KR101108811B1 - Method of manufacturing lithium ion capacitor and lithium ion capacitor obtained by the method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리튬 이온 캐패시터의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이온 캐패시터에 관한 것으로, 세퍼레이터, 양극단자를 구비한 양극, 세퍼레이터, 리튬포일, 음극단자를 구비한 음극 및 리튬포일을 순차적으로 적층하여 예비 전극 적층체를 형성하는 단계; 상기 예비 전극 적층체의 양극단자와 음극단자를 각각 용접하여 전극 적층체를 형성하는 단계; 상기 전극 적층체를 전해질 용액에 침지시켜, 상기 리튬 포일로부터 상기 음극에 리튬이온을 프리 도핑하는 단계; 및 상기 프리도핑된 상기 음극을 포함한 상기 전극 적층체를 실링하는 단계;를 포함할 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a lithium ion capacitor and a lithium ion capacitor manufactured therefrom, wherein a separator, a positive electrode having a positive electrode terminal, a separator, a lithium foil, a negative electrode having a negative electrode terminal and a lithium foil are sequentially laminated to a spare electrode. Forming a laminate; Welding an anode terminal and a cathode terminal of the preliminary electrode stack to form an electrode stack; Immersing the electrode stack in an electrolyte solution to pre-dope lithium ions from the lithium foil to the cathode; And sealing the electrode stack including the pre-doped cathode.

Description

리튬 이온 캐패시터의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이온 캐패시터{Method of manufacturing lithium ion capacitor and lithium ion capacitor obtained by the method}Method of manufacturing lithium ion capacitor and lithium ion capacitor produced therefrom

본 발명은 리튬 이온 캐패시터에 관한 것으로, 음극에 리튬 포일을 직접적으로 접촉시켜 음극에 리튬이온을 프리 도핑하는 리튬 이온 캐패시터의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이온 캐패시터에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention 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 ion is directly contacted with a lithium foil to a negative electrode, and a lithium ion capacitor prepared therefrom.

일반적으로, 전기화학적 에너지 저장장치는 모든 휴대용 정보통신기기, 전자기기에 필수적으로 사용되는 완제품 기기의 핵심부품이다. 또한, 전기화학적 에너지 저장장치는 미래형 전기자동차 및 휴대용 전자장치등에 적용될 수 있는 신재생 에너지 분야의 고품질 에너지원으로써 확실하게 사용될 것이다.In general, electrochemical energy storage devices are a key component of finished devices essential for all portable information and communication devices and electronic devices. In addition, electrochemical energy storage devices will be reliably used as high quality energy sources in the renewable energy field that can be applied to future electric vehicles and portable electronic devices.

전기화학적 에너지 저장장치 중 전기화학 캐패시터는 전기이중층 원리를 이용하는 전기이중층 커패시터(Electrical double layer)와 전기화학적 산환-환원 반응을 이용하는 하이브리드 슈퍼 캐패시터(Hybrid supercapacitor)로 구분될 수 있다.The electrochemical capacitors of the electrochemical energy storage device may be classified into an electric double layer capacitor using an electric double layer principle and a hybrid supercapacitor using an electrochemical conversion-reduction reaction.

여기서, 전기이중층 커패시터는 고출력 에너지 특성을 필요로 하는 분야에서 많이 사용되고 있으나, 전기이중층 커패시터는 작은 용량과 같은 문제점을 가지고 있다. 이에 비하여, 하이브리드 슈퍼 캐패시터는 전기이중층 커패시터의 용량 특성을 개선할 새로운 대안으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히, 하이브리드 슈퍼 캐패시터 중 리튬 이온 캐패시터(Lithium ion capacitor; LIC)는 전기이중층 캐패시터에 비해 3 내지 4배 정도의 축적용량을 가질 수 있다.Here, the electric double layer capacitor is widely used in a field requiring high output energy characteristics, but the electric double layer capacitor has a problem such as a small capacity. In contrast, hybrid supercapacitors have been studied as a new alternative to improve the capacitance characteristics of an electric double layer capacitor. In particular, the lithium ion capacitor (LIC) of the hybrid supercapacitor may have an accumulation capacity of about 3 to 4 times that of the electric double layer capacitor.

리튬 이온 캐패시터를 형성하기 위한 공정은 시트형태를 갖는 양극, 분리막 및 음극을 순차적으로 적층하여 전극 적층체를 형성하는 적층공정, 양극의 단자들과 음극의 단자들을 각각 용접하는 용접공정, 음극에 리튬이온을 프리 도핑하기 위한 전처리 도핑공정 및 전극 적층체를 알루미늄으로 실링하는 실링공정을 포함할 수 있다. The process for forming a lithium ion capacitor includes a lamination process of forming an electrode stack by sequentially stacking a cathode, a separator, and a cathode having a sheet form, a welding process of welding the terminals of the anode and the terminals of the cathode, and lithium on the cathode. A pretreatment doping process for pre-doping ions and a sealing process for sealing the electrode stack with aluminum may be included.

