KR20130030776A

KR20130030776A - 축전 디바이스용 전극, 그 제조 방법 및 그 접속 방법

Info

Publication number: KR20130030776A
Application number: KR1020127033691A
Authority: KR
Inventors: 가쯔지 나까무라; 가이찌 쯔루따; 유지 오자끼; 시게아끼 와따라이; 히데노리 다까기; 유따까 오오리
Original assignee: 센주긴조쿠고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2011-06-14
Publication date: 2013-03-27
Also published as: TWI528396B; US20130133924A1; JP2012009714A; US20160254103A1; CN102959661B; TW201230102A; EP2587505A1; WO2011162126A1; KR101472198B1; EP2587505A4; US10121606B2; CN102959661A; EP2587505B1; US9368249B2; JP5546369B2

Abstract

종래의 스폿 용접이나 볼트 조임에 의한 접합에 비해, 접지 면적을 크게 하고, 접합 개소의 저항값을 낮게 하여, 축전 디바이스의 전압을 감소시키는 일 없이 유효하게 공급할 수 있도록 한다. Al로 이루어지는 양극 전극의 접속 단자부(10a) 상에 Zn층(21) 또는 Zn 합금층, Ni층(22), Sn층(23) 또는 Sn 합금층이 도금으로 형성된다. 이에 의해, Sn층(23) 또는 Sn 합금층 상에서 Al의 이종 금속으로 이루어지는 Cu 음극 전극과 납땜할 수 있게 되고, Al 양극 전극과 Cu 음극 전극과의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 종래의 스폿 용접이나 볼트 조임에 의한 접합에 비해, 접지 면적이 크고, 접합 개소의 저항값이 낮아지므로, 축전 디바이스의 접속 저항의 전압 강하를 저감할 수 있다.

Description

축전 디바이스용 전극, 그 제조 방법 및 그 접속 방법{ELECTRODE FOR ELECTRIC STORAGE DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING THE ELECTRODE, AND METHOD FOR CONNECTING THE ELECTRODE}

본 발명은, 전기 이중층 캐패시터, 리튬 이온 캐패시터 및 2차 전지 등의 전기 에너지를 축적하는 것이 가능한 축전 디바이스용 전극, 그 제조 방법 및 그 접속 방법에 관한 것이다.

리튬 이온 캐패시터는, 전기 이중층 캐패시터나 2차 전지의 대체로서 기대되고 있다. 이 리튬 이온 캐패시터는, 부극 이온 흡장이라고 하는 물리 현상을 이용함으로써 축전 효율을 현저하게 높인 캐패시터 축전기이다. 현재, 전기 이중층 캐패시터는, 열차, 건설 기계 등의 대형 기계의 셀 모터에서 발생된 전기의 축전에 이용되고 있지만, 금후, 소형화에 의해, 자동차의 연료 전지 등의 축전에도 적용될 수 있는 것이 기대되고 있다.

리튬 이온 캐패시터는, 비대칭 전극 구조를 갖는다. 이에 의해, 전기 이중층 캐패시터와 비교하여 전압이 높고, 2차 전지와 비교하여 내부 저항이 낮아, 단시간에 충방전을 행할 수 있는, 충방전에 의한 열화가 적어 제품 수명이 긴 등의 장점을 갖는다. 그러나, 리튬 이온 캐패시터는, 에너지 밀도가 낮다고 하는 결점을 갖고 있다. 캐패시터에는, 권회형 캐패시터나 적층형 캐패시터 등이 있고, 어느 것이나 양극 및 음극의 2개의 전극을 갖고 있다.

리튬 이온 캐패시터가 갖는 2개의 전극은, 각각 이종 금속으로 구성된 것이며, 예를 들면, 양극의 리드 전극에 Al 등, 음극의 리드 전극에 Cu 등이 사용된다. 큰 방전 에너지가 요구될 때에는 병렬로 접속하여 사용하고, 고전압이 요구될 때에는 직렬로 접속하여 사용된다.

종래의 적층형의 리튬 이온 캐패시터, 전기 이중층 캐패시터 및 2차 전지 등에 사용되는 리드 전극의 접속 방법으로서는, 박 형상의 리드 전극을 이용하여, 초음파 등에 의한 스폿 용접으로 접합하는 방법(특허문헌 1), 리드 전극에 대하여 압박 상태에서 접촉하는 회전체로 접속하는 방법(특허문헌 2), 박 형상의 리드 전극을 볼트 등으로 조이는 방법 등이 있다.

