KR101138594B1 - 리튬 이온 커패시터 - Google Patents
리튬 이온 커패시터 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101138594B1 KR101138594B1 KR1020100084817A KR20100084817A KR101138594B1 KR 101138594 B1 KR101138594 B1 KR 101138594B1 KR 1020100084817 A KR1020100084817 A KR 1020100084817A KR 20100084817 A KR20100084817 A KR 20100084817A KR 101138594 B1 KR101138594 B1 KR 101138594B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- active material
- positive electrode
- negative electrode
- lithium ion
- carbon
- Prior art date
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 48
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 48
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 37
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims abstract description 49
- 229910021450 lithium metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 12
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 5
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 claims description 3
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011357 graphitized carbon fiber Substances 0.000 claims description 3
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 13
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 6
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 4
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 4
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 2
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910014689 LiMnO Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012461 cellulose resin Substances 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000005001 laminate film Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021470 non-graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000005060 rubber Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/50—Electrodes characterised by their material specially adapted for lithium-ion capacitors, e.g. for lithium-doping or for intercalation
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
본 발명은 세퍼레이터를 사이에 두고 서로 교대로 배치된 양극 및 음극을 포함하는 리튬 이온 커패시터에 있어서, 상기 양극은 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 배치되며 탄소/리튬금속산화물의 복합소재로 이루어진 제 1 활물질과 활성탄으로 이루어진 제 2 활물질을 함유한 양극 활물질층을 포함하는 리튬 이온 커패시터를 개시한다.
Description
본 발명은 리튬 이온 커패시터에 관한 것으로, 탄소/리튬금속산화물의 복합소재로 이루어진 제 1 활물질과 활성탄으로 이루어진 제 2 활물질을 함유한 양극 활물질층을 포함하는 리튬 이온 커패시터에 관한 것이다.
일반적으로, 전기화학적 에너지 저장장치는 모든 휴대용 정보통신기기, 전자기기에 필수적으로 사용되는 완제품 기기의 핵심부품이다. 또한, 전기화학적 에너지 저장장치는 미래형 전기자동차 및 휴대용 전자장치등에 적용될 수 있는 신재생 에너지 분야의 고품질 에너지원으로써 확실하게 사용될 것이다.
전기화학적 에너지 장치는 전기화학적 원리를 이용하는 것으로, 리튬 이온 전지와 전기화학 커패시터가 대표적이다.
여기서, 리튬 이온 전지는 리튬 이온을 사용하여 연속적으로 충방전할 수 있는 에너지 장치로써, 단위무게 혹은 부피당 축적할 수 에너지 밀도가 전기화학 커패시터에 비해 우수하여 유력한 전원으로 연구되어 왔다. 그러나, 리튬 이온 전지는 안전성 저하, 짧은 사용기간, 긴 충전시간 및 작은 출력밀도와 같은 단점이 있어, 상용화하는 데 많은 어려움을 격고 있다.
최근, 전기화학 커패시터는 리튬 이온 전지에 비해 에너지 밀도는 작으나, 우수한 순간 출력을 가지며 장수명 특성을 가질 수 있어, 리튬 이온 전지를 대체할 수 있는 새로운 대안으로 급부상하고 있다.
특히, 전기화학 커패시터 중 리튬 이온 커패시터는 다른 전기화학 커패시터에 비해 출력을 감소시키지 않으면서 에너지 밀도를 증대시킬 수 있어 많은 주목을 받고 있다.
이와 같은 리튬 이온 커패시터는 단위 체적당 음극의 정전용량이 양극의 정전용량보다 약 3~4배 크므로, 실제 최대 용량발현을 위해 양극의 두께는 음극의 두께보다 3~4배 이상 크게 형성되어야 한다.
