KR100828960B1 - 전도성 고분자 중합 용액 주입 공정이 개선된 고분자콘덴서의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 고분자 콘덴서의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탄화공정을 거치면서 약해진 콘덴서 소자 자체의 모세관 능력에 의해 고분자 중합용 용액의 침투가 불균일하게 되고 침투 속도도 늦어 본격적인 중합이 진행될 때 콘덴서 내부에서 불균일한 고분자 고체 전해질 층이 형성되므로 콘덴서의 저항과 손실이 증가하고, 용량달성율이 떨어지며, 내전압 감소, 누설전류 증가, 단락 증가 등의 복합적인 콘덴서 특성 저하 문제점을 해결하기 위하여, 상기 전도성 고분자 중합용 용액을 콘덴서 소자에 주입시 디스펜서를 사용하여 적당량의 고분자 중합용 용액이 일정한 토출압력에 의하여 콘덴서 소자에 주입시 콘덴서 소자 하단에서 음압 조건을 유지하도록 함으로써 디스펜서에서 토출된 고분자 중합용 용액이 소자 내부로 신속하게 침투하도록 하여 본격적인 중합이 개시되기 전에 미세 다공 구조의 알루미늄 박 내부에 충분한 고분자 용액이 침투되고 이를 바탕으로 중합 시에 균일한 고분자 고체 전해질 층이 생성되도록 한 전도성 고분자 중합 용액 주입 공정이 개선된 고분자 콘덴서의 제조방법에 관한 것이다.

알루미늄 고분자 콘덴서, 고분자 중합, 디스펜서 주입

Description

전도성 고분자 중합 용액 주입 공정이 개선된 고분자 콘덴서의 제조방법{Polymer Al Capacitor Manufacturing with Conductive Polymer Dispensor Unit}

도 1은 본 발명의 알루미늄 고분자 콘덴서 제조공정을 간단하게 나타낸 흐름도이다.

도 2는 기존의 알루미늄 고분자 콘덴서 제조시 고분자 용액의 주입 방식을 간단하게 나타낸 그림이다.

도 3은 본 발명의 알루미늄 고분자 콘덴서 제조공정이 적용되는 콘덴서 소자 개별 음압의 공기압력 적용 구조의 일구현예를 나타낸 모식도이다.

도 4는 본 발명의 고분자 용액 주입 방식이 적용되는 1개의 금속 막대판에 용접된 다량의 콘덴서 음압의 공기압력 적용 구조의 일구현예를 나타낸 것이다.

본 발명은 전도성 고분자 중합 용액 주입 공정이 개선된 알루미늄 고분자 콘덴서의 제조방법에 관한 것이다.

알루미늄 고분자 콘덴서 제조시, 고체 전해질층을 형성하기 위하여 전도성 고분자를 사용하는데, 예를 들어 폴리에틸렌디옥시씨오펜을 사용할 수 있다.

고분자 콘덴서 소자는 양극 용 알루미늄 박과 음극 집전체용 알루미늄 박 사이에 삽입된 종이 재질의 절연지를 삽입하고 이들 절연지의 섬유조직이 후 공정에서 사용되는 고분자 용액을 집중적으로 흡습하여 상대적으로 미세 다공성 에칭 피트 구조의 알루미늄 양극 박으로는 중합 용액이 침투하지 못하는 현상을 방지하기 위하여 200 ~ 300 ℃의 고온에서 장시간 절연지를 탄화시킨 후 전도성 고분자 용액을 주입하여 중합하는 공정을 거친다.

이 때 전도성고분자 용액은 단량체인 에틸렌디옥시씨오펜과 산화제인 페릭톨루엔설퍼네이트를 혼합한 중합용액 혹은 이들 단량체와 산화제 용액을 개별적으로 탄화가 완료된 콘덴서 소자에 주입한 후 적절한 온도에서 건조하면서 중합을 실시한다. 이러한 고분자 중합액의 콘덴서 소자에 대한 주입은 대량생산하는 양산성을 확보하기 위하여 20 ~ 50 여개의 콘덴서 소자들을 알루미늄 혹은 철 재질의 적당한 크기와 두께의 금속 판에 저항용접한 후 다시 이들 금속 판을 20 ~ 50 여개 정도를 한꺼번에 하나의 생산 단위로 하는 금속용 지그를 제작하여 이 지그에 금속 판을 끼운 채로 콘덴서를 제조하는 방식을 사용한다.

