JP5150687B2 - Method for manufacturing lithium ion capacitor - Google Patents

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Description

本発明はリチウムイオンキャパシタに関し、陰極にリチウム箔を直接的に接触させて陰極にリチウムイオンをフリードーピングするリチウムイオンキャパシタの製造方法及びそれにより製造されたリチウムイオンキャパシタに関する。   The present invention relates to a lithium ion capacitor, and more particularly to a method of manufacturing a lithium ion capacitor in which a lithium foil is brought into direct contact with a cathode and lithium ions are free-doped into the cathode, and a lithium ion capacitor manufactured thereby.

一般的に、電気化学的エネルギー貯蔵装置は、全てのポータブル情報通信器機、電子機器において必須的に用いられる完製品器機の核心部品である。また、電気化学的エネルギー貯蔵装置は、未来型電気自動車及びポータブル電子装置等に適用されることができる新再生エネルギー分野のハイクオリティーエネルギー源として明らかに用いられるであろう。   In general, an electrochemical energy storage device is a core component of a complete product device that is essentially used in all portable information communication devices and electronic devices. Also, the electrochemical energy storage device will obviously be used as a high quality energy source in the new renewable energy field that can be applied to future electric vehicles, portable electronic devices and the like.

電気化学的エネルギー貯蔵装置のうち電気化学キャパシタは電気二重層の原理を用いる電気二重層キャパシタ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ）と電気化学的酸化-還元反応を用いるハイブリッドスーパーキャパシタ（Ｈｙｂｒｉｄ ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ）に分けられることができる。   Among electrochemical energy storage devices, an electrochemical capacitor may be classified into an electric double layer capacitor using an electric double layer principle (Electrical double layer capacitor) and a hybrid supercapacitor using an electrochemical oxidation-reduction reaction (Hybrid supercapacitor). it can.

ここで、電気二重層キャパシタは高出力エネルギー特性を必要とする分野で多く用いられているが、電気二重層キャパシタは小さい用量のような問題点を有している。これに比べて、ハイブリッドスーパーキャパシタは、電気二重層キャパシタの用量特性を改善する新しい代案として多くの研究がなされている。特に、ハイブリッドスーパーキャパシタのうちリチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ＬＩＣ）は電気二重層キャパシタに比べて３から４倍程度の蓄積用量を有することができる。   Here, the electric double layer capacitor is often used in a field requiring high output energy characteristics, but the electric double layer capacitor has a problem such as a small dose. In comparison, hybrid supercapacitors have been much studied as a new alternative to improve the dose characteristics of electric double layer capacitors. In particular, among hybrid supercapacitors, a lithium ion capacitor (LIC) can have an accumulated dose of about 3 to 4 times that of an electric double layer capacitor.

リチウムイオンキャパシタを形成するための工程は、シート形態を有する陽極、分離膜及び陰極を順次的に積層して電極積層体を形成する積層工程、陽極の端子と陰極の端子を夫々溶接する溶接工程、陰極にリチウムイオンをフリードーピングするための前処理ドーピング工程及び電極積層体をアルミニウムでシーリングするシーリング工程を含むことができる。   The process for forming a lithium ion capacitor includes a lamination process in which an anode having a sheet form, a separation membrane and a cathode are sequentially laminated to form an electrode laminate, and a welding process in which the anode terminal and the cathode terminal are welded respectively. A pretreatment doping process for free doping of lithium ions to the cathode and a sealing process for sealing the electrode stack with aluminum can be included.

ここで、陰極にリチウムイオンをフリードーピングするための工程は電極積層体の最上段層と最下段層に夫々リチウム金属膜を備えた後、電解質溶液に浸漬させることによりなされることができる。   Here, the step for free doping of lithium ions in the cathode can be performed by providing lithium metal films on the uppermost layer and the lowermost layer of the electrode stack, respectively, and then immersing them in an electrolyte solution.

この際、フリードーピング工程でリチウムイオンが陰極に円滑に供給されるために、陽極及び陰極に備えられた集電体はメッシュ形態でしか有することができず、リチウムイオンキャパシタの内部抵抗が高くなるという問題点があった。   At this time, since lithium ions are smoothly supplied to the cathode in the free doping process, the current collectors provided on the anode and the cathode can only be in mesh form, and the internal resistance of the lithium ion capacitor is increased. There was a problem.

また、リチウム金属膜は電極積層体の両端に夫々備えられるため、積層された陰極全体にリチウムイオンが均一にドーピングされることが困難であった。   In addition, since the lithium metal film is provided at both ends of the electrode laminate, it is difficult to uniformly dope lithium ions into the entire laminated cathode.