일본 특허 출원 공개 제2000-90907호 공보 일본 특허 출원 공개 제2005-209735호 공보

그런데 특허문헌 1에 기재된 스폿 용접에 의한 전극의 접속 방법에서는, Al 전극과 Al 전극과의 접속이나 Cu 전극과 Cu 전극과의 접속(병렬 접속)과 같이, 동종 금속의 전극끼리의 접합에서는 접합 강도가 높지만, Al 전극과 Cu 전극과의 접속(직렬 접속)과 같이, 이종 금속의 접합에서는 접합 강도가 낮아, 접속 신뢰성이 부족하였다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 회전체에 의한 전극의 접속 방법이나 볼트 조임에 의한 전극의 접속 방법에서는, 접촉 면적이 작고, 그 접촉 개소의 저항값이 높아지므로, 큰 전압 강하가 발생하고 있었다.

이러한 접속 저항에 의한 전압 강하가 발생하면, 부하로 되는 전자 기기 등에 공급되는 전압은 축전 디바이스의 전압보다 감소하게 된다.

따라서, 본 발명은, 상술한 바와 같은 과제를 해결하는 것으로서, 이종 금속의 전극과의 접합 강도를 향상시킬 수 있고, 종래의 스폿 용접이나 볼트 조임에 의한 접합에 비해, 접지 면적을 크게 하고, 접합 개소의 저항값을 낮게 하여, 축전 디바이스의 전압을 감소시키는 일 없이 유효하게 공급할 수 있는 축전 디바이스용 전극, 그 제조 방법 및 그 접속 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자 등은, 축전 디바이스의 리드 전극을 땜납에 의해 접속 가능하면, 리드 전극의 전체면에서 접속할 수 있으므로, 리드 전극의 접합 강도가 높아지는 것, 및 리드 전극 전체면에서 접속할 수 있으면 접속 개소의 면적이 넓어져, 접속 개소의 저항값이 내려가는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.

본 발명에 따른 축전 디바이스용 전극은, Al로 이루어지는 양극 전극 상에 Zn층 또는 Zn 합금층, Ni층, Sn층 또는 Sn 합금층이 도금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따른 축전 디바이스용 전극에서는, Al로 이루어지는 양극 전극 상에 Zn층 또는 Zn 합금층, Ni층, Sn층 또는 Sn 합금층이 도금으로 형성된다. 이에 의해, Sn층 또는 Sn 합금층 상에서 Al의 이종 금속으로 이루어지는 음극 전극과 납땜할 수 있게 된다.

축전 디바이스의 양극의 리드 전극(이하, 「Al 양극 전극」이라고 함)에는 주로 Al이 사용되고 있지만, Al은 일반의 땜납으로는 납땜을 할 수 없다. Al용 땜납으로서는, Sn-15질량％Zn이나 Sn-30질량％Zn 등이 알려져 있지만, 이들 땜납은, Zn의 작용에 의해 Al에 납땜하는 것이며, Al 양극 전극끼리의 접속에서는 문제가 발생하지 않는다. 그러나, 이들 땜납으로, Al 양극 전극과 음극의 Cu 전극(이하, 「Cu 음극 전극」이라고 함)을 납땜하면, 고온, 고습도하에서 Sn-Zn 땜납 중의 Zn 이온이 Cu 중으로 이동하는 커켄달 보이드라고 하는 현상이 나타나, 땜납 접합 강도가 저하되게 된다. 특히, 전기 이중층 캐패시터, 리튬 이온 캐패시터나 2차 전지에서는, 충방전이 반복되므로, 발열하기 쉽다. 또한, Sn-Zn 땜납은, 산화되기 쉬워 전기 도전성을 저하시킨다. 그로 인해, Al 양극 전극과 Cu 음극 전극에 납땜재로서 Sn-Zn 땜납을 이용하여 직접 접합하는 것은 바람직하지 않다.

또한, Al 양극 전극 상에, Cu 음극 전극과 납땜 가능한 금속을 도금으로 피복하는 것이 생각된다. 그러나, Cu 음극 전극과 납땜성이 좋은 Sn 또는 Sn 합금 도금은, Sn의 표준 전극 전위가 －0.138V인 것에 비해, Al의 표준 전극 전위는 －1.1662V이며, Al과 Cu와의 표준 전극 전위차가 1.524V나 되므로, 그 상태로는, Al 상에 Sn 도금 또는 Sn 합금 도금을 할 수 없다.

본 발명에서는, Al 양극 전극 상에 Zn층 또는 Zn 합금층을 피복함으로써, Al 양극 전극과 밀착성이 좋은 Zn 또는 Zn 합금의 피막이 형성된다. 그리고 그 피막 상에 Sn층 또는 땜납(Sn 합금층)을 형성하면, Cu 음극 전극과 납땜성이 좋은 Al 양극 전극이 얻어진다.

