WO2017213377A1 - 전기화학 커패시터 - Google Patents

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WO2017213377A1
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오솔선
최정호
권경희
채정훈
장아름
박계남
김현진
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주식회사 네스캡
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a capacitor manufacturing technique, and more particularly, to a capacitor capable of preventing performance degradation from occurring and allowing performance to be stably maintained for a long time.
  • Electrochemical capacitors are one of the main devices for storing energy. They are also referred to as various other terms such as super capacitors, ultra capacitors, electric double layer capacitors, and the like.
  • the application fields of electrochemical capacitors are gradually expanding due to characteristics such as high output, high capacity and long life. Especially, recently, application fields are being expanded not only for small electronic devices but also for industrial devices, UPS (uninterruptible power supply), electric vehicles, smart grids and the like.
  • UPS uninterruptible power supply
  • an electrochemical capacitor in general, includes a positive electrode and a negative electrode formed in the form of a coating of an active material layer on the surface of a collector, and a separator that is disposed between the positive electrode and the negative electrode to electrically insulate the positive electrode and the negative electrode, An electrolyte solution impregnated with the electrode and the separator to supply the ions and to allow the ion to be conducted, and a case accommodating therein the positive and negative electrodes, the separator, and the electrolytic solution.
  • Such an electrochemical capacitor may be typically manufactured by forming an electrode assembly by winding or laminating a plurality of electrodes and a separator in a cylindrical form, then housing the formed electrode assembly in a case, and injecting an electrolyte solution thereinto and sealing the electrode assembly .
  • Electrochemical capacitors have been evaluated as being available for a long time compared to other energy storage devices. However, even in the case of such an electrochemical capacitor, the performance may be deteriorated as the use continues.
  • the electrode assembly is often formed in a rolled form, i.e., a winding type.
  • the separator and the electrode are more likely to deteriorate at the core portion and the terminal portion as the charge / discharge cycle is repeated, which may cause the performance of the capacitor to deteriorate.
  • the electrochemical capacitor is likely to cause deterioration in either one of the positive electrode and the negative electrode, particularly, the electrode located on the outer side of the electrode.
  • the overall performance of the capacitor depends on the performance of the electrode side where the deterioration occurs, so that there is a problem that the performance of the capacitor is largely deteriorated as a whole.
  • deterioration of various components included in the capacitor can generate gas inside the capacitor, thereby degrading safety and changing the shape as well as the performance of the capacitor.
  • an object of the present invention to provide an electrochemical capacitor capable of suppressing deterioration of internal components and stably maintaining the performance for a long time and securing safety, .
  • an electrochemical capacitor comprising: a first electrode having a rolled sheet shape and coated with an active material layer on both sides; A second electrode formed on the outer side of the first electrode so as to face the first electrode and coated with an active material layer on both sides; And a separator wound around the first electrode and the second electrode, wherein the first electrode is configured such that at least a part of the outermost layer is exposed to the outside.
  • the first electrode may be configured such that the distal end portion is extended longer than the distal end portion of the second electrode, so that at least a portion of the outermost layer is exposed to the outside.
  • the second electrode may be configured such that a part of the distal end portion is recessed inward in the longitudinal direction.
  • the second electrode may be formed with a hole penetrating through the outermost layer in the thickness direction.
  • the first electrode may be formed such that an area of 20% to 80% of the total area of the outermost layer is exposed to the outside.
  • the first electrode may be configured such that an area of 30% to 70% of the total area of the outermost layer is exposed to the outside.
  • the first electrode may have a length equal to or longer than the length of the second electrode.
  • At least one of the first electrode and the second electrode may be formed with a stripping portion on the outer surface of the outermost layer, wherein the active material layer is at least partially removed or not formed.
  • the performance of the electrochemical capacitor can be further improved.
  • deterioration of various components such as an electrode or a separator included in the electrochemical capacitor can be prevented or minimized.
  • deterioration at the distal end portion of the electrode is prevented, whereby the performance of the capacitor can be prevented from deteriorating as a whole.
  • the performance of the electrochemical capacitor can be kept stable for a long time.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an electrode assembly which is a part of an electrochemical capacitor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a capacitor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a front view showing the outermost layer structure of the first electrode and the second electrode separated according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a front view showing an outermost layer structure of a first electrode and a second electrode separated according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view showing an outermost layer structure of a first electrode and a second electrode according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a structure of forming a stripping portion according to an embodiment of the present invention.
  • Figs. 7 and 8 are cross-sectional views schematically showing a structure of forming a stripping portion according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a structure of forming a stripping portion according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an electrode assembly which is a part of an electrochemical capacitor according to an embodiment of the present invention.
  • an electrochemical capacitor according to the present invention includes an electrode assembly 110 including a first electrode 110, a second electrode 120, and a separator 130.
  • the first electrode 110 may be in the form of a sheet, that is, a plate having a large surface.
  • the sheet-like first electrode 110 may be formed in a wound form. That is, the first electrode 110 may be rolled in one direction to form a roll, as shown in the figure.
  • the first electrode 110 may be coated with an active material layer on its surface. More specifically, the first electrode 110 may include a current collector and an active material layer.
  • the current collector is made of an electrically conductive material such as metal, and serves as a path for transferring charge, and may be formed in a sheet form.
  • the active material layer may be formed on the surface of the sheet-like current collector, particularly on both surfaces.
  • Such an active material layer may include an active material such as activated carbon, a conductive material, a binder, and the like.
  • the second electrode 120 may function as an electrode plate having a polarity opposite to that of the first electrode 110.
  • the second electrode 120 may function as a cathode, and when the first electrode 110 is a cathode, the second electrode 120 may function as an anode have.
  • the second electrode 120 may have a different polarity from that of the first electrode 110 in many aspects.
  • the second electrode 120 may be in the form of a wound sheet.
  • the second electrode 120 may include a current collector and an active material layer coated on the surface of the current collector.
  • the second electrode 120 may be formed of the same material as the first electrode 110, or may be formed of another material.
  • the second electrode 120 may be configured such that the first electrode 110 and the current collector and / or the active material layer have the same components.
  • the second electrode 120 may be configured to face the first electrode 110. That is, the second electrode 120 may be formed so as to face the first electrode 110 from the core portion to the terminal portion by being wound together with the first electrode 110 overlapping the first electrode 110 to face each other .
  • the core portion refers to the center side end in the length direction when the second electrode 120 is wound
  • the end portion refers to the outer side end portion in the length direction when the second electrode 120 is wound.
  • both sides can be opposed to each other except for the innermost portion and the outermost portion. That is, the first electrode 110 may face the second electrode 120 on both the inner and outer sides except for the innermost layer located at the innermost layer.
  • the second electrode 120 may face the first electrode 110 on both the inner and outer surfaces except the outermost layer located at the outermost layer.
  • the second electrode 120 may be located outside the first electrode 110. That is, when the first electrode 110 and the second electrode 120 are wound together while being overlapped with each other, the second electrode 120 may be curled outwardly from the first electrode 110.
  • the core portion of the second electrode 120 may be located outside the core portion of the first electrode 110.
  • the inner end of the first electrode 110 may be positioned closer to the central axis of the cylinder than the inner end of the second electrode 120, assuming that the electrochemical capacitor is formed in a cylindrical shape.
  • the electrochemical capacitor according to the present invention may be laminated and wound in the order of the first electrode 110, the separator 130, the second electrode 120, and the separator 130 in the order of the inner center. Accordingly, the first electrode 110 may be located inside the second electrode 120.
  • the inner and outer sides of the first electrode 110 and the second electrode 120 which are located on the same layer (layer) with respect to the inner center of the electrochemical capacitor, ) And the second electrode 120, respectively.
  • one layer of the first electrode 110 and one layer of the second electrode 120 may be wound one layer at a time from the innermost layer
  • the layer wound one layer at the outer side of the first electrode 110 and the second electrode 120 may be wound at two layers
  • Layer can be expressed as three layers.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 are compared in the same layer, such as two layers, the first electrode 110 may be located inside the second electrode 120.
  • the separator 130 may be interposed between the first electrode 110 and the second electrode 120.
  • the separator 130 prevents direct contact between the first electrode 110 and the second electrode 120 to prevent short-circuiting and allows the ions to move between them.
  • the separator 130 may be a thin and flat sheet like the first electrode 110 and the second electrode 120 and may be formed between the first electrode 110 and the second electrode 120, Can be wound together.
  • the present invention is not limited to a specific component with respect to the first electrode 110, the second electrode 120, and the separator 130. That is, in the present invention, as the constituent components of the first electrode 110, the second electrode 120, and the separator 130, various kinds of electrodes and separator materials known at the time of filing of the present invention are employed .
