KR20160080632A - 커패시터용 전극 구조체, 전해 커패시터 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 커패시터용 전극 구조체, 전해 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 폴리머 필름, 폴리머 필름 상에 형성된 박막 전극층 및 박막 전극층 상에 형성된 금속 산화물층을 포함하는 커패시터용 전극 구조체가 제안된다. 또한, 그를 포함하는 전해 커패시터 및 그 제조방법이 제안된다.
Description
본 발명은 커패시터용 전극 구조체, 전해 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로는 폴리머 필름 상에 박막 전극층과 금속 산화물층이 형성된 커패시터용 전극 구조체, 전해 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전해 콘덴서는 일반적인 커패시터보다 높은 정전용량을 갖는 것을 특징으로 한다. 다양한 전해 콘덴서들이 있다. 예컨대, 알루미늄 전해콘덴서(aluminium capacitor)는 알루미늄 표면을 양극산화(anodizing)시켜 산화물(Al2O3)층을 미세하게 형성하고 박층 유전층과 넓은 표면적을 갖도록 하여 정전용량이 매우 높은 것을 특징으로 하고 있다.
알루미늄 전해 콘덴서의 구조를 개략적으로 살펴보면, 알루미늄 박(foil)을 인산, 황산 등의 수용액에서 양극산화시켜 표면에 알루미늄 산화물(Al2O3)층이 형성된다. 알루미늄 박은 애노드 전극으로 작용하고, 새롭게 형성된 알루미늄 산화물은 유전체로, 그리고 액체 전해질층이 캐소드로 작용하게 된다. 필름을 감아서 콘덴서 원통에 포장시, 일정간격 유지를 위해 스페이서를 넣게 된다.
알루미늄 전해 콘덴서의 전하용량을 증가시키기 위해서는 유전체 두께 및 표면적을 증가시켜야 한다. 유전체 두께는 양극산화 공정에서 가해지는 전압과 시간 등에 따른 공정변수에 의해 조절가능하다. 표면적을 증가시키기 위해서는 동일 체적의 콘덴서 용기에 많은 양의 포일(foil)과 스페이서를 같이 넣어주어야 한다. 알루미늄 박의 자체 두께 및 스페이서의 두께를 감소시키는 것이 필요하지만, 알루미늄 박이 얇아지면 양극산화 공정 및 조립시 핸들링에 어려움이 있어 박층화의 한계가 있다.
알루미늄 전해 콘덴서를 예시하여 설명하였으나, 다른 전해 커패시터의 경우에도 박층화에 어려움이 있다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하고자, 박층이면서 유연성을 갖는 전해 커패시터를 구현하고자 폴리머 필름 상에 박막 전극층과 금속 산화물층이 형성된 커패시터용 전극 구조체, 전해 커패시터 및 그 제조방법을 제안하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 하나의 모습으로, 폴리머 필름, 폴리머 필름 상에 형성된 박막 전극층 및 박막 전극층 상에 형성된 금속 산화물층을 포함하는 커패시터용 전극 구조체가 제안된다.
예컨대, 박막 전극층은 제1 금속 성분을 포함하고 금속 산화물층은 제1 금속 성분의 산화물층일 수 있다. 또는, 박막 전극층은 제2 금속 성분을 포함하고 금속 산화물층은 제2 금속과 다른 제1 금속의 산화물로 이루어질 수 있다. 또한, 하나의 예에서, 폴리머 필름은 폴리에스터계, 폴리이미드계, 폴리프로필렌계 중 어느 하나의 폴리머 성분을 포함하여 이루어진다.
다음으로, 전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또 하나의 모습으로, 전술한 모습들의 예에 따른 커패시터용 전극 구조체 및 전극 구조체 상에 형성된 캐소드 구조체를 포함하는 전해 커패시터가 제안된다. 이때, 전해 커패시터는 필름형 전해 커패시터일 수 있다.
하나의 예에서, 캐소드 구조체는 전극 구조체 상에 형성된 전해질층 및 전해질층 상에 형성된 제1 금속 전극층을 포함할 수 있고, 또는, 전해질층과 제1 금속 전극층 사이에 비금속 도전층을 더 포함할 수 있다.
