KR20180086949A - 노듈을 갖는 동박, 이의 제조방법, 이를 포함하는 이차전지용 전극 및 연성동박적층필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는, 매트면 및 그 반대편의 샤이니면을 갖는 구리층 및 상기 매트면 및 상기 샤이니면 중 적어도 하나에 배치되며, 복수의 노듈을 갖는 노듈층을 포함하고, 상기 노듈층은 1㎛2의 단위면적 당 30 내지 150개의 노듈을 포함하고, 상기 노듈은 상기 노듈층과 상기 구리층의 경계면과 평행한 방향을 따라 측정된 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는 동박을 제공한다.
Description
본 발명은 노듈을 갖는 동박, 동박의 제조방법, 동박을 포함하는 이차전지용 전극 및 연성동박적층필름에 관한 것이다.
동박은 이차전지의 음극, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board: PCB), 연성 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board: FPCB) 등 다양한 제품에 이용되고 있다.
일반적으로, 동박은 전해 도금을 이용한 롤투롤(Roll To Roll: RTR) 공정을 통해 제조될 수 있다. 전해 도금에 의해 제조된 동박을 전해 동박이라고 한다. 이러한 전해 동박은 롤투롤(RTR) 공정을 통한 이차전지의 음극, 연성인쇄회로기판(FPCB) 등의 제조에 이용된다.
최근, 이차전지의 대용량화를 위해, 음극 활물질로 주석이나 실리콘 등을 포함하는 금속계 활물질들이 사용되고 있다. 이러한 금속계 활물질은 충방전시 큰 부피팽창율을 가지기 때문에, 종래의 카본계 활물질과 비교하여 음극의 전류 집전체인 동박으루터 쉽게 탈리되며, 이러한 탈리에 의해 전지 수명이 단축되는 문제점 있다. 이를 해결하기 위해, 동박과 활물질간의 밀착력을 증대시키는 것이 필요하다.
동박과 다른 물질과의 밀착력을 증가시키는 방법으로 동박의 표면조도(Surface Roughness)를 높이는 방법이 있으며, 동박의 표면조도를 높이는 방법의 하나로, 동박의 표면에 노듈을 형성하는 방법이 있다. 노듈을 갖는 동박은, 예를 들어, 종래 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board: FPCB)의 제조에 이용되는 연성동박적층필름(Flexible Copper Clad Laminate: FCCL)에 적용되었다.
연성동박적층필름은 고분자막과 동박의 적층체이다. 연성동박적층필름의 동박을 선택적으로 제거하여 고분자막 상에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써 연성인쇄회로기판이 얻어질 수 있다. 이 때, 고분자막과 접촉하는 동박의 표면조도를 증가시켜 동박과 고분자막의 접착력을 향상시키기 위해, 황산동 도금액을 이용하여 동박의 표면에 노듈을 형성할 수 있다.
그러나, 종래 방법으로 형성된 노듈은 큰 직경을 갖는다. 이러한 큰 직경을 갖는 노듈을 포함하는 동박이 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용되는 경우, 활물질이 전류 집전체인 동박에 불균일하게 도포되어, 충방전시에 전류가 국부적으로 집중하게 되어 전지 수명이 짧아지는 문제가 발생한다.
본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 동박, 동박의 제조방법, 동박을 포함하는 이차전지용 전극 및 동박을 포함하는 연성동박적층필름을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는, 활물질과 우수한 밀착력을 가지지만 활물질 도포의 불균형을 유발하지 않는 동박을 제공하고자 한다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예는 구형이며 작은 입자크기를 갖는 노듈을 포함하는 동박을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 일 실시예는, 이러한 동박을 포함하는 이차전지용 전극 및 이러한 이차전지용 전극을 포함하는 이차전지를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 이러한 동박을 포함하는 연성동박적층필름을 제공하고자 한다.
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.
이러한 과제를 해결하고자, 본 발명의 일 실시예는, 매트면 및 그 반대편의 샤이니면을 갖는 구리층 및 상기 매트면 및 상기 샤이니면 중 적어도 하나에 배치되며 복수의 노듈을 갖는 노듈층을 포함하고, 상기 노듈층은 1㎛2의 단위면적 당 30 내지 150개의 노듈을 포함하고, 상기 노듈은 상기 노듈층과 상기 구리층의 경계면과 평행한 방향을 따라 측정된 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는 동박을 제공한다.
상기 노듈은, 구리(Cu) 및 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 노듈층은 30 미만의 광택도(Gs 60˚)를 가질 수 있다.
상기 노듈층은 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 가질 수 있다.
상기 동박은 상기 구리층을 기준으로 상기 매트면 방향의 제1 면 및 상기 샤이니면 방향의 제2 면을 가지며, 상기 제1 면과 상기 제2 면은 각각 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 가질 수 있다.
상기 제1 면과 상기 제2 면은 0.5㎛ 미만의 표면 조도(Rz JIS) 차이를 가질 수 있다.
상기 동박은 25±15℃의 상온에서 30 kgf/mm2 이상의 인장 강도를 가질 수 있다.
상기 동박은 25±15℃의 상온에서 2% 이상의 연신율을 가질 수 있다.
상기 동박은 1㎛ 내지 70㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 노듈층은 상기 복수의 노듈 상에 배치된 보호층을 더 포함할 수 있다.
상기 보호층은 크롬, 벤조트리아졸(BTA) 및 실란 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예는, 제1 면과 제2 면을 갖는 동박 및 상기 동박의 상기 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나에 배치된 활물질층을 포함하고, 상기 동박은, 매트면 및 그 반대편의 샤이니면을 갖는 구리층; 및
상기 매트면 및 상기 샤이니면 중 적어도 하나에 배치되며, 복수의 노듈을 갖는 노듈층;을 포함하고,
상기 노듈층은 1㎛2당 30 내지 150개의 노듈을 포함하고,
상기 노듈은 상기 노듈층과 상기 구리층의 경계면과 평행한 방향을 따라 측정된 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는 이차 전지용 전극.
상기 활물질층은 상기 노듈층 상에 배치될 수 있다.
상기 노듈은, 구리(Cu) 및 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 면과 제2 면은 각각 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도를 가질 수 있다.
상기 제1 면과 상기 제2 면은 0.5㎛ 미만의 표면 조도 차이를 가질 수 있다.
상기 동박은 25±15℃의 상온에서 30 kgf/mm2 이상의 인장 강도를 가질 수 있다.
상기 동박은 25±15℃의 상온에서 2% 이상의 연신율을 가질 수 있다.
상기 동박은 1㎛ 내지 70㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, 서로 대향하는 양극(cathode)과 음극(anode), 상기 양극과 상기 음극 사이에서 이온이 이동할 수 있는 환경을 제공하는 전해질(electrolyte) 및 상기 양극과 상기 음극을 전기적으로 절연시켜 주는 분리막(separator)을 포함하며, 상기 음극은 전술한 이차전지용 전극으로 이루어진 이차 전지를 제공한다.
상기 전해질은 리튬 이온을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, 고분자막 및 상기 고분자막 상에 배치된 전술한 동박을 포함하는 연성동박적층필름을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, 구리층을 형성하는 단계 및 상기 구리층 상에 노듈층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 구리층을 형성하는 단계는 60 내지 120 g/L 구리 이온, 80 내지 150 g/L의 황산 및 50 ppm 미만의 염소 이온을 포함하는 전해액을 준비하는 단계 및 상기 전해액 내에 서로 이격되게 배치된 양극판 및 회전 음극드럼을 30 내지 80 A/dm2의 전류밀도로 통전시켜 전기도금을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 노듈층을 형성하는 단계는 7 내지 10 g/L의 구리 이온, 90 내지 210 g/L의 황산, 13 내지 17 g/L의 금속 이온을 포함하는 도금액을 준비하는 단계 및 상온에서 상기 도금액에 10 내지 25 A/dm2의 전류밀도로 전류를 인가하여 노듈을 형성하는 단계를 포함하는 동박의 제조방법을 제공한다.
상기 금속 이온은 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나의 이온을 포함할 수 있다.
