KR101623536B1 - 박막형 슈퍼커패시터 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극, 음극 및 세퍼레이터를 일괄 처리로 제조함으로써 생산성과 제조원가를 절감할 수 있는 박막형 슈퍼커패시터 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터 제조방법은 롤 투 롤(roll to roll) 도포장비를 이용해 고분자 필름을 이송하고, 고분자 필름이 이송되면 고분자 필름의 일측면에 제1활물질층, 세퍼레이터층 및 제2활물질층을 순차적으로 코팅(coating)한 후 압착하는 단계와; 상기 제1활물질층, 세퍼레이터층 및 제2활물질층이 순차적으로 코팅되어 압착된 고분자 필름이 이송되면 고분자 필름을 제거한 후 롤 투 롤 도포장비의 일측에 배치된 도금장치를 이용해 제1집전전극과 제2집전전극을 형성하여 제1집전전극, 제1활물질층, 세퍼레이터층, 제2활물질층 및 제2집전전극으로 이루어진 커패시터 소자를 제조하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 박막형 슈퍼커패시터 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 양극, 음극 및 세퍼레이터를 일괄 처리로 제조함으로써 생산성과 제조원가를 절감할 수 있는 박막형 슈퍼커패시터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
박막형 슈퍼커패시터는 칩이나 코인형(chip or coin type)으로 제조되며, 고에너지 밀도를 가지며 충방전 사이클이 우수해 다양한 용도로 사용하고 있다. 박막형 슈퍼커패시터의 구성은 일본등록특허 제4070395호에 공개되어 있다.
일본등록특허 제4070395호는 밀폐형 전지에 관한 것으로, 양극 캔, 양극, 음극, 세퍼레이터, 절연 가스켓, 음극 캔 및 음극집전체로 이루어진다. 양극 캔은 밀폐형 진지의 외장 캡으로 사용되며, 절연 가스켓은 양극 캔의 내측 가장자리에 배치되어 양극 캔과 음극 캔 사이가 절연된 상태로 코깅에 의해 밀폐된다. 절연 가스켓에 의해 절연된 상태로 밀폐되는 양극 캔과 음극 캔의 내측 공간에는 양극, 음극, 세퍼레이터 및 음극 집전체가 배치된다.
일본등록특허 제4070395호에서와 같이 종래의 박막형 슈퍼커패시터는 집전체를 이용해 양극이나 음극을 제조한 후 양극과 음극 사이에 제조가 완료된 세퍼레이터를 개재하여 제조함으로써 생산성이 저하되며, 제조원가가 증가되는 문제점이 있다. 종래의 박막형 슈퍼커패시터는 또한, 양극이나 음극을 제조 시 알루미늄(Al)과 같은 금속재질의 집전체를 사용함으로써 집전체의 두께만큼 용량 구현을 하지 못해 칩이나 코인형으로 조립 시 큰 용량을 구현할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 양극, 음극 및 세퍼레이터를 일괄 처리로 제조함으로써 생산성과 제조원가를 절감할 수 있는 박막형 슈퍼커패시터 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 양극, 음극 및 세퍼레이터를 일괄 처리로 제조 시 고분자 필름을 반송필름으로 사용하는 롤 투 롤(roll to roll) 공정을 이용함으로써 제조 공정비를 점감할 수 있고, 집전체, 양극, 음극, 세퍼레이터를 동시에 균일하게 제조할 수 있어 균일한 용량을 용이하게 구현할 수 있는 박막형 슈퍼커패시터 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 롤 투 롤(roll to roll) 공정을 이용해 EDLC(electric double layer capacitor), 하이브리드 커패시터 및 리튬이온전지 중 둘 이상이 병렬로 연결되는 박막형 슈퍼커패시터를 용이하게 제조할 수 있는 박막형 슈퍼커패시터 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 박막형 슈퍼커패시터는 개별소자와; 상기 개별소자의 타측면에 연결되는 제1전극부재와; 상기 개별소자의 일측면에 연결되는 제2전극부재와; 상기 제1전극부재와 상기 제2전극부재의 일부가 각각 노출되며, 상기 개별소자가 내측에 위치되도록 개별소자를 감싸지게 형성되는 몰딩 하우징으로 구성되며, 상기 개별소자는 상기 제2전극부재와 연결되는 제1집전전극과, 상기 제1집전전극의 일측면에 제1집전전극의 폭방향으로 배열되도록 형성되는 둘이상의 제1활물질 전극으로 이루어지는 제1활물질층과, 상기 제1활물질층의 일측면의 전면에 형성되며 전해액이 포함된 세퍼레이터층과, 상기 세퍼레이터층의 일측면에 세퍼레이터층의 폭방향으로 배열되도록 형성되는 둘이상의 제2활물질 전극으로 이루어지는 제2활물질층과, 상기 제2활물질층의 일측면의 전면에 형성되며 제1전극부재가 연결되는 제2집전전극으로 이루어지며, 상기 둘이상의 제1활물질 전극과 상기 둘이상의 제2활물질 전극은 각각 세퍼페이터층의 일측면이나 타측면에 서로 대응되도록 위치되어 EDLC, 하이브리드 커패시터 및 리튬이온전지의 구조 중 둘이상의 구조를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 박막형 슈퍼커패시터 제조방법은 롤 투 롤(roll to roll) 도포장비를 이용해 고분자 필름을 이송하고, 고분자 필름이 이송되면 고분자 필름의 일측면에 제1활물질층, 세퍼레이터층 및 제2활물질층을 순차적으로 코팅(coating)한 후 압착하는 단계와; 상기 제1활물질층, 세퍼레이터층 및 제2활물질층이 순차적으로 코팅되어 압착된 고분자 필름이 이송되면 고분자 필름을 제거한 후 롤 투 롤 도포장비의 일측에 배치된 도금장치를 이용해 제1집전전극과 제2집전전극을 형성하여 제1집전전극, 제1활물질층, 세퍼레이터층, 제2활물질층 및 제2집전전극으로 이루어진 커패시터 소자를 제조하는 단계로 구성되며, 상기 제1활물질층, 세퍼레이터층 및 제2활물질층을 순차적으로 코팅한 후 압착하는 단계에서 제1활물질층은 둘이상의 제1활성전극으로 이루어지고 상기 둘이상의 제1활성전극은 고분자 필름의 일측면에 고분자 필름의 폭방향으로 배열되도록 코팅되며, 상기 세퍼레이터층은 상기 제1활물질층의 일측면의 전면에 코팅되며, 상기 제2활물질층은 둘이상의 제2활성전극으로 이루어지고 상기 둘이상의 제2활성전극은 세퍼레이터층의 일측면에 세퍼레이터층의 폭방향으로 배열되도록 코팅되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 박막형 슈퍼커패시터 및 그의 제조방법은 양극, 음극 및 세퍼레이터를 일괄 처리로 제조함으로써 생산성과 제조원가를 절감할 수 있는 이점이 있고, 양극, 음극 및 세퍼레이터를 일괄 처리로 제조 시 고분자 필름을 반송필름으로 사용하는 롤 투 롤(roll to roll) 공정을 이용함으로써 다층 구조를 얇게 제조할 수 있어 큰 용량을 용이하게 구현할 수 있는 이점이 있으며, EDLC, 하이브리드 커패시터 및 리튬이온전지 중 둘 이상이 병렬로 연결되는 박막형 슈퍼커패시터를 용이하게 제조할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도,
도 2는 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터를 제조하기 위한 롤 투 롤 도포장비의 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 롤 투 롤 도포장비의 측면도,
도 4는 도 1에 도시된 박막형 슈퍼커패시터의 제조방법에 의해 제조된 커패시터 소자의 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 개별 소자의 확대 사시도,
도 6은 도 5에 도시된 개별 소자의 다른 실시예를 나타낸 사시도,
도 7은 도 5에 도시된 개별 소자를 몰딩 하우징으로 조립한 상태를 나타낸 단면도,
도 8은 도 5에 도시된 개별 소자를 세라믹 하우징으로 조립한 상태를 나타낸 단면도,
도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 개별 소자의 등가회로도.