Al 양극 전극 상에 피복하는 Zn층 또는 Zn 합금층의 피막은, 도금법에 의해 형성된다. 도금법에서는, 통상적으로, Zn 단체를 도금하는 경우가 많지만, Zn 합금의 도금의 일례인 Zn-6～16％Ni의 Zn-Ni 합금 도금은 Zn과 동일한 징케이트욕으로 도금 형성 가능하다. 또한, 도금법으로 형성 가능한 다른 Zn 합금 도금에는, Zn-Fe 도금이나 Zn-Al 도금 등이 있다.

도금 표면이 Zn 도금인 채로는, 후공정의 Sn층 또는 Sn 합금층의 도금의 형성이 어려우므로, Ni 도금을 Sn층 또는 Sn 합금층의 기초로서 Zn 도금 상에 피복하면 된다. Zn 도금 상에 Ni층을 형성함으로써, Sn층 또는 Sn 합금층의 밀착성을 향상시킨다. 또한, Zn층과 Sn층의 사이에 있는 Ni층은, 물리적인 배리어로서 작용한다. 즉, Ni층은, Al 양극 전극 상에 피복되어 있는 Zn이 Cu 음극 전극으로 이동하여 발생하는 커켄달 보이드 기인의 접합 강도의 저하를 방지한다.

본 발명의 Zn층 또는 Zn 합금층, Sn층 또는 Sn 합금층은, 전해 도금에 의해 형성시켜도 되고, 무전해 도금에 의해 형성시켜도 된다. 이러한 도금법에 의해, 모든 공정을 도금으로 통일할 수 있을 뿐만 아니라, 막 두께 정밀도가 높은 축전 디바이스용 전극이 얻어진다. 또한, 막 두께를 얇게 형성할 수 있으므로, 리드의 절곡도 양호하다. 덧붙여 말하면, 본 발명의 축전 디바이스용 전극의 Sn층 또는 Sn 합금층을 도금법으로 형성하였을 때에는, Sn 또는 Sn 합금층이 얇고, 납땜이 어려우므로, 수지 함유 땜납 등을 이용하여 납땜하는 것이 바람직하다. Sn층 또는 Sn 합금층은, 수지 함유 땜납 등으로 납땜을 용이하게 행하는 목적으로 피복시키고 있다.

또한, 본 발명에 따른 축전 디바이스용 전극의 제조 방법은, Al로 이루어지는 양극 전극의 표면을 유기 용제로 탈지하는 탈지 공정과, 이 탈지 공정에서 탈지된 양극 전극의 표면을 에칭액으로 에칭하는 에칭 공정과, 이 에칭 공정에서 에칭된 양극 전극의 표면에 징케이트액으로 Zn 도금을 형성하는 Zn 도금 공정과, 이 Zn 도금 공정에서 형성된 Zn 도금의 표면에 Ni 도금액으로 Ni 도금을 형성하는 Ni 도금 공정과, 이 Ni 도금 공정에서 형성된 Ni 도금의 표면에 Sn 도금액으로 Sn 도금을 형성하는 Sn 도금 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명에 따른 축전 디바이스용 전극의 접속 방법은, Al로 이루어지는 전극 상에 Zn층 또는 Zn 합금층, Ni층, Sn층 또는 Sn 합금층이 도금으로 형성되는 양극 전극과, Cu로 이루어지는 음극 전극을 Sn 또는 땜납을 이용하여 납땜 접속하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 따른 축전 디바이스용 전극, 그 제조 방법 및 그 접속 방법에 따르면, Al로 이루어지는 양극 전극과 Al의 이종 금속으로 이루어지는 음극 전극을 납땜할 수 있으므로, 양극 전극과 음극 전극과의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 종래의 스폿 용접이나 볼트 조임에 의한 접합에 비해, 접지 면적이 크고, 접합 개소의 저항값이 낮아져, 축전 디바이스의 접속 저항의 전압 강하를 저감할 수 있다. 이 결과, 축전 디바이스의 전압을 감소시키는 일 없이 유효하게 부하에 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 축전 디바이스(100)의 구성예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도금층(20)의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 3은 축전 디바이스(100)의 접속예를 나타내는 사시도이다.
도 4는 접합 샘플의 저항값의 특성예를 나타내는 설명도이다.
도 5는 접합 샘플의 전압값의 특성예를 나타내는 설명도이다.
도 6은 접합 샘플의 온도의 특성예를 나타내는 설명도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 전기 이중층 캐패시터, 리튬 이온 캐패시터 및 2차 전지 등인 본 발명에 따른 축전 디바이스에 대해 설명한다.

