KR101464524B1 - 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터 - Google Patents

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Abstract

양극 활물질 및 음극 활물질에 각각 사용되는 활성탄을 이종을 사용하고, 음극 및 양극을 상이한 두께로 형성하여 내부 전압 및 작동 전압을 향상시킨 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터는 외부 분리막, 양극 활물질을 포함하는 양극, 내부 분리막 및 음극 활물질을 포함하는 음극이 차례로 적층되어 롤 형태로 권취된 권취소자를 구비하는 전기이중층 커패시터에 있어서, 상기 양극 활물질과 음극 활물질 각각은 야자수계 활성탄, 페놀수지계 활성탄 및 코크스계 활성탄 중 선택된 1종 이상을 포함하되, 상기 양극 활물질과 음극 활물질은 이종의 활성탄으로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터{ELECTRICAL DOUBLE LAYER CAPACITOR WITH EXCELLENT WITHSTANDING VOLTAGE PROPERTY}
본 발명은 전기이중층 커패시터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 양극 활물질 및 음극 활물질에 각각 사용되는 활성탄을 이종을 사용하고, 음극 및 양극을 상이한 두께로 형성하여 내부 전압 및 작동 전압을 향상시킨 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터에 관한 것이다.
전기이중층 커패시터는 분리막을 사이에 두고 양극과 음극의 2개 전극과, 그것에 함침된 전해액의 계면에 부호가 다른 한 쌍의 전기이중층이 생성된 것을 이용하는 전기에너지 저장장치 중 하나이다. 이러한 전기이중층 커패시터는 각종 전기, 전자기기의 보조전원, IC 백업전원 등으로 주로 사용되고 있으며, 최근에는 그 용도가 확대되어 장난감, 태양열 에너지 저장, HEV 전원 등에까지 폭넓게 사용되고 있다.
이러한 전기이중층 커패시터는 전해액이 함침된 양극 및 음극과, 단락 방지 및 이온 이동만 가능한 분리막인 세퍼레이터와, 전해액의 누액을 방지하는 씰링재와, 이들을 모두 수용하기 위한 금속 재질의 전기이중층 커패시터 케이스를 포함한다.
이때, 전기이중층 커패시터의 음극 및 양극은 음극 활물질 및 양극 활물질로활성탄을 각각 주로 이용하고 있다. 이러한 전기이중층 커패시터의 축전용량은 전기이중층에 축적되는 전하량에 따라 정해지며, 그 전하량은 전극의 비표전적이 클수록 증가한다.
일반적으로, 전기이중층 커패시터 전극의 활성탄은 비표면적이 1500㎡/g 이상의 우수한 비표면적 특성을 보이는 활성탄이 사용되고 있다. 그러나 활성탄 합성 및 부활, 세정 공정에서 물 또는 화학약품이 사용되기 때문에 표면에 산소, 수소 등을 포함하는 다양한 관능기가 형성되어 있으며, 특히 활성탄 표면에 형성된 산소를 포함하는 관능기는 전기이중층 커패시터가 고전압 및 고온에서 작동될 때, 부반응에 의한 가스로 발생될 수 있어 고전압 및 고온에서의 전기이중층 커패시터의 신뢰성을 저하시키는 원인이 된다.
또한, 전해질의 양이온과 음이온의 이온 크기 및 이동도의 차이, 일반적으로 전기 이중층 커패시터에 사용되는 테트라암모늄 테트라플루오르보로네이트(Tetraethyl Ammonium Tetrafluoroborate) 염의 경우 테트라 암모늄 (+) 이온이 0.68nm, 테트라플루오르보로네이트 (-) 이온이 0.46nm의 크기 차이로 인한 이온의 크기 차이로 양극과 음극의 계면특성이 상이하게 된다. 이는 고전압 및 고온에서 전기이중층 커패시터가 작동될 때 셀 전체의 특성을 저하시키는 원인이 된다.
