KR101624861B1 - Flash module for mobile device using flexible thin-film type super-capacitor and mobile device having the super-capacitor - Google Patents

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김종휘
윤재국
유정준
김용일
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한국에너지기술연구원
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Abstract

The present invention provides a flash module for mobile terminal using a super-capacitor and a mobile terminal having the super-capacitor. In a flash module for mobile terminal using a thin-film type super-capacitor which charges power for a flash operation by power supply and performs a flash operation by a luminescence request, the flash module includes an LED device which emit light by a flash current; a flexible thin-film supper-capacitor device which is charged according to the activation of the power supply and supplies the flash current according to a control signal; and a control part which activates the power supply to the supper-capacitor device and generates the control signal according to the luminescence request. So, superior performance can be maintained.

Description

유연 박막형 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈 및 이를 구비한 모바일 단말{FLASH MODULE FOR MOBILE DEVICE USING FLEXIBLE THIN-FILM TYPE SUPER-CAPACITOR AND MOBILE DEVICE HAVING THE SUPER-CAPACITOR}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a flash module for a mobile terminal using a flexible thin film type super capacitor, and a mobile terminal having the flash module. [0002]

본 발명은 유연 박막형 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈 및 이를 구비한 모바일 단말에 관한 것으로서, 특히, 유연성을 갖는 베이스 필름 위에 결착력이 우수한 집전체를 형성하고 그 위에 활물질을 갖는 전극을 포함하여 전체적으로 유연성을 가지면서도 우수한 성능을 유지할 수 있는 유연 박막형 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈 및 이를 구비한 모바일 단말에 관한 것이다.
The present invention relates to a flash module for a mobile terminal using a flexible thin film type supercapacitor and a mobile terminal having the flexible module. More particularly, the present invention relates to a flash module for forming a current collector having excellent adhesion on a flexible base film, The present invention relates to a flash module for a mobile terminal using a flexible thin film type super capacitor capable of maintaining excellent performance while having flexibility, and a mobile terminal having the flash module.

휴대용 단말기에 구비되는 디지털 카메라는 촬영시 충분한 광량이 확보되어야, 피사체의 선명한 촬영이 가능하다. 광량 확보를 위해서 종래의 카메라에서는 일반적으로 제논 플래시(Xenon flash)를 사용하고 있으나, 제논 플래시는 소형으로 제작하기 어려운 관계로 휴대용 단말기에는 LED 소자가 플래시 모듈의 발광 소자로서 사용되고 있다. 한편, LED 소자의 성능 향상에 따라 종래의 휴대용 단말기용 전원으로는 LED 소자가 필요로 하는 전력 요구를 맞추기 어려워지고 있으며, 따라서 순간적으로 고전력 제공이 가능한 슈퍼커패시터를 LED 소자의 전력 공급원으로 이용하는 방안이 연구되고 있다. The digital camera provided in the portable terminal needs to secure a sufficient amount of light at the time of photographing so that the subject can be photographed vividly. Conventionally, a conventional Xenon flash is used in order to secure a light quantity, but since a xenon flash is difficult to manufacture in a small size, an LED element is used as a light emitting element of a flash module in a portable terminal. Meanwhile, according to the improvement of the performance of the LED device, it is difficult to meet the power demand of the LED device as the power source for the conventional portable terminal, and therefore, a method of using the super capacitor as the power source of the LED device capable of instantaneously providing high power Research.

일반적으로 콘덴서의 전극과 마찬가지로 2차 전지 및 전기화학 커패시터 등의 전극은 크게 전기화학반응을 발생시키는 활물질과 활물질로부터 발생하는 전자를 외부 회로로 전달하는 집전체로 구성되어 있다. 여기서 집전체는 활물질로부터 공급되는 전자의 흐름이 방해받지 않도록 최소한의 저항으로 높은 전기전도성을 갖는 것이 바람직하다. 또한 활물질과의 접촉계면을 통하여 전자가 이동하기 때문에 최대한 넓은 접촉 면적을 가져야 하며, 접촉되어 있는 활물질이 쉽게 박리되지 않는 구조를 가져 오랜 시간 동안에 반복되는 충전 및 방전 조건에서도 기계적, 전기적 특성이 유지될 수 있는 긴 수명을 갖는 것이 바람직하다.Generally, like the electrodes of the capacitor, the electrodes such as the secondary battery and the electrochemical capacitor are largely composed of an active material for generating an electrochemical reaction and a current collector for transferring electrons generated from the active material to an external circuit. It is preferable that the current collector has a high electrical conductivity with a minimum resistance so that the flow of electrons supplied from the active material is not disturbed. In addition, since the electrons move through the interface between the active material and the active material, it is required to have a wide contact area as much as possible, and the contacted active material is not easily peeled off. Thus, mechanical and electrical characteristics are maintained even under repeated charging and discharging conditions for a long time It is desirable to have a long lifetime.

현재 사용되는 2차 전지 및 전기화학커패시터의 전극은 일반적으로 활물질, 도전재, 결합제 또는 바인더(binder)를 혼합한 슬러리를 전기화학적으로 표면을 에칭한 알루미늄 박 집전체에 도포하여 건조 및 압착 과정을 통해 제조한다.Electrodes of currently used secondary batteries and electrochemical capacitors are generally formed by applying a slurry containing an active material, a conductive material, a binder, or a binder to an aluminum foil current-etched electrochemically, Lt; / RTI >

또한, 최근에는 접거나 입는 전자기기가 등장하고 있어 특히 유연성을 갖는 커패시터 소자에 대한 필요성이 증대되고 있는 실정이다.In addition, in recent years, electronic devices that are folded or worn have appeared, and in particular, there is a growing need for a flexible capacitor device.

이러한 기술과 관련 있는 선행기술이 일본 특허공개공보 특개2000-357631호 (2000.12.26), 특개2010-098109호 (2010.04.30)에 개시되어 있다.Prior art related to this technique is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-357631 (2000.12.26), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-098109 (2010.04.30).

그러나 이러한 방법은 에칭으로 형성된 피트(pit) 내부가 완전히 메워지지 않아서 공동(cavity)이 발생할 수 있으며, 사용된 결합제로 인하여 전극저항의 증가를 유발하게 되고, 시간이 경과함에 따라 결국에는 전극 활물질층이 박리되며 유연성이 부족하다는 우려를 갖는다.
However, in this method, cavities may be formed because the inside of pits formed by etching are not completely filled, and electrode resistance is increased due to the bonding agent used. As time elapses, And there is a concern that the flexibility is lacking.

본 발명은 상술한 바와 같이 종래의 커패시터가 가지는 문제를 극복하기 위해 제한된 것으로서, 높은 전기전도도와 고결착성을 유지하면서도 매우 얇아 유연성을 갖는 유연 박막형 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈 및 이를 구비한 모바일 단말을 제공하는 데 있다.
As described above, the present invention is directed to a flash module for a mobile terminal using a flexible thin film type super capacitor which is very thin and flexible while maintaining high electrical conductivity and high adhesion, And to provide a mobile terminal.

상기의 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 제1 특징으로서, 전원 공급을 통하여 플래시 동작을 위한 전력을 충전하고, 발광 요청에 의해 플래시 동작을 수행하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈에 있어서, 플래시 전류에 의해 발광하는 LED 소자; 상기 전원 공급의 활성화에 따라 충전되고, 제어 신호에 따라 상기 플래시 전류를 공급하는 유연 박막형 슈퍼커패시터 소자; 및 상기 슈퍼커패시터 소자로 상기 전원 공급을 활성화하고, 상기 발광 요청에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 제어부를 포함하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈을 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a flash module for a mobile terminal using a supercapacitor that charges power for a flash operation through power supply and performs a flash operation by a flash request An LED element emitting light by a flash current; A flexible thin film type supercapacitor element charged according to the activation of the power supply and supplying the flash current according to a control signal; And a control unit for activating the power supply to the supercapacitor device and generating the control signal in response to the light emission request. The present invention also provides a flash module for a mobile terminal using the supercapacitor.

이때, 상기 슈퍼커패시터 소자는, 유연성을 갖는 2장의 베이스 필름; 상기 베이스 필름들 사이에 개재된 분리막; 및 상기 베이스 필름 각각에 형성된 활물질층을 포함할 수 있다.At this time, the supercapacitor element includes two flexible base films; A separation membrane interposed between the base films; And an active material layer formed on each of the base films.

이때, 상기 각 베이스 필름과 활물질층의 사이에 형성된 집전체를 더 포함하며, 상기 집전체는 상기 베이스 필름의 표면을 처리한 후 형성한 금속층으로 구성될 수 있다.The current collector may further include a current collector formed between the base film and the active material layer, and the current collector may be formed of a metal layer formed after the surface of the base film is processed.

이때, 상기 활물질층은 그래핀 산화물 용액을 상기 집전체에 코팅한 후 가열하고 빛 을 쪼이고 열처리하여 형성된 물질이거나, 탄소물질, 탄소 하이브리드 물질, 금속산화물, 질화물, 황화물 및 전도성 폴리머 중 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.At this time, the active material layer may be formed of a material formed by coating a graphene oxide solution on the current collector, and then heating and applying heat and heat treatment, or a material selected from a carbon material, a carbon hybrid material, a metal oxide, a nitride, a sulfide, and a conductive polymer . ≪ / RTI >

이때, 상기 베이스 필름은 폴리페닐렌술파이드(PPS) 필름, 폴리프로필렌(PP) 필름, 폴리에틸 렌프탈레이트(PET) 필름, 폴리카보네이트(PC) 필름, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 필름 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 중에서 선택될 수 있다.At this time, the base film may be formed of a polyphenylene sulfide (PPS) film, a polypropylene (PP) film, a polyethylenetaphthalate (PET) film, a polycarbonate (PC) film, a polyethylene naphthalate (PEN) film, and a polyethylene terephthalate PET) film.

이때, 상기 베이스 필름은 알루미늄을 포함하는 금속이 증착된 필름일 수 있다.At this time, the base film may be a film on which a metal containing aluminum is deposited.

이때, 상기 베이스 필름은 표면처리될 수 있다.At this time, the base film may be surface-treated.

이때, 상기 금속층은 니켈(Ni), 백금(Pt), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al),팔라듐(Pd) 및 이리듐(Ir) 중에서 선택된 하나이상을 포함할 수 있다.The metal layer may include at least one selected from the group consisting of Ni, Pt, Ag, Au, Cu, Al, Pd, and Ir. can do.

이때, 상기 활물질층에 침투한 전해질을 더 포함하며, 상기 전해질은 수계 전해질 또는 비수계(유기체, 이온성 액체) 전해질이고, 상기 전해질의 형상은 액상, 젤 및 고형 형상 중 어느 하나일 수 있다.The electrolyte may be an aqueous electrolyte or a non-aqueous (organic, ionic liquid) electrolyte, and the electrolyte may be in the form of liquid, gel or solid.

한편, 상기 각 베이스 필름과 활물질층의 사이에 형성된 집전체를 더 포함하며, 상기 집전체는 도금법, 진공증착법, 스크린프린팅(Screen Printing) 및 스탬핑(Stamping) 중 하나 또는 복수의 방법으로 금속 또는 탄소를 포함하는 전도체를증착시키는 방법을 통해 형성될 수 있다.The collector may further include a current collector formed between the base film and the active material layer. The collector may be formed of a metal or a carbon material by one or more of a plating method, a vacuum deposition method, a screen printing method and a stamping method. And a method of depositing a conductor comprising the same.

