KR102028677B1 - Multilayer lithium-ion capacitor comprising graphene electrode - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그래핀 전극을 적용한 적층형 리튬 이온 커패시터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 적층형 리튬 이온 커패시터는 음극이 적어도 일면에 형성되고, 일측으로 돌출되게 음극 단자부가 형성되며 리튬 이온이 프리도핑되는 플레트형 음극 집전체를 갖는 복수의 음극 전극부; 리튬 이온의 흡탈착을 유도하는 양극 활물질로 환원 그래핀 분말을 포함하는 그래핀 전극인 양극이 적어도 일면에 형성되고, 일측으로 돌출되게 양극 단자부가 형성된 플레이트형 양극 집전체를 갖는 복수의 양극 전극부; 및 교대로 적층된 음극 전극부와 양극 전극부 사이에 각각 개재된 복수의 세퍼레이터;를 포함한다.The present invention relates to a stacked lithium ion capacitor using a graphene electrode. The stacked lithium ion capacitor according to the present invention includes a plurality of cathode electrode parts having a plate-shaped negative electrode current collector on which a cathode is formed on at least one surface, a cathode terminal portion is formed to protrude to one side, and a lithium ion is pre-doped; A plurality of positive electrode parts including a plate-shaped positive electrode current collector including a positive electrode, which is a graphene electrode including reduced graphene powder, formed on at least one surface and protruding toward one side as a positive electrode active material that induces adsorption and desorption of lithium ions. ; And a plurality of separators interposed between the cathode electrode portions and the anode electrode portions that are alternately stacked.

Description

그래핀 전극을 적용한 적층형 리튬 이온 커패시터{Multilayer lithium-ion capacitor comprising graphene electrode}Multilayer lithium-ion capacitor comprising graphene electrode

본 발명은 슈퍼 커패시터(super capacitor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그래핀 전극을 적용한 적층형 리튬 이온 커패시터(LIC; lithium ion capacitor)에 관한 것이다.The present invention relates to a super capacitor, and more particularly, to a stacked lithium ion capacitor (LIC) using a graphene electrode.

각종 휴대용 전자기기를 비롯하여 전기자동차 등은 전원 공급 장치가 요구되는 시스템이나, 순간적으로 발생하는 과부하를 조절 또는 공급하는 시스템을 위한 전기에너지 저장장치도 요구되고 있으며, 이러한 전기에너지 저장장치로 Ni-MH 전지, Ni-Cd 전지, 납축전지 및 리튬이차전지와 같은 이차전지와, 높은 출력 밀도를 가지면서 충방전 수명이 무제한에 가까운 슈퍼 커패시터(super capacitor), 알루미늄 전해 커패시터 및 세라믹 커패시터 등이 있다.Electric vehicles such as various portable electronic devices require electric energy storage devices for systems that require a power supply device, or systems for regulating or supplying an overload occurring instantaneously. Such electric energy storage devices include Ni-MH. Secondary batteries such as batteries, Ni-Cd batteries, lead acid batteries, and lithium secondary batteries, and supercapacitors, aluminum electrolytic capacitors, and ceramic capacitors having high output densities and almost unlimited charge / discharge lifetimes are included.

특히 슈퍼 커패시터는 전기이중층 커패시터(EDLC; Electric Double Layer Capacitor), 유사 커패시터(pseudo capacitor), 리튬 이온 커패시터(LIC; lithium ion capacitor)와 같은 하이브리드 커패시터(hybrid capacitor) 등이 있다.In particular, the supercapacitor includes an electric double layer capacitor (EDLC), a pseudo capacitor, and a hybrid capacitor such as a lithium ion capacitor (LIC).

여기서 전기이중층 커패시터는 서로 다른 상의 계면에 형성된 전기이중층에서 발생하는 정전하현상을 이용한 커패시터로서, 에너지 저장 메커니즘이 산화 및 환원과정에 의존하는 배터리에 비하여 충방전 속도가 빠르고 충방전 효율이 높으며 사이클 특성이 월등하여 백업 전원에 광범위하게 사용되며, 향후 전기자동차의 보조전원으로서의 가능성도 무한하다.Here, the electric double layer capacitor is a capacitor using the electrostatic charge phenomenon generated in the electric double layer formed at the interface of the different phases, and has a faster charge / discharge rate, higher charge / discharge efficiency, and cycle characteristics than a battery whose energy storage mechanism relies on oxidation and reduction processes. This superiority is widely used for backup power, and the potential as an auxiliary power source for electric vehicles in the future is infinite.

유사 커패시터는 는 전극과 전기화학 산화물 반응물의 산화-환원 반응을 이용하여 화학 반응을 전기적 에너지로 전환하여 저장하는 커패시터이다. 유사 커패시터는 전기이중층 커패시터가 전기화학 이중층형 전극 표면에 형성된 이중층에만 전하를 저장하는 데 비하여 전극 재료의 표면 근처까지 전하를 저장 할 수 있어 저장 용량이 전기이중층 커패시터에 비하여 약 5배정도 크다. 금속산화물 전극재료로는 RuOx, IrOx, MnOx 등이 사용되고 있다.A pseudo capacitor is a capacitor that converts and stores a chemical reaction into electrical energy by using an oxidation-reduction reaction of an electrode and an electrochemical oxide reactant. The pseudocapacitor can store charge up to near the surface of the electrode material as compared to the double layer formed on the surface of the electrochemical double layer electrode, so that the storage capacity is about five times larger than that of the double layer capacitor. RuOx, IrOx, MnOx and the like are used as the metal oxide electrode materials.

