KR101392932B1 - 고전기전도성 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 및 그 제조방법 - Google Patents

고전기전도성 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전기전도성 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 고전기전도성 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체는, 집전체 용도의 알루미늄 박의 표면에 형성된 산화층과; 상기 산화층을 금속 이온을 포함하는 액에 함침한 후 상기 금속 이온을 촉매로 하여 상기 알루미늄 박 표면에 성장 형성된 탄소나노튜브, 또는 탄소나노튜브를 포함하는 탄소층;을 포함하며, 상기 산화층은 상기 알루미늄 박의 표면을 전처리하고 열수처리를 행하여 상기 알루미늄 박에 평탄하지 않고 오목한 구조물을 포함하는 거친 표면을 갖는 산화물 또는 수산화물을 포함하는 것을 특징을 특징으로 한다.
이에, 알루미늄 박과 활물질 층의 밀착성을 높이고 우수한 전기전도성을 가지면서도, 제조하는 과정에서도 전기화학적인 에칭 과정이 없는 보다 간단한 공정과 탄화수소 분위기에서의 가열 시간을 단축함으로써 에너지 소비가 적어 경제성과 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

고전기전도성 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 및 그 제조방법 {Nano-structure carbon layer foamed Aluminium Foil current collector with high electro-conductivity and Fabrication Method thereof}
본 발명은 고전기전도성 나노구조 탄소층이 알루미늄 박 표면에 일체형으로 피복된 집전체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 2차 전지, 전기화학 커패시터 및 콘덴서 등의 전극에 사용되는 알루미늄 박(foil)의 표면에 금속원소 또는 금속화합물 입자를 분산 코팅한 후 전기전도도가 매우 우수한 나노구조의 탄소층을 일체형으로 형성함으로써, 2차 전지, 전기화학 커패시터 및 콘덴서 등의 활물질 코팅시 결착력을 향상시키고 전극저항을 크게 감소시킬 수 있는 고전기전도성 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 콘덴서의 전극과 마찬가지로 2차 전지 및 전기화학 커패시터 등의 전극은 크게 전기화학반응을 발생시키는 활물질과 활물질로부터 발생하는 전자를 외부 회로로 전달하는 집전체로 구성되어 있다. 여기서 집전체는 활물질로부터 공급되는 전자의 흐름이 방해받지 않도록 최소한의 저항으로 높은 전기전도성을 갖는 것이 바람직하다. 또한 활물질과의 접촉계면을 통하여 전자가 이동하기 때문에 최대한 넓은 접촉 면적을 가져야 하며, 접촉되어 있는 활물질이 쉽게 박리되지 않는 구조를 가져 오랜 시간 동안에 반복되는 충전 및 방전 조건에서도 기계적, 전기적 특성이 유지될 수 있는 긴 수명을 갖는 것이 바람직하다.
현재 사용되는 2차 전지 및 전기화학커패시터의 전극은 일반적으로 활물질, 도전재, 결합제(binder)를 혼합한 슬러리를 전기화학적으로 표면을 에칭한 알루미늄 박 집전체에 도포하여 건조 및 압착 과정을 통해 제조한다. 그러나 이러한 방법은 에칭으로 형성된 피트(pit) 내부가 완전히 메워지지 않아서 공동(cavity)이 발생할 수 있으며, 사용된 결합제로 인하여 전극저항의 증가를 유발하게 되고, 시간이 경과함에 따라 결국에는 전극 활물질층이 박리되는 문제점이 있다.
이러한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 다음과 같은 발명들이 제시되어 있다.
