KR20180080512A - Electrolytic Copper Foil with Optimized Peak Roughness, Electrode Comprising The Same, Secondary Battery Comprising The Same, and Method for Manufacturing The Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이차전지의 용량 유지율(capacity maintenance)을 향상시키기 위하여 최적화된 피크 조도(peak roughness: Rp)를 갖는 전해동박, 그것을 포함하는 전극, 그것을 포함하는 이차전지, 및 그것의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolytic copper foil having an optimized peak roughness (Rp) for improving capacity maintenance of a secondary battery, an electrode including the same, a secondary battery including the same, and a method of manufacturing the same.
이차전지는 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장하였다가 전기가 필요할 때 상기 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시킴으로써 전기를 발생시키는 에너지 변환 기기의 일종으로서, 휴대폰, 노트북 등과 같은 휴대용 가전은 물론이고 전기자동차의 에너지원으로 이용되고 있다.The secondary battery is a kind of energy conversion device that converts electric energy into chemical energy and stores it, and converts the chemical energy into electric energy when electricity is needed, thereby generating electricity. The secondary battery is a kind of energy conversion device, It is used as an energy source for automobiles.
1회용의 일차전지에 비해 경제적으로 그리고 환경적으로 이점을 갖고 있는 이차전지로는 납 축전지, 니켈카드뮴 이차전지, 니켈수소 이차전지, 리튬 이차전지 등이 있다.Examples of secondary batteries that are more economical and environmentally advantageous than disposable primary batteries include lead acid batteries, nickel cadmium secondary batteries, nickel hydrogen secondary batteries, and lithium secondary batteries.
리튬 이차전지는 다른 이차전지들에 비해 크기 및 중량 대비 상대적으로 많은 에너지를 저장할 수 있다. 따라서, 휴대성 및 이동성이 중요한 정보통신기기 분야의 경우 리튬 이차전지가 선호되고 있으며, 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 에너지 저장 장치로도 그 응용 범위가 확대되고 있다. The lithium secondary battery can store a relatively large amount of energy in comparison with other secondary batteries in size and weight. Therefore, in the field of information communication devices where portability and mobility are important, lithium secondary batteries are preferred, and the application range of energy storage devices for hybrid vehicles and electric vehicles is also expanding.
리튬 이차전지는 충전과 방전을 하나의 주기로 하여 반복적으로 사용된다. 완전히 충전된 리튬 이차전지로 어떤 기기를 가동시킬 때, 상기 기기의 가동 시간을 늘리기 위해서는 상기 리튬 이온 이차전지가 높은 충전/방전 용량을 가져야 한다. 따라서, 리튬 이차전지의 충전/방전 용량에 대한 수요자의 나날이 높아지는 기대치(needs)를 만족시키기 위한 연구가 지속적으로 요구되고 있다.The lithium secondary battery is repeatedly used as one cycle of charging and discharging. When a certain fully charged lithium secondary battery is operated, the lithium ion secondary battery must have a high charging / discharging capacity in order to increase the operating time of the device. Therefore, there is a continuing need for research to satisfy the ever-increasing needs of consumers for the charging / discharging capacity of lithium secondary batteries.
리튬 이차전지의 용량을 증가시키기 위한 하나의 방법으로서, 탄소 활물질에 Si 또는 Sn이 첨가된 복합 활물질을 이차전지의 음극 제조시 전해동박 상에 도포되는 활물질로서 사용하는 것이 제안되었다. 그러나, 이와 같은 복합 활물질은 리튬 이차전지가 충전 또는 방전될 때 발생하는 열로 인해 급격히 그리고 심하게 팽창하여 전해동박의 파단을 야기한다. 리튬 이차전지의 충방전이 반복됨에 따라 음극 활물질의 수축 및 팽창이 번갈아 발생하고, 이것은 상기 동박과 음극 활물질의 분리를 유발하여 리튬 이차전지의 충방전 용량 유지율을 저하시킨다. 특히, 동박과 음극 활물질 사이의 접착 강도가 약할수록 리튬 이차전지의 충방전 용량 유지율이 심각하게 저하된다.As one method for increasing the capacity of a lithium secondary battery, it has been proposed to use a complex active material in which Si or Sn is added to a carbon active material as an active material applied on an electrolytic copper foil in the production of a negative electrode of a secondary battery. However, such a complex active material rapidly and severely expands due to heat generated when the lithium secondary battery is charged or discharged, causing breakage of the electrolytic copper foil. As the charging and discharging of the lithium secondary battery is repeated, contraction and expansion of the negative electrode active material occur alternately. This causes separation of the copper foil and the negative electrode active material, thereby lowering the charge / discharge capacity retention rate of the lithium secondary battery. In particular, as the bonding strength between the copper foil and the negative electrode active material is weak, the charge / discharge capacity retention rate of the lithium secondary battery is seriously degraded.
충전/방전 사이클이 반복됨에 따라 이차전지의 충전/방전 용량이 급격히 감소한다면(즉, 용량 유지율이 낮다면 또는 수명이 짧다면), 소비자는 이차전지를 빈번하게 교체할 필요가 있을 것이고, 그로 인해 소비자 불편 및 자원 낭비가 초래될 것이다.If the charging / discharging capacity of the secondary battery decreases sharply as the charge / discharge cycle is repeated (i.e., the capacity retention rate is low or the life is short), the consumer will need to frequently replace the secondary battery, Consumer inconvenience and waste of resources will result.
리튬 이차전지의 용량을 증가시키기 위해서는 음극 제조에 사용되는 전해동박의 두께가 얇아야 한다. 그러나, 두께가 얇을수록 전해동박은 휨(curl) 또는 주름(wrinkle)에 더 취약하게 된다. 이러한 전해동박의 휨 또는 주름은 작업성을 저하시킬 뿐만 아니라 심지어는 활물질 코팅 자체를 불가능하게 한다.In order to increase the capacity of the lithium secondary battery, the thickness of the electrolytic copper foil used for manufacturing the negative electrode must be thin. However, as the thickness becomes thinner, the electrolytic copper foil becomes more susceptible to curl or wrinkle. Such bending or wrinkling of the electrolytic copper foil not only lowers the workability but also makes the active material coating itself impossible.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 전해동박, 그것을 포함하는 전극, 그것을 포함하는 이차전지, 및 그것의 제조방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention relates to an electrolytic copper foil capable of preventing problems caused by limitations and disadvantages of the related art, an electrode including the same, a secondary battery including the same, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 관점은, 높은 용량 유지율을 갖는 이차전지를 담보할 수 있는 전해동박을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide an electrolytic copper foil capable of securing a secondary battery having a high capacity retention rate.
본 발명의 다른 관점은, 높은 용량 유지율을 갖는 이차전지를 담보할 수 있는 전극을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide an electrode capable of securing a secondary battery having a high capacity retention rate.
본 발명의 또 다른 관점은, 높은 용량 유지율을 갖는 이차전지를 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a secondary battery having a high capacity retention rate.
본 발명의 또 다른 관점은, 높은 용량 유지율을 갖는 이차전지를 담보할 수 있는 동박을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a method for producing a copper foil capable of securing a secondary battery having a high capacity retention rate.
위에서 언급된 본 발명의 관점들 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other features and advantages of the invention will be set forth in the description which follows, or may be learned by those skilled in the art from the description.
위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 제1 면과 그 반대편의 제2 면을 갖는 전해동박으로서, 상기 제1 면을 향하는 매트면(matte surface) 및 상기 제2 면을 향하는 샤이니면(shiny surface)을 포함하는 구리층; 상기 매트면 상의 제1 보호층; 및 상기 샤이니면 상의 제2 보호층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 면들 각각은 0.36 내지 1.69 ㎛의 피크 조도(peak roughness: Rp)를 갖고, 상기 제1 면의 피크 조도와 상기 제2 면의 피크 조도의 차이는 0.6㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 전해동박이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electrolytic copper foil having a first surface and a second surface opposite to the first surface, the electrolytic copper foil having a matte surface facing the first surface and a shiny surface facing the second surface, A copper layer; A first protective layer on the mat surface; And a second protective layer on the shiny surface, wherein each of the first and second surfaces has a peak roughness (Rp) of 0.36 to 1.69 占 퐉, and the peak roughness of the first surface and the second surface Wherein the difference in peak roughness of the copper foil is 0.6 mu m or less.
