KR101901775B1 - 다공성 집전체 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속박에 패턴필름을 접착한 상태에서 레이저를 이용해 에칭 마스크 필름에 다수개의 패턴홀을 형성한 후 다수개의 패턴 홀이 형성된 에칭 마스크 필름을 이용해 금속박을 에칭하여 다수개의 관통홀을 형성함으로써 생산성을 개선시키며 제조원가를 절감할 수 있는 다공성 집전체 제조방법에 관한 것으로, 금속박의 상부면과 하부면을 각각 커버(cover)하도록 금속박의 상부면에 제1마스크 필름을 형성하고 하부면에 제2마스크 필름을 형성하는 단계; 제1마스크 필름과 제2마스크 필름이 형성되면 제1마스크 필름에 레이저를 조사하여 제1마스크 필름이 관통되도록 다수개의 패턴홀을 형성하는 단계; 다수개의 패턴홀이 형성되면 다수개의 패턴홀에 의해 노출된 금속박을 에칭(etching)하여 금속박에 다수개의 관통홀을 형성하는 단계; 및 다수개의 관통홀이 형성되면 금속박에 형성된 제1마스크 필름과 제2마스크 필름을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다공성 집전체 제조방법{Method of manufacturing porous current collector}
본 발명은 다공성 집전체 제조방법에 관한 것으로, 특히 금속박에 패턴필름을 접착한 상태에서 레이저를 이용해 에칭 마스크 필름에 다수개의 패턴홀을 형성한 후 다수개의 패턴 홀이 형성된 에칭 마스크 필름을 이용해 금속박을 에칭(etching)하여 다수개의 관통홀을 형성함으로써 생산성을 개선시키며 제조원가를 절감할 수 있는 다공성 집전체 제조방법에 관한 것이다.
전기 이중층 커패시터(EDLC; Electric Double Layer Capacitor)와 같은 슈퍼 커패시터나 2차 전지는 집전체가 사용된다. 슈퍼 커패시터나 2차 전지는 집전체와 전극물질 사이의 결착력이 시간에 따라 감소하여 용량이나 출력이 감소하는 것을 방지하기 위해 다수개의 관통홀이 형성된 집전체가 사용된다. 다수개의 관통홀이 형성된 집전체는 집전체와 전극물질 사이의 결착력을 증가시킴과 아울러 전해액 흡수성 증가시켜 경시변화에 따른 슈퍼 커패시터나 2차 전지의 용량이나 출력이 감소하는 것을 방지하며, 다수개의 관통홀이 형성된 집전체가 적용된 기술이 한국공개특허공보 제10-2015-0130903호(특허문헌 1)에 공개되어 있다.
한국공개특허공보 제10-2015-0130903호는 전기 이중층 커패시터의 고밀도 전극 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 전기 이중층 커패시터의 고밀도 전극은 관통형 알루미늄 시트, 다수개의 제1중공형 돌출부재, 다수개의 제2중공형 돌출부재, 제1활물질 시트 및 제2활물질 시트로 구성된다. 다수개의 제1중공형 돌출부재는 관통형 알루미늄 시트의 일측으로 돌출되도록 형성되며, 다수개의 제2중공형 돌출부재는 관통형 알루미늄 시트의 타측으로 돌출되도록 형성된다. 제1활물질 시트는 관통형 알루미늄 시트의 일측면에 접착되며, 제2활물질 시트는 관통형 알루미늄 시트의 타측면에 접착된다.
한국공개특허공보 제10-2015-0130903호와 같은 관통형 알루미늄 시트는 다수개의 제1중공형 돌출부재나 다수개의 제2중공형 돌출부재에 의해 관통형 알루미늄 시트와 제1활물질 시트 사이의 접촉면적이나 관통형 알루미늄 시트와 제2활물질 시트 사이의 접촉면적을 증가시켜 고밀도 전극을 구현할 수 있다.