도 2는 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터를 제조하기 위한 롤 투 롤 도포장비의 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 롤 투 롤 도포장비의 측면도,
도 4는 도 1에 도시된 박막형 슈퍼커패시터의 제조방법에 의해 제조된 커패시터 소자의 사시도,
도 5는 도 4에 도시된 개별 소자의 확대 사시도,
도 6은 도 5에 도시된 개별 소자의 다른 실시예를 나타낸 사시도,
도 7은 도 5에 도시된 개별 소자를 몰딩 하우징으로 조립한 상태를 나타낸 단면도,
도 8은 도 5에 도시된 개별 소자를 세라믹 하우징으로 조립한 상태를 나타낸 단면도,
도 9는 도 7 및 도 8에 도시된 개별 소자의 등가회로도.
이하, 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터 및 그의 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3에서와 같이 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터 제조방법은 먼저, 롤 투 롤(roll to roll) 도포장비(100)를 이용해 고분자 필름(110)을 이송하고, 고분자 필름(110)이 이송되면 고분자 필름(110)의 일측면에 제1활물질층(11), 세퍼레이터층(12) 및 제2활물질층(13)을 순차적으로 코팅(coating)한 후 압착한다(S10). 압착하는 단계(S10)에서 제1활물질층(11)은 둘이상의 제1활성전극(11a,11b: 도 7 및 도 8에 도시됨)으로 이루어지고 둘이상의 제1활성전극(11a,11b)은 고분자 필름(110)의 일측면에 고분자 필름(110)의 폭방향으로 배열되도록 코팅된다. 세퍼레이터층(12)은 제1활물질층(10)의 일측면의 전면에 코팅된다. 제2활물질층(13)은 둘이상의 제2활성전극(13a,13b: 도 7 및 도 8에 도시됨)으로 이루어지고, 둘이상의 제2활성전극(13a,13b)은 세퍼레이터층(12)의 일측면에 세퍼레이터층(12)의 폭방향으로 배열되도록 코팅된다. 이와 같이 제1활물질층(11), 세퍼레이터층(12) 및 제2활물질층(13)이 순차적으로 코팅되어 압착된 고분자 필름(110)이 이송되면 고분자 필름(110)을 제거한 후 롤 투 롤 도포장비(100)의 일측에 배치된 도금장치(170)를 이용해 제1집전전극(14)과 제2집전전극(15)을 형성하여 제1집전전극(14), 제1활물질층(11), 세퍼레이터층(12), 제2활물질층(13) 및 제2집전전극으로 이루어진 커패시터 소자(10)를 제조(S20)하여 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터를 제조한다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터 제조방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
고분자 필름(110)의 일측면에 제1활물질층(11), 세퍼레이터층(12) 및 제2활물질층(13)을 순차적으로 코팅한 후 압착하는 단계(S10)는 롤 투 롤(roll to roll) 도포장비(100)에 의해 고분자 필름(110)을 이송시켜 고분자 필름(110)의 일측면에 제1활물질층(11), 세퍼레이터층(12) 및 제2활물질층(13)을 순차적으로 코팅한 후 압착한다. 고분자 필름(110)의 일측면에 코팅되는 제1활물질층(11)을 이루는 둘이상의 제1활성전극(11a,11b: 도 7 및 도 8에 도시됨)은 서로 다른 제1활물질로 형성된다. 세퍼레이터층(12)의 일측면에 코팅되는 제2활물질층(13)을 이루는 둘이상의 제2활성전극(11a,11b: 도 7 및 도 8에 도시됨)은 서로 다른 제2활물질로 형성된다. 여기서, 제1활물질은 제2활물질이 음극 활물질이 사용되면 양극 활물질이 사용되며, 제2활물질이 양극 활물질이 사용되면 음극 활물질이 사용된다.
제1활물질층(11), 세퍼레이터층(12) 및 제2활물질층(13)을 순차적으로 코팅한 후 압착하는 단계(S10)를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3에서와 같이 먼저, 이송되는 고분자 필름(110)의 일측면에 롤 투 롤 도포장비에 구비된 제1롤코터(roll coater)(120)와 서로 다른 두 종류 이상의 제1활물질을 이용해 고분자 필름(110)의 일측면의 전면이나 고분자 필름(110)의 일측면에 고분자 필름(110)의 폭방향으로 배열되도록 코팅하여 둘이상의 제1활물질 전극(11a,11b: 도 8에 도시됨)으로 이루어지는 제1활물질층(11)을 형성한다(S11). 여기서, 고분자 필름(110)의 폭방향은 고분자 필름(110)을 이송시키는 방향과 직교되는 방향이며, 둘이상의 제1활물질 전극(11a,11b)은 각각 두께(T1)가 10 내지 100㎛가 되는 필름형상으로 형성된 후 60 내지 150℃에서 건조되어 형성된다.
