KR20060076680A - Hybrid energy storage device - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 하이브리드 전원 저장 장치는, 양극/격리막/음극으로 구성된 하이브리드 커패시터(수퍼커패시터)용 전극구성물; 상기 하이브리드 커패시터(수퍼커패시터)용 전극구성물과 하나의 용기내부에 함께 조립되며, 양극/격리막/음극으로 구성된 리튬이차전지용 전극구성물; 상기 하이브리드 커패시터(수퍼커패시터)용 전극구성물과 리튬이차전지용 전극구성물의 조립체를 그 내부에 안치하여 보호하는 케이스; 및 상기 하이브리드 커패시터(수퍼커패시터)용 전극구성물과 리튬이차전지용 전극구성물의 조립체가 안치된 케이스 내에 주입되어 각 전극구성물에 함침되는 전해액을 포함한다.Hybrid power storage device according to the present invention, the electrode configuration for a hybrid capacitor (supercapacitor) consisting of a positive electrode / isolation membrane / negative electrode; An electrode component for a lithium secondary battery, assembled together with the electrode component for the hybrid capacitor (supercapacitor) and in one container, and configured as an anode / isolation membrane / cathode; A case for placing and protecting the assembly of the electrode component for the hybrid capacitor (supercapacitor) and the electrode component for the lithium secondary battery therein; And an electrolyte solution injected into the case in which the assembly of the electrode composition for the hybrid capacitor (supercapacitor) and the electrode composition for the lithium secondary battery is placed and embedded in the electrode composition.
이와 같은 본 발명에 의하면, 리튬이차전지와 수퍼커패시터를 하나의 파우치형, 원통형 및 상자형 케이스에 수납함으로써 전체 하이브리드 전원 시스템의 크기를 대폭 축소할 수 있는 장점이 있다. 또한, 수퍼커패시터와 리튬이차전지로 구성되고, 각각의 양극/격리막/음극의 전극 구성물들을 동일한 파우치형, 원통형, 또는 상자형 케이스에 수납하여 제조하므로, 수퍼커패시터와 리튬이차전지가 특성의 저하없이 동시 충방전이 일어나는 효과를 얻을 수 있다. According to the present invention, by storing the lithium secondary battery and the supercapacitor in one pouch type, cylindrical and box-type case there is an advantage that can significantly reduce the size of the entire hybrid power supply system. In addition, the supercapacitor and the lithium secondary battery are composed of a supercapacitor and a lithium secondary battery, and the electrode components of the positive electrode / isolate / cathode are housed in the same pouch type, cylindrical type, or box type case, so that the supercapacitor and the lithium secondary battery have no deterioration in characteristics. Simultaneous charging and discharging can be obtained.
리튬이차전지, 하이브리드, 커패시터Lithium Secondary Battery, Hybrid, Capacitor
Description
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 전원 저장 장치가 파우치형 케이스에 적용된 경우를 보여주는 도면. 1 is a view showing a case where a hybrid power storage device according to the present invention is applied to a pouch type case.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 전원 저장 장치가 원통형 케이스에 적용된 경우를 보여주는 도면. 2 is a view showing a case where the hybrid power storage device according to the present invention is applied to a cylindrical case.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전원 저장 장치가 상자형 케이스에 적용된 경우를 보여주는 도면. 3 is a view showing a case where a hybrid power storage device according to the present invention is applied to a box-shaped case.
도 4는 도 1의 파우치형 하이브리드 전원 저장 장치에서 하이브리드 커패시터를 단독으로 충방전했을 때의 전압 특성을 보여주는 도면.4 is a diagram illustrating voltage characteristics when a hybrid capacitor is charged and discharged alone in the pouch-type hybrid power storage device of FIG. 1.
도 5는 도 1의 파우치형 하이브리드 전원 저장 장치에서 리튬이차전지를 단독으로 충방전했을 때의 전압 특성을 보여주는 도면.FIG. 5 is a view illustrating voltage characteristics when a lithium secondary battery is solely charged and discharged in the pouch-type hybrid power storage device of FIG. 1. FIG.
