KR100871715B1

KR100871715B1 - 전기이중층 캐패시터

Info

Publication number: KR100871715B1
Application number: KR1020070003049A
Authority: KR
Inventors: 전영재; 윤성현; 이정엽
Original assignee: (주) 스마트씽커즈
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2008-12-05
Also published as: KR20080065860A

Abstract

본 발명은 특히 견고하고 제작이 간편하며 열안정 특성을 갖도록 한 전기이중층 캐패시터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전기이중층 캐패시터는: 상측 개방된 수용홈이 형성된 절연성 성형물과, 상기 성형물의 인써트로서 수용홈의 바닥을 제공하며 성형물의 외부로 돌출된 제1단자를 갖는 금속판을 포함하는 몸체부와; 상기 성형물의 상측에서 끼워지면서 수용홈을 덮으며, 측하방으로 연장되고 성형물의 하단 모서리에서 내향 절곡되는 제2단자를 갖는 금속 커버부를 포함한다. 두 개의 분극성 전극과 양 전극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 통상의 전극부가 상기 성형물의 수용홈에 내장된다. 한편, 오링이 상기 성형물 상면에 배치되고, 상기 커버부와의 사이에서 압착되어 상기 전극부에 존재하는 전해액의 누액을 방지한다.

전기이중층, 캐패시터, 성형물, 인써트, 금속판, 커버, 전극, 단자

Description

전기이중층 캐패시터 {Electric Double Layer Capacitor}

도 1은 일반적인 전기이중층 캐패시터의 구조를 보인 단면.

도 2는 본 발명에 따른 전기이중층 캐패시터의 사시도.

도 3은 도 2의 분해 사시도.

도 4는은 도 2의 A-A선 단면도.

도 5는는 도 2의 B-B선 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11. 몸체부 12. 커버부

13,14. 단자 15. 성형물

16. 금속판 17. 수용홈

18. 바닥 20. 오링

23. 전극부

본 발명은 각종 전자제품의 전원으로 사용되는 전기이중층 캐패시터(EDLS: Electric Double Layer Capacitor)에 관한 것으로, 특히 소형 칩-타입(chip-type)의 전기이중층 캐패시터에 관한 것이다.

전기이중층 캐패시터는 전극과 전해질 간의 계면에 형성되는 전기이중층에서의 전하를 이용하여 전기에너지를 축적하는 것으로서, 고밀도 에너지의 급속 충/방전 특성을 가짐에 따라 주로 이동통신기기, 디지털 카메라, 노트북컴퓨터 등 휴대용 전자제품의 보조전원으로 이용되고 있다. 한편, 전기이중층 캐패시터는 일반적으로 칩형과 권취형으로 분류되고 있으나, 전자제품의 소형화 추세에 따라 주로 칩형이 사용된다.

도 1은 종래의 기술에 따른 칩-타입 전기이중층 캐패시터를 예시한 것이다. 상기 전기이중층 캐패시터는 상부케이스(2)와 하부케이스(3)를 포함하는 금속케이스(1), 세퍼레이터(6)를 사이에 두고 대향 배치되는 분극성의 두 전극(4,5), 상기 금속케이스(1)의 내측벽과 전극(4,5) 사이에 충진되어 전해질의 누액을 방지하는 동시에 각 케이스(2,3) 간의 절연적 결합을 매개하는 개스킷(7), 그리고 각 케이스(2,3)의 표면에 접합되는 단자(8,9)를 포함한다.

상기 전극(4,5)은 집전체 표면에 활성탄 슬러리가 도포된 것을 전해액에 함침시켜 얻어지며, 전도성 접착제 또는 용접을 통하여 각 케이스(2,3)의 내측 표면 에 접합된다. 한편, 상부케이스(3)의 끝단은 고리형태로 가공되어 충진되는 개스킷(7) 내에 위치하게 되고, 하부케이스(3)의 끝단은 고화된 개스킷(7)의 상측으로 크림핑(crimping) 처리된다. 그리고 단자(8,9)는 PCB(P) 평면상의 착지를 위하여 필요한 방향으로 절곡 처리된다.

