KR20180038690A - Elctrodeposited copper foil, current collectors for secondary batteries and secondary batteries - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고온 접착력이 우수한 전해동박과, 이 전해동박으로 이루어진 이차전지용 음극 집전체 및 이 음극 집전체를 포함하는 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to an electrolytic copper foil excellent in high-temperature adhesive force, a negative electrode current collector for a secondary battery comprising the electrolytic copper foil, and a secondary battery including the negative electrode current collector.
전자기기의 분야에서는 기기를 휴대 사용하는 요망이 높아짐에 따라 기기의 소형경량화가 진행되고 있다. 이 때문에 고에너지 밀도를 가지는 전지, 특히 2차전지의 개발이 요구되고 있다. 이 요구를 만족하는 2차전지의 후보로서 리튬 2차전지가 있다. 리튬 2차전지는 니켈카드뮴전지, 납전지, 니켈수소전지와 비교하여, 고전압, 고에너지밀도를 가지며, 또한 경량이다. 리튬 2차전지의 양극 활성물질로서 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬망간산화물, 또는 이들의 복합산화물이 사용되고, 음극 활성물질로서 흑연이나 비정질탄소 등의 탄소재료가 사용되고 있다. 이들 양/음극 활성물질로부터 전류를 인출하고, 그것을 전지단자에 유도하기 위한 집전체로서 금속박이 사용되고 있다. 특히, 동박은 리튬과 화합물을 형성하지 않고, 전기전도성이 양호하며, 저비용이라는 특징을 가지고 음극집전체로서 널리 사용되고 있다. 동박에는 압연가공에 의하여 제조되는 압연동박과 전해석출에 의하여 제조되는 전해동박이 있다. 압연동박은 고강도이나 표면이 평활하기 때문에 활성물질과의 접착강도가 약하다는 단점을 가진다. 이 때문에 충방전싸이클을 거듭하면 활성물질이 압연동박과의 접착 경경계면에서 박리하여 충방전용량의 저하, 사이클의 단수명화에 연결된다. 또한, 전해동박은 표면이 어느정도 거칠게 되어 있기 때문에 활성물질과의 접착상태는 양호하나 강도가 약하고, 충방전에 따라 균열 등의 단점을 일으켜 충방전용량의 저하, 싸이클수명 열화 등의 원인이 된다. In the field of electronic devices, as the demand for portable devices has increased, the size and weight of the devices have been reduced. Therefore, development of a battery having a high energy density, particularly a secondary battery, is required. There is a lithium secondary battery as a candidate for the secondary battery satisfying this requirement. The lithium secondary battery has high voltage and high energy density and is light in weight as compared with the nickel cadmium battery, the lead battery, and the nickel metal hydride battery. Lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium manganese oxide, or a composite oxide thereof is used as the positive electrode active material of the lithium secondary battery, and carbon materials such as graphite and amorphous carbon are used as the negative electrode active material. A metal foil is used as a current collector for drawing a current from these positive / negative electrode active materials and guiding the current to the battery terminals. Particularly, the copper foil is widely used as an anode current collector because it does not form a compound with lithium, has good electrical conductivity, and is low in cost. The copper foil has a rolled copper foil produced by rolling and an electrolytic copper foil produced by electrolytic deposition. The rolled copper foil is disadvantageous in that its bonding strength with the active material is weak because of its high strength and smooth surface. For this reason, when the charge / discharge cycle is repeated, the active material is peeled off at the interface between the copper foil and the copper foil to reduce the charge / discharge capacity and shorten cycle life. In addition, since the surface of the electrolytic copper foil is somewhat coarse, the state of adhesion with the active material is good but the strength is weak, causing disadvantages such as cracking due to charging and discharging, which causes reduction in charge / discharge capacity and deterioration in cycle life.
통상적으로 전해동박은 도 1과 같은 제박장치에 의해 생성되는데, 회전하는 드럼형상의 캐소드(12)(표면은 SUS 또는 티탄제)와 이 캐소드에 대하여 동심원 형상으로 배치된 애노드(11)(아연 또는 귀금속 산화물 피복 티탄전극)로 이루어지며, 전해액(13)을 유통시키면서 양극 사이에 전류를 흘려, 이 캐소드 표면에 소정의 두께로 동을 석출시키고, 그 후 이 캐소드 표면으로부터 동을 금속박 형상으로 벗겨낸다. 이 단계의 동박(14)이 미처리 동박이다. 또한 이 미처리 동박의 전해액과 접하고 있는 면이 매트면(matte side), 회전하는 드럼 형상의 캐소드(12)와 접하고 있는 면이 광택면(shiny side)이다.The electrolytic copper foil is usually produced by a stripping apparatus as shown in Fig. 1, in which a rotating drum-like cathode 12 (made of SUS or titanium) and an anode 11 (zinc or noble metal And an electric current is flowed between the positive and negative electrodes while flowing the
종래의 전해동박의 석출면(매트면)은 기둥형상의 결정조직이고, 전해동박 석출면의 표면조도가 거칠기 때문에 탄소분 등의 음극 활물질과의 접촉부분이 적고, 접촉저항이 크고, 충방전 싸이클 수명이 짧다는 것이 밝혀져 결정조직을 미세화하고, 전해동박 석출면의 표면조도를 압연동박처럼 작게 한 전해동박이 개발되어 리튬이온 이차전지용으로서 채용되고 있다. Since the deposition surface (matte surface) of the conventional electrolytic copper foil is a columnar crystal structure and the surface roughness of the electrolytic copper foil deposition surface is rough, the contact area with the negative electrode active material such as carbon powder is small, the contact resistance is large, and the charge / discharge cycle life is short And the surface roughness of the electrolytic copper foil precipitation surface is made to be as small as that of the rolled copper foil has been developed and used as a lithium ion secondary battery.