이에 따라, 양극이 음극에 비해 상대적으로 두껍게 형성되므로, 양극내에 도전재가 균일하게 분포된다 할지라도 내부 저항이 증가하게 되어, 결국 리튬 이온 커패시터의 출력 특성이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 리튬 이온 커패시터에서 발생될 수 있는 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 구체적으로 탄소/리튬금속산화물의 복합소재로 이루어진 제 1 활물질과 활성탄으로 이루어진 제 2 활물질을 함유한 양극 활물질층을 포함하여, 양극의 정전 용량을 증대시켜 양극의 두께를 줄일 수 있는 리튬 이온 커패시터를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 해결 수단의 리튬 이온 커패시터를 제공한다. 상기 리튬 이온 커패시터는 세퍼레이터를 사이에 두고 서로 교대로 배치된 양극 및 음극을 포함하는 리튬 이온 커패시터에 있어서,
상기 양극은 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 배치되며 탄소/리튬금속산화물의 복합소재로 이루어진 제 1 활물질과 활성탄으로 이루어진 제 2 활물질을 함유한 양극 활물질층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 탄소는 탄소나노튜브 또는 그라핀(graphene) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극 활물질층은 도전재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전재는 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 흑연 및 금속분말 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 음극은 음극 집전체와 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 배치된 음극 활물질층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 음극 활물질층은 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연화 탄소섬유 및 난흑연성 카본 및 탄소나노튜브 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 음극 활물질층은 리튬 이온을 프리도핑하고 있을 수 있다.
또한, 상기 제 2 활물질은 상기 제 1 활물질에 비해 1 내지 5배의 중량비를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 커패시터는 탄소/리튬금속산화물의 복합소재로 이루어진 제 1 활물질과 활성탄으로 이루어진 제 2 활물질을 함유한 양극 활물질층을 포함하여, 양극의 정전 용량을 증대시킬 수 있으므로, 종래의 정전 용량을 유지하며 양극의 두께를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 커패시터는 양극의 두께를 줄일 수 있어, 양극 내의 내부 저항을 줄일 수 있고, 결국 리튬 이온 커패시터의 출력 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 양극 활물질층은 이 제 1 및 제 2 활물질을 포함하여, 제 1 활물질만을 포함할 경우보다 슬러리의 제조가 용이해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리튬 이온 커패시터의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 리튬 이온 커패시터의 조립 사시도이다.
도 3은 도 1의 전극 셀의 단면도이다.
도 4는 도 3의 A 영역을 확대한 확대도이다.
도 2는 도 1에 도시된 리튬 이온 커패시터의 조립 사시도이다.
도 3은 도 1의 전극 셀의 단면도이다.
도 4는 도 3의 A 영역을 확대한 확대도이다.
본 발명의 실시예들은 리튬 이온 커패시터의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다.
따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리튬 이온 커패시터의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 리튬 이온 커패시터의 조립 사시도이다.
도 3은 도 1의 전극 셀의 단면도이다.
도 4는 도 3의 A 영역을 확대한 확대도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 리튬 이온 커패시터(100)는 하우징(150), 하우징(150)에 의해 밀봉된 전극셀(110), 전극셀(110)에 함침된 전해액을 포함할 수 있다.
전극셀(110)은 세퍼레이터(113)를 사이에 두고 서로 교대로 배치된 양극(111) 및 음극(112)을 포함할 수 있다. 이때, 양극(111) 및 음극(112)은 서로 일부 중첩되어 있을 수 있다.
여기서, 전기화학 커패시터, 즉 리튬 이온 커패시터의 경우, 양극(111)은 캐소드(cathode) 또는 포지티브 전극(positive electrode)으로 불릴 수 있다. 또한, 음극은 애노드(anode) 또는 네가티브 전극(negative electrode)로 불릴 수 있다.
양극(111)은 양극 집전체(111a)와 양극 집전체(111a)의 적어도 일면에 배치된 양극 활물질층(111b)을 포함할 수 있다.
양극 집전체(111a)는 금속, 예컨대 알루미늄, 스테인리스, 구리, 니켈, 타이타늄, 탄탈륨, 니오븀 중 어느 하나이거나 이들의 합금등으로 형성될 수 있다. 양극 집전체(111a)는 박막 또는 메쉬의 형태를 가질 수 있다.
