KR101137723B1 - 탄소가 코팅된 집전체를 이용한 리튬이온 커패시터 셀 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 활성탄을 포함하는 양극물질을 포함하는 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 흑연을 포함하는 음극이, 순차적으로 적층되어 코일링된 롤 형태를 이루는 권취소자와, 상기 음극에 연결된 제1 리드선과, 상기 양극에 연결된 제2 리드선과, 상기 권취소자를 수용하는 금속캡, 및 상기 금속캡의 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 부착된 리튬 호일을 포함하며, 상기 양극은 활성탄을 포함하는 양극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루고, 상기 음극은 흑연을 포함하는 음극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루며, 상기 탄소가 코팅된 표리면은 탄소가 100㎚～20㎛ 두께로 코팅된 복수의 프레임으로 이루어지고, 상기 리튬 호일 및 상기 권취소자는 리튬염이 용해되어 있는 전해액에 함침되어 있는 탄소가 코팅된 집전체를 이용한 리튬이온 커패시터 셀 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체를 이용하여 양극 및 음극이 제조되므로 집전체의 개구를 통해 리튬 이온이 원활하게 통과하여 이동할 수 있어 원통형으로 감긴 권취소자의 중앙부 내부까지도 리튬 이온의 침투가 원활하게 이루어질 수 있고, 상기 집전체는 탄소가 코팅된 것을 사용하므로 전도도가 향상될 수 있고 음극물질 또는 양극물질과 집전체 간의 접촉 저항이 줄어들고 결착력이 증가되며 따라서 음극물질 또는 양극물질과 집전체 간의 박리를 억제할 수 있고, 작업전극에 리튬을 용이하게 도핑시킬 수 있으며, 작업전극에 리튬이 도핑됨으로써 전위가 낮아지고 단위 체적당 높은 에너지밀도를 가질 수 있다.
Description
본 발명은 리튬이온 커패시터 셀 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체를 이용하여 양극 및 음극이 제조되므로 집전체의 개구를 통해 리튬 이온이 원활하게 통과하여 이동할 수 있어 원통형으로 감긴 권취소자의 중앙부 내부까지도 리튬 이온의 침투가 원활하게 이루어질 수 있고, 상기 집전체는 탄소가 코팅된 것을 사용하므로 전도도가 향상될 수 있고 음극물질 또는 양극물질과 집전체 간의 접촉 저항이 줄어들고 결착력이 증가되며 따라서 음극물질 또는 양극물질과 집전체 간의 박리를 억제할 수 있고, 흑연 전극에 리튬을 용이하게 도핑시킬 수 있으며, 흑연 전극에 리튬이 도핑됨으로써 전위가 낮아지고 단위 체적당 높은 에너지밀도를 가질 수 있는 리튬이온 커패시터 셀 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 리튬이온 커패시터는 전극 및 도전체와, 그것에 함침된 전해질 용액의 계면에 각각 부호가 다른 한 쌍의 전하층(전기이중층)이 생성된 것을 이용하는 것으로, 충전/방전 동작의 반복으로 인한 열화가 매우 작아 보수가 필요없는 소자이다. 이에 따라 리튬이온 커패시터는 각종 전기ㆍ전자기기의 IC(integrated circuit) 백업을 하는 형태로 주로 사용되고 있으며, 최근에는 그 용도가 확대되어 장난감, 태양열 에너지 저장, HEV(hybrid electric vehicle) 전원 등에까지 폭넓게 응용되고 있다.
이와 같은 리튬이온 커패시터는 일반적으로 전해액이 함침된 양극 및 음극의 두 전극과, 이러한 두 전극 사이에 개재되어 이온(ion) 전도만 가능케 하고 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 세퍼레이터(separator)와, 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락방지를 위한 가스켓(gasket), 그리고 이들을 포장하는 도전체로서의 금속 캡으로 구성된 단위셀을 갖는다. 그리고 위와 같이 구성된 단위셀 1개 이상(통상, 코인형의 경우 2～6개)을 직렬로 적층하고 양극과 음극의 두 단자(terminal)를 조합하여 완성된다.
종래 커패시터의 양극 및 음극의 활물질로는 흑연과 같은 탄소재가 가장 널리 사용되고 있다. 상기 탄소재는 빠른 충방전 및 장수명의 특성을 가지고 있다.
흑연을 음극으로, 활성탄을 양극으로서 이용한 리튬이온 커패시터는 작동전압의 한계로 커패시터의 에너지밀도를 높이는데 어려움이 있다.
본 발명에서는 흑연과 리튬 금속의 낮은 전위차를 보완하여 흑연에 리튬을 쉽게 도핑시킬 수 있고, 흑연에 리튬을 도핑함으로써 음극 전위를 하락시키고, 흑연의 표면 및 벌크(bulk)에서 리튬의 삽입과 탈리를 발현시켜 작동전압 및 용량이 증가될 수 있는 리튬이온 커패시터 셀을 제시한다.
