KR101108855B1 - 전기 화학 커패시터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 화학 커패시터에 관한 것으로, 교대로 적층된 양극 및 음극, 상기 양극 및 음극사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 셀 전극 유닛; 상기 양극의 일측으로 연장되며 적층된 양극 단자들; 상기 양극 단자들과 분리되며, 상기 음그의 일측으로 연장되며 적층된 음극 단자들; 상기 셀 전극 유닛, 상기 양극 단자들 및 상기 음극 단자들을 수용하는 하우징; 및 상기 하우징의 내부에서 외부로 관통하도록 인서트 사출 성형되며, 상기 적층된 양극 단자들 및 상기 적층된 음극 단자들 중 적어도 어느 하나의 적층된 단자들과 전기적으로 접속되고, 상기 셀 전극 유닛을 상기 하우징 내부에 고정하는 인출단자 유닛;을 포함한 전기 화학 커패시터에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전기 화학 커패시터에 관한 것으로, 하우징에 인서트 사출 성형된 인출 단자 유닛을 구비한 전기 화학 커패시터에 관한 것이다.
전기화학적 에너지 저장장치는 전기화학적인 원리를 이용한 에너지 저장 시스템이다. 이와 같은 전기화학적 에너지 저장장치는 모든 휴대용 정보통신기기, 전자기기에 필수적으로 사용되는 완제품 기기의 핵심부품으로 사용되고 있다.
전기화학적 에너지 저장장치는 리튬 이차전지와 전기화학 커패시터를 포함할 수 있다. 여기서, 전기화학 커패시터는 리튬 이차전지에 비해 고용량 및 높은 출력 밀도를 가짐에 따라, 미래형 전기자동차 및 휴대용 전자장치등에 적용될 수 있는 신재생 에너지 분야의 고품질 에너지원으로써 확실하게 사용될 것이다.
전기 화학 커패시터는 권취(winding) 타입과 파우치(pouch) 타입으로 제조될 수 있는데, 파우치 타입의 전기 화학 커패시터는 권취 타입에 비해 작은 중량을 가지며 낮은 제조비용으로 제조될 수 있다.
파우치 타입의 전기 화학 커패시터의 제조 공정은 시트형태를 갖는 양극단자를 구비한 양극, 분리막 및 음극단자를 구비한 음극을 순차적으로 적층하여 셀 전극 유닛을 형성하는 적층공정, 양극 단자들과 음극 단자들을 각각 접합하여 단자유닛을 형성하는 접합공정, 및 셀 전극 유닛을 실링하는 실링공정을 포함할 수 있다.
여기서, 접합공정은 다수로 적층된 양극단자들 및 음극단자들을 각각 접합하는 공정으로, 초음파 융착법 및 레이저 멜팅법과 같은 융착공정에 의해서 수행될 수 있다. 이와 같이 형성된 단자유닛은 하나로 융착되므로, 전압 인가용 외부 단자와 용이하게 연결될 수 있다.
그러나, 융착공정에서 물리적인 힘에 의해 단자들이 찢어지거나 단자들의 융착 불량으로 인해 전기 화학 커패시터의 저항이 증가되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 전기 화학 커패시터에서 발생될 수 있는 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 구체적으로 하우징에 인서트 사출 성형된 인출 단자 유닛을 구비함으로써, 저항의 증가를 일으킬 수 있는 융착 공정을 수행하지 않고 적층된 단자들 각각과 인출 단자 유닛을 직접적으로 접합하는 전기 화학 커패시터를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 전기 화학 커패시터를 제공하는 것이다. 상기 전기 화학 커패시터는 교대로 적층된 양극 및 음극, 상기 양극 및 음극사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 셀 전극 유닛; 상기 양극의 일측으로 연장되며 적층된 양극 단자들; 상기 양극 단자들과 분리되며, 상기 음그의 일측으로 연장되며 적층된 음극 단자들; 상기 셀 전극 유닛, 상기 양극 단자들 및 상기 음극 단자들을 수용하는 하우징; 및 상기 하우징의 내부에서 외부로 관통하도록 인서트 사출 성형되며, 상기 적층된 양극 단자들 및 상기 적층된 음극 단자들 중 적어도 어느 하나의 적층된 단자들과 전기적으로 접속되고, 상기 셀 전극 유닛을 상기 하우징 내부에 고정하는 인출단자 유닛;을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 인출단자 유닛은 상기 하우징의 외측면에 배치된 외부 콘택부와, 상기 외부 콘택부에서 연장되며 상기 하우징에 인서트된 삽입부 및 상기 삽입부에서 연장되며 상기 적층된 단자들 각각과 접촉하는 내부 콘택부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 내부 콘택부는 상기 양극의 끝단부 또는 상기 음극의 끝단부와 마주하는 상기 적층된 단자들의 각 끝단부를 서로 전기적으로 연결할 수 있다.
