JP7049566B2 - 電気化学キャパシタ及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電気化学キャパシタ及びその製造方法に関し、より詳しくは劣化（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を抑制することで寿命を延ばすことができる電気化学キャパシタ及びその製造方法に関する。
本出願は、２０１８年７月１０日出願の韓国特許出願第１０－２０１８－００８００９８号に基づく優先権を主張し、上記出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
電気化学キャパシタは、エネルギーを貯蔵する主な装置の一つであって、スーパーキャパシタ（ｓｕｐｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、ウルトラキャパシタ（ｕｌｔｒａｃａｐａｃｉｔｏｒ）、電気二重層キャパシタ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）など多様な名称で呼ばれている。
電気化学キャパシタは、高出力、高容量、長寿命などの特性から、その応用分野が徐々に拡がっている。特に、近年、小型電子機器は勿論、産業機器、ＵＰＳ（無停電電源装置）、電気自動車、スマートグリッドなどへとその応用分野を徐々に広げている。
一般に、電気化学キャパシタは、集電体の表面に活物質層がコーティングされた形態で構成された正極及び負極、正極と負極との間に位置して正極と負極とを電気的に絶縁させながらイオンの移動を可能にするセパレータ、電極及びセパレータに含浸されてイオンを供給し、イオンの伝導を可能にする電解液、そして内部に正極、負極、セパレータ及び電解液を収容するケースを備える。
このような電気化学キャパシタは、代表的に、複数の電極及びセパレータを円筒状に巻き取るかまたは積層して電極組立体を形成した後、形成した電極組立体をケースに収納し、そこに電解液を注入して封じ込む方式で製造される。
電気化学キャパシタは、他のエネルギー貯蔵装置に比べて、長時間使用が可能であると評価されている。しかし、このような電気化学キャパシタであっても、使用が続けられると性能が低下する問題が生じ得る。
特に、電気化学キャパシタのうち電極組立体は、ロールのように巻かれた形態、すなわち巻取型で形成される場合が多い。ところが、このように電極組立体が巻取型で形成された電気化学キャパシタの場合、充放電サイクルが繰り返されながら発生する熱によって高温に晒されると、性能が低下して寿命が短縮する問題が生じ得る。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、放熱量を増やして内部温度の上昇を防止することで、寿命を延ばすことができる電気化学キャパシタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の目的を達成するため、本発明による電気化学キャパシタは、巻き取られたシート状で構成されて両面に活物質層がコーティングされた正極、正極に対面して巻き取られたシート状で構成されて両面に活物質層がコーティングされた負極、及び正極と負極との間に介在されて巻き取られたセパレータをそれぞれ備える複数の電極組立体と、複数の電極組立体それぞれの正極と電気的に連結される正極リード線と、複数の電極組立体それぞれの負極と電気的に連結される負極リード線と、を含む。
望ましくは、複数の電極組立体は一方向に積層され、正極、負極及びセパレータの巻取数が隣接した電極組立体同士で相異なるように形成され得る。
望ましくは、複数の電極組立体は、奇数層に位置する電極組立体の正極、負極及びセパレータの巻取数が第１巻取数であり、偶数層に位置する電極組立体の正極、負極及びセパレータの巻取数が第２巻取数であり得る。
望ましくは、複数の電極組立体は、第１巻取数と第２巻取数との巻取数差が正極、負極及びセパレータの厚みに対応して設定された基準巻取数になるように巻き取られ得る。
望ましくは、正極リード線は、正極に電気的に連結された地点から正極のコア部までの第１距離が最小巻取数で巻き取られる正極の末端部からコア部までの第１最小距離未満になるように正極に電気的に連結され得る。
望ましくは、負極リード線は、負極に電気的に連結された地点から負極のコア部までの第２距離が最小巻取数で巻き取られる負極の末端部からコア部までの第２最小距離未満になるように負極に電気的に連結され得る。
望ましくは、電気化学キャパシタは、複数の電極組立体を内部に収容し、巻取数が相異なる複数の電極組立体の外形に対応して段差が形成され得る。
上記の目的を達成するため、本発明による電気化学キャパシタの製造方法は、シート状で構成された正極、正極に対面してシート状で構成された負極、及び正極と負極との間に介在されたセパレータをそれぞれ備える複数の電極組立体を配置する段階と、正極リード線を複数の電極組立体それぞれの正極と電気的に連結し、負極リード線を複数の電極組立体それぞれの負極と電気的に連結する段階と、複数の電極組立体のコア部から巻き取る段階と、複数の電極組立体をハウジングに収納する段階と、を含む。
