전해 동박 제조 장치

【기술분야】

관련 출원 (들)과의 상호 인용

본 출원은 2017년 11월 9일자 한국 특허 출원 제 10-2017-0148728호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.

본 발명은 동박 제조 장치에 관한 것으로， 특히 전해동박 제조 장치에. 관한 것이다.

【배경 기술】

동박은 이차 전지의 집전체 또는 PCB 기판으로 주로 사용될 수 있다. 이러한 동박은 두께가 얇아 회전 드럼을 전해액에 담궈 구리를 석출하는 방법으로 형성할 수 있다. 즉， 회전 드럼을 구리 이온이 포함된 전해액에 담그고， 한 쌍의 전극에 전류를 홀려 회전 드럼 표면에 석출된 구리 박막을 분리하여 형성할 수 있다. 이때， 동박은 회전 드럼의 회전에 의해서 연속적으로 생산될 수 있다.

한편， 동박은 회전 드럼의 표면에 생성된 후 분리되는 것으로 회전 드럼의 표면 상태에 영향을 받게 된다.

즉, 회전 드럼의 표면에 이물질이 존재할 경우 얇은 두께의 동박의 표면에 이물질의 형상이 전사되거나， 구리 입자의 성장이 불균일하게 진행될 수 있다. 이로 인해서ᅳ， 회전 드럼의 표면으로부터 접촉한 상태에서， 분리되는 동박의 일면과 접촉하지 않아 공기 중에 노출된 동박의 타면은 서로 다른 표면을 가지게 된다.

이처럼， 동박의 표면 특성이 달라지면 광택이 서로 다르고， 접착력의 차이가 발생할 수 있다. 특히, 이차 전지의 집전체로 사용될 경우 동박 위에 형성되는 활물질와 밀착력이 떨어지고 이는 이차 전지의 전기적 특성을 저하시킨다.

이를 위해서， 표면 에칭 또는 추가 코팅 등의 방법으로 후 가공을 실시하고 있으나 이는 비용 및 공정 시간이 증가하는 문제점이 있다.

[발명의 상세한설명； I 【기술적 과제】

따라서 본 발명은 별도의 후처리 공정을 필요치 않으며， 필요에 따라서 다양한 표면을 가지는 동박을 용이하게 제조할 수 있는 전해동박 제조 장치를 제공하는 것이다 .

【과제의 해결 수단】

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전해동박 제조 장치는 전해액을 수용하는 전해조， 전해액에 일부가 잠기도록 설치되는 내부 드럼， 상기 내부 드럼의 표면과 접촉하도록 형성되어 있는 외부 드럼， 상기 전해조 내에 위치하며 상기 내부 드럼과 일정거리 떨어져 위치하는 상대전극， 상기 내부 드럼과 상기 상대전극 사이를 전기적으로 연결하는 전원 공급부를 포함한다.

상기 외부 드럼은 내부가 빈 관통 구조로， 내부 드럼이 외부 드럼에 삽입 설치될 수 있다.

상기 외부 드럼의 표면에는 일정한 모양을 가지는 복수의 돌출부가 형성될 수 있다.

상기 돌출부의 높이는 O .5um 내지 10um 일수 있다.

상기 복수의 돌출부는 일정한 간격을 두고 배열될 수 있다.

상기 돌출부 사이의 간격은 5um내지 lOOum 인 전해동박 제조 장치. 상기 내부 드럼의 표면에 수직한 방향으로 절단한 돌출부의 종단면은 삼각형, 사각형과 같은 다각형 또는 반구형 또는 원형과 같이 곡면을 가질 수 있다.

상기 외부 드럼은 도전성 물질로 이루어질 수 있다.

상기 도전성 물질은 Ti계， Zr계， Fe계， Ni계， Pd계， C계， Si계중 선택된 어느 하나 또는 이들의 합금， 또는 전도성 폴리머일 수 있다.

[발명의 효과]

본 발명에서와 같이 외부 드럼을 이용하면， 별도의 추가 가공을 필요하지 않는 동박을 제조할 수 있다.

또한, 외부 ^럼의 표면에 형성된 요철을 다양하게 형성함으로써 표면 특성이 다양한동박을 용이하게 제조할 수 있다.

