KR101599963B1 - 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리의 전극구조와 전기 이중층 커패시터의 전극구조와 하이브리드 커패시터의 전극구조를 하나의 셀로 구현한 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 제1전극재질로 이루어지는 제1음극전극과; 제1음극전극과 이격되어 서로 마주대하도록 배치되며, 제1전극재질로 이루어지는 제1양극전극과; 제1양극전극과 이격되어 마주대하도록 배치되고 제1음극전극과 연결되며, 제1전극재질과 다른 제2전극재질로 이루어지는 제2음극전극과; 제2음극전극과 이격되어 마주대하도록 배치되고 제1양극전극과 연결되며, 제2전극재질과 다른 제3전극재질로 이루어지는 제2양극전극과; 제1음극전극과 제1양극전극과 제2음극전극과 제2양극전극의 각각의 사이에 각각 배치되어 제1음극전극과 제1양극전극과 제2음극전극과 제2양극전극이 서로 물리적으로 접촉되는 것을 방지하는 분리막으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치{Energy storage device with composite electrode structure}
본 발명은 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 특히 배터리의 전극구조와 전기 이중층 커패시터의 전극구조와 하이브리드 커패시터의 전극구조를 하나의 셀(cell)로 구현한 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템은 배터리와 전기 이중층 커패시터(EDLC; Electric Double Layer Capacitor)의 조합이나 배터리와 하이브리드 커패시터의 조합 등으로 구성된다. 에너지 저장 시스템에 사용되는 배터리는 리튬 이온 배터리 등이 있으며, 에너지 밀도는 높으나 출력 밀도가 낮은 단점이 있어 높은 피크를 보상하기 위해 사용되는 에너지 저장 시스템에 배터리 단일 종류만로 구현할 수 없다.
하이브리드 커패시터는 양극전극과 음극전극의 재질이 서로 다르게 구성된다. 즉, 하이브리드 커패시터는 양극전극의 재질로 활성탄소나 카본 나노튜브 및 기공성 카본 등이 사용되며, 음극전극의 재질은 LTO(lithium titanium oxide)나 HTO(hydrogen titanium oxide)가 사용되어 전기 이중층 커패시터와 배터리의 중간적인 전기적인 특성을 가짐으로 하이브리드 커패시터의 단일 종류로 에너지 저장 시스템의 구성이 용이하지 않다.
전기 이중층 커패시터는 양극전극이나 음극전극의 재질이 활성탄소나 카본 나노튜브 및 기공성 카본 등이 사용되며, 상세한 구성이 한국등록특허 제1142403호(특허문헌 1)에 공개되어 있다.
특허문헌 1에 공개된 전기 이중층 커패시터는 외장케이스, 권취소자, 단자플레이트 및 가스켓으로 이루어진다.
외장케이스는 외측벽에 내부방향으로 함몰되어 있는 비딩(beading)부 즉, 굴곡부가 형성되며, 권취소자는 비딩부의 하부에 위치되도록 외장케이스의 내측에 배치되며, 권취소자의 서로 다른 극성을 갖는 전극과 각각 연결되는 단자 즉, 외장 케이스의 내부에 위치되는 내부단자가 구비된다. 단자플레이트는 비딩부의 상부에 배치되어 내부단자와 연결되는 외부단자가 체결되며, 가스켓은 절연재질로 형성되어 권취소자의 상부를 감싸도록 비딩부의 하부에 위치되도록 배치되며 권취소자에 연결된 내부단자가 외부단자와 연결되도록 관통홀이 형성된다.
특허문헌 1에 기재된 종래의 전기 이중층 커패시터는 이온의 물리적 흡착과 탈착에 의해 전하를 저장하여 출력밀도는 높으나 에너지 밀도가 낮은 단점이 있어 전기 이중층 커패시터의 단일 종류로 에너지 저장 시스템의 구성이 용이하지 않다. 즉, 배터리, 전기 이중층 커패시터 및 하이브리드 커패시터는 각각의 전기적인 특성으로 인해 단일 종류로 높은 피크를 보상하기 위해 사용되는 에너지 저장 시스템을 구성할 수 없는 문제점이 있다.