또한, 상기 내부 콘택부는 상기 양극의 끝단부 또는 상기 음극의 끝단부와 연결되는 상기 적층된 단자들의 각 측단부를 서로 전기적으로 연결할 수 있다.
또한, 상기 단자들 각각은 서로 연결되며 관통된 삽입홀을 구비하며,
상기 내부 콘택부는 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 적층된 단자들을 서로 연결할 수 있다.
또한, 상기 외부 콘택부는 상기 하우징의 바닥면 및 상기 하우징의 측면 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있다.
또한, 상기 인출단자 유닛은 상기 내부 콘택부에서 연장되며 절곡되어 상기 셀 전극 유닛을 상기 하우징에 고정하는 고정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고정부는 상기 적층된 양극 단자들 중 최상단 또는 상기 적층된 음극 단자들 중 최상단을 덮도록 절곡될 수 있다.
또한, 상기 단자들은 상기 양극 또는 상기 음극과 수평하게 연장될 수 있다.
또한, 상기 적층된 단자들 각각의 사이에 개재된 보강부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 전기 화학 커패시터는 하우징의 내부에서 외부로 관통되도록 인서트 사출 성형된 인출 단자 유닛을 구비함에 따라, 단자들 각각과 인출 단자 유닛을 직접적으로 접촉시킬 수 있어, 별도의 융착 공정을 진행하지 않아도 되므로, 공정 불량 및 공정 수를 줄일 수 있다.
본 발명의 전기 화학 커패시터는 융착 공정을 진행하지 않아도 되므로, 별도의 얼라인 공정을 거치지 않고 하우징 내부에서 바로 양극, 세퍼레이터 및 음극의 적층 공정을 진행할 수 있어, 양산성을 높일 수 있다.
본 발명의 전기 화학 커패시터는 인출 단자 유닛을 통해 다수로 적층된 셀 전극 유닛을 하우징에 고정할 수 있으므로, 외부 충격에 의한 내구성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기 화학 커패시터의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기 화학 커패시터의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기 화학 커패시터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기 화학 커패시터의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 전기 화학 커패시터의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기 화학 커패시터의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 전기 화학 커패시터의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기 화학 커패시터의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기 화학 커패시터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기 화학 커패시터의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 전기 화학 커패시터의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기 화학 커패시터의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 전기 화학 커패시터의 단면도이다.
본 발명의 실시예들은 전기 화학 커패시터의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다.
따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기 화학 커패시터의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기 화학 커패시터의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기 화학 커패시터(100)는 셀 전극 유닛(110), 단자(120)들, 하우징(130) 및 인출단자 유닛(140)을 포함할 수 있다.
셀 전극 유닛(110)은 사이에 세퍼레이터(111)를 두고 교대로 적층된 양극(112) 및 음극(113), 양극(112) 및 음극(113)을 포함할 수 있다.
여기서, 양극(112)은 양극 집전체(112a)와 양극 집전체(112a)의 양면에 도포된 양극 활물질층(112b)을 포함할 수 있다. 여기서, 양극 집전체(112a)는 금속, 예컨대 알루미늄로 이루어질 수 있다. 양극 집전체(112a)는 이온의 이동을 위해 다수의 관통홀을 구비할 수 있다. 또한, 양극 활물질층(112b)은 활성탄을 포함할 수 있다.
또한, 음극(113)은 음극 집전체(113a)와 음극 집전체(113a)의 양면에 도포된 음극 활물질층(113b)을 포함할 수 있다. 여기서, 음극 집전체(113a)는 금속, 예컨대 구리 및 니켈 중 적어도 어느 하나로 이루어질 수 있다. 음극 집전체(113a)는 이온의 이동을 위해 다수의 관통홀을 구비할 수 있다. 또한, 음극 활물질층(113b)은 활성탄 및 흑연 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 세퍼레이터(111)는 전해액이나 활물질에 대해 내구성을 갖는 절연재질로 이루어질 수 있다. 또한, 세퍼레이터(111)는 이온의 이동을 위해 다공성을 가질 수 있다. 세퍼레이터(111)를 형성하는 재질의 예로서는 셀룰로오스, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌등일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 양극(112) 및 음극(113)을 구성하는 재질 및 형태는 전기 화학 캐패시터의 종류에 따라 다양하게 변경될 수 있는 것으로, 본 발명의 실시예에서 양극 및 음극을 구성하는 재질 및 형태를 한정하는 것은 아니다.