한국 공개특허공보 제10-2005-0118202호에는 에칭하거나 에칭하지 않은 알루미늄 박의 표면에 알루미늄 원소와 탄소를 포함하는 개재층을 만들고, 그 위에 탄화수소 분위기에서 탄소층을 형성시키는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 공개특허공보 제2006-100477호에는 에칭하거나 에칭하지 않은 알루미늄 박 표면에 탄소 또는 알루미늄 입자와 탄소를 포함하는 물질을 도포하고 탄화수소 분위기에서 알루미늄 용융온도 이하로 가열하여, 알루미늄카바이드(aluminum carbide) 섬모(whisker)를 제조하여 탄소층을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 한국 등록특허공보 제10-0511363호에는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유 및 금속 산화물을 알루미늄에 도포하고, 열압착 방법을 통해 제조하는 방법이 개시되어 있다. 일본 공개특허공보 제2000-164466호에는 알루미늄 집전체와 탄소층 사이에 전도성이 좋은 귀금속의 중간막을 설치하고 활물질층을 도포하는 방법이 개시되어 있다.
그러나 상기의 종래 기술을 통해 얻어지는 탄소 피복 알루미늄 박 집전체는 그 제조공정이 복잡하고 고가의 원료와 에너지를 많이 사용하는 방법일 뿐만 아니라 알루미늄 박 표면과 활물질층 사이에 최소한 5μm 이상의 두께로 비교적 두껍게 도포된 도전층으로 인하여 전기전도도가 저하되고 밀착성이 충분하지 않아 전극의 성능과 수명이 빠르게 저하되는 문제점을 여전히 해결하지 못하고 있다.
따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 고안된 것으로, 알루미늄 박과 활물질 층의 밀착성을 높이고 우수한 전기전도성을 가지면서도, 제조하는 과정에서도 전기화학적인 에칭 과정이 없는 보다 간단한 공정과 탄화수소 분위기에서의 가열 시간을 단축함으로써 에너지 소비가 적은 공정으로 나노구조 탄소층이 알루미늄 박 표면에 일체형으로 형성된 집전체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 집전체 용도의 알루미늄 박의 표면에 형성된 산화층과; 상기 산화층을 금속 이온을 포함하는 액에 함침한 후 상기 금속 이온을 촉매로 하여 상기 알루미늄 박 표면에 성장 형성된 탄소나노튜브, 또는 탄소나노튜브를 포함하는 탄소층;을 포함하며, 상기 산화층은 상기 알루미늄 박의 표면을 전처리하고 열수처리를 행하여 상기 알루미늄 박에 평탄하지 않고 오목한 구조물을 포함하는 거친 표면을 갖는 산화물 또는 수산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체에 의하여 달성된다.
또한, 열수처리에 의하여 형성된 상기 산화층은 화학적으로 연마되어 부분적으로 제거되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 화학적 연마를 마친 상기 산화층에서 상기 화학적 연마 과정에서 발생된 환원성 금속염을 제거하는 산처리를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 산화층이 산처리된 이후에 상기 탄소층을 성장시키기 위한 촉매로 사용되는 금속원소 또는 금속화합물을 포함하는 입자를 무전해 방법으로 상기 산화층에 분산 점착시키는 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 입자가 분산 점착된 상기 산화층을 갖는 상기 알루미늄 박을 화학적기상증착 방법에 의하여 상기 탄소층으로 성장시키는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 목적은, (a) 집전체로 사용되는 알루미늄 박을 탈지하는 단계와; (b) 상기 알루미늄 박의 표면을 탈지한 후 열수처리를 행하여 상기 알루미늄 박에 평탄하지 않고 오목한 구조물을 포함하는 거친 표면을 갖는 산화물 또는 수산화물을 포함하는 산화층을 형성하는 단계와; (c) 상기 산화층을 금속 이온을 포함하는 액에 함침시킨 후 상기 금속 이온을 촉매로 하여 상기 알루미늄 박 표면에 성장 형성된 탄소나노튜브, 또는 탄소나노튜브를 포함하는 탄소층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 제조 방법에 의해서도 달성된다.
또한, 상기 (b) 단계의 열수처리에 의하여 형성된 산화층은 화학적으로 연마되어 부분적으로 제거되는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 화학적으로 연마하는 단계에서는 수산화나트륨, 수산화칼륨을 포함하는 수용액으로 상기 산화층을 연마하는 것이 바람직하다.