본 발명이 해결하려는 과제는 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체를 이용하여 양극 및 음극이 제조되므로 집전체의 개구를 통해 리튬 이온이 원활하게 통과하여 이동할 수 있어 원통형으로 감긴 권취소자의 중앙부 내부까지도 리튬 이온의 침투가 원활하게 이루어질 수 있고, 상기 집전체는 탄소가 코팅된 것을 사용하므로 전도도가 향상될 수 있고 음극물질 또는 양극물질과 집전체 간의 접촉 저항이 줄어들고 결착력이 증가되며 따라서 음극물질 또는 양극물질과 집전체 간의 박리를 억제할 수 있고, 흑연 전극에 리튬을 용이하게 도핑시킬 수 있으며, 흑연 전극(음극)에 리튬이 도핑됨으로써 전위가 낮아지고 단위 체적당 높은 에너지밀도를 가질 수 있는 리튬이온 커패시터 셀 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 활성탄을 포함하는 양극물질을 포함하는 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 흑연을 포함하는 음극이, 순차적으로 적층되어 코일링된 롤 형태를 이루는 권취소자와, 상기 음극에 연결된 제1 리드선과, 상기 양극에 연결된 제2 리드선과, 상기 권취소자를 수용하는 금속캡, 및 상기 금속캡의 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 부착된 리튬 호일을 포함하며, 상기 양극은 활성탄을 포함하는 양극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루고, 상기 음극은 흑연을 포함하는 음극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루며, 상기 탄소가 코팅된 표리면은 탄소가 100㎚～20㎛ 두께로 코팅된 복수의 프레임으로 이루어지고, 상기 리튬 호일 및 상기 권취소자는 리튬염이 용해되어 있는 전해액에 함침되어 있는 탄소가 코팅된 집전체를 이용한 리튬이온 커패시터 셀을 제공한다.
상기 집전체는, 제1 방향으로 배열되고 탄소가 코팅된 복수의 제1 프레임과 제2 방향으로 배열되고 탄소가 코팅된 복수의 제2 프레임을 포함하며, 상기 양극을 형성하는 상기 집전체의 개구율은 집전체의 전체 면적에 대하여 30～80% 범위이고, 상기 음극을 형성하는 상기 집전체의 개구율은 집전체의 전체 면적에 대하여 30～70% 범위인 것이 바람직하다.
상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대하여 수직되고, 상기 복수의 제1 프레임은 동일한 선폭을 갖고 주기적으로 배열된 라인들로 이루어지고, 상기 복수의 제2 프레임은 동일한 선폭을 갖고 주기적으로 배열된 라인들로 이루어지며, 상기 복수의 제1 프레임과 상기 복수의 제2 프레임은 격자형의 그리드를 이루고, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 또는 이들을 포함하는 금속합금 재질로 이루어진 것일 수 있다.
상기 흑연에 형성된 기공들의 단차를 따라 상기 흑연의 표면과 내부가 리튬으로 도핑되어 있으며, 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 흑연의 표면과 내부 모두에서 리튬의 삽입 또는 탈리가 이루어질 수 있다.
상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 및 LiAsF6 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 염으로 이루어지고, 상기 양극물질은 활성탄을 포함하며, 상기 활성탄의 비표면적은 300～2200 ㎡/g 범위이며, 상기 흑연은 하드카본계 흑연인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 흑연을 포함하는 음극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루는 음극을 제조하고, 상기 음극에 제1 리드선을 연결하는 단계와, 활성탄을 포함하는 양극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루는 양극을 제조하고, 상기 양극에 제2 리드선을 연결하는 단계와, 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 상기 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 상기 음극을, 순차적으로 적층하고 코일링하여 롤 형태의 권취소자를 형성하는 단계와, 금속캡의 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 리튬 호일을 부착하는 단계와, 상기 금속캡에 상기 권취소자를 삽착시키는 단계 및 상기 권취소자와 상기 리튬 호일이 함침되게 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 상기 금속캡 내에 주입하는 단계를 포함하며, 상기 집전체의 표리면은 탄소가 100㎚～20㎛ 두께로 코팅된 복수의 프레임으로 이루어지는 리튬이온 커패시터 셀의 제조방법을 제공한다.
상기 리튬이온 커패시터 셀의 제조방법은, 상기 금속캡에 전압을 인가하는 단계와, 상기 리튬 호일 및 상기 리튬염으로부터 나온 리튬이 상기 흑연의 표면 및 내부에 도핑되어 전착되는 단계 및 상기 흑연에 형성된 기공들의 단차를 따라 표면과 내부가 리튬으로 도핑되게 하여, 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 흑연의 표면과 내부 모두에서 리튬의 삽입 또는 탈리가 이루어지게 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 양극의 제조는, 활성탄, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 양극물질을 제조하고, 상기 양극물질을 상기 집전체에 양면 코팅하거나 상기 양극물질을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 상기 집전체 양면에 붙이거나 압착하여 제조하는 단계를 포함하며, 상기 양극물질은 활성탄 100중량부와, 활성탄 100중량부에 대하여 도전재 2～15중량부와, 활성탄 100중량부에 대하여 바인더 2～10중량부와, 활성탄 100중량부에 대하여 200중량부 보다 크고 300 중량부 보다 작은 함량의 분산매를 첨가하여 제조되며, 상기 금속캡에 전압을 인가함에 따라 상기 리튬호일 및 상기 리튬염으로부터 나온 리튬이 상기 전해액을 통하여 흑연 표면에 도달하여 흑연의 표면에 도핑될 수 있다.