도 6은 도 1의 파우치형 하이브리드 전원 저장 장치에서 하이브리드 커패시터와 리튬이차전지를 동시에 작동하였을 때의 전압 특성을 보여주는 도면.FIG. 6 is a diagram illustrating voltage characteristics when a hybrid capacitor and a lithium secondary battery are simultaneously operated in the pouch-type hybrid power storage device of FIG. 1. FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
110...하이브리드 커패시터용 전극구성물 110.Electrode Components for Hybrid Capacitors
120...리튬이차전지용 전극구성물120 ... electrode composition for lithium secondary battery
110t...하이브리드 커패시터의 +, - 단자110t ... +,-terminals of hybrid capacitor
120t...리튬이차전지의 +, - 단자120t ... +,-terminals of lithium secondary battery
130,140,150...파우치형, 원통형, 상자형 케이스130,140,150 ... Pouch Type, Cylindrical, Box Case
본 발명은 하이브리드 전원 저장 장치에 관한 것으로서, 특히 리튬이차전지와 수퍼커패시터를 하나의 각형, 원통형 및 파우치형 케이스에 수납함으로써 전체 하이브리드 전원 시스템의 크기를 대폭 축소할 수 있는 하이브리드 전원 저장 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid power storage device, and more particularly, to a hybrid power storage device capable of significantly reducing the size of an entire hybrid power supply system by storing a lithium secondary battery and a supercapacitor in a single rectangular, cylindrical, and pouch type case. .
리튬 이차전지와 수퍼커패시터로 구성된 하이브리드 전원 저장 장치의 사용이 유망한 차세대 IMT-2000 무선 통신은 고속, 고용량 데이터 또는 영상전송으로 인하여 고용량의 동력원이 필요하게 되는데, 기존의 리튬 이차전지만 사용할 경우 사용시간이 대폭 감소하게 될 것으로 예상된다. 이를 극복하기 위한 대안으로, 동력원 간의 퓨전 기술을 이용하여 사용시간 및 사용회수를 증대시킬 수 있다. The next generation of IMT-2000 wireless communication, which is expected to use a hybrid power storage device composed of a lithium secondary battery and a supercapacitor, requires a high capacity power source due to high speed, high capacity data or image transmission, and when using only a lithium secondary battery, the usage time This is expected to decrease significantly. As an alternative to overcome this, it is possible to increase the use time and the number of times using the fusion technology between power sources.
현재 국내에서 사용되고 있는 PCS(Personal Communication Services), DCS (Digital Cellular Services) 등의 휴대전화의 경우, 전류소모 패턴은 크게 대기상태(STAND-BY MODE)와 통화상태(TALK MODE)로 나누어진다. 대기상태에서는 5mA 정도의 저전류 소모 상태인 휴면(SLEEP) 상태와 100mA 정도의 피크전류를 소모하는 상 태가 일정주기로 나누어지고, 통화상태시의 소모전류는 PCS, DCS 시스템 간의 휴대전화 단말기 종류에 의해 차이가 나며 일반적으로는 약 350 mA 정도가 소모된다. 리튬이차전지와 수퍼커패시터를 병렬로 조합한 하이브리드 저장 장치를 휴대전화기의 전원으로 운용할 경우 리튬이차전지만으로 사용할 경우에 비해 장시간의 사용이 가능해 진다. 고율의 통화상태를 수퍼커패시터가 방전하고 저율의 대기상태에서는 리튬이차전지가 방전할 경우 기존의 리튬이차전지만에 비해 약 25% 이상의 사용시간이 길어진다. In the case of mobile phones such as PCS (Personal Communication Services) and DCS (Digital Cellular Services), which are currently used in Korea, the current consumption pattern is divided into STAND-BY MODE and TALL MODE. In the standby state, the sleep state of low current consumption of about 5 mA and the peak current consumption of about 100 mA are divided into a certain period. The current consumption in a call state is determined by the type of cellular phone terminal between PCS and DCS systems. The difference is typically around 350 mA. When a hybrid storage device combining a lithium secondary battery and a supercapacitor in parallel is used as a power source for a mobile phone, it can be used for a longer time than when using a lithium secondary battery alone. When the supercapacitor discharges a high rate call state and the lithium secondary battery discharges in a low rate standby state, the usage time of about 25% or more is longer than that of a conventional lithium secondary battery.
