KR101646164B1 - 초고용량 커패시터 제조방법 - Google Patents

초고용량 커패시터 제조방법 Download PDF

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KR101646164B1 KR1020150041837A KR20150041837A KR101646164B1 KR 101646164 B1 KR101646164 B1 KR 101646164B1 KR 1020150041837 A KR1020150041837 A KR 1020150041837A KR 20150041837 A KR20150041837 A KR 20150041837A KR 101646164 B1 KR101646164 B1 KR 101646164B1
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김종관
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Abstract

초고용량 커패시터 제조방법이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 초고용량 커패시터의 제조방법은 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일면에 활물질층이 적층되는 복수 개의 단위모듈을 준비하는 단계; 상기 복수 개의 단위모듈 중 어느 하나를 배치하고, 배치된 단위모듈의 집전체의 테두리를 둘러싸도록 밀봉부재를 배치한 후 상기 복수 개의 단위모듈 중 다른 하나를 적층하는 과정을 반복적으로 수행하여 복수 개의 분할집합체를 구성하는 단계; 및 상부 플레이트 및 하부 플레이트 중 어느 하나에 일단이 고정된 연결빔을 상부 플레이트 및 하부플레이트 중 어느 하나의 테두리를 따라 이격배치한 상태에서 상기 연결빔을 매개로 상기 상부 플레이트 및 하부플레이트 사이에 상기 복수 개의 분할집합체를 순차적으로 적층시켜 축전집합체를 완성하는 단계;를 포함한다.

Description

초고용량 커패시터 제조방법{A method of manufacturing Super Capacitor}
본 발명은 복수 개의 단위모듈이 적층되어 축전 집합체를 구성하는 초고용량 커패시터의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수 개의 분할조립체로 구성한 후 복수 개의 분할조립체를 재차 적층하여 축전조립체를 완성함으로써 최하층에 배치되는 단위모듈에 가해지는 압하력을 줄일 수 있는 초고용량 커패시터 제조방법에 관한 것이다.
초고용량 커패시터는 정전기적(electrostatic) 특성을 이용하기 때문에 전기 화학적 반응을 이용하는 배터리에 비하여 충방전 회수가 거의 무한대이고 반영구적으로 사용 가능하며, 에너지의 충방전 속도가 매우 빨라 그 출력 밀도가 전기 화학적 반을 이용하는 배터리의 수십 배 이상이다.
이와 같은 초고용량 커패시터의 특성으로 인하여 산업계 전반에 걸쳐 그 응용 분야가 점차 확대되어 가고 있는 추세이다.
특히, 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 또는 연료전지자동차(Fuel Cell Vehicle, FCV) 등과 같은 차세대 환경 친화 차량 개발 분야에 있어 에너지 버퍼로서 그 효용성은 날로 증가하고 있다.
이러한 초고용량 커패시터는 보조 에너지 저장장치로서 배터리와 함께 병용된다. 즉, 순시적인 에너지의 공급과 흡수는 초고용량 커패시터가 담당하고, 평균적인 차량의 에너지 공급은 배터리가 담당함으로써 전반적인 차량 시스템의 효율 개선과 에너지 저장 시스템의 수명 연장 등의 효과를 기대할 수 있다.
이와 같은 초고용량 커패시터는 크게 전기 이중층 커패시터(EDLC; electron double layer capacitor)와 전기화학적 산화-환원 반응을 이용하는 하이브리드 초고용량 커패시터(Hybrid super capacitor)로 분류될 수 있다.
전기 이중층 커패시터는 표면에 전기 이중층이 생성되어 전하를 축적하는 반면, 하이브리드 초고용량 커패시터는 전극물질 표면에 형성되는 전기 이중층과 함께 산화환원 반응에 의해 전하를 축적함으로써 상대적으로 더 많은 에너지를 축적할 수 있는 장점이 있다.
종래의 커패시터의 축전모듈은 한국 공개특허공보 10-2013-0016610(2013년 02월 18일)에 개시된 바와 같이, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 다수의 단위 모듈이 적층되어 축전 집합체를 구성하고, 상기 축전 집합체의 최 외측에 한 쌍의 엔드 플레이트가 배치되며 엔드 플레이트의 테두리를 따라 배치되는 연결빔을 통해 상기 축전 집합체가 고정된다..
이러한 종래의 슈퍼 커패시터는 조립시 집전체, 제1전극, 분리막, 제2전극및 집전체가 순차적으로 반복적으로 적층되며, 각각의 부재들을 적층한 후 부재들간의 틈새가 발생되는 것을 방지하기 위하여 프레싱공정을 통하여 밀착하는 과정이 반복적으로 수행된다.
이와 같이, 종래의 슈퍼 커패시터는 각각의 부재들이 낱장으로 순차적으로 적층되기 때문에 적층하는 과정에서 각 부재들간의 정렬이 틀려지고 이에 따라 성능이 저하되는 문제가 있다.
더불어, 각각의 부재들을 적층한 후 각 부재들간의 밀착을 위한 프레싱공정이 반복적으로 수행되기 때문에 하부측에 배치되는 각각의 부재들은 수십에서 수백번의 프레싱공정이 이루어짐에 따라 과도한 압하력에 의해 변형이 일어남으로써 상부측에 배치되는 부재와의 두께 편차가 발생하게 된다.
이러한 위치별, 또는 높이별로 발생되는 두께 편차는 균일한 성능을 저하시키는 문제가 있다.
KR 10-2013-0016610 A
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 복수 개의 단위모듈이 순차적으로 적층되어 구성되는 축전조립체를 일정수의 단위모듈이 적층되는 복수 개의 분할조립체로 구성한 후 복수 개의 분할조립체를 재차 적층하여 축전조립체를 완성함으로써 최하층에 배치되는 단위모듈에 가해지는 압하력을 줄일 수 있는 초고용량 커패시터 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일면에 활물질층이 적층되는 복수 개의 단위모듈을 준비하는 단계; 상기 복수 개의 단위모듈 중 어느 하나를 배치하고, 배치된 단위모듈의 집전체의 테두리를 둘러싸도록 밀봉부재를 배치한 후 상기 복수 개의 단위모듈 중 다른 하나를 적층하는 과정을 반복적으로 수행하여 복수 개의 분할집합체를 구성하는 단계; 및 상부 플레이트 및 하부 플레이트 중 어느 하나에 일단이 고정된 연결빔을 상부 플레이트 및 하부플레이트 중 어느 하나의 테두리를 따라 이격배치한 상태에서 상기 연결빔을 매개로 상기 상부 플레이트 및 하부플레이트 사이에 상기 복수 개의 분할집합체를 순차적으로 적층시켜 축전집합체를 완성하는 단계;를 포함하는 초고용량 커패시터 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 복수 개의 단위모듈은 집전체의 일면에 활물질층이 적층되는 제1단위모듈과, 집전체의 양면에 한 쌍의 활물질층이 각각 적층되고 상기 한 쌍의 활물질층 중 어느 하나의 일면에 분리막이 적층되는 제2단위모듈과, 집전체의 일면에 활물질층 및 분리막이 순차적으로 적층되는 제3단위모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1단위모듈은 상기 축전집합체에서 최상부층을 구성하고, 상기 제3단위모듈은 상기 축전집합체에서 최하부층을 구성하며, 상기 제2단위모듈은 상기 축전집합체의 최상부층과 최하부층에 배치되는 복수 개의 중간층을 구성할 수 있다.