결정조직을 미세화하고, 전해동박 석출면의 표면조도를 작게 한 전해동박으로서 일본 특허공개 평7-188969(특허문헌 1), 일본 특허공개 평8-53789(특허문헌 2), 일본 특허공개 2000-182623(특허문헌 3)공보에 개시된 전해동박이 있다. 이들 특허문헌들에 개시된 전해동박의 특성은 각종 첨가제, 전해액 조성, 전해액 온도, 전해액 유속, 전류밀도 등을 제어함으로써 전해동박 석출면의 표면조도를 작게 하고 있다. Japanese Patent Application Laid-open No. 7-188969 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-53789 (Patent Document 2), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-182623 (Japanese Patent Laid- Patent Document 3) There is an electrolytic copper foil disclosed in the publication. The characteristics of the electrolytic copper foil disclosed in these patent documents are such that the surface roughness of the electrolytic copper foil precipitation surface is reduced by controlling various additives, electrolyte composition, electrolyte temperature, electrolyte flow rate, current density and the like.
상기 특허문헌들에 개시된 전해동박은 지금까지의 압연동박 보다 우수하기는하나, 충방전 사이클 수명, 과충전 특성면에서 시장 요구에 대해서 충분하다고 볼 수 없고, 특히, 고용량 이차전지의 경우 전지의 용량 증대를 위하여 음극 집전체의 음극 활물질의 로딩양(전해동박의 단위면적당 코팅되는 슬러리양)이 꾸준히 증가하고 있다. 이에 따라, 음극 집전체와 슬러리와의 접착력을 보다 증대시킬 필요가 있다. Although the electrolytic copper foil disclosed in the above Patent Documents is superior to the rolled copper foil so far, it is not sufficient for the market demand in terms of the charge / discharge cycle life and overcharging characteristics. In particular, in the case of a high capacity secondary battery, The amount of loading of the negative electrode active material in the negative electrode current collector (the amount of slurry coated per unit area of the electrolytic copper foil) is steadily increasing. Thus, it is necessary to further increase the adhesive force between the negative electrode current collector and the slurry.
종래에는 음극 집전체인 전해동박과 음극 활물질인 슬러리와의 접착력을 유지하기 위하여 전해동박의 표면조도를 의도적으로 낮게 관리하였다. 그러나, 전해동박의 표면조도에 대한 관리만으로는 고용량 이차전지에서 요구하는 정도의 접착력을 증진하는데 한계가 존재한다. Conventionally, the surface roughness of the electrolytic copper foil is intentionally lowered to maintain the adhesion between the electrolytic copper foil as the current collector and the slurry as the negative active material. However, management of the surface roughness of the electrolytic copper foil has a limitation in increasing the adhesion force required by the high capacity secondary battery.
따라서, 본 발명의 일 목적은 고용량 이처전지의 음극 집전체로 사용되는 전해동박과 음극 활물질 슬러리간의 접착력을 증진시키기 위한 물성 발현 인자를 찾아내고, 이를 조절하는 것이다. Therefore, one object of the present invention is to find and control the physical property factors for enhancing the adhesion between the electrolytic copper foil used as the negative electrode collector of the high capacity secondary battery and the negative electrode active material slurry.
이를 위해, 본 발명자들은 고용량 이차전지의 음극 집전체로 사용되는 전해동박과 음극 활물질 슬러리간의 접착력을 증진시키기 위해 전해동박의 표면 경도에 주목하였다. 즉, 전해동박의 경도값을 일정한 수치범위로 조절하는 것에 의해 고용량 이차전지의 음극집전체와 음극 활물질 슬러리간의 우수한 고온 접착력이 실현됨을 확인하였다. For this purpose, the present inventors paid attention to the surface hardness of the electrolytic copper foil in order to enhance the adhesion between the electrolytic copper foil used as the anode current collector of the high capacity secondary battery and the anode active material slurry. That is, it was confirmed that excellent high-temperature adhesive force between the anode current collector and the anode active material slurry of the high capacity secondary battery was realized by adjusting the hardness value of the electrolytic copper foil to a constant numerical value range.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 위에서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other technical problems not mentioned above can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the invention described below.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 리튬 이차전지의 음극 집전체로 적용되는 리튬 이차전지용 전해동박은, 190℃에서 1시간 동안 열처리 한 후 측정된 전해동박의 경도값인 고온 경도값이 열처리 없이 상온에서 측정된 전해동박의 경도값인 상온 경도값에 비해 10% 내지 30% 범위의 감소율을 보이는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an electrolytic copper foil for a lithium secondary battery, which is applied to an anode current collector of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention, has a high temperature hardness value And a reduction rate in the range of 10% to 30% as compared with the value of normal temperature which is the hardness value of the electrolytic copper foil measured at room temperature without the heat treatment.
