KR20160144444A - 미소공성 금속 포일 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

표면에 높은 경도의 미립자들을 갖는 패턴 롤과 경질 금속 롤 사이의 갭을 통과하여 금속 포일에 미세한 구멍들을 형성함으로써 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 방법 및 장치로서, (a) 높은 인장 강도를 갖는 경질 플라스틱 층과 연질 플라스틱 층을 포함하는 플라스틱 시트 적층물이, 금속 포일 측에 연질 플라스틱 층이 있도록, 금속 포일과 경질 금속 롤 사이에 삽입되고, (b) 기계적 진동이 패턴 롤 및 경질 금속 롤 중 하나 이상에 주어진다.

Description

미소공성 금속 포일 제조 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING MICROPOROUS METAL FOIL}
본 발명은 리튬 이온 배터리(battery)들, 리튬 이온 커패시터(capacitor)들, 전기 이중 층 커패시터들 등의 전류 콜렉터(current collector)들을 위해 적절한 미소공성 금속 포일(foil), 이를테면, 미소공성 알루미늄 포일 등을 효율적으로 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
증가된 에너지 밀도들을 갖춘 알루미늄 이온 배터리들, 리튬 이온 커패시터들, 전기 이중 층 커패시터들 등을 제공하기 위해, 전류 콜렉터들은 바람직하게는 포지티브 전극 전위(positive electrode potential)를 감소시키기 위해 관통 구멍(pore)들을 갖는다. 알루미늄 포일들은 전류 콜렉터들로서 널리 사용되며, 관통 구멍들은 다양한 방법들에 의해 형성된다.
예컨대, JP 2011-74468 A 는 많은 수의 관통 구멍들을 갖는 알루미늄 포일을 동시적으로 드로잉(drawing) 및 벤딩(bending)함으로써 관통 구멍들을 갖는 고강도 알루미늄 포일을 제조하기 위한 방법을 개시한다. 0.2 내지 5 ㎛ 의 내경을 갖는 관통 구멍들은 알루미늄 포일이, 에칭된(etched) 자국(pit)들을 형성하기 위해 메인 구성 성분으로서 염산을 포함하는 전해 수용액으로 DC 에칭되고, 화학적 에칭에 의해 에칭된 자국들의 직경을 조절하는 것을 겪게 함으로써 형성될 수 있다. 하지만, 에칭된 자국들이 작은 내경들을 갖기 때문에, 충분한 양의 활성 물질이 관통 구멍들에 들어가지 않고, 충분히 높은 에너지 밀도를 얻는데 실패한다. 게다가, 에칭에 의한 관통 구멍들의 형성은 낮은 생산성을 갖기 때문에, 미소공성 금속 포일을 비싸지 않게 제조하기 위해서 적절하지 않다.
JP 2011-165637 A 는 리튬 이온 배터리의 포지티브 전극을 형성하기 위해 포지티브 활성 물질 층이 제공되는, 포지티브 전류 콜렉터를 제조하기 위한 방법을 개시하며, 포지티브 전류 콜렉터는, 포지티브 활성 물질 층이 형성되는 표면에 복수의 자국형 구멍들이 제공되는 알루미늄 합금 포일에 의해 구성되고, 구멍들은 1.0 내지 5 ㎛ 의 평균 구멍 크기를 갖고, 평균 구멍 크기/평균 구멍 깊이의 비(ratio)는 1.0 이하이며, 이 방법은 알루미늄 합금 포일이 DC 전해질 에칭을 겪는 단계, 수성 유기 인산 수용액으로 에칭된 알루미늄 포일을 처리하는 단계를 포함한다. 하지만, DC 전해질 에칭에 의해 형성되는 자국형 구멍들이 5 ㎛ 이하와 같은 작은 평균 구멍 크기를 갖기 때문에, 충분한 양의 활성 물질이 자국형 구멍들에 들어가지 않는다. 게다가, JP 2011-74468 A 와 같이, 에칭에 의한 관통 구멍들의 형성의 낮은 생산성 때문에, 미소공성 금속 포일을 비싸지 않게 제조하기 위해서 적절하지 않다.
JP 2012-186142 A 는, 활성 물질로 채워지는 복수의 다공성 알루미늄 시트들을 적층함으로써 형성되는 전자화학 디바이스들을 위한 전극을 제조하기 위한 방법을 개시하며, 이는 활성 물질로 각각의 다공성 알루미늄 시트를 채우는 단계, 얇은 다공성 알루미늄 시트를 제공하기 위해 이를 압축하는 단계, 및 그 후 활성 물질이 채워진, 복수의 얇은 다공성 알루미늄 시트들을 적층하는 단계를 포함한다. 다공성 알루미늄 시트는, 예컨대, 메인 구성 성분들로서 Al 분말, 바인더(binder) 및 유기 용제를 포함하는 페이스트(paste)에 의해 발포형(foamed) 수지를 침지시키는 도금(plating), 증기 증착, 스퍼터링(sputtering), CVD 등에 의해 3 차원 네트워크(network) 구조를 갖는 발포형 수지에 Al 의 융점과 동일한 또는 그 미만의 온도에서 코팅되는 공정 합금(eutectic alloy)을 형성하고, 그 후 550 내지 750℃ 의 온도에서 비산화 대기로 이를 열처리함으로써 제조된다. 하지만, 이러한 다공성 알루미늄 시트는 복잡한 제조 방법에서뿐만 아니라, 또한 3 차원 네트워크 구조에 의한 열악한 기계적 강도에서 불리하다. 또한, 낮은 생산성 때문에 미소공성 금속 포일을 비싸지 않게 제조하기 위해서 적절하지 않다.
리튬 이온 배터리들, 리튬 이온 커패시터들, 전기 이중 층 커패시터들 등에서 적절하게 사용 가능한, 미소공성 금속 포일, 이를테면 활성 물질을 보유하기 위해 충분히 미세한 구멍들을 갖고, 뿐만 아니라 높은 기계적 강도를 갖는 미소공성 알루미늄 포일 등을 비싸지 않게 제조하기 위한 방법 및 장치가 상기 상황들의 관점에서 볼 때 바람직하다.
: 특개 2011-74468 호 공보 : 특개 2011-165637 호 공보 : 특개 2012-186142 호 공보
따라서, 본 발명의 목적은 활성 물질을 보유하기 위해 충분히 미세한 구멍들을 갖고, 뿐만 아니라 높은 기계적 강도를 갖는 미소공성 금속 포일을 비싸지 않고 효율적으로 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적의 관점에서의 집중적인 연구의 결과로서, 발명자는 금속 포일이 다수의 미세한 구멍들을 형성하기 위해, 표면에 높은 경도의 미립자들을 갖는 패턴 롤과 대향하는 경질 금속 사이의 갭을 압력 하에서 통과할 때, (a) 양쪽 롤들 사이에 높은 인장 강도를 갖는 경질 플라스틱 층과 연질 플라스틱 층을 포함하는 플라스틱 시트 적층물을 금속 포일 측에 연질 플라스틱 층이 있도록 삽입하는 것은 금속 포일의 구멍 형성비를 현저하게 개선하고, (b) 양쪽 롤들에 주어진 진동이 동일한 패턴 롤에 의한 것이라도 금속 포일의 구멍 형성비를 더 개선하며, 스캐터링(scattering) 없이 플라스틱 시트에 의해 유지되는 구멍들의 형성 동안 대부분의 버(burr)들이 금속 포일로부터 탈락되는 것을 발견하였다. 본 발명은 이러한 발견을 기본으로 하여 완성되었다.