그러나, 기존의 상용 또는 연구단계에 있는 하이브리드 전원 저장 장치에 이용되는 리튬이차전지와 수퍼커패시터는 각각의 독립된 알루미늄(Al) 용기 또는 라미네이트 필름에 의해 수납된 각형, 원통형 또는 파우치 형태로 회로와 각각 연결되어 있어, 리튬이차전지만을 사용하는 경우에 비해 수퍼커패시터가 차지하는 공간만큼이 전체 전원의 에너지 밀도(Wh/kg 또는 Wh/l)를 감소시키는 요인으로 작용할 가능성이 높다. 하이브리드 전원 저장 장치에서의 리튬이차전지는 일반적으로 양극에 LiMOx (M=Co, Ni, Mn 등)을 이용한 전극과 그래파이트(graphite)를 이용한 전극을 격리막을 사이에 두고 배치하고 리튬(Li) 염을 함침시켜 약 4V에서 동작한다. 한편 수퍼커패시터는 활성탄소를 사용한 전극을 격리막을 사이에 두고 4급 암모늄염의 용질과 AcN 또는 PC 계열의 용매를 사용하는 전해액을 함침시킨 전기이중층 커패시터를 사용하고 동작 전압은 약 3V이하로 제한한다. 하이브리드 전원 저장 장치에서 동작전압은 리튬이차전지의 동작전압으로 사용되기 때문에 2개 이상 직렬로 연결된 전기이중층 커패시터의 사용이 불가피하기 때문에 전체 수납공간은 보다 증가하는 단점이 있다. However, lithium secondary batteries and supercapacitors used in existing commercial or research hybrid power storage devices are connected to circuits in the form of square, cylindrical or pouches housed by respective independent aluminum (Al) containers or laminate films. As a result, the space occupied by the supercapacitor is likely to reduce the energy density (Wh / kg or Wh / l) of the entire power supply, compared to the case of using only the lithium secondary battery. Lithium secondary batteries in hybrid power storage devices generally use LiMO x (M = Co, Ni, Mn, etc.) electrodes and graphite (graphite) electrodes with separators interposed therebetween. It operates at about 4V by impregnation. The supercapacitor uses an electric double layer capacitor impregnated with a solute of a quaternary ammonium salt and an electrolyte using an AcN or PC-based solvent with an electrode made of activated carbon between the separators, and the operating voltage is limited to about 3V or less. In the hybrid power storage device, since the operating voltage is used as the operating voltage of the lithium secondary battery, it is inevitable to use two or more series of electric double layer capacitors connected in series.
한편, 최근의 휴대정보기기는 소형화 및 박형화 추세에 있어, 휴대통신기기용 전원 또한 소형화 및 박형화 되어야 한다. 기존의 하이브리드 전원 저장 장치는 각각의 각형, 원통형 및 파우치 형태의 리튬이차전지와 수퍼커패시터로 구성되어 있어, 수납공간의 최소화에는 한계가 있다. On the other hand, in the recent trend of miniaturization and thinning of portable information devices, the power supply for portable communication devices should also be miniaturized and thinned. Conventional hybrid power storage device is composed of a lithium secondary battery and a supercapacitor of each rectangular, cylindrical and pouch form, there is a limit to the minimization of the storage space.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 리튬이차전지와 수퍼커패시터를 하나의 각형, 원통형 및 파우치형 케이스에 수납함으로써 전체 하이브리드 전원 시스템의 크기를 대폭 축소할 수 있는 하이브리드 전원 저장 장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, and a hybrid power storage device capable of significantly reducing the size of an entire hybrid power supply system by storing a lithium secondary battery and a supercapacitor in a single rectangular, cylindrical, and pouch type case is provided. The purpose is to provide.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 하이브리드 전원 저장 장치는, Hybrid power storage device according to the present invention to achieve the above object,
양극/격리막/음극으로 구성된 하이브리드 커패시터(수퍼커패시터)용 전극구성물; Electrode constructions for hybrid capacitors (supercapacitors) consisting of anodes / insulators / cathodes;
상기 하이브리드 커패시터(수퍼커패시터)용 전극구성물과 하나의 용기내부에 함께 조립되며, 양극/격리막/음극으로 구성된 리튬이차전지용 전극구성물;An electrode component for a lithium secondary battery, assembled together with the electrode component for the hybrid capacitor (supercapacitor) and in one container, and configured as a positive electrode, a separator, and a negative electrode;