한국공개특허공보 제10-2015-0130903호와 같은 관통형 알루미늄 시트 즉, 다공성 집전체는 다수개의 돌출부재로 인해 접촉면적을 증가시켜 고밀도의 전극을 구현할 수 있으나 물리적인 힘(press) 즉, 금형만을 이용하여 제조됨으로써 관통구멍의 직경을 작게 형성할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 다공성 집전체의 제조 시 사진 식각 공정을 제조하는 방법이 있으나, 사진 식각 공정은 패턴 마스크(pattern mask)를 이용한 노광 공정이 요구되어 공정이 복잡하여 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
: 한국공개특허공보 제10-2015-0130903호
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속박에 패턴필름을 접착한 상태에서 레이저를 이용해 에칭 마스크 필름에 다수개의 패턴홀을 형성한 후 다수개의 패턴 홀이 형성된 에칭 마스크 필름을 이용해 금속박을 에칭(etching)하여 다수개의 관통홀을 형성함으로써 생산성을 개선시키며 제조원가를 절감할 수 있는 다공성 집전체 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 금속박에 패턴필름을 접착한 상태에서 레이저를 이용해 에칭 마스크 필름에 다수개의 패턴홀을 형성한 후 다수개의 패턴 홀이 형성된 에칭 마스크 필름을 이용해 금속박을 에칭(etching)하여 다수개의 관통홀을 형성함으로써 다수개의 관통홀의 가장자리 부분을 매끄럽게 형성할 수 있는 다공성 집전체 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 금속박에 패턴필름을 접착한 상태에서 레이저를 이용해 에칭 마스크 필름에 다수개의 패턴홀을 형성한 후 다수개의 패턴 홀이 형성된 에칭 마스크 필름을 이용해 금속박을 에칭(etching)하여 다수개의 관통홀을 형성함으로써 다수개의 관통구를 미세한 직경의 크기를 갖도록 형성할 수 있는 다공성 집전체 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다공성 집전체 제조방법은 금속박의 상부면과 하부면을 각각 커버(cover)하도록 금속박의 상부면에 제1마스크 필름을 형성하고 하부면에 제2마스크 필름을 형성하는 단계; 상기 제1마스크 필름과 상기 제2마스크 필름이 형성되면 제1마스크 필름에 레이저를 조사하여 제1마스크 필름이 관통되도록 다수개의 패턴홀을 형성하는 단계; 상기 다수개의 패턴홀이 형성되면 다수개의 패턴홀에 의해 노출된 금속박을 에칭(etching)하여 금속박에 다수개의 관통홀을 형성하는 단계; 및 상기 다수개의 관통홀이 형성되면 상기 금속박에 형성된 상기 제1마스크 필름과 상기 제2마스크 필름을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다공성 집전체 제조방법은 금속박에 패턴필름을 접착한 상태에서 레이저를 이용해 에칭 마스크 필름에 다수개의 패턴홀을 형성한 후 다수개의 패턴 홀이 형성된 에칭 마스크 필름을 이용해 금속박을 에칭(etching)하여 다수개의 관통홀을 형성함으로써 생산성을 개선시키며 제조원가를 절감할 수 있는 이점이 있고, 다수개의 관통홀의 가장자리 부분을 매끄럽게 형성할 수 있으며, 다수개의 관통구를 미세한 직경의 크기를 갖도록 형성할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 다공성 집전체 제조방법을 나타낸 공정 흐름도,
도 2는 도 1에 도시된 다공성 집전체 제조방법에 의해 금속박의 상부면과 하부면에 각각 제1마스크 필름과 제2마스크 필름을 형성한 상태를 나타낸 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 제1마스크 필름에 다수개의 패턴홀이 형성된 상태를 나타낸 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 금속박에 관통홀이 형성된 상태를 나타낸 단면도,
도 5는 도 4에 도시된 제1마스크 필름과 제2마스크 필름이 각각 제거된 상태를 나타낸 단면도,
도 6은 도 1에 도시된 본 발명의 다공성 집전체 제조방법을 수행하기 위한 제조 장치의 제1실시예를 개략적으로 나타낸 도,
도 7은 도 1에 도시된 본 발명의 다공성 집전체 제조방법을 수행하기 위한 제조 장치의 제2실시예를 개략적으로 나타낸 도,
도 8은 도 6 및 도 7에 각각 도시된 레이저 조사장치의 구성을 상세히 나타낸 사시도.