양극 활물질층(111b)은 탄소/리튬금속산화물의 복합소재로 이루어진 제 1 활물질(A1)과 활성탄으로 이루어진 제 2 활물질(A2)을 함유할 수 있다.
제 1 활물질(A1)은 리튬금속산화물(A12)과 탄소소재(A11)의 복합소재로 이루어짐에 따라, 용량 및 출력 특성을 동시에 향상시킬 수 있다. 즉, 리튬금속산화물(A12)은 산화 및 환원되어 리튬 이온의 이동을 통해 에너지를 저장함에 따라 표면 흡착에 의해 에너지를 저장하는 활성탄에 비해 큰 용량을 가질 수 있다. 여기서, 리튬금속산화물(A12)의 예로서는 LiMn2O4 또는 LiMnO2일 수 있다.
또한, 탄소소재(A11)는 높은 전기전도도를 갖는 재질, 예컨대 탄소나노튜브 또는 그라핀(graphene) 중 어느 하나로 형성되어, 리튬금속산화물(A12)와 양극 집전체(111a)간의 전기적 연결을 통해 전기 저항을 낮출 수 있어, 출력 특성을 증대시킬 수 있다.
이에 더하여, 리튬금속산화물(A12)은 서로 얽혀 네트워크를 구성하는 탄소소재(A11)에 흡착됨에 따라, 리튬금속산화물(A12)과 탄소소재(A11)는 서로 균일하게 분포되며 양극 집전체(111a)와 연결될 수 있어, 출력 특성을 더욱 증대시킬 수 있다. 이때, 리튬금속산화물(A12)은 나노 사이즈를 가짐에 따라, 충방전 속도를 증대시킬 수 있다.
하지만, 양극 활물질층(111b) 은 제 1 활물질(A1)만을 구비할 경우, 탄소소재(A11) 간의 응집현상으로 인해 슬러리 제조가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 리튬금속산화물(A12) 입자간의 저항을 낮추기 위한 도전재의 역할을 수행할 수 없다.
이를 해결하기 위해, 탄소소재(A11)간의 응집현상을 방지하기 위해, 양극 활 물질층( 111b)은 제 2 활물질(A2)을 더 포함한다. 여기서, 제 2 활물질(A2)이 포함됨에 따라, 양극 활물질층(111b)을 형성하기 위한 슬러리에서 제 1 활물질(A1)의 양은 감소될 수 있어 제 1 활물질(A1)간의 응집을 방지하는 역할을 할 수 있다. 즉, 양극 활물질층(111b) 에서 제 1 활물질(A1)의 함량이 낮아짐에 따라, 제 1 활물질(A1)간의 응집 현상을 미연에 방지할 수 있다. 이때, 제 2 활물질(A2)을 형성하는 재질의 예로서는 활성탄일 수 있다. 또한, 활성탄은 표면 흡착에 의해 에너지를 저장할 수 있어, 제 1 활물질(A1)에 비해 충방전 속도를 증대시킬 수 있다. 즉, 제 2 활물질(A2)은 슬러리의 제조시 제 1 활물질(A1)의 응집을 방지할 뿐만 아니라, 충방전 속도를 증대시키는 역할을 할 수 있다.
제 2 활물질(A2)은 제 1 활물질(A1)에 비해 1 내지 5배의 중량비를 가질 수 있다. 여기서, 제 2 활물질(A2)이 제 1 활물질(A1)에 비해 1배 미만의 중량비를 가질 경우, 제 1 활물질(A1)의 응집으로 인해 슬러리 제조가 어려울 수 있다. 반면, 제 2 활물질(A2)이 제 1 활물질(A1)에 비해 5배를 초과할 경우, 양극 활물질층(111b)의 용량을 증대시키는 데 효과가 없다.
