KR100560150B1 - 전해 니켈박 및 전해 니켈박의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전해 니켈박 및 전해 니켈박을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 압연하여 10~50㎛의 두께로 압연하는 과정과; 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 음극 도금 기재로 하고, 니켈 또는 불용성양극을 양극으로 하여 니켈 도금욕 내에서 막두께 5~20㎛로 니켈을 전기도금하는 과정과; 표면에 니켈박이 도금된 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판 기재를 도금욕으로부터 인출해내는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

전해 니켈박, 알루미늄, 요철, 다공성.

Description

전해 니켈박 및 전해 니켈박의 제조 방법{Nickel foil and the production method thereof}

도 1은 종래의 니켈박 제조장치를 도시한 측면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 일실시예에 따라 제조된 니켈박의 알루미늄박의 접합면을 나타낸 사진이다.

도 3은 도 2에 도시된 니켈박의 표면을 나타낸 사진이다.

본 발명은 전해 니켈박 및 전해 니켈박을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄박을 기재로 하여 전해 니켈박을 보다 저렴하고 용이하게 생산하기 위한 방법 및 그에 따라 생산된 전해 니켈박에 관한 것이다.

휴대폰, 노트북 등의 휴대형 전자 기기의 사용이 늘면서 이에 전원을 공급하기 위한 2차전지에 대한 소형화 및 대용량화에 대한 요구도 증가하고 있다. 현재 널리 사용되고 있는 2차전지는 크게 리튬-이온 전지, 리튬-폴리머 전지 등이 사용 되고 있으며, 이와 함께 니켈-수소 전지도 널리 사용되고 있다.

니켈-수소 전지는 대용량화가 가능하며 메모리 효과가 없어 다양한 용도로 활용되고 있는 데, 니켈박은 니켈-수소 전지의 음극 집전체로서 사용되고 있다. 이외에도 니켈박은 각종 전자기기의 유해전자파 차단을 위한 용도로도 사용되고 있는 데, 종래에는 2차전지의 전극용으로는 강박에 니켈을 도금한 것을 사용하고 있었다.

그러나, 전지의 에너지 밀도를 높이기 위해서는 일반적으로 음극 표면을 다공성으로 가공하는데, 내부에 위치한 강박으로 인해 천공작업이 용이하지 않을 뿐 아니라, 음극박 전체를 원하는 두께로 가공하기 위한 압연 공정에서도 강박을 강도로 인해 가공 에너지 소모량이 증가하는 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 일본 공개특허공보 제2001-85015호에서는 다공성 니켈박을 전기 분해 석출법으로 제조하는 기술을 개시하였다. 상기 공보에서는 도 1에 도시된 장치를 사용하여 전기 분해욕에 티탄제의 다공성 드럼 전극을 투입한 후, 드럼 전극의 표면에 니켈박을 석출시킨 후, 그 석출물을 박리하여 니켈박을 제조하는 방법이 나타나 있다.

상기 방법은 강박을 소정의 두께로 압연하기 위한 가공 에너지가 절감되며, 제작된 니켈박의 경도가 높지 않기 때문에 니켈박의 압착 가공도 용이한 장점이 있으나, 생산속도가 느려서 생산성이 저하할 뿐만 아니라 장치의 설비비가 고가이어서 생산비용이 상승하는 문제점이 있다. 또한, 금속박막의 형태 또한 단순하여 타기재에 접합시키기 위해서는 2차처리를 해야하는 단점을 갖고 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 전기 도금법을 사용하여 여러가지 형태의 전해니켈박을 연속적으로 용이하게 생산할 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 여러가지 형태의 전해니켈박을 생산하기 위한 도금 기재의 처리방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 삼고 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 니켈박을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 압연하여 10~50㎛의 두께로 압연하는 과정과; 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 음극 도금 기재로 하고, 니켈 또는 불용성양극을 양극으로 하여 니켈 도금욕 내에서 막두께 5~20㎛로 니켈을 전기도금하는 과정과; 표면에 니켈박이 도금된 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판 기재를 도금욕으로부터 인출해내는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 본 발명에서는 도금법을 이용해서 니켈박을 생산하는 것으로서 종래에 강박을 사용하여 니켈도금 강박을 제조하는 것과는 달리 도금기재로서 알루미늄을 이용하여 전해니켈박을 제조하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 알루미늄은 산소와 접촉시에 표면에 산화피막을 형성하게 되는 데, 알루미늄 표면에 생성된 산화피막은 알루미늄 표면의 산화를 방지하는 역할을 갖는 데, 본 발명은 이를 이용하여 니켈박을 알루미늄 도금 기재에서 분리하는 경우에 산화피막으로 인해 용이하게 박리가 가능하게 되는 효과를 갖는다.

