KR20180115482A - 집전체 구조 및 이를 포함하는 슈퍼 캐패시터 - Google Patents

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Abstract

실시예에 따른 전극 물질이 배치된 집전체 구조는, 제1 박막층; 상기 제1 박막층의 상면에 적층되는 제2 박막층; 상기 제2 박막층의 상면에 적층되는 제3 박막층;을 포함하고, 상기 전극 물질은 상기 제1 박막층의 하면 및 상기 제3 박막층의 상면에 배치되고, 상기 제2 박막층의 열팽창계수는 제1 박막층 및 상기 제3 박막층의 열팽창계수 보다 낮을 수 있다.

Description

집전체 구조 및 이를 포함하는 슈퍼 캐패시터{CURRENT COLLECTOR STRUCTURE AND A SUPER CAPACITOR INCLUDING THE SAME}
본 발명은 집전체 구조 및 이를 포함하는 슈퍼 캐패시터에 관한 것이다.
슈퍼 캐패시터(super capacitor)는 고성능 전기 저장 장치 또는 대용량 축전지를 의미한다. 상기 슈퍼 캐패시터는 화학반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온의 이동이나 표면화학반응에 의한 충전현상을 이용한다. 이에 따라 상기 슈퍼 캐패시터는 급속 방충전이 가능하고 높은 충방전 효율 및 반영구적인 사이클 수명 특성으로 보조 배터리나 배터리 대체용으로 사용된다.
상기 슈퍼 캐패시터는 1995년 일본, 러시아, 미국 등에서 상용화되기 시작하여 소형에서 대형에 이르기까지 그 응용분야가 다양하게 확대되고 있다. 상기 슈퍼 캐패시터는 최근 들어 신재생에너지의 획기적 증가와 더불어 주요 에너지 저장장치로 각광받고 있다.
예를 들어, 상기 슈퍼 캐패시터는 전기 자동차의 배터리를 보완하거나 대체할 수 있다. 상기 슈퍼 캐패시터는 일반적인 2차 전지에 비해 에너지 밀도는 낮으나 순간적인 고출력이 가능하다. 이에 따라 상기 슈퍼 캐패시터는 상기 전기 자동차의 시동 및 급가속 등 순간적으로 높은 출력이 필요할때 활용될 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 슈퍼 캐패시터의 전극의 박리 현상을 도시한다.
도 1의 (a)를 참고하면, 종래 기술의 슈퍼 캐패시터(100)의 집전체(101)는 고순도 알루미늄의 표면적을 증가시켜 전극물질(102)과의 접착력을 높이기 위해 알루미늄을 에칭하는 방식으로 제조된다. 상기 알루미늄을 에칭하는 방식으로 제조된 집접체(101)는 고전압에서 상기 집전체(101)의 온도 변화에 따라 전극물질(102)의 박리현상이 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 (b)를 참고하면 에칭된 알루미늄으로 구성된 집전체(101)에 접착된 전극물질(102)은 고전압에서 상기 집전체(101)의 온도 변화에 따라 박리될 수 있다.
실시예는 높은 전기 전도도를 유지하는 동시에 온도의 변화에도 전극이 손상되지 않는 적층형 집전체 구조 및 이를 포함하는 슈퍼 캐패시터를 제공하고자한다.
실시예에 따른 전극 물질이 배치된 집전체 구조는, 제1 박막층; 상기 제1 박막층의 상면에 적층되는 제2 박막층; 및 상기 제2 박막층의 상면에 적층되는 제3 박막층;을 포함하고, 상기 전극 물질은 상기 제1 박막층의 하면 및 상기 제3 박막층의 상면에 배치되고, 상기 제2 박막층의 열팽창계수는 제1 박막층 및 상기 제3 박막층의 열팽창계수 보다 낮을 수 있다.
실시예에 따른 상기 제2 박막층의 열전도도는 제1 박막층 및 상기 제3 박막층의 열전도도 보다 낮을 수 있다.
실싱예에 따른 상기 제1 박막층 및 상기 제3 박막층은 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함하고, 상기 제2 박막층은 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다.
실시에에 따른 상기 제1 박막층 및 상기 제3 박막층의 전기전도도는 상기 제2 박막층의 전기전도도 보다 높을 수 있다.
실시예에 따른 상기 제1 박막층 또는 상기 제2 박막층의 두께 중 하나는 상기 제2 박막층의 두께 보다 작을 수 있다.
