KR102440711B1 - 전해 동박의 물성 제어 방법 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 전해 동박의 물성 제어 방법은, 광택도 조절제를 첨가하여 전해 동박의 광택도를 조절함으로써 인장강도, 연신율, 및 조도를 포함하는 물성을 제어하는 방법으로, 상기 광택도의 범위는 35 내지 400 GU(60°)으로 조절된다.
Description
본 발명은 전해 동박의 광택도만 조절함으로써 다른 주요 물성인 인장강도, 연신율 및 조도를 쉽게 제어할 수 있는 전해 동박의 물성 제어 방법 및 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 전기 자동차, 휴대 전화 등 모바일 기기 산업에 필요한 이차전지 수요가 폭발적으로 증가하면서 높은 에너지 밀도와 안정성을 가지는 리튬 이차전지에 필요한 동박의 수요 또한 급증하고 있다. 이에 따라, 이차전지 음극 집전체로 사용되는 매우 얇은 구리 박막인 동박은 전자기기산업에 있어 매우 주요한 소재 중 하나로 주목받고 있다. 이러한 동박은 통상 제조 방법에 따라 전해 동박과 압연 동박으로 나뉘며 각기 장단점이 있어 사용처에 따라 선호되는 방식이 다르다.
특히, 전해 동박의 제조공정은 주로 롤투롤(Roll To Roll) 방식으로 연속적으로 생산함으로써 대량 생산이 가능하고, 폭이 넓고 두께가 얇은 동박을 생산할 수 있는 장점이 있으므로 리튬 이차전지의 경우에는 전해 동박이 주로 사용된다. 최근에는 두께 10 ㎛ 이하 두께의 동박이 요구되고 있고, 특히 통상적으로 8 ㎛ 및 6 ㎛ 두께의 동박이 주로 사용된다.
일반적으로 전해 동박은 인장강도, 연신율, 조도 등의 물성이 중요하게 관리되고 있다. 그리고 전해 동박의 두께가 얇을수록 동박의 표면이 인장강도, 연신율, 조도 등의 동박의 물성에 영향을 주게 되기 때문에 각 물성들의 관계가 중요시되고 있다.
종래 동박의 기본 물성을 구현하기 위한 물성 제어 방법 및 기술이 다양하게 보고된 바 있다. 특히 이러한 물성들을 조절하는 방법으로 유기 화합물 계열의 첨가제 하나 또는 그 이상의 다양한 종류의 첨가제를 투입하였으며, 첨가제의 총 투입량을 복합적으로 변경하는 방법을 사용하고 있다. 예를 들어, 물성들을 조절하여 전해 동박을 제조하는 방법으로 한국 특허공보 제1571064호에서는 티오우레아계 화합물인 첨가제를 사용하여 제조 안정화를 향상시키고 전해 동박의 강도를 향상시키며, 황원자를 포함하는 화합물인 술폰산(sulfonic acid) 또는 그의 금속염을 사용하여 전해 동박의 표면 광택을 향상시키는 기술을 개시한다. 또한 한국 특허공보 제1126831호에서는 전해액의 조성, 전류 밀도 또는 전해액에 첨가되는 첨가제의 종류 및 함량을 적절히 조절하여 연속층에 대한 불연속층의 상대적인 두께가 최소화된 전해 동박을 제조하는 기술을 개시한다.
그러나 이러한 첨가제를 사용하게 되는 경우, 동박의 한가지 물성만을 선택적으로 제어할 수 없다는 문제가 있었다. 예를 들어, 물성 중 연신율을 조절하는 첨가제를 사용하게 되는 경우, 연신율을 유지 또는 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 그 외의 물성인 조도 또는 광택도의 변화에도 영향을 미치기 때문에 조도 또는 광택도와 관련된 다른 첨가제의 투입량 역시 변경시켜야 하는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 전해 동박의 일반적인 물성 범위 내에서 연신율, 인장강도 및 조도 등의 물성을 쉽게 조절할 수 있는 전해 동박의 물성 제어 방법 및 그 제조 방법이 요구된다.
