KR20150045051A - 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에칭된 알루미늄 박을 기존의 수화처리 대신에 보호막을 형성할 수 있는 산성 전해질에 침적시켜 전처리 화성을 실시하여, 기존의 수화처리 단계에서 생성되는 피막의 결함 및 섬유상 조직으로 인해 발생하는 문제점을 극복하고 산화피막의 안정성을 확보하고 누설전류를 저감시킬 수 있는 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에칭된 알루미늄 전극박을 기존의 수화처리 대신에 보호막을 형성할 수 있는 산성 전해질에 침적시켜 전처리 화성을 실시하여, 기존의 수화처리 단계에서 생성되는 피막의 결함 및 섬유상 조직으로 인해 발생하는 문제점을 극복하고 산화피막의 안정성을 확보하고 누설전류를 저감시킬 수 있는 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전해캐패시터는 탄탈륨 전해캐패시터와 알루미늄 전해캐패시터로 구분된다.
상기의 알루미늄 전해캐패시터는 탄탈륨 전해캐패시터와 비교하여 저렴한 제조비용, 높은 내전압, 우수한 자기회복 능력의 장점이 있다. 그러나, 전해액인 페이스트(paste)가 사용되므로 사용 온도 범위의 제약 사항이 있고, 이로 인해 소형화와 대용량화 및 장수명화에 불리한 단점이 있다. 따라서, 이러한 알루미늄 전해캐패시터의 단점을 해결하기 위해 적층형 알루미늄 캐패시터가 제안되었다.
상기의 적층형 알루미늄 캐패시터는 단위 캐패시터 소자를 제조한 후, 이들을 적층하는 과정을 거쳐서 제조되며, 그 공정을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 그 표면적을 확대시키기 위하여 전기화학적 또는 화학적으로 에칭된 알루미늄 전극박(etched aluminum electrode foil)을 준비하고, 상기 에칭된 알루미늄 전극박을 순수한 물에 대략 18 분 정도 침적시키는 수화처리 공정을 실시한다.
그리고, 상기 수화처리 공정이 종료된 알루미늄 전극박을 기재로 사용하여 양극산화(anodizing)에 의해 유전체인 알루미늄 산화피막을 생성하는 화성공정을 실시한다.
이어서, 전기화학적 산화중합에 의해 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrole), 폴리싸이오펜(polythiophene) 등의 전도성 고분자를 고체 전해질로 형성하여 견고한 고체 전해질층을 구성함으로써, 일정한 정격전압과 용량을 가진 단위 소자(unit cell)을 제조한다.
또는, 상기 양극산화(anodizing)를 통해 형성된 유전체 표면에 니켈(Ni), 구리(Cu) 등의 금속성분을 무전해 도금을 통하여 배치시키고, 이 도금층에서 음극을 인출하고 알루미늄층에서 양극을 인출하여 일정한 정격전압과 정격용량을 가진 단위소자(unit cell)를 제조한다.
이후, 상기와 같이 제조된 단위 소자를 전도성 접착제를 사용하여 필요에 따라 적정 수량만큼 적층시킴으로서 소망하는 정전용량을 달성한 후, 양극과 음극 리드선을 인출하고 에폭시 수지를 이용하여 외관을 몰딩하고 정격 등의 규격을 인쇄하여 적층형 알루미늄 캐패시터를 완성하게 된다.
이러한 적층형 알루미늄 캐패시터는 종래 전자제품의 초소형화에 따른 캐패시터 소자의 초소형화의 필요성이 주로 요구되었으나, 최근에는 고신뢰성 및 작동온도범위의 확대로 인한 온도 안정성(낮은 손실율 및 누설전류)을 요구하고 있는 실정이다.
그런데, 종래의 적층형 알루미늄 캐패시터는 수화처리가 이루어짐으로써, 전력비 절감과 피막 성장속도를 증가시킬 수 있다는 장점이 있지만, 이러한 수화처리에 의하여 생성된 피막 표층의 섬유상 조직이 누설전류(leakage current)를 증가시킬 수 있는 요소로서 작용한다라는 문제점이 있었다.
그리고, 기존의 알루미늄 전해캐패시터용 전극박의 페이스트는 액상이므로 상술한 바와 같은 단점이 크게 문제되지 않았으나, 적층형 알루미늄 캐패시터는 페이스트가 아닌 고체 전해질이나 금속 도금 과정을 통해서 단위소자를 제조하는 공정에서의 피막 표면의 균일성이 확보되어야 하는데, 수화처리를 통하여 생성된 피막 표층의 섬유상 조직은 이러한 피막 표면의 균일성을 확보하는데 불리한 요소로도 작용한다.