  • the electrochemical capacitor according to the present invention may include an electrolytic solution.
  • the electrolytic solution may include an electrolyte and an organic solvent as a salt component.
  • the electrolyte is an anion which contains at least one anion such as Br - , BF 4 - , PF 6 - , and TFSI - , and at least one cation such as spiro- (1,1 ') - (1, 1 ') - bipiperidinium, dialkylpyrrolidinium, dialkylimidazolium, dialkylpyridinium, tetra-alkylammonium, dialkylpiperidines, And at least one cation having a quaternary ammonium structure such as ridinium, tetra-alkylphosphonium, and the like.
  • a non-lithium salt not containing lithium may be used as the electrolyte.
  • organic solvent used in the electrolytic solution examples include propylene carbonate (PC), diethyl carbonate, ethylene carbonate (EC), sulfolane, acetonitrile, dimethoxyethane and tetrahydrofuran, and ethylmethyl carbonate EMC) may be included.
  • PC propylene carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • sulfolane acetonitrile
  • dimethoxyethane and tetrahydrofuran examples of the organic solvent used in the electrolytic solution
  • EMC ethylmethyl carbonate
  • the present invention is not limited to the specific components of the electrolytic solution, and various electrolytic solutions known at the time of filing of the present invention may be employed as the electrolytic solution in the capacitor of the present invention.
  • the electrochemical capacitor according to the present invention may include a case.
  • the case may have a hollow space therein to accommodate the first electrode 110, the second electrode 120, the separator 130, and the electrolytic solution.
  • the case may be made of a metal material or a polymer material, and may be sealed so that the electrolyte does not leak.
  • the electrochemical capacitor according to the present invention may be configured such that a portion of the first electrode 110 is exposed to the outside.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a capacitor according to an embodiment of the present invention. 2, for convenience of explanation, the separator 130 is not shown.
  • the first electrode 110 may extend longer than the distal end of the second electrode 120. That is, the first electrode 110 may be configured to extend beyond the portion where the second electrode 120 is terminated in the winding direction.
  • the terminal portion of the second electrode 120 may be formed to be shorter than the terminal portion of the first electrode 110.
  • the first electrode 110 located at the inner side of the second electrode 120 may be formed so that the distal end thereof extends longer than the distal end of the second electrode 120.
  • the first electrode 110 may be surrounded by the second electrode 120 and exposed to the outside.
  • the first electrode 110 located inside is configured to be surrounded by the second electrode 120 positioned on the outer side, even if the outermost layer of the first electrode 110 is not exposed to the outside .
  • the first electrode 110 of the capacitor according to the present invention may be configured such that at least a part of the outermost layer is exposed to the outside.
  • this configuration of the present invention it is possible to improve the performance of the electrochemical capacitor and alleviate the performance degradation. Particularly, in the case of an electrode which is located at the outermost portion and is exposed to the outside, deterioration may occur more easily than an electrode which is not exposed to the outside. At this time, if the deterioration is relatively large in one of the electrodes, the performance of the capacitor may be lowered in accordance with the performance of the electrode in which deterioration has occurred more than the electrode in which the deterioration is low. However, in the above embodiment, the second electrode 120 and the first electrode 110 are partially exposed to the outside, thereby reducing the external exposed area of the second electrode 120. Therefore, according to this embodiment of the present invention, it is possible to prevent the concentration of degradation in the second electrode 120 located outside, thereby lowering the performance degradation of the capacitor.
  • the exposure ratio of the first electrode 110 may be inversely proportional to the exposure ratio of the second electrode 120. That is, the more the outermost layer of the first electrode 110 is exposed, the less the outermost layer of the second electrode 120 is exposed. On the contrary, as the outermost layer of the first electrode 110 is less exposed, the outermost layer of the second electrode 120 is more exposed.
  • the first electrode 110 may be formed such that a portion corresponding to an area of 10% to 90% of the total area of the outermost layer is exposed to the outside.
  • the outermost layer of the first electrode 110 may be referred to as a portion denoted by B.
  • the portion of the outermost layer of the first electrode 110 that is exposed to the outside may be referred to as a portion indicated by A in FIG.
  • the ratio of the area of the portion denoted by A to the area of the portion denoted by B may be 10% to 90%.
  • the width is constant with respect to the whole portion denoted by B, that is, the outermost layer of the first electrode 110
  • the ratio of the area of the portion denoted by A to the area of the portion denoted by B is expressed by the area denoted by B To the length in the winding direction of the portion indicated by A with respect to the length in the winding direction of the recording medium. Therefore, when the length of the portion indicated by A is L A and the length of the portion indicated by B is L B , L A / L B may be expressed by 0.1 to 0.9.
  • the first electrode 110 may be formed such that a portion corresponding to an area of 20% to 80% of the total area of the outermost layer is exposed to the outside. That is, in the configuration of FIG. 2, the portion denoted by A may be composed of 20% to 80% of the area denoted by B. In particular, when the outermost layer of the first electrode 110 has the same width, the first electrode 110 may be configured such that L A / L B is represented by 0.2 to 0.8. For example, the area of the first electrode 110 exposed to the outside may be 20% of the total area of the outermost layer.
  • the first electrode 110 may be formed such that a portion corresponding to an area of 30% to 70% of the total area of the outermost layer is exposed to the outside. That is, in the configuration of FIG. 2, the portion indicated by A may be configured to be 30% to 70% of the area of the portion indicated by B.
  • L A / L B can be expressed as 0.3 to 0.7.
  • the area of the first electrode 110 exposed to the outside may be 30% of the total area of the outermost layer.
  • the first electrode 110 may be configured such that the area of the portion exposed to the outside is 70% of the total area of the outermost layer.
  • the first electrode 110 may be formed such that a portion corresponding to an area of 40% to 60% of the total area of the outermost layer is exposed to the outside. Furthermore, the first electrode 110 may be formed such that a portion corresponding to an area of 45% to 55% of the total area of the outermost layer is exposed to the outside.
  • the first electrode 110 may be formed such that a portion corresponding to an area of 50% of the total area of the outermost layer is exposed to the outside.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 may be exposed to the same or similar areas.
  • the first electrode 110 may have a length equal to or longer than the length of the second electrode 120.
  • the first electrode 110 may have the same length as the second electrode 120 from the core portion, which is the inner end, to the distal end, which is the outer end. That is, the length of the first electrode 110 in the winding direction may be the same as the length of the second electrode 120 in the winding direction.
  • the length of the first electrode 110 may be longer than the length of the second electrode 120 in the winding direction.
  • a configuration in which at least a part of the outermost layer of the first electrode 110 is exposed to the outside can be more easily achieved, and the performance of the electrochemical capacitor can be improved, .
  • the winding direction end portion of the first electrode 110 is longer than the winding direction end portion of the second electrode 120
  • the present invention is not limited to such an embodiment.
  • FIG. 3 is a front view illustrating the outermost layer structure of the first electrode 110 and the second electrode 120 according to another embodiment of the present invention. That is, FIG. 3 shows the arrangement in which the first electrode 110 and the outermost end portion of the second electrode 120 are arranged vertically in one plane.
  • the second electrode 120 may be configured such that a portion of the distal end portion is recessed inwardly in the longitudinal direction thereof, such as a portion denoted by D1. That is, the second electrode 120 may be configured such that a concave portion in the shape of a concave in the left direction, which is inward in the longitudinal direction, is formed at the outer end portion of the distal end portion.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 may be configured to terminate at the same point as the end portions as shown in FIG.
  • any one of the first electrode 110 and the second electrode 120 may be configured such that the distal end portion of the first electrode 110 and the second electrode 120 does not protrude by extending in the longitudinal direction. Since a part of the distal end of the second electrode 120 positioned on the outer side is concavely cut out in the inner direction, a portion of the outermost layer of the first electrode 110 is cut through the cut- Can be exposed to the outside.
  • this configuration of the present invention it is possible to expose a portion of the outermost layer of the first electrode 110, irrespective of the relative length of the distal end of the first electrode 110 and the distal end of the second electrode 120 . That is, even if the distal end of the first electrode 110 is not longer than the distal end of the second electrode 120, at least a portion of the outermost layer of the first electrode 110 may be exposed to the outside. Therefore, in this case, since the outermost layer exposure configuration of the first electrode 110 can be easily achieved without an effort to precisely adjust the lengths of the first electrode 110 and the second electrode 120, Can be improved.
  • the cutout portion such as D1 may be formed in a concave shape in the vertical direction at the upper end portion or the lower end portion of the outermost layer.
