KR100323477B1 - 콘덴서 - Google Patents

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Abstract

활물질층이 얇으면서도 복수개의 전극이 적층되는 대용량의 콘덴서가 개시된다. 본 발명의 콘덴서는 양극, 격리막 및 음극이 순차적으로 반복하여 적층되어 있으며, 이들이 전체적으로 판상으로 권취되어 있고, 권취된 상기 양극 및 상기 음극을 절단하여 형성된 리드선을 갖는 하나이상의 전극군을 구비한다. 양극 및 음극을 격리막을 개재하여 판상으로 권취시키기 때문에 리드선의 수를 증가시키는 것이 용이하며, 또한 전극을 권취한 후 프레스 같은 장치를 이용하여 한번에 전극으로부터 리드선을 절단할 수 있어서, 대전류를 사용하는 대용량의 콘덴서를 용이하게 형성시킬 수 있다.

Description

콘덴서 {CONDENSER}
본 발명은 콘덴서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극의 적층 및 콘덴서 제조를 용이하게 하기 위해 판상으로 권취한 전극군을 포함하는 대용량의 콘덴서에 관한 것이다.
현재 사용되고 있는 전기에너지 저장장치로서는 전지, 전해 콘덴서, 전기이중층 캐패시터, 수도 캐패시터 등이 있으며, 특히 전기화학 캐패시터는 재충전가능한 축전지에 의해 전원공급을 받는 하이브리드 전기장치에서의 보조 에너지 저장장치로서 흥미있는 것이다. 또한 전기화학 이중층 캐패시터(EDLC)는 서로 다른 상의 계면에 형성된 전기이중층(electric double layer)에서 발생하는 정전하 현상을 이용한 캐패시터이다.
도 1은 종래의 일반적인 콘덴서의 단위셀을 개략적으로 나타낸 모식도이다. 즉, 종래의 콘덴서의 단위셀 구조는, 금속물질이나 몰딩수지로 된 케이스(10), 상기 케이스(10) 내에 설치된 집전체(12)와 활물질층(14)으로 구성된 양극 및 음극의 전극, 상기 양극 및 음극 사이에 설치되어 양극과 음극 사이에서 전자전도를 제한하고, 이온전도만을 가능케 하는 다공성 재질의 격리막(15) 및 상기 케이스(10) 내에 충전된 전해액(18)으로 구성되어 있다.
상기 활물질층(14)은 전기에너지를 저장하는 부분으로서 종류에 따라 다른 활물질이 사용되며, 집전체(12)는 활물질층(14)에 저장된 전기에너지를 외부로 방출시키거나 외부로부터 인가된 전기에너지를 활물질에 전달하는 역할을 하며 주로 금속막이 사용된다. 그러나 알루미늄 전해콘덴서는 알루미늄을 에칭하고 그 위에 알루미늄 산화막을 형성시킨 것으로서 활물질층과 집전체를 구분하기 곤란하다.
상기 격리막(15)은 양극과 음극 사이의 전기전도는 방지하고 이온전도만 가능케 하는 것으로 보통 다공성 폴리프로필렌 또는 종이가 많이 사용된다. 전해액(18)은 전기에너지를 저장할 수 있도록 용제에 이온이 녹아있는 것으로서 활물질의 종류에 따라 여러 가지 전해질이 사용된다.
전지, 전해콘덴서, 전기이중층 캐패시터와 같은 전기에너지 저장장치는 활물질의 종류에 따라 중량당/부피당 전기에너지 저장량이 결정되므로 단위 패키지당 용량을 증대시키기 위하여는 활물질량을 증가시켜야 한다. 전극의 활물질층의 두께를 증가시키면 전극의 면적을 감소시킬 수 있지만, 활물질층의 두께를 두껍게 할 경우 전극의 전기저항이 증가하고 활물질의 이용효율이 감소하기 때문에 활물질층의 두께를 증가시키기 어렵다.