또한, 화학적으로 연마된 상기 산화층은 화학적 연마 과정에서 발생 가능한 환원성 금속염을 제거하는 산처리 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c)단계에서는 금속염, 착화제, 환원제를 포함하는 금속 이온 용액을 가열하여 가열된 상태에서 상기 산화층을 함침시켜 금속 입자를 상기 산화층에 분산 침착시키는 과정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속 이온 용액은 3차 증류수 100ml에 NiSO4·6H2O(0.09M), acetic acid(0.33M), NaH2PO2·H2O(0.24M)를 순차적으로 넣어 충분한 시간 동안 교반시킨 후 암모니아수용액을 소량씩 첨가하여 pH를 8로 한 용액을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 산화층을 함침시키는 과정 이후에 화학기상증착 방법으로 상기 산화층에 함침된 금속원소 또는 금속화합물을 촉매로 하여 상기 탄소나노튜브, 또는 상기 탄소나노튜브를 포함하는 탄소층을 성장시키는 과정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속원소 또는 상기 금속화합물은 구리, 니켈, 코발트, 철, 망간, 크롬, 바나듐, 카드뮴, 몰리브덴을 포함하는 전이금속을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (a)단계, (b)단계 및 (c)단계 이후에 각각 세척하는 과정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 알루미늄 박과 활물질 층의 밀착성을 높이고 우수한 전기전도성을 가지면서도, 제조하는 과정에서도 전기화학적인 에칭 과정이 없는 보다 간단한 공정과 탄화수소 분위기에서의 가열 시간을 단축함으로써 에너지 소비가 적어 경제성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 블록도,
도 2는 열수과정을 거친 산화층을 시간 경과에 따른 전자주사현미경 (SEM : Scanning Electron Microscope) 이미지,
도 3는 화학적 연마 과정에서 수용액의 농도의 변화에 따른 알루미늄 박의 무게 및 두께 변화를 나타낸 그래프,
도 4는 수산화 나트륨 수용액 0.1M 농도로 화학적 연마를 시간의 변화에 따른 두께, SEM 이미지 및 저항치를 나타낸 그래프,
도 5은 화상기상 증착 방법에 따라 성장된 탄소층의 SEM 이미지,
도 6은 다른 비교예에 따라 성장된 탄소층의 SEM 이미지,
도 7는 또 다른 비교예에 따라 성장된 탄소층의 SEM 이미지,
도 8은 또 다른 비교예에 따라 성장된 탄소층의 SEM 이미지,
도 9a 내지 도 9b는 본 발명에 따른 집전체의 교류저항 및 위상각 변화를 나타낸 그래프,
도 10는 도 9a에서의 데이터에 기초한 정전용량을 도시한 그래프이다.
본 발명에 따른 일실시예에 따른 고전기전도성 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 및 그 제조방법에 대하여 도 1 내지 도 10를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 블록도이고, 도 2는 열수과정을 거친 산화층을 시간 경과에 따른 전자주사현미경 (SEM : Scanning Electron Microscope) 이미지이며, 도 3은 화학적 연마 과정에서 수용액의 농도의 변화에 따라 알루미늄 박의 무게 및 두께 변화를 나타내는 그래프이며, 도 4는 수산화 나트륨 수용액 0.1M 농도로 화학적 연마를 시간의 변화에 따른 두께, SEM 이미지 및 저항치를 나타낸 그래프이고, 도 5은 화상기상 증착 방법에 따라 성장된 탄소층의 SEM 이미지이고, 도 6은 다른 일실시예에 따라 성장된 탄소층의 SEM 이미지이며, 도 7는 또 다른 일실시예에 따라 성장된 탄소층의 SEM 이미지이고, 도 8은 또 다른 일실시예에 따라 성장된 탄소층의 SEM 이미지이며, 도 9a 내지 도 9b는 본 발명에 따른 집전체의 교류저항 및 위상각 변화를 나타낸 그래프이고, 도 10은 도 9a에서의 데이터를 이용하여 구한 정전용량을 도시한 그래프이다.
