フォトリソグラフィーを使用して３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体を製造する方法およびそれを使用して超大容量コンデンサを製造する方法
【課題】フォトリソグラフィーを使用して３Ｄ（三次元）パターン構造体を有するアルミニウム集電体およびこの集電体を含む超大容量コンデンサを製造する方法が、開示される。
【解決手段】この方法は、フォトリソグラフィーを使用してアルミニウム集電体の表面上に所定のパターンを設計するステップと、アルミニウム集電体の表面積を広げるためにパターンを選択的にエッチングすることによってアルミニウム集電体の表面上に３Ｄパターン構造体を形成するステップを含み、およびこの超大容量コンデンサが３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体を含む。
【解決手段】この方法は、フォトリソグラフィーを使用してアルミニウム集電体の表面上に所定のパターンを設計するステップと、アルミニウム集電体の表面積を広げるためにパターンを選択的にエッチングすることによってアルミニウム集電体の表面上に３Ｄパターン構造体を形成するステップを含み、およびこの超大容量コンデンサが３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィーを使用した３Ｄ（三次元）パターン構造体を有するアルミニウム集電体およびこの集電体を含む超大容量コンデンサを製造する方法に関する。より詳しくは、本発明はフォトリソグラフィーを使用してアルミニウム集電体の表面上に所定のパターンを設計し、かつパターンを選択的にエッチングすることによってアルミニウム集電体の表面上に３Ｄパターン構造体を形成するステップを通して、アルミニウム集電体の表面積を広げる方法、および３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体がそれに適用される超大容量コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
石油価格および地球温暖化の最近の増大に起因して代替エネルギに対する関心が増大しており、二次リチウムイオン電池を含むエネルギ蓄積器具が特に急速に発展している。しかしながら、それらが大静電容量を示すにもかかわらず二次電池が低出力を示すので、高出力を必要とする分野では二次電池が限定的に使われており、それで、超大容量コンデンサが二次電池の代替物として使われ、より高い出力を有する超大容量コンデンサが静電容量を拡大するための研究を通して二次電池の分野に段階的に拡大されている。特に、回生制動エネルギを利用する際に問題点を有する二次電池と比較してそれらが回生制動エネルギを容易に利用することができるので、この種の超大容量コンデンサがますますさまざまな分野に適用されている。
【０００３】
この種の超大容量コンデンサは、大きな表面積を有する活性炭を使用して電解液内に存在するイオンの物理吸着および分離反応を通して、充電および放電を繰り返し、そこにおいて活性炭が従来の電解コンデンサ内の限定的な表面積を有するアルミニウムの役割を置換して静電容量を急速に高める。また、近年では、活性炭の代わりに金属酸化物、炭素ナノチューブ、炭素ナノファイバーまたは複合金属酸化物が電極の一方または両方として使われる新規な超大容量コンデンサが、静電容量を増大するために提案されている。
【０００４】
超大容量コンデンサ内のアルミニウム箔が、活性炭から外部回路まで電子を導き、および電子が活性炭から集電体まで移動する時に生成される抵抗を最大限に低下させるための界面特性を必要とする集電体として機能する。これを達成するために、超大容量コンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ）が集電体の表面のエッチングを通して活性物質との接触面を増大することによって電気化学的方法を使用して低下されることができるか、または、超大容量コンデンサのＥＳＲが集電体としてアルミニウムの代わりに大きな表面積を有する多孔質ニッケルフォームを採用することによって活性物質と集電体との間の接触面を増大させることによって低下されることができる。加えて、実効キャパシタンスを向上させるために研究が実行されてきたが、ニッケルフォームを使用して超大容量コンデンサを製造するのに、実際問題として課題がある。
【０００５】
超大容量コンデンサの静電容量を増大するための従来の方法は、物理吸着−分離を引き起こす活性炭の代わりに、酸化還元反応を引き起こす金属酸化物によって活性物質を置換する方法、および活性炭のそれより大きな表面積を有する炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）のような活性物質を使用する方法を含む。代替活性物質が現在大量生産されることができず、従来の活性物質が使われるプロセス装置で現在製造される材料が使われることさえできないという点で、活性物質を置換するためのこの種の方法には課題がある。さらに、活性物質の価格は非常に高く、コスト問題を引き起こす。
【０００６】
また、電解液を使用してアルミニウム集電体を電気化学的にエッチングする方法は、超大容量コンデンサの有効静電容量が増大されることができる程度まで、活性物質とアルミニウム集電体との間の接触面積を十分に増大することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は従来技術で生じている課題を解決するためになされたものであり、および、本発明の一目的はフォトリソグラフィーを使用して既存のアルミニウム集電体の表面上にパターンを形成し、かつ選択エッチングを通して活性物質とのアルミニウム集電体の接触面積を効果的に増大することによってアルミニウム集電体を製造する一方法、および、この集電体を超大容量コンデンサに適用することによって既存の活性物質をなお使用するとともに、向上された有効静電容量を有する一超大容量コンデンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体を製造する一方法を提供し、この方法が、次のステップ、すなわち、
アルミニウム箔集電体を洗浄し、かつ窒素を使用してこの洗浄されたアルミニウム箔集電体を乾燥させるステップと、
乾燥アルミニウム箔集電体の表面上にフォトレジストを施着し、かつフォトレジストがその上に施着されるアルミニウム箔の表面を乾燥させてフォトレジストを選択的に露光してかつ硬化するステップと、
露光されたアルミニウム集電体に現像液体を吹き付けることによって未露光のフォトレジストを選択的に取り除き、かつアルミニウム集電体上にパターン構造体を形成するために残りのフォトレジストを完全に硬化するステップと、
対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間にパターン構造体を有するアルミニウム集電体を設置し、交流電力をアルミニウム集電体に印加し、かつ電解液の中でアルミニウム集電体を一次的にエッチングするステップと、
エッチングされたアルミニウム集電体を乾燥させるステップと、
対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に一次的にエッチングされかつ乾燥されたアルミニウム集電体を設置し、かつアルミニウム集電体を二次的にエッチングするステップと、二次的にエッチングされたアルミニウム集電体を洗浄してかつ乾燥させるステップと、を含む。
【０００９】
好ましくは、アルミニウム箔は９９．００から９９．９９％の純度および１０から１００μｍの厚さを有する。アルミニウム箔の純度が９９．００より低い場合、ＥＤＬＣのリーク電流特性が悪化し、および、１００％の純度を有するアルミニウム箔は現在の技術によって得られることができない。アルミニウム箔の厚さが１０μｍ未満の場合、その深さはまた、１０μｍ未満に限られている。アルミニウム箔のエッチング深さが低い場合、その効果はより小さくなり、および、その厚さが１００μｍを超える場合、電極の体積部分が増大する。したがって、アルミニウム箔のエネルギ密度が低下することになる。
【００１０】
