KR101901776B1 - 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법에 관한 것으로, 다수개의 관통공이 배열되도록 형성된 다공성 집전체의 하부면에 다수개의 관통공의 각각 일단이 폐쇄되도록 커버 필름을 접착시키는 단계; 커버 필름이 접착되면 커버 필름에 의해 일단이 폐쇄된 다수개의 관통공에 채워지도록 다공성 집전체의 상부면에 전극물질을 도포하는 단계; 다공성 집전체의 상부면에 전극물질이 도포되면 상부면에 도포된 전극물질을 건조하는 단계; 상부면에 도포된 전극물질이 건조되면 커버 필름을 제거하는 단계; 커버 필름이 제거되면 다수개의 관통공에 채워진 전극물질과 연결되도록 하부면에 전극물질을 도포하는 단계; 및 하부면에 전극물질이 도포되면 상부면에 도포된 전극물질을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법{Method of manufacturing electrode using porous current collector}
본 발명은 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전극물질을 다수개의 관통공이 형성된 다공성 집전체에 도포 시 점도가 낮은 전극물질이 관통공을 통해 흘러내리는 것을 방지할 수 있는 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법에 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 관통공이 형성된 집전체가 사용된다. 다수개의 관통공이 형성된 집전체는 집전체와 전극물질 사이의 결착력을 증가시킴과 아울러 전해액 흡수성 증가시켜 경시변화에 따른 슈퍼 커패시터나 2차 전지의 용량이나 출력이 감소하는 것을 방지한다. 이러한 다수개의 관통공이 형성된 집전체에 관련된 기술이 한국공개특허공보 제10-2015-0140903호(특허문헌 1)에 공개되어 있다.
한국공개특허공보 제10-2015-0140903호는 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 제10-2015-0140903호와 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. 이와 같이 한국공개특허공보 제10-2015-0140903호와 같은 종래의 관통형 알루미늄 시트 즉, 다공성 집전체는 전극물질을 도포 시 전극물질의 점도 조절이 요구된다. 즉, 전극물질은 점도가 높은 경우에 다공성 집전체에 형성된 관통공을 통해 흘러내려 도포가 용이하지 않은 어려운 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2015-0140903호
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극물질을 다수개의 관통공이 형성된 다공성 집전체에 도포 시 점도가 낮은 전극물질이 관통공을 통해 흘러내리는 것을 방지할 수 있는 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 점도가 낮은 전극물질이 관통공을 통해 흘러내리는 것을 방지할 수 있도록 함으로써 전극물질의 점도 사용범위를 확대할 수 있는 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 점도가 낮은 전극물질이 관통공을 통해 흘러내리는 것을 방지할 수 있도록 함으로써 다공성 집전체의 상부면과 하부면에 각각 전극물질을 도포 시 어느 한 면을 도포한 후 나머지 한 면을 도포하는 공정에 사용할 수 있는 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 점도가 낮은 전극물질이 관통공을 통해 흘러내리는 것을 방지할 수 있도록 함으로써 관통공의 직경에 크기에 관계없이 다공성 집전체에 전극물질을 용이하게 도포할 수 있어 전극 제조의 생산성 및 제조원가를 절감할 수 있는 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법은 다수개의 관통공이 배열되도록 형성된 다공성 집전체의 하부면에 다수개의 관통공의 각각 일단이 폐쇄되도록 커버 필름을 접착시키는 단계; 상기 커버 필름이 접착되면 커버 필름에 의해 일단이 폐쇄된 상기 다수개의 관통공에 채워지도록 다공성 집전체의 상부면에 전극물질을 도포하는 단계; 상기 다공성 집전체의 상부면에 전극물질이 도포되면 상부면에 도포된 전극물질을 건조하는 단계; 상기 상부면에 도포된 전극물질이 건조되면 상기 커버 필름을 제거하는 단계; 상기 커버 필름이 제거되면 다수개의 관통공에 채워진 전극물질과 연결되도록 하부면에 전극물질을 도포하는 단계; 및 상기 하부면에 전극물질이 도포되면 하부면에 도포된 전극물질을 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법은 