상기 노듈층을 형성하는 단계는, 상기 노듈 상에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 동박은, 구리 또는 구리 합금으로 만들어지며 작은 직경을 갖는 구(sphere)형의 노듈을 포함한다. 이러한 동박이 이차전지용 전극으로 사용되는 경우, 노듈에 의하여 활물질과 동박의 밀착력이 강화되며, 활물질은 동박에 대해 우수한 박리강도를 갖는다. 그에 따라, 이러한 이차전지는 우수한 용량 유지율을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 동박이 고분자막에 대하여 우수한 박리강도를 가지기 때문에, 이러한 동박을 포함하는 연성인쇄회로기판(FPCB) 및 그것이 적용된 전자기기의 내구성 및 신뢰성이 향상된다.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동박의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 구리층의 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 2b는 노듈층에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 동박의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 동박의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 동박의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이차전지용 전극의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이차전지의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연성동박적층필름의 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 5에 도시된 동박의 제조방법에 대한 개략도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동박의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 구리층의 표면에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이며, 도 2b는 노듈층에 대한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 동박의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 동박의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 동박의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이차전지용 전극의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이차전지의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연성동박적층필름의 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 5에 도시된 동박의 제조방법에 대한 개략도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.
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 내의 변경 및 변형을 모두 포함한다.
본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로, 본 발명이 도면에 도시된 사항에 의해 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 구성 요소는 동일 참조 부호로 지칭될 수 있다.
본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소가 단수로 표현된 경우, 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함한다. 또한, 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석된다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이라는 표현이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
다양한 구성요소들을 서술하기 위해, '제1', '제2' 등과 같은 표현이 사용되지만, 이들 구성요소들은 이러한 용어에 의해 제한되지 않는다. 이러한 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
"제1 수평 축 방향", "제2 수평 축 방향" 및 "수직 축 방향"은 서로 간의 관계가 수직으로 이루어진 기하학적인 관계만으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 구성이 기능적으로 작용할 수 있는 범위 내에서 보다 넓은 방향성을 가지는 것을 의미할 수 있다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동박(100)의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 동박(100)은 구리층(110) 및 노듈층(210)을 갖는다.
구리층(110)은 매트면(matte surface)(MS) 및 그 반대편의 샤이니면(shiny surface)(SS)을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구리층(110)은 전기도금을 통해 회전 음극드럼 상에 형성될 수 있다(도 9 참조). 이 때, 샤이니면(SS)은 전기도금 과정에서 회전 음극드럼과 접촉하였던 면을 지칭하고, 매트면(MS)은 샤이니면(SS)의 반대 편 면을 지칭한다.
샤이니면(SS)이 매트면(MS)에 비해 더 낮은 표면조도(Rz JIS)를 갖는 것이 일반적이기는 하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며 샤이니면(SS)의 표면조도(Rz JIS)가 매트면(MS)의 표면조도(Rz JIS)와 동일하거나 더 높을 수도 있다.
노듈층(210)은 구리층(110)의 매트면(MS) 및 샤이니면(SS) 중 적어도 하나에 배치된다. 도 1을 참조하면, 노듈층(210)은 매트면(MS)에 배치된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 노듈층(210)은 샤이니면(SS)에만 배치될 수도 있고, 매트면(MS)과 샤이니면(SS) 모두에 배치될 수도 있다.
구리층(110)의 매트면(MS)에 배치된 노듈층(210)을 제1 노듈층이라고도 한다.
노듈층(210)은 복수의 노듈(201)을 갖는다.
노듈(201)의 형상에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 노듈(201)은, 예를 들어, 구리층(110)으로부터 돌출된 돌기 또는 입자 형상을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 노듈(201)은 구, 반구, 타원, 돔, 다면체, 니들 또는 기타 부정형의 입체형상을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 노듈(201)은 구형을 가질 수 있다.
도 2a는 구리층(110)의 표면에 대한 주사전자현미경(SEM)(모델명 S4800) 사진이며, 도 2b는 노듈층(210)에 대한 주사전자현미경(SEM) (모델명 S4800) 사진이다. 도 2a를 참조하면, 구리층(110)은 완벽한 평탄면을 가지는 것은 아니며 미세한 표면 불균일성을 갖는다. 또한, 도 2b를 참조하면, 노듈층(210)은 알갱이 형태의 복수의 노듈(201)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노듈층(210)은 1㎛2당 30 내지 150개의 노듈(201)을 포함한다.
1㎛2당 노듈(201)의 수가 30개 미만인 경우, 예를 들어, 동박(100)이 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용될 때, 동박(100)과 활물질의 박리 강도가 저하되고, 이차전지의 용량 유지율이 저하된다.
반면, 1㎛2당 노듈(201)의 수가 150개를 초과하는 경우, 노듈(201)의 수가 너무 많아 노듈(201)이 불균일하게 배치되어, 동박(100)의 표면 조도(Rz JIS)가 증가한다. 그에 따라, 동박(100)이 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용되는 경우, 동박(100)에 활물질이 불균일하게 도포되어 이차전지의 충방전시 전류가 국부적으로 집중하게 되며, 이차전지의 수명이 단축된다.
1㎛2당 노듈(201)의 수는 주사전자현미경(SEM) 사진을 이용하여 카운팅(counting)될 수 있다. 노듈(201)의 수를 카운팅하는 데 있어서, 0.01㎛ 미만의 최대 직경(d)을 갖는 입자나 돌기는 제외된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 노듈(201)은 0.01㎛ 내지 0.5㎛의 최대 직경을 갖는다.
그러나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 노듈은 0.05㎛ 내지 0.5㎛의 최대 직경을 가질 수 있다.
노듈(201)은 노듈층(210)과 구리층(110)의 경계면과 평행한 방향을 따라 측정된 0.5㎛ 이하의 최대 직경(d)을 갖는다. 도 1을 참조하면, 노듈층(210)과 구리층(110)의 경계면은 매트면(MS)이며, 노듈(201)은 매트면(MS)과 평행한 방향을 따라 측정된 0.5㎛ 이하의 최대 직경(d)을 갖는다.
본 명세서에서, "노듈층(210)과 구리층(110)의 경계면과 평행한 방향을 따라 측정된 최대 직경(d)"이 "최대 직경(d)"으로 표현되기도 한다.
노듈(201)의 최대 직경(d)이 0.5㎛를 초과하는 경우, 노듈층(210)의 표면 조도(Rz JIS)가 증가하여 동박(100)의 표면 조도(Rz JIS)가 증가하게 된다. 그에 따라, 동박(100)이 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용되는 경우, 동박(100)에 활물질이 불균일하게 도포되어 이차전지의 충방전시 전류가 국부적으로 집중하게 된다. 전류의 국부적인 집중에 의해 전극의 수명이 단축되며, 이는 이차전지의 수명을 단축하는 결과를 초래한다.
반면, 노듈(201)의 최대 직경이 0.05㎛ 미만인 경우, 노듈층(210) 및 동박(100)의 표면 조도(Rz JIS) 증가가 미미하여, 동박(100)이 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용되는 경우, 동박(100)과 활물질 사이의 밀착력 증가를 기대하기 어려울 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 노듈(201)은 0.05㎛ 내지 0.5㎛의 최대 직경을 가질 수 있다.
노듈(201)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노듈(201)은 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 노듈(201)은 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나와 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 구리와 다른 금속의 합금에 의해 작은 노듈(201)이 용이하게 만들어질 수 있기 때문에, 동박(100)이 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용되는 경우, 동박(100)과 활물질의 박리강도가 향상될 수 있다.
또한, 노듈(201)은 구리층(110)과 연속되어 구리층(110)과 일체로 형성될 수 있다.
노듈층(210)은 30 미만의 광택도(Gs60˚)를 갖는다. 광택도는 JIS Z 8741 규격에 따라 광택계(VG7000, Nippon-denshoku)를 이용하여, 시료에 입사각 60˚의 광을 조사하여 측정된다. 노듈층(210)의 광택도(Gs60˚)를 동박(100)의 광택도라고도 한다.
광택도는 노듈(201)의 개수 및 노듈(201) 형성을 위해 사용된 전류밀도와 관련된다. 일반적으로, 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는 노듈(201)의 수가 많아질수록 광택도는 감소하고, 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는 노듈(201)의 수가 적어질수록 광택도는 증가한다.
노듈층(210)의 광택도(Gs60˚)가 30 이상인 경우, 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는 노듈(201)의 수가 적어, 동박(100)이 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용될 때, 동박(100)과 활물질의 박리 강도가 저하되고, 이차전지의 용량 유지율이 저하된다.