제1활물질층(11)을 형성하기 위한 제1롤코터(120)는 고분자 필름(110)의 상부에서 제3롤코터(140)와 이격되도록 배치되며, 공급부(111), 코팅 롤러(112), 한 쌍의 예비 압착 롤러(113) 및 건조기(114)로 이루어진다. 공급부(111)는 코팅 가압롤러(112)의 일측에 배치되어 페이스트(paste)나 슬러리(slurry) 상태의 제1활물질을 코팅 롤러(112)로 공급하며, 코팅 롤러(112)는 공급되는 페이스트나 슬러리 상태의 제1활물질을 일정한 압력으로 가압하여 제1활물질층(11)으로 성형한다.
공급부(111)와 코팅 롤러(112)에 의해 제1활물질층(11)으로 성형되면 한 쌍의 예비 압착 롤러(113)에 의해 제1활물질층(11)은 고분자 필름(110)의 일측면에 코팅된다. 제1활물질층(11)이 한 쌍의 예비 압착 롤러(113)에 의해 코팅되면 제1활물질층(11)은 코팅 롤러(112)의 타측에 배치된 건조기(114)에 의해 건조한다. 즉, 제1활물질층(11)은 제1롤코터(120)에 의해 페이스트(paste)나 슬러리(slurry) 상태의 제1활물질이 한 쌍의 예비 압착 롤러(113)에 의해 두께(T1)가 10 내지 100㎛가 되는 필름형상으로 성형된 후 건조기(114)에 의해 60 내지 150℃에서 건조되어 성형된다.
제1활물질층(11)을 형성하기 위한 제1활물질은 제2활물질이 음극 활물질이 사용되면 양극 활물질이 사용되고, 제2활물질이 양극 활물질이 사용되면 음극 활물질이 사용된다. 예를 들어, 제1활물질층(11)이 양극으로 사용되면 제1활물질은 양극 활물질이 사용된다. 양극 활물질은 양극 원료와, 바인더 및 용제를 혼합하여 페이스트나 슬러리 상태로 형성되며, 양극원료는 활성탄, LiCoO2, LiMn2O4, Li(NiCoMn)1/3O2, LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2, LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2, LiFePO4 중 하나가 선택되어 사용된다. 제1활물질층(11)이 음극으로 사용되면 제1활물질은 음극 활물질이 사용된다. 음극 활물질은 음극 원료와, 바인더 및 용제를 혼합하여 페이스트나 슬러리 상태로 형성되며, 음극 원료는 활성탄, Li4Ti5O12, H2Ti12O25, 그래파이트(Graphite) 및 실리콘(Si) 중 하나가 선택되어 사용된다. 여기서, 바인더와 용제는 공지된 기술이 적용됨으로 설명을 생략한다.
제1활물질층(11)을 둘이상의 제1활물질 전극(11a,11b: 도 8에 도시됨)을 형성 시 둘이상의 제1활물질 전극(11a,11b)은 각각 도 2에 도시된 제2롤코터(130)에 구비되며, 분리막(111d)이 있는 공급부(111)에 서로 다른 두 종류 이상의 제1활물질을 동시 투입하여 형성한다. 즉, 둘이상의 제1활물질 전극(11a,11b)은 각각 도 2에 도시된 확대도에서와 같이 공급부(111)가 둘 이상의 분리막(111d)에 의해 둘 이상의 활물질 저장공간(111a,111b,111c)이 형성되면 각각에 서로 다른 두종류의 제1활물질을 투입하여 제조한다. 예를 들어, 활물질 저장공간(111a)은 EDLC(electric double layer capacitor)(20a: 도 7 내지 도 8에 도시됨)에 사용되는 제1활물질을 투입하고, 활물질 저장공간(111b)에 하이브리드 커패시터(20b: 도 7 내지 도 8에 도시됨)에 사용되는 제1활물질을 투입하며, 활물질 저장공간(111c)에 리튬이온전지(20c: 도 7 내지 도 8에 도시됨)에 사용되는 제1활물질을 투입한 후 코팅 롤러(112), 한 쌍의 예비 압착 롤러(113) 및 건조기(114)를 이용해 고분자 필름(110)의 일측면의 전면에 형성된다. EDLC(20a)에 사용되는 제1활물질은 양극 원료나 음극 원료로 활성탄이 사용되며, 하이브리드 커패시터(20b)에 사용되는 제1활물질은 양극 원료로 활성탄이 사용되며, 음극 원료로 Li4Ti5O12나 H2Ti12O25가 사용된다. 또한, 리튬이온전지(20c)에 사용되는 제1활물질은 양극 원료로 LiCoO2, LiMn2O4, Li(NiCoMn)1/3O2, LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2, LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2, LiFePO4 중 하나가 선택되어 사용되며, 음극 원료로 Li4Ti5O12나 H2Ti12O25가 사용된다. 음극 원료로 사용되는 그래파이트(Graphite)와 실리콘(Si)는 각각 EDLC(20a)에 음극 원료로 사용되어 EDLC(20a)의 충전밀도를 개선시킨다.
제1활물질층(11)이 형성된 고분자 필름(110)이 이송되면 제1롤코터(120)의 일측에 배치된 롤 투 롤 도포장비(100)에 구비된 제2롤코터(130)와 한 종류의 세퍼레이터 물질을 이용해 제1활물질층(11)의 일측면에 세퍼레이터층(12)을 형성한다(S12).
세퍼레이터층(12)을 형성하기 위한 제2롤코터(130)는 제1롤코터(120)와 제3롤코터(140) 사이에 배치되며, 공급부(111), 코팅 롤러(112), 한 쌍의 예비 압착 롤러(113) 및 건조기(114)로 이루어진다. 공급부(111)는 분리막(11d)이 없으며, 코팅 롤러(112)의 일측에 배치되어 페이스트(paste)나 슬러리(slurry) 상태의 세퍼레이터 물질을 코팅 롤러(112)로 공급한다. 세퍼레이터 물질이 공급되면 코팅 롤러(112)는 공급되는 페이스트나 슬러리를 일정한 압력으로 가압하여 세퍼레이터층(12)으로 성형한다. 즉, 제2롤코터(130)는 페이스트(paste)나 슬러리(slurry) 상태의 세퍼레이터 물질을 코팅 롤러(112)에 의해 세퍼레이터층(12)으로 성형한다. 이 후 세퍼레이터층(12)은 한 쌍의 예비 압착 롤러(113)에 의해 두께(T2)가 10 내지 50㎛이 되도록 제1활물질층(11)의 일측면에 압착되어 코팅된 후 건조기(114)에 의해 건조된다.