또한, 상기 제3단위모듈의 활물질층은 제1활물질층이고, 상기 제1단위모듈의 활물질층은 제2활물질층이며, 상기 제2단위모듈에서 한 쌍의 활물질층은 제1활물질층과 제2활물질층일 수 있다.
또한, 상기 분할집합체는 상기 제3단위모듈의 상부에 일정 수의 제2단위모듈이 순차적으로 적층된 제1분할집합체와, 일정 수의 제2단위모듈이 순차적으로 적층된 제2분할집합체 및 상기 제3단위모듈의 하부에 일정 수의 제2단위모듈이 순차적으로 적층된 제3분할집합체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 사이에는 상기 제1분할집합체의 상부에 복수 개의 제2분할집합체가 순차적으로 적층되고, 순차적으로 적층된 제2분할집합체의 최상부측에 상기 제3분할집합체가 적층되어 축전집합체를 형성할 수 있다.
또한, 상기 각각의 분할집합체는 하나의 단위모듈 상부에 다른 하나의 단위모듈을 적층한 후 인접하는 밀봉부재를 밀착하기 위한 프레싱공정이 각각 수행될 수 있다.
또한, 상기 제1분할집합체, 제2분할집합체 및 제3분할집합체가 순차적으로 적층된 후 적층된 분할집합체 사이를 밀착하기 위한 프레싱공정이 수행될 수 있다.
또한, 상기 밀봉부재는 내측 테두리가 서로 대면하는 한 쌍의 집전체 사이에 일정길이 돌출되도록 배치되어 상기 한 쌍의 집전체 사이의 개방된 측부를 밀봉할 수 있다.
또한, 상기 축전집합체의 최상부면과 상부 플레이트 사이, 상기 축전집합체의 최하부면과 하부 플레이트 사이에 서로 대응되는 한 쌍의 전극판을 각각 배치하고, 상기 전극판과 상,하부 플레이트 사이에 상기 전극판의 일면을 덮는 절연층을 각각 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연층과 전극판 사이에는 상기 축전집합체의 중앙부가 압하력에 의해 상기 상,하부 플레이트 측으로 볼록하게 휘어지는 것을 방지하기 위한 압하력보상부재를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 활물질층은 두 개의 부재로 구비되고, 상기 두 개의 부재는 기포가 배출되는 통로를 형성하도록 집전체의 일면에 서로 일정간격 이격배치될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 분할집합체는 상기 밀봉부재의 테두리 측에 높이방향을 따라 관통형성된 복수 개의 체결공에 상기 연결빔이 삽입되어 상기 하부 플레이트의 상부측에서의 적층위치가 고정될 수 있다.
또한, 베이스플레이트와 상기 베이스플레이트의 테두리 측에 상부로 일정길이 연장되는 복수 개의 지지봉으로 구성되는 고정프레임을 포함하고, 상기 복수 개의 단위모듈은 상기 지지봉 측에 밀봉부재의 체결공이 삽입되도록 순차적으로 적층하고 프레싱을 통하여 각 단위모듈을 밀착한 후 상기 고정프레임으로부터 분리됨으로써 개별적인 분할조립체로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 복수 개의 단위모듈이 순차적으로 적층되어 구성되는 축전조립체를 일정수의 단위모듈이 적층되는 복수 개의 분할조립체로 구성한 후 복수 개의 분할조립체를 재차 적층하여 축전조립체를 완성함으로써 최하층에 배치되는 단위모듈에 가해지는 압하력을 줄여 과도한 압하력에 의해 단위모듈의 구조가 변경되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고용량 커패시터의 제조방법에 사용되는 단위모듈을 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고용량 커패시터의 제조방법에 사용되는 다른 형태의 단위모듈을 나타낸 개략도로서, a)는 분리막의 적층위치가 다른 형태이고, b)는 활물질층이 두 개의 부재로 이루어진 경우,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고용량 커패시터의 제조방법에 사용되는 각각의 단위모듈의 제조방법을 나타낸 공정상태도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고용량 커패시터의 제조방법에 사용되는 분할집합체를 나타낸 개략도로서, a)는 제1분할집합체를 나타낸 단면도이고 b)는 제2분할집합체를 나타낸 단면도이며, c)는 제3분할집합체를 나타낸 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고용량 커패시터의 제조방법에 사용되는 제2분할집합체의 적층순서를 개략도로서, a)는 고정프레임에 제2단위모듈을 적층한 상태이고, b)는 제2단위모듈 및 밀봉부재의 적층순서를 나타낸 도면이고, c)는 제2분할집합체에 사용되는 모든 제2단위모듈이 적층된 상태를 나타낸 도면이며 d)는 5c)에서 고정프레임이 분리되는 상태를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고용량 커패시터의 제조방법을 나타낸 순서도로서, a)는 하부 플레이트에 절연층, 압하력보상부재 및 전극판의 적층 순서를 나타낸 도면이고, b)는 제1분할집합체, 제2분할집합체 및 제3분할집합체의 적층 순서를 나타낸 도면이며, c)는 전극판, 압하력보상부재, 절연층 및 상부 플레이트의 적층순서를 나타낸 도면이며, d)는 초고용량 커패시터의 조립이 완성된 상태를 나타낸 외관도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고용량 커패시터 제조방법에 의해 제조된 초고용량 커패시터의 단면도,
도 8은 도 7의 분리도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 초고용량 커패시터에서, 위치별 압하력의 크기를 설명하기 위한 도면으로서, a)는 상,하부 플레이트에서 연결빔이 체결되는 위치를 나타낸 평면도이고, b)는 연결빔의 체결위치에 의해 축전집합체에서 발생되는 영역별 압하력의 크기를 나타낸 도면이며, c)는 위치별 압하력에 의해 축전집합체가 변형된 상태를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고용량 커패시터에서 압하력보상부재의 다양한 형태를 나타낸 도면, 그리고
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초고용량 커패시터에 적용되는 분리막의 형태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초고용량 커패시터의 제조방법은 단위모듈(100,100',100")을 준비하는 단계, 상기 단위모듈(100,100',100")을 이용하여 분할집합체(11,12,13)를 구성하는 단계 및 상기 분할집합체(11,12,13)를 통하여 축전집합체(10)를 완성하는 단계를 포함한다.
