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KR102364363B1 - Process for preparing current collector for pseudo capacitor - Google Patents

Process for preparing current collector for pseudo capacitor Download PDF

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KR102364363B1
KR102364363B1 KR1020170158932A KR20170158932A KR102364363B1 KR 102364363 B1 KR102364363 B1 KR 102364363B1 KR 1020170158932 A KR1020170158932 A KR 1020170158932A KR 20170158932 A KR20170158932 A KR 20170158932A KR 102364363 B1 KR102364363 B1 KR 102364363B1
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aluminum foil
nickel
current collector
water
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윤석현
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명에 따른 제조 방법은 알루미늄 호일(foil)의 표면을 특정 조건 하에서 전처리 및 활성화 처리함으로써, 좀더 간단한 공정으로 무전해 도금법으로 니켈 도금층을 형성시켜 수계전해질 수도커패시터용 집전체를 용이하게 제조하는 것으로, 이에 따라 제조된 수도커패시터용 집전체는 고가의 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 집전체 대신에 저렴한 알루미늄 호일을 사용하여서도 수계 전해질을 사용하는 수도커패시터에서도 높은 전기 전도도와 낮은 전극과의 계면저항 특성과 함께 전압변화에 따른 전기화학적 안정성이 우수한 효과가 있다. The manufacturing method according to the present invention is to form a nickel plating layer by an electroless plating method in a simpler process by pre-treating and activating the surface of an aluminum foil under specific conditions to easily manufacture a current collector for a water-based electrolyte water capacitor. , the current collector for water capacitors manufactured according to this method uses inexpensive aluminum foil instead of expensive nickel (Ni) and titanium (Ti) current collectors, and even in water capacitors using water-based electrolytes, high electrical conductivity and low interface with electrodes In addition to resistance characteristics, there is an excellent effect of electrochemical stability according to voltage change.

Description

수도커패시터용 집전체의 제조 방법 {PROCESS FOR PREPARING CURRENT COLLECTOR FOR PSEUDO CAPACITOR}Manufacturing method of current collector for water capacitor {PROCESS FOR PREPARING CURRENT COLLECTOR FOR PSEUDO CAPACITOR}

본 발명은 수도커패시터용 집전체의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a current collector for a water capacitor.

전 세계적으로 에너지 수요가 크게 증가하면서 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있으며, 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기화학소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다.As energy demand increases significantly around the world, interest in energy storage technology is increasing, and as the field of application expands to energy for mobile phones, camcorders, notebook PCs, and even electric vehicles, efforts to research and develop electrochemical devices are increasing. are becoming increasingly concrete.

특히, 최근에는 충방전이 가능한 이차전지에 대한 관심이 대두되고 있으며, 현재 적용되고 있는 이차전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차전지는 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다. 이와 함께, 기존의 일반적인 커패시터보다 에너지 밀도가 높고, 일반적인 리튬 이온 배터리보다 출력이 높은 에너지 저장장치로서 슈퍼 커패시터에 대한 연구가 다방면으로 이루어지고 있다. 이러한 슈퍼 커패시터는 에너지를 저장하는 메커니즘의 방식에 따라 간단히 전기 이중층 커패시터 (electrical doublelayer capacitor, EDLC)와 수도커패시터 (pseudo capacitor)로 분류할 수 있다.In particular, recently, interest in rechargeable batteries capable of charging and discharging is emerging, and among the currently applied secondary batteries, lithium secondary batteries developed in the early 1990s are in the spotlight because of their high operating voltage and extremely high energy density. . At the same time, research on a supercapacitor as an energy storage device having a higher energy density than that of a conventional capacitor and a higher output than a typical lithium ion battery is being conducted in various fields. Such supercapacitors can be simply classified into electrical double-layer capacitors (EDLCs) and pseudo-capacitors according to the mechanism of storing energy.

이러한 에너지 저장장치들은 대부분 탄소재나 전이금속 산화물 등으로 이루어진 양극과 음극, 및 비수전해액으로 구성되어 있다. 그러나, 리튬 이온 전지, 수도커패시터, 슈퍼커패시터 등에서 사용되는 유기 용매로 이루어진 비수계 전해액(non-aqueous electrolyte)은 가연성이 커 안전성이 떨어질 뿐 아니라 이온 전도도가 낮아 고출력 제품 적용에 한계가 되고 있다. 이에 따라, 안전성과 출력을 높이려는 시도로써 리튬이온전지, 수도커패시터. 슈퍼커패시터 등에 수계 전해질(aqueous electrolyte)을 사용하려는 연구가 많이 이루어지고 있다. 하지만, 이러한 수계 전해질을 사용하는 경우에 수도커패시터의 집전체가 수계 전해질에 노출되기 때문에 구동시 전압 변화에 따른 전기화학적 안정성이 떨어지는 문제가 발생한다. These energy storage devices are mostly composed of an anode and a cathode made of carbon material or transition metal oxide, and a non-aqueous electrolyte. However, non-aqueous electrolytes made of organic solvents used in lithium ion batteries, water capacitors, and supercapacitors, etc. are highly flammable, which leads to poor safety and low ionic conductivity, limiting the application of high-output products. Accordingly, as an attempt to increase safety and output, lithium ion batteries and water capacitors. A lot of research is being done to use an aqueous electrolyte for supercapacitors. However, in the case of using such an aqueous electrolyte, since the current collector of the water capacitor is exposed to the aqueous electrolyte, there is a problem in that electrochemical stability is deteriorated according to a voltage change during operation.

한편, 수도커패시터의 집전체는 높은 전기 전도도와 전기화학적 안정성 그리고 낮은 전극과의 계면저항 특성이 요구된다. 특히 금속 집전체의 경우, 금속의 종류에 따라 전해질 내의 전기화학적 안정성이 큰 차이를 보이기 때문에 적절한 집전체를 선택하는 것이 중요하다. 이러한 이유로 수계 전해질을 사용하는 수도커패시터에서는 주로 내식성이 뛰어난 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 집전체가 적용되고 있다. 하지만 이 경우 전체 전지(cell) 가격의 상당 부분을 집전체가 차지하기 때문에 실제 상용화 시장에서 가격 경쟁력이 좋지 않은 단점이 있다.On the other hand, the current collector of a water capacitor requires high electrical conductivity, electrochemical stability, and low interfacial resistance with electrodes. In particular, in the case of a metal current collector, it is important to select an appropriate current collector because the electrochemical stability in the electrolyte varies greatly depending on the type of metal. For this reason, nickel (Ni) and titanium (Ti) current collectors with excellent corrosion resistance are mainly used in water-based capacitors using aqueous electrolytes. However, in this case, since the current collector occupies a significant portion of the total cell price, price competitiveness is not good in the actual commercial market.

따라서, 수계 전해질을 사용하는 수도커패시터에서도 높은 전기 전도도와 낮은 전극과의 계면저항 특성과 함께 전압변화에 따른 전기화학적 안정성이 우수한 수도커패시터용 집전체에 대한 연구가 지속적으로 요구되고 있다.Therefore, even in a water-based capacitor using an aqueous electrolyte, research on a current collector for a water-based capacitor having excellent electrochemical stability according to voltage change as well as high electrical conductivity and low interfacial resistance characteristics with electrodes is continuously required.

본 발명은 수도커패시터용 집전체를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a current collector for a water capacitor.

