경우에도 상기 일 실시예와 크게 다르지 않은 결과가 나타날 수 있음은 당업자에 있어 자명할 것이다.
여기서, 합성섬유로는 아크릴 섬유 또는 나일론 섬유 등이 이용될 수 있으며, 목재섬유로는 마일리지 등이 이용될 수 있을 것이나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
탄화 공정이 종료된 목재섬유 재질의 절연지 표면과 합성섬유 재질의 절연지 표면을 100배 확대한 사진을 도 3에 나타내었다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 제조 과정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 제조 과정은, 양극박, 음극박 및 이들 사이에 위치된 제 1 절연지와 양극박의 내측에 위치된 제 2 절연지를 동시에 권취시켜 권취 소자를 형성하는 공정(S10), 재화성(S20) 및 탄화(S30) 공정이 수행된 권취 소자에 전도성 고분자 용액을 이용한 중합을 통해 전도성 고분자 전해질층을 형성시키는 공정(S40)과 이 후 이루어지는 외정 조립 공정(S50), 에이징 공정(S60) 및 마킹 공정(S70) 등을 포함하여 구성된다.
여기서, 제 1 절연지와 제 2 절연지로는 각각 서로 다른 재질의 절연지가 적용되는 것이 바람직하며, 이러한 절연지의 재질로 합성섬유 재질과 목재섬유 재질이 있음은 전술한 바 있다. 각각의 절연지는 30 내지 60㎛의 두께를 갖도록 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
상기한 여러 공정들 가운데 탄화 공정(S30)은 약 200 내지 300℃의 온도에서 약 30 내지 180분간의 열처리에 의해 수행될 수 있다. 이 경우, 만일 제 1 절연지로 합성섬유 재질의 절연지가, 제 2 절연지로 목재섬유 재질의 절연지가 적용되었다면, 양극박과 음극박 사이에 구비된 합성섬유 재질 절연지가 열융해에 의해 각 전극박에 융착됨으로써 양극박과 음극박의 접촉이 긴밀하게 이루어질 수 있게 된다.
또한, 양극박의 내측에 구비된 목재섬유 재질 절연지는 탄화되어 섬유조직이 파괴된 상태로 그 형태를 유지하게 됨으로써, 이후의 전도성 고분자 용액에 권취 소자를 함침시켜 전도성 고분자 용액을 충분히 흡습시킨 뒤 약 100 내지 200℃의 온도로 경화하여 전도성 고분자 용액의 용매를 휘발시키면서 전도성 고분자 고체 전해질층을 형성시키는 중합 공정(S40)에 있어 탄화된 제 2 절연지가 절연성 분리판으로서의 기능을 수행하기 때문에, 합성섬유 재질 절연지만을 적용하는 경우에 발생하는 내전압 저하 현상을 방지할 수 있게 되어 목재섬유 재질 절연지를 사용하는 경우와 거의 동일한 수준의 내전압 특성을 얻을 수 있게 된다는 장점이 있다.
이때, 전술한 바와 같이, 양극박과 음극박 사이에 구비되는 합성수지 재질의 제 1 절연지는 열융착되어 전도성 고분자의 기재로서 작용하면서 고분자 중합의 핵의 기능을 수행하게 되어, 미세다공구조인 양극박 및 음극박 뿐만 아니라 절연지 상에도 충분한 전도성 고분자 전해질층을 형성시키게 되기 때문에, 따라서 양극과 음극 사이에 균일하고 두꺼운 전도체 경로가 형성되어 양극과 음극 간 접촉저항 및 계면저항을 현저히 감소시킴으로써 결국 콘덴서의 등가직렬저항을 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 이와 같은 저항의 감소로 인해 손실특성 등을 향상시킬 수 있게 된다는 장점이 있다.