상기 단위모듈(100,100',100")은 최종적인 축전집합체(10)를 구성하는 최소의 단위가 되는 것으로, 복수 개의 단위모듈(100,100',100")이 순차적으로 적층되어 축전집합체(10)를 형성하게 된다.
이러한 단위모듈(100,100',100")은 도 1에 도시된 바와 같이 집전체(140) 및 상기 집전체(140)의 적어도 일면에 활물질층(120,130)이 적층되는 형태로 구현된다.
구체적으로 설명하면, 상기 단위모듈(100,100',100")은 집전체(140)의 일면에 활물질층(120,130)이 적층되는 제1단위모듈(100)과, 집전체(140)의 양면에 한 쌍의 활물질층(120,130)이 각각 적층되고 상기 한 쌍의 활물질층(120,130) 중 어느 하나의 일면에 분리막(110)이 적층되는 제2단위모듈(100')과, 집전체(140)의 일면에 활물질층(120,130) 및 분리막(110)이 순차적으로 적층되는 제3단위모듈(100")을 포함한다.
여기서, 제3단위모듈(100") 및 제2단위모듈(100')에 분리막(110)이 포함되는 것으로 설명하였지만 이에 한정하는 것은 아니며, 도 2a에 도시된 바와 같이 제1단위모듈(100) 및 제2단위모듈(100')에 분리막(110)이 포함된 형태로 단위모듈(100,100',100")이 구분될 수도 있음을 밝혀둔다.
즉, 상기 제1단위모듈(100), 제2단위모듈(100') 및 제3단위모듈(100")을 순차적으로 적층하게 되면, 집전체(140), 활물질층(130), 분리막(110), 활물질층(120), 집전체(140), 활물질층(130), 분리막(110), 활물질층(120) 및 집전체(140)가 계속해서 반복적으로 적층되는 구조를 형성하게 된다.
여기서, 상기 활물질층(120,130)은 제1활물질층(120)과 제2활물질층(130)을 포함하며, 상기 제3단위모듈(100")에 구비되는 활물질층은 제1활물질층(120)이고, 상기 제1단위모듈(100)의 활물질층은 제2활물질층(130)이며, 상기 제2단위모듈(100')에서 집전체(140)의 양면에 각각 적층되는 한 쌍의 활물질층(120,130)은 제1활물질층(120)과 제2활물질층(130)이다.
이에 따라, 상기 제1단위모듈(100), 제2단위모듈(100') 및 제3단위모듈(100")을 순차적으로 적층하게 되면, 집전체(140), 제1활물질층(120), 분리막(110), 제2활물질층(130), 집전체(140), 제1활물질층(120), 분리막(110), 제2활물질층(130) 및 집전체(140)가 계속해서 반복적으로 적층되며, 제1활물질층(120) 및 제2활물질층(130)이 교번적으로 배열되는 구조를 형성하게 된다.
이러한 상기 단위모듈(100,100',100")은 도 3에 도시된 바와 같이 각각의 부재를 적층한 상태에서 롤 프레싱 공정을 통해 가압하여 일체로 형성한다. 이를 통해, 각각의 단위모듈(100,100',100")은 롤 프레싱 공정을 통하여 각각의 단위모듈(100,100',100")을 구성하는 부재들 사이의 밀착력을 향상시켜 줌으로써 각각의 부재들 사이에 틈새가 발생하는 것을 방지한다.
이에 따라, 각 부재들 간의 틈새 발생으로 인한 저항이 높아지는 현상을 방지할 수 있고, 충방전시 압하력 변동에 의한 각 부재 간에 틈새가 발생하여 부재 간에 거리가 멀어지는 것을 방지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 제1단위모듈(100)은 최종적으로 완성된 축전집합체(10)에서 최상부층을 구성하고, 상기 제3단위모듈(100")은 상기 축전집합체(10)에서 최하부층을 구성하며, 상기 제2단위모듈(100')은 상기 축전집합체(10)의 최상부층과 최하부층 사이에 배치되는 복수 개의 중간층을 구성하게 된다.
한편, 상기 집전체(140), 활물질층(120,130) 및 분리막(110)은 서로 다른 크기를 갖도록 구비될 수 있다.
즉, 상기 분리막(110)은 상기 활물질층(120,130)보다 더 큰 사이즈를 갖도록 구비되고, 상기 집전체(140)는 상기 분리막(110)보다 더 큰 사이즈를 갖도록 구비될 수 있다. 다만, 상기 분리막(110)의 양면에 각각 배치되는 활물질층(120,130)은 서로 동일한 사이즈를 갖는다.
더불어, 상기 활물질층(120,130)의 경우 사용 목적에 따라 설계과정에서 최적의 두께 및 사이즈를 갖도록 구비될 수 있고, 상기 분리막(110)은 상기 활물질층(120,130)을 봉지할 수 있도록 상기 활물질층(120,130)에 비해 더 큰 사이즈를 갖도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 집전체(140)는 외곽 테두리가 상기 밀봉부재(20)에 의해 지지되어 단위모듈(100,100',100")을 지지할 수 있도록 상기 분리막(110)보다 더 큰 사이즈를 갖을 수 있다.
여기서, 상기 단위모듈(100,100',100")을 구성하는 집전체(140)는 일정면적을 갖는 박판으로 형성될 수 있으며, 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 니켈, 티타늄,크롬, 망간, 철, 코발트, 아연, 몰리브덴, 텅스텐, 은, 금 및 이들의 조합에 의하여 제조되는 금속 박판으로 이루어질 수 있다. 더불어, 이온의 이동을 효율적으로 수행하고 균일한 도핑 고정을 위하여 다수의 관통홀이 형성된 메쉬 형태로 구비될 수도 있음을 밝혀둔다.