그러므로, 적층형 알루미늄 전해캐패시터용 전극박의 제조방법에 있어서 화성 전처리 단계로 실시되는 수화처리를 개선할 필요성이 대두된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조공정의 수화처리 단계에서 야기되는 문제점을 해결하기 위하여, 수화처리를 대체하기 위한 공정으로서 에칭된 알루미늄 전극박을 산성 전해질에 침적시키는 전처리 공정을 실시함으로써, 산화피막의 안정성을 확보하고 누설전류를 저감시킨 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박을 제조방법을 제공한다.
상기와 같은 기술적 과제를 가진 본 발명의 적층형 알루미늄 캐패시터 전극박의 제조방법은, 화성처리 이전에 에칭된 알루미늄 전극박을 산성 전해질에 침적시키는 전처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전처리 공정의 상기 산성 전해질은, 인산(PO4)이온, 황산(SO4) 이온, 수산(COOH)이온 중 선택된 어느 하나의 이온을 포함하는 수용액인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법은, 기존의 수화처리 공정을 대체하는 산성 전해질을 이용한 전처리 공정을 실시하여 알루미늄 박에 다공질의 보호막을 형성함으로써, 산화피막의 안정석을 확보하고 알루미늄 전극박의 누설전류를 감소시키는 효과를 수득하였다.
도 1 은 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 알루미늄 캐패시터용 전극박의 표면주사전자현미경 관찰결과를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법을 상세하게 설명한다.
단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.
또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법은, 기존의 수화처리 공정을 대체하기 위하여 에칭된 알루미늄 전극박을 산성 전해질에 침적시키는 전처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이후, 상기의 전처리 공정을 마친 알루미늄 전극박을 소정의 정전류를 이용하여 양극산화시키는 1차 화성공정을 실시하고, 상기 제 1차 화성공정을 거친 알루미늄 전극박을 열처리하는 열처리 공정을 실시하고, 상기 열처리 공정을 거친 알루미늄 전극박을 재차 소정의 정전류를 이용하여 양극산화시키는 2차 화성공정을 실시하고, 상기 2차 화성공정 처리된 알루미늄 전극박을 건조시키는 건조공정을 거쳐서 본 발명 적층형 캐패시터용 알루미늄 전극박을 제조하게 된다.
여기서, 상기 본 발명의 제조방법의 전처리 공정에서의 상기 산성 전해질은 인산(PO4)이온, 황산(SO4) 이온, 수산(COOH)이온중 선택된 어느 하나의 이온을 포함하는 수용액이다.
보다 상세하게는, 상기 산성 전해질이 인산이온을 포함하는 수용액인 경우, 상기 전처리 공정은 1~10 wt% 의 인산(PO4)이온을 포함한 수용액에 애칭된 알루미늄 전극박을 침지시키고, 침지된 알루미늄 전극박에 온도조건 0~40 ℃ 하에서 전류밀도 1~20 mA/cm2 , 전압 10~200 V 의 전원을 1-10 분동안 인가한다.
또한, 상기 산성 전해질이 황산 이온일 경우, 상기 전처리 공정은 1~20 wt%의 황산(SO4)이온을 포함한 수용액에 상기의 알루미늄 전극박을 침지시키고, 침지된 알루미늄 전극박에 온도조건 0~40 ℃ 하에서 전류밀도 1~20 mA/cm2, 전압 10~200 V 의 전원을 1~10 분동안 인가한다.
또한, 상기 산성 전해질이 수산 이온일 경우, 상기 전처리 공정은 1~20 g/L의 COOH 이온을 포함한 수용액에 상기 알루미늄 전극박을 침지시키고, 침지된 알루미늄 전극박에 온도조건 0~40 ℃ 하에서 전류밀도 1~20 mA/cm2, 전압 10~200 V 의 전원을 1~10 분동안 인가한다.
상기와 같은 본 발명의 제조방법의 실시예 및 본원발명의 실시예와의 비교예를 하기와 같이 수행하였다.
(실시예 1)
실시예 1 은 전처리 공정시 이용되는 산성 전해질로서 인산 이온을 포함한 수용액을 이용한 실시예이다.
즉, 4 wt%의 인산(PO4)이온을 포함한 수용액에 애칭된 알루미늄 전극박을 침지시키고, 침지된 알루미늄 전극박에 온도조건 24℃ 하에서 전류밀도 5 mA/cm2 , 전압 80 V 의 전원을 인가하여 5 분 동안 전처리 공정을 수행하였다.