특허문헌 1: 한국등록특허 제1142403호(등록일: 2012.04.26)
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배터리의 전극구조와 전기 이중층 커패시터의 전극구조와 하이브리드 커패시터의 전극구조를 하나의 셀(cell)로 구현한 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 하이브리드 커패시터의 전극구조에 의해 배터리의 전극구조와 전기 이중층 커패시터의 전극구조 사이의 방전 속도 차에 의한 갭(gap)을 방지하여 전원이 안정적으로 공급되도록 함으로써 전원 공급의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 배터리의 전극구조와 전기 이중층 커패시터의 전극구조와 하이브리드 커패시터의 전극구조를 하나의 셀로 구성함으로써 단일 종류로 하이브리드 에너지 저장 시스템을 용이하게 구현할 수 있는 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치는 제1전극재질로 이루어지는 제1음극전극과; 상기 제1음극전극과 이격되어 서로 마주대하도록 배치되며, 상기 제1전극재질로 이루어지는 제1양극전극과; 상기 제1양극전극과 이격되어 마주대하도록 배치되고 상기 제1음극전극과 연결되며, 상기 제1전극재질과 다른 제2전극재질로 이루어지는 제2음극전극과; 상기 제2음극전극과 이격되어 마주대하도록 배치되고 상기 제1양극전극과 연결되며, 제2전극재질과 다른 제3전극재질로 이루어지는 제2양극전극과; 상기 제1음극전극과 상기 제1양극전극과 상기 제2음극전극과 상기 제2양극전극의 각각의 사이에 각각 배치되어 제1음극전극과 제1양극전극과 제2음극전극과 제2양극전극이 서로 물리적으로 접촉되는 것을 방지하는 분리막으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치는 배터리의 전극구조와 전기 이중층 커패시터의 전극구조와 하이브리드 커패시터의 전극구조를 하나의 셀(cell)로 구성함으로써 단일 종류로 하이브리드 에너지 저장 시스템을 용이하게 구현할 수 있는 이점이 있으며, 하이브리드 커패시터의 전극구조에 의해 배터리의 전극구조와 전기 이중층 커패시터의 전극구조 사이의 방전 속도 차에 의한 갭(gap)을 방지하여 전원이 안정적으로 공급되도록 함으로써 전원 공급의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치의 조립 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치의 확대 조립 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치의 분리 조립 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 제1음극전극의 분리 조립 사시도,
도 5는 도 3에 도시된 제1양극전극의 분리 조립 사시도.
이하, 본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치는 제1음극전극(110), 제1양극전극(120), 제2음극전극(130), 제2양극전극(140) 및 분리막(150)으로 구성된다.
제1음극전극(110)은 제1전극재질로 이루어지며, 제1양극전극(120)은 제1음극전극(110)과 이격되어 서로 마주대하도록 배치되고, 제1음극전극(110)과 동일하게 제1전극재질로 이루어진다. 제2음극전극(130)은 제1양극전극(120)과 이격되어 마주대하도록 배치되고 제1음극전극(110)과 연결되며, 제1전극재질과 다른 제2전극재질로 이루어진다. 제2양극전극(140)은 제2음극전극(130)과 이격되어 마주대하도록 배치되고 제1양극전극(120)과 연결되며, 제2전극재질과 다른 제3전극재질로 이루어진다. 분리막(150)은 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)의 각각의 사이에 각각 배치되어 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)이 서로 물리적으로 접촉되는 것을 방지한다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과, 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)은 각각 순차적으로 제1전극재질과 제2전극재질과 제3전극재질로 이루어진다. 즉, 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)은 각각 제1전극재질로 이루어지고, 제2음극전극(130)은 제1전극재질과 다른 제2전극재질로 이루어지며, 제2양극전극(140)은 제2전극재질과 다른 제3전극재질로 이루어진다.
제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)을 형성하는 제1전극재질은 활성탄, 그래파이트(graphite), 소프트 카본(soft carbon), 하드 카본(hard carbon), 실리콘(Si) 및 스타늄(stannum(Sn)) 중 하나나 둘 이상을 혼합하여 사용된다. 제1전극재질로 사용되는 활성탄은 용량이 30~50 mAh/g이 되고, 그래파이트는 용량이 약 375 mAh/g 이며, 소프트 카본은 용량이 200 mAh/g 이하이다. 하드 카본은 용량이 600 mAh/g 이하이고, 실리콘(Si)은 용량이 약 4200 mAh/g이며, 스타넘(Sn)은 용량이 약 790 mAh/g이 된다.