본 발명에 따른 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 및 그 제조방법은, 알루미늄 박 표면의 유분 및 불순물을 제거하는 일반적인 방법인 (1)탈지과정, 알루미늄 산화물과 수산화물층을 형성하는 (2)열수처리 과정, 금속원소 또는 금속화합물 등의 입자들이 효과적으로 첨착될 수 있도록 알루미늄 산화물층의 두께와 표면형상을 제어하는 (3)화학적 연마(polishing), 그리고 환원성 금속염을 제거하는 (4)산처리 과정, 이렇게 처리된 알루미늄 박의 표면에 금속원소 또는 금속화합물 등의 (5)금속입자를 분산 첨착시키는 과정, 금속 입자 첨착된 알루미늄 박의 표면으로부터 (6)나노구조의 탄소층을 일체형으로 형성시키는 과정을 포함한다.
구체적으로, 본 발명은 도 1 및 아래에 요약하는 바와 같은 각 단계로 이루어진 과정을 거쳐 고전기전도성 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 및 그 제조방법으로 이루어져 있다.
(1) 탈지 ; 알루미늄 박을 에탄올에서 수 분간 초음파 처리하여 알루미늄 박 표면의 유분 및 불순물을 제거하고(S110),
(2) 열수처리 ; 알루미늄 박의 표면에 열수처리를 통해 산화물 또는 수산화물층을 형성하고(S120),
(3) 화학적 연마 ; 알루미늄 산화물 또는 수산화물층에 금속원소 또는 금속화합물 등의 입자들이 효과적으로 점착 될 수 있는 구조를 갖도록 염기성 수용액으로 산화물층을 연마하여 두께와 표면형상을 제어하고(S130),
(4) 산처리 ; 알루미늄 박 표면의 산화물층을 산 또는 알칼리로 제거할 때 자연적으로 발생할 수 있는 환원성 금속염(이하, 스머트)을 제거하는 것으로서, 다음 단계에서 행해질 금속원소 또는 금속화합물 입자의 분산 첨착이 환원성 금속염 입자들로 인하여 저해받지 않도록 하고(S140),
(5) 금속입자 분산 첨착 ; 나노구조의 탄소를 성장시키기 위한 촉매로 쓰이는 금속원소 또는 금속화합물 등의 입자를 무전해 방법으로 상기 과정까지 완료한 알루미늄 박의 표면에 분산 첨착시키고(S150),
(6) 일체형 탄소층 형성 ; 분위기 가스를 제어할 수 잇는 쿼츠튜브(quartz tube)형 전기가열 반응기 내로 상기 과정까지 완료한 알루미늄 박을 도입하여, 탄화수소 분위기하에서 가열하여, 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 성장을 통하여 나노구조 탄소층을 알루미늄 박에 일체형으로 형성시킨다(S160).
각각의 과정이후에는 순수한 물로써 세척하는 수세과정이 포함된다.
본 발명에 있어서, 금속원소 또는 금속화합물은 각각 단일 금속으로 구성되거나 2종 이상의 금속화합물, 합금 등의 형태일 수 있으며, 각각의 금속은 특별하게 한정되지 않으며, 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유의 제조과정에서 촉매 등으로 사용될 수 있는 모든 금속을 의미하며, 대표적으로 구리, 니켈, 코발트, 철, 망간, 크롬, 바나듐, 카드뮴, 몰리브덴 같은 전이금속을 언급할 수 있다.
실시예 1은 알루미늄 박 표면에 열수처리를 통해 산화물 또는 수산화물층을 형성하는 단계를 나타낸 것으로서, 에탄올에서 수 분간 탈지과정을 거친 알루미늄 박을 가열한 3차 증류수에 넣어 열수처리를 행한다. 다양한 처리 시간에 따라 알루미늄 산화물 또는 수산화물층의 두께와 물성을 달리하는데 바람직하게는 40초 내지 60초 사이가 적절하다(도2 참조).