이후, 전처리 화성을 실시한 알루미늄 전극박을 붕산 수용액 중에서 전류밀도 10 mA/cm2, 온도 95 ℃ 하에서 600 V 의 전원으로 20분 동안 전류를 인가하여 1차 화성을 실시하였다.
다음으로, 1차 화성을 실시한 알루미늄 전극박을 온도 500 ℃의 전기로에서 1분 30초 동안 열처리하였다.
그리고, 상기 열처리가 이루어진 알루미늄 전극박을 붕산 수용액 중에서 전류밀도 10 mA/cm2 ,, 온도 95 ℃ 하에서 600 V 의 전원으로 3분30초 동안 전류를 인가하여 2차 화성을 실시하였다.
이어서, 상기 2차 화성을 거친 알루미늄 전극박을 온도 500 ℃의 전기로에서 1분 30초 동안 2차 열처리를 실시하였다.
상기 2 차 열처리를 실시한 알루미늄 전극박을 온도 75℃ 하에서 6% 인산 용액에서 4 분간 처리하는 탈분극공정을 실시하였다.
이후, 붕산 수용액 중에서 전류밀도 10 mA/cm2 ,, 온도 95 ℃에서 600 V 의 전압으로서 3분30초 동안 전류를 인가해 3차 화성을 실시하였다. 3차 화성을 실시한 알루미늄 전극박을 200 ℃ 에서 건조시켰다.
(실시예 2)
실시예 2 은 전처리 공정시 이용되는 산성 전해질로서 황산 이온을 포함한 수용액을 이용한 실시예이다.
즉, 15 wt%의 황산(SO4)이온을 포함한 수용액에 애칭된 알루미늄 전극박을 침지시키고, 침지된 알루미늄 전극박에 온도조건 10 ℃ 하에서 전류밀도 5 mA/cm2, 전압 20 V 의 전원을 인가하여 5 분 동안 전처리 공정을 실시하였다.
다음으로, 상기 전처리 공정 이후의 공정은 상술한 실시예 1 과 동일하게 수행하므로 상세한 설명은 생략한다.
(실시예 3)
실시예 3 은 전처리 공정시 이용되는 산성 전해질로서 수산 이온을 포함한 수용액을 이용한 실시예이다.
즉, 5 g/L 의 수산(COOH)이온을 포함한 수용액에 애칭된 알루미늄 전극박을 침지시키고, 침지된 알루미늄 전극박에 온도조건 30 ℃ 하에서 전류밀도 10 mA/cm2, 전압 40 V 의 전원를 인가하여 5 분 동안 전처리 공정을 실시하였다.
다음으로, 상기 전처리 공정 이후의 공정은 상술한 실시예 1 과 동일하게 수행하므로 상세한 설명은 생략한다.
이와 같은 과정을 거쳐서 제조된 알루미늄 전극박의 효과를 분석하기 위하여다음과 같은 분석을 실시하였다.
(분석 방법)
실시예 1 내지 3 에 의하여 제조된 각각의 알루미늄 전극박을 붕산 70 g/L, 온도 85 ℃, 수용액에서 2 mA/cm2의 전류를 인가하여 180초 후의 내전압을 측정하였고, 붕산 70 g/L, 온도 85 ℃, 중탕 분위기에서 Vt 측정값의 1.3으로 나눈 전압을 인가해 30 분 후의 내전압, 정전용량 및 누설 전류(Leakage Current, 약칭하여 'LC' 라함)를 측정하였다. 그리고, 하기 표 1에 그 결과치를 기재하였다.
(비교예)
아울러, 상기와 같은 본 발명의 제조방법과 종래 제조방법과의 효과의 차이를 고찰하기 위하여 하기와 같이 비교예를 실시하였다.
먼저, 애칭된 알루미늄 전극박을 순수한 물에 18 분간 침적하여 수화처리를 실시하였다. 그리고, 상기 수화처리 이후 공정은 상술한 실시예 1 과 동일하게 수행하였다.
또한, 비교예의 공정을 거쳐서 제조된 알루미늄 전극박을 상기 실시예 1 내지 실시예 3 이 수행한 분석 방법과 동일한 분석방법을 실시하여 내전압, 정전용량 및 누설전류를 측정하여 하기와 같이 표 1 에 기재하였다.
| 구분 | 전처리공정의 수용액 종류 |
내전압(V) | 용량 (nF/cm2, 600 Vt) |
누설전류(LC) (μA/5cm2) |
| 실시예 1 | 인산이온 | 622 | 23.5 | 2.5 |
| 실시예 2 | 황산이온 | 627 | 22.7 | 2.15 |
| 실시예 3 | 수산이온 | 623 | 19.4 | 1.2 |
| 비교예 | 전처리공정 없음 (수화처리 수행) |
663 | 30.3 | 4.4 |
상기 표 1 에 기재된 바와 같이, 본 발명의 전처리 화성을 실시한 후 화성을 진행한 실시예 1 내지 실시예 3 의 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박은 전처리 화성을 실시하지 않은 비교예에 비해 정전용량이 22~36% 감소하였다.