여기서, 음극에 리튬이온을 프리 도핑하기 위한 공정은 전극 적층체의 최상단층과 최하단층에 각각 리튬 금속막을 구비시킨 후, 전해질 용액에 침지시킴으로써 이뤄질 수 있다.Here, the process for pre-doping lithium ions to the negative electrode may be achieved by providing a lithium metal film on each of the uppermost layer and the lowermost layer of the electrode laminate, and then immersing it in an electrolyte solution.

이때, 프리 도핑 공정에서 리튬 이온이 음극에 원활하게 공급되기 위해, 양극 및 음극에 구비된 집전체는 메쉬형태로 가질 수 밖에 없어, 리튬 이온 캐패시터의 내부 저항이 높아지는 문제점이 있었다.In this case, in order to smoothly supply lithium ions to the negative electrode in the pre-doping process, the current collectors provided in the positive electrode and the negative electrode have to have a mesh form, and thus there is a problem in that the internal resistance of the lithium ion capacitor is increased.

또한, 리튬 금속막은 전극 적층체의 양단에 각각 구비되므로, 적층된 음극 전체에 리튬이온이 균일하게 도핑되는데 어려움이 있었다.In addition, since the lithium metal films are provided at both ends of the electrode laminate, there is a difficulty in uniformly doping lithium ions throughout the stacked negative electrodes.

또한, 리튬이온이 전극 적층체의 내부에 구비된 음극에 균일하게 도핑되기 까지의 시간이 20일 정도가 소요되어, 양산 적용에 어려움이 있었다.
In addition, it takes about 20 days for the lithium ions to be uniformly doped into the negative electrode provided in the electrode stack, and there is a difficulty in mass production.

따라서, 본 발명은 리튬 이온 캐패시터에서 발생될 수 있는 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 구체적으로 음극에 리튬 포일을 직접적으로 접촉시켜 음극에 리튬이온을 프리 도핑하는 리튬 이온 캐패시터의 제조 방법 및 이로부터 제조된 리튬 이온 캐패시터를 제공함에 그 목적이 있다.
Therefore, the present invention was devised to solve a problem that may occur in a lithium ion capacitor, and specifically, a method of manufacturing a lithium ion capacitor which pre-dopes lithium ions to a negative electrode by directly contacting a lithium foil to a negative electrode and from the same It is an object to provide a manufactured lithium ion capacitor.

본 발명의 목적은 리튬 이온 캐패시터의 제조 방법을 제공하는 것이다. 상기 제조 방법은 세퍼레이터, 양극단자를 구비한 양극, 세퍼레이터, 리튬포일, 음극단자를 구비한 음극 및 리튬포일을 순차적으로 적층하여 예비 전극 적층체를 형성하는 단계; 상기 예비 전극 적층체의 양극단자와 음극단자를 각각 용접하여 전극 적층체를 형성하는 단계; 상기 전극 적층체를 전해질 용액에 침지시켜, 상기 리튬 포일로부터 상기 음극에 리튬이온을 프리 도핑하는 단계; 및 상기 프리도핑된 상기 음극을 포함한 상기 전극 적층체를 실링하는 단계;를 포함할 수 있다.It is an object of the present invention to provide a method for producing a lithium ion capacitor. The manufacturing method includes forming a preliminary electrode stack by sequentially stacking a separator, a positive electrode having a positive electrode terminal, a separator, a lithium foil, a negative electrode having a negative electrode terminal, and a lithium foil; Welding an anode terminal and a cathode terminal of the preliminary electrode stack to form an electrode stack; Immersing the electrode stack in an electrolyte solution to pre-dope lithium ions from the lithium foil to the cathode; And sealing the electrode stack including the pre-doped cathode.

여기서, 상기 음극은 음극 집전체와 상기 음극 집전체의 양면에 각각 구비된 음극 활물질층을 구비하며, 상기 음극 활물질층은 상기 집전체의 적어도 일부를 노출하도록 형성할 수 있다.Here, the negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer respectively provided on both surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer may be formed to expose at least a portion of the current collector.

또한, 상기 리튬 포일은 상기 음극 활물질층상에 배치되며 상기 음극 활물질층으로부터 노출된 상기 음극 집전체와 적어도 일부와 접촉할 수 있다.In addition, the lithium foil may be disposed on the negative electrode active material layer and contact at least a portion of the negative electrode current collector exposed from the negative electrode active material layer.

또한, 상기 음극 집전체는 무공(無孔)의 시트형태를 가질 수 있다.In addition, the negative electrode current collector may have a non-porous sheet form.

또한, 상기 음극 집전체는 구리 및 니켈 중 적어도 어느 하나로 이루어진 포일로 형성할 수 있다.In addition, the negative electrode current collector may be formed of a foil made of at least one of copper and nickel.

또한, 상기 리튬 포일은 상기 음극 집전체에 대해 1/10의 두께를 가질 수 있다.In addition, the lithium foil may have a thickness of 1/10 of the negative electrode current collector.

또한, 상기 양극은 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 양면에 각각 구비된 양극 활물질층을 구비할 수 있다.In addition, the positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on both surfaces of the positive electrode current collector, respectively.

또한, 상기 양극 집전체는 무공(無孔)의 시트형태를 가질 수 있다.In addition, the positive electrode current collector may have a non-porous sheet form.