실시예 2는 상기 실시예 1을 통하여 제조된 알루미늄 박의 표면에 불필요한 산화물층을 제거하는 동시에 금속원소 또는 금속화합물 등의 입자들이 효과적으로 형성될 수 있는 구조를 갖도록 알루미늄 산화물층을 연마하고 그 표면형상을 제어하는 과정으로, 염기성인 수산화나트륨 수용액을 사용하는 화학적 연마 과정이다. 가열한 수산화나트륨 수용액에 실시예 1의 알루미늄 박을 넣고 반응을 시키면, 염기성 용액의 다양한 농도와 시간에 따라 알루미늄 박 표면의 물리적 특성이 달라 질 수 있다(도 3 참조). 본 발명에서는 수산화나트륨 수용액에만 국한되는 것이 아니라, 수산화칼륨 등 알루미늄 박 표면의 산화물층을 화학적으로 연마할 수 있는 물질이면 모두 사용될 수 있다. 수산화나트륨 수용액의 농도는 0.1M으로 하고 표면 저항이 상대적으로 낮은 값을 갖도록 180초 내지 300초의 화학적 연마 시간이 바람직하다. 참고적으로, 수산화 나트륨 수용액 0.1M 농도에서 300초 보다 긴 반응 시간은 이후 행해지는 금속입자의 분산 점착에 유용한 지지대 역할을 하는 요철구조의 표면형상이 완전히 제거되는 현상이 발견되므로 적절치 못하다(도 4 참조).
실시예 3은 알루미늄 표면의 산화층을 산 또는 알칼리로 제거할 때 자연적으로 발생할 수 있는 환원성 금속염(이하, 스머트)을 제거하는 것으로서, 상기 실시예 2를 통하여 화학적 연마 처리된 알루미늄 박을 상온의 6.9% 질산 수용액에서 수 십초 동안 함침한다.
실시예 4는 상기 실시예 3를 통하여 산처리 과정을 완료한 알루미늄 박의 표면에 나노구조의 탄소를 성장시키기 위한 촉매로 쓰이는 금속원소 또는 금속화합물 등의 입자를 무전해 방법으로 분산 첨착하는 방법에 관한 것이다. 3차 증류수 100ml에 NiSO4·6H2O(0.09M), acetic acid(0.33M), NaH2PO2·H2O(0.24M)를 순차적으로 넣어 충분한 시간 동안 교반시킨다. 마지막으로 암모니아수용액을 소량씩 첨가하여 pH를 8로 맞춘다. 이때 NiSO4·6H2O는 니켈 금속 입자를 형성하는 금속염이며, acetic acid은 착화제로서, 금속이온과 결합하여 금속이온이 산화물을 만들지 못하게 하는 역할을 한다. NaH2PO2·H2O는 금속이온을 환원시켜 금속입자를 형성하게 하는 환원제이다.
상기와 같이 금속염, 착화제, 환원제들로써 조성한 금속 이온 용액을 가열하고 그 속에 상기 실시예 3에서 제조한 알루미늄 박을 각각 1, 3, 5분간 함침시킨다. 이때 알루미늄 박의 표면에 생성된 생성물은 회색빛을 나타낸다. 이때 실시예 4의 경우와 같은 조건하에서 알루미늄 박의 표면에 전체적으로 고르게 생성물을 형성하는데 5분이 가장 바람직하다.
실시예 5는 실시예 4를 통해 제조된 알루미늄 박을 화학적기상증착 방법을 통해 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 성장시킨 예를 나타낸 것이다. 실시예 4의 알루미늄 박을 반응기(미도시) 내부에 넣은 후 수소:아세틸렌:아르곤 가스의 혼합비율이 18% : 9% : 73%인 혼합기체를 60cc/min.의 유량으로 흘려주고, 반응온도 580℃에서 2시간 동안 반응시켜 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 성장시킨다. 성장시킨 탄소층의 두께는 6.6㎛이며, 표면저항은 0.0931mΩ/cm2를 나타내었다. 탄소층의 주사전자현미경 이미지는 도 5에 나타나있다.
