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KR101493976B1 - Manufacturing method of Asymmetrical Super Capacitor with Cylindrical Type - Google Patents

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KR101493976B1
KR101493976B1 KR20130113864A KR20130113864A KR101493976B1 KR 101493976 B1 KR101493976 B1 KR 101493976B1 KR 20130113864 A KR20130113864 A KR 20130113864A KR 20130113864 A KR20130113864 A KR 20130113864A KR 101493976 B1 KR101493976 B1 KR 101493976B1
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KR
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lithium
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cathode
carbon
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KR20130113864A
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김익준
양선혜
최인식
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한국전기연구원
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Abstract

The present invention relates to a cylindrical asymmetric super capacitor. The present invention provides the cylindrical asymmetric super capacitor for winding an anode formed of a first current collector and an active carbon layer, and a cathode formed of a second current collector and a lithium layer in a coil type across a separator inside a container. The lithium layer is formed on either or both one end or/and the other end of the second current collector surface to be located in either or both the center part or/and the outermost part of the coil. The carbon layer is formed on the second current collector surface and is formed on the remaining part where the lithium is not formed to free-dope a lithium ion.

Description

원통형 비대칭 수퍼커패시터{Manufacturing method of Asymmetrical Super Capacitor with Cylindrical Type}{Manufacturing method of Asymmetrical Super Capacitor with Cylindrical Type}

본 발명은 원통형 비대칭 수퍼커패시터에 관한 것으로, 상세하게는 양극과 음극이 권취된 코일 형상에 리튬층이 코일의 중심축과 최외측에 권취되어 리튬이온을 방사 방향으로 음극에 프리도핑하는 원통형 비대칭 수퍼커패시터에 관한 기술이다.The present invention relates to a cylindrical asymmetric supercapacitor and more particularly to a cylindrical asymmetric supercapacitor in which a lithium layer is wound on the outermost side of the coil with a coil shape in which an anode and a cathode are wound to pre- Capacitor.

종래의 수퍼커패시터로서는 양극과 음극에 활성탄을 대칭적으로 사용하는 전기이중층 커패시터가 가장 보편적으로 사용되어 왔다. 이는 활성탄 전극에 전해액을 함침하는 것에 의해 전해액에 포함되어 있는 이온을 활성탄 표면에 흡·탈착함으로써 빠른 충·방전과 장기신뢰성을 확보할 수 있었기 때문이다. As the conventional super capacitors, electric double layer capacitors using activated carbon symmetrically for the positive electrode and the negative electrode have been most commonly used. This is because the ions contained in the electrolytic solution are adsorbed and desorbed on the activated carbon surface by impregnating the activated carbon electrode with the electrolytic solution, thereby securing fast charge / discharge and long-term reliability.

전기이중층 커패시터용 전해액으로서는 수계 및 유기계로 구분할 수 있다. 수계의 전해액에는 H2SO4 및 KOH 전해질이 일반적으로 사용되고 있고, 유기계 전해액에는 주로 TEABF4 (Tetraethylammonium Tetrafluoroborate) 또는 SBPBF4 (Spirobipyrrolidinium tetrafluoroborate) 전해질이 사용되고 있다. The electrolytic solution for the electric double layer capacitor can be classified into an aqueous system and an organic system. Of aqueous liquid electrolyte is H 2 SO 4, and KOH, and the electrolyte is generally used, an organic electrolytic solution, there is used an electrolyte mainly TEABF 4 (Tetraethylammonium Tetrafluoroborate) or SBPBF 4 (Spirobipyrrolidinium tetrafluoroborate).

이온의 크기가 작고 이온전도도가 높은 수계 전해액을 사용하는 수계 전기이중층 커패시터의 정전용량은 높지만 용매 (H2O)의 분해전압이 낮아 1V 미만으로 제한하므로 에너지는 적은 특성을 나타낸다. 유기계의 경우 수계와 반대로 정전용량은 적지만 일반적으로 2.7V까지 사용하는 것에 의해 에너지가 많은 특성을 나타낸다. A water-based electric double layer capacitor using a water-based electrolyte having a small ion size and a high ionic conductivity has a high electrostatic capacitance, but the decomposition voltage of the solvent (H 2 O) is low and is limited to less than 1 V, In the case of the organic system, the electrostatic capacity is small as opposed to the water system, but generally exhibits high energy characteristics by using up to 2.7V.

수퍼커패시터의 적용분야의 확대 및 보다 높은 특성의 요구에 의해 기존의 전기이중층 커패시터보다 높은 에너지를 가지는 수퍼커패시터의 개발이 진행되고 있다. 에너지(E)는 1/2CV2에 비례하므로 최근의 고에너지 실현을 위한 연구로서는 양극과 음극을 하이브리드하여 고전압을 실현하는 비대칭 수퍼커패시터가 일반적이다. The development of supercapacitors with higher energy than the conventional electric double layer capacitors is progressing due to the expansion of application fields of supercapacitors and demands for higher characteristics. As energy (E) is proportional to 1 / 2CV 2 , an asymmetric supercapacitor that realizes a high voltage by hybridizing an anode and a cathode is a common study for realizing a recent high energy.

가장 대표적인 비대칭 수퍼커패시터의 구성은 양극에 전기이중층 커패시터에 이용되는 활성탄 전극과 음극에 리튬이차전지용 탄소전극으로 이루어져 있다. The most typical configuration of the asymmetric supercapacitor is composed of an activated carbon electrode for an electric double layer capacitor on the anode and a carbon electrode for a lithium secondary battery on the cathode.

이 비대칭 수퍼커패시터는 제조단계에 있어서 음극 활물질인 탄소 내부에 일정량의 리튬이온을 저장하는 리튬 프리도핑(Li-pre-doping) 공정을 가진다. 이는 리튬이온을 음극에 프리도핑하는 것에 의해 비대칭 수퍼커패시터의 음극 전위를 낮추고 양극과의 전위차를 확대시킴으로서 에너지밀도를 증가시킨다. 이들 비대칭 수퍼커패시터는 일반적으로 3.8~4.0V의 사용전압을 가진다. This asymmetric supercapacitor has a Li-pre-doping process of storing a certain amount of lithium ions in the carbon, which is an anode active material, in the manufacturing step. This increases the energy density by lowering the cathode potential of the asymmetric supercapacitor and increasing the potential difference with the anode by pre-doping lithium ions to the cathode. These asymmetric supercapacitors typically have a working voltage of 3.8 to 4.0V.

이들 비대칭 수퍼커패시터에 있어서 리튬이온을 프리도핑하는 방법으로서는 다음과 같은 방법이 상업적으로 가장 잘 알려져 있다.As a method of pre-doping lithium ions in these asymmetric supercapacitors, the following methods are best known commercially.