상기 제1 및 제2 보호층들 각각은 크롬(Cr)을 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 면들 각각에서의 크롬(Cr) 부착량은 0.5 내지 5.5 mg/m2일 수 있다.Each of the first and second protective layers may include chromium (Cr), and the amount of chromium (Cr) deposited on each of the first and second surfaces may be 0.5 to 5.5 mg / m 2 .
상기 제1 면에서의 크롬(Cr) 부착량과 상기 제2 면에서의 크롬(Cr) 부착량의 차이는 2.5 mg/m2 이하일 수 있다.The difference between the chromium (Cr) deposition amount on the first surface and the chromium (Cr) deposition amount on the second surface may be 2.5 mg / m 2 or less.
상기 제1 및 제2 면들 각각의 표면조도(Rz)는 2.5㎛ 이하일 수 있다.The surface roughness Rz of each of the first and second surfaces may be 2.5 탆 or less.
상기 전해동박은 25±15℃의 상온에서 21 내지 58 kgf/mm2의 항복강도를 가질 수 있다.The electrolytic copper foil may have a yield strength of 21 to 58 kgf / mm 2 at room temperature of 25 ± 15 ° C.
상기 전해동박은 4 내지 30 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The electrolytic copper foil may have a thickness of 4 to 30 탆.
본 발명의 다른 관점에 따라, 제1 면과 그 반대편의 제2 면을 갖는 전해동박; 및 상기 제1 면 상의 제1 활물질층을 포함하되, 상기 전해동박은, 상기 제1 면을 향하는 매트면 및 상기 제2 면을 향하는 샤이니면을 포함하는 구리층; 상기 매트면 상의 제1 보호층; 및 상기 샤이니면 상의 제2 보호층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 면들 각각은 0.36 내지 1.69 ㎛의 피크 조도(peak roughness: Rp)를 갖고, 상기 제1 면의 피크 조도와 상기 제2 면의 피크 조도의 차이는 0.6㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 이차전지용 전극이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an electrolytic copper foil having a first side and a second side opposite to the first side; And a first active material layer on the first surface, the electrolytic copper foil comprising: a copper layer including a matte surface facing the first surface and a shiny surface facing the second surface; A first protective layer on the mat surface; And a second protective layer on the shiny surface, wherein each of the first and second surfaces has a peak roughness (Rp) of 0.36 to 1.69 占 퐉, and the peak roughness of the first surface and the second surface The difference in peak roughness of the secondary battery is 0.6 mu m or less.
상기 제1 및 제2 보호층들 각각은 크롬(Cr)을 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 면들 각각에서의 크롬(Cr) 부착량은 0.5 내지 5.5 mg/m2일 수 있으며, 상기 제1 면에서의 크롬(Cr) 부착량과 상기 제2 면에서의 크롬(Cr) 부착량의 차이는 2.5 mg/m2 이하일 수 있다.Each of the first and second protective layers may include chromium (Cr), and the amount of chromium (Cr) deposited on each of the first and second surfaces may be 0.5 to 5.5 mg / m 2 , The difference between the amount of chromium (Cr) deposited on one surface and the amount of deposited chromium (Cr) on the second surface may be 2.5 mg / m 2 or less.
상기 전해동박은 25±15℃의 상온에서 21 내지 58 kgf/mm2의 항복강도를 가질 수 있다.The electrolytic copper foil may have a yield strength of 21 to 58 kgf / mm 2 at room temperature of 25 ± 15 ° C.
상기 이차전지용 전극은 상기 제2 면 상의 제2 활물질층을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 활물질층들은, 서로 독립적으로, 탄소; Si, Ge, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe의 금속; 상기 금속을 포함하는 합금; 상기 금속의 산화물; 및 상기 금속과 탄소의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 활물질을 각각 포함할 수 있다.The electrode for a secondary battery may further include a second active material layer on the second surface, and the first and second active material layers may include carbon; A metal of Si, Ge, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni or Fe; An alloy comprising the metal; An oxide of the metal; And at least one active material selected from the group consisting of a complex of the metal and carbon.
본 발명의 또 다른 관점에 따라, 양극(cathode); 상기 이차전지용 전극으로 구성된 음극(anode); 상기 양극과 음극 사이에서 리튬 이온이 이동할 수 있는 환경을 제공하는 전해질(electrolyte); 및 상기 양극과 상기 음극을 전기적으로 절연시켜 주는 분리막(separator)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이차전지가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell comprising: a cathode; An anode comprising the electrode for the secondary battery; An electrolyte for providing an environment in which lithium ions can move between the anode and the cathode; And a separator that electrically isolates the anode and the cathode from each other.
본 발명의 또 다른 관점에 따라, 구리층을 형성하는 단계; 및 상기 구리층 상에 보호층을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 구리층 형성 단계는, 50 내지 100 g/L의 구리 이온, 50 내지 150 g/L의 황산, 3 내지 12 ppm의 비스(3-설포프로필) 디설파이드[bis-(3-sulfopropyl) disulfide: SPS], 및 50ppm 이하의 염소를 포함하는 전해액을 준비하는 단계; 및 상기 전해액 내에 서로 이격되게 배치된 양극판 및 회전 음극드럼을 40 내지 80 A/dm2의 전류밀도로 통전시킴으로써 전기도금을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 전기도금이 수행되는 동안, 상기 전해액 내의 전체 탄소량(Total Carbon: TC)은 0.25 g/L 이하로 유지되고 상기 전해액 내의 스칸듐(Sc) 및 이트륨(Y)의 총 농도는 350 mg/L 이하로 유지되고, 상기 회전 음극드럼의 표면은 #800 내지 #1500의 입도(Grit)를 갖는 연마 브러시로 연마된 것을 특징으로 하는, 전해동박 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a copper layer; And forming a protective layer on the copper layer, wherein the copper layer forming step comprises forming a copper layer comprising 50 to 100 g / L of copper ions, 50 to 150 g / L of sulfuric acid, 3 to 12 ppm of bis - (3-sulfopropyl) disulfide (SPS), and chlorine of 50 ppm or less; And performing electroplating by energizing the positive electrode plate and the rotating negative electrode disposed at a distance from each other in the electrolyte at a current density of 40 to 80 A / dm 2 , wherein during the electroplating, The total concentration of scandium (Sc) and yttrium (Y) in the electrolytic solution is maintained at 350 mg / L or less and the surface of the rotating cathode drum is maintained at a concentration of 0.25 g / Wherein the abrasive grains are polished with an abrasive brush having a grain size (Grit) of 800 to < RTI ID = 0.0 ># 1500. ≪ / RTI >
산기 전해액 준비 단계는, 구리 와이어를 600 내지 900℃에서 30 내지 60 분 동안 열처리하는 단계; 상기 열처리된 구리 와이어를 산세하는 단계; 및 상기 산세된 구리 와이어를 황산에 투입하는 단계를 포함할 수 있다.The acidic electrolytic solution preparation step comprises: heat treating the copper wire at 600 to 900 DEG C for 30 to 60 minutes; Pickling the heat-treated copper wire; And injecting the pickled copper wire into sulfuric acid.
상기 구리층 형성 단계는, 상기 전기도금이 수행되는 동안 과산화수소 및 공기를 상기 전해액에 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.The copper layer forming step may further include the step of injecting hydrogen peroxide and air into the electrolytic solution while the electroplating is performed.
상기 전해액은 하이드록시에틸 셀룰로오스(HEC), 유기 황화물, 유기 질화물, 글리콜(glycol)계 고분자, 및 티오요소(thiourea)계 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 유기 첨가제를 더 포함할 수 있다.The electrolyte may further comprise at least one organic additive selected from the group consisting of hydroxyethyl cellulose (HEC), organic sulfide, organic nitride, glycol based polymer, and thiourea based compound.