또한, 셀 전극 유닛(110)은 설명의 편의상 3층의 양극과 3층의 음극을 구비하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전기 화학 커패시터(100)에서 요구되는 커패시터의 특성에 따라 양극(112) 및 음극(113)의 적층 수는 변경될 수 있다.
단자(120)들은 양극(112) 및 음극(113) 각각의 일측으로 연장되며 적층될 수 있다. 여기서, 단자(120)들은 적층된 양극(112)들의 각 양극 집전체(112a)로부터 연장된 양극 단자(120a)와 적층된 음극(113)들의 각 음극 집전체(113a)로부터 연장된 음극 단자(120b)를 포함할 수 있다.
양극 단자(120a)들과 음극 단자(120b)들은 서로 분리되며 셀 전극 유닛(110)에 연결되어 있을 수 있다. 예를 들면, 양극 단자(120a)들과 음극 단자(120b)들은 셀 전극 유닛(110)의 양단에 각각 배치될 수 있다. 여기서, 양극 단자(120a)는 양극(112)과 수평하게 연장될 수 있다. 이에 따라, 양극 단자(120a)들은 수직하게 서로 이격되며 적층되어 있을 수 있다. 즉, 적층된 양극 단자(120a)들은 서로 분리되어 있을 수 있다. 이와 함께, 음극 단자(120b)들은 음극(113)과 수평하게 연장될 수 있다. 이에 따라, 음극 단자(120b)들은 수직하게 서로 이격되며 적층되어 있을 수 있다. 즉, 적층된 음극 단자(120b)들은 서로 분리되어 있을 수 있다.
하우징(130)은 셀 전극 유닛(110)과 단자(120)들을 수용한다. 이에 더하여, 셀 전극 유닛(110)을 포함한 하우징(130) 내부에 전해액이 충진되어 있을 수 있다. 이때, 전해액은 세퍼레이터(111), 양극(112) 및 음극(113)의 내부에 함침되어 있을 수 있다. 여기서, 전해액은 이온을 이동시킬 수 있는 매질의 역할을 하는 것으로, 고전압에서 전기분해를 일으키지 않아 이온을 안정하게 존재할 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 여기서, 전해액은 전해질 및 용매를 포함할 수 있다. 전해질은 염의 상태로, 예컨대 리튬염 또는 암모늄염등일 수 있다, 용매의 예로서는 프로필렌카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸렌카보네이트, 술포란, 아세토니트릴, 디메톡시에탄 및 테트라하이드로푸란등일 수 있다. 여기서, 용매는 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서, 전해액의 재질에 대해서 한정하는 것은 아니다.
하우징(130)은 사출 성형이 가능한 수지, 예컨대 에폭시계 수지, 액정 폴리머, 아미드계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 및 페놀계 수지등일 수 있다. 여기서, 하우징(130)은 단일 수지 또는 둘 이상의 수지를 혼합하여 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서, 하우징(130)의 재질에 대해서 한정하는 것은 아니다.
인출단자 유닛(140)은 하우징(130)의 내부에서 외부로 관통하도록 인서트 사출 성형되어 있다. 즉, 인출단자 유닛(140)과 하우징(130)은 일체로 성형되어 있을 수 있다. 여기서, 인출단자 유닛(140)은 셀 전극 유닛(110)의 단자(120)들과 외부전원을 서로 전기적으로 연결시켜 주는 역할을 할 수 있다. 이와 동시에, 인출단자 유닛(140)은 셀 전극 유닛(110)을 하우징(130)에 고정시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 인출단자 유닛(140)은 하우징(130)에 셀 전극 유닛(110)을 형성하기 위한 적층공정에서 가이드의 역할을 할 수 있다. 즉, 양극(112), 세퍼레이터(111) 및 음극(113)은 별도의 얼라인 공정없이 하우징 내부에 구비된 인출단자 유닛(140)을 따라서 순차적으로 적층될 수 있다.
인출단자 유닛(140)은 양극 단자(120a)와 연결된 제 1 인출단자 유닛(140a)과 음극 단자(120b)와 연결된 제 2 인출단자 유닛(140b)을 포함할 수 있다. 여기서, 양극 단자(120a)와 음극 단자(120b)가 하우징(130)의 좌측 및 우측에 각각 서로 대향하도록 배치될 경우, 제 1 인출단자 유닛(140a)과 제 2 인출단자 유닛(140b)은 하우징(130)의 좌측 및 우측에 각각 배치될 수 있다..