전극물질을 다수개의 관통공이 형성된 다공성 집전체에 도포 시 점도가 낮은 전극물질이 관통공을 통해 흘러내리는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 점도가 낮은 전극물질이 관통공을 통해 흘러내리는 것을 방지할 수 있도록 함으로써 전극물질의 점도 사용범위를 확대할 수 있는 이점이 있으며, 점도가 낮은 전극물질이 관통공을 통해 흘러내리는 것을 방지할 수 있도록 함으로써 다공성 집전체의 상부면과 하부면에 각각 전극물질을 도포 시 어느 한 면을 도포한 후 나머지 한 면을 도포하는 공정에 사용할 수 있는 이점이 있으며, 점도가 낮은 전극물질이 관통공을 통해 흘러내리는 것을 방지할 수 있도록 함으로써 관통공의 직경에 크기에 관계없이 다공성 집전체에 전극물질을 용이하게 도포할 수 있어 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법을 나타낸 공정 흐름도,
도 2는 도 1에 도시된 커버 필름을 접착시키는 단계에서 다공성 집전체에 커버 필름이 접착되기 전 상태를 나타낸 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 커버 필름을 접착시키는 단계에서 다공성 집전체에 커버 필름이 접착된 상태를 나타낸 단면도,
도 4는 도 1에 도시된 상부면에 전극물질을 도포하는 단계에서 다공성 집전체에 전극물질이 도포된 상태를 나타낸 단면도,
도 5는 도 1에 도시된 커버 필름을 제거하는 단계에서 다공성 집전체에 접착된 커버 필름이 제거된 상태를 나타낸 단면도,
도 6은 도 5에 도시된 커버 필름을 제거된 다공성 집전체의 하부면이 상측을 바라보도록 나타낸 단면도,
도 7은 상부면에 전극물질을 도포하는 단계에서 다공성 집전체의 하부면에 전극물질이 도포된 상태를 나타낸 단면도,
도 8은 도 1에 도시된 본 발명의 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법을 수행하기 위한 제조 장치의 실시예의 개략적인 구성을 나타낸 도.
도 9는 도 1에 도시된 본 발명의 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법을 수행하기 위한 제조 장치의 다른 실시예의 개략적인 구성을 나타낸 도.
이하, 본 발명의 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1, 도 3 및 도 7에서와 같이 본 발명의 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법은 먼저, 다수개의 관통공(11)이 배열되도록 형성된 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 다수개의 관통공(11)의 각각 일단이 폐쇄되도록 커버 필름(20)을 접착시킨다(S10). 커버 필름(20)이 접착되면 커버 필름(20)에 의해 일단이 폐쇄된 다수개의 관통공(11)에 채워지도록 다공성 집전체(10)의 상부면(10a)에 전극물질(30)을 도포한다(S20). 다공성 집전체(10)의 상부면(10a)에 전극물질(30)이 도포되면 상부면(10a)에 도포된 전극물질(30)을 건조한다(S30). 상부면(10a)에 도포된 전극물질(30)이 건조되면 커버 필름(20)을 제거한다(S40). 커버 필름(20)이 제거되면 다수개의 관통공(11)에 채워진 전극물질(30)과 연결되도록 하부면(10b)에 전극물질(30)을 도포한다(S50). 하부면(10b)에 전극물질(30)이 도포되면 하부면(10b)에 도포된 전극물질(30)을 건조한다(S60).
본 발명의 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법은 먼저, 도 1 내지 도 3에서와 같이 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 다수개의 관통공(11)의 각각 일단이 폐쇄되도록 커버 필름(20)을 접착시킨다(S10).
다공성 집전체(10)에 커버 필름(20)을 접착하기 위해 다공성 집전체(10)를 준비한다. 다공성 집전체(10)는 순도가 98.0 내지 99.7％인 알루미늄을 두께(T1)가 5 내지 30㎛가 되도록 압연가공하여 알루미늄박(도시 않음)으로 형성한 후 알루미늄박이 형성되면 알루미늄박에 다수개의 관통공(11)이 배열되도록 형성하여 제조한다. 여기서, 다수개의 관통공(11)의 직경(Sd)은 10 내지 500㎛가 되도록 형성되며, 각각의 사이의 간격(Sp)은 50 내지 1000㎛가 되도록 형성된다. 이러한 다공성 집전체(10)의 제조방법은 먼저, 압연 가공을 이용해 두께(T1)가 5 내지 30㎛가 되도록 알루미늄박을 제조한 후 알루미늄 박이 관통되도록 다수개의 관통공(11)을 형성하여 제조한다. 여기서, 압연가공은 공지된 기술이 적용되므로 설명을 생략한다.