상기 보호층 형성 단계는 0.5 내지 1.5 g/L의 Cr을 포함하는 방청액 내에 상기 구리층을 침지시키는 단계를 포함할 수 있다.The protective layer forming step may include immersing the copper layer in a rust preventive solution containing 0.5 to 1.5 g / L of Cr.
위와 같은 본 발명에 대한 일반적 서술은 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위를 제한하지 않는다.The foregoing general description of the present invention is intended to be illustrative of or explaining the present invention, but does not limit the scope of the present invention.
본 발명에 의하면, 충방전 사이클의 반복에도 불구하고 높은 충전/방전 용량을 오랫동안 유지할 수 있는 장수명의 이차전지가 제조될 수 있다. 따라서, 이차전지의 빈번한 교체로 인한 전자제품 소비자의 불편 및 자원 낭비를 최소화할 수 있다.According to the present invention, it is possible to manufacture a long-life secondary battery capable of maintaining a high charge / discharge capacity for a long period of time despite the repetition of charge / discharge cycles. Therefore, it is possible to minimize inconvenience and resource waste of the consumer of the electronic product due to frequent replacement of the secondary battery.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극의 단면도이고,
도 2는 JIS B 0601(2001) 규격에 따라 얻어진 표면 조도 프로파일을 예시하고,
도 3 및 도 4는 실시예1 및 비교예1의 전해동박들을 이용하여 제조된 이차전지들의 충/방전 실험 후 음극들의 상태를 각각 보여주는 사진들이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
1 is a cross-sectional view of an electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention,
Fig. 2 illustrates the surface roughness profile obtained in accordance with JIS B 0601 (2001)
FIGS. 3 and 4 are photographs showing the states of the cathodes after the charge / discharge tests of the secondary batteries manufactured using the electrolytic copper foils of Example 1 and Comparative Example 1, respectively.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention encompasses all changes and modifications that come within the scope of the invention as defined in the appended claims and equivalents thereof.
리튬 이온 이차전지는, 양극(cathode), 음극(anode), 상기 양극과 음극 사이에서 리튬 이온이 이동할 수 있는 환경을 제공하는 전해질(electrolyte), 및 하나의 전극에서 발생된 전자가 이차전지 내부를 통해 다른 전극으로 이동함으로써 무익하게 소모되는 것을 방지하기 위하여 상기 양극과 음극을 전기적으로 절연시켜 주는 분리막(separator)을 포함한다.The lithium ion secondary battery includes a cathode, an anode, an electrolyte that provides an environment in which lithium ions can move between the anode and the cathode, and electrons generated from one electrode, And a separator electrically isolating the anode and the cathode from each other to prevent the electrode from being wasted by moving to the other electrode.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of an electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극(100)은 제1 면(S1)과 그 반대편의 제2 면(S2)을 갖는 전해동박(110), 상기 제1 면(S1) 상의 제1 활물질층(120a), 및 상기 제2 면(S2) 상의 제2 활물질층(120b)을 포함한다. 도 1은 상기 전해동박(110)의 제1 및 제2 면들(S1, S2) 모두 위에 활물질층들(120a, 120b)이 각각 형성된 예를 보여주고 있으나, 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 이차전지용 전극(100)은 활물질층으로서 상기 제1 및 제2 활물질층들(120a, 120b) 중 어느 하나만을 포함할 수도 있다. 1, an
리튬 이차전지에 있어서, 양극 활물질과 결합되는 양극 집전체로서는 알루미늄 호일(foil)이 사용되고 음극 활물질과 결합되는 음극 집전체로서는 전해동박이 사용되는 것이 일반적이다.In a lithium secondary battery, aluminum foil is used as a positive electrode current collector combined with a positive electrode active material, and an electrolytic copper foil is generally used as an electrode current collector to be combined with a negative electrode active material.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 이차전지용 전극(100)은 리튬 이차전지의 음극으로 사용되고, 상기 전해동박(110)은 음극 집전체로서 기능하며, 상기 제1 및 제2 활물질층들(120a, 120b)은 음극 활물질을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the
도 1에 예시된 바와 같이, 본 발명의 전해동박(110)은 매트면(matte surface)(MS) 및 샤이니면(shiny surface)(SS)을 포함하는 구리층(111), 상기 구리층(111)의 상기 매트면(MS) 상의 제1 보호층(112a), 및 상기 구리층(111)의 상기 샤이니면(SS) 상의 제2 보호층(112b)을 포함한다. 1, the
상기 매트면(MS)은 상기 전해동박(110)의 제1 면(S1)을 향하는 구리층(111)의 면이고, 상기 샤이니면(SS)은 상기 전해동박(110)의 제2 면(S2)을 향하는 구리층(111)의 면이다.The mat surface MS is a surface of the
본 발명의 구리층(111)은 전기도금을 통해 회전 음극드럼 상에 형성될 수 있는데, 상기 샤이니면(SS)은 전기도금 과정에서 상기 회전 음극드럼과 접촉하였던 면을 지칭하고, 상기 매트면(MS)은 상기 샤이니면(SS)의 반대 편 면을 지칭한다.The
샤이니면(SS)이 매트면(MS)에 비해 더 낮은 표면조도(Rz)를 갖는 것이 일반적이기는 하지만 본 발명이 이에 국한되는 것은 아니며 샤이니면(SS)의 표면조도(Rz)가 매트면(MS)의 표면조도(Rz)와 동일하거나 더 높을 수도 있다. Although it is common that the shiny surface SS has a lower surface roughness R z than the mat surface MS, the present invention is not limited to this, and the surface roughness R z of the shiny surface SS is not limited to the mat surface May be equal to or higher than the surface roughness (R z ) of the substrate (MS).
상기 제1 및 제2 보호층들(112a, 112b)은 상기 구리층(111)의 부식을 방지하고, 내열성을 향상시키기 위한 것으로서, 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.The first and second
본 발명의 전해동박(110)은 상온(25±15 ℃)에서 21 내지 58 kgf/mm2의 항복강도를 가질 수 있다. 상기 항복강도는 만능시험기(UTM)를 이용하여 측정하는데, 이때 샘플의 폭은 12.7 mm이고, Grip간 거리는 50 mm이며, 측정 속도는 50 mm/min이다.The
전해동박(110)의 항복강도가 21 kgf/mm2 미만이면, 전극(100) 제조 과정 및/또는 이차전지 제조 과정에서 가해지는 힘에 의해 전해동박(110)의 주름 및/또는 접힘이 발생할 위험이 있다. 반면, 전해동박(110)의 항복강도가 58 kgf/mm2를 초과하면, 이차전지 제조 공정의 작업성이 저하된다.If the yield strength of the
본 발명의 전해동박(110)은 상온(25±15 ℃)에서 3% 이상의 연신율을 가질 수 있다. 전해동박(110)의 연신율이 3% 미만이면, 전극(100) 제조 과정 및/또는 이차전지 제조 과정에서 가해지는 힘에 의해 전해동박(110)이 늘어나지 못하고 찢어질 위험이 커진다.The
본 발명의 전해동박(110)은 4 내지 30 ㎛의 두께를 가질 수 있다.The
상기 제1 및 제2 활물질층들(120a, 120b)은, 서로 독립적으로, 탄소; Si, Ge, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe의 금속; 상기 금속을 포함하는 합금; 상기 금속의 산화물; 및 상기 금속과 탄소의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 활물질을 음극 활물질로서 포함할 수 있다.The first and second
이차전지의 충방전 용량을 증가시키기 위하여, 상기 제1 및 제2 활물질층들(120a, 120b)은 Si를 소정량 포함한 혼합물로 형성될 수 있다.In order to increase the charge / discharge capacity of the secondary battery, the first and second