또한, 상기 양극 집전체는 알루미늄, 티탄, 니오브 및 탄탈 중 적어도 어느 하나로 이루어진 포일로 형성할 수 있다.
In addition, the positive electrode current collector may be formed of a foil made of at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum.

본 발명의 다른 목적은 상기 제조 방법으로부터 제조된 리튬 이온 캐패시터를 제공하는 것이다. 상기 리튬 이온 캐패시터는 세퍼레이터, 양극단자를 구비한 양극, 세퍼레이터, 음극단자를 구비한 음극을 순차적으로 적층한 전극 적층체; 및 상기 전극 적층체를 밀봉하는 외장 라미네이트 필름;을 포함하며,Another object of the present invention is to provide a lithium ion capacitor prepared from the above production method. The lithium ion capacitor may include an electrode laminate in which a separator, a cathode including a cathode terminal, a cathode, and a cathode including a cathode terminal are sequentially stacked; And an outer laminate film sealing the electrode laminate.

상기 음극은 음극 집전체와 상기 음극 집전체의 양면에 각각 구비된 음극 활물질층을 구비하며, 상기 음극 활물질층은 상기 집전체의 적어도 일부를 노출하도록 형성될 수 있다.The negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on both surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer may be formed to expose at least a portion of the current collector.

여기서, 상기 음극 집전체는 무공(無孔)의 시트형태를 가질 수 있다.Here, the negative electrode current collector may have a non-porous sheet form.

또한, 상기 음극 집전체는 구리 및 니켈 중 적어도 어느 하나로 이루어진 포일로 형성할 수 있다.In addition, the negative electrode current collector may be formed of a foil made of at least one of copper and nickel.

또한, 상기 양극은 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 양면에 각각 구비된 양극 활물질층을 구비할 수 있다.In addition, the positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on both surfaces of the positive electrode current collector, respectively.

또한, 상기 양극 집전체는 무공(無孔)의 시트형태를 가질 수 있다.In addition, the positive electrode current collector may have a non-porous sheet form.

또한, 상기 양극 집전체는 알루미늄, 티탄, 니오브 및 탄탈 중 적어도 어느 하나로 이루어진 포일로 형성할 수 있다.
In addition, the positive electrode current collector may be formed of a foil made of at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum.

본 발명의 리튬 이온 캐패시터는 음극에 리튬 포일을 직접적으로 접촉시켜 리튬 이온을 프리 도핑시킴으로써, 프리도핑공정 시간을 단축할 수 있어, 양산적용이 가능해질 수 있다.In the lithium ion capacitor of the present invention, by pre-doping lithium ions by directly contacting the lithium foil to the negative electrode, the pre-doping process time can be shortened and mass production can be enabled.

또한, 본 발명의 리튬 이온 캐패시터는 음극에 리튬 포일을 직접적으로 접촉시켜 집전체를 무공의 형태로 가져갈 수 있으므로, 리튬 이온 캐패시터의 내부 저항을 낮출 수 있다.In addition, the lithium ion capacitor of the present invention can bring the current collector into a non-porous form by directly contacting the lithium foil to the negative electrode, thereby lowering the internal resistance of the lithium ion capacitor.

또한, 본 발명의 리튬 이온 캐패시터는 음극에 리튬 포일을 직접적으로 접촉시켜 각 음극에 균일하게 리튬 이온을 프리 도핑시킬 수 있다.In addition, the lithium ion capacitor of the present invention may directly doping lithium ions uniformly to each cathode by directly contacting the lithium foil to the cathode.

또한, 본 발명의 리튬 이온 캐패시터는 음극에 리튬 포일을 직접적으로 접촉시켜 리튬 이온을 프리 도핑시킴으로써, 리튬 이온이 집전체나 세퍼레이터를 이동하지 않아도 되므로, 집전체나 세퍼레이터에 대한 선택 자유도를 높일 수 있다.
In addition, in the lithium ion capacitor of the present invention, lithium ions do not need to move the current collector or the separator by directly doping lithium ions by directly contacting the lithium foil to the negative electrode, thereby increasing the degree of freedom of selection for the current collector or the separator. .

도 1 내지 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리튬 이온 캐패시터의 제조 공정을 설명하기 위해 도시한 공정도들이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 리튬 이온 캐패시터를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.1 to 5 are flowcharts illustrating a manufacturing process of a lithium ion capacitor according to a first embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating a lithium ion capacitor according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예들은 리튬 이온 캐패시터의 제조를 위한 지그의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings of a jig for manufacturing a lithium ion capacitor. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the size and thickness of the device may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리튬 이온 캐패시터의 제조 공정을 설명하기 위해 도시한 공정도들이다. 여기서, 도 1은 예비 전극 적층체의 분해사시도이며, 도 2는 도 1 에 I-I'선을 따라 절단한 단면도이다.1 to 6 are flowcharts illustrating a manufacturing process of a lithium ion capacitor according to a first embodiment of the present invention. 1 is an exploded perspective view of the preliminary electrode laminate, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II ′ in FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 리튬 이온 캐패시터(100)를 제조하기 위해, 먼저, 세퍼레이터(110), 양극(120), 세퍼레이터(110), 리튬 포일(130), 음극(140), 리튬 포일(130)을 순차적으로 적층하여, 예비 전극 적층체(150a)를 형성한다. 1 and 2, in order to manufacture the lithium ion capacitor 100, first, the separator 110, the positive electrode 120, the separator 110, the lithium foil 130, the negative electrode 140, and the lithium foil The 130 is sequentially stacked to form the preliminary electrode stack 150a.

