KR20030087316A - Coin-Type Electric Double Layer Capacitor and Method of Fabrication the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 코인형 전기이중층 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 케이스와 분극성 전극을 중심이 일치시킨 상태에서 레이저 용접하여 단위셀을 구성하고, 이러한 단위셀 사이에 고정부재를 개재하여 레이저 용접함으로써 전기적 성능이 우수하고, 물리적으로 그리고 전기적으로 안정되게 결합된 코인형 전기이중층 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a coin-type electric double layer capacitor and a method for manufacturing the same, and more particularly, a unit cell is formed by laser welding in a state where the metal case and the polarizable electrode are aligned with each other, and a fixing member is provided between the unit cells. The present invention relates to a coin-type electric double layer capacitor having excellent electrical performance by physically and electrically stable by laser welding, and a method of manufacturing the same.
최근에 전자기기, 가전제품 및 산업기기 등의 발전과 더불어 전자부품이 고급화, 소형화 및 경량화되고 있으며 이에 따라 전자부품의 다양화에 따른 부품의 다기능화도 요구되고 있다. 그 한가지의 예로써 2차 전지와 커패시터의 기능을 합친 것으로 서로 다른 계면에 형성된 전기이중층에서 발생하는 정전하 현상을 이용한 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor)의 사용이 날로 증가하고 있다.Recently, with the development of electronic devices, home appliances, and industrial equipment, electronic components are becoming more advanced, smaller, and lighter, and accordingly, there is also a demand for multifunctional components due to the diversification of electronic components. One example is the combination of the functions of a secondary battery and a capacitor, the use of electric double layer capacitor (Electric Double Layer Capacitor) using the electrostatic charge phenomenon occurring in the electric double layer formed at different interfaces is increasing day by day.
전기이중층 커패시터는 전지와는 달리 화학반응을 수반하지 않기 때문에, 충전 및 방전 동작의 반복으로 인한 열화가 매우 작다. 따라서, 전기이중층 커패시터는 보수가 필요 없는 소자로서 주로 기억소자용 백업 전원 등으로 광범위하게 사용된다.Since electric double layer capacitors do not involve chemical reactions unlike batteries, deterioration due to repeated charge and discharge operations is very small. Therefore, the electric double layer capacitor is a maintenance-free device and is widely used as a backup power supply for a memory device.
이러한 전기이중층 커패시터는 액체상태 또는 고체상태의 전해액이 함침된 양극 및 음극의 두 전극(분극성 전극)과, 이러한 두 전극 사이의 이온(ion) 전도만 가능케 하고 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 세퍼레이터(separator)와, 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락방지를 위한 가스킷(gasket), 그리고 이들을 포장하는 양극 및 음극 금속 케이스로 구성되어진 단위셀 2~6개를 직렬로 적층하고 양극과 음극의 두 단자(terminal)를 조합하여 완성된다.Such an electric double layer capacitor is capable of conducting only two electrodes (polarizable electrodes) of an anode and a cathode impregnated with a liquid or solid electrolyte, and ion conduction between the two electrodes, and a porous material for insulation and short circuit prevention. 2 ~ 6 unit cells consisting of a separator, a gasket to prevent leakage of electrolyte solution, insulation and short circuit prevention, and a cathode and cathode metal case for packaging them are stacked in series. This is accomplished by combining two terminals.
전기이중층 커패시터의 단위셀은 다양한 형상을 가질 수 있는데, 도 1에 보인 바와 같이 원반 형상의 플레이트(2)(2')와 이로부터 연장되어 형성된 원통형의 측벽(3)(3')을 갖는 양극 및 음극 금속 케이스(4)(4')의 내부 면, 즉 플레이트(2)(2')의 내부 면에 양극 및 음극 분극성 전극(5)(5')이 고정 결합되고, 두 전극(5)(5') 사이에는 이온 전도 및 절연 등을 위한 세퍼레이터(6)가 개재(介在)되며, 양극 및 음극 구성요소 간의 절연 및 단락을 방지하고 전극(5)(5')에 함침된 전해액의 누액 방지 등을 위한 가스킷(7)을 내장한 상태에서 압착시켜 형성한 코인(coin) 형상의 단위셀(1)이 있다. 이러한 단위셀(1)을 통상 2~6개 적층하고 양극 및 음극 단자를 결합시킨 다음 절연성 피복재로 코팅하여 코인형 전기이중층 커패시터를 완성한다.The unit cell of the electric double layer capacitor may have various shapes. An anode having a disk-shaped plate 2 (2 ') and a cylindrical sidewall (3) (3') extending therefrom as shown in FIG. And the anode and cathode polarizable electrodes 5 and 5 'are fixedly coupled to an inner surface of the cathode metal case 4 and 4', that is, to an inner surface of the plate 2 and 2 ', and the two electrodes 5 Between the 5 ', a separator 6 for ion conduction, insulation, and the like is interposed, to prevent insulation and short circuit between the anode and cathode components, and to prevent the electrolyte solution impregnated in the electrodes 5, 5'. There is a coin-shaped unit cell 1 formed by crimping in a state where a gasket 7 for preventing leakage is incorporated. Typically, two to six unit cells 1 are stacked, the positive and negative terminals are combined, and then coated with an insulating coating material to complete a coin type electric double layer capacitor.