여기서, 본 발명은 제 1 절연지로 목재섬유 재질의 절연지가, 제 2 절연지(235)로 합성섬유 재질의 절연지가 적용된 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 제조 방법을 제공할 수 있으며, 상기 절연지의 재질 가운데 합성섬유로는 아크릴 섬유 또는 나일론 섬유 등이 이용될 수 있고, 목재섬유로는 마일리지 등이 이용될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것이 아님 또한 전술한 바 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서와 이의 제조 방법에 따르면, 합성섬유 재질 절연지와 목재섬유 재질 절연지를 동시에 적용시켜 사용할 수 있게 되었다.
이에 따라, 탄화된 합성섬유의 열융착을 통하여 절연지가 전도성 고분자의 기재로서 작용하도록 함으로써 고분자 중합의 핵의 기능을 수행하도록 하고, 이를 기초로 미세 다공 구조인 양극박 및 음극박 뿐만 아니라 절연지 상에도 충분한 전도성 고분자 전해질층이 형성될 수 있게 되었다는 장점이 있다.
따라서, 양극과 음극 사이에 균일하고 두꺼운 전도체 경로가 형성되어 양극과 음극 간 접촉저항 및 계면저항이 현저히 감소됨으로써, 결국 콘덴서의 핵심 특성 가운데 하나인 등가직렬저항을 감소시킬 수 있게 되었으며, 이로 인해 손실특성을 향상시킬 수 있게 되는 등의 효과가 있다.
아울러, 합성섬유 재질 절연지와 목재섬유 재질 절연지를 동시에 적용시켰기 때문에, 합성섬유 재질 절연지만을 적용할 경우에 발생하는 내전압 저하 현상 등을 방지할 수 있게 되어, 목재섬유 절연지를 사용한 경우의 내전압 특성과 거의 동일한 수준의 내전압 특성을 얻을 수 있게 되었다는 등의 부가적인 장점도 있다.
Claims (7)
- 양극박 및 음극박을 구비하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서에 있어서,상기 양극박 및 음극박의 사이에 위치되는 합성섬유 재질 절연지; 및상기 양극박의 내측에 위치되는 목재섬유 재질 절연지를 포함하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서.
- 양극박 및 음극박을 구비하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서에 있어서,상기 양극박 및 음극박의 사이에 위치되는 목재섬유 재질 절연지; 및상기 양극박의 내측에 위치되는 합성섬유 재질 절연지를 포함하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 합성섬유 재질 절연지는 나일론 섬유 또는 아크릴 섬유를 포함하여 이루어지고, 상기 목재섬유 재질 절연지는 마일리지를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서.
- 양극박 및 음극박을 구비하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 제조 방법에 있어서,상기 양극박과 음극박의 사이에는 합성섬유 재질 절연지를 위치시키고, 상기 양극박의 내측에는 목재섬유 재질 절연지를 위치시켜 권취함으로써 권취 소자를 생성하는 단계;상기 권취 소자를 재화성 시킨 후 탄화하는 단계;상기 탄화가 완료된 권취 소자에 대해 전도성 고분자 용액을 이용한 중합 공정을 통해 전도성 고분자 전해질층을 형성시키는 단계를 포함하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 제조 방법.
- 양극박 및 음극박을 구비하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 제조 방법에 있어서,상기 양극박과 음극박의 사이에는 목재섬유 재질 절연지를 위치시키고, 상기 양극박의 내측에는 합성섬유 재질 절연지를 위치시켜 권취함으로써 권취 소자를 생성하는 단계;상기 권취 소자를 재화성 시킨 후 탄화하는 단계;상기 탄화가 완료된 권취 소자에 대해 전도성 고분자 용액을 이용한 중합 공정을 통해 전도성 고분자 전해질층을 형성시키는 단계를 포함하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 제조 방법.
- 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,상기 합성섬유 재질 절연지는 나일론 섬유 또는 아크릴 섬유를 포함하여 이루어지고, 상기 목재섬유 재질 절연지는 마일리지를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 제조 방법.
- 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,상기 권취 소자를 탄화하는 단계는, 200 내지 300℃의 온도에서 30 내지 180분간 이루어지는 것을 특징으로 하는 권취형 알루미늄 전해 고분자 콘덴서의 제조 방법.
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