(57)【要約】キャパシタ-バッテリー構造のハイブリッド型電極アセンブリー  充電及び放電可能な複数の電極群を包含し、それぞれの電極群が、カソード及びアノードの間にセパレータが配置された状態で該カソードと該アノードが互いに対向する構造に構築され、該電極群の少なくとも一つがキャパシタ型電極群である、電極アセンブリー、及びそれを包含する二次バッテリーを開示する。本発明のハイブリッド型電極アセンブリーでは、キャパシタと二次バッテリーの連結装置を単一の電池中に、簡素化された製造方法により具体化している。従って、本発明には、バッテリーセルの製造コストを下げ、容量低下無しに、パルス充電及び放電特性を改良する効果がある。
2009545875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極群を包含する電極アセンブリーであって、
前記複数の電極群が充電及び放電可能であり、
前記複数の電極群のそれぞれが、カソード及びアノードの間にセパレータが配置された状態で前記カソードと前記アノードが互いに対向する構造に構築されてなり、及び
前記電極群の少なくとも一つがキャパシタ型電極群である、電極アセンブリー。
【請求項２】
前記電極アセンブリーが、積重／折り曲げ型構造に構築される、請求項１に記載の電極アセンブリー。
【請求項３】
前記電極アセンブリーが、前記電極群として全電池または二重電池型単位電池を包含する積重／折り曲げ型構造に構築される、請求項２に記載の電極アセンブリー。
【請求項４】
前記単位電池の少なくとも一個がキャパシタ型単位電池である、請求項３に記載の電極アセンブリー。
【請求項５】
前記キャパシタ型単位電池が、カソードと、炭素系材料を金属シートに塗布したアノードとの間にセパレータが配置されている構造に構築されてなる、請求項４に記載の電極アセンブリー。
【請求項６】
前記炭素系材料がグラファイトおよび／または活性炭である、請求項５に記載の電極アセンブリー。
【請求項７】
前記電極アセンブリーが、
前記単位電池を順次巻き付けてなり、前記単位電池を長い分離フィルム上に配置され、前記単位電池が積層されてなる構造に構築されてなり、
前記積重構造の最も上側にある単位電池及び最も下側にある単位電池がキャパシタ型単位電池である、請求項３に記載の電極アセンブリー。
【請求項８】
前記キャパシタ型単位電池を除いた、残りの前記二次バッテリー用単位電池が、カソード活性材料として遷移金属酸化物、及びアノード活性材料として炭素系材料を包含してなる、請求項３に記載の電極アセンブリー。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の電極アセンブリーを包含する二次バッテリー。
【請求項１０】
前記バッテリーがリチウムイオン重合体バッテリーである、請求項９に記載の二次バッテリー。
【請求項１１】
前記バッテリーが、パルス充電及び放電モードで充電及び放電される、請求項９に記載の二次バッテリー。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、充電及び放電可能な複数の電極群を包含し、それぞれの電極群が、カソードとアノードとの間にセパレータが配置された状態で該カソードと該アノードが互いに対向する構造に構築され、該電極群の少なくとも一個がキャパシタ型電極群である、ハイブリッド型電極アセンブリー、及びそれを包含する二次バッテリーに関する。
【発明の背景】
【０００２】
可動装置が益々多く開発され、そのような可動装置の需要が増加するにつれて、それらの可動装置用のエネルギー源としてバッテリーの需要も急速に増加している。特に、高エネルギー密度及び高放電電圧を有するリチウム二次バッテリーに対して多くの研究が行われており、このバッテリーが現在商業化され、広く使用されている。
【０００３】
しかし、二次バッテリーには、エネルギー密度は高いが、瞬間的な高電流のために、充電及び放電効率が低いという問題がある。二次バッテリーの上記の問題を解決するために、最近、電気的二重層キャパシタ(EDLC)を従来のリチウムイオン重合体バッテリー(LIPB)に系統的に連結するための技術に研究開発がなされている。
【０００４】
他方、ヨーロッパの携帯電話製造会社により広く採用されている包括的可動通信装置(GSM)は、放電サイクル中に短時間高電流を供給することを必要とする。しかし、GSMを採用する場合、従来の二次バッテリーの容量は、二次バッテリーの高速充電及び放電の際に極度に低下するので、この問題に対する解決策が非常に緊急に求められている。