好ましくは、フォトレジストが０．５から５０μｍの厚さを有するように施着される。施着されたフォトレジストの厚さが０．５μｍ未満である場合、フォトレジストが集電体のエッチング中に容易に壊れ、パターンが崩れるかもしれず、その厚さが５０μｍを超える場合、エッチング液が浸透の困難を有し、エッチングを十分に実行して完全なパターンを形成するのをむずかしくする。好ましくは、乾燥プロセスが摂氏５０から１５０度の温度で５から３０分の間実行される。温度が摂氏１５０度を上回る場合、フォトレジストが壊れ、および、温度が摂氏５０度未満の場合、多くの時間が非実際的に消費される。乾燥時間が５分未満の場合、硬化が充分でなく、パターンが容易に崩れ、および、乾燥時間が３０分を超える場合、硬化が選択的な露光を通して完全に実行されるときにさえ、パターンが露光に従って形成されることができないように、フォトレジストが過度に硬化される。
【００１１】
露光プロセスは、アルミニウム集電体上のクロムを備えた透過材料上に形成されるパターン構造体を有するマスクを設置し、かつアルミニウム集電体に紫外線を照射することによって選択的に実行され、そこにおいてマスクが石英を含む紫外線透過材料であり、および、１０から５００μｍの寸法を有するパターンが１０から５００μｍの間隔で組み合わせられるパターン構造体をこのマスクが有する。パターンの寸法および間隔が１０μｍより小さいか５００μｍより大きい場合、活性物質から集電体への電子の移行距離はより短くなり、本発明の効果を低下させる。
【００１２】
現像液は中性の溶液以外の酸またはアルカリ溶液であり、および、硬化プロセスが摂氏５０から１５０度の温度で５から６０分の間実行される。乾燥温度が摂氏１５０度を上回る場合、フォトレジストが壊れ、および、乾燥温度が摂氏５０度未満の場合、フォトレジストを硬化するために多くの時間が非実際的に消費される。乾燥時間が５分未満の場合、硬化程度が不十分であるので、フォトレジストがエッチングプロセス中にエッチング液によって壊され、パターンを形成するのを困難にする。乾燥時間が６０分を超える場合、フォトレジストが極端に硬化され、その結果、フォトレジストをスムーズに取り除くのがむずかしい。
【００１３】
交流電力が５から６０Ｈｚの周波数および０．１から１０Ａ／ｃｍ２の電流密度を有する。過剰なエッチングが、５Ｈｚ未満の周波数および１０Ａ／ｃｍ２を超える電流密度で実行され、パターンを壊すようにすることになる。エッチングが６０Ｈｚを超える周波数および０．１Ａ／ｃｍ２未満の電流密度で実行される場合、エッチングがパターンに従って不十分に実行される。好ましくは、電解液が２０グラム／リットルのＡｌイオン、０．５から５Ｍの塩化水素酸および０．０１から２Ｍの硫酸を含む。２０グラム／リットルを超えるＡｌイオンが存在する場合、Ａｌイオンがエッチングを中断する。０．５Ｍ未満の塩化水素酸および０．０１Ｍ未満の硫酸が存在する場合、エッチングが不十分に実行され、および、５Ｍを超える塩化水素酸および２Ｍを超える硫酸が存在する場合、エッチングが過度に実行される。
【００１４】
一次エッチングが、摂氏１０から６０度の温度を有する電解液の中で１０から６０秒の間実行される。エッチングが１０秒未満の間摂氏１０度未満の温度で実行される場合、アルミニウム集電体は非効率的にエッチングされ、およびエッチングが６０秒より多くの間摂氏６０度を超える温度で実行される場合、アルミニウム集電体は極端にエッチングされる。
【００１５】
蒸留水によってエッチングされたアルミニウム集電体を洗浄し、かつ、アセトンを含むリムーバによって残余のフォトレジストを取り除いた後に、摂氏５０から５００度の温度で２から１５分の間乾燥プロセスが実行される。乾燥は摂氏５０度未満の温度および２分未満の時間の条件の下では適切に実行されないので、加水分解反応がアルミニウムの表面に生じ、および、アモルファス酸化被膜が形成される。乾燥が１５分より多くの間摂氏５００度を超える温度で実行される場合、酸化反応が生じ、および、結晶酸化被膜が形成される。
【００１６】
二次エッチングプロセスが交流電力をアルミニウム集電体に印加することによって実行され、および、交流電力は１０から９０Ｈｚの周波数および０．１から１０Ａ／ｃｍ２の電気密度を有する。二次エッチングが１０Ｈｚ未満の周波数および１０Ａ／ｃｍ２を超える電流密度で実行される場合、過剰なエッチングに起因してパターンが壊されることになり、および、二次エッチングが９０Ｈｚを超える周波数および０．１Ａ／ｃｍ２を超える電流密度で実行される場合、エッチングがパターンに従って不十分に実行される。
【００１７】
二次エッチングは１０から３０グラム／リットルのＡｌイオン、１００から３００グラム／リットルのＣｌイオンおよび５から３０グラム／リットルのＳＯ４イオンを含むエッチング電解液の中で実行される。３０グラム／リットルを超えるＡｌイオンがイオン溶液内に含まれる場合、それらはエッチングを妨げ、ならびに、１００グラム／リットル未満のＣｌイオンおよび５グラム／リットル未満のＳＯ４イオンがイオン溶液内に含まれる場合、それらはエッチングプロセスを中断する。加えて、３００グラム／リットルを超えるＣｌイオンおよび３０グラム／リットルを超えるＳＯ４イオンがイオン溶液内に含まれる場合、エッチングは過度に実行される。二次エッチングが摂氏３０から９０度の温度で１０から６０秒の間実行される。二次エッチングが、摂氏３０度未満の温度でまたは１０分未満の間実行されるならば、エッチングが不十分に実行され、および、二次エッチングが摂氏９０度を超える温度でまたは６０秒を超える間実行される場合、過度なエッチングが実行されることになる。
【００１８】
洗浄および乾燥プロセスが、蒸留水によってアルミニウム集電体を洗浄した後に摂氏５０から５００度の温度で２から１５分の間実行される。乾燥が摂氏５０度未満の温度でまたは２分未満の間実行される場合、加水分解反応がアルミニウムの表面に生じ、および、アモルファス酸化被膜が形成される。乾燥が摂氏５００度を超える温度でまたは１５分より多くの間実行される場合、酸化反応が生じることになり、および、結晶酸化被膜が形成されることになる。
【００１９】
３Ｄパターン構造体が、フォトリソグラフィーを使用して形成される。
【００２０】
本発明はさらに、上記の方法によって製造されるアルミニウム集電体を備える電極およびこの電極を備える超大容量コンデンサを提供する。
【００２１】
本発明は、活性物質とのアルミニウム集電体の接触面積を効果的に増大することができるアルミニウム集電体の表面積を拡大する一方法および集電体を超大容量コンデンサに適用することによって有効静電容量を高めることができる超大容量コンデンサを製造する一方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施態様に従うフォトリソグラフィーを通して製造される３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体の写真である。
【図２Ａ】フォトレジストを使用したフォトリソグラフィーを通してアルミニウム集電体の表面上に１０μｍの間隔で１０μｍの寸法を有するパターンを配置することによって形成されるパターン構造体を示す写真である。
【図２Ｂ】フォトレジストを使用したフォトリソグラフィーを通してアルミニウム集電体の表面上に５０μｍの間隔で５０μｍの寸法を有するパターンを配置することによって形成されるパターン構造体を示す写真である。
【図２Ｃ】フォトレジストを使用したフォトリソグラフィーを通してアルミニウム集電体の表面上に５０μｍの間隔で１００μｍの寸法を有するパターンを配置することによって形成されるパターン構造体を示す写真である。
【図２Ｄ】フォトレジストを使用したフォトリソグラフィーを通してアルミニウム集電体の表面上に１０μｍの間隔で５０μｍの寸法を有するパターンを配置することによって形成されるパターン構造体を示す写真である。
【図３】フォトレジストが残される部分およびフォトレジストが取り除かれる部分を有するパターン構造体を示す写真である。
【図４】フォトレジストが取り除かれる部分だけでアルミニウムが選択的にエッチングされたあと形成されるアルミニウム集電体の写真である。
【図５】アルミニウム集電体の表面上に残される全てのフォトレジストがエッチングプロセスの後でリムーバを通して除去されるときに形成されるアルミニウム集電体の写真である。