이러한 생산 단위에 있어서 고분자 중합용 용액은 디스펜서를 사용하여 적당량의 고분자 중합용 용액이 일정한 토출압력에 의하여 콘덴서 소자에 주입되도록 한다. 디스펜서는 통상 고정되어 있고 밑에 콘덴서 소자가 체결된 지그가 컨베이어에 의해 일정속도로 이동하는 생산방식을 취하고 있다. 이 때 디스펜서를 통해 콘 덴서 소자에 주입되는 고분자 중합용 용액은 용액의 수명이나 침투성 증가를 목적으로 산화제와 전도성 고분자의 구성 단량체 용액이 별개로 진행되거나 생산성을 높이기 위하여 산화제와 단량체 용액이 혼합된 상태로 사용하게 된다.

특히, 산화제와 단량체가 혼합된 중합액일 경우 이미 용액의 점도가 비교적 높은 상태이며 이들 2가지 재료가 사전 혼합되어 중합이 개시된 상태이기 때문에 시간이 경과할수록 그 점도는 점점 높아지게 된다.

따라서 고분자 중합용 용액이 고분자 콘덴서 소자에 침투하여 미세 다공성 알루미늄 양극 박의 에칭 피트 내부에 균일한 함침이 어렵고 시간에 따라 콘덴서에 주입되는 용액의 상태가 달라 주입 시기에 따라 고분자 상태가 달라 콘덴서 특성의 편차가 발생하게 된다. 따라서 이러한 미세 다공성 알루미늄 박 내부에 균일하고 단단하고 일정한 특성을 가지는 고분자 층을 생성하기 위하여 이러한 고분자 용액 주입방식으로는 근본적으로 한계점을 가지고 있다.

또한 고분자 중합용 용액의 침투을 원활하게 하기 위하여 콘덴서 소자는 고분자 중합용 용액 주입 전에 200 ~ 300 ℃의 고온에서 장시간 탄화하여 절연지를 태운 상태이기 때문에 콘덴서 소자는 초기보다 소자의 부피가 감소하고, 권취압력이 약화되어 소자가 풀어진 상태를 나타내게 된다.

따라서 소자 자체의 모세관 능력이 현저히 떨어진 상태이기 때문에 고분자 용액의 침투는 근본적으로 불균일할 수밖에 없고 결국 용액의 침투 속도도 늦어지거나 불규칙하게 되어 불균일한 고분자 용액 침투 상태에서 후 공정의 상온 혹은 고온의 건조공정 과정 중에서 본격적인 중합이 진행되게 되어 콘덴서 내부에서 균 일한 고분자 고체 전해질 층 생성이 어렵게 된다. 이 경우 콘덴서의 저항과 손실이 증가하고, 용량달성율이 떨어지며, 내전압 감소, 누설전류 증가, 단락 증가 등의 복합적인 콘덴서 특성 저하 문제점을 야기한다.

이에, 본 발명의 발명자들은 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 연구노력하였으며, 그 결과, 디스펜서를 통하여 고분자 용액이 주입될 때 탄화가 완료된 콘덴서 소자의 모세관 능력을 탄화 이전과 같은 상태 혹은 그 이상으로 유지시켜 주는 보완 장치로서 콘덴서 소자에 크기에 맞는 종형 구조물 혹은 금속 판에 용접된 콘덴서 소자들을 모두 감싼 상태에서 조절된 음의 압력조건을 유지하도록 함으로써 디스펜서에서 고분자 중합 용액이 토출된 직 후에 이루어진 음압에 의해 콘덴서 소자 내부에 주입된 용액이 미세 다공성 알루미늄 박은 물론 콘덴서 소자 내부 구성단위 모두에 신속하게 균일하게 침투하도록 할 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 전도성 고분자 중합 용액 주입 공정이 개선된 알루미늄 고분자 콘덴서의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 있어서, 탄화공정을 거친 콘덴서 소자에 전도성 고분자 중합용액을 주입한 후 콘덴서 소자의 하단부에 음의 기 압조건을 형성하여 전도성 고분자 중합용액을 콘덴서 소자의 내부로 유입한 다음 건조 및 고온에서 전도성 고분자의 중합을 유도하는 중합공정을 포함하여 이루어지는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법을 그 특징으로 한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 알루미늄 고분자 콘덴서 제조시 중합공정을 개선한 발명으로서, 탄화공정을 거치면서 콘덴서 소자에 고분자 중합용 용액의 침투가 빠르고 균일하게 이루어지도록 하기 위하여 고분자 중합 용액을 콘덴서 소자에 주입할 때 디스펜서를 사용하여 적당량의 고분자 중합 용액이 일정한 토출압력에 의하여 콘덴서 소자에 주입시 콘덴서 소자 하단에서 음압 조건을 유지하도록 함으로써 디스펜서에서 토출된 고분자 중합 용액이 소자 내부로 신속하게 침투하도록 하여 본격적인 중합이 개시되기 전에 미세 다공 구조의 알루미늄 박 내부에 충분한 고분자 용액이 침투되고 이를 바탕으로 중합 시에 균일한 고분자 고체 전해질 층이 형성되므로 콘덴서의 저항과 손실이 증가하고, 용량달성율이 떨어지며, 내전압 감소, 누설전류 증가, 단락 증가 등의 복합적인 콘덴서 특성 저하 문제점을 해결한 전도성 고분자 중합 용액 주입 공정이 개선된 고분자 콘덴서의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 고분자 중합 용액 주입공정을 개선하여 중합을 유도한 발명으로, 그 외의 공정은 도 1에 제시된 일련의 공정에 의하여 수행될 수 있으며, 이들의 조건은 당업자가 용이하게 조절할 수 있는 수준으로 이루어질 수 있다.

