KR101115913B1 - 리튬 이차전지의 집전체용 동박 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 Lab 표색계 기준으로 동박표면의 L값이 85 ~ 90, a값이 12 ~ 18이고, 매트면(Matte Side)의 표면조도(Rzjis)가 1.5㎛ 이하이고, 인장강도가 30~40kgf/㎟이며, 180℃에서 5분 동안 열처리한 이후에 인장강도의 저하율이 10% 이하이고, 연신율이 3~20%이고, 동박두께가 1~35㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이자전지 집전체용 동박을 개시한다.
집전체, 동박, Lab 표색계, 매트면, 표면조도, 인장강도, 연신율
Description
본 발명은 리튬 이차전지의 집전체로 사용되는 동박에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 활물질을 균일하게 코팅할 수 있는 표면 구조를 가진 리튬 이차전지의 집전체용 동박에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 여타의 이차전지에 비해 상대적으로 에너지 밀도가 높고, 작동전압이 높을 뿐만 아니라 우수한 보존 및 수명특성을 보이는 등 많은 장점이 있어 개인용 컴퓨터, 캠코더, 휴대용 전화기, 휴대용 CD 플레이어, PDA 등 각종 휴대용 전자기기에 널리 사용되고 있다.
일반적으로 리튬 이차전지는 전해질을 사이에 두고 배치된 양극 및 음극과, 상기 양극과 음극에 각각 포함된 양극 활물질 및 음극 활물질과, 상기 양극 활물질과 음극 활물질에 각각 접촉하는 양극 집전체 및 음극 집전체를 구비한 구조를 갖는다.
리튬 이차전지에 있어서 음극 집전체의 소재로는 주로 동박이 사용되며, 통상적으로 이 동박에는 카본(Carbon)계 슬러리의 활물질이 코팅된다. 여기서, 동박 은 전기 도금법으로 전해동박을 제조하는 제박공정과 원박에 박리강도(Peel strength) 등을 부여하기 위한 후처리 공정을 통하여 제조된다. 전기도금에 의해 전해동박의 일면에는 상대적으로 조도가 낮아 광택이 나는 샤이니 면(Shiny side)이 형성되고, 타면에는 이른바, 산(Mountain) 구조에 의해 상대적으로 조도가 높으며 광택이 나지 않는 매트면(Matte Side)이 형성된다. 또한, 전해동박은 후처리 공정에서 매트면에 구리 노듈 클러스터(Cu-Nodule Cluster)를 형성하는 표면처리를 거침으로써 집전체로서 적합한 물리적, 화학적 특성이 부여된다.
리튬 이차전지는 집전체로 사용되는 동박의 표면 상태에 따라 전지특성이 크게 변하므로 수율의 향상을 위해서는 동박의 표면 특성을 개선하는 것이 매우 중요하다.
특히, 동박의 표면조도(Surface Roughness)가 불필요하게 높거나 전기도금공정에서 첨가제가 적정하게 첨가되지 않았을 경우 표면형상의 불균일로 인해 그래파이트(Graphite) 등과 같은 활물질의 코팅이 균일하게 이루어지지 않는다. 동박 표면에 활물질이 불균일하게 코팅되면 충,방전시 단락이 발생하거나 동박으로부터 활물질이 박리되는 현상이 발생하여 수율 저하를 초래하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 활물질의 균일한 코팅이 가능한 표면구조를 제공하도록 Lab 표색계 범위가 정의된 리튬 이차전지 집전체용 동박을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 집전체로 사용되기에 적합한 물성이 부여되도록 표면조도, 인장강도, 연신율, 두께 등의 인자가 최적화된 리튬 이차전지 집전체용 동박을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 리튬 이차전지 집전체용 동박은, Lab 표색계 기준으로 동박표면의 L값이 85 ~ 90, a값이 12 ~ 18인 것을 특징으로 한다.
상기 동박의 매트면(Matte Side)의 표면조도(Rzjis)는 1.5㎛ 이하인 것이 바람직하다.
인장강도가 30~40kgf/㎟이며, 180℃에서 5분 동안 열처리한 이후에 인장강도의 저하율이 10% 이하인 것이 바람직하다.
상기 동박의 연신율은 3~20%인 것이 바람직하다.
상기 동박의 두께는 1~35㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 활물질의 코팅 시 균일한 코팅면이 형성될 수 있는 표면 구조를 가진 리튬 이차전지 집전체용 동박이 제공된다. 따라서, 리튬 이차전지의 충,방전 시 단락의 발생을 방지할 수 있으며, 활물질과의 접촉 시 밀착력이 충분히 확보되어 박리강도가 우수하므로 리튬 이차전지의 용량을 안정적으로 유지할 수 있다.
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 아니되며, 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 일 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.
본 발명에 따른 리튬 이차전지 집전체용 동박은 Lab 표색계, 표면조도, 인장강도, 연신율 등의 인자가 최적화되어 집전체로 사용되기에 적합한 표면특성과 인장 특성이 부여된다.