한편, 이차전지의 충방전이 반복됨에 따라 활물질층(120a, 120b)의 수축 및 팽창이 번갈아 발생하고, 이것은 상기 활물질층(120a, 120b)과 상기 전해동박(110)의 분리를 유발하여 이차전지의 충방전 효율을 저하시킨다. 따라서, 이차전극이 일정 수준 이상의 용량 유지율 및 수명을 확보하기 위해서는(즉, 이차전지의 충방전 효율 저하를 억제하기 위해서는), 상기 전해동박(110)이 상기 활물질에 대하여 우수한 코팅성을 가짐으로써 상기 전해동박(110)와 활물질층(120a, 120b) 사이의 접착 강도가 높아야 한다.As the charging and discharging of the secondary battery is repeated, the
일반적으로, 상기 전해동박(110)의 표면조도(Rz) 제어를 통해 전해동박(110)과 활물질층(120a, 120b) 사이의 접착 강도를 향상시킬 수 있다고 알려져 있다. 상기 표면조도(Rz)는, 예를 들어 Mahr社의 Mahrsurf M300 조도계를 이용하여 JIS B 0601(2001) 규격에 따라 측정될 수 있다[측정 길이: 4mm (cut off 구간은 제외)].It is generally known that the adhesion strength between the
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 전해동박(110)의 제1 및 제2 면들(S1, S2) 각각의 표면조도(Rz)는 2.5㎛ 이하일 수 있다. 상기 표면조도(Rz)가 0.25㎛를 초과하는 경우에는, 전해동박(110)의 제1 및 제2 면들(S1, S2)이 지나치게 불균일하여 음극 활물질의 코팅 균일성이 저하되고, 이로 인해 전해동박(110)과 제1 및 제2 활물질층들(120a, 120b) 사이의 밀착력이 현저히 저하된다.According to an embodiment of the present invention, the surface roughness Rz of each of the first and second surfaces S1 and S2 of the
그러나, 실제로는, 표면조도(Rz)가 적절히 조정된(예를 들어, 2.5㎛ 이하로 조정된) 전해동박(110)이 스펙에서 요구되는 전해동박(110)과 활물질층(120a, 120b) 간의 접착력을 반드시 만족시키는 것은 아니다. 즉, 2.5㎛ 이하의 표면조도(Rz)를 갖는 전해동박(110)이 업계에서 요구되는 90% 이상의 이차전지 용량 유지율(500회 충/방전 후)을 언제나 담보할 수 있는 것은 아니다.Actually, however, the
특히, 이차전지의 고용량화를 위하여 상기 활물질층(120a, 120b)이 Si를 포함할 경우 전해동박(110)의 표면조도(Rz)와 이차전지의 용량 유지율 사이의 연관성이 더욱 낮은 것으로 드러났다.In particular, when the
본 발명에 의하면, 90% 이상의 이차전지 용량 유지율을 담보할 수 있을 정도로 충분히 큰 전해동박(110)과 활물질층(120a, 120b) 사이의 접착력을 확보함에 있어서, 전해동박(110)의 피크 조도(peak roughness: Rp)가 표면조도(Rz)보다 더 중요한 인자임이 확인되었다.According to the present invention, in securing the adhesion between the
이하에서는, 도 2를 참조하여 전해동박(110)의 피크 조도(Rp)를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the peak roughness Rp of the
본 발명에서 “피크 조도(Rp)”는 JIS B 0601(2001) 규격에 따라 측정되며, 도 2의 표면조도 프로파일에 표시한 바와 같이, 표면조도 프로파일(샘플링 길이: 4mm)에서 가장 높은 피크의 평균선(mean line)으로부터의 높이를 의미한다.In the present invention, " peak illuminance Rp " is measured according to the JIS B 0601 (2001) standard, and as shown in the surface roughness profile of FIG. 2, the mean peak of the highest peak in the surface roughness profile (sampling length: means the height from the mean line.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 전해동박(110)의 제1 및 제2 면들(S1, S2) 각각은 0.36 내지 1.69 ㎛의 피크 조도(Rp)를 갖고, 상기 제1 면(S1)의 피크 조도(Rp)와 상기 제2 면(S2)의 피크 조도(Rp)의 차이는 0.6㎛ 이하이다.According to an embodiment of the present invention, each of the first and second surfaces S1 and S2 of the
상기 제1 및 제2 면들(S1, S2)의 표면 조도(Rp)가 0.36㎛ 미만이면, 음극 활물질과 접촉할 수 있는 전해동박(110)의 활성 비표면적이 너무 적어 전해동박(110)과 제1 및 제2 활물질층들(120a, 120b) 사이에 충분한 밀착력이 확보될 수 없다. 반면, 상기 제1 및 제2 면들(S1, S2)의 표면 조도(Rp)가 1.69㎛를 초과하면, 음극 활물질의 코팅 균일성이 저하되고, 이로 인해 전해동박(110)과 제1 및 제2 활물질층들(120a, 120b) 사이의 밀착력이 현저히 저하된다. 또한, 이차전지의 충방전시 1.69㎛를 초과하는 피크에 응력이 집중되어 음극 활물질이 전해동박(110)으로부터 분리되게 되고, 결과적으로 상기 이차전지의 용량 유지율이 저하된다.If the surface roughness Rp of the first and second faces S1 and S2 is less than 0.36 占 퐉, the active specific surface area of the
또한, 상기 제1 면(S1)의 피크 조도(Rp)와 상기 제2 면(S2)의 피크 조도(Rp)의 차이는 0.6㎛를 초과하면, 상기 제1 면(S1)과 제1 활물질층(120a)의 밀착력 및 상기 제2 면(S2)과 제2 활물질층(120b)의 밀착력 간의 차이가 지나치게 커지게 되는데, 이것은 이차전지의 용량 유지율 저하를 야기한다.When the difference between the peak roughness Rp of the first surface S1 and the peak roughness Rp of the second surface S2 exceeds 0.6 탆, the first surface S1 and the first active material layer The difference between the adhesion of the
본 발명에 의하면, 전해동박(110)과 활물질층(120a, 120b) 사이의 접착력을 확보함에 있어서, 전해동박(110)의 제1 및 제2 면들(S1, S2)에서의 크롬(Cr) 부착량도 역시 중요한 인자임이 확인되었다. 상기 크롬(Cr) 부착량은 원자흡수분광기(Atomic Absorption Spectrometry: AAS) 분석을 통해 측정될 수 있다.The adhesion amount of chromium (Cr) on the first and second surfaces S1 and S2 of the
예를 들어, 전해동박(110)의 제2 면(S2)을 테이프로 마스팅하고 절단함으로써 10cm×10cm의 샘플을 얻은 후, 상기 전해동박(110)에 구멍이 생기지 않도록 주의하면서, 상기 전해동박(110)의 제1 면(S1)을 질산 수용액(상용 질산과 물을 1:1로 혼합)으로 녹인다. 이렇게 생성된 용액을 물로 희석하여 50mL의 희석액을 얻은 후, 상기 희석액을 25℃에서 원자흡수분광기(AAS)로 분석하여 상기 전해동박(110)의 제1 면(S1)의 크롬 부착량을 측정할 수 있다. 이와 유사한 방법으로 상기 전해동박(110)의 제2 면(S2)의 크롬 부착량도 측정할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 및 제2 면들 각각에서의 크롬(Cr) 부착량은 0.5 내지 5.5 mg/m2이다. 크롬(Cr) 부착량이 0.5 mg/m2 미만이면 산소가 활물질층(120a, 120b)을 통과하여 구리층(111) 표면의 산화를 유발하게 되고, 그 결과, 전해동박(110)과 음극 활물질 사이의 충분한 화학적 결합이 제공될 수 없다. 반면, 크롬(Cr) 부착량이 5.5 mg/m2을 초과하면 전해동박(110) 표면의 소수성(hydrophobicity)이 증가하여 음극 활물질에 대한 화학적 친화도가 떨어지게 되고, 그 결과, 전해동박(110)과 음극 활물질 사이의 충분한 화학적 결합이 제공될 수 없다.According to an embodiment of the present invention, the chromium (Cr) adhesion amount in each of the first and second surfaces is 0.5 to 5.5 mg / m 2 . When the amount of Cr attached is less than 0.5 mg / m 2, oxygen passes through the
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 작업성 저하를 야기할 수 있는 전해동박(110) 말림을 최소화하기 위하여, 상기 제1 및 제2 면들(S1, S2)에서의 크롬(Cr) 부착량 차이는 2.5 mg/m2 이하일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, in order to minimize the winding of the
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해동박(110)의 제조방법을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the
본 발명의 방법은 구리층(111)을 형성하는 단계 및 상기 구리층(111) 상에 보호층(112a, 112b)을 형성하는 단계를 포함한다.The method of the present invention includes the steps of forming a
먼저, 50 내지 100 g/L의 구리 이온, 50 내지 150 g/L의 황산, 3 내지 12 ppm의 비스(3-설포프로필) 디설파이드(SPS), 및 50ppm 이하의 염소를 포함하는 전해액을 준비한다.First, an electrolytic solution containing 50 to 100 g / L of copper ion, 50 to 150 g / L of sulfuric acid, 3 to 12 ppm of bis (3-sulfopropyl) disulfide (SPS) and 50 ppm or less of chlorine is prepared .