(특허문헌 1) 한국 특허공보 제1571064호
(특허문헌 2) 한국 특허공보 제1126831호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안되었으며, 전해 동박의 일반적인 물성 범위 내에서 연신율, 인장강도 및 조도 등의 물성을 쉽게 조절할 수 있는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다. 또한, 본 발명은 다른 첨가제의 투입량을 복합적으로 변경시켜야 하는 문제를 해결하여, 전해 동박의 물성 제어를 위한 공정을 간소화시키고, 그에 따른 공정 비용 및 첨가제에 들어가는 비용을 감소시키는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명의 전해 동박의 물성 제어 방법은, 광택도 조절제를 첨가하여 전해 동박의 광택도를 조절함으로써 인장강도, 연신율 및 조도를 포함하는 물성을 제어하고, 상기 광택도의 범위는 35 내지 400 GU(60°) 이다.
상기 광택도를 조절하여 하기 식 1에 따라 연신율을 조절한다.
식 1: E = -3.15×10-5×G2 + 0.006×G + 7.19
(G: 광택도(GU(60°)), E: 연신율(%))
상기 광택도를 조절하여 하기 식 2에 따라 인장강도를 조절한다.
식 2: T = 1.25×10-4×G2 - 0.104×G + 49.8
(G: 광택도(GU(60°)), T: 인장강도(kgf/㎟))
상기 광택도를 조절하여 하기 식 3에 따라 조도를 조절한다.
식 3: R = 7.59×10-6×G2 - 0.005×G + 1.80
(G: 광택도(GU(60°)), R: 조도(㎛))
상기 광택도 조절제는 황원자를 포함하는 화합물인 술폰산(sulfonic acid) 또는 그의 금속염으로 티오포스포릭산-트리스-(ω-술포프로필)에스테르 트리소듐염, 3-머캅토-1-프로판술폰산(MPS), 비스-(3-술포프로필)-디설파이드 디소듐염(SPS) 및 티오글리콜릭산 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 광택도 조절제의 농도는 12 ppm 내지 40 ppm 이고, 바람직하게는 18 ppm 내지 28 ppm 이다.
본 발명의 전해 동박의 제조 방법은, 구리 이온을 황산 이온에 녹여 전해액을 준비하고, 상기 전해액에 연신율 유지와 향상을 위한 연신율 조절제, 인장강도 유지와 향상을 위한 인장강도 조절제, 또는 둘 다를 첨가하는 단계; 광택도 향상을 위한 광택도 조절제를 첨가하여 상기 전해 동박의 물성 제어 방법에 따라 전해 동박의 물성을 제어하는 단계; 첨가제가 첨가된 전해액을 회전식 음극 드럼과 양극이 일정한 간격을 유지하고 있는 제박기에 공급하면서 전류를 공급하여 전해 동박을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 전해액에서의 상기 구리 이온의 농도는 70 g/L 내지 100 g/L 이고, 상기 황산 이온의 농도는 80 g/L 내지 150 g/L 이다.
상기 연신율 조절제는 비이온성 수용성 고분자인, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 하이드록시에틸 셀룰로오스(HEC), 옥탄 디올-비스-폴리알킬렌 글리콜 에테르 및 폴리글리세린 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 인장강도 조절제는 티오우레아계 화합물 또는 질소를 포함하는 헤테로고리에 티올기가 연결된 화합물인, 디에틸티오우레아, 에틸렌티오우레아, 아세틸렌티오우레아, 2-티오우라실(2-thiouracil) 와 2-머캅토-5-벤조이미다졸 술폰산 소듐염(2-mercapto-5-benzoimidazole sulfonic acid sodium salt), 소듐 3-(5-머캅토-1-테트라졸릴)벤젠 술포네이트(Sodium 3-(5-mercapto-1-tetrazolyl)benzene sulfonate) 및 2-머캅토 벤조티아졸(2-mercapto benzothiazole) 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 광택도 조절제는 황원자를 포함하는 화합물인 술폰산(sulfonic acid) 또는 그의 금속염인, 티오포스포릭산-트리스-(ω-술포프로필)에스테르 트리소듐염, 3-머캅토-1-프로판술폰산(MPS), 비스-(3-술포프로필)-디설파이드 디소듐염(SPS) 및 티오글리콜릭산 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 광택도 조절제의 농도는 12 내지 40 ppm, 바람직하게는 18 내지 28 ppm 이다.
본 발명에 따르면, 전해 동박의 광택도만을 조절하여 전해 동박의 인장강도, 연신율 및 조도 등의 물성을 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 광택도라는 전해 동박의 하나의 물성만을 조절함으로써 동박의 다른 물성들을 원하는 값으로 조절할 수 있으므로, 전해 동박의 물성을 조절하기 위해 여러 종류의 첨가제의 투입량을 복합적으로 조절할 필요가 없어진다. 따라서, 전해 동박의 물성 제어를 위한 공정이 간소화되고, 그에 따른 공정 비용 및 첨가제에 들어가는 비용도 감소된다.