따라서, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 본 발명의 방법은 표면에 높은 경도의 미립자들을 갖는 패턴 롤과 경질 금속 롤 사이의 갭을 통과하는 금속 포일에 미세한 구멍들을 형성하는 단계를 포함하며;
(a) 높은 인장 강도를 갖는 경질 플라스틱 층과 연질 플라스틱 층을 포함하는 플라스틱 시트 적층물은, 금속 포일 측에 연질 플라스틱 층이 있도록, 금속 포일과 경질 금속 롤 사이에 삽입되고
(b) 기계적 진동은 패턴 롤과 경질 금속 롤 중 하나 이상에 주어진다.
미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 본 발명의 장치는,
표면에 다수의 높은 경도의 미립자들을 갖는 패턴 롤, 및 갭을 갖고 패턴 롤에 대향하는 경질 롤을 포함하는 구멍 형성 장치,
패턴 롤과 경질 롤 사이의 갭을 금속 포일이 통과하기 위한 제 1 가이드 수단,
금속 포일과 경질 롤 사이의 갭을 통하여, 높은 인장 강도를 갖는 경질 플라스틱 층과 연질 플라스틱 층을 포함하는 플라스틱 시트 적층물이 통과하기 위한 제 2 가이드 수단, 및
패턴 롤과 경질 금속 롤 중 하나 이상에 기계적 진동을 주기 위한 진동 수단을 포함하고,
금속 포일과 플라스틱 시트 적층물은, 금속 포일, 연질 플라스틱 층 및 경질 플라스틱 층이 패턴 롤 측으로부터 이러한 순서로 배열되고, 기계적 진동 하에서 패턴 롤과 경질 롤 사이의 갭을 통과하며, 이에 의해 금속 포일에 미세한 관통 구멍들을 형성하도록 겹쳐진다.
금속 포일에 대한 패턴 롤의 푸싱(pushing) 힘은 바람직하게는 선형 압력으로 50 내지 600 kgf/㎝ 이다.
기계적 진동은 바람직하게는 금속 포일에 대하여 수직인 성분을 갖는다. 기계적 진동은 바람직하게는 패턴 롤 또는 경질 금속 롤의 각각의 베어링에 장착되는 진동 모터에 의해 주어진다. 기계적 진동에 의해, 패턴 롤 및 경질 금속 롤 모두는 수직으로 진동된다(롤 갭에 대해 수직인 방향). 기계적 진동의 진동수는 바람직하게는 500 내지 2000 ㎐ 이다.
패턴 롤은 표면에 바람직하게는 날카로운 에지들 그리고 5 이상의 모스 경도(Mohs hardness)를 갖는 높은 경도의 미립자들을 갖는다. 높은 경도의 미립자들은 바람직하게는 50 내지 500 ㎛ 범위의 입자 크기들을 갖는다. 미립자들은 바람직하게는 30 내지 80 % 의 면적비로 롤 표면에 부착된다.
본 발명에서, 표면에 높은 경도의 미립자들을 갖는 패턴 롤과 경질 금속 롤 사이의 갭을 통과하는 금속 포일의 미세한 구멍들의 형성에서, 높은 인장 강도를 갖는 경질 플라스틱 층과 연질 플라스틱 층을 포함하는 플라스틱 시트 적층물은, 금속 포일 측에 연질 플라스틱 층이 놓이도록, 금속 포일과 경질 금속 롤 사이에 삽입되고, 기계적 진동은 패턴 롤 및 경질 금속 롤 중 하나 이상에 주어진다. 따라서, (a) 미세한 관통 구멍들이 높은 밀도로 금속 포일에 형성될 수 있고, (b) 미세한 관통 구멍들의 형성에 의해 발생되는 대부분의 탈락된 미세한 금속 포일 버들은 플라스틱 시트에 의해 포집될 수 있다. 따라서, 높은 밀도로 미세한 관통 구멍들이 제공되는 금속 포일이 비싸지 않고 효율적으로 제조될 수 있다. 본 발명에 의해 제조되는 미소공성 금속 포일들은 리튬 이온 배터리들, 리튬 이온 커패시터들, 전기 이중 층 커패시터들 등에 사용되는 전류 콜렉터들 등을 위해 적절하다.
도 1은 본 발명의 제조 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 도 1의 장치의 구멍 형성 장치를 도시하는 정면도이다.
도 3은 패턴 롤의 높은 경도의 미립자들에 의해 금속 포일에 관통 구멍들을 형성하기 위하여 플라스틱 시트 적층물과 함께 패턴 롤과 경질 금속 롤 사이를 지나가는 금속 포일을 도시하는 부분 확대 횡단면도이다.
도 4는 패턴 롤과 경질 금속 롤 사이에서, 금속 포일을 관통하는 높은 경도의 미립자들에 의한 연질 플라스틱 층 안으로의 금속 포일 버들의 침투를 상세하게 도시하는 부분 확대 횡단면도이다.
도 5는 실시예 1의 미소공성 알루미늄 포일을 도시하는 광학 현미경 사진(25 배)이다.
도 6은 실시예 1의 미소공성 알루미늄 포일을 도시하는 광학 현미경 사진(80 배)이다.
도 7은 비교예 1의 미소공성 알루미늄 포일을 도시하는 광학 현미경 사진(25 배)이다.
도 8은 비교예 1의 미소공성 알루미늄 포일을 도시하는 광학 현미경 사진(80 배)이다.
도 9는 비교예 2의 미소공성 알루미늄 포일을 도시하는 광학 현미경 사진(25 배)이다.
도 10은 비교예 2의 미소공성 알루미늄 포일을 도시하는 광학 현미경 사진(80 배)이다.
도 11은 비교예 3의 미소공성 알루미늄 포일을 도시하는 광학 현미경 사진(25 배)이다.
도 12는 비교예 3의 미소공성 알루미늄 포일을 도시하는 광학 현미경 사진(80 배)이다.
도 13은 실시예 2의 미소공성 구리 포일을 도시하는 광학 현미경 사진(25 배)이다.
도 14는 실시예 2의 미소공성 구리 포일을 도시하는 광학 현미경 사진(80 배)이다.