또한, 노듈층(210)은 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면 조도(Rz JIS)는 십점 평균 조도라고도 하며, JIS B 0601-2001 규격에 따라 표면조도 측정기(M300, Mahr)을 이용하여 측정된 값이다. 노듈층(210)의 표면 조도(Rz JIS)를 동박(100)의 표면 조도(Rz JIS)라고도 한다.
노듈층(210)의 표면 조도(Rz JIS)가 0.7㎛ 미만인 경우, 동박(100)이 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용될 때, 동박(100)과 활물질의 접착력이 낮아 박리강도가 저하되며, 그에 따라, 이차전지의 충방전시 활물질의 박리가 발생한다.
반면, 노듈층(210)의 표면 조도(Rz JIS)가 3.0㎛ 초과하는 경우, 동박(100)이 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용될 때, 활물질이 동박에 균일하게 코팅되지 않아, 이차전지의 충방전시에 전류가 국부적으로 집중되어 충방전 사이클 특성이 저하되며, 이차전지의 용량 유지율이 저하된다.
본 발명의 일 실시예에 다르면, 동박(100)은 구리층(110)을 기준으로 매트면(MS) 방향의 제1 면(S1) 및 샤이니면(SS) 방향의 제2 면(S2)을 갖는다. 동박(100)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)는 각각 동박의 최외곽면이다. 도 1을 참조하면, 동박(100)의 제1 면(S1)은 노듈층(210)의 표면이며, 제2 면(S2)은 구리층(110)의 샤이니면(SS)이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 동박(100)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 각각 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 가질 수 있다.
제1 면(S1)과 제2 면(S2)의 표면 조도(Rz JIS)가 각각 0.7㎛ 미만인 경우, 동박(100)이 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용될 때, 동박(100)과 활물질의 접착력이 낮아 박리강도가 저하되며, 그에 따라, 이차전지의 충방전시 활물질의 박리가 발생한다. 제1 면(S1)과 제2 면(S2)의 표면 조도(Rz JIS)가 3.0㎛ 초과하는 경우, 동박(100)이 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용될 때, 활물질이 동박에 균일하게 코팅되지 않아, 이차전지의 충방전시에 전류가 국부적으로 집중되어 충방전 사이클 특성이 저하되며, 이차전지의 용량 유지율이 저하된다.
또한, 동박(100)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 0.5㎛ 미만의 표면 조도(Rz JIS) 차이를 가질 수 있다. 동박(100)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)의 표면 조도(Rz JIS) 차이가 0.5㎛ 이상인 경우, 동박(100)이 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용될 때, 제1 면(S1)과 제2 면(S2)의 표면 조도(Rz JIS) 차이로 인해 활물질이 제1 면(S1)과 제2 면(S2) 양면이 균일하게 코팅되지 않는다. 그에 따라, 이차 전지의 충방전시 양면(S1, S2)의 싸이클 특성 차이로 인해 이차 전지의 수명이 급격히 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 동박(100)은 25±15℃의 상온에서 30 kgf/mm2 이상의 인장 강도를 가지며, 2% 이상의 연신율을 가진다.
만능재료시험기(Universal Testing Machine: UTM)를 이용하여 IPC-TM-650 Test Method Manual에 규정된 방법에 따라 동박(100) 인장강도 및 연신율이 측정될 수 있다. 이때, 인장강도 및 연신율 측정용 동박(100) 샘플의 폭은 12.7 mm이고, 그립(grip)간 거리는 50 mm이며, 측정 속도는 50 mm/min이다.
동박(100)이 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용될 때, 이차전지의 충방전시 활물질의 팽창 수축으로 인해 동박(100)이 응력을 받는다. 이 때, 동박(100)의 인장강도가 30㎏f/㎟ 미만인 경우 주름으로 인한 변형이 발생하거나 파단이 발생할 가능성이 높다. 마찬가지로, 동박(100)의 연신율이 2%인 경우에도 주름으로 인한 동박(100)의 변형 또는 파단이 발생할 수 있다.
이러한 동박(100)의 변형이나 파단을 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 25±15℃의 상온에서 동박(100)은 30 kgf/mm2 이상의 인장 강도 및 2% 이상의 연신율을 가진다.
25±15℃의 상온에서 30 kgf/mm2 이상의 인장 강도와 2% 이상의 연신율을 가지기 위해, 동박(100)은 1㎛ 내지 70㎛의 두께를 가질 수 있다. 동박(100)의 두께가 1㎛ 미만인 경우, 동박(100)의 내구성이 저하될 수 있다. 또한 동박(100)의 두께가 70㎛를 초과하는 경우, 동박(100)이 사용되는 제품, 예를 들어, 이차 전지 또는 연성동박적층필름 (FCCL)의 두께가 두꺼워지며, 구리층(110)의 제조 비용과 제조 시간이 증가할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 동박(200)의 개략적인 단면도이다. 이하, 중복을 피하기 위하여 이미 설명된 구성요소에 대한 설명은 생략된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 동박(200)은 구리층(110) 및 구리층(110)의 양면(MS, SS)에 각각 배치된 두 개의 노듈층(210, 220)을 포함한다. 도 1에 도시된 동박(100)과 비교하여, 도 3에 도시된 동박(200)은 구리층(110)의 샤이니면(SS)에 배치된 노듈층(220)을 더 포함한다.
이하, 설명의 편의를 위해, 두 개의 노듈층(210, 220) 중 구리층(110)의 매트면(MS)에 배치된 노듈층(210)을 제1 노듈층이라고 하고, 샤이니면(SS)에 배치된 노듈층(220)을 제2 노듈층이라 한다.
제2 노듈층(220)은 복수의 노듈(202)을 갖는다.
또한, 제2 노듈층(220)은 1㎛2당 30 내지 150개의 노듈(202)을 갖는다.
제2 노듈층(220)의 노듈(202)은 제2 노듈층(220)과 구리층(110)의 경계면, 즉, 샤이니면(SS)과 평행한 방향을 따라 측정된 0.5㎛ 이하의 최대 직경(d2)을 갖는다.
제2 노듈층(220)의 노듈(202)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 노듈층(220)의 노듈(201)은 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 노듈층(220)의 노듈(202)은 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나와 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
제2 노듈층(220)은 30 미만의 광택도(Gs60˚)를 갖는다. 또한, 제2 노듈층(220)은 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 갖는다.
도 3를 참조하면, 동박(200)은 구리층(110)을 기준으로 매트면(MS) 방향의 제1 면(S1) 및 샤이니면(SS) 방향의 제2 면(S2)을 갖는다. 도 3에서 동박(200)의 제1 면(S1)은 제1 노듈층(210)의 표면이고, 동박(200)의 제2 면(S2)은 제2 노듈층(220)의 표면이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 동박(200)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 각각 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 가질 수 있다. 또한, 동박(200)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 0.5㎛ 미만의 표면 조도(Rz JIS) 차이를 갖는다.
또한, 동박(200)은 25±15℃의 상온에서 30 kgf/mm2 이상의 인장 강도를 가지며, 2% 이상의 연신율을 갖는다.
도 3에 도시된 동박(300)은 1㎛ 내지 70㎛의 두께를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 동박(300)의 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 동박(300)은 구리층(110) 및 노듈층(230)을 갖는다. 노듈층(230)은 복수의 노듈(201) 및 복수의 노듈(201) 상에 배치된 보호층(231)을 포함한다. 보호층(231)은 복수의 노듈(201) 상부에 걸쳐 연결되어 배치될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 구리층(110)의 매트면(MS)에 배치된 노듈층(230)을 제1 노듈층이라고도 한다.
보호층(231)은 구리층(110)과 복수의 노듈(201)을 보호한다. 보호층(231)은 보존 과정에서 동박(200)이 산화되거나 변질되는 것을 방지할 수 있다
보호층(231)은 크롬(Cr), 벤조트리아졸(BTA) 및 실란 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 크롬(Cr) 이온을 포함하는 방청액, 예를 들어 크롬산 화합물을 포함하는 방청액에 의하여 보호층(231)이 만들어질 수 있다. 이러한 보호층(231)은 방청 기능을 가지며, 방청층이라고도 한다.
보호층(231)은 벤조트리아졸(BTA) 또는 실란 커플링제로 만들어질 수도 있다.