望ましくは、配置する段階は、隣接した電極組立体の正極、負極及びセパレータそれぞれの巻取数が相異なるように、正極、負極及びセパレータを配置する段階を含み得る。
望ましくは、電気的に連結する段階は、正極リード線が正極に電気的に連結された地点から正極のコア部までの第１距離が最小巻取数で巻き取られる正極の末端部からコア部までの第１最小距離未満になるように、正極リード線を正極に電気的に連結する段階を含み得る。
望ましくは、電気的に連結する段階は、負極リード線が負極に電気的に連結された地点から負極のコア部までの第２距離が最小巻取数で巻き取られる負極の末端部からコア部までの第２最小距離未満になるように、負極リード線を負極に電気的に連結する段階を含み得る。
本発明の一態様によれば、電気化学キャパシタの性能をより向上させることができる。
特に、本発明の一態様によれば、電気化学キャパシタに含まれた正極、負極及びセパレータのような多くの構成要素の劣化を防止または最小化できる。特に、本発明の一態様によれば、正極、負極及びセパレータが巻かれた形態で構成された巻取型電気化学キャパシタにおいて、電気化学キャパシタの表面積を増加させて放熱量を増やすことで、電気化学キャパシタの過熱現象を防止することができる。
したがって、本発明の一態様によれば、電気化学キャパシタの性能が長時間安定的に維持されることで、寿命を延ばすことができる。
外にも本発明は他の多様な効果を有し得、このような本発明の他の効果は後述する詳細な説明によって理解でき、本発明の実施形態からより明らかに分かるであろう。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施形態を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施形態による電気化学キャパシタを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態による電気化学キャパシタの構成要素を概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電気化学キャパシタの構成要素である複数の電極組立体それぞれの断面を示した断面図である。 本発明の一実施形態による電気化学キャパシタの構成要素である複数の電極組立体に備えられた正極が巻き取られる前の形状を示した図である。 本発明の一実施形態による電気化学キャパシタの構成要素である複数の電極組立体に備えられた負極が巻き取られる前の形状を示した図である。 本発明の一実施形態による電気化学キャパシタの製造方法を示したフロー図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図１は本発明の一実施形態による電気化学キャパシタを概略的に示した斜視図であり、図２は本発明の一実施形態による電気化学キャパシタの構成要素を概略的に示した分解斜視図である。
図１及び図２を参照すれば、本発明による電気化学キャパシタは、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ、正極リード線１２０、負極リード線１３０及びハウジング１４０を含む。
複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは、それぞれ正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３を備える。
正極１１１は、シート状、すなわち広い表面を有する板状で構成され得る。そして、このようなシート状の正極１１１は巻き取られた形態で構成される。すなわち、正極１１１は、図示されたように、一方向に巻かれてロール状に形成され得る。
正極１１１の表面には活物質層がコーティングされ得る。より具体的に、正極１１１は集電体及び活物質層を備え得る。ここで、集電体は、金属のような電気伝導性材質で構成されて電荷の移動通路の役割をし、シート状で構成され得る。そして、活物質層は、このようなシート状の集電体の表面、特に両面全てに形成され得る。このような活物質層は、活性炭のような活物質、導電性材料及び結合剤などを含み得る。
負極１１２は、正極１１１と反対極性を有する電極板として機能し得る。負極１１２は、巻き取られたシート状で構成され得る。また、負極１１２は、集電体及びその表面にコーティングされた活物質層を備え得る。
負極１１２は、正極１１１と対面するように構成され得る。すなわち、負極１１２は、正極１１１と表面が互いに対向するように重ねられた状態で一緒に巻き取られることで、コア部から末端部に至るまで正極１１１と対面するように構成され得る。ここで、コア部とは、正極１１１及び負極１１２が巻き取られるとき、長手方向に中心側の端部を意味する。そして、末端部とは、正極１１１及び負極１１２が巻き取られるとき、長手方向に外側の端部を意味する。このような構成では、正極１１１と負極１１２とが一緒に巻き取られるため、最内側に位置した部分と最外側に位置した部分を除き、両面が互いに対面できる。すなわち、正極１１１は、最内側に位置した最内層などの一部を除いて、内側面と外側面ともに負極１１２と対面することができる。そして、負極１１２は、最外側に位置した最外層などを除いて、内側面と外側面ともに正極１１１と対面することができる。