1) 활성탄 양극과 탄소재료를 이용해서 제조한 음극을 병렬로 적층하고 양단에 리튬 금속 극을 배치한 구조를 전해액에 침전하고 이들 전극사이에 전류를 흘려서 전기화학적으로 리튬이온을 도핑시키는 방법.1) A method in which an anode made of an activated carbon anode and a cathode made of a carbon material are stacked in parallel and a structure in which lithium metal poles are arranged at both ends is deposited in an electrolyte and an electric current is flowed between the electrodes to electrochemically dope lithium ions.

2) 탄소재료를 이용해서 제조한 음극에 리튬 박을 접촉시킨 상태로 전해액에 침적시켜 리튬 박을 이온화시켜 탄소재료에 화학적으로 도핑시키는 방법.2) A method of chemically doping a carbon material by ionizing a lithium foil by immersing it in an electrolyte in a state in which a lithium foil is in contact with a negative electrode prepared using a carbon material.

이 출원들에 관한 선행 기술문헌 정보로서는 예를 들면 특허문헌 1(일본 특개평 8-107048호 공보)과 2(일본특허 제3689948호 공보에 잘 알려지고 있다.As prior art document information related to these applications, for example, it is well known in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open Nos. 8-107048 and 2) (Japanese Patent No. 3689948).

특허문헌 1 기재의 리튬 프리도핑 공정은 파우치형의 비대칭 수퍼커패시터에 적용하는 기술이며, 특허문헌 2 기재의 리튬 프리도핑 공정은 원통형의 비대칭 수퍼커패시터에 적용되는 기술이다. The lithium pre-doping process described in Patent Document 1 is a technique applied to an asymmetric supercapacitor of a pouch type, and the lithium pre-doping process disclosed in Patent Document 2 is a technique applied to a cylindrical asymmetric supercapacitor.

특허문헌 1 기재의 적층용 전극 구조는 원통형에는 적용하기 여려운 문제점이 있어왔다.The electrode structure for lamination described in Patent Document 1 has a problem of being applied to a cylindrical shape.

또한, 특허문헌 2기재의 원통형 비대칭 수퍼커패시터의 프리 도핑 공정은 일반적으로 음극의 Cu 집전체의 표면에 약 1㎛ 미만의 리튬 증착을 통해 제조되고 이들 공정에 의해 제조된 탄소전극/Cu집전체/리튬 박 구조의 음극을 다시 양극과 같이 권취함으로서 리튬 증착에 의한 양산공정의 도입으로 인해 높은 제조단가를 필요로 하고, 또한 프리도핑 공정 과정에서 음극 두께의 변화에 의한 접촉저항이 증가하는 문제점이 있어왔다.The pre-doping process of the cylindrical asymmetric supercapacitor described in Patent Document 2 is generally performed by depositing lithium on the surface of the Cu current collector of the negative electrode at a thickness of less than about 1 탆 and forming the carbon electrode / Cu current collector / There is a problem that a high manufacturing cost is required due to the introduction of a mass production process by lithium vapor deposition by winding the cathode of the lithium foil structure together with the anode again and the contact resistance due to the change of the cathode thickness during the pre- come.

일본 특개평 8-107048호 공보Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-107048 일본특허 제3689948호 공보Japanese Patent No. 3689948

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 보다 생산성을 향상시키고 음극에 안정적인 리튬이온을 프리도핑하는 원통형 비대칭 수퍼커패시터를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a cylindrical asymmetric supercapacitor which is improved in productivity and pre-doped with stable lithium ions to a cathode.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제1집전체와 활성탄소층으로 이루어진 양극과, 제2집전체와 탄소층 및 리튬층으로 이루어진 음극이, 분리막을 사이에 두고 용기 내부에 코일 형태로 권취된 원통형 수퍼커패시터에 있어서, 상기 리튬층은 상기 코일의 중심측과 최외측 중에 하나 또는 모두에 위치되도록 상기 제2집전체의 표면 일단과 타단 중에 하나 또는 모두에 형성되고, 상기 탄소층은 상기 제2집전체 표면에 형성되되, 상기 리튬층이 형성되지 않은 나머지 부분에 형성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a positive electrode comprising a first current collector and an active carbon layer, a negative electrode comprising a second current collector, a carbon layer and a lithium layer, Wherein the lithium layer is formed at one or both ends of the surface of the second current collector so as to be located at one or both of a center side and an outermost side of the coil, The second current collector is formed on the surface of the second current collector, and the remaining portion of the lithium secondary battery is not formed.

상기 리튬층은, 적어도 1회전 이상 권취되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.And the lithium layer is formed so as to be wound by at least one revolution.

상기 리튬층은, 상기 제2집전체 표면에 리튬 박이 기계적 압착 또는 증착에 의해 부착되어 이루어진 것을 특징으로 한다.The lithium layer is characterized in that a lithium foil is attached to the surface of the second current collector by mechanical pressing or vapor deposition.

상기 리튬층은, 순도 99% 이상, 두께가 1~200㎛ 범위인 것을 특징으로 한다.The lithium layer has a purity of 99% or more and a thickness of 1 to 200 mu m.

상기 탄소층과 상기 활성탄소층은, 상호 대면되는 위치에 배치되어 권취되는 것을 특징으로 한다.And the carbon layer and the activated carbon layer are disposed and wound around each other.

상기 제1집전체와 상기 제2집전체는, 각각 알루미늄(Al)과 구리(Cu)가 포함되며, 다공성을 가지는 것을 특징으로 한다.The first current collector and the second current collector may include aluminum (Al) and copper (Cu), respectively, and may have porosity.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.According to the present invention having the above-described configuration, the following effects can be expected.

본 발명은 리튬 프리도핑 기술을 이용하는 비대칭 수퍼커패시터의 제조방법에 있어서 음극 집전체 표면의 한쪽 또는 양쪽 일정 위치에 리튬 프리도핑용 리튬 박을 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하고 있으며, 본 발명에서 제공된 전극을 사용하여 제조한 원통형 비대칭 수퍼커패시터는 높은 용량과 출력특성을 나타내는 효과가 있다.The present invention relates to a method of manufacturing an asymmetric supercapacitor using a lithium pre-doping technique, characterized in that the lithium foil for lithium pre-doping is formed at one or both predetermined positions on the surface of an anode current collector, The cylindrical asymmetric supercapacitor manufactured by using the above-described method has an effect of exhibiting high capacity and output characteristics.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 비대칭 수퍼커패시터의 내부 구조도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 비대칭 수퍼커패시터용 양, 음극 구조 정면도.
도 3은 도 2의 권취 상태도.
도 4는 실시예의 비대칭 수퍼커패시터용 전극, 분리막, 소자 및 셀 사진.
1 is an internal structural view of a cylindrical asymmetric supercapacitor according to an embodiment of the present invention;
2 is a front view of a positive and negative electrode structure for a cylindrical asymmetric supercapacitor according to an embodiment of the present invention.
Fig. 3 is a winding state diagram of Fig. 2; Fig.
4 is an electrode, separator, element and cell photograph for an asymmetric supercapacitor in the embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 원통형 비대칭 수퍼커패시터의 일부 절단면을 통한 내부 구조를 나타낸다.Figure 1 shows an internal structure through some cut-away sides of an asymmetric cylindrical asymmetric supercapacitor according to an embodiment of the present invention.