또한, 본 발명은 상기 제조 방법으로 제조된 수도커패시터용 집전체를 제공하기 위한 것이다. Another object of the present invention is to provide a current collector for a water capacitor manufactured by the above manufacturing method.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 알칼리 수용액을 이용하여 40 내지 80 ℃의 온도 조건 하에서 알루미늄 호일(foil)의 표면을 전처리하는 단계(단계 1); 농도가 25 내지 50 vol%인 무기산 수용액을 이용하여 50 내지 80 ℃의 온도 조건 하에서 상기 전처리된 알루미늄 호일(foil)의 표면을 활성화 처리하는 단계(단계 2); 및 니켈염과 인계 환원제를 포함하는 도금액을 사용하여 무전해 도금 방법으로 상기 활성화 처리된 알루미늄 호일(foil)의 표면에 니켈 도금층을 형성시키는 단계(단계 3);를 포함하는, 수도커패시터용 집전체의 제조 방법을 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention includes the steps of pre-treating the surface of an aluminum foil (step 1) under a temperature condition of 40 to 80 ℃ using an aqueous alkali solution; Activating the surface of the pretreated aluminum foil under a temperature condition of 50 to 80° C. using an aqueous inorganic acid solution having a concentration of 25 to 50 vol% (step 2); and forming a nickel plating layer on the surface of the activated aluminum foil by an electroless plating method using a plating solution containing a nickel salt and a phosphorus-based reducing agent (step 3); It provides a manufacturing method of

이하, 각 단계별로 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail for each step.

알루미늄 aluminum 호일(foil)의of foil 표면을 전처리하는 단계 (단계 1) Steps to pretreat the surface (Step 1)

상기 단계 1은 후속 단계에서 니켈 도금액을 사용한 무전해 도금이 효과적으로 이뤄지도록 알루미늄 호일(foil)의 표면을 깨끗하게 정리하는 전처리(pretreatment) 단계이다. Step 1 is a pretreatment step of cleaning the surface of the aluminum foil so that the electroless plating using the nickel plating solution is effectively performed in the subsequent step.

특히, 단계 1의 전처리 단계는 알루미늄 호일(foil) 표면의 산화막을 제거하는 과정(de-oxidizing)에 해당한다. In particular, the pretreatment step of step 1 corresponds to de-oxidizing the oxide film on the surface of the aluminum foil.

상기 알루미늄 호일은 수계전해질 수도커패시터에 적합한 전기화학적 안정성과 전기전도성을 가지면 내식성이 뛰어난 니켈(Ni) 도금층이 형성되는 기재 역할을 한다. 또한, 상기 알루미늄 호일은 평균 두께가 약 0.01 내지 0.05 mm 혹은 약 0.015 내지 0.04 mm가 될 수 있다. 상기 알루미늄 호일은 니켈 도금층 형성시 충분한 지지력을 확보하는 측면에서 평균 두께가 약 0.01 mm 이상일 수 있으며, 최종 장치의 무게를 증량시키지 않으며 우수한 전기전도도를 구현하는 측면에서 약 0.05 mm 이하일 수 있다.When the aluminum foil has electrochemical stability and electrical conductivity suitable for a water-based electrolyte water capacitor, it serves as a substrate on which a nickel (Ni) plating layer with excellent corrosion resistance is formed. In addition, the aluminum foil may have an average thickness of about 0.01 to 0.05 mm or about 0.015 to 0.04 mm. The aluminum foil may have an average thickness of about 0.01 mm or more in terms of securing sufficient support when forming the nickel plating layer, and may be about 0.05 mm or less in terms of realizing excellent electrical conductivity without increasing the weight of the final device.

상기 단계 1은 알칼리 수용액을 이용하여 약 40 내지 80 ℃, 혹은 약 45 내지 70 ℃, 혹은 약 50 내지 65 ℃의 온도 조건 하에서 알루미늄 호일(foil)의 표면을 전처리하는 것으로 이뤄진다. 상기 전처리 단계는 알루미늄 호일(foil) 표면의 산화막 제거가 효과적으로 이뤄지기 위해서는 약 40 ℃ 이상에서 수행해야 하고, 알루미늄 호일(foil)의 과도한 부식이나 변형을 방지하는 측면에서 약 80 ℃ 이하에서 수행해야 한다. Step 1 consists of pre-treating the surface of the aluminum foil under a temperature condition of about 40 to 80 ℃, or about 45 to 70 ℃, or about 50 to 65 ℃ using an aqueous alkali solution. The pretreatment step should be performed at about 40° C. or higher in order to effectively remove the oxide film on the surface of the aluminum foil, and should be performed at about 80° C. or less in terms of preventing excessive corrosion or deformation of the aluminum foil. .

또한, 상기 단계 1의 전처리 시간은 약 5 내지 60 초, 혹은 약 10 내지 50 초, 혹은 약 20 내지 45 초일 수 있다. 상기 전처리 단계는 알루미늄 호일 표면의 산화막을 충분히 제거하기 위해서는 약 5 초 이상 수행할 수 있으며, 전체 공정 효율을 향상시키는 측면에서 약 60 초 이하로 수행할 수 있다. In addition, the pretreatment time of step 1 may be about 5 to 60 seconds, or about 10 to 50 seconds, or about 20 to 45 seconds. The pretreatment step may be performed for about 5 seconds or more to sufficiently remove the oxide film on the surface of the aluminum foil, and may be performed for about 60 seconds or less in terms of improving overall process efficiency.

상기 전처리 단계는 상기 알루미늄 호일(foil)을 알칼리 수용액에 침지시키는 방법으로 수행할 수 있다. The pretreatment step may be performed by immersing the aluminum foil in an aqueous alkali solution.

상기 알칼리 수용액은 물에 용해도가 높은 알칼리 화합물을 포함하는 것이 될 수 있으며, 바람직하게는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화리튬(LiOH) 등의 알칼리 화합물 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. The aqueous alkali solution may be one containing an alkali compound with high solubility in water, and preferably contains at least one of alkali compounds such as sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), and lithium hydroxide (LiOH). can

상기 알칼리 수용액의 농도는 약 5 내지 55 중량%(wt%), 혹은 약 10 내지 50 wt%일 수 있다. 또한, 상기 알칼리 수용액의 pH는 약 9 내지 14, 혹은 약 10 내지 14가 될 수 있다. 상기 알칼리 수용액의 농도 및 pH는 알루미늄 호일(foil) 표면의 산화막을 효과적으로 제거하면서 공정 안전성과 효율성을 증진시키는 측면에서 상술한 바와 같은 범위내로 적용할 수 있다. The concentration of the aqueous alkali solution may be about 5 to 55 wt% (wt%), or about 10 to 50 wt%. In addition, the pH of the aqueous alkali solution may be about 9 to 14, or about 10 to 14. The concentration and pH of the aqueous alkali solution may be applied within the ranges as described above in terms of improving process safety and efficiency while effectively removing the oxide film on the surface of the aluminum foil.

상기 단계 1은 알칼리 수용액을 사용하여 특정의 온도 조건 하에서 알루미늄 호일(foil)의 표면을 전처리함으로써, 산화막을 제거하고 효과적인 도금 공정을 수행할 수 있도록 한다. In step 1, the surface of the aluminum foil is pretreated under a specific temperature condition using an aqueous alkali solution, thereby removing the oxide film and performing an effective plating process.