그리고, 상기 활물질층(120,130)은 상기 분리막(110)의 양측에 각각 적층되는 것으로, 제1활물질층(120) 및 제2활물질층(130)을 포함하고, 제1활물질층(120) 및 제2활물질층(130) 중 어느 하나가 음극 활물질층이 되고 나머지 하나가 양극 활물질층이 되는 것으로, 이온을 가역적으로 도핑 및 탈도핑할 수 있는 활성탄 및 바인더를 포함할 수 있고, 카본 블랙 및 용매 등으로 구성되는 도전재가 포함될 수 있다.
즉, 상기 제1활물질층(120) 및 제2활물질층(130)은 일면에 분리막(110)이 배치되고, 타면에 상기 집전체(140)가 각각 배치됨으로써 상기 집전체(140)와 함께 양극을 형성하거나 음극을 형성하고 상기 분리막(110)을 통해 다른 극성과 분리된다.
이러한 제1활물질층(120) 및 제2활물질층(130)은 시트 형태로 형성한 후 집전체(140)의 일면에 각각 부착하는 방법이 적용될 수 있고, 활물질, 도전제, 결합제 및 유기 용매 등을 혼합하여 슬러리로 제조한 후 상기 슬러리를 집전체의 일면에 코팅하는 방법이 적용될 수도 있다.
이때, 상기 제1활물질층(120) 및 제2활물질층(130)은 도 2b에 도시된 바와 같이 각각 일정면적을 갖는 판상의 두 개의 부재(120a,120b)(130a,130b)로 구비되고, 상기 두 개의 부재(120a,120b)(130a,130b)는 서로 일정간격 이격되도록 상기 분리막(110)과 집전체(140) 사이에 배치된다.
즉, 상기 두 개의 부재(120a,120b)(130a,130b) 사이에는 상기 분리막(110) 또는 집전체(140)의 중심선을 따라 소정의 간극(122,132)이 형성된다.
이러한 간극(122,132)은 축전집합체(10)의 조립이 완료된 후 상기 활물질층(120,130) 및 분리막(110)이 전해액에 함침되는 과정에서 기포가 발생하더라도 상기 기포가 이동할 수 있는 통로역할을 수행함으로써 기포의 배출성을 향상시킬 수 있게 된다.
다시 말하면, 상기 축전집합체(10)의 테두리 측에 가해지는 압하력에 비해 축전집합체(10)의 중앙부에 상대적으로 작은 압하력이 가해지는 경우 제1활물질층(120) 및 제2활물질층(130)이 전해액에 함침되는 과정에서 발생된 기포가 상대적으로 작은 압하력이 발생하는 중앙부 측으로 집중된다.
이에 따라, 상기 중앙부에 집중된 기포는 전해액의 이동을 방해하는 에어포켓을 형성함으로써 상기 활물질층(120,130) 및 분리막(110)이 고르게 전해액에 함침되는 것을 방해하게 된다.
이는, 함침 불균형으로 인한 전극 위치별 전력 차이를 발생시켜 성능을 저하시키며 함침 불균형으로 인한 발열 및 노화를 급속도로 진행시키는 문제를 야기한다.
본 발명에서는 상기 제1활물질층(120) 및 제2활물질층(130)의 중앙부에 기포의 이동 통로 역할을 수행하는 간극(122,132)을 형성함으로써 내부압력의 증가나 구조적인 원인에 기인하여 발생되는 상대적인 압하력의 차이로 인해 전해액의 함침과정에서 발생된 기포가 중앙부 측으로 집중되더라도 상기 간극(122,132)을 통해 기포의 원활한 배출이 이루어짐으로써 함침 불균형으로 인한 전극 위치별 전력 발생에 차이가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 분리막(110)은 도 11에 도시된 바와 같이 부직포층(112)과, 이 부직포층(112)의 일면 또는 양면에 적층된 나노섬유웹층(114)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 나노섬유웹층(114)은 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 나노섬유 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 나노섬유일 수 있다.
바람직하게는 상기 나노섬유웹층(114)의 형성시 방사성 및 균일한 기공형성을 확보하기 위해 폴리아크릴니트릴 나노섬유만으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 나노섬유웹층(114)의 상기 폴리아크릴로니트릴 나노섬유는 평균직경 0.1 ~ 2㎛일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 ~ 1.0㎛일 수 있다.
이는, 상기 나노섬유의 평균직경이 0.1㎛ 미만이면 분리막이 충분한 내열성을 확보하지 못하는 문제가 있을 수 있고, 2㎛를 초과하면 분리막의 기계적 강도는 우수하나 분리막의 탄성력이 오히려 감소할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 부직포층(112)을 구성하는 부직포는 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리비닐알코올(PVA, polyvinyl alcohol), 폴리설폰(polysulfone), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리아마이드(polyamide), 폴리에틸렌옥사이드(PEO, polyethylene oxide), 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP,polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate), 폴리우레탄(PU, polyurethane), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, poly methylmethacrylate) 및 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
여기서, 상기 부직포층(112)은 무기첨가제를 더 포함할 수 있으며, 상기 무기첨가제는 SiO, SnO, SnO2, PbO2, ZnO, P2O5, CuO, MoO, V2O5, B2O3, Si3N4, CeO2, Mn3O4, Sn2P2O7, Sn2B2O5, Sn2BPO6, TiO2, BaTiO3, Li2O, LiF, LiOH, Li3N, BaO, Na2O, Li2CO3, CaCO3, LiAlO2, SiO2, Al2O3 및 PTFE 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 무기첨가제인 무기물 입자는 평균입경이 10 ~ 50 nm일 수 있으며, 바람직하게는 10 ~ 30 nm일 수 있고, 더욱 바람직하게는 10 ~ 20 nm일 수 있다.
더불어, 상기 분리막의 평균두께는 10 ~ 121㎛일 수 있고, 바람직하게는 10 ~ 50㎛일 수 있다.
이는, 분리막의 평균두께가 10㎛ 미만이면 분리막이 너무 얇아서 장기적인 내구성을 확보할 수 없고, 121㎛를 초과하면 박육화에 불리하므로 상기 범위 내의 평균두께를 갖는 것이 좋다.
그리고, 상기 부직포층(112)은 평균두께 10 ~ 30㎛으로, 바람직하게는 15~ 30㎛로 형성시키고, 상기 나노섬유웹층은 평균두께 1 ~ 5㎛를 갖는 것이 좋다.
이때, 상기 분리막(110)은 평균두께가 10 ~ 30㎛ 일 때, 공기투과도가 0 ~ 10 cfm일 수 있다. 또한, 상기 분리막(110)은 기공도가 30 ~ 50 %일 수 있다.