이에 더하여, 양극 활물질층(111b)은 전기전도도 특성을 더욱 증대시키기 위해 도전재를 더 포함할 수 있다. 이때, 도전재 재질의 예로서는 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 흑연 및 금속분말 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
이에 더하여, 양극 활물질층(111b)은 바인더를 더 포함할 수 있다. 여기서, 바인더를 형성하는 재질의 예로서는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및 폴리불화비닐리덴(PVdF)등의 불소계 수지, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)등의 열가소성 수지, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)등의 셀룰로오스계 수지, 스틸렌부타디엔고무(SBR)등의 고무계 수지, 에틸렌프로필렌디엔 공중합체(EPDM), 폴리디메틸실록산(PDMS) 및 폴리비닐 피롤리돈(PVP)등에서 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
이에 더하여, 양극(111)은 외부 전원과 연결되기 위한 양극 단자(120)를 구비할 수 있다. 양극 단자(120)는 양극 집전체(111a)로부터 연장되어 있을 수 있다. 여기서, 양극 단자(120)는 각각의 양극 집전체(111a)로부터 연장되어 다수개로 적층되어 있을 수 있으므로, 외부전원과 용이하게 접촉되기 위해 적층된 양극 단자(120)는 초음파 융착에 의해 일체화될 수 있다. 이에 더하여, 양극 단자(120)는 별도의 외부단자를 구비하여, 양극 단자(120)는 외부단자와 융착 또는 용접에 의해 연결될 수도 있다.
음극(112)은 음극 집전체(112a)와 음극 집전체(112a)의 양면에 각각 배치된 음극 활물질층(112b)을 포함할 수 있다.
여기서, 음극 집전체(112a)는 금속, 예컨대 구리, 니켈 및 스테인레스 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 음극 집전체(112a)는 박막의 형태를 가질 수 있으나, 음극 집전체(112a)는 이온의 이동을 효율적으로 수행하며 균일한 도핑 공정을 위해 다수의 관통홀을 구비할 수도 있다.
또한, 음극 활물질층(112b)은 리튬 이온을 가역적으로 도핑 및 탈도핑할 수 있는 탄소재질, 예컨대 음극 활물질층(112b)은 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연화 탄소섬유 및 난흑연성 카본 및 탄소나노튜브 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 음극 활물질층(112b)에 리튬이온이 프리도핑되어 있을 수 있다. 이에 따라, 음극(112)의 전위는 리튬의 전위, 즉 OV에 가깝게 낮춰질 수 있어, 리튬 이온 커패시터의 에너지 밀도를 증대시킬 수 있다. 이때, 음극(112)의 전위는 리튬 이온의 프리도핑공정을 제어하여 조절될 수 있다.
여기서, 음극(112)은 외부 전원과 연결되기 위한 음극 단자(130)를 구비할 수 있다. 이때, 음극 단자(130)는 음극 집전체(112a)의 일측에서 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 음극 집전체(112a)와 음극 단자(130)는 일체로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 전극셀(110)은 파우치 타입인 것으로 도시 및 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 전극셀(110)은 양극, 음극 및 세퍼레이터가 롤 형태로 권취된 권취 타입일 수도 있다.
전극셀(110)은 전해액에 함침되어 있다. 이때, 전해액은 양극의 활물질층, 음극의 활물질층 및 세퍼레이터에 함침되어 있을 수 있다.
전해액은 리튬 이온을 이동시킬 수 있는 매질의 역할을 하는 것으로, 전해질 및 용매를 포함할 수 있다. 여기서, 전해질은 LiPF6, LiBF4 및 LiCIO4 중 어느 하나의 리튬 염을 포함할 수 있다. 여기서, 리튬 염은 리튬 이온 커패시터의 충전시 음극으로 도핑되는 리튬 이온의 공급원의 역할을 할 수 있다.
또한, 전해액은 고전압에서 전기분해를 일으키지 않아 리튬 이온을 안정하게 존재할 수 있는 재질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 전해액의 용매는 카보네이트계 용매를 이용할 수 있다. 카보네이트계 용매의 예로서는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 및 에틸 메틸 카보네이트(ethyl methyl carbonate) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합 용매일 수 있다.