실란 커플링제로 만들어진 보호층(231)은 실란 화합물을 포함한다. 실란 화합물은 올레핀기, 에폭시기, 아미노기, 또는 메르캅토기(mercapto group)를 가질 수 있다. 예를 들어, 실란 커플링제를 이용한 침지법, 샤워링법, 분무법 등에 의해 실란 화합물을 포함하는 보호층(231)이 만들어지리 수 있다. 실란 커플링제로 만들어진 보호층(231)은 연성동박적층필름 제조시 동박(300)과 고분자막 사이의 접착력을 강화시킨다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 노듈층(230)은 1㎛2당 30 내지 150개의 노듈(201)을 포함한다. 또한, 노듈(201)은 노듈층(230)과 구리층(110)의 경계면과 평행한 방향을 따라 측정된 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는다. 도 4를 참조하면, 노듈층(230)과 구리층(110)의 경계면은 매트면(MS)이다.
노듈(201)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 노듈(201)은 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 노듈(201)은 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나와 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
노듈층(230)은 30 미만의 광택도(Gs60˚)를 갖는다.
또한, 노듈층(230)은 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 갖는다.
도 4에 도시된 동박(300)은 구리층(110)을 기준으로 매트면(MS) 방향의 제1 면(S1) 및 샤이니면(SS) 방향의 제2 면(S2)을 갖는다. 동박(300)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)는 각각 동박(300)의 최외곽 표면이다. 도 4를 참조하면, 동박(300)의 제1 면(S1)은 노듈층(230)의 표면으로 보호층(231)의 표면과 같다. 동박(300)의 제2 면(S2)은 구리층(110)의 샤이니면(SS)이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 동박(300)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 각각 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 가질 수 있다. 또한, 동박(300)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 0.5㎛ 미만의 표면 조도(Rz JIS) 차이를 가질 수 있다.
동박(300)은 25±15℃의 상온에서 30 kgf/mm2 이상의 인장 강도 및 2% 이상의 연신율을 갖는다. 또한, 동박(300)은 1㎛ 내지 70㎛의 두께를 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 동박(400)의 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 동박(400)은 구리층(110) 및 구리층(110)의 양면(MS, SS)에 각각 배치된 두 개의 노듈층(230, 240)을 포함한다. 또한, 두 개의 노듈층(230, 240)은 각각 보호층(231, 241)을 포함한다. 도 4에 도시된 동박(300)과 비교하여, 도 5에 도시된 동박(400)은 구리층(110)의 샤이니면(SS)에 배치된 노듈층(240)을 더 포함한다.
여기서, 구리층(110)의 매트면(MS)에 배치된 노듈층(230)을 제1 노듈층이라 하고, 구리층(110)의 샤이니면(SS)에 배치된 노듈층(240)을 제2 노듈층이라 한다.
제2 노듈층(240)은 복수의 노듈(202) 및 복수의 노듈(202) 상에 배치된 제2 보호층(241)을 포함한다. 제2 보호층(241)은 복수의 노듈(202) 상부에 걸쳐 연결된 형태를 가질 수 다.
제2 노듈층(240)의 노듈(202)은 제2 노듈층(240)과 구리층(110)의 경계면, 즉, 샤이니면(SS)과 평행한 방향을 따라 측정된 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는다.
제2 노듈층(240)의 노듈(202)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 노듈층(240)의 노듈(202)은 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나와 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
제2 노듈층(240)은 30 미만의 광택도(Gs60˚)를 갖는다. 또한, 제2 노듈층(240)은 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 갖는다.
도 5를 참조하면, 동박(400)은 구리층(110)을 기준으로 매트면(MS) 방향의 제1 면(S1) 및 샤이니면(SS) 방향의 제2 면(S2)을 갖는다. 도 5에 도시된 동박(400)의 제1 면(S1)은 제1 노듈층(230)의 표면, 즉, 보호층(231)의 표면이고, 제2 면(S2)은 제2 노듈층(240)의 표면으로, 역시 보호층(241)의 표면이다.
제2 노듈층(240)에 포함된 보호층(241)은 크롬(Cr), 벤조트리아졸(BTA) 및 실란 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 노듈층(230) 및 제2 노듈층(240)에 각각 포함된 보호층(231, 241)은 동일 공정에 의해 동시에 만들어질 수 있다.
보다 구체적으로, 크롬(Cr) 이온을 포함하는 방청액, 예를 들어, 크롬산 화합물을 포함하는 방청액에 의하여 보호층(241)이 만들어질 수 있다. 이러한 보호층(241)은 방청 기능을 가지며, 방청층이라고도 한다.
보호층(241)은 벤조트리아졸(BTA) 또는 실란 커플링제로 만들어질 수도 있다. 실란 커플링제로 만들어진 보호층(231)은 실란 화합물을 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 동박(400)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 각각 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 가질 수 있다. 또한, 동박(400)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 0.5㎛ 미만의 표면 조도(Rz JIS) 차이를 갖는다.
동박(400)은 25±15℃의 상온에서 30 kgf/mm2 이상의 인장 강도를 가지며, 2% 이상의 연신율을 갖는다. 또한, 동박(400)은 1㎛ 내지 70㎛의 두께를 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이차전지용 전극(500)의 개략적인 단면도이다.
도 6에 도시된 이차전지용 전극(500)은, 예를 들어, 도 7에 도시된 이차 전지(600)에 적용될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이차전지용 전극(500)은 제1 면(S1)과 제2 면(S2)을 갖는 동박(300) 및 동박(300)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2) 중 적어도 하나에 배치된 활물질층(310)을 포함한다. 여기서, 동박(300)은 전류 집전체로 사용된다.
도 6에, 전류 집전체로 도 4에 도시된 동박(300)이 이용된 것이 예시되어 있다. 그러나, 본 발명의 또 다른 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 도 1, 3 및 5에 도시된 동박들(100, 200, 400) 역시 이차전지용 전극(500)의 집전체로 사용될 수 있다.
또한, 동박(300)의 제1 면(S1) 상에만 활물질층(310)이 배치된 구조가 도 6에 도시되어 있으나, 본 발명의 또 다른 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 동박(300)의 제1 면(S1)과 제 2면(S2) 모두의 상에 활물질층이 각각 배치될 수 있다. 또한, 활물질층은 동박(300)의 제 2면(S2) 상에만 배치될 수도 있다.
도 6에 도시된 활물질층(310)은 전극 활물질을 포함하며, 특히 음극 활물질을 포함한다. 즉, 도 6에 도시된 이차전지용 전극(500)은 음극으로 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 활물질층(310)은, 탄소, 금속, 금속의 산화물 및 금속과 탄소의 복합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 금속으로, Si, Ge, Sn, Li, Zn, Mg, Cd, Ce, Ni 및 Fe 중 적어도 하나가 사용될 수 있다. 또한, 이차전지의 충방전 용량을 증가시키기 위하여, 활물질층(310)은 주석(Sn) 및 실리콘(Si) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 동박(300)은 구리층(110) 및 노듈층(230)을 갖는다.
도 6에 노듈층(230)이 구리층(110)의 매트면(MS)에 배치된 구조만 도시되어 있지만, 본 발명의 또 다른 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 노듈층(230)은 샤이니면(SS)에만 배치될 수도 있고, 매트면(MS)과 샤이니면(SS) 모두에 배치될 수도 있다.
노듈층(230)은 복수의 노듈(201)을 갖는다.
노듈층(230)은 1㎛2당 30 내지 150개의 노듈(201)을 포함한다. 또한, 노듈(201)은 노듈층(230)과 구리층(110)의 경계면, 즉, 매트면(MS)과 평행한 방향을 따라 측정된 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는다.
1㎛2당 노듈(201)의 수가 30개 미만인 경우, 동박(300)과 활물질층(310) 사이의 박리 강도가 저하되고, 이차전지의 용량 유지율이 저하된다. 반면, 1㎛2당 노듈(201)의 수가 150개를 초과하는 경우, 노듈(201)이 불균일하게 배치되어 동박(300)의 표면 조도(Rz JIS)가 증가한다. 그에 따라, 동박(300) 상에 활물질층(310)이 균일하게 도포되지 않아 이차전지의 충방전시 전류가 국부적으로 집중하게 되며, 이차전지의 수명이 단축된다.