이하, 본 발명의 다공성 집전체 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 5에서와 같이 본 발명의 다공성 집전체 제조방법은 먼저, 금속박(10)의 상부면(10a)과 하부면(10b)을 각각 커버(cover)하도록 금속박(10)의 상부면(10a)에 제1마스크 필름(20)을 형성하고 하부면(10b)에 제2마스크 필름(30)을 형성한다(S110). 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)이 형성되면 제1마스크 필름(20)에 레이저를 조사하여 제1마스크 필름(20)이 관통되도록 다수개의 패턴홀(pattern hole)(21)을 형성한다(S120). 다수개의 패턴홀(21)이 형성되면 다수개의 패턴홀(21)에 의해 노출된 금속박(10)을 에칭(etching)하여 금속박(10)에 다수개의 관통홀(11)을 형성한다(S130). 다수개의 관통홀(11)이 형성되면 금속박(10)에 형성된 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)을 제거한다(S140).
본 발명의 다공성 집전체 제조방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 다공성 집전체 제조방법은 먼저, 도 1 및 도 2에서와 같이 금속박(10)의 상부면(10a)과 하부면(10b)을 각각 커버(cover)하도록 금속박(10)의 상부면(10a)에 제1마스크 필름(20)을 형성하고 하부면(10b)에 제2마스크 필름(30)을 형성한다(S110).
금속박(10)의 상부면(10a)과 하부면(10b)에 각각 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)을 형성하기 위해 먼저, 금속박(10)을 준비한다. 금속박(10)은 두께(T1)가 5 내지 30㎛가 되도록 압연 가공되어 상부면(10a)과 하부면(10b)에 각각 압연유가 부착된 상태로 준비되며, 재질은 순도가 98.0 내지 99.7％인 알루미늄이 사용된다. 압연가공되어 압연유가 상부면(10a)과 하부면(10b)에 각각 부착된 상태로 금속박(10)이 준비되면 금속박(10)의 상부면(10a)의 전체를 커버(cover)하도록 제1마스크 필름(20)을 형성하고 하부면(10b)의 전체를 커버하도록 제2마스크 필름(30)을 형성한다.
제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)은 각각 수지 필름이나 포토 레지스트 필름(photoresist film)이 사용된다. 예를 들어, 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)의 형성 방법은 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)을 모두 수지 필름을 사용할 수 있고, 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)을 모두 포토 레지스트 필름을 사용할 수 있으며, 제1마스크 필름(20)은 포토 레지스트 필름이 사용하고 제2마스크 필름(30)은 수지 필름을 사용할 수 있다.
제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)을 모두 수지 필름을 사용하는 경우에 제1마스크 필름(20)은 금속박(10)의 상부면(10a)에 수지 필름으로 형성되고 제2마스크 필름(30)은 금속박(10)의 하부면(10b)에 수지 필름으로 형성된다. 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)으로 사용되는 수지 필름은 열 융착을 이용해 금속박(10)의 상부면(10a)과 하부면(10b)에 접착되어 형성되며, 수지필름의 재질은 EVA(ethylene vinyl acetate), PC(poly carbonate), PVC(polyvinyl chloride), PS(polystyrene) 및 PE(Polyethhlene) 중 하나가 사용된다.
제1마스크 필름(20)은 포토 레지스트 필름이 사용하고 제2마스크 필름(30)은 수지 필름을 사용하는 경우에 제1마스크 필름(20)은 포토 레지스트 필름이 사용되며, 포토 레지스트 필름은 포토 레지스트를 콤마 인쇄(comma coating) 방법을 이용해 금속박(10)의 상부면(10a)에 도포한 후 80 내지 120℃에서 가열하여 형성된다. 여기서, 포토 레지스트는 콤마 인쇄 방법을 이용해 금속박(10)의 상부면(10a)에 도포하기 위해 점도는 100 내지 10000cps(centi Poise)인 것이 사용된다. 제2마스크 필름(30)은 수지 필름이나 실리콘 접착제가 사용되고, 수지 필름은 열 융착을 이용해 금속박(10)의 하부면(10b)에 접착되어 형성되며, 실리콘 접착제는 금속박(10)의 하부면(10b)에 5 내지 10gf/㎝의 점착력을 갖도록 도포되어 형성된다. 여기서 수지필름의 재질은 EVA, PC, PVC, PS 및 PE 중 하나가 사용되며, 실리콘 접착제는 접착력이 5 내지 10gf/㎝인 저접착력을 가지며 상온에서 경화되도록 공지된 방법으로 제조된다. 이러한 실리콘 접착제는 페이스트 상태로 제조된 후 밀봉된 상태에서 금속박(10)의 하부면(10b)에 도포된 후 상온에서 경화된다.