다음으로, 전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 하나의 모습으로, 폴리머 필름 상에 형성된 박막 전극층 및 박막 전극층 상에 형성된 금속 산화물층을 포함하는 전극 구조체를 형성하는 단계; 및 금속 산화물층 상에 캐소드 구조체를 형성하는 단계;를 포함하는 전해 커패시터 제조방법이 제안된다.
예컨대, 제1 금속이 폴리머 필름 상에 증착되고 제1 금속의 표면을 양극 산화시켜 금속 산화물층이 형성될 수 있고, 또는, 폴리머 필름 상에 제2 금속 증착 후 제2 금속층 상에 제2 금속과 다른 제1 금속층이 형성되고 제1 금속층이 표면부터 양극 산화될 수도 있다.
또한, 하나의 예에서, 금속 산화물층 상에 도체 전해질층이 형성되고 도체 전해질층 상부에 제1 금속 전극층이 형성되어 캐소드 구조체가 형성될 수 있고, 또는, 도체 전해질층 상에 비금속 도전층이 형성된 후 비금속 도전층 상에 제1 금속 전극층이 형성될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 폴리머 필름 상에 박막 전극층과 금속 산화물층이 형성된 커패시터용 전극 구조체를 구현하여 박층이면서 유연성을 갖는 커패시터를 제조할 수 있다.
이에 따라, 하나의 예에서, 박층이면서 유연성을 갖는 전해 커패시터를 구현할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 다양한 효과들이 직접적으로 언급되지 않더라도 각 실시예의 구성들의 조합으로부터 당해 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에 의해 이해되고 도출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 커패시터용 전극 구조체를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 커패시터용 전극 구조체를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터의 금속 산화물층의 표면 경계를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5a 내지 5d는 각각 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터 제조방법의 각 단계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 6e는 각각 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터 제조방법의 각 단계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 커패시터용 전극 구조체를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터의 금속 산화물층의 표면 경계를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5a 내지 5d는 각각 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터 제조방법의 각 단계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 6e는 각각 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터 제조방법의 각 단계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 설명에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 이해를 도모하기 위하여 부차적인 설명은 생략될 수도 있다.
본 명세서에 비록 단수적 표현이 기재되어 있을지라도, 발명의 개념에 반하거나 명백히 다르거나 모순되게 해석되지 않는 이상 복수의 구성 전체를 대표하는 개념으로 사용될 수 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에서 '포함하는', '구비하는', '이루어지는' 등의 기재는 하나 또는 그 이상의 다른 구성요소 또는 그들의 조합의 존재 또는 부가 가능성이 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 참조되는 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 예시로써, 모양, 크기, 두께 등은 기술적 특징의 효과적인 설명을 위해 과장되게 표현된 것일 수 있다.
본 발명의 하나의 모습에 따른 커패시터용 전극 구조체를 도면을 참조하여 구체적으로 살펴볼 것이다. 이때, 동일한 도면부호는 동일 구성을 의미하고, 참조되는 도면에 누락된 도면부호는 다른 도면의 동일한 도면 부호를 참조하여 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 커패시터용 전극 구조체를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 커패시터용 전극 구조체를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1 및/또는 2를 참조하여 본 발명의 하나의 예에 따른 커패시터용 전극 구조체(1)를 살펴본다. 커패시터용 전극 구조체(1)는 폴리머 필름(10), 박막 전극층(20) 및 금속 산화물층(30)을 포함한다. 이때, 커패시터용 전극 구조체(1)는 박막 전극층(20)을 애노드 전극으로 하는 구조체일 수 있다. 각 구성들을 보다 구체적으로 살펴본다.
박막 전극층(20)은 폴리머 필름(10) 상에 형성된다. 폴리머 필름(10) 상에 박막 전극층(20)을 형성함으로써 박층이면서 유연성을 갖는 커패시터용 전극 구조체(1)가 구현될 수 있다.
이때, 하나의 예에서, 폴리머 필름(10)은 폴리에스터계, 폴리이미드계, 폴리프로필렌계 중 어느 하나의 폴리머 성분을 포함할 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 폴리머 필름(10) 상에 박막 전극층(20)과 금속 산화물층(30)을 형성시켜 필름형 전해 커패시터용 전극 구조체(1)를 제조할 수 있다. 본 발명의 하나의 예에 따른 커패시터용 전극 구조체(1)는 필름형 전해 커패시터뿐만 아니라 다른 전해 커패시터에도 적용될 수 있다.