負極１１２は、正極１１１の外側に位置し得る。すなわち、正極１１１と負極１１２とが互いに重なった状態で巻き取られるとき、負極１１２は正極１１１よりも外側で巻かれると言える。負極１１２のコア部は、正極１１１のコア部よりも外側に位置し得る。例えば、電気化学キャパシタが円筒状で構成されるとすると、正極１１１の内側端部は負極１１２の内側端部よりも円筒の中心軸に近く位置し得る。
セパレータ１１３は、正極１１１と負極１１２との間に介在され得る。セパレータ１１３は、正極１１１と負極１１２とが直接接触できなくすることで短絡を防止し、これらの間でイオンを移動させることができる。そのため、セパレータ１１３は、正極１１１及び負極１１２と同様に、薄くて扁平なシート状で構成され、正極１１１と負極１１２との間でこれらと一緒に巻き取られ得る。
本発明は、正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３を特定の成分に限定しない。すなわち、本発明において、正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３の構成成分としては、本発明の出願時点で公知された多様な種類の電極及びセパレータ材質を採用可能である。
複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは、一方向に積層され得る。より具体的に、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは、図２に示されたように、それぞれの中心が同一線上に位置するように積層され得る。すなわち、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅのコア部が同一線上に位置するように積層され得る。
以下、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅの相違点について説明する。
図３は本発明の一実施形態による電気化学キャパシタの構成要素である複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅそれぞれの断面を示した断面図である。
図３を参照すれば、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅはそれぞれ正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３を同様に備える。ただし、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは、正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３の巻取数が隣接した電極組立体同士で相異なるように形成され得る。
より具体的に、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは、奇数層に位置する電極組立体１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅの正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３の巻取数が第１巻取数であり、偶数層に位置する電極組立体１１０ｂ、１１０ｄの正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３の巻取数が第２巻取数であり得る。ここで、第１巻取数と第２巻取数とは相異なり得る。
すなわち、奇数層に位置する電極組立体１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅは、それぞれ同じ巻取数である第１巻取数で巻き取られてコア部から最外郭までの距離が相互同じであり得る。
また、偶数層に位置する電極組立体１１０ｂ、１１０ｄは、それぞれ同じ巻取数である第２巻取数で巻き取られてコア部から最外角までの距離が相互同じであり得る。
しかし、奇数層に位置する電極組立体１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅと偶数層に位置する電極組立体１１０ｂ、１１０ｄとは相異なる巻取数で巻き取られてコア部から最外郭までの距離が相異なり得る。
このとき、第１巻取数と第２巻取数との巻取数差は、正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３の厚みに対応して設定された基準巻取数であり得る。