제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)을 모두 포토 레지스트 필름이 사용되는 경우에 제1마스크 필름(20)은 금속박(10)의 상부면(10a)에 포토 레지스트 필름으로 형성되고 제2마스크 필름(30)은 금속박(10)의 하부면(10b)에 포토 레지스트 필름으로 형성된다. 금속박(10)의 상부면(10a)과 하부면(10b)에 각각 형성되는 포토 레지스트 필름은 포토 레지스트를 그라비아 코팅 방법을 이용해 금속박(10)의 상부면(10a)에 도포한 후 80 내지 120℃에서 가열하여 형성되며, 포토 레지스트의 점도는 100 내지 10000cps인 것이 사용된다.
이와 같이 금속박(10)의 상부면(10a)과 하부면(10b)에 각각 형성되는 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30) 중 제1마스크 필름(20)의 두께(T2)는 제2마스크 필름(30)의 두께(T3)보다 작으며, 금속박(10)의 두께(T1)보다 크도록 형성된다. 즉, 제1마스크 필름(20)의 두께(T2)는 금속박(10)의 두께(T1)보다 크고 제2마스크 필름(30)의 두께(T3)보다 작도록 형성함으로써 제1마스크 필름(20)으로 레이저를 조사하여 다수개의 패턴홀(21)을 형성 시 레이저의 작은 출력으로도 형성할 수 있도록 하여 패턴홀(21)의 형성 작업의 생산성을 개선시킬 수 있다. 여기서, 제2마스크 필름(30)은 두께(T3)를 제1마스크 필름(20)의 두께(T2)보다 크도록 형성함으로써 박막으로 제조된 금속박(10)의 핸들링(handling)을 용이하게 하며, 금속박(10)의 에칭 시 금속박(10)의 하부면(10b)이 에칭되어 다수개의 관통홀(11: 도 5에 도시됨)이 불규칙하게 형성되는 것을 방지한다.
금속박(10)의 상부면(10a)과 하부면(10b)에 각각 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)이 형성되면 도 1 및 도 3에서와 같이 제1마스크 필름(20)에 레이저를 조사하여 제1마스크 필름(20)이 관통되도록 다수개의 패턴홀(21)을 형성한다(S120).
다수개의 패턴홀(21)은 각각 도 8에서와 같이 출력이 수 내지 수십W(watt)인 레이저를 수 내지 수십 사이클(Cycle)로 제1마스크 필름(21)에 반복 조사하여 제1마스크 필름(21)이 관통되도록 형성된다. 이와 같이 레이저는 수 내지 수십W(watt)인 작은 출력을 도 8에 도시된 화살표 방향으로 수 내지 수십 사이클(Cycle)로 제1마스크 필름(21)에 반복 조사하여 직경(Dm)보다 작은 홀(21a)에서 직경(Dm)을 갖는 다수개의 패턴홀(21)로 형성되도록 한다. 여기서, 수 내지 수십은 1 내지 99를 의미한다. 다수개의 패턴홀(21)은 레이저의 출력이 작음으로써 제1마스크 필름(21)보다 견고한 재질을 갖는 금속박(10)의 상부면(10a)이 스톱퍼(stopper) 면으로 작용하여 제1마스크 필름(21)이 관통되도록 형성된다. 즉, 제1마스크 필름(21)은 수지 필름이나 포토 레지스트 필름이 사용됨으로써 제1마스크 필름(21)보다 견고한 알루미늄 재질로 형성된 금속박(10)을 레이저를 직접 천공하여 다수개의 관통홀(11)을 형성하는 것보다 다수개의 관통홀(11)의 제조 작업의 생산성을 개선시킨다. 제1마스크 필름(21)에 형성되는 다수개의 패턴홀(21)은 각각 도 8에서와 같이 직경(Dm)이 10 내지 100㎛가 되도록 형성되며 각각의 사이의 간격(Sm1,Sm2)은 50 내지 990㎛가 되도록 형성된다. 여기서, 다수개의 패턴홀(21)은 제1마스크 필름(20)에 일정한 간격으로 이격되어 배열되도록 형성된다.