바람직하게, 본 발명에 따른 리튬 이차전지 집전체용 동박은 황산동을 전해액으로 하고, 도금 표면에 광택이 나도록 하는 Brighter나 도금 범위를 넓혀주는 Leveler, 도금이 고르게 진행되도록 하는 Suppresser 등과 같은 첨가제를 첨가하여 30 ~ 80ASD(A/dm2)의 전류밀도로 제박기의 드럼 표면에 구리를 전착하여 원박을 제조하고, 방청처리를 위해 동박 표면을 크로메이트(Chromate) 처리하는 공정을 거쳐 제조된다.
동박의 표면은 통상의 Lab 표색계 기준으로 명도 지수 L값이 85 ~ 90, 색도 지수 a값이 12 ~ 18인 조건을 만족해야 한다. Lab 표색계는 Hunter의 광전색도계로 측정되는 L, a, b 값을 좌표로 하는 등색차 표색계이다. Lab 표색계를 기준으로 할 때, 동박 표면의 L값이 100이면 흰색(White)을 띠게 되며, 0이면 검은색(Black)을 띠게 된다. 또한, a값이 양(+)의 방향으로 증가할수록 점차 적색(Red)을 띠게 되며, b값이 양(+)의 방향으로 증가할수록 점차 노란색(Yellow)을 띠게 된다. 전기도금공정에서 첨가제가 적정하게 첨가되지 않거나, 지나치게 높은 조도를 갖는 첨가제가 첨가된 동박의 경우에는 상기 L값 및 a값 범위를 벗어나는 Lab 표색계 분포 특성을 보이게 된다.
동박에 있어서 매트면의 표면조도(Rzjis)는 1.5㎛ 이하의 조건을 만족해야 한다. 이러한 조건을 만족할 경우 보다 균일한 표면구조가 제공되어 음극 활물질의 코팅이 균일하게 이루어질 수 있으며, 리튬 이차전지의 충,방전 시 단락의 발생을 방지할 수 있다.
동박의 인장강도는 30~40kgf/㎟의 범위에 속하고, 180℃의 고온에서 5분 동안 열처리한 이후에 인장강도의 저하율이 10% 이하인 조건을 만족해야 한다. 또한, 동박의 연신율은 3~20%, 두께는 1~35㎛의 조건을 만족해야 한다. 이와 같은 범위를 벗어나는 경우 동박 표면에 물성 편차가 발생하여 활물질의 코팅이 균일하게 이루어지지 않으며 집전체의 물성이 불균일해지는 문제가 발생하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따른 리튬 이차전지 집전체용 동박의 물성을 종래기술(비교예 1 내지 3)과 비교하여 나타낸 테이블이다. 도 1에서 L값은 X-lite사의 색차계(SP-62)를 이용하여 측정하였으며, 매트면의 표면조도는 동박 시편별로 10 포인트(Point)를 선정하여 조도를 측정한 후 평균화하는 과정을 통해 산 출하였다. 상온 인장강도는 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 측정하였는데, 이때 표점거리(Gauge Length)는 5㎝로 설정하였다. 또한, 고온인장강도는 동박 시편을 180℃에서 5분 동안 열처리한 후에 UTM을 이용하여 측정하였다.
본 발명의 실시예 1 내지 3에 따른 동박은 상술한 Lab 표색계 범위, 표면조도, 인장강도, 연신율, 동박두께의 조건을 바람직하게 모두 만족함으로써 균일한 활물질 코팅 특성을 제공한다. 반면에, 비교예 1 내지 3에 따른 동박은 활물질이 불균일하게 코팅되거나, 동박 표면과 활물질 간에 밀착성이 떨어져서 리튬 이차전지의 집전체로 사용되기에 부적합한 특성을 보이게 된다.
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.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따른 리튬 이차전지 집전체용 동박의 물성을 종래기술과 비교하여 나타낸 테이블이다.
Claims (6)
- 리튬 이자전지의 집전체로 사용되는 동박에 있어서,Lab 표색계 기준으로 동박표면의 L값이 85 ~ 90, a값이 12 ~ 18이고,매트면(Matte Side)의 표면조도(Rzjis)가 1.5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 집전체용 동박.
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- 제1항에 있어서,인장강도가 30~40kgf/㎟이며, 180℃에서 5분 동안 열처리한 이후에 인장강도의 저하율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 집전체용 동박.
- 제1항에 있어서,연신율이 3~20%인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 집전체용 동박.
- 제1항에 있어서,동박두께가 1~35㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 집전체용 동박.
- 리튬 이자전지의 집전체로 사용되는 동박에 있어서,Lab 표색계 기준으로 동박표면의 L값이 85 ~ 90, a값이 12 ~ 18이고,매트면(Matte Side)의 표면조도(Rzjis)가 1.5㎛ 이하이고,인장강도가 30~40kgf/㎟이며, 180℃에서 5분 동안 열처리한 이후에 인장강도의 저하율이 10% 이하이고,연신율이 3~20%이고,동박두께가 1~35㎛인 것을 특징으로 하는 리튬 이차전지의 집전체용 동박.
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