상기 단계 1의 of step 1 above 전처리된pre-treated 알루미늄 aluminum 호일(foil)의of foil 표면을 활성화 처리하는 단계 (단계 2) Activating the surface (Step 2)

상기 단계 2는, 상기 단계 1의 전처리를 통해 산화막 등이 제거되어 깨끗해진 알루미늄 호일(foil)의 표면을 고온의 무기산 수용액을 사용하여 활성화(activation)시키는 단계이다. The step 2 is a step of activating the surface of the aluminum foil, which has been cleaned by removing the oxide film and the like through the pretreatment of step 1, using a high-temperature aqueous inorganic acid solution.

일반적으로 금속 표면에 니켈 무전해 도금하는 기존의 공정은 도금 전 징케이트(zincate) 처리 공정을 수행하는데, 이로써 금속 표면에 아연 도금층(Zn layer)를 형성시켜 핵 생성 사이트(site)를 만들어 주는 것이다. 그러나, 이러한 징케이트(zincate) 처리 공정은 다단계 공정을 거쳐야 해서, 전체 공정이 매우 복잡해지고 공정을 마친 후에 남는 폐 징케이트(zincate) 용액 처리 문제가 있다. In general, the conventional process of electroless plating nickel on a metal surface performs a zincate treatment process before plating, thereby forming a Zn layer on the metal surface to make a nucleation site. . However, since such a zincate treatment process has to go through a multi-step process, the overall process becomes very complicated, and there is a problem of treating the waste zincate solution remaining after the process is completed.

이에 따라, 본 발명은 기존의 징케이트(zincate) 처리 공정 없이, 상기 단계 1의 전처리된 알루미늄 호일(foil)을 고온의 무기산 수용액으로 처리하여 활성화시킴으로써 후속 단계에서 니켈 도금액을 사용한 무전해 도금이 효과적으로 이뤄지도록 하는 것을 특징으로 한다. Accordingly, in the present invention, electroless plating using a nickel plating solution in a subsequent step by treating the aluminum foil pretreated in step 1 with a high temperature aqueous solution of inorganic acid to activate it without a conventional zincate treatment process It is characterized by making it happen.

상기 단계 2는, 무기산 수용액을 이용하여 약 50 내지 80 ℃, 혹은 약 60 내지 80 ℃, 혹은 약 65 내지 80 ℃의 온도 조건 하에서 상기 전처리된 알루미늄 호일(foil)의 표면을 활성화 처리(activation)하는 것으로 이뤄진다. 상기 활성화 처리 단계는 약 50 ℃ 이상의 고온에서 수행하여야, 알루미늄 호일(foil)의 표면에서 니켈 핵생성 사이트가 충분히 형성되면 후속의 니켈 도금 공정이 효과적으로 이뤄질 수 있다. 또한, 상기 활성화 처리 단계는 이러한 무기산 처리 과정에서 알루미늄 호일(foil)의 과도한 부식이나 변형을 방지하는 측면에서 약 80 ℃ 이하에서 수행해야 한다. In step 2, the surface of the pre-treated aluminum foil is activated under a temperature condition of about 50 to 80 ℃, or about 60 to 80 ℃, or about 65 to 80 ℃ using an inorganic acid aqueous solution (activation) is made up of The activation treatment step should be performed at a high temperature of about 50° C. or higher, and when nickel nucleation sites are sufficiently formed on the surface of the aluminum foil, the subsequent nickel plating process can be effectively performed. In addition, the activation treatment step should be performed at about 80° C. or less in terms of preventing excessive corrosion or deformation of the aluminum foil in the inorganic acid treatment process.

상기 단계 2의 활성화 처리 시간은 약 30 내지 100 초, 혹은 약 30 내지 90 초, 혹은 약 35 내지 80 초일 수 있다. 상기 활성화 단계는 알루미늄 호일 표면에서 니켈 핵생성 사이트가 형성되는 조면화(roughening) 공정이 충분히 이뤄지도록 하는 측면에서 약 30 초 이상 수행할 수 있으며, 전체 공정 효율을 증진시키는 측면에서 약 100 초 이하로 수행할 수 있다. The activation treatment time of step 2 may be about 30 to 100 seconds, or about 30 to 90 seconds, or about 35 to 80 seconds. The activation step can be performed for about 30 seconds or more in terms of sufficiently making the roughening process in which nickel nucleation sites are formed on the surface of the aluminum foil, and in about 100 seconds or less in terms of enhancing the overall process efficiency. can be done

상기 활성화 처리 단계는 상기 알루미늄 호일(foil)을 고온의 무기산 수용액에 침지시키는 방법으로 수행할 수 있다. The activation treatment step may be performed by immersing the aluminum foil in a high temperature aqueous inorganic acid solution.

상기 무기산 수용액은, 상기 산화막이 제거된 알루미늄 호일(foil)의 표면을 조면화(roughening)시키기에 충분한 산도를 나타내는 무기산 화합물을 포함할 수 있다. 상기 무기산 수용액은 바람직하게는, 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 인산(H2PO4) 등의 무기산 화합물 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. The inorganic acid aqueous solution may include an inorganic acid compound exhibiting sufficient acidity to roughen the surface of the aluminum foil from which the oxide film has been removed. The inorganic acid aqueous solution may include at least one of inorganic acid compounds such as nitric acid (HNO 3 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), and phosphoric acid (H 2 PO 4 ).

상기 무기산 수용액의 농도는 약 20 내지 55 부피%(vol%), 혹은 약 25 내지 50 vol%일 수 있다. 또한, 상기 무기산 수용액의 pH는 약 1 내지 4.5, 혹은 약 1 내지 4가 될 수 있다. 상기 무기산 수용액의 농도 및 pH는 알루미늄 호일 표면에서 니켈 핵생성 사이트가 형성되는 조면화(roughening) 공정이 충분히 이뤄지도록 하면서 공정 안전성과 효율성을 증진시키는 측면에서 상술한 바와 같은 범위내로 적용할 수 있다. The concentration of the inorganic acid aqueous solution may be about 20 to 55 vol% (vol%), or about 25 to 50 vol%. In addition, the pH of the inorganic acid aqueous solution may be about 1 to 4.5, or about 1 to 4. The concentration and pH of the inorganic acid aqueous solution may be applied within the ranges as described above in terms of enhancing process safety and efficiency while sufficiently performing a roughening process in which nickel nucleation sites are formed on the surface of the aluminum foil.

상기 단계 2는 약 50 내지 80 ℃ 정도의 고온 조건 하에서 HNO3 등의 무기산 수용액으로 알루미늄 호일의 표면을 마이크로 에칭(micro-etching)하여 조면화(roughening)시킴으로써, 기존에 알려진 징케이트(zincate) 처리 공정 없이도 후속 단계의 무전해 니켈 도금 과정에서 니켈이 쉽게 도금될 수 있도록 하는 핵 생성 사이트를 용이하게 만들어 줄 수 있다. In step 2, the surface of the aluminum foil is micro-etched and roughened with an aqueous inorganic acid solution such as HNO 3 under a high temperature condition of about 50 to 80 ° C., so that the known zincate treatment Even without a process, it is possible to easily create a nucleation site that allows nickel to be easily plated in the subsequent electroless nickel plating process.

상기 단계 2의 활성화 처리된 알루미늄 Activated aluminum in step 2 above 호일(foil)의of foil 표면에 니켈 Nickel on the surface 도금층을the plating layer 형성시키는 단계 (단계 3) forming step (step 3)

상기 단계 3는, 상기 단계 2에 따라 활성화 처리된 알루미늄 호일(foil)의 표면에 무전해 도금 방법으로 니켈 도금층을 형성시키는 단계이다. Step 3 is a step of forming a nickel plating layer by an electroless plating method on the surface of the aluminum foil that has been activated according to step 2 above.