상기 음극의 제조는, 흑연, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 음극물질을 제조하고, 상기 음극물질을 상기 집전체에 양면 코팅하거나 상기 음극물질을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 상기 집전체 양면에 붙이거나 압착하여 제조하는 단계를 포함하며, 상기 음극물질은 흑연 100중량부와, 흑연 100중량부에 대하여 도전재 2～20중량부와, 흑연 100중량부에 대하여 바인더 2～10중량부와, 흑연 100중량부에 대하여 200중량부 보다 크고 300중량부 보다 작은 함량의 분산매를 첨가하여 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 리튬이온 커패시터 셀의 금속캡과 음극을 전기적으로 연결하고, 금속캡에 전압을 인가함으로써, 리튬이온 커패시터 셀의 음극을 구성하는 흑연을 리튬전착법을 이용하여 리튬으로 용이하게 도핑할 수 있다.
이와 같이 흑연을 리튬으로 도핑되게 함으로써 음극의 전위를 낮추고, 흑연의 표면에서 뿐만 아니라 흑연의 내부에서도 리튬에 의한 삽입과 탈리가 이루어지게 되며, 따라서 리튬이온 커패시터 셀은 단위 체적당 높은 에너지밀도를 갖는다.
또한, 본 발명에 의하면, 양극과 음극은 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체를 이용하여 제조되므로, 집전체의 개구를 통해 리튬 이온이 원활하게 통과하여 이동할 수 있으며, 따라서 원통형으로 감긴 권취소자의 중앙부 내부까지도 리튬 이온의 침투가 원활하게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 금속캡에 부착된 리튬 호일은 흑연을 리튬으로 도핑하는데 있어서 리튬의 소스(source)로 작용하며, 또한 전해액에 함유된 리튬염도 흑연을 리튬으로 도핑하는데 있어서 리튬의 소스(source)로 작용할 수 있다.
상기 집전체는 탄소가 코팅된 것을 사용하므로 전도도가 향상될 수 있고, 음극물질 또는 양극물질과 집전체 간의 접촉 저항이 줄어들고 결착력이 증가되며, 따라서 음극물질 또는 양극물질과 집전체 간의 박리를 억제할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 양극물질을 롤러로 밀어 만들어진 양극물질 시트(sheet)와, 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 상기 집전체를 보여주는 도면이다.
도 2는 음극물질을 롤러로 밀어 만들어진 음극물질 시트(sheet)와, 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 상기 집전체를 보여주는 도면이다.
도 3은 작업전극과 양극에 리드선을 부착하는 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 권취소자를 형성하는 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 권취소자를 금속캡에 삽착시키는 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬이온 커패시터 셀을 일부 절취하여 도시한 도면이다.
도 2는 음극물질을 롤러로 밀어 만들어진 음극물질 시트(sheet)와, 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 상기 집전체를 보여주는 도면이다.
도 3은 작업전극과 양극에 리드선을 부착하는 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 권취소자를 형성하는 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 권취소자를 금속캡에 삽착시키는 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬이온 커패시터 셀을 일부 절취하여 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은, 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 활성탄을 포함하는 양극물질을 포함하는 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 흑연을 포함하는 음극이, 순차적으로 적층되어 코일링된 롤 형태를 이루는 권취소자와, 상기 음극에 연결된 제1 리드선과, 상기 양극에 연결된 제2 리드선과, 상기 권취소자를 수용하는 금속캡, 및 상기 금속캡의 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 부착된 리튬 호일을 포함하며, 상기 양극은 활성탄을 포함하는 양극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루고, 상기 음극은 흑연을 포함하는 음극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루며, 상기 탄소가 코팅된 표리면은 탄소가 100㎚～20㎛ 두께로 코팅된 복수의 프레임으로 이루어지고, 상기 리튬 호일 및 상기 권취소자는 리튬염이 용해되어 있는 전해액에 함침되어 있는 탄소가 코팅된 집전체를 이용한 리튬이온 커패시터 셀을 제시한다.
상기 집전체는, 제1 방향으로 배열되고 탄소가 코팅된 복수의 제1 프레임과 제2 방향으로 배열되고 탄소가 코팅된 복수의 제2 프레임을 포함하며, 상기 양극을 형성하는 상기 집전체의 개구율은 집전체의 전체 면적에 대하여 30～80% 범위이고, 상기 음극을 형성하는 상기 집전체의 개구율은 집전체의 전체 면적에 대하여 30～70% 범위인 것이 바람직하다.
상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대하여 수직되고, 상기 복수의 제1 프레임은 동일한 선폭을 갖고 주기적으로 배열된 라인들로 이루어지고, 상기 복수의 제2 프레임은 동일한 선폭을 갖고 주기적으로 배열된 라인들로 이루어지며, 상기 복수의 제1 프레임과 상기 복수의 제2 프레임은 격자형의 그리드를 이루고, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 또는 이들을 포함하는 금속합금 재질로 이루어진 것일 수 있다.