세퍼레이터층(12)을 형성하기 위한 한 종류의 세퍼레이터 물질은 페이스트나 슬러리 상태로 제조되며, 세퍼레이터 원료, 바인더, 용제 및 전해액을 혼합하여 형성된다. 여기서, 바인더와 용제는 공지된 기술이 적용됨으로 상세한 설명을 생략하며, 세퍼레이터 원료는 다공성 고분자가 사용되며, 다공성 고분자는 셀루로스(cellulose), PE(polyethylene), PP(polypropylene) 중 둘이상을 혼합하여 형성된다. 전해액은 유기용매, 염 및 첨가제가 혼합되어 형성되며, 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 둘이상이 혼합되어 사용되고, 염은 리튬염과 비리튬염으로 이루어지며, 리튬염은 LiBF4, LiPF6, LiClO4, LiAsF6, LiAlCl4, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiC(SO2CF3)3, LiBOB(Lithium bis(oxalato)borate) 중 둘이상이 혼합되어 사용되며, 비리튬염은 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate), TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluorborate) 및 SBPBF4(spiro-(1,1′)-bipyrrolidium tetrafluoroborate) 중 둘이상이 혼합되어 사용되며, 첨가제는 VC(vinylene Carbonate), VEC(vinyl ethylene carbonate) 및 FEC(fluoroethylene carbonate) 중 둘이상이 혼합되어 사용된다.
세퍼레이터층(12)이 형성된 고분자 필름(110)이 이송되면 제2롤코터(130)의 일측에 배치된 롤 투 롤 도포장비(100)에 구비된 제3롤코터(140)와 서로 다른 두종류 이상의 제2활물질을 이용해 세퍼레이터층(12)의 일측면에 세퍼레이터층(12)의 폭방향으로 배열되도록 코팅하여 둘이상의 제2활물질 전극(13a,13b: 도 7 및 도 8에 도시됨)으로 이루어지는 제2활물질층(13)을 형성한다(S13). 여기서, 세퍼레이터층(12)의 폭방향은 고분자 필름(110)을 이송시키는 방향과 직교되는 방향, 즉, 고분자 필름(110)의 폭방향과 동일한 방향이며 세퍼레이터층(12)의 길이방향과 직교되는 방향을 나타내며, 둘이상의 제2활물질 전극(13a,13b)은 각각 두께가 10 내지 100㎛가 되는 필름형상으로 형성된 후 60 내지 150℃에서 건조된다.
둘이상의 제2활물질 전극(13a,13b)을 형성하기 위한 제3롤코터(140)는 고분자 필름(110)의 상부에서 서로 이격되도록 배치되며, 공급부(111), 코팅 롤러(112), 한 쌍의 예비 압착 롤러(113) 및 건조기(114)로 이루어진다. 공급부(111)는 코팅 가압롤러(112)의 일측에 배치되어 페이스트(paste)나 슬러리(slurry) 상태의 제1활물질을 코팅 롤러(112)로 공급하며, 코팅 롤러(112)는 공급되는 페이스트나 슬러리 상태의 제1활물질을 일정한 압력으로 가압하여 제2활물질층(13)으로 성형한다. 공급부(111)와 코팅 롤러(112)에 의해 제2활물질층(13)으로 성형되면 한 쌍의 예비 압착 롤러(113)에 의해 제2활물질층(13)은 고분자 필름(110)의 일측면에 코팅된다. 제2활물질층(13)이 한 쌍의 예비 압착 롤러(113)에 의해 코팅되면 제2활물질층(13)은 코팅 롤러(112)의 타측에 배치된 건조기(114)에 의해 건조한다. 즉, 제2활물질층(13)은 제1롤코터(120)에 의해 페이스트(paste)나 슬러리(slurry) 상태의 제2활물질이 한 쌍의 예비 압착 롤러(113)에 의해 두께(T1)가 10 내지 100㎛가 되는 필름형상으로 성형된 후 건조기(114)에 의해 60 내지 150℃에서 건조되어 성형된다.
제2활물질층(13)을 형성하기 위한 제2활물질은 제1활물질이 음극 활물질이 사용되면 양극 활물질이 사용되고, 제1활물질이 양극 활물질이 사용되면 음극 활물질이 사용된다. 예를 들어, 제2활물질층(13)이 양극으로 사용되면 제2활물질은 양극 활물질이 사용된다. 양극 활물질은 양극 원료와, 바인더 및 용제를 혼합하여 페이스트나 슬러리 상태로 형성되며, 양극원료는 활성탄, LiCoO2, LiMn2O4, Li(NiCoMn)1/3O2, LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2, LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2, LiFePO4 중 하나가 선택되어 사용된다. 제2활물질층(13)이 음극으로 사용되면 제2활물질은 음극 활물질이 사용된다. 음극 활물질은 음극 원료와, 바인더 및 용제를 혼합하여 페이스트나 슬러리 상태로 형성되며, 음극 원료는 활성탄, Li4Ti5O12, H2Ti12O25, 그래파이트(Graphite) 및 실리콘(Si) 중 하나가 선택되어 사용된다. 여기서, 바인더와 용제는 공지된 기술이 적용됨으로 설명을 생략한다.
제2활물질층(13)을 둘이상의 제2활물질 전극(13a,13b: 도 7에 도시됨)을 형성 시 둘이상의 제2활물질 전극(13a,13b)은 각각 도 2에 도시된 제3롤코터(140)에 구비되며, 분리막(111d)이 있는 공급부(111)에 서로 다른 두 종류 이상의 제2활물질을 동시 투입하여 형성되며, 상세한 제조방법은 전술한 둘이상의 제1활물질 전극(11a,11b)의 제조방법과 동일함으로 설명을 생략한다.
제1롤코터(120)나 제3롤코터(140)에 구비된 공급부(111)는 각각 도 2에서와 같이 둘 이상의 분리막(111d)에 의해 둘 이상의 활물질 저장공간(111a,111b,111c)이 형성된다. 저장공간(111a,111b,111c)은 공급부(111)에 반복적으로 형성되며, 이러한 반복은 도 2 도 4에서와 같이 고분자 필름(110)의 이송방향을 따라 형성되는 절단선(21)을 기준으로 반복되어 EDLC(20a: 도 7 내지 도 8에 도시됨), 하이브리드 커패시터(20b: 도 7 내지 도 8에 도시됨) 및 리튬이온전지(20c: 도 7 내지 도 8에 도시됨)의 구조가 반복적으로 형성되도록 한다.