상기 단계 3의 니켈 무전해 도금 공정은 자발적 촉매 반응에 의해 Ni이 타겟 물질 표면에서 환원되며 코팅층을 형성하는 도금 방법으로, 코팅층 내 높은 인(phosphorus) 함량을 특징으로 하다. 예를 들면, 상기 코팅층에서 인 함량은 약 8 wt% 이상 또는 8 내지 15 wt%로 나타날 수 있다. 일반적으로 무전해 도금 공정은 공정이 단순하고 경제적이며 다양한 타겟 물질에 적용 가능하기 때문에 여러 분야에 상용화 된 코팅 기술이다. 일정한 두께로 치밀하게 성장하는 니켈 코팅막은 내식성에 유리하기 때문에 전기화학적 안정성과 전기전도성을 둘 다 만족할 수 있다. The nickel electroless plating process of step 3 is a plating method in which Ni is reduced on the surface of a target material by a spontaneous catalytic reaction to form a coating layer, and is characterized by a high phosphorus content in the coating layer. For example, the phosphorus content in the coating layer may be about 8 wt% or more or 8 to 15 wt%. In general, the electroless plating process is a coating technology commercialized in many fields because the process is simple, economical, and applicable to various target materials. Since a nickel coating film that is densely grown to a constant thickness is advantageous in corrosion resistance, both electrochemical stability and electrical conductivity can be satisfied.

상기 무전해 도금 방법은 니켈염과 인계 환원제를 포함하는 도금액을 사용하여 수행한다. The electroless plating method is performed using a plating solution containing a nickel salt and a phosphorus-based reducing agent.

상기 니켈염은 무전해 도금액 중에 해리된 상태로 존재하며 알루미늄과 치환 반응을 일으켜 니켈 도금층을 형성시킬 수 있는 성분을 사용할 수 있다. 바람직하게는, NiSO4, NiCl2, Ni(NO3)2 등의 니켈 화합물 중 1 종 이상을 사용할 수 있다. The nickel salt exists in a dissociated state in the electroless plating solution, and a component capable of forming a nickel plating layer by causing a substitution reaction with aluminum may be used. Preferably, at least one of nickel compounds such as NiSO 4 , NiCl 2 , and Ni(NO 3 ) 2 may be used.

상기 니켈염은 도금액 전체 부피를 기준으로 약 10 내지 40 g/L, 혹은 약 15 내지 35 g/L의 농도로 사용할 수 있다. 상기 니켈염의 함량은 수도커패시터용 집전체로 적용시 높은 전기 전도도와 전기화학적 안정성, 그리고 낮은 전극과의 계면저항 특성을 발현하기에 충분한 니켈 도금층이 형성되도록 약 10 g/L 이상의 농도로 첨가될 수 있으며, 무전해 도금액의 취급 용이성 등을 감안하여 약 40 g/L 이하의 농도로 사용할 수 있다. The nickel salt may be used at a concentration of about 10 to 40 g/L, or about 15 to 35 g/L, based on the total volume of the plating solution. The content of the nickel salt may be added at a concentration of about 10 g/L or more to form a nickel plating layer sufficient to express high electrical conductivity, electrochemical stability, and low interfacial resistance characteristics with an electrode when applied as a current collector for a water capacitor. In consideration of the ease of handling of the electroless plating solution, it can be used at a concentration of about 40 g/L or less.

상기 인계 환원제는, 무전해 도금 방법에서 도금 금속인 니켈과 알루미늄과 치환 반응이 효과적으로 일어나며, 이러한 환원 도금 반응이 계속되어 충분한 도금층이 형성되도록 하는 특징을 갖는다. 바람직하게는, NaH2PO2, KH2PO2, NH4H2PO2 등의 인계 화합물 중 1 종 이상을 사용할 수 있다. The phosphorus-based reducing agent effectively undergoes a substitution reaction with nickel and aluminum, which are plating metals, in the electroless plating method, and the reduction plating reaction continues to form a sufficient plating layer. Preferably, at least one of phosphorus compounds such as NaH 2 PO 2 , KH 2 PO 2 , and NH 4 H 2 PO 2 may be used.

상기 인계 환원제는 도금액 전체 부피를 기준으로 약 10 내지 40 g/L, 혹은 약 20 내지 35 g/L g/L의 농도로 사용할 수 있다. 상기 인계 환원제의 함량은 무전해 도금 방법으로 충분한 니켈과 알루미늄 치환 반응이 일어나도록 하는 측면에서 약 10 g/L 이상의 농도로 첨가될 수 있으며, 무전해 도금액의 취급 용이성 등을 감안하여 약 40 g/L 이하의 농도로 사용할 수 있다.The phosphorus-based reducing agent may be used at a concentration of about 10 to 40 g/L, or about 20 to 35 g/L g/L, based on the total volume of the plating solution. The content of the phosphorus-based reducing agent may be added at a concentration of about 10 g/L or more in terms of allowing a sufficient nickel and aluminum substitution reaction to occur by the electroless plating method, and about 40 g/L in consideration of the ease of handling of the electroless plating solution, etc. It can be used in concentrations of L or less.

상기 니켈 무전해 도금 방법에 사용하는 도금액은 니켈염과 인계 환원제에 더하여, 착화제(complexing agent), 완충제(buffer), 안정화제(stabilizer) 등의 추가 성분을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 도금액은 니켈염과 인계 환원제와 함께 착화제(complexing agent)로 아세트산나트륨(sodium acetate), 시트르산나트륨(sodium citrate), 숙신산나트륨(sodium succinate), 락트산(lactic acid), 말산(malic acid) 등의 화합물 중 1종 이상; 완충제(buffer)로 암모늄 클로라이드(ammonium chloride), 붕산(boric acid) 등의 화합물 중 1종 이상; 안정화제(stabilizer)로 요오드화칼륨(potassium iodate), 염화납(lead chloride) 등의 화합물 중 1 종 이상; 및 물을 추가로 포함할 수 있다. The plating solution used in the nickel electroless plating method may further include additional components such as a complexing agent, a buffer, and a stabilizer in addition to the nickel salt and the phosphorus-based reducing agent. For example, the plating solution is sodium acetate, sodium citrate, sodium succinate, lactic acid, malic acid as a complexing agent together with a nickel salt and a phosphorus-based reducing agent. ) and the like; at least one of compounds such as ammonium chloride and boric acid as a buffer; at least one of compounds such as potassium iodate and lead chloride as a stabilizer; and water.

한편, 상기 단계 3의 무전해 도금 공정은 약 70 내지 95 ℃, 혹은 약 70 내지 85 ℃의 온도에서 수행할 수 있다. 또한, 상기 무전해 도금 공정은 약 20 내지 60 분(min), 혹은 약 30 내지 60 분(min) 동안 수행할 수 있다. 여기서, 상기 무전해 도금 공정은 알루미늄 호일(foil)의 표면에 일정한 두께로 치밀하게 니켈 코팅막은 성장하도록 하면서 전체 공정 효율성을 증진시키는 측면에서 상술한 바와 같은 범위의 온도 및 시간으로 수행할 수 있다. On the other hand, the electroless plating process of step 3 may be performed at a temperature of about 70 to 95 ℃, or about 70 to 85 ℃. In addition, the electroless plating process may be performed for about 20 to 60 minutes (min), or about 30 to 60 minutes (min). Here, the electroless plating process may be performed at a temperature and time within the range as described above in terms of enhancing overall process efficiency while allowing a dense nickel coating film to grow to a predetermined thickness on the surface of an aluminum foil.