  • an upper end portion of a portion of the outermost layer of the second electrode 120 may be formed to be concavely cut in a downward direction.
  • the outermost layer of the first electrode 110 may be exposed to the outside through the cut-off portion of the second electrode 120.
  • FIG. 4 is a front view showing an outermost layer structure of the first electrode 110 and the second electrode 120 according to another embodiment of the present invention. 4, the first electrode 110 and the second electrode 120 may be arranged such that the outermost end portion of the first electrode 110 and the second electrode 120 are vertically arranged in one plane.
  • the second electrode 120 may have a hole penetrating through the thickness of the outermost layer, such as a portion denoted by D2. A part of the outermost layer of the first electrode 110 may be exposed to the outside through the holes.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 may be configured to terminate at the same point as the end portions as shown in FIG. That is, any one of the first electrode 110 and the second electrode 120 may be configured so that the distal end portion does not extend in the longitudinal direction.
  • this structure of the present invention it is possible to expose a part of the outermost layer of the first electrode 110 irrespective of the relative length of the terminal portion of the first electrode 110 and the terminal portion of the second electrode 120 Do. That is, even if the distal end of the first electrode 110 is not longer than the distal end of the second electrode 120, at least a portion of the outermost layer of the first electrode 110 may be exposed to the outside. Therefore, since it is not necessary to precisely match the lengths of the first electrode 110 and the second electrode 120, the manufacturing process of the capacitor such as the winding of the electrode plate can be performed more easily.
  • FIG. 5 is a front view showing the outermost layer structure of the first electrode 110 and the second electrode 120 according to another embodiment of the present invention.
  • the second electrode 120 may be formed with a plurality of holes. That is, in the present embodiment, the second electrode 120 is formed with a hole penetrating through the outermost layer in the thickness direction as in FIG. 4, and a plurality of holes may be formed unlike FIG.
  • the first electrode 110 may be exposed to the outside through the plurality of holes.
  • the strength of the second electrode 120 due to the formation of holes can be prevented or lowered, for example, the tensile strength can be prevented from being lowered. Therefore, in this case, the first electrode 110 can be exposed with a wider area, and the mechanical stability of the electrochemical capacitor can be further improved.
  • a plurality of holes are arranged in the winding direction of the second electrode 120, that is, in the longitudinal direction, but a plurality of holes are formed in the direction perpendicular to the winding direction of the second electrode 120 , For example, vertically as shown in Fig.
  • the configuration in which the cutout portion or the hole is formed in the second electrode 120 is not limited to the configuration in which the second electrode 120 is extended longer than the first electrode 110 And the first electrode 110 may extend longer than the second electrode 120.
  • the first electrode 110 and / or the second electrode 120 may have a stripping portion formed on the outer surface of the outermost layer.
  • the stripping portion may be a portion where the active material layer is at least partially removed or not formed.
  • 6 is a cross-sectional view schematically showing a structure of forming a stripping portion according to an embodiment of the present invention.
  • 6 may be a diagram showing a part of the configuration of the outermost layer of the first electrode 110. [ In Fig. 6, the upper side may be referred to as a portion located outside when the first electrode 110 is wound.
  • the first electrode 110 is formed in such a manner that the active material 112 is coated on both sides of the current collector 111 as a whole, and the active material 112 is coated on the active material 112 at a portion of at least one surface,
  • the stripping portion can be formed by completely removing the layer 112. That is, the stripping portion of the first electrode 110 may be configured such that the active material layer 112 is completely removed in the thickness direction (vertical direction in the drawing).
  • the stripping unit may be formed to have a predetermined length starting from the distal end of the first electrode 110. The stripping unit may be formed to have a predetermined length.
  • the stripping portion means a structure in which an active material layer is not present in a portion where an active material layer is to be formed in the process of coating the active material layer, Or may be formed in a form not formed from the beginning.
  • the active material layer is formed and removed.
  • a stripping portion is formed on the outermost layer of the first electrode 110, but a stripping portion may also be formed on the outermost layer of the second electrode 120 in a similar manner.
  • the structure of the stripping portion shown in FIG. 6 is only an example, and the present invention is not necessarily limited to the shape of the stripping portion.
  • Figs. 7 and 8 are cross-sectional views schematically showing a structure of forming a stripping portion according to another embodiment of the present invention.
  • the stripper may be formed in a shape in which the active material layer is completely removed from a surface of the stripper, as shown in FIG. 6, but the end portion may be inclined. That is, the stripper may be configured such that the active material layer is completely removed from the center portion, and the active material layer is gradually thinned at the end portion.
  • the stripping unit may be configured such that the active material layer is completely removed from one surface, and the end portion is formed in a stepped shape, as in FIG. That is, the stripper may be configured such that the active material layer is completely removed from the center portion, and the active material layer has a step at the end portion thereof.
  • the present invention it is possible to prevent or minimize the bonding force between the active material layer and the current collector at the end of the portion where the stripper is formed. That is, according to these structures, it is possible to prevent the active material layer from being easily separated from the current collector due to the formation of the stripping portion.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a structure of forming a stripping portion according to another embodiment of the present invention.
  • the stripper may be configured such that the active material layer is not completely removed in the thickness direction but only partially removed. That is, the active material layer can be configured to have a relatively thin thickness without being completely removed at the portion where the stripping portion is formed.
  • the end portion of the active material layer may not exist in the portion where the stripping portion is located. Therefore, in the portion where the stripping portion is located, the active material layer can be more effectively prevented from being desorbed.
  • the stripping structure may be formed on the first electrode 110 and / or the second electrode 120 exposed to the outside.
  • the first electrode 110 may include a portion labeled A of the second electrode 120 in FIG. 2 or a portion labeled D1 of the second electrode 120 in FIG. 3, D1, D2, etc. of the second electrode 120 at the outer surface of the first electrode 110.
  • the stripe portion may be exposed to the outside through a portion denoted by D2 of the electrode 120, As shown in FIG.
  • the second electrode 120 may be formed with a stripping portion on an outer surface of a portion exposed to the outside without being covered with the first electrode 110 in the outermost layer.
  • the stripping portion may have an area of 10% or more of the total area of the outer exposed areas of the first electrode 110 and the second electrode 120.
  • the stripping portion may have an area of 50% or more of the total area of the outer exposed areas of the first electrode 110 and the second electrode 120.
  • the present invention is not limited to the specific embodiment of the exposed area.
  • the stripping portions are formed in the portions exposed to the outside of the first electrode 110 and the second electrode 120. Therefore, deterioration of the electrodes and the separator 130 can be prevented. Therefore, deterioration in performance due to the use of the electrochemical capacitor can be prevented. Moreover, the stripping portion can be formed on the outer surface portion of the outermost layer which does not greatly contribute to the capacitance of the capacitor, thereby preventing or minimizing the capacity decrease due to the formation of the stripping portion.
  • a 50 F capacitor was prepared as Comparative Example 1 by mixing an electrolyte prepared by mixing 1 M tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF 4 ) in an acetonitrile organic solvent and the electrode assembly prepared above.
  • TEABF 4 tetraethylammonium tetrafluoroborate
  • the total length of the first electrode and the total length of the second electrode are as shown in Table 1.
  • Table 1 the outermost layer exposed ratio of the first electrode, that is, the ratio of the unexposed area to the exposed area in the outermost layer of the first electrode is described. In the case of Comparative Example 1, this ratio is 10: 0, which means that there is no exposed area in the outermost layer of the first electrode. That is, in the case of Comparative Example 1, all of the outermost layers of the first electrode are covered by the second electrode, which means that they are not exposed to the outside in the whole portion.
  • An electrode assembly was prepared in the same manner as in Comparative Example 1.
  • the total length of the first electrode, the total length of the second electrode, and the outermost layer exposed ratio of the first electrode were different from those of Comparative Example 1.
  • the numerical values thus changed are shown in Table 1.
  • the outermost layer exposure ratio of the first electrode ratio of unexposed area to exposed area in the outermost layer of the first electrode
  • the first electrode was formed to be 1 cm shorter in total length than the second electrode.
  • the capacitor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the total length of the first electrode, the total length of the second electrode, and the outermost layer exposure ratio of the first electrode were different from those of Example 1 as shown in Table 1. That is, in the case of Example 2, the outermost layer exposed ratio of the first electrode was 7: 3, and the first electrode was configured to have the same total length as the second electrode.
  • the capacitor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the total length of the first electrode, the total length of the second electrode, and the outermost layer exposure ratio of the first electrode were different from those of Example 1 as shown in Table 1. That is, in the case of Example 3, the outermost layer exposed ratio of the first electrode was 5: 5, and the first electrode had a total length of 0.5 cm longer than the second electrode.
