KR101601795B1 - 슈퍼커패시터 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슈퍼커패시터에 관한 것으로서, 높은 이온전도성을 구비한 고분자물질과 염(salt)을 이용하여 겔상의 고체 고분자 전해질을 제조하고, 이를 이용하여 슈퍼커패시터를 제조함으로써, 양전극 상이에 전해질을 접착시켜 일체화하여 사용할 수 있으며, 내열특성이 우수함은 물론, 종래 액체 전해질을 사용한 것과 유사한 용량특성을 구현할 수 있는 고체 고분자 전해질과 이를 이용한 슈퍼커패시터를 제공할 수 있도록 한다.

슈퍼커패시터, 고체고분자전해질

Description

슈퍼커패시터 및 그 제조방법{Supercapacitor and manufacture method of the same}

본 발명은 슈퍼커패시터에 관한 것으로, 높은 이온전도성을 구비한 고분자물질과 염(salt)을 이용하여 겔상의 고체 고분자 전해질을 제조하고, 이를 이용하여 슈퍼커패시터를 제조함으로써, 양전극 상이에 전해질을 접착시켜 일체화하여 사용할 수 있으며, 내열특성이 우수함은 물론, 종래 액체 전해질을 사용한 것과 유사한 용량특성을 구현할 수 있는 고체 고분자 전해질과 이를 이용하여 슈퍼커패시터를 제공하는 기술에 관한 것이다.

초고용량 커패시터(supercapacitor 또는 ultracapacitor)로 알려져 있는 전기화학 커패시터(EC, electrochemical capacitor)는 전해콘덴서와 이차전지의 중간적인 특징을 갖는 에너지 저장장치로서, 급속 충방전이 가능하며 높은 효율과 반영구적인 수명으로 이차전지의 병용 및 대체할 수 있는 에너지 저장장치로 각광을 받고 있다. 이러한 슈퍼커패시터는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 또는 연료전지자동차(Fuel Cell Vehicle, FCV) 등과 같은 차세대 환경친화 차량 개발 분야에 있어 에너지 버퍼로써 슈퍼커패시터의 효용성은 날로 증가하고 있다. 슈퍼커패시터의 용도는 크기 및 용도에 따라 분류할 수도 있는데, 소형은 전원 차단시의 전자기기의 메모리 백업용 전원으로 사용되며, 중형 및 대형 제품에서는 하이브리드 전원시스템, 자동차의 스타터용 전원, 배기가스 촉매 가열의 보조전원이나 HEV의 회생 전원, 완구용 모터구동전지 대체용 전원 등과 같이 용도가 다양하다.

도 1을 참조하여 이러한 종래의 슈퍼커패시터의 구조 및 문제점을 설명하기로 한다.

종래의 슈퍼커패시터는 리드(Lead, 1), 캡(Cap, 2), 접착제 페이스트(Adhesive Paste, 3) 전극(electrode, 4), 세퍼레이터(Separator, 5), 가스켓(Gasket, 7), 케이스(Case, 8)로 구성된다. 특히 이러한 종래의 인쇄기판 등에 주전원 혹은 보조전원용으로 사용되는 슈퍼커패시터는 주로 금속재질로 이루어진 상부의 캡(2) 및 하부의 케이스(8)가 필요하고, 캡(2)과 케이스(8)의 조립시 실링의 목적으로 사용하는 가스켓(7)이 필요하다.

그러나 가스켓(7)의 노화나 조립시 이물질에 의한 갭이 발생할 수 있는데, 이는 슈퍼커패시터 내부의 재료들이 외부환경에 노출됨을 의미하고, 이에 따라 슈퍼커패시터로서의 성능 열화를 가져 오게 될 위험성이 있으며, 나아가 이로 인해 슈퍼커패시터로서의 성능을 상실하는 문제가 발생하게 된다.