한편, 디스펜서를 통하여 고분자 용액이 주입될 때 탄화가 완료된 콘덴서 소자의 모세관 능력을 탄화 이전과 같은 상태 혹은 그 이상으로 유지시켜 주는 보완 장치가 필요하다.

이를 위하여 콘덴서 소자의 모세관 능력을 보완해주기 위하여 콘덴서 소자에 크기에 맞는 종형 구조물 혹은 금속 판에 용접된 콘덴서 소자들을 모두 감싼 상태에서 음의 기압조건을 유지하도록 함으로써 디스펜서에서 고분자 중합 용액이 토출된 직 후에 이루어진 음압에 의해 콘덴서 소자 내부에 주입된 용액이 미세 다공성 알루미늄 박은 물론 콘덴서 소자 내부 구성단위 모두에 신속하게 균일하게 침투하도록 한다.

이러한 음의 기압조건은 도 3에 제시된 바와 같이 개별 콘덴서 소자를 담지할 수 있는 체적을 가지는 종형 구조의 음압유도용 장치가 콘덴서 소자의 하단에 장착되며, 상기 개별 음압유도용 장치의 하단부가 진공펌프와 연결된 음압장치에 의하여 조절될 수 있다.

이때, 상기 콘덴서 소자의 하단에서 음의 기압을 걸어주는 구조물은 콘덴서 소자 하나 하나에 맞는 크기의 종형 구조를 취하여 콘덴서 개별 소자에 균일한 음의 압력이 걸리도록 하여 콘덴서 개별 특성 차이가 최소화 되도록 할 수 있다.

또한, 콘덴서 소자의 하단에서 음의 공기압을 걸어주는 구조물은 콘덴서 소자가 20 ~ 50 여개 용접된 금속판 막대 전체의 크기로 제작되어 동시에 금속판 막대 전체에 용접된 콘덴서 소자에 음의 압력이 걸리도록 함으로써 콘덴서 생산성을 극대화하도록 한다. 즉, 이러한 고분자 중합액의 콘덴서 소자에 대한 주입은 대량생산하는 양산성을 학보하기 위하여 20 ~ 50 여개의 콘덴서 소자들을 알루미늄 혹은 철 재질의 적당한 크기와 두께의 금속 판에 저항용접한 후 다시 이들 금속 판을 20~50 여개 정도를 한꺼번에 하나의 생산 단위로 하는 금속용 지그를 제작하여 이 지그에 금속 판을 끼운 채로 콘덴서를 제조하는 방식을 적용할 수 있다.

이 때 음의 공기압력을 너무 세게 가하여 디스펜서로부터 토출된 고분자 중합용액이 콘덴서 하단 밑으로 떨어지지 않도록 그 압력을 조절하도록 한다.

상기 기압조건은 380 ~ 500 mmHg 범위로 유지되는 음압 조건이 되도록 하며, 이러한 음의 기압조건은 20 ~ 30 분 동안 유지시키도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 탄화를 거친 콘덴서 소자에 디스펜서로 고분자 용액을 주입한 직 후에 연속적인 공정으로 콘덴서 소자 하단에 콘덴서 소자에 음의 공기압력을 걸어주어 콘덴서 소자의 탄화로 인한 모세관 능력 감소를 보완해주도록 하는 기능을 수행하여 고분자 용액이 콘덴서 소자 내부에 신속하고 균일하게 침투되어 상온 및 고온의 건조공정을 통해 본격적인 중합이 실시될 때 균일한 고분자 고체 전해질 층이 생성되도록 한다. 또한, 디스펜서, 콘덴서 소자, 음의 기압 발생구조는 일례로서 도 3과 같이 구현할 수 있는데, 즉 디스펜서와 음의 기압 발생구조는 고정하고 콘덴서 소자가 콘베이어에 의해 이동하도록 한다. 음의 공기압 발생구조는 콘덴서 개별 소자의 크기에 맞게 종형 모양으로 제작하여 콘덴서 소자 하나씩 압을 걸어주어 그 효과를 극대화하도록 하거나, 생산성을 위하여 20 ~ 50개의 콘덴서 소자가 용접된 금속판 막대의 크기 모양으로 제작하여 동시에 다수의 소자들에 압을 걸어주도록 한다.