실시예에 따른 상기 제2 박막층은 적어도 2개 이상의 박막층일 수 있다.
실싱예에 따른 상기 제1 박막층 및 상기 제3 박막층은 상기 집전체 구조의 상부 또는 하부의 최외곽의 박막층일 수 있다. 실시예에 따른 상기 제1 박막층 및 상기 제3 박막층의 두께의 합은 상기 제2 박막층의 두께보다 클 수 있다.
실시예에 따른 슈퍼 캐패시터는 상술한 집전체 구조와 상기 집전체 구조 상에 배치된 전극 물질을 포함하는 복수의 전극 구조, 상기 전극 구조 사이에 배치된 분리막과 전해질, 및 상기 전극 구조와 분리막, 전해질을 감싸는 소정의 가스켓을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 집전체 구조 및 이를 포함하는 슈퍼 캐패시터는 온도의 변화에도 전극 물질이 손상되지 않는 적층형의 집전체 구조를 제공함으로써, 상기 전극 물질의 내구성을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
실시예에 따른 집전체 구조 및 이를 포함하는 슈퍼 캐패시터는 높은 전기 전도도를 유지하는 동시에 온도의 변화에도 전극 물질이 손상되지 않는 적층형의 집전체 구조를 제공함으로써, 상기 전극 물질의 내구성을 향상시키며 상기 전기 전도도를 유지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
실시예에 따른 집전체 구조 및 이를 포함하는 슈퍼 캐패시터는 높은 전기 전도도를 유지하는 동시에 온도의 변화에도 전극 물질이 손상되지 않는 적층형의 집전체 구조를 제공함으로써, 상기 전극 물질의 전기적 신뢰성을 향상시키며 상기 전기 전도도를 유지할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 슈퍼 캐패시터의 전극 물질의 박리 현상을 도시한다.
도 2는 실시예에 따른 슈퍼 캐패시터의 구조를 도시한다.
도 3은 실시예에 따른 슈퍼 캐패시터의 집전체 구조를 도시한다.
도 4는 실시예에 따른 슈퍼 캐패시터의 집전체 구조의 제조 방법을 도시한다.
이하, 실시 예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이상에서, 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)", “전(앞) 또는 후(뒤)”에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, “상(위) 또는 하(아래)” 및“전(앞) 또는 후(뒤)”는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 실시예에 따른 슈퍼 캐패시터의 구조를 도시한다.
슈퍼 캐패시터는 캐패시터의 성능 중 특히 전기용량의 성능을 중점적으로 강화한 제품으로 충전지와 같은 기능을 갖는다. 따라서, 슈퍼 캐패시터는 축전 용량이 대단히 큰 캐패시터로 '울트라 캐패시터' 또는 '초고용량 캐패시터' 라고 한다. 학술적인 용어로는 기존의 정전기식 또는 전해식과 구별해 전기화학식 커패시터라고 한다.
슈퍼 캐패시터는 이온의 정전기적 흡착과 탈착을 통해 전기를 축적하는 전기 이중층 캐패시터(electric double layer capacitor; EDLC), 산화-환원 반응을 통하여 전기를 축정하는 의사 캐패시터(pseudocapacitor) 그리고 비대칭(asymmetric) 전극 형태를 가지는 하이브리드(hybrid) 캐패시터로 나눌 수 있다.
가장 일반적인 에너지 저장장치인 배터리는 비교적 작은 부피와 중량으로 상당히 많은 에너지를 저장할 수 있고, 여러 용도에서 적당한 출력을 내줄 수 있기 때문에 여러 용도에서 사용되고 있다.
그러나 배터리는 종류에 무관하게 저장특성 및 사이클 수명이 낮은 공통적인 문제점을 가지고 있다. 이는 배터리에 내포되어 있는 화학물질의 자연적인 또는 사용에 따른 열화 현상 때문이며 이에 대한 별다른 대안이 없기 때문에 이러한 배터리의 단점을 수긍하여 쓸 수 밖에 없다.
이에 반해 슈퍼 캐패시터는 화학반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온의　이동이나 표면 화학반응에 의한 충전현상을 이용한다. 이에 따라 급속 충방전이 가능하고, 높은 충방전 효율 및 반영구적인 사이클 수명 특성으로 보조 배터리나 배터리 대체용으로 사용될 수 있는 차세대 에너지 저장장치로 각광받고 있다.