본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 이하에 상세하게 설명될 것이다. 각각의 실시예의 설명들은 달리 언급되지 않는 한 다른 실시예들에 적용 가능하다. 이하의 설명들은 제한적인 것이 아니며, 다양한 수정들이 본 발명의 범주 내에서 이루어질 수 있다.
[1] 제조 장치
미소공성 금속 포일은 바람직하게는, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같은 구멍 형성 장치를 포함하는 장치에 의해 제조된다. 이러한 장치는 패턴 롤(1), 경질 금속 롤(2), 제 1 릴 내지 제 4 릴(3 내지 6), 패턴 롤(1) 및 경질 금속 롤(2)을 위한 백업(backup) 롤(7, 8)들, 및 가이드 롤(9a, 9b, 10a, 10b)들을 포함한다. 제 1 릴(3)로부터 감기는 리본 형상 금속 포일(11) 그리고 제 2 릴(4)로부터 감기는 리본 형상 플라스틱 시트 적층물(12)은 패턴 롤(1)의 상류인 한 쌍의 가이드 롤(9a, 9b)들을 통하여 겹쳐지고, 패턴 롤(1)과 경질 금속 롤(2) 사이의 갭을 통과한다. 결과적인 미소공성 금속 포일(11')은 제 3 릴(5) 주위에 감기고, 사용된 플라스틱 시트 적층물(12')은 제 4 릴(6) 주위에 감긴다. 금속 포일(11)은 패턴 롤(1)의 측에 배열되고, 플라스틱 시트 적층물(12)은 경질 금속 롤(2)의 측에 배열된다. 백업 롤(7, 8)들에 의해, 패턴 롤(1)은 금속 포일(11)에 충분한 푸싱 힘을 균일하게 가한다. 결과적인 미소공성 금속 포일(11')은 패턴 롤(1)의 하류인 가이드 롤(10a)에 의해 사용된 플라스틱 시트 적층물(12')로부터 필링되고(peeled), 가이드 롤(10b)은 사용된 플라스틱 시트 적층물(12')이 제 4 릴(6) 주위에 감기도록 텐션(tension)을 가한다.
도 1에 도시된 제조 장치에서, 처리되지 않은 금속 포일(11)과 결과적인 금속 포일(11')을 공급하기 위해 사용되는 제 1 릴(3), 한 쌍의 가이드 롤(9a, 9b)들, 가이드 롤(10a), 및 제 3 릴(5)이 전체로서 제 1 가이드 수단을 구성한다. 물론, 제 1 가이드 수단은 이러한 구성으로 제한되지 않으며, 금속 포일(11)이 패턴 롤(1)과 경질 금속 롤(2) 사이의 갭을 효과적으로 통과하기 위한 임의의 가이드 수단이 포함될 수 있다. 또한, 플라스틱 시트 적층물(12)을 공급하기 위해 사용되는 제 2 릴(4), 한 쌍의 가이드 롤(9a, 9b)들, 및 가이드 롤(10b)이 전체로서 제 2 가이드 수단을 구성한다. 물론, 제 2 가이드 수단은 이러한 구성으로 제한되지 않으면, 플라스틱 시트 적층물(12)이 패턴 롤(1)과 경질 금속 롤(2) 사이의 갭을 효과적으로 통과하기 위한 임의의 가이드 수단이 포함될 수 있다.
금속 포일(11) 및 플라스틱 시트 적층물(12)에 실질적으로 동일한 텐션을 제공하기 위한 조절 수단(도시되지 않음)이 바람직하게는 부가된다. 텐션 조절 수단은 보통 금속 포일(11) 및 플라스틱 시트 적층물(12)의 각각을 위한 복수의 이동 가능한 가이드 롤들을 조합함으로써 얻어진다. 하나 또는 그 초과의 가이드 롤들의 위치들을 제어함으로써, 금속 포일(11) 및 플라스틱 시트 적층물(12)의 각각에 가해지는 텐션은 변경될 수 있고, 이에 의해 이들을 위한 최적의 텐션을 유지한다.
도 2에 도시된 구멍 형성 장치에서, 백업 롤(7), 패턴 롤(1), 경질 금속 롤(2) 및 백업 롤(8)은 베어링(27, 21, 22, 28)들을 통하여 한 쌍의 프레임(30, 30)들에 의해 위에서부터 이러한 순서로 회전 가능하게 지지된다. 백업 롤(7, 8)들은 고무 롤들일 수 있다. 묘사된 실시예에서, 패턴 롤(1) 및 경질 금속 롤(2) 양쪽은 구동(driving) 롤들이고, 진동 모터(32, 33)들은 경질 금속 롤(2)의 양쪽의 베어링(22, 22)들에 장착된다. 패턴 롤(1)의 베어링(21, 21)들은 프레임(30, 30)들에 고정되고, 상부 및 하부 백업 롤(7, 8)들 및 경질 금속 롤(2)의 베어링(27, 27, 28, 28, 22, 22)들은 한 쌍의 프레임(30, 30)들을 따라 이동 가능하다. 상부 백업 롤(7)의 베어링(27, 27)들 양쪽은 구동 수단(34, 34)과 맞물리고, 하부 백업 롤(8)의 베어링(28, 28)들 양쪽은 구동 수단(36, 36)과 맞물린다. 상부 백업 롤(7)은 패턴 롤(1)을 하방으로 푸시하고, 하부 백업 롤(8)은 경질 금속 롤(2)을 상방으로 푸시한다. 경질 금속 롤(2)은 백업 롤(8)에 의해 플라스틱 적층물(12) 및 금속 포일(11)을 통하여 패턴 롤(1)로 푸시된다. 이는 패턴 롤(1)이 금속 포일(11) 및 플라스틱 시트 적층물(12)을 통하여 경질 금속 롤(2)로 푸시되는 것을 의미한다. 패턴 롤(1) 및 경질 금속 롤(2)이 백업 롤(7, 8)들에 의해 푸시되기 때문에, 구멍들의 형성 동안 패턴 롤(1) 및 경질 금속 롤(2)의 탄성 변형은 방지될 수 있다.
(1) 패턴 롤
도 3에 상세하게 도시된 바와 같이, 패턴 롤(1)은 바람직하게는 표면에 임의로 날카로운 에지들 및 5 이상의 모스 경도를 갖는 높은 경도의 미립자(10)들을 갖는 경질 금속 롤, 예컨대 JP 2002-59487 A 에 설명된 다이아몬드 롤이다. 다이아몬드 등의 높은 경도의 미립자(10)들은 바람직하게는 50 내지 500 ㎛, 더 바람직하게는 100 내지 400 ㎛ 의 입자 크기들을 갖는다. 패턴 롤(1)의 높은 경도의 미립자(10)들의 면적비(롤 표면을 차지하는 높은 경도의 미립자(10)들의 비)는 바람직하게는 30 내지 80 %, 더 바람직하게는 50 내지 80 % 이다. 높은 경도의 미립자(10)들은 니켈 도금층(14) 등에 의해 롤 본체에 고정된다.