다음으로, 박막 전극층(20)과 금속 산화물층(30)을 살펴본다. 박막 전극층(20)은 폴리머 필름(10) 상에 형성되고, 금속 산화물층(30)은 박막 전극층(20) 상에 형성된다. 이때, 박막 전극층(20)은 커패시터의 애노드 전극으로 작용할 수 있다.
하나의 예에서, 금속 산화물층(30)은 박막 전극층(20)의 금속 성분의 산화물층일 수 있다. 예컨대, 박막 전극층(20)은 제1 금속 성분을 포함하고, 금속 산화물층(30)은 동일한 제1 금속 성분이 양극 산화되어 형성될 수 있다. 예컨대, 폴리머 필름(10) 상에 증착된 제1 금속 층의 표면이 산화되며 금속 산화물층(30)이 형성될 수 있다. 예컨대, 도 1에서 도면부호 20의 박막 전극층이 제1 금속 층인 경우에는 도면부호 30은 제1 금속의 표면 산화층일 수 있다. 또한, 도 2를 참조하면, 도면부호 20의 박막 전극층 중 도면부호 25가 제1 금속층(25)인 경우 도면부호 30은 그의 표면 산화층일 수 있다.
이때, 제1 금속의 예로 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr) 등이 있다.
또는, 하나의 예에서, 박막 전극층(20)은 제2 금속 성분을 포함하고, 금속 산화물층(30)은 제2 금속 성분과 다른 제1 금속의 산화물로 이루어질 수 있다. 예컨대, 도 1에서 도면부호 20의 박막 전극층이 제2 금속 성분을 포함하고, 도면부호 30은 제2 금속과 다른 제1 금속이 산화된 산화물층일 수 있다. 또는, 도 2에서, 도면부호 20의 박막 전극층은 제2 금속 성분을 포함하는 제2 금속층(21)과 제2 금속과 다른 제1 금속 성분을 포함하는 제1 금속층(25)으로 이루어지고, 도면부호 30의 금속 산화물층(30)은 제2 금속층(21)의 성분과 다른 제1 금속으로 이루어진 제1 금속층(25)의 표면이 산화된 산화물층일 수 있다.
이때, 제2 금속 성분은 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 은(Ag) 중 하나일 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
또한, 제1 금속은 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr) 중 하나일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 도 4를 참조하면, 금속 산화물층(30)은 표면에 조도가 형성될 수 있다. 표면조도에 따라 금속 산화물층(30)의 표면적이 넓어져 커패시턴스 용량이 향상될 수 있다. 예컨대, 금속박막 증착으로 금속층을 형성하여 표면에 조도를 형성시키고 표면을 산화시켜 표면조도가 형성된 금속 산화물층(30)이 형성될 수 있다. 또는 금속층 표면을 이온소스 등으로 표면처리하여 조도를 형성시킬 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 또 하나의 모습에 따른 전해 커패시터를 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다. 이때, 전술한 발명의 하나의 모습의 실시예들에 따른 커패시터용 전극 구조체 및 도 1 내지 2가 참조될 것이고, 이에 따라 중복되는 설명들은 생략될 수 있다.
도 3a는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3b는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터의 금속 산화물층(30)의 표면 경계를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3a 및/또는 3b를 참조하면, 하나의 예에 따른 전해 커패시터는 커패시터용 전극 구조체(도 1 및 2의 도면부호 1 참조) 및 캐소드 구조체(40)를 포함하고 있다. 이때, 도 3a 및/또는 3b에서, 도면부호 10, 20 및 30의 적층 구조체가 커패시터용 전극 구조체이다. 캐소드 구조체(40)는 커패시터용 전극 구조체(도 1 및 2의 도면부호 1 참조) 상에, 구체적으로는 금속 산화물층(30) 상에 형성된다.
이때, 커패시터용 전극 구조체(도 1 및 2의 도면부호 1 참조)는 전술한 본 발명의 하나의 모습에 따른 커패시터용 전극 구조체의 실시예들 중의 하나일 수 있다. 따라서, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 하고, 전술한 설명들을 참조하기로 한다. 이때, 도 3a 및 3b에서는 도면부호 10, 20 및 30의 적층 구조체가 도시되고 있으나, 도면부호 10, 20 및 30의 적층 구조체는 도 2와 같은 구조일 수도 있다.