이어서, 40 내지 60 ℃의 상기 전해액 내에 서로 이격되게 배치된 양극판 및 회전 음극드럼을 40 내지 80 A/dm2의 전류밀도로 통전시켜 전기도금을 수행함으로써 상기 구리층(111)을 상기 회전 음극드럼 상에 형성시킨다.Then, 40 spaced from each other in the electrolytic solution in to 60 ℃ positive electrode plate and the rotary cathode drum to 40 to 80 A / dm by passing a current density of 2 by performing an electroplating anode the rotation of the
본 발명에 의하면, 상기 전기도금이 수행되는 동안, 상기 전해액 내의 전체 탄소량(Total Carbon: TC)이 0.25 g/L 이하로 유지되도록 상기 전해액이 관리된다. 전체 탄소량(TC)은 전체 유기 탄소(Total Organic Carbon: TOC) 및 전체 무기 탄소(Total Inorganic Carbon: TIC)로 구성되며, TC 측정 설비를 통해 분석될 수 있다. According to the present invention, the electrolytic solution is maintained such that the total carbon (TC) in the electrolytic solution is maintained at 0.25 g / L or less during the electroplating. The total carbon content (TC) consists of Total Organic Carbon (TOC) and Total Inorganic Carbon (TIC), which can be analyzed through the TC measurement facility.
전해액의 전체 탄소량(TC)을 0.25 g/L 이하로 유지시키기 위하여, 고순도의 구리 와이어를 600 내지 900℃에서 30 내지 60 분 동안 열처리하여 유기물을 태우고, 상기 열처리된 구리 와이어를 산세하며, 상기 산세된 구리 와이어를 황산에 투입함으로써 불순물이 전혀 또는 거의 없는 전해액을 준비한다.The high-purity copper wire is heat-treated at 600 to 900 DEG C for 30 to 60 minutes to burn the organic matter, to pick up the heat-treated copper wire, to maintain the total carbon content (TC) of the electrolytic solution at 0.25 g / L or less, An electrolytic solution having no or little impurities is prepared by injecting pickled copper wire into sulfuric acid.
전해액의 전체 탄소량(TC)을 0.25 g/L 이하로 유지시키기 위하여, 오존 처리를 통해 전해액 내 유기물을 분해함으로써 상기 전체 탄소량(TC)를 낮출 수도 있다. 또한, 상기 전기 도금이 수행되는 동안 과산화수소 및 공기를 상기 전해액에 투입함으로써 상기 전해액의 청정도를 향상시킬 수 있다.In order to maintain the total carbon content (TC) of the electrolytic solution at 0.25 g / L or less, the total amount of carbon (TC) may be lowered by decomposing organic substances in the electrolyte through ozone treatment. Further, by injecting hydrogen peroxide and air into the electrolytic solution during the electroplating, cleanliness of the electrolytic solution can be improved.
본 발명에 의하면, 상기 전기 도금이 수행되는 동안, 상기 전해액 내의 스칸듐(Sc)과 이트륨(Y)의 총 농도는 350 mg/L 이하로 유지된다.According to the present invention, the total concentration of scandium (Sc) and yttrium (Y) in the electrolytic solution is maintained at 350 mg / L or less during the electroplating.
상기 회전 음극드럼 표면(전기도금에 의해 구리가 석출되는 면)의 연마 정도도 역시 전해동박(110)의 제2 면(S2)의 표면조도(Rz), 피크 조도(Rp), 및 크롬 부착량을 제어하는 하나의 요소이다. 본 발명에 의하면, #800 내지 #1500의 입도(Grit)를 갖는 연마 브러시로 상기 회전 음극드럼의 표면이 연마된다.The degree of polishing of the rotating cathode drum surface (surface on which copper is precipitated by electroplating) is also controlled by controlling the surface roughness Rz, peak roughness Rp, and chromium deposition amount of the second surface S2 of the
#800 내지 #1500의 입도(Grit)를 갖는 연마 브러시로 상기 회전 음극드럼의 표면이 연마하고, 전해액의 전체 탄소량(TC), 및 스칸듐(Sc)과 이트륨(Y)의 총 농도를 0.25 g/L 이하 및 350 mg/L 이하로 각각 관리하고, 40 내지 80 A/dm2의 전류밀도를 적용함으로써, 전해동박(110)의 제1 및 제2 면들(S1, S2)의 피크 조도(Rp) 및 피크 조도(Rp) 차이를 본 발명의 범위[피크 조도(Rp): 0.36 내지 1.69 ㎛; 피크 조도 (Rp) 차이: 0.6㎛ 이하] 내로 각각 제어할 수 있다.The surface of the rotary cathode drum was polished with an abrasive brush having a grain size of # 800 to # 1500 so that the total amount of carbon (TC) of the electrolytic solution and the total concentration of scandium (Sc) and yttrium (Y) / L or less, and each administration to less than 350 mg / L, and by applying a current density of 40 to 80 a / dm 2, the peak roughness (Rp) of the first and second surfaces (S1, S2) of the
상기 전기 도금이 수행되는 동안 상기 전해액으로부터 고형 불순물을 제거하기 위한 연속(또는 순환) 여과를 31 내지 45 m3/hr의 유량으로 수행할 수 있다. 상기 유량이 31 m3/hr 미만이면, 유속이 낮아져 과전압이 증가하고 구리층(111)이 불균일하게 형성된다. 반면, 상기 유량이 45 m3/hr 를 초과하면, 필터 손상이 유발되어 전해액 내로 이물질이 유입되어 전해액의 전체 탄소량(TC)이 증가한다.Continuous (or circulating) filtration to remove solid impurities from the electrolyte during the electroplating may be performed at a flow rate of 31 to 45 m 3 / hr. If the flow rate is less than 31 m 3 / hr, the flow velocity is lowered, the overvoltage is increased, and the
선택적 사항으로서, 상기 전해액은 하이드록시에틸 셀룰로오스(HEC), 유기 황화물, 유기 질화물, 글리콜계 고분자, 및 티오요소(thiourea)계 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 유기 첨가제를 더 포함할 수 있다.Optionally, the electrolyte may further comprise at least one organic additive selected from the group consisting of hydroxyethyl cellulose (HEC), organic sulfides, organic nitrides, glycol based polymers, and thiourea based compounds .
위와 같이 제조된 구리층(111)을 0.5 내지 1.5 g/L의 Cr을 포함하는 방청액 내에 침지(예를 들어, 상온에 2 내지 20 초 동안)시킨 후 건조시킴으로써 상기 구리층(111) 상에 제1 및 제2 보호층들(112a, 112b)을 각각 형성시킨다.The
상기 방청액은 실란 화합물과 질소 화합물 중 적어도 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 방청액은 0.5 내지 1.5 g/L의 Cr 및 0.5 내지 1.5 g/L의 실란 화합물을 포함할 수 있다.The rust-preventive liquid may further include at least one of a silane compound and a nitrogen compound. For example, the rust-preventive liquid may comprise 0.5 to 1.5 g / L of Cr and 0.5 to 1.5 g / L of the silane compound.