여기서, 세퍼레이터(110)는 음극(140)과 양극(120)을 분리하는 역할을 할 수 있다. 세퍼레이터(110)는 종이 또는 부직포일 수 있으나, 본 발명의 실시예에서 세퍼레이터(110)의 종류에 대해서 한정하는 것은 아니다.Here, the separator 110 may serve to separate the cathode 140 and the anode 120. The separator 110 may be paper or nonwoven fabric, but the embodiment of the present invention is not limited to the type of the separator 110.

양극(120)은 양극 집전체(120a)와 양극 집전체(120a)의 양면에 각각 배치된 양극 활물질층(120b)을 포함할 수 있다. 여기서, 양극(120)은 양극 집전체(120a)와 전기적으로 연결된 양극 단자(120c)를 구비할 수 있다. 이때, 양극 집전체(120a)와 양극 단자(120c)는 일체로 이루어질 수 있다.The positive electrode 120 may include a positive electrode current collector 120a and a positive electrode active material layer 120b disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 120a, respectively. Here, the anode 120 may include a cathode terminal 120c electrically connected to the cathode current collector 120a. In this case, the positive electrode current collector 120a and the positive electrode terminal 120c may be integrally formed.

또한, 양극 집전체(120a)는 알루미늄, 티탄, 니오브 및 탄탈 중 적어도 어느 하나 중 적어도 어느 하나로 이루어진 포일로 이루어질 수 있다. 이때, 양극 집전체(120a)는 리튬 이온 캐패시터(100)의 내저항을 낮추기 위해 메쉬형태가 아닌, 즉 무공(無孔)의 시트 형태를 가질 수 있다.In addition, the positive electrode current collector 120a may be formed of a foil made of at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum. In this case, the cathode current collector 120a may have a non-mesh sheet shape, ie, a non-porous sheet form, in order to lower the resistance of the lithium ion capacitor 100.

또한, 양극 활물질층(120b)은 리튬 이온을 가역적으로 도핑 및 탈도핑할 수 있는 탄소재료, 즉 활성탄을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 양극 활물질층(120b)은 바인더를 더 포함할 수 있다.In addition, the cathode active material layer 120b may include a carbon material capable of reversibly doping and undoping lithium ions, that is, activated carbon. In addition, the cathode active material layer 120b may further include a binder.

음극(140)은 음극 집전체(140a)와 음극 집전체(140a)의 양면에 각각 배치된 음극 활물질층(140b)을 포함할 수 있다. The negative electrode 140 may include the negative electrode current collector 140a and the negative electrode active material layer 140b disposed on both surfaces of the negative electrode current collector 140a, respectively.

여기서, 음극(140)은 음극 집전체(140a)와 전기적으로 연결된 음극 단자(140c)를 구비할 수 있다. 이때, 음극 집전체(140a)와 음극 단자(140c)는 일체로 이루어질 수 있다.Here, the negative electrode 140 may include a negative electrode terminal 140c electrically connected to the negative electrode current collector 140a. In this case, the negative electrode current collector 140a and the negative electrode terminal 140c may be integrally formed.

또한, 음극 집전체(140a)는 구리 및 니켈 중 적어도 어느 하나로 이루어진 포일로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 집전체(140a)는 리튬 이온 캐패시터의 내저항을 낮추기 위해 메쉬형태가 아닌, 즉 무공(無孔)의 시트 형태를 가질 수 있다.In addition, the negative electrode current collector 140a may be formed of a foil made of at least one of copper and nickel. In this case, the negative electrode current collector 140a may have a non-mesh shape, that is, a non-porous sheet shape in order to lower the resistance of the lithium ion capacitor.

또한, 음극 활물질층(140b)은 리튬 이온을 가역적으로 도핑 및 탈도핑할 수 있는 탄소재질, 예컨대 그라파이터(graphite)로 이루어질 수 있다. 이에 더하여, 음극 활물질층(140b)은 바인더를 더 포함할 수도 있다.In addition, the negative electrode active material layer 140b may be formed of a carbon material, such as graphite, capable of reversibly doping and undoping lithium ions. In addition, the negative electrode active material layer 140b may further include a binder.

이때, 음극 활물질층(140b)은 음극 집전체(140a)의 적어도 일부를 노출하도록 형성할 수 있다. 이는, 음극 집전체(140a)와 리튬 포일(130)을 직접적으로 접촉시키기 위함이다. In this case, the negative electrode active material layer 140b may be formed to expose at least a portion of the negative electrode current collector 140a. This is to directly contact the negative electrode current collector 140a and the lithium foil 130.