이와 같이 금속 케이스(4)(4') 내부에 분극성 전극(5)(5')을 결합함으로써 단위셀(1)의 외부로부터 금속 케이스(4)(4')로 전달되는 전기에너지가 분극성전극(5)(5')에까지 전달된다. 이에 따라, 이들 두 구성요소 간에는 전기전도도가 우수하여야 하고, 완전 결합되어야 한다. 완전 결합이 되지 않을 경우 전기이중층 커패시터의 정전용량, 내부저항 및 누설전류 등의 전기적 성능이 저하된다. 아울러, 금속 케이스(4)(4')의 중심과 분극성 전극(5)(5')의 중심이 일치되어야 하며, 중심이 일치하지 않을 경우에도 전기이중층 커패시터의 전기적인 성능이 저하된다.In this way, by coupling the polarizable electrodes 5 and 5 'inside the metal cases 4 and 4', electrical energy transferred from the outside of the unit cell 1 to the metal cases 4 and 4 'is separated. It is transmitted to the polarity electrodes 5 and 5 '. Accordingly, the electrical conductivity between these two components must be excellent and fully combined. If not fully coupled, electrical performance such as capacitance, internal resistance, and leakage current of the electric double layer capacitor is degraded. In addition, the centers of the metal cases 4 and 4 'and the centers of the polarizable electrodes 5 and 5' must be coincident with each other, and even when the centers are not coincident, the electrical performance of the electric double layer capacitor is degraded.
종래, 이러한 코인형 전기이중층 커패시터의 단위셀(1)을 구성함에 있어서, 금속 케이스(4)(4')에 결합되는 분극성 전극(5)(5')은 분말 활성탄 전극물질을 고체상태의 시트로 제조하거나 금속 집전체 상에 분말 활성탄 슬러리를 고착시켜 제조하였으며 또는 섬유상의 활성탄 시트로 제조하여 금속 케이스(4)(4') 내부에 접착제를 사용하거나 용접하는 방법으로 고정 결합하였다.Conventionally, in constructing the unit cell 1 of such a coin-type electric double layer capacitor, the polarizable electrodes 5 and 5 'coupled to the metal cases 4 and 4' have a powdered activated carbon electrode material in a solid state. It was prepared by sheeting or by adhering a powdered activated carbon slurry onto a metal current collector, or made of fibrous activated carbon sheet and fixedly bonded to the metal case 4, 4 'by using an adhesive or welding.
예를 들면, 도 2a에 보인 바와 같이 분말 활성탄, 바인더, 전도성 첨가제 등을 혼합한 전극활성물질을 고체상태의 시트로 제조하여 이를 원판 형상으로 재단한 분극성 전극(5)(5')을 금속 케이스(4)(4')의 내부, 즉 플레이트(2)(2')의 내부 면에 카본 페이스트 또는 도전성 폴리머 등의 액상 도전성 접착제(8)를 도포하고 가압 접착하여 고정 결합하였다. 그러나, 이와 같이 접착제(8)를 사용한 결합방법은 생산성이 낮고, 건조 공정이 추가되어 공정이 복잡해지는 단점이 있다. 특히, 고온 건조 후 급냉에 의하거나 외부의 충격에 의하여 접착된 분극성 전극(5)(5')이 금속 케이스(4)(4')와 쉽게 분리되는 결합불량의 문제점이 발생하였다. 또한, 분극성 전극(5)(5')의 외경이 금속 케이스(4)(4')의 내경보다 통상 작게 형성되어지는 바, 이에 따라 접착제(8)의 표면장력에 의하여 분극성 전극(5)(5')이 한쪽으로흘러가는 현상, 즉 편심 현상의 가능성이 높아 금속 케이스(4)(4')의 중심과 분극성 전극(5)(5')의 중심이 일치하지 않는 경우가 있어 전기적인 성능이 저하되는 문제점이 있다.For example, as shown in FIG. 2A, the polarizable electrodes 5 and 5 'made of a sheet of a solid state made of an electrode active material mixed with powdered activated carbon, a binder, a conductive additive, and the like are cut into a disk shape. Liquid conductive adhesives 8, such as carbon paste or conductive polymers, were applied to the insides of the cases 4 and 4 ', that is, the inner surfaces of the plates 2 and 2', and were pressed and fixed. However, the bonding method using the adhesive 8 as described above has a disadvantage in that the productivity is low, and the drying process is added and the process is complicated. In particular, there has been a problem of poor coupling between the polarized electrodes 5, 5 'adhered to the metal case 4, 4' by rapid cooling after external drying or by external impact. In addition, since the outer diameter of the polarizable electrodes 5 and 5 'is usually smaller than the inner diameter of the metal cases 4 and 4', the polarizable electrodes 5 are formed by the surface tension of the adhesive 8. (5 ') flows to one side, that is, the possibility of eccentricity is high, and the center of the metal case 4 (4') and the center of the polarizable electrodes 5 (5 ') may not coincide. There is a problem that the electrical performance is degraded.