이때, 상기 2장의 베이스 필름에는, 가운데에 형성된 활물질을 둘러싸도록 열접착제 필름이 배치되어, 상기 2장의 베이스 필름 각각에 형성된 열접착제 필름이 서로 접착되고, 상기 열접착제 필름은 접착제를 포함하며, 상기 접착제는 아크릴산염(Acrylate), 실리콘(silicone), 에폭시(epoxy) 및 열접착제 중 선택된 하나이상을 포함할 수 있다.At this time, the two base films are provided with a thermal adhesive film so as to surround the active material formed in the middle, the thermal adhesive films formed on the two base films are bonded to each other, the thermal adhesive film includes an adhesive, The adhesive may comprise at least one selected from the group consisting of acrylate, silicone, epoxy and thermal adhesive.

이때, 상기 분리막은 폴리에틸렌(PE, Poly Ethylene) 또는 폴리프로필렌(PP, Polypropylene)계열의 필름, 부직포 및 전해질 일체형 분리막 중 선택된 하나일 수 있다.At this time, the separation membrane may be one selected from the group consisting of polyethylene (PE), polypropylene (PP), nonwoven fabric, and electrolyte integral separator.

또한, 상기 슈퍼커패시터 소자는, 유연성을 갖는 2장의 베이스 필름; 상기 베이스 필름들 사이에 개재된 분리막; 상기 베이스 필름 각각에 형성된 활물질; 및 상기 활물질 사이에 침투된 전해질의 기밀을 유지하도록 상기 베이스 필름 각각의 후방에 결합되어 상호 접착되는 2장의 보강재를 포함할 수 있다.Further, the supercapacitor element includes two flexible base films; A separation membrane interposed between the base films; An active material formed on each of the base films; And two stiffeners which are bonded to each other and bonded to each other to the back of each of the base films so as to maintain the airtightness of the electrolyte permeated between the active materials.

이때, 상기 2장의 보강재에는, 가운데에 위치한 상기 베이스 필름을 둘러싸도록 열접착제 필름이 배치되어, 상기 2장의 보강재 각각에 형성된 열접착제 필름이 서로 접착될 수 있다. At this time, the two stiffeners are each provided with a thermal adhesive film so as to surround the base film positioned at the center, and the thermal adhesive films formed on the two stiffeners can be adhered to each other.

이때, 상기 전해질은 부식성이 강한 것을 포함하고, 상기 열접착제 필름은 플라스틱 파라핀 필름 및 폴리오레핀 필름 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.At this time, the electrolyte includes a strong corrosive substance, and the thermal adhesive film may include at least one of a plastic paraffin film and a polyolefin film.

이때, 상기 보강재를 상호 접착하는 방법은, 접착제 이용법, 열접착법, 열융착법 및 용접법 중에서 선택된 하나이상의 방법일 수 있다.At this time, the method of bonding the reinforcing materials to each other may be one or more methods selected from an adhesive application method, a thermal bonding method, a heat welding method, and a welding method.

이때, 상기 슈퍼커패시터 소자는, 유연성을 갖는 2장의 집전체; 상기 집전체들 사이에 개재된 분리막; 및 상기 집전체 각각에 형성된 활물질층을 포함할 수 있다.At this time, the supercapacitor element includes two flexible current collectors; A separator interposed between the current collectors; And an active material layer formed on each of the current collectors.

이때, 상기 활물질 사이에 침투된 전해질의 기밀을 유지하도록 상기 집전체 각각의 후방에 결합되어 상호 접착되는 2장의 보강재를 포함할 수 있다.At this time, two reinforcing materials may be included, which are bonded to each other and bonded to each other so as to maintain the airtightness of the electrolyte permeated between the active materials.

상기의 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 제2 특징으로서, 전원 공급을 통하여 플래시 동작을 위한 전력을 충전하고, 발광 요청에 의해 플래시 동작을 수행하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말에 있어서, 플래시 전류에 의해 발광하는 LED 소자; 상기 전원 공급의 활성화에 따라 충전되고, 제어 신호에 따라 상기 플래시 전류를 공급하는 유연 박막형 슈퍼커패시터 소자; 상기 슈퍼커패시터 소자로 상기 전원 공급을 활성화하고, 상기 발광 요청에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 제어부; 및 상기 전원의 상태에 기초하여 상기 전원 공급의 활성화에 따라 상기 전원으로부터 상기 슈퍼커패시터 소자로 공급되는 전류 값을 제어하는 전원 관리부를 포함하는 슈퍼커패시터를 구비한 모바일 단말을 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a mobile terminal using a supercapacitor which charges electric power for a flash operation through a power supply and performs a flash operation by a light emission request, An LED element emitting light by a current; A flexible thin film type supercapacitor element charged according to the activation of the power supply and supplying the flash current according to a control signal; A control unit for activating the power supply to the supercapacitor device and generating the control signal in response to the light emission request; And a power management unit for controlling a current value supplied from the power source to the supercapacitor element in accordance with the activation of the power supply based on the state of the power source.

이때, 상기 전원 관리부는 상기 전원의 방전상태 따라 상기 슈퍼커패시터 소자로 유입되는 전류 값을 미리 정해진 설정 값으로 제한할 수 있다.
At this time, the power management unit may limit a current value flowing into the supercapacitor according to a discharge state of the power source to a predetermined set value.

본 발명에 따르면, 높은 전기전도도와 고결착성을 유지하면서도 매우 얇아 유연성을 가지며, 에너지 소비가 적은 공정으로 이루어지고 경제적이면서도 대량 생산이 가능한 유연 박막형 슈퍼커패시터 소자를 이용한 플래시 모듈 제작이 가능하므로, 모바일 단말의 크기를 소형화하는데 기여할 수 있다.
According to the present invention, it is possible to fabricate a flash module using a flexible thin-film type supercapacitor device which is very thin, flexible, energy-saving, and economical and mass-producible, while maintaining high electrical conductivity and high- Thereby contributing to downsizing of the terminal.

도 1은 본 발명에 의한 슈퍼커패시터 소자를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 슈퍼커패시터 소자를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈을 구현한 사진이다.
도 3a는 스위치 조작에 의한 슈퍼커패시터 소자의 단자 전압 값 변화를 보여주는 그래프이다.
도 3b는 스위치 조작에 의해 LED 소자에 인가되는 전류 값을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 의한 슈퍼커패시터 소자를 구비하는 모바일 단말의 블록도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 소자의 제조 과정을 설명하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 베이스필름의 다양한 실시예에 따른 화학적 안정성 테스트 결과를 나타낸 표 및 사진이다.
도 6c는 베이스 필름이 PP인 경우 화학적 안성 테스트 결과를 보여주는 사진이다.
도 7은 베이스 필름이 PPS인 경우 도금으로 형성한 집전체의 결착성 테스트 사진이다.
도 8a 및 도 8b는 베이스 필름이 PP인 경우 전처리 및 집전체를 형성하는 과정을 설명하기 위한 개략 설명도 및 도금된 집전체의 결착성 테스트 사진이다.
도 9는 활물질을 형성하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 슈퍼커패시터 소자의 전기화학적 특성을 나타낸 그래프이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슈퍼커패시터 소자의 전기화학적 특성을 나타낸 그래프 및 전극 사진이다.
도 12 내지 도 17은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 슈퍼커패시터 소자의전기화학적 특성을 나타낸 그래프이다.
1 is a block diagram of a flash module for a mobile terminal using a supercapacitor device according to the present invention.
2 is a photograph illustrating a flash module for a mobile terminal using a supercapacitor device according to the present invention.
3A is a graph showing a change in terminal voltage value of the supercapacitor element by a switch operation.
3B is a graph showing a current value applied to the LED element by a switch operation.
4 is a block diagram of a mobile terminal having a supercapacitor device according to the present invention.
5A and 5B are views for explaining a manufacturing process of a supercapacitor device according to the present invention.
6A and 6B are tables and photographs showing chemical stability test results according to various embodiments of the base film.
6C is a photograph showing the results of the chemical stability test when the base film is PP.
7 is a photograph of a tackiness test of a current collector formed by plating when the base film is PPS.
FIGS. 8A and 8B are a schematic explanatory view for explaining the process of forming the base film and the pretreatment and current collector when the base film is PP, and a photograph of the adhesion test of the plated current collector.
9 is a schematic view for explaining a process of forming an active material.
10 is a graph showing electrochemical characteristics of a supercapacitor device according to an embodiment of the present invention.
11A and 11B are graphs and electrographic photographs of electrochemical characteristics of a supercapacitor device according to another embodiment of the present invention.
12 to 17 are graphs showing electrochemical characteristics of a supercapacitor device according to still another embodiment of the present invention.

개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The description of the disclosed technique is merely an example for structural or functional explanation and the scope of the disclosed technology should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the disclosed technology should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas.

도 1은 본 발명에 의한 슈퍼커패시터 소자를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈의 블록도이다. 1 is a block diagram of a flash module for a mobile terminal using a supercapacitor device according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 플래시 모듈(1000)은 슈퍼커패시터 소자(100), 제어부(200) 및 LED 소자(300)를 포함한다. 플래시 모듈(1000)은 모바일 단말의 카메라(도시하지 않음)를 이용하여 피사체를 촬영할 때, 광량 부족을 보완하기 위한 것으로서, 본 발명에서 '발광 요청'은 카메라의 셔터 조작 등 스위칭 신호의 입력으로 이해함이 바람직하다.1, a flash module 1000 according to an embodiment of the present invention includes a supercapacitor device 100, a control unit 200, and an LED device 300. The flash module 1000 is used to compensate for insufficient light when photographing a subject using a camera (not shown) of a mobile terminal. In the present invention, 'light emission request' is understood as input of a switching signal such as a shutter operation of a camera .

슈퍼커패시터 소자(100)는 전원 공급의 활성화 동작, 예를 들면, 제어부(200)가 전원(400)으로부터 인가된 전압을 승압하여 슈퍼커패시터 소자(100)에 인가되도록 하는 동작에 따라 충전되고, 제어부(200)로부터 제어 신호를 입력받으면 충전된 전력에 따라 생성된 플래시 전류를 LED 소자(300)에 공급한다.The supercapacitor element 100 is charged in accordance with the activation operation of the power supply, for example, the operation in which the controller 200 boosts the voltage applied from the power supply 400 and is applied to the supercapacitor element 100, And receives the control signal from the controller 200 to supply the generated flash current to the LED element 300 according to the charged power.

본 발명에 의한 슈퍼커패시터 소자(100)는 얇은 두께의 모바일 단말에 적용 가능하도록 유연하면서도 얇은 특징을 가지며 이에 대해서는 도 5a 내지 도 17에서 보다 상세히 설명하도록 한다.The supercapacitor element 100 according to the present invention is flexible and thin so as to be applicable to a thin-walled mobile terminal, which will be described in more detail in Figs. 5A to 17.

또한, LED 소자(300)는, 슈퍼커패시터 소자(100)로부터 플래시 전류를 공급받아 발광하게 된다. 이때, LED 소자(300)는 백색 광을 방출하는 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 소자로서, LED 소자(300)는 청색 LED에 황색 발광 형광체를 조합한 소자, 청색 LED에 황색 발광 및 적색 발광 형광체를 조합한 소자 내지 자외선 LED에 청색 발광, 황색 발광 및 적색 발광 형광체를 조합한 소자 중에서 적절히 선택될 수 있다.Further, the LED element 300 receives the flash current from the supercapacitor element 100 and emits light. The LED element 300 may be a light emitting diode (LED) element that emits white light. The LED element 300 may include a combination of a blue LED and a yellow light emitting phosphor. A blue LED may emit yellow light and red light A device combining a phosphor, or an element combining ultraviolet LED with blue light emission, yellow light emission and red light emission phosphor can be appropriately selected.