리튬 포일(130)은 음극(140)에 리튬 이온을 공급하기 위한 공급원의 역할을 할 수 있다. 여기서, 리튬 포일(130)은 적층된 음극(140)들에 각각 직접적으로 접촉하게 된다. 즉, 리튬 포일(130)은 음극(140)의 양면에 각각 배치될 수 있다. The lithium foil 130 may serve as a source for supplying lithium ions to the cathode 140. Here, the lithium foil 130 is in direct contact with the stacked negative electrodes 140, respectively. That is, the lithium foil 130 may be disposed on both surfaces of the cathode 140, respectively.

리튬 포일(130)은 음극(140), 즉 음극 활물질층(140b)에 대해 1/5이하의 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 리튬 포일(130)은 100nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 이는, 리튬 포일(130)이 프리 도핑공정에서 모두 소멸되어, 음극(140)에 도핑시키기 위함이다.The lithium foil 130 may have a thickness of 1/5 or less with respect to the negative electrode 140, that is, the negative electrode active material layer 140b. For example, the lithium foil 130 may have a thickness of 100 nm or less. This is because all of the lithium foil 130 is dissipated in the pre-doping process to be doped into the cathode 140.

리튬 포일(130)은 음극 활물질층(140b)에 직접적으로 접촉함과 동시에 리튬 포일(130)의 일부는 음극 활물질층(140b)으로부터 노출된 음극 집전체(140a)와 접촉시킬 수 있다. 이는, 음극 활물질층(140b)은 탄소 소재로 리튬 포일과 접촉할 때 저항의 발생으로 음극 활물질층(140b)으로 리튬 이온을 도핑하기 쉽지 않기 때문이다. 즉, 도체로 이루어진 음극 집전체(140a)와 리튬 포일(130) 사이에 음극 활물질층(140b)이 개재되므로, 음극 활물질층(140b)에 리튬 이온이 용이하게 도핑될 수 있다. The lithium foil 130 may be in direct contact with the negative electrode active material layer 140b, and at the same time, a portion of the lithium foil 130 may be in contact with the negative electrode current collector 140a exposed from the negative electrode active material layer 140b. This is because the negative electrode active material layer 140b is not easy to dope lithium ions into the negative electrode active material layer 140b due to the generation of resistance when contacting the lithium foil with a carbon material. That is, since the negative electrode active material layer 140b is interposed between the negative electrode current collector 140a and the lithium foil 130 made of a conductor, lithium ions may be easily doped into the negative electrode active material layer 140b.

본 발명의 실시예에서, 양극(120)과 음극(140)은 적어도 2 회로 적층된 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the embodiment of the present invention, the anode 120 and the cathode 140 are illustrated as being stacked at least two times, but is not limited thereto.

도 3을 참조하면, 예비 전극 적층체(150a)의 양극 단자(120c)와 음극 단자(140c)를 각각 용접하여, 전극 적층체(150)를 형성할 수 있다. 여기서, 용접공정은 초음파 용접을 통해 수행될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서 이를 한정하는 것은 아니다.Referring to FIG. 3, the electrode stack 150 may be formed by welding the anode terminal 120c and the cathode terminal 140c of the preliminary electrode stack 150a, respectively. Here, the welding process may be performed by ultrasonic welding, but embodiments of the present invention are not limited thereto.

이후, 외장 라미네이트 필름160)을 이용하여 전극 적층체(150)를 포장한다. 여기서, 외장 라미네이트 필름160)은 알루미늄으로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 실시예에서 이를 한정하는 것은 아니다. Thereafter, the electrode laminate 150 is packaged using the exterior laminate film 160. Here, the exterior laminate film 160 may be made of aluminum, which is not limited in the embodiment of the present invention.

전극 적층체(150)의 포장을 하기 위해, 먼저, 전극 적층체(150)를 사이에 두고 상, 하부에 각각 외장 라미네이트 필름160)을 제공한다. 이후, 두 외장 라미네이트 필름160)을 열융착함으로써, 전극 적층체(150)는 외장 라미네이트 필름160)에 의해 포장될 수 있다. 이때, 열 융착 공정은 전극 적층체(150)로 전해액을 공급하기 위한 투입구(160a)를 남겨두도록 한다.In order to package the electrode stack 150, first, an outer laminate film 160 is provided on the upper and lower sides of the electrode stack 150. Thereafter, the electrode laminate 150 may be packaged by the outer laminate film 160 by thermally bonding the two outer laminate films 160. At this time, the thermal fusion process is to leave the inlet (160a) for supplying the electrolyte solution to the electrode stack (150).

여기서, 전해액은 리튬 이온을 이동시킬 수 있는 매질의 역할을 하는 것으로, 고전압에서 전기분해를 일으키지 않아 리튬 이온을 안정하게 존재할 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 전해액은 리튬염이 용해된 용매를 포함할 수 있다. 리튬염의 예로서는 LiPF6, LiBF4 및 LiClO4등일 수 있다. 또한, 용매의 예로서는 비프로톤성 유기용매일 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서, 전해액의 재질에 대해서 한정하는 것은 아니다.In this case, the electrolyte serves as a medium capable of transferring lithium ions, and may be made of a material capable of stably presenting lithium ions without causing electrolysis at a high voltage. For example, the electrolyte solution may include a solvent in which lithium salt is dissolved. Examples of lithium salts may be LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, and the like. In addition, examples of the solvent may be an aprotic organic solvent. However, in the embodiment of the present invention, the material of the electrolyte is not limited.