【０００５】
一般的に、キャパシタは、電圧をキャパシタに印加している間、電荷を蓄積する装置である。キャパシタは、高出力特性を示す。キャパシタの代表的な例は、電気化学的キャパシタであり、これは、電気的二重層キャパシタ(EDLC)または疑似キャパシタとして分類することができる。電気的二重層キャパシタは、イオンを電解質上に、及び電子を電極上の、電極と電解質との間の界面に形成された電気的二重層の上に装填することにより、電荷を保存する装置である。疑似キャパシタは、Faraday反応を利用し、電極材料の表面に隣接して電子を保存する装置である。
【０００６】
電気的二重層キャパシタは、二重層キャパシタンス及び等価直列抵抗(ESR)が互いに直列に接続される構造に構築されている等価回路を包含する。この場合、二重層キャパシタンスは、電極の表面積に比例し、ESRは、電極の抵抗、電解質溶液の抵抗、及び電極の細孔中にある電解質の抵抗の総計である。電気的二重層キャパシタの瞬間的高出力特性は優れているが、電気的二重層キャパシタのエネルギー密度及び保存特性は、従来の二次バッテリーと比較して劣っている。
【０００７】
上記の特性を有するキャパシタが、二次バッテリーに連結する構造に構築されているハイブリッド型バッテリーは、瞬間的出力が増加しており、高エネルギー密度を有する。しかし、一般的に、ハイブリッド型バッテリーは、互いに分離している二次バッテリー及びキャパシタを相互接続することにより製造される。従って、ハイブリッド型バッテリーの製造方法は複雑であり、ハイブリッド型バッテリーの設置空間が増加するので、バッテリーの小型化(minimization)が達成されない。
【０００８】
これに関して、電極活性材料として、酸電解質、特に電気化学的に活性な重合体、が、カソード及びアノードの少なくとも片側に塗布されているバッテリー中に、キャパシタが単純に包含される構造に構築されている電気貯蔵装置が提案されている。しかし、この装置を製造するのは構造的に困難であるために、この装置の大量生産は困難である。さらに、酸電解質が電解質として使用されている。その結果、二次バッテリー用の電極、例えばリチウムコバルト酸化物(ＬｉＣｏＯ2)及びグラファイトをこの装置に使用すると、装置のサイクル低下(degeneration)が起こる。
【０００９】
他方、電気的二重層キャパシタ用の電極材料として、炭素材料が一般的に使用される。炭素材料が優れた電気的二重層キャパシタ特性を発揮するには、(i)炭素材料が、大きな比表面積を与えるために多数の細孔を包含すること、(ii)炭素材料が高導電率を有する、従って、電極を炭素材料で製造する場合、炭素材料は電極抵抗が低いこと、及び(iii)炭素材料の細孔が十分に大きなサイズを有し、炭素材料の細孔間の接続性が優れており、それによって、細孔の表面が、電解質溶液により容易に湿潤され、広い電気的二重層を形成し、電解質の移動が容易であり、それによって、充電及び放電が急速に行われることが必要である。
【００１０】
従来のキャパシタには、上記の条件を満たすために、活性炭を電極材料として使用する。しかし、活性炭は比較的高価であるために、キャパシタの製造コストが増加し、従来のキャパシタを大量生産するのが困難になる。
【００１１】
そのため、上記の幾つかの問題を根本的に解決するための技術が強く求められている。
【発明の概要】
【００１２】
従って、本発明は、上記の問題および他の未解決の技術的問題を解決するためになされたものである。
【００１３】
具体的には、本発明の目的は、キャパシタと二次バッテリーの連結された装置が単一の電池で具体化されているハイブリッド型電極アセンブリーを提供することであり、それによって、ハイブリッド型電極アセンブリーが簡素化された製造方法により製造され、ハイブリッド型電極アセンブリーがより小さな構造を有する。
【００１４】
本発明の別の目的は、キャパシタに使用できる電極材料の種類が増加し、それによって、ハイブリッド型電極アセンブリーの製造コストを下げ、ハイブリッド型電極アセンブリーが所望のバッテリー特性を発揮するように製造される、ハイブリッド型電極アセンブリーを提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、ハイブリッド型電極アセンブリーを包含し、それによって、所望の高出力、高エネルギー密度、及び連続的に充電及び放電特性を有する二次バッテリーを提供することである。