상기 하이브리드 커패시터(수퍼커패시터)용 전극구성물과 리튬이차전지용 전극구성물의 조립체를 그 내부에 안치하여 보호하는 케이스; 및 A case for placing and protecting the assembly of the electrode component for the hybrid capacitor (supercapacitor) and the electrode component for the lithium secondary battery therein; And
상기 하이브리드 커패시터(수퍼커패시터)용 전극구성물과 리튬이차전지용 전극구성물의 조립체가 안치된 케이스 내에 주입되어 각 전극구성물에 함침되는 전해액을 포함하여 구성된 점에 그 특징이 있다. The electrode component for the hybrid capacitor (supercapacitor) and the assembly of the electrode composition for the lithium secondary battery is characterized in that it comprises an electrolyte that is injected into the case placed in each of the electrode components.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 전원 저장 장치를 나타낸 것으로서, 도 1은 본 발명의 하이브리드 전원 저장 장치가 파우치형 케이스에 적용된 경우를 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 하이브리드 전원 저장 장치가 원통형 케이스에 적용된 경우를 보여주는 도면이며, 도 3은 본 발명의 하이브리드 전원 저장 장치가 상자형 케이스에 적용된 경우를 보여주는 도면이다. 1 to 3 show a hybrid power storage device according to the present invention, Figure 1 is a view showing a case where the hybrid power storage device of the present invention is applied to a pouch-type case, Figure 2 is a hybrid power storage device of the present invention Is a view showing a case applied to the cylindrical case, Figure 3 is a view showing a case where the hybrid power storage device of the present invention is applied to the box-shaped case.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 전원 저장 장치는 양극/격리막/음극으로 구성된 하이브리드 커패시터(수퍼커패시터)용 전극구성물(110)과; 그 하이브리드 커패시터(수퍼커패시터)용 전극구성물(110)과 하나의 용기 내부에 함께 조립되며, 양극/격리막/음극으로 구성된 리튬이차전지용 전극구성물(120)과; 상기 하이브리드 커패시터(수퍼커패시터)용 전극구성물(110)과 리튬이차전지용 전극구성물(120)의 조립체를 그 내부에 안치하여 보호하는 케이스(130) (140)(150); 및 상기 하이브리드 커패시터(수퍼커패시터)용 전극구성물(110)과 리튬이차전지용 전극구성물(120)의 조립체가 안치된 케이스 내에 주입되어 각 전극구성물에 함침되는 전해액을 포함하여 구성된다.1 to 3, a hybrid power storage device according to the present invention includes an
여기서, 상기 하이브리드 커패시터용(수퍼커패시터용) 전극구성물(110)로는 양극에 활성탄소 또는 폴리머를 활물질로 하는 전극과 음극에 활성탄소, 흑연, 금 속(Si, Sn 등), 합금(Si계, Sn계 등) 및 LiMxOy (M=Co, Ni, Mn, Fe, Ti 중 1 종류 이상을 포함)를 활물질로 하는 전극을 포함한다. Here, the
또한, 상기 리튬이차전지용 전극구성물(120)로는 양극에 LiMxOy (M=Co, Ni, Mn, Fe, Ti 중 1개 이상을 포함)를 활물질로 하는 전극과 음극에 흑연, 흑연과의 혼합 탄소계 및 LiMxOy (M=Co, Ni, Mn, Fe, Ti 중 1 종류 이상을 포함)를 활물질로 하는 전극을 포함한다.In addition, the lithium secondary
또한, 상기 전해액은 LiPF6, LiClO4, LiN(CF3SO2)2, LiBF4, LiCF3SO3 및 LiSbF6 중 1종류 이상을 포함하는 용질과 EC(Ethylene Carbonate), DMC(Dimethyl Carbonate), DEC(Dichloroetylene Cabonate)를 포함하는 용매로 구성된다. In addition, the electrolyte solution is a solute containing at least one of LiPF 6 , LiClO 4 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 and LiSbF 6 , EC (Ethylene Carbonate), DMC (Dimethyl Carbonate) It is composed of a solvent containing DEC (Dichloroetylene Cabonate).
그러면, 이상과 같은 구성의 본 발명의 하이브리드 전원 저장 장치에 대하여 각 케이스 형태별로 좀 더 자세히 살펴보기로 한다. Then, the hybrid power storage device of the present invention having the above configuration will be described in more detail for each case type.
먼저 도 1을 참조하면, 이는 파우치형 하이브리드 전원 저장 장치를 나타낸 것으로서, 도 1의 (a)는 내부 구성을 보여주는 부분 절제 사시도이고, 도 1의 (b)는 조립후 완제품의 외관 사시도이다.Referring first to Figure 1, which shows a pouch-type hybrid power storage device, Figure 1 (a) is a partially cutaway perspective view showing the internal configuration, Figure 1 (b) is an external perspective view of the finished product after assembly.