금속 포일(11)의 구멍들의 형성 동안 패턴 롤(1)의 편향을 방지하기 위해, 패턴 롤(1)의 롤 본체는 바람직하게는 경질 금속으로 만들어진다. 경질 금속은 금형강(die steel), 이를테면 SKD11 일 수 있다.
(2) 경질 금속 롤
패턴 롤(1)을 대향하는 경질 금속 롤(2)은 또한 바람직하게는, 구멍들의 형성 동안 편향을 방지하기 위해, 경질 금속, 이를테면 금형강으로 만들어진다.
[2] 제조 방법
(1) 플라스틱 시트 적층물
플라스틱 시트 적층물(12)은 높은 경도의 미립자(10)들이 쉽게 침투하도록 금속 포일(11)을 관통하는 것을 가능하게 하는 바와 같은 연질을 갖는 연질 플라스틱 층(12a), 그리고 높은 인장 강도를 갖는 경질 플라스틱 층(12b)으로 구성된다. 금속 포일(11) 및 플라스틱 시트 적층물(12)이, 금속 포일(11)의 측에 연질 플라스틱 층(12a)이 있도록, 패턴 롤(1)과 경질 금속 롤(2) 사이의 갭을 통과할 때, 금속 포일(11)을 관통하는 높은 경도의 미립자(10)들은 연질 플라스틱 층(12a) 안으로 충분히 침투할 수 있는 반면, 금속 포일(11)의 구멍들의 형성 동안 큰 텐션 하에서라도 플라스틱 시트 적층물(12)은 연장되지 않는데 이는 경질 플라스틱 층(12b) 때문이다.
연질 플라스틱들은 열가소성 가요성 폴리머들, 이를테면 폴리올레핀, 연질 폴리비닐 클로라이드 등일 수 있다. 폴리올레핀들은 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 무연신(unoriented) 폴리프로필렌(CPP), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(EVAc) 등일 수 있다. 높은 인장 강도를 갖는 경질 플라스틱들은 열가소성 가요성 폴리머들, 이를테면 폴리에스테르들, 이를테면 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등, 폴리아미드들, 이를테면 나일론들(Ny) 등, 연신 폴리프로필렌(OPP)등일 수 있다.
연질 플라스틱 층(12a)은 바람직하게는 20 내지 300 ㎛ 의 두께를 갖는다. 연질 플라스틱 층(12a)의 두께가 20 ㎛ 미만일 때, 패턴 롤(1)에 있는 것들 중에 대부분의 높은 경도의 미립자(10)들이 연질 플라스틱 층(12a)을 침투하여 경질 플라스틱 층(12b)에 도달되고, 이는 금속 포일(11)의 낮은 구멍 형성비를 초래한다. 다른 한편, 연질 플라스틱 층(12a)의 두께가 300 ㎛ 를 초과할 때, 이는 높은 경도의 미립자(10)들의 침투 깊이를 무의미하게 초과한다. 연질 플라스틱 층(12a)의 두께는 더 바람직하게는 30 내지 150 ㎛, 가장 바람직하게는 30 내지 100 ㎛ 이다.
경질 플라스틱 층(12b)은, 경질 플라스틱의 타입에 따라 변할 수 있지만, 단지 플라스틱 시트 적층물(12)에 충분한 인장 강도를 부여하기에 충분한 두께이면 된다. 구체적으로, 경질 플라스틱 층(12b)의 두께는 약 10 내지 30 ㎛ 일 수 있다. 연질 플라스틱 층(12a) 및 경질 플라스틱 층(12b)은 약 5 내지 30 ㎛ 두께의 접착제에 의해 접착될 수 있거나, 열 적층될 수 있다.
(2) 금속 포일
다공성으로 만들어질 금속 포일(11)은 바람직하게는 알루미늄 포일, 구리 포일 또는 스테인리스 강 포일이다. 특히, 알루미늄 포일이 리튬 이온 배터리들, 리튬 이온 커패시터들, 전기 이중 층 커패시터들 등의 전류 콜렉터들을 위해 사용될 수 있고, 구리 포일은 에너지 저장 디바이스들, 이를테면 리튬 이온 배터리들, 리튬 이온 커패시터들 등의 양극들 또는 음극들을 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은 약 5 내지 50 ㎛ 의 두께를 갖는 금속 포일(11)에 구멍들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 리튬 이온 배터리들의 전류 콜렉터들 등을 위해 적절하게 사용 가능한 미소공성 금속 포일(11)을 얻기 위해, 구멍들은 바람직하게는 30 ㎛ 이하, 더 바람직하게는 25 ㎛ 이하의 두께를 갖는 금속 포일(11)에 형성될 수 있다.
(3) 구멍 형성 방법
도 1에 도시된 바와 같이, 플라스틱 시트 적층물(12)에 의해 겹쳐지는 금속 포일(11)은, 경질 금속 롤(2)의 측에 플라스틱 시트 적층물(12)이 있고, 금속 포일(11)의 측에 연질 플라스틱 층(12a)이 있도록 패턴 롤(1)과 경질 금속 롤(2) 사이의 갭을 통과하는 것이 야기되어서, 금속 포일(11)을 푸싱하는 패턴 롤(1)의 높은 경도의 미립자(10)들은 금속 포일(11)을 관통하고 플라스틱 시트 적층물(12)의 연질 플라스틱 층(12a) 안으로 침투하게 된다. 도 4는 다양한 크기들을 갖고 패턴 롤(1)에 고정되는 높은 경도의 미립자(10)들에 의해 금속 포일(11)에 다양한 크기들을 갖는 관통 구멍들(관통되지 않는 구멍들을 포함)의 형성을 도시한다. 높은 경도의 미립자(10)들이 패턴 롤(1)의 니켈 도금층(14)으로부터 상이한 높이들로 돌출하더라도, 금속 포일(11)을 관통하는 높은 경도의 미립자(10)들은 연질 플라스틱 층(12a) 안으로 충분하게 침투하는데, 이는 연질 플라스틱 층(12a)이 높은 경도의 미립자(10)들의 충분한 침투를 허용할 정도로 두껍기 때문이다. 높은 경도의 미립자(10)들이 금속 포일(11)을 관통할 때, 금속 포일(11)은 복잡하게 절단되고 높은 경도의 미립자(10)들을 따라 구부러지며, 높은 경도의 미립자(10)들과 함께 연질 플라스틱 층(12a) 안으로 침투한다. 연질 플라스틱 층(12a)이 충분히 연질이기 때문에, 금속 포일(11)은 단지 높은 경도의 미립자(10)들이 관통하는 부분들에서만 구부러지고, 연질 플라스틱 층(12a) 안으로 침투한다.