여기서, 제 1 인출단자 유닛(140a)은 일체로 연결된 제 1 외부 콘택부(141a), 제 1 삽입부(142a) 및 제 1 내부 콘택부(143a)를 포함할 수 있다.
제 1 외부 콘택부(141a)는 외부 전원과 접속되기 위한 단자의 역할을 하므로, 제 1 외부 콘택부(141a)는 하우징(130)의 외측에 배치될 수 있다. 여기서, 제 1 외부 콘택부(141a)는 하우징(130)의 바닥면과 바닥면에서 절곡되어 하우징(130) 측면의 일부 영역내에 배치될 수 있다. 그러나, 제 1 외부 콘택부(141a)의 위치를 한정하는 것은 아니며, 예컨대, 제 1 외부 콘택부(141a)는 하우징(130)의 바닥면의 일부 또는 하우징(130) 측면의 일부 영역내에 배치될 수 있다.
제 1 삽입부(142a)는 제 1 외부 콘택부(141a)로부터 하우징(130)의 바닥면에서 상측으로 관통하도록 연장됨으로써, 하우징(130)을 이루는 몸체에 인서트된다. 이에 따라, 제 1 인출단자 유닛(140a)은 하우징(130)에 결합되어 있을 수 있다.
제 1 내부 콘택부(143a)는 제 1 삽입부(142a)로부터 상측으로 연장되며 양극 단자(120a)들과 접촉될 수 있다. 여기서, 양극 단자들 각 끝단부들은 제 1 내부 콘택부(143a)를 따라 적층되어 있을 수 있다. 이때, 양극 단자(120a)의 끝단부는 양극(112) 끝단부와 마주할 수 있다. 이에 따라, 제 1 내부 콘택부(143a)는 적층된 양극 단자(120a)들과 전기적으로 접촉될 수 있다. 즉, 제 1 외부 콘택부(141a)와 일체로 연결된 제 1 내부 콘택부(143a)는 융착되지 않고 서로 분리되며 적층된 양극 단자(120a)들과 접합될 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 전기화학 캐패시터는 외부 전원의 단자와 접속되기 위해 융착 공정을 통해 양극 단자(120a)들을 서로 접합할 필요가 없다.
또한, 양극(112)들은 제 1 내부 콘택부(143a)를 가이드로 하여 적층될 수 있어, 별도의 얼라인 공정 없이 순차적으로 규칙하게 적층될 수 있다.
제 1 인출단자 유닛(140a)은 셀 전극 유닛(110)의 적어도 일측으로의 유동을 제한할 수 있다. 즉, 제 1 인출단자 유닛(140a)은 하우징(130) 내부에서 셀 전극 유닛(110)을 고정할 수 있다.
그러나, 제 1 인출단자 유닛(140a)은 셀 전극 유닛(110)의 상하의 유동을 제한할 수 없다. 이에 따라, 제 1 인출단자 유닛(140a)은 제 1 고정부(144a)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 고정부(144a)는 제 1 내부 콘택부(143a)와 수평하게 연장되어 있을 수 있다. 이때, 하우징(130)에 양극(112), 세퍼레이터(111), 음극(113)을 순차적으로 적층하여 셀 전극 유닛(110)을 형성한 후, 제 1 고정부(144a)는 셀 전극 유닛(110)의 상면을 덮도록 절곡될 수 있다. 이때, 제 1 고정부(144a)는 셀 전극 유닛(110)의 상면, 즉 최상측에 배치된 양극 단자(120a)를 덮도록 절곡되어, 제 1 고정부(144a)는 하우징(130) 내부에 셀 전극 유닛(110)을 고정할 수 있다. 즉, 제 1 고정부(144a)는 하우징(130)에서 셀 전극 유닛(110)의 유동을 더욱 견고하게 방지할 수 있다.
이에 따라, 하우징(130)에 인서트 사출 성형된 제 1 인출단자 유닛(140a)은 적층된 양극 단자(120a)들을 서로 전기적으로 연결되어 외부와 전기적으로 접속시킬 수 있으며, 셀 전극 유닛(110)을 하우징(130)에 고정시킬 수 있다.