도 5 내지 8에 각각 도시된 개별소자(20)는 제1활물질층(11)과 제2활물질층(13)으로 각각 두개의 제1활물질 전극(11a,11b)과 두개의 제2활물질 전극(13a,13b)이 형성된 실시예를 나타낸다. 즉, 두개의 제1활물질 전극(11a,11b)은 제1롤코터(120)에 구비된 공급부(111)에 구비되는 저장공간(111a)에 각각 음극 원료로 활성탄이 사용되는 제1활물질을 투입하며, 저장공간(111b,111c)에 각각 음극원료로 Li4Ti5O12나 H2Ti12O25가 사용되는 제1활물질을 투입하여 형성된다. 두개의 제2활물질 전극(13a,13b)은 제3롤코터(140)에 구비된 공급부(111)에 구비되는 저장공간(111a,111b)에 각각 양극 원료로 활성탄이 사용되는 제2활물질을 투입하고, 저장공간(111c)에 양극 원료로 LiCoO2, LiMn2O4, Li(NiCoMn)1/3O2, LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2, LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2, LiFePO4 중 하나를 선택하여 사용되는 제2활물질을 투입하여 형성한다. 이와 같이 제1활물질과 제2활물질이 투입되어 형성된 도 5 내지 7에 도시된 개별소자(20)는 각각 두개의 제1활물질 전극(11a,11b)과 두개의 제2활물질 전극(13a,13b)에 의해 각각 EDLC(20a), 하이브리드 커패시터(20b) 및 리튬이온전지(20c)의 구조 즉, EDLC(20a), 하이브리드 커패시터(20b) 및 리튬이온전지(20c)이 각각 한 개씩 구비되어 도 9에서와 같이 병렬로 연결된 실시예이다. 이러한 구조의 실시예는 EDLC(20a), 하이브리드 커패시터(20b) 및 리튬이온전지(20c)의 구조와 EDLC(20a), 하이브리드 커패시터(20b) 및 리튬이온전지(20c)의 구조가 병렬로 연결되는 구조를 갖도록 도 4에 도시된 절단선(21)을 선택하는 경우에 제1활물질 전극(11a,11b)과 제2활물질 전극(13a,13b)은 각각 네개가 사용되며, EDLC(20a), 하이브리드 커패시터(20b) 및 리튬이온전지(20c)의 중 둘 이상을 선택하여 제조하는 경우에 EDLC(20a), 하이브리드 커패시터(20b) 및 리튬이온전지(20c)의 중 둘 이상이 병렬로 연결되는 박막형 슈퍼커패시터를 용이하게 제조할 수 있다.
전술한 공급부(111)의 구성은 분리막(111d)을 제외하고 공지된 기술이 적용됨을 상세한 설명을 생략하며, 도 4에 도시된 절단선(21)은 가상선으로 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터의 제조방법의 설명을 위해 것이며, 별도로 커패시터 소자(10)에 형성되지 않는다. 즉, 절단선(21)은 EDLC(20a), 하이브리드 커패시터(20b) 및 리튬이온전지(20c)의 구조는 각각 미리 설정된 폭으로 제조됨으로 별도로 별도로 형성하지 않고 미리 설정된 폭으로 절단하여 커패시터 소자(10)로부터 개별소자(20)를 분리한다.
일측면에 제1활물질층(11), 세퍼레이터층(12) 및 제2활물질층(13)이 순차적으로 코팅되어 형성된 고분자 필름(110)이 이송되면 제3롤코터(140)의 일측에 배치된 롤 투 롤 도포장비(100)에 구비된 롤프레스(150)를 이용해 고분자 필름(110), 제1활물질층(11), 세퍼레이터층(12) 및 제2활물질층(13)이 압착한다(S14). 여기서, 롤프레스(150)는 고분자 필름(110), 제1활물질층(11), 세퍼레이터층(12) 및 제2활물질층(13)을 압착 시 표면 온도는 100 내지 200℃인 상태에서 압착하며, 롤프레스(150)의 표면 온도 제어는 공지된 기술이 적용됨으로 설명을 생략한다.
이와 같이 제1활물질층(11), 세퍼레이터층(12) 및 제2활물질층(13)을 일괄 처리로 제조하기 위해 본 발명의 박막 슈퍼 커패시터 제조방법은 도 2 및 도 3에 도시된 롤 투 롤 도포장비(100)를 이용하는 롤 투 롤 공정을 이용한다. 롤 투 롤 도포장비(100)는 고분자 필름(110), 제1롤코터(120), 제2롤코터(130), 제3롤코터(140) 및 롤프레스(150)가 구비된다. 고분자 필름(110)은 서로 이격되도록 배치된 공급롤러(180)와 회수롤러(190)에 의해 공급된 후 회수된다. 즉, 고분자 필름(110)은 고분자 필름(110)은 공급롤러(180)에 권취된 상태에서 공급롤러(180)나 회수롤러(190)의 회전에 공급되며, 재질은 PET(polyethylene terephthalate)가 사용된다. 여기서, 고분자 필름(110)은 길이 방향으로 이송되며, 고분자 필름(110)의 폭방향은 고분자 필름(110)의 길이방향과 직교되는 방향을 나타낸다.
롤 투 롤 도포장비(100)를 이용해 제1활물질층(11), 세퍼레이터층(12) 및 제2활물질층(13)이 순차적으로 코팅되어 압착된 고분자 필름(110)이 이송되면 고분자 필름(110)은 회수롤러(190)에 의해 제거된 후 롤 투 롤 도포장비(100)의 일측에 배치된 도금장치(170)를 이용해 제1집전전극(14)과 제2집전전극(15)을 형성하여 제1집전전극(14), 제1활물질층(11), 세퍼레이터층(12), 제2활물질층(13) 및 제2집전전극으로 이루어진 커패시터 소자(10)를 제조한다(S20).
커패시터 소자(10)를 제조하는 단계(S20)는 먼저, 제1활물질층(11)의 타측면과 제2활물질층(13)의 일측면에 각각 물리적 도포장치(160)를 이용해 두께(T4: 도 4에 도시됨)가 10 내지 1000Å인 시드(seed)전극(14a,14b)을 형성한다(S21). 시드전극(14a,14b)이 형성되면 시드전극(14a,14b)의 일측면과 타측면에 각각 도금장치(170)를 이용해 두께가 1 내지 20㎛인 제1집전전극(14)과 제2집전전극(15)을 형성한다(S22). 이러한 시드전극(14a,14b)과 제1집전전극(14)과 제2집전전극(15)은 도 4 및 도 5에서와 같이 제1활물질층(11)의 타측면과 제2활물질층(13)의 일측면에 부분적이거나 전면적에 형성되고, 각각의 재질은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 금(Au)과 은(Ag) 중 하나 이상으로 형성되며, 물리적 도포장치(160)는 스퍼터, 열증착장비나 이빔(e-beam) 증착장비가 사용되며, 도금장치(170)는 전기도금장비나 화학도금장비가 사용된다. 시드전극(14a,14b)과 제1집전전극(14)과 제2집전전극(15)은 도 5에서와 같이 부분적으로 제조하는 경우에 본 발명의 박막 슈퍼 커패시터의 제조원가를 더욱 절감할 수 있다.