그리고 리튬 이온 커패시터는 기존 전기이중층 커패시터의 고출력 및 장수명 특성과, 리튬 이온 전지의 고에너지밀도를 결합한 새로운 개념의 이차전지 시스템이다. 전기이중층 내 전하의 물리적 흡착반응을 이용하는 전기이중층 커패시터는 우수한 출력특성 및 수명특성에도 불구하고 낮은 에너지밀도 때문에 다양한 응용분야에 적용이 제한되고 있다. 이러한 전기이중층 커패시터의 문제점을 해결하는 수단으로서 음극 활물질로서 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 탄소계 소재를 이용하는 리튬 이온 커패시터가 제안되었으며, 리튬 이온 커패시터는 이온화 경향이 큰 리튬 이온을 음극에 미리 도핑하여 음극의 전위를 대폭적으로 낮출 수 있고, 셀 전압도 종래의 전기이중층 커패시터의 2.5 V 대비 크게 향상된 3.8 V 이상의 고전압 구현이 가능하며 높은 에너지 밀도를 발현할 수 있다.The lithium ion capacitor is a new concept of a secondary battery system that combines the high power and long life characteristics of a conventional electric double layer capacitor with the high energy density of a lithium ion battery. The electric double layer capacitor using the physical adsorption reaction of the electric charge in the electric double layer is limited to various applications due to the low energy density despite the excellent output characteristics and lifetime characteristics. As a means of solving the problems of the electric double layer capacitor, a lithium ion capacitor using a carbon-based material capable of inserting and desorbing lithium ions as a negative electrode active material has been proposed. Thus, the potential of the cathode can be significantly lowered, and the cell voltage can be realized at a high voltage of 3.8 V or more, which is significantly improved compared to the 2.5 V of the conventional electric double layer capacitor, and can express high energy density.

리튬 이온이 도핑된 탄소계 소재를 이용해 음극을 구성한 리튬 이온 커패시터의 반응 기구를 살펴보면, 충전 시에는 음극에서 탄소계 소재로 전자가 이동하여 탄소계 소재는 음전하를 띠게 됨으로써, 리튬 이온이 음극의 탄소계 소재에 삽입되고, 반대로 방전 시에는 음극에선 탄소계 소재에 삽입되어 있던 리튬 이온이 탈리되고 양극엔 음이온이 흡착된다. 이러한 기구를 이용하는 것으로 음극에서의 리튬 이온의 도핑량을 제어하여 고에너지밀도를 갖는 리튬 이온 커패시터를 실현할 수 있다.Looking at the reaction mechanism of the lithium ion capacitor that constitutes the negative electrode using a lithium-based doped carbon-based material, electrons move from the negative electrode to the carbon-based material during charging, so that the carbon-based material has a negative charge, so that lithium ion is the carbon of the negative electrode. On the contrary, during discharge, lithium ions inserted into the carbon-based material are detached from the cathode, and negative ions are adsorbed on the cathode. By using such a mechanism, a lithium ion capacitor having a high energy density can be realized by controlling the doping amount of lithium ions at the cathode.

이러한 리튬 이온 커패시터는 리튬 이온 전지의 에너지 저장 능력과 커패시터의 출력 특성을 조합한 시스템으로 두 가지 기능을 동시에 발현할 수 있는 소재를 적용하여 고출력 사용 시에 커패시터 특성을 나타내고 기기의 지속 사용 시간을 리튬 이온 전지 수준으로 확장한 미래형 전지시스템이다.This lithium ion capacitor is a system that combines the energy storage capacity of a lithium ion battery with the output characteristics of a capacitor. It applies a material that can express both functions at the same time. It is a future battery system expanded to the level of ion battery.

이러한 리튬 이온 커패시터는 음극에 리튬 이온의 프리도핑을 용이하게 하기 위해서 다공성 집전체를 사용한다. 다공성 집전체에 형성된 내부 단자에 외부 단자를 접합하게 되는데, 외부 단자를 접합하는 방법으로 초음파 용접을 주로 사용한다.Such lithium ion capacitors use a porous current collector to facilitate pre-doping of lithium ions to the cathode. An external terminal is bonded to an inner terminal formed on the porous current collector, and ultrasonic welding is mainly used as a method of bonding the outer terminal.

이와 같이 종래에는 다공성 집전체에 외부 단자를 접합할 때 초음파 용접 방법을 사용하기 때문에, 초음파 용접에 사용되는 에너지의 세기에 따라 다공성 집전체가 손상되는 문제가 발생될 수 있다. 다공성 집전체가 손상될 경우 셀 저항이 증가하고, 이로 인해 리튬 이온 커패시터의 성능 저하를 초래할 수 있다.As such, in the related art, when the external terminal is bonded to the porous current collector, an ultrasonic welding method is used, a problem may occur in which the porous current collector is damaged according to the intensity of energy used for ultrasonic welding. If the porous current collector is damaged, the cell resistance increases, which may result in deterioration of the lithium ion capacitor.

또한 다공성 집전체의 내부 단자에 외부 단자를 초음파 용접하는 과정에서 작용하는 스트레스에 의해 내부 단자와 외부 단자 간에 끊김 현상이 발생될 수 있다.In addition, a disconnection phenomenon may occur between the inner terminal and the outer terminal due to the stress acting during the ultrasonic welding of the outer terminal to the inner terminal of the porous current collector.

한국등록특허 제10-0874199호(2008.12.09. 등록)Korean Patent Registration No. 10-0874199 (registered as of December 9, 2008)

따라서 본 발명의 목적은 그래핀 전극을 적용한 적층형 리튬 이온 커패시터를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a stacked lithium ion capacitor using a graphene electrode.