이와 같이 제조된 본 발명의 전해동박(110) 상에 음극 활물질을 코팅함으로써 본 발명의 이차전지용 전극(즉, 음극)이 제조될 수 있다.By coating the anode active material on the
상기 음극 활물질은, 탄소; Si, Ge, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe의 금속; 상기 금속을 포함하는 합금; 상기 금속의 산화물; 및 상기 금속과 탄소의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The negative electrode active material may include carbon; A metal of Si, Ge, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni or Fe; An alloy comprising the metal; An oxide of the metal; And a complex of the metal and carbon.
예를 들어, 100 중량부의 음극 활물질용 탄소에 1 내지 3 중량부의 스티렌부타디엔 고무(SBR) 및 1 내지 3 중량부의 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)를 혼합한 후 증류수를 용제로 사용하여 슬러리를 조제한다. 이어서, 닥터 블레이드를 이용하여 상기 전해동박(110) 상에 20 내지 100㎛ 두께로 상기 슬러리를 도포하고, 110 내지 130℃에서 0.5 내지 1.5 ton/cm2의 압력으로 프레스한다.For example, 1 to 3 parts by weight of styrene butadiene rubber (SBR) and 1 to 3 parts by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) are mixed with 100 parts by weight of carbon for an anode active material, and distilled water is used as a solvent to prepare a slurry. Next, the slurry is coated on the
이상의 방법으로 제조된 본 발명의 이차전지용 전극(음극)과 함께 통상의 양극, 전해질, 및 분리막을 이용하여 리튬 이차전지를 제조할 수 있다.The lithium secondary battery can be manufactured using the conventional positive electrode, electrolyte, and separator together with the electrode (negative electrode) for a secondary battery of the present invention manufactured by the above method.
이하에서는, 실시예들 및 비교예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로, 본 발명의 권리범위가 이들 실시예들로 제한되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples and comparative examples. It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the following embodiments, but the scope of the present invention is not limited to these embodiments.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5
전해액 내에 서로 이격되게 배치된 양극판 및 회전 음극드럼을 50 A/dm2의 전류밀도로 통전시킴으로써 구리층을 형성시켰다. 상기 전해액은 75 g/L의 구리 이온, 100 g/L의 황산, 8 ppm의 비스(3-설포프로필) 디설파이드(SPS), 및 20 ppm의 염소를 포함하였으며, 55℃로 유지되었다. 전기 도금이 수행되는 동안, 상기 전해액으로부터 고형 불순물을 제거하기 위한 연속 여과가 37 m3/hr의 유량으로 수행되었다. 상기 전해액 내 에틸렌 티오요소(ethylene thiourea: ETU)의 함량, 상기 전해액 내 전체 탄소량(TC), 상기 전해액 내 스칸듐(Sc)과 이트륨(Y)의 총 농도, 및 상기 회전 음극드럼 표면 연마에 사용된 연마 브러시의 입도는 아래의 표 1과 같았다. 상기 전기 도금을 통해 형성된 구리층을 방청액에 침지시킨 후 건조시킴으로써 전해동박을 완성하였다.A positive electrode plate and a rotating negative electrode drum which were arranged so as to be spaced apart from each other in the electrolyte solution were energized at a current density of 50 A / dm 2 to form a copper layer. The electrolyte contained 75 g / L copper ion, 100 g / L sulfuric acid, 8 ppm bis (3-sulfopropyl) disulfide (SPS), and 20 ppm chlorine and was maintained at 55 ° C. During electroplating, continuous filtration was performed at a flow rate of 37 m 3 / hr to remove solid impurities from the electrolyte. (TC) of the electrolytic solution, the total concentration of scandium (Sc) and yttrium (Y) in the electrolyte solution, and the surface of the rotary cathode drum The particle size of the abrasive brush was as shown in Table 1 below. The copper layer formed through the electroplating was immersed in a rust preventive solution and then dried to complete an electrolytic copper foil.
(mg/L)ETU
(mg / L)
(g/L)TC
(g / L)
위와 같이 제조된 실시예 1-3 및 비교예 1-5의 전해동박들의 제1 면(구리층의 매트면이 향하고 있는 전해동박의 면) 및 그 반대편의 제2 면의 피크 조도(Rp), 그리고 상기 전해동박들의 항복강도를 아래와 같이 각각 구하였다. 또한, 실시예 1-3 및 비교예 1-5의 전해동박들로 제조된 음극을 포함하는 이차전지들의 용량 유지율을 아래와 같이 각각 구하였다. 상기 측정 결과들을 아래의 표 2에 나타내었다.The peak roughness Rp of the first surface (the surface of the electrolytic copper foil whose mat surface of the copper layer faces) and the second surface of the electrolytic copper foil of Examples 1-3 and Comparative Example 1-5 manufactured as described above, The yield strength of the electrolytic copper foil was obtained as follows. The capacity retention ratios of the secondary batteries including the negative electrode made from the electrolytic copper foils of Examples 1-3 and Comparative Examples 1-5 were obtained as follows. The measurement results are shown in Table 2 below.
* * 피크 조도(Rp)(㎛)Peak roughness (Rp) (占 퐉)
전해동박의 제1 및 제2 면들마다 임의의 3개 지점들의 피크 조도(Rp)를 측정하여 이들의 평균값을 구하였다.The peak roughness (Rp) of arbitrary three points was measured for each of the first and second surfaces of the electrolytic copper foil, and the average value thereof was determined.
JIS B 0601(2001) 규격에 따라, 표면조도 프로파일에서 가장 높은 피크(highest peak)의 평균선(mean line)으로부터의 높이(height)를 측정함으로써 각 지점의 피크 조도(Rp)를 구하였다. 이때, 사용된 조도계는 Mitsutoyo社의 SJ-310 조도계이었으며, 스캔 속도는 0.1 mm/sec이었고, 1회 측정 길이는 4mm이었으며, 프로브 사이즈는 5㎛이었다.The peak illuminance (Rp) at each point was determined by measuring the height from the mean line of the highest peak in the surface roughness profile according to JIS B 0601 (2001). At this time, the illuminometer used was an SJ-310 illuminometer manufactured by Mitsutoyo Co., Ltd. The scan speed was 0.1 mm / sec, the measurement length was 4 mm, and the probe size was 5 μm.
* * 상온(25±15 ℃)에서의 항복강도(kgf/mmYield strength at room temperature (25 ± 15 ° C) (kgf / mm 22 ))
전해동박의 상온 항복강도는 만능시험기(UTM)를 이용하여 측정하였는데, 이때 샘플의 폭은 12.7 mm이었고, Grip간 거리는 50 mm이었으며, 측정 속도는 50 mm/min이었다.The room temperature yield strength of the electrolytic copper foil was measured using a universal testing machine (UTM). The width of the sample was 12.7 mm, the distance between the grips was 50 mm, and the measurement speed was 50 mm / min.
* 이차전지의 용량 유지율(%)* Capacity retention rate of secondary battery (%)
먼저, 실시예 1-3 및 비교예 1-5의 전해동박들로 음극을 제조하였다. 구체적으로, 음극 활물질용으로 시판되는 카본 100 중량부에 SBR(스티렌부타디엔 고무) 2 중량부 및 CMC(카로복시메틸 셀룰로오스) 2 중량부를 혼합하였다. 이어서, 이 혼합물에 용제인 증류수를 첨가함으로써 슬러리를 제조하였다. 닥터 블레이드를 이용해 상기 슬러리를 약 60㎛ 두께로 전해동박(폭: 10cm) 표면 상에 도포하고 120℃에서 건조시킨 후 롤프레싱 공정(압력: 1 ton/cm2)을 수행함으로써 음극을 제조하였다.First, cathodes were prepared from the electrolytic copper foils of Example 1-3 and Comparative Example 1-5. Specifically, 2 parts by weight of SBR (styrene butadiene rubber) and 2 parts by weight of CMC (caroboxymethylcellulose) were mixed with 100 parts by weight of carbon commercially available as an anode active material. Then, a slurry was prepared by adding distilled water as a solvent to this mixture. The slurry was coated on the surface of an electrolytic copper foil (width: 10 cm) to a thickness of about 60 μm using a doctor blade, dried at 120 ° C., and then subjected to a roll pressing process (pressure: 1 ton / cm 2 ) to prepare a negative electrode.