비교예 1은 실시예 4와 비교하기 위해, 실시예 3까지의 과정을 거친 알루미늄 박에 조성을 달리한 금속 이온 용액을 이용하여 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 성장시킨 예를 나타낸 것이다. 3차 증류수 100ml에 NiSO4·6H2O(0.1M), citric acid(0.1M), NaOH(0.4M)를 순차적으로 넣어 충분한 시간 동안 교반시킨다. 마지막으로 암모니아 수용액을 소량씩 첨가하여 pH를 11로 맞춘다. 제조한 금속 입자 용액에 실시예 3의 알루미늄 박을 상온에서 5분간 함침시키고, 실시예 5와 동일한 조건으로 탄소 물질을 성장시킨다. 도 6에서 나타난 바와 같이 전체적으로 고르게 탄소 물질이 성장하지 않고 일부분에만 성장하는 것을 확인할 수 있다.
비교예 2는 비교예 1과 동일한 과정을 거치며, 수산화나트륨의 농도를 변경하고, citric acid 대신 acetic acid를 사용하였다. 3차 증류수 100ml에 NiSO4·6H2O(0.1M), acetic acid(0.1M), NaOH(0.05M)를 순차적으로 넣어 충분한 시간 동안 교반시킨다. pH는 4.5를 맞춰 준다. 제조한 금속 입자 용액에 실시예 3의 알루미늄 박을 60℃에서 5분간 함침 시키고, 실시예 5와 동일한 조건으로 탄소 물질을 성장시킨다. 도 7에서 나타난 바와 같이 전체적으로 고르게 탄소 물질이 성장하지 않고 일부분에만 성장하는 것을 확인할 수 있다.
비교예 3은 탈지 과정을 거친 알루미늄 박을 가열한 후 화학적 연마 및 산처리 과정 없이 0.1M Ni(NO3)2 용액에 40초간 함침 시킨 후, 실시예 5와 동일한 과정으로 탄소 물질을 성장시킨다. 비교예 3 역시 비교예 2와 같이 일부분에만 탄소층이 성장하였음을 확인할 수 있다(도 8 참조).
실시예 5까지의 과정을 거쳐 제조한 나노구조 탄소 일체형 알루미늄 박 집전체를 폭 10 mm, 길이 30 mm로 재단하고, 폭 18 mm, 길이 50 mm의 상용 접착테이프를 이용하여 밀착성을 평가하였으며, 0.03M 붕산암모늄 수용액을 사용하여 교류임피던스 및 정전용량을 평가하였다.
Name 밀착성 test전(g) 밀착성 test후(g) 잔류량(%)
탄소피복 알루미늄 0.07326 0.07311 99.8
표 1의 결과로부터 실시예 5의 나노구조 탄소 일체형 알루미늄 박 집전체의 우수한 밀착성을 확인할 수 있다.
도 9a 내지 도 9b은 0.03M 분산암모늄 용액을 사용하여 순환전류 측정장비(Cycle Voltammetry)에서 반쪽 전극 실험(hal-cell test)을 통하여 교류저항 및 위상각(pHase angle)의 변화를 평가한 것으로, Nyquist plot과 Bode plot으로 나타내고 있으며, 도 10은 도 9a 데이터에서 얻어진 리액턴스(reactance) 값과 주파수 값을 이용하여 아래의 식으로써 정전용량(capacitance)을 나타낸 것이다.
C =
Figure 112012033170214-pat00001
-------- <식 1>
(여기서, xc : reactance in ohms (Ω) (Z imaginary),
f : frequency in hertz (Hz)
C : capacitance in farads (F) 를 각각 의미한다)
측정한 단위면적(1cm2) 당의 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체(실시예5)의 등가직렬저항값(Equivalent Series Resistance : ESR)은 70Ωcm2 이며, 응답주파수(response frequency at pHase angle=45°)는 3.16Hz를 나타내었으며, 교류저항에 따른 정전용량은 주파수 1 Hz와 1 kHz에서 각각 458.11㎌, 56.48㎌ 으로서 기존의 상용화 제품보다 우수한 특성을 보인다.