제2전극재질은 Li4Ti5O12나 H2Ti12O25 중 하나나 둘을 혼합하여 사용되고, 제2전극재질로 사용되는 Li4Ti5O12의 용량은 약 175 mAh/g이 되며, H2Ti12O25의 용량은 약 225 mAh/g이 된다. 제3전극재질은 LiCoO2, LiMn2O4, Li(NiCoMn)1/3O2, LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2, LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 및 LiFePO4 중 하나나 둘 이상을 혼합하여 사용된다. 제3전극재질로 사용되는 LiCoO2는 용량이 약 145 mAh/g이 되고, LiMn2O4의 용량은 약 120 mAh/g이 되며, Li(NiCoMn)1/3O2의 용량은 약 150 mAh/g이 된다. LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2의 용량은 170 mAh/g이 되고, LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2의 용량은 약 190 mAh/g이 되며, LiFePO4의 용량은 약 150 mAh/g이 된다.
전술한 용량을 갖는 재질로 이루어지는 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)은 각각 두께(T1,T2,T3,T4)의 비가 1 : 1~2 : 0.2~1 : 0.1~1이 되도록 형성된다. 즉, 제1음극전극(110)의 두께(T1)를 기준으로 제1양극전극(120)의 두께(T2)는 제1음극전극(110)의 두께(T1)의 1~2배가 되도록 형성된다. 예를 들어, 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)이 서로 제1전극재질 중 서로 동일하게 활성탄이 사용되는 경우에 제1음극전극(110)의 두께(T1)와 제1양극전극(120)의 두께(T2)의 비는 1 : 1이 되도록 형성한다. 반대로 제1음극전극(110)의 제1전극재질로 하드 카본을 사용한 상태에서 제1양극전극(120)의 제1전극재질로 활성탄이 사용되는 경우에 두께(T1)와 두께(T2)의 비는 1 : 2가 되도록 형성한다. 제2음극전극(130)의 두께(T3)는 제1음극전극(110)의 두께(T1)의 0.2~1배가 되도록 형성되며, 제2양극전극(140)의 두께(T4)는 제1음극전극(110)의 두께(T1)의 0.1~1배가 되도록 형성된다.
두께(T1,T2,T3,T4)의 비는 1 : 1~2 : 0.2~1 : 0.1~1이 되도록 형성함으로써 본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치를 에너지 저장 시스템에 적용 시 종래의 에너지 저장 시스템이 갖는 전기적인 특성을 갖도록 설정된다. 즉, 제1전극재질과 제2전극재질과 제3전극재질은 서로 다른 재질로 이루어짐에 따라 두께(T1,T2,T3,T4)의 비는 1 : 1~2 : 0.2~1 : 0.1~1이 되도록 형성하여 각각의 재질에 따른 특성이 균일하게 나타내도록 하여 본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치가 어느 하나의 재질에 따른 특성에 의해 지배되지 않도록 한다.
제1전극재질과 제2전극재질과 제3전극재질로 각각 이루어지는 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)은 각각 도 2 및 도 3에서와 같이 집전체(11)와 전극층(12)으로 구성된다.
집전체(11)는 알루미늄 재질로 이루어지며, 도 4 및 도 5에서와 같이 활성영역부(11a)와 전극연결부(11b)로 이루어진다. 활성영역부(11a)는 전극층(12)이 각각 형성되며, 전극연결부(11b)는 활성영역부(11a)의 일측이나 타측으로부터 연장되도록 일체로 형성된다. 이러한 전극연결부(11b)는 용접이나 압착되어 제1음극전극(110)과 제2음극전극(130)이 서로 전기적으로 연결되도록 하거나 제1양극전극(120)과 제2양극전극(140)이 서로 전기적으로 연결되도록 한다. 전극층(12)은 한 쌍으로 구비되며, 한 쌍의 전극층(12)은 각각 집전체(11)의 일측의 면과 타측의 면에 각각 도포되어 형성된다. 이러한 한 쌍의 전극층(12)은 각각 제1전극재질과 제2전극재질과 제3전극재질 중 하나의 재질로 이루어진다.
분리막(150)은 셀루로스(cellulose), PE(poly ethylene), PP(poly propylene) 및 다공성 필름 중 하나가 사용되며, 셀루로스(cellulose), PE(poly ethylene), PP(poly propylene) 및 다공성 필름은 각각 표면에 절연재질인 Al2O3가 도포되어 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)가 서로 물리적으로 접촉되어 전기적으로 연결되는 것을 방지한다.