따라서, 활물질층을 얇게 하고 전극의 면적을 크게 하는 방법으로 대용량 전기에너지 저장장치를 제조하고 있다. 도 2는 종래의 콘덴서에서의 각형 전극의 적층상태를 나타내는 사시도이다. 도 3은 도2의 A-A'선을 자른 전극의 적층상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 사각형 형상의 양극(20a)(20b) 및 음극(22a)이 각기 격리막(24a)(24b)에 의해 격리되어 복수개가 적층되어 있다. 상기 양극(20a)(20b) 및 음극(22a)은 각기 양극단자 및 음극단자에 연결하기 위해 리드선들이 형성되며, 이들 리드선들은 서로 다른 쪽으로 각기 집합화되어 있다. 도 2와 같이 적층된 상태가 직육면체를 이루고 있기 때문에 이를 각형 전극이라고 한다.
도 4는 종래의 콘덴서에서의 원통형 전극의 적층상태를 나타내는 사시도이다. 도 4에서는 적층 상태가 원통형으로 권취되어 있기 때문에 원통형이라 불리우며, 복수개의 양극(30a)(30b) 및 음극(32a)(32b)들이 격리막(34a)(34b)에 의해 격리되면서 적층되어 있다. 이들 양극 및 음극은 각기 양극단자 및 음극단자에 연결하기 위해 리드선이 형성되며, 각기 서로 구별되도록 집합화되어 있다.
상기 도 2의 각형 또는 도 4 의 원통형에서 리드선은 집전체를 제단하여 사용하거나 리드선을 전극에 용접하거나, 리벳을 이용하여 고정시키거나 프레스를 이용하여 연결한다.
그러나, 각형의 경우 전극을 직사각형으로 자르고 양극과 음극사이에 격리막을 끼운 형태로 적층하고 전극의 양극끼리 양극단자에 음극끼리 음극단자에 연결하는 방법으로서, 적층수가 많아지면 적층에 많은 시간이 소요되며 신뢰성도 낮다. 한편 원통형의 경우 전극의 일정거리 마다 리드선을 만들고 전극을 원통형으로 감아 전극의 리드선을 양극단자와 음극단자에 각각 연결하는 방법으로서, 리드선의 수가 작은 경우 공정이 간단해지지만, 대용량의 콘덴서의 경우 충방전시 수백 암페어의 전류가 흐르므로 많은 수의 리드선이 필요하다. 또한 전극의 리드선이 많아지면 전기저항이 감소하므로 대전류를 사용하는 경우 리드선의 수를 증가시키는 것이 유리하다.
원통형의 경우 리드선의 수가 많아지면 리드선을 붙이거나 잘라내어 리드선을 만드는 공정이 복잡해지며 양극과 음극이 일정한 위치에 있도록 원통형으로 감는 공정 또한 어려워진다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 많은 수의 전극 리드선을 요하는 대용량의 콘덴서에서 전극의 적층상태가 단순화 및 신뢰성있게 형성되는 대용량의 콘덴서를 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 콘덴서의 단위셀을 나타내는 모식도이다.
도 2는 종래의 콘덴서에서의 사각형 전극의 적층상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도2의 A-A'선을 자른 전극의 적층상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 종래의 콘덴서에서의 원통형 전극의 적층상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극의 적층상태를 나타내는 사시도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 전극군의 단면을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극의 적층상태를 나타내는 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 케이스 12 : 집전체
14 : 활물질 18 : 전해액
16,24a,24b,34a,34b,44a,44b,54a,54b,64a,64b,74a,74b,46,56,66,76,82 :격리막
20a,20b,30a,30b,40a,40b,50a,50b,60a,60b,70a,70b,80: 양극
22a,32a,32b,42a,42b,52b,62a,62b,72a,72b,84 : 음극
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 양극, 격리막 및 음극이 순차적으로 반복하여 적층되어 있으며, 이들이 전체적으로 판상으로 권취되어 있고, 권취된 상기 양극 및 상기 음극으로부터 연장된 양극 및 음극 리드선을 갖는 하나이상의 전극군을 구비하는 것을 특징으로 하는 콘덴서를 제공한다.
상기 전극군은 다른 격리막을 개재하여 복수개가 적층되어 있는 것이 대용량화의 측면에서 바람직하며, 상기 콘덴서는 상기 적층된 복수개의 전극군을 내포하는 케이스 및 상기 케이스의 내부를 충전하는 전해액을 더 구비한다.
본 발명에 의하면 전극의 적층이 매우 용이하고, 전극으로부터 리드선의 형성이 용이하게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부하는 도면과 함께 상세히 설명한다.