다수개의 관통공(11)이 배열되도록 형성된 다공성 집전체(10)가 준비되면 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 커버 필름(20)을 접착시킨다. 커버 필름(20)은 도 3에서와 같이 접착제층(21)을 이용해 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 접착되어 다수개의 관통공(11)의 일단이 폐쇄되도록 한다. 즉, 커버 필름(20)은 상부면(20a)에 접착제층(21)이 형성되며, 접착제층(21)을 이용하여 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 접착되어 다수개의 관통공(11)의 일단이 폐쇄되도록 한다. 이러한 커버 필름(20)의 두께(T2)는 12 내지 75㎛이며, 재질은 EVA(ethylene vinyl acetate), PC(poly carbonate), PVC(polyvinyl chloride), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate) 및 PP(polypropylene) 중 하나가 사용된다.
전술한 재질로 형성되는 커버 필름(20)은 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 접착제층(21)을 이용해 접착되며, 접착제층(21)은 표면처리층이나 실리콘 접착 필름이 사용된다.
접착제층(21)으로 표면처리층이 사용되면 표면처리층은 표면처리 슬러리를 커버 필름(20)의 상부면(20a)에 도포한 후 100 내지 120℃에서 30 내지 90초(second) 동안 열처리하여 두께(T3)가 0.5 내지 1㎛가 되도록 형성된다. 표면처리 슬러리는 표면처리재료에 점도조절액을 혼합하여 점도가 수 내지 수십 cps(centi Poise)가 되도록 형성되고, 표면처리재료는 도전제 10 내지 38wt％와 표면개질제 62 내지 90wt％로 이루어진다. 여기서, 도전제는 카본 블랙이 사용되고, 표면개질제는 키토산(chitosan), PMA(Pyromellitic)와 MA(Maleate) 중 하나 이상이 선택되어 사용되며, 점도조절액은 IPA(isopropyl alcohol)가 사용된다. 이와 같이 표면처리층은 커버 필름(20)의 상부면(20a)에 형성된 후 이 표면처리층을 이용해 커버 필름(20)을 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 접착시킴으로써 표면처리층에 의해 다수개의 관통공(11)의 일단 즉, 하측의 끝단을 용이하게 폐쇄시킬 수 있으며, 다공성 집전체(10)와 이 후 도포될 전극물질(30) 사이의 계면 특성을 개선시킬 수 있게 된다. 여기서, 계면 특성은 공지된 전기적인 특성, 예를 들어 접촉 저항 등을 의미한다.
접착제층(21)으로 실리콘 접착 필름이 사용되면 실리콘 접착 필름은 두께(T3)가 1 내지 25㎛가 되도록 형성되며, 커버 필름(20)의 상부면(20a)에 커버 필름(20)이 5 내지 10gf/㎝(gram-force/centimeter)의 접착력으로 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 접착되도록 한다. 즉, 실리콘 접착 필름은 커버 필름(20)의 상부면(20a)에 접착되며, 커버 필름(20)은 이 실리콘 접착 필름를 이용해 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 접착된다. 예들 들어, 커버 필름(20)의 상부면(20a)에 실리콘 접착 필름이 접착되면 커버 필름(20)은 실리콘 접착 필름을 매개로 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 접착된다. 이와 같이 실리콘 접착 필름은 실리콘계 접착재질로 형성되며, 실리콘계 접착재질은 공지된 재질이 사용된다.
커버 필름(20)이 접착되면 도 1 및 도 4에서와 같이 커버 필름(20)에 의해 일단이 폐쇄된 다수개의 관통공(11)에 채워지도록 다공성 집전체(10)의 상부면(10a)에 전극물질(30)을 도포한다(S20).