다수개의 패턴홀(21)이 형성되면 도 1 및 도 4에서와 같이 다수개의 패턴홀(21)에 의해 노출된 금속박(10)을 에칭(etching)하여 금속박(10)에 다수개의 관통홀(11)을 형성한다(S130).
금속박(10)에 다수개의 관통홀(11)을 형성하는 방법은 다수개의 패턴홀(21)이 형성된 제1마스크 필름(20)을 금속박(10)의 상부면(10a)에 형성하여 에칭 마스크 패턴으로 하고, 금속박(10)의 하부면(10b)은 제2마스크 필름(30)을 커버한 상태에서 전해 에칭이나 화학적 에칭을 이용하여 형성된다.
전해 에칭은 온도가 20 내지 90℃인 에칭 용액에 금속박(10)을 침지한 상태에서 전류가 1 내지 30초(second) 동안 흐르도록 처리하고, 에칭 용액은 황산 1 내지 30wt％, 염산 0.1 내지 30wt％ 및 순수 40 내지 98.9wt％를 혼합하여 형성하며, 전류의 전류밀도는 0.1 내지 10A/㎠로 설정된다. 화학적 에칭은 온도가 20 내지 90℃인 에칭 용액에 금속박(10)을 침지한 상태에서 1 내지 30초(second) 동안 처리하여 에칭하며, 에칭 용액은 황산 1 내지 30wt％, 염산 0.1 내지 30wt％ 및 순수 40 내지 98.9wt％를 혼합하여 형성한다.
다수개의 관통홀(11)이 형성되면 도 1 및 도 5에서와 같이 금속박(10)에 형성된 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)을 제거한다(S140).
제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)을 제거하는 방법은 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)이 각각 수지 필름이 사용되면 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)은 각각 금속박(10)의 상부면(10a)과 하부면(10b)에 각각 부착된 압연유의 윤활작용을 이용해 금속박(10)에서 벗겨서 제거한다. 즉, 금속박(10)은 압연가공된 상태로 준비되며, 압연가공된 상태로 금속박(10)이 준비되면 금속박(10)의 상부면(10a)과 하부면(10b)은 각각 압연유가 존재하게 된다. 금속박(10)에 존재되는 압연유는 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)이 각각 수지 필름이 사용되는 경우에 윤활작용을 하여 물리적인 힘을 이용해 금속박(10)으로부터 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)을 각각 용이하게 벗겨 제거할 수 있게 된다.
제1마스크 필름(20)이 포토 레지스트 필름이 사용되고 제2마스크 필름(30)이 수지 필름이 사용되면 포토 레지스트 필름은 유기 용액을 이용해 제거하며, 수지 필름은 금속박(10)에서 벗겨서 제거한다. 또한, 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)이 모두 포토 레지스트 필름이 사용되면 유기 용액을 이용해 제거한다. 여기서, 유기 용액은 아세톤 등과 같은 유기 용액이 사용된다.
전술한 본 발명의 다공성 집전체의 제조방법을 구현하기 위한 제조 장치(110,130의 실시예가 도 6 내지 도 8에 도시되어 있다.
제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)이 모두 수지 필름이 적용된 경우에 본 발명의 다공성 집전체의 제조방법은 도 6에 도시된 제조 장치(110)가 사용된다.
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 다공성 집전체의 제조방법은 먼저, 제조 장치(110)의 권취롤(111,111a,111b)에 각각 금속박(10), 제1마스크 필름(20) 및 제2마스크 필름(30)을 권취한 상태로 준비한다. 금속박(10), 제1마스크 필름(20) 및 제2마스크 필름(30)이 권취롤(111,111a,111b)에 권취된 상태로 준비되면 금속박(10), 제1마스크 필름(20) 및 제2마스크 필름(30)은 각각 한 쌍의 히팅 롤러(112,112a)로 이송된다. 한 쌍의 히팅 롤러(112,112a)는 금속박(10), 제1마스크 필름(20) 및 제2마스크 필름(30)이 이송되면 금속박(10)을 기준으로 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)을 각각 열융착하여 금속박(10)의 상부면(10a)과 하부면(10b)을 각각 커버(cover)하도록 금속박(10)의 상부면(10a)에 제1마스크 필름(20)이 형성되도록 하고 하부면(10b)에 제2마스크 필름(30)을 형성되도록 한다.