【図６】本発明の実施態様に従って製造されるアルミニウム集電体が適用される超大容量コンデンサの投影図である。および
【図７】本発明の実施態様に従って製造されるアルミニウム集電体を使用した超大容量コンデンサの内部構造体を示す投影図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するために、１０から１００μｍの寸法を有し、かつ９９．００から９９．９９％の純度、ならびにＣｕ（４，０００ｐｐｍ以下）、Ｓｉ（２，０００ｐｐｍ以下）およびＦｅ（２，０００ｐｐｍ以下）を含む不純物を有するアルミニウムを含有するアルミニウム集電体の表面から（ａ）アセトン溶液、（ｂ）メタノール溶液および（ｃ）蒸留水を使用してアルミニウム集電体の表面を順に洗浄し、かつ窒素を使用してそれを乾燥させることによって有機材料が最初に取り除かれる。
【００２４】
次に、フォトレジストがアルミニウム集電体の表面上に均一に施着されて０．５から５０μｍのフォトレジスト箔を形成したあと、フォトレジスト箔内に含有される溶媒を蒸発させることによって摂氏５０から１５０度の温度で５から３０分の間フォトレジスト箔が乾燥され、フォトレジスト箔を固体に維持する。次いで、フォトレジストによってコーティングされたアルミニウム集電体上にマスクを設置し、かつマスク上へ紫外線を照射することによってフォトレジスト箔が選択的に露光され、そこにおいて、このマスクが、石英のような紫外線を透過することができる材料上に形成される１０から５００μｍの寸法および１０から５００μｍの間隔を有するクロムパターンを含むパターン構造体を有する。
【００２５】
その後で、フォトレジストの露光部または未露光部がアルミニウム集電体上に現像液（アルカリ溶液）を吹き付けることによって除去され、および、５から６０分の間摂氏５０から１５０度の温度で残りのフォトレジストを凝固させることによってパターン構造体が形成される。
【００２６】
上記のプロセスの前か後に、一次エッチング電解液が２０グラム／リットル以下のＡｌイオン、０．５から５Ｍの塩化水素酸および０．０１から２Ｍの硫酸を加えることによって準備される。
【００２７】
次に、パターン構造体がフォトレジストを使用して形成されるアルミニウム集電体が対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に設置され、および、摂氏１０から６０度の電解液温度、５から６０Ｈｚの交流電力の周波数および０．１から１０Ａ／ｃｍ２の交流電力の電流密度の条件の下で、１０から６０分の間、アルミニウム集電体をエッチングするために、交流電力がアルミニウム集電体に印加される。
【００２８】
エッチングされたアルミニウム集電体が蒸留水によって洗浄され、および全ての残りのフォトレジストがアセトンのようなリムーバを使用して取り除かれたあと、アルミニウム集電体が摂氏５０から５００度の温度で２から１５分の間乾燥される。上記のプロセスの前か後に、二次エッチング電解液が１０から３０グラム／リットルのＡｌイオン、１００から３００グラム／リットルのＣｌイオンおよび５から３０グラム／リットルのＳＯ４イオンを加えることによって準備される。
【００２９】
次に、一次エッチングにかけられたアルミニウム集電体が対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に設置され、および、摂氏３０から９０度の電解液温度、１０から９０Ｈｚの交流電力の周波数および０．１から１０Ａ／ｃｍ２の交流電力の電流密度の条件の下で、１０から６０分の間交流電力がアルミニウム集電体に印加されてアルミニウム集電体を二次的にエッチングする。二次的にエッチングされたアルミニウム集電体は蒸留水によって洗浄され、および摂氏５０から５００度の温度で２から１５分の間乾燥され、その結果、本発明が完了される。
【００３０】
以下に、本発明の実施例が詳述され、および、本発明が実施例に限られていない点に留意する必要がある。
【実施例１】
【００３１】
フォトレジストを使用して３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体を製造する方法
９９．９９％の純度および０．０３０ｍｍの厚さを有するアルミニウム箔が、（ａ）アセトン溶液、（ｂ）メタノール溶液および（ｃ）蒸留水によって順に洗浄されてそれから、乾燥される。
【００３２】
フォトレジストがアルミニウム集電体の表面上に均一に施着されて０．５μｍのフォトレジスト箔を形成したあと、フォトレジスト箔が摂氏８０度の温度で１５分の間乾燥され、および、フォトレジストが施着されるアルミニウム集電体上に、８０μｍの直径および７０μｍの間隔を有する円形のパターンを形成するマスクが設置される。次いで、フォトレジストを選択的に露光するために紫外線がアルミニウム集電体に照射される。
【００３３】
フォトレジストの未露光部が露光されたアルミニウム集電体に現像液を吹き付けることによって選択的に除去されたあと、残りのフォトレジストが摂氏１００度の温度で１５分の間完全に凝固されてアルミニウム集電体上にパターン構造体を形成する。
【００３４】
一次エッチング電解液が１５グラム／リットルのＡｌイオン、１Ｍの塩化水素酸および２Ｍの硫酸を加えることによって準備されたあと、フォトレジストによって形成されるパターン構造体を有するアルミニウム集電体が対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に設置され、および、交流電力がアルミニウム集電体に印加される。
【００３５】
アルミニウム集電体が５０Ｈｚの交流電力周波数および３Ａ／ｃｍ２の電流密度の下で摂氏４５度の温度を有する電解液の中で５０秒の間一次エッチングされた後、エッチングされたアルミニウム集電体が蒸留水によって洗浄され、および、集電体の表面上に残る全てのフォトレジストがアセトンによって除去されたあと、集電体が摂氏１５０度の温度で２分の間乾燥される。
【００３６】
１０グラム／リットルのＡｌイオン、１２０グラム／リットルのＣｌイオンおよび２０グラム／リットルのＳＯ４イオンを加えることによって二次エッチング電解液が準備されたあと、一次的にエッチングされたアルミニウム集電体が対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に設置され、および、交流電力がアルミニウム集電体に印加される。
【００３７】
アルミニウム集電体が、３０Ｈｚの交流電力周波数および１Ａ／ｃｍ２の電流密度の下で摂氏４５度の温度を有する電解液の中で４５秒の間二次的にエッチングされる。
【００３８】
二次的にエッチングされたアルミニウム集電体が、蒸留水によって洗浄され、かつ摂氏１２５度の温度で１０分の間乾燥される。
【００３９】
３Ｄパターン構造体を有する上記のアルミニウム集電体が、図１内に示される。
【実施例２】
【００４０】
３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体を使用して超大容量コンデンサを製造する方法
８０ｇの活性炭（２１００ｍ２／ｇの比表面積）、２０ｇのカーボンブラックおよび４ｇの結合剤が撹拌容器内に含有されたあと、それらが撹拌器を使用して３０分の間撹拌される。次いで、２００ｇの脱イオン水を加えた後に、混合物が２００分の間再び撹拌される。次いで、１００ｇの脱イオン水および４ｇの結合剤が加えられ、および、混合物が２００分の間追加的に撹拌されてスラリーを準備する。
【００４１】
０．６ｇ／ｃｍ３の密度を有するスラリーが、フォトレジストによって製造される３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体上にコーティングされて電極を製造する。
【００４２】
電極が摂氏７０度の温度で２０分の間一次的に乾燥されたあと、それが摂氏１００度の温度で２４０分の間二次的に乾燥される。
【００４３】
乾燥電極が、各々４．５ｃｍ×３．５ｃｍ（１５．７５ｃｍ２）の寸法を有する２枚のシートにスライスされる。次いで、電極シートの１枚、電解液紙および電極シートの残りの１枚が、順に積み重ねられる。その後、リードタップが形成され、および、積み重ねられた構造体の外側がアルミニウムパウチによって覆われる。
【００４４】