전극물질(30)은 점도가 1000 내지 10000cps(centi Poise)인 것을 사용하여 다수개의 관통공(11)에 채워지도록 다공성 집전체(10)의 상부면(10a)에 도포한다. 전극물질(30)의 도포 방법은 전극물질(30)의 점도가 1000cps로 낮은 경우에는 전극물질(30)을 분시켜 도포하는 디스펜싱(dispensing) 방법도 가능하며, 점도가 10000cps로 높은 경우에는 콤마 인쇄(comma coating) 방법 등을 이용해 도포한다. 전극물질(30)은 점도가 낮은 경우에도 커버 필름(20)이 다수개의 관통공(11)의 일단을 폐쇄시킴에 의해 관통공(11)을 통해 전극물질(30)이 흘러내리는 것을 방지한 상태에서 다수개의 관통공(11)에 용이하게 채워 도포할 수 있다. 반대로, 전극물질(30)의 점도가 높은 경우에 커버 필름(20)이 다수개의 관통공(11)의 일단을 폐쇄시킨 상태에서 지지함에 의해 높은 압력을 이용해 수개의 관통공(11)에 전극물질(30)을 채워 도포할 수 있게된다. 즉, 커버 필름(20)은 다수개의 관통공(11)의 일단을 폐쇄시킴에 의해 다공성 집전체(10)의 상부면(10a)에 전극물질(30)의 도포 시 전극물질(30)의 점도의 사용 범위를 확대시킬 수 있게 된다.
다공성 집전체(10)의 상부면(10a)에 전극물질(30)이 도포되면 도 1 및 도 4에서와 같이 상부면(10a)에 도포된 전극물질(30)을 건조한다(S30). 전극물질(30)의 건조 방법은 건조 오븐(122: 도 8 및 도 9에 도시됨)을 이용해 건조한다. 하부면(10b)에 도포된 전극물질(30)이 건조되면 도 1 및 도 5에서와 같이 커버 필름(20)을 제거한다(S40). 커버 필름(20)의 제거 방법은 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)으로부터 벗겨서 제거한다. 커버 필름(20)의 제거 방법은 도 8 및 도 9에 각각 도시된 본 발명의 다공성 집전체(10)를 이용한 전극 제조 방법을 수행하기 위한 제조 장치를 이용한다.
다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 접착된 커버 필름(20)이 제거되면 도 1 및 도 6에서와 같이 다수개의 관통공(11)에 채워진 전극물질(30)과 연결되도록 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 전극물질(30)을 도포한다(S50). 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 도포되는 전극물질(30)은 다공성 집전체(10)의 상부면(10a)에 도포된 전극물질(30)과 동일한 재질, 점도 및 도포방법을 이용해 도포함으로 상세한 설명을 생략한다. 하부면(10b)에 전극물질(30)이 도포되면 하부면(10b)에 도포된 전극물질(30)을 건조한다(S60). 하부면(10b)에 도포된 전극물질(30)의 건조 방법은 건조 오븐(125: 도 8 및 도 9에 도시됨)을 이용해 건조한다.
다공성 집전체(10)의 상부면(10a)과 하부면(10b)에 각각 도포되는 전극물질(30)은 서로 동일한 재질, 점도 및 도포 방법이 이용해 도포되며, 전극물질(30)의 재질은 주재료와 점도조절물을 혼합하여 형성된다. 주재료는 전극주재료 85 내지 95wt％, 도전제 3 내지 8wt％ 및 바인더 2 내지 7wt％을 혼합하여 형성되며, 전극 주재료는 활성탄, Li4Ti5O12, LiCoO2, LiMn2O4 및 LiFePO4, 중 하나가 선택되어 사용된다. 점도조절물은 주재료에 주재료의 점도가 1000 내지 10000cps가 되도록 혼합되며, 점도조절물은 알코올 30 내지 60wt％와 순수 40 내지 70wt％로 이루어진다.
이러한 본 발명의 다공성 집전체(10)를 이용한 전극 제조 방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 8은 접착제층(21)으로 표면처리층을 적용한 다공성 집전체(10)를 이용한 전극 제조 방법의 실시예를 나타낸 것이다. 여기서, 도 8은 롤 투 롤(roll to roll) 장비를 도시하고 있으며, 도 8에 도시된 롤 투 롤 장비는 커버 필름 접착부(110)와 전극 도포부(120)로 이루어진다.