제어부(200)는 전원(400)이 인가하는 전압이 승압되어 슈퍼커패시터 소자(100)에 인가되도록 제어하고, 외부로부터 발광 요청을 입력받으면 제어 신호를 생성하며, 생성된 제어 신호를 슈퍼커패시터 소자(100)에 출력한다.The control unit 200 controls the voltage applied by the power source 400 to be boosted to be applied to the supercapacitor device 100. When receiving a light emission request from the outside, the control unit 200 generates a control signal and supplies the generated control signal to the supercapacitor device 100).

즉, 제어부(200)는, 비교적 낮은 전압을 인가하는 전원(400)에 대하여 승압회로(도시되지 않음)을 활성화하여 승압된 전압이 슈퍼커패시터 소자(100)에 인가되도록 경로를 형성하여 슈퍼커패시터 소자(100)를 충전시키고, 외부로부터 발광 요청이 입력됨을 감지하여 제어신호를 생성하여 슈퍼커패시터 소자(100)에 충전된 전력이 플래시 전류의 형태로 LED 소자(200)에 공급되도록 경로를 형성할 수 있다.That is, the controller 200 activates a boosting circuit (not shown) for the power source 400 that applies a relatively low voltage to form a path so that the boosted voltage is applied to the supercapacitor element 100, A control signal is generated by sensing that a light emission request is inputted from the outside and a path is formed so that the electric power charged in the supercapacitor device 100 is supplied to the LED device 200 in the form of a flash current have.

도 2는 본 발명에 의한 슈퍼커패시터 소자를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈을 구현한 사진이다. 도 2는 슈퍼커패시터 소자(100)의 특성을 확인하기 위한 실험 모듈이며, 전원(400)으로서 AA 규격의 전지를 사용하였고, 스위치(500)에 의해 발광 요청이 구현되게 하였다. 한편, 사진과 같이 본 발명에 의한 슈퍼커패시터 소자(100)는 박막형태로 실시됨을 알 수 있다.2 is a photograph illustrating a flash module for a mobile terminal using a supercapacitor device according to the present invention. 2 is an experimental module for confirming the characteristics of the supercapacitor device 100. In this embodiment, a battery of AA standard is used as the power supply 400, and the light emission request is implemented by the switch 500. [ Meanwhile, as shown in the photograph, it can be understood that the supercapacitor device 100 according to the present invention is implemented in a thin film form.

도 3a는 스위치 조작에 의한 슈퍼커패시터 소자의 단자 전압 값 변화를 보여주는 그래프이다. 제어부(200)는 승압회로(도시되지 않음)을 활성화하고, 이를 통하여 전원(400)으로부터 인가되는 전압이 펌핑(즉, 승압되도록 제어)하며, 승압된 전압의 인가에 따라 슈퍼커패시터 소자(100)가 충전될 수 있도록 한다.3A is a graph showing a change in terminal voltage value of the supercapacitor element by a switch operation. The control unit 200 activates a boosting circuit (not shown) to pump the voltage applied from the power source 400 to control the boosting of the voltage applied to the supercapacitor device 100, To be charged.

발광 요청-즉, 스위치(500) 조작-이 이루어지면, 슈퍼커패시터(100)에 충전되어 있던 전하는 LED 소자(300)로 일시에 방전된다.When the light emission request, that is, the operation of the switch 500, is performed, the charge charged in the supercapacitor 100 is discharged at a time to the LED element 300.

이후, 제어부(200)는 전원(400)으로부터 공급되는 전하를 펌핑하여 슈퍼커패시터(100)를 다시 충전하며, 도시된 바와 같이 스위치(500) 조작 이후 슈퍼커패시터 소자(100)의 충전 전압이 초기 전압으로 회복됨을 알 수 있다.Thereafter, the controller 200 pumps the charge supplied from the power source 400 to charge the super capacitor 100 again. As shown in the figure, after the switch 500 is operated, the charge voltage of the supercapacitor device 100 becomes the initial voltage As shown in Fig.

도시한 그래프에는 스위치(500) 조작 이후 슈퍼커패시터 소자(100)의 충전 전압이 충전에 의해 급속히 회복 되는 것으로 되어 있으나, 도 3a는 슈퍼커패시터 소자(100)의 충방전 특성의 우수성을 설명하기 위해 예를 든 것으로서, 실제 모바일 단말에 적용할 경우 모바일 단말 전원의 순간 전류 공급 능력을 고려하여, 슈퍼커패시터 소자(100)의 재충전 시간은 제어부(200)에 의해 적절히 제어된다.In the graph, the charging voltage of the supercapacitor element 100 is rapidly recovered by charging after the switch 500 is operated. However, in order to explain the superiority of the charging / discharging characteristics of the supercapacitor element 100, The recharging time of the supercapacitor device 100 is appropriately controlled by the control unit 200 in consideration of the instantaneous current supply capability of the mobile terminal power when applied to an actual mobile terminal.

모바일 단말 전원은 LED 플래시 모듈뿐만 아니라, AP(application processor), 디스플레이 모듈 등 모바일 단말을 이루는 다른 모듈에도 전력을 공급하는데, 슈퍼커패시터 소자(100) 충전을 위해 급속히 전력을 공급할 경우 모바일 단말 전원(일예로, 리튬이온 배터리)의 내부 저항 증가로 인하여 전원의 단자 전압이 순간적으로 강하여 모바일 단말의 오동작이 발생하거나, 배터리 방전 상태로 판단하여 일부 애플리케이션의 경우 구동이 제한될 수 있다.The mobile terminal power supplies not only the LED flash module but also other modules constituting a mobile terminal such as an AP (application processor) and a display module. When power is rapidly supplied to charge the super capacitor element 100, , The internal terminal voltage of the power source is instantaneously strong due to an increase in the internal resistance of the lithium ion battery, so that malfunction of the mobile terminal may occur or the battery may be discharged.

이러한 오동작을 방지하기 위해 제어부(200)는 전원(400)의 상태에 기초하여 전원 공급의 활성화 동작, 예를 들어 제어부(200)가 전원(400)으로부터 인가된 전압을 승압하여 슈퍼커패시터 소자(100)에 인가되도록 하는 동작을 제어한다.In order to prevent such erroneous operation, the control unit 200 controls the power supply 400 based on the activation state of the power supply 400, for example, the control unit 200 boosts the voltage applied from the power supply 400 and supplies the boosted power to the supercapacitor device 100 To be applied to the display device.

구체적으로, 제어부(200)는 비교적 낮은 전압을 인가하는 전원(400)에 대하여 승압회로(도시되지 않음)를 활성화 하여 승압된 전압이 슈퍼커패시터 소자(100)에 인가되도록 경로를 형성하여 슈퍼커패시터 소자(100)를 충전시키는데, 전원(400)의 방전 상태에 따라 전하 펌핑률을 조절하여 전원(400)으로부터 슈퍼커패시터 소자(100)로 유입되는 전류가 설정 값 이하로 유지되게 한다.Specifically, the controller 200 activates a boosting circuit (not shown) for the power source 400 that applies a relatively low voltage to form a path so that the boosted voltage is applied to the supercapacitor device 100, The charge pumping rate is controlled according to the discharge state of the power source 400 so that the current flowing from the power source 400 to the supercapacitor device 100 is kept below the set value.

즉, 제어부(200)는 전원(400)으로부터 슈퍼커패시터 소자(100)로 공급되는 전류를 설정 값 이하로 제어한다. That is, the control unit 200 controls the current supplied from the power supply 400 to the supercapacitor device 100 to a set value or less.

도 3b는 스위치 조작에 의해 슈퍼커패시터 소자(100)로부터 LED 소자(300)로 공급되는 플래시 전류를 보여주는 그래프이다. 도시된 바에 의하면 플래시 전류 값는 300mA 정도로 도시되어 있으나, 이는 도 2에 도시된 실험 모듈의 측정 값 일 뿐으로서 본 발명에 의한 플래시 전류 값은 이에 한정되지 않으며, 사용되는 슈퍼커패시터 소자(100)의 용량에 따라 변형 실시될 수 있다.3B is a graph showing the flash current supplied from the supercapacitor device 100 to the LED device 300 by the switch operation. 2, the flash current value according to the present invention is not limited to this, and the flash current value of the capacity of the supercapacitor device 100 to be used is about 300 mA, As shown in FIG.

도 4는 본 발명에 의한 슈퍼커패시터 소자를 구비하는 모바일 단말의 블록도이다.4 is a block diagram of a mobile terminal having a supercapacitor device according to the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 모바일 단말(2000)은 슈퍼커패시터 소자(100), 제어부(200), LED 소자(300) 및 전원 관리부(600)를 포함한다. 플래시 모듈(1000)은 모바일 단말의 카메라(도시하지 않음)를 이용하여 피사체를 촬영할 때, 광량 부족을 보완하기 위한 것으로서, 본 발명에서 '발광 요청'은 카메라의 셔터 조작 등 스위칭 신호의 입력으로 이해함이 바람직하다.4, a mobile terminal 2000 according to the present invention includes a supercapacitor device 100, a control unit 200, an LED device 300, and a power management unit 600. The flash module 1000 is used to compensate for insufficient light when photographing a subject using a camera (not shown) of a mobile terminal. In the present invention, 'light emission request' is understood as input of a switching signal such as a shutter operation of a camera .

슈퍼커패시터 소자(100)는 전원 공급의 활성화 동작, 예를 들면, 제어부(200)가 전원(400)으로부터 인가된 전압을 승압하여 슈퍼커패시터 소자(100)에 인가되도록 하는 동작에 따라 충전되고, 제어부(200)로부터 제어 신호를 입력받으면 충전된 전력에 따라 생성된 플래시 전류를 LED 소자(300)에 공급한다. 슈퍼커패시터 소자(100), LED 소자(300) 및 제어부(200)에 대해서는 앞서 상세히 설명하였으므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.The supercapacitor element 100 is charged in accordance with the activation operation of the power supply, for example, the operation in which the controller 200 boosts the voltage applied from the power supply 400 and is applied to the supercapacitor element 100, And receives the control signal from the controller 200 to supply the generated flash current to the LED element 300 according to the charged power. The super capacitor element 100, the LED element 300, and the control unit 200 have been described in detail in the foregoing, and a detailed description thereof will be omitted.

전원 관리부(600)는 전원(400)의 상태에 기초하여 전원(400)으로부터 슈퍼커패시터 소자(100)로 공급되는 전류를 제어한다. 일반적으로 모바일 단말(2000)은 전원(400)으로 리튬이온 배터리를 사용하고 있으며, 리튬이온 배터리는 LED 소자(300)뿐만 아니라, AP(application processor), 디스플레이 모듈 등 모바일 단말(2000)의 다른 모듈에도 전력을 공급한다. 이때, 슈퍼커패시터 소자(100) 충전을 위해 급속히 전류를 공급할 경우 리튬이온 배터리의 내부 저항이 증가하여 전원(400)의 단자 전압이 순간적으로 강하된다. 특히 슈퍼커패시터 소자(100)는 높은 용량에 의해 충전시 높은 돌입 전류가 유도되는데, 이러한 돌입 전류에 의해 전원(400)의 출력 전압이 순간적으로 강하하여 모바일 단말(2000)에 오동작이 발생하거나, 배터리 방전 상태로 판단하여 일부 애플리케이션의 경우 구동을 제한될 수 있다.The power management unit 600 controls the current supplied from the power source 400 to the supercapacitor device 100 based on the state of the power source 400. [ In general, a mobile terminal 2000 uses a lithium ion battery as a power source 400, and a lithium ion battery includes not only an LED element 300 but also other modules of an mobile terminal 2000 such as an AP (application processor) . At this time, when the current is rapidly supplied to charge the super capacitor element 100, the internal resistance of the lithium ion battery increases, and the terminal voltage of the power source 400 is instantaneously decreased. In particular, the supercapacitor device 100 has a high capacity to induce a high inrush current upon charging. When the inrush current causes the output voltage of the power source 400 to instantaneously drop to cause a malfunction in the mobile terminal 2000, It may be judged that it is in the discharge state and the driving of some applications may be restricted.

