KR20190042875A - 전기이중층 캐패시터 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 전기이중층 캐패시터는 제 1 전극, 상기 제 1 전극과 이격되어 배치되는 제 2 전극 및 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하고, 상기 제 1 전극은, 제 1 패턴부를 포함하는 제 1 집전체 및 상기 제 1 집전체 상에 배치되는 제 1 전극합제층을 포함하고, 상기 제 2 전극은 제 2 패턴부를 포함하는 제 2 집전체 및 상기 제 2 집전체 상에 배치되는 제 2 전극합제층을 포함하고, 상기 제 1 패턴부 및 상기 제 2 패턴부는 서로 대응되는 위치에 배치된다.
Description
본 발명은 전기이중층 캐패시터 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전극의 비표면적을 향상시켜 정전 용량 및 에너지 출력 특성이 향상된 전기이중층 캐패시터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
석탄, 석유 및 천연 가스 등과 같은 화석 연료의 고갈 및 환경 오염에 대한 관심이 높아지면서 전기 화학 소자를 이용한 고성능 에너지 저장 기술에 대한 관심이 대두되고 있다.
상기 전기 화학 소자는 리튬이온 이차전지(LIB) 및 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor) 등이 있으며, 상기 리튬이온 이차전지가 적용되기 어려운 고출력 분야에 상기 슈퍼 캐패시터가 주로 이용되고 있다.
상기 슈퍼 캐패시터는 슈도 캐패시터(Psedudo Capacitor), 하이브리드 캐패시터(Hybrid Capacitor) 및 전기이중층 캐패시터(Electic Double Layer Capacitor: EDLC)로 구분될 수 있다.
상기 슈도 캐패시터는 전극 및 전해질 계면에서의 패러데이(Faradaic) 산화 및 환원 반응에 의해 에너지를 저장하는 캐패시터이며, 상기 하이브리드 캐패시터는 고출력 및 고용량 특성을 구현하기 위해 양극과 음극이 서로 다른 비대칭 전극을 이용한 캐패시터이다.
상기 전기이중층 캐패시터(EDLC)는 화학 반응을 이용하는 배터리와 달리 이온의 이동 및 표면화학반응에 의한 충방전 현상을 이용하는 슈퍼 캐패시터이다. 즉, 상기 전기이중층 캐패시터는 전해콘덴서와 이차전지의 특성을 가지고 있어 급속 충전 및 방전이 가능하고 효율이 높아 반영구적으로 사용할 수 있으며, 전체 슈퍼 캐패시터 시장의 80% 이상을 점유하고 있다.
상기 전기이중층 캐패시터의 전체 출력 에너지(E)는 전기용량(C)과 비례하며, 상기 전기용량(C)은 활물질의 표면적(A)과 비례한다. 이에 따라, 상기 전기이중층 캐패시터는 활성탄과 같이 단위질량당 표면적 즉, 비표면적이 큰 탄소 재료를 전극 활물질로 이용한다.
특히, 상기 전기이중층 캐패시터의 전극은 전극집전체 상에 상기 활물질을 포함하는 전극합제층을 배치하여 형성된다.
종래에는 상기 전극합제층의 비표면적을 향상시키기 위해 요철이 형성된 프레스 등으로 상기 전극합제층의 표면을 가압하여 상기 전극합제층 표면에 요철을 형성하였다.
그러나, 상술한 바와 같이 요철이 형성된 프레스로 상기 전극합제층을 가압할 경우, 전극집전체 및 전극합제층 중 적어도 하나가 깨지거나 찢어져 비표면적이 감소하거나 전극으로써 이용할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 상술한 방법으로 양극 및 음극 상에 각각 요철 패턴을 형성하고 상기 양극 및 상기 음극 사이에 분리막을 배치하는 얼라인(Align) 공정을 진행한다. 이때, 상기 양극 및 상기 음극 상에 형성된 전극합제층 일부가 프레스에 의해 손상되어 상기 양극 및 상기 음극을 정확하게 얼라인하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 상기 양극 및 음극 각각에 형성된 패턴들에 의해 상기 분리막이 꺾이며 배치되는 문제점이 있다. 자세하게, 상기 양극 및 음극 각각은 상기 프레스에 형성된 돌출부들 및 상기 돌출부들 사이에 형성된 오목부들을 포함할 수 있다. 이때, 상기 양극 돌출부는 상기 음극 돌출부와, 상기 양극 오목부는 상기 음극 오목부와 각각 대응되는 위치에 배치되며, 상기 분리막은 상기 양극 및 상기 음극 사이에 배치된다. 그러나, 상술한 바와 같이 얼라인(Align)이 제대로 되지 않을 경우, 상기 양극 돌출부는 상기 음극 오목부와 마주보며 배치될 수 있고 이에 따라 상기 분리막이 꺾이며 배치되어 상기 양극 및 상기 음극 사이에 쇼트가 발생되는 문제점이 있다.
또한, 상기 프레스에 형성할 수 있는 요철의 높이, 폭, 두께, 간격 등이 제한적이기 때문에 상기 전극합제층의 비표면적을 향상시키는데 한계가 있는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 새로운 전기이중층 캐패시터가 요구된다.
실시예는 전극의 손상을 최소화할 수 있는 전기이중층 캐패시터 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 전극집전체 상에 보다 미세한 패턴이 형성된 전기이중층 캐패시터 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 양극 및 음극 사이의 얼라인(Align)이 용이하여 양극 및 음극 사이의 쇼트가 발생되는 것을 방지할 수 있는 전기이중층 캐패시터 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 실시예는 양극, 분리막 및 음극을 적층한 적층체를 권취 시 상기 분리막의 신뢰성을 유지할 수 있는 전기이중층 캐패시터 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
즉, 실시예는 전극의 손상을 최소화함과 동시에 비표면적을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 정전 용량 및 에너지 출력 특성이 향상된 전기이중층 캐패시터 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 전기이중층 캐패시터는 제 1 전극, 상기 제 1 전극과 이격되어 배치되는 제 2 전극 및 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하고, 상기 제 1 전극은, 제 1 패턴부를 포함하는 제 1 집전체 및 상기 제 1 집전체 상에 배치되는 제 1 전극합제층을 포함하고, 상기 제 2 전극은 제 2 패턴부를 포함하는 제 2 집전체 및 상기 제 2 집전체 상에 배치되는 제 2 전극합제층을 포함하고, 상기 제 1 패턴부 및 상기 제 2 패턴부는 서로 대응되는 위치에 배치된다.
실시예에 따른 전기이중층 캐패시터는 전극집전체 상에 패턴부가 형성되어 상기 전극집전체 상에 배치되는 전극합제층의 손상을 최소화할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 전기이중층 캐패시터는 상기 전극집전체 상의 상기 패턴부를 식각 공정으로 형성하기 때문에 상기 패턴부의 폭 및 깊이 등을 미세하게 조절할 수 있고, 상기 전극집전체에 균일한 패턴을 형성할 수 있다. 이에 따라, 상기 전극합제층의 비표면적을 향상시킬 수 있다.
또한, 양극 및 음극에 형성되는 패턴부가 서로 대응되는 위치에 배치되기 때문에, 상기 양극 및 상기 음극의 얼라인(Align)을 용이하게 할 수 있으며, 상기 양극 및 상기 음극 사이에 배치되는 분리막이 꺾이지 않고 평평하게 배치될 수 있어 상기 양극 및 상기 음극 사이의 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 양극 및 상기 음극에 각각 형성된 돌출부에 의해 상기 분리막이 지지되기 때문에 상기 분리막을 포함하는 적층체가 권취되는 경우 상기 분리막은 신뢰성을 유지할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 전기이중층 캐패시터는 물리적으로 전극을 가공하지 않아 상기 전극의 손상을 최소화할 수 있고, 전극집전체의 비표면적을 향상시킬 수 있어 정전용량을 향상시킬 수 있으며, 양극과 음극 사이의 전기적 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 전기이중층 캐패시터를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 제 1 전극, 제 2 전극 및 분리막을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 활물질을 확대한 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 결정질 영역(도 3의 A 영역)의 결정 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 제 1 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 단면도이다.
도 6은 제 1 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 평면도이다.
도 7은 제 1 실시예에 따른 전기이중층 캐패시터에서 제 1 전극, 제 2 전극 및 분리막을 확대한 도면이다.
도 8은 제 2 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 도면이다.
도 9는 제 3 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 도면이다.
도 10는 제 4 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 도면이다.
도 11은 실시예들에 따른 전기이중층 캐패시터의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 12는 실시예들에 따른 전기이중층 캐패시터의 제조 방법 중 열처리 및 활성화 처리에 의해 활물질이 형성되는 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 제 1 전극, 제 2 전극 및 분리막을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 활물질을 확대한 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 결정질 영역(도 3의 A 영역)의 결정 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 제 1 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 단면도이다.
도 6은 제 1 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 평면도이다.
도 7은 제 1 실시예에 따른 전기이중층 캐패시터에서 제 1 전극, 제 2 전극 및 분리막을 확대한 도면이다.
도 8은 제 2 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 도면이다.
도 9는 제 3 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 도면이다.
도 10는 제 4 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 도면이다.
도 11은 실시예들에 따른 전기이중층 캐패시터의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 12는 실시예들에 따른 전기이중층 캐패시터의 제조 방법 중 열처리 및 활성화 처리에 의해 활물질이 형성되는 과정을 도시한 도면이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 도면들을 참조하여 제 1 실시예에 따른 전기이중층 캐패시터를 설명한다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 전기이중층 캐패시터(1000)를 개략적으로 도시한 분해 사시도이며, 도 2는 상기 전기이중층 캐패시터(1000)의 제 1 전극(100), 제 2 전극(200) 및 분리막(300)을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 전기이중층 캐패시터(1000)는 제 1 전극(100), 제 2 전극(200), 분리막(300) 및 커버 케이스(500)를 포함할 수 있다.
상기 커버 케이스(500)는 상기 제 1 전극(100), 상기 제 2 전극(200) 및 상기 분리막(300)을 수용할 수 있다.
상기 커버 케이스(500)는 리지드한 물질을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 커버 케이스(500)는 금속, 유리, 쿼츠 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 케이스(500)는 알루미늄을 포함할 수 있고, 유리 또는 쿼츠를 포함하여 투명 또는 반투명할 수 있다. 또는, 상기 커버 케이스(500)는 플렉서블한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 커버 케이스(500)는 플라스틱을 포함할 수 있다. 또한, 상기 커버 케이스(500)는 원통 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 커버 케이스(500)는 내부에 수용된 상기 제 1 전극(100), 상기 제 2 전극(200) 및 상기 분리막(300)을 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 커버 케이스(500)는 다양한 물질을 포함할 수 있고, 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 제 1 전극(100)은 상기 커버 케이스(500) 내에 배치될 수 있다. 상기 제 1 전극(100)은 제 1 집전체(110) 및 제 1 전극합제층(120)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극(100)은 양극일 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 집전체(110)는 양극 집전체 일 수 있고, 상기 제 1 전극합제층(120)은 양극 전극합제층 일 수 있다.
상기 제 1 집전체(110)는 도전성 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 집전체(110)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 스테인리스스틸(STS), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 나이오븀(Nb) 및 이들의 조합으로 이루어진 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 제 1 집전체(110)는 도전성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 집전체(110)는 탄소 기반의 도전성 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 제 1 집전체(110)는 호일(foil) 형태일 수 있다. 그러나 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 제 1 집전체(110)는 메쉬(mesh) 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
상기 제 1 전극합제층(120)은 상기 제 1 집전체(110) 상에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 전극합제층(120)은 상기 제 1 집전체(110)의 적어도 어느 일 면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극합제층(120)은 상기 제 1 집전체(110)의 일면 및 상기 일면과 반대되는 상기 제 1 집전체(110)의 타면 상에 각각 배치될 수 있다.