본 발명의 다른 일 태양에 따른 전해동박은 구리 농도가 60g/L 내지 90g/L 이고 황산 농도가 70g/L 내지 120g/L 인 황산동 수용액에 첨가제로서 무기금속 0.1 ~ 5ppm, 음이온 첨가제 0.01 ~ 0.5ppm, 레벨러 0.1 ~ 0.5ppm 및 브라이트너 0.1 ~ 0.5ppm을 첨가한 전해액의 온도를 40℃ 내지 70℃로 하고, 전류밀도를 10ASD 내지 80ASD로 하여 제박기의 드럼 표면에 구리(Cu)를 전착하는 것에 의해 제조되며, 190℃에서 1시간 동안 열처리 한 후 측정된 전해동박의 경도값인 고온 경도값이 열처리 없이 상온에서 측정된 전해동박의 경도값인 상온 경도값에 비해 10% 내지 30% 범위의 감소율을 보이는 것을 특징으로 한다. An electrolytic copper foil according to another aspect of the present invention comprises 0.1 to 5 ppm of an inorganic metal as an additive, 0.01 to 0.5 ppm of an anionic additive, 0.01 to 5 ppm of an anionic additive, (Cu) was electrodeposited on the surface of the drum of the pre-charging machine at a temperature of 40 to 70 캜 and a current density of 10 ASD to 80 ASD, in which an electrolyte solution containing 0.1 to 0.5 ppm of a leveler and 0.1 to 0.5 ppm of a brightener was added, And a high temperature hardness value, which is the hardness value of the electrolytic copper foil measured after the heat treatment at 190 ° C. for 1 hour, shows a reduction ratio in the range of 10% to 30% as compared with the hardness value of the electrolytic copper foil measured at room temperature without heat treatment .
이때, 상기 상온 경도값은 1.35GPa 이상이고, 상기 고온 경도값은 1.0 ~ 1.3GPa 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 전해동박의 양 면의 표면조도는 Rz 기준으로 0.3㎛ 내지 1.5㎛이다. 상기 전해동박은, 양 면상에 크롬(Cr), 실란 커플링제 및 BTA(benzotriazole) 중 어느 1종 이상을 함유하는 보호층을 구비하는 것이 바람직하다. At this time, the room temperature hardness value is preferably 1.35 GPa or more, and the high temperature hardness value is preferably 1.0 to 1.3 GPa or less. The surface roughness of both surfaces of the electrolytic copper foil is 0.3 탆 to 1.5 탆 on the basis of Rz. It is preferable that the electrolytic copper foil has a protective layer containing at least one of chromium (Cr), silane coupling agent and BTA (benzotriazole) on both surfaces.
또한, 본 발명의 다른 일 태양에 따른 이차전지 음극 집전체는 상기 일 태양에 따른 전해동박의 적어도 일 면상에 음극 활물질을 코팅한 것을 특징으로 한다. 본 발명의 또 다른 일 태양에 이차전지는 상기 이차전지 음극 집전체를 음극에 적용한 것이다. According to another aspect of the present invention, an anode current collector for a secondary battery is characterized in that an anode active material is coated on at least one surface of an electrolytic copper foil according to one aspect of the present invention. In another embodiment of the present invention, the secondary battery negative electrode current collector is applied to a negative electrode.
본 발명의 또 다른 일 태양에 따른 190℃에서 1시간 동안 열처리 한 후 측정된 전해동박의 경도값인 고온 경도값이 열처리 없이 상온에서 측정된 전해동박의 경도값인 상온 경도값에 비해 10% 내지 30% 범위의 감소율을 보이는 전해 동박을 제조하는 방법은, (a) 구리 농도가 60g/L 내지 90g/L 이고 황산 농도가 70g/L 내지 120g/L 인 황산동 수용액에 첨가제로서 무기금속 첨가제 0.1 ~ 5ppm, 음이온 첨가제 0.01 ~ 0.5ppm, 레벨러 0.1 ~ 0.5ppm 및 브라이트너 0.1 ~ 0.5ppm을 첨가하여 전해액을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 전해액의 전해 온도를 40℃ 내지 70℃로 하고, 전류밀도를 10ASD 내지 80ASD로 하여 제박기의 드럼 표면에 구리(Cu)를 전착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The high temperature hardness value, which is the hardness value of the electrolytic copper foil measured after the heat treatment at 190 캜 for one hour according to another embodiment of the present invention, is 10% to 30% lower than the room temperature hardness value, which is the hardness value of the electrolytic copper foil measured at room temperature, (A) 0.1 to 5 ppm of an inorganic metal additive as an additive in an aqueous copper sulfate solution having a copper concentration of 60 g / L to 90 g / L and a sulfuric acid concentration of 70 g / L to 120 g / L, 0.01 to 0.5 ppm of an anionic additive, 0.1 to 0.5 ppm of a leveler and 0.1 to 0.5 ppm of a brightener to prepare an electrolytic solution; And (b) electrodepositing copper (Cu) on the surface of the drum of the pre-charging machine at an electrolytic temperature of 40 to 70 ° C and a current density of 10 ASD to 80 ASD.
상기 무기금속 첨가제는 Fe, W, Zn, Mo, Co중 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 음이온 첨가제는 Cl, F, Br, I, PO4중 어느 하나 이상을 포함하고, 상기 레벨러는 젤라틴, 콜라겐, PEG(Polyethylene glycol)중 어느 하나 이상을 포함하며, 상기 브라이트너는 SPS(bis(3-sulfoproply)disulfide), MPS(mercapto-propane sulphonic acid), DPS(3-N,N-dimethylaminodithiocarbamoyl-1-propanesulphonic acid)중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다. .Wherein the inorganic metal additive includes at least one of Fe, W, Zn, Mo, and Co, and the anion additive includes at least one of Cl, F, Br, I, and PO4, and the leveler includes gelatin, collagen, PEG (polyethylene glycol), wherein the brightener is selected from the group consisting of bis (3-sulfopropyl) disulfide, MPS (mercapto-propane sulphonic acid), 3-N, N-dimethylaminodithiocarbamoyl-1-propanesulphonic acid ), And the like. .