커패시터 소자(10)의 제조가 완료되면 제조가 완료된 커패시터 소자(10)를 하나의 개별 소자(20)로 사용하거나 커패시터 소자(10)의 정전용량을 맞도록 절단하여 개별 소자(20)로 분리한 후 사용하게 된다. 커패시터 소자(10)의 정전용량을 맞도록 절단하여 개별 소자(20)로 사용하기 위해 먼저, 커패시터 소자(10)를 도금장치(170)에서 회수한 후 커패시터 소자(10)를 조립한다(S30). 커패시터 소자(10)를 조립하기 위해 먼저, 커패시터 소자(10)를 도금장치(170)에서 회수되면 커패시터 소자(10)를 절단장비(도시 않음)를 이용해 다수개의 개별소자(20: 도 4 내지 도 6에 도시됨)로 분리한다(S31).
커패시터 소자(10)를 다수개의 개별소자(20)로 분리되면 개별소자(20)를 몰딩 하우징(molding housing)(30: 도 7에 도시됨)이나 세라믹 하우징(molding housing)(40: 도 8에 도시됨)에 조립한다(S32). 여기서, 몰딩 하우징(30)은 절연필름이나 EMC(epoxy molding compound)가 사용된다.
몰딩 하우징(30)은 도 7에서와 같이 개별소자(20)의 제2집전전극(15)의 일측면에 제1전극부재(31)를 연결하고, 제2집전전극(14)의 타측면에 제2전극부재(32)를 연결한 후 제1전극부재(31)와 제2전극부재(32)가 부분적으로 노출되도록 개별소자(20)를 감싸도록 조립한다. 도 5에 도시된 제1집전전극(14)과 제2집전전극(15)은 각각 제1활물질층(11)의 타측면과 제2활물질층(13)의 일측면에 각각 전면에 형성된 실시예를 나타낸 것이뎌, 도 6에 도시된 제1집전전극(14)과 제2집전전극(15)은 각각 제1활물질층(11)의 타측면과 제2활물질층(13)의 일측면에 각각 부분적으로 형성된 실시예를 나타낸다. 또한 도 7에 도시된 몰딩 하우징(30)은 내측에 하나의 개별소자(20)가 조립된 상태를 나타낸다. 이와 같이 제1전극부재(31)와 제2전극부재(32)를 제1집전전극(14)과 제2집전전극(15)에 직접 연결함으로써 제한된 공간 내에서 용량을 증가시키며 제조원가를 절감할 수 있게 된다.
세라믹 하우징(40)은 도 8에서와 같이 내측에 서로 이격되어 절연되도록 형성된 제1전극부재(41)와 제2전극부재(42)가 형성되며 내측에 전해액이 주입된다. 전해액의 주입은 개별소자(20)를 세라믹 하우징(40)의 내측에 고정시킨 후 주입시킴으로써 개별소자(20)가 전해액에 함침되도록 한다. 이러한 개별소자(20)는 세라믹 하우징(40)의 내측에 배치되어 제2집전전극(15)의 일측면이 제1전극부재(41)에 연결되며 제1집전전극(14)의 타측면이 제2전극부재(42)에 연결된다. 세라믹 하우징(40)의 상세 구성은 상부 하우징(40a)과 하부 하우징(40b)으로 이루어지며, 상부 하우징(40a)은 하부 하우징(40b)에 도전성 접착제 등으로 접착되어 세라믹 하우징(40)의 내부 공간을 밀폐시킨다. 상부 하우징(40a)과 하부 하우징(40b)의 결합 시 상부 하우징(40a)에 형성된 제1전극부재(41)와 하부 하우징(40b)에 형성된 제1전극부재(41)가 서로 정렬되어 도전성 접착제에 의해 연결되도록 조립된다. 여기서 제1전극부재(41)의 정렬은 개별소자(20)가 도 5 및 도 6에서와 같이 직육면체로 형성됨으로 하우징(40) 또한 직육면체(도시 않음) 즉, 하우징(40)은 칩형으로 형성됨으로 상부 하우징(40a)과 하부 하우징(40b)에 각각 형성된 제1전극부재(41)를 용이하게 정렬할 수 있다. 즉, 도 8은 개별소자(20)를 칩형으로 조립하는 실시예를 나타내고 있으며, 이러한 개별소자(20)의 조립은 도시하지 않았으나 코인형 하우징(도시 않음)을 이용해 코인형으로 조립할 수 있다.
전술한 박막형 슈퍼커패시터 제조방법으로 제조되는 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터는 도 7 및 도 8에서와 같이 전술한 박막형 슈퍼커패시터 제조방법으로 제조된 개별소자(20), 제1전극부재(31), 제2전극부재(32) 및 몰딩 하우징(30)으로 구성된다.
개별소자(20)는 도 1에 도시된 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터 제조방법으로 제조된다. 제1전극부재(31)는 개별소자(20)의 일측면에 연결되며, 제2전극부재(32)는 개별소자(20)의 타측면에 연결된다. 몰딩 하우징(30)은 제1전극부재(31)와 제2전극부재(32)의 일부가 각각 노출되며, 개별소자(20)가 내측에 위치되도록 개별소자(20)를 감싸지게 형성된다. 여기서, 개별소자(20)는 제1활물질층(11), 세퍼레이터층(12), 제2활물질층(13), 제1집전전극(14) 및 제2집전전극(15)으로 이루어진다.