흑연을 포함하는 음극인 작업전극과 금속캡을 전기적으로 연결하고, 상기 금속캡에 전원공급기로 전압을 인가하게 되면, 상기 흑연에 형성된 기공들의 단차를 따라 상기 흑연의 표면과 내부가 리튬으로 도핑되게 되고, 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 흑연의 표면과 내부 모두에서 리튬의 삽입 또는 탈리가 이루어져서 리튬이온 커패시터 셀의 단위 체적당 에너지밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은, 흑연을 포함하는 음극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루는 음극을 제조하고, 상기 음극에 제1 리드선을 연결하는 단계와, 활성탄을 포함하는 양극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루는 양극을 제조하고, 상기 양극에 제2 리드선을 연결하는 단계와, 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 상기 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 상기 음극을, 순차적으로 적층하고 코일링하여 롤 형태의 권취소자를 형성하는 단계와, 금속캡의 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 리튬 호일을 부착하는 단계와, 상기 금속캡에 상기 권취소자를 삽착시키는 단계 및 상기 권취소자와 상기 리튬 호일이 함침되게 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 상기 금속캡 내에 주입하는 단계를 포함하며, 상기 집전체의 표리면은 탄소가 100㎚～20㎛ 두께로 코팅된 복수의 프레임으로 이루어지는 리튬이온 커패시터 셀의 제조방법을 제시한다.
상기 리튬이온 커패시터 셀의 제조방법은, 상기 금속캡에 전압을 인가하는 단계와, 상기 리튬 호일 및 상기 리튬염으로부터 나온 리튬이 상기 흑연의 표면 및 내부에 도핑되어 전착되는 단계 및 상기 흑연에 형성된 기공들의 단차를 따라 표면과 내부가 리튬으로 도핑되게 하여, 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 흑연의 표면과 내부 모두에서 리튬의 삽입 또는 탈리가 이루어지게 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬이온 커패시터 셀 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 리튬이온 커패시터 셀의 양극(120)은 활성탄을 포함하는 양극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체 양면에 형성된 구조를 이룬다.
이하에서, 본 발명의 리튬이온 커패시터 셀의 양극(120)을 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다.
활성탄, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 활성탄을 포함하는 양극물질을 제조한다. 상기 양극물질은 활성탄 100중량부와, 활성탄 100중량부에 대하여 도전재 2～15중량부와, 활성탄 100중량부에 대하여 바인더 2～10중량부를 첨가하고, 상기 분산매는 활성탄 100중량부에 대하여 200중량부 보다 크고 300 중량부 보다 작게 첨가하여 제조하는 것이 바람직하다.
상기 활성탄 분말은 특별히 제한되지 않고 일반적인 전극 제조에 사용되는 흑연을 사용할 수 있다. 예를 들어, 코코넛 쉘(shell)계 탄화 활성탄, 페놀 레진계 탄화 활성탄 등을 사용할 수 있으며, 이는 부분 결정성 활성탄을 포함한다. 사용되는 활성탄 분말의 비표면적은 300～2200 ㎡/g인 것이 바람직하다. 활성탄 분말의 입도는 전극 성형 및 분산을 용이하게 하기 위하여 0.9～20㎛ 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 도전재는 화학 변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등이 가능하다.
상기 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidenefloride; PVdF), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcellulose; CMC), 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol; PVA), 폴리비닐부티랄(poly vinyl butyral; PVB), 폴리비닐피롤리돈(poly-N-vinylpyrrolidone; PVP), 스티렌부타디엔고무(styrene butadiene rubber; SBR) 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
그리고, 상기 분산매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, 메틸 피롤리돈(NMP), 프로필렌글리콜 등의 유기 용매 또는 물을 사용할 수 있다.
상기 활성탄을 포함하는 양극물질을 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체에 양면 코팅하고 건조하여 양극(120)으로 제조하거나, 양극물질을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태(고무 타입)로 만들고 집전체의 양면에 붙이거나 압착하여 양극(120)으로 제조할 수 있다. 도 1은 양극물질을 롤러로 밀어 만들어진 양극물질 시트(sheet)(10)와, 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)(50)을 갖는 상기 집전체(20)를 보여주는 도면이다.
탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)(50)을 갖는 상기 집전체(20)는 탄소가 코팅된 복수의 프레임과 상기 프레임 사이의 빈 공간인 구멍(개구)(50)을 포함하는 체(sieve) 형태를 가진다. 상기 집전체는 제1 방향으로 배열되고 탄소가 코팅된 복수의 제1 프레임(30)과 제2 방향으로 배열되고 탄소가 코팅된 복수의 제2 프레임(40)을 포함할 수 있다.