본 발명의 다른 목적은 다공성 집전체의 사용으로 인한 문제점을 해소할 수 있는 그래핀 전극을 적용한 적층형 리튬 이온 커패시터를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a stacked lithium ion capacitor using a graphene electrode that can solve the problems caused by the use of a porous current collector.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 음극이 적어도 일면에 형성되고, 일측으로 돌출되게 음극 단자부가 형성되며 리튬 이온이 프리도핑되는 플레트형 음극 집전체를 갖는 복수의 음극 전극부; 리튬 이온의 흡탈착을 유도하는 양극 활물질로 환원 그래핀 분말을 포함하는 그래핀 전극인 양극이 적어도 일면에 형성되고, 일측으로 돌출되게 양극 단자부가 형성된 플레이트형 양극 집전체를 갖는 복수의 양극 전극부; 및 교대로 적층된 상기 음극 전극부와 상기 양극 전극부 사이에 각각 개재된 복수의 세퍼레이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 전극을 적용한 적층형 리튬 이온 커패시터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a plurality of cathode electrode parts having a plate-shaped negative electrode current collector, the negative electrode is formed on at least one surface, the negative electrode terminal portion is formed to protrude to one side and pre-doped lithium ions; A plurality of positive electrode parts including a plate-shaped positive electrode current collector including a positive electrode, which is a graphene electrode including reduced graphene powder, formed on at least one surface and protruding toward one side as a positive electrode active material that induces adsorption and desorption of lithium ions. ; And a plurality of separators interposed between the cathode electrode portions and the anode electrode portions, which are alternately stacked, to provide a stacked lithium ion capacitor to which a graphene electrode is applied.

상기 음극 및 양극 집전체는 알루미늄 포일일 수 있다.The negative electrode and the positive electrode current collector may be aluminum foil.

상기 음극 집전체는 에칭된 알루미늄 포일일 수 있다.The negative electrode current collector may be an etched aluminum foil.

상기 음극 단자부는, 상기 복수의 음극 전극부의 음극 집전체의 일측으로 각각 돌출된 복수의 제1 내부 단자; 및 상기 복수의 제1 내부 단자에 초음파 용접에 의해 접합된 제1 외부 단자;를 포함할 수 있다.The cathode terminal part may include a plurality of first internal terminals protruding to one side of the anode current collectors of the plurality of cathode electrode parts; And first external terminals bonded to the plurality of first internal terminals by ultrasonic welding.

상기 양극 단자부는, 상기 복수의 양극 전극부의 양극 집전체의 일측으로 각각 돌출된 복수의 제2 내부 단자; 및 상기 복수의 제2 내부 단자에 초음파 용접에 의해 접합된 제2 외부 단자;를 포함할 수 있다.The positive electrode terminal may include a plurality of second internal terminals protruding to one side of the positive electrode current collectors of the plurality of positive electrode electrodes; And a second external terminal bonded to the plurality of second internal terminals by ultrasonic welding.

상기 양극 단자부와 상기 음극 단자부는 서로 어긋나게 형성될 수 있다.The positive terminal portion and the negative terminal portion may be formed to be offset from each other.

상기 양극 활물질은 환원 그래핀 분말, 도전성 카본 및 바인더를 포함할 수 있다.The cathode active material may include reduced graphene powder, conductive carbon, and a binder.

그리고 상기 환원 그래핀 분말, 도전성 카본 및 바인더의 조성비는 90중량% : 5 중량% : 5 중량% 일 수 있다.And the composition ratio of the reduced graphene powder, conductive carbon and the binder may be 90% by weight: 5% by weight: 5% by weight.

본 발명에 따른 적층형 리튬 이온 커패시터는 양극으로 그래핀 전극을 사용하고, 그래핀 전극은 환원 그래핀 분말을 포함하기 때문에, 적층형 리튬 이온 커패시터의 제조 원가를 낮출 수 있고, 전기용량 증대를 포함한 우수한 전기화학적 특성을 나타낸다.Since the stacked lithium ion capacitor according to the present invention uses a graphene electrode as a positive electrode, and the graphene electrode includes reduced graphene powder, it is possible to lower the manufacturing cost of the stacked lithium ion capacitor and to provide excellent electricity including an increase in capacitance. Chemical properties.

본 발명에 따른 적층형 리튬 이온 커패시터는 음극에 리튬 이온을 프리도핑하는 것이 아니라 플레이트형 집전체에 리튬 이온을 프리도핑함으로써, 내부 단자와 외부 단자 간의 초음파 용접시 집전체의 손상을 억제하면서 내부 단자에 외부 단자를 안정적으로 접합할 수 있다.The laminated lithium ion capacitor according to the present invention does not pre-dope lithium ions on a cathode, but pre-dopes lithium ions on a plate-type current collector, thereby preventing damage to the current collector during ultrasonic welding between the inner and outer terminals. External terminals can be joined stably.

또한 플레이트형 집전체를 사용함으로써, 전극물질과 집전체 간의 대면적이 높아 고출력이 용이하다.In addition, by using a plate-type current collector, a large area between the electrode material and the current collector is high, and high output is easy.