금속박으로 제조된 제1집전체(120)의 상·하면에 분극성 활성탄소층(14)이 형성된 양극(10)과, 금속박으로 제조된 제2집전체(22)의 상,하면에 탄소층(22)과 리튬층(26) 형성된 음극(20)의 사이에 분리막(30)을 사이에 두고 삽입하여 용기(40) 내부에 코일 형태로 권취된 소자를 나타낸다 A positive electrode 10 having a polarized active carbon layer 14 formed on upper and lower surfaces of a first current collector 120 made of a metal foil and a carbon layer (30) is inserted between the positive electrode (22) and the negative electrode (20) having the lithium layer (26)

도 1에서 기재된 양극(10)과 음극(20)에 각각 통전이 가능하도록 리드선(52),(54)을 결착한다. The lead wires 52 and 54 are attached to the positive electrode 10 and the negative electrode 20 described in FIG.

상기 리드선(52,54)은 각각의 양극(10)과 음극(20)의 전극 미형성 부분에 결착시키며, 양극(10)에 결착하는 리드선(52)은 알루미늄(Al) 재질로 제조되며, 음극(20)에 결착하는 리드선(54)는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 또는 구리에 니켈 도금한 재질로 제조된다.The lead wires 52 and 54 bind to the positive electrode 10 and the negative electrode 20, respectively. Lead wires 52 for binding the positive electrode 10 are made of aluminum (Al) The lead wire 54 that bonds to the base 20 is made of copper (Cu), nickel (Ni), or nickel-plated material.

권취 소자와 리튬염을 포함하는 전해액을 Al 용기(40)에 수납하고, 용기(40)를 밀봉하기 위해 리드선을 인발한 봉구재(60)를 용기(40)의 개봉구에 밀착한 후 실링한 구조를 나타낸다.An electrolytic solution containing a winding element and a lithium salt is contained in the Al container 40. The sealing member 60 having the lead wire drawn out to seal the container 40 is brought into close contact with the opening of the container 40, Structure.

이때 전해액은 일반적으로 양이온 (Cation)은 Li+와 음이온 (Anion)은 BF4- 또는 PF6-로 구성된 전해질과 EC (Ethylene Carbonate), DEC (Diethyl Carbonate)가 1 : 1 중량비로 구성된 용매를 사용한다.In this case, the electrolytic solution generally uses electrolyte composed of Li + and anion BF4 - or PF6 - and a solvent composed of EC (Ethylene Carbonate) and DEC (Diethyl Carbonate) in a weight ratio of 1: 1.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 비대칭 수퍼커패시터용 양, 음극 구조 정면도를 나타낸다.2 shows a front view of a positive and negative electrode structure for a cylindrical asymmetric supercapacitor according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 양극(10)은 제1집전체(12)의 표면인 상·하면에 활성탄소층(14)이 도포된 구조를 나타낸다.Referring to FIG. 2, the anode 10 has a structure in which the active carbon layer 14 is applied on the top and bottom surfaces of the first current collector 12.

여기서 양극(10)은 박판 형상으로 형성되게 되고, 양극시트로도 형성할 수 있으며, 상술할 음극(20)도 박판 형상 또는 음극시트로 형성할 수 있다.In this case, the anode 10 is formed in a thin plate shape and can be formed of a cathode sheet, and the cathode 20 described above can also be formed of a thin plate or a cathode sheet.

상기 제1집전체(12)는 99% 이상의 고순도 알루미늄(Al) 박을 사용하며, 20~50㎛의 두께 범위에서 사용할 수 있다. The first current collector 12 uses 99% or more of high purity aluminum (Al) foil, and can be used in a thickness range of 20 to 50 탆.

또한, 알루미늄 박은 관통구가 직경 0.3mm 이하, 바람직하게는 0.2mm 이하인 원형 또는 한쪽 면 길이가 0.3mm 이하, 바람직하게는 0.2mm 이하인 사각형이며, 관통구들에 의한 개구율은 10~30%, 바람직하게는 10~20%인 것이 특징이다.The aluminum foil is a circle having a diameter of 0.3 mm or less, preferably 0.2 mm or less, or a square with a side length of 0.3 mm or less, preferably 0.2 mm or less, and an aperture ratio of 10 to 30% Is 10 to 20%.

그림에서 활성탄소층(14)은 단면의 두께가 60~120㎛ 범위이며, 바람직하게는 70~100㎛인 것이 특징이다. In the figure, the thickness of the active carbon layer 14 is in the range of 60 to 120 mu m, preferably 70 to 100 mu m.

여기서, 활성탄소층(14)은 활성탄, 도전재 및 바인더로 구성된다. Here, the activated carbon layer 14 is composed of activated carbon, a conductive material, and a binder.

여기서, 활성탄소층(14)은 다공성을 가지며 비표면적인 1,500~2,000m2/g이고 입자 평균크기가 5~10㎛인 것을 사용하며, 도전재는 평균크기가 0.1~0.5㎛인 카본 블랙과 바인더는 CMC (Carboxymethyl Cellulose)와 SBR (Styrenebutadiene Rubber)로 구성되거나 혹은 이들 혼합 바인더에 PTFE (Polytetrafluoroethylene)를 소량 추가된 혼합 바인더를 사용하는 것을 특징으로 한다.Here, the activated carbon layer 14 has a porosity of 1,500 to 2,000 m 2 / g and an average particle size of 5 to 10 μm. The conductive material may be carbon black having an average size of 0.1 to 0.5 μm, Is composed of CMC (Carboxymethyl Cellulose) and SBR (Styrenebutadiene Rubber), or a mixed binder in which a small amount of PTFE (Polytetrafluoroethylene) is added to these mixed binders.

상기 기재의 양극(10)의 구성 성분들 간의 혼합 비율은, 활성탄 분말은 80~95 중량 %, 도전재는 3~10 중량 %, 바인더는 3~10 중량 % 범위에서 조절할 수 있다. 또한 바인더의 혼합 비율은 CMC는 30~50 중량 %, SBR은 50~70 중량 %, PTFE는 0~2 중량 % 범위에서 조절할 수 있다.The mixing ratio of the constituent components of the anode 10 of the base material can be adjusted in the range of 80 to 95% by weight of the activated carbon powder, 3 to 10% by weight of the conductive material and 3 to 10% by weight of the binder. Also, the mixing ratio of the binder can be adjusted in the range of 30 to 50 wt% for CMC, 50 to 70 wt% for SBR, and 0 to 2 wt% for PTFE.

음극(20)은 금속박으로 제조된 제2집전체(22)의 표면인 상·하면에 탄소층(24)과 리튬층(26)이 형성된 구조를 나타낸다. The cathode 20 shows a structure in which a carbon layer 24 and a lithium layer 26 are formed on the top and bottom surfaces of the second current collector 22 made of a metal foil.