  • the capacitor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the total length of the first electrode, the total length of the second electrode, and the outermost layer exposure ratio of the first electrode were different from those of Example 1 as shown in Table 1. That is, in the case of Example 4, the outermost layer exposed ratio of the first electrode was 3: 7, and the first electrode had a total length of 1 cm longer than the second electrode.
  • the capacitor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the total length of the first electrode, the total length of the second electrode, and the outermost layer exposure ratio of the first electrode were different from those of Example 1 as shown in Table 1. That is, in the case of Example 5, the outermost layer exposure ratio of the first electrode was 2: 8, and the first electrode had a total length of 2 cm longer than the second electrode.
  • the capacitor was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the total length of the first electrode, the total length of the second electrode, and the outermost layer exposure ratio of the first electrode were different from those of Example 1 as shown in Table 1. That is, in the case of Example 6, the outermost layer exposure ratio of the first electrode is 0:10, which means that the outermost layer of the first electrode is entirely exposed to the outside. In addition, the first electrode has a total length of 3 cm longer than the second electrode.
  • the capacitors of Comparative Example 1 and Examples 1 to 6 thus obtained were placed in an oven and the first electrode was used as a cathode and the second electrode was used as an anode and maintained at 75 DEG C and 3.1 V in an oven for 32 hours . After the capacitor was discharged at the end of 32 hours, the capacitor was taken out of the oven to give a stabilization time, DC ESR (Equivalent Serial Resistance) was measured by an IR drop when charging / discharging was performed at room temperature of 3A. Respectively.
  • DC ESR Equivalent Serial Resistance
  • each of the capacitors was charged to 3.1 V at 0.5 A, maintained at 75 ° C. and 3.1 V for 32 hours, discharged to 0.1 V at 0.5 A, and then stabilized at room temperature for 10 hours at room temperature Respectively.
  • the change in the case height of the capacitor due to the life test in a 32 hour extreme environment was measured.
  • gas or the like may be generated inside and the volume may increase.
  • the change in the height of the case may be a criterion for determining the amount of internal gas generated.
  • the capacitors of Examples 1 to 6 according to the present invention have a significantly lower increase in resistance than the capacitors of Comparative Example 1.
  • the resistance increase rate is significantly different from that of Comparative Example 1.
  • the resistance change rate is the smallest.
  • the rate of increase in resistance due to use is lower than that of the conventional capacitor, The performance is not easily deteriorated, and the performance can be maintained for a long time.
  • the capacitors of Examples 1 to 4 according to the present invention are not as large in height increase rate as the capacitors of Comparative Example 1 continue to be used.
  • the capacitor according to the present invention in which at least a part of the outermost layer is exposed to the outside with respect to the first electrode located on the inner side, does not easily deform due to the swelling phenomenon, and the risk of breakage or explosion is greatly lowered, The safety can be remarkably improved.

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Abstract

본 발명은 열화가 잘 일어나지 않도록 하여 성능이 장시간 안정적으로 유지될 수 있는 커패시터를 개시한다. 본 발명에 따른 전기화학 커패시터는, 권취된 시트 형태로 구성되고 양면에 활물질층이 코팅된 제1 전극; 상기 제1 전극의 외측에서 상기 제1 전극과 대면되도록 권취된 시트 형태로 구성되고, 양면에 활물질층이 코팅된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되어 권취된 세퍼레이터를 포함하고, 상기 제1 전극은, 최외층의 적어도 일부분이 외측으로 노출되도록 구성될 수 있다.

Description

전기화학 커패시터
본 출원은 2016년 6월 8일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2016-0071294호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 발명은 커패시터 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열화(degradation)가 잘 일어나지 않도록 하여 성능이 장시간 안정적으로 유지될 수 있는 커패시터에 관한 것이다.
전기화학 커패시터는, 에너지를 저장하는 주요한 하나의 장치로서, 슈퍼 커패시터(Super Capacitor), 울트라 커패시터(Ultra Capacitor), 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor) 등 여러 가지 다른 다양한 용어로 불리기도 한다.
전기화학 커패시터는, 고출력, 고용량, 장수명 등의 특성으로 인해 그 응용 분야가 점차 확대되고 있다. 특히, 최근에는 소형 전자기기는 물론이고, 산업기기, UPS(무정전 전원장치), 전기자동차, 스마트그리드 등으로 그 응용분야를 점차 넓혀 가고 있다.
일반적으로, 전기화학 커패시터는, 집전체의 표면에 활물질층이 코팅된 형태로 구성된 양극과 음극, 그리고 양극과 음극 사이에 위치하여 양극과 음극을 전기적으로 절연시키면서 이온의 이동을 가능하게 하는 세퍼레이터, 전극과 세퍼레이터에 함침되어 이온을 공급하고 이온의 전도를 가능하게 하는 전해액, 그리고 내부에 양극과 음극, 세퍼레이터 및 전해액을 수용하는 케이스를 구비할 수 있다.
이러한 전기화학 커패시터는, 대표적으로 다수의 전극과 세퍼레이터를 원통 형태로 권취하거나 적층하여 전극 조립체를 형성한 후, 형성된 전극 조립체를 케이스에 수납하고 여기에 전해액을 주입하여 밀봉하는 방식으로 제조될 수 있다.
전기화학 커패시터는, 다른 에너지 저장 장치에 비해, 오랜 시간 사용이 가능하다는 평가를 받고 있다. 하지만, 이러한 전기화학 커패시터라 하더라도, 사용이 계속됨에 따라 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
특히, 커패시터에서 전극 조립체는 롤과 같이 말려진 형태, 즉 권취형으로 형성되는 경우가 많다. 그런데, 이처럼 전극 조립체가 권취형으로 형성된 경우, 세퍼레이터나 전극은, 충방전 사이클이 반복될수록 코어부와 말단부에서 열화가 많이 발생하여, 커패시터의 성능을 저하시키는 원인으로 작용할 수 있다. 또한, 전기화학 커패시터는, 그 사용 중에 양극이나 음극 중 어느 한쪽 전극, 특히 외곽 측에 위치한 전극에서 열화가 발생할 가능성이 높다. 이 경우, 커패시터의 전체적인 성능은 열화가 발생한 전극 측의 성능을 따라가게 되므로, 커패시터의 성능이 전체적으로 크게 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 뿐만 아니라, 커패시터에 포함된 여러 구성요소의 열화는 커패시터 내부에서 가스를 발생시켜, 커패시터의 성능은 물론, 안전성을 저하시키고 형태를 변화시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 내부 구성요소의 열화를 억제하여 성능이 장시간 안정적으로 유지될 수 있고 안전성이 확보될 수 있는 전기화학 커패시터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기화학 커패시터는, 권취된 시트 형태로 구성되고 양면에 활물질층이 코팅된 제1 전극; 상기 제1 전극의 외측에서 상기 제1 전극과 대면되도록 권취된 시트 형태로 구성되고, 양면에 활물질층이 코팅된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되어 권취된 세퍼레이터를 포함하고, 상기 제1 전극은, 최외층의 적어도 일부분이 외측으로 노출되도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제1 전극은, 말단부가 상기 제2 전극의 말단부보다 길게 연장 형성됨으로써, 최외층의 적어도 일부분이 외측으로 노출되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제2 전극은, 말단부의 일부가 길이 방향 내측으로 오목하게 절취된 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제2 전극은, 최외층의 일부에서 두께 방향으로 관통된 형태로 홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극은, 최외층의 전체 면적 대비 20% 내지 80%의 면적이 외측에 노출되게 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극은, 최외층의 전체 면적 대비 30% 내지 70%의 면적이 외측에 노출되게 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극은, 제2 전극의 길이와 동일하거나 긴 길이를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는, 최외층의 외면에 활물질층이 적어도 부분적으로 제거되거나 형성되지 않은 스트리핑부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 전기화학 커패시터의 성능이 보다 향상될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 전기화학 커패시터에 포함된 전극이나 세퍼레이터와 같은 여러 구성요소의 열화가 방지되거나 최소화될 수 있다. 특히, 본 발명에 의하면, 전극과 세퍼레이터가 말려진 형태로 구성된 권취형 커패시터에 있어서, 전극이나 세퍼레이터의 말단부에서 열화가 많이 발생하는 문제점을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 전극의 말단부에서 열화를 방지함으로써, 커패시터의 성능이 전체적으로 저하되는 것을 방지할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 이러한 측면들에 의하면, 전기화학 커패시터의 성능이 오랜 시간 동안 안정적으로 유지되도록 할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 일 측면에 의하면, 전기화학 커패시터의 내부에서 가스가 발생하는 것을 줄일 수 있다.