電解液（１ＭのＴＥＡＢＦ４／ＡＣＮ）がパウチ内に含有されたあと、パウチの内部が真空状態に保たれるように、パウチが封止され、それによって超大容量コンデンサを製造する。
【００４５】
［比較例］
８０ｇの活性炭（２１００ｍ２／ｇの比表面積）、２０ｇのカーボンブラックおよび４ｇの結合剤が撹拌容器内に含有されたあと、それらが撹拌器を使用して３０分の間撹拌される。次いで、２００ｇの脱イオン水が加えられたあと、混合物が２００分の間再び撹拌される。次いで、１００ｇの脱イオン水および４ｇの結合剤が加えられ、ならびに、混合物が２００分の間追加的に撹拌されてスラリーを準備する。
【００４６】
０．６ｇ／ｃｍ３の密度を有するスラリーが、市場から入手可能なＥＤＬＣに対してアルミニウム集電体上にコーティングされて電極を製造する。
【００４７】
電極が摂氏７０度の温度で２０分の間一次的に乾燥されたあと、それが摂氏１００度の温度で２４０分の間二次的に乾燥される。
【００４８】
乾燥電極が、各々４．５ｃｍ×３．５ｃｍ（１５．７５ｃｍ２）の寸法を有する２枚のシートにスライスされる。次いで、電極シートの１枚、電解液紙および電極シートの残りの１枚が、順に積み重ねられる。その後、リードタップが形成され、および、積み重ねられた構造体の外側がアルミニウムパウチによって覆われる。
【００４９】
電解液（１ＭのＴＥＡＢＦ４／ＡＣＮ）がパウチ内に含有されたあと、パウチの内部が真空状態に保たれるように、パウチが封止され、それによって超大容量コンデンサを製造する。
【００５０】
［評価］
実施例および比較例に従う超大容量コンデンサが１５．７５ｍＡの静的電流および２．７Ｖの静的電圧によって充電されたあと、それらが３０分の間維持されて、それから、１５．７５ｍＡの静的電流で放電される。
【００５１】
静電容量が上記の条件の下で測定され、および、結果が表１内に示される。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表１で分かるように、本発明は超大容量コンデンサに適しているアルミニウム集電体を提供することができる。
【００５４】
本発明の好ましい一実施例が図示する目的のために記述されたとはいえ、当業者は、添付の請求の範囲にて開示したように、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、さまざまな変更、追加および置換が可能であるということを認識するであろう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトリソグラフィーを使用した３Ｄ（三次元）パターン構造体を有するアルミニウム集電体およびこの集電体を含む超大容量コンデンサを製造する方法に関する。より詳しくは、本発明はフォトリソグラフィーを使用してアルミニウム集電体の表面上に所定のパターンを設計し、かつパターンを選択的にエッチングすることによってアルミニウム集電体の表面上に３Ｄパターン構造体を形成するステップを通して、アルミニウム集電体の表面積を広げる方法、および３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体がそれに適用される超大容量コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
石油価格および地球温暖化の最近の増大に起因して代替エネルギに対する関心が増大しており、二次リチウムイオン電池を含むエネルギ蓄積器具が特に急速に発展している。しかしながら、それらが大静電容量を示すにもかかわらず二次電池が低出力を示すので、高出力を必要とする分野では二次電池が限定的に使われており、それで、超大容量コンデンサが二次電池の代替物として使われ、より高い出力を有する超大容量コンデンサが静電容量を拡大するための研究を通して二次電池の分野に段階的に拡大されている。特に、回生制動エネルギを利用する際に問題点を有する二次電池と比較してそれらが回生制動エネルギを容易に利用することができるので、この種の超大容量コンデンサがますますさまざまな分野に適用されている。
【０００３】
この種の超大容量コンデンサは、大きな表面積を有する活性炭を使用して電解液内に存在するイオンの物理吸着および分離反応を通して、充電および放電を繰り返し、そこにおいて活性炭が従来の電解コンデンサ内の限定的な表面積を有するアルミニウムの役割を置換して静電容量を急速に高める。また、近年では、活性炭の代わりに金属酸化物、炭素ナノチューブ、炭素ナノファイバーまたは複合金属酸化物が電極の一方または両方として使われる新規な超大容量コンデンサが、静電容量を増大するために提案されている。
【０００４】
超大容量コンデンサ内のアルミニウム箔が、活性炭から外部回路まで電子を導き、および電子が活性炭から集電体まで移動する時に生成される抵抗を最大限に低下させるための界面特性を必要とする集電体として機能する。これを達成するために、超大容量コンデンサの等価直列抵抗（ＥＳＲ）が集電体の表面のエッチングを通して活性物質との接触面を増大することによって電気化学的方法を使用して低下されることができるか、または、超大容量コンデンサのＥＳＲが集電体としてアルミニウムの代わりに大きな表面積を有する多孔質ニッケルフォームを採用することによって活性物質と集電体との間の接触面を増大させることによって低下されることができる。加えて、実効キャパシタンスを向上させるために研究が実行されてきたが、ニッケルフォームを使用して超大容量コンデンサを製造するのに、実際問題として課題がある。
【０００５】
超大容量コンデンサの静電容量を増大するための従来の方法は、物理吸着−分離を引き起こす活性炭の代わりに、酸化還元反応を引き起こす金属酸化物によって活性物質を置換する方法、および活性炭のそれより大きな表面積を有する炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）のような活性物質を使用する方法を含む。代替活性物質が現在大量生産されることができず、従来の活性物質が使われるプロセス装置で現在製造される材料が使われることさえできないという点で、活性物質を置換するためのこの種の方法には課題がある。さらに、活性物質の価格は非常に高く、コスト問題を引き起こす。
【０００６】
また、電解液を使用してアルミニウム集電体を電気化学的にエッチングする方法は、超大容量コンデンサの有効静電容量が増大されることができる程度まで、活性物質とアルミニウム集電体との間の接触面積を十分に増大することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は従来技術で生じている課題を解決するためになされたものであり、および、本発明の一目的はフォトリソグラフィーを使用して既存のアルミニウム集電体の表面上にパターンを形成し、かつ選択エッチングを通して活性物質とのアルミニウム集電体の接触面積を効果的に増大することによってアルミニウム集電体を製造する一方法、および、この集電体を超大容量コンデンサに適用することによって既存の活性物質をなお使用するとともに、向上された有効静電容量を有する一超大容量コンデンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体を製造する一方法を提供し、この方法が、次のステップ、すなわち、
アルミニウム箔集電体を洗浄し、かつ窒素を使用してこの洗浄されたアルミニウム箔集電体を乾燥させるステップと、
乾燥アルミニウム箔集電体の表面上にフォトレジストを施着し、かつフォトレジストがその上に施着されるアルミニウム箔の表面を乾燥させてフォトレジストを選択的に露光してかつ硬化するステップと、
露光されたアルミニウム集電体に現像液体を吹き付けることによって未露光のフォトレジストを選択的に取り除き、かつアルミニウム集電体上にパターン構造体を形成するために残りのフォトレジストを完全に硬化するステップと、
対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間にパターン構造体を有するアルミニウム集電体を設置し、交流電力をアルミニウム集電体に印加し、かつ電解液の中でアルミニウム集電体を一次的にエッチングするステップと、
エッチングされたアルミニウム集電体を乾燥させるステップと、