상기 제 1 전극합제층(120)은 탄소를 포함하는 활물질(1)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극합제층(120)의 활물질(1)은 활성탄일 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 전극합제층(120)의 활물질(1)은 다공성 활성탄일 수 있다.
상기 제 2 전극(200)은 상기 커버 케이스(500) 내에 배치될 수 있다. 상기 제 2 전극(200)은 제 2 집전체(210) 및 상기 제 2 전극 합제층(220)을 포함할 수 있다.
상기 제 2 전극(200)은 음극일 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 집전체(210)는 음극 집전체 일 수 있고, 상기 제 2 전극 합제층(220)은 음극 전극합제층 일 수 있다.
상기 제 2 집전체(210)는 도전성 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 집전체(210)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 스테인리스스틸(STS), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 나이오븀(Nb) 및 이들의 조합으로 이루어진 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 제 2 집전체(210)는 도전성 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 집전체(210)는 탄소 기반의 도전성 폴리머를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 집전체(210)는 호일(foil) 형태일 수 있다. 그러나 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 제 2 집전체(210)는 메쉬(mesh) 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
상기 제 2 전극 합제층(220)은 상기 제 2 집전체(210) 상에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 전극 합제층(220)은 상기 제 2 집전체(210)의 적어도 어느 일 면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 전극합제층(220)은 상기 제 1 집전체(110)의 일면과 마주하는 상기 제 2 집전체(210)의 일면 및 상기 제 2 집전체(210)의 일면과 반대되는 상기 제 2 집전체(210)의 타면 상에 각각 배치될 수 있다. 상기 제 2 전극합제층(220)은 탄소를 포함하는 활물질(1)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 전극합제층(220)의 활물질(1)은 활성탄일 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 전극합제층(220)의 활물질(1)은 다공성 활성탄일 수 있다.
상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 중 적어도 하나의 전극은, 상기 집전체 상에 상기 활물질(10)을 포함하는 전극 형성용 조성물이 코팅되어 형성될 수 있다.
이와 다르게, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 중 적어도 하나의 전극은, 상기 집전체 상에 상기 활물질(1)을 포함하는 전극 형성용 조성물이 롤링으로 압연되어 형성될 수 있다.
이와 또 다르게, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 중 적어도 하나의 전극은, 상술한 활물질(1)을 포함하는 전극 형성용 조성물을 시트 형태로 제작하여 상기 집전체에 붙인 후 건조하여 형성될 수 있다.
그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 제 1 전극(100) 및/또는 상기 제 2 전극(200)은 요구되는 특성을 충족시킬 수 있는 방법으로 형성될 수 있다.
상기 전극 형성용 조성물은 상기 활물질(1) 이외에 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다.
상기 바인더는 전극 형성용 조성물에 접착성을 부여할 수 있다. 예를 들어, 상기 바인더는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리비닐알콜(PVA) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 바인더에 요구되는 특성을 충족시킬 수 있는 소재를 포함할 수 있다.
상기 바인더는 전극 형성용 조성물 전체 100 중량%에 대하여 약 1 중량% 내지 약 45 중량%만큼 포함될 수 있다. 상기 바인더가 상기 전극 형성용 조성물 전체 100 중량%에 대하여 약 1 중량% 미만인 경우, 물리적 접착력이 감소되어 바인더로서의 역할을 제대로 수행할 수 없다. 또한, 상기 바인더가 상기 전극 형성용 조성물 전체 100 중량%에 대하여 약 45 중량%를 초과하는 경우, 상기 도전재의 함량이 감소되어 전도성이 저하될 수 있다.
상기 도전재는 전극 형성용 조성물에 전도성을 부여할 수 있다. 예를 들어, 상기 도전재는 카본 블랙(carbon black), 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(CNT) 및 탄소나노섬유(CNF) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 도전재에 요구되는 특성을 충족시킬 수 있는 소재를 포함할 수 있다.
상기 도전재는 전극 형성용 조성물 전체 100 중량%에 대하여 약 1 중량% 내지 약 45 중량%만큼 포함될 수 있다. 상기 도전재가 상기 전극 형성용 조성물 전체 100 중량%에 대하여 약 1 중량% 미만인 경우, 상기 전극 형성용 조성물의 전도성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 도전재가 상기 전극 형성용 조성물 전체 100 중량%에 대하여 약 45 중량%를 초과하는 경우, 상기 바인더의 함량이 감소되어 접착성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 전극 형성용 조성물은 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 물 또는 유기 용매일 수 있다. 또한, 상기 용매는 전극 형성용 조성물 전체 100 중량%에 대하여 약 10 중량% 내지 약 97 중량%만큼 포함될 수 있다. 상기 용매가 상술한 범위 외인 경우, 접착성 및 도전성이 저하될 수 있다.
상기 분리막(300)은 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 사이에 배치될 수 있다. 상기 분리막(300)은 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200)과 접촉하며 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 분리막(300)의 일면 및 상기 일면과 반대되는 타면은, 상기 분리막(300)의 일면 및 상기 타면과 각각 마주하는 상기 제 1 전극(100)의 일면 및 상기 제 2 전극(200)의 일면과 직접 접촉하며 배치될 수 있다. 상기 분리막(300)에 의해 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200)은 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 사이에서 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 분리막(300)은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 및 레이온 섬유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 분리막(300)은 슈퍼 캐패시터의 분리막에 요구되는 특성을 충족시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)은 순차적으로 적층되어 권취될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)은 순차적으로 적층되어 롤(Roll) 형태로 제작된 후 상기 롤(Roll) 주위에 배치되는 접착 부재를 통해 롤(Roll) 형태로 유지될 수 있다. 즉, 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극은 롤(Roll) 형태로 상기 커버 케이스(500) 내에 수용될 수 있다.
이때, 상기 분리막(300)은 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200)에 의해 평평하게 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 분리막(300)은 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 각각에 형성된 패턴부들에 의해 꺾이지 않고 평평함을 유지할 수 있다.
여기서 상기 분리막(300)이 평평하다는 것은, 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)을 순차적으로 적층하여 적층체를 형성하고, 상기 적층체를 롤(Roll) 형태로 권취하기 이전의 상기 분리막(300)의 모습을 의미할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(100), 상기 제 2 전극 및 상기 분리막(300)은 전해액에 함침될 수 있다.
상기 전해액은 수계 전해액 또는 비수계 전해액일 수 있다. 바람직하게, 상기 전해액은 고전압 특성 및 에너지 밀도 등을 고려하여 비수계 전해액일 수 있다. 상기 전해액은 용매(solvent) 및 전해질 염(salt)을 포함할 수 있다.
상기 용매는 유기성 전해액일 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 아세토니트릴(ACN), 프로필렌카보네이트(PC), 술포란(SL), 아디포나이트릴(AND), 에틸렌카보네이트(EC), 디메틸카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트(EMC), 디메틸술폰(DMS), 에틸메탄설포네이트(EMS), 감마-부티로락톤(GBL), 포름아미드(DMF) 및 디메틸케톤(DMK) 등 중 적어도 하나일 수 있다.
또한, 상기 전해질 염은 테트라에틸암모늄 테트라플로로보레이트(TEABF4), 트리메틸에틸암모늄 테트라플로로보레이트(TEMABF4), 비피로리지니움 테트라플루오르보레이트(SPBBF4), 헥사플로로 포스페이스트(EMIPF6) 및 1-부틸피리디늄 비스이미드(BPTFSI) 등 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 전해질 염은 상기 용매에 해리될 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질 염은 상기 용매에 해리되어 이온화될 수 있다. 자세하게, 상기 전해액은 전해질 염이 용매 내에 해리되어 양이온 및 음이온을 포함하는 전해액이 될 수 있다. 즉, 상기 전해액은 상기 전해질 염이 상기 용매에 이온화되어 전기이중층 캐패시터(1000)의 전해액으로 이용될 수 있다.
제 1 실시예에 따른 전기이중층 캐패시터(1000)는 분리막을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전기이중층 캐패시터(1000)가 다수 개의 분리막을 포함하는 경우, 외부 분리막(400)이 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 전기이중층 캐패시터(1000)는 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 사이에 배치되는 분리막(300) 이외에 외부 분리막(400)을 더 포함할 수 있다.
상기 외부 분리막(400)은 상기 제 1 전극(100) 상에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 외부 분리막(400)은 상기 커버 케이스(500) 및 상기 제 1 전극(100) 사이에 배치될 수 있다. 상기 외부 분리막(400)은 상기 제 1 전극(100)과 접촉하며 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 분리막(400)의 일면은 상기 제 1 전극(100)의 타면과 직접 접촉하며 배치될 수 있다. 또한, 상기 외부 분리막(400)의 타면은 상기 제 2 전극(200)의 타면과 직접 접촉하며 배치될 수 있다. 즉, 상기 전기이중층 캐패시터(1000)가 상기 외부 분리막(400)을 더 포함하는 경우, 상기 커버 케이스(500) 내에는 상기 외부 분리막(400), 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)이 순차적으로 적층된 적층체가 권취되어 수용될 수 있다.
즉, 상기 외부 분리막(400)에 의해, 상기 제 1 집전체(110) 및 상기 제 2 집전체(210) 각각의 일면 및 타면 모두에 전극합제층이 형성되어도, 권취 시 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 사이에 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 외부 분리막(400)에 의해 상기 커버 케이스(500) 및 상기 제 1 전극(100) 사이에서 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 전기이중층 캐패시터(1000)는 리드선을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전기이중층 캐패시터(1000)는 제 1 리드선(600) 및 제 2 리드선(700)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 리드선(600)은 상기 제 1 전극(100)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 리드선(600)은 상기 제 1 전극(100)과 직접 접촉하며 연결될 수 있다. 또한, 상기 제 2 리드선(700)은 상기 제 2 전극(200)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 리드선(700)은 상기 제 2 전극(200)과 직접 접촉하며 연결될 수 있다.
상기 제 1 리드선(600) 및 상기 제 2 리드선(700)은 상기 커버 케이스(500)의 내부에서 상기 커버 케이스(500)의 외부로 연장되어 형성될 수 있다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 활물질을 확대한 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 제 1 실시예에 따른 활물질에서 결정질 영역(도 3 의 A 영역)의 결정 구조를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 상기 전기이중층 캐패시터(1000)의 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200)에 포함되는 상기 활물질(1)에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 상기 활물질(1)은 탄소를 포함하는 탄소 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활물질(1)은 석유계 피치(pitch), 석탄계 피치(pitch), 생 코크스(그린 코크스), 칼시네이션(calcination) 코크스 및 코크스 더스트 등의 탄소 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 탄소 재료로 형성된 상기 활물질(1)은 활성탄, 흑연(graphite), 풀러렌(fullerene, C60), 소프트 카본(soft carbons), 카본 블랙(carbon black) 등 중 하나일 수 있다. 그러나 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 활물질(1)에 요구되는 특성을 충족시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
상기 활물질(1)은 상기 활물질(1)은 비정질(10) 및 결정질(20)을 포함할 수 있다. 상기 비정질(10)은 원자 배열이 불규칙한 구조를 가질 수 있고, 상기 결정질(20)은 결정 격자를 가질 수 있다.
상기 활물질(1) 내에는 상기 결정질(20) 및 상기 비정질(10)이 혼재되어 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 결정질(20)은 상기 활물질(1) 내에 불규칙적으로 형성되어 배치될 수 있다. 상기 활물질(1)에서 상기 결정질(20)은 상기 비정질(10)에 둘러싸여 있을 수 있다.