【도면의 간단한 설명】 도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전해동박 제조 장치의 개략적인 도면이다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 돌출부의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 돌출부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 도 1의 전해동박 제조 장치를 이용하여 동박을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

【발명의 실시를 위한 형태】

이하， 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며， 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 그리고， "제 1"， "제 2"， 및 "제 3" 등의 서수는 구성요소들 간의 흔동을 피하기 위하여 사용된다.

또한， 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로， 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전해동박 제조 장치에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 전해동박 제조 장치의 개략적인 도면이고， 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 돌출부의 단면도이고， 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 돌출부의 배치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이， 본 발명의 한 실시예에 따른 전해동박 제조 장치 (100)는 게 1 회전 드럼 (10)， 제 1 회전 드럼 (10)의 일부가 잠기는 전해액 (22)을 수용하는 전해조 (20) , 및 제 2 회전 드럼 (30)을 포함한다.

전해동박 제조 장치 (100)는 두 전극 사이에 전류를 홀려 금속이 전극 표면에 박막 형태로 석출되고， 이를 분리하여 금속박막을 형성하는 것으로， 제 1 회전 드럼 ^' (10)은 금속， 즉 구리가 석출되는 음극일 수 있다.

게 1 회전 드럼 (10)은 내부 드럼 (10a)과 외부 드럼 (10b)을 포함한다. 외부 드럼 ( 10b)은 내부가 빈 관 형상일 수 있으며， 내부 드럼 (10a)이 외부 드럼 (10b)에 삽입될 수 있다. 이때， 내부 드럼 (10a)의 외표면과 외부 드럼 (10b)의 내표면은 직접적으로 접촉하도록 삽입되는 것이 바람직하다.

따라서， 외부 드럼 (10b)을 별도로 형성한 후 외부 드럼 ( 10b) 내에 내부 드럼 ( 10a)을 삽입하거나， 판형 .금속으로 내부 드럼 (10a)의、외부를 감싸도록 부착하여 외부 드럼 ( 10b)을 형성할 수 있다.

이때， 외부 드럼 (10b)은 내부 드럼 (10a)에 밀착되면서 감쌀 수 있도록 외부 드럼 ( 10b)의 두께는 요철이 형성 가능한 두께로， 예를 들어 1匪 내지 50隱일 수 있다. · 한편， 외부 드럼 (10b)의 일면에는 요철 패턴이 형성될 수 있으며， 요철 패턴은 특정한모양의 돌출부가 규칙적으로 배열될 수 있다.

도 2 및 도 3에서와 같이， 돌출부 (12)는 전지박 등에 패턴을 형성할 수 있는 높이 및 간격을 가질 수 있으며， 예를 들어 돌출부 ( 12)는 외부 드럼 (10b)의 표면으로부터 0.5um 내지 10um의 높이 (H)로 돌출될 수 있으며， 이웃하는 돌출부 사이의 간격 (S)은 5um내지 lOOum일 수 있다.

돌출부 (12)는 내부 드럼의 표면에 수직한 방향으로 절단한 돌출부의 종단면이 삼각형 또는 사각형과 같은 다각형， 또는 곡면을 가지는 반구형, 타원형， 원형을 가질 수 있다.

돌출부 (12)는 다양한 방법으로 형성 될 수 있으며, 예를 들어 금속의 식각 방법은 기계적인 폴리싱 (Pol i shing) 또는 버핑 (Buf f ing) 방법을 활용하거나， 전도성 물질위에 원하는 패턴의 반대 위치에 비전도성 물질들을 배치한 후 부분적으로 전착 (증착)시키는 방법, 폴리머 (polymer) 를에 금속을 채워 넣고 고온에서 폴리머를 태워서 금속만 남기는 패터닝 방법， 그리고 정밀한 폴리머 패턴위에 금속 박막을 도포하고 폴리머를 제거하여 금속박막 패턴을 만드는 포토리소그래피 방법과 같이 형성하고자 하는 돌출부 ( 12)의 형태에 따라서 선택하여 형성할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면， 게 1 회전 드럼 ( 10)은 전해액에 잠긴 상태로 회전 하므로， 전해액에 대해서 내부식성올 가지고 고강도의 소재로， 예를 들어 Ti계， Zr계， Fe계 , Ni계， Pd계와 같은 금속 재료， 또는 C계， Si계와 같음 비금속 재료 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있으며， 전도성 고분자 물질로 이루어질 수 있다. 이때, 내부 드럼 (10a)과 외부 드럼 (10b)는 서로 다른 금속으로 형성될 수 있으나， 이에 한정되는 것은 아니며 동일한 금속으로도 형성될 수 있다.