또한, 종래 기술의 다른 구성을 도 2b를 참조하여 설명하면 분극성 전극(5)(5')을 구성함에 있어서, 알루미늄 포일(foil) 형태의 금속 집전체(5a) 상에 분말 활성탄 슬러리(5b)를 코팅시킨 다음 건조 및 롤링(rolling) 압착 공정을 수행하여 분극성 전극(5)(5')을 제조하거나, 섬유 활성탄 시트(5b)의 표면에 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 또는 티탄(Ti) 등의 금속(5a)을 플라즈마 용사하여 제조하였다. 도 2b에서 금속 케이스(4)(4')에 용접 결합되는 금속 집전체와 금속을 도면 부호 5a로 동일하게 표시하였으며, 이들의 표면에 고착된 분말 활성탄 슬러리와 섬유 활성탄 시트를 도면 부호 5b로 표시하였다. 종래 이와 같이 제조된 분극성 전극(5)(5')을 원반 형상으로 재단하여 (+)용접단자(9a)와 (-)용접단자(9b)를 이용하여 금속 케이스(4)(4')에 스팟 용접(spot welding)하여 결합하였다. 그러나 스팟 용접은 기계적 압력과 전류를 인가하여 발생한 저항열로 압력부위를 접합하는 방식이어서 이에 따른 충격에 의해 전극(5)(5')이 쉽게 손상되고 전기적인 성능이 저하되는 문제점이 있다. 즉, 스팟 용접은 도 2b에 보인 바와 같이 그 용접단자를 금속 케이스(4)(4')와 분극성 전극(5)(5')에 접지시켜야 하기 때문에 분극성 전극(5)(5')에 접지된 용접단자(9a)의 쇼크에 의해 전극(5)(5')이 손상된다.In addition, another configuration of the prior art will be described with reference to FIG. 2B. In the configuration of the polarizable electrodes 5 and 5 ′, the powdered activated carbon slurry 5b is formed on the metal current collector 5a in the form of an aluminum foil. ), Followed by drying and rolling compression to produce polarized electrodes 5 (5 '), or aluminum (Al), nickel (Ni) or titanium on the surface of fibrous activated carbon sheet 5b. Metals 5a such as (Ti) were prepared by plasma spraying. In FIG. 2B, the metal current collector and the metal welded to the metal cases 4 and 4 ′ are identically denoted by reference numeral 5a, and the powdered activated carbon slurry and the fibrous activated carbon sheet fixed to the surfaces thereof are denoted by 5b. It was. The polarized electrodes 5 and 5 'manufactured as described above are cut into a disc shape, and the metal cases 4 and 4' are formed using the positive welding terminal 9a and the negative welding terminal 9b. Were joined by spot welding. However, the spot welding is a method of joining the pressure portion by the resistance heat generated by applying mechanical pressure and current, so that the electrodes 5, 5 'are easily damaged by the impact and the electrical performance is deteriorated. That is, in the spot welding, as shown in FIG. 2B, the welding terminal must be grounded to the metal cases 4, 4 ′ and the polarizable electrodes 5, 5 ′, and thus the polarizable electrodes 5, 5 ′. The electrodes 5 and 5 'are damaged by the shock of the welding terminal 9a grounded at the ground.
아울러, 상기 섬유상 활성탄 시트의 분극성 전극(5)(5')은 소재 자체가 고가이며, 금속물을 용사하여 부착하는 방법을 적용함에 따라 금속물 용사 공정이 추가되어 공정이 복잡하고, 금속물 용사 관련설비가 고가인 문제점도 있다.In addition, the polarizable electrodes 5 and 5 'of the fibrous activated carbon sheet are expensive in themselves, and as the method of spraying and attaching metal materials is applied, a metal spraying process is added, and the process is complicated. There is a problem that the thermal spraying equipment is expensive.