상기 결정질(20)은 상기 탄소 재료를 열처리하는 과정에서 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 결정질(20)은 상기 열처리 과정에 의해 상기 탄소 재료의 비정질(10)이 부분적으로 결정화되어 형성될 수 있다.
상기 결정질(20)은 전해질 이온(30)이 용이하게 흐를 수 있도록 하는 통로 역할을 할 수 있다. 즉, 상기 활물질(1)은 상기 결정질(20)에 의해 전기적 저항이 낮아질 수 있고 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.
상기 비정질(10)은 상기 전해질 이온(30)을 저장하는 역할을 할 수 있다. 자세하게, 상기 활물질(1)은 복수 개의 기공(11)들을 포함하는 비정질(10)을 포함할 수 있다. 상기 비정질(10)은 상기 기공(11)들에 의해 증가된 비표면적을 가질 수 있다. 즉, 상기 활물질(1)은 복수 개의 기공(11)들을 포함하는 물질로, 상기 전해질 이온(30)은 상기 결정질(20)을 통과하여 상기 비정질(10)에 흡착될 수 있다. 따라서, 상기 활물질(1)은 상기 비정질(10)에 의해 정전 용량을 향상시킬 수 있다.
상기 활물질(1)은 약 1 nm 이하의 크기의 기공(11)들을 가질 수 있다. 상기 기공(11)의 크기는 평균 지름 길이일 수 있다. 상기 활물질(1)이 복수 개의 기공(11)들을 포함할 경우, 상기 기공(11)들의 크기는 서로 동일할 수 있다. 자세하게, 상기 기공(11)들은 서로 동일한 지름을 가질 수 있다. 이와 다르게, 상기 기공(11)들의 크기는 서로 상이할 수 있다. 자세하게, 상기 기공(11)들은 서로 상이한 지름을 가질 수 있다. 이와 또 다르게, 상기 활물질(1)은 서로 동일한 지름을 가지는 기공(11)들 및 서로 상이한 지름을 가지는 기공(11)들을 모두 포함할 수 있다. 상기 활물질(1)은 상기 기공(11)들, 즉, 상기 비정질(10)에 포함된 상기 기공(11)들에 의해 비표면적이 증가될 수 있다.
상기 활물질(1)에서 상기 기공(11)의 유무는 활물질(1)의 비표면적에 영향을 주는 요인일 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 기공(11)의 크기도 비표면적에 영향을 주는 요인일 수 있다. 즉, 상기 기공(11)의 크기 및 상기 기공(11)의 분포 특성은 상기 기공(11) 내에 배치되는 상기 전해질 이온(30)의 양 및/또는 이동도에 영향을 주는 요인일 수 있다.
또한, 상기 기공(11)은 상기 비정질(10) 전체 부피의 약 60% 내지 약 85%일 수 있다. 상기 기공(11)의 부피가 상기 비정질(10) 전체 부피의 약 60% 미만일 경우, 비표면적이 감소되어 정전 용량이 감소될 수 있다. 또한, 상기 기공(11)의 부피가 상기 비정질(10) 전체 부피의 약 85% 초과할 경우, 비표면적이 증가되어 상기 전해질 이온(30)의 접근성이 저하될 수 있고, 이에 따라 전기 이동도가 저하되어 전체적인 전기적 특성이 저하될 수 있다.
상기 활물질(1)의 비표면적은 약 200 m2/g 내지 약 1200 m2/g 일 수 있다. 상기 활물질(1)의 비표면적이 상술한 범위 내인 경우 상기 결정질(20)의 격자 사이 또는 상기 비정질(10)의 기공(11)에 상기 전해질 이온(30)의 유입이 용이하여 정전 용량이 향상될 수 있다.
이때, 상기 기공(11)들은 활성화 처리로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 기공(11)들은 상기 열처리한 상기 탄소 재료를 알칼리 활성화 처리하여 형성될 수 있다. 상기 알칼리 활성화 처리에 의해 상기 활물질(1)에 형성되는 기공(11)의 크기 및 비율을 조절할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제 1 실시예에 따른 활물질(1)은 탄소를 포함할 수 있다. 이때, 상기 활물질(1)은 층상 구조의 결정질(20)을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 결정질(20)은 탄소 원자들이 공유 결합 및 반데르발스 결합으로 결합된 층상 구조를 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 결정질(20)은 탄소 원자가 동일 평면 상에서 인접한 위치에 배치되는 탄소 원자 3개와 공유 결합으로 결합되고, 상기 탄소 원자가 다른 평면 상에서, 즉, 다른 층에서 인접한 위치에 배치되는 탄소 원자와 반데르발스 결합으로 결합된 층상 구조를 가질 수 있다. 상기 공유 결합으로 결합되는 상기 탄소 원자들 사이의 결합 길이(l)는 약 1.42Å일 수 있다.
상기 공유 결합으로 결합된 상기 탄소 원자들은 제 1 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 방향은 상기 결정질(20)의 a축 방향일 수 있다. 자세하게, 상기 a축 방향은 상기 결정질(20)의 (100)면(plane)이 성장하는 방향일 수 있다. 또한, 반데르발스 결합으로 결합된 상기 탄소 원자들은 제 2 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 방향은 상기 결정질(20)의 c축 방향일 수 있다. 자세하게, 상기 c축 방향은 상기 결정질(20)의 (002)면(plane)이 성장하는 방향일 수 있다.
상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 서로 다른 방향일 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 교차할 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향은 서로 수직을 형성할 수 있다.
상기 결정질(20)은 상술한 바와 같이 층상 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 층상 구조에서 층과 층 사이의 간격, 즉, 상기 결정질(20)의 격자 간격(d0)은 약 0.37 nm 내지 약 0.42 nm 일 수 있다. 바람직하게, 상기 결정질(20)의 격자 간격(d0)은 약 0.37 nm 내지 약 0.40 nm 일 수 있다. 즉, 상기 결정질(20)의 (002)면(plane) 사이의 거리는 약 0.37 nm 내지 약 0.40 nm 일 수 있다.
상기 결정질(20)의 격자 간격(d0)이 약 0.37 nm 미만인 경우, 상기 결정질(20)의 층과 층 사이로 상기 전해질 이온(30)이 삽입되고 이동하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 또한, 상기 결정질(20)의 격자 간격(d0)이 약 0.42 nm를 초과하는 경우, 상기 결정질(20)의 층과 층 사이의 거리가 멀어져 결정성을 상실할 수 있다. 즉, 탄소 원자 간의 반데르발스 결합이 끊어져 결정성을 상실할 수 있다. 이에 따라, 전기 전도도 또는 정전 용량이 저하되는 문제가 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하여 제 1 실시예에 따른 전극을 보다 상세히 설명한다.
도 5는 제 1 실시예에 따른 제 1 집전체(110)의 단면을 도시한 단면도이고, 도 6은 상기 제 1 집전체(110)의 평면을 도시한 평면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제 1 전극(100)은 제 1 집전체(110) 및 상기 제 1 집전체(110) 상에 배치되는 제 1 전극합제층(120)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 집전체(110)는 도전성 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 집전체(110)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 스테인리스스틸(STS), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 나이오븀(Nb) 및 이들의 조합으로 이루어진 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 제 1 집전체(110)는 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 집전체(110)의 두께는 약 25㎛ 내지 약 45㎛ 일 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 집전체(110)의 두께는 약 27㎛ 내지 약 43㎛ 일 수 있다. 바람직하게, 상기 제 1 집전체(110)의 두께는 약 30㎛ 내지 약 40㎛ 일 수 있다. 상기 제 1 집전체(110)의 두께가 약 25㎛ 미만인 경우, 상기 제 1 집전체(110)를 패터닝하거나 또는 제 1 전극합제층(120)을 코팅하는 과정에서 집전체가 파손될 수 있어 정전 용량이 감소될 수 있고 나아가 집전체의 역할을 수행하지 못할 수 있다. 또한, 상기 제 1 집전체(110)의 두께가 약 45㎛를 초과하는 경우, 전기이중층 캐패시터(1000)의 전체 부피가 증가될 수 있고, 커버 케이스의 한정된 공간 내에 배치 가능한 전극합제층의 양이 감소되어 전체적인 정전 용량이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 상기 제 1 집전체(110)는 상술한 약 25㎛ 내지 약 45㎛ 두께를 가질 수 있고, 바람직하게 상기 두께가 약 30㎛ 내지 약 40㎛인 경우, 상기 제 1 집전체(110) 상에 배치되는 전극합제층의 양을 향상시킬 수 있어 전체적인 정전 용량을 향상시킬 수 있다.
상기 제 1 집전체(110)는 적어도 어느 일 면상에 형성되는 제 1 패턴부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 집전체(110)는 상기 분리막(300)과 마주하는 일면 및 상기 일면과 반대되는 타면 상에 형성되는 제 1 패턴부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 패턴부가 상기 일면 및 상기 타면에 형성될 경우, 상기 일면 및 상기 타면에 각각 형성된 상기 제 1 패턴부는 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 제 1 패턴부는 식각(Etching) 공정으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 패턴부는 상기 제 1 집전체(110)를 건식 식각(Dry Etching) 또는 습식 식각(Wet Etching)하여 형성될 수 있다.
상기 제 1 패턴부는 다수 개의 제 1 돌출부(111) 및 서로 인접한 상기 제 1 돌출부(111)들 사이에 형성되는 제 1 오목부(116)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 1 집전체(110) 상에는 다수 개의 제 1 돌출부(111)들 및 다수 개의 제 1 오목부(116)들이 형성될 수 있다.
상기 제 1 집전체(110)의 일면 상에 형성된 상기 제 1 돌출부(111)는 상기 분리막(300)을 향해 돌출된 형상을 가지며, 상기 제 1 돌출부(111)는 상부면 및 측면을 포함할 수 있다. 상기 상부면은 상기 제 1 집전체(110)의 장축과 평행하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 측면은 상기 상부면의 끝단으로부터 수직인 방향으로 경사지게 형성되며, 상기 측면의 하부 끝단은 상기 제 1 오목부(116)와 연결될 수 있다.
상기 제 1 돌출부(111)들은 일정 간격으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극들(100, 200) 및 분리막(300)이 롤(Roll) 형태로 권취되어 셀이 형성되는 경우, 상기 제 1 돌출부(111)들 사이의 간격(d1)은 권취 시작영역에서 권취 종료영역까지 일정할 수 있다. 자세하게, 서로 인접한 상기 제 1 돌출부(111)들 사이의 간격(d1)은 약 1㎛ 내지 약 15㎛ 일 수 있다. 더 자세하게, 상기 간격(d1)은 약 3㎛ 내지 약 13㎛ 일 수 있다. 바람직하게, 상기 간격(d1)은 약 5㎛ 내지 약 10㎛ 일 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 집전체(110) 상에 상기 제 1 전극합제층(120)이 균일하게 형성되어 권취될 수 있다.