이러한 구조의 전기이중층 캐패시터가 칩-타입 중에서도 비교적 콤팩트한 것으로서 일반적으로 사용되고 있기는 하지만, 다음의 문제점들을 갖고 있다.

구조적으로 보면, 제작에 요구되는 부품의 수가 많고 또한 공정이 복잡하여 생산성이 떨어지고 원가면에서도 상당히 불리하다. 뿐만 아니라 개스킷을 수단으로 하는 케이스의 결합구조, 단자의 접합구조 등이 견고하지 못하다. 또한 단자의 인출 및 착지 상태가 불안정하기 때문에 기판(PCB)상에서 제품의 평형 밸런스를 맞추기가 어려우며 작은 충격에도 단락이 발생하기 쉽다.

특성면에서 보면, 열안정성이 매우 취약한 문제가 있다. 전자제품에 실장되기 전, PCB는 각종 부품이 장착된 상태로 240~280℃의 고온에서 표면 열처리가 수행된다. 한편, 통상 사용되는 전해액의 경우 발화점이 140℃ 정도로서, 열처리 과정에서 불량이 발생할 가능성이 크다. 이러한 열안정 문제는 구조적으로 해결되어야 할 것이나, 이를 위한 대책이 마련되어 있지 않다. 한 방편으로, 캐패시터 전체를 수지 몰딩하는 경우가 있으나 이 경우에 제조공정이 더 복잡해지고 원가면에서 더 불리해지는 것은 당연하다.

본 발명은 종래의 기술에 따른 칩-타입 전기이중층 캐패시터의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 보다 간단하고 견고한 구조로 구현되는 동시에 열안정성을 갖는 전기이중층 캐패시터를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 전기이중층 캐패시터는: 상측 개방된 수용홈이 형성된 절연수지 성형물과, 상기 성형물의 인써트로서 수용홈의 바닥을 제공하며 성형물의 외부로 돌출된 제1단자를 갖는 금속판을 포함하는 몸체부와; 상기 성형물의 상측에서 끼워지면서 수용홈을 덮으며, 측하방으로 연장되고 성형물의 하단 모서리에서 내향 절곡되는 제2단자를 갖는 금속 커버부와; 상기 수용홈에 내장되며, 수용홈의 바닥 및 커버부 내면에 각각 접촉하는 두 개의 분극성 전극과 양 전극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극부와; 상기 성형물 상면에 배치되고, 상기 커버부와의 사이에서 압착되어 상기 전극부에 존재하는 전해액의 누액을 방지하는 오링으로 이루어진다.

상기 전기이중층 캐패시터는 순서적으로: 상기 몸체부의 수용홈에 전극부를 삽입하고, 오링을 정위치 한 다음, 몸체부의 상측에서 커버부를 끼운 후, 제2단자를 절곡하여 성형물 하면에 접촉시키는 것에 의하여 조립 완성된다. 이 전기이중층 캐패시터는, 종래의 것에 비하여, 구조적으로 단순하면서도 견고하다. 한편, 전극부가 성형물의 내부에 보존되어 있음에 따라서 우수한 열안정 특성을 갖는다.

위에 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명의 특징과 효과들은, 이하에서 첨부도면을 참조하여 설명하는 실시예 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 도 2 이하의 도면에서, 본 발명의 실시예에 따른 이디엘씨는 부호 10으로 표시된다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 전기이중층 캐패시터(10)는 몸체부(11)와, 몸체부(11)의 상측을 감싸 덮는 커버부(12)를 포함한다. 몸체부(10)에는 여기에 도시되지 않은 전극부가 내장되어 있다. 도면에서 부호 13은 몸체부(11)에서 돌출된 제1단자이고, 부호 14는 커버부(12)에서 측하방으로 연장된 다른 극성의 제2단자이다. 상기 제2단자(14)는 몸체부(11)의 하단 모서리에서 내향 절곡되며, 이 제2단자(14)의 절곡에 의하여 몸체부(11)와 커버부(12)가 서로 밀착 결합된다. 완성된 전기이중층 캐패시터(10)에서, 양 단자(13,14)는 몸체부(11)와 동일한 평면상에 놓이게 된다.