본 발명에서는 니켈박의 두께를 5~20㎛로 한정하고 있다. 만일, 니켈박의 두께가 5㎛ 미만인 경우, 지나치게 얇은 두께로 인해서 니켈이 알루미늄 도금 기재의 표면에 균일하게 도포되지 않아 박막 형태를 이루지 못하고, 부분적으로 끊어지게 될 우려가 있다. 또한, 박막 형태를 이룬다 하더라도 니켈박의 강도가 낮아서 취급시에 파단될 위험이 있다. 따라서, 니켈박의 최소 두께는 5㎛로 한정하였다.

니켈박의 최대 두께에 있어서, 현재 압연으로 니켈박을 제조할 수 있는 최소 한계는 약 20㎛ 정도이다. 따라서, 최근의 휴대용 전자장치의 소형화, 경량화로 인해서 이들 휴대용 전자장치에 탑재되는 2차전지의 크기 또한 소형화할 필요가 있으므로 니켈박의 두께 또한 20㎛ 이하로 제한하였다.

바람직하게는, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판은 롤 형태로 제공되며, 도금욕 내에 연속적으로 공급되는 것이 좋다. 이로 인해, 연속적으로 니켈박을 제조할 수 있게 되므로, 생산성이 향상된다.

전기도금시의 도금욕은 일반적인 니켈도금시에 사용되는 도금욕을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 250~500g/L의 설파민산니켈, 5~20g/L의 염화니켈 및 20~50g/L의 붕산을 포함한 수용액을 사용할 수 있다. 또한, 상기 도금욕의 온도는 30~60℃, 극간유속은 0.1~2m/s이며, 도금 전류밀도는 5~30A/d㎡인 것이 좋다.

상기 전해니켈박은 알루미늄 또는 알루미늄 합금판에 부착된 형태 그래도 사용할 수도 있지만, 도금기재에 도금된 니켈박을 도금기재로부터 분리시키는 과정을 추가적으로 포함하여 니켈박만을 제조할 수도 있다.

상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 도금 기재를 도금욕에 투입되기 전에, 수산화나트륨 수용액을 사용하여 표면의 오염 및 산화층을 제거하는 것이 좋다. 이 경우 도금 기재의 표면에 있는 산화피막이 완전히 제거되어도 대기 중에 노출되면 다시 산화피막이 생기게 되므로 도금 기재로부터 니켈박의 박리가 어려워지는 경우는 발생하지 않는다.

니켈박의 사용용도에 따라서는 타 기재에 니켈박을 부착하는 경우도 있다. 이 경우에 니켈박이 매끄러운 표면을 갖게 되면 접착강도를 높이기 위해 2차처리가 필요하게 되는데, 니켈박의 표면에 요철을 형성하게 되면 접착강도를 향상시킬 수 있어 2차처리가 불필요하다. 따라서, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 도금 기재를 도금욕에 투입되기 전에, 표면에 요철을 갖도록 엠보싱 가공과정을 추가적으로 포함하는 것이 좋다.

바람직하게는, 상기 엠보싱 가공은 수산화 나트륨 수용액을 사용하여 표면조도(Rz) 10~20㎛로 에칭하는 것으로 할 수 있다. 이를 통해 알루미늄 도금 기재의 표면에 요철을 형성할 수 있으며, 요철을 갖는 알루미늄 도금 기재의 표면에 도금된 니켈박 또한 표면에 요철을 갖게 된다. 도금이 완료된 니켈박을 알루미늄 도금 기재로부터 박리한 후 이를 접착하고자 하는 다른 기재에 부착할 수 있다.