より具体的に、電極組立体が１回巻き取られる場合、コア部から最外郭までの距離は正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３の厚みと同じである。さらに、電極組立体がｎ回巻き取られる場合、コア部から最外郭までの距離はｎ回重なった正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３の厚みと同じである。すなわち、電極組立体のコア部から最外郭までの距離は、正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３の巻取数及び厚みに比例する。
これを用いて、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは、隣接した電極組立体の間で一定長さ以上の段差が生じて表面積が増加するように、奇数層に位置する電極組立体１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅは第１巻取数で巻き取られ、偶数層に位置する電極組立体１１０ｂ、１１０ｄは第１巻取数より基準巻取数だけ減少した第２巻取数で巻き取られ得る。
このとき、基準巻取数は、奇数層に位置する電極組立体１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅのコア部から最外郭までの距離と偶数層に位置する電極組立体１１０ｂ、１１０ｄのコア部から最外郭までの距離との差が予め設計された差になるように設定された巻取数であり得る。
例えば、１回巻き取られた電極組立体のコア部から最外郭までの距離が０．１ｍｍであり、奇数層に位置する電極組立体１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅのコア部から最外郭までの距離と偶数層に位置する電極組立体１１０ｂ、１１０ｄのコア部から最外郭までの距離との間の予め設計された差が１．０ｍｍである場合、基準巻取数は予め設計された差が１．０ｍｍになる巻取数である１０回に設定され得る。
これによって、第１巻取数と第２巻取数との巻取数差は基準巻取数１０回であり得る。そのため、奇数層に位置する電極組立体１１０ａ、１１０ｃ、１１０ｅは偶数層に位置する電極組立体１１０ｂ、１１０ｄより基準巻取数だけさらに巻き取られるために、巻き取り前の広げた長さが偶数層に位置する電極組立体１１０ｂ、１１０ｄよりも基準巻取数に相当する長さだけ長く形成され得る。
したがって、図２に示されたように、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅの間に段差が生じて最外郭の表面積が増加する。電極組立体の最外郭の表面積が広くなるほど、放熱量が増加する。すなわち、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅの側面だけでなく、上面及び下面などの外部に露出した部分からも熱を放出することができる。したがって、本発明の構成によれば、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは外部との熱交換が発生する表面積が増加するため、放熱性能を向上させることができる。
以下、本発明の複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅが連結された組立体の表面積と一般的な円柱状組立体の表面積とを比較して説明する。
例えば、図２の実施形態において、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅが連結された高さをＨと仮定する。この場合、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅが連結されたＡ組立体の表面積は、所定の条件下で奇数層の電極組立体（１１０ａ、１１０ｃまたは１１０ｅ）が高さＨで連結されたＢ組立体（円柱）の表面積よりも大きくなる。この場合、Ｂ組立体は、本発明の奇数層の電極組立体（１１０ａ、１１０ｃまたは１１０ｅ）が５個含まれた円柱形であり得る。
ここで、Ａ組立体及びＢ組立体に含まれた複数の電極組立体の個数がｎ個であり、Ａ組立体の奇数層の電極組立体及びＢ組立体の半径がＲ１であり、Ａ組立体の偶数層の電極組立体の半径がＲ２であると仮定する。この場合、所定の条件とは、Ａ組立体及びＢ組立体の高さＨが「ｎ×（Ｒ１＋Ｒ２）」より小さく「０」より大きい条件を意味する。高さＨに対する所定の条件は、円柱の表面積を求める数式から算出可能であるため、所定の条件を求める方法についての詳しい説明は省略する。
したがって、本発明の電気化学キャパシタは、含まれる正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３の量が一般的な円筒状キャパシタに含まれる正極、負極及びセパレータの量よりも少なく、表面積は一般的な円筒状キャパシタよりも広く形成することができる。