본 발명에 따르면, 주름 발생의 방지 측면에서 우수한 물성을 갖는 전해동박을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 이 전해동박을 음극 집전체로 적용할 경우 음극 집전체와 음극 활물질간의 접착력이 현저하게 향상된다. According to the present invention, an electrolytic copper foil having excellent physical properties in terms of prevention of wrinkle formation can be obtained, and when the electrolytic copper foil is applied to an anode current collector, adhesion strength between the anode current collector and the anode active material is remarkably improved.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해동박을 전착하기 위한 제박장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 제박장치에 의해 제조되는 미처리 동박의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전해동박의 표면에 보호층이 코팅된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해동박의 상온에서의 주름 발생 여부를 평가하기 위한 장치이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해동박의 고온 접착력을 측정하기 위하여 슬라이드 글라스위에 전해동박을 접착한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 UTM 장비를 이용하여 슬라이드 글라스위에 접착된 전해동박의 고온 접착력을 측정하는 상태를 나타내는 단면도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is a cross-sectional view of a washer device for electrodeposition an electrolytic copper foil according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of an untreated copper foil produced by the stripping apparatus of Fig.
3 is a cross-sectional view illustrating a state in which a protective layer is coated on the surface of an electrolytic copper foil for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
4 is an apparatus for evaluating the occurrence of wrinkles at room temperature of an electrolytic copper foil according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a state in which an electrolytic copper foil is adhered on a slide glass in order to measure a high-temperature adhesive force of an electrolytic copper foil according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing a state in which a high-temperature adhesive force of an electrolytic copper foil adhered on a slide glass is measured using a UTM equipment.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only some of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전해동박을 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전해동박을 나타내는 단면도이다.First, an electrolytic copper foil for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an electrolytic copper foil for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전해동박(1)은, 리튬 이차전지의 음극 집전체로 사용되는 것이 바람직하다. 즉, 리튬 이차전지에 있어서, 음극 활물질과 결합되는 음극 집전체로는 전해동박이 사용되는 것이 바람직하다.The electrolytic copper foil 1 for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is preferably used as an anode current collector of a lithium secondary battery. That is, in the lithium secondary battery, an electrolytic copper foil is preferably used as the negative electrode current collector to be combined with the negative electrode active material.
반면, 리튬 이차전지의 제조에 있어서, 양극 활물질과 결합되는 양극 집전체로는 알루미늄(Al)으로 이루어진 박(foil)이 사용되는 것이 일반적이다.On the other hand, in the production of a lithium secondary battery, a foil made of aluminum (Al) is generally used as a positive electrode collector combined with a positive electrode active material.
이에 따라, 본 발명에 있어서는, 상기 리튬 이차전지용 전해동박(1)이 리튬 이차전지에 적용되는 음극 집전체에 해당하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.Accordingly, in the present invention, the electrolytic copper foil 1 for a lithium secondary battery corresponds to an anode current collector applied to a lithium secondary battery.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전해동박(1)은 열처리되지 않은 상태에서 얻어진 경도값(이하, "상온 경도값"으로 약칭한다.)에 대해 190℃에서 1시간 동안 열처리된 상태에서 얻어진 경도값(이하, "고온 경도값"으로 약칭한다.)이 10% 이상, 30% 이하의 감소율을 갖는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 리튬이차전지의 음극 집전체로 사용되는 전해동박의 고온 경도값은 상온 경도값 보다 10% 이상 감소되거나 30% 이하 감소되어야 하는데, 이렇게 상온 경도값에 대한 고온 경도값이 변화를 가질 때 음극 집전체와 전해동박의 접착력 증진이 최적화되기 때문이다. 특히, 고온 경도값이 상온 경도값 보다 30%를 초과하여 변화하게 되면, 전해동박의 물성 조절이 어려울 수 있다. The electrolytic copper foil 1 for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention is obtained by heat treating the electrolytic copper foil 1 for a lithium secondary battery at 190 占 폚 for 1 hour against a hardness value (hereinafter abbreviated as "room temperature hardness value" Hardness value (hereinafter abbreviated as "high temperature hardness value") is 10% or more and 30% or less. As described above, the high temperature hardness value of the electrolytic copper foil used as the anode current collector of the lithium secondary battery should be decreased by 10% or less than 30% of the room temperature hardness value. When the high temperature hardness value for the room temperature hardness value changes, This is because the adhesion between the current collector and the electrolytic copper foil is optimized. Especially, when the high temperature hardness value is changed by more than 30% than the normal temperature hardness value, it may be difficult to control the physical properties of the electrolytic copper foil.
또한, 상기 상온 경도값은 1.35GPa 이상인 것이 바람직한데, 이는 전해동박의 경도가 낮을 경우 음극 활물질을 코팅하기 위한 롤투롤(Roll-To-Roll) 공정에서 주름이 발생할 우려가 높기 때문이다. 이렇게 전해동박에 주름이 발생하게 되면, 전해동박인 음극 집전체의 표면에 음극 활물질의 코팅이 균일하게 이루어지지 않아 음극 활물질의 코팅 두께 편차 및 외관 불량이 발생할 수 있다. 그러나, 상기 상온 경도값은 일반적으로 3GPa은 넘지 않는다. It is preferable that the room temperature hardness value is 1.35 GPa or more because if the hardness of the electrolytic copper foil is low, there is a high possibility of wrinkling in the roll-to-roll process for coating the negative electrode active material. If wrinkles occur in the electrolytic copper foil, coating of the negative electrode active material on the surface of the negative electrode current collector, which is an electrolytic copper foil, may not be uniformly performed, resulting in variations in coating thickness and appearance of the negative electrode active material. However, the above-mentioned room temperature hardness value generally does not exceed 3GPa.