상기 프레임의 바람직한 형태는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 방향으로 배열된 복수의 제1 프레임(30)과, 상기 제1 방향과 수직되는 제2 방향으로 배열된 복수의 제2 프레임(40)을 포함하며, 상기 제1 방향으로 배열된 제1 프레임(30)과 상기 제2 방향으로 배열된 제2 프레임(40)은 격자형의 그리드(grid)를 이룬다. 상기 제1 방향으로 배열된 제1 프레임(30)들 사이의 간격과 상기 제2 방향으로 배열된 제2 프레임(40)들 사이의 간격은 다를 수 있으나, 상기 제1 방향으로 배열된 제1 프레임(30)들 사이의 간격과 상기 제2 방향으로 배열된 제2 프레임(40)들 사이의 간격이 동일한 것이 양극물질과의 접착강도 향상, 균일한 전압 인가 등의 측면에서 바람직하다. 또한, 제1 프레임(30)과 제2 프레임(40)은 서로 다른 선폭을 가질 수도 있으나 동일한 선폭을 갖는 것이 양극물질과의 접착강도 향상, 균일한 전압 인가 등의 측면에서 바람직하다. 또한, 제1 프레임(30)과 제2 프레임(40)은 주기적으로 배열되어 있을 수 있고 비주기적으로 배열되어 있을 수도 있으나, 주기적으로 배열되는 것이 양극물질과의 접착강도 향상, 균일한 전압 인가 등의 측면에서 바람직하다.
상기 집전체(20)의 구멍(개구) 크기는 직경이 0.1～2㎜ 범위인 것이 양극물질과의 접착강도 향상, 균일한 전압 인가 등의 측면에서 바람직하며, 구멍(50)의 형태는 도 1에 도시된 바와 같이 정사각형 형태를 가질 수도 있으나, 프레임(30, 40)의 형태에 따라 직사각형, 마름모, 원형 등의 다양한 형태를 이룰 수도 있다.
양극(120) 제조를 위한 집전체(20)의 개구율은 집전체(20)의 전체 면적에 대하여 30～80% 정도인 것이 균일한 전압 인가 등의 측면에서 바람직하다.
집전체(20)의 프레임(30, 40)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 등의 금속물질로 이루어지거나, 상기 금속물질을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.
집전체(20)에 탄소를 코팅하는 방법에는, 카본블랙(carbon black)과 같은 탄소(C) 소스(source)를 포함하는 탄소코팅용 잉크를 프레임(30, 40)에 스프레이(spray) 방식으로 코팅하여 건조하거나, 집전체를 탄소코팅용 잉크에 담근 후 꺼내어 건조하는 방법 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니며 일반적으로 알려져 있는 다양한 방법을 이용할 수 있다. 상기 탄소코팅용 잉크는 탄소(C) 소스(source), 바인더 및 용매를 포함하며, 상기 탄소 소스는 잉크 100중량%에 대하여 3～40중량% 정도 함유되는 것이 바람직하며, 상기 탄소 소스로는 카본블랙 등을 사용할 수 있으며, 상기 탄소 소스의 평균 입경은 10～60㎚ 정도인 것이 전도도 향상 측면에서 바람직하다. 상기 탄소코팅용 잉크의 점도는 100～2000 cps 정도인 것이 집전체(20)의 프레임(30, 40)에 용이하게 코팅하는 측면에서 바람직하다. 집전체(20)의 프레임(30, 40)에 탄소가 코팅되는 두께는 100㎚～20㎛ 범위인 것이 전도도 향상 측면에서 바람직하다. 상기 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidenefloride; PVdF), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcellulose; CMC), 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol; PVA), 폴리비닐부티랄(poly vinyl butyral; PVB), 폴리비닐피롤리돈(poly-N-vinylpyrrolidone; PVP), 스티렌부타디엔고무(styrene butadiene rubber; SBR) 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 종류의 바인더를 사용할 수 있다. 상기 용매로는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, 메틸 피롤리돈(NMP), 프로필렌글리콜 등의 유기 용매 또는 물을 사용할 수 있다.
상기 집전체는 탄소가 코팅된 것을 사용하므로 전도도가 향상될 수 있고, 양극물질과 집전체 간의 접촉 저항이 줄어들고 결착력이 증가되며, 따라서 양극물질과 집전체 간의 박리를 억제할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 음극(110)은 흑연을 포함하는 전극을 사용한다. 본 발명의 리튬이온 커패시터 셀의 음극(110)은 흑연을 포함하는 음극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체 양면에 형성된 구조를 이룬다. 도 2는 음극물질을 롤러로 밀어 만들어진 음극물질 시트(sheet)(60)와, 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)(50)을 갖는 상기 집전체(20)를 보여주는 도면이다.
이하에서, 도 2를 참조하여 본 발명의 리튬이온 커패시터 셀의 음극(10)을 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다.
흑연 분말, 바인더, 도전재 및 분산매를 혼합하여 음극물질을 제조한다.
상기 음극물질의 배합량에 있어서는 흑연 분말 100중량부에 대하여 도전재는 2～20중량부, 바인더는 2～10중량부 함유되게 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 분산매의 함량은 특별히 제한되는 것은 아니지만 흑연 분말 100중량부에 대하여 200중량부 보다 크고 300중량부 보다 작게 첨가한다.
상기 흑연 분말은 특별히 제한되지 않고 일반적인 전극 제조에 사용되는 흑연을 사용할 수 있다. 사용되는 흑연 분말은 하드카본계 흑연을 사용하는 것이 바람직하다. 흑연 분말의 입도는 전극 성형 및 분산을 용이하게 하기 위하여 0.9～20㎛ 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 도전재는 화학 변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등이 가능하다.