또한, 서로 인접한 상기 제 1 돌출부(111)들 사이의 간격(d1)이 약 1㎛ 미만인 경우, 패턴부에 의해 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적이 향상되는 효과가 미미할 수 있다. 또한, 상기 제 1 돌출부(111)들 사이의 간격(d1)이 약 15㎛를 초과하는 경우, 상기 제 1 돌출부(111) 상에 상기 제 1 전극합제층(120)이 형성되지 않을 수 있다. 자세하게, 상기 간격(d1)이 약 15㎛를 초과하는 경우, 상술한 전극 형성용 조성물의 낮은 점도에 의해 상기 제 1 오목부(116) 상에 상기 전극 형성용 조성물이 집중적으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적은 감소될 수 있다. 즉, 상기 간격(d1)이 약 5㎛ 내지 약 10㎛인 경우, 상기 제 1 돌출부(111) 및 상기 제 1 오목부(116) 상에 전극 형성용 조성물을 균일하게 분포시킬 수 있어 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)을 적층한 적층체를 롤(Roll) 형태로 권취하여 셀을 형성할 경우, 상기 제 1 돌출부(111)들 사이의 간격은 일정할 수 있다. 자세하게, 상기 간격(d1)은 권취 시작영역에서 권취 종료영역까지 일정할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 집전체(110) 상에 상기 제 1 전극합제층(120)이 균일하게 형성되어 권취될 수 있다.
또한, 상기 제 1 돌출부(111)의 높이(h1)는 약 1㎛ 내지 약 15㎛ 일 수 있다. 더 자세하게, 상기 높이(h1)는 약 3㎛ 내지 약 13㎛ 일 수 있다. 바람직하게, 상기 높이(h1)는 약 5㎛ 내지 약 10㎛ 일 수 있다. 상기 제 1 돌출부(111)의 높이(h1)가 약 1㎛ 미만인 경우, 패턴부에 의해 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적이 향상되는 효과가 미미할 수 있다. 또한, 상기 제 1 돌출부(111)의 높이(h1)가 약 15㎛를 초과하는 경우, 상기 제 1 돌출부(111) 상에 상기 제 1 전극합제층(120)이 형성되지 않을 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 전극합제층(120)을 형성하기 위한 전극 형성용 조성물은 점도가 낮기 때문에, 상기 전극 형성용 조성물이 상기 제 1 오목부(116)에 집중적으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적은 감소될 수 있다. 즉, 상기 높이(h1)가 약 5㎛ 내지 약 10㎛인 경우, 상기 제 1 돌출부(111) 및 상기 제 1 오목부(116) 상에 전극 형성용 조성물을 균일하게 분포시킬 수 있어 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적을 향상시킬 수 있다.
상기 제 1 집전체(110)는 도 6에 도시된 바와 같이 와플 구조로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 집전체(110)는 일정 간격(d1)으로 서로 이격되어 배치되는 다수 개의 제 1 돌출부(111)들 및 제 1 오목부(116)들을 포함하는 와플 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 집전체(110) 상에 배치되는 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적을 증가시킬 수 있다.
그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 제 1 집전체(110)는 스트라이프 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 돌출부(111)들 및 상기 제 1 오목부(116)들은 일방향으로 연장되는 스트라이프 구조로 형성될 수 있다.
도 7은 제 1 실시예에 따른 제 1 전극(100), 제 2 전극(200) 및 분리막(300)을 확대한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제 2 전극(200)은 제 2 집전체(210) 및 상기 제 2 집전체(210) 상에 배치되는 제 2 전극합제층(220)을 포함할 수 있다.
상기 제 2 집전체(210)는 도전성 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 집전체(210)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 금(Au), 은(Ag), 스테인리스스틸(STS), 탄탈럼(Ta), 티타늄(Ti), 나이오븀(Nb) 및 이들의 조합으로 이루어진 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 제 2 집전체(210)는 알루미늄을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 2 집전체(210)는 상기 제 1 집전체(110)와 대응되는 물질을 포함할 수 있다.
상기 제 2 집전체(210)의 두께는 약 25㎛ 내지 약 45㎛ 일 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 집전체(210)의 두께는 약 27㎛ 내지 약 43㎛ 일 수 있다. 바람직하게, 상기 제 2 집전체(210)의 두께는 약 30㎛ 내지 약 40㎛ 일 수 있다. 즉, 상기 제 2 집전체(210)는 상기 제 1 집전체(110)와 대응되는 두께로 형성될 수 있다. 바람직하게 상기 제 2 집전체(210)의 두께가 약 30㎛ 내지 약 40㎛인 경우, 상기 상기 제 2 집전체(210) 상에 배치되는 전극합제층의 양을 향상시킬 수 있어 전체적인 정전 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제 2 집전체(210)는 적어도 어느 일 면상에 형성되는 제 2 패턴부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 집전체(210)는 상기 분리막(300)과 마주하는 일면 및 상기 일면과 반대되는 타면 상에 형성되는 다수 개의 제 2 패턴부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 패턴부가 상기 일면 및 상기 타면에 형성될 경우, 상기 일면 및 상기 타면에 각각 형성된 상기 제 2 패턴부는 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 제 2 패턴부는 식각(Etching) 공정으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 패턴부는 상기 제 2 집전체(210)를 건식 식각(Dry Etching) 또는 습식 식각(Wet Etching)하여 형성될 수 있다.
상기 제 2 패턴부는 다수 개의 제 2 돌출부(211) 및 서로 인접한 상기 제 2 돌출부(211)들 사이에 형성되는 제 2 오목부(216)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 2 집전체(210) 상에는 다수 개의 제 2 돌출부(211)들 및 다수 개의 제 2 돌출부(211)들이 형성될 수 있다.
상기 제 2 집전체(210)의 일면 상에 형성된 상기 제 2 돌출부(211)는 상기 분리막(300)을 향해 돌출된 형상을 가지며, 상기 제 2 돌출부(211)는 상부면 및 측면을 포함할 수 있다. 상기 상부면은 상기 제 2 집전체(210)의 장축과 평행하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 측면은 상기 상부면의 끝단으로부터 수직인 방향으로 경사지게 형성되며, 상기 측면의 하부 끝단은 상기 제 2 오목부(216)와 연결될 수 있다.
상기 제 2 돌출부(211)들은 일정 간격으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극들(100, 200) 및 분리막(300)이 롤(Roll) 형태로 권취되어 셀이 형성되는 경우, 상기 제 2 돌출부(211)들 사이의 간격(d2)은 권취 시작영역에서 권취 종료영역까지 일정할 수 있다. 자세하게, 서로 인접한 상기 제 2 돌출부(211)들 사이의 간격(d2)은 약 1㎛ 내지 약 15㎛ 일 수 있다. 더 자세하게, 상기 간격(d2)은 약 3㎛ 내지 약 13㎛ 일 수 있다. 바람직하게, 상기 간격(d2)은 약 5㎛ 내지 약 10㎛ 일 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 집전체(210) 상에 상기 제 2 전극합제층(220)이 균일하게 형성되어 권취될 수 있다.
또한, 서로 인접한 상기 제 2 돌출부(211)들 사이의 간격(d2)이 약 1㎛ 미만인 경우, 패턴부에 의해 상기 제 2 전극합제층(220)의 비표면적이 향상되는 효과가 미미할 수 있다. 또한, 상기 제 2 돌출부(211)들 사이의 간격(d2)이 약 15㎛를 초과하는 경우, 상기 제 2 돌출부(211) 상에 상기 제 2 전극합제층(220)이 형성되지 않을 수 있다. 자세하게, 상기 간격(d2)이 약 15㎛를 초과하는 경우, 상술한 전극 형성용 조성물의 낮은 점도에 의해 상기 제 2 오목부(216) 상에 상기 전극 형성용 조성물이 집중적으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 전극합제층(220)의 비표면적은 감소될 수 있다. 즉, 상기 간격(d2)이 약 5㎛ 내지 약 10㎛인 경우, 상기 제 2 돌출부(211) 및 상기 제 2 오목부(216) 상에 전극 형성용 조성물을 균일하게 분포시킬 수 있어 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제 2 돌출부(211)의 높이(h2)는 약 1㎛ 내지 약 15㎛ 일 수 있다. 더 자세하게, 상기 높이(h2)는 약 3㎛ 내지 약 13㎛ 일 수 있다. 바람직하게, 상기 높이(h2)는 약 5㎛ 내지 약 10㎛ 일 수 있다. 상기 제 2 돌출부(211)의 높이(h2)가 약 1㎛ 미만인 경우, 패턴부에 의해 상기 제 2 전극합제층(220)의 비표면적이 향상되는 효과가 미미할 수 있다. 또한, 상기 제 2 돌출부(211)의 높이(h2)가 약 15㎛를 초과하는 경우, 상기 제 2 돌출부(211) 상에 상기 제 2 전극합제층(220)이 형성되지 않을 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 전극합제층(220)을 형성하기 위한 전극 형성용 조성물은 점도가 낮기 때문에, 상기 전극 형성용 조성물이 상기 제 2 오목부(216)에 집중적으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 전극합제층(220)의 비표면적은 감소될 수 있다. 즉, 상기 높이(h2)가 약 5㎛ 내지 약 10㎛인 경우, 상기 제 2 돌출부(211) 및 상기 제 2 오목부(216) 상에 전극 형성용 조성물을 균일하게 분포시킬 수 있어 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적을 향상시킬 수 있다.
상기 제 1 패턴부의 형상은 상기 제 2 패턴부의 형상과 대응될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 돌출부(111) 및 상기 제 2 돌출부(211)의 높이는 대응될 수 있고, 각각의 패턴부에 형성된 돌출부들 사이의 간격은 대응될 수 있다. 또한, 상기 제 1 패턴부는 상기 제 2 패턴부와 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 돌출부(111)는 상기 제 2 돌출부(211)와 대응되는 위치에 배치될 수 있고, 상기 제 1 오목부(116)는 상기 제 2 오목부(216)와 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 더 자세하게, 상기 제 1 돌출부(111) 및 상기 제 2 돌출부(211)는 상기 분리막(300)을 사이에 두고 서로 마주보며 배치될 수 있고, 상기 제 2 오목부(216) 및 상기 제 2 오목부(216)는 상기 분리막(300)을 사이에 두고 서로 마주보며 배치될 수 있다.
즉, 상기 제 1 집전체(110)가 도 6에 도시된 바와 같이 와플 구조로 형성되는 경우, 상기 제 2 집전체(210)는 와플 구조로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 집전체(210)는 일정 간격(d2)으로 서로 이격되어 배치되는 다수 개의 제 2 돌출부(211)들 및 제 2 오목부(216)들을 포함하는 와플 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 돌출부(111) 및 상기 제 1 오목부(112)가 일방향으로 연장되는 스트라이프 형태로 형성되는 경우, 상기 제 2 돌출부(211) 및 상기 제 2 오목부(222)도 스트라이프 형태로 형성될 수 있다.
상기 제 1 전극합제층(120)은 상기 제 1 집전체(110) 상에 형성될 수 있고, 상기 제 2 전극합제층(220)은 상기 제 2 집전체(210) 상에 형성될 수 있다. 상기 전극합제층들(120, 220)은 상술한 활물질(1)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극합제층(120) 및 상기 제 2 전극합제층(220) 각각의 두께는 약 90㎛ 내지 약 110㎛ 일 수 있다. 자세하게, 상기 전극합제층들(120, 220) 각각의 두께는 약 95㎛ 내지 약 105㎛ 일 수 있다. 바람직하게, 상기 전극합제층들(120, 220) 각각의 두께는 약 98㎛ 내지 약 102㎛일 수 있다.
상기 제 1 전극합제층(120) 및 상기 제 2 전극합제층(220) 중 적어도 하나의 전극합제층의 두께가 약 90㎛ 미만인 경우, 상기 전극합제층에 포함되는 상기 활물질(1)의 양이 감소되어 비표면적이 감소될 수 있고, 전체적인 정전 용량이 감소될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극합제층(120) 및 상기 제 2 전극합제층(220) 중 적어도 하나의 전극합제층의 두께가 약 110㎛를 초과하는 경우, 상술한 패턴부에 의해 비표면적이 향상되는 효과가 미미하고, 전극의 전체적인 두께가 두꺼워지는 문제가 있다. 또한, 상기 전극합제층의 두께가 약 110㎛를 초과하는 경우, 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)을 적층하여 롤(Roll) 형태로 권취 시, 상기 두께에 의해 전극이 파손될 수 있다.