도 2를 참고하면, 실시예에 따른 슈퍼 캐패시터(200)는 각 전극 집전체(202, 205) 상에 각 전극 활물질층(203, 206)을 도포하여 제조된 양극(201)과 음극(204)이 분리막(207)을 사이에 두고 결합되어 있다. 상기 양극(201), 분리막(207), 음극(204)으로 구성된 캐패시터를 다양한 가스켓(208)에 수납한 다음, 여기에 전해액(209)을 주입시켜 최종 캐패시터를 제조하게 된다.
상기 슈퍼 캐패시터(200)에 상기 전극의 양단이 연결된 집전체(202, 205)에 수 볼트의 전압을 가하게 되면, 전기장이 형성되고 이에 따라 전해질 내의 이온들이 이동하여 전극 표면에 흡착되어 전기가 저장되는 전기 화학적 메커니즘의 원리에 의해 전기가 충전되게 된다.
실제 슈퍼 캐패시터의 전극 제작에는 다양한 활물질들이 사용되고 있다, 가장 일반적인 물질로는 활성탄(activated carbon)이 주로 사용되고, 이외에 카본 에어로젤(carbon aerogel) 및 탄소를 기반으로 한 다양한 물질들이 사용되고 있다.
도 3은 실시예에 따른 슈퍼 캐패시터의 집전체 구조를 도시한다.
집전체는 알루미늄 또는 구리 호일을 포함할 수 있다. 상기 집전체의 양면에는 전극 물질이 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 집전체는 양면에 활성탄을 배치하여 전극 물질로 이용할 수 있다. 상기 집전체는 높은 열팽창 계수를 가질 수 있다. 이에 따라 상기 집전체는 온도가 급격히 변화되는 환경에서 상기 전극 물질이 박리되는 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들어, 상기 집전체의 열팽창 계수는 높고 상기 전극 물질의 열팽창 계수는 낮을 경우, 상기 집전체 및 상기 전극 물질간의 열팽창 계수의 차이로 인해 상기 전극 물질이 박리되는 문제점이 발생할 수 있다. 상기 문제점을 해소하기 위해 상기 전극 물질에 바인더를 첨가하여 상기 전극 물질의 열팽창 계수를 증가시킬 경우, 상기 전극 물질의 전기적 특성이 저하되어 슈퍼 캐패시터의 전극으로 적용이 불가할 수 있다.
실시예는 상기 문제점들을 해결하기 위해, 상기 집전체의 열팽창 계수를 상기 전극 물질의 열팽창와 유사하게 조절함으로써, 상기 집전체 및 상기 전극 물질간의 열팽창 계수를 줄여 온도 변화에도 상기 전극 물질이 박리되거나 손상되는 문제점을 해결하고, 또한, 전기적 특성을 유지할 수 있는 집전체 구조를 제공하고자 한다.
도 3의 (a)를 참고하면, 실시예에 따른 집전체 구조(300)는 적층형 구조로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 집전체 구조(300)는 상기 집전체 구조(300)의 열팽창 계수를 상기 전극 물질의 열팽창 계수와 유사하게 하기 위하여 제1 박막층(301), 제2 박막층(302), 제3 박막층(303)이 적층된 구조로 배치될 수 있다.
실시예에 따른 상기 집전체 구조(300)는, 제1 박막층(301), 상기 제1 박막층(301)의 상면에 적층되는 제2 박막층(302), 상기 제2 박막층(302)의 상면에 적층되는 제3 박막층(303)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 박막층(301)의 하면 및 상기 제3 박막층(303)의 상면에는 전극 물질이 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 물질은 상기 제1 박막층(301)의 하면 및 상기 제3 박막층(303)의 상면에 코팅될 수 있다. 상기 제1 박막층(301)의 하면은 상기 제2 박막층(302)과 마주하는 면과 반대되는 면일 수 있다. 또한, 상기 제3 박막층(303)의 상면은 상기 제2 박막층(302)과 마주하는 면과 반대되는 면일 수 있다.
상기 제1 박막층(301) 및 상기 제3 박막층(303)의 전기전도도는 상기 제2 박막층(302)의 전기전도도 보다 높을 수 있다. 상기 제2 박막층(302)의 열팽창계수는 제1 박막층(301) 및 상기 제3 박막층(303)의 열팽창계수 보다 낮을 수 있다. 또한, 상기 제2 박막층(302)의 열전도도는 상기 제1 박막층(301) 또는 상기 제3 박막층(303)의 열전도도 보다 낮을 수 있다.
