KR20200006403A - 전기화학 커패시터 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전기화학 커패시터는, 권취된 시트 형태로 구성되고 양면에 활물질층이 코팅된 양극, 상기 양극에 대면되도록 권취된 시트 형태로 구성되고 양면에 활물질층이 코팅된 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되어 권취된 세퍼레이터를 각각 구비하는 복수의 전극 조립체; 상기 복수의 전극 조립체 각각의 양극과 전기적으로 연결되는 양극 리드선 및 상기 복수의 전극 조립체 각각의 음극과 전기적으로 연결되는 음극 리드선을 포함한다.

Description

전기화학 커패시터 및 이의 제조 방법{Electrochemical capacitor and manufacturing method thereof}
본 발명은 전기화학 커패시터 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열화(degradation)가 잘 일어나지 않도록 하여 수명이 증가될 수 있는 전기화학 커패시터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
전기화학 커패시터는, 에너지를 저장하는 주요한 하나의 장치로서, 슈퍼 커패시터(Super Capacitor), 울트라 커패시터(Ultra Capacitor), 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor) 등 여러 가지 다른 다양한 용어로 불리기도 한다.
전기화학 커패시터는, 고출력, 고용량, 장수명 등의 특성으로 인해 그 응용 분야가 점차 확대되고 있다. 특히, 최근에는 소형 전자기기는 물론이고, 산업기기, UPS(무정전 전원장치), 전기자동차, 스마트그리드 등으로 그 응용분야를 점차 넓혀 가고 있다.
일반적으로, 전기화학 커패시터는, 집전체의 표면에 활물질층이 코팅된 형태로 구성된 양극과 음극, 그리고 양극과 음극 사이에 위치하여 양극과 음극을 전기적으로 절연시키면서 이온의 이동을 가능하게 하는 세퍼레이터, 전극과 세퍼레이터에 함침되어 이온을 공급하고 이온의 전도를 가능하게 하는 전해액, 그리고 내부에 양극과 음극, 세퍼레이터 및 전해액을 수용하는 케이스를 구비할 수 있다.
이러한 전기화학 커패시터는, 대표적으로 다수의 전극과 세퍼레이터를 원통 형태로 권취하거나 적층하여 전극 조립체를 형성한 후, 형성된 전극 조립체를 케이스에 수납하고 여기에 전해액을 주입하여 밀봉하는 방식으로 제조될 수 있다.
전기화학 커패시터는, 다른 에너지 저장 장치에 비해, 오랜 시간 사용이 가능하다는 평가를 받고 있다. 하지만, 이러한 전기화학 커패시터라 하더라도, 사용이 계속됨에 따라 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
특히, 전기화학 커패시터에서 전극 조립체는 롤과 같이 말려진 형태, 즉 권취형으로 형성되는 경우가 많다. 그런데, 이처럼 전극 조립체가 권취형으로 형성된 전기화학 커패시터의 경우, 충방전 사이클이 반복되면서 발생하는 열로 인해 고온에 노출되면 성능이 저하되고 수명이 단축되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 방열량을 늘려 내부 온도가 상승되는 현상을 방지함으로써, 수명이 증가될 수 있는 전기화학 커패시터 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기화학 커패시터는, 권취된 시트 형태로 구성되고 양면에 활물질층이 코팅된 양극, 상기 양극에 대면되도록 권취된 시트 형태로 구성되고 양면에 활물질층이 코팅된 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되어 권취된 세퍼레이터를 각각 구비하는 복수의 전극 조립체; 상기 복수의 전극 조립체 각각의 양극과 전기적으로 연결되는 양극 리드선 및 상기 복수의 전극 조립체 각각의 음극과 전기적으로 연결되는 음극 리드선을 포함한다.
바람직하게, 상기 복수의 전극 조립체는 일방향으로 적층되고, 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 권취수가 인접한 전극 조립체 간에 상이하도록 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 복수의 전극 조립체는 홀수층에 위치하는 전극 조립체의 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 권취수가 제1 권취수이고, 짝수층에 위치하는 전극 조립체의 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 권취수가 제2 권취수일 수 있다.
바람직하게, 상기 복수의 전극 조립체는 상기 제1 권취수와 상기 제2 권취수 간에 권취수 차이가 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 두께에 대응하여 설정된 기준 권취수가 되도록 권취될 수 있다.