돌입전류에 의한 전원(400)의 순간적인 출력전압 강하를 방지하기 위해 전원 관리부(600)는 전원(400)의 방전상태에 따라 슈퍼커패시터 소자(100)에 유입되는 전류 값을 미리 설정된 값으로 제한 한다.In order to prevent an instantaneous output voltage drop of the power source 400 due to the inrush current, the power management unit 600 limits the current value flowing into the supercapacitor device 100 to a predetermined value according to the discharge state of the power source 400 do.

예를 들어 전원 관리부(600)는 전원(400)이 완충된 상태(예컨대 4.20V) 일 때는 슈퍼커패시터 소자(100)에 유입되는 전류 값을 제1 전류 값으로 제한하고, 전원(400)이 50% 방전된 상태(예컨대 3.70V) 일 때는 슈퍼커패시터 소자(100)에 유입되는 전류 값을 제2 전류 값으로 제한하고, 전원(400)이 90% 방전된 상태(예컨대 3.40V) 일 때는 슈퍼커패시터 소자(100)에 유입되는 전류 값을 제3 전류 값으로 제한할 수 있다. 즉, 전원 관리부(600)는 슈퍼커패시터 소자(100)에 공급되는 전류를 제한하여 전원(400)의 출력전압 전압 강하를 모바일 단말(2000) 구동에 지장이 없을 수준으로 제어한다. 설명된 전원(400)의 출력전압 값과 방전상태는 전원 관리부(600)가 슈퍼커패시터 소자(100) 충전을 위해 공급되는 전류 제어를 설명하기 위해 예를 든 것으로서, 본 발명에 의한 전류 제어는 설명된 수치에 한정되지 않으며, 사용되는 전원(400)의 특성 및 슈퍼커패시터 소자(100)의 특성에 따라 다양하게 변형 실시될 수 있다.For example, when the power source 400 is fully charged (for example, 4.20 V), the power management unit 600 limits the current flowing into the supercapacitor device 100 to the first current value, (For example, 3.40 V), the current value flowing into the supercapacitor device 100 is limited to the second current value, and when the power source 400 is 90% discharged (for example, 3.40 V) The current value flowing into the device 100 can be limited to the third current value. That is, the power management unit 600 limits the current supplied to the supercapacitor device 100 and controls the voltage drop of the output voltage of the power supply 400 to a level that does not hinder the driving of the mobile terminal 2000. The output voltage value and the discharging state of the power supply 400 described above are examples to explain the current control that the power management unit 600 is supplied for charging the super capacitor element 100, And may be variously modified depending on the characteristics of the power source 400 and the characteristics of the supercapacitor device 100 used.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 소자의 제조 과정을 설명하는 도면이다. 도 6a 및 도 6b는 베이스필름의 다양한 실시예에 따른 화학적 안정성 테스트 결과를 나타낸 표 및 사진이다. 도 6c는 베이스 필름이 PP인 경우 화학적 안정성 테스트 결과를 보여주는 사진이다. 도 7은 베이스 필름이 PPS인 경우 도금으로 형성한 집전체의 결착성 테스트 사진이다. 도 8a 및 도 8b는 베이스 필름이 PP인 경우 전처리 및 집전체를 형성하는 과정을 설명하기 위한 개략 설명도 및 도금된 집전체의 결착성 테스트 사진이다. 도 9는 활물질을 형성하는 과정을 설명하기 위한 개략도이다. 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 슈퍼커패시터 소자의 전기화학적 특성을 나타낸 그래프이다. 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슈퍼커패시터 소자의 전기화학적 특성을 나타낸 그래프 및 전극 사진이다. 도 12 내지 도 17은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 슈퍼커패시터 소자의전기화학적 특성을 나타낸 그래프이다.5A and 5B are views for explaining a manufacturing process of a supercapacitor device according to the present invention. 6A and 6B are tables and photographs showing chemical stability test results according to various embodiments of the base film. 6C is a photograph showing the result of the chemical stability test when the base film is PP. 7 is a photograph of a tackiness test of a current collector formed by plating when the base film is PPS. FIGS. 8A and 8B are a schematic explanatory view for explaining the process of forming the base film and the pretreatment and current collector when the base film is PP, and a photograph of the adhesion test of the plated current collector. 9 is a schematic view for explaining a process of forming an active material. 10 is a graph showing electrochemical characteristics of a supercapacitor device according to an embodiment of the present invention. 11A and 11B are graphs and electrographic photographs of electrochemical characteristics of a supercapacitor device according to another embodiment of the present invention. 12 to 17 are graphs showing electrochemical characteristics of a supercapacitor device according to still another embodiment of the present invention.

본 발명에 사용되는 첫 번째 실시예의 슈퍼커패시터 소자(100)는 2장의 베이스 필름(110)을 마련하는 단계(S110)와, 베이스 필름(110) 각각의 상측에 집전체(130)를 형성하는 단계(S120)와, 집전체(130) 각각에 그래핀 산화물로 활물질(150)을 형성하는 단계(S130)와, 집전체(130)와 활물질(150)을 포함하는 각 베이스 필름(110)을 상기 활물질(150)이 상호 대향하도록 분리막(170)을 사이에 두고 상호 결합하는 단계(S140)를 포함하는 제조 방법(도 5a)에 의해 제조된다. 이하, 설명의 편의를 위해 슈퍼커패시터 소자(100)은 '커패시터 소자'로 호칭하여 설명하기로 한다.The super capacitor element 100 of the first embodiment used in the present invention includes a step S110 of forming two base films 110 and a step of forming a current collector 130 on each of the base films 110 A step S130 of forming an active material 150 with graphene oxide in each of the current collectors S120 and S130 and a step S130 of forming a base film 110 including the current collector 130 and the active material 150, (Fig. 5A) including a step S140 of mutually coupling the active materials 150 with each other across the separating film 170 so as to face each other. Hereinafter, for convenience of explanation, the supercapacitor element 100 will be referred to as a "capacitor element".

여기서, 커패시터 소자에서 ‘커패시터’는 리튬이온 커패시터(LiC), 전기 이중층 커패시터(EDLC, Electric Double-Layer Capacitor), 의사커패시터(Pseudocapacitor), 하이브리드 커패시터, 일반 전해커패시터, 일반 커패시터를 포함하는 의미이다.Here, 'capacitor' in the capacitor element means a lithium-ion capacitor (LiC), an electric double-layer capacitor (EDLC), a pseudocapacitor, a hybrid capacitor, a general electrolytic capacitor, and a common capacitor.

이하에서 각 단계와 관련된 내용을 구체적으로 살펴보기로 한다.Hereinafter, the contents related to each step will be described in detail.

베이스 필름 준비Preparing base film

먼저, 베이스 필름(110)을 마련하고 표면을 전처리한다(S110). 베이스 필름(110)은 폴리페닐렌술파이드(PPS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌프탈레이트(PET)를 포함하는 플라스틱 필름과 부가기능이 부여된 기능성 필름, 예를 들어 알루미늄 파우치에 사용되는 알루미늄 증착 필름과 같이 금속 증착 필름 중에서 선택되는 것이 바람직하다.First, a base film 110 is provided and the surface is pretreated (S110). The base film 110 is formed of a plastic film including polyphenylene sulfide (PPS), polypropylene (PP) and polyethylene phthalate (PET), and a functional film imparted with an additional function, for example, an aluminum evaporation film Is preferably selected from among the metal-deposited films.

베이스 필름(110)을 선정하기 위하여 베이스 필름(110)이 갖추어야할 요건으로 유연성을 구비하고, 열적 및 화학적으로 안정되며, 전해질을 안정적으로 가두어둘 수 있고, 전해질로 인한 부식이 발생하지 않는 재질을 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 베이스 필름은 집전체를 형성하기 위한 구성요소이고, 보강재는 베이스 필름을 보강하여 패키징하기 위한 수단이며 베이스 필름과 보강재가 동일한 재질일 수도 있고, 베이스 필름이 자체적으로 패키징에 사용되어 보강재 기능을 동시에 수행할 수 있다. 한편, 도 5b에서는 베이스 필름을 사용하지 않고 집전체로 사용되는 니켈 포일에 바로 활물질을 형성하였고 니켈 포일 후방에 활물질이 부착된 집전체와 분리막 및 전해질을 가두어 패키징하는 보강재로 PP필름을 부착하였다. 이하에서는 도 5a를 기준으로 커패시터 소자 및 제조방법에 대하여 설명하며, 도 5b는 집전체로서 니켈 포일을 바로 사용하여 베이스 필름에 집전체를 형성한 구성을 대체한 것을 제외하고 동일하다.In order to select the base film 110, the base film 110 needs to have flexibility, thermally and chemically stable, to hold the electrolyte stably, and to prevent corrosion due to the electrolyte . The base film is a component for forming a current collector. The reinforcing material is a means for reinforcing and packaging the base film. The base film and the reinforcing material may be the same material. The base film may be used for packaging itself, Can be performed simultaneously. In FIG. 5B, the active material is directly formed on the nickel foil used as the current collector without using the base film, and the PP film is attached as a reinforcing material for packing the current collector with the active material on the back of the nickel foil and the separator and electrolyte. Hereinafter, a capacitor element and a manufacturing method will be described with reference to FIG. 5A. FIG. 5B is the same except that a nickel foil is directly used as a current collector to replace a current collector formed on the base film.

베이스 필름(110)의 일실시예로 7개의 폴리머 필름 중 6개 필름(① 폴리카보네이트 - PC - Polycarbonate, ② 실리콘 - Silicone, ③ 폴리메틸 메타크 릴레이트 - PMMA - PoluMethyl MethAcrylate, ④ 폴리에틸렌 나프탈레이트 - PEN- PolyEhylene Naphthalate, ⑤ 폴리페닐렌 설파이드 - PolyPhenylene Sultide -PPS, ⑥ 폴리에틸렌 테레프탈레이트 - Polyethylene Terephthalate - PET)을 선정하여 테스트를 한 결과를 도 6a에 표로, 도 6b에 사진으로 각각 나타내고, 도 6c에 폴리프로필렌(PP - Polypropylene)에 대하여 테스트한 결과가 나타나 있다.As one example of the base film 110, six films (① polycarbonate - PC - Polycarbonate, ② Silicon - Silicone, ③ Polymethyl methacrylate - PMMA - PoluMethyl Methacrylate, ④ Polyethylene naphthalate - PEN-PolyEhylene Naphthalate, (5) Polyphenylene Sulfide-PolyPhenylene Sultide-PPS, (6) Polyethylene Terephthalate-PET) were selected and tested. The results are shown in FIG. 6A and FIG. 6B, Test results for polypropylene (PP - Polypropylene) are shown.

70℃ 열적 안정성 테스트까지 거친 결과, 강산과 강염기 모두에서 안정성을 유지하는 것은 PPS 필름이며, PC, PEN 및 PET 필름은 황산에서만 선택적으로 안정하였으며, 도 6b는 상온(25℃)과 70℃에서 화학적 안정성 테스트를 끝마친 필름의 상태를 보여주고 있어 결과적으로 PPS 필름이 화학적 안정성에 가장 뛰어났고, 황산을 전해질로 사용할 경우, PC, PEN 및 PET 필름을 사용하는 것도 바람직함을 알 수 있다.PPS and PET films were selectively stable only in sulfuric acid. Figure 6b shows the results of chemical stability at room temperature (25 ° C) and 70 ° C As a result, the PPS film has the best chemical stability and it is also preferable to use PC, PEN and PET film when sulfuric acid is used as the electrolyte.