상기 제 1 전극합제층(120)은 제 3 패턴부를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 전극합제층(120)은 일 면상에 형성되는 제 3 패턴부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극합제층(120)은 상기 분리막(300)과 마주하는 일면 상에 형성되는 제 3 패턴부를 포함할 수 있다.
상기 제 3 패턴부는 다수 개의 제 3 돌출부(121) 및 서로 인접한 상기 제 3 돌출부(121)들 사이에 형성되는 제 3 오목부(126)를 포함할 수 있다.
상기 제 3 패턴부는 상기 제 1 패턴부 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 3 패턴부는 상기 제 1 패턴부와 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 돌출부(121)는 상기 제 1 돌출부와 대응되는 위치에 배치될 수 있고, 상기 제 3 오목부(126)는 상기 제 1 오목부(116)와 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 상기 제 3 패턴부는 상기 제 1 패턴부에 의해 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 3 돌출부(121)는 상기 분리막(300)을 향해 돌출된 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 분리막(300)의 일면과 직접 접촉할 수 있고, 상기 제 3 오목부(126)는 상기 분리막(300)과 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 3 돌출부(121)들은 상기 분리막(300)이 상기 제 3 오목부(126) 내에 배치되어 꺾이지 않도록 지지할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 3 돌출부(121)에 의해 상기 분리막(300)이 상기 제 3 오목부(126) 내에서 'U'자 또는 'V'자 형태로 꺾인 형태로 배치되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 2 전극합제층(220)은 제 4 패턴부를 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 전극합제층(220)은 일 면상에 형성되는 제 4 패턴부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 2 전극합제층(220)은 상기 분리막(300)과 마주하는 일면 상에 형성되는 제 4 패턴부를 포함할 수 있다.
상기 제 4 패턴부는 다수 개의 제 4 돌출부(221) 및 서로 인접한 상기 제 4 돌출부(221)들 사이에 형성되는 제 4 오목부를 포함할 수 있다.
상기 제 4 패턴부는 상기 제 2 패턴부 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 4 패턴부는 상기 제 2 패턴부와 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 제 4 돌출부(221)는 상기 제 2 돌출부(211)와 대응되는 위치에 배치될 수 있고, 상기 제 4 오목부(226)는 상기 제 2 오목부(216)와 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 상기 제 4 패턴부는 상기 제 2 패턴부에 의해 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 4 돌출부(221)는 상기 분리막(300)을 향해 돌출된 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 분리막(300)의 타면과 직접 접촉할 수 있고, 상기 제 4 오목부(226)는 상기 분리막(300)과 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 4 돌출부(221)들은 상기 분리막(300)이 상기 제 4 오목부(226) 내로 꺾이지 않도록 지지할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 4 돌출부(221)에 의해 상기 분리막(300)이 상기 제 4 오목부(226) 내에서 'U'자 또는 'V'자 형태로 꺾인 형태로 배치되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 상기 제 3 패턴부와 상기 제 4 패턴부는 서로 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 3 패턴부 및 상기 제 4 패턴부는 상기 분리막(300)을 경계로 서로 마주보며 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 제 3 돌출부(121)는 상기 제 4 돌출부(221)와 대응되는 위치에 배치될 수 있고, 상기 제 3 오목부(126)는 상기 제 4 오목부(226)와 대응되는 위치에 배치될 수 있다.
즉, 상기 분리막(300)은 상기 제 3 패턴부 및 상기 제 4 패턴부에 의해 평평한 형태로 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 분리막(300)은 상기 제 3 돌출부(121) 및 상기 제 4 돌출부(221)에 의해 평평한 형태로 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 제 3 돌출부(121) 및 상기 제 4 오목부(226)가 서로 대응되는 위치에 배치되는 경우, 상기 제 3 오목부(126) 및 상기 제 4 돌출부(221)가 서로 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 분리막(300)은 상기 제 1 전극합제층(120) 및 상기 제 2 전극합제층(220) 사이에서 'U'자 또는 'V”자 형태 즉, 꺾인 형태로 배치되어 물결 형태를 가질 수 있다. 자세하게, 상기 분리막(300)이 상기 제 3 돌출부(121)와 직접 접촉할 때 상기 분리막(300)은 상기 제 4 오목부(226)와 직접 접촉할 수 있고, 상기 분리막(300)이 상기 제 3 오목부(126)와 직접 접촉할 때 상기 분리막(300)은 상기 제 4 돌출부(221)와 직접 접촉할 수 있다. 즉, 상기 분리막(300)의 일부가 상기 제 1 전극합제층(120) 및 상기 제 2 전극합제층(220)의 오목부에 배치되어 'U'자 또는 'V'자 형태로 꺾이며 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막 및 상기 제 2 전극(200)을 적층하여 권취할 경우, 상기 분리막(300)이 파손되어 신뢰성이 저하될 수 있고, 전체적인 정전 용량이 감소할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 전기이중층 캐패시터(1000)는 패턴부를 포함하는 제 1 전극(100) 및 제 2 전극(200)을 포함할 수 있다. 자세하게, 식각(Etching) 공정으로 제 1 집전체(110) 및 제 2 집전체(210) 각각에 패턴부를 형성하여, 상기 제 1 집전체(110) 상에 배치되는 제 1 전극합제층(120) 및 상기 제 2 집전체(210) 상에 배치되는 제 2 전극합제층(220)에 패턴부를 형성할 수 있다.
이에 따라, 상기 집전체 상에 보다 미세한 패턴을 형성하여 상기 집전체 상에 배치되는 전극합제층의 비표면적을 극대화할 수 있어 전기이중층 캐패시터(1000)의 전체적인 정전 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 전극합제층 상에 비표면적 향상을 위한 패턴 형성 공정을 생략할 수 있어 공정효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200)에 각각 형성된 패턴부가 서로 대응되는 위치에 배치되기 때문에 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 얼라인 시 공정 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 사이에 배치되는 분리막(300)은 평평하게 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 분리막(300)은 상기 제 1 전극합제층(120)의 상기 제 3 패턴부 및 상기 제 2 전극합제층(220)의 상기 제 4 패턴부에 의해 평평함을 유지할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)을 적층한 적층체를 권취할 경우 상기 분리막(300)은 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 사이에서 신뢰성을 유지하며 권취될 수 있다.
이하 도 8 내지 도 10을 참조하여 본원발명 제 1 집전체의 변형예를 설명한다.
상기 제 1 집전체의 변형예에 대한 설명에서는 앞서 설명한 제 1 실시예와 동일 유사한 구성에 대해서는 설명을 생략하며, 동일 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여한다.
도 8은 제 2 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 제 1 집전체(110)는 적어도 어느 일 면상에 형성되는 제 1 패턴부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 집전체(110)는 상기 분리막(300)과 마주하는 일면 및 상기 일면과 반대되는 타면 상에 형성되는 제 1 패턴부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 패턴부가 상기 일면 및 상기 타면에 형성될 경우, 상기 일면 및 상기 타면에 각각 형성된 상기 제 1 패턴부는 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 제 1 패턴부는 식각(Etching) 공정으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 패턴부는 상기 제 1 집전체(110)를 건식 식각(Dry Etching) 또는 습식 식각(Wet Etching)하여 형성될 수 있다.
상기 제 1 패턴부는 다수 개의 제 1 돌출부(111) 및 서로 인접한 상기 제 1 돌출부(111)들 사이에 형성되는 제 1 오목부(116)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 1 집전체(110) 상에는 다수 개의 제 1 돌출부(111)들 및 다수 개의 제 1 오목부(116)들이 형성될 수 있다.
상기 제 1 집전체(110)의 일면 상에 형성된 상기 제 1 돌출부(111)는 상기 분리막(300)을 향해 돌출된 형상을 가지며, 상기 제 1 돌출부(111)는 상부면 및 측면을 포함할 수 있다. 상기 상부면은 상기 제 1 집전체(110)의 장축과 평행하도록 형성될 수 있다. 상기 제 1 돌출부(111)의 측면은 상기 제 1 돌출부(111)의 상부면 끝단으로부터 상기 제 1 오목부를 향해 경사지게 형성되며, 상기 측면의 하부 끝단은 상기 제 1 오목부(116)와 연결될 수 있다.
상기 제 1 돌출부(111)의 폭은 상기 제 1 집전체(110)의 상부 방향으로 갈수록 작아질 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 돌출부(111)의 폭은 상기 분리막(300) 방향으로 갈수록 작아질 수 있다. 또한, 상기 제 1 오목부(116)의 폭은 상기 제 1 집전체(110)의 상부 방향으로 갈수록 커질 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 오목부(116)의 폭은 상기 분리막(300) 방향으로 갈수록 커질 수 있다. 즉, 상기 제 1 패턴부는 도 8에 도시된 바와 같이 사다리꼴 모양으로 형성될 수 있다.
상기 제 1 돌출부(111)들은 일정 간격으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극들(100, 200) 및 분리막(300)이 롤(Roll) 형태로 권취되어 셀이 형성되는 경우, 상기 제 1 돌출부(111)들 사이의 간격(d3)은 권취 시작영역에서 권취 종료영역까지 일정할 수 있다. 자세하게, 서로 인접하게 배치된 상기 제 1 돌출부(111)들의 측면 끝단들 사이의 거리(d3)는 약 1㎛ 내지 약 15㎛ 일 수 있다. 더 자세하게, 상기 간격(d3)은 약 3㎛ 내지 약 13㎛ 일 수 있다. 바람직하게, 상기 간격(d3)은 약 5㎛ 내지 약 10㎛ 일 수 있다. 상기 간격(d3)이 약 1㎛ 미만인 경우, 패턴부에 의해 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적이 향상되는 효과가 미미할 수 있고, 상기 간격(d3)이 약 15㎛를 초과하는 경우, 상기 제 1 오목부(116)의 비율이 높아져 상기 전극 형성용 조성물이 상기 제 1 오목부(116)에 집중적으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적은 감소될 수 있다.
또한, 상기 제 1 돌출부(111)의 높이(h3)는 약 1㎛ 내지 약 15㎛ 일 수 있다. 더 자세하게, 상기 높이(h3)는 약 3㎛ 내지 약 13㎛ 일 수 있다. 바람직하게, 상기 높이(h3)는 약 5㎛ 내지 약 10㎛ 일 수 있다. 상기 제 1 돌출부(111)의 높이(h3)가 약 1㎛ 미만인 경우, 상기 제 1 패턴부에 의해 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적이 향상되는 효과가 미미할 수 있다. 또한, 상기 제 1 돌출부(111)의 높이(h3)가 약 15㎛를 초과하는 경우, 상기 제 1 오목부(116)의 비율이 높아져 전극 형성용 조성물이 상기 제 1 오목부(116)에 집중적으로 배치될 수 있다.