또한, 종래에는 위와 같이 구성한 코인형 단위셀(1) 2~6개를 직렬로 적층하여 단위셀(1) 간을 결합함에 있어서도 양극 금속 케이스(4)와 음극 금속 케이스(4')에 용접단자(9a)(9b)를 각각 접지시킨 후 스팟 용접하여 결합함에 따라 분극성 전극(5)(5')의 손상과 번거로운 공정상의 문제점이 있었다.Also, conventionally, two to six coin-type unit cells (1) constructed as described above are stacked in series to weld the terminals to the anode metal case 4 and the cathode metal case 4 'even when the unit cells 1 are coupled together. Grounding (9a) and (9b), respectively, after spot welding, the polarizing electrodes 5 and 5 'were damaged and troublesome in process.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 접착제를 사용하거나 스팟 용접의 결합 방법에 따른 문제점을 해결하여 단위셀을 구성하는 구성요소 및 단위셀 간을 중심을 일치되게 견고히 결합시킴으로써 우수한 결합력과 전기적 성능을 가지는 코인형 전기이중층 커패시터 및 그 제조방법을 제공하려는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to solve the problems according to the conventional bonding method or the method of bonding the spot welding to match the center between the components and unit cells constituting the unit cell The purpose of the present invention is to provide a coin type electric double layer capacitor and a method of manufacturing the same, which have excellent coupling force and electrical performance by being firmly coupled.
특히, 본 발명은 분극성 전극이 손상되거나 편심 현상이 없도록 금속 집전체에 견고히 결합시킴으로써 우수한 전기적 성능을 가지는 코인형 전기이중층 커패시터 및 그 제조방법을 제공하려는 것이다.In particular, the present invention is to provide a coin-type electric double layer capacitor having excellent electrical performance by firmly coupled to a metal current collector so that the polarizable electrode is not damaged or eccentric phenomenon, and a method of manufacturing the same.
상기 본 발명의 목적은 원반 형상의 플레이트와 이로부터 연장되어 형성된 원통형의 측벽을 갖는 양극 및 음극 금속 케이스와, 상기 금속 케이스 내부에 고정 결합되는 양극 및 음극 분극성 전극과, 이온 전도 및 절연을 위하여 분극성 전극 사이에 적층된 세퍼레이터와, 절연 및 단락을 방지하고 전극에 함침된 전해액의 누액 방지를 위하여 내장된 가스킷으로 구성한 단위셀을 2~6개 적층하여 단자를 결합시키고 절연성 피복재로 피복한 코인형 전기이중층 커패시터에 있어서,The object of the present invention is a positive and negative metal case having a disk-shaped plate and a cylindrical side wall extending therefrom, an anode and a cathode polarizable electrode fixedly coupled to the inside of the metal case, for ion conduction and insulation The separator is laminated between polarized electrodes and two to six unit cells consisting of a built-in gasket to prevent insulation and short-circuit and to prevent leakage of electrolyte impregnated in the electrode. In doll electric double layer capacitor,
상기 단위셀을 구성하는 금속 케이스와 분극성 전극을 중심을 일치시킨 상태에서 레이저 용접하여 단위셀을 구성하고, 이와 같은 단위셀 간은 그 사이에 고정부재를 개재하여 레이저 용접함으로써 달성된다.The metal case constituting the unit cell and the polarizable electrode are laser-welded in a state where the center of the unit cell is aligned to form a unit cell, and such unit cells are achieved by laser welding through a fixing member therebetween.
도 1은 종래의 코인형 전기이중층 커패시터의 단위셀을 보인 일부 절개 단면 사시도.1 is a partial cross-sectional perspective view showing a unit cell of a conventional coin-type electric double layer capacitor.
도 2a는 종래 기술의 코인형 전기이중층 커패시터의 단위셀의 구성 과정을 보인 사시도.Figure 2a is a perspective view showing the configuration of the unit cell of the coin-type electric double layer capacitor of the prior art.
도 2b는 종래 기술의 다른 전기이중층 커패시터의 단위셀의 구성 과정을 보인 단면도.Figure 2b is a cross-sectional view showing the configuration of the unit cell of another electric double layer capacitor of the prior art.
도 3은 본 발명에 따른 코인형 전기이중층 커패시터의 단면도.3 is a cross-sectional view of a coin-type electric double layer capacitor according to the present invention.