対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に一次的にエッチングされかつ乾燥されたアルミニウム集電体を設置し、かつアルミニウム集電体を二次的にエッチングするステップと、二次的にエッチングされたアルミニウム集電体を洗浄してかつ乾燥させるステップと、を含む。
【０００９】
好ましくは、アルミニウム箔は９９．００から９９．９９％の純度および１０から１００μｍの厚さを有する。アルミニウム箔の純度が９９．００より低い場合、ＥＤＬＣのリーク電流特性が悪化し、および、１００％の純度を有するアルミニウム箔は現在の技術によって得られることができない。アルミニウム箔の厚さが１０μｍ未満の場合、その深さはまた、１０μｍ未満に限られている。アルミニウム箔のエッチング深さが低い場合、その効果はより小さくなり、および、その厚さが１００μｍを超える場合、電極の体積部分が増大する。したがって、アルミニウム箔のエネルギ密度が低下することになる。
【００１０】
好ましくは、フォトレジストが０．５から５０μｍの厚さを有するように施着される。施着されたフォトレジストの厚さが０．５μｍ未満である場合、フォトレジストが集電体のエッチング中に容易に壊れ、パターンが崩れるかもしれず、その厚さが５０μｍを超える場合、エッチング液が浸透の困難を有し、エッチングを十分に実行して完全なパターンを形成するのをむずかしくする。好ましくは、乾燥プロセスが摂氏５０から１５０度の温度で５から３０分の間実行される。温度が摂氏１５０度を上回る場合、フォトレジストが壊れ、および、温度が摂氏５０度未満の場合、多くの時間が非実際的に消費される。乾燥時間が５分未満の場合、硬化が充分でなく、パターンが容易に崩れ、および、乾燥時間が３０分を超える場合、硬化が選択的な露光を通して完全に実行されるときにさえ、パターンが露光に従って形成されることができないように、フォトレジストが過度に硬化される。
【００１１】
露光プロセスは、アルミニウム集電体上のクロムを備えた透過材料上に形成されるパターン構造体を有するマスクを設置し、かつアルミニウム集電体に紫外線を照射することによって選択的に実行され、そこにおいてマスクが石英を含む紫外線透過材料であり、および、１０から５００μｍの寸法を有するパターンが１０から５００μｍの間隔で組み合わせられるパターン構造体をこのマスクが有する。パターンの寸法および間隔が１０μｍより小さいか５００μｍより大きい場合、活性物質から集電体への電子の移行距離はより短くなり、本発明の効果を低下させる。
【００１２】
現像液は中性の溶液以外の酸またはアルカリ溶液であり、および、硬化プロセスが摂氏５０から１５０度の温度で５から６０分の間実行される。乾燥温度が摂氏１５０度を上回る場合、フォトレジストが壊れ、および、乾燥温度が摂氏５０度未満の場合、フォトレジストを硬化するために多くの時間が非実際的に消費される。乾燥時間が５分未満の場合、硬化程度が不十分であるので、フォトレジストがエッチングプロセス中にエッチング液によって壊され、パターンを形成するのを困難にする。乾燥時間が６０分を超える場合、フォトレジストが極端に硬化され、その結果、フォトレジストをスムーズに取り除くのがむずかしい。
【００１３】
交流電力が５から６０Ｈｚの周波数および０．１から１０Ａ／ｃｍ２の電流密度を有する。過剰なエッチングが、５Ｈｚ未満の周波数および１０Ａ／ｃｍ２を超える電流密度で実行され、パターンを壊すようにすることになる。エッチングが６０Ｈｚを超える周波数および０．１Ａ／ｃｍ２未満の電流密度で実行される場合、エッチングがパターンに従って不十分に実行される。好ましくは、電解液が２０グラム／リットルのＡｌイオン、０．５から５Ｍの塩化水素酸および０．０１から２Ｍの硫酸を含む。２０グラム／リットルを超えるＡｌイオンが存在する場合、Ａｌイオンがエッチングを中断する。０．５Ｍ未満の塩化水素酸および０．０１Ｍ未満の硫酸が存在する場合、エッチングが不十分に実行され、および、５Ｍを超える塩化水素酸および２Ｍを超える硫酸が存在する場合、エッチングが過度に実行される。
【００１４】
一次エッチングが、摂氏１０から６０度の温度を有する電解液の中で１０から６０秒の間実行される。エッチングが１０秒未満の間摂氏１０度未満の温度で実行される場合、アルミニウム集電体は非効率的にエッチングされ、およびエッチングが６０秒より多くの間摂氏６０度を超える温度で実行される場合、アルミニウム集電体は極端にエッチングされる。
【００１５】
蒸留水によってエッチングされたアルミニウム集電体を洗浄し、かつ、アセトンを含むリムーバによって残余のフォトレジストを取り除いた後に、摂氏５０から５００度の温度で２から１５分の間乾燥プロセスが実行される。乾燥は摂氏５０度未満の温度および２分未満の時間の条件の下では適切に実行されないので、加水分解反応がアルミニウムの表面に生じ、および、アモルファス酸化被膜が形成される。乾燥が１５分より多くの間摂氏５００度を超える温度で実行される場合、酸化反応が生じ、および、結晶酸化被膜が形成される。
【００１６】
二次エッチングプロセスが交流電力をアルミニウム集電体に印加することによって実行され、および、交流電力は１０から９０Ｈｚの周波数および０．１から１０Ａ／ｃｍ２の電気密度を有する。二次エッチングが１０Ｈｚ未満の周波数および１０Ａ／ｃｍ２を超える電流密度で実行される場合、過剰なエッチングに起因してパターンが壊されることになり、および、二次エッチングが９０Ｈｚを超える周波数および０．１Ａ／ｃｍ２を超える電流密度で実行される場合、エッチングがパターンに従って不十分に実行される。
【００１７】
二次エッチングは１０から３０グラム／リットルのＡｌイオン、１００から３００グラム／リットルのＣｌイオンおよび５から３０グラム／リットルのＳＯ４イオンを含むエッチング電解液の中で実行される。３０グラム／リットルを超えるＡｌイオンがイオン溶液内に含まれる場合、それらはエッチングを妨げ、ならびに、１００グラム／リットル未満のＣｌイオンおよび５グラム／リットル未満のＳＯ４イオンがイオン溶液内に含まれる場合、それらはエッチングプロセスを中断する。加えて、３００グラム／リットルを超えるＣｌイオンおよび３０グラム／リットルを超えるＳＯ４イオンがイオン溶液内に含まれる場合、エッチングは過度に実行される。二次エッチングが摂氏３０から９０度の温度で１０から６０秒の間実行される。二次エッチングが、摂氏３０度未満の温度でまたは１０分未満の間実行されるならば、エッチングが不十分に実行され、および、二次エッチングが摂氏９０度を超える温度でまたは６０秒を超える間実行される場合、過度なエッチングが実行されることになる。
【００１８】
洗浄および乾燥プロセスが、蒸留水によってアルミニウム集電体を洗浄した後に摂氏５０から５００度の温度で２から１５分の間実行される。乾燥が摂氏５０度未満の温度でまたは２分未満の間実行される場合、加水分解反応がアルミニウムの表面に生じ、および、アモルファス酸化被膜が形成される。乾燥が摂氏５００度を超える温度でまたは１５分より多くの間実行される場合、酸化反応が生じることになり、および、結晶酸化被膜が形成されることになる。
【００１９】
３Ｄパターン構造体が、フォトリソグラフィーを使用して形成される。
【００２０】
本発明はさらに、上記の方法によって製造されるアルミニウム集電体を備える電極およびこの電極を備える超大容量コンデンサを提供する。
【００２１】
本発明は、活性物質とのアルミニウム集電体の接触面積を効果的に増大することができるアルミニウム集電体の表面積を拡大する一方法および集電体を超大容量コンデンサに適用することによって有効静電容量を高めることができる超大容量コンデンサを製造する一方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施態様に従うフォトリソグラフィーを通して製造される３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体の写真である。
【図２Ａ】フォトレジストを使用したフォトリソグラフィーを通してアルミニウム集電体の表面上に１０μｍの間隔で１０μｍの寸法を有するパターンを配置することによって形成されるパターン構造体を示す写真である。
【図２Ｂ】フォトレジストを使用したフォトリソグラフィーを通してアルミニウム集電体の表面上に５０μｍの間隔で５０μｍの寸法を有するパターンを配置することによって形成されるパターン構造体を示す写真である。