예컨대, 전해 커패시터는 필름형 전해 커패시터일 수 있다. 이에 따라, 박층이면서 유연성을 갖는 전해 커패시터가 구현될 수 있다. 만들어진 필름은 여러 층을 적층하여 사용할 수 있고, 또는, 원통형으로 말아 사용할 수 있다. 또한 외부 전원과의 연결을 위해 리드선(도시되지 않음)이 포함될 수 있다.
하나의 예에서, 도 3a를 참조하면, 캐소드 구조체(40)는 전해질층(41) 및 제1 금속 전극층(45)을 포함할 수 있다. 전해질층(41)은 커패시터용 전극 구조체(도 1 및 2의 도면부호 1 참조) 상에 형성된다. 예컨대, 전해질층(41)은 도체 전해질로 이루어질 수 있다. 도체 전해질층(41)을 형성하여 ESR을 개선시킬 수 있다. 도체 전해질은 예컨대 전도성 고분자 재질로 이루어질 수 있다.
이때, 제1 금속 전극층(45)은 전해질층(41) 상에 형성된다. 예컨대, 제1 금속 전극층(45)을 이루는 제1 금속은 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag) 등일 수 있다.
또한, 도 3b를 참조하면, 하나의 예에서, 캐소드 구조체(40)는 전해질층(41)과 제1 금속 전극층(45) 사이에 비금속 도전층(43)을 더 포함할 수 있다. 비금속 도전층(43)은 예컨대 탄소층일 수 있다.
예컨대, 도 4를 참조하면, 캐소드 구조체(40)와 접하는 금속 산화물층(30)의 표면에 조도가 형성될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 하나의 모습에 따른 전해 커패시터 제조방법을 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다. 이때, 전술한 발명의 하나의 모습의 실시예들에 따른 커패시터용 전극 구조체, 전술한 발명의 또 하나의 모습의 실시예들에 따른 전해 커패시터, 및 도 1 내지 4가 참조될 것이고, 이에 따라 중복되는 설명들은 생략될 수 있다.
도 5a 내지 5d는 각각 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터 제조방법의 각 단계를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 6a 내지 6e는 각각 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전해 커패시터 제조방법의 각 단계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 5d, 및/또는 도 6a 내지 6e를 참조하면, 하나의 예에 따른 전해 커패시터 제조방법은 전극 구조체 형성 단계(도 5a 내지 5b 및/또는 도 6a 내지 6b 참조) 및 캐소드 구조체 형성 단계(도 5c 내지 5d 및/또는 도 6c 내지 6e 참조)를 포함한다. 각 공정을 도면을 참조하여 구체적으로 살펴본다.
먼저, 도 5a 내지 5b 및/또는 도 6a 내지 6b 참조하면, 전극 구조체 형성 단계를 살펴본다. 전극 구조체 형성 단계에서는 폴리머 필름(10), 폴리머 필름(10) 상에 형성된 박막 전극층(20) 및 박막 전극층(20) 상에 형성된 금속 산화물층(30)을 포함하는 전극 구조체(도 1 및 2의 도면부호 1 참조, 도면부호 10, 20 및 30 참조)가 형성된다. 이때, 전극 구조체에 대한 구체적인 설명은 전술한 본 발명의 하나의 모습에 따른 커패시터용 전극 구조체의 실시예들을 참조하기로 한다.
도 5a 내지 5b 및/또는 도 6a 내지 6b 참조하면, 하나의 예에서, 전극 구조체 형성 단계는 금속박막 증착 공정(도 5a 및/또는 도 6a 참조) 및 금속 산화물층 형성 공정(도 5b 및/또는 도 6b 참조)을 포함할 수 있다. 이때, 금속 산화물층 형성 공정(도 5b 및/또는 도 6b 참조)에서 산화되지 않은 미산화 금속층은 박막 전극층(20)이 된다.
예컨대, 도 5a를 참조하면, 하나의 예에서, 금속박막 증착 공정에서는 준비된 폴리머 필름(10) 상에 제1 금속(25)이 박막 증착된다. 이때, 박막 증착되는 제1 금속으로는 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr) 등이 있다. 또한, 폴리머 필름(10)은 폴리에스터계, 폴리이미드계, 폴리프로필렌계 중 어느 하나의 폴리머 성분을 포함할 수 있고 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 이때, 도 4를 참조하면, 증착된 제1 금속의 표면에는 조도가 형성될 수 있다.