【００１６】
本発明の一態様により、上記の、及び他の目的は、充電及び放電可能な複数の電極群を包含し、それぞれの電極群が、カソード及びアノードの間にセパレータが配置された状態で該カソードと該アノードが互いに対向する構造に構築され、該電極群の少なくとも一つがキャパシタ型電極群である、電極アセンブリーを提供することにより、達成される。
【００１７】
具体的には、比較的高速の放電特性を有するキャパシタ型電極群が、高いエネルギー密度及び充電及び放電特性を有する複数の電極群の間に連結され、それによって、バッテリー特性がそれらの間で補足される。
【００１８】
充電及び放電可能な電極アセンブリーがバッテリーケース(外部構造)中に取り付けられている構造に基づき、この電極アセンブリーは、円筒形電極アセンブリーまたはプレート形状電極アセンブリーとして分類することができる。他方、電極アセンブリー(内部構造)の積重構造に基づき、この電極アセンブリーは、ゼリーロール型電極アセンブリーまたは積重型電極アセンブリーとして分類することができる。
【００１９】
ゼリーロール型電極アセンブリーは、長シート型カソード及び長シート型アノードを、カソードとアノードの間にセパレータを配置して積み重ね、カソード、セパレータ、及びアノードを断面が円形になるように巻き上げた、円筒形構造に構築することができる。あるいは、ゼリーロール型電極アセンブリーは、カソード、セパレータ、及びアノードを円筒形構造に巻き上げ、次いで円筒形構造を横方向にプレスした、プレート形状構造に構築することができる。他方、積重型電極アセンブリーは、予め決められたサイズに切断したカソード及びアノードを、カソードとアノードの間にセパレータを配置して順次積み重ねた、プレート形状構造に構築することができる。
【００２０】
好ましくは、電極アセンブリーは、単位電池として二重電池(bicell)または全電池(full cell)を、二重電池または全電池が長い分離フィルム(分離シート)上に、二重電池または全電池がほぼプレート形状構造に配置されるように配置された状態で、積重構造に構築される、複合型構造(積重／折り曲げ型構造)に構築する。
【００２１】
各全電池は、カソード／セパレータ／アノード構造に構築された単位電池である。具体的には、全電池は、カソード及びアノードをそれぞれ対向する側で配置した電池である。例えば、全電池は、基本的な構造であるカソード／セパレータ／アノード構造を有する電池、またはカソード／セパレータ／アノード／セパレータ／カソード／セパレータ／アノード構造を有する電池でよい。全電池を使用して電気化学的電池、例えば二次バッテリー、を構築するには、複数の全電池を、全電池間にセパレータを配置しながら、カソード及びアノードが互いに向き合うように互いに積み重ねる必要がある。
【００２２】
他方、各二重電池は、同等の電極を対向する側に配置した電池である。例えば、二重電池は、カソード／セパレータ／アノード／セパレータ／カソード構造またはアノード／セパレータ／カソード／セパレータ／アノード構造に構築された電池でよい。二次バッテリーを包含する電気化学的電池を構築するには、複数の二重電池を、カソード／セパレータ／アノード／セパレータ／カソード構造に構築された二重電池及びアノード／セパレータ／カソード／セパレータ／アノード構造に構築された二重電池が、二重電池間にセパレータフィルムを配置して向き合うように、積み重ねる必要がある。
【００２３】
積重／折り曲げ型電極アセンブリーの詳細は、本出願者の名前で提出された韓国公開特許出願第2001-0082058号、第2001-0082059号、及び第2001-0082060号の各明細書に記載されている。上記特許出願の開示全文をここに参考として含める。
【００２４】
好ましくは、本発明の電極アセンブリーは、上記の全電池または二重電池型単位電池を電極群として包含する積重／折り曲げ構造に構築する。積重／折り曲げ型電極アセンブリーでは、キャパシタ型電極群を、全電池または二重電池のような単位電池として使用する。そのため、電極アセンブリーの組立工程におけるキャパシタ型電極群の取扱が容易であり、製造される電極アセンブリーの構造的安定性が優れている。
【００２５】