도 1은, 본 발명에 따른 광택도에 대한 연신율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는, 본 발명에 따른 광택도에 대한 인장강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 본 발명에 따른 광택도에 대한 조도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는, 본 발명에 따른 광택도에 대한 인장강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 본 발명에 따른 광택도에 대한 조도의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 전해 동박의 물성의 제어 방법 및 동박의 제조 방법에 관하여 도면과 함께 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 전해 동박은 하기의 전해액을 이용하여 제조될 수 있다.
(전해액 제조)
전해에 의한 전해 동박을 제조하기 위해서는, 구리 이온과 황산 이온을 조절하여 전해액을 제조하고, 상기 전해액에는 동박의 기본적인 물성 조절을 위하여 첨가제를 포함한다.
상기 전해액의 구리 이온의 농도는 70 내지 100 g/L, 황산 이온의 농도는 80 내지 150g/L 이며, 구리와 황산 이온의 농도는 전해 동박의 제조 조건에 따라 달라진다.
여기서 구리 이온의 원료는 Cu Powder, Cu Scrap (폐전선, Chopping Cu 등), 황산동, 산화동, 탄산동 등과 같이 구리를 함유한 원료이며 황산에 용해될 수 있는 구리 원료는 모두 사용 가능할 수 있다.
상기 전해액에는 동박의 물성을 조절하기 위해 필요한 첨가제를 포함하며, 첨가제는 통상적으로 연신율, 인장강도, 광택도 중 어느 하나 또는 그 이상의 물성을 조절하는 첨가제가 포함된다.
상기 전해액에는 동박의 연신율을 조절하기 위한 연신율 조절제 및 동박의 인장강도를 조절하기 위한 인장강도 조절제를 첨가한다.
여기서 연신율 유지와 향상을 위한 연신율 조절제는 비이온성 수용성 고분자인, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 하이드록시에틸 셀룰로오스(HEC), 옥탄 디올-비스-폴리알킬렌 글리콜 에테르 및 폴리글리세린 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
인장강도 유지와 향상을 위한 인장강도 조절제는 티오우레아계 화합물 또는 질소를 포함하는 헤테로고리에 티올기가 연결된 화합물인, 디에틸티오우레아, 에틸렌티오우레아, 아세틸렌티오우레아, 2-티오우라실(2-thiouracil) 와 2-머캅토-5-벤조이미다졸 술폰산 소듐염(2-mercapto-5-benzoimidazole sulfonic acid sodium salt), 소듐 3-(5-머캅토-1-테트라졸릴)벤젠 술포네이트(Sodium 3-(5-mercapto-1-tetrazolyl)benzene sulfonate) 및 2-머캅토 벤조티아졸(2-mercapto benzothiazole)중 적어도 어느 하나를 포함한다.
이어서 상기 전해액에는 동박의 광택도를 조절하기 위하여 광택도 조절제를 포함하여 전해 동박을 제조하며, 여기서 광택도 향상을 위한 광택도 조절제는 황원자를 포함하는 화합물인 술폰산(sulfonic acid) 또는 그의 금속염인, 티오포스포릭산-트리스-(ω-술포프로필)에스테르 트리소듐염, 3-머캅토-1-프로판술폰산(MPS), 비스-(3-술포프로필)-디설파이드 디소듐염(SPS), 및 티오글리콜릭산 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
광택도 조절제는 전해액에 12 내지 40 ppm, 또는 바람직하게는 18 내지 28 ppm의 농도로 조절하여 첨가한다. 광택도 조절제의 농도가 40ppm 보다 높으면, 동박의 인장강도와 연신율이 낮아져 동박이 쉽게 파단되는 문제가 발생할 수 있으며, 광택도 조절제의 농도가 12ppm보다 적으면, 전해 동박의 컬(curl) 특성이 심해져 동박 취급시 용이하지 않다.
(전해 동박의 제조 방법)
전해 동박의 제조 방법에서는, 표면이 Ti 재질인 회전식 음극 드럼과 Ti에 백금족 원소가 함유된 DSE(Dimentional Stable Electrode) 극판을 사용한 양극이 일정한 간격을 유지하고 있는 제박기에 아래 조건으로 상기 제조된 전해액을 공급한다.