음극(20)은 우선 제2집전체(22)의 상·하면의 가운데 부분에 일정 두께로 탄소를 도포하고, 건조, 압연을 통해 탄소층(24)을 형성한다. The cathode 20 firstly applies carbon to the center portion of the upper and lower surfaces of the second current collector 22 to a predetermined thickness, and forms a carbon layer 24 through drying and rolling.

상기 리튬층(26)은 제2집전체(22)의 한쪽 또는 양쪽 끝단 위치에 부착되고, 한쪽 또는 양쪽 끝단의 길이는 권취시 1회전 이상 권취되도록 하며, 본 발명에서는 한쪽과 양쪽 모두 부착되게 하였다.The lithium layer 26 is attached to one or both ends of the second current collector 22, and one or both ends of the lithium layer 26 are wound by one or more turns at the time of winding. In the present invention, .

그리고, 상기 리튬층(26)은 권취시 코일의 중심측(초심)에 또는 최외측에 선택적으로 형성할 수 있으며, 본 발명에서는 양측에 모두 위치하도록 형성하였다.The lithium layer 26 can be selectively formed on the center side (center) of the coil or at the outermost side of the coil at the time of winding, and is formed so as to be located on both sides in the present invention.

이때, 상기 리튬층(26)은 상기 제2집전체(22)에 리튬 박이 기계적인 압착에 의해 부착시켰고, 물론, 증착 등 다양한 방법으로 부착할 수 있다.At this time, the lithium layer 26 is attached to the second current collector 22 by mechanical pressing and, of course, can be attached by various methods such as vapor deposition.

이때 리튬층(26)은 탄소층(24) 위에 부착될 수 있으며, 또한 탄소층(24)이 존재하지 않은 제2집전체(22)의 한쪽 또는 양쪽 끝단을 위치에 부착시킬 수도 있다. At this time, the lithium layer 26 may be deposited on the carbon layer 24 and one or both ends of the second current collector 22 without the carbon layer 24 may be attached to the position.

상세하게는 리튬층(26)의 부착은 롤 프레싱을 통해 부착할 수 있으며, 또는 상하 하중을 인가하는 가압 치구에 의해 부착할 수 있는 것을 특징으로 한다.In detail, the attachment of the lithium layer 26 can be attached through roll pressing, or can be attached by a pressing jig applying a vertical load.

그림에서 제2집전체(22)로는 99% 이상의 고순도 구리 (Cu) 또는 니켈 (Ni)을 사용할 수 있으며 20~50㎛의 두께 범위를 사용하였다.In the figure, 99% or more of high-purity copper (Cu) or nickel (Ni) can be used as the second current collector 22, and a thickness range of 20 to 50 μm is used.

물론 제2집전체(22)는 알루미늄을 사용할 수도 있다.Of course, the second current collector 22 may be made of aluminum.

또한 제2집전체(22)는 다공성을 가지며, 관통구가 0.3mm 이하, 바람직하게는 0.2mm 이하 지름의 원형 또는 한쪽 면 길이가 0.3mm 이하, 바람직하게는 0.2mm 이하인 사각형 모양이며, 관통구들에 의한 개구율은 10~30%, 바람직하게는 10~20%인 것이 특징이다.The second current collector 22 is porous and has a through-hole of a circular shape with a diameter of 0.3 mm or less, preferably 0.2 mm or less, or a square shape with a side length of 0.3 mm or less, preferably 0.2 mm or less, Is 10 to 30%, preferably 10 to 20%.

그림에서 탄소층(24)은 단면의 두께가 20~80㎛ 범위이며, 바람직하게는 20~50㎛인 것이 특징이다. In the figure, the thickness of the carbon layer 24 is in the range of 20 to 80 mu m, preferably 20 to 50 mu m.

음극 활물질인 탄소로는 리튬(Li) 이온이 탄소층간에 도핑 가능한 흑연 (Graphite), 하드카본 (Hard Carbon), 소프트카본 (Soft Carbon), 탄소나노튜브 (Carbon Nano Tube), 탄소나노섬유 (Carbon Nano Fiber) 분말 중 어느 하나 또는 두 종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. Carbon, which is an anode active material, includes lithium (Li) ions which can be doped between carbon layers such as graphite, hard carbon, soft carbon, carbon nanotube, carbon nanofiber, Nano Fiber) powders may be used in combination.

탄소층간은 d002가 0.335~1.2nm을 사용할 수 있으며, 입자 평균크기가 5~20㎛인 것을 사용할 수 있다. The carbon layer may have a d 002 value of 0.335 to 1.2 nm and an average particle size of 5 to 20 μm.

도전재는 평균크기가 0.1~0.5㎛인 카본 블랙을 사용할 수 있으며 바인더는 CMC와 SBR 구성된 혼합 바인더를 사용하는 것이 특징이다.The conductive material may be carbon black having an average size of 0.1 to 0.5 탆, and the binder is characterized by using a mixed binder composed of CMC and SBR.

상기 기재의 음극의 구성 성분들 간의 혼합 비율은, 탄소 분말은 85~96 중량 %, 도전재는 2~5 중량 %, 바인더는 2~10 중량 % 범위에서 조절할 수 있다. 또한 바인더의 혼합 비율은 CMC는 30~50 중량 %, SBR은 50~70 중량 % 범위에서 조절할 수 있다.The mixing ratio between the constituent components of the negative electrode of the base material can be controlled in the range of 85 to 96% by weight of the carbon powder, 2 to 5% by weight of the conductive material and 2 to 10% by weight of the binder. In addition, the mixing ratio of the binder can be adjusted in the range of 30 to 50 wt% for CMC and 50 to 70 wt% for SBR.

99% 이상의 고순도 리튬 박은 10~200㎛ 두께 범위 내에서 부착하여 사용할 수 있다. 리튬 박의 두께와 면적은 음극 탄소의 리튬 도핑량을 고려하여 결정할 수 있게 된다.99% or more of high purity lithium foil can be used in a thickness range of 10 to 200 mu m. The thickness and area of the lithium foil can be determined in consideration of the lithium doping amount of the negative electrode carbon.

리튬 도핑에 필요한 리튬(Li) 박의 무게는 아래의 수학식 1에 의해 계산하고, 두께와 면적은 수학식 2에서 구한 리튬 박의 부피로부터 계산할 수 있다.The weight of the lithium foil required for lithium doping is calculated by the following equation (1), and the thickness and area can be calculated from the volume of the lithium foil obtained from the equation (2).

Figure 112013086884327-pat00001
Figure 112013086884327-pat00001

Figure 112013086884327-pat00002
Figure 112013086884327-pat00002

한편, 양극(10)와 음극(20) 및 분리막(30)로 구성된 적층 구조의 정면도를 나타낸다. On the other hand, a front view of a laminated structure composed of the anode 10, the cathode 20 and the separator 30 is shown.