커버 필름 접착부(110)는 권취롤러(111,114), 슬러리 디스펜싱 기구(112), 건조 오븐(113) 및 한 쌍의 압착롤러(115,116)으로 이루어진다. 권취롤러(111)는 커버 필름(20)이 권취되어 수납되며, 권취롤러(114)는 다공성 집전체(10)가 권취되어 수납된다. 이 상태에서 권취롤러(111,114)에 권취된 커버 필름(20)은 화살표방향으로 이송되어 상부면(20a: 도 3에 도시됨)으로 슬러리 디스펜싱 기구(112)에 의해 표면처리 슬러리가 분사되면 건조 오븐(113)에 의해 100 내지 120℃에서 30 내지 90초(second) 동안 열처리되어 두께(T3: 도 3에 도시됨)가 0.5 내지 1㎛인 표면처리층 즉, 접착제층(21)이 커버 필름(20)의 상부면(20a)의 전면을 커버하도록 형성된다. 표면처리층인 접착제층(21)이 커버 필름(20)의 상부면(20a)에 형성되면 커버 필름(20)과 권취롤러(114)는 권취된 다공성 집전체(10)은 각각 한 쌍의 압착롤러(115,116)로 이송되어 한 쌍의 압착롤러(115,116)에 의해 다공성 집전체(10)의 하부면(10b: 도 3에 도시됨)에 접착제층(21)인 표면처리층에 의해 커버 필름(20)이 접착되도록 한다.
다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 커버 필름(20)이 도포되면 다공성 집전체(10)는 다수개의 관통공(11)의 일단이 커버 필름(20)에 의해 폐쇄된 상태로 화살표방향을 따라 전극 도포부(120)로 이송된다. 전극 도포부(120)는 콤마 인쇄장치(121,124), 건조 오븐(122,125) 및 회수롤러(123,126)로 이루어진다.
커버 필름(20)에 의해 다수개의 관통공(11)의 일단이 폐쇄된 상태로 다공성 집전체(10)가 이송되면 다공성 집전체(10)는 콤마 롤러(121a)가 구비된 콤마 인쇄장치(121)에 의해 상부면(10a)에 전극물질(30)이 도포된 후 건조 오븐(122)에 의해 전극물질(30)을 건조한다. 전극물질(30)의 건조 조건은 전극물질(30)의 점도에 따라 설정되며, 건조 오븐(122)에 의해 전극물질(30)이 건조되면 회수롤러(123)에 의해 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)으로부터 커버 필름(20)이 제거된다. 즉, 회수롤러(123)는 커버 필름(20)을 권취한 상태로 회전하여 커버 필름(20)을 회수함에 의해 회수롤러(123)가 회전하는 물리적인 힘에 의해 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)으로부터 커버 필름(20)을 제거할 수 있게 된다. 커버 필름(20)이 제거되면 다공성 집전체(10)는 화살표 방향을 따라 콤마 인쇄장치(124), 건조 오븐(125) 및 회수롤러(126)로 이송된다.
커버 필름(20)이 제거된 다공성 집전체(10)는 하부면(10b)에 전극물질(30)을 도포하기 위해 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)이 Z축방향을 기준으로 상부를 바라보도록 위치를 반전시킨다. 즉, 다공성 집전체(10)는 가이드 롤러(127c,127d)에 의해 가이드되어 수직방향으로 이송된 후 콤마 인쇄장치(124) 및 건조 오븐(125)이 배치된 방향으로 이송됨에 의해 하부면(10b)이 Z축방향 즉, 수직방향을 기준으로 상부를 바라보도록 위치가 반전되어 이송된다. 이와 같이 반전은 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)이 상부를 바라보도록 함으로써 하부면(10b)에 전극물질(30)을 용이하게 도포할 수 있도록 한다. 다공성 집전체(10)의 위치가 반전되면 콤마 롤러(124a)가 구비된 콤마 인쇄장치(124)에 의해 전극물질(30)을 하부면(10b)에 도포한 후 건조 오븐(125)에서 전극물질(30)이 건조한다. 건조 오븐(125)에 의해 전극물질(30)이 건조되면 다공성 집전체(10)는 회수롤러(126)에 권취되어 회수된다. 여기서, 전극 도포부(120)에서 미설명된 가이드 롤러(127a,127b,127c,127d,127e,127f,127g)는 각각 다공성 집전체(10)의 이송을 가이드한다.