전해액의 온도: 45 내지 55 ℃
전해액의 유량: 1,800 내지 3,500 L/hr
전류 밀도: 4,500 내지 6,500 A/㎡
(전해 동박의 물성을 제어하는 방법)
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광택 조절제를 첨가하여 광택도를 35 내지 400 GU(60°), 또는 바람직하게는 120 내지 250 GU(60°)의 범위 내로 조절하여 인장강도, 연신율, 및 조도를 포함하는 물성을 제어한다.
이 경우 전해 동박의 물성은 하기 식 1 내지 3에 따라 조절되며, 광택도만을 조절하여 원하는 인장강도, 연신율, 및 조도의 값을 얻을 수 있어, 전해 동박의 물성들을 쉽게 제어할 수 있다.
식 1: E = -3.15×10-5×G2 + 0.006×G + 7.19
식 2: T = 1.25×10-4×G2 - 0.104×G + 49.8
식 3: R = 7.59×10-6×G2 - 0.005×G + 1.80
(여기서, 「G」는 전해 동박의 광택도(GU(60°))를, 「E」, 「T」, 「R」는 각각 전해 동박의 연신율(%), 인장강도(kgf/㎟), 및 조도(㎛)의 값을 나타낸다.)
전해 동박의 광택도를 120 내지 250 GU(60°)로 조절함으로써 제어되는 전해 동박의 연신율은 6.5 내지 9 % 이고, 인장강도는 30 내지 40 kgf/㎟ 이며, 조도는 0.8 내지 1.5 ㎛ 이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차전지 음극 집전체용 전해 동박을 제조할 수 있다.
이하에서는, 실험 조건을 달리하는 각 실험예들의 결과에 따른 전해 동박의 광택도와 다른 물성들 간의 상관관계 식을 도출하는 과정에 대해 상세히 설명한다.
<실험예 1>
전해액은 구리 80g/L, 황산 100g/L 및 연신율 조절제(HEC) 10ppm, 인장강도 조절제 (DTE) 25ppm을 포함한 조성으로 하였다. 전해액의 온도는 54℃를 유지하면서 3,000L/hr의 유량으로 회전식 음극 드럼(530ø×280w)이 장착된 전해조로 공급하였다. 또한, 전해액에 광택도 조절제인 비스-(3-술포프로필)-디설파이드 디소듐염(SPS)을 12 내지 40 ppm 농도로 조절해 가며 투입하였다.
동박의 전해 과정에서는 전류를 5,769A/㎡의 전류 밀도로 정전류법(Constant Current Method)으로 공급하고 회전식 음극 드럼을 1.47m/min의 속도로 회전하면서 연속적으로 두께 8㎛의 전해 동박을 제조하였다.
<실험예 2>
실험예 2에서는 실험예 1에서 연신율 조절제의 농도를 5 내지 15 ppm 및 인장강도 조절제의 농도를 20 내지 30 ppm 범위 내에서 변경한 것을 제외하고는 동일한 조건에서 실험을 진행하였다.
<실험예 3>
실험예 3에서는 실험예 1에서 전해액 중의 구리 이온의 농도는 70g/L 내지 100g/L 및 상기 황산 이온의 농도는 80 g/L 내지 150 g/L의 범위 내에서 변경한 것을 제외하고는 동일한 조건에서 실험을 진행하였다.
<실험예 4>
실험예 4에서는 실험예 1에서 전류 밀도를 4,500 내지 6,500 A/㎡ 및 회전식 음극 드럼의 회전 속도를 1.3 내지 1.6 (m/min)의 범위 내에서 변경한 것을 제외하고는 동일한 조건에서 실험을 진행하였다.
(광택도 변화에 따른 연신율, 인장강도 및 조도 측정)
실험예 1 내지 4에서 얻어진 전해 동박들을 온도 70℃ 에서 18hr 동안 열처리한 후, 전해 동박의 광택도, 연신율, 인장강도 및 조도를 측정하였다.
전해 동박의 광택도 변화에 따른 연신율의 측정값은 도 1에, 전해 동박의 광택도 변화에 따른 인장강도의 측정값은 도 2에, 전해 동박의 광택도 변화에 따른 조도의 측정값은 도 3에 각각 나타내었다.