また、リチウムイオンが電極積層体の内部に備えられた陰極に均一にドーピングされるまでの時間が２０日くらいかかり、量産適用が困難であった。   Further, it takes about 20 days until the lithium ions are uniformly doped into the cathode provided inside the electrode laminate, and it is difficult to apply to mass production.

従って、本発明はリチウムイオンキャパシタで発生される問題点を解決するために導き出されたものであり、具体的には、陰極にリチウム箔を直接的に接触させて陰極にリチウムイオンをフリードーピングするリチウムイオンキャパシタの製造方法及びそれにより製造されたリチウムイオンキャパシタを提供することをその目的とする。   Therefore, the present invention has been derived to solve the problems generated in the lithium ion capacitor. Specifically, the lithium foil is directly brought into contact with the cathode, and the cathode is free-doped with lithium ions. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a lithium ion capacitor and a lithium ion capacitor manufactured thereby.

本発明の目的はリチウムイオンキャパシタの製造方法を提供することである。前記製造方法は、セパレーター、陽極端子を備えた陽極、セパレーター、リチウム箔、陰極端子を備えた陰極及びリチウム箔を順次的に積層して予備電極積層体を形成する段階；前記予備電極積層体の陽極端子と陰極端子を夫々熔接して電極積層体を形成する段階；前記電極積層体を電解質溶液に浸漬させ、前記リチウム箔から前記陰極にリチウムイオンをフリードーピングする段階；及び前記フリードーピングされた前記陰極を含んだ前記電極積層体をシーリングする段階；を含むことができる。   An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a lithium ion capacitor. The manufacturing method includes a step of sequentially laminating a separator, an anode with an anode terminal, a separator, a lithium foil, a cathode with a cathode terminal, and a lithium foil to form a preliminary electrode laminate; A step of welding an anode terminal and a cathode terminal to form an electrode laminate; a step of immersing the electrode laminate in an electrolyte solution, and free doping lithium ions from the lithium foil to the cathode; and the free doping Sealing the electrode stack including the cathode.

ここで、前記陰極は陰極集電体と前記陰極集電体の両面に夫々備えられた陰極活物質層を備え、前記陰極活物質層は前記集電体の少なくとも一部を露出するように形成することができる。   Here, the cathode includes a cathode current collector and a cathode active material layer provided on both sides of the cathode current collector, and the cathode active material layer is formed so as to expose at least a part of the current collector. can do.

また、前記リチウム箔は前記陰極活物質層上に配置されて前記陰極活物質層から露出された前記陰極集電体の少なくとも一部と接触することができる。   The lithium foil may be disposed on the cathode active material layer and contact at least part of the cathode current collector exposed from the cathode active material layer.

また、前記陰極集電体は無孔のシート形態を有することができる。   The cathode current collector may have a non-porous sheet form.

また、前記陰極集電体は銅及びニッケルのうち少なくとも何れか一つからなる箔で形成することができる。   The cathode current collector may be formed of a foil made of at least one of copper and nickel.

また、前記リチウム箔は前記陰極集電体に対して１／１０の厚さを有することができる。   The lithium foil may have a thickness of 1/10 with respect to the cathode current collector.

また、前記陽極は陽極集電体と前記陽極集電体の両面に夫々備えられた陽極活物質層を備えることができる。   The anode may include an anode current collector and anode active material layers provided on both sides of the anode current collector.

また、前記陽極集電体は無孔のシート形態を有することができる。   The anode current collector may have a non-porous sheet form.

また、前記陽極集電体はアルミニウム、チタン、ニオブ及びタンタルのうち少なくとも何れか一つからなる箔で形成することができる。   The anode current collector may be formed of a foil made of at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum.

本発明の他の目的は前記製造方法により製造されたリチウムイオンキャパシタを提供することである。前記リチウムイオンキャパシタは、セパレーター、陽極端子を備えた陽極、セパレーター、陰極端子を備えた陰極を順次的に積層した電極積層体；及び前記電極積層体を密封する外装ラミネートフィルム；を含むことができる。   Another object of the present invention is to provide a lithium ion capacitor manufactured by the manufacturing method. The lithium ion capacitor may include a separator, an anode having an anode terminal, an electrode laminate in which a separator and a cathode having a cathode terminal are sequentially laminated; and an exterior laminate film for sealing the electrode laminate. .

ここで、前記陰極は陰極集電体と前記陰極集電体の両面に夫々備えられた陰極活物質層を備え、前記陰極活物質層は前記集電体の少なくとも一部を露出するように形成されることができる。   Here, the cathode includes a cathode current collector and a cathode active material layer provided on both sides of the cathode current collector, and the cathode active material layer is formed so as to expose at least a part of the current collector. Can be done.