그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 커패시터의 안전성을 향상시키고 성능을 유지하며, 변형이 방지되도록 할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터에 대하여 일부 구성인 전극 조립체를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 전극과 제2 전극의 최외층 구성을 분리하여 나타낸 정면도이다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 전극과 제2 전극의 최외층 구성을 분리하여 나타낸 정면도이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 전극과 제2 전극의 최외층 구성을 분리하여 나타낸 정면도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트리핑부 형성 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8은, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 스트리핑부 형성 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스트리핑부 형성 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 커패시터에 대하여 일부 구성인 전극 조립체를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기화학 커패시터는, 전극 조립체로서, 제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 세퍼레이터(130)를 포함한다.
상기 제1 전극(110)은, 시트 형태, 즉 넓은 표면을 갖는 판상으로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 시트 형태의 제1 전극(110)은 권취된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 제1 전극(110)은, 도면에 도시된 바와 같이, 한 방향으로 말려져 롤 형태로 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(110)은, 표면에 활물질층이 코팅될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전극(110)은, 집전체 및 활물질층을 구비할 수 있다. 여기서, 집전체는, 금속과 같은 전기 전도성 재질로 구성되어, 전하의 이동 통로 역할을 하며, 시트 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 활물질층은, 이러한 시트 형태의 집전체의 표면, 특히 양면 모두에 형성될 수 있다. 이러한 활물질층은, 활성탄과 같은 활물질, 그리고, 도전성 재료와 결합제 등을 포함할 수 있다.
상기 제2 전극(120)은, 상기 제1 전극(110)과 반대 극성을 갖는 전극판으로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(110)이 양극일 때 제2 전극(120)은 음극으로서 기능할 수 있고, 제1 전극(110)이 음극일 때 제2 전극(120)은 양극으로서 기능할 수 있다. 상기 제2 전극(120)은 극성이 서로 다를 뿐, 여러 측면에서 상기 제1 전극(110)과 유사하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(120)은, 권취된 시트 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(120)은, 집전체 및 그 표면에 코팅된 활물질층을 구비할 수 있다.
상기 제2 전극(120)은, 상기 제1 전극(110)과 동일한 재질로 구성될 수도 있고, 다른 재질로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(120)은, 제1 전극(110)과 집전체 및/또는 활물질층의 성분이 서로 동일하게 구성될 수 있다.
상기 제2 전극(120)은, 제1 전극(110)과 대면되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제2 전극(120)은, 제1 전극(110)과 표면이 서로 마주보도록 겹쳐진 상태에서 함께 권취됨으로써, 코어부에서 말단부에 이르기까지 제1 전극(110)과 대면되도록 구성될 수 있다. 여기서, 코어부란 제2 전극(120)이 권취될 때 길이 방향으로 중심 측 단부를 의미하고, 말단부란 제2 전극(120)이 권취될 때 길이 방향으로 외부 측 단부를 의미한다. 이와 같은 구성에서, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)은, 함께 권취되기 때문에, 가장 안쪽에 위치한 부분과 가장 바깥쪽에 위치한 부분을 제외하고는, 양면이 서로 대면될 수 있다. 즉, 제1 전극(110)은, 가장 안쪽에 위치한 최내층 등 일부를 제외하고는 내측면과 외측면 모두 제2 전극(120)과 대면될 수 있다. 그리고, 제2 전극(120)은, 가장 바깥쪽에 위치한 최외층 등을 제외하고는 내측면과 외측면 모두 제1 전극(110)과 대면될 수 있다.
상기 제2 전극(120)은, 상기 제1 전극(110)의 외측에 위치할 수 있다. 즉, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)이 서로 겹쳐진 채로 권취될 때, 제2 전극(120)은 제1 전극(110)보다 바깥쪽에서 말려진다고 할 수 있다. 상기 제2 전극(120)의 코어부는, 제1 전극(110)의 코어부보다 외측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 전기화학 커패시터가 원통형으로 구성된다고 할 때, 제1 전극(110)의 내측 단부는 제2 전극(120)의 내측 단부보다 원통의 중심축에 가깝게 위치할 수 있다.
다시 말해, 본 발명에 따른 전기화학 커패시터는 내측 중심을 기준으로 제1 전극(110), 후술되는 세퍼레이터(130), 제2 전극(120), 세퍼레이터(130) 순으로 적층되어 권취될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(110)이 제2 전극(120)의 내측에 위치할 수 있다.
여기서, 내측과 외측은 시트 형태로 형성된 제1 전극(110)과 제2 전극(120)이 권취되었을 경우, 전기화학 커패시터의 내측 중심을 기준으로 동일한 레이어(층)에 위치하는 제1 전극(110)과 제2 전극(120)의 상대적 위치를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)의 가장 안쪽에서 한 바퀴 권취된 층을 1층, 그 다음 외측에서 한 바퀴 권취된 층을 2층, 그 다음 외측에서 한 바퀴 권취된 층을 3층과 같이 표현할 수 있다. 이때, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)이 동일층, 이를테면 2층에서 비교될 때, 제1 전극(110)은 제2 전극(120)의 내측에 위치한다고 할 수 있다.
상기 세퍼레이터(130)는, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 개재될 수 있다. 상기 세퍼레이터(130)는, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)의 직접적인 접촉을 막아 단락을 방지하고, 이들 사이에서 이온이 이동되도록 할 수 있다. 이를 위해, 상기 세퍼레이터(130)는, 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)과 마찬가지로 얇고 평평한 시트 형태로 구성되어, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에서 이들과 함께 권취될 수 있다.
본 발명은, 상기 제1 전극(110), 상기 제2 전극(120) 및 상기 세퍼레이터(130)에 대하여, 특정 성분으로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명에서, 상기 제1 전극(110), 상기 제2 전극(120) 및 상기 세퍼레이터(130)의 구성성분으로는, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 종류의 전극 및 세퍼레이터 재질이 채용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기화학 커패시터는, 전해액을 포함할 수 있다. 상기 전해액은, 염 성분으로서 전해질과 유기 용매를 포함할 수 있다.
상기 전해질은 음이온으로 Br-, BF4 -, PF6 -, TFSI-로 등과 같은 음이온 1종 이상과, 양이온으로 스파이로-(1,1′)-바이피롤리디늄, 피페리딘-1-스파이로-1'-피롤리디늄, 스파이로-(1,1′)-바이피페리디늄, 디알킬피롤리디늄, 디알킬이미다졸륨, 디알킬피리디늄, 테트라-알킬암모늄, 디알킬피페리디늄, 테트라-알킬포스포늄 등과 같은 4급 암모늄 구조를 가진 양이온 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 전해질로는 리튬을 포함하지 않는 비리튬계 염이 사용될 수 있다.
또한, 상기 전해액에 사용되는 유기 용매로는 예를 들어, 프로필렌카보네이트(PC), 디에틸카보네이트, 에틸렌카보네이트(EC), 술포란, 아세토니트릴, 디메톡시에탄 및 테트라하이드로푸란, 및 에틸메틸카보네이트(EMC)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
다만, 본 발명은 이러한 전해액의 특정 성분으로 한정되지 않으며, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 전해액이 본 발명의 커패시터에서 전해액으로 채용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기화학 커패시터는, 케이스를 포함할 수 있다. 상기 케이스는, 내부에 빈 공간을 구비하여, 제1 전극(110), 제2 전극(120), 세퍼레이터(130) 및 전해액을 수용할 수 있다. 상기 케이스는, 금속 재질 혹은 폴리머 재질로 구성될 수 있으며, 전해액이 새지 않도록 밀봉될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 전기화학 커패시터는, 제1 전극(110)의 일부분이 외측으로 노출되도록 구성될 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 다만, 도 2에서는, 설명의 편의를 위해, 세퍼레이터(130)는 도시되지 않도록 한다.
도 2를 참조하면, 제1 전극(110)은, 말단부가 제2 전극(120)의 말단부보다 길게 연장 형성될 수 있다. 즉, 제1 전극(110)은, 권취 방향으로 제2 전극(120)이 종료되는 부분을 넘어 말단이 길게 연장되도록 구성되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제2 전극(120)의 말단부는, 제1 전극(110)의 말단부보다 짧은 형태로 형성될 수 있다. 다시 말해, 제2 전극(120)의 내측에 위치한 제1 전극(110)은, 말단부가 제2 전극(120)의 말단부보다 길게 연장 형성될 수 있다.