이에 더하여, 양극 단자(120) 및 음극 단자(130) 각각의 상하부의 일부 영역에 절연부재(140)가 더 구비될 수 있다. 절연부재(140)는 양극 단자(120) 및 음극 단자(130)와 후술 될 하우징(150)간의 절연성을 확보하는 역할을 할 수 있다.
세퍼레이터(113)는 양극(111)과 음극(112)을 서로 전기적으로 분리하는 역할을 할 수 있다. 세퍼레이터(113)는 종이 또는 부직포일 수 있으나, 본 발명의 실시예에서 세퍼레이터(113)의 종류에 대해서 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에서, 전극셀(110)은 파우치 타입인 것으로 도시 및 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 전극셀(110)은 양극(111), 음극(112) 및 세퍼레이터(113)가 롤 형태로 권취된 권취 타입일 수도 있다.
전극셀(110)은 전해액에 함침되어 있다. 이때, 전해액은 양극(111)의 양극 활물질층(111b), 음극(112)의 음극 활물질층(112b) 및 세퍼레이터(113)에 함침되어 있을 수 있다.
전해액은 리튬 이온을 이동시킬 수 있는 매질의 역할을 하는 것으로, 전해질 및 용매를 포함할 수 있다. 여기서, 전해질은 LiPF6, LiBF4 및 LiCIO4 중 어느 하나의 리튬 염을 포함할 수 있다. 여기서, 리튬 염은 리튬 이온 커패시터의 충전시 음극으로 도핑되는 리튬 이온의 공급원의 역할을 할 수 있다. 또한, 전해액의 용매로 사용되는 재질의 예로서는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 및 에틸 메틸 카보네이트(ethyl methyl carbonate) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합 용매일 수 있다.
전해액에 함침된 전극셀(110)은 하우징(150)으로 밀봉될 수 있다. 여기서, 하우징(150)은 두 장의 라미네이트 필름을 열융착하여 형성될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서 하우징(150)의 형태에 대해서 한정하는 것은 아니며, 다른 예로 하우징(150)은 금속 캔으로 이루어질 수도 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서와 같이, 탄소/리튬금속산화물의 복합소재로 이루어진 제 1 활물질과 활성탄으로 이루어진 제 2 활물질을 함유한 양극 활물질층을 포함하여, 정전 용량을 증대시킬 수 있으므로, 종래의 정전 용량을 유지하며 양극의 두께를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서와 같이 제 1 및 제 2 활물질을 포함하여, 제 1 활물질만을 포함할 경우보다 슬러리의 제조가 용이해질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서와 같이, 양극 활물질의 용량 증대로 인해 양극의 두께를 줄일 수 있어, 양극 내의 내부 저항을 줄일 수 있고, 결국 리튬 이온 커패시터의 출력 특성을 향상시킬 수 있다.
100 : 리튬 이온 커패시터 110 : 전극셀
111 : 양극 111a : 양극 집전체
111b : 양극 활물질층 112 : 음극
112a : 음극 집전체 112b : 제 1 음극 활물질층
113 : 세퍼레이터 120 : 양극 단자
130 : 음극 단자 140 : 절연부재
150 : 하우징 A1 : 제 1 활물질
A2 : 제 2 활물질
111 : 양극 111a : 양극 집전체
111b : 양극 활물질층 112 : 음극
112a : 음극 집전체 112b : 제 1 음극 활물질층
113 : 세퍼레이터 120 : 양극 단자
130 : 음극 단자 140 : 절연부재
150 : 하우징 A1 : 제 1 활물질
A2 : 제 2 활물질
Claims (8)
- 세퍼레이터를 사이에 두고 서로 교대로 배치된 양극 및 음극을 포함하는 리튬 이온 커패시터에 있어서,
상기 양극은 양극 집전체와 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 배치되며 탄소/리튬금속산화물의 복합소재로 이루어진 제 1 활물질과 활성탄으로 이루어진 제 2 활물질을 함유한 양극 활물질층을 포함하며,
상기 음극은 음극 집전체와 상기 음극 집전체의 적어도 일면에 배치된 음극 활물질층을 포함하고, 상기 음극 활물질층은 리튬 이온을 프리도핑하고 있는 리튬 이온 커패시터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 탄소는 탄소나노튜브 또는 그라핀(graphene) 중 어느 하나를 포함하는 리튬 이온 커패시터.