도 3을 참조하면, 상기 몸체부(11)는 절연성 수지로 된 성형물(15)과, 성형물(15)에 일체로 된 인써트로서의 금속판(16)을 포함한다. 성형물(15)의 재료는 열경화성 수지이며, 바람직하게는 금속 표면과의 친화성, 기계적 성질, 전기 절연성 등이 뛰어난 것으로 알려진 에폭시계 수지이다.

성형물(15)의 중앙에는 상측이 개방된 수용홈(17)이 형성되며, 금속판(16)이 상기 수용홈(17)의 바닥(18)을 제공한다. 제1단자(13)가 성형물(15)의 외부로 돌출되어 있는데, 이는 바닥(18)으로부터 연장된 것이다(도 4, 도 5 참조). 즉, 바닥(18)과 제1단자(13)는 하나의 금속판(16)에서 구분되는 것이다. 제1단자(13)는 성형물(15)과 동일 평면상으로 돌출되며, 일방향 하나이어도 무방하나 기판상의 접점 편의상 양방향 또는 다방향 복수인 것이 좋다.

성형물(15)의 상면 수용홈(17)의 주변에는 환형홈(19)이 형성되어 있으며, 상기 환형홈(19)에는 전해액의 누액을 방지하기 위한 오링(20)이 제공된다. 상기 수용홈(17)의 내벽에는 전극부(23)의 세퍼레이터(26)가 거치되도록 하기 위한 단턱(21)이 형성되어 있다. 한편, 상기 성형물(15)의 하단 모서리에는 다수의 가이드홈(22)이 형성되어 있는데, 이디씨엘(10)의 조립 과정에서 커버부(12)의 제2단자(14)가 절곡되면서 이 가이드홈(18)에 끼워지는 것이다. 따라서 제2단자(14)가 몸체부(11) 성형물(15)과 동일 평면에 있을 수 있으며, 한편으로 커버부(12)가 좌우로 유동되지 않는다.

상기 전극부(23)는 세퍼레이터(26)를 사이에 두고 서로 대향 배치되는 두 개의 분극성 전극(24,25)을 포함한다. 상기 전극(24,25)은 활성탄 시트 또는 금속 집전체에 활성탄 슬러리를 고착시킨 것을 전해액에 함침시켜 얻어진다. 한편, 상기 세퍼레이터(26)는 이온 투과성 및 다공성 재료에서 선택적으로 사용된다. 다만, 이 러한 전극부(23)의 구성 및 재료는 본 발명에서 특이한 것은 아니다. 그리고, 본 발명이 전극(24,25) 및 세퍼레이터(26)의 재료에 한정되는 것도 아니다.

상기 커버부(12)는 금속재로서, 성형물(15)의 상측을 감싸면서 끼워질 수 있는 형태이다. 커버부(12)에서 측하방으로 연장되는 제2단자(14)는 조립 과정에서 성형물(15)의 모서리에 형성된 가이드홈(22)에서 내측으로 절곡되며, 이에 따라 몸체부(11)와 커버부(12)가 일체로 밀착 결합되는 것이다. 몸체부(11)와의 결합력 강화 및 기판상의 접점 편의를 위하여 제2단자(14)는 양방향 또는 다방향 복수인 것이 좋다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 금속판(16)은 성형물(15)의 저면보다 높은 위치에서 인써트되며, 제1단자(13)는 성형물(15)의 저면과 동일 평면상으로 돌출된다. 인써트 부분에는 성형물(15) 재료와의 밀착력을 높이기 위한 요철(27)이 형성된다.