분리막(150)은 재질에 따라 선택되어 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)의 사이에 배치된다. 즉, 분리막(150)은 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 사이에 배치 시 셀루로스(cellulose)가 사용되고, 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140) 사이에 배치 시 PE(poly ethylene), PP(poly propylene) 및 다공성 필름 중 하나가 선택되어 사용되며, 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130) 사이에 배치 시 셀루로스(cellulose), PE(poly ethylene), PP(poly propylene) 및 다공성 필름 중 하나가 선택되어 사용된다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치는 도 1에서와 같이 전해질(160), 케이스(170) 및 리드(180)가 구비된다.
전해질(160)은 염이 포함되어 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)에 함침된다. 전해질(160)에 포함되는 염은 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)이 각각 다양하게 제1전극재질, 제2전극재질 및 제3전극재질로 이루어짐에 따라 리튬염과 비리튬염이 혼합되어 이루어진다. 전해질(160)에 포함되는 염 중 리튬염은 LiBF4, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiC(SO2CF3)3, LiBOB(Lithium bis(oxalato)borate) 중 하나나 둘 이상이 혼합되어 사용되며, 비리튬염은 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate), TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluorborate) 및 SBPBF4(spiro-(1,1′)-bipyrrolidium tetrafluoroborate) 중 하나나 둘 이상이 혼합되어 사용된다.
전해질(160)은 또한 유기용매에 전술한 염과 첨가제가 혼합되어 형성되어 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)에 함침된다. 유기용매는 ACN(acetonitrile), EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DMC(dimethyl carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethylmethyl carbonate), DME(1,2-dimethoxyethane), GBL(γ-buthrolactone), MF(methyl formate) 및 MP(methyl propionate) 중 하나나 둘 이상이 혼합되어 사용되고, 첨가제는 VC(vinylene Carbonate), VEC(vinyl ethylene carbonate) 및 FEC(fluoroethylene carbonate) 중 하나나 둘 이상이 혼합되어 사용된다. 이러한 전해질(160)은 유기용매에 염과 첨가제가 혼합되어 형성되며, 염은 리튬염과 비리튬염으로 이루어지고 유기용매에 0.8 ~ 2mol/L가 되도록 혼합되고, 비리튬염은 리튬염에 0.1~1mol/L가 되도록 혼합되며, 첨가제는 유기용매와 염의 혼합물의 100wt%에 대해 1 ~ 5wt%가 되도록 혼합되어 사용된다.
케이스(170)는 도 1에서와 같이 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)이 각각 내측에 수납되어 본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치를 전반적으로 지지한다.
리드(lead)(180)는 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)에 각각 구비되는 전극연결부(11b)의 용접이나 압착에 의해 제1음극전극(110)과 제2음극전극(130)이 서로 전기적으로 연결되거나 제1양극전극(120)과 제2양극전극(140)이 서로 전기적으로 연결되면 케이스(170)의 외부로 노출된 상태에서 각각의 전극연결부(11b)와 연결되며, 이러한 리드(180)는 집전체(11)의 일측과 타측에 각각 위치된 전극연결부(11b)와 각각 연결되도록 한 쌍이 구비된다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치는 도 1 및 도 2에서와 같이 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)의 각각 사이에 분리막(150)이 배치되며, 분리막(150)은 각각의 전극(110,120,130,140) 사이에 배치되도록 다수개가 구비된다.
분리막(150)에 의해 분리되는 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)은 각각 제1전극재질로 이루어짐에 따라 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)은 분리막(150)을 사이에 두고 배치되어 슈퍼 커패시터인 전기 이중층 커패시터로 구성되어 전기 이중층 커패시터로 동작된다. 제1양극전극(120)이 제1전극재질로 이루어지고, 제2음극전극(130)이 제2전극재질로 이루어지면 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)은 분리막(150)을 사이에 두고 배치되어 하이브리드 커패시터로 동작된다. 제2음극전극(130)이 제2전극재질로 이루어지고, 제2양극전극(140)이 제3전극재질로 이루어지면 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)은 분리막(150)을 사이에 두고 배치되어 리튬 이온 배터리로 동작된다.
예를 들어, 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)이 각각 제1전극재질로 활성탄이 사용되면 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)은 분리막(150)을 사이에 두고 배치되어 전해질의 양이온과 음이온이 활성탄 표면에 물리적으로 흡착되거나 탈착되는 반응으로 용량을 구현하는 전기 이중층 커패시터로 동작된다.