도 4를 참조하면, 투입구(160a)로 전해액을 투입함으로써, 전극 적층체(150)는 전해액에 함침될 수 있다. 이때, 전해액에 리튬 포일(130)이 용해되어 음극(140)으로 도핑될 수 있다. Referring to FIG. 4, the electrode stack 150 may be impregnated with the electrolyte by introducing the electrolyte into the inlet 160a. At this time, the lithium foil 130 is dissolved in the electrolyte may be doped to the cathode 140.

이와 같이, 음극(140)에 리튬 이온을 프리 도핑시켜, 음극(140)의 전위를 0V근방까지 낮출 수 있어, 충전 전압을 높일 수 있다.As described above, lithium ions are pre-doped to the cathode 140, so that the potential of the cathode 140 can be lowered to around 0 V, thereby increasing the charging voltage.

도 5를 참조하면, 전해액을 투입한 후, 투입구(160a)를 진공 밀봉시킴으로써, 리튬 이온 캐패시터를 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5, after the electrolyte is introduced, a lithium ion capacitor may be formed by vacuum sealing the inlet 160a.

본 발명의 실시예에서, 음극(140)의 프리도핑은 전극 적층체(150)를 외장 라미네이터 필름(160)을 이용하여 일부를 실링한 후, 내부로 전해액을 투입하여 수행하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 음극(140)의 프리도핑은 전극 적층체(150)를 전해액에 함침한 후, 전해액으로붜 전극 적층체(150)를 꺼낸 후 밀봉할 수도 있다.In the embodiment of the present invention, the pre-doping of the cathode 140 was described as a part of the electrode laminate 150 by using an external laminator film 160, after the electrolyte is introduced into the inside, but It is not limited. For example, the pre-doping of the cathode 140 may be performed after the electrode laminate 150 is impregnated in the electrolyte solution, and the electrode laminate 150 is taken out of the electrolyte solution and then sealed.

따라서, 본 발명의 실시예에서와 같이, 적층된 음극(140)들에 각각 리튬 포일(130)을 직접적으로 접촉시켜 리튬 이온을 프리 도핑시킴으로써, 프리 도핑공정 시간을 단축할 수 있다. 이에 따라, 리튬 이온 캐패시터의 양산성을 높일 수 있다.Therefore, as in the exemplary embodiment of the present invention, the pre-doping process may be shortened by pre-doping lithium ions by directly contacting the lithium foils 130 with the stacked negative electrodes 140, respectively. Thereby, the mass productivity of a lithium ion capacitor can be improved.

또한, 음극(140)에 리튬 포일(130)을 직접적으로 접촉시켜 음극 집전체(140a) 및 양극 집전체(120a)를 무공의 형태로 가져갈 수 있으므로, 리튬 이온 캐패시터의 내부 저항을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 각 음극(140)에 균일하게 리튬 이온을 프리 도핑시킬 수 있다.In addition, since the negative electrode current collector 140a and the positive electrode current collector 120a may be brought into a non-porous form by directly contacting the lithium foil 130 to the negative electrode 140, the internal resistance of the lithium ion capacitor may be lowered. In addition, lithium ions may be uniformly pre-doped to each cathode 140.

또한, 음극(140)에 리튬 포일(130)을 직접적으로 접촉시켜 리튬 이온을 프리 도핑시킴으로써, 리튬 이온이 음극 집전체(140a), 양극 집전체(120a)나 세퍼레이터(110)를 이동하지 않아도 되므로, 음극 집전체(140a), 양극 집전체(120a) 및 세퍼레이터(110)의 형태에 대한 선택 자유도를 높일 수 있다.
In addition, by directly contacting the lithium foil 130 to the negative electrode 140 to pre-dope lithium ions, since lithium ions do not have to move the negative electrode current collector 140a, the positive electrode current collector 120a, or the separator 110. In addition, the degree of freedom for selecting the shape of the negative electrode current collector 140a, the positive electrode current collector 120a, and the separator 110 may be increased.

이하, 본 발명의 제 1 실시예에 따라 제조된 리튬 이온 캐패시터의 구조를 설명하기로 한다. Hereinafter, the structure of the lithium ion capacitor manufactured according to the first embodiment of the present invention will be described.

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 리튬 이온 캐패시터를 설명하기 위해 도시한 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating a lithium ion capacitor according to a second embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 리튬 이온 캐패시터(100)는 전극 적층체(150) 및 전해액에 함침된 전극 적층체(150)를 밀봉하는 외장 라미네이트 필름160)을 포함할 수 있다.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 sealing the electrode laminate 150 impregnated with the electrolyte. Can be.

여기서, 전극 적층체(150)는 순차적으로 적층된 세퍼레이터(110), 양극(120), 세퍼레이터(110), 및 음극(140)을 구비할 수 있다.Here, the electrode stack 150 may include a separator 110, a cathode 120, a separator 110, and a cathode 140 sequentially stacked.