즉, 상기 거리(d3)가 약 5㎛ 내지 약 10㎛이고, 상기 높이(h3)가 약 5㎛ 내지 약 10㎛인 경우, 상기 제 1 돌출부(111) 및 상기 제 1 오목부(116) 상에 전극 형성용 조성물을 균일하게 분포시킬 수 있어 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적을 향상시킬 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 제 2 집전체(210)는 상기 제 1 집전체(110)와 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 집전체(210)는 상기 제 1 패턴부와 대응되고, 제 2 돌출부(211) 및 제 2 오목부(216)를 포함하는 제 2 패턴부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 2 돌출부(211)의 높이는 상기 제 1 돌출부(111)의 높이(h3)와 대응될 수 있고, 상기 제 2 돌출부(211)들 사이의 간격은 상기 제 1 돌출부(111)들 사이의 간격(d3)과 대응될 수 있다. 즉, 상기 제 2 패턴부는 상기 제 1 패턴부와 대응되는 사다리꼴 모양을 가질 수 있고, 상기 제 1 패턴부와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 집전체(110) 및 상기 제 2 집전체(210)에 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있어 상기 집전체들(110, 120) 상에 배치되는 전극합제층의 비표면적을 극대화할 수 있으며 전기이중층 캐패시터(1000)의 정전 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200)에 각각 형성된 패턴부가 서로 대응되는 위치에 배치되기 때문에 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 얼라인 시 공정 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200)에 각각 형성된 패턴부들에 의해 상기 분리막(300)은 평평하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)을 적층한 적층체를 권취할 경우 상기 분리막(300)은 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 사이에서 신뢰성을 유지하며 권취될 수 있다.
도 9는 제 3 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 제 1 집전체(110)는 적어도 어느 일 면상에 형성되는 제 1 패턴부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 집전체(110)는 상기 분리막(300)과 마주하는 일면 및 상기 일면과 반대되는 타면 상에 형성되는 제 1 패턴부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 패턴부들이 상기 일면 및 상기 타면에 형성될 경우, 상기 일면 및 상기 타면에 각각 형성된 상기 제 1 패턴부는 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 제 1 패턴부는 식각(Etching) 공정으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 패턴부는 상기 제 1 집전체(110)를 건식 식각(Dry Etching) 또는 습식 식각(Wet Etching)하여 형성될 수 있다.
상기 제 1 패턴부는 다수 개의 제 1 돌출부(111) 및 서로 인접한 상기 제 1 돌출부(111)들 사이에 형성되는 제 1 오목부(116)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 1 집전체(110) 상에는 다수 개의 제 1 돌출부(111)들 및 다수 개의 제 1 오목부(116)들이 형성될 수 있다.
상기 제 1 집전체(110)의 일면 상에 형성된 상기 제 1 돌출부(111)는 상기 분리막(300)을 향해 돌출된 형상을 가지며, 상기 제 1 오목부(116)에 대하여 경사지는 측면을 포함할 수 있다. 상기 측면의 하부 끝단은 상기 제 1 오목부(116)와 연결될 수 있다.
상기 제 1 돌출부(111)의 폭은 상기 제 1 집전체(110)의 상부 방향으로 갈수록 작아질 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 돌출부(111)의 폭은 상기 분리막(300) 방향으로 갈수록 작아질 수 있다. 또한, 상기 제 1 오목부(116)의 폭은 상기 제 1 집전체(110)의 상부 방향으로 갈수록 커질 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 오목부(116)의 폭은 상기 분리막(300) 방향으로 갈수록 커질 수 있다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 제 1 돌출부(111)는 삼각형 모양으로 형성될 수 있고, 상기 제 1 오목부(116)는 사다리꼴 모양으로 형성될 수 있다.
상기 제 1 돌출부(111)들은 일정 간격으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극들(100, 200) 및 분리막(300)이 롤(Roll) 형태로 권취되어 셀이 형성되는 경우, 상기 제 1 돌출부(111)들 사이의 간격(d4)은 권취 시작영역에서 권취 종료영역까지 일정할 수 있다. 자세하게, 서로 인접하게 배치된 상기 제 1 돌출부(111)들의 측면 끝단들 사이의 거리(d4)는 약 1㎛ 내지 약 15㎛ 일 수 있다. 더 자세하게, 상기 간격(d4)은 약 3㎛ 내지 약 13㎛ 일 수 있다. 바람직하게, 상기 간격(d4)은 약 5㎛ 내지 약 10㎛ 일 수 있다. 상기 간격(d3)이 약 1㎛ 미만인 경우, 패턴부에 의해 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적이 향상되는 효과가 미미할 수 있고, 상기 간격(d4)이 약 15㎛를 초과하는 경우, 상기 제 1 오목부(116)의 비율이 높아져 상기 전극 형성용 조성물이 상기 제 1 오목부(116)에 집중적으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적은 감소될 수 있다.
또한, 상기 제 1 돌출부(111)의 높이(h4)는 약 1㎛ 내지 약 15㎛ 일 수 있다. 더 자세하게, 상기 높이(h4)는 약 3㎛ 내지 약 13㎛ 일 수 있다. 바람직하게, 상기 높이(h3)는 약 5㎛ 내지 약 10㎛ 일 수 있다. 상기 제 1 돌출부(111)의 높이(h4)가 약 1㎛ 미만인 경우, 상기 제 1 패턴부에 의해 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적이 향상되는 효과가 미미할 수 있다. 또한, 상기 제 1 돌출부(111)의 높이(h4)가 약 15㎛를 초과하는 경우, 상기 제 1 오목부(116)의 비율이 높아져 전극 형성용 조성물이 상기 제 1 오목부(116)에 집중적으로 배치될 수 있다.
즉, 상기 거리(d4)가 약 5㎛ 내지 약 10㎛이고, 상기 높이(h4)가 약 5㎛ 내지 약 10㎛인 경우, 상기 제 1 돌출부(111) 및 상기 제 1 오목부(116) 상에 전극 형성용 조성물을 균일하게 분포시킬 수 있어 상기 제 1 전극합제층(120)의 비표면적을 향상시킬 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 제 2 집전체(210)는 상기 제 1 집전체(110)와 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 2 집전체(210)는 상기 제 1 패턴부와 대응되고, 제 2 돌출부(221) 및 제 2 오목부(216)를 포함하는 제 2 패턴부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제 2 돌출부(211)의 높이는 상기 제 1 돌출부(111)의 높이(h4)와 대응될 수 있고, 상기 제 2 돌출부(211)들 사이의 간격은 상기 제 1 돌출부(111)들 사이의 간격(d4)와 대응될 수 있다. 즉, 상기 제 2 돌출부(211)는 상기 제 1 돌출부(111)와 대응되는 삼각형 피라미드 모양으로 형성될 수 있고, 상기 제 2 오목부(216)는 상기 제 1 오목부(116)와 대응되는 사다리꼴 모양으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 패턴부는 상기 제 1 패턴부와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 집전체(110) 및 상기 제 2 집전체(210)에 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있어 상기 집전체들(110, 120) 상에 배치되는 전극합제층의 비표면적을 극대화할 수 있으며 전기이중층 캐패시터(1000)의 정전 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200)에 각각 형성된 패턴부가 서로 대응되는 위치에 배치되기 때문에 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 얼라인 시 공정 효율이 향상될 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200)에 각각 형성된 패턴부들에 의해 상기 분리막(300)은 평평하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)을 적층한 적층체를 권취할 경우 상기 분리막(300)은 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 사이에서 신뢰성을 유지하며 권취될 수 있다.
도 10은 제 4 실시예에 따른 제 1 집전체를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 상기 제 1 집전체(110)는 적어도 어느 일 면상에 형성되는 제 1 패턴부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 집전체(110)는 상기 분리막(300)과 마주하는 일면 및 상기 일면과 반대되는 타면 상에 형성되는 제 1 패턴부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 패턴부가 상기 일면 및 상기 타면에 형성될 경우, 상기 일면 및 상기 타면에 각각 형성된 상기 제 1 패턴부는 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
상기 제 1 패턴부는 다수 개의 제 1 돌출부(111) 및 서로 인접한 상기 제 1 돌출부(111)들 사이에 형성되는 제 1 오목부(116)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제 1 집전체(110) 상에는 다수 개의 제 1 돌출부(111)들 및 다수 개의 제 1 오목부(116)들이 형성될 수 있다.
상기 제 1 집전체(110)의 일면 상에 형성된 상기 제 1 돌출부(111)는 상기 분리막(300)을 향해 돌출된 형상을 가지며, 상기 제 1 돌출부(111)는 상부면 및 측면을 포함할 수 있다. 상기 상부면은 상기 제 1 집전체(110)의 장축과 평행하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 측면은 상기 상부면의 끝단으로부터 수직인 방향으로 경사지게 형성되며, 상기 측면의 하부 끝단은 상기 제 1 오목부(116)와 연결될 수 있다.
상기 제 1 돌출부(111)들은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 돌출부(111)들 사이의 간격(d1)은 약 1㎛ 내지 약 15㎛ 일 수 있다. 더 자세하게, 상기 간격(d1)은 약 3㎛ 내지 약 13㎛ 일 수 있다. 바람직하게, 상기 간격(d1)은 약 5㎛ 내지 약 10㎛ 일 수 있다.
이때, 상기 제 1 돌출부(111)들 사이의 간격은 변화할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)을 적층한 적층체가 롤(Roll) 형태로 권취되는 경우, 상기 제 1 돌출부(111)들 사이의 간격은 권취 시작영역에서 권취 종료영역으로 갈수록 점점 감소할 수 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 제 2 돌출부(211)들 사이의 간격 역시 점점 감소할 수 있고, 변화되는 간격 값은 상기 제 1 돌출부(211)와 대응될 수 있다.
자세하게, 상기 권취 시작영역에서의 상기 권취 종료영역으로 갈수록 상기 적층체의 곡률 반경 값은 증가하게 된다. 즉, 상기 권취 시작영역에서의 곡률 반경 값은 작기 때문에, 상기 제 1 전극합제층(120)에 형성된 인접한 상기 제 3 돌출부(121)들의 측면은 서로 접촉할 수 있고, 상기 제 2 전극합제층(220)에 형성된 인접한 상기 제 4 돌출부(221)들의 측면은 서로 접촉할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 사이에 배치되는 상기 분리막(300)은 오목부 내에서 'U'자 또는 'V'자 형태로 꺽인 형태로 배치될 수 있다.이 경우, 상기 분리막(300)이 꺾이게 되어 신뢰성이 낮아질 수 있고, 상기 분리막(300)이 파손되어 그 기능을 수행하지 못할 수 있다.
그러나, 실시예는 상기 제 1 돌출부(111)들 및 상기 제 2 돌출부(211)들 사이의 간격은 권취 종료영역으로 갈수록 점점 감소하기 때문에 상기 분리막(300)의 신뢰성을 유지할 수 있다.
또한, 상기 제 1 패턴부 및 상기 제 2 패턴부에 의해 상기 집전체들(110, 120) 상에 배치되는 전극합제층의 비표면적을 극대화 할 수 있고, 이에 따라 정전 용량을 향상시킬 수 있다.
도 11은 실시예들에 따른 전기이중층 캐패시터의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 12는 실시예들에 따른 전기이중층 캐패시터의 제조 방법 중 열처리 및 활성화 처리에 의해 활물질이 형성되는 과정을 도시한 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 실시예에 따른 전기이중층 캐패시터(1000)의 제조 방법은 탄소 재료를 준비하는 단계, 열처리 단계, 활성화 처리 단계, 전극 형성 단계 및 셀 형성 단계를 포함할 수 있다.
상기 탄소 재료를 준비하는 단계는 활물질(1)을 형성하기 위한 탄소 재료를 준비하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소 재료는 석유계 피치(pitch), 석탄계 피치(pitch), 생 코크스(그린 코크스), 칼시네이션(calcination) 코크스 및 코크스 더스트 등일 수 있다.
이어서 상기 활물질(1)을 형성하기 위해 상기 탄소 재료를 열처리하는 단계가 진행될 수 있다. 상기 열처리 단계는 상기 활물질(1)에 결정질(20) 및 비정질(10)을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 열처리 단계는 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리 단계는 헬륨, 아르곤 및 질소 분위기 등에서 수행될 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 열처리 시 요구되는 특성을 충족시킬 수 있는 분위기에서 진행될 수 있다.