도 1은 상기 실험예 1 내지 4에서 얻어진 전해 동박의 연신율을 측정하여, 광택도(x축)에 대한 연신율(y축)의 관계를 나타낸 그래프이다. 광택도와 연신율의 물성 데이터를 플로팅한 그래프에 의해, 광택도가 35 내지 400 GU(60°)의 범위 내에 있을 때의 광택도와 연신율의 상관관계를 도출할 수 있다. 구체적으로는 각 광택도와 연신율의 상관관계를 외삽법(extrapolation: 함수값이 변수가 있는 영역 내에서만 알려져 있을 때에 영역 밖에서의 값을 추정하는 방법)에 의해 도출해 냈으며, 광택도와 연신율의 상관 관계는 하기 식 1과 같다.
식 1: E = -3.15×10-5×G2 + 0.006×G + 7.19
(여기서, 「G」는 전해 동박의 광택도(GU(60°))를, 「E」는 전해 동박의 연신율(%)을 나타낸다.)
도 2는 상기 실험예 1 내지 4에서 얻어진 전해 동박의 인장강도를 측정하여, 광택도(x축)에 대한 인장강도(y축)의 관계를 표시한 그래프다. 광택도와 인장강도의 물성 데이터를 플로팅한 그래프에 의해, 광택도가 35 내지 400 GU(60°)의 범위 내에 있을 때의 광택도와 인장강도의 상관관계를 도출할 수 있다. 구체적으로는 각 광택도와 인장강도의 상관관계를 외삽법에 의해 도출해 냈으며, 광택도와 인장강도의 상관 관계는 하기 식 2와 같다.
식 2: T = 1.25×10-4×G2 - 0.104×G + 49.8
(여기서, 「G」는 전해 동박의 광택도(GU(60°))를, 「T」는 전해 동박의 인장강도(kgf/㎟)를 나타낸다.)
도 3은 상기 실험예 1 내지 4에서 얻어진 전해 동박의 조도를 측정하여, 광택도(x축)에 대한 조도 (y축)의 관계를 표시한 그래프다. 광택도와 조도의 물성 데이터를 플로팅한 그래프에 의해, 광택도가 35 내지 400 GU(60°)의 범위 내에 있을 때의 광택도와 조도의 상관 관계를 도출할 수 있다. 구체적으로는 각 광택도와 조도의 상관관계를 외삽법에 의해 도출해 냈으며, 광택도와 조도의 상관관계는 하기 식 3과 같다.
식 3: R = 7.59×10-6×G2 - 0.005×G + 1.80
(여기서, 「G」는 전해 동박의 광택도(GU(60°))를, 「R」은 전해 동박의 조도(㎛)를 나타낸다.)
전해 동박의 물성이 상기 식 1 내지 3을 따라 조절될 수 있는지 평가하기 위해 다음과 같이 실험하였다.
(전해 동박 제조)
<실시예 1~9>
전해액은 구리 80g/L, 황산 100g/L 및 연신율 조절제(HEC) 10ppm, 인장강도 조절제(DTE) 25ppm를 포함한 조성으로 하였다. 또한, 전해액에 광택도 조절제(SPS)를 12 내지 40 ppm 농도로 조절해가며 투입하였다.
상기 전해액의 온도는 54℃를 유지하면서 3,000L/hr의 유량으로 회전식 음극 드럼(530ø×280w)이 장착된 전해조로 공급하였다.
동박의 전해 과정은 전류를 5,769A/㎡의 전류 밀도로 정전류법(Constant Current Methode)으로 공급하고 회전식 음극 드럼을 1.47m/min의 속도로 회전하면서 연속적으로 두께 8㎛의 전해 동박을 제조하였다.
<실시예 10~13>
실시예 1에서 전해액의 연신율 조절제(HEC), 인장강도 조절제(DTE)의 농도가 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 두께 8㎛의 전해 동박을 제조하였다.
<실시예 14~17>
실시예 1에서 전해액의 구리와 황산 농도가 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 두께 8㎛의 전해 동박을 제조하였다.
<실시예 18~21>
실시예 1에서 동박의 전해 과정에서 전류 밀도와 회전식 음극 드럼의 회전 속도가 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 두께 8㎛의 전해 동박을 제조하였다.