나아가 미리 정해진 상부의 캡(2)과 하부의 케이스(8)에 의해 조립되는 종래의 슈퍼커패시터는 사용용도에 따라 모양이나 치수를 변형시키기 어려운 문제점도 있었다. 아울러 기존의 칩 형 슈퍼커패시터나 에너지 저장장치 등은 전극 간의 쇼 트 방지를 위해 분리막인 세퍼레이터(5)가 삽입되어야 하며, 누액 등의 방지를 위해 측벽이 따로 구성되어 제조공정상의 불편함을 초래함은 물론 비용의 증가를 가져 오는 문제도 발생하였다.

특히, 또한, 종래의 슈퍼커패시터는 액상의 전해질을 전극(4)으로 사용하는데, 이 때문에 액상의 전해질에 의한 누액 발생시 타 전자부품들에게 치명적인 악영향을 미칠 수 있는 문제가 발생한다. 즉, 이러한 액체 전해질의 경우, 누액의 우려가 있어, 누액방지에 대한 신뢰성을 높이기 위해 실링(sealing) 문제가 항상 고민되어 왔으며, 이를 극복하기 위해 고체고분자 전해질을 이용하기는 하나, 이는 누액의 문제는 방지할 수 있지만, 기본적으로 이온전도도가 떨어져 함침 특성이 하락하고, 이로 인해 셀 적용시 저항을 높이는 문제가 발생하여 그 적용에 난점으로 작용하고 있다.

또한, 고분자 전해질을 사용하는 경우, 겔(gel)상태의 점도가 높아 전극 내부로의 함침성이 떨어지고, 2개의 전극을 코팅한 후 접착해야 하는 번거로움이 발생하여 공정상의 불편함을 초래하고 있다. 특히 그 접착성 역시 떨어져 압착 후에도 그 구조를 유지하거나 가공하기에 번거로움을 유발하고 있다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 접착력이 있는 겔상의 고분자전해질을 이용하여 고분자전해질물질층 사이에 분극성전극을 일체화하여 형성하는 공정을 제공하여 가공의 편의성 및 공정의 간소화를 구현할 수 있는 제조공정을 제공하는 데 있다.

특히, 고체 고분자전해질물질층을 접착력을 구비하는 외에 이온전도도를 높이고 내열특성이 우수한 고분자를 활용함으로써 누수의 위험성이 없고 높은 안정성 및 신뢰성이 확보된 슈퍼커패시터를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 구성으로, 분극성 전극 사이에 고분자전해질물질층을 구비한 적층복합체를 형성하는 1단계; 와 상기 적층복합체를 가공하여 슈퍼커패시터를 형성하는 2단계; 를 포함하는 슈퍼커패시터의 제조방법을 제공함을 특징으로 한다.

특히, 상술한 상기 1단계의 공정을, 제1 또는 제2전류집전체 상에 활물질이 형성된 전극을 형성하는 1) 단계; 상기 제1 또는 제2 전류집전체 중 어느 하나에 상기 전극 상에 고체 고분자전해질물질층을 형성하는 2) 단계; 상기 제1 및 제2 전류집전체를 가열압착하는 3)단계; 를 포함하여 이루어지도록 형성하여 일체화된 적층복합체를 이용하여 공정의 간소화를 구현할 수 있게 한다.

또한, 상기 3)단계 이후에, 상기 적층복합체를 급냉각하는 4) 단계를 더 포 함하여 이루어지도록 하여, 고분자 전해질물질층의 고정화를 촉진시키고, 이를 통해 접착력의 개선 및 공정시간의 단축을 구현할 수 있도록 한다.

또한, 상술한 단계와는 다른 실시예로서 다음과 같은 제조공정을 구성할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 상기 1단계를 형성함에 상기 1)~4) 단계의 공정 대신,

필름형 고체고분자물질층을 형성하는 5)단계; 상기 고체고분자물질층 상에 활물질을 양면으로 형성하는 6)단계; 상기 활물질 층 상에 전류집전체를 가열압착하는 7)단계; 를 포함하는 것으로 제조공정을 형성할 수 있다.

아울러 상술한 바와 같이 상기 7)단계 이후에, 상기 적층복합체를 급냉각하는 8) 단계를 포함하도록 형성함이 더욱 바람직하다.