실시예 1
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극의 적층상태를 나타내는 사시도이며, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 전극의 단면을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5를 참조하면, 복수개의 양극(40a, 40b) 및 음극(42a, 42b)이 각기 격리막(44a, 44b)에 의해 격리되어 적층되며 복수개가 판상 형태로 권취되어 있는 제1 전극군과, 이 제1 전극군이 다른 격리막(46, 56)을 개재하여 복수개의 양극(50a, 50b) 및 음극(52a, 52b)이 각기 격리막(54a, 54b)에 의해 격리되어 적층되며 복수개가 판상 형태로 권취되어 있는 제2 전극군과 격리되어 적층되어 있다.
이들 각 전극군에서는 상기 양극(40a)(40b)(50a)(50b) 및 음극(42a)(42b) (52a)(52b)은 각기 양극단자 및 음극단자에 연결하기 위해 리드선들이 형성되며, 이들 리드선들은 서로 반대방향으로 각기 집합화되어 있다.
이러한 구조에서 전극에 리드선을 미리 만들어 놓고 이를 권취하는 것보다 전극을 권취한 후 프레스 같은 장치를 이용하여 리드선을 한번에 절단하면 제조공정을 보다 단순화 할 수 있다.
이와 같이 형성된 전극의 단면은 도 6b와 도 6c와 같다.
도 6b는 본 발명에 따라 형성된 하나의 전극군의 단면이고, 도 6c는 본 발명에 따라 형성된 세 개의 전극군이 병렬로 연결된 상태의 단면을 나타낸 도면이다.
도 6b를 참조하면, 전극군은 양극(80) 및 음극(84)이 각각 격리막(82)을 사이에 두고 형성된 구조를 갖는다.
즉, 도 6a와 같이 동일한 크기의 전극들을 순차적으로 형성한 후, 권취하게 되면, 최종적으로 내부에 형성된 전극을 같은 극끼리 접하게 됨으로써, 콘덴서로서 활용할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명에서는 도 6b 내지 도 6c와 같이 전극 및 격리막의 적층시 권취된 상기 전극군의 구조가 각 전극 간에 격리막이 항상 삽입되어 있는 구조를 갖도록 형성한다.
이와 같이 형성된 전극군은 내외부에서 항상 음극-격리막-양극-격리막-음극의 적층순서를 갖게되며, 이에 따라 가운데 부분도 콘덴서로서 활용할 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖도록 전극군을 형성하는 방법으로는 여러 가지 방법이 있으나, 그 중 한가지 방법을 나타내면 다음과 같다.
상기 양극(80) 및 상기 음극(84)의 두 배의 길이를 갖는 상기 격리막(82)을 사이에 두고, 상기 격리막(82)의 일측 상부에 상기 양극(80)을 형성하고, 상기 격리막(82)의 일측 하부에 상기 음극(84)을 형성한다. 이 때 상기 음극(84)의 일측단은 상기 격리막(82)의 일측단에 위치하며, 상기 음극(84)의 타측단은 상기 격리막(84)의 중앙부에 위치한다. 즉, 상기 음극(84)은 상기 격리막(82)의 반쪽 하부와 겹치도록 형성된다. 또한, 상기 양극(80)은 상기 격리막(82)을 사이에 두고 상기 음극(84)과 대응되는 위치에 형성되며, 상기 격리막(82)의 중앙부로부터 이 후 권취되는 수평부 및 절곡부의 길이만큼 상기 격리막(82)의 일측단을 향하여 이동시켜 형성된다.
이와 같이 상기 양극(80), 상기 격리막(82) 및 상기 음극(84)을 적층한 후, 상기 격리막(82)의 타측이 상기 음극(84)과 겹치도록 상기 격리막(82)을 반으로 접는다.
이어서, 상기 격리막(82)의 중앙부를 중심으로 시계방향으로 적층된 상기 양극(80), 상기 격리막(82) 및 상기 음극(84)을 권취한다. 이 때, 상기 양극(80)의 수평부와 상기 음극(84)의 수평부가 권취된 전극군의 양측에서 서로 마주보도록 판상으로 권취하게 되면, 상기 도 6b와 같은 형태의 전극이 완성된다.
도 6c는 도 6c의 구조를 갖는 전극군 3개를 연결하여 병렬로 연결한 구조이다.