그러나, 가장 우수한 성능을 갖는 PPS 필름은 제품의 단가가 다소 높아 저비용 대량생산에 불리한 측면이 있다. 이에, 이를 고려하여 PPS 필름을 대체할 수 있는 필름 중에서 범용적이고 대량생산에 적용될 수 있으면서 가격대비 성능을 만족하는 재질로 PP 필름을 선택하였고, PP 필름은 PPS 필름보다는 더욱 손쉽게 무전해 니켈 도금피막을 형성할 수 있다는 장점도 있다. 도 2c는 6M KOH 25℃와 70℃에서 화학적 안정성 테스트를 끝마친 PP 필름의 상태를 보여주고 있어 화학적 안정성 테스트를 거친 PP 필름은 변함없이 안정적인 상태를 유지하고 있음을 알 수 있다.However, the PPS film having the best performance has a disadvantage in low cost mass production because the unit price of the product is rather high. In consideration of this, PP film was selected as a material that can be applied to mass production and satisfying price and performance among films capable of replacing PPS film. PP film is more easily coated with electroless nickel plating film than PPS film There is an advantage that it can be formed. FIG. 2c shows the state of the PP film after the chemical stability test at 6M KOH at 25 ° C and 70 ° C, indicating that the PP film after the chemical stability test is stable.

그리고, 외부와 전기적으로 연결되는 리드선이 연결된 집전체(130)를 형성시키기 위하여 베이스 필름(110)의 표면을 전처리한다(S110). 베이스 필름(110)의 전처리는 물리적인 처리 방법인 샌드페이퍼와 같은도구를 이용하여 표면을 거칠게 하거나 화학적으로 에칭을 하는 방법 또는 물리적 방법 및 화학적 방법을 동시에 활용할 수 있다.Then, the surface of the base film 110 is pretreated in order to form a current collector 130 to which a lead wire electrically connected to the outside is connected (S110). The pretreatment of the base film 110 may be performed by a method of roughening or chemically etching the surface of the base film using a tool such as a sandpaper, which is a physical treatment method, or a physical method and a chemical method at the same time.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

베이스 필름(110)이 PPS 필름인 경우, 무전해 니켈 피막을 입히기 위해 샌드페이퍼로 베이스 필름(110)의 표면을 거칠게 만들어 주고 에탈올에 넣어 초음파 세척을 한다.When the base film 110 is a PPS film, the surface of the base film 110 is roughened with a sandpaper to coat the electroless nickel film, and the film is ultrasonically washed in ethanol.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

베이스 필름(110)이 PP 필름인 경우, 무전해 니켈 피막을 형성하기 위해 에칭(etching)을 실시하고, 에칭제로 크롬산 400 g/l 과 황산 200 ml/l를 혼합한 용액을 사용한다.
When the base film 110 is a PP film, etching is performed to form an electroless nickel film, and a solution obtained by mixing 400 g / l of chromic acid and 200 ml / l of sulfuric acid as an etching agent is used.

집전체 형성Formation of collector

전처리된 베이스 필름(110)의 표면에 집전체(130)를 형성하는 과정(S120)은 유연성이 있는 베이스 필름(110)과 견고한 결착력을 유지하면서도 고성능을 유지하고 제조가 간단하고 경제적인 비용을 줄일 수 있는 방법을 포함하고 있다.The process S120 of forming the current collector 130 on the surface of the pretreated base film 110 may be performed by maintaining the high adhesion with the flexible base film 110 while maintaining a high performance, And how it can be done.

<실시예 3>&Lt; Example 3 >

예를 들어, <실시예 1>에서 전처리된 베이스 필름(110)을 염산산성 제일주석용액(염화제일주석(SnCl2) 5g, 염산(HCl) 20mL와 물(H2O) 500mL을 혼합한 용액)에 넣어 민감화(sensitizing)시킨다. 그런 다음, 베이스 필름(110)을 팔라듐 용액(팔라듐 클로라이드(PbCl2) 0.125g, 염산(HCl) 1.25mL 및 물 500mL를 혼합한 용액)에 넣어 표면을 활성화(activating)시킨다. 그런 후 무전해니켈 도금용액에 담그면 전처리된 베이스 필름(110) 표면에 니켈이 도금(S120)되어 집전체(130)로 기능을 한다.For example, the base film 110 pretreated in Example 1 is immersed in a solution of 5 g of tin chloride (tin chloride (SnCl 2 ), 20 mL of hydrochloric acid (HCl) and 500 mL of water (H 2 O)) To sensitize them. Then, the base film 110 is activated by putting it in a solution of palladium (0.125 g of palladium chloride (PbCl 2 ), 1.25 mL of hydrochloric acid (HCl) and 500 mL of water). Then, when immersed in an electroless nickel plating solution, nickel is plated on the surface of the pretreated base film 110 (S120) to function as a current collector 130.

여기서, 무전해니켈 도금용액의 성분은 황산니켈(NiSO4) 25g/l, 인산수소이나트륨(Na2HPO4) 50g/l, 차아인산소다(NaH2PO2) 25g/l 및 수산화 암모늄(NH4OH) (pH 적정)을 포함하여 혼합하고, 온도 70℃(이 때 pH 10.5)를 약 10분간 유지한 도금용액 속에서 담긴 베이스 필름(110)을 용액에서 꺼낸 후 탈이온수로 세척한다. 이러한 니켈 금속으로 도금된 집전체(130)의 도금 두께는 10㎛이고, 저항은 30 ~ 70mΩ로 낮으며, 집전체(130)는 베이스 필름(110)과 매우 양호한 결착성을 유지할 수 있다. 도 7은 테이프(3M 스카치 매직 테이프)로 결착성을 테스트한 사진으로, 테이프를 부착했다가 떼어내었을 때, 니켈이 거의 묻어나오지 않았고, 테이프를 떼어내기 전후로 필름의 무게변화가 거의 감지되지 않았다.Here, the electroless composition of nickel plating solution of nickel sulfate (NiSO 4) 25g / l, phosphate susoyi sodium (Na 2 HPO 4) 50g / l, hypophosphite soda (NaH 2 PO 2) 25g / l , and ammonium hydroxide (NH 4 OH) (pH titration), and the base film 110 contained in the plating solution maintained at a temperature of 70 ° C. (pH 10.5 at this time) for about 10 minutes is taken out of the solution and washed with deionized water. The current collector 130 plated with nickel metal has a thickness of 10 μm, a resistance of 30 to 70 mΩ, and the current collector 130 can maintain very good adhesion with the base film 110. Fig. 7 is a photograph showing a test of adhesion with a tape (3M Scotch magic tape). When the tape was attached and peeled off, nickel hardly appeared and the change in the weight of the film was hardly detected before and after the tape was peeled off .

<실시예 4> <Example 4>

<실시예 2>에서 전처리된 베이스 필름(110) 표면에 촉매공정을 통해 팔라듐 미립자를 부착시킨다. 이 때, 촉매 용액은 염화팔라듐 0.25g/l, 염화 제1주석 20g/l 및 농염산 200ml/l를 혼합하여 만들어진다. 다음, 세척된 베이스 필름(110)을 황산 150g/l 용액에 온도 50℃에서 3분간 담그면, 주석(Sn)이온이 제거되고 팔라듐(Pd)은 활성될 수 있다. 활성화된 베이스 필름(110)을 잘 건조시킨 후, 70℃ 무전해 니켈도금용액에 담가 무전해 도금을 약 3분간 실시한다. 그런 다음 전해도금으로 니켈 스트라이크 도금을 실시하는데, 니켈 스트라이크 도금액은 황산니켈 240g/l, 염화니켈 45g/l 및 붕산 30g/l을 포함하여 만들어진다. 무전해 니켈도금된 베이스 필름(110)을 온도 55℃, 전류 20mA/cm2 조건에서 17분 동안 전해도금을 실시하여 전기도금 과정을 완료한다. 본 실시예에 따르면, 베이스 필름(110) 위에 두께 약 10-12㎛, 낮은 저항인 3-4mΩ 정도를 갖는 니켈층으로 이루어진 집전체(130)가 베이스 필름(110) 표면에 우수한 결착성으로 형성될 수 있다(도 8b 참조).Palladium fine particles were attached to the surface of the base film 110 pretreated in Example 2 through a catalytic process. At this time, the catalyst solution is prepared by mixing 0.25 g / l of palladium chloride, 20 g / l of stannous chloride and 200 ml / l of concentrated hydrochloric acid. Next, when the washed base film 110 is immersed in a solution of sulfuric acid of 150 g / l at a temperature of 50 ° C for 3 minutes, tin (Sn) ions are removed and palladium (Pd) can be activated. After the activated base film 110 is well dried, it is immersed in electroless nickel plating solution at 70 캜 and electroless plating is performed for about 3 minutes. Nickel strike plating is then carried out by electrolytic plating, in which the nickel strike plating solution is made up to contain 240 g / l of nickel sulfate, 45 g / l of nickel chloride and 30 g / l of boric acid. Electroless nickel plated base film 110 was electrolytically plated for 17 minutes at a temperature of 55 캜 and a current of 20 mA / cm 2 to complete the electroplating process. According to this embodiment, the current collector 130 made of a nickel layer having a thickness of about 10-12 탆 and a low resistance of about 3-4 mΩ is formed on the surface of the base film 110 with good adhesion to the surface of the base film 110 (See FIG. 8B).

이러한 과정을 개략적으로 나타낸 것이 도 8a이다.This process is schematically shown in FIG. 8A.

여기서, 집전체(130)는 도금에 의하여 형성되는 것으로 설명하였으나, 도금하는 방법 이외에 진공증착법, 스크린프링팅법, 스탬핑법 및 페이스트 또는 슬러리를 이용하는 방법 등의 공지된 방법 중에서 선택될 수 있다. 또한, 이러한 다양한 방법으로 형성된 전도층 뿐만 아니라 금속 포일, 전도성 고분자, 탄소물질, 전도성 복합체를 포함하는 전도성 필름 등이 본 발명의 집전체로 적용될 수 있다.Here, although the current collector 130 is formed by plating, the current collector 130 may be selected from known methods such as a vacuum deposition method, a screen pouring method, a stamping method, and a method using a paste or slurry. In addition, a conductive film including a metal foil, a conductive polymer, a carbon material, and a conductive complex as well as a conductive layer formed by various methods can be applied to the current collector of the present invention.

<실시예 5>&Lt; Example 5 >

전술한 실시예들에서 집전체(130)를 형성하는 금속의 일실시예로 니켈만을 기재하였으나, 전술한 도금용 금속의 종류는 백금(Pt), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd) 및 이리듐(Ir)으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
Although only nickel is described as an embodiment of the metal forming the current collector 130 in the above-described embodiments, the types of the plating metal may be platinum (Pt), silver (Ag), gold (Au) Cu), aluminum (Al), palladium (Pd), and iridium (Ir).

활물질 부착(전극 제조)Attaching active material (electrode manufacturing)

<실시예 6>&Lt; Example 6 >

집전체(130) 위에 활물질(150)을 접착제 등을 사용하지 않으면서 간단하고 편리하게 제조할 수 있고 경제성을 향상시킬 수 있는 방법으로 형성(S130)하는 것이 바람직하다.It is preferable to form the active material 150 on the current collector 130 in a simple and convenient manner without using an adhesive or the like and to improve the economical efficiency (S130).