바람직하게, 상기 양극 리드선은 상기 양극에 전기적으로 연결된 지점으로부터 상기 양극의 코어부까지의 제1 거리가 최소 권취수로 권취되는 양극의 말단부로부터 코어부까지의 제1 최소 거리 미만이 되도록 상기 양극에 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게, 상기 음극 리드선은 상기 음극에 전기적으로 연결된 지점으로부터 상기 음극의 코어부까지의 제2 거리가 최소 권취수로 권취되는 음극의 말단부로부터 코어부까지의 제2 최소 거리 미만이 되도록 상기 음극에 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게, 상기 전기화학 커패시터는 상기 복수의 전극 조립체를 내부에 수용하고, 권취수가 상이한 복수의 전극 조립체의 외형에 대응하여 단차가 형성될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기화학 커패시터의 제조 방법은 시트 형태로 구성된 양극, 상기 양극에 대면되며 시트 형태로 구성된 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 각각 구비하는 복수의 전극 조립체를 배치하는 단계; 양극 리드선을 상기 복수의 전극 조립체 각각의 양극과 전기적으로 연결시키고, 음극 리드선을 상기 복수의 전극 조립체 각각의 음극과 전기적으로 연결시키는 단계; 상기 복수의 전극 조립체의 코어부부터 권취하는 단계 및 상기 복수의 전극 조립체를 하우징에 수납하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 배치하는 단계는 인접한 전극 조립체의 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터 각각의 권취수가 상이하도록 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 전기적으로 연결시키는 단계는 상기 양극 리드선이 상기 양극에 전기적으로 연결된 지점으로부터 상기 양극의 코어부까지의 제1 거리가 최소 권취수로 권취되는 양극의 말단부로부터 코어부까지의 제1 최소 거리 미만이 되도록 상기 양극 리드선을 상기 양극에 전기적으로 연결시키는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 전기적으로 연결시키는 단계는 상기 음극 리드선이 상기 음극에 전기적으로 연결된 지점으로부터 상기 음극의 코어부까지의 제2 거리가 최소 권취수로 권취되는 음극의 말단부로부터 코어부까지의 제2 최소 거리 미만이 되도록 상기 음극 리드선을 상기 음극에 전기적으로 연결시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 전기화학 커패시터의 성능이 보다 향상될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 전기화학 커패시터에 포함된 양극, 음극 및 세퍼레이터와 같은 여러 구성요소의 열화가 방지되거나 최소화될 수 있다. 특히, 본 발명에 의하면, 양극, 음극 및 세퍼레이터가 말려진 형태로 구성된 권취형 전기화학 커패시터에 있어서, 전기화학 커패시터의 표면적을 증가시켜 방열량을 향상시킴으로써, 전기화학 커패시터가 과열되는 현상을 방지할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 이러한 측면들에 의하면, 전기화학 커패시터의 성능이 오랜 시간 동안 안정적으로 유지되고 수명이 증가할 수 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터의 구성 요소를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터의 구성 요소인 복수의 전극 조립체 각각의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터의 구성 요소인 복수의 전극 조립체에 구비된 양극이 권취되기 전 형상을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터의 구성 요소인 복수의 전극 조립체에 구비된 음극이 권취되기 전 형상을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 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 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터의 구성 요소를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전기화학 커패시터는, 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e), 양극 리드선(120), 음극 리드선(130) 및 하우징(140)을 포함한다.
상기 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e)는 각각 양극(111), 음극(112) 및 세퍼레이터(113)를 구비한다.
상기 양극(111)은, 시트 형태, 즉 넓은 표면을 갖는 판상으로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 시트 형태의 양극(111)은 권취된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 양극(111)은, 도면에 도시된 바와 같이, 한 방향으로 말려져 롤 형태로 형성될 수 있다.
상기 양극(111)은, 표면에 활물질층이 코팅될 수 있다. 보다 구체적으로, 양극(111)은, 집전체 및 활물질층을 구비할 수 있다. 여기서, 집전체는, 금속과 같은 전기 전도성 재질로 구성되어, 전하의 이동 통로 역할을 하며, 시트 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 활물질층은, 이러한 시트 형태의 집전체의 표면, 특히 양면 모두에 형성될 수 있다. 이러한 활물질층은, 활성탄과 같은 활물질, 그리고, 도전성 재료와 결합제 등을 포함할 수 있다.