또한, 상기 고온 경도값은 1.0GPa ~ 1.3GPa인 것이 바람직한데, 이는 고온 경도값이 1.0GPa을 하회하는 경우 전지 조립공정중 펀칭작업시 버가 발생할 수 있고, 1.3GPa을 초과하는 경우에는 음극 집전체와 활물질 슬러리간의 밀착력이 저하되어 전지제조상 불량이 발생할 수 있다. It is preferable that the high temperature hardness value is 1.0 GPa to 1.3 GPa. If the high temperature hardness value is less than 1.0 GPa, burr may occur during the punching operation in the battery assembling process. If it exceeds 1.3 GPa, The adhesion between the whole and the slurry of the active material may be reduced, resulting in defective manufacturing of the battery.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전해동박의 양 면(1a, 1b)(매트면과 샤이니면)의 표면조도는, Rz(십점 평균거칠기) 기준으로 대략 0.3㎛ 내지 1.5㎛ 인 것이 바람직하다.On the other hand, the surface roughness of both
상기 표면조도가 대략 0.3㎛ 미만인 경우에는 전해동박과 활물질 간의 밀착성이 저하되는 문제점이 있으며, 이처럼 전해동박과 활물질 간의 밀착성 저하가 발생되면 리튬 이차전지의 사용 과정에서 활물질 탈리 현상이 발생될 위험이 커지게 된다.If the surface roughness is less than about 0.3 탆, the adhesion between the electrolytic copper foil and the active material is deteriorated. If the adhesion between the electrolytic copper foil and the active material deteriorates, the risk of the active material detachment during the use of the lithium secondary battery increases .
반대로, 상기 표면조도가 대략 1.5㎛를 초과하는 경우에는 높은 조도로 인해 전해동박의 표면에 활물질의 균일한 코팅이 이루어질 수 없어 밀착력이 저하될 수 있으며, 이처럼 활물질의 균일한 코팅이 이루어지지 않는 경우에는 제조된 리튬 이차전지의 방전용량 유지율이 저하될 수 있다.On the contrary, when the surface roughness is more than about 1.5 탆, the active material can not be uniformly coated on the surface of the electrolytic copper foil due to high roughness, resulting in a decrease in adhesion. If the active material is not uniformly coated The discharge capacity retention rate of the produced lithium secondary battery may be lowered.
한편, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 전해동박(1)은 그 표면(1a, 1b)에 형성된 보호층(2)을 구비할 수 있다.3, the electrolytic copper foil 1 for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention may have a
상기 보호층(2)은, 리튬 이차전지용 전해동박(1)의 표면 보호를 위해 전해동박의 표면(1a, 1b)에 선택적으로 형성되는 것으로서, 크롬(Cr), 실란 커플링제 및 BTA(benzotriazole) 중 선택된 어느 하나 이상을 포함한다. The
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 전해동박의 적어도 일 면상에 음극 활물질을 코팅하여 리튬 이차전지용 음극 집전체를 제조하고, 이 음극 집전체를 음극에 적용하는 것에 의해 리튬 이차전지를 제조할 수 있다. The negative electrode active material is coated on at least one surface of the electrolytic copper foil of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention to manufacture a negative electrode current collector for a lithium secondary battery, and the negative electrode current collector is applied to a negative electrode to manufacture a lithium secondary battery .
<< 실시예Example 및 And 비교예Comparative Example >>
이하에서, 본 발명의 특성을 만족하는 실시예와 이에 비교되는 비교예의 전해동박을 제조하고, 이 실시예 및 비교예의 전해동박간의 물성을 비교하는 것에 의해 본 발명의 특징을 보다 명확히 살펴보기로 한다. Hereinafter, the characteristics of the present invention will be more clearly understood by preparing electrolytic copper foils of Examples satisfying the characteristics of the present invention and comparative examples thereof, and comparing the physical properties between electrolytic copper foils of this and comparative examples.
실시예 및 비교예에 따른 리튬 이차전지용 전해동박은, 전해조 내에 회전드럼 및 드럼에 대해 소정의 간격을 갖고 위치하는 양극판을 포함하는 구조의 도 1과 같은 제박기를 이용하여 제조된다. 이때, 양극판과 회전드럼간의 간격은 대략 5 내지 20mm 범위에서 조절 가능하며, 간격의 표준편차는 2mm 이내에서 제어 되어야 한다. The electrolytic copper foil for a lithium secondary battery according to Examples and Comparative Examples was produced by using a negative electrode foil as shown in Fig. 1 in a structure including a rotating drum and a positive electrode plate positioned at a predetermined interval with respect to the drum in an electrolytic bath. At this time, the gap between the positive electrode plate and the rotary drum is adjustable in the range of about 5 to 20 mm, and the standard deviation of the gap should be controlled within 2 mm.
이러한 제박기를 이용한 제박공정에 있어서 사용되는 전해액은 황산동이 이용될 수 있으며, 첨가제로서 무기금속 첨가제, 음이온 첨가제, 레벨러, 브라이트너등을 적절히 혼합하여 사용함으로써 드럼상에 동박을 전착시켜 원박을 제조한다. The electrolytic solution used in the stamping process using such a magma forming process may be copper sulfate, and a copper foil is electrodeposited on the drum by using an inorganic metal additive, an anion additive, a leveler, a brightener, .