- 제 1 항에 있어서,
상기 양극 활물질층은 도전재를 더 포함하는 리튬 이온 커패시터.
- 제 3 항에 있어서,
상기 도전재는 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 흑연 및 금속분말 중 어느 하나를 포함하는 리튬 이온 커패시터.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 음극 활물질층은 천연 흑연, 인조 흑연, 흑연화 탄소섬유 및 난흑연성 카본 및 탄소나노튜브 중 어느 하나를 포함하는 리튬 이온 커패시터.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 활물질은 상기 제 1 활물질에 비해 1 내지 5배의 중량비를 갖는 리튬 이온 커패시터.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100084817A KR101138594B1 (ko) | 2010-08-31 | 2010-08-31 | 리튬 이온 커패시터 |
| US13/137,562 US20120050950A1 (en) | 2010-08-31 | 2011-08-25 | Lithium ion capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100084817A KR101138594B1 (ko) | 2010-08-31 | 2010-08-31 | 리튬 이온 커패시터 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20120020895A KR20120020895A (ko) | 2012-03-08 |
| KR101138594B1 true KR101138594B1 (ko) | 2012-05-10 |
Family
ID=45696989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020100084817A KR101138594B1 (ko) | 2010-08-31 | 2010-08-31 | 리튬 이온 커패시터 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20120050950A1 (ko) |
| KR (1) | KR101138594B1 (ko) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101394743B1 (ko) * | 2012-05-16 | 2014-05-16 | 한국에너지기술연구원 | 리튬이온 커패시터 및 그 제조방법 |
| CN103515110A (zh) * | 2012-06-26 | 2014-01-15 | 海洋王照明科技股份有限公司 | Li2MoO3/石墨烯复合材料及其制备方法和锂离子电容器 |
| CN104662627B (zh) * | 2012-09-28 | 2017-10-31 | 松下知识产权经营株式会社 | 电容器用电极以及使用其的电容器 |
| JP6294348B2 (ja) | 2013-03-11 | 2018-03-14 | エルジー・ケム・リミテッド | リチウムのプレドーピング方法、この方法を含むリチウム二次電池の製造方法、及びこの製造方法により製造されたリチウム二次電池 |
| WO2014142523A1 (ko) * | 2013-03-11 | 2014-09-18 | 주식회사 엘지화학 | 리튬의 프리도핑 방법, 상기 방법을 포함하는 리튬 이차전지의 제조방법, 및 상기 제조방법으로부터 제조된 리튬 이차전지 |
| US20170112194A1 (en) * | 2015-10-21 | 2017-04-27 | Rai Strategic Holdings, Inc. | Rechargeable lithium-ion capacitor for an aerosol delivery device |
| US10918134B2 (en) | 2015-10-21 | 2021-02-16 | Rai Strategic Holdings, Inc. | Power supply for an aerosol delivery device |
| CN108604504B (zh) | 2016-01-22 | 2019-09-10 | 旭化成株式会社 | 非水系锂型蓄电元件 |
| WO2017126693A1 (ja) | 2016-01-22 | 2017-07-27 | 旭化成株式会社 | 非水系リチウム蓄電素子 |
| TWI627648B (zh) | 2016-01-22 | 2018-06-21 | Asahi Chemical Ind | 正極前驅體 |
| CN108475587B (zh) | 2016-01-22 | 2019-07-09 | 旭化成株式会社 | 非水系锂型蓄电元件 |
| EP3392891B1 (en) | 2016-01-22 | 2020-01-08 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Nonaqueous lithium storage element |
| RU2753552C2 (ru) * | 2016-12-01 | 2021-08-17 | Раи Стретеджик Холдингс, Инк. | Перезаряжаемый литий-ионный конденсатор для устройства доставки аэрозоля |
| EP3951937A4 (en) * | 2019-03-29 | 2022-06-01 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | PROCESS FOR MAKING A NON-AQUEOUS ALKALI METAL ELECTRICITY STORAGE ELEMENT |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004349164A (ja) | 2003-05-23 | 2004-12-09 | Nec Corp | リチウムイオン二次電池用負極活物質、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池 |
| JP2004362859A (ja) * | 2003-06-03 | 2004-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | リチウムイオン二次電池 |