[축전 디바이스(100)의 구성예]

우선은, 본 발명에 따른 축전 디바이스(100)의 구성예에 대해 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 축전 디바이스(100)는, Al로 이루어지는 양극 리드 전극[이하, 「Al 양극 전극(10)」이라고 함], Al의 이종 금속인 Cu로 이루어지는 음극 리드 전극[이하, 「Cu 음극 전극(30)」이라고 함] 및 세퍼레이터(40)로 구성된다.

Al 양극 전극(10) 및 Cu 음극 전극(30)에는, 일단에 연장된 접속 단자부(10a, 30a)가 각각 설치된다. 접속 단자부(10a, 30a)는, 축전 디바이스(100)를 직렬 접속하는 경우에는, 접속 단자부(10a)와 접속 단자부(30a)가 접속되고, 축전 디바이스(100)를 병렬 접속하는 경우에는, 접속 단자부(10a)끼리 또는 접속 단자부(30a)끼리가 접속된다. 또한, 접속 단자부(10a, 30a)는, 축전 디바이스(100)를 직렬 접속 또는 병렬 접속하지 않고, 외부와의 접속 단자로 되는 경우도 있다.

접속 단자부(10a)에는 도금층(20)이 형성된다. 도금층(20)은, 접속 단자부(10a)와 접속 단자부(30a)를 용이하고 또한 확실하게 접속시키기 위한 것이다.

[도금층(20)의 구성예]

도 2에 도시하는 바와 같이, 도금층(20)은, Al로 이루어지는 접속 단자부(10a) 상에 Zn층(21), Ni층(22), Sn층(23)이 도금으로 형성된다. 또한, Zn층(21)은, Zn 합금층이어도 되고, Sn층(23)은 Sn 합금층이어도 된다. 예를 들면, Zn 합금층이라 함은, Zn-Ni 합금, Zn-Fe 합금, Zn-Al 합금 등이며, Sn 합금층이라 함은, Sn-Bi 합금, Sn-Ag 합금, Sn-Cu 합금 등이다.

Zn층(21), Ni층(22) 및 Sn층(23)의 두께는, Al 양극 전극(10)과 Cu 음극 전극(30)을 접속시키는 신뢰성에 영향을 준다. Zn층(21)의 두께가 0.01㎛ 이하에서는, Zn층(21) 상에 형성되는 Ni층(22)이 형성되기 어려워지고, Zn층(21)의 두께가 0.15㎛ 이상에서는 Al의 접속 단자부(10a)와 Zn층(21)과의 밀착성이 나빠지므로, 이 부분에서 박리되는 경우가 있다. Zn층(21)의 두께는, 바람직하게는, 0.05 내지 0.1㎛이다.

또한, Zn층(21)을 도금할 때에는, Al의 접속 단자부(10a)와의 밀착성을 높이기 위해 알칼리욕이 바람직하고, 예를 들면, ZnO, Zn, NaOH 등을 물에서 용해한 징케이트욕 및 해당 징케이트욕에 NaCN 등의 시안화물을 첨가한 시안화물욕이 바람직하다. 징케이트욕 및 시안화물욕에 의한 도금은, 접속 단자부(10a)의 Al의 표면이 산화되기 쉽고 1회로는 그다지 효과가 없으므로, 2회 이상의 처리가 필요하다.

Ni층(22)은, 해당 Ni층(22)의 두께가 지나치게 얇으면, Zn층(21)과 Sn층(23)과의 사이의 배리어 효과가 없어지게 되고, 반대로 지나치게 두꺼우면, 납땜 시에 해당 Ni층(22)과 Cu 음극 전극(30)이 반응하게 되어 Cu₃Sn 및 Cu₆Sn₅ 등의 금속간 화합물을 형성한다. Cu₃Sn 및 Cu₆Sn₅ 등의 금속간 화합물은 딱딱하여 깨지기 쉬우므로 전극에는 적합하지 않다. 그로 인해, Ni층(22)의 두께는, 1 내지 3㎛가 바람직하고, 보다 바람직하게는, 2 내지 3㎛이다.

Sn층(23)은, 해당 Sn층(23)의 두께가 지나치게 얇으면, Ni층(22)의 Ni가 산화되어 Cu 음극 전극(30)과의 납땜성이 나빠지게 되고, 지나치게 두꺼우면, Al 양극 전극(10)의 절곡 가공 등에서, 해당 Sn층(23) 부분이 파괴되기 쉬워진다. 그로 인해, Sn층(23)의 두께는, 5 내지 15㎛가 바람직하다.