이때, 상기 황산동 전해액의 조성은 60 ~ 90g/L의 동, 70 ~ 120g/L의 황산을 포함하고, 상기 무기금속 첨가제는 Fe, W, Zn, Mo, Co중 어느 하나 이상을 0.1~5ppm 첨가하고, 음이온 첨가제는 Cl, F, Br, I, PO4중 어느 하나 이상을 0.01~0.5ppm 첨가하고, 레벨러는 젤라틴, 콜라겐, PEG(Polyethylene glycol)중 어느 하나 이상을 0.1~0.5ppm 첨가하며, 브라이트너는 SPS(bis(3-sulfoproply)disulfide), MPS(mercapto-propane sulphonic acid), DPS(3-N,N-dimethylaminodithiocarbamoyl-1-propanesulphonic acid)중 어느 하나 이상을 0.1~0.5ppm 첨가한다. 또한, 이러한 전해액 조성 및 첨가제 조성 조건하에서 전류 밀도는 10ASD 내지 80ASD 범위 및 전해액의 온도가 40~70℃인 조건 하에서 전해동박을 제조함으로써 실시예에 해당하는 리튬 이차전지용 전해동박을 제조한다. The inorganic metal additive may include 0.1 to 5 ppm of at least one of Fe, W, Zn, Mo, and Co, and the copper sulfate electrolyte may include 60 to 90 g / L of copper and 70 to 120 g / 0.01 to 0.5 ppm of at least one of Cl, F, Br, I and PO 4 is added as an anionic additive and 0.1 to 0.5 ppm of gelatin, collagen and PEG (polyethylene glycol) is added as a leveler, Brightner is added by 0.1 to 0.5 ppm of at least one of bis (3-sulfopropyl) disulfide (SPS), mercapto-propane sulphonic acid (MPS) and 3-N, N-dimethylaminodithiocarbamoyl-1-propanesulphonic acid. An electrolytic copper foil for a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention is manufactured by preparing an electrolytic copper foil under such conditions that the current density is in the range of 10 ASD to 80 ASD and the electrolytic solution temperature is 40 to 70 캜.
반면, 비교예에 해당하는 리튬 이차전지용 전해동박을 제조하기 위해서는, 상술한 실시예의 제조방법과는 다른 방법이 적용되며, 구체적으로는, 제박 과정에서 전해액으로 이용되는 황산동(60 ~ 90g/L의 동, 70 ~ 120g/L의 황산)내에 첨가되는 첨가제의 종류 및 함량을 아래 [표 1]과 같이 달리하여 전해동박을 제조함으로써 비교예에 해당하는 리튬 이차전지용 전해동박을 제조한다.On the other hand, in order to produce an electrolytic copper foil for a lithium secondary battery corresponding to a comparative example, a method different from the manufacturing method of the above-described embodiment is applied. Specifically, copper sulfate (60 to 90 g / L copper , 70 to 120 g / L of sulfuric acid) are prepared as shown in Table 1 below to prepare an electrolytic copper foil to produce an electrolytic copper foil for a lithium secondary battery according to a comparative example.
실시예 및 비교예에 따른 전해동박을 제박하기 위한 구체적인 전해액의 조성과 조건은 다음과 같다. The composition and condition of a specific electrolytic solution for pretreating electrolytic copper foil according to Examples and Comparative Examples are as follows.
구리 : 60~90g/LCopper: 60 ~ 90g / L
황산 : 70~120g/LSulfuric acid: 70 to 120 g / L
전해액 온도 : 55℃Electrolyte temperature: 55 ° C
전류밀도 : 60ASD Current density: 60 ASD
무기첨가제 : Co Inorganic additive: Co
음이온 첨가제 : PO4 Anion additive: PO 4
레벨러 : PEGLeveler: PEG
브라이트너 : SPS Brightner: SPS
상기 [표 1]에 나타난 실시예 및 비교예에 따른 전해동박에 대해 상온 경도, 고온 경도(190℃에서 1시간 동안 열처리된 상태에서 얻어진 경도), 상온 경도값에 대한 고온 경도값의 감소율에 따라 전해동박이 갖게 되는 물성에 의한 효과 차이를 [표 2]를 통해 살펴 본다.The electrolytic copper foil according to the examples and the comparative examples shown in the above Table 1 were subjected to an electrolytic copper plating treatment at a room temperature hardness, a high temperature hardness (a hardness obtained in a state of being heat treated at 190 캜 for one hour) and a reduction rate of a high temperature hardness value Table 2 shows the difference in the effect of physical properties.
전해동박의An electric boat 성능 평가 Performance evaluation
1) 상온 경도 측정 1) At room temperature hardness measurement
측정 장비 모델명 : agilent Technologies/Nano indenter G200Measuring equipment Model: agilent Technologies / Nano indenter G200
Surface Approach Velocity(nm/s) : 10nm/s Surface Approach Velocity (nm / s): 10 nm / s
Depth Limit(nm) : 1000nm Depth Limit (nm): 1000 nm
Strain Rate Target(1/S) : 0.05 Strain Rate Target (1 / S): 0.05
2) 고온 경도 측정 2) High temperature hardness measurement
190℃에서 1시간 동안 열처리한 후 상기 "1) 상온 경도 측정"방법과 동일하게 경도를 측정한다. After heat treatment at 190 캜 for 1 hour, the hardness is measured in the same manner as in the above-mentioned "1) Measurement of room temperature hardness ".
3) 상온에서의 주름 발생 평가3) Evaluation of wrinkle occurrence at room temperature
도 4에 도시된 바와 같이, 1번 롤(20)과 2번 롤(30) 사이의 각을 1.5°로 맞추어 인위적으로 미스얼라인먼트(Misalignment)를 발생시킨 후 상기 [표 1]의 실시예 및 비교예의 전해동박에 주름이 발생되는지 여부를 판단하여 아래 [표 2]에 기재하였다. As shown in FIG. 4, the angle between the No. 1 roll 20 and the No. 2 roll 30 is adjusted to 1.5 ° to artificially cause misalignment, Whether or not wrinkles are generated in the electrolytic copper foil of Examples is determined and described in Table 2 below.