【図２Ｃ】フォトレジストを使用したフォトリソグラフィーを通してアルミニウム集電体の表面上に５０μｍの間隔で１００μｍの寸法を有するパターンを配置することによって形成されるパターン構造体を示す写真である。
【図２Ｄ】フォトレジストを使用したフォトリソグラフィーを通してアルミニウム集電体の表面上に１０μｍの間隔で５０μｍの寸法を有するパターンを配置することによって形成されるパターン構造体を示す写真である。
【図３】フォトレジストが残される部分およびフォトレジストが取り除かれる部分を有するパターン構造体を示す写真である。
【図４】フォトレジストが取り除かれる部分だけでアルミニウムが選択的にエッチングされたあと形成されるアルミニウム集電体の写真である。
【図５】アルミニウム集電体の表面上に残される全てのフォトレジストがエッチングプロセスの後でリムーバを通して除去されるときに形成されるアルミニウム集電体の写真である。
【図６】本発明の実施態様に従って製造されるアルミニウム集電体が適用される超大容量コンデンサの投影図である。および
【図７】本発明の実施態様に従って製造されるアルミニウム集電体を使用した超大容量コンデンサの内部構造体を示す投影図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するために、１０から１００μｍの寸法を有し、かつ９９．００から９９．９９％の純度、ならびにＣｕ（４，０００ｐｐｍ以下）、Ｓｉ（２，０００ｐｐｍ以下）およびＦｅ（２，０００ｐｐｍ以下）を含む不純物を有するアルミニウムを含有するアルミニウム集電体の表面から（ａ）アセトン溶液、（ｂ）メタノール溶液および（ｃ）蒸留水を使用してアルミニウム集電体の表面を順に洗浄し、かつ窒素を使用してそれを乾燥させることによって有機材料が最初に取り除かれる。
【００２４】
次に、フォトレジストがアルミニウム集電体の表面上に均一に施着されて０．５から５０μｍのフォトレジスト箔を形成したあと、フォトレジスト箔内に含有される溶媒を蒸発させることによって摂氏５０から１５０度の温度で５から３０分の間フォトレジスト箔が乾燥され、フォトレジスト箔を固体に維持する。次いで、フォトレジストによってコーティングされたアルミニウム集電体上にマスクを設置し、かつマスク上へ紫外線を照射することによってフォトレジスト箔が選択的に露光され、そこにおいて、このマスクが、石英のような紫外線を透過することができる材料上に形成される１０から５００μｍの寸法および１０から５００μｍの間隔を有するクロムパターンを含むパターン構造体を有する。
【００２５】
その後で、フォトレジストの露光部または未露光部がアルミニウム集電体上に現像液（アルカリ溶液）を吹き付けることによって除去され、および、５から６０分の間摂氏５０から１５０度の温度で残りのフォトレジストを凝固させることによってパターン構造体が形成される。
【００２６】
上記のプロセスの前か後に、一次エッチング電解液が２０グラム／リットル以下のＡｌイオン、０．５から５Ｍの塩化水素酸および０．０１から２Ｍの硫酸を加えることによって準備される。
【００２７】
次に、パターン構造体がフォトレジストを使用して形成されるアルミニウム集電体が対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に設置され、および、摂氏１０から６０度の電解液温度、５から６０Ｈｚの交流電力の周波数および０．１から１０Ａ／ｃｍ２の交流電力の電流密度の条件の下で、１０から６０分の間、アルミニウム集電体をエッチングするために、交流電力がアルミニウム集電体に印加される。
【００２８】
エッチングされたアルミニウム集電体が蒸留水によって洗浄され、および全ての残りのフォトレジストがアセトンのようなリムーバを使用して取り除かれたあと、アルミニウム集電体が摂氏５０から５００度の温度で２から１５分の間乾燥される。上記のプロセスの前か後に、二次エッチング電解液が１０から３０グラム／リットルのＡｌイオン、１００から３００グラム／リットルのＣｌイオンおよび５から３０グラム／リットルのＳＯ４イオンを加えることによって準備される。
【００２９】
次に、一次エッチングにかけられたアルミニウム集電体が対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に設置され、および、摂氏３０から９０度の電解液温度、１０から９０Ｈｚの交流電力の周波数および０．１から１０Ａ／ｃｍ２の交流電力の電流密度の条件の下で、１０から６０分の間交流電力がアルミニウム集電体に印加されてアルミニウム集電体を二次的にエッチングする。二次的にエッチングされたアルミニウム集電体は蒸留水によって洗浄され、および摂氏５０から５００度の温度で２から１５分の間乾燥され、その結果、本発明が完了される。
【００３０】
以下に、本発明の実施例が詳述され、および、本発明が実施例に限られていない点に留意する必要がある。
【実施例１】
【００３１】
フォトレジストを使用して３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体を製造する方法
９９．９９％の純度および０．０３０ｍｍの厚さを有するアルミニウム箔が、（ａ）アセトン溶液、（ｂ）メタノール溶液および（ｃ）蒸留水によって順に洗浄されてそれから、乾燥される。
【００３２】
フォトレジストがアルミニウム集電体の表面上に均一に施着されて０．５μｍのフォトレジスト箔を形成したあと、フォトレジスト箔が摂氏８０度の温度で１５分の間乾燥され、および、フォトレジストが施着されるアルミニウム集電体上に、８０μｍの直径および７０μｍの間隔を有する円形のパターンを形成するマスクが設置される。次いで、フォトレジストを選択的に露光するために紫外線がアルミニウム集電体に照射される。
【００３３】
フォトレジストの未露光部が露光されたアルミニウム集電体に現像液を吹き付けることによって選択的に除去されたあと、残りのフォトレジストが摂氏１００度の温度で１５分の間完全に凝固されてアルミニウム集電体上にパターン構造体を形成する。
【００３４】
一次エッチング電解液が１５グラム／リットルのＡｌイオン、１Ｍの塩化水素酸および２Ｍの硫酸を加えることによって準備されたあと、フォトレジストによって形成されるパターン構造体を有するアルミニウム集電体が対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に設置され、および、交流電力がアルミニウム集電体に印加される。
【００３５】
アルミニウム集電体が５０Ｈｚの交流電力周波数および３Ａ／ｃｍ２の電流密度の下で摂氏４５度の温度を有する電解液の中で５０秒の間一次エッチングされた後、エッチングされたアルミニウム集電体が蒸留水によって洗浄され、および、集電体の表面上に残る全てのフォトレジストがアセトンによって除去されたあと、集電体が摂氏１５０度の温度で２分の間乾燥される。
【００３６】
１０グラム／リットルのＡｌイオン、１２０グラム／リットルのＣｌイオンおよび２０グラム／リットルのＳＯ４イオンを加えることによって二次エッチング電解液が準備されたあと、一次的にエッチングされたアルミニウム集電体が対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に設置され、および、交流電力がアルミニウム集電体に印加される。
【００３７】
アルミニウム集電体が、３０Ｈｚの交流電力周波数および１Ａ／ｃｍ２の電流密度の下で摂氏４５度の温度を有する電解液の中で４５秒の間二次的にエッチングされる。
【００３８】
二次的にエッチングされたアルミニウム集電体が、蒸留水によって洗浄され、かつ摂氏１２５度の温度で１０分の間乾燥される。
【００３９】
３Ｄパターン構造体を有する上記のアルミニウム集電体が、図１内に示される。
【実施例２】
【００４０】
３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体を使用して超大容量コンデンサを製造する方法
８０ｇの活性炭（２１００ｍ２／ｇの比表面積）、２０ｇのカーボンブラックおよび４ｇの結合剤が撹拌容器内に含有されたあと、それらが撹拌器を使用して３０分の間撹拌される。次いで、２００ｇの脱イオン水を加えた後に、混合物が２００分の間再び撹拌される。次いで、１００ｇの脱イオン水および４ｇの結合剤が加えられ、および、混合物が２００分の間追加的に撹拌されてスラリーを準備する。