수산화 나트륨 수용액을 사용한 에칭방법은 당업자에게 널리 알려져 있으므 로 구체적인 수용액의 조성 및 농도 등에 관한 에칭조건에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

여기서, 상기 엠보싱 가공시의 표면조도(Rz)는 10~20㎛로 한정하였다. 표면조도가 10㎛ 미만이면 니켈박에 충분한 정도의 요철을 형성하기가 어려워지며, 표면조도가 20㎛을 초과하는 경우 알루미늄 도금 기재의 표면에 부착되는 니켈박의 두께가 지나치게 두꺼워진다.

알루미늄 도금 기재에 요철을 형성하는 다른 방법으로서, 표면에 요철을 갖는 회전롤을 이용할 수도 있다. 즉, 표면조도(Rz) 20-40um으로 요철 처리된 회전롤을 사용하여 알루미늄 도금 기재를 압연하여 도금 기재의 표면에 요철을 형성한 후, 니켈박을 도금한다.

회전롤을 사용하는 경우 에칭시의 조도의 두배의 조도로 하는 이유는 회전롤 사용시에 니켈박 표면과 회전롤 표면이 완전히 밀착하지 않으므로 원하는 표면조도인 10~20㎛을 얻기 위해서는 그의 두배 값으로 할 필요가 있기 때문이다.

니켈-수소 전지의 음극의 경우 활물질의 고밀도화와 부착성을 높이기 위해, 니켈-수소 전지의 음극을 다공성 금속박의 형태로 가공하여 사용하는 경우가 있다. 본 발명에 따르면 도금 기재로 사용되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 가공하여 다공성 니켈박을 제조할 수 있다. 또한, 다공성 니켈박은 니켈박의 표면에 용도에 맞는 특수 물질을 도포해야 하는 경우가 있는 데, 니켈박 표면에 형성된 미세한 구멍들에 도포해야 할 물질이 스며들어 보다 도포가 용이하게 이루어질 수 있다.

즉, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 도금 기재를 도금욕에 투입되기 전에, 황산용액, 인산용액 또는 크롬산용액 등에 침적하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 양극으로, 납판을 음극으로 하여, 전류 밀도 1~5A/d㎡, 전해시간 1~5분으로 아노다이징 처리하여 알루미늄 기재의 표면에 다공성 니켈박을 도금할 수 있다.

여기서, 아노다이징 처리방법은 알루미늄 표면처리 기술 중 하나로서, 당업자에게 널리 알려져 있는 것이므로 그 상세한 설명은 생략한다. 알루미늄을 아노다이징 처리하면, 그 표면에 산화피막이 형성되게 되는 데 상기 산화피막에는 미세한 육각기둥형태의 구멍이 다수 발생되게 된다. 상기 육각기둥의 구멍의 크기는 전해액의 조건에 따라 달라지며, 구멍간의 거리는 아노다이징 시의 전압에 따라 달라지게 되므로, 이를 통해 알루미늄 표면에 생성되는 구멍의 비율를 조절할 수 있다.

아노다이징 처리된 알루미늄 도금 기재를 도금욕에 투입한 후 니켈박을 도금하면, 니켈 도금층은 산화피막이 있는 부분에만 형성되고, 산화피막에 형성된 육각기둥형태의 구멍부위에는 니켈 도금층이 형성되지 않는다. 따라서, 알루미늄 도금 기재의 표면으로부터 니켈박을 박리하면 다공성 니켈박을 제조할 수 있다.

다공성 니켈박을 제조하기 위한 다른 방법으로서 알루미늄 도금 기재를 천공하는 방법을 고려할 수 있다. 즉, 상기의 요철처리된 회전롤과, 상기 회전롤의 하부에 회전 고무롤을 배치하고 회전롤과 회전고무롤의 사이에 알루미늄 합금 기재를 통과시켜서 알루미늄 합금 기재를 천공하는 방법이다.

즉, 상술한 회전롤을 사용하여 표면조도를 주는 것과 유사하게, 동일한 회전롤을 사용하여 압착하되 하부에 위치하는 회전롤은 고무롤을 사용하여 보다 강한 압력으로 압착함으로써 니켈박이 천공되도록 하는 것이다.