또한, 상술한 상기 고분자전해질물질층은, 아래와 같은 제조단계로 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 염(salt)과 유기용매를 조합하여 액상 전해질을 형성하는 a단계; 상기 액상전해질에 고분자물질을 혼합(mixing)하는 b단계; 로 형성되는 겔타입의 고분자물질로 형성되도록 할 수 있다.

이 중, 상기 a단계는, 암모늄계 또는 리튬계 물질로 형성되는 염(salt)과 Acetonitrile, Propylene Carbonate, Dimethyl Carbonate, Ethylene Carbonate, Ethyl Methyl Carbonate, Sulfolane 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 유기용매의 혼합단계로 구성될 수 있으며, 상기 b단계는, 상기 고분자물질을 Polyethylene Oxide, Polyethylene Glycol, Poly Acrylonitrile, Polytetrafluoroethylene, Poly(vinylidene fluoride), Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 물질로 형성하는 단계로 형성할 수 있다.

여기에 상기 b단계에서 혼합 방법상 상기 고분자물질을 액상의 전해질에 가열혼합(mixing) 또는 초음파혼합(Ultrasonic Mixing) 방식으로 수행되도록 형성할 수 있다.

상술한 제조공정에 따라 제조되는 슈퍼커패시터는 다음과 같은 구성을 구비하여 형성된다.

본 발명에 따라 제조되는 슈퍼커패시터는, 고체상태의 고분자전해질물질층의 상부 또는 하부에 밀착형성되는 전극층; 상기 전극층은 활물질전극층과 전류집전체의 적층구조로 형성되되, 상기 고분자전해질물질층은 염(salt)과 가소제, 고분자물질를 포함하는 고분자전해질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 염(salt)은 암모늄계 또는 리튬계 물질로 형성될 수 있으며, 염과 혼합하여 액상의 전해질을 형성하는 가소제는 유기용매로서 Acetonitrile, Propylene Carbonate, Dimethyl Carbonate, Ethylene Carbonate, Ethyl Methyl Carbonate, Sulfolane 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합됨이 바람직하다.

아울러 상기 염과 가소제가 혼합하여 형성되는 액상의 전해질과 혼합되는 상기 고분자물질은, Polyethylene Oxide, Polyethylene Glycol, Poly Acrylonitrile, Polytetrafluoroethylene, Poly(vinylidene fluoride), Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 물질을 포함할 수 있다.

이러한 슈퍼커패시터는 상기 전류집전체에 금속물질로 형성되는 단자(lead)를 적어도 1 이상 형성하는 구조로 형성되거나, 상기 전류집전체를 가공하여 외부단자로 형성시키는 일체형 단자를 적어도 1 이상 포함하는 구조로 형성될 수 있다.

특히, 이 경우의 상기 단자는 알루미늄, 니켈, 구리, 스테인리스 중 선택되는 어느 하나로 형성될 수 있다.

아울러 본 발명에 따른 슈퍼커패시터는, 그 외부 면에 절연내열성 피복물질로 형성되는 보호부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 접착력이 있는 겔상의 고분자전해질을 이용하여 고분자전해질물질층 사이에 분극성전극을 일체화하여 형성하는 공정을 제공하여 가공의 편의성 및 공정의 간소화를 구현할 수 있는 효과가 있다.

특히, 상기 고체 고분자전해질물질층을 접착력을 구비하는 외에 이온전도도를 높이고 내열특성이 우수한 고분자를 활용함으로써 누수의 위험성이 없고 높은 안정성 및 신뢰성을 구비한 슈퍼커패시터를 제공할 수 있도록 한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 구성 및 작용을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 이는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예로서의 슈퍼커패시터의 제조공정에 따른 순서도 및 공정도를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 제조공정은 크게 분극성 전극 사이에 고분자전해질물질층을 구비한 적층복합체를 형성하는 단계와 상기 적층복합체를 가공하여 슈퍼커패시터를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. 여기에서 '적층복합체'란 활물질전극층과 전류집전층, 그리고 본 발명에 따른 고분자전해질물질층이 일체로 적층된 구조물을 의미하는 것으로 정의한다.