제1활물질층(11)은 제1집전전극(14)의 일측면에 제1집전전극(14)의 폭방향으로 배열되도록 형성되는 둘이상의 제1활물질 전극(11a,11b)으로 이루어진다. 제1집전전극(14)의 폭방향은 고분자 필름(110)의 이송방향과 직교하는 방향, 즉, 고분자 필름(110)의 폭방향과 동일한 방향이며 제1집전전극(14)의 길이방향과 직교되는 방향을 나타낸다. 세퍼레이터층(12)은 제1활물질층(11)의 일측면의 전면에 형성되며, 전해액이 포함되도록 형성된다. 즉, 세퍼레이터층(12)은 전술한 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터 제조방법에서와 같이 전해액이 포함되어 제조됨으로써 별도의 전해액 주입이 요구되지 않아 몰딩 하우징(30)이 가능하게 된다. 제2활물질층(13)은 세퍼레이터층(12)의 일측면에 세퍼레이터층(12)의 폭방향으로 배열되도록 형성되는 둘이상의 제2활물질 전극(13a,13b)으로 이루어진다. 제1집전전극(14)은 도전성 접착제로 제2전극부재(32)에 연결된다. 제2집전전극(15)은 제2활물질층(13)의 일측면에 형성되며, 제2집전전극(15)의 일측면은 제1전극부재(31)가 도전성 접착제를 이용하여 연결된다. 이와 같이 본 발명의 박막형 슈퍼 커패시터는 전해액이 미리 포함되어 함침된 세퍼레이터층(12)을 이용하여 제조된다. 즉, 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터는 둘이상의 제1활물질 전극(11a,11b)과 둘이상의 제2활물질 전극(13a,13b)은 각각 세퍼페이터층(12)의 일측면이나 타측면에 서로 대응되도록 위치되어 형성됨으로써 EDLC(electric double layer capacitor)(20a), 하이브리드 커패시터(20b) 및 리튬이온전지(20c)의 구조 중 둘이상의 구조를 갖도록 형성된다. 이러한 EDLC(20a), 하이브리드 커패시터(20b) 및 리튬이온전지(20c)는 각각 도 9에서와 같이 서로 병렬로 연결되어 몰딩 하우징(30)이나 세라믹 하우징(40)에 조립된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 박막형 슈퍼커패시터 및 그의 제조방법은 양극, 음극 및 세퍼레이터를 일괄 처리로 제조함으로써 생산성과 제조원가를 절감할 수 있고, 양극, 음극 및 세퍼레이터를 일괄 처리로 제조 시 고분자 필름을 반송필름으로 사용하는 롤 투 롤(roll to roll) 공정을 이용함으로써 집전 전극의 두께를 얇계 제조할 수 있어 큰 용량을 용이하게 구현할 수 있으며, EDLC, 하이브리드 커패시터 및 리튬이온전지 중 둘 이상이 병렬로 연결되는 박막형 슈퍼커패시터를 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명의 박막형 슈퍼커패시터 및 그의 제조방법은 코인형이나 칩형 슈퍼 커패시터의 제조 산업분야에 적용할 수 있다.
100: 롤 투 롤 도포장비 110: 고분자 필름
120: 제1롤코터 130: 제2롤코터
140: 제3롤코터 150: 롤프레스
10: 커패시터 소자 11: 제1활물질층
12: 세퍼레이터층 13: 제2활물질층
14: 제1집전전극 15: 제2집전전극
20: 개별소자
120: 제1롤코터 130: 제2롤코터
140: 제3롤코터 150: 롤프레스
10: 커패시터 소자 11: 제1활물질층
12: 세퍼레이터층 13: 제2활물질층
14: 제1집전전극 15: 제2집전전극
20: 개별소자
Claims (12)
- 롤 투 롤(roll to roll) 도포장비를 이용해 고분자 필름을 이송하고, 고분자 필름이 이송되면 고분자 필름의 일측면에 제1활물질층, 세퍼레이터층 및 제2활물질층을 순차적으로 코팅(coating)한 후 압착하는 단계와;
상기 제1활물질층, 세퍼레이터층 및 제2활물질층이 순차적으로 코팅되어 압착된 고분자 필름이 이송되면 고분자 필름을 제거한 후 롤 투 롤 도포장비의 일측에 배치된 도금장치를 이용해 제1집전전극과 제2집전전극을 형성하여 제1집전전극, 제1활물질층, 세퍼레이터층, 제2활물질층 및 제2집전전극으로 이루어진 커패시터 소자를 제조하는 단계로 구성되며,
상기 제1활물질층, 세퍼레이터층 및 제2활물질층을 순차적으로 코팅한 후 압착하는 단계에서 제1활물질층은 둘이상의 제1활성전극으로 이루어지고 상기 둘이상의 제1활성전극은 고분자 필름의 일측면에 고분자 필름의 폭방향으로 배열되도록 코팅되며, 상기 세퍼레이터층은 상기 제1활물질층의 일측면의 전면에 코팅되며, 상기 제2활물질층은 둘이상의 제2활성전극으로 이루어지고 상기 둘이상의 제2활성전극은 세퍼레이터층의 일측면에 세퍼레이터층의 폭방향으로 배열되도록 코팅되는 것을 특징으로 하는 박막형 슈퍼커패시터 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 고분자 필름의 일측면에 제1활물질층, 세퍼레이터층 및 제2활물질층을 순차적으로 코팅한 후 압착하는 단계에서 롤 투 롤(roll to roll) 도포장비에 의해 이송되는 고분자 필름은 공급롤러에 권취된 상태에서 공급롤러의 회전에 의해 이송되며, 상기 고분자 필름의 폭방향은 고분자 필름의 길이방향과 직교하는 것을 특징으로 하는 박막형 슈퍼커패시터 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1활물질층, 세퍼레이터층 및 제2활물질층을 순차적으로 코팅한 후 압착하는 단계에서 상기 제1활물질층을 이루는 둘이상의 제1활성전극은 서로 다른 제1활물질로 형성되고, 상기 제2활물질층을 이루는 둘이상의 제2활성전극은 서로 다른 제2활물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 슈퍼커패시터 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 제1활물질은 상기 제2활물질이 음극 활물질이 사용되면 양극 활물질이 사용되며, 상기 제2활물질이 양극 활물질이 사용되면 음극 활물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 박막형 슈퍼커패시터 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 고분자 필름의 일측면에 제1활물질층, 세퍼레이터층 및 제2활물질층을 순차적으로 코팅한 후 압착하는 단계는 이송되는 고분자 필름의 일측면에 롤 투 롤 도포장비에 구비된 제1롤코터와 서로 다른 두 종류 이상의 제1활물질을 이용해 고분자 필름의 일측면에 고분자 필름의 폭방향으로 배열되도록 코팅하여 둘이상의 제1활물질 전극으로 이루어지는 제1활물질층을 형성하는 단계와;
상기 제1활물질층이 형성된 고분자 필름이 이송되면 제1롤코터의 일측에 배치된 롤 투 롤 도포장비에 구비된 제2롤코터와 한 종류의 세퍼레이터 물질을 이용해 제1활물질층의 일측면에 세퍼레이터층을 형성하는 단계와;
상기 세퍼레이터층이 형성된 고분자 필름이 이송되면 제2롤코터의 일측에 배치된 롤 투 롤 도포장비에 구비된 제3롤코터와 서로 다른 두종류 이상의 제2활물질을 이용해 세퍼레이터층의 일측면의 전면이나 세퍼레이터층의 일측면에 세퍼레이터층의 폭방향으로 배열되도록 코팅하여 둘이상의 제2활물질 전극으로 이루어지는 제2활물질층을 형성하는 단계와;
상기 제2활물질층이 형성된 고분자 필름이 이송되면 제3롤코터의 일측에 배치된 롤 투 롤 도포장비에 구비된 롤프레스를 이용해 고분자 필름, 제1활물질층, 세퍼레이터층 및 제2활물질층이 압착하는 단계로 구성되며,