また、前記陰極集電体は無孔のシート形態を有することができる。   The cathode current collector may have a non-porous sheet form.

また、前記陰極集電体は銅及びニッケルのうち少なくとも何れか一つからなる箔で形成することができる。   The cathode current collector may be formed of a foil made of at least one of copper and nickel.

また、前記陽極は陽極集電体と前記陽極集電体の両面に夫々備えられた陽極活物質層を備えることができる。   The anode may include an anode current collector and anode active material layers provided on both sides of the anode current collector.

また、前記陽極集電体は無孔のシート形態を有することができる。   The anode current collector may have a non-porous sheet form.

また、前記陽極集電体はアルミニウム、チタン、ニオブ及びタンタルのうち少なくとも何れか一つからなる箔で形成することができる。   The anode current collector may be formed of a foil made of at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum.

本発明のリチウムイオンキャパシタは、陰極にリチウム箔を直接的に接触させてリチウムイオンをフリードーピングさせることによって、フリードーピング工程時間を縮めることができて、量産適用が可能になることができる。   The lithium ion capacitor of the present invention can reduce the free doping process time by bringing lithium foil into direct contact with the cathode and free doping of lithium ions, and can be mass-produced.

また、本発明のリチウムイオンキャパシタは、陰極にリチウム箔を直接的に接触させて集電体を無孔の形態を有することができるため、リチウムイオンキャパシタの内部抵抗を低めることができる。   In addition, since the lithium ion capacitor of the present invention can have a non-porous shape of the current collector by directly contacting the lithium foil with the cathode, the internal resistance of the lithium ion capacitor can be reduced.

また、本発明のリチウムイオンキャパシタは、陰極にリチウム箔を直接的に接触させて各陰極に均一にリチウムイオンをフリードーピングさせることができる。   Moreover, the lithium ion capacitor of this invention can make lithium ion uniformly dope free to each cathode by making lithium foil contact a cathode directly.

また、本発明のリチウムイオンキャパシタは、陰極にリチウム箔を直接的に接触させてリチウムイオンをフリードーピングさせることによって、リチウムイオンが集電体やセパレーターを移動しなくても良いため、集電体やセパレーターに対する選択自由度を高めることができる。   In addition, the lithium ion capacitor of the present invention is such that the lithium ion does not move through the current collector or the separator by making the lithium foil directly contact with the cathode and free doping of the lithium ion. And the degree of freedom in selecting separators can be increased.

本発明の第１実施例によるリチウムイオンキャパシタの製造工程を説明するために図示した工程図である。FIG. 4 is a process diagram shown to explain a manufacturing process of a lithium ion capacitor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施例によるリチウムイオンキャパシタの製造工程を説明するために図示した工程図である。FIG. 4 is a process diagram shown to explain a manufacturing process of a lithium ion capacitor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施例によるリチウムイオンキャパシタの製造工程を説明するために図示した工程図である。FIG. 4 is a process diagram shown to explain a manufacturing process of a lithium ion capacitor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施例によるリチウムイオンキャパシタの製造工程を説明するために図示した工程図である。FIG. 4 is a process diagram shown to explain a manufacturing process of a lithium ion capacitor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施例によるリチウムイオンキャパシタの製造工程を説明するために図示した工程図である。FIG. 4 is a process diagram shown to explain a manufacturing process of a lithium ion capacitor according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第２実施例によるリチウムイオンキャパシタを説明するために図示した断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a lithium ion capacitor according to a second embodiment of the present invention.

本発明の実施例をリチウムイオンキャパシタの製造のための治具の図面を参照して詳細に説明する。以下で紹介される実施例は当業者に本発明の思想が十分に伝達されるための例として提供されるものである。   An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawing of a jig for manufacturing a lithium ion capacitor. The embodiments introduced below are provided as examples for sufficiently conveying the concept of the present invention to those skilled in the art.

従って、本発明は以下で説明される実施例に限定されず、他の形態で具体化されることもできる。そして、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜のために誇張されて表現されることもできる。明細書の全体における同一の参照番号は同一の構成要素を示す。   Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below, and may be embodied in other forms. In the drawings, the size and thickness of the device may be exaggerated for convenience. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

図１から図５は本発明の第１実施例によるリチウムイオンキャパシタの製造工程を説明するために図示した工程図である。ここで、図１は予備電極積層体の分解斜視図であり、図２は図１でのＩ‐Ｉ'線に沿って切断した断面図である。   FIGS. 1 to 5 are process diagrams for explaining a process of manufacturing a lithium ion capacitor according to a first embodiment of the present invention. Here, FIG. 1 is an exploded perspective view of the preliminary electrode laminate, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II ′ in FIG.