[축전 디바이스(100)의 접속예]

다음으로, 축전 디바이스(100)의 접속예에 대해 설명한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 축전 디바이스(100)를 직렬 접속하는 경우, 접속 단자부(10a)와 접속 단자부(30a)를 도금층(20) 및 땜납(50)을 개재하여 접속시킨다. 땜납(50)은, 접속 단자부(10a)의 Al과는 납땜하기 어렵지만, Cu의 접속 단자부(30a) 및 도금층(20)과는 납땜이 용이하다. 덧붙여 말하면, 땜납(50)은, 납 함유 땜납이어도 되고, Sn-Ag-Cu나 Sn-Zn으로 구성되는 납 프리 땜납이어도 된다.

이에 의해, 도금층(20)을 개재하여 Al 양극 전극(10)과 Cu 음극 전극(30)을 납땜할 수 있으므로, Al 양극 전극(10)과 Cu 음극 전극(30)과의 접합 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 종래의 스폿 용접이나 볼트 조임에 의한 접합에 비해, 접속 단자부(10a)와 접속 단자부(30a)와의 접지 면적이 크고, 접합부[접속 단자부(10a) 및 접속 단자부(30a)가 접합하고 있는 부분을 말함]의 저항값이 낮아지므로, 축전 디바이스(100)의 접속 저항의 전압 강하를 저감할 수 있다. 이 결과, 축전 디바이스(100)의 전압을 감소시키는 일 없이 유효하게 부하에 공급할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, Cu로 이루어지는 음극 전극에 대해 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, Al의 이종 금속의 음극 전극에 본 발명이 적용 가능하다.

제1 실시예

다음으로, 본 발명에 따른 축전 디바이스(100)의 Al 양극 전극(10)에 형성되는 도금층(20)의 제조 방법에 대해 설명한다. 도금층(20)은, 이하의 1 내지 5의 수순을 따라 제조된다.

<1. 탈지 공정>

길이 70㎜, 폭 50㎜, 두께 0.2㎜의 크기의 접속 단자부(10a)를, 유기 용제를 이용하여 침지 탈지를 행한다.

<2. 에칭 공정>

탈지된 접속 단자부(10a)를 수세, 알칼리 에칭 후, 산 용액(에칭액)에 침지하여 표면을 거칠게 한다. 이 공정에 의해 Al로 이루어지는 접속 단자부(10a)와 Zn층(21)과의 밀착이 양호해진다.

<3. Zn 도금 공정>

에칭 처리한 접속 단자부(10a)를, ZnO, Zn, NaOH 등을 물에서 용해한 징케이트욕에 침지하여, Zn 도금[Zn층(21)]을 형성한다.

Zn 도금한 접속 단자부(10a)에 부착된 징케이트액을 흘리기 위해 수세하고, 그 후, 접속 단자부(10a)를 질산에 침지하여, 징케이트(Zn 등)를 박리한다.

다시, 징케이트욕에 접속 단자부(10a)를 침지하여, Zn 도금을 형성하고, 수세 후, 질산에 침지하여, 징케이트(Zn 등)를 박리한다.

또한, 상술한 Zn 도금 대신에 Zn-Ni 합금 도금을 형성하는 경우에는, 징케이트욕에 ZnCl₂, NiCl₂ 등을 첨가한 징케이트욕을 사용한다.

<4. Ni 도금 공정>

Zn 도금이 형성된 접속 단자부(10a)를, NiSO₄·6H₂O, NaH₂PO₂ 등을 물에 녹인 무전해 Ni 도금욕에 300초 정도 침지하여 Ni 도금[Ni층(22)]을 형성하고, 수세한다. 또한, Ni 도금은, 무전해 도금에 한정되지 않고, 전해 도금이어도 상관없다.

<5. Sn 도금 공정>

Ni 도금이 형성된 접속 단자부(10a)를, Na₂SO₃·3H₂O, Sn, NaOH₂ 등을 물에 녹인 알카리성 산성 Sn 도금욕 중에 20분 정도 침지하여 Sn 도금[Sn층(23)]을 형성하고, 수세한다. 그 후, 건조함으로써, 도금층(20)이 완성된다.

상술한 1 내지 5의 공정에서 제조된 도금층(20)을 형광 X선식 막후계에 의해 막 두께를 측정한 결과, Zn층(21)의 두께가 0.05㎛이고, Ni층(22)의 두께가 1.5㎛이고, Sn층(23)의 두께가 7㎛였다.