계속하여, 도 5b를 참조하면, 금속 산화물층 형성 공정에서는 박막 증착된 제1 금속층(25)의 표면을 양극 산화시킴으로써, 금속 산화물층(30)이 형성된다. 이때, 양극 산화는 제1 금속층의 표면영역에서 수행되므로, 금속 산화물층(30)의 하부에 미산화된 제1 금속층(25)은 박막 전극층(20)이 된다.
다음으로, 도 6a 및 6b를 살펴본다. 도 6a를 참조하면, 하나의 예에서, 금속박막 증착 공정은 제2 금속 박막 증착공정과 제1 금속 박막 형성공정으로 이루어질 수 있다. 먼저, 제2 금속 박막 증착공정에서는 준비된 폴리머 필름(10) 상에 제2 금속이 박막 증착되며 제2 금속층(21)이 형성된다. 예컨대, 제2 금속은 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 은(Ag) 중 하나일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 또한, 폴리머 필름(10)은 폴리에스터계, 폴리이미드계, 폴리프로필렌계 중 어느 하나의 폴리머 성분을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
다음, 제1 금속 박막 형성공정에서는 박막 증착된 제2 금속층(21) 상에 제2 금속과 다른 제1 금속으로 제1 금속층(25)이 형성된다. 제1 금속층(25)은 증착, 도금 등의 방식으로 제2 금속층(21) 상에 형성될 수 있다. 제1 금속층(25)의 두께는 수십 nm에서 수um 범위로 할 수 있고, 이에 한정되지 않는다. 이때, 제1 금속은 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr) 중 하나일 수 있고, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 이때, 도 4를 참조하면, 제1 금속의 표면에는 조도가 형성될 수 있다.
다음, 도 6b를 참조하면, 금속 산화물층 형성 공정에서는 제1 금속층(25)의 적어도 표면을 양극 산화시킴으로써 금속 산화물층(30)이 형성된다. 도 6b는 제1 금속층(25)의 전부가 양극 산화된 것을 도시하고 있고, 도 2를 참조하면, 제1 금속층(25)의 표면영역에만 양극 산화가 이루어져 금속 산화물층(30)이 형성된 것이 도시되고 있다. 이때, 양극 산화가 이루어지지 않은 금속층, 즉 금속 산화물층(30)의 하부의 미산화 금속층은 박막 전극층(20)이 된다. 이때, 미산화 금속층은 도 6b를 참조하면 제2 금속층(21)일 수 있고, 도 2를 참조하면 제2 금속층(21)과 미산화 제1 금속층(25)일 수 있다.
다음으로, 도 5c 내지 5d 및/또는 도 6c 내지 6e 참조하여, 캐소드 구조체 형성 단계를 살펴본다. 캐소드 구조체 형성단계에서는 전극 구조체(도 1 및 2의 도면부호 1 참조, 도면부호 10, 20 및 30 참조)의 금속 산화물층(30) 상에 캐소드 구조체(40)가 형성된다. 이때, 도 5c 내지 5d 및 도 6c 내지 6e에 도시된 공정들은 도 5b 다음에 도 5c 내지 5d의 공정이, 도 6b 다음에 도 6c 내지 6e의 공정이 수행되는 것으로 도시되고 있으나, 서로 교차하여, 즉 도 5b 다음에 도 6c 내지 6e의 공정이, 도 6b 다음에 도 5c 내지 5d의 공정이 수행될 수도 있다. 또한, 도 5c 내지 5d 및 도 6c 내지 6e에서는 도 1에 도시된 바와 같은 전극 구조체(1) 상에 캐소드 구조체(40)가 형성되는 공정들을 도시하고 있으나, 도 2에 도시된 바와 같은 전극 구조체(1) 상에서 도 5c 내지 5d 또는 도 6c 내지 6e의 공정이 수행될 수도 있다.
또한, 도시되지 않았으나, 캐소드 구조체 형성단계에서는 전극 구조체 형성단계에서 형성된 전극 구조체와 제1 금속 전극층(45) 사이에 스페이서, 예컨대 종이류 등을 끼워 원통형으로 감은 상태로 전해질 용액에 침지시켜 스페이서가 삽입된 금속 산화물층(30)과 제1 금속 전극층(45) 사이의 공간으로 전해질 용액이 스며들게 하여 캐소드 구조체(40)를 형성할 수도 있다.