이러한 분리막(110)은 일반적인 전기방사(electrospinning), 에어 전기방사(AES, Air electrospinning), 전기분사(electrospray), 전기분사방사(electrobrown spinning) 원심전기방사(centrifugal electrospinning), 플래시 전기방사(flash electrospinning) 등을 통해서 나노섬유웹층(114)을 부직포층(112)의 일면 또는 양면에 형성시킬 수 있으며, 바람직하게는 에어 전기방사를 통해서 수행할 수 있다.
이와 같이 본 발명에서 사용되는 분리막(110)은 부직포층(112)과, 이 부직포층(112)의 일면 또는 양면에 적층된 나노섬유웹층(114)을 포함하고, 상기 나노섬유웹층(114)이 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 나노섬유 중에서 선택된 1종 이상을 함유한 나노섬유로 구성됨으로써 함침된 전해액을 함유한 뒤 전해액이 쉽게 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있게 된다.
이를 통해, 상기 전해액이 분리막(110) 측으로 침투하여 고르게 분포함으로써 위치별로 균일한 전력을 발생시킬 수 있게 되며, 전해액의 함침 불균형으로 인한 발열 및 노화가 급속도로 진행되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 분리막(110)이 부직포층(112)과, 부직포층(112)의 일면 또는 양면에 나노섬유웹층(114)이 적층되는 형태로 구비되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정하는 것은 아니며 일반적인 분리막이 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
상기 복수 개의 분할집합체(11,12,13)를 구성하는 단계는 최종적인 축전집합체(10)를 구성하기 위한 중간집합체의 역할을 수행하는 것으로, 상기 복수 개의 단위모듈(100') 중 어느 하나를 배치하고, 배치된 단위모듈(100')에 구비되는 집전체(140)의 테두리를 둘러싸도록 밀봉부재(20)를 배치한 후 상기 복수 개의 단위모듈(100') 중 다른 하나를 적층하는 과정을 반복적으로 수행함으로써 개개의 분할집합체(11,12,13)를 구성하게 된다.
이러한 분할집합체(11,12,13)는 복수 개의 단위모듈(100,100',100")이 일정수 적층되고 상기 복수 개의 단위모듈(100,100',100")의 측부, 자세하게는 집전체(140)의 테두리를 둘러싸도록 배치되는 복수 개의 밀봉부재(20)를 통해 하나의 분할집합체를 구성하게 된다.
이와 같은 상기 분할집합체(11,12,13)는 도 4a에 도시된 바와 같이 상기 제3단위모듈(100")의 상부에 일정 수의 제2단위모듈(100')이 순차적으로 적층된 제1분할집합체(11)와, 도 4b에 도시된 바와 같이 일정 수의 제2단위모듈(100')만이 순차적으로 적층된 제2분할집합체(12) 및 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 제3단위모듈(100")의 하부에 일정 수의 제2단위모듈(100')이 순차적으로 적층된 제3분할집합체(13)로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제1분할집합체(11) 및 제3분할집합체(13)는 축전집합체(10)의 최상부 및 최하부측에 각각 배치되며, 상기 제2분할집합체(12)가 복수 개로 구비되어 상기 제1분할집합체(11) 및 제3분할집합체(13)의 사이에 적층배치된 후 서로 결합하게 되면 축전집합체(10)를 완성하게 된다.
즉, 각각의 분할집합체(11,12,13)는 하나의 단위모듈(100,100',100") 상부에 다른 하나의 단위모듈(100,100',100")을 적층한 후 프레싱공정을 통하여 집전체(140)의 테두리를 둘러싸도록 배치되는 밀봉부재(20)를 밀착시킴으로써 하나의 분할집합체(11,12,13)를 완성하게 된다.
여기서, 상기 밀봉부재(20)는 상기 축전집합체(10)의 측부를 둘러싸도록 배치되어 전해액의 누액을 방지하고 전기적인 단락을 방지하기 위한 것이다. 이러한 밀봉부재(20)는 중공형으로 구비되며, 일측이 각각의 단위모듈(100,100',100")에 구비되는 집전체(140)의 테두리에 접하도록 배치된다.
즉, 각각의 밀봉부재(20)는 내측 테두리가 서로 대면하는 한 쌍의 집전체(140) 사이에 일정길이 돌출되도록 배치될 수 있도록 한다. 이에 따라, 상,하로 적층된 두 개의 단위모듈(100,100',100")을 압착하기 위한 프레싱공정에서 상기 밀봉부재(20)는 상,하부 측에 배치되는 한 쌍의 집전체(140) 사이에 배치됨으로써 두 개의 단위모듈(100,100',100")을 일체화시킴과 더불어 각각의 단위모듈(100,100',100")의 측부를 밀봉하게 된다.
한편, 상기 분할집합체(11,12,13)가 10개의 단위모듈(100,100',100")이 각각 적층되어 형성되는 경우 총 9번의 프레싱공정을 통해 각각의 단위모듈(100,100',100")을 밀착시킴으로써 하나의 분할집합체(11,12,13)를 형성하게 된다.
여기서, 상기 분할집합체(11,12,13)는 베이스플레이트(81)와 상기 베이스플레이트(81)의 테두리 측에 상부로 일정길이 연장되는 복수 개의 지지봉(82)으로 구성되는 고정프레임(80)을 이용하여 구성하게 되며, 상기 지지봉(82)은 최종 완성품에서 밀봉부재(20)를 관통하도록 설치되는 연결빔(50)과 동일한 개수 및 위치에 배치된다.
도 5a 내지 도 5d를 참고하면, 상기 제2분할집합체(12)를 제조하는 순서는 다음과 같다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이 상기 베이스플레이트(81)의 상부면에 하나의 제2단위모듈(100')을 배치한 후 상기 제2단위모듈(100')의 집전체(140)의 테두리를 둘러싸도록 밀봉부재(20)를 배치한다. 이때, 상기 밀봉부재(20)는 그 테두리 측에 높이방향을 따라 관통형성되는 복수 개의 체결공(22)에 상기 지지봉(82)을 삽입한다.
그런 다음, 도 5b에 도시된 바와 같이 다른 제2단위모듈(100')을 적층하고 또 다른 밀봉부재(20)를 다른 제2단위모듈(100')에 구비되는 집전체(140)의 테두리를 둘러싸도록 배치한다. 이후, 프레스 공정을 통하여 두 개의 제2단위모듈(100')을 압착하여 줌으로서 두 개의 제2단위모듈(100') 및 밀봉부재(20)가 서로 밀착될 수 있도록 한다.