| KR20060076680A (ko) * | 2004-12-29 | 2006-07-04 | 한국전기연구원 | 하이브리드 전원 저장 장치 |
| KR20080071387A (ko) * | 2007-01-30 | 2008-08-04 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 탄소나노튜브 복합체 및 그 제조 방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100367543C (zh) * | 2004-08-17 | 2008-02-06 | 比亚迪股份有限公司 | 一种锂合金复合材料及其制备方法、负极材料、负极结构体及锂二次电池 |
| JP4924966B2 (ja) * | 2005-10-17 | 2012-04-25 | 富士重工業株式会社 | リチウムイオンキャパシタ |
-
2010
- 2010-08-31 KR KR1020100084817A patent/KR101138594B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2011
- 2011-08-25 US US13/137,562 patent/US20120050950A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004349164A (ja) | 2003-05-23 | 2004-12-09 | Nec Corp | リチウムイオン二次電池用負極活物質、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池 |
| JP2004362859A (ja) * | 2003-06-03 | 2004-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | リチウムイオン二次電池 |
| KR20060076680A (ko) * | 2004-12-29 | 2006-07-04 | 한국전기연구원 | 하이브리드 전원 저장 장치 |
| KR20080071387A (ko) * | 2007-01-30 | 2008-08-04 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 탄소나노튜브 복합체 및 그 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20120020895A (ko) | 2012-03-08 |
| US20120050950A1 (en) | 2012-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101138594B1 (ko) | 리튬 이온 커패시터 | |
| US8526166B2 (en) | Lithium ion capacitor | |
| US8288032B2 (en) | Energy storage device cell and control method thereof | |
| US8247115B2 (en) | Wound-type electric storage device including electrode sheets | |
| WO1999060652A1 (fr) | Pile secondaire non aqueuse et son procede de controle | |
| JP2019021805A (ja) | 電極体及び蓄電デバイス | |
| KR101766950B1 (ko) | 내열 절연층을 갖는 세퍼레이터 | |
| KR20080081297A (ko) | 리튬이온 커패시터 | |
| JP2012059396A (ja) | 蓄電デバイス用負極及び蓄電デバイス並びにそれらの製造方法 | |
| KR101138477B1 (ko) | 리튬 이온 커패시터 및 이의 제조 방법 | |
| KR20160027364A (ko) | 이차전지용 전극조립체 | |
| KR101113423B1 (ko) | 리튬 이온 커패시터의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 리튬 이온 커패시터 | |
| KR101138482B1 (ko) | 리튬 이온 커패시터 | |
| KR102028677B1 (ko) | 그래핀 전극을 적용한 적층형 리튬 이온 커패시터 | |
| JP2012028366A (ja) | 蓄電デバイス | |
| US20230387475A1 (en) | Lithium supercapattery with stacked or wound negative and positive electrodes sets along with separator | |
| US20220165511A1 (en) | Advanced lithium-ion energy storage device | |
| JP2019114400A (ja) | 蓄電デバイス | |
| JP2010141065A (ja) | 蓄電デバイス | |
| JP2018078029A (ja) | 負極及び非水電解質蓄電素子 | |
| CN114597554A (zh) | 电容器辅助锂-硫电池组 | |
| KR101205846B1 (ko) | 플레이트형 집전체를 갖는 리튬 이온 커패시터 | |
| KR101138572B1 (ko) | 리튬 이온 커패시터 | |
| KR101124154B1 (ko) | 2차 전원 | |
| JP2019067608A (ja) | リチウムイオン電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20100831 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20111021 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20120326 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20120413 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20120413 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
| PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20160309 |