도 4는 본 발명에 적용되는 분극성 전극의 바람직한 실시 예를 보인 단면도.Figure 4 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of the polarizable electrode applied to the present invention.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 코인형 전기이중층 커패시터의 제조방법을 설명하기 위한 구성 단면도.5A to 5C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a coin-type electric double layer capacitor according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10,10': 분극성 전극12,12': 금속 집전체10,10 ': polarizable electrode 12,12': metal current collector
12a: 요홈부14,14': 분말 활성탄 슬러리12a: recess 14, 14 ': powdered activated carbon slurry
20,20': 금속 케이스21,21': 플레이트20,20 ': Metal case 21,21': Plate
22,22': 측벽30: 세퍼레이터22, 22 ': side wall 30: separator
40: 가스킷50: 단위셀40: gasket 50: unit cell
60: 고정부재61: 기판60: fixing member 61: substrate
62: 결합부70,70': 단자62: coupling part 70, 70 ': terminal
80: 피복재R: 레이저 빔80: coating material R: laser beam
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 코인형 전기이중층 커패시터의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 적용되는 분극성 전극의 바람직한 실시예를 나타낸 단면도이며, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 코인형 전기이중층 커패시터의 제조방법을 설명하기 위한 구성 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a coin-type electric double layer capacitor according to the present invention, Figure 4 is a cross-sectional view showing a preferred embodiment of the polarizable electrode applied to the present invention, Figures 5a to 5c is a coin-type electric double layer according to the present invention It is a sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of a capacitor.
도 3에 보인 바와 같이 본 발명은 원반 형상의 플레이트(21)(21')와 이로부터 연장되어 형성된 원통형의 측벽(22)(22')을 갖는 금속 케이스(20)(20')의 내부 면에 분극성 전극(10)(10')을 중심을 일치시킨 상태에서 레이저 용접하여 단위셀(50)을 구성하고, 상기 단위셀(50)을 2~6개 적층하여 결합시키되 단위셀(50)의 사이에는 원반 형상의 기판(61)과 이로부터 연장되어 형성된 원통형의 결합부(62)를 가지는 고정부재(60)를 개재하고 금속 케이스(20)(20')와 고정부재(60)를 레이저 용접하여 결합시킨 코인형 전기이중층 커패시터 및 그 제조방법을 제공한다.As shown in FIG. 3, the present invention provides an inner surface of a metal case 20, 20 ′ having a disk-shaped plate 21, 21 ′ and a cylindrical sidewall 22, 22 ′ extending therefrom. The unit cells 50 are formed by laser welding the polarizable electrodes 10, 10 ′ at the center thereof, and two to six unit cells 50 are stacked and bonded, but the unit cells 50 are bonded to each other. The metal case 20, 20 'and the fixing member 60 are interposed between the fixing member 60 having a disk-shaped substrate 61 and a cylindrical coupling portion 62 extending therefrom. Provided are a coin type electric double layer capacitor bonded by welding and a method of manufacturing the same.
또한, 상부 단위셀(50)의 양극 금속 케이스(20)에는 양극 단자(70)가 그리고 하부 단위셀(50)의 음극 금속 케이스(20')에는 음극 단자(70')가 각각 레이저 용접되어 있으며, 이러한 두 개의 단위셀(50)의 외부 둘레에는 절연성 피복재(80)가 피복되어 있다.In addition, a cathode terminal 70 is laser-welded to the anode metal case 20 of the upper unit cell 50 and a cathode terminal 70 'to the cathode metal case 20' of the lower unit cell 50, respectively. Insulating cover material 80 is coated on the outer circumference of the two unit cells 50.
아울러, 상기 단위셀(50)에는 양극 분극성 전극(10)과 음극 분극성 전극(10')의 이온 전도만 가능케 하고 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 세퍼레이터(30)와, 양극 구성요소(10)(20)와 음극 구성요소(10')(20')의 절연 및 단락을 방지하고 분극성 전극(10)(10')에 함침된 전해액의 누액 방지를 위한 플라스틱 재질의 가스킷(40)이 내장되어 있다.In addition, the unit cell 50 allows only the ion conduction of the positive electrode polarizable electrode 10 and the negative electrode polarizable electrode 10 ′, and the separator 30 made of a porous material to prevent insulation and short-circuit, and an anode component ( 10) Gasket 40 made of plastic material to prevent insulation and short-circuit between the cathode components 10 'and 20' and to prevent leakage of the electrolyte solution impregnated in the polarizable electrodes 10 and 10 '. It is built.
도 3에서는 두 개의 단위셀(50)이 적층되어 이루어진 코인형 전기이중층 커패시터를 보이고 있으나, 본 발명에 따라서는 3개 이상 다수의 단위셀(50)을 적층하여 구성할 수 있다.3 illustrates a coin type electric double layer capacitor in which two unit cells 50 are stacked, but according to the present invention, three or more unit cells 50 may be stacked.
따라서, 본 발명은 금속 케이스(20)(20')와 분극성 전극(10)(10')을 중심을 일치시킨 상태에서 레이저 용접하여 단위셀(50)을 구성하고, 이와 같은 단위셀(50) 간을 결합하기 위해 고정부재(60)를 더 포함한 구조로 하여 단위셀(50)과 고정부재(60)를 레이저 용접하며, 그리고 단위셀(50)의 상하부 면에는 단자(70)(70')를 레이저 용접하여 결합함으로써 커패시터를 이루는 구성요소 간을 물리적으로 그리고 전기적으로 안정되게 결합한 것임에 특징이 있다.Therefore, in the present invention, the unit cells 50 are formed by laser welding in the state where the metal cases 20, 20 'and the polarizable electrodes 10, 10' are aligned with each other, and the unit cells 50 are formed. The unit cell 50 and the fixing member 60 are laser-welded to have a structure including the fixing member 60 to couple between the terminals, and the terminals 70 and 70 'are disposed on upper and lower surfaces of the unit cell 50. ) By laser welding to combine the components constituting the capacitor physically and electrically stably.