제1양극전극(120)이 활성탄으로 이루어진 상태에서 제2음극전극(130)이 제2전극재질로 Li4Ti5O12가 사용되면 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)은 분리막(150)을 사이에 두고 배치되어 활성탄 표면에서의 물리적 흡/탈착 반응과 전해질의 리튬(Li) 이온이 Li4Ti5O12가 내로 삽입되거나 탈리되는 화학적 반응에 의해 하이브리드 커패시터로 동작된다.
제2음극전극(130)이 Li4Ti5O12로 이루어진 상태에서 제2양극전극(140)이 제3전극재질로 LiCoO2가 사용되면 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)은 분리막(150)을 사이에 두고 배치되어 제2양극전극(140)에서 나온 리튬(Li) 이온이 전해질로 이동하여 제2음극전극(130)에서 삽입과 탈리되는 화학적 반응에 의해 리튬 이온 배터리로 동작된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치는 분리막(150)를 사이에 두고 배치되는 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)이 각각 전기 이중층 커패시터(도시 않음), 하이브리드 커패시터(도시 않음) 및 리튬 이온 배터리(도시 않음)로 동작됨에 따라 전기 이중층 커패시터, 하이브리드 커패시터 및 리튬 이온 배터리를 케이스(170)를 이용하여 하나의 단위 셀로 제조할 수 있으며, 이를 이용해 단일 종류로 하이브리드 에너지 저장 시스템을 용이하게 구현할 수 있다.
본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치는 또한, 하이브리드 커패시터의 전극구조를 갖는 제1양극전극(120)과 제2음극전극(130)에 의해 리튬 이온 배터리의 전극구조를 갖는 제2음극전극(130)과 제2양극전극(140)과 전기 이중층 커패시터의 전극구조를 갖는 제1음극전극(110)과 제1양극전극(120) 사이의 방전 속도 차에 의한 갭(gap)을 방지하여 전원이 안정적으로 공급되도록 함으로써 전원 공급의 신뢰성을 개선시킬 수 있다. 여기서, 전기 이중층 커패시터, 하이브리드 커패시터 및 리튬 이온 배터리는 각각 서로 충방전 속도가 상이하며, 하이브리드 커패시터의는 충방전 속도는 전기 이중층 커패시터의 충방전 속도보다 낮으며, 리튬 이온 배터리의 충방전 속도보다 높은 특성을 가지는 것은 공지된 특성임으로 설명을 생략한다.
본 발명의 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치는 커패시터나 에너지 저장 시스템 제조 산업 분야에 적용할 수 있다.
110: 제1음극전극 120: 제1양극전극
130: 제2음극전극 140: 제2양극전극
150: 분리막 160: 케이스
170: 전해질 180: 리드

Claims (11)

  1. 제1전극재질로 이루어지는 제1음극전극과;
    상기 제1음극전극과 이격되어 서로 마주대하도록 배치되며, 상기 제1전극재질로 이루어지는 제1양극전극과;
    상기 제1양극전극과 이격되어 마주대하도록 배치되고 상기 제1음극전극과 연결되며, 상기 제1전극재질과 다른 제2전극재질로 이루어지는 제2음극전극과;
    상기 제2음극전극과 이격되어 마주대하도록 배치되고 상기 제1양극전극과 연결되며, 제2전극재질과 다른 제3전극재질로 이루어지는 제2양극전극과;
    상기 제1음극전극과 상기 제1양극전극과 상기 제2음극전극과 상기 제2양극전극의 각각의 사이에 각각 배치되어 제1음극전극과 제1양극전극과 제2음극전극과 제2양극전극이 서로 물리적으로 접촉되는 것을 방지하는 분리막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1음극전극과 상기 제1양극전극과 상기 제2음극전극과 상기 제2양극전극은 각각 제1전극재질과 제2전극재질과 제3전극재질로 이루어지며,
    상기 제1전극재질은 활성탄, 그래파이트(graphite), 소프트 카본(soft carbon), 하드 카본(hard carbon), 실리콘(Si) 및 스타늄(stannum(Sn)) 중 하나나 둘 이상을 혼합하여 사용되고, 상기 제2전극재질은 Li4Ti5O12나 H2Ti12O25 중 하나나 둘을 혼합하여 사용되며, 상기 제3전극재질은 LiCoO2, LiMn2O4, Li(NiCoMn)1/3O2, LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2, LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2 및 LiFePO4 중 하나나 둘 이상을 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1음극전극과 상기 제1양극전극과 상기 제2음극전극과 상기 제2양극전극은 각각 두께의 비가 1 : 1~2 : 0.2~1 : 0.1~1이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1음극전극과 상기 제1양극전극과 상기 제2음극전극과 상기 제2양극전극은 각각 집전체와;
    상기 집전체의 일측의 면과 타측의 면에 각각 도포되는 전극층으로 구성되며,
    상기 전극층은 제1전극재질과 제2전극재질과 제3전극재질 중 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 집전체는 상기 전극층이 형성되는 활성영역부와;