제2 실시예

제1 실시예에서 형성한 도금층(20)을 갖는 Al 양극 전극(10)과 Cu 음극 전극(30)을 수지 함유 땜납을 이용하여 납땜하였다. 수지 함유 땜납은, RMA08(센쥬 긴조꾸 고교 가부시끼가이샤제)을 사용하고, 땜납 인두의 인두 끝의 온도가 300℃, 납땜 시간이 10초인 조건하에서 납땜하였다.

제1 비교예로서, Al 양극 전극과 Cu 음극 전극을 Sn-15질량％Zn으로 구성되는 선 땜납으로 직접 납땜한 것을 형성하였다. 덧붙여 말하면, 이 납땜에서는, 플럭스를 부여하면서 행하였다.

제2 비교예로서, Al 양극 전극과 Cu 음극 전극을 초음파에 의한 스폿 용접으로 접속시킨 것을 형성하였다.

제1 실시예, 제1 및 제2 비교예의 Al 양극 전극과 Cu 음극 전극과의 접합 강도의 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 덧붙여 말하면, 이 접합 강도는, JIS H8630 및 JIS C6481에 준하여, 밀착 강도 시험기로 측정하였다(시료수 N＝5). 또한, 시료를 가속하여 산화시킨 후의 접합 강도도 측정하였다. 그 산화 가속 조건은, 분위기 온도 85℃, 습도 85％의 항온조에 24시간 시료를 넣고, 그 시료에, 1초마다 ON/OFF를 반복하는 100A의 전류를 흘렸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 산화 가속 전의 접합 강도는, 제1 실시예에서는 5.9㎏/㎝, 제1 비교예에서는 5.3㎏/㎝, 제2 비교예에서는 2.9㎏/㎝였다. 이에 의해, 제1 실시예는, 제1 및 제2 비교예보다도 접합 강도가 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

산화 가속 후의 접합 강도는, 제1 실시예에서는 4.5㎏/㎝, 제1 비교예에서는 3.8㎏/㎝, 제2 비교예에서는 0.71㎏/㎝였다. 이에 의해, 제1 실시예는, 산화 가속 후라도 제1 및 제2 비교예보다도 접합 강도가 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

산화 가속 전의 접합 강도와 산화 가속 후의 접합 강도의 차는, 제1 실시예에서는 1.4㎏/㎝, 제1 비교예에서는 1.5㎏/㎝, 제2 비교예에서는 2.19㎏/㎝였다. 이에 의해, 제1 실시예는, 산화 가속 전의 접합 강도와 산화 가속 후의 접합 강도의 차가 제1 및 제2 비교예보다도 작고, 접합의 신뢰성이 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

다음으로, 제1 실시예, 제1 및 제2 비교예를 염수 분무의 환경 시험의 결과(시험 개시로부터 120시간 후 및 600시간 후의 Al 양극 전극과 Cu 음극 전극과의 상태)를 표 2에 나타낸다. 덧붙여 말하면, 이 환경 시험은, JIS C0024에 준하고 있다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 시험 개시로부터 120시간 후의 제1 실시예는, 공식 및 백분(白粉)이 발생하지 않고, 600시간 후의 제1 실시예는, 백분이 소량 발생하고 있다. 또한, 시험 개시로부터 120시간 후의 제1 비교예는, 공식이 발생하고, 600시간 후의 제1 비교예는, 백분이 대량으로 발생하고 있다. 또한, 시험 개시로부터 120시간 후의 제2 비교예는, 백분이 발생하고, 600시간 후의 제2 비교예는, 백분이 대량으로 발생하고 있다. 이러한 공식이 발생하거나, 백분이 대량으로 발생하게 되면, 축전 디바이스용 전극의 전기 전도성이나 강도가 저하하게 된다.

이와 같이, 제1 실시예는, 염수 분무의 환경이라도, 공식의 발생이 없고, 전기 전도성이나 강도에 영향을 미치지 않는 정도의 소량의 백분밖에 발생하지 않는다. 즉, 제1 실시예는, 전기 전도성이 양호하고, 축전 디바이스로서 신뢰성이 있는 것을 알 수 있다. 또한, 제1 및 제2 비교예는, 염수 분무의 환경에서는 전기 전도성이 부족하게 되어, 축전 디바이스로서 신뢰성이 부족한 것을 알 수 있다.