상기 분극성 전극(10)(10')은 포일(foil) 형태의 금속 집전체(12)(12') 상에 분말 활성탄 슬러리(14)(14')를 코팅한 다음 고착시켜 제조한 것이다. 즉, 분극성 전극(10)(10')은 분말 활성탄에 바인더 및 도전성 첨가제 등을 혼합한 분말 활성탄 슬러리(14)(14')를 금속 집전체(12)(12')에 롤 코터(roll coater) 또는 나이프 코터(knife coater) 등을 사용하여 코팅하고, 건조시킨 다음 가열된 롤(heatingroll)을 사용하여 압착 공정을 수행한 후 전해액에 함침시킨 것이다. 이 때, 바람직하게는 상기 분극성 전극(10)(10')을 구성하는 금속 집전체(12)(12')는 도 4에 보인 바와 같이, 분말 활성탄 슬러리(14)(14')가 고착된 면에 에칭(etching) 또는 피팅(pitting)시켜 형성된 다수의 요홈부(12a)가 마련된 에칭 포일(etching foil)을 사용한다. 이러한 에칭 포일은 그 요홈부(12a)에 의해 분말 활성탄 슬러리(14)(14')와 금속 집전체(12)(12')의 접촉면적을 크게 하여 두 구성요소 간의 전기 전도도를 향상시키고, 롤링 압착 공정이 수행되면 두 구성요소를 더욱 견고하게 결합시킨다. 아울러, 분극성 전극(10)(10')의 단위 체적 당 전극활성물질인 분말 활성탄 슬러리(14)(14')가 많이 충전되어 동일 정전용량을 부여함에 있어 단위셀(50)을 슬림(slim)화 할 수 있다.The polarizable electrodes 10 and 10 'are manufactured by coating and then bonding powdered activated carbon slurries 14 and 14' onto a foil-shaped metal current collector 12 and 12 '. That is, the polarizable electrodes 10 and 10 'are coated with powdered activated carbon slurries 14 and 14' mixed with powdered activated carbon and binders and conductive additives to the metal current collectors 12 and 12 '. It is coated using a coater or a knife coater, etc., dried and then impregnated with an electrolyte after performing a pressing process using a heating roll. At this time, preferably, as shown in FIG. 4, the metal current collectors 12 and 12 'constituting the polarizable electrodes 10 and 10' are adhered to the powdered activated carbon slurry 14 and 14 '. An etching foil provided with a plurality of grooves 12a formed by etching or fitting on the surface is used. These etching foils increase the contact area of the powdered activated carbon slurry 14, 14 ′ and the metal current collector 12, 12 ′ by their recesses 12a to improve the electrical conductivity between the two components, and rolling. When the compression process is performed, the two components are combined more firmly. In addition, the powdered activated carbon slurry 14, 14 ′, which is an electrode active material per unit volume of the polarizable electrodes 10, 10 ′, is filled in a large amount to slim the unit cell 50. I can make it.
상기 고정부재(60)는 그 재질이 이에 레이저 용접하여 결합되는 금속 케이스(20)(20')와 동일한 재질로 성형하여 결합시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 동일 재질의 금속-금속 접촉이 이루어져 전기전도도가 우수해지며, 레이저 용접에 의한 결합력도 우수해진다. 이러한 고정부재(60) 및 금속 케이스(20)(20')의 재질로는 SUS합금, Al, Ni, Ta 또는 Ti 등의 금속을 사용할 수 있다. 또한, 고정부재(60)를 성형함에 있어서는 그 원통형 결합부(62)의 내경이 상기 음극 금속 케이스(20')의 원통형 측벽(22')의 외경과 동일하게 한다. 이에 따라, 결합부(62)와 측벽(22')이 서로 밀착되어 결합력과 접촉면적이 커지고, 고정부재(60)의 내부에 끼워지는 단위셀(50)은 고정부재(60)와 자연적으로 중심이 일치된다.It is preferable that the fixing member 60 is formed of the same material as that of the metal cases 20 and 20 'which are combined by laser welding. As a result, metal-to-metal contact of the same material is made, and electrical conductivity is excellent, and bonding force by laser welding is also excellent. As the material of the fixing member 60 and the metal cases 20 and 20 ', a metal such as SUS alloy, Al, Ni, Ta, or Ti may be used. In forming the fixing member 60, the inner diameter of the cylindrical coupling portion 62 is the same as the outer diameter of the cylindrical side wall 22 'of the cathode metal case 20'. Accordingly, the coupling part 62 and the side wall 22 ′ are in close contact with each other to increase the coupling force and the contact area, and the unit cell 50 fitted into the fixing member 60 is naturally centered with the fixing member 60. Is matched.