여기서, 본 발명의 여러 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

Claims (14)

  1. 집전체 용도의 알루미늄 박의 표면에 형성된 산화층과;
    상기 산화층을 금속 이온을 포함하는 액에 함침한 후 상기 금속 이온을 촉매로 하여 상기 알루미늄 박 표면에 성장 형성된 탄소나노튜브, 또는 탄소나노튜브를 포함하는 탄소층;을 포함하며,
    상기 산화층은 상기 알루미늄 박의 표면을 전처리하고 열수처리를 행하여 상기 알루미늄 박에 평탄하지 않고 오목한 구조물을 포함하는 거친 표면을 갖는 산화물 또는 수산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체.
  2. 제1항에 있어서,
    열수처리에 의하여 형성된 상기 산화층은 화학적으로 연마되어 부분적으로 제거되는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 화학적 연마를 마친 상기 산화층에서 상기 화학적 연마 과정에서 발생된 환원성 금속염을 제거하는 산처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 산화층이 산처리된 이후에 상기 탄소층을 성장시키기 위한 촉매로 사용되는 금속원소 또는 금속화합물을 포함하는 입자를 무전해 방법으로 상기 산화층에 분산 점착시키는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 입자가 분산 점착된 상기 산화층을 갖는 상기 알루미늄 박을 화학적기상증착 방법에 의하여 상기 탄소층으로 성장시키는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체.
  6. (a) 집전체로 사용되는 알루미늄 박을 탈지하는 단계와;
    (b) 상기 알루미늄 박의 표면을 탈지한 후 열수처리를 행하여 상기 알루미늄 박에 평탄하지 않고 오목한 구조물을 포함하는 거친 표면을 갖는 산화물 또는 수산화물을 포함하는 산화층을 형성하는 단계와;
    (c) 상기 산화층을 금속 이온을 포함하는 액에 함침시킨 후 상기 금속 이온을 촉매로 하여 상기 알루미늄 박 표면에 성장 형성된 탄소나노튜브, 또는 탄소나노튜브를 포함하는 탄소층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 (b) 단계의 열수처리에 의하여 형성된 산화층은 화학적으로 연마되어 부분적으로 제거되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    화학적으로 연마하는 단계에서는 수산화나트륨, 수산화칼륨을 포함하는 수용액으로 상기 산화층을 연마하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    화학적으로 연마된 상기 산화층의 화학적 연마 과정에서 발생 가능한 환원성 금속염을 제거하는 산처리 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 (c)단계에서는 금속염, 착화제, 환원제를 포함하는 금속 이온 용액을 가열하여 가열된 상태에서 상기 산화층을 함침시켜 금속 입자를 상기 산화층에 분산 침착시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 금속 이온 용액은 3차 증류수 100ml에 NiSO4·6H2O(0.09M), acetic acid(0.33M), NaH2PO2·H2O(0.24M)를 순차적으로 넣어 충분한 시간 동안 교반시킨 후 암모니아수용액을 소량씩 첨가하여 pH를 8로 한 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 산화층을 함침시키는 과정 이후에 화학기상증착 방법으로 상기 산화층에 함침된 금속원소 또는 금속화합물을 촉매로 하여 상기 탄소나노튜브, 또는 상기 탄소나노튜브를 포함하는 탄소층을 성장시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 금속원소 또는 상기 금속화합물은 구리, 니켈, 코발트, 철, 망간, 크롬, 바나듐, 카드뮴, 몰리브덴을 포함하는 전이금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 제조 방법.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 (a)단계, (b)단계 및 (c)단계 이후에 각각 세척하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조 탄소층 일체형 알루미늄 박 집전체 제조 방법.
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