즉, 실시예에 따른 상기 집전체 구조(300)는 높은 전기전도도를 갖는 동시에 낮은 열팽창계수를 가짐으로써, 높은 전기전도도를 유지하면서 상기 집전체 구조(300)의 내구성을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한, 실시예에 따른 상기 집전체 구조(300)는 높은 전기전도도를 갖는 동시에 낮은 열팽창계수를 가짐으로써, 높은 전기전도도를 유지하면서 상기 집전체 구조(300)의 전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한, 실시예에 따른 상기 집전체 구조(300)는 높은 전기전도도를 갖는 동시에 낮은 열전도도를 가짐으로써, 높은 전기전도도를 유지하면서 전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
예를 들어, 상기 제1 박막층(301) 및 상기 제3 박막층(303)은 동일한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 박막층(303) 및 상기 제3 박막층(303)은 알루미늄 또는 구리를 포함할 수 있다. 상기 제2 박막층(302)은 몰리브덴(Molybdenum; Mo)을 포함할 수 있다.
소량의 바인더가 포함된 EDLC 활성탄 전극 물질, 알루미늄-몰리브덴-알루미늄 적층 집전체, 구리-몰리브덴-구리 적층 집전체, 알루미늄, 구리, 몰리브덴의 물리적 성질은 아래의 표 1과 같을 수 있다.
열확산판 적층형 집전체 구조 Al Cu Mo EDLC활성탄
전극물질
Al/Mo/Al Cu/Mo/Cu
열전도율(W/mK) 150 230 230 401 138 -
전기전도도(S/m) 3.5*107 5.98*107 3.5*107 5.98*107 1.914*107 -
열팽창계수(ppm/℃) 6~10 6~10 23.6 16.7 7 7~10
도 3의 (b)를 참고하면, 상기 집전체 구조(300)는 상기 제1 박막층(301), 상기 제2 박막층(302) 및 상기 제3 박막층(303)를 열 압착(hot pressing) 방식으로 접합하여 적층하는 방식으로 제조될 수 있다. 이때, 상기 집전체 구조(300)의 열팽창 계수는 제2 박막층(302)에 포함되는 몰리브덴의 열팽창 계수와 유사할 수 있다. 이에 따라, 상기 집전체 구조(300)는 상기 제2 박막층(302)에 포함되는 상기 몰리브덴을 통해 열팽창 계수를 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 집전체 구조(300)는 상기 몰리브덴이 포함되는 상기 제2 박막층(302)의 두께를 조절함에 따라 상기 집전체 구조(300)의 열팽창 계수를 조절할 수 있다. 또한, 상기 집전체 구조(300)의 전기전도도는 상기 제1 박막층(301) 및 상기 제3 박막층(302)에 포함되는 알루미늄 또는 구리의 전기전도도와 유사할 수 있다.
상기 집전체 구조(300)는 상기 몰리브덴을 이용하여 상기 집전체 구조(300)의 열팽창계수를 활성탄 전극 물질의 열팽창계수와 유사하게 할 수 있다. 예를 들어, 상기 집전체 구조(300) 및 상기 활성탄 전극 물질의 열팽창계수는 약 7.0ppm/℃일 수 있다. 상기 집전체 구조(300)의 열팽창계수는 상기 제2 박막층(302)에 포함되는 몰리브덴의 두께에 따라 달라질 수 있다.
실시예에 따른 상기 집전체 구조(300)의 두께는 0.095mm일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 박막층(301)의 두께는 0.03mm, 상기 제2 박막층(302)의 두께는 0.035mm, 상기 제3 박막층(303)의 두께는 0,03mm일 수 있다.
다른 실시예에 따라 상기 제1 박막층(301), 상기 제2 박막층(302), 상기 제3 박막층(303)의 재료, 두께는 달라질 수 있다. 실시예에 따른 전극 물질이 배치된 상기 집전체 구조(300)는 슈퍼 캐패시터에 포함될 수 있다.
실시예에 따른 상기 슈퍼 캐패시터는 상술한 집전체 구조(300)와 상기 집전체 구조(300) 상에 배치된 전극 물질을 포함하는 복수의 전극 구조(미도시), 상기 전극 구조 사이에 배치된 분리막과 전해질(미도시), 및 상기 전극 구조와 분리막, 전해질을 감싸는 소정의 가스켓(미도시)을 포함할 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 슈퍼 캐패시터의 집전체 구조의 제조 방법을 도시한다.