도 5c 내지 5d를 참조하여, 하나의 예에서의 캐소드 구조체 형성단계를 살펴본다. 캐소드 구조체 형성단계는 도체 전해질층 형성공정 및 제1 금속 전극층 형성공정을 포함할 수 있다. 도 5c를 참조하면, 도체 전해질층 형성공정에서는 도체 전해질층(41)이 적극 구조체의 금속 산화물층(30) 상에 형성된다. 예컨대, 도체 전해질층(41)은 전도성 고분자 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 적층 구조체를 전도성 고분자 수용액에 함침시킨 후 꺼내어 열처리를 통해 금속 산화물층(30) 상에 전도성 고분자층이 형성될 수 있다.
다음, 도 5d를 참조하면, 제1 금속 전극층 형성공정에서는 도체 전해질층(41) 상부에 제1 금속 전극층(45)이 형성된다. 제1 금속 전극층(45)은 증착, 도금 등의 방식으로 형성될 수 있다. 제1 금속 전극층(45)은 도체 전해질층(41) 상부에 형성되는 것이므로, 도 5d에 도시된 바와 같이 도체 전해질층(41) 상에 증착, 도금 등을 통해 형성될 수 있고, 또는 직접 도시되지 않았으나 도 6e를 참조하면 도체 전해질층(41) 상에 다른 재질의 도전체층이 형성되고 다른 재질의 도전체층 상에 제1 금속 전극층(45)이 형성될 수도 있다. 예컨대, 제1 금속 전극층(45)을 이루는 제1 금속은 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag) 등일 수 있다.
다음으로, 도 6c 내지 6e 참조하여, 하나의 예를 살펴보면, 캐소드 구조체 형성단계는 도체 전해질층 형성공정(도 6c 참조) 및 제1 금속 전극층 형성공정(도 6e 참조) 사이에 비금속 도전층 형성공정(도 6d 참조)을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 6c를 참조하면 도체 전해질층 형성공정에서 도체 전해질층(41)이 적극 구조체의 금속 산화물층(30) 상에 형성되고, 도 6d를 참조하면 비금속 도전층 형성공정에서 도체 전해질층(41) 상에 비금속 도전층(43)이 형성된다. 이때, 비금속 도전층(43)은 탄소재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 도체 전해질층(41) 상에 탄소 증착 방식으로 비금속 도전층(43)이 형성될 수 있다. 또한, 도 6e를 참조하면, 제1 금속 전극층(45)이 비금속 도전층(43) 상에 형성된다. 이때, 제1 금속 전극층(45)은 증착, 도금 등을 통해 형성될 수 있다. 또한, 예컨대, 제1 금속 전극층(45)을 이루는 제1 금속은 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag) 등일 수 있다.
이상에서, 전술한 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니라 본 발명에 대한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것이다. 또한, 전술한 구성들의 다양한 조합에 따른 실시예들이 앞선 구체적인 설명들로부터 당업자에게 자명하게 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 기재된 발명에 따라 해석되어야 하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변경, 대안, 균등물들을 포함하고 있다.
1: 커패시터용 적극 구조체
10: 폴리머 필름
20: 박막 전극층 21: 제2 금속층
25: 제1 금속층 30: 금속 산화물층
40: 캐소드 구조체 41: 전해질층 또는 도체 전해질층
43: 비금속 도전층 45: 제1 금속 전극층
20: 박막 전극층 21: 제2 금속층
25: 제1 금속층 30: 금속 산화물층
40: 캐소드 구조체 41: 전해질층 또는 도체 전해질층
43: 비금속 도전층 45: 제1 금속 전극층
Claims (17)
- 폴리머 필름;
상기 폴리머 필름 상에 형성된 박막 전극층; 및
상기 박막 전극층 상에 형성된 금속 산화물층;을 포함하는 커패시터용 전극 구조체.
- 청구항 1에서,
상기 박막 전극층은 제1 금속 성분을 포함하고,
상기 금속 산화물층은 상기 제1 금속 성분의 산화물층인 것을 특징으로 하는 커패시터용 전극 구조체.
- 청구항 1에서,
상기 박막 전극층은 제2 금속 성분을 포함하고,
상기 금속 산화물층은 상기 제2 금속 성분과 다른 제1 금속의 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 커패시터용 전극 구조체.