즉, 허머스 방법(Hummer's method)을 사용하여 그래핀 옥사이드를 제조하고, 잉크와 같은 그래핀 산화물 용액을 제조하고, 예를 들면 재질이 금인 지름 2.54cm 코인 형상의 집전체 위에 그래핀 산화물 용액을 적정량 떨어뜨린 후, 90℃ 열판(hot plate)에서 수열증발을 통해 금 집전체 표면에 그래핀 산화물을 증착시킨다. 그 다음, 카메라 플래시를 포함하는 빛을 이용하여 그래핀 산화물을 환원시키고 약 200℃ 오븐에 넣어 잔여수분을 제거함과 동시에 추가적인 열적 환원과정을 거쳐 집전체(130) 위에 그래핀으로 이루어진 활물질을 형성한다(S140). 이러한 일실시예를 간략하게 도시한 것이 도 9이다.That is, graphene oxide is prepared using a Hummer's method, and a graphene oxide solution such as an ink is prepared. For example, a graphene oxide solution is formed on a current collector having a diameter of 2.54 cm After a proper amount is dropped, graphene oxide is deposited on the gold collector surface by hydrothermal evaporation from a hot plate at 90 ° C. Next, the graphene oxide is reduced using light including a camera flash, and the remaining moisture is removed by putting it in an oven at about 200 ° C., and an additional thermal reduction process is performed to form an active material composed of graphene on the current collector 130 (S140). FIG. 9 is a simplified illustration of such an embodiment.

본 실시예에 대한 상세한 과정은 본 출원인이 출원한 ‘산화그래핀을 용액을 직접 이용하는 그래핀 기반 박막 슈퍼커패시터 전극 소자 및 그 제조 방법’(대한민국 등록특허 10-1456477)과 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.The detailed procedure of the present embodiment is the same as that of the present applicant, 'Grain-based thin film supercapacitor electrode element using oxidized graphene directly and its manufacturing method' (Korean Pat. No. 10-1456477) do.

다만, 이러한 수열증발증착을 통해 증착되는 그래핀 구조가 파괴되거나 손상되지 않고 상호 결합된 상태를 최대한 유지하면서도 층을 이루도록 유도할 수 있어 활물질의 결착성과 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다.However, the graphene structure deposited through the hydrothermal evaporation deposition can be induced to form a layer while maintaining the state of mutual bonding without being destroyed or damaged, so that the binding of the active material and the reliability of the product can be improved.

이러한 전극은 양극과 음극에 해당하는 2개를 준비한다.These electrodes have two electrodes corresponding to the positive electrode and the negative electrode.

커패시터 제조Capacitor manufacturing

상기한 과정으로 만들어진 전극(이하에서 "전극"은 집전체(130)와 활물질(150)을 포함한 구성요소를 의미한다)에 6M KOH을 주입하여 반쪽 커패시터 소자를 완성한다. 이러한 커패시터 소자의 전기화학적 특성을 테스트(테스트는 전극 테스트 키트(ECC-Aq,EL-Cell, Germany)에 전극을 결합하고 6M KOH을 주입하여 수행함)한 그래프가 도 10다. 도 10에서 5mV/s에서 얻어진 비용량은 반쪽전지(half-cell)기준으로 178.8F/g이고, 1000mV/s에서 얻어진 비용량은 145.4F/g 으로 약 18.7%의 감소가 발생하였고, 교류임피던스(AC-impedance) 측정에서 얻어진 등가직렬저항값(ESR)은 0.26Ω으로 다소 낮다. 또한, 약 100,000회에 걸친 수명(cycle life) 테스트에서도 전혀 용량의 감소를 보이지 않았다.6M KOH is injected into the electrode made of the above process (hereinafter, the "electrode" means a component including the current collector 130 and the active material 150) to complete the half-capacitor device. FIG. 10 is a graph showing the electrochemical characteristics of such a capacitor element (the test is carried out by combining an electrode in an electrode test kit (ECC-Aq, EL-Cell, Germany) and injecting 6M KOH). In Fig. 10, the specific capacitance obtained at 5 mV / s is 178.8 F / g on the half-cell basis and the specific capacitance obtained at 1000 mV / s is 145.4 F / g, which is about 18.7% The equivalent series resistance value (ESR) obtained from the AC-impedance measurement is somewhat low at 0.26 Ω. In addition, there was no reduction in capacity even in a cycle life test of about 100,000 cycles.

한편, 본 실시예와 달리 본 발명에 적용될 수 있는 활물질은 공지된 탄소를 포함한 수퍼커패시터 전극을 구성할 수 있는 유기 및 비유기 전극활물질을 포함하며, 예로 탄소물질, 탄소 하이브리드 물질, 금속산화물, 질화물, 황화물, 전도성 폴리머 등을 포함할 수 있다.On the other hand, unlike the present embodiment, the active material that can be applied to the present invention includes organic and inorganic electrode active materials capable of constituting a known supercapacitor electrode including carbon, for example, a carbon material, a carbon hybrid material, a metal oxide, , Sulfides, conductive polymers, and the like.

<실시예 7>&Lt; Example 7 >

위에서 기술한 <실시예 3>의 PPS 필름으로 된 베이스 필름(110)을 <실시예 6>과 같은 수열증발증착법과 플래시 환원법을 이용하여 환원된 그래핀 산화물을 니켈 집전체(130) 위에 증착한다. 다음, 110℃에서 8시간 열처리함으로써 수분을 제거한 후 6M KOH가 담긴 비이커(beaker)에 넣고 삼전극 테스트를 한 결과를 나타낸 것이 도 11a이고, 도 11b는 활물질(150)이 형성된 상태를 보여주는 사진이다.The base film 110 made of the PPS film of Example 3 described above is deposited on the nickel current collector 130 by using the hydrothermal evaporation method such as Example 6 and the flash reduction method to reduce the graphene oxide . Next, the moisture was removed by heat treatment at 110 ° C. for 8 hours, and then the electrode was tested in a beaker containing 6 M KOH. FIG. 11 (a) is a photograph showing the state where the active material 150 was formed .

도 11a의 순환전압전류도(Cycle voltammogram)에서는 30mV/s까지 전기이중층의 전형적인 형태인 사각모양이 유지되고 있고, 5mV/s에서 얻어진 비용량은 반쪽 전지 기준으로 143.5 F/g이고, 교류임피던스(AC-impedance) 측정에서 얻어진 등가직렬저항값(ESR)은 1.16 Ω이다.In the cyclic voltammogram of FIG. 11A, the quadrangular shape, which is a typical form of the electric double layer, is maintained up to 30 mV / s. The specific capacity obtained at 5 mV / s is 143.5 F / The equivalent series resistance value (ESR) obtained from the AC-impedance measurement is 1.16 Ω.

<실시예 8>&Lt; Example 8 >

도 5a는 본 발명의 일실시예인 <실시예 7>에 따른 커패시터 소자(100)를 형성하는 방법과 유사한 방법으로 집전체(130)와 활물질(150)을 포함하는 각 베이스 필름(110)을 활물질(150)이 상호 대향하도록 분리막(170)을 사이에 두고 결합한다(S140).5A is a plan view of a base film 110 including a current collector 130 and an active material 150 according to a method similar to the method of forming the capacitor device 100 according to the seventh embodiment of the present invention. (150) are opposed to each other with the separation membrane (170) interposed therebetween (S140).

즉, 보강재 없이, 활물질(150) 주변에 노출된 베이스 필름에 에폭시를 포함하는 열접착제(미도시)를 얇게 바르고 분리막(170)을 사이에 두고 샌드위치 형태로 위치시킨 후, 상온에서 가압하여 커패시터 소자(100)를 완성한다. 최종적으로 완성된 커패시터 소자(100)의 전극면적은 4㎠(2cm×2cm)이고, 두께는 약 110㎛이다. 조립된 커패시터 소자(100)에 6M KOH에 주입한 후, 약 30분 동안 진공 함침시켜 전해질이 활물질(150)에 잘 침투하도록 한다.That is, a heat adhesive (not shown) containing epoxy is thinly applied to the base film exposed around the active material 150 without a reinforcing material, and is sandwiched with the separator 170 therebetween, and then pressurized at room temperature, (100). The finally completed capacitor element 100 has an electrode area of 4 cm 2 (2 cm 2 cm) and a thickness of about 110 μm. The assembled capacitor element 100 is poured into 6M KOH and then vacuum impregnated for about 30 minutes to allow the electrolyte to penetrate the active material 150 well.

도 12는 본실시예의 커패시터 소자(100)의 전기화학적 특성을 도시한 것이며, 순환전압전류도(Cycle voltammogram)에서는 30mV/s까지 전기이중층의 전형적인 형태인 사각모양이 유지된다. 5mV/s에서 얻어진 비용량은 반쪽전지 기준으로123.6F/g, 교류임피던스(AC-impedance) 측정에서 얻어진 등기직렬저항값(ESR)은2.21Ω이다.FIG. 12 shows the electrochemical characteristics of the capacitor element 100 of the present embodiment. In the cyclic voltammogram, a square shape, which is a typical form of the electric double layer, is maintained up to 30 mV / s. The capacitance obtained at 5mV / s is 123.6F / g based on the half-cell and the registered serial resistance (ESR) obtained from the AC-impedance measurement is 2.21Ω.

<실시예 9>&Lt; Example 9 >

집전체(130)를 니켈 포일로 하고, 집전체(130)에 표면에 <실시예 6>과 같은 수열증발증착법과 플래시 환원법을 이용하여 활물질(150)을 형성한다. 이는 집전체(130)에 적합한 활물질(150)을 선정하기 위해 비교를 위한 것이고, 본 실시예에 따른 커패시터 소자(100)를 6M KOH가 담긴 비커에 넣고 삼전극 테스트를 진행한 결과를 도시한 것이 도 10이다. 도 10의 순환전압전류도(Cycle voltammogram)에서는 100mV/s까지 전기이중층의 전형적인 형태인 사각모양이 유지되고 있고, 5mV/s에서 얻어진 비용량은 반쪽전지 기준으로 102 F/g이며, 교류임피던스(AC-impedance) 측정에서 얻어진 등가직렬저항값(ESR)은 0.24Ω㎠이고, 시정수는 1.27초이다.The active material 150 is formed on the surface of the current collector 130 by using a nickel foil and the hydrothermal evaporation method such as Example 6 and a flash reduction method. This is for comparison in order to select the active material 150 suitable for the current collector 130, and the capacitor device 100 according to the present embodiment is placed in a beaker containing 6M KOH and subjected to three electrode test 10. In the cyclic voltammogram of FIG. 10, the square shape of a typical shape of the electric double layer is maintained up to 100 mV / s, and the specific capacity obtained at 5 mV / s is 102 F / g based on a half cell, The equivalent series resistance value (ESR) obtained from the AC-impedance measurement is 0.24? Cm 2, and the time constant is 1.27 seconds.