또한, 상기 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidenefloride; PVdF), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcellulose; CMC), 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol; PVA), 폴리비닐부티랄(poly vinyl butyral; PVB), 폴리비닐피롤리돈(poly-N-vinylpyrrolidone; PVP), 스티렌부타디엔고무(styrene butadiene rubber; SBR) 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
그리고, 상기 분산매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, 메틸 피롤리돈(NMP), 프로필렌글리콜 등의 유기 용매 또는 물을 사용할 수 있다.
상기 흑연을 포함하는 음극물질을 앞서 설명한 바와 같은 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체에 양면 코팅하고 건조하여 음극(110)으로 제조하거나, 음극물질을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태(고무 타입)로 만들고 집전체의 양면에 붙이거나 압착하여 음극(110)으로 제조할 수 있다. 이때, 음극(110) 제조를 위한 집전체(20)의 개구율은 집전체(20)의 전체 면적에 대하여 30～70% 정도인 것이 균일한 전압 인가 등의 측면에서 바람직하다. 상기 집전체는 탄소가 코팅된 것을 사용하므로 전도도가 향상될 수 있고, 음극물질과 집전체 간의 접촉 저항이 줄어들고 결착력이 증가되며, 따라서 음극물질과 집전체 간의 박리를 억제할 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 같이 제조된 양극(120)과 음극(110)을 이용하여 리튬이온 커패시터 셀(100)을 제조한다. 이하에서, 리튬이온 커패시터 셀(100)을 제조하는 방법을 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 음극인 작업전극(110)과 양극(120)에 각각 리드선(130, 140)을 부착한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 분리막(150), 양극(120), 제2 분리막(160) 및 작업전극(110)을 적층하고, 코일링(coling)하여 롤(roll) 형태의 권취소자(175)로 제작한 후, 롤(roll) 주위로 접착 테이프(170) 등으로 감아 롤 형태가 유지될 수 있게 한다.
상기 양극(120)과 음극(110) 사이에 구비된 제2 분리막(160)은 상기 양극(120)과 상기 음극(110)의 단락을 방지하는 역할을 한다. 제1 및 제2 분리막(150, 160)은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 또는 레이온 섬유 등 전지 및 커패시터 분야에서 일반적으로 사용되는 분리막이라면 특별히 제한되지 않는다.
도 5에 도시된 바와 같이, 롤(roll) 형태의 결과물에 실링 고무(sealing rubber)(180)를 장착하고, 리튬 호일(Li foil)(195)이 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 부착된 금속캡(예컨대, 알루미늄 케이스(Al Case))(190)에 삽착시킨다.
금속캡(190)에는 리튬 호일(195)이 바닥(리드선(130, 140)이 부착된 방향에 반대되는 방향), 측면 또는 바닥과 측면에 부착(접착)되어 있다. 일반적으로 물과 반응성이 큰 리튬 호일은 폭발성이 있으며, 공기 중에서는 산화되는 단점을 가지고 있기 때문에 조작하기 매우 어렵다. 그러나, 본 발명에서 리튬 호일을 셀 내부에 밀폐시키기 때문에 이와 같은 반응은 억제되게 된다.
롤 형태의 권취소자(175)와 리튬 호일(195)이 함침되게 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 주입하고, 밀봉한다. 상기 리튬염은 커패시터에서 통상적으로 사용되는 리튬염으로서 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들면 LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 또는 LiAsF6 등을 사용할 수 있다. 상기 전해액을 구성하는 용매는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 환상 카보네이트계 용매, 쇄상 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 니트릴계 용매, 아미드계 용매 등을 사용할 수 있다. 상기 환상 카보네이트계 용매로는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등을 사용할 수 있고, 상기 쇄상 카보네이트계 용매로는 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등을 사용할 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티롤락톤 등을 사용할 수 있고, 상기 에테르계 용매로는 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등을 사용할 수 있으며, 상기 니트릴계 용매로는 아세토니트릴 등을 사용할 수 있고, 상기 아미드계 용매로는 디메틸포름아미드 등을 사용할 수 있다.
이와 같이 제작된 셀을 도 6에 개략적으로 나타내었으며, 상기 셀은 리튬이온 커패시터로서 사용될 수 있다. 도 6에서는 리튬 호일(195)이 금속캡(190)의 측면에 부착되어 있는 경우를 도시한 것이다.
이하에서, 상기와 같이 제작된 리튬이온 커패시터 셀(100)에서 흑연의 표면 및 내부에 리튬을 도핑하는 방법을 설명한다.
상기와 같이 배치된 리튬이온 커패시터 셀(100)에서, 흑연을 포함하는 작업전극(110)에 연결된 제1 리드선(30)과 금속캡(190)을 전기적으로 연결하고, 금속캡(190)에 전원공급기로 전압을 인가한다. 전압을 인가하는 시간은 5분～120분 정도인 것이 바람직하며, 전압을 인가하는 시간이 5분 미만일 경우에는 도핑되는 리튬의 양이 작아 리튬이온 커패시터 셀의 단위 체적당 에너지밀도를 향상시키는데 한계가 있고, 전압을 인가하는 시간이 120분을 초과하는 경우에는 단위 체적당 에너지밀도 향상을 더 이상 기대하기 어렵다.