本発明により、電極アセンブリーの少なくとも一個の単位電池(電極群)をキャパシタ型単位電池(電極群)として構築する。その結果、キャパシタ及び二次バッテリーの連結装置を単一電池で具体化することができる。また、本発明の電極アセンブリーは、その電極アセンブリーが2種類の電極群(二次バッテリー型電極群及びキャパシタ型電極群)を包含する構造に構築されるが、従来の二次バッテリー用電極アセンブリーを製造する方法と実質的に同等の方法で製造される。その結果、本発明の電極アセンブリーを、大量生産に応用するのが非常に簡単であり、電極アセンブリーのサイクル低下を抑制することができる。
【００２６】
キャパシタ型単位電池は、カソードと、炭素系材料を金属シートに塗布したアノードとの間にセパレータを配置した構造に構築することができる。状況に応じて、キャパシタ型単位電池は、二重電池または全電池に構築することができる。さらに、キャパシタ型単位電池は、単一電極構造に構築することができる。
【００２７】
キャパシタ型単位電池の代表的な例は、電気的二重層キャパシタの単位電池である。直流電圧を、電解質イオン溶液中に配置した一対の固体電極に印加すると、負(-)イオンが正(+)に分極した電極に静電気的に誘発され、正(+)イオンが負(-)に分極した電極に静電気的に誘発され、その結果、電気的に二重層が電極と電解質の間の界面に形成される。保存される電荷の容量は、下記の等式1により計算される。
【数１】
2009545875.tif 000003
【００２８】
上記の等式1中、εは比誘電率であり、σは電解質イオンの半径であり、Sは比表面積である。
【００２９】
電気的二重層キャパシタの容量を決定するファクターは、下記の通りである。比表面積が大きい程、電解質の比誘電率が大きく、上記の等式1から分かるように、二重層形成の際のイオンの半径が小さい程、電気的二重層キャパシタの容量は大きい。さらに、電気的二重層キャパシタの容量は、電極の内部抵抗(ESR)、電極の細孔分布と電解質イオンの関係、耐電圧、等に基づいて決定することができる。
【００３０】
電気的二重層キャパシタは、電極、セパレータ、電解質、及び集電装置を包含する。キャパシタの最も重要な点は、電極用材料の選択である。電極材料には、高導電率、大比表面積、及び高電気化学的安定性、及び安価であることが求められる。従って、キャパシタ型単位電池は、カソードと、炭素系材料を金属シートに塗布したアノードとの間にセパレータを配置した構造に構築するとよい。
【００３１】
炭素系材料としては活性炭が一般的に使用される。さらに、炭素系材料としてはグラファイトを使用することができる。活性炭では、複数の細孔が活性炭中に分布しており、従って、電荷容量が高い電気的二重層を形成することができる。
【００３２】
他方、グラファイトは、安価ではあるが、比表面積が小さいために電荷容量が低いので、キャパシタの電極材料としての使用が限られている。しかし、ハイブリッド型電極アセンブリーを包含する二次バッテリーを、二次バッテリーのパルス放電中に、高電流状態で短時間放電させた場合、本発明のハイブリッド型電極アセンブリーは、キャパシタにより出力エネルギーを補足する。従って、小型のキャパシタを使用することは考えられず、従って、比表面積が小さいグラファイトを、キャパシタ型電極群の電極材料として使用することは可能である。また、このキャパシタ型電極群の電極材料はグラファイトであり、従って、電解質として従来のリチウム電解質を使用しても、サイクル低下は起こらない。
【００３３】
グラファイトをキャパシタ型電極群の材料として使用できる理由を以下に説明する。
【００３４】
前に述べたように、一部の携帯電話製造会社により採用されているパルス放電装置である包括的可動通信装置(GSM)は、1700 mAの高電流が0.6 ms放電され、100 mAの電流が4 ms放電され、これが1サイクルを構成し、この放電過程が繰り返される装置である。本発明により、1700 mAの高電流が0.6 ms放電される0.6 msの時間部分では、バッテリーの出力がキャパシタにより補足される。出力部分で必要な電荷Ｑ１は、下記の等式2により表される。
必要な電荷(Ｑ１)＝１７００ｍＡ×０．６ｍｓ＝０．００１０２（Ｃ）＝１ｍＣ   (２)
【００３５】
一般的に公知のグラファイト粉末の単位表面積あたりの電荷は、35μF/cm２である。
【００３６】
また、二次バッテリーの充電及び放電による電位の挙動は、3〜4.2 Vであり、電位の差ΔVは1.2 Vである。
【００３７】
キャパシタに必要なキャパシタンスは、下記の等式3により計算され、下記の等式4により計算される値が得られる。