양극(10)의 활성탄소층(14)과 음극(20)의 탄소층(24)이 분리막(30)을 사이에 두고 대향할 수 있도록 적층되며, 음극(20)의 리튬층(26)은 양극(10)의 활성탄소층(14)과는 대향하지 않는다. The active carbon layer 14 of the anode 10 and the carbon layer 24 of the cathode 20 are stacked so that they can face each other with the separator 30 interposed therebetween and the lithium layer 26 of the cathode 20 is stacked And does not face the activated carbon layer 14 of the substrate 10.

분리막(30)은 양극(10)과 음극(20)의 중간면과 음극(20)의 하부면에 위치하며, 하부면의 분리막(30)은 중간면의 분리막(30)에 비교해 권취 시 1/2 원주 이상 길이인 것을 특징으로 한다. The separator 30 is located on the intermediate surface between the anode 10 and the cathode 20 and the lower surface of the cathode 20. The separator 30 on the lower surface is located at a distance of 1 / And two or more circumferential lengths.

도 3은 도 2의 권취 상태도를 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a view showing a winding state diagram of FIG. 2. FIG.

도 3에서는 이해를 돕기 위해 분리막을 생략하였고 양극에서 제1집전체와, 음극의 제2집전체를 생략하여 나타내었다.In FIG. 3, the separation membrane is omitted for the sake of understanding, and the first current collector and the second current collector of the cathode are omitted from the anode.

도 3에서는 적층 구조를 회전 방향을 권취한 것으로, 코일의 중심측과 최외측에 리튬층(26)이 최소 1회전 이상된 상태로 위치한다. In Fig. 3, the stacked structure is wound in the rotational direction, and the lithium layer 26 is positioned at least one turn at the center side and the outermost side of the coil.

리튬층(26)은 중심측(초심) 또는 최외측에 최소 1 원주 이상에 위치할 수 있으며, 본 발명에서는 중심측과 최외측에 최소 1 원주 이상에 위치하도록 실시하였다.The lithium layer 26 may be located on the center side (center of gravity) or on the outermost side of at least one circumference, and in the present invention, it is located at least one circumference at the center side and the outermost side.

도시된 바와 같이 탄소층(24)에서 리튬층이 양단에서 연장되어 권취된 상태가 형성되어 있다.As shown in the drawing, the lithium layer extends from both ends of the carbon layer 24 to form a wound state.

중심측과 최외측에 최소 1 원주 이상에 위치하는 리튬층(26)은 원통형 비대칭 수퍼커패시터를 전기화학적 프리도핑 과정에 리튬층의 상태로 각 전극 층을 통과하여 각각의 음극에 존재하는 탄소 입자 내부에 도핑되는 것을 특징으로 한다.The lithium layer 26 located at least on the center and the outermost side of the lithium layer 26 passes through each electrode layer in the state of a lithium layer in the electrochemical pre-doping process of the cylindrical asymmetric supercapacitor, .

그래서, 상기 리튬층(26)은 중심측에서 방사형으로 리튬 이온을 프리 도핑할 수 있고, 최외측에서 방사형으로 리튬 이온을 프리 도핑할 수 있게 된다.Thus, the lithium layer 26 can pre-dope lithium ions radially from the center side, and can radially pre-dope the lithium ions from the outermost side.

결국, 상기 리튬층(26)은 안정적으로 음극의 탄소층(24)에 리튬 이온을 도핑할 수 있고, 전 면적에 균일하게 도핑할 수 있는 이점이 있게 되는 것이다. As a result, the lithium layer 26 can stably implant the lithium ion into the carbon layer 24 of the anode, and can uniformly dope the entire area.

(실시예)(Example)

본 발명의 실시예에 있어서의 전극 및 셀의 제조 방법, 각 특성의 평가방법은 다음과 같다. 그러나 이하 기재는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
The method of manufacturing the electrode and the cell, and the evaluation method of each characteristic in the embodiment of the present invention are as follows. However, the following description is provided only to illustrate the present invention more specifically, and does not limit the technical scope of the present invention.

<제조 방법><Manufacturing Method>

(a) 양극 제조(a) cathode manufacturing

양극 활성탄 전극은 활성탄 (2,000 m2/g, 평균입자 D50 = 8㎛), 아세틸렌 블랙, 혼합 바인더 (CMC, SBR)를 사용하여 제조하였다. 우선 물에 용해시킨 CMC에 SBR을 첨가하여 CMC : SBR = 40 : 60 중량비가 되도록 혼합시킨 후 아세틸렌 블랙과 활성탄를 첨가하여 각 활성탄 : 아세틸렌 블랙 : 혼합 바인더의 중량비가 86 : 10 : 6이 되도록 조절하였다.The anode active carbon electrode was prepared using activated carbon (2,000 m 2 / g, average particle D 50 = 8 μm), acetylene black, and mixed binder (CMC, SBR). First, SBR was added to CMC dissolved in water to mix CMC: SBR = 40: 60 weight ratio. Acetylene black and activated carbon were added to adjust the weight ratio of activated carbon: acetylene black: mixed binder to 86: 10: 6 .

양극 슬러리는 혼합기 (Thinky machine, 일본)에서 10분 이상 교반 후 알루미늄 집전체 (두께: 30㎛, 개구율: 20%)의 상·하면에 코팅하였다. 코팅된 전극은 60 건조기에서 3시간 건조 후 롤 프레스를 통해 전극 단면의 최종 두께가 80㎛이 되도록 압연을 진행하였다.The positive electrode slurry was agitated in a mixer (Thinky machine, Japan) for 10 minutes or more, and then coated on top and bottom of an aluminum current collector (thickness: 30 μm, aperture ratio: 20%). The coated electrode was dried for 60 minutes in a dryer and then rolled to a final thickness of 80 μm through a roll press.

전극을 원통형 비대칭 수퍼커패시터 (Radial 1840형, 18mmφ × 40mml)용 양극으로 사용하기 위해 길이 방향으로 일정 면적 (28mmω × 500mml)으로 재단하였다. 리드선은 알루미늄 단자를 사용하였으며, 리드선은 활성탄 전극이 코팅되지 않은 집전체 표면에 기계적 압착에 의해 부착시켰다.The electrode was cut in a longitudinal direction (28 mm? 500 mm) in order to use it as a positive electrode for a cylindrical asymmetric supercapacitor (Radial 1840 type, 18 mm? 40 mml). The lead wire was made of aluminum terminal, and the lead wire was attached to the surface of the current collector not coated with the activated carbon electrode by mechanical pressing.

