(57)【要約】【課題】本発明は、電気二重層キャパシタ用電極とその製造方法、電気二重層キャパシタに関する。【解決手段】本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極は、アルミニウム薄膜と、上記アルミニウム薄膜上にアルミニウムより伝導性の高い高伝導性金属を積層した集電体と、上記アルミニウム薄膜上に電極物質が上記高伝導性金属と接触するように形成されるグルーブと、上記グルーブと上記アルミニウム薄膜上に上記電極物質でコーティングされた電極層と、を含むことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム薄膜と前記アルミニウム薄膜上にアルミニウムより伝導性の高い高伝導性金属を積層した集電体と、
前記アルミニウム薄膜上に電極物質が前記高伝導性金属と接触するように形成されるグルーブと、
前記グルーブと前記アルミニウム薄膜上に前記電極物質でコーティングされた電極層と、を含む電気二重層キャパシタ用電極。
【請求項２】
前記アルミニウム薄膜のグルーブの表面は粗面化されるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ用電極。
【請求項３】
前記グルーブは、前記電極物質が前記アルミニウム薄膜に接触される面積を広げるようにエッチングされて形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気二重層キャパシタ用電極。
【請求項４】
前記集電体は、前記高伝導性金属上に他のアルミニウム薄膜が積層されることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ用電極。
【請求項５】
前記高伝導性金属は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＰｔから選ばれたいずれかひとつであることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ用電極。
【請求項６】
前記電極物質は、前記高伝導性金属と直接接触する高伝導性の高分子物質と、前記高分子物質上にコーティングされる活性炭電極物質とを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ用電極。
【請求項７】
アルミニウム薄膜と前記アルミニウム薄膜上にアルミニウムより伝導性の高い高伝導性金属を積層した集電体と、前記高伝導性金属と接触する電極物質から成る電極層と、前記電極層を分離するセパレータから成る多数の電極セルと、 
前記電極セルが連続的に積層されて成る内部電極セルと、
電解液が充填され前記内部電極セルが収容される金属ケースと、を含む電気二重層キャパシタ。
【請求項８】
前記アルミニウム薄膜上にグルーブが形成され、前記グルーブの表面は粗面化されるように形成されることを特徴とする請求項７に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項９】
前記グルーブは、前記電極物質が前記アルミニウム薄膜に接触される面積を広げるようにエッチングされて形成されることを特徴とする請求項８に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項１０】
前記集電体は、前記高伝導性金属上に他のアルミニウム薄膜が積層されることを特徴とする請求項７に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項１１】
前記高伝導性金属は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＰｔから選ばれたいずれかひとつであることを特徴とする請求項７に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項１２】
前記電極物質は、前記高伝導性金属と直接接触する高伝導性の高分子物質と、前記高分子物質上にコーティングされる活性炭電極物質とを含むことを特徴とする請求項７に記載の電気二重層キャパシタ。
【請求項１３】
アルミニウム薄膜上に高伝導性金属を提供して集電体を備える段階と、
前記アルミニウム薄膜の表面に前記高伝導性金属と連通されるグルーブを形成する段階と、
前記グルーブ内に電極物質を注入し、前記グルーブと前記アルミニウム薄膜が前記電極物質でコーティングされるようにする電気二重層キャパシタ用電極 製造方法。
【請求項１４】
前記グルーブは、前記アルミニウム薄膜の表面に形成され、前記グルーブがエッチングされて前記アルミニウム薄膜の表面が粗面化されることを特徴とする請求項１３に記載の電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
【請求項１５】
前記集電体は、前記アルミニウム薄膜を介して高伝導性金属が内部に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
【請求項１６】
前記高伝導性金属は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＰｔから選ばれたいずれかひとつであることを特徴とする請求項１３に記載の電気二重層キャパシタ用電極の製造方法。
【請求項１７】
前記電極物質は、前記高伝導性金属と直接接触する高伝導性の高分子物質と、前記高分子物質上にコーティングされる活性炭電極物質とを含むことを特徴とする請求項１３に記載の電気二重層キャパシタ用電極製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気二重層キャパシタ用電極とその製造方法、電気二重層キャパシタに関するもので、さらに詳細には、低ＥＳＲを有するように集電体の構造を変更したり集電体の表面に伝導性の高い物質をコーティングした電気二重層キャパシタ用電極とその製造方法、電気二重層キャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、極性が異なる一対の電極層(電荷層)を利用するエネルギー貯蔵装置であって、急速充放電が可能であり、過充放電に強く、化学反応を伴わないため寿命が長く、広い温度範囲において使用することができ、重金属を含まないため環境汚染の誘発を防ぐ等の特性を有する。
【０００３】
最近電気二重層キャパシタは、独立した電源供給装置が要求されるシステム、瞬間的に発生する加負荷調節システム及びエネルギー貯蔵装置だけでなく、瞬間停電時に作動する補助電源であるバックアップ電源としてもその応用性が拡大している。
【０００４】
電気二重層キャパシタは、一般的に、一対の分極性電極層と、上記電極層の間に介在され、上記電極層を陽極と陰極とに分離するセパレータと、各分極性電極層に含浸される水系電解質溶液と非水系電解質溶液と、生産された電荷を集める集電体と、を含む。
【０００５】
一方、電気二重層キャパシタの性能の上記特性を向上させるためには低ＥＳＲが必須であり、このために電極物質として使用される活性炭の比表面積を増加させる構造が開示されている。
【０００６】
特に、集電体として利用されるアルミニウム薄膜の表面を多孔性構造で形成し、その多孔性構造の孔に電極物質である活性炭が入るようにしてＥＳＲを減少させる。
【０００７】
しかし、電気二重層キャパシタの応用性を多様化し、高電気容量を確保するために、このようなＥＳＲ減少方案よりさらに減少した低ＥＳＲを得るための方案の研究が必要である。 
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は電荷移動に対する抵抗が低減されるように集電体の構造を変更し、低ＥＳＲが具現される電気二重層キャパシタ用電極とその製造方法、電気二重層キャパシタを提供することである。
【０００９】