따라서, 제1 전극(110)은, A로 표시된 부분과 같이, 제2 전극(120)에 의해 감싸지지 않고 외부로 노출되는 부분이 존재할 수 있다. 종래 커패시터에 있어서는, 내측에 위치한 제1 전극(110)은, 외측에 위치한 제2 전극(120)에 의해 감싸지는 형태로 구성되므로, 제1 전극(110)의 최외층이라 하더라도 외부로 노출되지 않도록 구성된다. 하지만, 본 발명에 따른 커패시터의 제1 전극(110)은, 최외층의 적어도 일부분이 외부로 노출되게 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 전기화학 커패시터의 성능을 향상시키는 한편, 성능 저하를 완화시킬 수 있다. 특히, 최외곽에 위치하여 외부로 노출된 전극의 경우, 외부로 노출되지 않은 전극에 비해 열화가 잘 일어날 수 있다. 이때, 어느 한 전극에서 열화가 상대적으로 많이 일어나면, 커패시터의 성능은 열화가 적게 일어난 전극보다는 열화가 많이 일어난 전극의 성능에 맞추어 성능이 낮아질 수 있다. 하지만, 상기 실시예의 경우, 제2 전극(120)과 제1 전극(110)이 함께 외부로 부분 노출됨으로써, 제2 전극(120)의 외부 노출 면적을 줄일 수 있다. 그러므로, 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 외측에 위치한 제2 전극(120)에 집중적으로 퇴화가 일어나는 것을 방지하여 커패시터의 성능 저하 정도를 낮출 수 있다.
상기 제1 전극(110)의 노출 비율은 상기 제2 전극(120)의 노출 비율과 반비례 관계에 있을 수 있다. 즉, 제1 전극(110)의 최외층이 많이 노출될수록 제2 전극(120)의 최외층은 적게 노출된다고 할 수 있다. 반대로, 제1 전극(110)의 최외층이 적게 노출될수록 제2 전극(120)의 최외층은 많이 노출된다고 할 수 있다.
여기서, 상기 제1 전극(110)은, 최외층의 전체 면적 대비 10% 내지 90%의 면적에 해당하는 부분이 외측에 노출되게 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 2의 구성에서, 제1 전극(110)의 최외층은 B로 표시된 부분이라 할 수 있다. 그리고, 도 2의 구성에서, 제1 전극(110)의 최외층 중 외측으로 노출된 부분은 A로 표시된 부분이라 할 수 있다. 이 경우, B로 표시된 부분의 면적 대비 A로 표시된 부분의 면적의 비율은 10% 내지 90%일 수 있다.
여기서, B로 표시된 부분 전체, 즉 제1 전극(110)의 최외층에 대하여 폭이 일정하게 구성될 경우, B로 표시된 부분의 면적에 대한 A로 표시된 부분의 면적의 비는, B로 표시된 부분의 권취 방향 길이에 대한 A로 표시된 부분의 권취 방향 길이의 비에 대응된다고 할 수 있다. 따라서, A로 표시된 부분의 길이를 LA라 하고, B로 표시된 부분의 길이를 LB라 할 때, LA/LB는 0.1~0.9로 나타내어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 전극(110)은, 최외층의 전체 면적 대비 20% 내지 80%의 면적에 해당하는 부분이 외측에 노출되게 구성될 수 있다. 즉, 도 2의 구성에서, A로 표시된 부분은 B로 표시된 부분의 면적 대비 20% 내지 80%로 구성될 수 있다. 특히, 제1 전극(110)의 최외층이 동일한 폭으로 구성될 때, LA/LB는 0.2~0.8로 나타내어지도록, 제1 전극(110)이 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(110)은, 외측으로 노출되는 부분의 면적이, 최외층의 전체 면적 대비 20%가 되도록 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 제1 전극(110)은, 최외층의 전체 면적 대비 30% 내지 70%의 면적에 해당하는 부분이 외측에 노출되게 구성될 수 있다. 즉, 도 2의 구성에서, A로 표시된 부분은 B로 표시된 부분의 면적 대비 30% 내지 70%가 되도록 구성될 수 있다. 특히, 제1 전극(110)의 최외층이 동일한 폭으로 구성될 때, LA/LB는 0.3~0.7로 표현될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(110)은, 외측으로 노출되는 부분의 면적이, 최외층의 전체 면적 대비 30%가 되도록 구성될 수 있다. 또는, 상기 제1 전극(110)은, 외측으로 노출되는 부분의 면적이, 최외층의 전체 면적 대비 70%가 되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극(110)은, 최외층의 전체 면적 대비 40% 내지 60%의 면적에 해당하는 부분이 외측에 노출되게 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 제1 전극(110)은, 최외층의 전체 면적 대비 45% 내지 55%의 면적에 해당하는 부분이 외측에 노출되게 구성될 수 있다.
특히, 상기 제1 전극(110)은, 최외층의 전체 면적 대비 50%의 면적에 해당하는 부분이 외측에 노출되게 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)은, 서로 동일하거나 유사한 면적이 노출될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극(110)은, 제2 전극(120)의 길이와 동일하거나 긴 길이를 갖도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 전극(110)은, 내측 단부인 코어부에서 외측 단부인 말단부까지의 길이가 제2 전극(120)과 동일하게 구성될 수 있다. 즉, 제1 전극(110)의 권취 방향 길이는 제2 전극(120)의 권취 방향 길이와 동일하게 구성될 수 있다.
또는, 상기 제1 전극(110)은, 권취 방향 길이가 제2 전극(120)의 권취 방향 길이보다 길게 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 전극(110)의 최외층의 적어도 일부가 외측으로 노출되도록 하는 구성이 보다 용이하게 달성될 수 있고, 전기화학 커패시터의 성능을 향상시키며, 사용에 따른 열화를 방지하는데 보다 유리할 수 있다.
한편, 상기 실시예에서는, 제1 전극(110)의 최외층의 적어도 일부분이 외측으로 노출되도록 하기 위해, 제1 전극(110)의 권취 방향 말단부가 제2 전극(120)의 권취 방향 말단부보다 길게 연장 형성된 구성을 위주로 설명되어 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 전극(110)과 제2 전극(120)의 최외층 구성을 분리하여 나타낸 정면도이다. 즉, 도 3은, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)의 최외측 부분인 말단부를 하나의 평면에서 상하로 배치하여 나타낸 도면이라 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제2 전극(120)은, D1으로 표시된 부분과 같이, 말단부의 일부가 그 길이 방향 내측으로 오목하게 절취된 형태로 구성될 수 있다. 즉, 상기 제2 전극(120)은, 말단부의 외측 선단부에서 길이 방향 내측인 좌측 방향으로 오목한 형태의 오목부가 형성되도록 구성될 수 있다.
이때, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 말단부가 서로 동일한 지점에서 종료되도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 전극(110) 및 제2 전극(120) 중 어느 하나도 말단부가 길이 방향으로 길게 연장되어 돌출되지 않도록 구성될 수 있다. 다만, 외부 측에 위치한 제2 전극(120)의 말단부 일부가 내측 방향으로 오목하게 절취된 형태로 구성되므로, 제2 전극(120)의 절취된 부분을 통해 제1 전극(110)의 최외층 일부가 외측으로 노출될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 전극(110)의 말단부와 제2 전극(120)의 말단부에 대한 상대적 길이에 관계없이, 제1 전극(110)의 최외층 일부를 노출시키는 구성이 가능하다. 즉, 제1 전극(110)의 말단부가 제2 전극(120)의 말단부보다 길게 형성되지 않더라도, 제1 전극(110)의 최외층의 적어도 일부분이 외측으로 노출되게 구성될 수 있다. 그러므로, 이 경우, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)의 길이를 정확하게 조절하기 위한 노력을 하지 않더라도, 제1 전극(110)의 최외층 노출 구성이 용이하게 달성될 수 있으므로, 공정성이 향상될 수 있다.
한편, 도 3의 구성에서 D1과 같은 절취부는, 최외층의 상단부 또는 하단부에서 상하 방향으로 오목한 형태로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 도 3의 구성에서, 제2 전극(120)의 최외층 중 일부의 상단부는, 하부 방향으로 오목하게 절취된 형태로 형성될 수 있다. 그리고, 제2 전극(120)의 이와 같은 절취된 부분을 통해, 제1 전극(110)의 최외층이 외측으로 노출될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 전극(110)과 제2 전극(120)의 최외층 구성을 분리하여 나타낸 정면도이다. 도 4 역시, 도 3과 마찬가지로, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)의 최외측 부분인 말단부를 하나의 평면에서 상하로 배치하여 나타낸 도면이라 할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제2 전극(120)은, D2로 표시된 부분과 같이, 최외층의 일부에서 두께 방향으로 관통된 형태의 홀이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 홀을 통해 제1 전극(110)의 최외층의 일부는 외측으로 노출될 수 있다.