(b) 음극 제조(b) Negative electrode fabrication

음극 탄소 전극은 흑연계 탄소 (d002 = 0.34nm, 평균입자 D50 = 5㎛), 아세틸렌 블랙, 혼합 바인더 (CMC, SBR)를 사용하여 제조하였다. 물에 용해시킨 CMC에 SBR을 첨가하여 CMC : SBR = 40 : 60 중량비기 되도록 혼합시킨 후 아세틸렌 블랙과 흑연계 탄소를 첨가하여 각 흑연계 탄소 : 아세틸렌 블랙 : 혼합 바인더의 중량비가 96 : 1 : 3이 되도록 조절하였다. Negative electrode The carbon electrode was prepared using graphite carbon (d 002 = 0.34 nm, average particle D 50 = 5 μm), acetylene black, and a mixed binder (CMC, SBR). SBR was added to CMC dissolved in water to make CMC: SBR = 40: 60 weight ratio. Acetylene black and graphite carbon were added to prepare a mixture of graphite carbon: acetylene black: mixed binder in a weight ratio of 96: 1: 3 .

음극 슬러리는 혼합기 (Thinky machine, 일본)에서 10분 이상 교반 후 구리 집전체 (두께 : 20㎛, 개구율 : 20%) 상·하면에 코팅하였다. 슬러리는 후 공정에서 리튬 박을 부착시킬 집전체 면적을 제외한 집전체 면적 (30mmω × 520mml)의 집전체에 코팅하였다. 음극의 흑연계 탄소 전극층은 권취 시 양극의 외각에 존재하기 때문에 약간 크게 설계된다.The negative electrode slurry was stirred in a mixer (Thinky machine, Japan) for 10 minutes or more and then coated on a copper collector (thickness: 20 μm, aperture ratio: 20%). The slurry was coated on the current collector area (30 mm? 占 520 mm) except for the current collector area to which the lithium foil was to be adhered in the subsequent step. The graphite-based carbon electrode layer of the negative electrode is designed to be slightly larger because it exists on the outer periphery of the positive electrode at the time of winding.

코팅된 전극은 상온에서 건조한 후 롤 프레스를 통해 전극 단면의 최종 두께가 30㎛이 되도록 압연을 진행하였다. 전극을 원통형 비대칭 수퍼커패시터 (Radial 1840형, 18mmφ × 40mml)용 음극으로 사용하기 위해 길이 방향으로 일정 면적으로 재단하였으며, 이때 전극을 권취 시 코일의 중심측 또는 최외측의 1 원주의 길이에 해당하는 집전체는 표면이 노출되도록 재단하였다. 리튬(Li) 박에 의한 리튬층은 표면이 노출된 집전체의 면적으로 상하의 기계적인 압착에 의해 결착되면 결착강도를 증가시키기 위해 최종적으로 롤 프레싱을 행하였다.The coated electrode was dried at room temperature and rolled through a roll press so that the final thickness of the electrode cross section was 30 μm. In order to use the electrode as a negative electrode for a cylindrical asymmetric supercapacitor (Radial 1840 type, 18 mmφ × 40 mm), a certain area was cut in the lengthwise direction. At this time, when the electrode was wound, The collector was cut to expose the surface. When the lithium layer formed by the lithium foil is bound by the upper and lower mechanical pressing at the surface area of the current collector exposed to the surface, the roll press was finally performed to increase the binding strength.

리튬 박에 의한 리튬층의 면적 및 두께는 음극의 흑연계 탄소의 리튬 이온의 삽입 (Intercalation) 용량에 대응하는 리튬 무게를 상기 기재의 수학식 1,2의 계산에 결정하였다. 흑연계 탄소의 비용량을 400 mAh/g으로 설정하고 음극의 전체 흑연계 탄소의 무게를 고려하여 계산한 리튬 무게는 81 mg이므로, 이 값에서 리튬 밀도 (0.59 g/cm3)를 나누면 리튬도핑에 필요한 리튬 박의 체적을 구할 수 있다. 리튬 박은 음극 집전체의 권취 시 중심측 또는 최외측의 부착 위치에 따라 1 분할 또는 2 분할에 따라 두께 조절을 할 수 있다.The area and thickness of the lithium layer by the lithium foil were determined in the calculation of equations (1) and (2) of the above description, based on the lithium weight corresponding to the intercalation capacity of the lithium ion of the graphite carbon of the negative electrode. When the lithium capacity (0.59 g / cm 3 ) is divided by the lithium weight, which is calculated as the specific capacity of the graphite carbon at 400 mAh / g and the total weight of the graphite carbon at the cathode is 81 mg, The volume of the lithium foil necessary for the lithium ion battery can be obtained. The thickness of the lithium battery can be adjusted in accordance with one or two divisions according to the center or outermost attachment position of the negative electrode current collector during winding.

한편 리드선은 니켈이 도금된 구리 단자를 사용하였으며, 리드선은 흑연계 탄소 전극이 코팅되지 않은 일정 부분에 기계적인 압착으로 결착하였다.On the other hand, the lead wire was made of nickel-plated copper terminal, and the lead wire was mechanically crimped to a certain portion where the graphite carbon electrode was not coated.

(c) 원통형 비대칭 수퍼커패시터 제조(c) Manufacture of cylindrical asymmetric supercapacitors

길이방향으로 재단된 양극과 음극 (흑연계 탄소전극 + Li 박)은 분리막과 함께 양극/분리막/음극/분리막 순서로 적층하고 양극의 활성탄 전극과 음극의 흑연계 탄소 전극은 분리막을 사이에 두고 같은 위치에 접촉하도록 배치하였고, 음극의 리튬 박은 음극의 양단의 일정 위치에 배치된다. 사용한 분리막은 pp계열의 Celgard 3501을 사용하였으며 음극 하부에 위치하는 분리막은 음극 길이보다 1 원주 이상의 길이로 재단되었다. 배치된 전극과 분리막은 권취기를 사용하여 초심에서부터 권취를 시작하여 양극과 음극의 단자 위치가 180°배향하도록 하며, 권취가 종료된 소자의 외부는 이미드 테이프로 고정시킨다.The anode and the cathode (graphite carbon electrode + Li foil) cut in the longitudinal direction are laminated in the order of anode / separator / cathode / separator together with the separator, and the anode and the cathode of the cathode are connected to each other Position, and the lithium foil of the cathode is disposed at a predetermined position at both ends of the cathode. The separator used was a pp series Celgard 3501 and the separator located at the bottom of the cathode was cut to a length of more than one circumference than the length of the cathode. The electrodes and separator are arranged so that the terminal positions of the positive electrode and the negative electrode are aligned by 180 ° using a winder, and the outside of the wound element is fixed with an imide tape.

완성된 소자는 Radial 1840형의 알루미늄 외장체에 삽입하고, 돌출된 단자들은 고무전을 통해 외부로 배출시킨 후, 1.0M LiPF6 in EC : DEC (1 : 1) 전해액을 주입 후 고무전을 밀봉하여 원통형 비대칭 수퍼커패시터 (Radial 1840형)을 완성시켰다.
The finished device was inserted into a Radial 1840 aluminum case and the protruded terminals were discharged to the outside through a rubber bat- tery. After injecting a 1.0M LiPF6 in EC: DEC (1: 1) electrolyte, A cylindrical asymmetric supercapacitor (Radial 1840 type) was completed.