상기 열처리 단계는 약 650 ℃ 내지 약 900 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 열처리 온도가 약 650 ℃ 미만인 경우, 상기 활물질(1)에 상기 결정질(20)이 형성되지 않을 수 있다. 또한, 상기 열처리 온도가 약 900 ℃를 초과하는 경우, 상기 활물질(1)에 형성되는 결정질(20)의 비율이 지나치게 많을 수 있다.
즉, 열처리 온도에 따라 상기 활물질(1)의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(20)의 비율이 달라지며, 상기 결정질(20)의 비율이 상기 활물질(1)의 비표면적에 영향을 주어 정전 용량 값을 변화시킬 수 있다.
자세하게, 상기 열처리 온도가 낮을수록 상기 결정질(20)의 비율은 감소하고, 상기 비정질(10)의 비율은 증가할 수 있다. 이에 따라, 상기 활물질(1)의 비표면적은 증가되어 정전 용량은 향상될 수 있다. 또한, 상기 열처리 온도가 높을수록 상기 결정질(20)의 비율은 증가하고, 상기 비정질(10)의 비율은 감소할 수 있다. 이에 따라 상기 활물질(1)의 전기 전도도는 향상될 수 있으나, 정전 용량은 감소될 수 있다.
즉, 실시예에 따른 열처리 단계는 상기 탄소 재료를 약 650 ℃ 내지 약 900 ℃의 온도로 열처리하여 상기 활물질(1) 내의 상기 결정질(20) 및 상기 비정질(10)의 비율을 최적화할 수 있다. 이어서, 상기 활물질(1)을 활성화 처리하는 단계가 진행될 수 있다. 상기 활성화 처리 단계는 상기 활물질의 기공(11)의 크기 및 비율을 조절하는 단계일 수 있다. 자세하게, 상기 활성화 처리 단계에서 상기 비정질(10)은 깨져 상기 비정질(10)에는 기공(11)이 형성될 수 있다. 또한, 상기 활성화 처리 단계는 상기 결정질(20)의 격자 간격을 조절할 수 있다. 자세하게, 상기 활성화 처리 단계는 상기 결정질(20)의 (002)면(plane) 사이의 간격을 조절할 수 있다. 이에 따라, 상기 활물질(1)의 비표면적은 증가될 수 있다.
상기 활성화 처리 단계는 알칼리를 포함하는 활성화제를 이용하여 상기 활물질(1)을 활성화하는 단계일 수 있다. 즉, 상기 활성화 처리 단계는 알칼리 활성화 처리 단계일 수 있다. 상기 알칼리는 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) 금속 등일 수 있다. 이때, 상기 활물질(1) 및 상기 활성화제는 약 1:0.8 내지 약 1:5.5의 중량비로 혼합될 수 있다. 상기 활물질(1) 및 상기 활성화제의 중량비가 약 1:0.8 미만인 경우, 상기 활물질(1)을 충분히 활성화할 수 없다. 이에 따라, 활물질(1) 내에 상기 결정질(20)이 존재하더라도 상기 전해질 이온(30)이 이동할 수 있는 격자 간격이 확보되지 않을 수 있다. 또한, 상기 활물질(1) 및 상기 활성화제의 중량비가 약 1:5.5를 초과하는 경우, 상기 결정질(20)의 격자 간격이 지나치게 커질 수 있다. 즉, 반데르발스 결합에 의해 결합된 탄소 원자들 사이의 거리가 증가되어 반데르발스 결합이 끊어질 수 있다. 이에 따라 상기 결정질(20)은 결정성을 상실할 수 있다. 또한, 상기 활물질(1) 및 상기 활성화제의 중량비가 약 1:0.8 내지 약 1:5.5를 벗어나는 경우, 약 1 nm 이하의 크기를 가지고, 상기 비정질(10) 전체 부피의 약 60% 내지 약 85%를 차지하는 기공(11)을 구현하기 어려울 수 있다. 즉, 상기 기공(11)의 크기 및/또는 비율을 조절하기 어려울 수 있다. 이에 따라, 활물질(1)의 전체적인 전기적 특성이 저하될 수 있다.
상기 활성화 처리 단계는 불활성 기체 분위기에서 진행될 수 있다. 상기 불활성 기체는 헬륨, 아르곤 및 질소 등일 수 있다. 그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 활성화 처리는 요구되는 특성을 충족시킬 수 있는 분위기에서 진행될 수 있다.
상기 활성화 처리 단계는 약 700℃ 내지 약 1000℃의 온도에서 진행될 수 있다. 상기 활성화 처리 온도가 약 700℃ 미만이거나, 약 1000℃를 초과하는 경우, 상기 활물질(1)의 결정질(20)의 격자 간격이 약 0.37 nm 미만이거나 약 0.40 nm를 초과할 수 있다. 이에 따라, 상기 전해질 이온(30)이 이동할 수 있는 경로가 형성되지 않아 전기이중층 캐패시터(1000)의 전기 전도도 및 정전 용량은 감소될 수 있다.
또한, 약 700℃ 내지 약 1000℃의 온도에서 상기 활성화 처리 단계가 진행됨에 따라 상기 기공(11)은 약 1 nm 이하의 크기를 가질 수 있고, 상기 기공(11)은 상기 비정질(10) 전체 부피의 약 60% 내지 약 85%일 수 있다. 그러나, 상기 활성화 처리 온도가 상술한 범위를 벗어나는 경우, 상기 기공(11)의 크기 및/또는 비율을 조절하기 어려울 수 있다. 이에 따라, 상기 전기이중층 캐패시터(1000)의 전기적 특성이 저하될 수 있다.
이어서, 중화 단계, 세정 단계 및 전조 단계가 더 수행될 수 있다.
상기 중화 단계는 상기 활성화 처리 단계 이후에 진행될 수 있다. 상기 중화 단계는 상기 활성화 처리 단계에 사용된 상기 알칼리를 포함하는 물질을 제거하기 위해 중화하는 단계일 수 있다. 상기 중화 단계는 염산, 질산 등이 사용될 수 있다.
상기 세정 단계는 상기 중화 단계 이후에 진행될 수 있다. 상기 세정 단계는 상기 활물질(1)을 세정하는 단계일 수 있다. 상기 세정 단계는 증류수를 이용할 수 있다.
상기 세정 단계 이후에는 상기 건조 단계가 진행될 수 있다. 상기 건조 단계에 의해 상기 활물질(1)은 건조될 수 있다.
이어서 전극 형성 단계가 진행될 수 있다. 상기 전극 형성 단계는 상술한 전기이중층 캐패시터(1000)의 제 1 전극(100) 및 제 2 전극(200)을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 전극 형성 단계에서 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200)에는 패턴부가 형성될 수 있다. 자세하게, 제 1 집전체(110) 및 상기 제 2 집전체(210) 상에는 식각(Etching) 공정에 의해 각각 패턴부가 형성될 수 있다. 상기 식각 공정은 건식 식각(Dry Etching) 또는 습식 식각(Wet Etching)일 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 집전체(110)에는 제 1 돌출부(111)들 및 제 1 오목부(116)들을 포함하는 제 1 패턴부가 형성될 수 있고, 상기 제 2 집전체(210)에는 다수 개의 제 2 돌출부(211)들 및 제 2 오목부(216)들을 포함하는 제 2 패턴부가 형성될 수 있다.
상기 전극 형성 단계에서 상기 활물질(1)은 바인더 및 도전재 등과 혼합되어 제 1 전극합제층(120) 또는 제 2 전극합제층(220)으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전극합제층은 상기 집전체 상에 코팅되어 형성될 수 있다.
이때, 상기 제 1 전극합제층(120)에는 상기 제 1 패턴부 상에 배치되는 제 3 패턴부가 형성될 수 있고, 상기 제 2 전극합제층(220)에는 상기 제 2 패턴부 상에 배치되는 제 4 패턴부가 형성될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 전극합제층(120)은 상기 제 1 돌출부(111)와 대응되는 위치 상에 형성되는 제 3 돌출부(121) 및 상기 제 1 오목부(116)와 대응되는 위치 상에 형성되는 제 3 오목부(126)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극합제층(220)은 상기 제 2 돌출부(211)와 대응되는 위치 상에 형성되는 제 4 돌출부(221) 및 상기 제 4 오목부(226)와 대응되는 위치 상에 형성되는 제 4 오목부(226)를 포함할 수 있다. 상기 제 3 패턴부는 제 1 패턴부에 의해 형성될 수 있고, 상기 제 4 패턴부는 상기 제 2 패턴부에 의해 형성될 수 있따.
즉, 상기 제 1 전극합제층(120)은 금속을 포함하는 제 1 집전체(110) 상에 배치되어 양극 또는 음극의 역할을 수행할 수 있고, 상기 제 2 전극합제층(220)은 금속을 포함하는 제 2 집전체(210) 상에 배치되어 음극 또는 양극의 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 전극합제층들(120, 220)은 전극의 밀도 상승을 위해 일정 압력으로 가압되어 각각의 상기 집전체들(110, 210) 상에 접착될 수 있고, 가열 및 건조 등의 추가 단계를 통해 상기 전극합제층과 상기 집전체가 박리되는 것을 방지할 수 있다.
이어서 셀 형성 단계가 진행될 수 있다. 상기 셀 형성 단계는 상기 제 1 전극(100), 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)을 전해액에 함침시키는 단계일 수 있다. 즉, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 사이에 전해질 염이 해리된 전해액을 제공하여 슈퍼 캐패시터의 셀을 형성하는 단계일 수 있다.
이때, 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)은 순차적으로 적층되어 권취될 수 있다. 자세하게, 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)은 롤(Roll) 형태로 제작된 이후에 상기 롤 주위에 배치되는 접착 부재를 통해 형태를 유지할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 전극(100), 상기 분리막(300) 및 상기 제 2 전극(200)은 롤(Roll) 형태로 상기 커버 케이스(500) 내에 수용될 수 있다.
그러나, 실시예는 이에 제한되지 않고, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극 사이에 상기 분리막(300)이 배치된 상태에서 적층된 스택(Stack) 형태일 수 있다.
이어서, 리드선이 형성될 수 있다. 상기 리드선은 제 1 리드선(600) 및 제 2 리드선(700)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 리드선(600)은 상기 제 1 전극(100)에 연결될 수 있고, 상기 제 2 리드선(700)은 상기 제 2 전극(200)에 연결될 수 있다. 이때, 상기 제 1 리드선(600) 및 상기 제 2 리드선(700)은 상기 커버 케이스(500)의 내부에서 외부로 연장되며 형성될 수 있다.
이하 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 작용 및 효과를 보다 상세하게 설명한다.
실시예
1
NCC(Naphta Cracking Center) 공정에서 나오는 잔사 오일을 열처리하여 탄소 재료를 준비하였다. 상기 탄소 재료를 아르곤(Ar) 분위기 하에서 750℃의 온도로 6시간동안 60 Φ * 120 cm의 핫스팟에서 열처리하였다. 이어서 상기 탄소 재료를 KOH 활성화제와 1:3의 함량비로 혼합하여 아르곤(Ar) 분위기 하에서 700℃의 온도로 2시간동안 활성화 처리하여 활물질을 제조하였다.
이어서, 알루미늄을 포함하는 양극 집전체 및 음극 집전체를 식각(Etching)하여 상기 집전체들 상에 각각 돌출부들 및 오목부들을 포함하는 패턴을 형성하였다. 이때, 식각 두께는 5㎛이고 식각 폭은 5㎛로 진행하였다. 즉, 상기 돌출부의 높이가 5㎛, 상기 돌출부들 사이의 간격은 5㎛가 되도록 식각을 진행하였다.