따라서, 종래에 따른 전기이중층 커패시터의 경우, 양극 및 음극 각각이 동일한 활성탄을 사용함과 더불어, 양극 및 음극의 계면 특성 차이를 고려하지 않아 고온 및 고전압 구간에서의 신뢰성이 저하되어, 내부 전압 및 작동 전압을 제대로 발현하지 못하는 문제점이 있었다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1305209호(2013.11.21. 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 고율충방전 특성이 향상된 캐패시터 및 이의 제조방법이 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 양극 활물질 및 음극 활물질에 각각 사용되는 활성탄을 이종을 사용하고, 음극 및 양극을 상이한 두께로 형성하여 내부 전압 및 작동 전압을 향상시킨 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터는 외부 분리막, 양극 활물질을 포함하는 양극, 내부 분리막 및 음극 활물질을 포함하는 음극이 차례로 적층되어 롤 형태로 권취된 권취소자를 구비하는 전기이중층 커패시터에 있어서, 상기 양극 활물질과 음극 활물질 각각은 야자수계 활성탄, 페놀수지계 활성탄 및 코크스계 활성탄 중 선택된 1종 이상을 포함하되, 상기 양극 활물질과 음극 활물질은 이종의 활성탄으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터는 양극 활물질 및 음극 활물질의 재질로 각각 사용되는 활성탄을 이종으로 사용하고, 양극 및 음극의 두께를 서로 상이하게 설계하여 두께 밸런스를 최소화함으로써, 양극 및 음극의 부 반응에 의한 전극의 계면특성 차이의 감소로 고전압 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고온에서의 계면 특성이 최적화되어 셀의 내전압 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1에 따른 시편들에 대한 작동 전압 안정성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 5 ~ 7 및 비교예 1에 따른 시편들에 대한 작동 전압 안정성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터를 나타낸 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터(100)는 금속 재질의 전기이중층 커패시터 케이스(120), 권취 소자(140), 제1 및 제2 리드선(160, 170) 및 씰링 고무(미도시)를 포함한다.
전기이중층 커패시터 케이스(120)는 전기이중층 커패시터(100)의 몸체를 이루는 부분으로, 상측이 개방되는 원통 형상을 갖는 것이 바람직하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한 전기이중층 커패시터 케이스(120)의 내부에는 전해액이 함침 된다. 이때, 전해액으로는 프로필렌카보네이트(propylene carbonate : PC), 아세토니트릴(acetonitrile : AN) 및 술포란(sulfolane : SL) 중 선택된 1종 이상의 용매에 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoborate) 및 TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluoborate) 중 선택된 1종 이상의 염이 용해된 것을 이용하는 것이 바람직하다.
권취소자(140)는 외부 분리막(142), 양극 활물질을 포함하는 양극(144), 내부 분리막(146) 및 음극 활물질을 포함하는 음극(148)을 포함한다. 이때, 권취소자(140)는 외부 분리막(142), 양극 활물질을 포함하는 양극(144), 내부 분리막(146) 및 음극 활물질을 포함하는 음극(148)을 차례로 적층하고, 코일링(coling)하여 롤(roll) 형태로 제작한 후, 롤 주위로 접착 테이프(미도시) 등을 부착하여 롤 형태가 유지될 수 있게 한다.
이때, 외부 분리막(142)은 전기이중층 커패시터 케이스(120)와 양극(144)의 단락을 방지하는 역할을 하고, 내부 분리막(146)은 양극(144)과 음극(148)의 단락을 방지하는 역할을 한다. 외부 및 내부 분리막(142, 146) 각각은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 등에서 선택된 어느 하나가 이용될 수 있다.
제1 및 제2 리드선(160, 170)은 권취소자(140)의 양극(144) 및 음극(148)에 각각 연결된다. 이러한 제1 및 제2 리드선(160, 170)의 재질로는 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 전기전도성이 우수한 금속 또는 이들을 포함하는 합금 등의 재질이 이용될 수 있다.
씰링 고무는 전기이중층 커패시터 케이스(120)의 상측을 물리적으로 씰링하는 역할을 한다. 이때, 씰링 고무의 재질로는 이소부틸렌 이소프렌 러버(isobutylene-isoprene rubber), UV 경화성 수지, PTFE(Polytetrafluoroethylene), 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin), PVA(polyvinyl alcohol), PVB(polyvinyl butyral) 등에서 선택된 1종 이상이 이용될 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터(100)는 양극 활물질 및 음극 활물질로 각각 사용되는 활성탄을 이종으로 사용하고, 양극(144) 및 음극(148)의 두께를 서로 상이하게 설계하여 두께 밸런스를 최소화함으로써 고전압 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고온에서의 계면 특성이 최적화되어 셀의 내전압 특성을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 양극 활물질과 음극 활물질 각각은 야자수계 활성탄, 페놀수지계 활성탄, 코크스계 활성탄 등에서 선택된 1종 이상을 포함하되, 양극 활물질과 음극 활물질은 이종의 활성탄으로 형성된 것을 특징으로 한다.