<측정 방법><Measurement method>

(a) 방전 용량 (F) 측정(a) Discharge capacity (F) measurement

원통형 비대칭 수퍼커패시터를 24시간 상온에서 방치한 후, 셀의 충전과 방전 특성은 충방전 시험기 (MACCOR, 모델명 MC-4)를 사용하였다. 구동전압은 2.2~3.8V 범위에서, 인가전류는 0.2C 전류 (15mA)의 조건으로 측정하였다. 방전 용량은 3번째 방전에서의 시간-전압 곡선에서 아래의 식에 의해 계산하였다.After the cylindrical asymmetric supercapacitor was left at room temperature for 24 hours, the charging and discharging characteristics of the cell were measured using a charge and discharge tester (MACCOR, Model MC-4). The driving voltage was measured in the range of 2.2 to 3.8 V, and the applied current was measured in the condition of 0.2 C current (15 mA). The discharge capacity was calculated by the following equation in the time-voltage curve in the third discharge.

Figure 112013086884327-pat00003
Figure 112013086884327-pat00003

(b) 고율 특성 (C-rate)(b) High rate characteristic (C-rate)

비대칭 수퍼커패시터의 고율 방전 특성은 셀의 3번째 0.2C 충전과 방전이 완료된 후, 4번째 0.2C 충전과 5C (375mA) 방전을 실시하여 아래의 식으로 계산하였다.The high-rate discharge characteristics of the asymmetric supercapacitor were calculated by the following equation after the third 0.2C charge and discharge of the cell were completed and then the fourth 0.2C charge and the 5C (375mA) discharge.

Figure 112013086884327-pat00004
Figure 112013086884327-pat00004

(b) AC 저항 (b) AC resistance

비대칭 수퍼커패시터의 내부저항은 3번째의 정전류 방전 후 임피던스 분석기 (Zahner IM6)를 이용하여 측정하였다. 내부저항 거동은 100kHz~2.5mHz의 주파수 범위에서 행하였고, 본 발명에서 명시한 수치는 1kHz에서의 AC 저항 값을 나타낸다.
The internal resistance of the asymmetric supercapacitor was measured using an impedance analyzer (Zahner IM6) after the third constant current discharge. The internal resistance behavior was performed in the frequency range of 100 kHz to 2.5 mHz, and the values specified in the present invention indicate the AC resistance value at 1 kHz.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

비대칭 수퍼커패시터는 리튬 박 (26mm × 60mml × 0.117mm)을 구리 집전체의 초심 위치에 결착시킨 음극 (리튬 박 + 흑연계 탄소 전극층)을 사용하여 제조하였다. 기타 제조조건은 상기 기재와 동일하다. 이 비대칭 수퍼커패시터 (Radial, 1840형)의 용량과 고율 특성은 각각 135F과 90%를 나타내었으며, 내부저항은 120mΩ을 나타내었다.
The asymmetric supercapacitor is a lithium foil (26 mm x 60 mm l × 0.117 mm) was adhered to the center of the copper current collector at the center position (lithium foil + graphite carbon electrode layer). Other manufacturing conditions are the same as described above. The capacitance and high-rate characteristics of this asymmetric supercapacitor (Radial, Model 1840) were 135F and 90%, respectively, and the internal resistance was 120mΩ.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

비대칭 수퍼커패시터는 리튬 박 (26mmw × 60mml × 0.117mmt)을 구리 집전체의 최외곽 위치에 결착시킨 음극 (흑연계 탄소 전극층 + Li 박)을 사용하여 제조하였다. 기타 제조조건은 상기 기재와 동일하다. 이 비대칭 수퍼커패시터 (Radial, 1840형)의 용량과 고율 특성은 각각 138F과 90%를 나타내었으며, 내부저항은 126mΩ을 나타내었다.
The asymmetric supercapacitor was manufactured by using a negative electrode (graphite carbon electrode layer + Li foil) in which a lithium foil (26 mmw x 60 mm x 0.117 mm t ) was bonded to the outermost position of the copper current collector. Other manufacturing conditions are the same as described above. The capacitance and high-rate characteristics of this asymmetric supercapacitor (Radial, Model 1840) were 138F and 90%, respectively, and the internal resistance was 126mΩ.

<실시예 3>&Lt; Example 3 >

비대칭 수퍼커패시터는 리튬 박 (26mmw × 60mml × 0.117mmt)을 구리 집전체의 초심과 최외곽 위치에 2 분할 (초심 : 26mmw × 15mml × 0.117mmt, 최외곽 : 26mmw × 45mml × 0.117mmt)하여 결착시킨 음극 (리튬 박 + 흑연계 탄소 전극층 + 리튬 박)을 사용하여 제조하였다. 기타 제조조건은 상기 기재와 동일하다. In the asymmetric supercapacitor, a lithium foil (26 mmw x 60 mm x 0.117 mm t ) was divided into two parts (primary core: 26 mmw x 15 mm x 0.117 mm t , outermost: 26 mmw x 45 mm x 0.117 mm t ) To prepare a negative electrode (lithium foil + graphite carbon electrode layer + lithium foil). Other manufacturing conditions are the same as described above.

그림 4는 실시예 3의 양극, 음극, 분리막의 사진과 이들 양극/분리막/음극/분리막으로 구성된 소장의 상부 평면도와 비대칭 수퍼커패시터 (Radial, 1840형)의 사진을 나타낸다. 이 비대칭 수퍼커패시터의 용량과 고율 특성은 각각 140F과 95%를 나타내었으며, 내부저항은 90mΩ을 나타내었다.
Fig. 4 shows photographs of the anode, cathode and separator of Example 3, and a photograph of the upper plan view and the asymmetric supercapacitor (Radial, Model 1840) of the small electrode composed of the anode / separator / cathode / separator. Capacity and high-rate characteristics of this asymmetric supercapacitor were 140F and 95%, respectively, and the internal resistance was 90mΩ.

<비교예><Comparative Example>

비대칭 수퍼커패시터는 프리도핑용 리튬 박을 사용하지 않은 음극 (흑연계 탄소층)을 사용하여 제조하였다. 기타 제조조건은 상기 기재와 동일하다. 이 비대칭 수퍼커패시터 (Radial, 1840형)의 용량과 고율 특성은 각각 120F과 70%를 나타내었으며, 내부저항은 220mΩ을 나타내었다.
The asymmetric supercapacitor was fabricated using a negative electrode (graphite carbon layer) without lithium foil for pre-doping. Other manufacturing conditions are the same as described above. The capacity and the high rate characteristics of this asymmetric supercapacitor (Radial, Model 1840) were 120F and 70%, respectively, and the internal resistance was 220mΩ.