【数２】
2009545875.tif 000004
【００３８】
上記の等式4から分かるように、必要なキャパシタンスＣｐは850μFである。これをグラファイトの比表面積あたりの電荷35μF/cm２で割ると、必要な比表面積は単に24.2 cm２である。グラファイトの比表面積3.5 m２/gを考えると、グラファイトの比表面積は活性炭の比表面積より小さいにも関わらず、グラファイトを本発明のキャパシタ型電極群の電極材料として使用することができる。
【００３９】
積重／折り曲げ型電極アセンブリーの、キャパシタ型単位電池を除いた、残りの単位電池(二次バッテリー用の単位電池)は、カソード活性材料として遷移金属酸化物、及びアノード活性材料として炭素系材料を包含することができる。好ましい実施態様では、二次バッテリー用の単位電池は、カソードプレートとしてアルミニウム(Ａｌ)ホイルを使用し、アノードプレートとして銅(Ｃｕ)ホイルを使用し、活性材料としてＬｉＣｏＯ２及びグラファイトをカソード及びアノードプレートの表面にそれぞれ塗布した構造に構築する。
【００４０】
積重／折り曲げ型電極アセンブリーは、複数の単位電池を、それらの単位電池を長い分離フィルム上に配置した状態で、単位電池が積み重ねられるように、順次巻き付ける構造に構築する。従って、比較的高い貫通抵抗を示す(貫通耐性がある)単位電池を積重構造の最も外側の位置に配置すると、針形状の貫通物体によるバッテリー中の短絡がある程度抑えられる。本発明者らが行った実験により、一般的なリチウム二次バッテリーのアノード活性材料を構成する炭素系材料は、カソード活性材料を構成するリチウム遷移金属酸化物の貫通抵抗よりも高い貫通抵抗を有することが分かった。このことから、カソード及びアノードの両方が炭素系材料から製造されたキャパシタ型単位電池は、比較的高い貫通抵抗を示す。
【００４１】
従って、好ましい実施態様では、積重構造の最も上側にある単位電池及び最も下側にある単位電池はキャパシタ型単位電池である。
【００４２】
本発明の別の態様では、上記の構造を有する電極アセンブリーを包含する二次バッテリーを提供する。
【００４３】
二次バッテリーは、充電及び放電可能な電極アセンブリーが、その電極アセンブリーがイオン含有電解質で含浸された状態で、バッテリーケース中に取り付けられている構造に構築する。特に、本発明の電極アセンブリーは、機械的強度が小さく、従って、二次バッテリーが落下するか、または外部衝撃が二次バッテリーに作用すると、容易に変形するプレート形状のバッテリーケースを使用する二次バッテリーに使用するのが好ましい。
【００４４】
二次バッテリーは、好ましくは、高エネルギー密度、高放電電圧、及び高出力安定性を有するリチウム二次バッテリーである。特に、リチウムイオン重合体二次バッテリーは、電解質が漏れる可能性が低く、軽量であり、低コストで製造され、様々な形態で容易に製造できるので、リチウムイオン重合体二次バッテリーを使用するのがより好ましい。リチウム二次バッテリーを構成する部品及びリチウム二次バッテリーの製造方法は、本発明が関与する分野で良く知られているので、それらの詳細な説明は行わない。
【００４５】
好ましくは、本発明の二次バッテリーは、パルス充電及び放電モードで充電及び放電される装置に使用する。特に、この二次バッテリーは、GSM充電及び放電モードを採用する装置で、より効果的に使用される。
【００４６】
前に述べたように、GSMモードでは、高電流が短時間放電される。従って、GSMモードは、従来のリチウムイオンバッテリーまたは従来のリチウムイオン重合体バッテリーの容量低下を引き起こす。しかし、本発明の二次バッテリーは、キャパシタの使用により、高電流が短時間放電される間に使用される出力エネルギーを補足し、それによって、バッテリーがパルス放電する際のバッテリーの容量低下を阻止する。
【００４７】
本発明の上記の、及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら記載する下記の詳細な説明により、より深く理解される。
【好ましい実施態様の詳細な説明】
【００４８】
ここで、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様を詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、例示する実施態様に限定されるものではない。