또한, 노듈(201)의 최대 직경이 0.5㎛를 초과하는 경우, 노듈층(230)의 표면 조도(Rz JIS)가 증가하여 동박(300)의 표면 조도(Rz JIS)가 증가하게 된다. 그에 따라, 동박(300) 상에 활물질층(310)이 균일하게 도포되지 않아 이차전지의 충방전시 전류가 국부적으로 집중하게 되며, 이차전지의 수명이 단축된다.
반면, 노듈(201)의 최대 직경이 0.05㎛ 미만인 경우, 노듈층(230) 및 동박(300)의 표면 조도(Rz JIS) 증가가 미미하여, 동박(300)과 활물질층(310) 사이의 밀착력 증가를 기대하기 어렵다. 그에 따라, 동박(300)과 활물질층(310)의 박리강도가 저하될 수 높다. 따라서, 노듈(201)은 0.05㎛ 내지 0.5㎛의 최대 직경을 가질 수 있다.
노듈(201)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 노듈(201)은 구리 합금으로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 노듈(201)은 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나와 구리(Cu)를 포함할 수 있다.
활물질층(310)과 접촉하는 노듈층(230)은 30 미만의 광택도(Gs60˚)를 갖는다. 노듈층(230)의 광택도를 동박(300)의 광택도 또는 제 1면(S1)의 광택도라고도 한다.
0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는 노듈(201)의 수가 많아질수록 동박(300)의 광택도는 감소하고, 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는 노듈(201)의 수가 적어질수록 동박(300)의 광택도는 증가한다.
동박(300)의 광택도(Gs60˚)가 30 이상인 경우, 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는 노듈(201)의 수가 적어, 동박(300)과 활물질층(310)의 박리 강도가 저하되고, 이차전지의 용량 유지율이 저하된다.
동박(300)은 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 갖는다. 보다 구체적으로, 동박(300)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 각각 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 가질 수 있다. 도 6을 참조하면, 동박(300)의 제1 면(S1)의 표면 조도는 노듈층(230)의 표면 조도(Rz JIS)이다.
동박(300)의 표면 조도(Rz JIS)가 0.7㎛ 미만인 경우, 동박(300)과 활물질층(310)의 접착력이 낮아 박리강도가 저하되며, 그에 따라 이차전지의 충방전시 활물질층(310)의 박리가 발생 가능성이 높다. 반면, 동박(300)의 표면 조도(Rz JIS)가 3.0㎛ 초과하는 경우, 동박(300) 상에 활물질층(310)이 균일하게 형성되지 않아, 이차전지의 충방전시 전류가 국부적으로 집중되어 충방전 사이클 특성이 저하되며, 이차전지의 용량 유지율이 저하된다.
동박(300)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)은 0.5㎛ 미만의 표면 조도(Rz JIS) 차이를 가질 수 있다. 예를 들어, 동박(300)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2) 모두에 활물질층이 배치되는 경우, 제1 면(S1)과 제2 면(S2)의 표면 조도(Rz JIS) 차이가 0.5㎛ 이상이면, 제1 면(S1)과 제2 면(S2)의 표면 조도(Rz JIS) 차이로 인해 활물질층(310)이 동박(300)의 제1 면(S1)과 제2 면(S2)에서 균일하게 형성되지 않는다. 그에 따라, 이차 전지의 충방전시 제1 면(S1)과 제2 면(S2)의 싸이클 특성 차이로 인해 이차 전지의 수명이 급격히 저하된다.
도 6에 도시된 동박(300)은 이차전지용 전극의 전류 집전체로 사용될 수 있다. 그런데, 이차전지의 충방전시 활물질의 팽창 수축으로 인해 동박(300)이 응력을 받는다. 이 때, 동박(300)의 인장강도가 30㎏f/㎟ 미만이거나 연신율이 2% 미만인 경우, 동박(300)에 주름이 생겨 동박(300)이 변형되거나, 동박(300)이 파단될 가능성이 높다. 따라서, 25±15℃의 상온에서 동박(300)은 30 kgf/mm2 이상의 인장 강도 및 2% 이상의 연신율을 갖는다. 이를 위해, 동박(300)은 1㎛ 내지 70㎛의 두께를 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이차전지(600)의 개략적인 단면도이다. 도 7에 도시된 이차전지(600)는, 예를 들어, 리튬 이차 전지이다.
도 7을 참조하면, 이차전지(600)는, 서로 대향하는 양극(cathode)(370)과 음극(anode)(340), 양극(370)과 음극(340) 사이에서 이온이 이동할 수 있는 환경을 제공하는 전해질(electrolyte)(350), 및 양극(370)과 음극(340)을 전기적으로 절연시켜 주는 분리막(separator)(360)을 포함한다. 여기서, 양극(370)과 음극(340) 사이에서 이동하는 이온은 리튬 이온이다. 분리막(360)은 하나의 전극에서 발생된 전하가 이차전지(600)의 내부를 통해 다른 전극으로 이동함으로써 무익하게 소모되는 것을 방지하기 위해 양극(370)과 음극(340)을 분리한다. 도 7을 참조하면, 분리막(360)은 전해질(350) 내에 배치된다.
양극(370)은 양극 집전체(371) 및 활물질층(372)을 포함한다. 양극(370)의 활물질층(372)을 양극 활물질을 포함한다. 양극 활물질층(372)과 결합되는 양극 집전체(371)로 알루미늄 호일(foil)이 사용되리 수 있다.
음극(340)은 음극 집전체(341) 및 활물질층(310)을 포함한다. 음극(340)의 활물질층(310)은 음극 활물질을 포함한다.
음극 활물질층(310)과 결합되는 음극 집전체로서는 도 1, 3, 4 및 5에 개시된 동박(100, 200, 300, 400)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 이차전지용 전극(500)이, 도 7에 도시된 이차전지(600)의 음극(340)으로 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연성동박적층필름(700)의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연성동박적층필름(700)은 고분자막(410) 및 고분자막(410) 상에 배치된 동박(300)을 포함한다. 도 4에 도시된 동박(300)이 적용된 연성동박적층필름(700)이 도 8에 도시되어 있지만, 본 발명의 또 다른 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 동박이 연성동박적층필름(700)에 적용될 수도 있다. 예를 들어, 도 1, 3 및 5에 도시된 동박들(100, 200, 400)이 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연성동박적층필름(700)의 동박(300)으로 사용될 수 있다.
고분자막(410)은 연성(flexibility)을 가지며 비전도성을 갖는다.
고분자막(410)의 종류에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들어, 고분자막(200)은 폴리이미드를 포함할 수 있으며, 롤 프레스(Roll Press)를 통해 폴리이미드 필름을 동박(300) 상에 라미네이팅함으로써 연성동박적층필름(700)이 만들어질 수 있다. 또는, 폴리이미드 전구체 용액을 동박(300) 상에 코팅한 후 열처리를 수행함으로써 연성동박적층필름(700)이 만들어질 수도 있다.
동박(300)은 매트면(MS)과 샤이니면(SS)을 갖는 구리층(110) 및 구리층(110)의 매트면(MS) 및 샤이니면(SS) 중 적어도 하나에 배치된 노듈층(230)을 갖는다. 노듈층(230)은 1㎛2의 단위면적 당 30 내지 150개의 노듈(201)을 포함하고, 노듈(201)은 노듈층(230)과 구리층(110)의 경계면과 평행한 방향을 따라 측정된 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는다.
노듈층(230)은 1㎛2의 단위면적 당 30 내지 150개의 노듈(201)을 포함하고, 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 갖는다.
도 8을 참조하면, 노듈층(230)은 복수의 노듈(201) 상에 보호층(231)이 배치된다.
보호층(231)은 구리층(110)과 노듈(201)을 보호한다. 예를 들어, 보호층(231)은 동박(300)이 장기 보관될 때, 동박(300)에 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 보호층(231)은 크롬, 벤조트리아졸(BTA) 및 실란 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 노듈(201)의 표면이 실란 커플링제로 처리되어 실란 화합물을 포함하는 보호층(231)이 형성될 수 있다.
이러한 노듈층(230)을 갖는 동박(300)은 고분자막(410)에 대하여 우수한 박리강도를 가지며, 또한 회로 패턴 형성을 식각 공정에서 고분자막(410)으로부터 용이하게 제거될 수 있다.
이하, 도 9를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동박(400)의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
도 9는 도 5에 도시된 동박(400)의 제조방법에 대한 개략도이다.