제3 실시예

제1 실시예, 제1 및 제2 비교예의 Al 양극 전극과 Cu 음극 전극으로 접합 샘플을 제작하고, 그 제작한 접합 샘플의 저항값 및 전압값을 마이크로옴 미터에 의해 켈빈 클립을 이용하여 4단자법으로 측정하였다. 그 측정 조건은, 분위기 온도 85℃, 습도 85％의 항온조에 제1 실시예, 제1 및 제2 비교예의 시료를 넣고, 그 시료에, 1초마다 ON/OFF를 반복하는 100A의 전류를 흘렸다.

도 4는 종축을 접합 샘플의 저항값(μΩ)으로 하고, 횡축을 100A의 전류의 ON/OFF 반복 횟수(×1000)로 하였을 때의 접합 샘플의 저항값의 특성예를 나타내는 설명도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 실시예의 접합 샘플의 저항값은, 마름모형으로 나타내어지고, 초기가 400μΩ, ON/OFF 24000회 후가 440μΩ, ON/OFF 48000회 후가 450μΩ, ON/OFF 75000회 후가 450μΩ, ON/OFF 120000회 후가 470μΩ였다. 제1 비교예의 접합 샘플의 저항값은, 사각형으로 나타내어지고, 초기가 330μΩ, ON/OFF 24000회 후가 360μΩ, ON/OFF 48000회 후가 400μΩ, ON/OFF 75000회 후가 500μΩ, ON/OFF 120000회 후가 600μΩ였다. 제2 비교예의 접합 샘플의 저항값은, 삼각형으로 나타내어지고, 초기가 575μΩ, ON/OFF 24000회 후가 600μΩ, ON/OFF 48000회 후가 600μΩ, ON/OFF 75000회 후가 670μΩ, ON/OFF 120000회 후가 750μΩ였다.

이에 의해, ON/OFF 반복 횟수 120000회 후의 제1 실시예의 저항값은, 제1 및 제2 비교예의 저항값에 비해 6 내지 8할의 저항값이다. 따라서, 제1 실시예에서는 약 60 내지 80％의 전기 손실을 저감할 수 있다.

또한, 제1 실시예의 접합 샘플의 저항값은, 초기로부터 ON/OFF 120000회 후까지 70μΩ 정도의 변화밖에 없고, 이에 비해, 제1 비교예의 접합 샘플의 저항값은 270μΩ나 변화하고 있고, 제2 비교예의 접합 샘플의 저항값은 175μΩ나 변화하고 있다. 즉, 제1 실시예는, 제1 및 제2 비교예에 비해 신뢰성이 향상되어 있다.

도 5는 종축을 접합 샘플의 전압값(V)으로 하고, 횡축을 100A의 전류의 ON/OFF 반복 횟수(×1000)로 하였을 때의 접합 샘플의 전압값의 특성예를 나타내는 설명도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 실시예의 접합 샘플의 전압값은, 마름모형으로 나타내어지고, 초기로부터 ON/OFF 120000회 후까지 0.2V 일정하였다. 제1 비교예의 접합 샘플의 전압값은, 사각형으로 나타내어지고, 초기가 0.2V, ON/OFF 24000회 후가 0.2V, ON/OFF 48000회 후가 0.3V, ON/OFF 75000회 후가 0.4V, ON/OFF 120000회 후가 0.5V였다. 제2 비교예의 접합 샘플의 전압값은, 삼각형으로 나타내어지고, 초기가 0.7V, ON/OFF 24000회 후가 0.7V, ON/OFF 48000회 후가 0.8V, ON/OFF 75000회 후가 0.8V, ON/OFF 120000회 후가 0.8V였다.

이에 의해, 제1 실시예는, ON/OFF 반복 횟수 120000회 후라도, 접합 샘플의 전압값이 변화하지 않아, 제1 및 제2 비교예에 비해 신뢰성이 향상되어 있다.

제4 실시예

제1 실시예, 제1 및 제2 비교예의 Al 양극 전극과 Cu 음극 전극으로 접합 샘플을 제작하고, 그 제작한 접합 샘플의 온도를 K 타입의 열전쌍으로 측정하였다. 측정 조건은, 제3 실시예에서 나타낸 측정 조건과 마찬가지로, 분위기 온도 85℃, 습도 85％의 항온조에 제1 실시예, 제1 및 제2 비교예의 시료를 넣고, 그 시료에, 1초마다 ON/OFF를 반복하는 100A의 전류를 흘렸다.