상기한 방법에 의하면 콘덴서 소자의 고체 전해질층이 균일하게 형성되어 콘 덴서의 저항과 손실이 증가하고, 용량달성율이 저하하고, 내전압이 감소되거나, 누설전류 및 단락 증가 등의 복합적인 콘덴서 특성 저하 문제점을 해결할 수 있다.

이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명하겠는바, 다음 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예

디스펜서와 음의 기압 발생구조는 고정하고 콘덴서 소자가 콘베이어에 의해 이동하도록 도 3과 같이 디스펜서, 콘덴서 소자, 음의 기압 발생 장치의 구조를 형성하였다. 이때, 콘덴서 소자 25개가 단일 금속 막대에 연결되도록 하여 음압이 동시에 걸리도록 장착하였다.

도 1에 제시된 일련의 공정 중 200 ℃에서 수행되는 탄화공정을 거친 콘덴서 소자 중간제품을 담지할 수 있는 체적을 가지는 종형 구조의 내에 넣고, 상기 종형 구조 내부의 개별 콘덴서 소자에 폴리에틸렌디옥시씨오펜을 40 중량%와 페릭톨루엔설퍼네이트 45 중량%를 유기용매 에탈올에 용해시킨 전도성 고분자 용액을 디스펜서를 사용하여 주입한 다음, 콘덴서 소자 하나씩에 380 ~ 500 mmHg의 압력을 걸어 음압을 유도하였다. 상기 음압조건을 20 분간 유지한 다음 건조하고 105℃의 고온에서 유지하여 전도성 고분자 전해질층을 형성한 다음 도 1에 제시된 일련의 공정에 의하여 알루미늄 고분자 콘덴서를 완성하였다.

비교예

상기 실시예와 동일한 조건으로 알루미늄 고분자 콘덴서를 제조하되, 전도성 고분자 용액을 디스펜서로 주입한 다음 음압 형성 조건은 배제하고 도 2에 제시되는 장치를 적용하여 알루미늄 고분자 콘덴서를 제조하였다.

상기 실시예 및 비교예에 의하여 정격 전압 6.3V, 정전용량 120㎌ 소자 25개를 동시에 제조한 후 통상의 방법으로 그 특성을 측정한 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

구분	용량 분포	저항 분포	불량율
비교예	85~123 ㎌	23~65 mΩ	11%
실시예	115~124㎌	21~27 mΩ	0.5%

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 알루미늄 고분자 콘덴서 제조 공정 중 탄화가 완료된 콘덴서 소자에 디스펜서를 사용하여 고분자 용액을 주입시 디스펜서에서 토출된 고분자 용액이 소자 내부로 신속하게 침투하도록 하여 본격적인 중합이 개시되기 전에 미세 다공 구조의 알루미늄 박 내부에 충분한 고분자 용액이 침투되므로 균일한 고분자 고체 전해질 층을 형성할 수 있어 콘덴서의 제반 특성이 향상되고, 특성 불량율이 감소하여 생산성을 증대시키고, 생산원가를 감소시키는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (4)

1. 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법에 있어서,

   탄화공정을 거친 콘덴서 소자에 전도성 고분자 중합용액을 주입한 후 콘덴서 소자의 하단부에 음의 기압조건을 형성하여 전도성 고분자 중합용액을 콘덴서 소자의 내부로 유입한 다음 건조 및 고온에서 전도성 고분자의 중합을 유도하는 중합공정을 포함하되, 상기 음의 기압조건은 개별 콘덴서 소자를 담지할 수 있는 체적을 가지는 종형 구조의 음압유도용 장치가 콘덴서 소자의 하단에 장착되며, 상기 개별 음압유도용 장치의 하단부가 진공펌프와 연결된 음압장치에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기압조건은 380 ~ 500 mmHg 범위로 유지시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 음의 기압조건은 20 ~ 30 분 동안 유지시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 고분자 콘덴서 제조방법.
4. 삭제

Images