<실시예 10>&Lt; Example 10 >

본 실시예의 경우, 그래핀 파우더(Graphene powder, Skyspringnanomaterials, inc.) 95wt%, 바인더(binder)로 스타이렌뷰타다이엔고무(SBR) 2.5wt%, 증점제로 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC) 2.5wt% 비율로 혼합한 용액을 수열증발증착법을 통해 니켈 포일로 된 집전체(130) 위에 증착시켜 활물질(150)을 형성한다. 이러한 커패시터 소자(100)를 6M KOH가 담긴 비커에 넣고 삼전극 테스트를 진행한 결과를 도시한 것이 도 14이다. 순환전압전류도(Cycle voltammogram)에서는 500mV/s까지 전기이중층의 형태인 사각 모양이 유지되고 있고, 5mV/s에서 얻어진 비용량은 반쪽전지 기준으로 57.5F/g이며, 교류임피던스(AC-impedance) 측정에서 얻어진 등가직렬저저항값(ESR)은 0.6Ω㎠이고, 시정수는 0.32초이다. 비용량은 환원된 그래핀 산화물을 활물질로 하여 측정된 값들보다 낮은 값을 보였으나 바인더를 사용하여 향상된 결착성은 시정수를 수초에서 0.32초로 낮추는 요인으로 판단된다.In the case of this embodiment, 95 wt% of graphene powder (Skyspringnanomaterials, inc.), 2.5 wt% of styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder and 2.5 wt% of carboxymethylcellulose (CMC) The mixed solution is deposited on the current collector 130 made of nickel foil through hydrothermal evaporation to form the active material 150. FIG. 14 shows a result of the three-electrode test in which the capacitor element 100 is placed in a beaker containing 6 M KOH. In the cyclic voltammogram, the square shape of the electric double layer is maintained up to 500 mV / s, and the non-capacity obtained at 5 mV / s is 57.5 F / g based on the half cell, and the AC impedance The equivalent serial low resistance value (ESR) obtained in the measurement is 0.6? Cm 2 and the time constant is 0.32 sec. The specific capacity was lower than the measured value using reduced graphene oxide as active material, but the improved tackiness with binder showed that the time constant decreased from several seconds to 0.32 seconds.

<실시예 11>&Lt; Example 11 >

본 실시예의 경우, 그래핀 파우더(Graphene powder, Skyspring nanomaterials, inc.) 95wt%, 바인더(binder)로 폴리스티렌(Polystyrene) 5.0wt%을 혼합한 용액을 수열증발증착법을 통해 니켈 포일의 집전체(130) 위에 증착하였다.In the case of this embodiment, a solution obtained by mixing 95 wt% of graphene powder (Skyspring nanomaterials, inc.) And 5.0 wt% of polystyrene with a binder is applied to the nickel foil collector 130 ).

이렇게 준비된 커패시터 소자(100)를 6M KOH가 담긴 비커에 넣고 삼전극 테스트를 진행한 결과를 도시한 것이 도 15이다. 도 15의 순환전압전류도(Cycle voltammogram)에에서는 500mV/s까지 전기이중층의 형태인 사각 모양이 유지되고 있고, 5mV/s에서 얻어진 비용량은 반쪽전지 기준으로 55F/g이고, 교류임피던스(ACimpedance) 측정에서 얻어진 등가직렬저저항값(ESR)은 0.21Ω㎠이며, 시정수는 0.04초이다. 비용량은 환원된 그래핀 산화물을 활물질로 사용했을 때 측정된 값들보다 낮은 값을 보였으나 바인더를 사용하여 향상된 결착성은 시정수를 수초에서 0.05초로 낮추는 요인으로 작용한 것으로 보이며, SBR을 바인더로 사용하였을 경우보다도 낮다.FIG. 15 shows a result of the three electrode test in which the prepared capacitor element 100 is placed in a beaker containing 6M KOH. In the cyclic voltammogram shown in FIG. 15, the quadrangle shape in the form of an electric double layer is maintained up to 500 mV / s, and the specific capacity obtained at 5 mV / s is 55 F / g on the basis of a half cell and the AC impedance ), The equivalent series low resistance value (ESR) is 0.21? Cm 2, and the time constant is 0.04 sec. The non-capacities showed lower values than the values measured when the reduced graphene oxide was used as the active material, but the improved tackiness using the binder seemed to be a factor for lowering the time constant from a few seconds to 0.05 seconds, and using SBR as a binder .

<실시예 12>&Lt; Example 12 >

도 5a는 본 발명의 실시예들에에 따른 커패시터 소자(100)의 제조 과정을 개략적으로 도시하고 있다. 전술한 바와 같이 베이스 필름(110)을 PP 필름으로 선택하여 베이스 필름(110) 위에 전해도금과 무전해도금법을 이용하여 니켈의 집전체(130)를 약 10㎛ 두께로 형성한 후, 바인더를 첨가한 활물질(150)을 니켈 집전체 위에 증착한다. 커패시터 소자(100) 조립을 위해 동일하게 제조된 두 개의 전극이 되는 베이스 필름(110)을 준비하고 외부 패키징을 위한 보강재(193)로 PP 필름을 포함한 필름을 추가한다. 외부 패키징을 위해 준비한 보강재(193)와 베이스 필름(110)을 접착하기 위하여 열접착제 필름(191)을 사용하고, 열접착제 필름(191)은 플라스틱 파라핀 필름(parafilm) 혹은 올레핀 계열 필름(polyolefin film)을 포함한다. 각 리드선 부분의 접착을 위해 보조 열접착제(191a)를 마련하여 준비된 양 전극과 분리막(170)을 겹친 후, 열접착을 통해 커패시터 소자(100)를 완성하고, 최종적으로 완성된 커패시터 소자(100)의 전극면적은4㎠(2cm×2cm)이고, 두께는 약 450㎛이다. 커패시터 소자(100)에 전해질 기능을 하는 6M KOH를 주입한 후, 약 30분 동안 진공함침시켜 전해질이 활물질에 잘 침투하도록 한다. 본 실시예에서 활물질(150)은 그래핀 파우더 95 wt%, 바인더로 폴리스티렌(Polystyrene) 5wt%를 혼합한 것이다.5A schematically illustrates a fabrication process of a capacitor device 100 according to embodiments of the present invention. As described above, the base film 110 is selected as the PP film, and a nickel current collector 130 is formed on the base film 110 by electroplating and electroless plating to a thickness of about 10 탆. Then, a binder is added An active material 150 is deposited on the nickel current collector. The base film 110 to be the two electrodes manufactured in the same manner for assembling the capacitor element 100 is prepared and a film including the PP film is added to the stiffener 193 for external packaging. A heat adhesive film 191 is used to bond the stiffener 193 prepared for the outer packaging and the base film 110 and the heat adhesive film 191 is made of a plastic paraffin film or an olefin- . The auxiliary thermal adhesive 191a is provided for bonding each lead portion and the prepared electrode and the separator 170 are overlapped with each other. Then, the capacitor element 100 is completed through thermal bonding, and finally the completed capacitor element 100 is completed. Has an area of 4 cm 2 (2 cm 2 cm) and a thickness of about 450 m. 6M KOH serving as an electrolyte is injected into the capacitor element 100 and then vacuum-impregnated for about 30 minutes to allow the electrolyte to penetrate the active material well. In this embodiment, the active material 150 is a mixture of 95 wt% of graphene powder and 5 wt% of polystyrene as a binder.

소자를 결합하기 위하여 사용되는 접착물질인 접착제는 아크릴산염(Acrylate), 실리콘(silicone), 에폭시(epoxy) 및 열접착제 중 하나를 포함하는 것이 바람직하다.The adhesive, which is an adhesive material used for bonding the device, preferably includes one of acrylate, silicone, epoxy and thermal adhesive.

본 실시예에 따른 커패시터 소자(100)의 전기화학적 특성을 보여주는 것이 도 16이다. 도 16의 순환전압전류도(Cycle voltammogram)에서는 200mV/s까지 전기이중층의 전형적인 형태인 사각모양이 유지되고 있고, 5mV/s에서 얻어진 비용량은 full-cell 기준으로 8F/g이며, 교류임피던스(AC-impedance) 측정에서 얻어진 등가직렬저저항값(ESR)은 0.5Ω㎠이고, 시정수는 0.04초이다. 비용량을 반쪽전지로 환산하면 32F/g으로 반쪽전극 테스트에서 보여줬던 값들보다는 낮은 값들을 보였으나, 시정수에 있어서는 0.04초로서 앞서 반쪽전극 테스트에서 보여줬던 값과 크게 차이가 없다. FIG. 16 shows the electrochemical characteristics of the capacitor element 100 according to this embodiment. In the cyclic voltammogram of FIG. 16, the square shape of a typical form of the electric double layer is maintained up to 200 mV / s, and the specific capacity obtained at 5 mV / s is 8 F / g on the full- The equivalent serial low resistance value (ESR) obtained from the AC-impedance measurement is 0.5 Ω cm 2 and the time constant is 0.04 sec. Conversion of the non-capacity to half-cell results in lower values than those shown in the half-electrode test at 32 F / g, but 0.04 sec in the time constant, which is not much different from the previous half-electrode test.

한편, 소자를 형성하기 위하여는 접착하는 방법은, 접착제를 이용한 접착법, 열접착법, 열융착법, 기타 용접법 등으로부터 하나 또는 복수의 방법을 선택하는 것이 바람직하다.On the other hand, in order to form the device, one or a plurality of methods are preferably selected from a bonding method using an adhesive, a thermal bonding method, a heat welding method, and other welding methods.

본 실시예에서 주로 플라스틱 파라핀 필름(parafilm)과 폴리오레핀필름(polyolefin film)을 병행하여 열접착하고, 피피(PP) 필름끼리 열융착하여 접착을 하였다.In the present embodiment, mainly a plastic paraffin film and a polyolefin film were heat-bonded in parallel, and PP films were thermally fused to each other.

여기서, 모든 종류의 전해액을 안정적으로 가둬둘 수 있는 접착법이 바람직하다. 예를 들면, 유기계 전해질을 사용하는 리튬전지의 경우, 알루미늄 파우치를 사용하여 조립하게 되면, 큰 부식성이 없어 접착에 애로 사항이 크게 발생하지 않는다. 그러나, 본 실시예처럼 6M KOH와 같은 부식성 강한 전해액을 사용할 시에 전해질을 안정적으로 가둬둘 수 있는 방법이 거의 없으나, 본 발명에서는 1차적으로 소수성이 강한 파라핀 필름을 열접착하여 내부 전해액의 외부 유출을 단단히 차단(방수)하고, 2차적으로 오레핀 계열(polyolefin) 필름을 열접착하여 베이스필름(110)과 집전체(130) 사이의 접착력을 유지시킬 수 있는 방식이 채택되어 부식성이 강한 전해질을 안정적으로 밀봉시킬 수 있었다.Here, an adhesion method capable of stably holding all types of electrolytic solution is preferable. For example, in the case of a lithium battery using an organic electrolyte, if it is assembled using an aluminum pouch, there is no great corrosivity and there is not much trouble in adhesion. However, in the present invention, there is almost no method of stably holding the electrolyte when a corrosive electrolyte such as 6M KOH is used. However, in the present invention, a paraffin film having high hydrophobicity is thermally adhered to the outer surface of the inner electrolyte (Waterproof), and the adhesive force between the base film 110 and the current collector 130 can be maintained by thermally adhering the polyolefin film in a secondary order. Thus, a highly corrosive electrolyte It was possible to stably seal.

이러한 방법은 커패시터 소자뿐만 아니라, 그 외 산/염기를 가둬야하는 경우에도 적용될 수 있다.This method can be applied not only to the capacitor element but also to the case where the other acid / base must be trapped.

다른 한편, 본 발명에 적용될 수 있는 전해질은 수계 및 비수계(유기계, 이온성 액체) 전해질을 포함하고, 전해질의 형상은 액상, 겔상, 고형 타입등을 포함할 수 있다.On the other hand, the electrolytes applicable to the present invention include aqueous and non-aqueous (organic, ionic liquid) electrolytes, and the shape of the electrolyte may include liquid, gel, solid type and the like.

또 다른 한편, 본 발명에서 적용될 수 있는 분리막은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 계열, 부직포, 전해질 일체형으로 이루어진 분리막을 포함한다.On the other hand, the separator that can be applied in the present invention includes a separator made of polyethylene and polypropylene series, nonwoven fabric, and electrolyte.