금속박(10)에 제1마스크 필름(20) 및 제2마스크 필름(30)이 각각 열융착되어 형성되면 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)이 형성된 금속박(10)은 레이저 천공 장치(120)로 이송된다. 레이저 천공 장치(120)는 도 8에서와 같이 레이저 조사장치(121), 한 쌍의 제1수평 이송기구(122) 및 제2수평 이송기구(123)를 포함하여 구성된다. 레이저 조사장치(121)는 제2수평 이송기구(123)에 X방향으로 이송되도록 연결되며, 제2수평 이송기구(123)는 한 쌍의 제1수평 이송기구(122)의 상부에 연결되어 Y방향으로 이송되도록 연결된다. 이러한 레이저 조사장치(121)는 Y방향으로 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)이 형성된 금속박(10)이 이송되면 한 쌍의 제1수평 이송기구(122) 및 제2수평 이송기구(123)에 의해 X 및 Y방향으로 이송되면서 제1마스크 필름(20)에 다수개의 패턴홀(21)을 형성한다.
레이저 천공 장치(120)에 의해 제1마스크 필름(20)에 다수개의 패턴홀(21)이 형성되면 제1마스크 필름(20)에 다수개의 패턴홀(21)이 형성된 금속박(10)은 에칭조(113)로 이송된다. 에칭조(113)는 전해 에칭이나 화학적 에칭에 따라 전해 에칭장비(도시 않음)가 구비된 에칭조나 에칭장비가 구비되지 않은 에칭조가 사용되며, 전해 에칭이나 화학적 에칭은 전술하였으므로 상세한 설명을 생략한다. 여기서, 전해 에칭 시 금속박(10)은 금속박 회수롤러(115)에 연결되어 권취되어 회수됨에 의해 금속박 회수롤러(115)로 전원을 인가하여 전해 에칭을 실시한다. 에칭조(113)에서 전해 에칭이나 화학적 에칭으로 다수개의 패턴홀(21)에 의해 노출된 금속박(10)이 에칭(etching)되면 금속박(10)은 금속박(10)이 관통되도록 다수개의 관통홀(11)이 형성된다.
다수개의 관통홀(11)이 형성되면 다수개의 관통홀(11)이 형성된 금속박(10)은 금속박 회수롤러(115)로 이송된다. 금속박(10)은 금속박 회수롤러(115)에 권취하기 위해 금속박(10)에 형성된 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)을 제거한다. 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)의 제거방법은 에칭조(13)와 금속박 회수롤러(115) 사이에 배치된 제1마스크 필름 회수롤러(114)와 제2마스크 필름 회수롤러(114a)를 사용한다. 즉, 제1마스크 필름 회수롤러(114)는 회전하여 금속박(10)의 상부면(10a)으로부터 제1마스크 필름(20)을 벗겨 회수하여 제거하며, 제2마스크 필름 회수롤러(114a)는 회전하여 금속박(10)의 하부면(10b)으로부터 제2마스크 필름(30)을 벗겨 회수하여 제거한다. 여기서, 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)은 금속박(10)의 상부면(10a)과 하부면(10b)에 부착된 압연유의 윤활작용에 의해 제1마스크 필름 회수롤러(114)와 제2마스크 필름 회수롤러(114a)의 회전력 즉, 물리적인 힘에 의해 용이하게 벗겨져 제거되며, 미설명된 부호 110a는 보조 롤러로 금속박(10), 제1마스크 필름(20) 및 제2마스크 필름(30)의 이송을 가이드한다.