상기 단계 3의 무전해 도금 방법을 통해 알루미늄 호일의 표면에 형성되는 니켈 도금층은 균일한 두께로 치밀하게 성장하며 높은 밀착성을 나타내는 특징을 갖는다. 특히, 상기 니켈 도금층은 평균 두께가 약 50 nm 이상 또는 50 nm 내지 2000 nm, 혹은 약 60 nm 이상이 될 수 있다. 상기 니켈 도금층의 평균 두께는, 수도커패시터용 집전체로 적용시 높은 전기 전도도와 전기화학적 안정성, 그리고 낮은 전극과의 계면저항 특성을 발현할 수 있도록 하는 측면에서 약 50 nm 이상이 될 수 있다. The nickel plating layer formed on the surface of the aluminum foil through the electroless plating method of step 3 is densely grown to a uniform thickness and exhibits high adhesion. In particular, the nickel plating layer may have an average thickness of about 50 nm or more, or 50 nm to 2000 nm, or about 60 nm or more. The average thickness of the nickel plating layer may be about 50 nm or more in terms of high electrical conductivity, electrochemical stability, and low interfacial resistance characteristics with electrodes when applied as a current collector for a water capacitor.

상기 단계 3은 알루미늄 호일의 표면을 고온의 무기산 수용액으로 활성화 시킨 후에 니켈 무전해 도금 방법으로 균일한 니켈 도금층을 형성시킬 수 있으며, 이로써 수계전해질을 사용하는 수도커패시터에서도 높은 전기 전도도와 낮은 전극과의 계면저항 특성과 함께 전압변화에 따른 전기화학적 안정성이 우수한 효과를 얻을 수 있다. In step 3, a uniform nickel plating layer can be formed by a nickel electroless plating method after activating the surface of the aluminum foil with an aqueous solution of a high temperature inorganic acid. It is possible to obtain an excellent effect of electrochemical stability according to voltage change as well as interfacial resistance characteristics.

수도커패시터용 for water capacitor 집전체current collector

또한, 본 발명은 상술한 제조 방법으로 제조되는 수도커패시터용 집전체를 제공한다. 특히, 상기 수도커패시터용 집전체는 상술한 바와 같은 방법으로 니켈 도금층이 형성된 알루미늄 호일(foil)을 포함한다. In addition, the present invention provides a current collector for a water capacitor manufactured by the above-described manufacturing method. In particular, the current collector for the water capacitor includes an aluminum foil having a nickel plating layer formed thereon in the same manner as described above.

상기 집전체는 높은 전기 전도도와 전기화학적 안정성 그리고 낮은 전극과의 계면저항 특성을 갖는다. 특히, 수계 전해질을 사용하는 수도커패시터에서도, 구동시 수계전해질 내에 전압 변환에 따른 전기화학적 안정성이 매우 우수한 특성을 갖는다. The current collector has high electrical conductivity, electrochemical stability, and low interfacial resistance with electrodes. In particular, even in a water capacitor using an aqueous electrolyte, the electrochemical stability according to voltage conversion in the aqueous electrolyte during operation is very excellent.

또한, 본 발명은 상기 수도커패시터용 집전체를 포함하는 전극 조립체(electrode assembly) [수도커패시터]를 제공한다. 에너지 저장 재료로서 수도커패시터는 커퍼시터의 기본적인 특성인 높은 출력과 싸이클 안정성과 함께 전극 물질 표면에서의 인터칼레이션(intercalation)이나 산화환원(redox) 반응을 이용한 향상된 에너지 밀도를 갖는 장점이 있다.In addition, the present invention provides an electrode assembly [capacitor] including the current collector for the water capacitor. As an energy storage material, a water capacitor has the advantage of having improved energy density using intercalation or redox reaction on the electrode material surface along with high output and cycle stability, which are basic characteristics of a capacitor.

이하 실시예와 같이 본 발명에 따라 제조되는 니켈 도금층이 형성된 알루미늄 호일을 수도커패시터용 집전체의 제조에 사용할 경우, 고가의 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 집전체 대신에 저렴한 알루미늄 호일을 사용하여서도 높은 전기 전도도와 낮은 전극과의 계면저항 특성과 함께 수계 전해질 내에서도 전압변화에 따른 전기화학적 안정성이 매우 우수한 효과가 있다. As in the following examples, when the aluminum foil with a nickel plating layer formed according to the present invention is used for manufacturing a current collector for a water capacitor, an inexpensive aluminum foil is used instead of an expensive nickel (Ni), titanium (Ti) current collector. In addition to high electrical conductivity and low interfacial resistance characteristics with electrodes, electrochemical stability according to voltage change in aqueous electrolytes is very excellent.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제조 방법은 알루미늄 호일(foil)의 표면을 특정 조건 하에서 전처리 및 활성화 처리함으로써, 좀더 간단한 공정으로 무전해 도금법을 니켈 도금층을 형성시켜 수계전해질 수도커패시터용 집전체를 용이하게 제조하는 것으로, 이에 따라 제조된 수도커패시터용 집전체는 고가의 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 집전체 대신에 저렴한 알루미늄 호일을 사용하여서도 수계 전해질을 사용하는 수도커패시터에서도 높은 전기 전도도와 낮은 전극과의 계면저항 특성과 함께 전압변화에 따른 전기화학적 안정성이 우수한 효과가 있다.As described above, the manufacturing method according to the present invention pre-treats and activates the surface of an aluminum foil under specific conditions to form a nickel plating layer using an electroless plating method in a simpler process to produce a current collector for an aqueous electrolyte water capacitor. Because it is easy to manufacture, the current collector for a water supply capacitor manufactured in this way has high electrical conductivity and high electrical conductivity even in a water supply capacitor using an aqueous electrolyte even by using an inexpensive aluminum foil instead of an expensive nickel (Ni) or titanium (Ti) current collector. It has an excellent effect of electrochemical stability according to voltage change along with low interfacial resistance characteristics with electrodes.