図１及び図２を参照すると、リチウムイオンキャパシタ１００を製造するために、まず、セパレーター１１０、陽極１２０、セパレーター１１０、リチウム箔１３０、陰極１４０、リチウム箔１３０を順次的に積層して、予備電極積層体１５０ａを形成する。   1 and 2, in order to manufacture the lithium ion capacitor 100, first, a separator 110, an anode 120, a separator 110, a lithium foil 130, a cathode 140, and a lithium foil 130 are sequentially stacked to prepare a spare electrode. The stacked body 150a is formed.

ここで、セパレーター１１０は陰極１４０と陽極１２０を分離する役割をすることができる。セパレーター１１０は紙または不織布であることができるが、本発明の実施例でセパレーター１１０の種類に対して限定するものではない。   Here, the separator 110 may serve to separate the cathode 140 and the anode 120. The separator 110 may be paper or non-woven fabric, but the embodiment of the present invention is not limited to the type of the separator 110.

陽極１２０は、陽極集電体１２０ａと陽極集電体１２０ａの両面に夫々配置された陽極活物質層１２０ｂを含むことができる。ここで、陽極１２０は陽極集電体１２０ａと電気的に連結された陽極端子１２０ｃを備えることができる。この際、陽極集電体１２０ａと陽極端子１２０ｃは一体になることができる。   The anode 120 may include an anode current collector 120a and an anode active material layer 120b disposed on both surfaces of the anode current collector 120a. Here, the anode 120 may include an anode terminal 120c electrically connected to the anode current collector 120a. At this time, the anode current collector 120a and the anode terminal 120c can be integrated.

また、陽極集電体１２０ａはアルミニウム、チタン、ニオブ及びタンタルのうち少なくとも何れか一つからなる箔からなることができる。この際、陽極集電体１２０ａはリチウムイオンキャパシタ１００の内抵抗を低めるためにメッシュ形態ではなく、即ち無孔のシート形態を有することができる。   The anode current collector 120a may be made of a foil made of at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum. At this time, the anode current collector 120a may have a non-mesh shape, that is, a non-porous sheet shape in order to reduce the internal resistance of the lithium ion capacitor 100.

また、陽極活物質層１２０ｂはリチウムイオンを可逆的にドーピング及び脱ドーピングすることができる炭素材料、即ち活性炭を含むことができる。これに加えて、陽極活物質層１２０ｂはバインダーをさらに含むことができる。   The anode active material layer 120b may include a carbon material that can be reversibly doped and dedoped with lithium ions, that is, activated carbon. In addition, the anode active material layer 120b may further include a binder.

陰極１４０は陰極集電体１４０ａと陰極集電体１４０ａの両面に夫々配置された陰極活物質層１４０ｂを含むことができる。   The cathode 140 may include a cathode current collector 140a and a cathode active material layer 140b disposed on both sides of the cathode current collector 140a.

ここで、陰極１４０は陰極集電体１４０ａと電気的に連結された陰極端子１４０ｃを備えることができる。この際、陰極集電体１４０ａと陰極端子１４０ｃは一体になることができる。   Here, the cathode 140 may include a cathode terminal 140c electrically connected to the cathode current collector 140a. At this time, the cathode current collector 140a and the cathode terminal 140c can be integrated.

また、陰極集電体１４０ａは銅及びニッケルのうち少なくとも何れか一つからなる箔からなることができる。この際、陰極集電体１４０ａはリチウムイオンキャパシタの内抵抗を低めるためにメッシュ形態ではなく、即ち無孔のシート形態を有することができる。   The cathode current collector 140a can be made of a foil made of at least one of copper and nickel. At this time, the cathode current collector 140a may have a non-mesh shape, that is, a non-porous sheet shape in order to reduce the internal resistance of the lithium ion capacitor.

また、陰極活物質層１４０ｂはリチウムイオンを可逆的にドーピング及び脱ドーピングすることができる炭素材質、例えばグラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）からなることができる。これに加えて、陰極活物質層１４０ｂはバインダーをさらに含むこともできる。   In addition, the cathode active material layer 140b may be made of a carbon material that can be reversibly doped and dedoped with lithium ions, for example, graphite. In addition, the cathode active material layer 140b may further include a binder.