| 구분 | Cu (g/L) | H2SO4 (g/L) | HEC (ppm) | DTE (ppm) | SPS (ppm) |
전류 밀도(A/㎡) | Speed (m/min) |
| 실시예1 | 80 | 100 | 10 | 25 | 12 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예2 | 80 | 100 | 10 | 25 | 16 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예3 | 80 | 100 | 10 | 25 | 22 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예4 | 80 | 100 | 10 | 25 | 23 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예5 | 80 | 100 | 10 | 25 | 24 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예6 | 80 | 100 | 10 | 25 | 25 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예7 | 80 | 100 | 10 | 25 | 25.5 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예8 | 80 | 100 | 10 | 25 | 26 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예9 | 80 | 100 | 10 | 25 | 34 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예10 | 80 | 100 | 12 | 28 | 18 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예11 | 80 | 100 | 12 | 28 | 28 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예12 | 80 | 100 | 8 | 23 | 20 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예13 | 80 | 100 | 8 | 23 | 27 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예14 | 75 | 95 | 10 | 25 | 19 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예15 | 85 | 105 | 10 | 25 | 26.5 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예16 | 75 | 95 | 10 | 25 | 17 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예17 | 85 | 105 | 10 | 25 | 28.5 | 5,769 | 1.47 |
| 실시예18 | 80 | 100 | 10 | 25 | 15 | 6,154 | 1.57 |
| 실시예19 | 80 | 100 | 10 | 25 | 27.5 | 5,384 | 1.37 |
| 실시예20 | 80 | 100 | 10 | 25 | 21 | 6,154 | 1.57 |
| 실시예21 | 80 | 100 | 10 | 25 | 31 | 5,384 | 1.37 |
- HEC: 하이드록시에틸 셀룰로오스(HydroxyEthyl Cellulose)
- DTE: 디에틸티오우레아(Dimethylthiourea)
- SPS: 비스-(3-술포프로필)-디설파이드 디소듐염(Bis-(3-Sulfopropyl)-disulfide-disodium salt)
(전해 동박의 물성 측정)
실시예 1~21에서 제조된 전해 동박을 온도 70℃에서 18hr 동안 열처리한 후, 전해 동박의 광택도, 연신율, 인장강도 및 조도 물성을 측정하여 표 2에 나타내었다.
(광택도 측정)
광택도의 측정은 전해 동박을 10㎝×10㎝로 제간 후 동박의 흐름 방향(MD 방향)을 따라 동박의 표면에 입사각 60°로 측정광을 조사하고, 반사각 60°로 반사된 빛의 강도를 측정한 것으로 광택도 측정 방법인 JIS B 0601에 준거하여 측정하였다.
(인장강도/연신율 측정)
인장 강도 및 연신율 측정은, JIS C 6511에 준거하여 측정하였으며, 전해 동박 인장 시험기(MINOS-005: MTDI)를 사용하여 측정하였다. 측정 시 조건은 실온(25℃±10℃)에서, 척 간 거리 50㎜, 변위 속도 50㎜/min으로 측정하였다.
(조도 측정)
조도 측정 방법인 JIS B 0601(JIS 1994)에 준거하여 측정하였으며, 조도계(SJ-411: MITUTOYO)를 사용하여 동박의 흐름 방향(MD 방향)과 수직 방향으로 측정하였다.
위 측정을 통해 광택도의 변화에 따른 연신율, 인장강도, 및 조도를 측정하였으며, 식 1 내지 3을 이용하여 광택도의 변화에 따른 연신율, 인장강도, 및 조도를 계산하였다. 그리고 상기 측정치와 계산치 간의 오차를 계산하였으며, 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다. 여기서 각 물성의 계산치와 측정치 간의 오차 값은 ((계산치/측정치)×100-100)(%)으로 계산하였다.