이러한 이유는, 도 1 의 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 알루미늄 캐패시터용 전극박의 표면주사전자현미경 관찰결과의 사진에서 볼 수 있는 바와 같이, 비교예의 전극박의 표면에 비하여 실시예 1 내지 실시예 3 의 전극박의 표면이 더 매끄럽게 형성된 것을 확인할 수 있는데, 이로 인하여 전극박의 표면적이 감소함에 따라서 정전용량이 감소되었다고 분석된다.
또한, 실시예 1 내지 실시예 3 의 내전압도 비교예의 내전압에 비하여 4~6 %정도 감소된 것을 확인할 수 있다. 이는 실시예 1 내지 실시예 3 은 수화처리를 한 비교예에 비하여 화성시 동일 전압을 인가하였음에도 불구하고 생성된 알루미나(alumina) 층의 두께가 더 얇게 형성되기 때문에 나타나는 결과로 판단된다.
또한, 실시예 1 내지 실시예 3 의 누설전류도 비교예의 누설전류에 비하여 43~72% 정도 감소된 것을 확인할 수 있다.
특히, 전처리 공정에 이용되는 수용액을 수산 이온으로 실시한 실시예 3 의 경우가, 비교예에 비하여 누설전류가 약 3 배 이하로 감소하였는데, 이는 도 2 의 사진에서 볼 수 있는 바와 같이, 수산이온 수용액을 이용하여 전처리 과정을 실시하면 다공 형태를 갖는 피막이 형성되어 피막 표면의 결함이 줄어들면서 누설전류가 감소되는 것으로 판명된다.
반면, 본 발명의 전처리과정 대신 수화처리를 한 경우에는 섬유상 조직이 생성되어 피막 표면의 결함부가 상대적으로 더 많이 형성되기 때문에 누설전류가 상대적으로 큰 것으로 파악된다.
이상의 설명에서 본 발명의 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법을 첨부된 도면과 함께 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (8)
- 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법에 있어서,
화성처리 이전에 에칭된 알루미늄 전극박을 산성 전해질에 침적시키는 전처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전처리 공정의 상기 산성 전해질은,
인산(PO4)이온, 황산(SO4) 이온, 수산(COOH)이온 중 선택된 어느 하나의 이온을 포함하는 수용액인 것을 특징으로 하는 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 산성 전해질이 인산 이온을 포함하는 수용액인 경우,
상기 산성 전해질은 1~10 wt% 의 인산 수용액인 것을 특징으로 하는 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 산성 전해질이 황산 이온을 포함하는 수용액인 경우,
상기 산성 전해질은 1~20 wt%의 황산 수용액인 것을 특징으로 하는 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 산성 전해질이 수산 이온을 포함하는 수용액인 경우,
상기 산성 전해질은 1~20 g/L 수산 수용액인 것을 특징으로 하는 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 산성 전해질의 온도는 섭씨 0~40 ℃인 것을 특징으로 하는 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 전처리 공정은,
상기 산성 전해질에 전류밀도 1~20 mA/cm2 , 전압 10~200 V 의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,
상기 전처리 공정은 1~10 분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20130124199A KR20150045051A (ko) | 2013-10-17 | 2013-10-17 | 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법 |
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Publications (1)
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| KR20150045051A true KR20150045051A (ko) | 2015-04-28 |
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ID=53037113
Family Applications (1)
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| KR20130124199A KR20150045051A (ko) | 2013-10-17 | 2013-10-17 | 적층형 알루미늄 캐패시터용 전극박의 제조방법 |
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| KR (1) | KR20150045051A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200066603A (ko) * | 2018-11-30 | 2020-06-10 | 난통 하이싱 일렉트로닉스 리미티드 라이어빌러티 컴퍼니 | 표면 실장 알루미늄 전해 커패시터용 전극박의 제조 방법 |
| KR20220052661A (ko) * | 2020-10-21 | 2022-04-28 | 한국제이씨씨(주) | 집전체 제조 방법 |
-
2013
- 2013-10-17 KR KR20130124199A patent/KR20150045051A/ko not_active Application Discontinuation
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