この際、陰極活物質層１４０ｂは陰極集電体１４０ａの少なくとも一部を露出するように形成することができる。これは、陰極集電体１４０ａとリチウム箔１３０を直接的に接触させるためである。   At this time, the cathode active material layer 140b can be formed so as to expose at least a part of the cathode current collector 140a. This is because the cathode current collector 140a and the lithium foil 130 are in direct contact.

リチウム箔１３０は陰極１４０にリチウムイオンを供給するための供給源の役割をすることができる。ここで、リチウム箔１３０は積層された陰極１４０に夫々直接的に接触するようになる。即ち、リチウム箔１３０は陰極１４０の両面に夫々配置されることができる。   The lithium foil 130 can serve as a supply source for supplying lithium ions to the cathode 140. Here, the lithium foils 130 come into direct contact with the stacked cathodes 140, respectively. That is, the lithium foil 130 can be disposed on both sides of the cathode 140, respectively.

リチウム箔１３０は陰極１４０、即ち陰極活物質層１４０ｂに対して１／５以下の厚さを有することができる。例えば、リチウム箔１３０は１００ｎｍ以下の厚さを有することができる。これは、リチウム箔１３０がフリードーピング工程で全部消滅され、陰極１４０にドーピングさせるためである。   The lithium foil 130 may have a thickness of 1/5 or less with respect to the cathode 140, that is, the cathode active material layer 140b. For example, the lithium foil 130 may have a thickness of 100 nm or less. This is because the lithium foil 130 is completely extinguished in the free doping process and the cathode 140 is doped.

リチウム箔１３０は陰極活物質層１４０ｂに直接的に接触すると同時に、リチウム箔１３０の一部は陰極活物質層１４０ｂから露出された陰極集電体１４０ａと接触させることができる。これは、陰極活物質層１４０ｂは炭素素材でリチウム箔と接触する時抵抗の発生により陰極活物質層１４０ｂにリチウムイオンをドーピングすることが容易ではないからである。即ち、導体からなる陰極集電体１４０ａとリチウム箔１３０の間に陰極活物質層１４０ｂが介されるため、陰極活物質層１４０ｂにリチウムイオンが容易にドーピングされることができる。   The lithium foil 130 may be in direct contact with the cathode active material layer 140b, and at the same time, a part of the lithium foil 130 may be in contact with the cathode current collector 140a exposed from the cathode active material layer 140b. This is because it is not easy to dope the cathode active material layer 140b with lithium ions due to the generation of resistance when the cathode active material layer 140b is a carbon material and comes into contact with the lithium foil. That is, since the cathode active material layer 140b is interposed between the cathode current collector 140a made of a conductor and the lithium foil 130, the cathode active material layer 140b can be easily doped with lithium ions.

本発明の実施例で、陽極１２０と陰極１４０は少なくとも２回積層されたことを図示したが、これに限定されるものではない。   In the embodiment of the present invention, it is illustrated that the anode 120 and the cathode 140 are stacked at least twice, but the present invention is not limited thereto.

図３を参照すると、予備電極積層体１５０ａの陽極端子１２０ｃと陰極端子１４０ｃを夫々熔接して、電極積層体１５０を形成することができる。ここで、熔接工程は超音波熔接を通じて遂行されることができるが、本発明の実施例でこれを限定するものではない。   Referring to FIG. 3, the electrode laminate 150 can be formed by welding the anode terminal 120c and the cathode terminal 140c of the preliminary electrode laminate 150a. Here, the welding process may be performed through ultrasonic welding, but the embodiment of the present invention is not limited thereto.

その後、外装ラミネートフィルム１６０を用いて電極積層体１５０を包装する。ここで、外装ラミネートフィルム１６０はアルミニウムからなることができて、本発明の実施例でこれを限定するものではない。   Thereafter, the electrode laminate 150 is packaged using the exterior laminate film 160. Here, the exterior laminate film 160 may be made of aluminum, and is not limited to the embodiment of the present invention.

電極積層体１５０を包装するために、まず、電極積層体１５０を間に置いて上、下部に夫々外装ラミネートフィルム１６０を提供する。その後、二つの外装ラミネートフィルム１６０を熱融着することにより、電極積層体１５０は外装ラミネートフィルム１６０によって包装されることができる。この際、熱融着工程は電極積層体１５０に電解液を供給するための投入口１６０ａを残しておくようにする。   In order to package the electrode laminate 150, first, the exterior laminate film 160 is provided on the upper and lower portions with the electrode laminate 150 interposed therebetween. Thereafter, the electrode laminate 150 can be packaged by the exterior laminate film 160 by thermally fusing the two exterior laminate films 160. At this time, in the heat fusion process, an inlet 160a for supplying the electrolyte solution to the electrode laminate 150 is left.