이어서, 상기 활물질 및 도전재의 혼합물 95 중량% 및 바인더 5 중량%를 혼합하여 전극 재료를 제조한 후, 상기 양극 집전체 및 음극 집전체 상에 각각 상기 전극 재료를 코팅하여 전극합제층을 형성하였고 시트 상태로 만든 후 건조하여 전극을 제조하였다.
제조한 양극 및 음극 사이에 분리막을 배치하고, 상기 양극, 분리막 및 음극을 적층한 적층체를 권취하여 원형 커버 케이스 내에 삽입하고, 상기 양극, 상기 음극 및 상기 분리막이 함침되도록 전해액을 주입하여 전기이중층 캐패시터를 제조하였다.
이어서 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)를 이용하여 전기이중층 캐패시터의 정전용량을 측정하였다.
실시예
2
양극 집전체 및 음극 집전체 식각 시, 식각 두께는 3㎛이고 식각 폭은 3㎛가 되도록 식각하였다. 즉, 상기 돌출부의 높이가 3㎛, 상기 돌출부들 사이의 간격이 3㎛가 되도록 식각을 진행하였다.
이어서 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)를 이용하여 전기이중층 캐패시터의 정전용량을 측정하였다.
실시예
3
양극 집전체 및 음극 집전체 식각 시, 식각 두께는 1㎛이고 식각 폭은 5㎛가 되도록 식각하였다. 즉, 상기 돌출부의 높이가 1㎛, 상기 돌출부들 사이의 간격이 5㎛가 되도록 식각을 진행하였다.
이어서 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)를 이용하여 전기이중층 캐패시터의 정전용량을 측정하였다.
실시예
4
양극 집전체 및 음극 집전체 식각 시, 식각 두께는 1㎛이고 식각 폭은 3㎛가 되도록 식각하였다. 즉, 상기 돌출부의 높이가 1㎛, 상기 돌출부들 사이의 간격이 3㎛가 되도록 식각을 진행하였다.
이어서 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)를 이용하여 전기이중층 캐패시터의 정전용량을 측정하였다.
실시예
5
양극 집전체 및 음극 집전체 식각 시, 식각 두께는 5㎛이고 식각 폭은 1㎛가 되도록 식각하였다. 즉, 상기 돌출부의 높이가 5㎛, 상기 돌출부들 사이의 간격이 1㎛가 되도록 식각을 진행하였다.
이어서 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)를 이용하여 전기이중층 캐패시터의 정전용량을 측정하였다.
실시예
6
양극 집전체 및 음극 집전체 식각 시, 식각 두께는 3㎛이고 식각 폭은 1㎛가 되도록 식각하였다. 즉, 상기 돌출부의 높이가 3㎛, 상기 돌출부들 사이의 간격이 1㎛가 되도록 식각을 진행하였다.
이어서 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)를 이용하여 전기이중층 캐패시터의 정전용량을 측정하였다.
실시예
7
양극 집전체 및 음극 집전체 식각 시, 식각 두께는 1㎛이고 식각 폭은 1㎛가 되도록 식각하였다. 즉, 상기 돌출부의 높이가 1㎛, 상기 돌출부들 사이의 간격이 1㎛가 되도록 식각을 진행하였다.
이어서 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)를 이용하여 전기이중층 캐패시터의 정전용량을 측정하였다.
비교예
양극 집전체 및 음극 집전체를 식각하지 않고, 상기 양극 집전체 및 상기 음극 집전체 상에 활물질 및 도전재의 혼합물 95 중량% 및 바인더 5 중량%를 혼합한 전극 재료를 코팅하여 전극합제층을 형성하였다. 이어서 시트 상태로 만든 후 건조하였으며 표면을 상기 전극합제층 표면을 패터닝하여 전극을 제조하였다.
이어서 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)를 이용하여 전기이중층 캐패시터의 정전용량을 측정하였다.
| 집전체에 형성된 돌출부의 높이 (㎛) | 집전체에 형성된 돌출부들 사이의 간격 (㎛) | 정전 용량 (F/cc) | |
| 실시예 1 | 5 | 5 | 17.55 |
| 실시예 2 | 3 | 3 | 16.48 |
| 실시예 3 | 1 | 5 | 16.09 |
| 실시예 4 | 1 | 3 | 15.75 |
| 실시예 5 | 5 | 1 | 16.12 |
| 실시예 6 | 3 | 1 | 15.91 |
| 실시예 7 | 1 | 1 | 14.4 |
| 비교예 1 | 0 | 0 | 13.32 |
표 1을 참조하면, 실시예들에 따른 전이기중층 캐패시터(1000)의 정전용량 값은 비교예에 따른 전기이중층 캐패시터의 정전용량 값보다 큰 것을 알 수 있다. 또한, 상기 돌출부의 높이가 5㎛이고, 상기 돌출부들 사이의 간격이 5㎛인 실시예 1의 경우 비교예 1에 비해 정전용량이 크게 향상된 것을 알 수 있다.
즉, 실시예에 따른 전기이중층 캐패시터(1000)는 제 1 집전체(110) 및 제 2 집전체(210)에 각각 형성된 패턴부에 의해 상기 제 1 전극합제층(120) 및 상기 제 2 전극합제층(220)에도 각각 돌출부 및 오목부를 포함하는 패턴부가 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 집전체들(110, 210) 상에 배치되는 전극합제층의 비표면적을 극대화할 수 있어 전기이중층 캐패시터의 전체적인 정전 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 비표면적 향상을 위해 상기 전극합제층 상에 패턴을 형성할 경우, 상기 전극합제층이 손상될 수 있으나, 실시예는 상기 집전체들(110, 210) 상에 각각 형성된 상기 패턴부에 의해 상기 전극합제층들(120, 220) 상에 패턴부가 형성되어 상기 전극합제층들(120, 220)의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200)에 각각 형성된 패턴부가 서로 대응되는 위치에 배치되기 때문에 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200)을 쉽게 얼라인 할 수 있으며, 상기 돌출부들에 의해 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 사이에 배치되는 분리막(300)은 평평함을 유지할 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 전극(100) 및 상기 제 2 전극(200) 사이의 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 상기 분리막(300)의 신뢰성은 향상될 수 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (10)
- 제 1 전극;
상기 제 1 전극과 이격되어 배치되는 제 2 전극; 및
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하고,
상기 제 1 전극은,
제 1 패턴부를 포함하는 제 1 집전체; 및
상기 제 1 집전체 상에 배치되는 제 1 전극합제층을 포함하고,
상기 제 2 전극은,
제 2 패턴부를 포함하는 제 2 집전체; 및
상기 제 2 집전체 상에 배치되는 제 2 전극합제층을 포함하고,
상기 제 1 패턴부 및 상기 제 2 패턴부는 서로 대응되는 위치에 배치되는 전기이중층 캐패시터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 패턴부는, 다수 개의 제 1 돌출부 및 서로 인접한 상기 제 1 돌출부들 사이에 형성되는 제 1 오목부를 포함하고,
상기 제 2 패턴부는, 다수 개의 제 2 돌출부 및 서로 인접한 상기 제 2 돌출부들 사이에 형성되는 제 2 오목부를 포함하고,
상기 제 1 돌출부 및 상기 제 2 돌출부는 서로 대응되는 위치에 배치되고,
상기 제 1 오목부 및 상기 제 2 오목부는 서로 대응되는 위치에 배치되는 전기이중층 캐패시터. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 패턴부 및 상기 제 2 패턴부 중 적어도 하나의 패턴부는, 서로 인접한 상기 돌출부들 사이의 간격이 1㎛ 내지 15㎛인 전기이중층 캐패시터. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 패턴부 및 상기 제 2 패턴부 중 적어도 하나의 패턴부는, 상기 돌출부의 높이가 1㎛ 내지 15㎛인 전기이중층 캐패시터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 집전체 및 상기 제 2 집전체 중 적어도 하나의 집전체의 전체 두께는 25㎛ 내지 45㎛인 전기이중층 캐패시터. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 전극합제층은 상기 제 1 패턴부 상에 배치되는 제 3 패턴부를 포함하고,
상기 제 2 전극합제층은 상기 제 2 패턴부 상에 배치되는 제 4 패턴부를 포함하고,
상기 제 3 패턴부 및 상기 제 4 패턴부는 서로 대응되는 위치에 배치되는 전기이중층 캐패시터. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 3 패턴부는, 제 3 돌출부 및 서로 인접한 상기 제 3 돌출부들 사이에 형성되는 제 3 오목부를 포함하고,
상기 제 4 패턴부는, 제 4 돌출부 및 서로 인접한 상기 제 4 돌출부들 사이에 형성되는 제 4 오목부를 포함하고,
상기 제 3 돌출부는 상기 제 1 돌출부와 대응되는 위치에 배치되고,
상기 제 4 돌출부는 상기 제 2 돌출부와 대응되는 위치에 배치되는 전기이중층 캐패시터. - 제 7 항에 있어서,
상기 분리막은, 상기 제 3 오목부 및 상기 제 4 오목부와 이격되어 배치되는 전기이중층 캐패시터. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 전극, 상기 분리막 및 상기 제 2 전극을 수용하는 커버 케이스를 더 포함하고,
상기 제 1 전극, 상기 분리막 및 상기 제 2 전극은 롤(Roll) 형태로 권취되어 상기 커버 케이스 내부에 수용되는 전기이중층 캐패시터. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 패턴 및 상기 제 2 패턴 중 적어도 하나의 패턴의 패턴 사이의 간격은, 권취 시작영역에서 권취 종료영역으로 갈수록 좁아지는 전기이중층 캐패시터.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170134483A KR102389257B1 (ko) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | 전기이중층 캐패시터 및 이의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170134483A KR102389257B1 (ko) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | 전기이중층 캐패시터 및 이의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190042875A true KR20190042875A (ko) | 2019-04-25 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020170134483A KR102389257B1 (ko) | 2017-10-17 | 2017-10-17 | 전기이중층 캐패시터 및 이의 제조 방법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR102389257B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023191275A1 (ko) * | 2022-03-29 | 2023-10-05 | 경상국립대학교산학협력단 | 아연-이온 커패시터용 음극재, 이의 제조방법 및 아연-이온 커패시터 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100020553A (ko) * | 2008-08-13 | 2010-02-23 | 엘에스엠트론 주식회사 | 에너지 저장장치 |
| KR20130026791A (ko) * | 2011-09-06 | 2013-03-14 | 삼성전기주식회사 | 금속 집전체, 이의 제조방법, 및 이를 구비한 전기 화학 커패시터 |
| KR20140077691A (ko) * | 2012-12-14 | 2014-06-24 | 삼성전기주식회사 | 전극 구조물 및 이를 구비하는 에너지 저장 장치 |
-
2017
- 2017-10-17 KR KR1020170134483A patent/KR102389257B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100020553A (ko) * | 2008-08-13 | 2010-02-23 | 엘에스엠트론 주식회사 | 에너지 저장장치 |
| KR20130026791A (ko) * | 2011-09-06 | 2013-03-14 | 삼성전기주식회사 | 금속 집전체, 이의 제조방법, 및 이를 구비한 전기 화학 커패시터 |
| KR20140077691A (ko) * | 2012-12-14 | 2014-06-24 | 삼성전기주식회사 | 전극 구조물 및 이를 구비하는 에너지 저장 장치 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023191275A1 (ko) * | 2022-03-29 | 2023-10-05 | 경상국립대학교산학협력단 | 아연-이온 커패시터용 음극재, 이의 제조방법 및 아연-이온 커패시터 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102389257B1 (ko) | 2022-04-21 |
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