도 1은, 본 발명의 실시예 1에 따라 단계 2의 활성화 공정을 고온에서 수행한 알루미늄 호일(foil)의 표면에 대한 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 실시예 1에 따라 무전해 니켈 도금된 알루미늄 호일 집전체의 표면에 대한 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 실시예 2에 따라 단계 2의 활성화 공정을 고온에서 수행한 알루미늄 호일(foil)의 표면에 대한 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 비교예 2에 따라 무전해 니켈 도금된 알루미늄 호일 집전체의 표면에 대한 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 비교예 3에 따라 단계 2의 활성화 공정을 저온에서 수행한 알루미늄 호일(foil)의 표면에 대한 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 비교예 4에 따라 단계 2의 활성화 공정을 저온에서 수행한 알루미늄 호일(foil)의 표면에 대한 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 7은, 본 발명의 실시예 1에 따라 무전해 니켈 도금된 알루미늄 호일 집전체를 사용하여 실험예 1의 전극 시스템에서 순환전류법 (Cyclic voltammetry)으로 측정한 그래프이다(x축: Ag/AgCl 기준전극 대비 전압, y축: 전류량).
도 8은, 본 발명의 비교예 1에 따라 전처리(Pretreatment)만 진행한 알루미늄 호일 집전체를 사용하여 실험예 1의 전극 시스템에서 순환전류법 (Cyclic voltammetry)으로 측정한 그래프이다(x축: Ag/AgCl 기준전극 대비 전압, y축: 전류량).
1 shows an SEM image of the surface of an aluminum foil that was subjected to the activation process of step 2 at a high temperature according to Example 1 of the present invention.
2 shows an SEM image of the surface of the electroless nickel plated aluminum foil current collector according to Example 1 of the present invention.
3 shows an SEM image of the surface of an aluminum foil that has been subjected to the activation process of step 2 at a high temperature according to Example 2 of the present invention.
4 shows an SEM image of the surface of the electroless nickel-plated aluminum foil current collector according to Comparative Example 2 of the present invention.
5 shows an SEM image of the surface of an aluminum foil that was subjected to the activation process of step 2 at a low temperature according to Comparative Example 3 of the present invention.
6 shows an SEM image of the surface of an aluminum foil that was subjected to the activation process of step 2 at a low temperature according to Comparative Example 4 of the present invention.
7 is a graph measured by cyclic voltammetry in the electrode system of Experimental Example 1 using an aluminum foil current collector plated with electroless nickel according to Example 1 of the present invention (x-axis: Ag/AgCl Voltage versus reference electrode, y-axis: amount of current).
8 is a graph measured by cyclic voltammetry in the electrode system of Experimental Example 1 using an aluminum foil current collector subjected to only pretreatment according to Comparative Example 1 of the present invention (x-axis: Ag /AgCl voltage compared to the reference electrode, y-axis: amperage).

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to help the understanding of the present invention. However, the following examples are only provided for easier understanding of the present invention, and thus the content of the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1 One

전체 니켈 도금(Ni-plating) 과정은 단계 1의 전처리(pretreatment, deoxidizing), 단계 2의 활성화 처리(activation), 단계 3의 니켈 도금(Ni-plating) 순서로 수행하였다. 각 단계 사이에는 증류수 세정 과정(rinsing)이 포함된다.The entire nickel plating (Ni-plating) process was performed in the order of pretreatment (deoxidizing) in step 1, activation treatment in step 2, and nickel plating (Ni-plating) in step 3. A distilled water rinsing is included between each step.

(단계 1)(Step 1)

알루미늄 호일(foil)은 평균 두께 약 0.02 mm인 제품(Fukuda Metal)을 준비하였다. 상기 알루미늄 호일은 약 10 wt%의 NaOH 수용액을 약 60 ℃ 조건 하에서 약 30 초(sec) 동안 침지시켜, 상기 알루미늄 호일(foil)의 표면을 전처리(pretreatment, deoxidizing)하였다. Aluminum foil was prepared with an average thickness of about 0.02 mm (Fukuda Metal). The aluminum foil was immersed in about 10 wt% of an aqueous NaOH solution under a condition of about 60° C. for about 30 seconds (sec), and the surface of the aluminum foil was pretreated (deoxidizing).

(단계 2)(Step 2)

상기 전처리된 알루미늄 호일(foil)을 25 vol%인 HNO3 수용액에 약 70 ℃ 조건 하에서 약 40 sec 동안 침지시켜, 상기 알루미늄 호일(foil)의 표면을 활성화 (activation)하였다.The pre-treated aluminum foil was immersed in 25 vol% of HNO 3 aqueous solution at about 70° C. for about 40 sec to activate the surface of the aluminum foil.

상기 단계 2를 통해 활성화 처리된 알루미늄 호일 표면에 대하여 주사현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 이미지로 관찰한 결과를 도 1에 나타내었으며, 도 1에 나타난 바와 같이 표면이 조면화(roughening)되어 후속의 무전해 도금 공정에서 Ni의 핵생성 사이트(site)가 만들어지며 알루미늄 호일(foil)의 표면이 효과적으로 활성화(activation) 되었음을 직접 확인할 수 있었다. The result of observation with a scanning microscope (SEM, Scanning Electron Microscope) image of the aluminum foil surface activated through step 2 is shown in FIG. 1 , and as shown in FIG. 1 , the surface is roughened and the subsequent It was directly confirmed that a nucleation site of Ni was created in the electroless plating process and the surface of the aluminum foil was effectively activated.

(단계 3)(Step 3)

상기 활성화 처리된 알루미늄 호일은 NiSO4ㆍ6H2O을 25 g/L, NaH2PO2ㆍH2O을 30 g/L, 소듐 시트레이트(sodium citrate)을 40 g/L, 소듐 아세테이트 트리하이드레이트(sodium acetate trihydrate)을 15 g/L, 포타슘 아이오데이트(potassium iodate)을 20 mg/L, N-헥사데실 트리메틸 암모늄 클로라이드(N-hexadecyl trimethyl ammonium chloride)을 5 mg/L의 함량으로 포함하는 도금액을 사용하여 약 85 ℃ 조건 하에서 약 30 min 동안 무전해 도금법으로 상기 활성화 처리된 알루미늄 호일(foil)의 표면에 니켈 도금층을 형성시켰다. The activated aluminum foil contains 25 g/L of NiSO 4 .6H 2 O, 30 g/L of NaH 2 PO 2 .H 2 O, 40 g/L of sodium citrate, and sodium acetate trihydrate. (sodium acetate trihydrate) 15 g/L, potassium iodate 20 mg/L, N-hexadecyl trimethyl ammonium chloride at a content of 5 mg/L A nickel plating layer was formed on the surface of the activated aluminum foil by an electroless plating method for about 30 min under a condition of about 85 ° C.

이렇게 생성된 니켈 도금층을 주사현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 이미지로 관찰한 결과를 도 2에 나타내었으며, 도 2에 나타난 바와 같이 균일한 Ni 도금층이 형성된 것을 알 수 있다.The result of observing the thus generated nickel plating layer with a scanning electron microscope (SEM) image is shown in FIG. 2 , and it can be seen that a uniform Ni plating layer is formed as shown in FIG. 2 .

실시예Example 2 2

단계 2의 활성화 처리(activation) 공정에서 HNO3 수용액의 농도를 50 vol%로 달리하여 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄 호일(foil)의 표면에 니켈 도금층을 형성시켰다. A nickel plating layer was formed on the surface of the aluminum foil in the same manner as in Example 1, except that in the activation process of step 2, the concentration of the HNO 3 aqueous solution was changed to 50 vol%.

단계 2를 통해 활성화 처리된 알루미늄 호일 표면에 대하여 주사현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 이미지로 관찰한 결과를 도 3에 나타내었으며, 도 3에 나타난 바와 같이 표면이 조면화(roughening)되어 후속의 무전해 도금 공정에서 Ni의 핵생성 사이트(site)가 만들어지며 알루미늄 호일(foil)의 표면이 효과적으로 활성화(activation) 되었음을 직접 확인할 수 있었다. The result of observation with a scanning microscope (SEM, Scanning Electron Microscope) image of the aluminum foil surface activated through step 2 is shown in FIG. 3 , and as shown in FIG. 3 , the surface is roughened and the subsequent electroless It was directly confirmed that the nucleation site of Ni was created in the plating process and the surface of the aluminum foil was effectively activated.

또한, 이렇게 생성된 니켈 도금층을 주사현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 이미지로 관찰한 결과, 균일한 Ni 도금층이 형성된 것을 알 수 있었다.In addition, as a result of observing the thus produced nickel plating layer with a scanning electron microscope (SEM) image, it was found that a uniform Ni plating layer was formed.