도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면, 하이브리드 커패시터용 전극구성물(110)은 양극에 활성탄소를 사용한 전극과 음극에 흑연(graphite)을 사용한 전극이 격리막을 사이에 두고 배치된다. 그리고, 리튬이차전지용 전극구성물(120)은 양극에 LiMOx (M=Co, Ni, Mn 등)을 사용한 전극과 음극에 흑연을 사용한 전극이 격리막을 사이에 두고 배치된다. Referring to (a) and (b) of FIG. 1, an
이상과 같은 리튬이차전지용 전극구성물(120)과 하이브리드 커패시터용 전극 구성물(110)을 전극면에 수직한 방향으로 적층한 후 특정 용액에 용해시킨 전해액(예를 들면, Li 염)을 함침하고, 라미네이트 필름으로 감싸서 파우치형 케이스(130) 형태로 마무리함으로써 파우치형의 하이브리드 전원 저장 장치의 제조가 완료된다.참조번호 110t는 하이브리드 커패시터용 전극구성물의 양극과 음극의 단자를 나타내고, 120t는 리튬이차전지용 전극구성물의 양극과 음극의 단자를 각각 나타낸다.The lithium secondary
도 2는 원통형 하이브리드 전원 저장 장치를 나타낸 것으로서, 도 2의 (a)는 내부 구성을 보여주는 부분 절제 사시도이고, 도 2의 (b)는 조립후 완제품의 외관 사시도이다.Figure 2 shows a cylindrical hybrid power storage device, Figure 2 (a) is a partially cutaway perspective view showing the internal configuration, Figure 2 (b) is an external perspective view of the finished product after assembly.
도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 하이브리드 커패시터용 전극구성물(110)을 내부측에 권치하고, 바깥 쪽에 리튬이차전지용 전극구성물(120)을 권치한 후, 알루미늄(Al) 원통형 케이스(140)에 삽입한다. 그런 다음, 특정 용액에 용해시킨 전해액(Li 염)을 함침하고 캡을 실링함으로써 원통형 하이브리드 전원 저장 장치의 제조가 완료된다.Referring to (a) and (b) of FIG. 2, after winding the
도 3은 상자형 하이브리드 전원 저장 장치를 나타낸 것으로서, 도 3의 (a)는 내부 구성을 보여주는 부분 절제 사시도이고, 도 3의 (b)는 조립후 완제품의 외관 사시도이다.Figure 3 shows a box-type hybrid power storage device, Figure 3 (a) is a partially cutaway perspective view showing the internal configuration, Figure 3 (b) is an external perspective view of the finished product after assembly.
도 3의 (a) 및 (b)를 참조하면, 리튬이차전지용 전극구성물(120)과 하이브리드 커패시터용 전극구성물(110)을 전극면에 수직한 방향으로 중첩 배치한 후, 알루 미늄 재질의 상자형 케이스(150)에 삽입한다. 그런 후, 특정 용액에 용해시킨 전해액(Li 염)을 함침하여 실링함으로써 상자형 하이브리드 전원 저장 장치의 제조가 완료된다. Referring to (a) and (b) of FIG. 3, after the lithium secondary
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 하이브리드 전원 저장 장치에 있어서, 리튬이차전지의 소형화는 용량의 감소를 가져오므로, 하이브리드 커패시터(수퍼커패시터)의 수납공간을 최소화할 필요가 있다. 최근의 수퍼커패시터는 다양한 비대칭 전극설계를 토대로 단위 셀 당 동작전압이 증가하는 추세에 있다. In the hybrid power storage device according to the present invention having the configuration described above, miniaturization of the lithium secondary battery brings a reduction in capacity, it is necessary to minimize the storage space of the hybrid capacitor (supercapacitor). In recent years, supercapacitors have an increasing operating voltage per unit cell based on various asymmetric electrode designs.