제 2 인출단자 유닛(140b)은 적층된 음극 단자(120b)들을 서로 전기적으로 접속시키는 것을 제외하고, 앞서 설명한 제 1 인출단자 유닛(140a)과 동일한 기술적 구성을 구비할 수 있다. 즉, 제 2 인출단자 유닛(140b)은 제 1 인출단자 유닛(140a)의 제 1 외부 콘택부(141a), 제 1 삽입부(142a), 제 1 내부 콘택부(143a) 및 제 1 고정부(144a)와 각각 대응된 제 2 인출단자 유닛(140b)의 제 2 외부 콘택부(141b), 제 2 삽입부(142b), 제 2 내부 콘택부(143b) 및 제 2 고정부(144b)를 구비할 수 있다. 이에 따라, 제 2 인출단자 유닛(140b)에 대한 설명에서 제 1 인출단자 유닛(140a)과 동일한 기술에 대해서는 생략하여 설명하기로 하며, 제 1 인출단자 유닛(140a)과 차별된 기술에 대해서만 설명하기로 한다.
제 2 인출단자 유닛(140b)은 일체로 연결된 제 2 외부 콘택부(141b), 제 2 삽입부(142b), 제 2 내부 콘택부(143b) 및 제 2 고정부(144b)를 포함할 수 있다. 여기서, 음극(113)의 끝단부와 마주하는 음극 단자(120b)들의 끝단부들은 제 2 내부 콘택부(143b)를 따라 적층될 수 있다. 즉, 제 2 내부 콘택부(143b)는 음극 단자(120b)들 각각과 전기적으로 연결될 수 있다. 제 2 외부 콘택부(141b)와 일체로 연결된 제 2 내부 콘택부(143b)는 융착되지 않고 서로 분리되며 적층된 음극 단자(120b)들과 접합될 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 전기화학 캐패시터는 외부 전원의 단자와 접속되기 위해 융착 공정을 통해 음극 단자(120b)들을 서로 접합할 필요가 없다.
제 2 고정부(144b)는 제 2 내부 콘택부(143b)에서 연장되며 셀 전극 유닛(110)의 상면을 덮도록 절곡되어 있다. 이때, 제 2 고정부(144b)는 셀 전극 유닛(110)의 상면, 즉 최상측에 배치된 음극 단자(120b)를 덮도록 배치되어, 제 2 고정부(144b)는 제 1 고정부(144a)와 함께 하우징(130) 내부에 셀 전극 유닛(110)을 고정할 수 있다.
이에 따라, 하우징(130)에 인서트 사출 성형된 제 2 인출단자 유닛(140b)은 적층된 음극 단자(120b)들을 서로 전기적으로 연결되어 외부와 전기적으로 접속시킬 수 있으며, 셀 전극 유닛(110)을 하우징(130)에 고정시킬 수 있다.
이에 더하여, 하우징(130)은 제 2 인출단자 유닛(140b)의 하부의 단차를 보상하기 위하여 하우징(130)의 우측 바닥면의 일부 영역에서 돌출된 돌출부(131)를 더 구비할 수 있다. 여기서, 돌출부(131)의 위치는 셀 전극 유닛(110)의 적층 순서에 따라 변경되는 것으로, 음극(113)이 하우징(130)의 바닥면에 먼저 배치될 경우, 돌출부(131)는 제 1 인출단자 유닛(140a)의 하부의 단차를 보상하기 위해 하우징(130)의 좌측 바닥면의 일부 영역상에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 인출 단자 유닛은 제 1 및 제 2 인출단자 유닛(140a, 140b)을 구비하는 것으로 설명하였으나. 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 인출 단자 유닛은 양극 단자(120a)들 및 음극 단자(120b)들 중 어느 하나와 연결될 수 있다. 즉, 인출 단자 유닛은 전기 화학 커패시터(100)에 한개만 구비될 수도 있다.