상기 제1활물질층을 형성하는 단계에서 둘이상의 제1활물질 전극과 상기 제2활물질층을 형성하는 단계에서 둘이상의 제2활물질 전극은 각각 두께가 10 내지 100㎛가 되는 필름형상으로 형성된 후 60 내지 150℃에서 건조되며, 상기 세퍼레이터층을 형성하는 단계에서 세퍼레이터층은 두께가 10 내지 50㎛가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 슈퍼커패시터 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 제1활물질층을 형성하는 단계에서 상기 제1활물질은 상기 제2활물질이 음극 활물질이 사용되면 양극 활물질이 사용되고, 상기 제2활물질이 양극 활물질이 사용되면 음극 활물질이 사용되며,
상기 양극 활물질은 양극 원료와, 바인더 및 용제를 혼합하여 형성되고 상기 양극원료는 활성탄, LiCoO2, LiMn2O4, Li(NiCoMn)1/3O2, LiNi0 .5Co0 .2Mn0 .3O2, LiNi0.8Co0.15Al0.05O2, LiFePO4 중 하나가 선택되어 사용되며, 상기 음극 활물질은 음극 원료와, 바인더 및 용제를 혼합하여 형성되고 상기 음극 원료는 활성탄, Li4Ti5O12, H2Ti12O25, 그래파이트(Graphite) 및 실리콘(Si) 중 하나가 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 박막형 슈퍼커패시터 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 세퍼레이터층을 형성하는 단계에서 한 종류의 세퍼레이터 물질은 세퍼레이터 원료, 바인더, 용제 및 전해액을 혼합하여 형성되며, 상기 세퍼레이터 원료는 다공성 고분자가 사용되며, 상기 다공성 고분자는 셀루로스(cellulose), PE(polyethylene), PP(polypropylene) 중 둘이상을 혼합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 슈퍼커패시터 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 전해액은 유기용매, 염 및 첨가제가 혼합되어 형성되며, 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 둘이상이 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 둘이상이 혼합되어 사용되며, 상기 비리튬염은 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate), TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluorborate) 및 SBPBF4(spiro-(1,1′)-bipyrrolidium tetrafluoroborate) 중 둘이상이 혼합되어 사용되며, 상기 첨가제는 VC(vinylene Carbonate), VEC(vinyl ethylene carbonate) 및 FEC(fluoroethylene carbonate) 중 둘이상이 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 박막형 슈퍼커패시터 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 압착하는 단계에서 롤프레스를 이용해 고분자 필름, 제1활물질층, 세퍼레이터층 및 제2활물질층을 압착 시 롤프레스의 표면 온도는 100 내지 200℃인 상태에서 압착하는 것을 특징으로 하는 박막형 슈퍼커패시터 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 커패시터 소자를 제조하는 단계에서 상기 제1집전전극과 상기 제2집전전극의 제조방법은 제1활물질층의 타측면과 제2활물질층의 일측면에 각각 물리적 도포장치를 이용해 두께가 10 내지 1000Å인 시드전극을 형성하는 단계와;
상기 시드전극이 형성되면 상기 시드전극의 일측면과 타측면에 각각 도금장치를 이용해 두께가 1 내지 20㎛인 제1집전전극과 제2집전전극을 형성하는 단계로 구성되며,
상기 시드전극과 상기 제1집전전극과 상기 제2집전전극은 제1활물질층의 타측면과 제2활물질층의 일측면에 부분적이거나 전면적에 형성되고, 각각의 재질은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 금(Au)과 은(Ag) 중 하나 이상으로 형성되며, 상기 물리적 도포장치는 스퍼터, 열증착장비나 이빔(e-beam) 증착장비가 사용되며, 상기 도금장치는 전기도금장비나 화학도금장비가 사용되는 것을 특징으로 하는 박막형 슈퍼커패시터 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 커패시터 소자를 제조하는 단계는 커패시터 소자를 조립하는 단계가 더 구비되며, 상기 커패시터 소자를 조립하는 단계는 커패시터 소자를 다수개의 개별소자로 분리하는 단계와;
상기 개별소자를 몰딩 하우징이나 세라믹 하우징에 조립하는 단계로 구성되며,
상기 커패시터 소자를 다수개의 개별소자로 분리하는 단계에서 상기 다수개의 개별소자는 각각 둘 이상의 제1활물질 전극, 하나의 세퍼레이터층 및 둘이상의 제2활물질 전극을 갖도록 분리되며, 상기 개별소자를 하우징에 조립하는 단계에서 몰딩 하우징은 개별소자의 제2집전전극의 일측면에 제1전극부재를 연결하고 제1집전전극의 일측면에 제1전극부재를 연결한 후 제1전극부재와 제2전극부재가 부분적으로 노출되도록 개별소자를 감싸도록 조립되며, 몰딩 하우징은 절연필름, EMC(epoxy molding compound)가 사용되며, 상기 세라믹 하우징은 내측에 서로 이격되어 절연되도록 형성된 제1전극부재와 제2전극부재가 형성되며 내측에 전해액이 주입되며, 상기 개별소자는 세라믹 하우징의 내측에 배치되어 제2집전전극의 일측면이 상기 제1전극부재에 연결되며 제1집전전극의 타측면이 상기 제2전극부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 박막형 슈퍼커패시터 제조방법. - 삭제
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|---|---|---|---|---|
| WO2017213377A1 (ko) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | 주식회사 네스캡 | 전기화학 커패시터 |
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| JP2001155717A (ja) | 1999-11-26 | 2001-06-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電池極板の製造方法 |
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2014
- 2014-11-19 KR KR1020140161879A patent/KR101623536B1/ko active IP Right Grant
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017213377A1 (ko) * | 2016-06-08 | 2017-12-14 | 주식회사 네스캡 | 전기화학 커패시터 |
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