(비교설명)(Comparative explanation)

리튬을 프리도핑한 비대칭 수퍼커패시터의 실시예 1, 2, 3은 Li을 프리도핑하지 않은 비교예에 비교해서 용량과 저항 특성이 우수하다. 리튬을 프리도핑을 하는 것에 의해 음극 전위 변동이 적고 음극의 출력 특성이 향상하는 것에 의해 비대칭 수퍼커패시터의 전기화학적 특성이 향상된다.Embodiments 1, 2 and 3 of an asymmetric supercapacitor pre-doped with lithium have superior capacity and resistance characteristics as compared with Comparative Examples in which Li is not pre-doped. By pre-doping lithium, the electrochemical characteristics of the asymmetric supercapacitor are improved because the fluctuation of the negative electrode potential is small and the output characteristic of the negative electrode is improved.

표1실시예의 비대칭 수퍼커패시터의 전기화학적 특성도를 나타내었다.The electrochemical characteristics of the asymmetric supercapacitor of the embodiment shown in Table 1 are shown.

사례case 용량(F)Capacity (F) 고율 특성(%)High rate characteristic (%) 저항(mΩ)Resistance (mΩ) 실시예1Example 1 135135 9090 120120 실시예2Example 2 138138 9090 123123 실시예3Example 3 140140 9595 9090 비교예Comparative Example 120120 7070 220220

한편, 리튬 박을 음극에 배치한 실시예의 경우, 리튬 박을 음극의 한쪽에 배치한 실시예 1, 2에 비교해서 리튬 박을 음극의 양쪽에 배치한 실시예 3의 비대칭 수퍼커패시터의 전기화학적 특성이 우수하다. On the other hand, in the case of the embodiment in which the lithium foil was arranged on the cathode, the electrochemical characteristics of the asymmetric supercapacitor of Example 3 in which the lithium foil was disposed on both sides of the cathode as compared with Examples 1 and 2 in which the lithium foil was disposed on one side of the cathode Is excellent.

실시예 3과 같이 소자의 코일의 중심과 최외측에 리튬을 배치시키면 소자의 내,외부에 각 층의 음극에의 리튬 프리도핑 속도와 리튬 이온이 균일하게 분산되기 때문으로 판단된다.It is judged that the lithium pre-doping rate and the lithium ion are uniformly dispersed in the inside and outside of the device when the center of the coil of the device and the outermost side of the device are arranged as in the third embodiment.

이상과 같이 본 발명은 원통형 비대칭 수퍼커패시터를 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.As described above, it can be seen that the present invention provides a cylindrical asymmetric supercapacitor as a basic technical idea, and within the scope of the basic idea of the present invention, Of course, many variations are possible.

10: 양극 12: 제1집전체
14: 활성탄소층 20: 음극
22: 제2집전체 24: 탄소층
26: 리튬층 30: 분리막
10: anode 12: first current collector
14: activated carbon layer 20: cathode
22: second collector 24: carbon layer
26: lithium layer 30: separator

Claims (6)

제1집전체와 활성탄소층으로 이루어진 양극과, 제2집전체와 탄소층 및 리튬층으로 이루어진 음극이, 분리막을 사이에 두고 용기 내부에 코일 형태로 권취된 원통형 수퍼커패시터에 있어서,
상기 리튬층은,
상기 코일의 중심측과 최외측 중에 하나 또는 모두에 위치되도록 상기 제2집전체의 표면 일단과 타단 중에 하나 또는 모두에 형성되고,
상기 탄소층은,
상기 제2집전체 표면에 형성되되, 상기 리튬층이 형성되지 않은 나머지 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 비대칭 수퍼커패시터.
A cylindrical supercapacitor wound in a coil shape inside a container with a separator interposed therebetween, the positive electrode comprising a first current collector and an activated carbon layer, and a cathode comprising a second current collector, a carbon layer and a lithium layer,
The lithium-
One or both of one end and the other end of the surface of the second current collector is located at one or both of the center side and the outermost side of the coil,
The carbon layer
And the second collector is formed on a surface of the second collector, the remaining portion of the second collector being not formed with the lithium layer.
제1항에 있어서,
상기 리튬층은,
적어도 1회전 이상 권취되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원통형 비대칭 수퍼커패시터.
The method according to claim 1,
The lithium-
And at least one turn of the cylindrical asymmetric supercapacitor is wound.
제1항에 있어서,
상기 리튬층은,
상기 제2집전체 표면에 리튬 박이 기계적 압착 또는 증착에 의해 부착되어 이루어진 것을 특징으로 하는 원통형 비대칭 수퍼커패시터.
The method according to claim 1,
The lithium-
And a lithium foil is attached to the surface of the second current collector by mechanical pressing or vapor deposition.
제1항에 있어서,
상기 리튬층은,
순도 99% 이상, 두께가 1~200㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 원통형 비대칭 수퍼커패시터.
The method according to claim 1,
The lithium-
A purity of 99% or more, and a thickness of 1 to 200 mu m.
제1항에 있어서,
상기 탄소층과 상기 활성탄소층은,
상호 대면되는 위치에 배치되어 권취되는 것을 특징으로 하는 원통형 비대칭 수퍼커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon layer and the activated carbon layer comprise
Are arranged and wound in mutually confronted positions.
제1항에 있어서,
상기 제1집전체와 상기 제2집전체는,
각각 알루미늄(Al)과 구리(Cu)가 포함되며, 다공성을 가지는 것을 특징으로 하는 원통형 비대칭 수퍼커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein the first current collector and the second current collector are made of a metal,
Each of which comprises aluminum (Al) and copper (Cu), and has porosity.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110349755A (en) * 2019-07-09 2019-10-18 南通江海储能技术有限公司 A kind of winding type super capacitor
KR102157384B1 (en) * 2019-11-25 2020-09-18 주식회사 비츠로셀 Electrical double layer capacitor including granular activated carbon-carbon nanotube composite

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110040027A (en) * 2009-10-13 2011-04-20 한국세라믹기술원 Hybrid supercapacitor and manufacturing method of the same
KR20110134247A (en) * 2010-06-08 2011-12-14 삼성전기주식회사 Method for manufacturing electrode for for secondary power and method for manufacturing secondary power using thereof
KR20120099942A (en) * 2011-03-02 2012-09-12 삼성전기주식회사 Lithium ion capacitor and method for preparing the same
KR20120127938A (en) * 2011-05-16 2012-11-26 삼성전기주식회사 Hybrid capacitor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110040027A (en) * 2009-10-13 2011-04-20 한국세라믹기술원 Hybrid supercapacitor and manufacturing method of the same
KR20110134247A (en) * 2010-06-08 2011-12-14 삼성전기주식회사 Method for manufacturing electrode for for secondary power and method for manufacturing secondary power using thereof
KR20120099942A (en) * 2011-03-02 2012-09-12 삼성전기주식회사 Lithium ion capacitor and method for preparing the same
KR20120127938A (en) * 2011-05-16 2012-11-26 삼성전기주식회사 Hybrid capacitor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110349755A (en) * 2019-07-09 2019-10-18 南通江海储能技术有限公司 A kind of winding type super capacitor
KR102157384B1 (en) * 2019-11-25 2020-09-18 주식회사 비츠로셀 Electrical double layer capacitor including granular activated carbon-carbon nanotube composite

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