| 실시예 | 광택도 [GU(60°)] |
연신율(%) | 인장강도(kgf/mm2) | 조도(㎛) | ||||||
| 계산치 | 측정치 | 오차 (%) | 계산치 | 측정치 | 오차 (%) | 계산치 | 측정치 | 오차 (%) | ||
| 실시예 1 | 37 | 7.369 | 7.48 | -1.49 | 46.12 | 47.80 | -3.51 | 1.625 | 1.66 | -2.08 |
| 실시예 2 | 98 | 7.475 | 7.52 | -0.59 | 40.81 | 40.50 | 0.76 | 1.383 | 1.39 | -0.51 |
| 실시예 3 | 138 | 7.418 | 7.46 | -0.56 | 37.83 | 37.00 | 2.24 | 1.255 | 1.26 | -0.43 |
| 실시예 4 | 163 | 7.331 | 7.39 | -0.80 | 36.17 | 35.60 | 1.60 | 1.187 | 1.18 | 0.56 |
| 실시예 5 | 174 | 7.280 | 7.40 | -1.62 | 35.49 | 36.90 | -3.83 | 1.160 | 1.17 | -0.87 |
| 실시예 6 | 182 | 7.239 | 7.30 | -0.84 | 35.01 | 35.60 | -1.65 | 1.141 | 1.11 | 2.83 |
| 실시예 7 | 209 | 7.068 | 7.19 | -1.70 | 33.52 | 33.90 | -1.11 | 1.087 | 1.10 | -1.22 |
| 실시예 8 | 223 | 6.962 | 6.81 | 2.23 | 32.82 | 33.70 | -2.60 | 1.062 | 1.08 | -1.63 |
| 실시예 9 | 354 | 5.367 | 5.64 | -4.85 | 28.65 | 28.30 | 1.23 | 0.981 | 0.98 | 0.12 |
| 실시예 10 | 121.8 | 7.453 | 7.47 | -0.22 | 38.99 | 38.9 | 0.22 | 1.304 | 1.28 | 1.84 |
| 실시예 11 | 251.0 | 6.711 | 6.54 | 2.62 | 31.57 | 32.5 | -2.86 | 1.023 | 1.01 | 1.30 |
| 실시예 12 | 127.6 | 7.443 | 7.42 | 0.31 | 38.56 | 38.6 | -0.09 | 1.286 | 1.26 | 2.03 |
| 실시예 13 | 248.0 | 6.741 | 6.67 | 1.06 | 31.70 | 33.0 | -3.95 | 1.027 | 1.06 | -3.13 |
| 실시예 14 | 123.4 | 7.451 | 7.45 | 0.01 | 38.87 | 38.8 | 0.18 | 1.299 | 1.27 | 2.25 |
| 실시예 15 | 247 | 6.750 | 6.54 | 3.21 | 31.74 | 33.4 | -4.98 | 1.028 | 1.05 | -2.09 |
| 실시예 16 | 110.0 | 7.469 | 7.50 | -0.42 | 39.87 | 39.2 | 1.72 | 1.342 | 1.34 | 0.14 |
| 실시예 17 | 254.0 | 6.682 | 6.54 | 2.17 | 31.45 | 30.3 | 3.79 | 1.020 | 1.05 | -2.89 |
| 실시예 18 | 54.8 | 7.424 | 7.45 | -0.35 | 44.48 | 46.5 | -4.35 | 1.549 | 1.59 | -2.59 |
| 실시예 19 | 249.0 | 6.731 | 6.64 | 1.37 | 31.65 | 32.9 | -3.79 | 1.026 | 1.03 | -0.43 |
| 실시예 20 | 129.8 | 7.438 | 7.41 | 0.38 | 38.41 | 38.4 | 0.02 | 1.279 | 1.25 | 2.31 |
| 실시예 21 | 265 | 6.568 | 6.43 | 2.14 | 31.02 | 29.4 | 4.79 | 1.008 | 1.04 | -3.08 |
표 2에 의하면, 전해액 제조 시에 첨가제 비스-(3-술포프로필)-디설파이드 디소듐염(SPS)를 첨가하여 광택도를 35 내지 400 GU(60°), 바람직하게는 120 내지 250 GU(60°)의 범위 내에서 조절하면, 식 1 내지 3을 이용하여 전해 동박 물성인 연신율, 인장강도, 및 조도를 계산할 수 있다. 특히, 인장강도 조절제 또는 연신율 조절제의 농도, 전해액의 구리와 황산 이온 농도, 또는 전해 과정에서의 전류 밀도와 회전식 음극 드럼의 회전 속도의 조건을 달리하더라도 식 1 내지 3을 이용할 수 있으며, 그 결과가 실제 측정한 수치와 오차 ±5% 범위 내이므로 실 조업에 활용 가능하다.
따라서, 본 발명에 따르면, 광택도라는 전해 동박의 하나의 물성만을 조절함으로써 다른 물성들을 원하는 값으로 조절할 수 있으므로, 전해 동박의 물성을 조절하기 위해 여러 종류의 첨가제의 투입량을 복합적으로 조절할 필요가 없다. 광택도 만을 조절함으로써 전해 동박의 다른 물성들을 적절하게 제어할 수 있으므로 전해 동박의 물성 제어를 위한 공정이 간소화되고, 그에 따른 공정 비용 및 첨가제에 들어가는 비용도 감소된다.
본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (15)
- 광택도 조절제를 첨가하여 전해 동박의 광택도를 조절함으로써 인장강도, 연신율 및 조도를 포함하는 물성을 제어하고,
상기 광택도의 범위는 35 내지 400 GU(60°)이며,
상기 광택도를 조절하여 하기 식 1에 따라 연신율을 조절하는 전해 동박의 물성 제어 방법.