양극(120)은 양극 집전체(120a)와 양극 집전체(120a)의 양면에 각각 배치된 양극 활물질층(120b)을 포함할 수 있다. 양극(120)은 양극 집전체(120a)로부터 돌출된 양극 단자(120c)를 구비할 수 있다. 여기서, 음극(140)의 프리 도핑공정이 음극(140)에 리튬 포일(130)을 직접적으로 접촉시켜 수행되므로, 리튬 이온이 양극 집전체(120a)를 통과할 필요가 없으므로, 양극 집전체(120a)는 무공(無孔)의 시트형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 리튬 이온 캐패시터(100)의 내부 저항을 낮출 수 있다. 양극 집전체(120a)로 사용되는 재질의 예로서는 알루미늄, 티탄, 니오브 및 탄탈 중 적어도 어느 하나로 이루어진 포일일 수 있다. The positive electrode 120 may include a positive electrode current collector 120a and a positive electrode active material layer 120b disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 120a, respectively. The positive electrode 120 may include the positive electrode terminal 120c protruding from the positive electrode current collector 120a. Here, since the pre-doping process of the negative electrode 140 is performed by directly contacting the lithium foil 130 to the negative electrode 140, since lithium ions do not need to pass through the positive electrode current collector 120a, the positive electrode current collector 120a ) May have a non-porous sheet form. Accordingly, the internal resistance of the lithium ion capacitor 100 can be lowered. Examples of the material used as the positive electrode current collector 120a may be a foil made of at least one of aluminum, titanium, niobium, and tantalum.

음극(140)은 음극 집전체(140a)와 음극 집전체(140a)의 양면에 각각 배치된 음극 활물질층(140b)을 포함할 수 있다. 음극(140)은 음극 집전체(140a)로부터 돌출된 음극 단자(140c)를 구비할 수 있다. 이때, 음극 집전체(140a)의 일부는 음극 활물질층(140b)으로부터 노출될 수 있다. 이는, 제조공정에서 설명한 것과 같이, 리튬 포일(130)과 음극 집전체(140a)를 접촉시켜, 리튬 포일(130)로부터 음극 활물질층(140b)으로 용이하게 도핑하기 위함이다.The negative electrode 140 may include the negative electrode current collector 140a and the negative electrode active material layer 140b disposed on both surfaces of the negative electrode current collector 140a, respectively. The negative electrode 140 may include a negative electrode terminal 140c protruding from the negative electrode current collector 140a. In this case, a part of the negative electrode current collector 140a may be exposed from the negative electrode active material layer 140b. As described in the manufacturing process, the lithium foil 130 and the negative electrode current collector 140a are brought into contact with each other to easily dope the negative electrode active material layer 140b from the lithium foil 130.

여기서, 음극(140)의 프리 도핑공정이 음극(140)에 리튬 포일(130)을 직접적으로 접촉시켜 수행되므로, 리튬 이온이 음극 집전체(140a)를 통과할 필요가 없으므로, 음극 집전체(140a)는 무공(無孔)의 시트형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 리튬 이온 캐패시터(100)의 내부 저항을 낮출 수 있다. 여기서, 음극 집전체(140a)로 사용되는 재질의 예로서는 구리 및 니켈 중 적어도 어느 하나로 이루어진 포일일 수 있다. Here, since the pre-doping process of the negative electrode 140 is performed by directly contacting the lithium foil 130 to the negative electrode 140, since lithium ions do not need to pass through the negative electrode current collector 140a, the negative electrode current collector 140a ) May have a non-porous sheet form. Accordingly, the internal resistance of the lithium ion capacitor 100 can be lowered. Here, an example of the material used as the negative electrode current collector 140a may be a foil made of at least one of copper and nickel.

따라서, 본 발명의 실시예에서와 같이, 음극에 리튬 이온을 균일하게 프리 도핑시킴으로써, 리튬 이온 캐패시터의 충전 전압을 높일 수 있다.
Therefore, as in the embodiment of the present invention, by uniformly pre-doping lithium ions to the negative electrode, it is possible to increase the charging voltage of the lithium ion capacitor.

100 : 리튬 이온 캐패시터
110 : 세퍼레이터
120 : 양극
130 : 리튬 포일
140 : 음극
150 : 전극 적층체
160 : 외장 라미네이트 필름100: lithium ion capacitor
110: separator
120: anode
130: lithium foil
140: cathode
150: electrode laminate
160: exterior laminate film

Claims (15)