금속 포일(11)에 다수의 관통 구멍들을 형성하기 위해, 패턴 롤(1)의 푸싱 힘은 바람직하게는 선형 압력으로 50 내지 600 kgf/㎝ 이다. 푸싱 힘은 금속 포일(11)의 폭으로 패턴 롤(1)의 양쪽 샤프트들에 가해지는 하중을 나눔으로써 얻어진 값이다. 예컨대, 구멍들이 패턴 롤(1)의 양쪽 샤프트들 상으로 3 톤 + 3 톤의 하중 하에서 30 ㎝ 너비 금속 포일(11)에 형성될 때, 푸싱 힘은 (3000 + 3000) / 30 = 200 kgf/㎝ 이다. 패턴 롤(1)의 푸싱 힘이 50 kgf/㎝ 미만일 때, 충분한 수의 관통 구멍들이 형성되지 않는다. 다른 한편, 패턴 롤(1)의 푸싱 힘이 600 kgf/㎝ 초과일 때, 금속 포일(11)은 파손될 수 있다. 더 바람직하게는, 푸싱 힘은 100 내지 400 kgf/㎝ 이다.
플라스틱 시트 적층물(12)의 연질 플라스틱 층(12a)이 충분히 큰 압축 저항을 갖기 때문에, 금속 포일(11)을 관통하는 높은 경도의 미립자(10)들이 상기 푸싱 힘 하에서 침투할 때, 플라스틱 시트 적층물은 압축에 의해 변형되지 않는다. 따라서, 높은 경도의 미립자(10)들은, 금속 포일(11)의 주름들 및 파손 없이, 금속 포일(11)에 들쑥날쑥함이 없는(raggedness-free) 관통 구멍들을 형성할 수 있다.
(4) 진동
패턴 롤(1) 및 경질 금속 롤(2)이 패턴 롤(1)의 높은 경도의 미립자(10)들에 의해 금속 포일(11)에 관통 구멍들을 형성하는 동안 기계적으로 진동되는 것이 발견되었으며, (1) 높은 경도의 미립자(10)들은 금속 포일(11) 안으로 깊게 침투하여, 큰 평균 구멍 크기를 갖는 다수의 관통 구멍들을 형성하고, (b) 관통 구멍들의 형성에 의해 발생되는 버들은 플라스틱 시트 적층물(12)에 부착되어서, 이들은 금속 포일(11)이 플라스틱 시트 적층물(12)로부터 필링될 때 금속 포일(11)로부터 탈락되려는 경향을 갖고, 관통 구멍들의 에지들에 버들이 거의 없는 미소공성 금속 포일을 초래한다. 기계적 진동은 적어도 금속 포일(11)에 대해 수직인 성분을 가져야 한다(금속 포일(11)의 패턴 롤(1)의 높은 경도의 미립자(10)들의 관통 방향으로).
패턴 롤(1) 및 경질 금속 롤(20에 대하여 주어진 진동은 패턴 롤(1) 또는 경질 금속 롤(2)의 양쪽 베어링들에 장착되는 진동 모터들로부터 얻어질 수 있다. 진동 모터(32, 32)들이 도 2에 도시된 예에서 경질 금속 롤(2)의 양쪽 베어링(22, 22)들에 장착되지만, 진동 모터들은 패턴 롤(1) 및 경질 금속 롤(2)의 양쪽에 장착될 수 있다. 어떠한 경우라도, 패턴 롤(1) 및 경질 금속 롤(2) 양쪽을 힘차게 진동시키기 위한 정도로 기계적 진동을 가하는 것이 바람직하다.
도 2에 도시된 실시예를 참조하여 이하에서 설명될 것이다. 진동 모터(32)는 모터의 회전 샤프트에 부착된 불균형 상태의 중량체의 회전에 의해 진동을 발생하는 구조를 갖는다. 따라서, 진동 모터(32, 32)들이, 각각의 진동 모터(32)의 회전 샤프트가 경질 금속 롤(2)의 회전 샤프트와 평행하도록 패턴 롤(2)의 양쪽 베어링(22, 22)들에 장착될 때, 발생되는 진동은 패턴 롤(1)과 경질 금속 롤(2) 사이의 갭에 대해 수직인 성분을 갖는다(금속 포일(11)에 대해 패턴 롤(1)의 높은 경도의 미립자(10)들을 수직으로 프레싱하는 방향으로). 이러한 진동 모터(32)는, 예컨대, Uras Techno Co., Ltd 로부터 이용 가능한 Uras 진동기일 수 있다. 진동의 진동수는 100 내지 2000 ㎐ 범위에서 적절하게 설정될 수 있다.
기계적 진동이 금속 포일(11)에 대해 프레스되는 패턴 롤(1)의 높은 경도의 미립자(10)들에 대해 주어질 때, 높은 경도의 미립자(10)들이 더 날카로운 에지들을 갖는 것처럼 작용하여, 높은 경도의 미립자(10)들에 의해 금속 포일(11)의 절단, 그리고 금속 포일(11)로부터 관통 구멍들의 형성에 의해 발생되는 버들의 탈락이 더 용이하게 된다는 사실로 인해 진동에 의한 상기 효과 (a) 및 (b) 가 얻어지는 것으로 보인다. 이러한 기능들을 증거하기 위해, 패턴 롤(1) 및 경질 금속 롤(2)은 바람직하게는 완전히 진동된다. 패턴 롤(1) 및 경질 금속 롤(2)에 주어지는 높은 파워의 진동은, 불충분한 에너지 때문에, 예컨대 초음파 진동에 의해 얻어질 수 없다.
(5) 미소공성 금속 포일(5)의 필링
패턴 롤(1)과 경질 금속 롤(2) 사이의 갭을 통과하는 금속 포일(11) 및 플라스틱 시트 적층물(12)은 하류의 가이드 롤(10a)에 의해 분리된다. 진동 하에서 날카로운 관통 구멍들의 형성에 의해 발생되는 금속 포일(11)의 대부분의 버들이 플라스틱 시트 적층물(12)의 연질 플라스틱 층(12a) 깊은 곳에 있기 때문에, 대부분의 버들은 플라스틱 시트 적층물(12)의 연질 플라스틱 층(12a)에 남아있고, 결과적인 미소공성 금속 포일(11')이 플라스틱 시트 적층물(12)로부터 필링될 때, 대부분의 잔류하는 버들은 필링 작업에 의해 미소공성 금속 포일(11')로부터 탈락된다. 따라서 실질적으로 버들이 없는 다수의 관통 구멍들을 갖는 미소공성 금속 포일(11')이 얻어진다.