【００４１】
０．６ｇ／ｃｍ３の密度を有するスラリーが、フォトレジストによって製造される３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体上にコーティングされて電極を製造する。
【００４２】
電極が摂氏７０度の温度で２０分の間一次的に乾燥されたあと、それが摂氏１００度の温度で２４０分の間二次的に乾燥される。
【００４３】
乾燥電極が、各々４．５ｃｍ×３．５ｃｍ（１５．７５ｃｍ２）の寸法を有する２枚のシートにスライスされる。次いで、電極シートの１枚、電解液紙および電極シートの残りの１枚が、順に積み重ねられる。その後、リードタップが形成され、および、積み重ねられた構造体の外側がアルミニウムパウチによって覆われる。
【００４４】
電解液（１ＭのＴＥＡＢＦ４／ＡＣＮ）がパウチ内に含有されたあと、パウチの内部が真空状態に保たれるように、パウチが封止され、それによって超大容量コンデンサを製造する。
【００４５】
［比較例］
８０ｇの活性炭（２１００ｍ２／ｇの比表面積）、２０ｇのカーボンブラックおよび４ｇの結合剤が撹拌容器内に含有されたあと、それらが撹拌器を使用して３０分の間撹拌される。次いで、２００ｇの脱イオン水が加えられたあと、混合物が２００分の間再び撹拌される。次いで、１００ｇの脱イオン水および４ｇの結合剤が加えられ、ならびに、混合物が２００分の間追加的に撹拌されてスラリーを準備する。
【００４６】
０．６ｇ／ｃｍ３の密度を有するスラリーが、市場から入手可能なＥＤＬＣに対してアルミニウム集電体上にコーティングされて電極を製造する。
【００４７】
電極が摂氏７０度の温度で２０分の間一次的に乾燥されたあと、それが摂氏１００度の温度で２４０分の間二次的に乾燥される。
【００４８】
乾燥電極が、各々４．５ｃｍ×３．５ｃｍ（１５．７５ｃｍ２）の寸法を有する２枚のシートにスライスされる。次いで、電極シートの１枚、電解液紙および電極シートの残りの１枚が、順に積み重ねられる。その後、リードタップが形成され、および、積み重ねられた構造体の外側がアルミニウムパウチによって覆われる。
【００４９】
電解液（１ＭのＴＥＡＢＦ４／ＡＣＮ）がパウチ内に含有されたあと、パウチの内部が真空状態に保たれるように、パウチが封止され、それによって超大容量コンデンサを製造する。
【００５０】
［評価］
実施例および比較例に従う超大容量コンデンサが１５．７５ｍＡの静的電流および２．７Ｖの静的電圧によって充電されたあと、それらが３０分の間維持されて、それから、１５．７５ｍＡの静的電流で放電される。
【００５１】
静電容量が上記の条件の下で測定され、および、結果が表１内に示される。
【００５２】
【表１】
【００５３】
表１で分かるように、本発明は超大容量コンデンサに適しているアルミニウム集電体を提供することができる。
【００５４】
本発明の好ましい一実施例が図示する目的のために記述されたとはいえ、当業者は、添付の請求の範囲にて開示したように、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、さまざまな変更、追加および置換が可能であるということを認識するであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体を製造する一方法であって、前記方法が、次のステップ、すなわち、
アルミニウム箔集電体を洗浄し、かつ窒素を使用して前記洗浄されたアルミニウム箔集電体を乾燥させるステップ（Ｓ１）と、
前記乾燥アルミニウム箔集電体の表面上にフォトレジストを施着し、かつ前記フォトレジストを乾燥させて前記フォトレジストを選択的に露光するステップ（Ｓ２）と、
前記露光されたアルミニウム集電体に現像液体を吹き付けることによって未露光のフォトレジストを選択的に取り除き、かつ前記アルミニウム集電体上にパターン構造体を形成するために残りのフォトレジストを完全に硬化するステップ（Ｓ３）と、
対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に前記パターン構造体を有する前記アルミニウム集電体を設置し、交流電力を前記アルミニウム集電体に印加し、かつ電解液の中で前記アルミニウム集電体を一次的にエッチングするステップ（Ｓ４）と、
前記エッチングされたアルミニウム集電体を乾燥させるステップ（Ｓ５）と、
対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に前記一次的にエッチングされかつ乾燥されたアルミニウム集電体を設置し、かつ前記アルミニウム集電体を二次的にエッチングするステップ（Ｓ６）と、
前記二次的にエッチングされたアルミニウム集電体を洗浄してかつ乾燥させるステップ（Ｓ７）と、を含む方法。
【請求項２】
ステップＳ１の前記アルミニウム集電体が９９．００から９９．９９％の純度および１０から１００μｍの厚さを有する、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
前記フォトレジストが、ステップＳ２において０．５から５０μｍの厚さを有する、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項４】
ステップＳ２の前記乾燥が、摂氏５０から１５０度の温度で５から３０分の間実行される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項５】
ステップＳ２の前記露光が前記フォトレジストによってコーティングされる前記アルミニウム集電体上にパターン構造体を有するマスクを設置し、かつ前記アルミニウム集電体に紫外線を照射することによって選択的に実行され、そこにおいて、マスクが透過材料上にクロムパターンを形成することによって準備される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項６】
前記マスクが、石英を含む紫外線を透過することができる材料を備える、ことを特徴とする請求項５の方法。
【請求項７】
前記マスクの前記パターン構造体が、１０から５００μｍの寸法および１０から５００μｍの間隔を有するパターンを含む、ことを特徴とする請求項５の方法。
【請求項８】
ステップＳ３の前記現像液が、中性の溶液以外の酸またはアルカリ溶液を含む、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項９】
ステップＳ３の前記硬化が摂氏５０から１５０度の温度で５から６０分の間実行される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１０】
ステップＳ４の前記交流電力が５から６０Ｈｚの周波数および０．１から１０Ａ／ｃｍ２の電流密度を有する、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１１】
ステップＳ４の前記電解液が２０グラム／リットルのＡｌイオン、０．５から５Ｍの塩化水素酸および０．０１から２Ｍの硫酸を含む、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１２】
ステップＳ４の前記一次エッチングが、摂氏１０から６０度の温度を有する前記電解液の中で１０から６０秒の間実行される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１３】
ステップＳ５の前記乾燥が、蒸留水によって前記エッチングされたアルミニウム集電体を洗浄し、かつ、アセトンを含むリムーバによって前記残余のフォトレジストを取り除いた後に、摂氏５０から５００度の温度で２から１５分の間実行される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１４】
ステップＳ６の前記二次エッチングが交流電力を前記アルミニウム集電体に印加することによって実行される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１５】