상기 음극(112)은, 상기 양극(111)과 반대 극성을 갖는 전극판으로 기능할 수 있다. 상기 음극(112)은, 권취된 시트 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 음극(112)은, 집전체 및 그 표면에 코팅된 활물질층을 구비할 수 있다.
상기 음극(112)은, 양극(111)과 대면되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 음극(112)은, 양극(111)과 표면이 서로 마주보도록 겹쳐진 상태에서 함께 권취됨으로써, 코어부에서 말단부에 이르기까지 양극(111)과 대면되도록 구성될 수 있다. 여기서, 코어부란 양극(111) 및 음극(112)이 권취될 때 길이 방향으로 중심 측 단부를 의미하고, 말단부란 양극(111) 및 음극(112)이 권취될 때 길이 방향으로 외부 측 단부를 의미한다. 이와 같은 구성에서, 양극(111)과 음극(112)은, 함께 권취되기 때문에, 가장 안쪽에 위치한 부분과 가장 바깥쪽에 위치한 부분을 제외하고는, 양면이 서로 대면될 수 있다. 즉, 양극(111)은, 가장 안쪽에 위치한 최내층 등 일부를 제외하고는 내측면과 외측면 모두 음극(112)과 대면될 수 있다. 그리고, 음극(112)은, 가장 바깥쪽에 위치한 최외층 등을 제외하고는 내측면과 외측면 모두 양극(111)과 대면될 수 있다.
상기 음극(112)은, 상기 양극(111)의 외측에 위치할 수 있다. 즉, 양극(111)과 음극(112)이 서로 겹쳐진 채로 권취될 때, 음극(112)은 양극(111)보다 바깥쪽에서 말려진다고 할 수 있다. 상기 음극(112)의 코어부는, 양극(111)의 코어부보다 외측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 전기화학 커패시터가 원통형으로 구성된다고 할 때, 양극(111)의 내측 단부는 음극(112)의 내측 단부보다 원통의 중심축에 가깝게 위치할 수 있다.
상기 세퍼레이터(113)는, 양극(111)과 음극(112) 사이에 개재될 수 있다. 상기 세퍼레이터(113)는, 양극(111)과 음극(112)의 직접적인 접촉을 막아 단락을 방지하고, 이들 사이에서 이온이 이동되도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 세퍼레이터(113)는, 양극(111) 및 음극(112)과 마찬가지로 얇고 평평한 시트 형태로 구성되어, 양극(111)과 음극(112) 사이에서 이들과 함께 권취될 수 있다.
본 발명은, 상기 양극(111), 상기 음극(112) 및 상기 세퍼레이터(113)에 대하여, 특정 성분으로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에서, 상기 양극(111), 상기 음극(112) 및 상기 세퍼레이터(113)의 구성성분으로는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 종류의 전극 및 세퍼레이터 재질이 채용될 수 있다.
이러한, 상기 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e)는 일방향으로 적층될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e)는 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 중심이 즉, 코어부가 동일 선상에 위치하도록 적층될 수 있다.
이하, 상기 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e) 간의 차이에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터의 구성 요소인 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e) 각각의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 3을 더 참조하면, 상기 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e)는 각각 양극(111), 음극(112) 및 세퍼레이터(113)를 동일하게 구비한다. 다만, 상기 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e)는 양극(111), 음극(112) 및 세퍼레이터(113)의 권취수가 인접한 전극 조립체 간에 상이하도록 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e)는 홀수층에 위치하는 전극 조립체(110a, 110c, 110e)의 양극(111), 음극(112) 및 세퍼레이터(113)의 권취수가 제1 권취수이고, 짝수층에 위치하는 전극 조립체(110b, 110d)의 양극(111), 음극(112) 및 세퍼레이터(113)의 권취수가 제2 권취수일 수 있다. 여기서, 제1 권취수와 제2 권취수는 상이할 수 있다.
즉, 홀수층에 위치하는 전극 조립체(110a, 110c, 110e)는 각각 동일한 권취수인 제1 권취수로 권취되어 코어부로부터 최외각까지의 거리가 상호 동일할 수 있다.