제1마스크 필름(20)이 포토 레지스트 필름이 사용되고 제2마스크 필름(30)이 수지 필름이 적용된 경우에 본 발명의 다공성 집전체의 제조방법은 도 7에 도시된 제조 장치(130)가 사용된다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 다공성 집전체의 제조방법은 먼저, 제조 장치(130)의 권취롤(131,131a)에 각각 금속박(10)과 제2마스크 필름(30)을 권취한 상태로 준비한다. 권취롤(131,131a)이 준비되면 금속박(10)과 제2마스크 필름(30)은 각각 한 쌍의 히팅 롤러(132,132a)로 이송되어 금속박(10)의 하부면(10b)에 열융착되어 형성된다. 한 쌍의 히팅 롤러(132,132a)에 의해 금속박(10)에 제2마스크 필름(30)이 열융착되어 형성되면 금속박(10)은 콤마 인쇄장비(comma coater)(133)로 이송된다. 콤마 인쇄장비(133)는 공지된 기술이 적용됨으로 상세한 설명을 생략하며, 콤마 인쇄장비(133)로 금속박(10)이 이송되면 금속박(10)의 상부면(10a)에 포토 레지스트를 도포하여 포토 레지스트 필름 즉, 제1마스크 필름(20)을 형성한다.
금속박(10)에 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)이 형성되면 금속박(10)은 건조기(133a)로 이송되어 건조기(133a)에 의해 포토 레지스트 필름 즉, 제1마스크 필름(20)을 80 내지 120℃에서 가열하여 베이킹(baking)한다. 제1마스크 필름(20)이 베이킹되면 금속박(10)은 레이저 천공 장치(120)로 이송된다. 레이저 천공 장치(120)의 상세한 구성을 전술하였으므로 설명을 생략하며, 레이저 천공 장치(120)로 금속박(10)이 이송되면 레이저 조사장치(121)는 Y방향으로 이송되는 금속박(10)에 형성된 제1마스크 필름(20)에 다수개의 패턴홀(21)을 형성한다.
다수개의 패턴홀(21)을 형성되면 금속박(10)은 에칭조(134)로 이송된다. 에칭조(134)는 전술한 도 6의 실시예의 에칭조(113)과 동일함으로 설명을 생략한다. 에칭조(134)로 금속박(10)이 이송되면 금속박(10)은 전해 에칭이나 화학적 에칭이 적용되어 제1마스크 필름(20)에 형성된 다수개의 패턴홀(21)을 에칭 마스크 패턴으로 하여 에칭되어 다수개의 관통홀(11)이 형성된다.
금속박(10)에 다수개의 관통홀(11)이 형성되면 금속박(10)은 유기 용액 에칭조(136)로 이송된다. 유기 용액 에칭조(136)는 아세톤과 같은 유기 용액이 담겨져 있으며, 이 유기 용액에 의해 포토 레지스트 필름이나 금속박(10)의 상부면(10a)에 잔존하는 압연유와 함께 제1마스크 필름(20)이 제거된다. 제1마스크 필름(20)의 제거 전에 제2마스크 필름(30)은 레이저 천공 장치(120)와 유기 용액 에칭조(136) 사이에 배치된 제2마스크 필름 회수롤러(135)에 의해 권취되어 회수된다. 즉, 제2마스크 필름 회수롤러(135)는 회전하는 힘과 금속박(10)의 하부면(10b)에 부착된 압연유의 윤활작용에 의해 금속박(10)의 하부면(10b)에 형성된 제2마스크 필름(30)을 금속박(10)으로부터 벗겨 회수함에 의해 금속박(10)에서 제2마스크 필름(30)을 제거한다.
금속박(10)으로부터 제1마스크 필름(20)과 제2마스크 필름(30)이 제거되면 금속박(10)은 금속박 회수롤러(137)에 권취되어 회수됨에 의해 본 발명의 다공성 집전체를 제조하게 된다.
이상에서와 같이 본 발명의 다공성 집전체 제조방법은 금속박에 패턴필름을 접착한 상태에서 레이저를 이용해 에칭 마스크 필름에 다수개의 패턴홀을 형성한 후 다수개의 패턴 홀이 형성된 에칭 마스크 필름을 이용해 금속박을 에칭(etching)하여 다수개의 관통홀을 형성함으로써 생산성을 개선시키며 제조원가를 절감할 수 있고, 다수개의 관통홀의 가장자리 부분을 매끄럽게 형성할 수 있으며, 다수개의 관통구를 미세한 직경의 크기를 갖도록 형성할 수 있다.