すなわち、本発明の電気化学キャパシタは、含まれる正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３を用いて最大表面積を有するように形成することができる。したがって、本発明の電気化学キャパシタは、一般的な円筒状キャパシタに比べて放熱効率が向上できるため、性能が長時間安定的に維持され、寿命が延びるという長所がある。
図４は、本発明の一実施形態による電気化学キャパシタの構成要素である複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅに備えられた正極１１１が巻き取られる前の形状を示した図である。
図４を参照すれば、正極リード線１２０は、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅそれぞれの正極１１１と電気的に連結され得る。
このとき、正極リード線１２０は、正極１１１のコア部Ｃから第１距離Ｌ１だけ離れた位置で正極１１１に電気的に連結され得る。すなわち、正極リード線１２０が正極１１１と連結された地点Ｐは、正極１１１のコア部Ｃから第１距離Ｌ１だけ離れ得る。そして、第１距離Ｌ１は、最小巻取数で巻き取られる正極１１１の末端部Ｔ１からコア部Ｃまでの第１最小距離Ｌ２未満であり得る。
すなわち、正極リード線１２０は、電気的に分離された複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅそれぞれの正極１１１を電気的に連結することができる。また、正極リード線１２０とそれぞれの正極１１１とが電気的に連結された地点Ｐは、最小巻取数で巻き取られる正極１１１の末端部Ｔ１とコア部Ｃとの間で垂直方向に配列され得る。
一方、正極リード線１２０は、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅそれぞれの正極１１１と電気的に連結され、電気化学キャパシタを充放電するために伝導性物質から形成され得る。望ましくは、本発明では、正極リード線１２０が特定の成分に限定されない。すなわち、本発明において、正極リード線１２０の構成成分としては、本発明の出願時点で公知された多様な種類のリード線材質が採用され得る。
図５は、本発明の一実施形態による電気化学キャパシタの構成要素である複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅに備えられた負極１１２が巻き取られる前の形状を示した図である。
図５を参照すれば、負極リード線１３０は、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅそれぞれの負極１１２と電気的に連結され得る。
このとき、負極リード線１３０は、負極１１２のコア部Ｃから第２距離Ｌ３だけ離れた位置で負極１１２に電気的に連結され得る。すなわち、負極リード線１３０が負極１１２と連結された地点Ｎは、負極１１２のコア部Ｃから第２距離Ｌ３だけ離れ得る。そして、第２距離Ｌ３は、最小巻取数で巻き取られる負極１１２の末端部Ｔ２からコア部Ｃまでの第２最小距離Ｌ４未満であり得る。
すなわち、負極リード線１３０は、電気的に分離された複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅそれぞれの負極１１２を電気的に連結することができる。また、負極リード線１３０とそれぞれの負極１１２とが電気的に連結された地点Ｎは、最小巻取数で巻き取られる負極１１２の末端部Ｔ２とコア部Ｃとの間で垂直方向に配列され得る。
一方、負極リード線１３０は、正極リード線１２０と電気的に連結されないように離隔して複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅそれぞれの負極１１２と電気的に連結され得る。
一方、負極リード線１３０は、複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅそれぞれの負極１１２と電気的に連結され、電気化学キャパシタを充放電するために伝導性物質から形成され得る。望ましくは、本発明では、負極リード線１３０が特定の成分に限定されない。すなわち、本発明において、負極リード線１３０の構成成分としては、本発明の出願時点で公知された多様な種類のリード線材質が採用され得る。
ハウジング１４０は、内部に空いた空間を備え、正極１１１、負極１１２及びセパレータ１１３を備える複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅを収容することができる。
また、ハウジング１４０は、内部の空いた空間に正極リード線１２０及び負極リード線１３０をさらに収容することができる。このとき、正極リード線１２０及び負極リード線１３０は一部のみがハウジング１４０に収容され、残りの部分はハウジング１４０の外部に露出し得る。より具体的には、ハウジング１４０は、正極リード線１２０のうち複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅそれぞれの正極１１１と電気的に連結された一部のみを収容し、負極リード線１３０のうち複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅそれぞれの負極１１２と電気的に連結された一部のみを収容し得る。