또한 전극 구현시에도 종래의 다공성 집전체에 전극물질을 코팅하는 것에 비해서 본 발명에 따른 플레이트 형 집전체 상에 전극물질을 코팅하는 것이 용이한 장점을 가지고 있다.In addition, even when the electrode is implemented, it is easy to coat the electrode material on the plate-type current collector according to the present invention as compared to coating the electrode material on a conventional porous current collector.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적층형 리튬 이온 커패시터의 적층 셀을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.1 is a perspective view showing a stacked cell of a stacked lithium ion capacitor according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of FIG. 1.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention will be described, it should be noted that the description of other parts will be omitted in a range that does not distract from the gist of the present invention.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the specification and claims described below should not be construed as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the inventors are appropriate to the concept of terms in order to explain their invention in the best way. It should be interpreted as meanings and concepts in accordance with the technical spirit of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configuration shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, and various equivalents may be substituted for them at the time of the present application. It should be understood that there may be variations and variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적층형 리튬 이온 커패시터의 적층 셀을 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 단면도이다. 한편 도 1에서는 최상부에 형성되는 세퍼레이터(50)의 도시를 생략하였다.1 is a perspective view showing a stacked cell of a stacked lithium ion capacitor according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1. 1, illustration of the separator 50 formed in the uppermost part is abbreviate | omitted.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 적층형 리튬 이온 커패시터(100)는 음극 전극부(10), 세퍼레이터(50), 양극 전극부(20) 및 전해질을 단위 셀(70)로 하여, 복수의 단위 셀(70)이 적층된 적층 셀(80)을 포함한다. 음극 전극부(10) 및 양극 전극부(20)는 각각 음극 단자부(19) 및 양극 단자부(29)를 더 포함할 수 있다. 즉 적층형 리튬 이온 커패시터(100)는 복수의 음극 전극부(10), 복수의 양극 전극부(20) 및 복수의 세퍼레이터(50)가 적층된 적층 셀(80)을 구비하고, 리튬 이온의 이송이 가능한 전해액(도시안됨)을 주액한 후 외장재(90)에 의해 봉합된 구조를 갖는다. 이러한 적층형 리튬 이온 커패시터(100)는 음극 전극부(10), 양극 전극부(20)가 각각 접촉하지 않도록, 각 전극부(10,20)의 사이에는 세퍼레이터(50)가 개재된 구조를 갖는다. 봉합재(90) 밖으로 음극 단자부(19) 및 양극 단자부(29)의 일부가 외부의 기기와 연결할 수 있도록 돌출되어 있다.1 and 2, a stacked lithium ion capacitor 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a cathode electrode unit 10, a separator 50, an anode electrode unit 20, and an electrolyte unit cell 70. In this case, the multilayer cell 80 includes a plurality of stacked unit cells 70. The negative electrode portion 10 and the positive electrode portion 20 may further include a negative electrode terminal 19 and a positive electrode terminal 29, respectively. That is, the stacked lithium ion capacitor 100 includes a stacked cell 80 in which a plurality of cathode electrode portions 10, a plurality of cathode electrode portions 20, and a plurality of separators 50 are stacked, and transfer of lithium ions is performed. After pouring a possible electrolyte solution (not shown), it has a structure sealed by the exterior material 90. The stacked lithium ion capacitor 100 has a structure in which a separator 50 is interposed between the electrode portions 10 and 20 so that the cathode electrode portion 10 and the anode electrode portion 20 do not contact each other. A portion of the negative electrode terminal 19 and the positive electrode terminal 29 protrudes out of the encapsulant 90 so as to be connected to an external device.

음극 전극부(10)는 음극(12)과 음극 집전체(14)를 포함한다. 양극 전극부(20)는 양극(22)과 양극 집전체(24)를 포함한다. 음극 집전체(14) 및 양극 집전체(24)는 플레이트형으로 알루미늄 포일(Al foil)로 제조될 수 있다. 특히 음극 집전체(14)는 리튬 이온이 프리도핑되며, 에칭된 알루미늄 포일이 사용된다.The negative electrode unit 10 includes a negative electrode 12 and a negative electrode current collector 14. The positive electrode part 20 includes a positive electrode 22 and a positive electrode current collector 24. The negative electrode current collector 14 and the positive electrode current collector 24 may be made of aluminum foil in a plate shape. In particular, the negative electrode current collector 14 is pre-doped with lithium ions, and an etched aluminum foil is used.

음극(12)은 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 음극 활물질을 포함하며, 음극 집전체(14) 위에 형성된다. 음극(12)은 음극 집전체(14) 위에 적어도 한 층으로 형성되며, 음극 집전체(14)의 일면 또는 양면에 각각 한 층씩 형성된 예를 개시하였다. 본 실시예에서는 적층 셀(80)의 외곽에 음극 집전체(14)가 위치하기 때문에, 적층 셀(80)의 양쪽 외곽에 위치하는 음극 집전체(14)는 적층 셀(80)의 안쪽을 향하는 방향하는 면에 음극(12)이 각각 형성된다. 적층 셀(80)의 안쪽에 위치하는 음극 집전체(14)는 양면에 음극(12)이 형성된다. 음극 활물질로는 하드카본, 소프트카본, 인조흑연, 천연흑연, 흑연화탄소 섬유, 흑연화 메조카본마이크로비드, 석유코크스, 수지소성체, 탄소섬유 또는 열분해 탄소와 같은 탄소계 소재가 사용될 수 있다.The negative electrode 12 includes a negative electrode active material capable of inserting and detaching lithium ions, and is formed on the negative electrode current collector 14. An example in which the negative electrode 12 is formed in at least one layer on the negative electrode current collector 14 and one layer on each of one or both surfaces of the negative electrode current collector 14 is disclosed. In the present embodiment, since the negative electrode current collector 14 is positioned at the outer side of the stacked cell 80, the negative electrode current collector 14 positioned at both outer sides of the laminated cell 80 faces the inside of the laminated cell 80. The cathodes 12 are formed on the facing surfaces, respectively. The negative electrode current collector 14 positioned inside the stacked cell 80 has a negative electrode 12 formed on both surfaces thereof. As the negative electrode active material, a carbon-based material such as hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, graphitized mesocarbon microbead, petroleum coke, resin body, carbon fiber, or pyrolytic carbon may be used.