- 청구항 3에서,
상기 제2 금속 성분은 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 은(Ag) 중 하나이고,
상기 제1 금속은 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr) 중 하나인 것을 특징으로 하는 커패시터용 전극 구조체.
- 청구항 1 내지 4 중 어느 하나에서,
상기 폴리머 필름은 폴리에스터계, 폴리이미드계, 폴리프로필렌계 중 어느 하나의 폴리머 성분을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 커패시터용 전극 구조체.
- 청구항 1 내지 4 중 어느 하나에서,
상기 박막 전극층은 애노드 전극으로 작용하는 것을 특징으로 하는 커패시터용 전극 구조체.
- 청구항 1 내지 4 중 어느 하나에 따른 커패시터용 전극 구조체; 및
상기 전극 구조체 상에 형성된 캐소드 구조체;를 포함하는 전해 커패시터.
- 청구항 7에서,
상기 캐소드 구조체는 상기 전극 구조체 상에 형성된 전해질층 및 상기 전해질층 상에 형성된 제1 금속 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 커패시터.
- 청구항 8에서,
상기 전해질층은 도체 전해질로 이루어지고,
상기 캐소드 구조체는 상기 전해질층과 상기 제1 금속 전극층 사이에 비금속 도전층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 커패시터.
- 청구항 7에서,
상기 전극 구조체의 상기 폴리머 필름은 폴리에스터계, 폴리이미드계, 폴리프로필렌계 중 어느 하나의 폴리머 성분을 포함하여 이루어지고,
상기 전해 커패시터는 필름형 전해 커패시터인 것을 특징으로 하는 전해 커패시터.
- 폴리머 필름, 상기 폴리머 필름 상에 형성된 박막 전극층 및 상기 박막 전극층 상에 형성된 금속 산화물층을 포함하는 전극 구조체를 형성하는 단계; 및
상기 금속 산화물층 상에 캐소드 구조체를 형성하는 단계;를 포함하는 전해 커패시터 제조방법.
- 청구항 11에서,
상기 전극 구조체를 형성하는 단계는:
준비된 상기 폴리머 필름 상에 제1 금속을 박막 증착하는 공정; 및
상기 박막 증착된 상기 제1 금속의 표면을 양극 산화시켜 금속 산화물층을 형성하는 공정;를 포함하고,
상기 금속 산화물층의 하부의 미산화 금속층은 상기 박막 전극층인 것을 특징으로 하는 전해 커패시터 제조방법.
- 청구항 11에서,
상기 전극 구조체를 형성하는 단계는:
준비된 상기 폴리머 필름 상에 제2 금속을 박막 증착하는 공정;
상기 박막 증착된 제2 금속층 상에 상기 제2 금속과 다른 제1 금속으로 제1 금속층을 형성하는 공정; 및
상기 제1 금속층의 적어도 표면을 양극 산화시켜 금속 산화물층을 형성하는 공정;를 포함하고,
상기 금속 산화물층의 하부의 미산화 금속층은 상기 박막 전극층인 것을 특징으로 하는 전해 커패시터 제조방법.
- 청구항 13에서,
상기 제2 금속은 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 은(Ag) 중 하나이고,
상기 제1 금속은 알루미늄(Al), 탄탈(Ta), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr) 중 하나인 것을 특징으로 하는 전해 커패시터 제조방법.
- 청구항 11 내지 14 중 어느 하나에서,
상기 폴리머 필름은 폴리에스터계, 폴리이미드계, 폴리프로필렌계 중 어느 하나의 폴리머 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 커패시터 제조방법.
- 청구항 11 내지 14 중 어느 하나에서,
상기 캐소드 구조체를 형성하는 단계는: 상기 금속 산화물층 상에 도체 전해질층을 형성하는 공정; 및 상기 도체 전해질층 상부에 제1 금속 전극층을 형성하는 공정;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 커패시터 제조방법.
- 청구항 16에서,
상기 캐소드 구조체를 형성하는 단계는 상기 도체 전해질층 상에 비금속 도전층을 형성하는 공정를 더 포함하고,
상기 제1 금속 전극층은 상기 비금속 도전층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 전해 커패시터 제조방법.
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| WITN | Withdrawal due to no request for examination |