실시예에 따른 전극 물질이 배치된 집전체 구조(300)의 제조 방법은 제1 박막층(301), 상기 제1 박막층(301)의 상면에 제2 박막층(302), 상기 제2 박막층(302)의 상면에 제3 박막층(303)을 열 압착(hot pressing) 방식으로 접합하여 상기 집전체 구조(300)를 생성하는 단계(S401), 및 상기 집전체 구조(300)의 양면, 즉, 상기 제1 박막층(301)의 하면 및 상기 제3 박막층(303)의 상면에 상기 전극 물질을 배치하는 단계(S402)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 물질은 상기 제1 박막층(301)의 하면 및 상기 제3 박막층(303)의 상면에 코팅될 수 있다.
이때, 상기 전극 물질은 상기 집전체 구조(300)의 일면에만 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 물질은 상기 제1 박막층(301)의 하면 또는 상기 제3 박막층(303)의 상면 중 하나의 면에만 배치될 수 있다. 이는 당업자가 필요에 따라 변경할 수 있다.
상기 제1 박막층(301) 및 상기 제3 박막층(303)의 전기전도도는 상기 제2 박막층(302)의 전기전도도 보다 높을 수 있다. 상기 제2 박막층(302)의 열팽창계수는 제1 박막층(301) 및 상기 제3 박막층(303)의 열팽창계수 보다 낮을 수 있다.
즉, 실시예에 따른 상기 집전체 구조(300)는 높은 전기전도도를 갖는 동시에 낮은 열팽창계수를 가짐으로써 높은 전기전도도를 유지하면서 상기 집전체 구조(300)의 내구성을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다. 실시예에 따른 전극 물질이 배치된 집전체 구조(300)는 슈퍼 캐패시터에 포함될 수 있다.
실시예에 따른 상기 제1 박막층(301) 및 상기 제3 박막층(303)은 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함하고, 상기 제2 박막층(302)은 몰리브덴(Mo)을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 상기 제2 박막층(302)의 열팽창 계수는 7.0ppm/℃일 수 있다.
실시예에 따른 상기 집전체 구조(300)의 두께는 0.095mm이고, 상기 제1 박막층(301) 및 상기 제3 박막층(303)의 두께는 각각 0.03mm이고, 상기 제2 박막층(302)의 두께는 0.035mm일 수 있다.
상기 집전체 구조(300)의 상기 제1 박막층(301) 및 상기 제3 박막층(303)은 구리를 포함하고, 상기 제2 박막층(302)은 몰리브덴(Mo)을 포함할 경우, 실시예에 따른 상기 집전체 구조(300)의 열전도율은 230W/mK이고, 전기전도도는 5.98*107S/m일 수 있다.
다른 실시예에 따라 상기 제1 박막층(301), 상기 제2 박막층(302), 상기 제3 박막층(303)의 재료, 두께는 달라질 수 있다. 또한, 다른 실시예에 따라 상기 박막층들의 개수는 3개 미만이거나, 3개를 초과할 수 있다. 이때, 최외곽에 배치되는 박막층들의 전기전도도는 중앙층에 배치되는 적어도 하나의 박막층의 전기전도도 보다 높을 수 있다.
또한, 상기 중앙층에 배치되는 적어도 하나의 박막층의 열팽창계수는 상기 최외곽에 배치되는 박막층들의 열팽창계수 보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 전극 물질이 배치되는 복수개의 박막층을 포함하는 집전체 구조(300)는, 최외곽에 배치되는 제1 박막층(301) 및 제3 박막층(303), 상기 제1 박막층(303) 및 상기 제3 박막층(303) 사이에 배치되는 적어도 하나의 박막층을 포함할 수 있다.
상기 전극 물질은 상기 제1 박막층(301)의 외곽면 또는 상기 제3 박막층(303)의 외곽면에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 박막층(301) 및 상기 제3 박막층(303)의 전기전도도는 상기 적어도 하나의 박막층의 전기전도도 보다 높을 수 있다. 또한, 상기 적어도 하나의 박막층의 열팽창계수는 상기 제1 박막층(301) 및 상기 제3 박막층(303)의 열팽창계수 보다 낮을 수 있다.
실시예에서 상기 집전체 구조(300)의 최외곽에 배치되는 적어도 하나의 최외곽층은 전극 물질과 직접 접촉하거나, 접착 물질을 통해 상기 전극 물질과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 상기 적어도 하나의 최외곽층은 전기 전도도가 높아야 전기적 신뢰성을 최대화할 수 있다. 또한, 상기 집전체 구조(300)의 내구성 또는 열변형성을 조절하기 위해, 상기 집전체 구조(300)의 중앙층의 열팽창 계수 또는 두께를 조절하는 것이 효과적인 방법일 수 있다.