양극(22)은 리튬 이온을 흡착 및 탈리할 수 있는 양극 활물질을 포함하며, 양극 집전체(24) 위에 형성된다. 여기서 양극(22)은 양극 집전체(24) 위에 적어도 한 층으로 형성되며, 본 실시예에서는 양극 집전체(24)가 적층 셀(80)의 최외곽이 아닌 안쪽에 위치하기 때문에, 양극 집전체(24)의 양면에 각각 한 층씩 형성된 예를 개시하였다. 여기서 양극(22)은 양극 활물질로 환원 그래핀(Reduced Graphene Oxide; rGO) 분말을 포함하는 그래핀 전극을 사용한다. 예컨대 양극 활물질은 환원 그래핀 분말, 도전성 카본 및 바인더를 포함하며, 환원 그래핀 분말, 도전성 카본 및 바인더의 조성비는 90 : 5 : 5 일 수 있다. 도전성 카본으로는 활성탄 소재 및 활성탄 소재를 개선한 활성탄-금속산화물 복합소재, 전도성고분자-활성탄 복합소재, 탄소나노튜브를 사용할 수 있으며, 상기한 양극 활물질 중 l종 혹은 2종 이상을 사용할 수 있다. 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWNT; Single- wall NanoTube), 다중벽 탄소나노튜브(MWNT; Multi-wall Nanotube) 또는 이중벽 탄소나노튜브(DWNT; Dual-wall Nanotube)를 포함한다. 또한 양극(22)은 탄소나노튜브의 입자 지름 또는 탄소나노튜브 사이의 층을 이온의 흡장구조로 가져가는 탄소재료 또는 도전성 고분자 및 그 혼합체를 기본 구조로 하여 이온의 흡장을 유도할 수 있는 활물질 재료를 포함할 수 있다. 한편 상기한 양극 활물질은 하나의 예시에 불과하며, 이것에 한정되는 것은 아니다.The positive electrode 22 includes a positive electrode active material capable of absorbing and desorbing lithium ions, and is formed on the positive electrode current collector 24. Herein, the positive electrode 22 is formed in at least one layer on the positive electrode current collector 24, and in this embodiment, since the positive electrode current collector 24 is located inside, not at the outermost side of the stacked cell 80, the positive electrode current collector An example in which one layer is formed on each of both surfaces of (24) is disclosed. In this case, the anode 22 uses a graphene electrode including reduced graphene oxide (rGO) powder as the cathode active material. For example, the positive electrode active material may include reduced graphene powder, conductive carbon, and a binder, and a composition ratio of the reduced graphene powder, conductive carbon, and a binder may be 90: 5: 5. As the conductive carbon, an activated carbon material and an activated carbon-metal oxide composite material, an improved polymer-activated carbon composite material, and carbon nanotubes having improved activated carbon materials may be used, and one or two or more of the positive electrode active materials may be used. Carbon nanotubes include single-walled carbon nanotubes (SWNT; Single-wall NanoTube), multi-walled carbon nanotubes (MWNT; Multi-wall Nanotube) or double-walled carbon nanotubes (DWNT). In addition, the anode 22 is formed of a carbon material or a conductive polymer and a mixture thereof having the particle diameter of the carbon nanotubes or a layer between the carbon nanotubes as an ion storage structure, and an active material material capable of inducing ion storage. It may include. On the other hand, the above-mentioned positive electrode active material is only one example, but is not limited thereto.

세퍼레이터(50)는 음극 전극부(10)와 양극 전극부(20) 사이에 개재되어 음극 전극부(10)와 양극 전극부(20)를 분리한다. 세퍼레이터(50)로는 전해액 혹은 전극 활물질 등에 대하여 내구성이 있는 연통 기공을 가지는 전자 전도성이 없는 다공체 등을 사용할 수 있다. 예컨대 세퍼레이터(50)로는 다공성 폴리머 필름 또는 다공성 부직포 등이 사용될 수 있다.The separator 50 is interposed between the negative electrode portion 10 and the positive electrode portion 20 to separate the negative electrode portion 10 and the positive electrode portion 20. As the separator 50, a porous body or the like having no electronic conductivity having communicating pores durable with respect to an electrolyte or an electrode active material can be used. For example, the separator 50 may be a porous polymer film or a porous nonwoven fabric.

이러한 복수의 음극 전극부(10) 및 복수의 양극 전극부(10)는 복수의 세퍼레이터(50)를 매개로 적층되어 적층 전극부를 형성한다. 본 실시예에서는 적층 전극부는 각 4층의 음극(12)과 양극(22)을 갖는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니며, 적어도 한 층의 음극(12) 및 양극(22)을 구비할 수 있다. 이때 세퍼레이터(50)를 중심으로 양면에 한 층의 음극(12) 및 양극(22)을 갖는 경우는, 단위 셀(70)의 리튬 이온 커패서터이다.The plurality of cathode electrode portions 10 and the plurality of cathode electrode portions 10 are stacked through a plurality of separators 50 to form a stacked electrode portion. In the present embodiment, the stacked electrode portion has an example having four cathodes 12 and an anode 22, but the present invention is not limited thereto. At least one layer of cathode 12 and anode 22 may be provided. have. At this time, the case where the cathode 12 and the anode 22 are provided on both surfaces of the separator 50 as a center is a lithium ion capacitor of the unit cell 70.

전해질은 리튬 이온의 염을 포함하는 액상 전해질 또는 폴리머 전해질을 포함한다. 리튬염으로는 LiClO4, LiAsF6, LiBF4, LiPF6, Li(C2F5SO2)2N 등을 사용할 수 있다. 또한 리튬염을 용해시키는 용매로는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, γ-부티로락톤, 아세트니트릴, 디메톡시 메탄, 테트라히드로푸란, 디옥소란, 염화 메틸렌, 설폰 등의 비양자성 유기용매를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 또는 전해질로는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트 또는 메틸 에틸 카보네이트를 포함하는 카보네이트계 액상 전해질, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), PVdF또는 PVdF-HFP를 포함하는 PVdF공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리옥소메탈레이트(POM), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리실록산계 등의 고체 매트릭스에 가소제를 첨가하는 겔 타입의 전해질을 사용할 수 있다. 전해질은 리튬염, 금속염 또는 유기염 전해질을 사용할 수있고, 액체 전해질, 겔형 전해질, 고체전해질 또는 이온성 전해액과 같이 전해질의 형태에 영향을 받지 않는다. 여기서 전해질이 액상 형태일 때 전해질 내에는 세퍼레이터(50)를 더 포함할 수 있으나, 겔형 전해질이나 고체 전해질의 경우 세퍼레이터(50)의 도입이 생략될 수 있다.The electrolyte includes a liquid electrolyte or a polymer electrolyte containing a salt of lithium ions. LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiPF 6 , Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N, or the like may be used as the lithium salt. As solvents for dissolving lithium salts, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, acetonitrile, dimethoxy methane, tetrahydrofuran, dioxolane, methylene chloride, sulfone and the like Magnetic organic solvents may be used alone or in combination. Alternatively, the electrolyte may be a carbonate-based liquid electrolyte including propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate or methyl ethyl carbonate, polyethylene oxide (PEO), PVdF copolymer including PVdF or PVdF-HFP, polymethyl methacrylate (PMMA). Gel-type electrolyte which adds a plasticizer to solid matrices, such as a polyoxo metalate (POM), a polypropylene oxide (PPO), and a polysiloxane system, can be used. The electrolyte may use a lithium salt, metal salt or organic salt electrolyte and is not affected by the form of the electrolyte, such as a liquid electrolyte, a gel electrolyte, a solid electrolyte or an ionic electrolyte. Herein, the electrolyte may further include a separator 50 in the electrolyte, but in the case of the gel electrolyte or the solid electrolyte, the introduction of the separator 50 may be omitted.