이때, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 말단부가 서로 동일한 지점에서 종료되도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 전극(110) 및 제2 전극(120) 중 어느 하나도 말단부가 길이 방향으로 길게 연장되지 않도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 제1 전극(110)의 말단부와 제2 전극(120)의 말단부에 대한 상대적 길이에 관계없이, 제1 전극(110)의 최외층의 일부를 노출시키는 구성이 가능하다. 즉, 제1 전극(110)의 말단부가 제2 전극(120)의 말단부보다 길게 형성되지 않더라도, 제1 전극(110)의 최외층의 적어도 일부분이 외측으로 노출되게 구성될 수 있다. 그러므로, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)의 길이를 정확하게 맞추기 위한 노력을 하지 않아도 되므로, 전극판의 권취와 같은 커패시터의 제조 공정이 보다 용이하게 수행될 수 있다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 전극(110)과 제2 전극(120)의 최외층 구성을 분리하여 나타낸 정면도이다.
도 5를 참조하면, D2로 표시된 바와 같이, 상기 제2 전극(120)은, 복수의 홀이 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예의 경우, 제2 전극(120)은, 도 4에서와 마찬가지로 최외층에서 두께 방향으로 관통된 형태로 홀이 형성되되, 도 4와 달리 홀이 복수 개 형성될 수 있다. 그리고, 이와 같은 다수의 홀을 통해 제1 전극(110)은 외측으로 노출될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 각 홀의 크기를 작게 할 수 있으므로, 홀의 형성으로 인한 제2 전극(120)의 강도 약화, 이를테면 인장 강도 약화를 방지하거나 낮출 수 있다. 그러므로, 이 경우, 보다 넓은 면적으로 제1 전극(110)을 노출시킬 수 있으면서 전기화학 커패시터의 기계적 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 5의 구성에서는, 다수의 홀이 제2 전극(120)의 권취 방향, 즉 길이 방향으로 다수 배열된 형태로 구성되어 있으나, 다수의 홀은 제2 전극(120)의 권취 방향에 수직하는 방향, 이를테면 도 5의 상하 방향으로 배열될 수도 있다.
한편, 도 3 내지 도 5의 실시예와 같이, 제2 전극(120)에 절취부나 홀이 형성된 구성은, 제2 전극(120)이 제1 전극(110)보다 말단부가 길게 연장된 구성은 물론이고, 제1 전극(110)이 제2 전극(120)보다 말단부가 길게 연장된 구성에서도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기화학 커패시터에서, 상기 제1 전극(110) 및/또는 제2 전극(120)은, 최외층의 외면에 스트리핑부가 형성될 수 있다. 여기서, 스트리핑부란, 활물질층이 적어도 부분적으로 제거되거나 형성되지 않은 부분이라 할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트리핑부 형성 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 6의 구성은, 제1 전극(110)의 최외층의 일부 구성을 도시한 도면이라 할 수 있다. 그리고, 도 6에서, 상부 측이 제1 전극(110)이 권취될 때 외부 측으로 위치하는 부분이라 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 제1 전극(110)은 집전체(111)의 양면에 전반적으로 활물질(112)이 코팅되는 형태로 구성되되, S로 표시된 부분과 같이, 적어도 한 표면의 일부분에서 활물질층(112)이 완전히 제거됨으로써 스트리핑부가 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 전극(110)에서 스트리핑부는, 활물질층(112)이 두께 방향(도면의 상하 방향)으로 완전히 제거된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 도 6에서는 설명의 편의를 위해 스트리핑부가 전극의 중앙 부분에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이러한 스트리핑부는 제1 전극(110)의 외면에서 말단부부터 시작하여 소정 길이만큼 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 전기화학 커패시터에서, 스트리핑부는 활물질층을 코팅하는 과정에서 활물질층이 통상적으로 형성되어야 할 부분에 활물질층이 존재하지 않는 구성을 의미하는 것으로서, 활물질층이 코팅된 후 제거된 형태로 구성될 수도 있고, 처음부터 형성되지 않은 형태로 구성될 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 활물질층이 형성되었다가 제거된 형태를 중심으로 설명하도록 한다.
도 6에서는, 제1 전극(110)의 최외층에 스트리핑부가 형성된 구성을 설명하였으나, 제2 전극(120)의 최외층에도 이와 유사한 방식으로 스트리핑부가 형성될 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 스트리핑부의 구성은 일례에 불과할 뿐, 본 발명이 반드시 이러한 스트리핑부의 형태로 한정되는 것은 아니다.
도 7 및 도 8은, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 스트리핑부 형성 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 7을 참조하면, 상기 스트리핑부는, 도 6과 마찬가지로 한 표면에서 활물질층이 완전히 제거된 형태로 존재하되, 단부가 경사진 형태로 구성될 수 있다. 즉, 상기 스트리핑부는, 중앙 부분에서는 활물질층이 완전히 제거되고, 단부에서는 활물질층의 두께가 점차 얇아지는 형태로 구성될 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 상기 스트리핑부는, 도 7과 마찬가지로 한 표면에서 활물질층이 완전히 제거되되, 단부가 단차진 형태로 구성될 수 있다. 즉, 상기 스트리핑부는, 중앙 부분에서 활물질층이 완전히 제거되되, 단부에서는 활물질층에 단차가 구비된 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 이와 같은 구성들에 의하면, 스트리핑부가 형성된 부분의 끝 부분에서 활물질층과 집전체의 결합력이 약화되는 것을 방지하거나 최소화할 수 있다. 즉, 이러한 구성들에 의하면, 활물질층이 스트리핑부의 형성으로 인해 집전체로부터 쉽게 탈리되는 것을 방지할 수 있다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스트리핑부 형성 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9를 참조하면, 상기 스트리핑부는, 도 6 내지 도 8에 도시된 실시예들과 달리, 활물질층이 두께 방향으로 완전히 제거되지 않고, 일부만 제거되는 형태로 구성될 수 있다. 즉, 활물질층은, 스트리핑부가 형성된 부분에서, 완전히 제거되지 않고 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 스트리핑부가 위치하는 부분에서 활물질층의 단부가 존재하지 않을 수 있다. 그러므로, 스트리핑부가 위치하는 부분에서, 활물질층이 탈리되는 것이 보다 효과적으로 방지될 수 있다.
특히, 상기와 같은 스트리핑부 형성 구성은, 제1 전극(110) 및/또는 제2 전극(120)에서 외측으로 노출된 부분에 마련될 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(110)은, 도 2에서 제2 전극(120)의 A로 표시된 부분이나 도 3에서 제2 전극(120)의 D1으로 표시된 부분, 도 4 및 도 5에서 제2 전극(120)의 D2로 표시된 부분을 통해 외부로 노출될 수 있는데, 스트리핑부는, 이와 같이 제1 전극(110)의 외측 표면에서, 제2 전극(120)의 A, D1, D2 등에 상응하는 위치에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 전극(120)은, 최외층에서 제1 전극(110)에 의해 가려지지 않고 외측으로 노출된 부분의 외면에 스트리핑부가 형성될 수 있다. 상기 스트리핑부는, 제1 전극(110)이나 제2 전극(120)의 외측 노출 면적의 전체 면적 대비 10%, 또는 그 이상의 면적으로 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 스트리핑부는, 제1 전극(110)이나 제2 전극(120)의 외측 노출 면적의 전체 면적 대비 50% 이상의 면적으로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 노출 면적의 특정 실시예로 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 제1 전극(110)이나 제2 전극(120)의 외부로 노출된 부분에 스트리핑부가 형성된 구성에 의하면, 전극이나 세퍼레이터(130)의 열화를 방지할 수 있다. 그러므로, 전기화학 커패시터의 사용으로 인한 성능 저하를 방지할 수 있다. 더욱이, 스트리핑부는, 커패시터의 용량에 크게 기여하지 않는 최외층의 외면 부분에 형성됨으로써, 스트리핑부의 형성으로 인한 용량 감소를 방지하거나 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 비교예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
비교예 1
활성 탄소 분말 80 중량부에 대하여, 도전성 재료로서 카본블랙 10 중량부를 혼합하고, 여기에 결합제로서 카르복시메틸셀로오즈를 비롯해서 N비닐 아세트아미드 중합체, 부타디엔 스티렌 러버를 10 중량부 및 용매로서 증류수를 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 그리고, 이러한 슬러리를 알루미늄 집전체의 일면에 도포하고, 건조한 뒤 고온 압연하여 250um 두께의 전극을 2개 제조하였다. 그리고, 상기 제조된 2개의 전극 사이 및 외곽에 두 장의 세퍼레이터를 개재시키고 권취시켜 전극 조립체를 제조하였다. 이때, 내측에서 권취된 제1 전극의 총길이와 외측에서 권취된 제2 전극의 총길이의 합은 50cm가 되도록 하였다.