비교예comparative example 1 One

단계 2의 활성화 처리(activation) 및 단계 3의 니켈 도금(Ni-plating) 처리 없이, 다음과 같이 단계 1의 전처리(pretreatment, deoxidizing)을 수행하였다. Without the activation treatment (activation) of step 2 and the nickel plating (Ni-plating) treatment of step 3, the pretreatment (deoxidizing) of step 1 was performed as follows.

(단계 1)(Step 1)

알루미늄 호일(foil)은 평균 두께 약 0.02 mm인 제품(Fukuda Metal)을 준비하였다. 상기 알루미늄 호일은 약 10 wt%의 NaOH 수용액을 약 60 ℃ 조건 하에서 약 30 sec 동안 침지시켜, 상기 알루미늄 호일(foil)의 표면을 전처리(pretreatment, deoxidizing)하였다. Aluminum foil was prepared with an average thickness of about 0.02 mm (Fukuda Metal). The aluminum foil was immersed in about 10 wt% of an aqueous NaOH solution at about 60° C. for about 30 sec to pre-treat and deoxidize the surface of the aluminum foil.

비교예comparative example 2 2

단계 1의 전처리(pretreatment, deoxidizing)이후에 단계 2의 활성화 처리(activation)없이 바로 단계 3의 니켈 도금(Ni-plating)을 수행하였다. After the pretreatment (deoxidizing) of step 1, the nickel plating of step 3 (Ni-plating) was immediately performed without the activation treatment of step 2 (Ni-plating).

(단계 1)(Step 1)

알루미늄 호일(foil)은 평균 두께 약 0.02 mm인 제품(Fukuda Metal)을 준비하였다.Aluminum foil was prepared with an average thickness of about 0.02 mm (Fukuda Metal).

상기 알루미늄 호일은 약 10 wt%의 NaOH 수용액을 약 60 ℃ 조건 하에서 약 30 sec 동안 침지시켜, 상기 알루미늄 호일(foil)의 표면을 전처리(pretreatment, deoxidizing)하였다. The aluminum foil was immersed in about 10 wt% of an aqueous NaOH solution at about 60° C. for about 30 sec to pre-treat and deoxidize the surface of the aluminum foil.

(단계 3)(Step 3)

단계 2의 활성화 처리 공정 없이, 상기 전처리된 알루미늄 호일(foil)을 NiSO4ㆍ6H2O을 25 g/L, NaH2PO2ㆍ H2O을 30 g/L, 소듐 시트레이트(sodium citrate)을 40 g/L, 소듐 아세테이트 트리하이드레이트(sodium acetate trihydrate)을 15 g/L, 포타슘 아이오데이트(potassium iodate)을 20 mg/L, N-헥사데실 트리메틸 암모늄 클로라이드(N-hexadecyl trimethyl ammonium chloride)을 5 mg/L의 함량으로 포함하는 도금액을 사용하여 약 85 ℃ 조건 하에서 약 30 min 동안 무전해 도금법으로 상기 활성화 처리된 알루미늄 호일(foil)의 표면에 니켈 도금층을 형성시켰다. Without the activation treatment process of step 2, the pre-treated aluminum foil was used with 25 g/L of NiSO 4 .6H 2 O, 30 g/L of NaH 2 PO 2 .H 2 O, and sodium citrate. 40 g / L, sodium acetate trihydrate 15 g / L, potassium iodate 20 mg / L, N-hexadecyl trimethyl ammonium chloride (N-hexadecyl trimethyl ammonium chloride) A nickel plating layer was formed on the surface of the activated aluminum foil by an electroless plating method for about 30 min under a condition of about 85° C. using a plating solution containing a content of 5 mg/L.

이렇게 생성된 니켈 도금층을 주사현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 이미지로 관찰한 결과를 도 4에 나타내었으며, 도 4에 나타난 바와 같이균일한 Ni 도금층이 형성되지 않은 것을 알 수 있다.The result of observing the thus generated nickel plating layer with a scanning electron microscope (SEM) image is shown in FIG. 4 , and it can be seen that a uniform Ni plating layer is not formed as shown in FIG. 4 .

비교예comparative example 3 3

단계 2의 활성화 처리(activation) 공정을 상온에서 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄 호일(foil)의 표면에 니켈 도금층을 형성시켰다. A nickel plating layer was formed on the surface of the aluminum foil in the same manner as in Example 1, except that the activation process of step 2 was performed at room temperature.

단계 2에서 저온으로 HNO3 수용액 처리한 알루미늄 호일 표면에 대하여 주사현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 이미지로 관찰한 결과, 표면 활성화 작용 없이 단지 단계 1에서 산화막이 제거되고 남은 성분들이 제거되는 정도의 과정(de-smutting)만 이뤄졌음을 직접 확인할 수 있었다. As a result of observation with a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of the aluminum foil treated with HNO 3 aqueous solution at low temperature in step 2, the oxide film was removed in step 1 and the remaining components were removed without surface activation. It was directly confirmed that only (de-smutting) was performed.

또한, 이렇게 생성된 니켈 도금층을 주사현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 이미지로 관찰한 결과를 도 5에 나타내었으며, 도 5에 나타난 바와 같이 균일한 Ni 도금층이 형성되지 않은 것을 알 수 있다.In addition, the result of observing the thus generated nickel plating layer with a scanning electron microscope (SEM) image is shown in FIG. 5 , and it can be seen that a uniform Ni plating layer is not formed as shown in FIG. 5 .

비교예comparative example 4 4

단계 2의 활성화 처리(activation) 공정을 상온에서 수행한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 알루미늄 호일(foil)의 표면에 니켈 도금층을 형성시켰다. A nickel plating layer was formed on the surface of the aluminum foil in the same manner as in Example 2, except that the activation process of step 2 was performed at room temperature.

단계 2에서 저온으로 HNO3 수용액 처리한 알루미늄 호일 표면에 대하여 주사현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 이미지로 관찰한 결과, 표면 활성화 작용 없이 단지 단계 1에서 산화막이 제거되고 남은 성분들이 제거되는 정도의 과정(de-smutting)만 이뤄졌음을 직접 확인할 수 있었다. As a result of observation with a scanning electron microscope (SEM) image of the surface of the aluminum foil treated with HNO 3 aqueous solution at low temperature in step 2, the oxide film was removed in step 1 and the remaining components were removed without surface activation. It was directly confirmed that only (de-smutting) was performed.

또한, 이렇게 생성된 니켈 도금층을 주사현미경(SEM, Scanning Electron Microscope) 이미지로 관찰한 결과를 도 6에 나타내었으며, 도 6에 나타난 바와 같이 균일한 Ni 도금층이 형성되지 않은 것을 알 수 있었다.In addition, the result of observing the thus produced nickel plating layer with a scanning electron microscope (SEM) image is shown in FIG. 6 , and it can be seen that a uniform Ni plating layer is not formed as shown in FIG. 6 .

실험예Experimental example

실시예 1에서 제조한 무전해 니켈 도금 알루미늄 호일(foil) 또는 비교예 1에 따라 단계 1의 전처리(Pretreatment)만 진행한 Al 호일을 각각 집전체로 사용하여 전극을 제조한 후에, CV 및 정전류측정을 수행하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. After preparing electrodes using the electroless nickel-plated aluminum foil prepared in Example 1 or the Al foil subjected to only the pretreatment of step 1 according to Comparative Example 1 as current collectors, respectively, CV and constant current measurement was performed, and the results are shown in Table 1 below.