그리고 외장재(90)로는 적층 셀(80)을 보호하고 전해액의 누액을 방지할 수 있는 소재로서, 알루미늄(Al) 등의 금속 소재, 플라스틱 소재, 금속 소재와 플라스틱 소재가 복합된 복합 소재 등이 사용될 수 있다. 적층형 리튬 이온 커패시터(100)의 소형화 및 경량화의 관점에서는 외장재(90)로는 복합 소재가 사용될 수 있으며, 예컨대 알루미늄과 나일론, 폴리프로필렌 등의 고분자 필름이 라미네이트된 적층형 복합 필름이 사용될 수 있다.In addition, as the exterior material 90, a material capable of protecting the stacking cell 80 and preventing leakage of the electrolyte solution, a metal material such as aluminum (Al), a plastic material, a composite material in which a metal material and a plastic material are combined, and the like may be used. Can be. In view of miniaturization and weight reduction of the stacked lithium ion capacitor 100, a composite material may be used as the exterior material 90. For example, a laminated composite film in which polymer films such as aluminum, nylon, and polypropylene are laminated may be used.

한편 음극 집전체(14) 및 양극 집전체(24)는 각각 일측으로 돌출되게 음극 단자부(19) 및 양극 단자부(29)가 형성되어 있다. 이때 음극 단자부(19) 및 양극 단자부(29)는 서로 어긋나게 형성된다. 복수의 음극 전극부(10) 및 복수의 양극 전극부(20)에 각각 형성된 음극 단자부(19) 및 양극 단자부(29)는 서로 대응되는 위치에 일렬로 형성될 수 있다. 여기서 내부 단자(16,26)는 제1 내부 단자(16)와 제2 내부 단자(26)를 포함한다. 외부 단자(18.28)는 제1 외부 단자(18)와 제2 외부 단자(28)를 포함하며, 외부 단자(18,28)의 일단부는 외장재(90) 밖으로 돌출된다.On the other hand, the negative electrode current collector 14 and the positive electrode current collector 24 are formed with a negative electrode terminal portion 19 and a positive electrode terminal portion 29 so as to protrude to one side, respectively. At this time, the negative electrode terminal 19 and the positive electrode terminal 29 are formed to be offset from each other. The cathode terminal portions 19 and the anode terminal portions 29 formed on the cathode electrode portions 10 and the anode electrode portions 20, respectively, may be formed in a line corresponding to each other. The internal terminals 16 and 26 here include a first internal terminal 16 and a second internal terminal 26. The external terminal 18.28 includes a first external terminal 18 and a second external terminal 28, and one end of the external terminals 18, 28 protrudes out of the exterior material 90.

음극 단자부(19)는 음극 집전체(14)의 일측으로 각각 돌출된 제1 내부 단자(16)와, 제1 내부 단자(16)에 접합된 제1 외부 단자(18)를 포함한다. 이때 제1 내부 단자(16)는 초음파 용접에 의해 제1 외부 단자(18)에 접합된다. 복수의 음극 전극부(10)에 형성된 각각의 제1 내부 단자들(16)은 일괄적으로 제1 외부 단자(18)에 접합된다. 도전성 페이스트는 제1 내부 단자(16) 또는 제1 외부 단자(18)에 도포될 수 있다.The negative electrode terminal 19 includes a first internal terminal 16 protruding to one side of the negative electrode current collector 14, and a first external terminal 18 bonded to the first internal terminal 16. At this time, the first inner terminal 16 is bonded to the first outer terminal 18 by ultrasonic welding. Each of the first inner terminals 16 formed in the plurality of cathode electrode parts 10 is collectively bonded to the first outer terminal 18. The conductive paste may be applied to the first inner terminal 16 or the first outer terminal 18.

그리고 양극 단자부(29)는 양극 집전체(24)의 일측으로 각각 돌출된 제2 내부 단자(26)와, 제2 내부 단자(26)에 접합된 제2 외부 단자(28)를 포함한다. 이때 제2 내부 단자(26)는 초음파 용접에 의해 제2 외부 단자(28)에 접합된다. 복수의 양극 전극부(20)에 형성된 각각의 제2 내부 단자들(26)은 일괄적으로 제2 외부 단자(28)에 접합된다.The positive electrode terminal 29 includes a second internal terminal 26 protruding to one side of the positive electrode current collector 24, and a second external terminal 28 bonded to the second internal terminal 26. At this time, the second inner terminal 26 is joined to the second outer terminal 28 by ultrasonic welding. Each of the second internal terminals 26 formed in the plurality of positive electrode parts 20 is bonded to the second external terminal 28 in a batch.