ここで、電解液はリチウムイオンを移動させることができる媒質の役割をするものであり、高電圧で電気分解を起こさなくてリチウムイオンが安定的に存在することができる材質からなることができる。例えば、電解液はリチウム塩が溶解された溶媒を含むことができる。リチウム塩の例としてはＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４及びＬｉＣｌＯ４などであることができる。また、溶媒の例としては非プロトン性有機溶媒であることができる。しかし、本発明の実施例で、電解液の材質に対して限定するものではない。   Here, the electrolytic solution serves as a medium capable of moving lithium ions, and can be made of a material capable of stably presenting lithium ions without causing electrolysis at a high voltage. For example, the electrolytic solution may include a solvent in which a lithium salt is dissolved. Examples of the lithium salt may include LiPF6, LiBF4, LiClO4, and the like. An example of the solvent can be an aprotic organic solvent. However, the embodiment of the present invention is not limited to the material of the electrolytic solution.

図４を参照すると、投入口１６０ａに電解液を投入することによって、電極積層体１５０は電解液に含浸されることができる。この際、電解液にリチウム箔１３０が溶解されて陰極１４０にドーピングされることができる。   Referring to FIG. 4, the electrode stack 150 can be impregnated with the electrolytic solution by charging the electrolytic solution into the charging port 160 a. At this time, the lithium foil 130 may be dissolved in the electrolytic solution and doped into the cathode 140.

このように、陰極１４０にリチウムイオンをフリードーピングさせ、陰極１４０の電位を０Ｖ近くまで低めることができて、充電電圧を高めることができる。   As described above, the cathode 140 can be free-doped with lithium ions, the potential of the cathode 140 can be lowered to nearly 0 V, and the charging voltage can be increased.

図５を参照すると、電解液を投入した後、投入口１６０ａを真空密封させることによって、リチウムイオンキャパシタを形成することができる。   Referring to FIG. 5, a lithium ion capacitor can be formed by vacuum sealing the charging port 160a after charging the electrolytic solution.

本発明の実施例で、陰極１４０のフリードーピングは、電極積層体１５０を外装ラミネイトフィルム１６０を用いて一部をシーリングした後、内部に電解液を投入して遂行することを説明したが、これに限定されるものではない。例えば、陰極１４０のフリードーピングは、電極積層体１５０を電解液に含浸した後、電解液から電極積層体１５０を取り出した後密封することもできる。   In the embodiment of the present invention, it has been described that the free doping of the cathode 140 is performed by sealing a part of the electrode laminate 150 using the exterior laminating film 160 and then introducing an electrolyte into the inside. It is not limited to. For example, the free doping of the cathode 140 can be sealed after the electrode stack 150 is impregnated with an electrolyte and then the electrode stack 150 is taken out of the electrolyte.

従って、本発明の実施例のように、積層された陰極１４０に夫々リチウム箔１３０を直接的に接触させてリチウムイオンをフリードーピングさせることによって、フリードーピング工程時間を縮めることができる。これによって、リチウムイオンキャパシタの量産性を高めることができる。   Therefore, as in the embodiment of the present invention, the free doping process time can be shortened by allowing the lithium foils 130 to be in direct contact with the stacked cathodes 140 to allow free doping of lithium ions. Thereby, the mass productivity of the lithium ion capacitor can be increased.

また、陰極１４０にリチウム箔１３０を直接的に接触させて陰極集電体１４０ａ及び陽極集電体１２０ａを無孔の形態を有することができるため、リチウムイオンキャパシタの内部抵抗を低めることができるだけではなく、各陰極１４０に均一にリチウムイオンをフリードーピングさせることができる。   In addition, since the cathode current collector 140a and the anode current collector 120a can have a non-porous configuration by directly contacting the lithium foil 130 with the cathode 140, the internal resistance of the lithium ion capacitor can only be reduced. In addition, each cathode 140 can be uniformly doped with lithium ions.

また、陰極１４０にリチウム箔１３０を直接的に接触させてリチウムイオンをフリードーピングさせることによって、リチウムイオンが陰極集電体１４０ａ、陽極集電体１２０ａやセパレーター１１０を移動しなくても良いため、陰極集電体１４０ａ、陽極集電体１２０ａ及びセパレーター１１０の形態に対する選択自由度を高めることができる。   In addition, since the lithium foil 130 is brought into direct contact with the cathode 140 and free doping of lithium ions is performed, the lithium ions do not need to move through the cathode current collector 140a, the anode current collector 120a, and the separator 110. The degree of freedom in selecting the form of the cathode current collector 140a, the anode current collector 120a, and the separator 110 can be increased.