また、ハウジング１４０は電解液をさらに収容することができる。ここで、電解液は、塩成分として電解質と有機溶媒を含むことができる。
電解質は、陰イオンとしてＢｒ－、ＢＦ４ －、ＰＦ６ －、ＴＦＳＩ－などのような陰イオン１種以上と、陽イオンとしてスピロ－（１，１'）－ビピロリジニウム、ピペリジン－１－スピロ－１'－ピロリジニウム、スピロ－（１，１'）－ビピペリジニウム、ジアルキルピロリジニウム、ジアルキルイミダゾリウム、ジアルキルピリジニウム、テトラ－アルキルアンモニウム、ジアルキルピペリジニウム、テトラ－アルキルホスホニウムなどのような４級アンモニウム構造を有する陽イオン１種以上とを含むものであり得る。電解質としては、リチウムを含まない非リチウム系塩を使用し得る。
また、電解液に使用される有機溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート（ＥＣ）、スルホラン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン及びエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）からなる群より選択される１種以上が挙げられる。
ただし、本発明はこのような電解液の特定成分で限定されず、本発明の出願時点で公知された多様な電解液を本発明によるキャパシタの電解液として採用し得る。
このようなハウジング１４０は、金属材質またはポリマー材質から構成され、電解液が漏れないように封じ込まれてもよい。
ハウジング１４０は、図１に示されたように、巻取数の相異なる複数の電極組立体の外形に対応して段差が形成され得る。したがって、ハウジング１４０は最外郭の表面積を増加させることができる。このような構成によって、ハウジング１４０は内部の空いた空間に備えられた複数の電極組立体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅから発生する熱を素早く排出することで、内部温度の上昇を防止することができる。
以下、本発明の一実施形態による電気化学キャパシタの製造方法について説明する。
図６は、本発明の一実施形態による電気化学キャパシタの製造方法を示したフロー図である。
図６を参照すれば、本発明の一実施形態による電気化学キャパシタの製造方法は、シート状で構成された正極、正極に対面してシート状で構成された負極、及び正極と負極との間に介在されたセパレータをそれぞれ備える複数の電極組立体を配置する段階（Ｓ１００）、正極リード線を複数の電極組立体それぞれの正極と電気的に連結し、負極リード線を複数の電極組立体それぞれの負極と電気的に連結する段階（Ｓ２００）、複数の電極組立体のコア部から巻き取る段階（Ｓ３００）、及び複数の電極組立体をハウジングに収納する段階（Ｓ４００）を含むことができる。
配置する段階（Ｓ１００）は、隣接した電極組立体の正極、負極及びセパレータそれぞれの巻取数が相異なるように正極、負極及びセパレータを配置する段階を含むことができる。
より具体的に、配置する段階（Ｓ１００）は、電極組立体に備えられる正極、負極及びセパレータを、負極、セパレータ、正極の順に積層して配置する段階であり得る。
その後、配置する段階（Ｓ１００）は、巻き取り前の状態の電極組立体のコア部から末端部までのシート長さが隣接した電極組立体同士で相異なるように、巻き取り前の状態の複数の電極組立体を配置する段階を含むことができる。
例えば、配置する段階（Ｓ１００）において、奇数層に位置する電極組立体のシート長さが偶数層に位置する電極組立体のシート長さよりも長いように複数の電極組立体が配置され得る。
また、配置する段階（Ｓ１００）は、複数の電極組立体のコア部が垂直方向で同じ地点に位置するように複数の電極組立体を配置する段階を含むことができる。
その後、電気的に連結する段階（Ｓ２００）は、正極リード線を配置された複数の電極組立体それぞれの正極と電気的に連結し、負極リード線を配置された複数の電極組立体それぞれの負極と電気的に連結する段階である。
より具体的に、電気的に連結する段階（Ｓ２００）は、正極リード線が正極に電気的に連結された地点から正極のコア部までの第１距離が最小巻取数で巻き取られる正極の末端部からコア部までの第１最小距離未満になるように、正極リード線を正極に電気的に連結する段階を含むことができる。
また、電気的に連結する段階（Ｓ２００）は、負極リード線が負極に電気的に連結された地点から負極のコア部までの第２距離が最小巻取数で巻き取られる負極の末端部からコア部までの第２最小距離未満になるように、負極リード線を負極に電気的に連結する段階をさらに含むことができる。
巻き取る段階（Ｓ３００）は、配置された複数の電極組立体をコア部から巻き取る段階である。このとき、複数の電極組立体のシートの長さに応じて電極組立体それぞれの巻取数が相異なり得る。すなわち、電極組立体のシート長さが短いほど巻取数は小さくなる。これによって、巻き取られた複数の電極組立体は、最外郭に段差が形成されることで、円筒形状の従来の電極組立体より表面積を増加させることができる。