우선, S 1 ~ S 2단계로 전류집전체(Current Collector;110a, 110b) 상에 활물질전극(120a, 120b)을 형성하는 공정이 수행된다.

상기 활물질전극을 형성하는 방식은 다양하게 형성될 수 있으나, 활물질을 코팅 또는 접착하는 방식으로 구현된다. 상기 전류집전체(110a,110b)와 활물질전극층(120a, 120b)가 결합한 구조를 분극성 전극 또는 전극(A, B)으로 정의한다. 본 발명에 따른 전류집전체는 일정한 두께를 가지는 도전성 금속층으로 구현할 수 있으며, 그 일례로는 알루미늄이나 니켈, 구리, 스테인리스 스틸과 같은 금속층을 이용하여 제조될 수 있다. 또한, 두께는 다양하게 변형하여 제조가능하나, 바람직하게는 10㎛~1㎜의 두께로 제조될 수 있다. 아울러 상기 활물질전극층(120a, 120b)은 탄소재, 도전재, 바인더로 이루어질 수 있다. 나아가 상술한 2개의 전극(A, B) 각각에 대해 서로 다른 종류의 금속산화물이나 전도성 고분자로 형성하는 것도 가능하다. 이중 특히 탄소재는 활성탄소로 형성할 수 있으며, 전체 전극 중 60~97%를 포함하도록 구현할 수 있다.

다음으로, S 3단계로 상기 2 개의 전극(A, B) 중 어느 하나의 면에 고분자전해질물질층을 형성한다. (물론 각각의 전극에 각각 고분자전해질물질을 코팅하여 고분자 전해질 물질층을 형성할 수도 있다.) 상기 고분자전해질물질층(130)은 겔상의 고체 고분자전해질 층임이 바람직하다. 본 발명에 따른 상기 고분자전해질물질층은 고분자, 이온전도성 물질로 형성되되, 염(salt)과 가소제, 그리고 고분자물질을 포함하여 형성됨이 바람직하다. 특히 상술한 염(salt)은 암모늄계 또는 리튬계 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 가소제는 Acetonitrile, Propylene Carbonate, Dimethyl Carbonate, Ethylene Carbonate, Ethyl Methyl Carbonate, Sulfolane 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 유기용매를 사용함이 바람직하다. 특히, 염(salt)과 가소제를 혼합하여 액상의 전해질을 형성한 후, 고분자물질을 혼합하되, 상기 고분자물질은 Polyethylene Oxide, Polyethylene Glycol, Poly Acrylonitrile, Polytetrafluoroethylene, Poly(vinylidene fluoride), Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 물질을 사용함이 바람직하다. 이 경우 상기 고분자 물질을 상기 염과 유기용매로 이루어진 액상의 전해질과 혼합하는 경우, 가열하여 혼합하는 가열혼합방법이나 초음파를 이용하여 혼합한 후 가열하는 방식 등으로 혼합함이 바람직하다. 이는 고분자의 균일성을 높이고 접착특성을 높이는 효과가 있다.

이후, 상기 S 4단계로, 상기 S 3단계에서 형성된 2개의 전극(A, B)과 이 전극 중 어느 하나에 형성되어 있는 고분자전해질물질층을 합착하는 단계를 수행하게 된다. 이로써 일체화된 구조의 적층복합체를 구현할 수 있게 된다.

다만, 상술한 가열압착을 통한 적층복합체의 형성 후에는 저온에서 급냉각시키는 공정을 더불어 수행함이 더욱 바람직하다(S 5). 이는 상기 고체고분자전해질 물질층이 냉각공정을 통하여 고정화를 촉진시키고, 접착력을 개선시키며, 공정시간을 단축하게 하는 장점을 구현시킬 수 있다.

이후, 펀칭(punching), 절단 등의 가공방법을 통해 상술한 적층복합체를 일체화된 구조에서 다양한 형상으로 가공이 가능하다(S 6). 물론 이후에 단자를 접합하거나 보호막 등을 형성하여 슈퍼커패시터를 완성할 수 있다(S 6~S 7).