【００４９】
図1は、本発明の好ましい実施態様による電極アセンブリーの、組み立てる前の状態を例示する平面図であり、図2は、本発明の電極アセンブリーを組み立てる工程を例示する透視図である。
【００５０】
図1に関して、それぞれカソード(アノード)／セパレータ／アノード(カソード)／セパレータ／カソード(アノード)積重構造を有する複数の二重電池10が長い連続的な分離フィルム30の上に配置されている。二重電池10は、カソード二重電池及びアノード二重電池を巻き上げる工程の際に、カソード及びアノードが、二重電池10の積重界面で互いに向き合うように適切に配置する。この時、巻き上げ方向における巻き上げ末端区域に位置する2個の単位電池として、キャパシタ型単位電池21及び22を使用する。
【００５１】
図2は、二重電池の巻き上げ工程が完了する直前の電極アセンブリーを例示する。二重電池の巻き上げ工程が完了後、カソード端子11及びアノード端子12は、電極アセンブリーの同じ側に位置する。他方、図1に示すように巻き上げ方向で巻き上げ末端区域に位置する2個のキャパシタ型単位電池21及び22は、二重電池の最終的な巻き上げ工程の際に、電極アセンブリーの最も上側の末端及び最も下側の末端に位置する。従って、針状物体の電極アセンブリー中への貫通に対する抵抗が増加すると共に電極アセンブリーの効率が改良される。
【００５２】
図3は、本発明の好ましい実施態様によるキャパシタ型単位電池を例示する分解組立図である。
【００５３】
図3に関して、キャパシタ型単位電池100は、予め決められたサイズに切断されているカソードプレート130、セパレータ140、アノードプレート150、別のセパレータ140、及び別のカソードプレート130が順次積み重ねられた構造に構築される。電極タブ110が各カソードプレート130の片側から突き出ており、電極タブ120がアノードプレート150の片側から突き出ている。各セパレータ140は、対応するカソードプレート130とアノードプレート150の間に配置されている。各カソードプレート130はアルミニウム(Ａｌ)ホイルから製造され、アノードプレート150は銅(Ｃｕ)ホイルから製造される。グラファイトが、活性材料として、電極プレート130及びアノードプレート150に塗布される。
【００５４】
しかし、図1に示す巻き上げ工程の際に、キャパシタ型単位電池100が、図3で矢印により示す方向で、二次バッテリー用の一般的な二重電池10(図1参照)に対向する場合、グラファイトは、対向するカソードプレート130の外側表面Sbではなく、対向するカソードプレート130の内側表面Saに付けられる。従って、キャパシタ型単位電池100と二次バッテリー用の一般的な二重電池の間の相互作用は、最大限抑えられる。
【００５５】
図3に示すような、対向する側にカソードが配置されている単位電池は、キャパシタ型カソード単位電池と呼ぶことができる。他方、対向する側にアノードが配置されている単位電池は、キャパシタ型アノード単位電池と呼ぶことができる。積重／折り曲げ型電極アセンブリーが、図1に示す様式で構築される場合、キャパシタ型カソード単位電池及びキャパシタ型アノード単位電池を、二次バッテリー用の一般的なカソード及びアノードと同じ様式で使用することができる。
【００５６】
以下に、本発明の例を、より詳細に説明する。しかし、本発明の範囲は、これらの例により制限されるものではない。
【００５７】
[例1]
カソード活性材料として、リチウムコバルト酸化物(ＬｉＣｏＯ２)をアルミニウムホイルに塗布し、アノード活性材料として、グラファイトを銅ホイルに塗布し、複数の二重電池(カソード／セパレータ／アノード／セパレータ／カソード積重構造を有するカソード二重電池及びアノード／セパレータ／カソード／セパレータ／アノード積重構造を有するアノード二重電池)を製造した。また、グラファイトを各銅ホイルの一方の主要表面に塗布し、キャパシタ型単位電池を製造した。
【００５８】
カソード二重電池及びアノード二重電池を、長い連続的な分離フィルム上に、二重電池及びキャパシタ型単位電池を積み重ねる際に、カソード及びアノードが、二重電池とキャパシタ型単位電池との間のそれぞれの積重界面で互いに対向するように、適切に配置し、キャパシタ型単位電池を、巻き上げ方向における巻き上げ末端区域に配置した。その後、二重電池及びキャパシタ型単位電池を、図2に示すのと同じ様式で積み重ね、本発明のハイブリッド型電極アセンブリーを製造した。