前記交流電力が１０から９０Ｈｚの周波数および０．１から１０Ａ／ｃｍ２の電気密度を有する、ことを特徴とする請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記二次エッチングが１０から３０グラム／リットルのＡｌイオン、１００から３００グラム／リットルのＣｌイオンおよび５から３０グラム／リットルのＳＯ４イオンを含むエッチング電解液の中で実行される、ことを特徴とする請求項１４の方法。
【請求項１７】
前記二次エッチングが摂氏３０から９０度の温度で１０から６０秒の間実行される、ことを特徴とする請求項１４の方法。
【請求項１８】
ステップＳ７の前記洗浄および乾燥が、蒸留水によって前記アルミニウム集電体を洗浄した後に摂氏５０から５００度の温度で２から１５分の間実行される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１９】
前記３Ｄパターン構造体が、フォトリソグラフィーを使用して形成される、ことを特徴とする請求項５の方法。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれか１つに記載の方法によって製造されるアルミニウム集電体を備えた電極。
【請求項２１】
請求項２０の電極を備えた超大容量コンデンサ。
【請求項１】
３Ｄパターン構造体を有するアルミニウム集電体を製造する一方法であって、前記方法が、次のステップ、すなわち、
アルミニウム箔集電体を洗浄し、かつ窒素を使用して前記洗浄されたアルミニウム箔集電体を乾燥させるステップ（Ｓ１）と、
前記乾燥アルミニウム箔集電体の表面上にフォトレジストを施着し、かつ前記フォトレジストを乾燥させて前記フォトレジストを選択的に露光するステップ（Ｓ２）と、
前記露光されたアルミニウム集電体に現像液体を吹き付けることによって未露光のフォトレジストを選択的に取り除き、かつ前記アルミニウム集電体上にパターン構造体を形成するために残りのフォトレジストを完全に硬化するステップ（Ｓ３）と、
対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に前記パターン構造体を有する前記アルミニウム集電体を設置し、交流電力を前記アルミニウム集電体に印加し、かつ電解液の中で前記アルミニウム集電体を一次的にエッチングするステップ（Ｓ４）と、
前記エッチングされたアルミニウム集電体を乾燥させるステップ（Ｓ５）と、
対向する極として機能する２枚のカーボンプレートの間に前記一次的にエッチングされかつ乾燥されたアルミニウム集電体を設置し、かつ前記アルミニウム集電体を二次的にエッチングするステップ（Ｓ６）と、
前記二次的にエッチングされたアルミニウム集電体を洗浄してかつ乾燥させるステップ（Ｓ７）と、を含む方法。
【請求項２】
ステップＳ１の前記アルミニウム集電体が９９．００から９９．９９％の純度および１０から１００μｍの厚さを有する、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
前記フォトレジストが、ステップＳ２において０．５から５０μｍの厚さを有する、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項４】
ステップＳ２の前記乾燥が、摂氏５０から１５０度の温度で５から３０分の間実行される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項５】
ステップＳ２の前記露光が前記フォトレジストによってコーティングされる前記アルミニウム集電体上にパターン構造体を有するマスクを設置し、かつ前記アルミニウム集電体に紫外線を照射することによって選択的に実行され、そこにおいて、マスクが透過材料上にクロムパターンを形成することによって準備される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項６】
前記マスクが、石英を含む紫外線を透過することができる材料を備える、ことを特徴とする請求項５の方法。
【請求項７】
前記マスクの前記パターン構造体が、１０から５００μｍの寸法および１０から５００μｍの間隔を有するパターンを含む、ことを特徴とする請求項５の方法。
【請求項８】
ステップＳ３の前記現像液が、中性の溶液以外の酸またはアルカリ溶液を含む、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項９】
ステップＳ３の前記硬化が摂氏５０から１５０度の温度で５から６０分の間実行される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１０】
ステップＳ４の前記交流電力が５から６０Ｈｚの周波数および０．１から１０Ａ／ｃｍ２の電流密度を有する、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１１】
ステップＳ４の前記電解液が２０グラム／リットルのＡｌイオン、０．５から５Ｍの塩化水素酸および０．０１から２Ｍの硫酸を含む、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１２】
ステップＳ４の前記一次エッチングが、摂氏１０から６０度の温度を有する前記電解液の中で１０から６０秒の間実行される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１３】
ステップＳ５の前記乾燥が、蒸留水によって前記エッチングされたアルミニウム集電体を洗浄し、かつ、アセトンを含むリムーバによって前記残余のフォトレジストを取り除いた後に、摂氏５０から５００度の温度で２から１５分の間実行される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１４】
ステップＳ６の前記二次エッチングが交流電力を前記アルミニウム集電体に印加することによって実行される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１５】
前記交流電力が１０から９０Ｈｚの周波数および０．１から１０Ａ／ｃｍ２の電気密度を有する、ことを特徴とする請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記二次エッチングが１０から３０グラム／リットルのＡｌイオン、１００から３００グラム／リットルのＣｌイオンおよび５から３０グラム／リットルのＳＯ４イオンを含むエッチング電解液の中で実行される、ことを特徴とする請求項１４の方法。
【請求項１７】
前記二次エッチングが摂氏３０から９０度の温度で１０から６０秒の間実行される、ことを特徴とする請求項１４の方法。
【請求項１８】
ステップＳ７の前記洗浄および乾燥が、蒸留水によって前記アルミニウム集電体を洗浄した後に摂氏５０から５００度の温度で２から１５分の間実行される、ことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１９】
前記３Ｄパターン構造体が、フォトリソグラフィーを使用して形成される、ことを特徴とする請求項５の方法。
【請求項２０】
請求項１ないし１９のいずれか１つに記載の方法によって製造されるアルミニウム集電体を備えた電極。
【請求項２１】
請求項２０の電極を備えた超大容量コンデンサ。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１８２４１５（Ｐ２０１２−１８２４１５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１５７７２（Ｐ２０１１−１１５７７２）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（５１１１２６１６５）コリア ジェイシーシー カンパニー，リミテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（５１１１２６１６５）コリア ジェイシーシー カンパニー，リミテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
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