이때, 양극 및 음극 활물질 각각은 염기 부활법으로 형성될 수 있다. 특히, 양극 및 음극 활물질 각각은 1,200 ~ 2,500㎡/g의 비표면적을 갖는 활성탄 분말을 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 양극 및 음극 활물질 각각은 야자수계 활성탄, 페놀수지계 활성탄 및 코크스계 활성탄 중 선택된 2종으로 형성되되, 2종의 활성탄은 9 : 1 ~ 1 : 9의 중량비로 혼합된 것을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 양극(144)은 제1 두께를 갖고, 음극(148)은 제1 두께와 상이한 제2 두께를 갖는다. 이때, 제1 두께는 50 ~ 300㎛이고, 제2 두께는 140 ~ 250㎛인 것이 바람직하다. 이와 같이, 제1 두께 및 제2 두께를 서로 상이하게 설계하여 양극(144)과 음극(148)의 두께 밸런스를 최소화함으로써, 고전압 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고온에서의 계면 특성이 최적화되어 셀의 내전압 특성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 양극(144) 및 음극(148) 각각은 0.40 ~ 0.80g/㎤의 밀도를 갖는다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터는 양극 활물질 및 음극 활물질의 재질로 각각 사용되는 활성탄을 이종으로 사용하고, 양극 및 음극의 두께를 서로 상이하게 설계하여 두께 밸런스를 최소화함으로써, 양극 및 음극의 부 반응에 의한 전극의 계면특성 차이의 감소로 고전압 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고온에서의 계면 특성이 최적화되어 셀의 내전압 특성을 향상시킬 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 전기이중층 커패시터 시편 제조
실시예 1
염기 부활법으로 제조되어 2,100 m2/g의 비표면적을 갖는 코크스계 활성탄 분말, 도전재로서 Super-P, 바인더 2종을 75 : 15 : 10의 혼합 비율로 교반시켜 양극 활물질 슬러리를 제조한 후, 양극 활물질 슬러리를 알루미늄 호일 집전체 위에 콤마 코터(comma coater)를 이용하여 도포 및 건조한 후, 100×100mm의 크기 및 120㎛의 두께를 갖는 양극을 제조하였다.
다음으로, 염기부활법으로 제조된 페놀수지계 활성탄 분말, 도전재로서 Super-P, 바인더 2종을 75 : 15 : 10의 혼합 비율로 교반시켜 음극 활물질 슬러리를 제조한 후, 음극 활물질 슬러리를 알루미늄 호일 집전체 위에 콤마 코터(comma coater)를 이용하여 도포 및 건조한 후, 100×100mm의 크기 및 160㎛의 두께를 갖는 음극을 제조하였다.
다음으로, 양극에 제1 리드선을 부착하고, 음극에 제2 리드선을 부착하여 외부 분리막(TF4035 from NKK, 셀룰로오스계 분리막)과 내부 분리막(TF4035 from NKK, 셀룰로오스계 분리막)을 교차로 배치한 후, 롤 형태로 권취하여 권취소자를 제조하였다.
이후, 전기이중층 캐패시터 케이스 내부에 권취소자를 삽입시킨 상태에서 프로필렌카보네이트에 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoborate) 염이 용해된 비수계 전해액을 함침시킨 후, 전기이중층 커패시터 케이스의 상측을 씰링 고무로 물리적으로 씰링하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.
실시예 2
양극 활물질 슬러리 제조시, 페놀수지계 활성탄 분말을 이용하고, 음극 활물질 슬러리 제조시 야자수계 활성탄 분말을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전기이중층 커패시터를 제조하였다.
실시예 3
양극 활물질 슬러리 제조시, 코크스계 활성탄 분말 60g 및 야자수계 활성탄 분말 30g을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전기이중층 커패시터를 제조하였다.
실시예 4
음극 활물질 슬러리 제조시, 페놀수지계 활성탄 분말 20g 및 야자수계 활성탄 분말 70g을 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전기이중층 커패시터를 제조하였다.
실시예 5
양극 두께 160㎛ 및 음극 두께 180㎛로 각각 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전기이중층 커패시터를 제조하였다.
실시예 6
양극 두께 180㎛ 및 음극 두께 200㎛로 각각 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전기이중층 커패시터를 제조하였다.
실시예 7
양극 두께 200㎛ 및 음극 두께 160㎛로 각각 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전기이중층 커패시터를 제조하였다.
비교예 1
염기 부활법으로 제조되어 2300㎡/g의 비표면적을 갖는 페놀수지계 활성탄 분말, 도전재로서 Super-P, 바인더 2종을 75 : 15 : 10의 혼합 비율로 교반시켜 양극 활물질 슬러리를 제조한 후, 양극 활물질 슬러리를 알루미늄 호일 집전체 위에 콤마 코터(comma coater)를 이용하여 도포 및 건조한 후, 100×100mm의 크기 및 160㎛의 두께를 갖는 양극 및 음극을 각각 제조하였다.