[3] 미소공성 금속 포일
본 발명에 의해 얻어진 미소공성 금속 포일(11')은 날카로운 개구들을 갖는 다수의 관통 구멍들을 갖는다. 예컨대, 관통 구멍들이, 표면의 30 내지 80 % 의 면적비로 50 내지 500 ㎛ 의 입자 크기들을 갖는 미세한 다이아몬드 입자(10)들을 갖는 다이아몬드 롤(1)을 사용하여, 30 내지 300 ㎛ 의 두께를 갖는 플라스틱 시트 적층물(12)에 겹쳐지는, 약 5 내지 50 ㎛ 의 두께를 갖는 금속 포일(11)에 50 내지 600 kgf/㎝ 의 푸싱 힘으로 형성될 때, 관통 구멍들은 실질적으로 50 내지 400 ㎛ 의 구멍 크기들을 갖고, 100 ㎛ 이상의 구멍 크기들을 갖는 관통 구멍들의 수는 500 개 이상이다. 하지만, 높은 경도의 미립자(10)들에 의해 형성되는 패인 부분(dent)들과 관통 구멍들을 엄격하게 구별하는 것이 어렵기 때문에, 미소공성 금속 포일(11')의 관통 구멍들의 면적비는 광 투과율에 의해 평가된다. 광 투과율(%)은 660 ㎚ 의 파장을 갖는 입사광(I0)에 대한 미소공성 금속 포일(11')을 통하여 투과하는 광(I)의 비(I/I0 x 100)이다. 본 발명의 방법에 의해 제조되는 미소공성 금속 포일(11')의 광 투과율은 일반적으로 0.5 내지 5 % 이지만, 조건들에 따라 변할 수 있다.
본 발명은, 제한의 의도 없이, 이하의 실시예들에 의해 더 상세하게 설명될 것이다.
실시예 1
니켈 도금에 의해 200 ㎜ 의 외경을 갖는 SKD11 의 롤에 100 내지 400 ㎛ 의 입자 크기 분포를 갖는 미세한 다이아몬드 입자(10)들을 부착함으로써 얻어지는 패턴 롤(1), 그리고 200 ㎜ 의 외경을 갖는 SKD11 의 경질 롤(2)은 도 2에 도시된 장치에 장착되었고, 진동 모터들(Uras Techno Co., Ltd. 로부터 이용 가능한 "Uras 진동기" KEE-6-2B)(32, 32)는 경질 롤(2)의 양쪽 베어링(22, 22)들에 장착되었다. 각각의 진동 모터(32)는 경질 롤(2)의 회전 축선과 평행한 회전 축선을 가졌다. 이러한 진동 모터는 편심 중량체의 회전에 의해 진동을 발생하는 구조를 가졌고, 회전 경질 롤(2)에 부가되는 진동(양쪽 롤(1, 2)들의 갭에 대해 수직)은 1200 ㎐ 의 진동수를 가졌다.
20 ㎛ 두께의 알루미늄 포일(11), 그리고 40 ㎛ 두께의 폴리에틸렌 층(12a) 및 12 ㎛ 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 층(12b)으로 이루어지는 플라스틱 시트 적층물(12)은, 경질 롤(2)의 측에 플라스틱 시트 적층물(12)이 있고, 알루미늄 포일(11)의 측에 폴리에틸렌 층(12a)이 있도록, 양쪽의 회전 롤들(1, 2) 사이의 갭을 통과하도록 야기되었다. 이러한 조건에서, 관통 구멍들은 10 m/분 의 속도로 알루미늄 포일(11)에 형성되었다. 플라스틱 시트 적층물(12)로부터 필링되는 미소공성 알루미늄 포일(11')은 파손, 주름들 등과 같은 결함들이 없었다.
실시예 1의 미소공성 알루미늄 포일(11')의 광학 현미경 사진(25배 및 80배)이 도 5 및 도 6에 각각 도시된다. 도 5의 광학 현미경 사진의 관찰은 관통 구멍들이 실질적으로 50 내지 400 ㎛ 의 구멍 크기 분포를 갖고, 100 ㎛ 이상의 구멍 크기들을 갖는 관통 구멍들의 수가 약 600/㎠ 인 것을 드러냈다. 도 6의 광학 현미경 사진의 관찰은 에지들에 적은 버들을 갖는 것을 드러냈다. 미소공성 알루미늄 포일(11')은 1.0 내지 1.5 % 의 광 투과율을 가졌다. 다른 한편, 필링된 플라스틱 시트 적층물(12)의 표면의 광학 현미경 사진(80배)의 관찰은 알루미늄 포일(11)의 많은 버들이 플라스틱 시트 적층물(12)에 남아있는 것을 확인하였다. 이는 실시예 1에서 제조된 미소공성 알루미늄 포일(11')이, 파손, 주름들 등과 같은 결함들 없이, 높은 밀도로 적은 버들을 갖는 미세한 관통 구멍들을 갖는 것을 나타낸다.
비교예 1
미소공성 알루미늄 포일(11')은, 경질 롤(2)에 진동이 주어지지 않은 것을 제외하고, 실시예 1에서와 동일한 방식으로 도 2에 도시된 장치에 의해 제조되었다. 비교예 1의 미소공성 알루미늄 포일(11')의 광학 현미경 사진(25 배 및 80 배)은 도 7 및 도 8에 각각 도시된다. 도 7의 광학 현미경 사진의 관찰은 관통 구멍들이 실질적으로 50 내지 400 ㎛ 의 구멍 크기 분포를 갖고, 100 ㎛ 이상의 구멍 크기들을 갖는 관통 구멍들의 수는 약 400/㎠ 인 것을 드러냈다. 도 8의 광학 현미경 사진의 관찰은 관통 구멍들이 에지들에 비교적 많은 수의 버들을 갖는 것을 드러냈다. 미소공성 알루미늄 포일(11')은 0.3 % 의 광 투과율을 가졌다. 비록 동일한 장치가 사용되더라도, 진동이 구멍들의 형성 동안 가해지지 않는다면, 관통 구멍들의 수 및 광 투과율은 낮을 것이며, 많은 버들을 가질 것이라는 것이 발견되었다.
비교예 2
미소공성 알루미늄 포일(11')은, 패턴 롤(1)에 대향하는 롤(2)로서, SKD11 의 경질 롤 대신 고무 롤이 사용되었고, 진동이 주어지지 않았다는 것을 제외하고, 실시예 1에서와 동일한 방식으로 도 2에 도시된 장치에 의해 제조되었다. 비교예 2의 미소공성 알루미늄 포일(11')의 광학 현미경 사진(25 배 및 80 배)은 도 9 및 도 10에 각각 도시된다. 도 9의 광학 현미경 사진의 관찰은 관통 구멍들이 실질적으로 50 내지 400 ㎛ 의 구멍 크기 분포를 갖고, 100 ㎛ 이상의 구멍 크기들을 갖는 관통 구멍들의 수는 약 400/㎠ 인 것을 드러냈다. 도 10으로부터 자명한 바와 같이, 관통 구멍들의 에지들에 부착되는 많은 버들이 있었다. 이는 비록 동일한 장치가 사용되더라도, 진동을 부가하지 않으면서 패턴 롤(1) 및 고무 롤에 의해 형성된 관통 구멍들은 전체적으로 수가 적고 크기가 작으며, 많은 버들을 갖는 것을 나타낸다. 그 결과, 비교예 2에서 얻어진 미소공성 알루미늄 포일(11')은 0.1 % 정도의 낮은 광 투과율을 가졌다.