이하에서는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 상술한 제조공정과는 다른 실시예를 설명하기로 한다. 본 실시예는 상술한 실시예와는 달리 전극을 먼저 형성하는 것이 아니라 고체 전해질 필름을 제조하고 여기에 활물질전극을 코팅한 후 전류집전체를 접착하여 형성한다는 점에서 특징이 있다.

즉, 필름 형태의 고체전해질물질층(130)을 형성하고(P 1), 이후에 상기 고체전해질물질층(130)의 양면에 활물질전극층(120a, 120b)을 형성한다(P 2).

다음으로, 상기 활물질전극층(120a, 120b)의 각각에 전류집전체 층을 가열압착하여 적층복합체를 형성한다(P 3). 이후, 일체화된 적층복합체를 급속으로 냉각하는 공정(P 4), 가공단계(P 5), 실링 및 단자접합 등을 통해 슈퍼커패시터를 완성하게 된다(P 6~P 7)

이처럼 본 제조공정에서는 일체화된 전극/전해질/전극의 적층복합체 단위로 가공공정이 일체로 형성되는바, 한번에 가공이 가능하여 공정이 단축되게 된다. 또한, 접착특성이 우수한 고체 고분자전해질을 이용하여 저항값을 줄일 수 있게 된다. 따라서 상술한 제조공정에 따른 본 발명에서의 적층복합체 층은 접착력과 이온전도성이 우수한 물질로 형성되는 고분자전해질물질층을 형성하게 되는바, 접착력 이 우수에 절단 펀칭 등의 가공 후에도 분리가 일어나지 않고, 공정 및 제조시간을 단축시킬 수 있어 가공의 편의성을 증대시키는 장점이 구현된다.

이하에서는 상술한 제조공정에 따른 적용례를 구체적으로 설명한다.

1. 제 1 적용례

본 발명에 따른 슈퍼커패시터를 제조하기 위한 일 적용례를 들면 다음과 같다.

(1) 고체고분자물질층 형성

1) 염(Salt)으로는 1.0M TEMABF4를(Triethylmethylammonium Tetrafluoroborate) 이용하여 유기용매(Solvent)로는 PC/EC (2:1) 혼합(Mixing)하여 액상의 전해질을 형성한다.

2) 다음으로 고분자물질로서 3wt.% PAN과 2wt.% Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) 을 첨가하여 상술한 액상의 전해질과 Mixing한다.

3) 상기 고분자 물질을 혼합하는 방식 중 하나로, 초음파로 10분간 믹싱(Mixing) 후 120℃로 가열하여 4시간 동안 혼합한다.

4) 이후, 전류 집전체 (CC : Al foil) 위에 활성탄을 이용해 제조한 슬러리(Slurry)상태의 전극을 도포하여 코팅한 후 80℃에서 30분간 건조 후 가열압착( Hot Pressing)을 실시한다.

(2) 제 1 전극/제 2 전극 제조

5) 상술한 제 1 전극 상에 Gel 상태의 고분자 전해질을 코팅한 후 제 2 전극을 덮어 120℃로 3분간 가열 압착한다.

6) 그리고, -10℃, 3분간 냉각한 후 일체화된 전극/전해질/전극을 펀칭(Punching) 한 후 Coin Cell 에 장착하여 특성 평가를 수행한다.

7) 즉 제조된 일 실시예로서의 코인셀형 슈퍼커패시터의 전극 사이즈는 14mm, 원형이며, 20φ Cell 형태로 제작된다.

8) 측정 결과

-. 용량 측정 평가: 0~2.5V 충방전하여 평가, 21.5 F/g

-. 저항 측정 평가: 4.2Ω at 1kHz

-. 전해질 이온전도도 평가: 4.5 X 10^-4 S/cm

2. 제 2 적용례

(1) 고분자전해질층의 형성

1) 염(Salt)으로는 1.2M TEMABF4를 이용하여 용매(Solvent)로는 PC/EC (2:1) 혼합하여 믹싱(Mixing)한다.