이에 더하여, 도면에는 도시되지 않았으나, 하우징(130)의 개구면을 덮는 커버부재가 더 배치될 수 있다. 이에 따라, 하우징(130) 내부에 배치된 셀 전극 유닛(110)은 외부로부터 밀봉될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서와 같이, 전기 화학 커패시터는 하우징에 인서트 사출 성형된 인출 단자 유닛을 이용하여, 서로 분리되며 적층된 단자들을 서로 전기적으로 접속시킬 수 있어, 별도의 융착 공정을 진행하지 않아도 되므로, 공정 불량 및 공정 수를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 전기 화학 커패시터는 융착 공정을 진행하지 않아도 되므로, 별도의 얼라인 공정을 거치지 않고 하우징 내부에서 바로 양극, 세퍼레이터 및 음극의 적층 공정을 진행할 수 있어, 양산성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 전기 화학 커패시터는 인출 단자 유닛을 통해 다수로 적층된 셀 전극 유닛을 하우징에 고정할 수 있으므로, 외부 충격에 의한 내구성을 확보할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기 화학 커패시터의 단면도이다. 여기서, 보강부재를 더 구비하는 것을 제외하고 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 전기 화학 커패시터와 동일한 기술적 구성을 구비할 수 있으므로, 제 1 실시예와 반복된 설명은 생략하여 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기 화학 커패시터(100)는 적층된 양극(112), 음극(113) 및 세퍼레이터(111)를 구비한 셀 전극 유닛(110), 셀 전극 유닛(110)의 양측에 각각 배치되며 양극(112)과 음극(113)에 각각 연결된 단자(120)들, 셀 전극 유닛(110)과 단자(120)들을 수용하는 하우징(130) 및 하우징(130)의 내부에서 외부로 관통하도록 인서트 사출 성형되며, 단자(120)들 각각과 전기적으로 접속되고 셀 전극 유닛(110)을 하우징 내부에 고정하는 인출단자 유닛(140)을 포함할 수 있다.
여기서, 단자(120)들은 적층된 양극 단자(120a)들과 적층된 음극 단자(120b)들을 포함할 수 있다. 이때, 적층된 양극 단자(120a)들은 양극(112)의 양극 집전체(112a)와 수평하게 연장될 수 있다. 이에 따라, 적층된 양극 단자(120a)들은 적어도 2개의 세퍼레이터, 음극 및 적어도 2개의 양극 활물질층의 두께의 합만큼 서로 이격될 수 있다. 즉, 적층된 양극 단자(120a)들은 서로 이격공간을 가질 수 있다.
이에 따라, 하우징(130)에 셀 전극 유닛(110)을 모두 수용한 후, 제 1 인출단자 유닛의 제 1 고정부(144a)가 최상단의 양극 단자(120a)를 덮도록 절곡시킬 경우, 제 1 고정부(144a)를 절곡시키기 위해 인가된 하중에 의해 적층된 양극 단자(120a)들이 하부로 절곡되거나 끊어질 수 있다. 이때, 적층된 음극 단자(120b)들도 서로 이격되어 있을 수 있어, 제 2 고정부(144b)를 절곡할 경우, 적층된 음극 단자(120b)들이 하부로 절곡되거나 끊어질 수 있다.
이에 따라, 적층된 양극 단자(120a)들 사이와 적층된 음극 단자(120b)들 사이에 각각 보강부재(150)가 개재될 수 있다. 이때, 보강부재(150)는 제 1 및 제 2 고정부(144a, 144b)를 절곡시킬 경우 인가된 하중에 의해 적층된 양극 단자(120a)들과 적층된 음극 단자(120b)들이 하부로 휘는 것을 방지할 수 있다.
보강부재(150)는 탄성을 갖는 수지 또는 세퍼레이터와 동일한 재질로 형성할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서 보강부재(150)의 재질에 대해서 한정하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 실시예에서와 같이, 적층된 단자들 사이에 각각 보강부재를 개재하여 인출단자 유닛을 절곡하는 과정에서 단자들이 하부로 휘거나 끊어지는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기 화학 커패시터의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 전기 화학 커패시터의 단면도이다.
여기서, 인출단자 유닛의 형태를 제외하고 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 전기 화학 커패시터와 동일한 기술적 구성을 구비할 수 있으므로, 제 1 실시예와 반복된 설명은 생략하여 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기 화학 커패시터(100)는 적층된 양극(112), 음극(113) 및 세퍼레이터(111)를 구비한 셀 전극 유닛(110), 셀 전극 유닛(110)의 양측에 각각 배치되며 양극(112)과 음극(113)에 각각 연결된 단자(120)들, 셀 전극 유닛(110)과 단자(120)들을 수용하는 하우징(130) 및 하우징(130)의 내부에서 외부로 관통하도록 인서트 사출 성형되며, 단자(120)들 각각과 전기적으로 접속되고 셀 전극 유닛(110)을 하우징(130) 내부에 고정하는 인출단자 유닛(140)을 포함할 수 있다.
여기서, 인출단자 유닛(140)은 양극 단자(120a)와 연결된 제 1 인출단자 유닛(140a)과 음극 단자(120b)와 연결된 제 2 인출단자 유닛(140b)을 포함할 수 있다. 여기서, 양극 단자(120a)와 음극 단자(120b)가 하우징(130)의 좌측 및 우측에 각각 서로 대향하도록 배치될 경우, 제 1 인출단자 유닛(140a)과 제 2 인출단자 유닛(140b)은 하우징(130)의 상측 및 하측에 각각 배치될 수 있다.