비교예 3
미소공성 알루미늄 포일(11')은, 플라스틱 시트 적층물(12)이 알루미늄 포일(11)과 경질 롤(2) 사이에 삽입되지 않고, 진동이 경질 롤(2)에 주어지지 않은 것을 제외하고, 실시예 1에서와 동일한 방식으로 도 2에 도시된 장치에 의해 제조되었다. 비교예 3의 미소공성 알루미늄 포일(11')의 광학 현미경 사진(25 배 및 80 배)은 도 11 및 도 12에 각각 도시된다. 도 11의 광학 현미경 사진의 관찰은 관통 구멍들이 약 30 내지 200 ㎛ 의 극도로 작은 구멍 크기 분포를 갖고, 50 ㎛ 이상의 구멍 크기들을 갖는 관통 구멍들의 수는 약 240/㎠ 정도로 작았다는 것을 드러냈다. 미소공성 알루미늄 포일(11')은 0.03 % 의 광 투과율을 가졌다. 이는 비록 동일한 장치가 사용되더라도, 구멍들의 형성 동안 진동 및 플라스틱 시트 적층물(12)을 삽입하지 않음으로써, 극도로 작은 관통 구멍들이 더 작은 수로 얻어질 것이고, 극도로 낮은 광 투과율을 초래할 것이라는 것을 나타낸다.
비교예 4
미소공성 알루미늄 포일(11')이, 단지 폴리에틸렌으로 이루어진 플라스틱 시트(12)가 알루미늄 포일(11)과 경질 롤(2) 사이에 삽입되는 것을 제외하고, 비교예 1에서와 동일한 방식으로 제조되는 것이 시도되었다. 하지만, 알루미늄 포일(11)은 파손되었고, 연속적인 미소공성 알루미늄 포일(11')을 형성하는데 실패하였다. 폴리에틸렌 시트(12)가 구멍들의 형성 동안 텐션에 의해 연장되었기 때문에, 알루미늄 포일(11)이 파손된 것으로 추정될 수 있다.
실시예 1 및 비교예 1 내지 4에서 얻어진 각각의 미소공성 알루미늄 포일에 대하여, 관통 구멍들의 구멍 크기 분포, 100 ㎛ 이상의 구멍 크기들을 갖는 관통 구멍들의 수, 및 광 투과율이 표 1에 도시된다.
No. 구멍 크기 분포 (㎛) 수(/㎠) 광 투과율 (%)
실시예 1 50-400 600 1.0-1.5
비교예 1 50-400 400 0.3
비교예 2 50-400 400 0.1
비교예 3 30-200 240(1) 0.03
비교예 4(2) - - -
주 : (1) 50 ㎛ 이상의 구멍 크기들을 갖는 관통 구멍들의 수
(2) 알루미늄 포일이 파손되었기 때문에, 측정되지 않음.
실시예 2 내지 4
표 2에 도시된 12 ㎛ 두께의 구리 포일(11) 및 플라스틱 시트 적층물(12)은, 경질 롤(2)의 측에 플라스틱 시트 적층물(12)이 있고, 구리 포일(11)의 측에 연질 플라스틱 층(12a)이 있도록, 실시예 1에서와 동일한 장치에서 양쪽 롤(1, 2)들 사이의 갭을 통과하는 것이 야기되었다. 관통 구멍들은, 1200 ㎐ 의 진동수를 갖는 진동이 회전 경질 롤(2)에 가해진 것을 제외하고, 실시예 1에서와 동일한 조건들 하에서 구리 포일(11)에 형성되었다. 적은 버들을 갖는 미세한 관통 구멍들은, 파손, 주름들 등과 같은 결함들이 없이, 높은 밀도로 결과적인 미소공성 구리 포일(11')에 형성되었다. 실시예 2의 미소공성 구리 포일(11')의 광학 현미경 사진(25 배 및 80 배)이 도 13 및 도 14에 각각 도시된다. 각각의 실시예에서, 광학 현미경 사진(80)의 관찰은 다수의 구리 포일 버들이 사용된 연질 플라스틱 층(12a)에 부착된 것을 확인하였다. 각각의 미소공성 구리 포일(11')에 대하여, 관통 구멍들의 구멍 크기 분포, 100 ㎛ 이상의 구멍 크기들을 갖는 관통 구멍들의 수, 및 광 투과율은 실시예 1에서와 동일한 조건들 하에서 측정되었다. 결과들은 표 3에 도시된다.
No. 플라스틱 시트 적층물(1)
연질 플라스틱 층 경질 플라스틱 층
타입 두께(㎛) 타입 두께(㎛)
실시예 2 LDPE(2) 40 OPP(4) 20
실시예 3 CPP(3) 40 PET(5) 12
실시예 4 CPP 30 Ny(6) 15
주 : (1) 연질 플라스틱 층과 경질 플라스틱 층 사이에 20 ㎛ 두께의 접착층을 가짐.
(2) LDPE 는 저밀도 폴리에틸렌을 나타냄 [Toyobo Co., Ltd. 로부터 이용 가능한 Lix(등록된 상표)].
(3) CPP 는 무연신 폴리프로필렌을 나타냄 [Toyobo Co., Ltd. 로부터 이용 가능한 Pylen(등록된 상표) P1128].
(4) OPP 는 이축 연신 폴리프로필렌을 나타냄 [Toyobo Co., Ltd. 로부터 이용 가능한 Pylen(등록된 상표) P2161].
(5) PET 는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 나타냄 [Toyobo Co., Ltd. 로부터 이용 가능한 Toyobo Ester(등록된 상표) E5100].
(6) NY 는 나일론을 나타냄 [Toyobo Co., Ltd. 로부터 이용 가능한 Harden(등록된 상표) N1100].
비교예 5
미소공성 구리 포일(11')은, 관통 구멍들의 구멍 크기 분포, 100 ㎛ 이상의 구멍 크기들을 갖는 관통 구멍들의 수, 및 광 투과율을 측정하기 위해, 진동이 부가되지 않는 것을 제외하고는, 실시예 2에서와 동일한 방식으로 제조되었다. 결과들은 표 3에 도시된다. 비교예 5의 미소공성 구리 포일(11')에서, 관통 구멍들의 에지들에 비교적 많은 버들이 남아있었다.
비교예 6
미소공성 구리 포일(11')은, 관통 구멍들의 구멍 크기 분포, 100 ㎛ 이상의 구멍 크기들을 갖는 관통 구멍들의 수, 및 광 투과율을 측정하기 위해, 플라스틱 시트 적층물(12)을 사용하지 않고 진동이 부가되지 않는 것을 제외하고는, 실시예 2에서와 동일한 방식으로 제조되었다. 결과들은 표 3에 도시된다. 비교예 5의 미소공성 구리 포일(11')에서, 관통 구멍들의 에지들에는 많은 버들이 남아있었다.