식 1: E = -3.15×10-5×G2 + 0.006×G + 7.19 (G: 광택도(GU(60°)), E: 연신율(%)) - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 광택도를 조절하여 하기 식 2에 따라 인장강도를 조절하는 전해 동박의 물성 제어 방법.
식 2: T = 1.25×10-4×G2 - 0.104×G + 49.8 (G: 광택도(GU(60°)), T: 인장강도(kgf/㎟)) - 제1항에 있어서,
상기 광택도를 조절하여 하기 식 3에 따라 조도를 조절하는 전해 동박의 물성 제어 방법.
식 3: R = 7.59×10-6×G2 - 0.005×G + 1.80 (G: 광택도(GU(60°)), R: 조도(㎛)) - 제3항에 있어서,
상기 광택도를 조절하여 하기 식 3에 따라 조도를 조절하는 전해 동박의 물성 제어 방법.
식 3: R = 7.59×10-6×G2 - 0.005×G + 1.80 (G: 광택도(GU(60°)), R: 조도(㎛)) - 제1항에 있어서, 상기 광택도 조절제는 황원자를 포함하는 화합물인 술폰산(sulfonic acid) 또는 그의 금속염으로 티오포스포릭산-트리스-(ω-술포프로필)에스테르 트리소듐염, 3-머캅토-1-프로판술폰산(MPS), 비스-(3-술포프로필)-디설파이드 디소듐염(SPS) 및 티오글리콜릭산 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 전해 동박의 물성 제어 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 광택도 조절제의 농도는 12 내지 40 ppm 인, 전해 동박의 물성 제어 방법. - 제7항에 있어서,
상기 광택도 조절제의 농도는 18 내지 28 ppm 인, 전해 동박의 물성 제어 방법. - 구리 이온을 황산 이온에 녹여 전해액을 준비하고, 상기 전해액에 연신율 유지와 향상을 위한 연신율 조절제, 인장강도 유지와 향상을 위한 인장강도 조절제, 또는 둘 다를 첨가하는 단계;
광택도 향상을 위한 광택도 조절제를 첨가하여 제1항에 따른 전해 동박의 물성 제어 방법에 따라 전해 동박의 물성을 제어하는 단계;
첨가제가 첨가된 전해액을 회전식 음극 드럼과 양극이 일정한 간격을 유지하고 있는 제박기에 공급하면서 전류를 공급하여 전해 동박을 형성하는 단계를 포함하는, 전해 동박의 제조 방법. - 제9항에 있어서, 상기 전해액에서의 상기 구리 이온의 농도는 70 g/L 내지 100 g/L 이고, 상기 황산 이온의 농도는 80 g/L 내지 150 g/L 인, 전해 동박의 제조 방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 연신율 조절제는 비이온성 수용성 고분자인, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜, 하이드록시에틸 셀룰로오스(HEC), 옥탄 디올-비스-폴리알킬렌 글리콜 에테르 및 폴리글리세린 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 전해 동박의 제조 방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 인장강도 조절제는 티오우레아계 화합물 또는 질소를 포함하는 헤테로고리에 티올기가 연결된 화합물인, 디에틸티오우레아, 에틸렌티오우레아, 아세틸렌티오우레아, 2-티오우라실(2-thiouracil) 와 2-머캅토-5-벤조이미다졸 술폰산 소듐염(2-mercapto-5-benzoimidazole sulfonic acid sodium salt), 소듐 3-(5-머캅토-1-테트라졸릴)벤젠 술포네이트(Sodium 3-(5-mercapto-1-tetrazolyl)benzene sulfonate) 및 2-머캅토 벤조티아졸(2-mercapto benzothiazole) 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 전해 동박의 제조 방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 광택도 조절제는 황원자를 포함하는 화합물인 술폰산(sulfonic acid) 또는 그의 금속염인, 티오포스포릭산-트리스-(ω-술포프로필)에스테르 트리소듐염, 3-머캅토-1-프로판술폰산(MPS), 비스-(3-술포프로필)-디설파이드 디소듐염(SPS) 및 티오글리콜릭산 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 전해 동박의 제조 방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 광택도 조절제의 농도는 12 내지 40 ppm 인, 전해 동박의 제조 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 광택도 조절제의 농도는 18 내지 28 ppm 인, 전해 동박의 제조 방법.
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