여기서, 제 1 인출단자 유닛(140a)은 일체로 연결된 제 1 외부 콘택부(141a), 제 1 삽입부(142a), 제 1 내부 콘택부(143a) 및 제 1 고정부(144a)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 내부 콘택부(143a)는 적층된 양극 단자(120a)의 측단부를 따라 형성될 수 있다. 여기서, 양극 단자(120a)의 측단부는 양극의 끝단부에서 외측으로 절곡되어 형성될 수 있다. 즉, 양극 단자(120a)의 측단부는 양극(112)의 끝단부와 연결되어 있다.
또한, 제 2 인출단자 유닛(140b)은 일체로 연결된 제 2 외부 콘택부(141b), 제 2 삽입부(142b), 제 2 내부 콘택부(143b) 및 제 2 고정부(144b)를 포함할 수 있다. 이때, 제 2 내부 콘택부(143b)는 적층된 음극 단자(120b)의 측단부를 따라 형성될 수 있다. 여기서, 음극 단자(120b)의 측단부는 음극(113)의 끝단부에서 외측으로 절곡되어 형성될 수 있다. 즉, 음극 단자(120b)의 측단부는 음극(113)의 끝단부와 연결되어 있다.
이에 더하여, 도면에는 도시되지 않았으나, 적층된 양극 단자(120a)들 사이 및 적층된 음극 단자(120b)들 사이에 각각 보강부재(150)가 더 구비되어, 제 1 및 제 2 고정부(144a, 144b)의 절곡으로 인한 하중에 의해 양극 단자(120a) 및 음극 단자(120b)들이 하부로 절곡되거나 끊어지는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서와 같이, 전기 화학 커패시터는 하우징에 인서트 사출 성형된 인출 단자 유닛을 이용하여, 서로 분리되며 적층된 단자들의 각 측단부들을 서로 전기적으로 접속시킬 수 있어, 별도의 융착 공정을 진행하지 않아도 되므로, 공정 불량 및 공정 수를 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기 화학 커패시터의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 전기 화학 커패시터의 단면도이다.
여기서, 단자들의 형태를 제외하고 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 전기 화학 커패시터와 동일한 기술적 구성을 구비할 수 있으므로, 제 1 실시예와 반복된 설명은 생략하여 설명하기로 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전기 화학 커패시터(100)는 적층된 양극(112), 음극(113) 및 세퍼레이터(111)를 구비한 셀 전극 유닛(110), 셀 전극 유닛(110)의 양측에 각각 배치되며 양극(112)과 음극(113)에 각각 연결된 단자(120)들, 셀 전극 유닛(110)과 단자(120)들을 수용하는 하우징(130) 및 하우징(130)의 내부에서 외부로 관통하도록 인서트 사출 성형되며, 단자(120)들 각각과 전기적으로 접속되고 셀 전극 유닛(110)을 하우징(130) 내부에 고정하는 인출단자 유닛(140)을 포함할 수 있다.
인출단자 유닛(140)은 양극 단자(120a)들 및 음극 단자(120b)들과 각각 전기적으로 연결된 제 1 및 제 2 인출단자 유닛(140a, 140b)을 포함할 수 있다.
적층된 단자(120)들은 양극 단자(120a)들 및 음극 단자(120b)들을 포함할 수 있다. 여기서, 적층된 양극 단자(120a)들 각각은 서로 연결되며 관통된 양극 삽입홀(121a)을 구비할 수 있다. 이때, 제 1 인출단자 유닛(140a)의 제 1 내부 콘택부(143a)가 양극 삽입홀(121a)에 접촉되며 삽입되어, 제 1 인출단자 유닛(140a)과 적층된 양극 단자(120a)들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 적층된 음극 단자(120b)들 각각은 서로 연결되며 관통된 음극 삽입홀(121b)을 구비할 수 있다. 음극 삽입홀(121b)에 제 2 인출단지 유닛(140b)의 제 2 내부 콘택부(143b)가 접촉되며 삽입되어, 제 2 인출단자 유닛(140b)과 적층된 음극 단자(120b)들은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 셀 전극 유닛(110)을 형성하기 위해, 세퍼레이터(111)를 사이에 두고 양극(112)과 음극(113)을 순차적으로 적층할 경우, 양극 삽입홀(121a) 및 음극 삽입홀(121b)을 각각 제 1 및 제 2 내부 콘택부(143a, 143b)에 삽입시키며 양극(112) 및 음극(113)이 순차적으로 적층될 수 있다. 이에 따라, 양극(112) 및 음극(113)은 별도의 얼라인 공정을 거치지 않더라도 용이하게 적층 공정을 수행할 수 있다.