몸체부(11)의 상측에서 커버부(12)가 끼워지고, 커버부(12)에서 연장된 제2단자(14)가 성형물(15)의 모서리에 형성된 가이드홈(22)에서 내측으로 절곡되며, 이에 따라 몸체부(11)와 커버부(12)가 밀착되어 서로 결합된다. 성형물(15) 상면의 환형홈(19)에 끼워진 오링(20)이 커버부(12)와의 사이에서 압착되어 전극부(23)에 존재하는 전해액의 누액을 방지한다.

전극부(23) 중에서, 하나의 전극(24)은 수용홈(17)의 바닥(18)에 접촉하고, 다른 전극(25)은 커버부(12)의 내측면에 접촉한다. 각 전극(24,25)은 접착제 또는 용접을 통하여 바닥(18) 또는 커버부(12) 내측면에 고정될 수 있으며, 바닥(18)과 전극(24) 간의 용접을 수행할 수 있도록 하기 위하여 성형물(15)은 저면으로부터 바닥(18)까지 연장된 작업홀(28)을 갖는다.

완성된 전기이중층 캐패시터(10)에서, 전극부(23)는 성형물(15)의 수용홈(17) 내에 위치하게 된다. 따라서 전기이중층 캐패시터(10)는 열적으로 안정된 특성을 갖게 된다. 한편, 제1단자(13)는 성형물(15)과 동일 평면상으로 돌출되고, 제2단자(14)는 같은 두께와 폭을 가진 가이드홈(22)에서 내측으로 절곡되어, 양 단자(13,14)는 몸체부(11)의 성형물(15)와 동일한 평면상에 놓이게 된다. 따라서 전기이중층 캐패시터(10)의 기판(P)상 장착 상태는 매우 안정적이다.

본 발명에 따른 전기이중층 캐패시터는 성형물에 전극부를 내장하고 커버부를 끼운 후, 제2단자를 절곡하는 것에 의하여 조립 완성된다. 이 이디엘씨는, 종래의 것에 비하여, 구조적으로 단순하면서도 견고하다. 그리고 조립이 간편하여 생산성이 향상된다. 한편, 전극부가 성형물의 내부에 보존되어 있음에 따라서 우수한 열안정 특성을 갖는다.

Claims

상측 개방된 수용홈이 형성된 절연성 성형물과, 상기 성형물의 인써트로서 수용홈의 바닥을 제공하며 성형물의 외부로 돌출된 제1단자를 갖는 금속판을 포함하는 몸체부와; 상기 성형물의 상측에서 끼워지면서 수용홈을 덮으며, 측하방으로 연장되고 성형물의 하단 모서리에서 내향 절곡되는 제2단자를 갖는 금속 커버부와; 상기 수용홈에 내장되며, 수용홈의 바닥 및 커버부 내면에 각각 접촉하는 두 개의 분극성 전극과 양 전극 사이에 배치되는 세퍼레이터를 포함하는 전극부와; 상기 성형물 상면에 배치되고, 상기 커버부와의 사이에서 압착되어 상기 전극부에 존재하는 전해액의 누액을 방지하는 오링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기이중층 캐패시터.
제1항에 있어서,

상기 제1단자와 제2단자는 몸체부의 성형물과 동일한 평면상에 놓인 것을 특징으로 하는 전기이중층 캐패시터.
삭제
제1항에 있어서,

상기 금속판의 인써트 부분에는 성형물 재료와의 밀착력을 높이기 위한 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 전기이중층 캐패시터.
제1항에 있어서,

상기 성형물의 하단 모서리에는 커버부의 제2단자가 절곡되면서 끼워지는 가이드홈이 형성된 것을 특징으로 하는 전기이중층 캐패시터.
제1항에 있어서,

상기 성형물은 저면으로부터 바닥까지 연장된 작업홀을 갖는 것을 특징으로 하는 전기이중층 캐패시터.