또한, 금속 집전체(12)(12')도 금속 케이스(20)(20')와 동일한 재질로 된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이 역시 동일 재질에 의한 접촉이 이루어지게 함으로써 우수한 전기적 성능과 결합력을 도모할 수 있다.In addition, it is preferable to use the metal collectors 12 and 12 'made of the same material as the metal cases 20 and 20'. This also makes it possible to achieve excellent electrical performance and bonding force by making contact by the same material.
통상, 금속 집전체(12)(12')의 재질로는 알루미늄이 많이 사용되고 금속 케이스(20)(20')의 재질로는 SUS304, SUS316 등의 SUS합금이 많이 사용되고 있는 데, 위와 같이 금속 집전체(12)(12')의 재질로는 알루미늄을 사용하고 금속 케이스(20)(20')는 SUS합금을 사용할 경우에는 상기 금속 케이스(20)(20')의 내부 면에 알루미늄을 코팅하여 사용할 수 있다. 이는 금속 케이스(20)(20')와 금속 집전체(12)(12')의 용접 시 자연 금속 전위차가 형성되는 것을 방지하여 결합력을 향상시킬 수 있다.In general, aluminum is used as a material for the metal current collectors 12 and 12 ', and SUS alloys such as SUS304 and SUS316 are used as the material for the metal cases 20 and 20'. Aluminum is used as the material of the entire 12, 12 ', and the metal cases 20 and 20' are coated with aluminum on the inner surfaces of the metal cases 20 and 20 'when SUS alloy is used. Can be used. This prevents the formation of a natural metal potential difference when welding the metal cases 20 and 20 'and the metal current collector 12 and 12', thereby improving the bonding force.
이상과 같은 본 발명을 제조하는 과정을 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 5a to 5c the process of manufacturing the present invention as described above are as follows.
도 5a에 보인 바와 같이 양극 금속 케이스(20)의 내부 면에 양극 분극성 전극(10)을 위치시키되 상호간 중심이 일치되게 한 다음 금속 케이스(20) 외부에서 레이저 빔(R)을 주사(走射)한다. 이에 따라, 금속 케이스(20)의 플레이트(21) 내부 면과 분극성 전극(10)의 금속 집전체(12)가 결합되어 양극 구성요소(10)(20)가 완성된다. 또한, 음극 금속 케이스(20')에 음극 분극성 전극(10')을 위와 동일하게 결합시켜 음극 구성요소(10')(20')를 완성한다. 이와 같은 레이저 용접은 종래의 스팟 용접과 같은 전기적인 쇼크가 발생되지 않고, 열 영향 범위가 좁아 분극성 전극(10)(10')이 손상되지 않은 상태로 금속 케이스(20)(20')와 분극성 전극(10)(10')을 견고하게 결합되게 한다.As shown in FIG. 5A, the anode polarizable electrodes 10 are positioned on the inner surface of the anode metal case 20 so that the centers thereof coincide with each other, and then the laser beam R is scanned outside the metal case 20. )do. Accordingly, the inner surface of the plate 21 of the metal case 20 and the metal current collector 12 of the polarizable electrode 10 are combined to complete the anode components 10 and 20. In addition, the cathode polarization electrode 10 'is coupled to the cathode metal case 20' in the same manner as above to complete the cathode components 10 'and 20'. Such laser welding does not generate electric shock as in the conventional spot welding, and the thermal influence range is narrow, so that the polarized electrodes 10 and 10 'are not damaged and the metal cases 20 and 20' are not damaged. The polarizable electrodes 10 and 10 'are firmly coupled.
후속하여, 도 5b에 보인 바와 같이 상기 양극 분극성 전극(10)과 음극 분극성 전극(10')의 사이에 세퍼레이터(30)를 개재하고, 분극성 전극(10)(10')에 전해액을 함침한다. 그리고 음극 금속 케이스(20')의 내부 둘레에 가스킷(40)을 넣고, 양극과 음극 금속 케이스(20)(20')를 중심이 일치되게 하여 컬링(curling)시키면 가스킷(40)이 내장된 단위셀(50)이 구성된다.Subsequently, as shown in FIG. 5B, an electrolyte solution is applied to the polarizable electrodes 10 and 10 ′ through a separator 30 between the positive and negative polarizable electrodes 10 and 10 ′. Impregnate And when the gasket 40 is placed around the inner side of the cathode metal case 20 'and the anode and the cathode metal case 20 and 20' are aligned to curl, the unit is equipped with the gasket 40. Cell 50 is configured.