도 9는 접착제층(21)으로 실리콘 접착 필름을 적용한 다공성 집전체(10)를 이용한 전극 제조 방법의 실시예를 나타낸 것이다. 여기서, 도 9는 롤 투 롤(roll to roll) 장비를 도시하고 있으며, 도 9에 도시된 롤 투 롤 장비는 전극 도포부(120)와 커버 필름 접착부(130)로 이루어진다. 전극 도포부(120)는 도 8에 도시된 전극 도포부(120)와 동일함으로 설명을 생략한다.
도 9에 도시된 커버 필름 접착부(130)는 권취롤러(131,132,136), 한 쌍의 제1압착롤러(134,135) 및 한 쌍의 제2압착롤러(137,138)로 이루어진다. 권취롤러(131,132,136) 중 권취롤러(131)는 커버 필름(20)이 권취되어 수납되고, 권취롤러(132)는 접착제층(21)인 실리콘 접착 필름이 권취되어 수납되며, 권취롤러(136)는 다공성 집전체(10)가 권취되어 수납된다. 이 상태에서 권취롤러(131,132)에 각각 권취된 커버 필름(20)과 접착제층(21)인 실리콘 접착 필름은 한 쌍의 제1압착롤러(134,135)로 이송되며, 한 쌍의 제1압착롤러(134,135)는 커버 필름(20)의 상부면(20a)에 접착제층(21)인 실리콘 접착 필름이 접착되도록 압착시킨다. 커버 필름(20)에 실리콘 접착 필름이 접착되면 커버 필름(20)은 권취롤러(136)에 권취된 다공성 집전체(10)와 함께 한 쌍의 제2압착롤러(137,138)로 이송된다. 즉, 커버 필름(20)은 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 위치되도록 다공성 집전체(10)와 함께 한 쌍의 제2압착롤러(137,138)로 이송되어 한 쌍의 제2압착롤러(137,138)에 의해 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 접착된다. 다공성 집전체(10)의 하부면(10b)에 실리콘 접착 필름을 매개로 커버 필름(20)에 접착되면 다공성 집전체(10)는 전극 도포부(120)로 이송되어 상부면(10a)과 하부면(10b)에 전극물질(30)이 도포되며, 도 9에 도시된 전극 도포부(120)는 도 8에 도시된 전극 도포부(120)와 동일함으로 설명을 생략하며, 가이드 롤러(139)는 커버 필름(20)이 제2압착롤러(137,138)로 이송되는 것을 가이드한다.
이상과 같이 본 발명의 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법은 전극물질을 다수개의 관통공이 형성된 다공성 집전체에 도포 시 점도가 낮은 전극물질이 관통공을 통해 흘러내리는 것을 방지할 수 있고, 점도가 낮은 전극물질이 관통공을 통해 흘러내리는 것을 방지할 수 있도록 함으로써 전극물질의 점도 사용범위를 확대할 수 있으며, 점도가 낮은 전극물질이 관통공을 통해 흘러내리는 것을 방지할 수 있도록 함으로써 다공성 집전체의 상부면과 하부면에 각각 전극물질을 도포 시 어느 한 면을 도포한 후 나머지 한 면을 도포하는 공정에 사용할 수 있으며, 점도가 낮은 전극물질이 관통공을 통해 흘러내리는 것을 방지할 수 있도록 함으로써 관통공의 직경에 크기에 관계없이 다공성 집전체에 전극물질을 용이하게 도포할 수 있다.
본 발명의 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법은 슈퍼 커패시터나 2차 전지의 제조 산업 분야에 적용할 수 있다.