2) 고온 접착력 측정 2) High-temperature adhesive force measurement
① 시편 제작 : 카본과 첨가제로서 CMC(Carboxy Methyl Cellulose), SBR(Styrene-butadiene rubber)를 97:1:2의 조성으로 해서 음극 활물질 슬러리를 제조하고, 상기 [표 1]에서 제조된 실시예 및 비교예의 전해동박에 이 슬러리를 코팅하고 건조시킨 후 롤프레스를 진행하여 실시예 및 비교예 각각에 대한 시편을 제작한다. 이때, 음극의 전극밀도는 1.5g/㎤로 한다. (1) Preparation of Specimen: An anode active material slurry was prepared by mixing carbon and additives such as CMC (Carboxy Methyl Cellulose) and SBR (Styrene-butadiene rubber) in a ratio of 97: 1: 2, The slurry was coated on the electrolytic copper foil of the comparative example and dried, followed by roll pressing to prepare specimens for each of Examples and Comparative Examples. At this time, the electrode density of the cathode is 1.5 g / cm 3.
② 고온 접착력 측정 : 이렇게 제작된 시편(40)을 190℃에서 1시간 이상 열처리시키고, 폭 200mm, 길이 100mm로 절단한 후 도 5와 같이 양면테이프(50)(제품명 : 니토덴토사의 5605)를 사용하여 슬라이드 글라스(60) 위에 붙인다. 그 후, 도 6과 같이 UTM 장비를 이용하여 로드셀 : 10N, 측정속도 : 100mm/min으로 고온 접착력을 측정하여 아래 [표 2]에 기재하였다. 이때, 고온 접착력이 20N/m 이상이면 전지의 충방전시 음극 집전체와 활물질간의 탈락이 일어나지 않으며, 20N/m 미만일 경우, 충방전시 음극 집전체와 활물질 간의 탈락이 일어날 수 있어 전지 용량이 안정적으로 유지될 수 없다. 2) High-Temperature Adhesive Force Measurement: The thus-
[[
GPaGPa
]]
[[
GPaGPa
]]
[○, ×][O, X]
[N/m][N / m]
상기 [표 2]를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 6은 모두 적절한 상온 경도값과 고온 경도값을 가질 뿐만 아니라 상온 경도값에 대한 고온 경도값의 감소율이 10%~30%로 유지되기 때문에 상온에서 주름이 발생하지 않고, 고온 접착력이 20N/m 이상을 나타내어 음극 집전체와 활물질간의 탈락이 발생하지 않는다. Referring to Table 2, in all of Examples 1 to 6, not only the proper room temperature hardness value and the high temperature hardness value are maintained, but the reduction rate of the high temperature hardness value to the room temperature hardness value is maintained at 10% to 30% Wrinkles are not generated at room temperature, and the high temperature adhesive force is 20 N / m or more, so that dropout between the anode current collector and the active material does not occur.
그러나, 비교예 1은 상온 경도값, 고온 경도값 및 상온 경도값에 대한 고온 경도값의 감소율이 모두 본 발명의 수치범위를 벗어남으로써 전해동박의 롤투롤 공정에서 주름이 발생하게 된다. However, in Comparative Example 1, wrinkles were generated in the roll-to-roll process of the electrolytic copper foil because both the room temperature hardness value, the high temperature hardness value and the reduction ratio of the high temperature hardness value to the room temperature hardness value deviate from the numerical range of the present invention.
또한, 비교예 2 내지 비교예 3은 상온 경도값은 적절하지만 고온 경도값이 상온 경도값에 대해 크게 감소하지 않음으로써 롤투롤 공정에서 주름은 발생하지 않지만, 고온 접착력이 20N/m 미만을 나타내게 되어 음극 집전체와 활물질간의 탈락이 발생할 수 있다. In Comparative Examples 2 to 3, although the value of the room temperature hardness is appropriate, the value of the high temperature hardness does not greatly decrease with respect to the value of the room temperature hardness, so that wrinkles are not generated in the roll-to-roll process, but the high temperature adhesive force is less than 20 N / m Dropout between the negative electrode current collector and the active material may occur.
또한, 비교예 4 및 비교예 5는 상온 경도값은 적절하지만 고온 경도값이 상온 경도값에 대해 지나치게 크게 감소함으로써 롤투롤 공정에서 주름은 발생하지 않지만, 고온 접착력이 20N/m 미만을 나타내게 되어 음극 집전체와 활물질간의 탈락이 발생할 수 있다. In Comparative Example 4 and Comparative Example 5, although the value of the room temperature hardness is appropriate, the value of the high temperature hardness is excessively decreased with respect to the value of the room temperature hardness, so that wrinkles are not generated in the roll- The dropout between the current collector and the active material may occur.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.
1: 리튬 이차전지용 전해동박
1a, 1b: 동박 표면
2: 보호층1: electrolytic dip for lithium secondary battery
1a, 1b: copper foil surface
2: Protective layer
Claims (15)
190℃에서 1시간 동안 열처리 한 후 측정된 전해동박의 경도값인 고온 경도값이 열처리 없이 상온에서 측정된 전해동박의 경도값인 상온 경도값에 비해 10% 내지 30% 범위의 감소율을 보이는 것을 특징으로 하는 전해동박. 1. An electrolytic copper foil for a lithium secondary battery, which is applied to an anode current collector of a lithium secondary battery,
And a high temperature hardness value which is a hardness value of the electrolytic copper foil measured after the heat treatment at 190 캜 for 1 hour shows a reduction ratio in the range of 10% to 30% as compared with a room temperature hardness value which is a hardness value of the electrolytic copper foil measured at room temperature without heat treatment An electric boat.