이와 같은 과정을 반복하여 상기 복수 개의 제2단위모듈(100')을 일정 개수 적층하고 매 적층시마다 밀착하중을 가해 밀착시켜 정해진 일정 수의 제2단위모듈(100') 및 밀봉부재(20)를 순차적으로 적층하여 일체화시킨 후(도 5c참조), 최하부에 배치된 상기 고정프레임(80)을 제거하게 되면 제2분할집합체(12)가 완성된다(도 5d 참조).
여기서, 상기 제1분할집합체(11) 및 제3분할집합체(13) 역시, 도 5a 내지 도 5d와 동일한 작업을 통하여 구성되며, 다만 제1분할집합체(11)의 경우 상기 제2분할집합체(12)와 비교할 때 최하층에 제3단위모듈(100")이 배치되며, 제3분할집합체(13)이 경우 상기 제2분할집합체(12)와 비교할 때 최상층에 제1단위모듈(100)이 배치되는 것만 상이하고 다른 부분은 모두 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 본 발명에 따른 초고용량 커패시터는 축전집합체(10)를 복수 개의 분할집합체(11,12,13)로 나누어 복수 개로 구성하고, 복수 개의 분할집합체(11,12,13)를 한 번에 적층하여 최종적으로 밀착시켜 축전집합체(10)를 구성함으로써 반복적인 프레싱 공정에 의해 최하층에 배치되는 단위모듈(100,100')에 가해지는 프레싱 작업의 수행횟수를 비약적으로 줄일 수 있게 된다.
상기 축전집합체(10)를 완성하는 단계는 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 복수 개의 단위모듈(100,100',100")이 일정 수 적층되어 구성된 복수 개의 분할집합체(11,12,13)를 상부 플레이트(30a) 및 하부 플레이트(30b) 사이에 순차적으로 배치한 후 연결빔(50)을 통하여 복수 개의 분할집합체(11,12,13)와 상,하부 플레이트(30a,30b)를 일체화함으로써 최종 완성품인 초고용량 커패시터(1)를 완성하게 된다.
여기서, 상기 하부 플레이트(30b)의 상부에는 상기 제1분할집합체(11)가 적층되고, 상기 제1분할집합체(11)의 상부측에는 복수 개의 제2분할집합체(12)가 적층되며, 최상부에 적층되는 제2분할집합체(12)의 상부측에는 상기 제3분할집합체(13)가 적층된 후 상부 플레이트(30a)가 그 상부에 적층된다(도 6b 참조).
이를 통해, 축전집합체(10)는 집전체(140), 제1활물질층(120), 분리막(110), 제2활물질층(130), 집전체(140), 제1활물질층(120), 분리막(110), 제2활물질층(130) 및 집전체(140)가 순차적으로 적층된 형태로 구현된다(도 7참조).
이와 같이 본 발명에 따른 초고용량 커패시터(1)는 수십에서 수백층의 단위모듈이 적층되어 하나의 축전집합체(10)를 구성하는 과정에서 사용되는 전체 단위모듈(100,100',100")의 개수를 일정 개수씩 나눠 각각의 분할집합체(11,12,13)를 형성한 후 복수 개의 분할집합체(11,12,13)를 최종적으로 적층하여 하나의 축전집합체(10)를 구성하게 된다.
이로 인해, 각각의 단위모듈(100,100',100")을 적층하는 과정에서 각각의 단위모듈(100,100',100")을 압착하기 위한 프레싱 공정이 반복적으로 수행된다 하더라도 하나의 분할집합체(11,12,13)의 최하부 측에 배치되는 단위모듈(100,100')에 가해지는 프레싱 공정의 수행횟수가 일정한 횟수를 초과하지 않도록 제한된다.
이를 통해, 하나의 축전집합체를 구성하기 위하여 소요되는 복수 개의 단위모듈(100,100',100")을 하부 플레이트(30b)로부터 순차적으로 모두 적층하고 단위모듈(100,100',100")의 매 적층시 또는 각 부재들의 적층시마다 밀착을 위한 프레스 공정을 가하여 축전조립체를 완성하던 종래에 비하여 중간단계로서 분할집합체(11,12,13)를 구성하여 최하부측에 배치되는 단위모듈(100,100')에 가해지는 전체 프레싱 공정의 횟수를 분산할 수 있게 된다.
이로 인해, 축전집합체(10)의 최하부측에 배치되는 단위모듈(100,100')에 가해지는 프레싱 공정의 전체 횟수 및 압하력의 누적량을 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 상부 플레이트(30a) 및 하부 플레이트(30b) 중 어느 하나에는 일단이 고정된 복수 개의 연결빔(50)이 테두리를 따라 이격배치된다(도 6a 참조).
이하에서는 설명의 편의상 상기 연결빔(50)의 하부단이 하부 플레이트(30b)에 고정되고 연결빔(50)의 상부단이 상부 플레이트(30a)를 통과한 후 고정너트(52)와 체결되는 것을 설명하기로 한다.
여기서, 상기 연결빔(50)은 세라믹, 절연처리가 된 금속 및 내화학성이 확보된 고분자 등의 재질로 형성될 수 있으며, 상기 밀봉부재(20)에 구비되는 체결공(22)을 통과함으로써 하부단은 상기 하부 플레이트(30b)에 고정되고 상부단은 상기 상부 플레이트(30a)에 고정된다.
이로 인해, 상기 복수 개의 분할집합체(11,12,13)는 상기 연결빔(50)을 통해 일체화되어 축전집합체(10)를 구성하게 되며, 상기 축전집합체(10) 및 상,하부 플레이트(30a,30b)는 상기 연결빔(50)을 통해 일체화됨으로써 상기 축전집합체(10)를 내부에 수용하는 케이스의 역할을 수행하게 된다.
여기서, 상부 플레이트(30a)는 축전집합체(10)의 양극이 최외곽으로 배치되어 있는 상면에 밀착되며, 하부 플레이트(30b)는 축전집합체(10)의 음극이 최외곽으로 배치되어 있는 하면에 밀착된다. 더불어, 상기 축전집합체(10)의 양극 및 음극은 상기 상,하부 플레이트(30a,30b)에 각각 반대로 접하도록 배치될 수도 있다.