以下、本発明の第１実施例により製造されたリチウムイオンキャパシタの構造を説明する。   Hereinafter, the structure of the lithium ion capacitor manufactured according to the first embodiment of the present invention will be described.

図６は本発明の第２実施例によるリチウムイオンキャパシタを説明するために図示した断面図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a lithium ion capacitor according to a second embodiment of the present invention.

図６を参照すると、本発明の第２実施例によるリチウムイオンキャパシタ１００は、電極積層体１５０及び電解液に含浸された電極積層体１５０を密封する外装ラミネートフィルム１６０を含むことができる。   Referring to FIG. 6, the lithium ion capacitor 100 according to the second embodiment of the present invention may include an electrode laminate 150 and an outer laminate film 160 that seals the electrode laminate 150 impregnated with an electrolyte solution.

ここで、電極積層体１５０は順次的に積層されたセパレーター１１０、陽極１２０、セパレーター１１０、及び陰極１４０を備えることができる。   Here, the electrode stack 150 may include a separator 110, an anode 120, a separator 110, and a cathode 140 that are sequentially stacked.

陽極１２０は陽極集電体１２０ａと陽極集電体１２０ａの両面に夫々配置された陽極活物質層１２０ｂを含むことができる。陽極１２０は陽極集電体１２０ａから突出された陽極端子１２０ｃを備えることができる。ここで、陰極１４０のフリードーピング工程が陰極１４０にリチウム箔１３０を直接的に接触させて遂行されるため、リチウムイオンが陽極集電体１２０ａを通過する必要がないため、陽極集電体１２０ａは無孔のシート形態を有することができる。これによって、リチウムイオンキャパシタ１００の内部抵抗を低めることができる。陽極集電体１２０ａで用いられる材質の例としてはアルミニウム、チタン、ニオブ及びタンタルのうち少なくとも何れか一つからなる箔であることができる。   The anode 120 may include an anode current collector 120a and an anode active material layer 120b disposed on both sides of the anode current collector 120a. The anode 120 may include an anode terminal 120c protruding from the anode current collector 120a. Here, since the free doping process of the cathode 140 is performed by bringing the lithium foil 130 into direct contact with the cathode 140, lithium ions do not need to pass through the anode current collector 120a. It can have a non-porous sheet form. Thereby, the internal resistance of the lithium ion capacitor 100 can be lowered. An example of a material used for the anode current collector 120a may be a foil made of at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum.

陰極１４０は陰極集電体１４０ａと陰極集電体１４０ａの両面に夫々配置された陰極活物質層１４０ｂを含むことができる。陰極１４０は陰極集電体１４０ａから突出された陰極端子１４０ｃを備えることができる。この際、陰極集電体１４０ａの一部は陰極活物質層１４０ｂから露出されることができる。これは、製造工程で説明したように、リチウム箔１３０と陰極集電体１４０ａを接触させて、リチウム箔１３０から陰極活物質層１４０ｂに容易にドーピングするためである。   The cathode 140 may include a cathode current collector 140a and a cathode active material layer 140b disposed on both sides of the cathode current collector 140a. The cathode 140 may include a cathode terminal 140c protruding from the cathode current collector 140a. At this time, a part of the cathode current collector 140a may be exposed from the cathode active material layer 140b. This is because, as described in the manufacturing process, the lithium foil 130 and the cathode current collector 140a are brought into contact with each other to easily dope the cathode active material layer 140b from the lithium foil 130.

ここで、陰極１４０のフリードーピング工程が陰極１４０にリチウム箔１３０を直接的に接触させて遂行されるため、リチウムイオンが陰極集電体１４０ａを通過する必要がないため、陰極集電体１４０ａは無孔のシート形態を有することができる。これによって、リチウムイオンキャパシタ１００の内部抵抗を低めることができる。ここで、陰極集電体１４０ａで用いられる材質の例としては銅及びニッケルのうち少なくとも何れか一つからなる箔であることができる。   Here, since the free doping process of the cathode 140 is performed by bringing the lithium foil 130 into direct contact with the cathode 140, lithium ions do not need to pass through the cathode current collector 140a. It can have a non-porous sheet form. Thereby, the internal resistance of the lithium ion capacitor 100 can be lowered. Here, an example of a material used for the cathode current collector 140a may be a foil made of at least one of copper and nickel.