2) 이후, 고분자물질로서 5wt.% PAN 을 첨가하여 믹싱(Mixing)한다.

3) 상술한 1)과 2)의 혼합물을 초음파로 10분 동안 믹싱(Mixing) 후 120℃로 가열하여 4시간 믹싱(Mixing) 한다.

4) 전류 집전체 (CC : Al foil) 위에 활성탄을 이용해 제조한 슬러리(Slurry) 상태의 전극을 도포하여 코팅한 후 80℃, 30분간 건조 후 가열압착(Hot Pressing)을 수행한다.

(2) (제 1 전극/제 2 전극 제조)

5) 제 1 전극 상에 Gel 상태의 고분자 전해질을 코팅한 후 제 2 전극을 덮어 120℃로 3분간 가열 압착한다.

6) 이후, -10℃, 3분간 냉각한 후 일체화된 적층복합체(전극/전해질/전극)를 가공(Punching) 한 후 코인셀(Coin Cell)에 장착하여 특성 평가한다.

7) 전극 Size : 14mm, 원형, 20φ Cell 제작하여 측정한 특성 결과는 다음과 같다.

8) 측정 결과

-. 용량 측정 평가: 0~2.5V 충방전하여 평가, 20.3 F/g

-. 저항 측정 평가: 5.3Ω at 1kHz

-. 전해질 이온전도도 평가: 3.2 X 10^-4 S/cm

이상과 같은 적용례를 통해 살펴보듯이, 본 발명에 따른 고체 고분자전해질물질층을 구비한 슈퍼커패시터는 종래의 액상의 슈퍼커패시터와 유사한 용량특성을 구비할 수 있으면서도 안정적인 구조의 제품을 매우 간소한 공정으로 구현할 수 있게 된다.

이와 같은 구조의 슈퍼커패시터는 도 4에 도시된 것 같이 다양한 구조로 변형하여 형성될 수 있다.

도 4의 (a) 내지 (f)에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 슈퍼커패시터는 전류집전체에 독립적으로 형성되거나 전류집전체층을 가공하여 형성된 단자(140)를 구 비하도록 형성할 수 있다. 이 경우 전류집전체층을 가공변형하여 형성하는 것이 아니라 독립적으로 형성하는 경우에는 가공이 용이한 알루미늄이나 니켈, 구리, 스테인리스 스틸과 같은 금속물질 등을 활용할 수 있다.

(a) 직육면체구조 (b) 원통형(코인형)구조는 슈퍼커패시터에 상술한 단자를 형성한 구조를, 그리고 (c),(d)는 여기에 보호부(150)를 형성한 구조를, 그리고 (e), (f)는 슈퍼커패시터에 보호부를 형성한 후 단자를 형성하고 변형한 구조를 도시한 것이다.

상기 보호부(150)는 절연 내열 특성을 구비하는 피복물질로서, 폴리머물질로 형성할 수 있다. 이러한 보호부의 형성에 있어서, 폴리머 물질을 이용하는 경우에는 일정한 틀이나 치고 등을 이용하여 실링 처리하는 형식으로 상기 슈퍼커패시터 전체 면을 커버할 수 있도록 형성하여, 외부충격으로부터 슈퍼커패시터를 보호하는 한편, 내열성 및 내화학성을 강화할 수 있도록 한다. 또한, 폴리머물질로 열경화성 또는 UV 경화성 물질을 이용하는 경우, 원하는 모양과 두께, 치수 등을 조절할 수 있게 되며, 따라서 상술한 일 실시예로서의 직육면체형이나 코인형의 슈퍼커패시터라도 상기 보호부를 다른 형상으로 구비시키는 경우, 다양한 개소에 사용상의 편의에 따라 적용이 가능한 장점이 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의 해 정해져야 한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 슈퍼커패시터를 도시한 것이다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예로서의 슈퍼커패시터의 제조공정에 따른 순서도 및 공정도를 도시한 것이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 다른 실시예로서의 슈퍼커패시터의 제조공정에 따른 순서도 및 공정도를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 슈퍼커패시터의 단자, 보호부를 형성한 변형 예를 도시한 것이다.