이때, 상기 축전집합체(10)의 상,하부 측에 배치되는 상,하부 플레이트(30a,30b)는 상기 밀봉부재(20) 및 집전체(140)를 합한 면적과 동일하거나 더 넓은 면적을 갖도록 구비됨으로써 상기 연결빔(50)을 통한 고정시 상,하부 플레이트(30a,30b)가 축전집합체(10)의 측부에 배치되는 밀봉부재(20)를 압착할 수 있도록 한다.
이에 따라, 상기 밀봉부재(20)가 복수 개로 구비되어 수직방향으로 적층되더라도 상기 상,하부 플레이트(30a,30b)에 의해 압착됨으로써 연결부위를 통해 전해액이 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 축전집합체(10)의 최상부면과 상부 플레이트(30a) 사이, 상기 축전집합체(10)의 최하부면과 하부 플레이트(30b) 사이에는 서로 대응되는 한 쌍의 전극판(60a,60b)이 배치되는 단계를 포함할 수 있다(도 6a 및 도 6c참조).
이러한 한 쌍의 전극판(60a,60b)은 상기 축전집합체(10)의 측부에 배치되는 밀봉부재(20)의 외측으로 일부가 노출되도록 상기 전극판(60a,60b)으로부터 외측으로 돌출됨으로써 돌출단자(62a,62b)로 구현된다.
여기서, 상기 한 쌍의 전극판(60a,60b) 중 어느 하나는 음극단자의 역할을 수행하며 나머지는 양극단자의 역할을 수행한다.
이때, 전극판(60a,60b)과 상,하부 플레이트(30a,30b) 사이에 전기적인 단락을 방지하기 위한 절연층(70a,70b)을 배치하는 단계를 포함할 수 있다(도 6a 및 도 6c참조). 여기서, 상기 절연층(70a,70b)은 상기 축전집합체(10)의 측부에 배치되는 밀봉부재(20)와 동일한 재질로 이루어져 전기적인 단락을 방지하고, 상기 전해액이 전극판(60a,60b)과 상,하부 플레이트(30a,30b) 사이의 틈새를 통해 누설되는 것을 방지할 수도 있다.
또한, 상기 상,하부 플레이트(30a,30b)와 축전집합체(10)의 사이에는 상기 축전집합체(10)의 중앙부가 상,하부 플레이트(30a,30b) 측으로 볼록하게 휘어지는 것을 방지하는 압하력보상부재(40)를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 밀봉부재(20)의 둘레방향을 따라 배치되는 연결빔(50)을 통해 상기 밀봉부재(20) 및 상,하부 플레이트(30a,30b)를 고정하는 경우, 상기 연결빔(50)이 축전집합체(10)의 테두리측에 배치됨에 따라 상기 축전집합체(10)의 중앙부는 체결력에 의한 압하력이 작은 반면에 테두리측, 달리 말하면 외곽측은 상대적으로 큰 압하력이 발생한다(도 9참조). 이는, 상기 축전집합체(10)를 전해액에 함침하게 되면 전해액의 함침으로 인한 부피팽창을 통해 더욱 심하게 발생한다.
도 9b에서 중앙영역은 압하력이 상대적으로 가장 작은 영역을 나타내며, 상기 중앙영역에 비하여 색상이 진해질수록 압하력이 상대적으로 크게 작용하는 것을 의미한다.
즉, 위치별 압하력의 차이로 인하여 상기 축전집합체(10)는 중앙부가 볼록하게 변형되는 팽이현상이 발생하게 된다. 이로 인해, 축전집합체(10)를 구성하기 위하여 적층된 각 층이 함께 휘어지게 되므로 상,하 전극간 거리의 불균형이 발생하여 성능을 저하시키는 요인이 된다.
이를 방지하기 위하여 위치별 압하력의 차이에 기인하여 발생되는 축전집합체(10)의 변형을 방지할 수 있도록 상기 상,하부 플레이트의 중앙영역에 상기 압하력보상부재(40)를 배치한다.
이를 통해, 상대적으로 압하력이 작게 발생하는 축전집합체(10)의 중앙부에 상기 압하력보상부재(40)를 배치하여 축전집합체(10)의 중앙부에 압하력을 보상하여 축전집합체(10)의 중앙부와 외곽부와의 편차를 줄여줌으로써 축전집합체(10)의 중앙부가 볼록하게 휘어지는 팽이현상을 방지할 수 있도록 한다.
이를 통해, 상기 축전집합체(10)를 구성하는 상,하 전극간 거리의 불균형을 최소화시켜 줌으로써 전체적인 성능을 높여줄 수 있게 된다.
이러한 압하력보상부재(40)는 원형단면 또는 사각단면을 포함하는 다각단면 및 이들이 조합된 형태의 단면을 갖도록 구비될 수 있다. 일례로, 상기 압하력보상부재(40)는 도 10에 도시된 바와 같이 일정면적과 높이를 갖는 원기둥, 다각기둥 또는 이들이 조합된 형태로 구비될 수 있다.
이때, 상기 압하력보상부재(40)는 상기 상,하부 플레이트(30a,30b)의 중심점을 포함한 중앙영역에 배치되며, 상기 절연층(70)과 전극판(60a,60b) 사이에 배치될 수 있다.
더불어, 상기 압하력보상부재(40)는 상기 축전집합체(10)에 구비되는 활물질층(120,130)의 단면적보다 좁은 단면적을 갖도록 구비됨으로써 상기 압하력보상부재(40)를 통해 제공되는 압하력의 증가로 인해 상기 활물질층(120,130)의 테두리측이 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있도록 한다.
이와 같은 압하력보상부재(40)는 도 10a 및 도 10c에 도시된 바와 같이 전체적으로 동일한 높이 또는 두께를 갖도록 구비될 수도 있지만, 도 10b 및 도 10d에 도시된 바와 같이 중심점을 기준으로 외곽으로 갈수록 낮은 높이를 갖도록 구비될 수 있다.
여기서, 상기 압하력보상부재(40)는 상기 절연층(70a,70b)과 접하는 일면은 수평면을 갖도록 구비되며, 상기 전극판(60a,60b)과 접하는 일면측이 중심점을 기준으로 외측으로 갈수록 단면적이 서서히 작아질 수 있도록 곡면으로 형성된다.
이는, 상대적으로 압하력이 제일 작은 중앙부 측에 상대적으로 가장 큰 압하력을 보상하여 줌으로써 전체적으로 균일한 압하력이 제공될 수 있도록 하기 위함이다.