세퍼레이터, 양극단자를 구비한 양극, 세퍼레이터, 리튬포일, 음극단자를 구비한 음극 및 리튬포일을 순차적으로 적층하여 예비 전극 적층체를 형성하는 단계;
상기 예비 전극 적층체의 양극단자와 음극단자를 각각 용접하여 전극 적층체를 형성하는 단계;
상기 전극 적층체를 전해질 용액에 침지시켜, 상기 리튬 포일로부터 상기 음극에 리튬이온을 프리 도핑하는 단계; 및
상기 프리도핑된 상기 음극을 포함한 상기 전극 적층체를 실링하는 단계;
를 포함하며,
상기 음극은 무공(無孔)의 시트 형태를 갖는 음극 집전체와 상기 음극 집전체의 양면에 각각 음극 활물질층을 구비하는 리튬 이온 캐패시터의 제조 방법.
Forming a preliminary electrode stack by sequentially stacking a separator, a positive electrode having a positive electrode terminal, a separator, a lithium foil, a negative electrode having a negative electrode terminal, and a lithium foil;
Welding an anode terminal and a cathode terminal of the preliminary electrode stack to form an electrode stack;
Immersing the electrode stack in an electrolyte solution to pre-dope lithium ions from the lithium foil to the cathode; And
Sealing the electrode stack including the pre-doped cathode;
Including;
The anode is a method of manufacturing a lithium ion capacitor having a negative electrode current collector having a non-porous sheet form and a negative electrode active material layer on each of both sides of the negative electrode current collector.
제 1 항에 있어서,
상기 음극 활물질층은 상기 집전체의 적어도 일부를 노출하도록 형성하는 리튬 이온 캐패시터의 제조 방법.
The method of claim 1,
And the negative electrode active material layer is formed to expose at least a portion of the current collector.
제 2 항에 있어서,
상기 리튬 포일은 상기 음극 활물질층상에 배치되며 상기 음극 활물질층으로부터 노출된 상기 음극 집전체와 적어도 일부와 접촉하는 리튬 이온 캐패시터의 제조 방법.
The method of claim 2,
And the lithium foil is disposed on the negative electrode active material layer and is in contact with at least a portion of the negative electrode current collector exposed from the negative electrode active material layer.
삭제delete 제 2 항에 있어서,
상기 음극 집전체는 구리 및 니켈 중 적어도 어느 하나로 이루어진 포일로 형성하는 리튬 이온 캐패시터의 제조 방법.
The method of claim 2,
The negative electrode current collector is a method of manufacturing a lithium ion capacitor formed of a foil made of at least one of copper and nickel.
제 2 항에 있어서,
상기 리튬 포일은 상기 음극 집전체에 대해 1/10의 두께를 갖는 리튬 이온 캐패시터의 제조 방법.
The method of claim 2,
The lithium foil has a thickness of 1/10 of the negative electrode current collector, the manufacturing method of the lithium ion capacitor.
제 1 항에 있어서,
상기 양극은 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 양면에 각각 구비된 양극 활물질층을 구비하는 리튬 이온 캐패시터의 제조 방법
The method of claim 1,
The positive electrode is a method of manufacturing a lithium ion capacitor having a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on both sides of the positive electrode current collector, respectively
제 7 항에 있어서,
상기 양극 집전체는 무공(無孔)의 시트형태를 갖는 리튬 이온 캐패시터의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The positive electrode current collector is a method of manufacturing a lithium ion capacitor having a non-porous sheet form.
제 7 항에 있어서,
상기 양극 집전체는 알루미늄, 티탄, 니오브 및 탄탈 중 적어도 어느 하나로 이루어진 포일로 형성하는 리튬 이온 캐패시터의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The positive electrode current collector is a method of manufacturing a lithium ion capacitor formed of a foil made of at least one of aluminum, titanium, niobium and tantalum.
세퍼레이터, 양극단자를 구비한 양극, 세퍼레이터, 음극단자를 구비한 음극을 순차적으로 적층한 전극 적층체; 및
상기 전극 적층체를 밀봉하는 외장 라미네이트 필름;
을 포함하며,
상기 음극은 무공(無孔)의 시트형태를 갖는 음극 집전체와 상기 음극 집전체의 양면에 각각 구비된 음극 활물질층을 구비하며, 상기 음극 활물질층은 상기 집전체의 적어도 일부를 노출하도록 형성된 리튬 이온 캐패시터.
An electrode laminate in which a separator, a positive electrode having a positive electrode terminal, a separator, and a negative electrode having a negative electrode terminal are sequentially stacked; And
An exterior laminate film for sealing the electrode laminate;
Including;
The negative electrode includes a negative electrode current collector having a non-porous sheet shape and a negative electrode active material layer provided on both surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer is formed to expose at least a portion of the current collector. Ion capacitors.
삭제delete 제 10 항에 있어서,
상기 음극 집전체는 구리 및 니켈 중 적어도 어느 하나로 이루어진 포일로 형성하는 리튬 이온 캐패시터.
The method of claim 10,
The negative electrode current collector is a lithium ion capacitor formed of a foil made of at least one of copper and nickel.
제 10 항에 있어서,
상기 양극은 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 양면에 각각 구비된 양극 활물질층을 구비하는 리튬 이온 캐패시터.
The method of claim 10,
The positive electrode is a lithium ion capacitor having a positive electrode current collector and a positive electrode active material layer provided on both sides of the positive electrode current collector, respectively.
제 13 항에 있어서,
상기 양극 집전체는 무공(無孔)의 시트형태를 갖는 리튬 이온 캐패시터.
The method of claim 13,
The positive electrode current collector is a lithium ion capacitor having a non-porous sheet form.
제 13 항에 있어서,
상기 양극 집전체는 알루미늄, 티탄, 니오브 및 탄탈 중 적어도 어느 하나로 이루어진 포일로 형성하는 리튬 이온 캐패시터.The method of claim 13,
The positive electrode current collector is a lithium ion capacitor formed of a foil made of at least one of aluminum, titanium, niobium and tantalum.
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