Claims (17)

1. 전류집전체 상에 활물질전극이 형성되는 한 쌍의 분극성 전극을 형성하는 단계;

   염과 가소제를 혼합하여 액상의 전해질을 형성하고, 상기 액상의 전해질에 고분자물질을 초음파를 이용하여 혼합한 후 가열하여 형성되는 고분자전해질물질층을 상기 한 쌍의 분극성 전극 사이에 형성하는 단계;

   상기 한쌍의 분극성 전극과 상기 고분자전해질물질층을 가열 압착하여 적층복합체를 구현하는 단계;

   상기 적층복합체를 저온에서 급속냉각하는 단계;

   상기 적층복합체를 펀칭 또는 절단을 통해 가공하는 단계;

   상기 가공된 적층복합체 구조물에 리드를 형성하고, 상기 적층복합체 전체 외부면을 감싸는 구조의 보호막을 형성하는 단계;

   를 포함하는 슈퍼캐퍼시터의 제조방법.
2. 필름형태의 고체 전해질물질층을 형성하는 단계

   상기 고체 전해질물질층의 양면에 활물질전극층을 형성하는 단계;

   상기 활물질전극층 상에 각각 전류집전체를 가열압착하여 적층복합체를 구현하는 단계;

   상기 적층복합체를 저온에서 급속냉각하는 단계;

   상기 적층복합체를 펀칭 또는 절단을 통해 가공하는 단계;

   상기 가공된 적층복합체 구조물에 리드를 형성하고, 상기 적층복합체 전체 외부면을 감싸는 구조의 보호막을 형성하는 단계;

   를 포함하는 슈퍼캐퍼시터의 제조방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 액상의 전해질에 혼합되는 고분자물질은,

   Polyethylene Oxide, Polyethylene Glycol, Poly Acrylonitrile, Polytetrafluoroethylene, Poly(vinylidene fluoride), Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 물질

   인 슈퍼커패시터의 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 급속냉각은 영하 3도씨로 진행되는 슈퍼캐퍼시터의 제조방법.
5. 고체상태의 고분자전해질물질층;

   상기 고분자전해질물질층의 상부 및 하부에 배치되는 활물질전극층;

   상기 활물질전극층 상에 각각 배치되는 전류집전체층;을 포함하며,

   상기 활물질전극층은 활성탄소, 도전재, 바인더를 포함하되, 상기 활성탄소가 전체 전극 중 60~97%를 차지하며,

   상기 고분자전해질물질층은 염(salt)과 가소제, 고분자물질를 포함하는 고분자전해질을 포함하되, 상기 고분자물질은, Polyethylene Oxide, Polyethylene Glycol, Poly Acrylonitrile, Polytetrafluoroethylene, Poly(vinylidene fluoride), Poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 물질이며,

   상기 고분자전해질물질층, 활물질전극층, 전류집전체층의 적층복합체 전체 외부면을 감싸는 구조의 열경화성 및 UV 경화성 수지로 형성되는 보호부;

   를 포함하는 슈퍼캐퍼시터.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 전류집전체층의 외부 표면에 일단이 접합되며, 상기 보호부 외부로 돌출되는 단자;를 더 포함하는 슈퍼캐퍼시터.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 단자는,

   상기 전류집전체층을 가공하여 일체형으로 구현되는 구조인 슈퍼캐퍼시터.
8. 청구항 6에 있어서,

   상기 단자는,

   알루미늄, 니켈, 구리, 스테인리스 중 선택되는 어느 하나로 형성되는 슈퍼캐퍼시터.
9. 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 염(salt)은 암모늄계 또는 리튬계 물질이며,

   상기 가소제는, Acetonitrile, Propylene Carbonate, Dimethyl Carbonate, Ethylene Carbonate, Ethyl Methyl Carbonate, Sulfolane 중 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 유기용매인 슈퍼캐퍼시터.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 적층복합체는, 원통형(Coin type) 구조인 슈퍼캐퍼시터.
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