従って、本発明の実施例のように、陰極にリチウムイオンを均一にフリードーピングさせることによって、リチウムイオンキャパシタの充電電圧を高めることができる。   Therefore, as in the embodiment of the present invention, the charging voltage of the lithium ion capacitor can be increased by uniformly free doping lithium ions on the cathode.

１００ リチウムイオンキャパシタ
１１０ セパレーター
１２０ 陽極
１３０ リチウム箔
１４０ 陰極
１５０ 電極積層体
１６０ 外装ラミネートフィルム DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Lithium ion capacitor 110 Separator 120 Anode 130 Lithium foil 140 Cathode 150 Electrode laminated body 160 Exterior laminate film

Claims (9)

セパレーター、陽極端子を備えた陽極、セパレーター、一のリチウム箔、陰極端子を備えた陰極及び一のリチウム箔を順次的に積層して予備電極積層体を形成する段階；
前記予備電極積層体の陽極端子と陰極端子を夫々熔接して電極積層体を形成する段階；
前記電極積層体を電解質溶液に浸漬させ、前記一のリチウム箔から前記陰極にリチウムイオンをフリードーピングする段階；及び
前記フリードーピングされた前記陰極を含んだ前記電極積層体をシーリングする段階；
を含み、
前記陰極は、陰極集電体と、前記陰極集電体の両面に夫々備えられ前記集電体の少なくとも一部を露出するように形成された陰極活物質層とを備え、
前記一のリチウム箔は、前記陰極活物質層を覆い、かつ前記陰極活物質層から露出された前記陰極集電体の少なくとも一部と接触するように形成される
リチウムイオンキャパシタの製造方法。 A step of sequentially laminating a separator, an anode with an anode terminal, a separator, one lithium foil, a cathode with a cathode terminal and one lithium foil to form a preliminary electrode laminate;
Welding the anode terminal and the cathode terminal of the preliminary electrode laminate to form an electrode laminate;
Immersing the electrode stack in an electrolyte solution and free-doping lithium ions from the one lithium foil into the cathode; and sealing the electrode stack including the free-doped cathode;
Only including,
The cathode includes a cathode current collector, and a cathode active material layer formed on both sides of the cathode current collector and formed to expose at least a part of the current collector,
The method for producing a lithium ion capacitor, wherein the one lithium foil covers the cathode active material layer and is formed so as to be in contact with at least a part of the cathode current collector exposed from the cathode active material layer . 前記陰極集電体は無孔のシート形態を有する請求項１に記載のリチウムイオンキャパシタの製造方法。 The method of manufacturing a lithium ion capacitor according to claim 1 , wherein the cathode current collector has a non-porous sheet form. 前記陰極集電体は銅及びニッケルのうち少なくとも何れか一つからなる箔で形成する請求項１または２に記載のリチウムイオンキャパシタの製造方法。 It said cathode current collector method for producing a lithium ion capacitor according to claim 1 or 2 to form a foil consisting of at least one of copper and nickel. 前記一のリチウム箔は前記陰極集電体に対して１／１０の厚さを有する請求項１から３の何れか１項に記載のリチウムイオンキャパシタの製造方法。 Method for producing a lithium ion capacitor according to any one of claims 1 to 3 lithium foil of the one has a thickness of 1/10 with respect to the cathode current collector. 前記一のリチウム箔は前記陰極活物質層に対して１／５以下の厚さに形成される請求項１から４の何れか１項に記載のリチウムイオンキャパシタの製造方法。5. The method of manufacturing a lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the one lithium foil is formed to a thickness of 1/5 or less of the cathode active material layer. 前記一のリチウム箔は１００ｎｍ以下の厚さに形成される請求項１から５の何れか１項に記載のリチウムイオンキャパシタの製造方法。The method of manufacturing a lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the one lithium foil is formed to a thickness of 100 nm or less. 前記陽極は陽極集電体と前記陽極集電体の両面に夫々備えられた陽極活物質層を備える請求項１から６の何れか１項に記載のリチウムイオンキャパシタの製造方法。   The method for producing a lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the anode includes an anode current collector and anode active material layers respectively provided on both surfaces of the anode current collector. 前記陽極集電体は無孔のシート形態を有する請求項７に記載のリチウムイオンキャパシタの製造方法。   The method of manufacturing a lithium ion capacitor according to claim 7, wherein the anode current collector has a non-porous sheet form. 前記陽極集電体はアルミニウム、チタン、ニオブ及びタンタルのうち少なくとも何れか一つからなる箔で形成する請求項７または８に記載のリチウムイオンキャパシタの製造方法。   The method for manufacturing a lithium ion capacitor according to claim 7 or 8, wherein the anode current collector is formed of a foil made of at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum.
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