전기화학 성능 측정을 위해 활물질(LiTi2(PO4)3):도전재(acetylene black):바인더(PVDF)를 85:10:5의 질량비로 NMP에 분산 후 약 2.65 mg/cm2의 로딩량(전체 고형분 기준)으로 글래시 카본(glassy carbon) 전극 위에 도포하였다. For electrochemical performance measurement, active material (LiTi 2 (PO 4 ) 3 ):conductive material (acetylene black):binder (PVDF) was dispersed in NMP in a mass ratio of 85:10:5, and then a loading amount of about 2.65 mg/cm 2 (based on total solids) was applied on a glassy carbon electrode.

CV 및 정전류측정은 Ag/AgCl 기준 전극으로 1 M의 Li2SO4 수용액에서 진행하였다. CV and constant current measurements were performed in 1 M Li 2 SO 4 aqueous solution as an Ag/AgCl reference electrode.

비정전 용량 (5번째 사이클 기준, F/g)Specific capacitance (at 5th cycle, F/g) 실시예 1Example 1 263.3263.3 비교예 1Comparative Example 1 164.42164.42

한편, 도 7 및 도 8에 각각 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 알루미늄 호일을 집전체로 사용한 실험예 1의 전극 시스템에서 순환전류법 (Cyclic voltammetry)으로 측정한 그래프를 나타내었다.Meanwhile, graphs measured by cyclic voltammetry in the electrode system of Experimental Example 1 using aluminum foils prepared according to Example 1 and Comparative Example 1 as a current collector are shown in FIGS. 7 and 8 , respectively.

도 7에 나타난 바와 같이, 실시예 1에 따라, Ni 도금된 Al 호일(foil)을 집전체로 사용한 CV 측정에서 LiTi2(PO4)3의 인터칼레이션 피크(intercalation peak)가 분명히 관찰되었고 5 cycle 동안 안정적으로 유지되었다. As shown in FIG. 7, according to Example 1, in the CV measurement using Ni-plated Al foil as a current collector, an intercalation peak of LiTi 2 (PO 4 ) 3 was clearly observed and 5 remained stable throughout the cycle.

반면에, 도 8에 나타난 바와 같이, 비교예 1에 따라 단계 1의 전처리(Pretreatment)만 진행한 Al 호일의 경우 CV 측정에서 충, 방전이 반복 될수록 피크(peak)가 줄어드는 것이 관찰되었으며, 이는 표면 산화막 성장에 의한 전기 저항 증가가 원인으로 판단된다.On the other hand, as shown in FIG. 8, in the case of the Al foil subjected to only the pretreatment of step 1 according to Comparative Example 1, it was observed that the peak decreased as the charge and discharge were repeated in the CV measurement, which The increase in electrical resistance due to oxide film growth is considered to be the cause.

Claims (18)

알칼리 수용액을 이용하여 40 내지 80 ℃의 온도 조건 하에서 알루미늄 호일(foil)의 표면을 전처리하는 단계(단계 1);
상기 전처리된 알루미늄 호일(foil)에 대한 징케이트(zincate) 처리 공정 없이, 농도가 25 내지 50 vol%인 무기산 수용액을 이용하여 65 ℃ 내지 80 ℃의 온도 조건 하에서 상기 전처리된 알루미늄 호일(foil)의 표면을 활성화 처리하는 단계(단계 2); 및
니켈염과 인계 환원제를 포함하는 도금액을 사용하여 무전해 도금 방법으로 상기 활성화 처리된 알루미늄 호일(foil)의 표면에 니켈 도금층을 형성시키는 단계(단계 3);를 포함하는,
수도커패시터용 집전체의 제조 방법.
Pre-treating the surface of the aluminum foil (step 1) under a temperature condition of 40 to 80 ℃ using an aqueous alkali solution (step 1);
Without a zincate treatment process for the pretreated aluminum foil, using an inorganic acid aqueous solution having a concentration of 25 to 50 vol% under a temperature condition of 65 ° C to 80 ° C of the pretreated aluminum foil activating the surface (step 2); and
Including; forming a nickel plating layer on the surface of the activated aluminum foil by an electroless plating method using a plating solution containing a nickel salt and a phosphorus-based reducing agent (step 3);
A method of manufacturing a current collector for a water capacitor.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄 호일은 평균 두께가 0.01 내지 0.05 mm인,
제조 방법.
According to claim 1,
The aluminum foil has an average thickness of 0.01 to 0.05 mm,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 알칼리는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 및 수산화리튬으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인,
제조 방법.
According to claim 1,
The alkali is at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide, and lithium hydroxide,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 알칼리 수용액의 농도는 5 내지 55 중량%인,
제조 방법.
According to claim 1,
The concentration of the aqueous alkali solution is 5 to 55% by weight,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 단계 1에서, 상기 전처리 단계를 침지법으로 수행하는,
제조 방법.
According to claim 1,
In step 1, performing the pre-treatment step by an immersion method,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 단계 1의 전처리 시간은 5 내지 60 초인,
제조 방법.
According to claim 1,
The pretreatment time of step 1 is 5 to 60 seconds,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 무기산은 질산, 황산, 및 인산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인,
제조 방법.
According to claim 1,
The inorganic acid is at least one selected from the group consisting of nitric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 단계 2에서, 상기 활성화처리 단계를 침지법으로 수행하는,
제조 방법.
According to claim 1,
In step 2, performing the activation treatment step by an immersion method,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 단계 2의 활성화 처리 시간은 30 내지 100 초인,
제조 방법.
According to claim 1,
The activation processing time of step 2 is 30 to 100 seconds,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 니켈염은 NiSO4, NiCl2, 및 Ni(NO3)2로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인,
제조 방법.
The method of claim 1,
The nickel salt is at least one selected from the group consisting of NiSO 4 , NiCl 2 , and Ni(NO 3 ) 2 ,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 인계 환원제는 NaH2PO2, KH2PO2, 및 NH4H2PO2로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인,
제조 방법.
According to claim 1,
The phosphorus-based reducing agent is at least one selected from the group consisting of NaH 2 PO 2 , KH 2 PO 2 , and NH 4 H 2 PO 2 ,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 니켈염은 10 내지 40 g/L의 농도로 포함되는,
제조 방법.
According to claim 1,
The nickel salt is contained in a concentration of 10 to 40 g / L,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 인계 환원제는 10 내지 40 g/L의 농도로 포함되는,
제조 방법.
According to claim 1,
The phosphorus-based reducing agent is included in a concentration of 10 to 40 g / L,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 도금액은 착화제(complexing agent), 완충제(buffer), 및 안정화제(stabilizer)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 추가로 포함하는,
제조 방법.
According to claim 1,
The plating solution further comprises at least one selected from the group consisting of a complexing agent, a buffer, and a stabilizer,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 단계 3의 무전해 도금 온도는 70 내지 95 ℃인,
제조 방법.
According to claim 1,
The electroless plating temperature of step 3 is 70 to 95 ℃,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 단계 3의 무전해 도금 시간은 20 내지 60 분인,
제조 방법.
According to claim 1,
The electroless plating time of step 3 is 20 to 60 minutes,
manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 니켈 도금층은 평균 두께가 50 nm 이상인,
제조 방법.
According to claim 1,
The nickel plating layer has an average thickness of 50 nm or more,
manufacturing method.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 제조 방법으로 제조되는, 수도커패시터용 집전체.The current collector for a water capacitor, which is manufactured by the manufacturing method of any one of claims 1 to 17.
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