먼저, 전해조(10)에 담긴 전해액(11) 내에 서로 이격되게 배치된 양극판(13) 및 회전 음극드럼(12)을 30 내지 80 ASD(A/dm2)의 전류밀도로 통전시킴으로써 회전 음극드럼(12) 상에 구리를 전착(electrodeposit)시켜 구리층(110)을 형성한다. 양극판(13)과 회전 음극드럼(12) 사이의 간격은 8 내지 13 mm일 수 있다.
전해액(11)은 60 내지 120 g/L의 구리 이온, 80 내지 150 g/L의 황산 및 50 ppm 미만의 염소 이온을 포함한다. 또한, 전해액(11)은 1 내지 10ppm의 유기 첨가제를 더 포함할 수 있다. 또한, 전해액(11)은 하이드록시에틸 셀룰로오스(HEC), 유기 황화물, 유기 질화물 및 티오요소(thiourea) 중에서 선택된 적어도 하나의 유기 첨가제를 포함할 수 있다.
구리층(110) 형성 과정에서, 전해액(11)은 40 내지 60 ℃로 유지될 수 있고, 전해조(10)로 공급되는 전해액(11)의 유량은 30 내지 50 m3/hour일 수 있다. 전해조(10)로 공급되는 전해액(11)의 유량 편차는 2% 이내로 조절될 수 있다.
전류밀도, 전해액(11)의 조성과 같은 구리층(110) 형성 조건을 조절함으로써 구리층(110)의 매트면(MS)의 표면 조도를 제어할 수 있다.
구리층(110)의 샤이니면(SS)의 표면 조도는 회전 음극드럼(12)의 표면의 연마 정도에 따라 달라질 수 있다. 샤이니면(SS)의 표면 조도 조절을 위해, 예를 들어, #800 내지 #1500의 입도(Grit)를 갖는 연마 브러시로 회전 음극드럼(12)의 표면이 연마될 수 있다.
다음, 세정조(20)에서 구리층(110)이 세정된다.
보다 구체적으로, 구리층(110) 표면 상의 불순물, 예를 들어, 수지 성분 또는 자연 산화막(natural oxide) 등을 제거하기 위한 산세(acid cleaning) 및 산세에 사용된 산성 용액 제거를 위한 수세(water cleaning)가 순차적으로 수행될 수도 있다. 산세 공정을 위한 산성 용액으로서, 염산 용액, 황산 용액, 황산-과산화수소 용액, 또는 이들 중 적어도 2 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 산성 용액의 농도 및 온도는 생산라인의 특성에 따라 조정될 수 있다.
세정 공정은 생략될 수도 있다.
다음, 구리층(110) 상에 복수의 노듈(201, 202)를 형성하기 위한 표면처리가 수행된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 복수의 노듈(201, 202)를 형성하는 단계는, 구리 이온과 구리 이외의 금속 이온을 포함하는 도금액(31), 양극판(33) 및 회전 음극드럼(32)을 포함하는 도금조(30)에서 이루어진다.
보다 구체적으로, 7 내지 10 g/L의 구리 이온, 90 내지 210 g/L의 황산, 13 내지 17 g/L의 금속 이온을 포함하는 도금액(31)에 구리층(110)을 침지하고, 10 내지 25 ASD(A/dm2)의 전류밀도로 전류를 인가하여 구리층(110)에 복수의 노듈(201, 202)을 형성한다.
금속 이온은 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나의 이온을 포함할 수 있다.
구리(Cu) 이온과 다른 금속의 이온을 함께 사용하고, 10 내지 25 ASD의 전류밀도를 인가함으로써, 구형이며 작은 크기를 갖는 구리 합금으로 이루어진 노듈(201, 202)이 생성될 수 있다. 예를 들어, 노듈(201, 202)은 구리(Cu)와 니켈(Ni)의 합금으로 이루어질 수 있다.
노듈(201, 202) 형성 공정에서 10 ASD 보다 낮은 전류밀도의 전류가 인가되는 경우, 노듈(201, 202)의 생성이 거의 이루어지지 않는다. 그에 따라, 동박(400)과 다른 물질, 예를 들어, 전극용 활물질과의 밀착력 향상의 효과가 발생되지 않는다. 반면, 25 ASD 보다 높은 전류밀도의 전류가 인가되는 경우 노듈이 과도하게 성장하여 동박(400)의 조도가 상승하고, 노듈(201, 202)이 불균일하게 형성된다. 노듈(201, 202)이 불균일한 경우, 외관상 동박(400)의 폭방향으로 얼룩이 발생하며, 이차전지의 용량 유지율이 저하될 수 있다.
다음, 세정조(40)에서, 구리층(110)과 노듈(201, 202)이 세정된다. 이러한 세정 공정은 생략될 수도 있다.
다음, 노듈(201, 202) 상에 보호층(231, 241)이 형성된다.
보호층(231, 241) 형성 단계는, 노듈(201, 202)의 표면을 크롬(Cr) 처리하는 단계를 포함할 수 있다. 크롬 처리에 의해 크롬을 포함하는 보호층(231, 241)이 형성된다. 이외에도, 노듈(201, 202)의 표면에 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 바나듐(V), 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함하는 보호층(231, 241)이 형성될 수도 있다.
보호층(231, 241)의 형성은, 예를 들어, 크롬 도금액(51)을 포함하는 크롬 도금조(50)에서 이루어질 수 있다. 크롬 도금액(51)은 1 내지 5 g/L의 크롬 이온을 포함하고, 10 내지 12의 pH를 가질 수 있다. 20 내지 40℃로 온도가 유지된 상태에서 크롬 도금액(51)에, 예를 들어, 0.5 내지 4 ASD의 전류밀도로 전류가 인가되어 크롬을 포함하는 보호층(231, 241)이 형성될 수 있다. 이와 같은 크롬 처리를 방청처리라고도 하며, 크롬을 포함하는 보호층(231, 241)을 방청막이라고도 한다.
또한, 실란 커플링제에 의하여 보호층(231, 241)이 형성될 수도 있다. 실란 커플링제로 올레핀기, 에폭시기, 아미노기, 또는 메르캅토기(mercapto group)를 갖는 실란이 사용될 수 있다. 실란 커플링제를 이용한 보호층(231, 241) 형성은 침지법, 샤워링법, 분무법 등의 방법을 통해 수행될 수 있다.
또한, 보호층(231, 241)은 벤조트리아졸(BTA)로 이루어질 수도 있다.
이와 같은 보호층(231, 241) 형성에 의해 동박(400)이 형성된다.
다음, 동박(400)이 세정조(60)에서 세정될 수 있다.
다음, 건조 공정이 수행된 후 와인더(WR)에 동박(400)을 권취된다.
이하, 제조예들 및 비교예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 제조예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로, 본 발명의 권리범위가 이들 제조예들로 제한되지 않는다.
제조예 1-4 및 비교예 1-5
전해조(10), 전해조(10)에 배치된 회전드럼(12) 및 회전드럼(12)과 소정간격으로 이격된 양극판(13)을 포함하는 제박기를 이용하여 동박을 제조하였다. 전해액(11)은 황산동 용액이며, 황산동 용액의 구리이온 농도는 90g/L, 황산 농도는 120g/L, 염소농도는 50ppm미만으로 유지되었다. 또한, 유기 첨가제인 하이드록시에틸셀룰로스(HEC) 및 티오요소계 화합물를 각각 5ppm 투입하였다.
전해조의 온도 50℃, 전류밀도 55ASD로 유지된 상태에서, 회전드럼(12)상에 동박을 전착시켜 원박인 구리층(110)을 제조하였다.
다음, 세정조(20)를 이용하여, 구리층(110)을 세정하였다.
다음, 노듈 형성용 도금액(31)을 포함하는 도금조(30)를 이용하여 구리층(110)의 표면에 복수의 노듈(201, 202)을 형성하였다.
노듈 형성용 도금액(31)은, 9g/L의 구리(Cu) 이온 및 하기 표 1에 개시된 농도의 니켈(Ni) 이온을 포함한다. 25℃의 상온에서, 노듈 형성용 도금액(31)에, 하기 표 1에 개시된 전류밀도의 전류를 인가하여 구리층(110) 표면에 복수의 노듈(201, 202)을 형성하였다.
노듈 형성 후에 방청막 형성을 위해, 크롬농도가 0.3~1g/L로 용해된 액에 동박을 침적시켜 크로메이트 처리를 통해 방청막을 형성하였다. 여기서, 방청막은 보호층이다.