    상기 활성영역부의 일측이나 타측으로부터 연장되도록 형성되는 전극연결부로 이루어지며,
    상기 전극연결부는 용접이나 압착되어 제1음극전극과 제2음극전극이 서로 전기적으로 연결되도록 하거나 제1양극전극과 제2양극전극이 서로 전기적으로 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분리막은 셀루로스(cellulose), PE(poly ethylene), PP(poly propylene) 및 다공성 필름 중 하나가 사용되며, 상기 셀루로스(cellulose), PE(poly ethylene), PP(poly propylene) 및 다공성 필름은 각각 표면에 Al2O3가 도포되는 것을 특징으로 하는 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 분리막은 상기 제1음극전극과 상기 제1양극전극과 사이에 배치 시 셀루로스(cellulose)가 사용되며, 상기 제2음극전극과 상기 제2양극전극 사이에 배치 시 PE(poly ethylene), PP(poly propylene) 및 다공성 필름 중 하나가 선택되어 사용되며, 상기 제1양극전극과 상기 제2음극전극 사이에 배치 시 셀루로스(cellulose), PE(poly ethylene), PP(poly propylene) 및 다공성 필름 중 하나가 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치는 케이스가 구비되며,
    상기 케이스는 상기 제1음극전극과 상기 제1양극전극과 상기 제2음극전극과 상기 제2양극전극이 각각 내측에 수납되는 것을 특징으로 하는 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치는 전해질이 구비되며,
    상기 전해질은 염이 포함되어 제1음극전극과 제1양극전극과 제2음극전극과 제2양극전극에 함침되며,
    상기 염은 리튬염과 비리튬염이 혼합되어 이루어지며, 상기 리튬염은 LiBF4, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiC(SO2CF3)3, LiBOB(Lithium bis(oxalato)borate) 중 하나나 둘 이상이 혼합되어 사용되며, 상기 비리튬염은 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate), TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluorborate) 및 SBPBF4(spiro-(1,1′)-bipyrrolidium tetrafluoroborate) 중 하나나 둘 이상이 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치는 전해질이 구비되며,
    상기 전해질은 유기용매에 염과 첨가제가 혼합되어 형성되어 제1음극전극과 제1양극전극과 제2음극전극과 제2양극전극에 함침되며,
    상기 유기용매는 ACN(acetonitrile), EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DMC(dimethyl carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethylmethyl carbonate), DME(1,2-dimethoxyethane), GBL(γ-buthrolactone), MF(methyl formate) 및 MP(methyl propionate) 중 하나나 둘 이상이 혼합되어 사용되고, 상기 염은 리튬염과 비리튬염으로 이루어지며, 상기 리튬염은 LiBF4, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiC(SO2CF3)3, LiBOB(Lithium bis(oxalato)borate) 중 하나나 둘 이상이 혼합되어 사용되며, 상기 비리튬염은 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate), TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluorborate) 및 SBPBF4(spiro-(1,1′)-bipyrrolidium tetrafluoroborate) 중 하나나 둘 이상이 혼합되어 사용되며, 상기 첨가제는 VC(vinylene Carbonate), VEC(vinyl ethylene carbonate) 및 FEC(fluoroethylene carbonate) 중 하나나 둘 이상이 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치는 전해질이 구비되며,
    상기 전해질은 유기용매에 염과 첨가제가 혼합되어 형성되어 제1음극전극과 제1양극전극과 제2음극전극과 제2양극전극이 함침되며,
    상기 염은 리튬염과 비리튬염이 혼합되어 이루어지고 유기용매에 0.8 ~ 2mol/L가 되도록 혼합되며, 비리튬염은 리튬염에 0.1~1mol/L가 되도록 혼합되며, 상기 첨가제는 유기용매와 염의 혼합물의 100wt%에 대해 1 ~ 5wt%가 되도록 혼합되는 것을 특징으로 하는 복합 전극 구조를 갖는 에너지 저장 장치.
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