위와 같이 구성한 단위셀(50)의 상부 면 즉, 양극 금속 케이스(20)의 외부 면에 도 5b에 보인 바와 같이 고정부재(60)를 위치시키고 고정부재(60)의 내측에서 기판(61)에 레이저 빔(R)을 주사한다. 이 때 고정부재(60)의 중심과 단위셀(50)의 중심이 일치되도록 한다.As shown in FIG. 5B, the fixing member 60 is positioned on the upper surface of the unit cell 50 configured as described above, that is, the outer surface of the anode metal case 20, and the substrate 61 is disposed on the substrate 61 inside the fixing member 60. The laser beam R is scanned. At this time, the center of the fixing member 60 and the center of the unit cell 50 to be matched.
또한, 도 5c에 보인 바와 같이 또 하나의 단위셀(50)을 고정부재(60)의 내부에 끼우고 고정부재(60)의 결합부(62) 외부에서 레이저 빔(R)을 주사하여 음극 금속 케이스(20')의 측벽(22')과 결합부(62)를 용접한다. 이 때에는 전술한 바와 같이 결합부(62)의 내경과 측벽(22')의 외경이 동일하므로 끼워 맞춤에 의해 자연적으로 중심이 일치되어져 결합된다.In addition, as shown in FIG. 5C, another unit cell 50 is inserted into the fixing member 60 and the laser beam R is scanned outside the coupling part 62 of the fixing member 60 to form the cathode metal. The side wall 22 'and the coupling portion 62 of the case 20' are welded. At this time, as described above, since the inner diameter of the coupling portion 62 and the outer diameter of the side wall 22 'are the same, the centers are naturally matched to each other by fitting.
상기 각 단계에서 레이저 용접에 의한 용접점의 수는 단위셀(50)의 직경에 따라 다수 개를 갖게 할 수 있으나, 본 발명자들의 실험적 고찰에 따르면 직경 8 ~ 15mm의 단위셀(50)의 경우에는 용접점이 2개일 경우에도 우수한 결합력을 가졌다.In each step, the number of welding spots by laser welding may have a large number depending on the diameter of the unit cell 50. According to experimental considerations of the present inventors, in the case of the unit cell 50 having a diameter of 8 to 15 mm Even when there were two welding points, it had excellent bonding force.
계속하여, 도 5c에 보인 바와 같이 상부 단위셀(50)의 양극 금속 케이스(20)에는 양극 단자(70)를 그리고 하부 단위셀(50)의 음극 금속 케이스(20')에는 음극 단자(70')를 레이저 용접한다. 그리고 상하부 단위셀(50)의 외부 둘레에 절연성피복재(80)를 피복하면 도 3에 보인 바와 같은 두 개의 단위셀(50)이 적층된 코인형 전기이중층 커패시터가 완성된다.Subsequently, as shown in FIG. 5C, the positive electrode terminal 70 is disposed on the positive electrode metal case 20 of the upper unit cell 50, and the negative electrode terminal 70 'is disposed on the negative electrode metal case 20' of the lower unit cell 50. ) Laser weld. When the insulating coating 80 is coated on the outer circumference of the upper and lower unit cells 50, a coin type electric double layer capacitor in which two unit cells 50 are stacked as shown in FIG. 3 is completed.
따라서, 본 발명은 단위셀(50)을 구성하는 구성요소 및 단위셀(50) 간이 레이저 용접됨으로써 편심 현상이나 공정의 복잡함이 없이 견고히 결합되고, 특히 종래의 스팟 용접과 같은 분극성 전극(10)(10')의 손상이 없어 전기적 성능이 우수하고, 물리적으로 그리고 전기적으로 안정되게 결합된 코인형 전기이중층 커패시터를 제공한다.Therefore, according to the present invention, the components constituting the unit cell 50 and the unit cell 50 are laser welded firmly without eccentricity or complexity of the process, and in particular, a polarizable electrode 10 such as a conventional spot welding. There is no damage to (10 ') to provide a coin type electrical double layer capacitor that has excellent electrical performance and is physically and electrically stable coupled.
또한, 본 발명은 분극성 전극(10)(10')을 이루는 금속 집전체(12)(12'), 금속 케이스(20)(20') 그리고 고정부재(60)를 동일 재질로 하여 레이저 용접하고, 상기 금속 집전체(12)(12')는 에칭 포일을 사용함으로써 우수한 결합력과 전기적 성능을 발휘한다.In addition, the present invention is a laser welding using the metal current collector 12, 12 ', the metal case 20, 20' and the fixing member 60 of the polarizable electrodes 10 and 10 'as the same material. In addition, the metal current collectors 12 and 12 'exhibit excellent bonding strength and electrical performance by using an etching foil.
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