수퍼커패시터 종류 중, 양극에 활성탄소를 이용한 전극과 음극에 흑연(graphite) 전극을 사용하고 리튬(Li)염의 전해액을 사용한 수퍼커패시터(하이브리드 커패시터)는 4.2V 이하에서 충전, 방전이 가능하여 단위 셀로 리튬이차전지와 동일한 전압 구간에서 사용이 가능하므로, 기존의 하이브리드 전원 저장 장치에서 직렬 연결로만 사용된 전기이중층 커패시터를 대체할 수 있다. 또한, 하이브리드 커패시터는 리튬이차전지와 동일한 리튬염을 사용한 전해액의 사용이 가능하므로 하이브리드 커패시터용 전극과 리튬이차전지용 전극을 하나의 파우치형, 원통형 또는 상자형 케이스 내에 수납할 수 있어, 전체 하이브리드 전원 시스템의 크기를 기존에 비해 최대 1/2까지 크기를 축소할 수 있다. 이때 하나의 파우치형, 원통형 또는 상자형 케이스 내에 수납된 리튬이차전지와 하이브리드 커패시터는 각각의 전극 들 사이에 존재하는 리튬염의 전해액에 의해 독립된 충전과 방전이 가능하다. 즉, 리튬이차전지용 전극들 사이에서는 리튬 이온에 의한 인터컬레이션(intercalation)과 디인터컬레이션(deintercalation)이 반복적으로 일어나고, 인접한 하이브리드 커패시터용 전극들 사이에서는 리튬 이온에 의한 인터컬레이션, 디인터컬레이션과 음이온에 의한 활성탄소 표면에서의 흡착과 탈리가 반복적으로 일어난다.Among the types of supercapacitors, supercapacitors (hybrid capacitors) using activated carbon for the anode and graphite electrodes for the cathode and using lithium (Li) salt electrolyte can be charged and discharged at 4.2V or less. Since it can be used in the same voltage range as the lithium secondary battery, it can replace the electric double layer capacitor used only in series connection in the existing hybrid power storage device. In addition, the hybrid capacitor can use an electrolyte solution using the same lithium salt as the lithium secondary battery, so that the electrode for the hybrid capacitor and the electrode for the lithium secondary battery can be accommodated in one pouch-shaped, cylindrical or box-shaped case, and thus the entire hybrid power supply system. You can reduce the size up to 1/2 of the size of the existing. In this case, the lithium secondary battery and the hybrid capacitor housed in one pouch-shaped, cylindrical or box-type case can be independently charged and discharged by an electrolyte of lithium salt existing between each electrode. That is, intercalation and deintercalation by lithium ions occur repeatedly between electrodes for lithium secondary battery, and intercalation and deintercalation by lithium ions between electrodes for adjacent hybrid capacitors. Adsorption and desorption on the surface of activated carbon by culling and anion occur repeatedly.
한편, 도 4는 상기 도 1의 파우치형 하이브리드 전원 저장 장치에서 하이브리드 커패시터를 단독으로 충방전했을 때의 전압 특성을 보여주는 도면이다. 4 is a diagram illustrating voltage characteristics when the hybrid capacitor is charged and discharged alone in the pouch-type hybrid power storage device of FIG. 1.
이때, 양극은 활성탄소, 카본 블랙(carbon black) 및 바인더로 구성되고, 음극은 흑연(graphite), 카본 블랙 및 바인더로 구성하였다. 전해액은 EC와 DMC의 용액과 1M의 LiPF6의 용질로 구성하였다. 하이브리드 커패시터를 충전 후 50mA로 방전하면 3∼4.3V의 전압범위에서 용량의 변화가 나타나고, 방전 용량은 4.7mAh이다. At this time, the positive electrode was composed of activated carbon, carbon black and a binder, the negative electrode was composed of graphite (carbonite), carbon black and a binder. The electrolyte solution consisted of a solution of EC and DMC and a solute of 1M LiPF 6 . When the hybrid capacitor is discharged at 50mA after charging, the capacity change is shown in the voltage range of 3 to 4.3V, and the discharge capacity is 4.7mAh.
도 5는 도 1의 파우치형 하이브리드 전원 저장 장치에서 리튬이차전지를 단독으로 충방전했을 때의 전압 특성을 보여주는 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating voltage characteristics when a lithium secondary battery is solely charged and discharged in the pouch-type hybrid power storage device of FIG. 1.