이와 같이 상기 상부 플레이트(30a) 또는 하부 플레이트(30a)와 축전집합체(10)의 사이에 전극판(60a,60b), 압하력보상부재(40) 및 절연층(70a,70b)이 배치되는 경우, 상기 하부 플레이트(30b)의 상부측에 절연층(70b), 압하력보상부재(40) 및 전극판(60b)을 순차적으로 적층한 상태에서(도 6a참조) 상기 제1분할집합체(11), 제2분할집합체(12) 및 제3분할집합체(13)를 다시 순차적으로 적층하고(도 6b 참조), 상기 제3분할집합체(13)의 상부측에 다시 전극판(60a), 압하력보상부재(40) 및 절연층(70a)을 적층한 후 상부 플레이트(30a)를 배치함으로써(도 6c참조) 최종적인 조립을 완성하게 된다(도 6d참조).
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 초고용량 커패시터 10 : 축전집합체
11 : 제1분할집합체 12 : 제2분할집합체
13 : 제3분할집합체 20 : 밀봉부재
22 : 체결공 30a : 상부 플레이트
30b : 하부 플레이트 40 : 압하력보상부재
50 : 연결빔 60a,60b : 전극판
62a,62b : 돌출단자 70a,70b : 절연층
80 : 고정프레임 81 : 베이스플레이트
82 : 지지봉 100 : 제1단위모듈
100' : 제2단위모듈 100" : 제3단위모듈
110 : 분리막 112 : 부직포층
114 : 나노섬유웹층 120 : 제1활물질층
122 : 간극 130 : 제2활물질층
132 : 간극 140 : 집전체

Claims (14)

  1. 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일면에 활물질층이 적층되는 복수 개의 단위모듈을 준비하는 단계;
    상기 복수 개의 단위모듈 중 어느 하나를 배치하고, 배치된 단위모듈의 집전체의 테두리를 둘러싸도록 밀봉부재를 배치한 후 상기 복수 개의 단위모듈 중 다른 하나를 적층하는 과정을 반복적으로 수행하여 복수 개의 분할집합체를 구성하는 단계; 및
    상부 플레이트 및 하부 플레이트 중 어느 하나에 일단이 고정된 연결빔을 상부 플레이트 및 하부플레이트 중 어느 하나의 테두리를 따라 이격배치한 상태에서 상기 연결빔을 매개로 상기 상부 플레이트 및 하부플레이트 사이에 상기 복수 개의 분할집합체를 순차적으로 적층시켜 축전집합체를 완성하는 단계;를 포함하는 초고용량 커패시터 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 단위모듈은 집전체의 일면에 활물질층이 적층되는 제1단위모듈과, 집전체의 양면에 한 쌍의 활물질층이 각각 적층되고 상기 한 쌍의 활물질층 중 어느 하나의 일면에 분리막이 적층되는 제2단위모듈과, 집전체의 일면에 활물질층 및 분리막이 순차적으로 적층되는 제3단위모듈을 포함하는 초고용량 커패시터 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1단위모듈은 상기 축전집합체에서 최상부층을 구성하고, 상기 제3단위모듈은 상기 축전집합체에서 최하부층을 구성하며, 상기 제2단위모듈은 상기 축전집합체의 최상부층과 최하부층에 배치되는 복수 개의 중간층을 구성하는 초고용량 커패시터 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제3단위모듈의 활물질층은 제1활물질층이고, 상기 제1단위모듈의 활물질층은 제2활물질층이며, 상기 제2단위모듈에서 한 쌍의 활물질층은 제1활물질층과 제2활물질층인 초고용량 커패시터 제조방법.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 분할집합체는 상기 제3단위모듈의 상부에 일정 수의 제2단위모듈이 순차적으로 적층된 제1분할집합체와, 일정 수의 제2단위모듈이 순차적으로 적층된 제2분할집합체 및 상기 제3단위모듈의 하부에 일정 수의 제2단위모듈이 순차적으로 적층된 제3분할집합체를 포함하는 초고용량 커패시터 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 사이에는 상기 제1분할집합체의 상부에 복수 개의 제2분할집합체가 순차적으로 적층되고, 순차적으로 적층된 제2분할집합체의 최상부측에 상기 제3분할집합체가 적층되어 축전집합체를 형성하는 초고용량 커패시터 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 각각의 분할집합체는 하나의 단위모듈 상부에 다른 하나의 단위모듈을 적층한 후 인접하는 밀봉부재를 밀착하기 위한 프레싱공정이 각각 수행되는 초고용량 커패시터 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제1분할집합체, 제2분할집합체 및 제3분할집합체가 순차적으로 적층된 후 적층된 분할집합체 사이를 밀착하기 위한 프레싱공정이 수행되는 초고용량 커패시터 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 밀봉부재는 내측 테두리가 서로 대면하는 한 쌍의 집전체 사이에 일정길이 돌출되도록 배치되어 상기 한 쌍의 집전체 사이의 개방된 측부를 밀봉하는 초고용량 커패시터 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 축전집합체의 최상부면과 상부 플레이트 사이, 상기 축전집합체의 최하부면과 하부 플레이트 사이에 서로 대응되는 한 쌍의 전극판을 각각 배치하고,
    상기 전극판과 상,하부 플레이트 사이에 상기 전극판의 일면을 덮는 절연층을 각각 배치하는 단계를 포함하는 초고용량 커패시터 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 절연층과 전극판 사이에는 상기 축전집합체의 중앙부가 압하력에 의해 상기 상,하부 플레이트 측으로 볼록하게 휘어지는 것을 방지하기 위한 압하력보상부재를 배치하는 단계를 포함하는 초고용량 커패시터 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 활물질층은 두 개의 부재로 구비되고, 상기 두 개의 부재는 기포가 배출되는 통로를 형성하도록 집전체의 일면에 서로 일정간격 이격배치되는 초고용량 커패시터 제조방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 분할집합체는 상기 밀봉부재의 테두리 측에 높이방향을 따라 관통형성된 복수 개의 체결공에 상기 연결빔이 삽입되어 상기 하부 플레이트의 상부측에서의 적층위치가 고정되는 초고용량 커패시터 제조방법.
  14. 제 1항에 있어서,
    베이스플레이트와 상기 베이스플레이트의 테두리 측에 상부로 일정길이 연장되는 복수 개의 지지봉으로 구성되는 고정프레임을 포함하고,
    상기 복수 개의 단위모듈은 상기 지지봉 측에 밀봉부재의 체결공이 삽입되도록 순차적으로 적층하고 프레싱을 통하여 각 단위모듈을 밀착한 후 상기 고정프레임으로부터 분리됨으로써 개별적인 분할조립체로 형성되는 초고용량 커패시터 제조방법.
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