다음으로, 양극에 제1 리드선을 부착하고, 음극에 제2 리드선을 부착하여 외부 분리막(TF4035 from NKK, 셀룰로오스계 분리막)과 내부 분리막(TF4035 from NKK, 셀룰로오스계 분리막)을 교차로 배치한 후, 롤 형태로 권취하여 권취소자를 제조하였다.
이후, 전기이중층 커패시터 케이스 내부에 권취소자를 삽입시킨 상태에서 프로필렌카보네이트에 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoborate) 염이 용해된 비수계 전해액을 함침시킨 후, 전기이중층 커패시터 케이스의 상측을 씰링 고무를 이용하여 물리적으로 씰링하여 전기이중층 커패시터를 제조하였다.
2. 충방전 특성 및 작동 전압 안정성 테스트
1) 충방전 특성 실험
실시예 1 ~ 7 및 비교예 1에 따른 시편들에 대하여 충방전 시험기(Maccor)를 이용하여 충전 전류(charge current) 100mA, 정전압(constant voltage) 2.7V, 10min, 방전 전류(discharge current) 100mA, 차단 전압(cut off voltage) 0.1V 조건으로 충방전 시험을 진행하였다.
2) 작동 전압 안정성 실험
실시예 1 ~ 7 및 비교예 1에 따른 시편들에 대하여 SP5 전기화학 측정 장비를 이용하여, LSV(Linear Sweep Voltammetry)기법을 통해 20 mV/s의 속도로 작동전압 안정성 평가를 하였다.
3. 물성 평가
표 1은 실시예 1 ~ 7 및 비교예 1에 따른 시편들의 충방전 특성 및 작동 전압 안정성 실험 결과를 나타낸 것이다. 도 2는 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1에 따른 시편들에 대한 작동 전압 안정성 시험 결과를 나타낸 그래프이고, 도 3은 실시예 5 ~ 7 및 비교예 1에 따른 시편들에 대한 작동 전압 안정성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
[표 1]
Figure 112014020728097-pat00001
표 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 4에 따른 시편들의 경우, 작동 전압 안정성 실험(LSV : Linear Sweep Voltammetry) 후 ESR 변화율 및 용량 변화율이 전반적으로 낮게 측정되어 있으며, 특히 실시예 4에 따른 시편의 경우 ESR 변화율 및 용량 변화율 면에서 가장 우수한 특성을 나타내었다.
특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 작동전압 안정성 실험의 결과에서도 비교예 1의 분해 전압이 2.7V이고, 실시예 1 및 실시예 3의 분해 전압이 2.7V로 나타났으며, 실시예 4의 경우 3V의 분해 전압을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이 결과, 실시예 1 ~ 4에 따른 시편들 중 음극 활물질 슬러리 제조시, 페놀수지계 활성탄 분말과 야자수계 활성탄 분말, 즉 2종의 활성탄 분말을 첨가한 실시예 4에 따른 시편이 가장 우수한 작동전압 안정성을 갖는 것을 확인하였다.
한편, 표 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 작동 전압 안정성 실험(LSV : Linear Sweep Voltammetry) 전과 후의 ESR 변화율 및 용량 변화율은 실시예 5가 가장 우수한 것을 확인하였으며, 이로부터 양극 또는 음극의 두께 밸런스에 따른 고전압 구간에서의 최적화된 셀 밸런스 조건을 확인할 수 있었다.