이때 양극은 LiCoO2, 카본 블랙 및 바인더로 구성되고, 음극은 흑연, 카본 블랙 및 바인더로 구성하였다. 전해액은 EC와 DMC의 용액과 1M의 LiPF6의 용질로 구성하였다. 리튬이차전지를 충전 후 150mA로 방전하면 약 3.7V의 정격전압에서 250mAh의 방전용량이 얻어짐을 알 수 있다. At this time, the positive electrode was composed of LiCoO 2 , carbon black and a binder, the negative electrode was composed of graphite, carbon black and a binder. The electrolyte solution consisted of a solution of EC and DMC and a solute of 1M LiPF 6 . When the lithium secondary battery is discharged to 150 mA after charging, it can be seen that a discharge capacity of 250 mAh is obtained at a rated voltage of about 3.7 V.
도 6은 도 1의 파우치형 하이브리드 전원 저장 장치에서 하이브리드 커패시터와 리튬이차전지를 동시에 작동하였을 때의 전압 특성을 보여주는 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating voltage characteristics when a hybrid capacitor and a lithium secondary battery are simultaneously operated in the pouch-type hybrid power storage device of FIG. 1.
도 6을 참조하면, 리튬이차전지를 충전 후 150mA로 방전하고, 이때 하이브리드 커패시터를 50mA로 충방전을 행하면 리튬이차전지가 250mAh의 방전용량이 얻어질 때, 하이브리드 커패시터는 약 4.7mAh의 충전용량과 방전용량이 연속해서 얻어 짐을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, when the lithium secondary battery is charged and discharged at 150 mA, and the hybrid capacitor is charged and discharged at 50 mA, when the lithium secondary battery obtains a discharge capacity of 250 mAh, the hybrid capacitor has a charge capacity of about 4.7 mAh. It can be seen that the discharge capacity is obtained continuously.
즉, 동일한 파우치로 제조하고, 동일한 전해액을 사용한 하이브리드 커패시터와 리튬이차전지는 동시에 충방전이 일어나고, 단독 사용에 비해 용량의 저하가 일어나지 않음을 알 수 있다. That is, it can be seen that the hybrid capacitor and the lithium secondary battery manufactured with the same pouch and using the same electrolyte solution simultaneously charge and discharge, and do not cause a decrease in capacity compared to the single use.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 전원 저장 장치는 리튬이차전지와 수퍼커패시터를 하나의 파우치형, 원통형 및 상자형 케이스에 수납함으로써 전체 하이브리드 전원 시스템의 크기를 대폭 축소할 수 있는 장점이 있다. As described above, the hybrid power storage device according to the present invention has a merit that the size of the entire hybrid power supply system can be greatly reduced by storing the lithium secondary battery and the supercapacitor in one pouch type, cylindrical type, and box type case. .
또한, 수퍼커패시터와 리튬이차전지로 구성되고, 각각의 양극/격리막/음극의 전극 구성물들을 동일한 파우치형, 원통형, 또는 상자형 케이스에 수납하여 제조하므로, 수퍼커패시터와 리튬이차전지가 특성의 저하없이 동시 충방전이 일어나는 효과를 얻을 수 있다. In addition, the supercapacitor and the lithium secondary battery are composed of a supercapacitor and a lithium secondary battery, and the electrode components of the positive electrode / isolate / cathode are housed in the same pouch type, cylindrical type, or box type case, so that the supercapacitor and the lithium secondary battery have no deterioration in characteristics. Simultaneous charging and discharging can be obtained.
Claims (4)
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| KR1020040115449A KR20060076680A (en) | 2004-12-29 | 2004-12-29 | Hybrid energy storage device |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100834053B1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-06-02 | 한양대학교 산학협력단 | Cathode, and lithium secondary battery and hybrid capacitor comprising same |
| KR100896222B1 (en) * | 2007-06-27 | 2009-05-07 | 주식회사 비츠로셀 | Hybrid battery |
| KR101138524B1 (en) * | 2010-08-26 | 2012-04-25 | 삼성전기주식회사 | Energy storing device |
| KR101138594B1 (en) * | 2010-08-31 | 2012-05-10 | 삼성전기주식회사 | lithium ion capacitor |
| US10003109B2 (en) | 2014-05-08 | 2018-06-19 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Secondary battery |
-
2004
- 2004-12-29 KR KR1020040115449A patent/KR20060076680A/en not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
| KR100834053B1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-06-02 | 한양대학교 산학협력단 | Cathode, and lithium secondary battery and hybrid capacitor comprising same |
| KR100896222B1 (en) * | 2007-06-27 | 2009-05-07 | 주식회사 비츠로셀 | Hybrid battery |
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