리튬망간산화물(Li1 . 1Mn1 . 85Al0 . 05O4)과 orthorhombic 결정구조의 리튬망간산화물(o-LiMnO2)을 90:10의 중량비로 혼합하여 양극 활물질을 제조하였다. 상기 양극 활물질, 카본블랙, 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)를 85:10:5의 중량비로 유기용매인 NMP와 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 두께 20㎛의 알루미늄 호일의 양면에 도포한 후 건조시킴으로써 양극을 제조하였다.Lithium manganese oxide (Li 1. 1 Mn 1. 85 Al 0. 05 O 4) and lithium manganese oxide (LiMnO 2-o) in the orthorhombic crystal structure was prepared the positive electrode active material were mixed at a weight ratio of 90:10. The above cathode active material, carbon black, and polyvinylidene fluoride (PVDF) were mixed with NMP as an organic solvent at a weight ratio of 85: 10: 5 to prepare a slurry. The slurry was coated on both sides of an aluminum foil having a thickness of 20 mu m and dried to prepare a positive electrode.
또한, 에틸렌카보네이트(EC) 및 에틸메틸카보네이트(EMC)를 1:2의 중량비로 혼합한 비수성 유기용매에 용질로서 LiPF6를 1M 용해시킨 것을 기본 전해액으로 하고, 이 기본 전해액 99.5 중량%와 숙신산 무수물(succinic anhydride) 0.5 중량%를 혼합하여 이차전지용 전해액을 제조하였다.Further, 1 M of LiPF 6 dissolved as a solute in a non-aqueous organic solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a weight ratio of 1: 2 was used as a basic electrolyte, and 99.5% by weight of this basic electrolyte, And 0.5 wt% of succinic anhydride were mixed to prepare an electrolyte solution for a secondary battery.
이와 같이 제조된 음극, 양극, 및 전해액으로 이차전지를 제조하였다. A secondary battery was prepared from the thus prepared negative electrode, positive electrode, and electrolyte.
이어서, 이와 같이 제조된 이차전지에 대하여, 4.3V의 충전작동전압 및 3.4V의 방전작동전압으로 양극의 g당 용량을 측정하였고, 50℃에서 0.2 C의 충/방전 속도로 500회의 충/방전 실험을 수행하였으며, 이차전지의 용량 유지율을 아래의 식 1에 따라 산출하였다. 업계에서 요구되는 이차전지의 용량 유지율은 90% 이상이다.Subsequently, the capacity per g of the positive electrode was measured with the charging operating voltage of 4.3 V and the discharging operating voltage of 3.4 V, and the charging / discharging performance was 500 times at a charging / discharging rate of 0.2 C at 50 캜 And the capacity retention rate of the secondary battery was calculated according to the following equation (1). The capacity retention rate of a secondary battery required in the industry is 90% or more.
[식 1][Formula 1]
용량 유지율(%) = (500회차의 방전용량/1회차의 방전용량)×100Capacity retention ratio (%) = (discharge capacity of 500 turns / discharge capacity of one turn) x 100
각 전해동박마다 5개의 샘플을 취하였고, 상기 5개의 샘플들로 5개의 이차전지들을 전술한 방법으로 각각 제조하였으며, 상기 5개의 이차전지들의 용량 유지율을 전술한 방법으로 각각 측정하였고, 이 측정값들을 산술평균함으로써 상기 전해동박에 해당하는 “이차전지 용량 유지율”을 구하였다.Five samples were taken for each electrolytic copper foil and five secondary cells were prepared by the above-mentioned five samples. The capacity retention ratios of the five secondary batteries were measured by the above-mentioned methods, Quot; secondary cell capacity retention ratio " corresponding to the electrolytic copper foil was obtained by arithmetic averaging.
위 표 2로부터, 전해동박의 제1 및 제2 면들 중 어느 한면이라도 0.36㎛ 미만의 피크 조도(Rp)를 가질 경우(비교예 1 및 3), 전해동박의 제1 및 제2 면들 중 어느 한면이라도 1.69㎛를 초과하는 피크 조도(Rp)를 가질 경우(비교예 2 및 4), 그리고 전해동박의 제1 및 제2 면들의 피크 조도(Rp) 차이가 0.6㎛를 초과하는 경우(비교예 5), 이차전지의 용량 유지율이 업계에서 요구되는 값(90%)보다 현저히 낮음을 알 수 있다.From Table 2, it can be seen that when either of the first and second surfaces of the electrolytic copper foil has a peak roughness Rp of less than 0.36 占 퐉 (Comparative Examples 1 and 3), even if any one of the first and second surfaces of the electrolytic copper foil has a peak roughness Rp of 1.69 (Comparative Examples 2 and 4) and a peak roughness (Rp) difference between the first and second surfaces of the electrolytic copper foil exceeded 0.6 mu m (Comparative Example 5) It can be seen that the capacity retention rate of the battery is significantly lower than the value (90%) required in the industry.
도 3 및 도 4는 실시예 1 및 비교예 1의 전해동박들을 이용하여 제조된 이차전지들에 대하여 충/방전 실험을 수행한 후 음극들의 상태를 각각 보여주는 사진들이다. FIGS. 3 and 4 are photographs showing states of cathodes after charge / discharge tests are performed on the secondary batteries manufactured using the electrolytic copper foils of Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 전해동박으로 제조된 음극은 상기 500회 충/방전 실험 후에도 구리층과 활물질층이 견고하게 접착되어 있다. 이에 반해, 도 4에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 전해동박으로 제조된 음극은 상기 500회 충/방전 실험 후에 활물질층의 상당 부분이 구리층으로부터 분리되어 있음을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 3, the negative electrode manufactured by the electrolytic copper foil of Example 1 firmly adhered to the copper layer and the active material layer even after the 500 times charge / discharge test. On the other hand, as shown in FIG. 4, it can be seen that a significant portion of the active material layer was separated from the copper layer after the 500 times charge / discharge test of the negative electrode manufactured by the electrolytic copper foil of Comparative Example 1. FIG.
100: 이차전지 전극
110: 전해동박
111: 구리층
112a: 제1 보호층
112b: 제2 보호층
120a: 제1 활물질층
120b: 제2 활물질층100: secondary battery electrode 110: electrolytic copper foil
111:
112b: second
120b: second active material layer
Claims (16)
상기 제1 면을 향하는 매트면(matte surface) 및 상기 제2 면을 향하는 샤이니면(shiny surface)을 포함하는 구리층;
상기 매트면 상의 제1 보호층; 및
상기 샤이니면 상의 제2 보호층을 포함하고,
상기 제1 및 제2 면들 각각은 0.36 내지 1.69 ㎛의 피크 조도(peak roughness: Rp)를 갖고,
상기 제1 면의 피크 조도와 상기 제2 면의 피크 조도의 차이는 0.6㎛ 이하인 것을 특징으로 하는,
전해동박.An electrolytic copper foil having a first surface and a second surface opposite to the first surface,
A copper layer comprising a matte surface facing the first surface and a shiny surface facing the second surface;
A first protective layer on the mat surface; And
And a second protective layer on the shiny surface,
Each of the first and second surfaces has a peak roughness (Rp) of 0.36 to 1.69 占 퐉,
Wherein the difference between the peak roughness of the first surface and the peak roughness of the second surface is 0.6 占 퐉 or less.
An electric boat.
상기 제1 및 제2 보호층들 각각은 크롬(Cr)을 포함하며,
상기 제1 및 제2 면들 각각에서의 크롬(Cr) 부착량은 0.5 내지 5.5 mg/m2인 것을 특징으로 하는,
전해동박.The method according to claim 1,
Wherein each of the first and second protective layers comprises chromium (Cr)
Wherein the amount of chromium (Cr) deposited on each of the first and second surfaces is 0.5 to 5.5 mg / m 2 .
An electric boat.
상기 제1 면에서의 크롬(Cr) 부착량과 상기 제2 면에서의 크롬(Cr) 부착량의 차이는 2.5 mg/m2 이하인 것을 특징으로 하는,
전해동박.3. The method of claim 2,
Wherein a difference between a chromium (Cr) deposition amount on the first surface and a chromium (Cr) deposition amount on the second surface is 2.5 mg / m 2 or less.