또한, 짝수층에 위치하는 전극 조립체(110b, 110d)는 각각 동일한 권취수인 제2 권취수로 권취되어 코어부로부터 최외각까지의 거리가 상호 동일할 수 있다.
그러나, 홀수층에 위치하는 전극 조립체(110a, 110c, 110e)와 짝수층에 위치하는 전극 조립체(110b, 110d)는 서로 다른 권취수로 권취되어 코어부로부터 최외각까지의 거리가 상이할 수 있다.
이때, 제1 권취수와 제2 권취수 간에 권취수 차이는 양극(111), 음극(112) 및 세퍼레이터(113)의 두께에 대응하여 설정된 기준 권취수일 수 있다.
보다 구체적으로, 전극 조립체가 1회 권취되는 경우, 코어부로부터 최외각까지의 거리는 양극(111), 음극(112) 및 세퍼레이터(113)의 두께와 동일할 수 있다. 나아가, 전극 조립체가 n회 권취되는 경우, 코어부로부터 최외각까지의 거리는 를 n회 겹쳐진 양극(111), 음극(112) 및 세퍼레이터(113)의 두께와 동일할 수 있다. 즉, 전극 조립체의 코어부로부터 최외각까지의 거리는 권취수에 비례할 수 있다.
이를 이용하여, 상기 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e)는 인접한 전극 조립체 간에 일정 길이 이상의 단차가 발생하여 표면적이 증가되도록, 홀수층에 위치하는 전극 조립체(110a, 110c, 110e)는 제1 권취수로 권취되고 짝수층에 위치하는 전극 조립체(110b, 110d)는 제1 권취수 보다 기준 권취수 만큼 감소된 제2 권취수로 귄취될 수 있다.
이때, 기준 권취수는 홀수층에 위치하는 전극 조립체(110a, 110c, 110e)의 코어부로부터 최외각까지의 거리와 짝수층에 위치하는 전극 조립체(110b, 110d)의 코어부로부터 최외각까지의 거리 간의 미리 설계된 차이만큼에 해당하는 권취수로 설정될 수 있다.
예를 들어, 1회 권취된 전극 조립체의 코어부로부터 최외각까지의 거리가 0.1mm이고, 홀수층에 위치하는 전극 조립체(110a, 110c, 110e)의 코어부로부터 최외각까지의 거리와 짝수층에 위치하는 전극 조립체(110b, 110d)의 코어부로부터 최외각까지의 거리 간의 미리 설계된 차이가 1.0mm인 경우, 기준 권취수는 미리 설계된 차이가 1.0mm에 해당하는 권취수인 10회로 설정될 수 있다.
이에 따라, 제1 권취수와 제2 권취수 간에 권취수 차이는 기준 권취수 10회일 수 있다. 이를 위하여, 홀수층에 위치하는 전극 조립체(110a, 110c, 110e)는 짝수층에 위치하는 전극 조립체(110b, 110d) 보다 기준 권취수만큼 더 귄취되기 위하여, 권취되기 전 펼쳐진 길이가 홀수층에 위치하는 전극 조립체(110a, 110c, 110e) 보다 기준 권취수에 해당하는 길이만큼 더 길게 형성될 수 있다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e) 사이에는 단차가 발생하여 최외각의 표면적이 증가할 수 있다. 이러한 구성에 따라, 상기 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e)는 외부와의 열교환이 발생하는 표면이 증가하여 발열 성능이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터의 구성 요소인 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e)에 구비된 양극(111)이 권취되기 전 형상을 나타내는 도면이다.
도 4를 더 참조하면, 상기 양극 리드선(120)은 상기 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e) 각각의 양극(111)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 양극 리드선(120)은 양극(111)에 전기적으로 연결된 지점(P)으로부터 양극(111)의 코어부(C)까지의 제1 거리(L1)가 최소 권취수로 권취되는 양극(111)의 말단부(T1)로부터 코어부(C)까지의 제1 최소 거리(L2) 미만이 되도록 양극(111)에 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 상기 양극 리드선(120)은 전기적으로 분리된 상기 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e) 각각의 양극(111)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 또한, 상기 양극 리드선(120)은 각각의 양극(111)과 전기적으로 연결된 지점(P)이 최소 권취수로 권취되는 양극(111)의 말단부(T1)와 코어부(C) 사이에 수직 방향으로 배열될 수 있다.