본 발명은 또한, 상기 방법에 의해 제조되는 전해니켈박을 제공하는 것을 다른 특징으로 하고 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전해니켈박을 제조하기 위한 방법의 일 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.

본 실시예는 알루미늄 박을 가성소다 100g/L를 사용하여 120초간 처리한 후, 다음과 같은 조건하에서 니켈박을 전착한 후 흐르는 물에 수세후 건조한 것이다. 도 2는 상기 실시예에서 알루미늄과 접합되는 면의 2000배 확대사진이고, 도 3은 그 반대면(도금면)의 2000배 확대사진이다.

- 도금액 조성

설파민산 니켈 : 320g/L

염화니켈 : 5g/L

붕산 : g/L

- 도금 조건

온도 : 35℃

음극전류밀도 : 15A/d㎡

pH : 4.0

전착시간 : 184초

하기의 표 1은 상기 실시예에 대한 물성치를 나타낸 것이다.

두께(㎛)		15
인장강도(kg/㎟)	액 흐름방향	28.6
	액 흐름 직각방향	28.2
연신률(%)		8.7
조도(Rz : ㎛)	알루미늄 접합면	0.21
	도금면	2.5

상기 표 1에 나타난 바와 같이 충분한 정도의 인장강도를 갖는 15㎛ 두께의 니켈박이 얻어짐을 알 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 비교적 저렴한 장비를 사용하여 효율적으로 니켈박을 생산할 수 있으므로 생산성이 향상될 뿐만 아니라 제조비용 또한 절감할 수 있다.

또한, 단순한 형태의 박막이 아닌 요철 또는 다공성을 갖는 니켈박을 제조할 수 있으므로 다양한 용도에 용이하게 대응할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (12)

1. 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 압연하여 10~50㎛의 두께로 압연하는 과정과;

   상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 음극 도금 기재로 하고, 니켈 또는 불용성양극을 양극으로 하여 니켈 도금욕 내에서 막두께 5~20㎛로 니켈을 전기도금하는 과정과;

   표면에 니켈박이 도금된 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판 기재를 도금욕으로부터 인출해내는 과정을 포함하는 니켈박의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판은 롤 형태로 제공되며, 도금욕 내에 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 니켈박의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   전기도금시의 도금욕은 250~500g/L의 설파민산니켈, 5~20g/L의 염화니켈 및 20~50g/L의 붕산을 포함한 수용액인 것을 특징으로 하는 니켈박의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 도금욕의 온도는 30~60℃, 극간유속은 0.1~2m/s이며, 도금 전류밀도는 5~30A/d㎡인 것을 특징으로 하는 니켈박의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   도금기재에 도금된 니켈박을 도금기재로부터 분리시키는 과정을 더 포함하는 니켈박의 제조방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 도금 기재를 도금욕에 투입되기 전에, 수산화나트륨 수용액을 사용하여 표면의 오염 및 산화층을 제거하는 과정을 더 포함하는 니켈박의 제조방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 도금 기재를 도금욕에 투입되기 전에, 표면에 요철을 갖도록 엠보싱 가공과정을 더 포함하는 니켈박의 제조방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 엠보싱 가공은 표면조도(Rz) 10~20㎛로 에칭하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 니켈박의 제조방법.
9. 제7항에 있어서,

   상기 엠보싱 가공은 표면조도(Rz) 20-40um으로 요철 처리된 회전롤을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 니켈박의 제조방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 도금 기재를 도금욕에 투입되기 전에, 황산용액, 인산용액 또는 크롬산용액 등에 침적하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금판을 양극으로, 납판을 음극으로 하여, 전류 밀도 1~5A/d㎡, 전해시간 1~5분으로 아노다이징 처리하는 과정을 더 포함하는 니켈박의 제조방법.
11. 제1항에 있어서,

    상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 도금 기재를 도금욕에 투입되기 전에, 표면조도(Rz) 20-40um으로 요철 처리된 회전롤 및 회전고무롤의 사이를 통과시켜 천공하는 과정을 더 포함하는 니켈박의 제조방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조되는 전해니켈박.

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