특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 비교예 1에 따른 시편을 제외한 실시예 5 ~ 7에 따른 시편들의 경우 모두 대략 3.0V의 분해 전압을 나타내 작동 전압 안정성 실험에서 우수한 안정성을 나타내었으며, 이 중에서도 실시예 5에 따른 시편이 대략 3.2V의 분해 전압을 나타내 가장 안정한 것을 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100 : 전기이중층 커패시터 120 : 전기이중층 커패시터 케이스
140 : 권취소자 142 : 외부 분리막
144 : 양극 146 : 내부 분리막
148 : 음극 160 : 제1 리드선
170 : 제2 리드선

Claims (9)

  1. 외부 분리막, 양극 활물질을 포함하는 양극, 내부 분리막 및 음극 활물질을 포함하는 음극이 차례로 적층되어 롤 형태로 권취된 권취소자를 구비하는 전기이중층 커패시터에 있어서,
    상기 양극 활물질과 음극 활물질 각각은 야자수계 활성탄, 페놀수지계 활성탄 및 코크스계 활성탄 중 선택된 1종 이상을 포함하되, 상기 양극 활물질과 음극 활물질은 이종의 활성탄으로 형성되며,
    상기 양극은 제1 두께를 갖고, 상기 음극은 상기 제1 두께와 상이한 제2 두께를 갖되, 상기 제1 두께는 50 ~ 300㎛이고, 상기 제2 두께는 140 ~ 250㎛이고,
    상기 양극 및 음극 각각은 0.40 ~ 0.80g/㎤의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극 및 음극 활물질 각각은
    염기 부활법으로 형성된 것을 특징으로 하는 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양극 및 음극 활물질 각각은
    1,200 ~ 2,500㎡/g의 비표면적을 갖는 활성탄 분말을 이용하는 것을 특징으로 하는 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극 및 음극 활물질 각각은
    야자수계 활성탄, 페놀수지계 활성탄 및 코크스계 활성탄 중 선택된 2종으로 형성되되, 상기 2종의 활성탄은 9 : 1 ~ 1 : 9의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전기이중층 커패시터는
    내부에 전해액이 함침되며, 상기 권취소자를 수용하는 전기이중층 커패시터 케이스와,
    상기 권취소자의 양극 및 음극에 각각 연결된 제1 리드선 및 제2 리드선과,
    상기 전기이중층 커패시터 케이스의 상측을 물리적으로 씰링하는 씰링 고무를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전해액은
    프로필렌카보네이트(propylene carbonate : PC), 아세토니트릴(acetonitrile : AN) 및 술포란(sulfolane : SL) 중 선택된 1종 이상의 용매에 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoborate) 및 TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluoborate) 중 선택된 1종 이상의 염이 용해된 것을 이용하는 것을 특징으로 하는 내전압 특성이 우수한 전기이중층 커패시터.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160117994A (ko) * 2015-04-01 2016-10-11 주식회사 비츠로셀 고전압 전기 이중층 캐패시터
KR101815190B1 (ko) * 2017-07-28 2018-01-05 주식회사 씨엘씨팩토리 전기에너지 저장소자용 전극의 제조 방법 및 이 제조 방법으로 제조된 전기에너지 저장소자용 전극
KR102269341B1 (ko) * 2020-11-23 2021-06-28 주식회사 비츠로셀 고 기공 탄소 소재를 이용한 고출력 전기 에너지 저장장치
US11289733B2 (en) 2015-10-26 2022-03-29 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable lithium battery
WO2022075822A1 (ko) * 2020-10-08 2022-04-14 상명대학교산학협력단 자가방전이 억제되는 전기이중층 커패시터 및 그 제조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070012385A (ko) * 2004-03-31 2007-01-25 후지 주코교 카부시키카이샤 메조포어 탄소재를 음극에 사용한 유기 전해질 커패시터
KR101166701B1 (ko) * 2011-03-21 2012-07-19 비나텍주식회사 슈퍼커패시터 전극용 조성물, 이를 이용한 슈퍼커패시터 전극의 제조방법 및 상기 방법을 이용하여 제조된 슈퍼커패시터

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070012385A (ko) * 2004-03-31 2007-01-25 후지 주코교 카부시키카이샤 메조포어 탄소재를 음극에 사용한 유기 전해질 커패시터
KR101166701B1 (ko) * 2011-03-21 2012-07-19 비나텍주식회사 슈퍼커패시터 전극용 조성물, 이를 이용한 슈퍼커패시터 전극의 제조방법 및 상기 방법을 이용하여 제조된 슈퍼커패시터

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160117994A (ko) * 2015-04-01 2016-10-11 주식회사 비츠로셀 고전압 전기 이중층 캐패시터
KR101671301B1 (ko) * 2015-04-01 2016-11-01 주식회사 비츠로셀 고전압 전기 이중층 캐패시터
US11289733B2 (en) 2015-10-26 2022-03-29 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable lithium battery
KR101815190B1 (ko) * 2017-07-28 2018-01-05 주식회사 씨엘씨팩토리 전기에너지 저장소자용 전극의 제조 방법 및 이 제조 방법으로 제조된 전기에너지 저장소자용 전극
WO2022075822A1 (ko) * 2020-10-08 2022-04-14 상명대학교산학협력단 자가방전이 억제되는 전기이중층 커패시터 및 그 제조방법
KR102269341B1 (ko) * 2020-11-23 2021-06-28 주식회사 비츠로셀 고 기공 탄소 소재를 이용한 고출력 전기 에너지 저장장치

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