한편, 상기 양극 리드선(120)은 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e) 각각의 양극(111)과 전기적으로 연결되고, 전기화학 커패시터를 충방전시키기 위해 전도성 물질로 형성될 수 있다. 바람직하게, 본 발명은, 상기 양극 리드선(120)에 대하여, 특정 성분으로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에서, 상기 양극 리드선(120)의 구성성분으로는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 종류의 리드선 재질이 채용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터의 구성 요소인 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e)에 구비된 음극(112)이 권취되기 전 형상을 나타내는 도면이다.
도 5를 더 참조하면, 상기 음극 리드선(130)은 상기 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e) 각각의 음극(112)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 음극 리드선(130)은 음극(112)에 전기적으로 연결된 지점(N)으로부터 음극(112)의 코어부(C)까지의 제2 거리(L3)가 최소 권취수로 권취되는 음극(112)의 말단부(T2)로부터 코어부(C)까지의 제2 최소 거리(L4) 미만이 되도록 음극(112)에 전기적으로 연결될 수 있다.
즉, 상기 음극 리드선(130)은 전기적으로 분리된 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e) 각각의 음극(112)을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 또한, 상기 음극 리드선(130)은 각각의 음극(112)과 전기적으로 연결된 지점(N)이 최소 권취수로 권취되는 음극(112)의 말단부(T2)와 코어부(C) 사이에 수직 방향으로 배열될 수 있다.
한편, 상기 음극 리드선(130)은 상기 양극 리드선(120)과 전기적으로 연결되지 않도록 이격되어 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e) 각각의 음극(112)과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 상기 음극 리드선(130)은 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e) 각각의 음극(112)과 전기적으로 연결되고, 전기화학 커패시터를 충방전시키기 위해 전도성 물질로 형성될 수 있다. 바람직하게, 본 발명은, 상기 음극 리드선(130)에 대하여, 특정 성분으로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에서, 상기 음극 리드선(130)의 구성성분으로는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 종류의 리드선 재질이 채용될 수 있다.
상기 하우징(140)은 내부에 빈 공간을 구비하여, 양극(111), 음극(112) 및 세퍼레이터(113)를 구비하는 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e)를 수용할 수 있다.
또한, 상기 하우징(140)은 내부의 빈 공간에 양극 리드선(110) 및 음극 리드선(120)을 더 수용할 수 있다. 이때, 양극 리드선(110) 및 음극 리드선(120)은 일부만이 상기 하우징(140)에 수용되고, 나머지 일부는 상기 하우징(140)의 외부로 노출될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 하우징(140)은 양극 리드선(110) 중에서 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e) 각각의 양극(111)과 전기적으로 연결된 일부만을 수용할 수 있고, 음극 리드선(120) 중에서 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e) 각각의 음극(112)과 전기적으로 연결된 일부만을 수용할 수 있다.
또한, 상기 하우징(140)은 전해액을 더 수용할 수 있다. 여기서, 상기 전해액은, 염 성분으로서 전해질과 유기 용매를 포함할 수 있다.
상기 전해질은 음이온으로 Br-, BF4 -, PF6 -, TFSI-로 등과 같은 음이온 1종 이상과, 양이온으로 스파이로-(1,1′)-바이피롤리디늄, 피페리딘-1-스파이로-1'-피롤리디늄, 스파이로-(1,1′)-바이피페리디늄, 디알킬피롤리디늄, 디알킬이미다졸륨, 디알킬피리디늄, 테트라-알킬암모늄, 디알킬피페리디늄, 테트라-알킬포스포늄 등과 같은 4급 암모늄 구조를 가진 양이온 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 전해질로는 리튬을 포함하지 않는 비리튬계 염이 사용될 수 있다.
또한, 상기 전해액에 사용되는 유기 용매로는 예를 들어, 프로필렌카보네이트(PC), 디에틸카보네이트, 에틸렌카보네이트(EC), 술포란, 아세토니트릴, 디메톡시에탄 및 테트라하이드로푸란, 및 에틸메틸카보네이트(EMC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
다만, 본 발명은 이러한 전해액의 특정 성분으로 한정되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 전해액이 본 발명의 커패시터에서 전해액으로 채용될 수 있다.