따라서, 실시예에 따른 상기 집전체 구조(300)는 높은 전기전도도를 유지하기 위해 상기 집전체 구조(300)의 최외곽층은 전기전도도가 높은 박막을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 상기 집전체 구조(300)의 내구성을 향상시키기 위해 상기 집전체 구조(300)의 중간층은 상기 최외곽층에 접촉되는 전극 물질의 열팽창 계수와 유사한 열팽창 계수를 갖는 박막을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어, 상기 집전체 구조(300)는 상기 전극 물질과 유사한 열팽창 계수를 갖는 상기 중간층의 박막의 두께를 상기 집전체 구조(300)의 상부 또는 하부 최외곽층의 하나의 박막의 두께 보다 크게 형성함으로써, 상기 전극 물질의 열팽창 계수와 상기 집전체 구조(300)의 열팽창 계수를 유사하게 하여 온도 변화에도 불구하고 상기 집전체 구조(300)의 전체적인 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 집전체 구조(300)는 상기 중간층의 박막의 두께를 상기 상부 및 하부 최외곽층의 박막의 두께의 합 보다는 작게 형성함으로써, 상기 전극 물질의 열팽창 계수와 상기 중간층의 박막의 열팽창 계수는 유사하게 하되, 전기 전도도가 낮아지지 않게 하여 전기적 신뢰성까지 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 슈퍼 캐패시터는 온도의 변화에도 전극이 손상되지 않는 적층형 구조의 집전체 구조(300)를 제공함으로써, 상기 집전체 구조(300) 및 상기 전극 물질의 내구성을 향상시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
실시예에 따른 슈퍼 캐패시터는 전기 전도도를 유지하는 동시에 온도의 변화에도 전극 물질이 손상되지 않는 적층형 구조의 집전체 구조(300)를 제공함으로써, 상기 전극 물질의 내구성을 향상시키며 상기 전기 전도도를 유지할 수 있는 기술적 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 전극 물질이 배치된 집전체 구조에 있어서,제1 박막층;
    상기 제1 박막층의 상면에 적층되는 제2 박막층; 및
    상기 제2 박막층의 상면에 적층되는 제3 박막층;을 포함하고,
    상기 전극 물질은 상기 제1 박막층의 하면 및 상기 제3 박막층의 상면에 배치되고,
    상기 제2 박막층의 열팽창계수는 제1 박막층 및 상기 제3 박막층의 열팽창계수 보다 낮은 집전체 구조.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 박막층의 열전도도는 제1 박막층 및 상기 제3 박막층의 열전도도 보다 낮은 집전체 구조.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 박막층 및 상기 제3 박막층은 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 포함하고,
    상기 제2 박막층은 몰리브덴(Mo)을 포함하는 집전체 구조.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 박막층 및 상기 제3 박막층의 전기전도도는 상기 제2 박막층의 전기전도도 보다 높은 집전체 구조.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 박막층 또는 상기 제2 박막층의 두께 중 하나는 상기 제2 박막층의 두께 보다 작은 집전체 구조.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 박막층은 적어도 2개 이상의 박막층인 집전체 구조.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 박막층 및 상기 제3 박막층은 상기 집전체 구조의 상부 또는 하부의 최외곽의 박막층이고,
    상기 제1 박막층 및 상기 제3 박막층의 두께의 합은 상기 제2 박막층의 두께보다 큰 집전체 구조.
  8. 집전체 구조와 상기 집전체 구조 상에 배치된 전극 물질을 포함하는 복수의 전극 구조;
    상기 전극 구조 사이에 배치된 분리막과 전해질; 및
    상기 전극 구조와 분리막, 전해질을 감싸는 소정의 가스켓;을 포함하고,
    상기 집전체 구조는 제1 항 내지 제7 항 중 어느 하나를 포함하는 슈퍼 캐패시터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20110000372A (ko) * 2009-06-26 2011-01-03 삼성전기주식회사 전기 이중층 커패시터용 전극과 그 제조방법, 전기 이중층 커패시터
JP2014080685A (ja) * 2012-09-27 2014-05-08 Toyo Aluminium Kk 導電部材、電極、二次電池、キャパシタ、ならびに、導電部材および電極の製造方法

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