이와 같이 본 실시예에 따른 음극 및 양극 집전체(14,24)가 플레이트형이기 때문에, 내부 단자(16,26)와 외부 단자(18,28) 간의 초음파 용접시 집전체(14,24)의 손상을 억제하면서 내부 단자(16,26)에 외부 단자(18,28)를 안정적으로 접합할 수 있다.As described above, since the negative electrode and the positive electrode current collectors 14 and 24 according to the present exemplary embodiment are plate-shaped, the current collectors 14 and 24 of the current collectors 14 and 24 are subjected to ultrasonic welding between the internal terminals 16 and 26 and the external terminals 18 and 28. The external terminals 18 and 28 can be stably bonded to the internal terminals 16 and 26 while suppressing damage.

또한 적층형 리튬 이온 커패시터(100)는 음극(12)에 리튬 이온을 프리도핑하는 것이 아니라 플레이트형 음극 집전체(14)에 리튬 이온을 프리도핑함으로써, 음극 활물질과 음극 집전체(14) 간의 대면적이 높아 고출력이 용이하다.In addition, the stacked lithium ion capacitor 100 does not predope lithium ions on the negative electrode 12, but pre-dopes lithium ions on the plate-type negative electrode current collector 14, thereby providing a large area between the negative electrode active material and the negative electrode current collector 14. This high power is easy.

또한 전극 구현시에도 종래의 다공성 집전체에 전극물질을 코팅하는 것에 비해서 본 실시예에 따른 따른 플레이트형 집전체(14.24) 상에 전극 활물질을 코팅하는 것이 공정상 유리한 점도 있다.In addition, even when the electrode is implemented, it is advantageous in the process of coating the electrode active material on the plate-shaped current collector (14.24) according to the present embodiment as compared to coating the electrode material on a conventional porous current collector.

한편 내부 단자(16,26)와 외부 단자(18,28) 간의 양호한 접합성을 위해서 도전성 페이스트를 사용할 수 있다. 예컨대 제1 내부 단자(16)는 도전성 페이스트를 매개로 초음파 용접에 의해 제1 외부 단자(18)에 접합된다. 복수의 음극 전극부(10)에 형성된 각각의 제1 내부 단자들(16)은 일괄적으로 제1 외부 단자(18)에 도전성 페이스트를 매개로 접합된다. 도전성 페이스트는 제1 내부 단자(16) 또는 제1 외부 단자(18)에 도포될 수 있다. 도전성 페이스트는 복수의 제1 내부 단자(16) 사이에도 도포된다. 도전성 페이스트는 제1 내부 단자(16) 사이와, 제1 내부 단자(16) 및 제1 외부 단자(18)에 접합층(60)을 형성한다. 이때 도전성 페이스트는 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 납(Pb), 알루미늄(Al) 중의 적어도 하나의 금속 분말을 포함한다. 또한 제2 내부 단자(18)는 도전성 페이스를 매개로 초음파 용접에 의해 제2 외부 단자(18)에 접합된다.On the other hand, a conductive paste may be used for good bonding between the internal terminals 16 and 26 and the external terminals 18 and 28. For example, the first inner terminal 16 is joined to the first outer terminal 18 by ultrasonic welding via a conductive paste. Each of the first inner terminals 16 formed on the plurality of cathode electrode portions 10 is collectively bonded to the first outer terminal 18 via a conductive paste. The conductive paste may be applied to the first inner terminal 16 or the first outer terminal 18. The conductive paste is also applied between the plurality of first internal terminals 16. The conductive paste forms a bonding layer 60 between the first inner terminals 16 and between the first inner terminals 16 and the first outer terminals 18. In this case, the conductive paste includes at least one metal powder of silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), lead (Pb), and aluminum (Al). The second inner terminal 18 is also joined to the second outer terminal 18 by ultrasonic welding via a conductive face.

이와 같이 집전체(14,24)의 내부 단자(16,26)와 외부 단자(18,28) 간에 도전성 페이스트를 개재한 상태에서 초음파 용접을 통하여 내부 단자(16,26)와 외부 단자(18,28)를 서로 접합시킴으로써, 초음파 용접하는 과정에서 집전체(14,24)로 전달되는 에너지를 도전성 페이스트가 흡수하기 때문에, 집전체(14,24)가 손상되는 것을 억제할 수 있다. 또한 도전성 페이스트를 사용함으로써, 내부 단자(16,26)와 외부 단자(18,28) 사이, 및 전극 사이의 접촉 저항이 낮아지고 접합 강도가 향상되어 단자 끊김 현상을 억제할 뿐만 아니라 견고한 셀 제작이 가능하다.As such, the internal terminals 16 and 26 and the external terminals 18, 24 may be formed by ultrasonic welding in the state where the conductive paste is interposed between the internal terminals 16 and 26 and the external terminals 18 and 28 of the current collectors 14 and 24. By bonding 28 to each other, since the conductive paste absorbs energy transferred to the current collectors 14 and 24 in the process of ultrasonic welding, damage to the current collectors 14 and 24 can be suppressed. In addition, the use of the conductive paste lowers the contact resistance between the internal terminals 16 and 26 and the external terminals 18 and 28 and between the electrodes, improves the bonding strength, suppresses terminal breakage, and provides robust cell fabrication. It is possible.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments disclosed in the specification and drawings are merely presented specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be carried out in addition to the embodiments disclosed herein.