이러한, 상기 하우징(140)은, 금속 재질 혹은 폴리머 재질로 구성될 수 있으며, 전해액이 새지 않도록 밀봉될 수 있다.
상기 하우징(140)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 권취수가 상이한 복수의 전극 조립체의 외형이 대응하여 단차가 형성될 수 있다. 따라서, 상기 하우징(140)은 최외각의 표면적이 증가할 수 있다. 이러한 구성에 따라, 상기 하우징(140)은 내부 빈 공간에 구비된 복수의 전극 조립체(110a, ..., 110e)로부터 발생되는 열을 빠르게 배출함으로써, 내부 온도가 상승하는 현상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터의 제조 방법에 대해 설명하도록한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터의 제조 방법은 시트 형태로 구성된 양극, 양극에 대면되며 시트 형태로 구성된 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 각각 구비하는 복수의 전극 조립체를 배치하는 단계(S100), 양극 리드선을 복수의 전극 조립체 각각의 양극과 전기적으로 연결시키고, 음극 리드선을 복수의 전극 조립체 각각의 음극과 전기적으로 연결시키는 단계(S200), 복수의 전극 조립체의 코어부부터 권취하는 단계(S300) 및 상기 복수의 전극 조립체를 하우징에 수납하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
상기 배치하는 단계는 인접한 전극 조립체의 양극, 음극 및 세퍼레이터 각각의 권취수가 상이하도록 양극, 음극 및 세퍼레이터를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 배치하는 단계는 전극 조립체에 구비되는 양극, 음극 및 세퍼레이터를 음극, 세퍼레이터, 양극 순으로 적층하여 배치할 수 있다.
이후, 상기 배치하는 단계는 권취되기 전 상태의 전극 조립체의 코어부로부터 말단부까지의 시트 길이가 인접한 전극 조립체 간에 상이하도록 권취되기 전 상태의 복수의 전극 조립체를 배치할 수 있다.
예를 들어, 상기 배치하는 단계는 홀수층에 위치하는 전극 조립체의 시트 길이가 짝수층에 위치하는 전극 조립체의 시트 길이보다 길도록 복수의 전극 조립체를 배치할 수 있다.
또한, 상기 배치하는 단계는 복수의 전극 조립체의 코어부가 수직 방향으로 동일한 지점에 위치하도록 복수의 전극 조립체를 배치할 수 있다.
이후, 상기 전기적으로 연결시키는 단계는 양극 리드선을 배치된 복수의 전극 조립체 각각의 양극과 전기적으로 연결시키고, 음극 리드선을 배치된 복수의 전극 조립체 각각의 음극과 전기적으로 연결시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 전기적으로 연결시키는 단계는 양극 리드선이 양극에 전기적으로 연결된 지점으로부터 양극의 코어부까지의 제1 거리가 최소 권취수로 권취되는 양극의 말단부로부터 코어부까지의 제1 최소 거리 미만이 되도록 양극 리드선을 양극에 전기적으로 연결시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전기적으로 연결시키는 단계는 음극 리드선이 음극에 전기적으로 연결된 지점으로부터 음극의 코어부까지의 제2 거리가 최소 권취수로 권취되는 음극의 말단부로부터 코어부까지의 제2 최소 거리 미만이 되도록 음극 리드선을 음극에 전기적으로 연결시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이후, 상기 권취하는 단계는 배치된 복수의 전극 조립체를 코어부부터 권취할 수 있다. 이때, 복수의 전극 조립체의 시트 길이에 따라 전극 조립체 각각의 권취수가 상이할 수 있다. 즉, 전극 조립체의 시트 길이가 짧을수록 권취수가 적을 수 있다. 이에 따라, 권취된 복수의 전극 조립체는 최외곽에 단차가 형성되어 원통 형상의 종래 전극 조립체 보다 표면적이 증가할 수 있다.
이후, 상기 수납하는 단계는 권취된 복수의 전극 조립체를 하우징에 수납할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 수납하는 단계는 최외곽에 단차가 형성된 복수의 전극 조립체를 원통 형상의 하우징에 수납하고, 하우징을 외측에서 내측으로 가압하여 복수의 전극 조립체의 최외곽과 같이 단차를 형성시킬 수 있다.