상기 금속캡(190)에 전압이 인가되면, 상기 작업전극(110)을 이루는 흑연 표면에 리튬이 도핑(전착)되게 된다. 금속캡(190)에 부착된 리튬 호일(195)로부터 나온 리튬이 전해액을 통하여 흑연 표면에 도달하여 흑연의 표면에 도핑되게 되며, 또한 전해액에 포함된 리튬염으로부터 나온 리튬이 흑연 표면에 도달하여 흑연의 표면에 도핑되게 된다. 금속캡(190)에 부착된 리튬 호일은 흑연을 리튬으로 도핑하는데 있어서 리튬의 소스(source)로 작용하며, 또한 전해액에 함유된 리튬염도 흑연을 리튬으로 도핑하는데 있어서 리튬의 소스(source)로 작용한다. 양극(120)과 음극(110)은 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체(20)를 이용하여 제조되므로, 집전체(20)의 개구(50)를 통해 리튬 이온이 원활하게 통과하여 이동할 수 있으며, 따라서 원통형으로 감긴 권취 소자(175)의 중앙부 내부까지도 리튬 이온의 침투가 원활하게 이루어질 수 있다.
이와 같은 리튬전착법에 의해 흑연에 도핑된 리튬은 흑연을 음극(110)으로 사용하는 리튬이온 커패시터에서 음극 전위를 하락시켜 충전과 방전 시에 활성판 표면에 도핑된 리튬에 의해 삽입(intercalation) 및 탈리(deintercalation)가 빠르게 일어나게 된다. 흑연의 표면에 도핑된 리튬에 의해 이루어지는 삽입 및 탈리에 의해 본 발명의 리튬이온 커패시터 셀(100)은 단위 체적당 높은 에너지밀도를 갖게 된다. 또한, 작업전극(110)을 구성하는 흑연은 수많은 기공(pore)들이 존재하며, 상술한 리튬전착법에 의해 리튬은 흑연의 표면에만 도핑되는 것이 아니라 내부 또는 벌크(vulk)까지 연결된 기공들을 따라 흑연의 내부 깊숙한 위치에도 도핑이 이루어지게 된다. 이와 같이 리튬이 흑연의 표면 뿐만 아니라 벌크(내부)에도 도핑됨으로써 충전 및 방전 시에 흑연의 벌크 내에서도 삽입과 탈리 과정이 일어나게 된다. 음극을 이루는 흑연의 표면에 리튬이 도핑되게 되면 이에 의해 음극 전위가 하락하게 될 것이며, 흑연의 표면에 도핑된 리튬에 의해 삽입 및 탈리에 의하여 리튬이온 커패시터 셀의 용량이 증대되는 효과가 있다.
리튬이 도핑된 흑연을 포함하는 음극을 사용하여 단위 체적당 높은 에너지밀도를 구현하는 리튬이온 커패시터 셀을 구현할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
110: 작업전극 120: 양극
130: 제1 리드선 140: 제2 리드선
150: 제1 분리막 160: 제2 분리막
170: 접착 테이프 175: 권취소자
180: 실링 고무 190: 금속캡
195: 리튬 호일
130: 제1 리드선 140: 제2 리드선
150: 제1 분리막 160: 제2 분리막
170: 접착 테이프 175: 권취소자
180: 실링 고무 190: 금속캡
195: 리튬 호일
Claims (9)
- 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 활성탄을 포함하는 양극물질을 포함하는 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 흑연을 포함하는 음극이, 순차적으로 적층되어 코일링된 롤 형태를 이루는 권취소자;
상기 음극에 연결된 제1 리드선;
상기 양극에 연결된 제2 리드선;
상기 권취소자를 수용하는 금속캡; 및
상기 금속캡의 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 부착된 리튬 호일을 포함하며,
상기 양극은 활성탄을 포함하는 양극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루고,
상기 음극은 흑연을 포함하는 음극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루며,
상기 탄소가 코팅된 표리면은 탄소가 100㎚～20㎛ 두께로 코팅된 복수의 프레임으로 이루어지고,
상기 리튬 호일 및 상기 권취소자는 리튬염이 용해되어 있는 전해액에 함침되어 있으며,
상기 집전체는,
제1 방향으로 배열되고 탄소가 코팅된 복수의 제1 프레임과 제2 방향으로 배열되고 탄소가 코팅된 복수의 제2 프레임을 포함하며,
상기 양극을 형성하는 상기 집전체의 개구율은 집전체의 전체 면적에 대하여 30～80% 범위이고,
상기 음극을 형성하는 상기 집전체의 개구율은 집전체의 전체 면적에 대하여 30～70% 범위인 것을 특징으로 하는 탄소가 코팅된 집전체를 이용한 리튬이온 커패시터 셀.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대하여 수직되고, 상기 복수의 제1 프레임은 동일한 선폭을 갖고 주기적으로 배열된 라인들로 이루어지고, 상기 복수의 제2 프레임은 동일한 선폭을 갖고 주기적으로 배열된 라인들로 이루어지며, 상기 복수의 제1 프레임과 상기 복수의 제2 프레임은 격자형의 그리드를 이루고,
상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 또는 이들을 포함하는 금속합금 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소가 코팅된 집전체를 이용한 리튬이온 커패시터 셀.