10: 다공성 집전체
11: 관통공
20: 커버 필름
30: 전극물질

Claims (9)

  1. 다수개의 관통공이 배열되도록 형성된 다공성 집전체의 하부면에 다수개의 관통공의 각각 일단이 폐쇄되도록 커버 필름을 접착시키는 단계;
    상기 커버 필름이 접착되면 커버 필름에 의해 일단이 폐쇄된 상기 다수개의 관통공에 채워지도록 다공성 집전체의 상부면에 전극물질을 도포하는 단계;
    상기 다공성 집전체의 상부면에 전극물질이 도포되면 상부면에 도포된 전극물질을 건조하는 단계;
    상기 상부면에 도포된 전극물질이 건조되면 상기 커버 필름을 제거하는 단계;
    상기 커버 필름이 제거되면 다수개의 관통공에 채워진 전극물질과 연결되도록 하부면에 전극물질을 도포하는 단계; 및
    상기 하부면에 전극물질이 도포되면 하부면에 도포된 전극물질을 건조하는 단계를 포함하고,
    상기 커버 필름을 접착시키는 단계에서 상기 커버 필름은 상부면에 접착제층이 형성되며, 상기 접착제층을 이용하여 다공성 집전체의 하부면에 접착되어 다수개의 관통공의 일단이 폐쇄되도록 하고, 상기 커버 필름의 두께는 12 내지 75㎛이며, 상기 커버 필름의 재질은 EVA(ethylene vinyl acetate), PC(poly carbonate), PVC(polyvinyl chloride), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate) 및 PP(polypropylene) 중 하나가 사용되며, 상기 접착제층은 표면처리층이 사용되며, 상기 표면처리층은 표면처리 슬러리를 커버 필름의 상부면에 도포한 후 100 내지 120℃에서 30 내지 90초(second) 동안 열처리하여 두께가 0.5 내지 1㎛가 되도록 형성되며, 상기 표면처리 슬러리는 표면처리재료에 점도조절액을 혼합하여 점도가 수 내지 수십 cps(centi Poise)가 되도록 형성되고, 상기 표면처리재료는 도전제 10 내지 38wt％와 표면개질제 62 내지 90wt％로 이루어지며, 상기 도전제는 카본 블랙이 사용되며, 상기 표면개질제는 키토산(chitosan), PMA(Pyromellitic)와 MA(Maleate) 중 하나 이상이 선택되어 사용되며, 상기 점도조절액은 IPA(isopropyl alcohol)가 사용되는 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버 필름을 접착시키는 단계에서 상기 다공성 집전체는 순도가 98.0 내지 99.7％인 알루미늄을 두께가 5 내지 30㎛가 되도록 압연가공하여 알루미늄박으로 형성한 후 상기 알루미늄박에 다수개의 관통공이 배열되도록 형성하여 제조되며, 상기 다수개의 관통공의 직경은 10 내지 500㎛가 되도록 형성되며, 각각의 사이의 간격은 50 내지 1000㎛가 되도록 형성되는 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접착제층은 실리콘 접착 필름이 사용되며, 상기 실리콘 접착 필름은 두께가 1 내지 25㎛이며, 커버 필름의 상부면에 커버 필름이 5 내지 10gf/㎝(gram-force/centimeter)의 접착력으로 다공성 집전체의 하부면에 접착되도록 하는 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부면에 전극물질을 도포하는 단계와 상기 하부면에 전극물질을 도포하는 단계에서 각각 전극물질은 점도가 1000 내지 10000cps(centi Poise)인 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부면에 전극물질을 도포하는 단계와 상기 하부면에 전극물질을 도포하는 단계에서 각각 전극물질은 주재료와 점도조절물을 혼합하여 형성되고, 상기 주재료는 전극주재료 85 내지 95wt％, 도전제 3 내지 8wt％ 및 바인더 2 내지 7wt％을 혼합하여 형성되며, 상기 전극 주재료는 활성탄, Li4Ti5O12, LiCoO2, LiMn2O4 및 LiFePO4, 중 하나가 선택되어 사용되며, 상기 점도조절물은 상기 주재료에 주재료의 점도가 1000 내지 10000cps가 되도록 혼합되며, 상기 점도조절물은 알코올 30 내지 60wt％와 순수 40 내지 70wt％로 이루어지는 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 커버 필름을 제거하는 단계에서 상기 커버 필름은 다공성 집전체의 하부면으로부터 벗겨서 제거하는 다공성 집전체를 이용한 전극 제조 방법.
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