전해조 (20)는 동박을 형성하기 위한 전해액 (22)을 수용하며， 상대 전극 (24)이 설치될 수 있다. 상대 전극 (24)은 음극과 대향하도록 설치되며 반대 극성의 양극일 수 있다.

전해액 (22)은 제 1 회전 드럼 (10)의 하부면과 접촉하도록 채워질 수 있으며， 접촉 면적이 최대인 높이로 채워지는 것이 바람직하다.

상대전극 (24)은 횡단면이 원형인 게 1 회전 드럼 (10)의 외주면을 따라 형성될 수 있으며, 제 1 회전 드럼 ^' (10)의 하부를 둘러싸는 형태로 횡단면이 반원 형상일 수 있다. 상대전극 (24)은 제 1 회전 드럼 (10)으로부터 일정 간격 떨어져 위치하며, 이들 사이에 전해액 (22)이 흐를 수 있다. 전해액 (22)은 외부에 설치된 펌프 (40)를 통해서 공급되며， 순환 될 수 있다.

전해액 (22)은 황산 구리를 주성분으로 하는 전해액일 수 있으며， 동박은 하기의 반웅식 (i), (ii), (iii)에 의해서 석출될 수 있다.

(i) CuS0 ₄ + 2e ^" + 2H ⁺ → Cu +H ₂ S0 ₄ (회전 드럼에서의 반웅)

(ii) ¾0→ 2H ⁺ + 1/20 ₂ + 2e (상대전극에서의 반웅)

(iii) CuS0 ₄ + ¾0→ Cu +H ₂ S0 ₄ + 1/20 ₂ (전체 반웅 ^' )

동박은 전해액 (22)의 농도， 전류 밀도 등에 따라서 두께가 달라질 수 있으며， 예를 들어 5um내지 100醒의 두께로 형성될 수 있다.

게 2 회전 드럼 (30)은 제 1 회전 드럼 (10)으로부터 연속적으로 배출되는 동박이 감겨지며， 제 2 회전 드럼 (30)에 감겨지는 동박의 장력을 조절하기 위해서， 게 1 회전 드럼 (10)과 제 2 회전 드럼 (30) 사이에는 복수의 회전 를 (도시하지 않음)이 배치될 수 있다.

이상의 전해동박 제조 장치를 이용하면 표면에 요철이 형성된 동박 (50)을 제조할 수 있다.

도 4는 도 1의 전해동박 제조 장치를 이용하여 동박을 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면， 전해조 (20)에 황산 구리가 주성분인 전해액 (22)을 채우고， 제 회전 드럼 (10)의 하부가잠기도록 전해조 (20)에 설치한다. 그리고 게 1 회전 드럼 (10)과 상대 전극 (24)을 전기적으로 연결하여， 전원 공급부 (1000)를 통해 이들 사이에 전류가 흐르도록 하면 기 설명한 반웅식에 따라서 계 1 회전 드럼 (10)의 표면에 구리가석출된다.

구리는 제 1 회전 드럼 (10)이 회전하는 동안 연속적으로 석출되어 제 1 회전 드럼 (10)의 표면에 박막 형태로 형성되고， 이를 제 2 회전 드럼 (30)에 감아 동박를을 제조할 수 있다.

이상의 실시예에서와 같이 특정 패턴이 형성된 외부 드럼을 포함하는 거 U 회전 드럼 (10)을 사용하면， 외부. 드럼의 표면에 형성된 특정 패턴이 동박의 표면에 전사될 수 있다.

이러한 요철은 동박의 표면에 균일하게 형성되어 종래의 드럼 표면에

^■ 폴리싱 자국이 전사되어 표면이 불균일한 것을 방지할 수 았다. 따라서， 동박 표면을 처리하기 위한추가공정을 실시하지 않을 수 있다.

또한, 동박의 표면에 균일한 형태의 요철을 형성하므로， 동박의 불균일한 표면으로 발생된 접착력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

따라서， 필요로 하는 동박의 접착성， 광택 등에 따라서 돌출부의 배열 및 형상을 변형 시킨 외부 드럼을 사용하여， 다양한 특성의 동박을 용이하게 제조할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

【부호의 설명】

10： 제 1 회전 드럼

10a: 내부 드럼

10b: 외부 드럼

20： 전해조

30： 제 2 회전 드럼

40： 펌프

50： 동박