이와 같이 제조된 제조예 1-4 및 비교예 1-5의 동박들에 대해 (i) 최장길이 0.5㎛ 이하인 노듈 개수, (ii) 표면조도(Rz JIS) 및 (iii) 광택도를 측정하고, 외관 얼룩 발생 영부를 관찰하였다.
(i) 최장길이 0.5㎛ 이하인 노듈 개수
주사전자현미경(SEM)으로 45ㅀ 틸트(tilt)한 후 20,000배의 배율에서 동박의 표면을 관찰함으로써 최장길이 0.5㎛ 이하인 노듈의 개수를 확인하였다.
(ii) 표면조도(R
z
JIS)
JIS B 0601-2001 규격에 따라 표면조도 측정기(M300, Mahr)를 사용하여 동박 표면의 표현조도(Rz JIS)를 측정하였다.
(iii) 광택도
JIS Z 8741 규격에 따라 광택계(VG7000, Nippon-denshoku)를 사용하여 동박의 광태도를 측정하였다.
(iv) 외관 얼룩
동박의 표면을 육안으로 관찰하여 외관 얼룩이 발생하였는지 여부를 평가하였다. 외관 얼룩이 관찰되지 않으면 "무"로 표시하고, 외관 얼룩이 관찰되면 "유"로 표시한다.
제조예 1-4 및 비교예 1-5의 동박들을 이용하여 이차전지용 전극을 제조하여 (iv) 활물질의 박리강도를 측정하였고, 시험용 이차전지를 제조하여 (v) 용량 유지율을 측정하였다.
(v) 활물질의 박리강도
1) 활물질 코팅
100 중량부의 음극 활물질용 카본에 2 중량부의 스티렌부타디엔고무(SBR) 및 2 중량부의 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)를 혼합하고, 증류수를 용제로 이용하여 음극 활물질용 슬러리를 조제하였다. 이어, 닥터 블레이드를 이용하여 10㎝ 폭을 가진 제조예 1-4 및 비교예 1-5의 동박 상에 20∼60㎛두께로 음극 활물질용 슬러리를 도포하고, 이를 120℃에서 10분간 건조하고, 1ton/㎠의 압력에서 가압하여 음극 활물질층을 형성함으로써 이차전지용 전극을 제조하였다.
2) 박리강도 측정
IPC-TM-650 규격에 따라 만능시험기(UTM)를 이용하여 동박과 음극 활물질층의 박리 강도를 측정하였다. 측정 샘플의 폭은 12.7mm이고, 측정속도는 50mm/분 이었다. 지지판과 음극 활물질층을 양면테이프로 부착시키고 동박을 90ㅀ로 박리하면서 박리강도를 측정하였다.
(vi) 용량 유지율 평가
1) 음극 제조
100 중량부의 음극 활물질용 카본에 2 중량부의 스티렌부타디엔고무(SBR) 및 2 중량부의 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)를 혼합하고, 증류수를 용제로 이용하여 음극 활물질용 슬러리를 조제하였다. 닥터 블레이드를 이용하여 10㎝ 폭을 가진 제조예 1-4 및 비교예 1-5의 동박 상에 20∼60㎛ 두께로 음극 활물질용 슬러리를 도포하고, 이를 120℃에서 건조하고, 1 ton/㎠의 압력에서 가압하여 이차 전지용 음극을 제조하였다.
2) 전해액 제조
에틸렌카보네이트(EC) 및 에틸메틸카보네이트(EMC)를 1:2의 비율로 혼합한 비수성 유기용매에 용질인 LiPF6을 용해하여 기본 전해액을 제조하였다. 기본 전해액의 LiPF6 농도는 1M이다. 99.5중량%의 기본 전해액과 0.5중량%의 숙신산 무수물(Succinic anhydride)을 혼합하여 비수전해액을 제조하였다.
3) 양극 제조
Li1.1Mn1.85Al0.05O4인 리튬 망간 산화물과 o-LiMnO2인 orthorhombic 결정구조의 리튬 망간 산화물을 90:10(중량비)의 비로 혼합하여, 양극 활물질을 제조하였다. 양극 활물질, 카본 블랙, 및 결착제인 PVDF[Poly(vinylidenefluoride)]를 85:10:5(중량비)로 혼합하고, 이를 유기 용매인 NMP와 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 이와 같이 제조된 슬러리를 두께 20㎛의 Al박(foil) 양면에 도포한 후 건조하여 양극을 제조하였다.
알루미늄 캔의 내부에 알루미늄 캔과 절연되도록 양극과 음극을 배치하고, 그 사이에 비수전해액 및 분리막을 배치하여, 코인 형태의 리튬 이차전지를 제조하였다. 이때 사용된 분리막은 폴리프로필렌(Celgard 2325; 두께 25㎛, average poresize φ28 nm, porosity 40%)이다.
4) 용량 유지율의 측정
이와 같이 제조된 리튬 이차전지를 이용하여, 4.3V 충전 전압 및 3.4V 방전 전압으로 전지를 구동하여 양극의 g당 용량을 측정하였다. 고온 수명을 평가하기 위하여, 50℃의 고온에서 0.2C율(current rate, C-rate)로 50회의 충/방전 실험을 수행하여 용량 유지율을 계산하였다. 용량 유지율이 90%이하인 경우, 동박이 리튬 이온전지용 음극 집전체로 부적합하다고 판정하였다
용량 유지율은 다음 식 1로 계산될 수 있다.
[식 1]
용량 유지율(%) = (50회 충방전후 용량/1회 충방전후 용량) x 100
이상의 시험 결과는 하기 표 1에 개시되어 있다.
| 도금액중 Ni 농도 (g/L) |
노듈형성 전류밀도 (ASD) |
최장길이 0.5㎛ 이하 노듈 갯수 | 표면조도 Rz JIS (㎛) |
광택도 (Gs60˚) |
외관얼룩 발생유무 (육안확인) |
활물질 박리강도 (N/mm2) |
용량 유지율 (%) |
|
| 제조예1 | 17 | 10 | 33 | 1.02 | 25 | 무 | 21.5 | 92 |
| 제조예2 | 13 | 15 | 65 | 1.05 | 19 | 무 | 23.2 | 92 |
| 제조예3 | 15 | 20 | 110 | 1.09 | 11 | 무 | 22.1 | 90 |
| 제조예4 | 14 | 25 | 142 | 1.11 | 8 | 무 | 24.4 | 91 |
| 비교예1 | 0 | - | 0 | 0.95 | 130 | 무 | 11.6 | 83 |
| 비교예2 | 18 | 5 | 17 | 1.01 | 79 | 무 | 11.4 | 85 |
| 비교예3 | 15 | 8 | 25 | 1.02 | 46 | 무 | 12 | 85 |
| 비교예4 | 10 | 28 | 196 | 1.35 | 5 | 유 | 23.8 | 83 |
| 비교예5 | 12 | 30 | 232 | 1.41 | 4 | 유 | 25.1 | 86 |
표 1을 참조하면, 노듈 형성 과정에서 인가된 전류밀도가 10 ASD(A/cm2)보다 작은 경우, 노듈이 거의 생성되지 않으며, 동박과 활물질층의 밀착력 향상을 기대하기 어렵다. 또한, 노듈 형성 과정에서 인가된 전류밀도가 25 ASD 보다 큰 경우, 노듈이 과도하게 성장하여 동박의 조도가 상승하며, 노듈이 불균일하게 형성되어 외관상 동박의 폭방향을 따라 얼룩이 발생한다. 따라서, 노듈 형성 과정에서의 전류밀도는 10 내지 25 A/dm2(ASD)범위가 적당하다
구체적으로, 노듈이 형성되지 않은 비교예 1의 경우, 용량 유지율과 박리강도 저하된다.
전류밀도가 10 ASD 미만인 비교예 2 및 3의 경우, 노듈의 개수가 적고 용량 유지율 및 박리강도 저하된다.
전류밀도가 20 ASD를 초과하는 비교예 4 및 5의 경우, 동박과 활물질층의 박리강도는 우수하나 용량 유지율이 저하된다. 비교예 4 및 5의 경우 실시예 1-4에 비해 너무 많은 노듈이 생성되어, 노듈이 불균일하게 형성되고, 동박의 조도(Rz JIS)가 증가된다. 이 경우, 활물질이 동박에 불균일하게 도포됨으로써, 용량 유지율이 저하된 것으로 추정된다. 또한, 노듈의 불균일 전착으로 인해 외관 얼룩이 발생한다.