본 발명의 다공성 집전체 제조방법은 슈퍼 커패시터나 2차 전지의 제조 산업 분야에 적용할 수 있다.
10: 금속박
11: 관통홀
20: 제1마스크 필름
21: 패턴홀
30: 제2마스크 필름

Claims (11)

  1. 금속박의 상부면과 하부면을 각각 커버(cover)하도록 금속박의 상부면에 제1마스크 필름을 형성하고 하부면에 제2마스크 필름을 형성하는 단계;
    상기 제1마스크 필름과 상기 제2마스크 필름이 형성되면 제1마스크 필름에 레이저를 조사하여 제1마스크 필름이 관통되도록 다수개의 패턴홀을 형성하는 단계;
    상기 다수개의 패턴홀이 형성되면 다수개의 패턴홀에 의해 노출된 금속박을 에칭(etching)하여 금속박에 다수개의 관통홀을 형성하는 단계; 및
    상기 다수개의 관통홀이 형성되면 상기 금속박에 형성된 상기 제1마스크 필름과 상기 제2마스크 필름을 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 금속박의 상부면에 제1마스크 필름을 형성하고 하부면에 제2마스크 필름을 형성하는 단계에서 상기 금속박은 두께가 5 내지 30㎛가 되도록 압연가공되어 상부면과 하부면에 각각 압연유가 부착된 상태로 준비되며 재질은 순도가 98.0 내지 99.7％인 알루미늄이 사용되고, 상기 제1마스크 필름과 상기 제2마스크 필름은 각각 수지 필름이 사용되며, 상기 수지 필름은 열 융착을 이용해 금속박의 상부면이나 하부면에 접착되어 형성되며,
    상기 제1마스크 필름과 상기 제2마스크 필름을 제거하는 단계에서 상기 제1마스크 필름과 상기 제2마스크 필름이 각각 수지 필름이 사용되며 제1마스크 필름과 상기 제2마스크 필름은 각각 금속박의 상부면과 하부면에 각각 부착된 압연유의 윤활작용을 이용해 금속박에서 벗겨져서 제거되는 다공성 집전체 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속박의 상부면에 제1마스크 필름을 형성하고 하부면에 제2마스크 필름을 형성하는 단계에서 상기 제1마스크 필름의 두께는 상기 제2마스크 필름의 두께보다 작으며, 상기 금속박의 두께보다 크게 형성되는 다공성 집전체 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수지필름의 재질은 EVA(ethylene vinyl acetate), PC(poly carbonate), PVC(polyvinyl chloride), PS(polystyrene) 및 PE(polyethhlene) 중 하나가 사용되는 다공성 집전체 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다수개의 패턴홀을 형성하는 단계에서 상기 다수개의 패턴홀은 각각 출력이 수 내지 수십W(watt)인 레이저를 수 내지 수십 사이클(Cycle)로 제1마스크 필름에 반복조사하여 제1마스크 필름이 관통되도록 형성되고, 각각의 직경은 10 내지 100㎛가 되도록 형성되며, 각각의 사이의 간격은 50 내지 1000㎛가 되도록 형성되는 다공성 집전체 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속박에 다수개의 관통홀을 형성하는 단계는 전해 에칭이 사용되며,
    상기 전해 에칭은 온도가 20 내지 90℃인 에칭 용액에 다수개의 홈이 형성된 금속박을 침지한 상태에서 전류가 1 내지 30초(second) 동안 흐르도록 처리하고, 상기 에칭 용액은 황산 1 내지 30wt％, 염산 0.1 내지 30wt％ 및 순수 40 내지 98.9wt％를 혼합하여 형성하며, 상기 전류의 전류밀도는 0.1 내지 10A/㎠인 다공성 집전체 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 금속박에 다수개의 관통홀을 형성하는 단계는 화학적 에칭이 사용되며,
    상기 화학적 에칭은 온도가 20 내지 90℃인 에칭 용액에 다수개의 홈이 형성된 금속박을 침지한 상태에서 1 내지 30초(second) 동안 처리하여 에칭하며, 상기 에칭 용액은 황산 1 내지 30wt％, 염산 0.1 내지 30wt％ 및 순수 40 내지 98.9wt％를 혼합하여 형성하는 다공성 집전체 제조방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
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