収納する段階（Ｓ４００）は、巻き取られた複数の電極組立体をハウジングに収納する段階である。より具体的に、収納する段階（Ｓ４００）は、最外郭に段差が形成された複数の電極組立体を円筒形状のハウジングに収納し、ハウジングを外側から内側に加圧して複数の電極組立体の最外郭のように段差を形成させる段階を含むことができる。
その後、収納する段階（Ｓ４００）は、ハウジングの内部に電解液を注入し、電解液が外部に流出しないように密封する段階をさらに含むことができる。
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ：電極組立体
１１１：正極
１１２：負極
１１３：セパレータ
１２０：正極リード線
１３０：負極リード線
１４０：ハウジング

Claims (9)

  1. 巻き取られたシート状で構成され、両面に活物質層がコーティングされた正極、前記正極に対向して巻き取られたシート状で構成され、両面に活物質層がコーティングされた負極、及び前記正極と前記負極との間に配置され、巻き取られたセパレータをそれぞれ含む複数の電極組立体と、
    前記複数の電極組立体それぞれの前記正極と電気的に連結される正極リード線と、
    前記複数の電極組立体それぞれの前記負極と電気的に連結される負極リード線と、を備え、
    前記複数の電極組立体は、
    前記複数の電極組立体の巻回軸方向に積層され、前記正極、前記負極、及び前記セパレータの巻取数が隣接した電極組立体同士で相異なる、電気化学キャパシタ。
  2. 前記複数の電極組立体は、
    奇数層に位置する電極組立体の前記正極、前記負極、及び前記セパレータの巻取数が第１巻取数であり、偶数層に位置する電極組立体の前記正極、前記負極、及び前記セパレータの巻取数が第２巻取数である、請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
  3. 前記複数の電極組立体は、
    前記第１巻取数と前記第２巻取数との巻取数差が、前記正極、前記負極、及び前記セパレータの厚みに対応して設定された基準巻取数になる、請求項２に記載の電気化学キャパシタ。
  4. 前記正極リード線は、
    前記正極に電気的に連結された地点から前記正極のコア部までの第１距離が、前記正極の末端部からコア部までの第１最小距離未満になるように前記正極に電気的に連結される、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気化学キャパシタ。
  5. 前記負極リード線は、
    前記負極に電気的に連結された地点から前記負極のコア部までの第２距離が、前記負極の末端部からコア部までの第２最小距離未満になるように前記負極に電気的に連結される、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気化学キャパシタ。
  6. 前記複数の電極組立体を内部に収容し、巻取数が相異なる前記複数の電極組立体の外形に対応して段差が形成されたハウジングをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の電気化学キャパシタ。
  7. シート状で構成された正極、前記正極に対向してシート状で構成された負極、及び前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータをそれぞれ含む複数の電極組立体を配置する段階と、
    正極リード線を前記複数の電極組立体それぞれの前記正極と電気的に連結し、負極リード線を前記複数の電極組立体それぞれの前記負極と電気的に連結する段階と、
    前記複数の電極組立体のコア部から巻き取る段階と、
    前記複数の電極組立体をハウジングに収納する段階と、を備え、
    前記配置する段階は、
    隣接した電極組立体の前記正極、前記負極、及び前記セパレータそれぞれの巻取数が相異なるように、前記正極、前記負極、及び前記セパレータを配置する段階を含む、
    電気化学キャパシタの製造方法。
  8. 前記電気的に連結する段階は、
    前記正極リード線が前記正極に電気的に連結された地点から前記正極のコア部までの第１距離が、前記正極の末端部からコア部までの第１最小距離未満になるように、前記正極リード線を前記正極に電気的に連結する段階を含む、請求項７に記載の電気化学キャパシタの製造方法。
  9. 前記電気的に連結する段階は、
    前記負極リード線が前記負極に電気的に連結された地点から前記負極のコア部までの第２距離が、前記負極の末端部からコア部までの第２最小距離未満になるように、前記負極リード線を前記負極に電気的に連結する段階を含む、請求項７または８に記載の電気化学キャパシタの製造方法。
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