그리고, 아세토니트릴 유기 용매에 TEABF4(tetraethylammoium tetrafluoroborate) 염을 혼합하여 1M로 제조된 전해액과 상기 제조된 전극 조립체를 케이스에 수납하여 비교예 1로서 50F 커패시터를 제조하였다.
여기서, 제1 전극의 총길이와 제2 전극의 총길이는 표 1에 도시된 바와 같다. 또한, 표 1에는, 제1 전극의 최외층 노출 비율, 즉 제1 전극의 최외층에서 비노출 면적 대 노출 면적의 비율이 기재되어 있다. 비교예 1의 경우, 이러한 비율이 10:0인데, 이는 제1 전극의 최외층에는 노출 면적이 존재하지 않는다는 것을 의미한다. 즉, 비교예 1의 경우, 제1 전극의 최외층이 모두 제2 전극에 의해 덮여짐으로써 전체 부분에서 외측으로 노출되지 않는다는 것을 의미한다.
실시예 1
상기 비교예 1과 동일한 형태로 전극 조립체를 제조하였다. 다만, 실시예 1의 경우, 제1 전극의 총길이와 제2 전극의 총길이, 그리고 제1 전극의 최외층 노출 비율을, 비교예 1과 달리하였다. 그리고, 이와 같이 변경된 수치에 대해서는, 표 1에 기재되도록 하였다. 특히, 실시예 1의 경우, 제1 전극의 최외층 노출 비율(제1 전극의 최외층에서 비노출 면적 대 노출 면적의 비율)이 8:2이다. 또한, 실시예 1에서는, 제1 전극이 제2 전극보다 총길이가 1cm 짧게 구성되었다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 형태로 커패시터를 제조하되, 제1 전극의 총길이, 제2 전극의 총길이, 및 제1 전극의 최외층 노출 비율만을, 표 1에 기재된 바와 같이 실시예 1과 달리하였다. 즉, 실시예 2의 경우, 제1 전극의 최외층 노출 비율이 7:3이고, 제1 전극은 제2 전극과 총길이가 동일하게 구성되었다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일한 형태로 커패시터를 제조하되, 제1 전극의 총길이, 제2 전극의 총길이, 및 제1 전극의 최외층 노출 비율만을, 표 1에 기재된 바와 같이 실시예 1과 달리하였다. 즉, 실시예 3의 경우, 제1 전극의 최외층 노출 비율이 5:5이고, 제1 전극은 제2 전극에 비해 총길이가 0.5cm 길게 구성되었다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일한 형태로 커패시터를 제조하되, 제1 전극의 총길이, 제2 전극의 총길이, 및 제1 전극의 최외층 노출 비율만을, 표 1에 기재된 바와 같이 실시예 1과 달리하였다. 즉, 실시예 4의 경우, 제1 전극의 최외층 노출 비율이 3:7이고, 제1 전극은 제2 전극에 비해 총길이가 1cm 길게 구성되었다.
실시예 5
*상기 실시예 1과 동일한 형태로 커패시터를 제조하되, 제1 전극의 총길이, 제2 전극의 총길이, 및 제1 전극의 최외층 노출 비율만을, 표 1에 기재된 바와 같이 실시예 1과 달리하였다. 즉, 실시예 5의 경우, 제1 전극의 최외층 노출 비율이 2:8이고, 제1 전극은 제2 전극에 비해 총길이가 2cm 길게 구성되었다.
실시예 6
상기 실시예 1과 동일한 형태로 커패시터를 제조하되, 제1 전극의 총길이, 제2 전극의 총길이, 및 제1 전극의 최외층 노출 비율만을, 표 1에 기재된 바와 같이 실시예 1과 달리하였다. 즉, 실시예 6의 경우, 제1 전극의 최외층 노출 비율이 0:10인데, 이는 제1 전극의 최외층이 전체적으로 외측으로 노출되어 있음을 의미한다고 할 수 있다. 그리고, 제1 전극은 제2 전극에 비해 총길이가 3cm 길게 구성되었다.
[표 1]
Figure PCTKR2017005719-appb-I000001
이와 같이 얻어진 비교예 1 및 실시예 1~6의 커패시터에 대하여, 오븐에 투입하여 제1 전극을 음극으로 제2 전극을 양극으로 하여, 오븐에서 32시간 동안 75℃, 3.1V의 조건으로 유지시켰다. 그리고, 32시간이 끝나는 시점에서 커패시터를 방전시키고 오븐에서 꺼내어 안정화 시간을 준 이후에, 상온에서 3A로 충방전될 때의 IR 드랍으로 DC ESR(Equivalent Serial Resistance)을 측정하고, 그 결과를 표 2에 각각 기재하였다.
또한, 상기 비교예 1 및 실시예 1~6의 커패시터에 대하여, 직류 구동 환경에서, 커패시터에 대하여 케이스의 높이 변화를 측정하고, 그 결과를 도 표 2에 나타내었다. 즉, 각 커패시터를 0.5A로 3.1V까지 충전 후 75℃, 3.1V의 조건으로 32시간 유지시키고, 0.5A로 0.1V까지 방전시킨 후, 상온에서 10시간 동안 전압이 인가되지 않는 상온 안정화 상태를 거치도록 하였다. 안정화 이후에, 32시간 극한 환경에서의 수명 테스트로 인한 커패시터의 케이스 높이 변화를 측정하였다. 커패시터는 사용이 계속될수록 내부에서 가스 등이 발생하여 부피가 커질 수 있는데, 이러한 케이스의 높이 변화는 내부 가스 발생량을 판단하는 기준이 될 수 있다.
[표 2]
Figure PCTKR2017005719-appb-I000002
표 2의 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1~6의 커패시터는, 비교예 1의 커패시터에 비해, 저항의 증가가 현저하게 낮다는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 2 내지 5의 경우, 저항 증가율에 있어 비교예 1과 큰 차이를 보이고 있다. 더욱이, 실시예 2의 경우, 저항 변화율이 가장 작게 나타나고 있다.
그러므로, 이와 같은 결과를 통해 볼 때, 내부에 위치한 제1 전극의 최외층에 대하여 적어도 일부를 노출되도록 구성한 커패시터의 경우, 종래 커패시터에 비해, 사용에 따른 저항 증가율이 낮으므로, 충방전을 반복하더라도 성능이 쉽게 저하되지 않아, 성능이 장시간 안정적으로 유지될 수 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 표 2의 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1~4의 커패시터는, 비교예 1의 커패시터에 비해, 사용이 계속됨에 따라 높이 증가율이 크지 않다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 커패시터의 경우, 비교예의 커패시터에 비해 가스가 덜 발생한다는 것을 알 수 있다. 그러므로, 내측에 위치한 제1 전극에 대하여 최외층의 적어도 일부가 외측으로 노출되도록 한 본 발명에 따른 커패시터는, 스웰링 현상으로 인한 변형이 쉽게 발생되지 않으며, 파손이나 폭발 등의 위험성도 크게 낮아져, 안전성이 현저하게 향상된다고 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (8)

  1. 권취된 시트 형태로 구성되고 양면에 활물질층이 코팅된 제1 전극;
    상기 제1 전극의 외측에서 상기 제1 전극과 대면되도록 권취된 시트 형태로 구성되고, 양면에 활물질층이 코팅된 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재되어 권취된 세퍼레이터
    를 포함하고,
    상기 제1 전극은, 최외층의 적어도 일부분이 외측으로 노출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기화학 커패시터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은, 말단부가 상기 제2 전극의 말단부보다 길게 연장 형성됨으로써, 최외층의 적어도 일부분이 외측으로 노출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기화학 커패시터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은, 말단부의 일부가 길이 방향 내측으로 오목하게 절취된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 전기화학 커패시터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은, 최외층의 일부에서 두께 방향으로 관통된 형태로 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 전기화학 커패시터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은, 최외층의 전체 면적 대비 20% 내지 80%의 면적이 외측에 노출되게 구성된 것을 특징으로 하는 전기화학 커패시터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은, 최외층의 전체 면적 대비 30% 내지 70%의 면적이 외측에 노출되게 구성된 것을 특징으로 하는 전기화학 커패시터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은, 제2 전극의 길이와 동일하거나 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 전기화학 커패시터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나는, 최외층의 외면에 활물질층이 적어도 부분적으로 제거되거나 형성되지 않은 스트리핑부가 형성된 것을 특징으로 하는 전기화학 커패시터.
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