또한, 양극 삽입홀(121a) 및 음극 삽입홀(121b)에 제 1 및 제 2 내부 콘택부(143a, 143b)가 각각 삽입되어 있으므로, 양극(112) 및 음극(113)은 제 1 및 제 2 인출단자 유닛(140a, 140b)에 의해 하우징(130)에 더욱 효과적으로 고정될 수 있다.
이에 더하여, 도면에는 도시되지 않았으나, 적층된 양극 단자(120a)들 사이 및 적층된 음극 단자(120b)들 사이에 각각 보강부재(150)가 더 구비되어, 제 1 및 제 2 고정부(144a, 144b)의 절곡으로 인한 하중에 의해 양극 단자(120a)들 및 음극 단자(120b)들이 하부로 절곡되거나 끊어지는 것을 방지할 수 있다.
100 : 전기 화학 커패시터 110 : 셀 전극 유닛
111 : 세퍼레이터 112 : 양극
113 : 음극 120 : 단자
130 : 하우징 140 : 인출단자 유닛
150 : 보강부재
111 : 세퍼레이터 112 : 양극
113 : 음극 120 : 단자
130 : 하우징 140 : 인출단자 유닛
150 : 보강부재
Claims (10)
- 교대로 적층된 양극 및 음극, 상기 양극 및 음극사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 셀 전극 유닛;
상기 양극의 일측으로 연장되며 적층된 양극 단자들;
상기 양극 단자들과 분리되며, 상기 음극의 일측으로 연장되며 적층된 음극 단자들;
상기 셀 전극 유닛, 상기 양극 단자들 및 상기 음극 단자들을 수용하는 하우징; 및
상기 하우징의 내부에서 외부로 관통하도록 인서트 사출 성형되며, 상기 적층된 양극 단자들 및 상기 적층된 음극 단자들 중 적어도 어느 하나의 적층된 단자들과 전기적으로 접속되고, 상기 셀 전극 유닛을 상기 하우징 내부에 고정하는 인출단자 유닛;
을 포함하는 전기 화학 커패시터에 있어서,
상기 단자들은 상기 양극 또는 상기 음극과 수평하게 연장된 전기 화학 커패시터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 인출단자 유닛은 상기 하우징의 외측면에 배치된 외부 콘택부와, 상기 외부 콘택부에서 연장되며 상기 하우징에 인서트된 삽입부 및 상기 삽입부에서 연장되며 상기 적층된 단자들 각각과 접촉하는 내부 콘택부를 포함하는 전기 화학 커패시터.
- 제 2 항에 있어서,
상기 내부 콘택부는 상기 양극의 끝단부 또는 상기 음극의 끝단부와 마주하는 상기 적층된 단자들의 각 끝단부를 서로 전기적으로 연결하는 전기 화학 커패시터.
- 제 2 항에 있어서,
상기 내부 콘택부는 상기 양극의 끝단부 또는 상기 음극의 끝단부와 연결되는 상기 적층된 단자들의 각 측단부를 서로 전기적으로 연결하는 전기 화학 커패시터.
- 제 2 항에 있어서,
상기 단자들 각각은 서로 연결되며 관통된 삽입홀을 구비하며,
상기 내부 콘택부는 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 적층된 단자들을 서로 연결하는 전기 화학 커패시터.
- 제 2 항에 있어서,
상기 외부 콘택부는 상기 하우징의 바닥면 및 상기 하우징의 측면 중 적어도 어느 하나에 배치되는 전기 화학 커패시터.
- 제 2 항에 있어서,
상기 인출단자 유닛은 상기 내부 콘택부에서 연장되며 절곡되어 상기 셀 전극 유닛을 상기 하우징에 고정하는 고정부를 더 포함하는 전기 화학 커패시터.
- 제 7 항에 있어서,
상기 고정부는 상기 적층된 양극 단자들 중 최상단 또는 상기 적층된 음극 단자들 중 최상단을 덮도록 절곡된 전기 화학 커패시터.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 적층된 단자들 각각의 사이에 개재된 보강부재를 더 포함하는 전기 화학 커패시터.
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