10 : 음극 전극부 12 : 음극
13 : 리튬 이온 14 : 음극 집전체
16 : 제1 내부 단자 20 : 양극 전극부
22 : 양극 24 : 양극 집전체
26 : 제2 내부 단자 30 : 리튬 전극부
32 : 리튬 34 : 리튬 집전체
36 : 리튬 단자 42 : 제1 외부 단자
44 : 제2 외부 단자 50 : 세퍼레이터
60 : 전해질 70 : 단위 셀
80 : 적층 셀 90 : 외장재
100 : 적층형 리튬 이온 커패시터10 cathode electrode portion 12 cathode
13: lithium ion 14: negative electrode current collector
16: first internal terminal 20: anode electrode portion
22: positive electrode 24: positive electrode current collector
26: second internal terminal 30: lithium electrode portion
32: lithium 34: lithium current collector
36: lithium terminal 42: first external terminal
44: second external terminal 50: separator
60: electrolyte 70: unit cell
80: laminated cell 90: exterior material
100: Stacked Lithium Ion Capacitor

Claims (8)

음극이 적어도 일면에 형성되고, 일측으로 돌출되게 음극 단자부가 형성되며 리튬 이온이 프리도핑되는 플레트형 음극 집전체를 갖는 복수의 음극 전극부;
리튬 이온의 흡탈착을 유도하는 양극 활물질로 환원 그래핀 분말을 포함하는 그래핀 전극인 양극이 적어도 일면에 형성되고, 일측으로 돌출되게 양극 단자부가 형성된 플레이트형 양극 집전체를 갖는 복수의 양극 전극부;
교대로 적층된 상기 음극 전극부와 상기 양극 전극부 사이에 각각 개재된 복수의 세퍼레이터;를 포함하며,
상기 양극 전극부는,
상기 양극 활물질이 환원 그래핀 분말, 도전성 카본 및 바인더를 포함하고,
상기 양극 집전체가 적층셀의 최외곽이 아닌 안쪽에 위치되며,
상기 환원 그래핀 분말, 도전성 카본 및 바인더의 조성비가 90중량% : 5 중량% : 5 중량%이고,
상기 음극 전극부는,
상기 음극이 음극 활물질을 포함하고,
상기 음극 활물질이 하드카본, 소프트카본, 인조흑연, 천연흑연, 흑연화탄소 섬유, 흑연화 메조카본마이크로비드, 석유코크스, 수지소성체, 탄소섬유 또는 열분해 탄소이며,
상기 음극 및 양극 집전체는 알루미늄 포일인 것을 특징으로 하는 그래핀 전극을 적용한 적층형 리튬 이온 커패시터.A plurality of cathode electrode portions having a plate-shaped negative electrode current collector on which a cathode is formed on at least one surface, a cathode terminal portion is formed to protrude to one side, and is pre-doped with lithium ions;
A plurality of positive electrode parts including a plate-shaped positive electrode current collector including a positive electrode, which is a graphene electrode including reduced graphene powder, formed on at least one surface and protruding toward one side as a positive electrode active material that induces adsorption and desorption of lithium ions. ;
And a plurality of separators interposed between the cathode electrode portions and the anode electrode portions that are alternately stacked.
The anode electrode portion,
The positive electrode active material includes reduced graphene powder, conductive carbon and a binder,
The positive electrode current collector is located inside the outermost of the laminated cell,
The composition ratio of the reduced graphene powder, conductive carbon and binder is 90% by weight: 5% by weight: 5% by weight,
The cathode electrode portion,
The negative electrode includes a negative electrode active material,
The negative electrode active material is hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, graphitized mesocarbon microbead, petroleum coke, resin plastic, carbon fiber or pyrolytic carbon,
The negative electrode and the positive electrode current collector is a laminated lithium ion capacitor using a graphene electrode, characterized in that the aluminum foil. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 음극 집전체는 에칭된 알루미늄 포일인 것을 특징으로 하는 그래핀 전극을 적용한 적층형 리튬 이온 커패시터.The method of claim 1,
The negative electrode current collector is a laminated lithium ion capacitor to which a graphene electrode is applied, characterized in that the etched aluminum foil. 제1항에 있어서, 상기 음극 단자부는,
상기 복수의 음극 전극부의 음극 집전체의 일측으로 각각 돌출된 복수의 제1 내부 단자;
상기 복수의 제1 내부 단자에 초음파 용접에 의해 접합된 제1 외부 단자;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 전극을 적용한 적층형 리튬 이온 커패시터.The method of claim 1, wherein the negative terminal portion,
A plurality of first internal terminals protruding to one side of the negative electrode current collectors of the plurality of negative electrode parts;
First external terminals bonded to the plurality of first internal terminals by ultrasonic welding;
Stacked lithium ion capacitor to which the graphene electrode is applied, comprising a. 제1항에 있어서, 상기 양극 단자부는,
상기 복수의 양극 전극부의 양극 집전체의 일측으로 각각 돌출된 복수의 제2 내부 단자;
상기 복수의 제2 내부 단자에 초음파 용접에 의해 접합된 제2 외부 단자;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 전극을 적용한 적층형 리튬 이온 커패시터.The method of claim 1, wherein the positive terminal portion,
A plurality of second internal terminals protruding to one side of the positive electrode current collectors of the plurality of positive electrode parts;
Second external terminals bonded to the plurality of second internal terminals by ultrasonic welding;
Stacked lithium ion capacitor to which the graphene electrode is applied, comprising a. 제5항에 있어서,
상기 양극 단자부와 상기 음극 단자부는 서로 어긋나게 형성된 것을 특징으로 하는 그래핀 전극을 적용한 적층형 리튬 이온 커패시터.The method of claim 5,
The positive electrode terminal portion and the negative electrode terminal portion of the stacked lithium ion capacitor to which the graphene electrode is applied, characterized in that formed in mutually opposite. 삭제delete 삭제delete
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101205846B1 (en) * 2011-11-28 2012-11-29 비나텍주식회사 Lithium ion capacitor having current collector of plate type

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004059672A1 (en) 2002-12-26 2004-07-15 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Electrical storage device and method for manufacturing electrical storage device
KR101079317B1 (en) * 2009-11-26 2011-11-04 한국세라믹기술원 Manufacturing method of graphene electrode for supercapacitor and supercapacitor graphene electrode manufactured by the method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101205846B1 (en) * 2011-11-28 2012-11-29 비나텍주식회사 Lithium ion capacitor having current collector of plate type

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220130572A1 (en) * 2020-10-23 2022-04-28 Advanced Technology Applications Group, Inc. Composite conductive materials and methods

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