<실시예 12>&Lt; Example 12 >

도 17은 커패시터 소자(100)의 전기화학적 특성을 보여주고 있고, 사용된 활물질(150)은 그래핀 파우더 95wt%, 바인더로 폴리테트라 플루어로에틸렌(PTFE) 5wt%를 포함한다. 도 14의 순환전압전류도에서는 200mV/s까지 전기이중층의 전형적인 형태인 사각모양이 유지되고 있고, 5mV/s에서 얻어진 비용량은 full-cell기준으로 11F/g이므로 반쪽전지로 환산하면 44F/g이며, 교류임피던스(ACimpedance) 측정에서 얻어진 등가직렬저저항값(ESR)은 0.47Ω㎠이고, 시정수는 0.04초이다. 폴리스티렌 바인더를 사용하여 만든 소자보다 비용량에 있어서 소폭상승이 있었지만, 전반적으로 성능이 비슷하고, 시정수도 대동소이하다.17 shows the electrochemical characteristics of the capacitor element 100. The active material 150 used contains 95 wt% of graphene powder and 5 wt% of polytetrafluoroethylene (PTFE) as a binder. In the cyclic voltammogram shown in FIG. 14, the square shape, which is a typical shape of the electric double layer, is maintained up to 200 mV / s, and the capacity obtained at 5 mV / s is 11 F / g based on the full- , The equivalent serial low resistance value (ESR) obtained from the AC impedance measurement is 0.47? Cm 2, and the time constant is 0.04 sec. There was a slight increase in capacity compared to devices made using polystyrene binders, but overall performance was similar and visibility was great.

따라서, 본 발명에 따르면 높은 전기전도도와 고결착성을 유지하면서도 매우 얇아 유연성을 가지며, 제조하는 과정에서도 전기화학적인 에칭 과정이 없는 보다 간단한 공정과 탄화수소 분위기에서의 가열 시간을 단축함으로써 에너지소비가 적은 공정으로 이루어진 유연 박막형 슈퍼커패시터 소자 제조 방법 및 이에 의한 슈퍼커패시터 소자를 제공할 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a simple process which is very thin and flexible while maintaining high electrical conductivity and high bondability, and which does not require an electrochemical etching process even in the manufacturing process, and shortens the heating time in a hydrocarbon atmosphere, And a supercapacitor element according to the method can be provided.

상술한 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 개시된 기술의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
Although the present invention has been fully described by way of example with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. I will understand. Accordingly, the true scope of protection of the disclosed technology should be determined by the appended claims.

1000 : 플래시 모듈
100 : 슈퍼커패시터 소자
200 : 제어부
300 : LED 소자
400 : 전원
500 : 스위치
600 : 전원 관리부
1000: Flash module
100: super capacitor element
200:
300: LED element
400: Power supply
500: Switch
600: power management unit

Claims (20)

플래시 전류에 의해 발광하는 LED 소자;
전원 공급의 활성화에 따라 충전되고, 제어 신호에 따라 상기 플래시 전류를 공급하는 유연 박막형 슈퍼커패시터 소자; 및
상기 슈퍼커패시터 소자로 상기 전원 공급을 활성화하고, 발광 요청에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 제어부;
를 포함하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈에 있어서,
상기 유연 박막형 슈퍼커패시터 소자는,
유연성을 갖는 2장의 베이스 필름;
상기 베이스 필름의 표면처리 후 상기 베이스 필름의 표면에 도금법, 진공증착법, 스크린프린팅(Screen Printing) 및 스탬핑(Stamping) 중 하나 또는 복수의 방법으로 금속 또는 탄소를 포함하는 전도체를 증착시키는 방법을 통해 형성된 집전체;
상기 집전체 위에 그래핀 산화물 용액을 코팅한 후 가열하고 빛을 쪼인 다음 열처리하여 형성된 활물질층; 및
상기 2장의 베이스 필름이 상기 활물질층이 서로 대향하도록 배치된 사이에 개재된 분리막을 포함하되,
상기 2장의 베이스 필름의 주변부에 상기 활물질층을 둘러싸도록 도포된 열접착제에 의하여 상기 2장의 베이스 필름이 서로 접착된 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈.
An LED element emitting light by a flash current;
A flexible thin film type supercapacitor element charged according to the activation of the power supply and supplying the flash current according to a control signal; And
A control unit for activating the power supply to the supercapacitor device and generating the control signal in response to a light emission request;
A flash module for a mobile terminal using a supercapacitor,
The flexible thin-film type supercapacitor element includes:
Two base films having flexibility;
A method of depositing a metal or carbon-containing conductor on the surface of the base film after the surface treatment of the base film by one or more of plating, vacuum deposition, screen printing, and stamping, Collecting house;
An active material layer formed by coating a graphene oxide solution on the current collector, heating the same, irradiating the graphene oxide solution, and then performing heat treatment; And
Wherein the two base films are disposed so that the active material layers are opposed to each other,
Wherein the two base films are adhered to each other by a thermal adhesive applied to surround the active material layer on the periphery of the two base films.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 베이스 필름은 폴리페닐렌술파이드(PPS) 필름, 폴리프로필렌(PP) 필름, 폴리카보네이트(PC) 필름, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 필름 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the base film is selected from a polyphenylene sulfide (PPS) film, a polypropylene (PP) film, a polycarbonate (PC) film, a polyethylene naphthalate (PEN) film, and a polyethylene terephthalate (PET) Flash module for mobile terminal using.
청구항 1에 있어서,
상기 베이스 필름은 알루미늄을 포함하는 금속이 증착된 필름인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the base film is a film on which a metal containing aluminum is deposited.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 집전체는 니켈(Ni), 백금(Pt), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd) 및 이리듐(Ir) 중에서 선택된 하나이상을 포함하는 금속층인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the current collector comprises at least one selected from the group consisting of Ni, Pt, Ag, Au, Cu, Al, Pd, Wherein the flash memory module is a metal layer.
청구항 1에 있어서,
상기 활물질층에 침투한 전해질을 더 포함하며,
상기 전해질은 수계 전해질 또는 비수계(유기체, 이온성 액체) 전해질이고,
상기 전해질의 형상은 액상, 젤 및 고형 형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈.
The method according to claim 1,
Further comprising an electrolyte permeating the active material layer,
The electrolyte is an aqueous electrolyte or a non-aqueous (organic, ionic liquid) electrolyte,
Wherein the shape of the electrolyte is one of liquid, gel, and solid.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 열접착제는 아크릴산염(Acrylate), 실리콘(silicone) 및 에폭시(epoxy) 중 선택된 하나이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the thermal adhesive comprises at least one selected from the group consisting of acrylate, silicone, and epoxy.
청구항 1에 있어서,
상기 분리막은 폴리에틸렌(PE, Polyethylene) 또는 폴리프로필렌(PP, Polypropylene)계열의 필름, 부직포 및 전해질 일체형 분리막 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈.
The method according to claim 1,
Wherein the separation membrane is one selected from the group consisting of polyethylene (PE), polypropylene (PP) film, nonwoven fabric, and electrolyte-integrated separation membrane.
청구항 1에 있어서,
상기 슈퍼커패시터 소자는,
상기 베이스 필름 각각의 후방에 결합되어 상호 접착되는 2장의 보강재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈.
The method according to claim 1,
The supercapacitor element includes:
And two stiffeners joined to the back of each of the base films and bonded to each other. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
청구항 13에 있어서,
상기 2장의 보강재에는, 가운데에 위치한 상기 베이스 필름을 둘러싸도록 열접착제 필름이 배치되어, 상기 2장의 보강재 각각에 형성된 열접착제 필름이 서로 접착된 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈.
14. The method of claim 13,
Wherein the two stiffeners are each provided with a thermal adhesive film so as to surround the base film positioned in the center and the thermal adhesive films formed on the two stiffeners are bonded to each other.
청구항 14에 있어서,
상기 활물질층에 침투한 전해질을 더 포함하며,
상기 전해질은 부식성이 강한 것을 포함하고,
상기 열접착제 필름은 플라스틱 파라핀 필름 및 폴리오레핀 필름 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈.
15. The method of claim 14,
Further comprising an electrolyte permeating the active material layer,
The electrolyte contains a strong corrosive substance,
Wherein the thermal adhesive film comprises at least one of a plastic paraffin film and a polyolefin film.
청구항 14에 있어서,
상기 보강재를 상호 접착하는 방법은, 접착제 이용법, 열접착법, 열융착법 및 용접법 중에서 선택된 하나이상의 방법인 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말용 플래시 모듈.
15. The method of claim 14,
Wherein the method of bonding the reinforcing materials to each other is one or more selected from the group consisting of an adhesive method, a thermal bonding method, a thermal fusion method, and a welding method.
삭제delete 삭제delete 플래시 전류에 의해 발광하는 LED 소자;
전원 공급의 활성화에 따라 충전되고, 제어 신호에 따라 상기 플래시 전류를 공급하는 유연 박막형 슈퍼커패시터 소자;
상기 슈퍼커패시터 소자로 상기 전원 공급을 활성화하고, 상기 발광 요청에 따라 상기 제어 신호를 생성하는 제어부; 및
상기 전원의 상태에 기초하여 상기 전원 공급의 활성화에 따라 상기 전원으로부터 상기 슈퍼커패시터 소자로 공급되는 전류 값을 제어하는 전원 관리부;
를 포함하는 슈퍼커패시터를 이용한 모바일 단말에 있어서,
상기 유연 박막형 슈퍼커패시터 소자는,
유연성을 갖는 2장의 베이스 필름;
상기 베이스 필름의 표면처리 후 상기 베이스 필름의 표면에 도금법, 진공증착법, 스크린프린팅(Screen Printing) 및 스탬핑(Stamping) 중 하나 또는 복수의 방법으로 금속 또는 탄소를 포함하는 전도체를 증착시키는 방법을 통해 형성된 집전체;
상기 집전체 위에 그래핀 산화물 용액을 코팅한 후 가열하고 빛을 쪼인 다음 열처리하여 형성된 활물질층; 및
상기 2장의 베이스 필름이 상기 활물질층이 서로 대향하도록 배치된 사이에 개재된 분리막을 포함하되,
상기 2장의 베이스 필름의 주변부에 상기 활물질층을 둘러싸도록 도포된 열접착제에 의하여 상기 2장의 베이스 필름이 서로 접착된 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 구비한 모바일 단말.
An LED element emitting light by a flash current;
A flexible thin film type supercapacitor element charged according to the activation of the power supply and supplying the flash current according to a control signal;
A control unit for activating the power supply to the supercapacitor device and generating the control signal in response to the light emission request; And
A power management unit for controlling a current value supplied from the power source to the supercapacitor element according to the activation of the power supply based on the state of the power source;
The superconductor of claim 1,
The flexible thin-film type supercapacitor element includes:
Two base films having flexibility;
A method of depositing a metal or carbon-containing conductor on the surface of the base film after the surface treatment of the base film by one or more of plating, vacuum deposition, screen printing, and stamping, Collecting house;
An active material layer formed by coating a graphene oxide solution on the current collector, heating the same, irradiating the graphene oxide solution, and then performing heat treatment; And
Wherein the two base films are disposed so that the active material layers are opposed to each other,
Wherein the two base films are adhered to each other by a thermal adhesive applied to surround the active material layer on the periphery of the two base films.
청구항 19에 있어서,
상기 전원 관리부는 상기 전원의 방전상태 따라 상기 슈퍼커패시터 소자로 유입되는 전류 값을 미리 정해진 설정 값으로 제한하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 구비한 모바일 단말.
The method of claim 19,
Wherein the power management unit limits a current flowing into the supercapacitor according to a discharge state of the power supply to a predetermined set value.
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