상기 상온 경도값이 1.35GPa 이상인 것을 특징으로 하는 전해동박.The method according to claim 1,
Wherein the normal temperature hardness value is 1.35 GPa or more.
상기 고온 경도값이 1.0 ~ 1.3GPa 이하인 것을 특징으로 하는 전해동박. 3. The method of claim 2,
Wherein the high temperature hardness value is 1.0 to 1.3 GPa or less.
상기 전해동박의 양 면의 표면조도는 Rz 기준으로 0.3㎛ 내지 1.5㎛ 인 것을 특징으로 하는 전해동박.The method of claim 3,
Wherein the surface roughness of both surfaces of the electrolytic copper foil is 0.3 탆 to 1.5 탆 on the basis of Rz.
상기 전해동박은, 양 면상에 크롬(Cr), 실란 커플링제 및 BTA(benzotriazole) 중 어느 1종 이상을 함유하는 보호층을 구비하는 것을 특징으로 하는 전해동박.5. The method of claim 4,
Wherein the electrolytic copper foil has a protective layer containing at least one of chromium (Cr), a silane coupling agent, and BTA (benzotriazole) on both surfaces thereof.
190℃에서 1시간 동안 열처리 한 후 측정된 전해동박의 경도값인 고온 경도값이 열처리 없이 상온에서 측정된 전해동박의 경도값인 상온 경도값에 비해 10% 내지 30% 범위의 감소율을 보이는 것을 특징으로 하는 전해동박. 0.1 to 5 ppm of an inorganic metal, 0.01 to 0.5 ppm of an anionic additive, 0.1 to 0.5 ppm of a leveler and 0.1 to 0.5 ppm of a brightener are added to an aqueous solution of copper sulfate having a copper concentration of 60 g / L to 90 g / L and a sulfuric acid concentration of 70 g / L to 120 g / in an electrolytic copper foil produced by electrodepositing copper (Cu) on the surface of a drum of a non-magnetic forming machine at a temperature of 40 占 폚 to 70 占 폚 and a current density of 10 ASD to 80 ASD,
And a high temperature hardness value which is a hardness value of the electrolytic copper foil measured after the heat treatment at 190 캜 for 1 hour shows a reduction ratio in the range of 10% to 30% as compared with a room temperature hardness value which is a hardness value of the electrolytic copper foil measured at room temperature without heat treatment An electric boat.
상기 상온 경도값이 1.35GPa 이상인 것을 특징으로 하는 전해동박.9. The method of claim 8,
Wherein the normal temperature hardness value is 1.35 GPa or more.
상기 고온 경도값이 1.0 ~ 1.3GPa 이하인 것을 특징으로 하는 전해동박. 10. The method of claim 9,
Wherein the high temperature hardness value is 1.0 to 1.3 GPa or less.
(a) 구리 농도가 60g/L 내지 90g/L 이고 황산 농도가 70g/L 내지 120g/L 인 황산동 수용액에 첨가제로서 무기금속 첨가제 0.1 ~ 5ppm, 음이온 첨가제 0.01 ~ 0.5ppm, 레벨러 0.1 ~ 0.5ppm 및 브라이트너 0.1 ~ 0.5ppm을 첨가하여 전해액을 제조하는 단계; 및
(b) 상기 전해액의 전해 온도를 40℃ 내지 70℃로 하고, 전류밀도를 10ASD 내지 80ASD로 하여 제박기의 드럼 표면에 구리(Cu)를 전착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 동박의 제조방법.The electrolytic copper foil having a reduction ratio in the range of 10% to 30% as compared with the room temperature hardness value, which is the hardness value of the electrolytic copper foil measured at room temperature without heat treatment, after the heat treatment at 190 占 폚 for 1 hour. As a method,
(a) 0.1 to 5 ppm of an inorganic metal additive, 0.01 to 0.5 ppm of an anionic additive, 0.1 to 0.5 ppm of an anionic additive, and 0.1 to 5 ppm of an inorganic additive as additives, in an aqueous copper sulfate solution having a copper concentration of 60 to 90 g / L and a sulfuric acid concentration of 70 to 120 g / Adding 0.1 to 0.5 ppm of brightener to prepare an electrolytic solution; And
(b) electrodepositing copper (Cu) on the surface of the drum of the pre-charging machine at an electrolytic temperature of the electrolytic solution of 40 ° C to 70 ° C and a current density of 10 ASD to 80 ASD. Way.
상기 무기금속 첨가제는 Fe, W, Zn, Mo, Co중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 동박의 제조방법.12. The method of claim 11,
Wherein the inorganic metal additive comprises at least one of Fe, W, Zn, Mo, and Co.
상기 음이온 첨가제는 Cl, F, Br, I, PO4중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 동박의 제조방법. 12. The method of claim 11,
Wherein the anionic additive comprises at least one of Cl, F, Br, I, and PO4.
상기 레벨러는 젤라틴, 콜라겐, PEG(Polyethylene glycol)중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 동박의 제조방법. 12. The method of claim 11,
Wherein the leveler comprises at least one of gelatin, collagen, and polyethylene glycol (PEG).
상기 브라이트너는 SPS(bis(3-sulfoproply)disulfide), MPS(mercapto-propane sulphonic acid), DPS(3-N,N-dimethylaminodithiocarbamoyl-1-propanesulphonic acid)중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 동박의 제조 방법. 12. The method of claim 11,
Wherein the brightener comprises at least one of bis (3-sulfopropyl) disulfide (SPS), mercapto-propane sulphonic acid (MPS) and 3-N, N-dimethylaminodithiocarbamoyl-1-propanesulphonic acid A method of manufacturing a copper foil.
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