이후, 상기 수납하는 단계는 하우징 내부에 전해액을 투입하고, 전해액이 외부로 유출되지 않도록 밀봉할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
110a, ..., 110e: 전극 조립체
111: 양극
112: 음극
113: 세퍼레이터
120: 양극 리드선
130: 음극 리드선
140: 하우징

Claims (10)

  1. 권취된 시트 형태로 구성되고 양면에 활물질층이 코팅된 양극, 상기 양극에 대면되도록 권취된 시트 형태로 구성되고 양면에 활물질층이 코팅된 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되어 권취된 세퍼레이터를 각각 구비하는 복수의 전극 조립체;
    상기 복수의 전극 조립체 각각의 양극과 전기적으로 연결되는 양극 리드선 및
    상기 복수의 전극 조립체 각각의 음극과 전기적으로 연결되는 음극 리드선을 포함하고,
    상기 복수의 전극 조립체는
    일방향으로 적층되고, 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 권취수가 인접한 전극 조립체 간에 상이하도록 형성된 전기화학 커패시터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극 조립체는
    홀수층에 위치하는 전극 조립체의 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 권취수가 제1 권취수이고, 짝수층에 위치하는 전극 조립체의 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 권취수가 제2 권취수인 전기화학 커패시터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 전극 조립체는
    상기 제1 권취수와 상기 제2 권취수 간에 권취수 차이가 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터의 두께에 대응하여 설정된 기준 권취수가 되도록 권취되는 전기화학 커패시터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극 리드선은
    상기 양극에 전기적으로 연결된 지점으로부터 상기 양극의 코어부까지의 제1 거리가 최소 권취수로 권취되는 양극의 말단부로부터 코어부까지의 제1 최소 거리 미만이 되도록 상기 양극에 전기적으로 연결되는 전기화학 커패시터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 음극 리드선은
    상기 음극에 전기적으로 연결된 지점으로부터 상기 음극의 코어부까지의 제2 거리가 최소 권취수로 권취되는 음극의 말단부로부터 코어부까지의 제2 최소 거리 미만이 되도록 상기 음극에 전기적으로 연결되는 전기화학 커패시터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극 조립체를 내부에 수용하고, 권취수가 상이한 복수의 전극 조립체의 외형에 대응하여 단차가 형성된 하우징을
    더 포함하는 전기화학 커패시터.
  7. 시트 형태로 구성된 양극, 상기 양극에 대면되며 시트 형태로 구성된 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 각각 구비하는 복수의 전극 조립체를 배치하는 단계;
    양극 리드선을 상기 복수의 전극 조립체 각각의 양극과 전기적으로 연결시키고, 음극 리드선을 상기 복수의 전극 조립체 각각의 음극과 전기적으로 연결시키는 단계;
    상기 복수의 전극 조립체의 코어부부터 권취하는 단계 및
    상기 복수의 전극 조립체를 하우징에 수납하는 단계를
    포함하는 전기화학 커패시터의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배치하는 단계는
    인접한 전극 조립체의 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터 각각의 권취수가 상이하도록 상기 양극, 상기 음극 및 상기 세퍼레이터를 배치하는 단계를
    포함하는 전기화학 커패시터의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전기적으로 연결시키는 단계는
    상기 양극 리드선이 상기 양극에 전기적으로 연결된 지점으로부터 상기 양극의 코어부까지의 제1 거리가 최소 권취수로 권취되는 양극의 말단부로부터 코어부까지의 제1 최소 거리 미만이 되도록 상기 양극 리드선을 상기 양극에 전기적으로 연결시키는 단계를
    포함하는 전기화학 커패시터의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전기적으로 연결시키는 단계는
    상기 음극 리드선이 상기 음극에 전기적으로 연결된 지점으로부터 상기 음극의 코어부까지의 제2 거리가 최소 권취수로 권취되는 음극의 말단부로부터 코어부까지의 제2 최소 거리 미만이 되도록 상기 음극 리드선을 상기 음극에 전기적으로 연결시키는 단계를
    포함하는 전기화학 커패시터의 제조 방법.
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