광택도 결과는 전류밀도 변화와 관련이 있다. 노듈 형성 과정에 인가된 전류밀도가 증가함에 따라 동박 표면이 어두운 색상이 되어 광택도가 저하된다. 실시예 1-4를 참조하면, 광택도는 30 미만인 것이 바람직하다.
조도(Rz JIS)는 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하가 적당하다. 조도가 0.7㎛ 미만인 경우, 동박과 활물질의 접착력이 너무 낮아 박리강도가 확보되지 않아, 충방전시 활물질 탈리가 발생할 수 있다. 또한, 조도(Rz JIS)가 3.0㎛를 초과하는 경우, 활물질이 균일하게 코팅되지 않아, 충방전시 싸이클 특성이 저하되고 용량 유지율이 급격히 저하되는 문제가 있다.
또한, 양면의 조도 차이가 0.5㎛ 이상인 경우, 양면의 조도차이로 인해 활물질 코팅시 양면이 균일하게 코팅되지 않아, 충방전시 양면의 싸이클 특성 차이로 인해 이차전지의 수명이 급격히 저하된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 구리 이온와 다른 금속 이온을 포함하는 노듈 형성용 도금액에 적정 전류를 인가함으로써, 구형의 작은 노듈을 형성할 수 있다. 이와 같이, 구리층에 작은 크기의 구형 합금 노듈(nodule)이 형성됨으로써, 동박의 표면조도 증가 없이 동박과 활물질과의 밀착력이 증대될 수 있다. 따라서, 이러한 동박을 이용하는 이차전지용 전극은 우수한 박리강도 및 용량 유지율을 가질 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 표현되며, 특허청구범위의 의미, 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 200, 300, 400: 동박
110: 구리층
201, 202: 노듈 210, 220, 230, 240: 노듈층
310: 활물질층 410: 고분자막
340: 이차전지용 음극 370: 이차전지용 양극
MS: 매트면 SS: 샤이니면
201, 202: 노듈 210, 220, 230, 240: 노듈층
310: 활물질층 410: 고분자막
340: 이차전지용 음극 370: 이차전지용 양극
MS: 매트면 SS: 샤이니면
Claims (18)
- 매트면 및 그 반대편의 샤이니면을 갖는 구리층; 및
상기 매트면 및 상기 샤이니면 중 적어도 하나에 배치되며, 복수의 노듈을 갖는 노듈층;을 포함하고,
상기 노듈층은 1㎛2의 단위면적 당 30 내지 150개의 노듈을 포함하고,
상기 노듈은 상기 노듈층과 상기 구리층의 경계면과 평행한 방향을 따라 측정된 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는 동박. - 제1항에 있어서, 상기 노듈은,
구리(Cu); 및
니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나;
를 포함하는 동박. - 제1항에 있어서,
상기 노듈층은 30 미만의 광택도(Gs 60˚)를 갖는 동박. - 제1항에 있어서,
상기 노듈층은 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 갖는 동박. - 제1항에 있어서,
상기 구리층을 기준으로 상기 매트면 방향의 제1 면 및 상기 샤이니면 방향의 제2 면을 가지며,
상기 제1 면과 상기 제2 면은 각각 0.7㎛ 이상 3.0㎛ 이하의 표면 조도(Rz JIS)를 갖는 동박. - 제5항에 있어서,
상기 제1 면과 상기 제2 면은 0.5㎛ 미만의 표면 조도(Rz JIS) 차이를 갖는 동박. - 제1항에 있어서,
25±15℃의 상온에서 30 kgf/mm2 이상의 인장 강도 및 2% 이상의 연신율을 갖는 동박. - 제1항에 있어서,
1㎛ 내지 70㎛의 두께를 갖는 동박. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 노듈 상에 배치된 보호층을 더 포함하는 동박. - 제9항에 있어서,
상기 보호층은 크롬, 벤조트리아졸(BTA) 및 실란 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 동박. - 제1 면과 제2 면을 갖는 동박; 및
상기 동박의 상기 제1 면과 제2 면 중 적어도 하나에 배치된 활물질층;을 포함하고,
상기 동박은,
매트면 및 그 반대편의 샤이니면을 갖는 구리층; 및
상기 매트면 및 상기 샤이니면 중 적어도 하나에 배치되며, 복수의 노듈을 갖는 노듈층;을 포함하고,
상기 노듈층은 1㎛2당 30 내지 150개의 노듈을 포함하고,
상기 노듈은 상기 노듈층과 상기 구리층의 경계면과 평행한 방향을 따라 측정된 0.5㎛ 이하의 최대 직경을 갖는 이차 전지용 전극. - 제11항에 있어서, 상기 노듈은,
구리(Cu); 및
니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나를 포함하는 이차 전지용 전극. - 서로 대향하는 양극(cathode)과 음극(anode);
상기 양극과 상기 음극 사이에서 이온이 이동할 수 있는 환경을 제공하는 전해질(electrolyte); 및
상기 양극과 상기 음극을 전기적으로 절연시켜 주는 분리막(separator); 을 포함하며,
상기 음극은 제11항 또는 제12항에 따른 이차전지용 전극으로 이루어진 이차 전지. - 제13항에 있어서,
상기 전해질은 리튬 이온을 포함하는 이차 전지. - 고분자막; 및
상기 고분자막 상에 배치된, 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 동박;
을 포함하는 연성동박적층필름. - 구리층을 형성하는 단계; 및
상기 구리층 상에 노듈층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 구리층을 형성하는 단계는,
60 내지 120 g/L 구리 이온, 80 내지 150 g/L의 황산 및 50 ppm 미만의 염소 이온을 포함하는 전해액을 준비하는 단계; 및
상기 전해액 내에 서로 이격되게 배치된 양극판 및 회전 음극드럼을 30 내지 80 A/dm2의 전류밀도로 통전시켜 전기도금을 수행하는 단계;를 포함하고,
상기 노듈층을 형성하는 단계는,
7 내지 10 g/L의 구리 이온, 90 내지 210 g/L의 황산, 13 내지 17 g/L의 금속 이온을 포함하는 도금액을 준비하는 단계; 및
상온에서 상기 도금액에 10 내지 25 A/dm2의 전류밀도로 전류를 인가하여 노듈을 형성하는 단계;
를 포함하는 동박의 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 금속 이온은 니켈(Ni), 아연(Zn), 철(Fe), 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 적어도 하나의 이온을 포함하는 동박의 제조방법. - 제16항에 있어서,
상기 노듈층을 형성하는 단계는, 상기 노듈 상에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 동박의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170011042A KR20180086949A (ko) | 2017-01-24 | 2017-01-24 | 노듈을 갖는 동박, 이의 제조방법, 이를 포함하는 이차전지용 전극 및 연성동박적층필름 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020170011042A KR20180086949A (ko) | 2017-01-24 | 2017-01-24 | 노듈을 갖는 동박, 이의 제조방법, 이를 포함하는 이차전지용 전극 및 연성동박적층필름 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180086949A true KR20180086949A (ko) | 2018-08-01 |
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ID=63228041
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020170011042A KR20180086949A (ko) | 2017-01-24 | 2017-01-24 | 노듈을 갖는 동박, 이의 제조방법, 이를 포함하는 이차전지용 전극 및 연성동박적층필름 |
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| KR (1) | KR20180086949A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220140265A (ko) * | 2021-04-09 | 2022-10-18 | 에스케이씨 주식회사 | 표면 처리 동박 및 이를 포함하는 회로 기판 |
| LU502546B1 (en) * | 2022-07-21 | 2024-01-22 | Circuit Foil Luxembourg | Copper foil, secondary battery comprising the same and production method thereof |
-
2017
- 2017-01-24 KR KR1020170011042A patent/KR20180086949A/ko not_active Application Discontinuation
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| LU502546B1 (en) * | 2022-07-21 | 2024-01-22 | Circuit Foil Luxembourg | Copper foil, secondary battery comprising the same and production method thereof |
| WO2024018005A1 (en) * | 2022-07-21 | 2024-01-25 | Circuit Foil Luxembourg | Copper foil, secondary battery comprising the same and production method thereof |
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