- 제1항에 있어서, 상기 흑연에 형성된 기공들의 단차를 따라 상기 흑연의 표면과 내부가 리튬으로 도핑되어 있으며, 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 흑연의 표면과 내부 모두에서 리튬의 삽입 또는 탈리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소가 코팅된 집전체를 이용한 리튬이온 커패시터 셀.
- 제1항에 있어서, 상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 및 LiAsF6 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 염으로 이루어지고,
상기 양극물질은 활성탄을 포함하며, 상기 활성탄의 비표면적은 300～2200 ㎡/g 범위이며,
상기 흑연은 하드카본계 흑연인 것을 특징으로 탄소가 코팅된 집전체를 이용한 리튬이온 커패시터 셀.
- 흑연을 포함하는 음극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루는 음극을 제조하고, 상기 음극에 제1 리드선을 연결하는 단계;
활성탄을 포함하는 양극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루는 양극을 제조하고, 상기 양극에 제2 리드선을 연결하는 단계;
단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 상기 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 상기 음극을, 순차적으로 적층하고 코일링하여 롤 형태의 권취소자를 형성하는 단계;
금속캡의 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 리튬 호일을 부착하는 단계;
상기 금속캡에 상기 권취소자를 삽착시키는 단계; 및
상기 권취소자와 상기 리튬 호일이 함침되게 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 상기 금속캡 내에 주입하는 단계를 포함하며,
상기 집전체의 표리면은 탄소가 100㎚～20㎛ 두께로 코팅된 복수의 프레임으로 이루어지며,
상기 양극의 제조는,
활성탄, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 양극물질을 제조하고, 상기 양극물질을 상기 집전체에 양면 코팅하거나 상기 양극물질을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 상기 집전체 양면에 붙이거나 압착하여 제조하는 단계를 포함하며,
상기 양극물질은 활성탄 100중량부와, 활성탄 100중량부에 대하여 도전재 2～15중량부와, 활성탄 100중량부에 대하여 바인더 2～10중량부와, 활성탄 100중량부에 대하여 200중량부 보다 크고 300 중량부 보다 작은 함량의 분산매를 첨가하여 제조되며,
상기 금속캡에 전압을 인가함에 따라 상기 리튬호일 및 상기 리튬염으로부터 나온 리튬이 상기 전해액을 통하여 흑연 표면에 도달하여 흑연의 표면에 도핑되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 커패시터 셀의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 금속캡에 전압을 인가하는 단계;
상기 리튬 호일 및 상기 리튬염으로부터 나온 리튬이 상기 흑연의 표면 및 내부에 도핑되어 전착되는 단계; 및
상기 흑연에 형성된 기공들의 단차를 따라 표면과 내부가 리튬으로 도핑되게 하여, 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 흑연의 표면과 내부 모두에서 리튬의 삽입 또는 탈리가 이루어지게 하는 단계를 더 포함하는 리튬이온 커패시터 셀의 제조방법.
- 삭제
- 흑연을 포함하는 음극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루는 음극을 제조하고, 상기 음극에 제1 리드선을 연결하는 단계;
활성탄을 포함하는 양극물질이 탄소가 코팅된 표리면을 관통하는 복수의 구멍을 갖는 집전체 양면에 적층된 구조를 이루는 양극을 제조하고, 상기 양극에 제2 리드선을 연결하는 단계;
단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 상기 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 상기 음극을, 순차적으로 적층하고 코일링하여 롤 형태의 권취소자를 형성하는 단계;
금속캡의 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 리튬 호일을 부착하는 단계;
상기 금속캡에 상기 권취소자를 삽착시키는 단계; 및
상기 권취소자와 상기 리튬 호일이 함침되게 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 상기 금속캡 내에 주입하는 단계를 포함하며,
상기 집전체의 표리면은 탄소가 100㎚～20㎛ 두께로 코팅된 복수의 프레임으로 이루어지며,
상기 음극의 제조는,
흑연, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 음극물질을 제조하고, 상기 음극물질을 상기 집전체에 양면 코팅하거나 상기 음극물질을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 상기 집전체 양면에 붙이거나 압착하여 제조하는 단계를 포함하며,
상기 음극물질은 흑연 100중량부와, 흑연 100중량부에 대하여 도전재 2～20중량부와, 흑연 100중량부에 대하여 바인더 2～10중량부와, 흑연 100중량부에 대하여 200중량부 보다 크고 300중량부 보다 작은 함량의 분산매를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 커패시터 셀의 제조방법.
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| KR1020100113234A KR101137723B1 (ko) | 2010-11-15 | 2010-11-15 | 탄소가 코팅된 집전체를 이용한 리튬이온 커패시터 셀 및 그 제조방법 |
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