【００５９】
製造したハイブリッド型電極アセンブリーをバッテリーケース中に取り付け、リチウム電解質をバッテリーケース中に注入し、リチウム二次バッテリーを製造した。
【００６０】
[比較例1]
リチウム二次バッテリーは、電極アセンブリーが、二重電池を使用し、キャパシタ型単位電池を包含せずに製造した以外は、例1と同じ方法で製造した。
【００６１】
[実験例1]
例1及び比較例1により製造した各バッテリーの容量を確認するために、これらのバッテリーを、バッテリーの電流が50 mAに達するまで充電し、バッテリーの電圧が3 Vに達するまで、GSMパルスモードで、一定電流(CC)850 mA、一定電圧(CV)4.2 Vの条件で、放電させ
、バッテリーの容量を測定した。測定結果を、図4及び5に示す。
【００６２】
これらの図面に関して、例1により製造したバッテリー(ハイブリッド装置)の充電容量は950.2 mAhであり、これは、比較例1により製造したバッテリー(バッテリーのみ)の充電容量929.7 mAhより大きかった。また、例1により製造したバッテリー(ハイブリッド装置)の放電容量は約955 mAhであり、これは、比較例1により製造したバッテリー(バッテリーのみ)の放電容量945 mAhより大きかった。従って、これらの測定結果は、本発明の二次バッテリーが、GSMパルス放電モードで、優れた特性を有することを示している。
【００６３】
例1及び比較例1により製造した2個のバッテリーのサイクル特性及び膨脹変化を確認するために、これらのバッテリーを、例1と同じ条件で、500回充電及び放電させ、バッテリーの容量比(900 mAhベース)及び膨脹程度を測定した。測定結果を図6に示す。
【００６４】
図6に示すように、これらの測定結果は、例1により製造したバッテリー(ハイブリッド#1及び#2)が、比較例1により製造したバッテリー(従来の#1及び#2)のサイクル特性よりも優れたサイクル特性を示すことを立証している。特に、比較例1により製造したバッテリーの深刻なサイクル低下がバッテリーの300サイクル後に観察されたのに対し、例1により製造したバッテリーの放電容量は、バッテリーの上記サイクルの後でも一般的に維持されていた。また、これらの測定結果は、例1により製造したバッテリー(ハイブリッド#1及び#2)の膨脹が、比較例1により製造したバッテリー(従来の#1及び#2)の膨脹と比較して、抑制されていることを立証している。比較例1により製造したバッテリーのサイクル特性を極度に低下させるファクターは分からなかったが、サイクル特性が低下した時点が、バッテリーの膨脹が増加した時点と一致することを考え、バッテリー中のガス量が電解質の分解により増加し、従って、バッテリーの容量が低下したと推論された。
【００６５】
本発明の好ましい実施態様を例示のために開示したが、当業者には明らかなように、請求項に記載する本発明の範囲及び精神から離れることなく、様々な修正、追加及び置き換えが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
上記の説明から明らかなように、本発明は、キャパシタと二次バッテリーの連結装置を単一の電池中に、簡素化された製造方法により具体化した、ハイブリッド型電極アセンブリーを提供する。従って、本発明には、バッテリーセルの製造コストを下げ、容量低下無しに、パルス充電及び放電特性を改良する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図1は、本発明の好ましい実施態様による電極アセンブリーの、組み立てる前の状態を例示する平面図である。
【図２】図2は、本発明の電極アセンブリーを組み立てる工程を例示する透視図である。
【図３】図3は、本発明の好ましい実施態様によるキャパシタ型単位電池を例示する分解組立図である。
【図４】図4は、例及び比較例により製造したバッテリーの、実験例1により行ったGSMパルス放電後の容量変化を例示するグラフである。
【図５】図5は、図4の3 Vカットオフ条件に隣接する区域を例示する拡大グラフである。
【図６】図6は、例及び比較例により製造したバッテリーの、実験例2を行った後の容量比及び膨脹程度を例示するグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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