An electric boat.
상기 제1 및 제2 면들 각각의 표면조도(Rz)는 2.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는,
전해동박.The method according to claim 1,
Wherein a surface roughness (Rz) of each of the first and second surfaces is 2.5 占 퐉 or less.
An electric boat.
25±15℃의 상온에서 21 내지 58 kgf/mm2의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 하는,
전해동박.The method according to claim 1,
And has a yield strength of 21 to 58 kgf / mm < 2 > at room temperature of 25 ± 15 ° C.
An electric boat.
4 내지 30 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는,
전해동박.The method according to claim 1,
Characterized in that it has a thickness of 4 to 30 mu m.
An electric boat.
상기 제1 면 상의 제1 활물질층을 포함하되,
상기 전해동박은,
상기 제1 면을 향하는 매트면 및 상기 제2 면을 향하는 샤이니면을 포함하는 구리층;
상기 매트면 상의 제1 보호층; 및
상기 샤이니면 상의 제2 보호층을 포함하고,
상기 제1 및 제2 면들 각각은 0.36 내지 1.69 ㎛의 피크 조도(peak roughness: Rp)를 갖고,
상기 제1 면의 피크 조도와 상기 제2 면의 피크 조도의 차이는 0.6㎛ 이하인 것을 특징으로 하는,
이차전지용 전극.An electrolytic copper foil having a first surface and a second surface opposite to the first surface; And
And a first active material layer on the first surface,
The electrolytic copper foil,
A copper layer including a mat surface facing the first surface and a shiny surface facing the second surface;
A first protective layer on the mat surface; And
And a second protective layer on the shiny surface,
Each of the first and second surfaces has a peak roughness (Rp) of 0.36 to 1.69 占 퐉,
Wherein the difference between the peak roughness of the first surface and the peak roughness of the second surface is 0.6 占 퐉 or less.
Electrode for secondary battery.
상기 제1 및 제2 보호층들 각각은 크롬(Cr)을 포함하고,
상기 제1 및 제2 면들 각각에서의 크롬(Cr) 부착량은 0.5 내지 5.5 mg/m2 이며,
상기 제1 면에서의 크롬(Cr) 부착량과 상기 제2 면에서의 크롬(Cr) 부착량의 차이는 2.5 mg/m2 이하인 것을 특징으로 하는,
이차전지용 전극.8. The method of claim 7,
Wherein each of the first and second protective layers comprises chromium (Cr)
The amount of chromium (Cr) deposited on each of the first and second faces is 0.5 to 5.5 mg / m 2 ,
Wherein a difference between a chromium (Cr) deposition amount on the first surface and a chromium (Cr) deposition amount on the second surface is 2.5 mg / m 2 or less.
Electrode for secondary battery.
상기 전해동박은 25±15℃의 상온에서 21 내지 58 kgf/mm2의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 하는,
이차전지용 전극.8. The method of claim 7,
Characterized in that the electrolytic copper foil has a yield strength of 21 to 58 kgf / mm < 2 > at room temperature of 25 ± 15 ° C.
Electrode for secondary battery.
상기 제2 면 상의 제2 활물질층을 더 포함하고,
상기 제1 및 제2 활물질층들은, 서로 독립적으로, 탄소; Si, Ge, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 또는 Fe의 금속; 상기 금속을 포함하는 합금; 상기 금속의 산화물; 및 상기 금속과 탄소의 복합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 활물질을 각각 포함하는,
이차전지용 전극.8. The method of claim 7,
Further comprising a second active material layer on the second surface,
The first and second active material layers may be, independently from each other, carbon; A metal of Si, Ge, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni or Fe; An alloy comprising the metal; An oxide of the metal; And at least one active material selected from the group consisting of a complex of said metal and carbon.
Electrode for secondary battery.
상기 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항의 이차전지용 전극으로 구성된 음극(anode);
상기 양극과 음극 사이에서 리튬 이온이 이동할 수 있는 환경을 제공하는 전해질(electrolyte); 및
상기 양극과 상기 음극을 전기적으로 절연시켜 주는 분리막(separator)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
이차전지.A cathode;
An anode comprising the electrode for a secondary battery according to any one of claims 7 to 10;
An electrolyte for providing an environment in which lithium ions can move between the anode and the cathode; And
And a separator for electrically insulating the anode and the cathode.
Secondary battery.
상기 구리층 상에 보호층을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 구리층 형성 단계는,
50 내지 100 g/L의 구리 이온, 50 내지 150 g/L의 황산, 3 내지 12 ppm의 비스(3-설포프로필) 디설파이드(SPS), 및 50ppm 이하의 염소를 포함하는 전해액을 준비하는 단계; 및
상기 전해액 내에 서로 이격되게 배치된 양극판 및 회전 음극드럼을 40 내지 80 A/dm2의 전류밀도로 통전시킴으로써 전기도금을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 전기도금이 수행되는 동안, 상기 전해액 내의 전체 탄소량(Total Carbon: TC)은 0.25 g/L 이하로 유지되고 상기 전해액 내의 스칸듐(Sc) 및 이트륨(Y)의 총 농도는 350 mg/L 이하로 유지되고,
상기 회전 음극드럼의 표면은 #800 내지 #1500의 입도(Grit)를 갖는 연마 브러시로 연마된 것을 특징으로 하는,
전해동박 제조방법.Forming a copper layer; And
And forming a protective layer on the copper layer,
The copper layer forming step may include:
Preparing an electrolytic solution containing 50 to 100 g / L of copper ion, 50 to 150 g / L of sulfuric acid, 3 to 12 ppm of bis (3-sulfopropyl) disulfide (SPS), and 50 ppm or less of chlorine; And
And performing electroplating by energizing a positive electrode plate and a rotating negative electrode drum disposed apart from each other in the electrolyte at a current density of 40 to 80 A / dm 2 ,
During the electroplating, the total carbon (TC) in the electrolyte is maintained at 0.25 g / L or less and the total concentration of scandium (Sc) and yttrium (Y) in the electrolyte is 350 mg / L or less Lt; / RTI >
Characterized in that the surface of the rotary cathode drum is polished with an abrasive brush having a grain size of # 800 to # 1500.
Method of manufacturing electrolytic copper foil.
산기 전해액 준비 단계는,
구리 와이어를 600 내지 900℃에서 30 내지 60 분 동안 열처리하는 단계;
상기 열처리된 구리 와이어를 산세하는 단계; 및
상기 산세된 구리 와이어를 황산에 투입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전해동박 제조방법.13. The method of claim 12,
In the step of preparing an acidic electrolyte,
Heat treating the copper wire at 600 to 900 占 폚 for 30 to 60 minutes;
Pickling the heat-treated copper wire; And
And introducing the pickled copper wire into sulfuric acid.
Method of manufacturing electrolytic copper foil.
상기 구리층 형성 단계는,
상기 전기도금이 수행되는 동안 과산화수소 및 공기를 상기 전해액에 투입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
전해동박 제조방법.13. The method of claim 12,
The copper layer forming step may include:
Further comprising the step of injecting hydrogen peroxide and air into the electrolyte while the electroplating is performed.
Method of manufacturing electrolytic copper foil.
상기 전해액은 하이드록시에틸 셀룰로오스(HEC), 유기 황화물, 유기 질화물, 글리콜(glycol)계 고분자, 및 티오요소(thiourea)계 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 유기 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
전해동박 제조방법.13. The method of claim 12,
Wherein the electrolyte solution further comprises at least one organic additive selected from the group consisting of hydroxyethyl cellulose (HEC), organic sulfide, organic nitride, glycol based polymer, and thiourea based compound doing,
Method of manufacturing electrolytic copper foil.
상기 보호층 형성 단계는 0.5 내지 1.5 g/L의 Cr을 포함하는 방청액 내에 상기 구리층을 침지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
전해동박 제조방법.13. The method of claim 12,
Wherein the forming of the protective layer comprises immersing the copper layer in an anticorrosive solution containing 0.5 to 1.5 g / L of Cr.
Method of manufacturing electrolytic copper foil.
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