No. 관통 구멍들 광 투과율 (%)
구멍 크기 분포 (㎛) 수(/㎠) (1)
실시예 2 100-300 600 1.3-1.5
실시예 3 100-300 600 1.3-1.5
실시예 4 100-300 600 1.3-1.5
비교예 5 100-150 400 0.05-0.1
비교예 6 100-150 200 0.1-0.03
주 : (1) 100 ㎛ 이상의 구멍 크기들을 갖는 관통 구멍들의 수
실시예 2 내지 4 그리고 비교예 5 및 6의 결과들은 (a) 연질 플라스틱 층(12a)과 경질 플라스틱 층(12b)을 포함하는 플라스틱 시트 적층물(12)이, 구리 포일(11)의 측에 연질 플라스틱 층(12a)이 있도록, 구리 포일(11)과 경질 롤(2) 사이에 삽입될 때, 적은 버들을 갖고 비교적 큰 구멍 크기들을 갖는 관통 구멍들이 높은 밀도로 구리 포일에 형성될 수 있고; (b) 연질 플라스틱 층(12a)의 두께가 30 ㎛ 이상일 때, 구멍들은 구리 포일(11)에 용이하게 형성된다는 것을 나타낸다.
참고예 1
실시예 1의 미소공성 알루미늄 포일(11')의 양쪽 표면들은 리튬 이온 배터리를 위한 포지티브 전극 물질에 의해 코팅되었고, 120℃ 에서 건조되었고, 롤-프레스되었다(roll-pressed). 포지티브 전극 물질은 활성 물질로서 100 중량부의 리튬 니켈 코발트 망간 옥사이드(NCM), 전도성 첨가제(1)로서 3 중량부의 아세틸렌 블랙(Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha 로부터 이용 가능한 HS-100), 전도성 첨가제(2)로서 3 중량부의 그래파이트(graphite) 분말(Timcal Graphite and Carbon 으로부터 이용 가능한 KS6L), 바인더로서 3 중량부의 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 및 용제로서 61 중량부의 N-메틸-2-피롤리돈을 포함하는 조성을 가졌다. 현미경 관찰은 관통 구멍들이 포지티브 전극 물질로 채워졌다는 것을 확인하였다. 이는 본 발명에 의해 얻어진 미소공성 알루미늄 포일들이 리튬 이온 배터리들의 전류 콜렉터들을 위해 적절한 것을 나타낸다.
1 : 패턴 롤
2 : 경질 금속 롤
10 : 높은 경도의 미립자
11 : 금속 포일
11' : 미소공성 금속 포일
12 : 플라스틱 시트 적층물
12a : 연질 플라스틱 층
12b : 경질 플라스틱 층
14 : 도금층
21, 22, 27, 28 : 베어링
30 : 프레임
32 : 진동 모터
34, 36 : 구동 수단

Claims (16)

  1. 미소공성 금속 포일(foil)을 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 표면에 높은 경도의 미립자들을 갖는 패턴 롤(pattern roll)과 경질 금속 롤 사이의 갭(gap)을 통과하는 금속 포일에 미세한 구멍들을 형성하는 단계를 포함하며;
    (a) 높은 인장 강도를 갖는 경질 플라스틱 층과 연질 플라스틱 층을 포함하는 플라스틱 시트 적층물은, 금속 포일 측에 상기 연질 플라스틱 층이 있도록, 상기 금속 포일과 상기 경질 금속 롤 사이에 삽입되고,
    (b) 기계적 진동은 상기 패턴 롤과 상기 경질 금속 롤 중 하나 이상에 주어지는, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 포일에 대한 상기 패턴 롤의 푸싱 힘(pushing force)은 선형 압력으로 50 내지 600 kgf/㎝ 인, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기계적 진동은 상기 금속 포일에 대하여 수직인 성분을 갖는, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계적 진동은 상기 패턴 롤 또는 상기 경질 금속 롤의 각각의 베어링(bearing)에 장착되는 진동 모터에 의해 주어지는, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기계적 진동의 진동수는 500 내지 2000 ㎐ 인, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴 롤은 표면에 5 이상의 모스 경도(Mohs hardness) 그리고 날카로운 에지들을 갖는 높은 경도의 미립자들을 갖는, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 높은 경도의 미립자들은 50 내지 500 ㎛ 범위의 입자 크기들을 갖는, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 미립자들의 면적비(area ratio)는 롤 표면의 30 내지 80 % 인, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 방법.
  9. 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 장치로서,
    표면에 다수의 높은 경도의 미립자들을 갖는 패턴 롤, 및 갭을 갖고 상기 패턴 롤에 대향하는 경질 롤을 포함하는 구멍 형성 장치,
    상기 패턴 롤과 상기 경질 롤 사이의 갭을 금속 포일이 통과하기 위한 제 1 가이드 수단,
    상기 금속 포일과 상기 경질 롤 사이의 갭을 통하여, 높은 인장 강도를 갖는 경질 플라스틱 층과 연질 플라스틱 층을 포함하는 플라스틱 시트 적층물이 통과하기 위한 제 2 가이드 수단, 및
    상기 패턴 롤과 상기 경질 금속 롤 중 하나 이상에 기계적 진동을 주기 위한 진동 수단을 포함하고,
    상기 금속 포일과 상기 플라스틱 시트 적층물은, 상기 금속 포일, 상기 연질 플라스틱 층 및 상기 경질 플라스틱 층이 상기 패턴 롤 측으로부터 이러한 순서로 배열되고, 기계적 진동 하에서 상기 패턴 롤과 상기 경질 롤 사이의 갭을 통과하며, 이에 의해 상기 금속 포일에 미세한 관통 구멍들을 형성하도록 겹쳐지는, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 금속 포일에 대한 상기 패턴 롤의 푸싱 힘은 선형 압력으로 50 내지 600 kgf/㎝ 인, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 기계적 진동은 상기 금속 포일에 대하여 수직인 성분을 갖는, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 장치.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계적 진동은 상기 패턴 롤 또는 상기 경질 금속 롤의 각각의 베어링에 장착되는 진동 모터에 의해 주어지는, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기계적 진동의 진동수는 500 내지 2000 ㎐ 인, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 장치.
  14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴 롤은 표면에 5 이상의 모스 경도 그리고 날카로운 에지들을 갖는 높은 경도의 미립자들을 갖는, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 높은 경도의 미립자들은 50 내지 500 ㎛ 범위의 입자 크기들을 갖는, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 미립자들의 면적비는 롤 표면의 30 내지 80 % 인, 미소공성 금속 포일을 제조하기 위한 장치.
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