도 6c를 참조하면, 복수 개의 전극군을 적층하는 경우 전극을 효율적으로 활용하기 위해서는 도 6c와 같이 전극군끼리 접하는 면이 서로 다른 극이어야 하며 저항을 감소시키기 위해서는 전극군을 권취할 때 음극 또는 양극의 맨 마지막 면에 격리막이 덮이지 않도록 하는 것이 필요하다.
이와 같은 구조는 전극군을 형성하는 공정시, 상기 전극군의 일측면에 상기 양극이 노출되도록 형성하고, 상기 전극군의 타측면에 격리막이 노출되도록 형성하여 각각의 전극군을 형성한 후, 제1 전극군의 양극과 제2 전극군의 격리막이 인접하도록 형성함으로써 완성될 수 있다.
이때 전극군의 상기 양극 및 상기 음극의 수평면은 각각 짝수개가 되도록 하고 동일한 형태의 전극군을 동일한 방향으로 적층하는 것이 유리하다.
그 이유는 상기 양극 및 상기 음극의 수평면이 홀수개가 될 경우에는 상술한 복수개의 전극군을 갖는 구조를 형성할 수 없기 때문이다.
이렇게 형성된 복수개의 전극군에서 양극 및 음극을 각각 양극단자 및 음극단자에 용접하거나 리벳으로 연결하고 케이스에 넣고 전해액을 주입하여 밀봉하여 대용량의 콘덴서를 제조하게 된다.
제1 실시예에 따르면, 리드선의 갯수를 증가시키면서도 전극의 적층을 단순하고 용이하게 형성시킬 수 있다.
실시예 2
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극의 적층상태를 나타내는 사시도이다. 도 6을 참조하면, 복수개의 양극(60a)(60b) 및 음극(62a)(62b)이 각기 격리막(64a)(64b)에 의해 격리되어 적층되며 복수개가 판상 형태로 권취되어 있는 제1 전극군과, 상기 제1 전극군이 다른 격리막(66)(76)을 개재하여 복수개의 양극(70a)(70b) 및 음극(72a)(72b)이 각기 격리막(74a)(74b)에 의해 격리되어 적층되며 복수개가 판상 형태로 권취되어 있는 제2 전극군과 격리되어 적층되어 있다.
제2 실시예에서는 제1 실시예와 달리 전극의 리드선들이 한쪽 방향에서 서로 구별되게 집합화되어 있다는 점을 제외하고 기본적으로 동일한 형태로 구성되어 있다. 이들 각 전극군에서는 상기 양극(60a)(60b)(70a)(70b) 및 음극(62a)(62b) (72a)(72b)은 각기 양극단자 및 음극단자에 연결하기 위해 일 방향으로 리드선들이 각기 집합화되어 있으며, 각 양극 및 음극은 집전체상에 활물질층이 형성되어 있는 것이다.
제2 실시예에 따르면, 제1 실시예에서와 같이 리드선의 갯수를 증가시키면서도 전극의 적층을 단순하고 용이하게 형성시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 양극 및 음극을 격리막을 개재하여 판상으로 권취시키기 때문에 리드선의 수를 증가시키는 것이 용이하며, 전극으로부터 쉽게 리드선을 절단할 수 있어서, 대전류를 사용하는 대용량의 콘덴서를 용이하게 형성시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 양극, 격리막 및 음극이 순차적으로 반복하여 적층되어 있으며, 이들이 전체적으로 판상으로 권취되어 있고, 권취된 상기 양극 및 상기 음극으로부터 연장된 양극 및 음극 리드선을 갖는 하나이상의 전극군을 구비하는 것을 특징으로 하는 콘덴서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극군은 일측면에 음극 또는 양극이 노출되며, 타측면에 격리막이 노출되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 콘덴서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전극군이 복수 개로 형성되어 병렬로 연결될 때, 제1 전극군의 음극 또는 양극이 형성된 면과 제2 전극군의 격리막이 인접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 콘덴서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 전극군의 음극 또는 양극이 형성된 면과 상기 격리막을 사이에 두고 상기 제1 전극군과 인접한 제2 전극군의 양극 또는 음극이 형성된 면을 서로 극성이 반대인 것을 특징으로 하는 콘덴서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전극군 중 상기 양극 및 상기 음극은 각각 짝수개의 수평면을 갖는 것을 특징으로 하는 콘덴서.
KR1019990050323A 1999-11-12 1999-11-12 콘덴서 KR100323477B1 (ko)

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