도 6은 종축을 접합 샘플의 온도(℃)로 하고, 횡축을 100A의 전류의 ON/OFF 반복 횟수(×1000)로 하였을 때의 접합 샘플의 온도의 특성예를 나타내는 설명도이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 실시예의 접합 샘플의 온도는, 마름모형으로 나타내어지고, 초기가 85.55℃, ON/OFF 24000회 후가 85.55℃, ON/OFF 48000회 후가 85.55℃, ON/OFF 75000회 후가 85.77℃, ON/OFF 120000회 후가 85.77℃였다. 제1 비교예의 접합 샘플의 온도는, 사각형으로 나타내어지고, 초기가 84.22℃, ON/OFF 24000회 후가 84.28℃, ON/OFF 48000회 후가 85.11℃, ON/OFF 75000회 후가 87.9℃, ON/OFF 120000회 후가 90.52℃였다. 제2 비교예의 접합 샘플의 온도는, 삼각형으로 나타내어지고, 초기가 96.3℃, ON/OFF 24000회 후가 96.89℃, ON/OFF 48000회 후가 96.06℃, ON/OFF 75000회 후가 97.3℃, ON/OFF 120000회 후가 97.3℃였다. 이들 온도 변화는, 접합 샘플의 저항값이 변화하고, 쥴열이 변화하는 것에 기인한다.

이에 의해, 제1 실시예는, ON/OFF 반복 횟수 120000회 후라도, 접합 샘플의 온도가 거의 변화하지 않아(이 이유는, 도 4에서 나타낸 접합 샘플의 저항값이 낮은 것에 의함.), 제1 및 제2 비교예에 비해 신뢰성이 향상되어 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 축전 디바이스(100)는, Al 양극 전극(10) 상에 Zn층(21), Ni층(22), Sn층(23)이 도금으로 형성된다. 이에 의해, Sn층(23)에서 Al의 이종 금속인 Cu로 이루어지는 Cu 음극 전극(30)과 납땜할 수 있게 된다. 이 결과, Al 양극 전극(10)과 Cu 음극 전극(30)과의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, 축전 디바이스(100)는, 종래의 납땜에 의한 접합(제1 비교예)이나 초음파에 의한 스폿 용접(제2 비교예) 및 볼트 조임에 의한 접합에 비해, 접속 단자부(10a)와 접속 단자부(30a)와의 접지 면적이 크고, 접합부의 저항값이 낮아지므로, 축전 디바이스(100)의 접속 저항에 의한 전압 강하를 저감할 수 있다. 이 결과, 축전 디바이스(100)의 전압을 감소시키는 일 없이 유효하게 부하에 공급할 수 있다.

본 발명의 축전 디바이스는, 상자형의 것에 한정되지 않고, 원통형의 전기 이중층 캐패시터, 리튬 이온 캐패시터 및 2차 전지 등의 축전 디바이스에도 적용 가능하다.

10 : Al 양극 전극
10a, 30a : 접속 단자부
20 : 도금층
21 : Zn층
22 : Ni층
23 : Sn층
30 : Cu 음극 전극
40 : 세퍼레이터
50 : 땜납
100 : 축전 디바이스

Claims

Al로 이루어지는 양극 전극 상에 Zn층 또는 Zn 합금층, Ni층, Sn층 또는 Sn 합금층이 도금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 전극.
제1항에 있어서,
상기 양극 전극은, Al 상에 Zn층 또는 Zn 합금층이 형성되고, 상기 Zn층 또는 Zn 합금층 상에 Ni층이 형성되고, 상기 Ni층 상에 Sn층 또는 Sn 합금층이 형성되는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 전극.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 Zn층 또는 Zn 합금층은, 0.05 내지 0.1㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 전극.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 Ni층은, 1 내지 3㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 전극.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 Sn층 또는 Sn 합금층은, 5 내지 15㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 전극.
Al로 이루어지는 양극 전극의 표면을 유기 용제로 탈지하는 탈지 공정과,
상기 탈지 공정에서 탈지된 상기 양극 전극의 표면을 에칭액으로 에칭하는 에칭 공정과,
상기 에칭 공정에서 에칭된 상기 양극 전극의 표면에 징케이트액으로 Zn 도금을 형성하는 Zn 도금 공정과,
상기 Zn 도금 공정에서 형성된 Zn 도금의 표면에 Ni 도금액으로 Ni 도금을 형성하는 Ni 도금 공정과,
상기 Ni 도금 공정에서 형성된 Ni 도금의 표면에 Sn 도금액으로 Sn 도금을 형성하는 Sn 도금 공정
을 갖는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 전극의 제조 방법.
Al로 이루어지는 전극 상에 Zn층 또는 Zn 합금층, Ni층, Sn층 또는 Sn 합금층이 도금으로 형성되는 양극 전극과, Cu로 이루어지는 음극 전극을 Sn 또는 땜납을 이용하여 납땜 접속하는 것을 특징으로 하는 축전 디바이스용 전극의 접속 방법.