また、本発明のさらに他の目的は、集電体と電極物質の間に上記電極物質より伝導性の高い物質が介在されるようにし、低ＥＳＲが具現される電気二重層キャパシタ用電極とその製造方法、電気二重層キャパシタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極は、アルミニウム薄膜と、上記アルミニウム薄膜上にアルミニウムより伝導性の高い高伝導性金属を積層した集電体と、上記アルミニウム薄膜上に電極物質が上記高伝導性金属と接触するように形成されるグルーブと、上記グルーブと上記アルミニウム薄膜上に上記電極物質でコーティングされた電極層と、を含むことができる。
【００１１】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の上記アルミニウム薄膜のグルーブの表面は粗面化されるように形成されることができる。
【００１２】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の上記グルーブは、上記電極物質が上記アルミニウム薄膜に接触される面積を広げるようにエッチングされて形成されることができる。
【００１３】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の上記集電体は、 上記高伝導性金属上に他のアルミニウム薄膜が積層されることができる。
【００１４】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の上記高伝導性金属は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＰｔから選ばれたいずれかひとつであることができる。
【００１５】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の上記電極物質は、上記高伝導性金属と直接接触する高伝導性の高分子物質と、上記高分子物質上にコーティングされる活性炭電極物質とを含むことができる。
【００１６】
一方、他の側面において、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタは、アルミニウム薄膜と、上記アルミニウム薄膜上にアルミニウムより伝導性の高い高伝導性金属を積層した集電体と、上記高伝導性金属と接触する電極物質から成る電極と、上記電極を分離するセパレータから成る多数の電極セルと、上記電極セルが連続的に積層されて成る内部電極セルと、電解液が充填され、上記内部電極セルが収容される金属ケースと、を含むことができる。
【００１７】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタは、上記アルミニウム薄膜上にグルーブが形成され、上記グルーブの表面は粗面化されるように形成されることができる。
【００１８】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタの上記グルーブは、上記電極物質が上記アルミニウム薄膜に接触される面積を広げるようにエッチングされて形成されることができる。
【００１９】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタの上記集電体は、上記高伝導性金属上に他のアルミニウム薄膜が積層されることができる。
【００２０】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタの上記高伝導性金属は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＰｔから選ばれたいずれかひとつであることができる。
【００２１】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタの上記電極物質は、上記高伝導性金属と直接接触する高伝導性の高分子物質と、上記高分子物質上にコーティングされる活性炭電極物質を含むことができる。
【００２２】
一方、さらに他の側面では、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の製造方法は、アルミニウム薄膜上に高伝導性金属を提供し集電体を備える段階と、上記アルミニウム薄膜の表面に上記高伝導性金属と連通するグルーブを形成する段階と、上記グルーブ内に電極物質を注入し、上記グルーブと上記アルミニウム薄膜が上記電極物質でコーティングされるようにする段階と、を含むことができる。
【００２３】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の製造方法において、上記グルーブは上記アルミニウム薄膜の表面に溝を形成させ、エッチングして形成され、上記アルミニウム薄膜の表面が粗面化されるように形成されることができる。
【００２４】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の製造方法において、上記集電体は上記アルミニウム薄膜を介して高伝導性金属が内部に形成されるようにすることができる。
【００２５】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の製造方法において、上記高伝導性金属はＣｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＰｔから選ばれたいずれかひとつであることができる。
【００２６】
また、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の製造方法において、上記電極物質は、上記高伝導性金属と直接接触する高伝導性の高分子物質と、上記高分子物質上にコーティングされる活性炭電極物質を含むことができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明による電気二重層キャパシタ用電極とその製造方法、電気二重層キャパシタによると、集電体がアルミニウム薄膜上に提供される高伝導性金属を備え上記高伝導性金属に電極物質が直接接触するようにして電荷移動に対する抵抗が低減されることができる。
【００２８】
また、集電体と電極物質の間に伝導性の高い高分子物質が介在するようにし、電気二重層キャパシタにおいて低ＥＳＲが具現され、高出力パワーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例による電気二重層キャパシタの一部を切開して図示した部分切開斜視図である。
【図２】本発明の一実施例による電気二重層キャパシタの内部の電極セルの一例を図示した概略斜視図である。
【図３】本発明の一実施例による電気二重層キャパシタの内部の電極セルの積層の様子の一例を図示した概略斜視図である。
【図４ａ】本発明の他の側面において、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の製造方法を図示した概略図である。
【図４ｂ】本発明の他の側面において、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の製造方法を図示した概略図である。
【図４ｃ】本発明の他の側面において、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の製造方法を図示した概略図である。
【図５】本発明の一実施例により製造された電気二重層キャパシタ用電極において電荷が流れる様子を図示した概略図である。
【図６】本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極製造時、活性炭電極物質で電極層を形成する前の、高伝導性高分子物質でアルミニウム薄膜上に充填した様子の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下では図面を参照して本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。但し、本発明の思想は提示される実施例に制限されず、本発明の思想を理解する当業者は同一の思想の範囲内において他の構成要素を追加、変更、削除等を通じて、退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる実施例を容易に提案することができ、これも本願発明思想の範囲内に含まれる。
【００３１】
また、各実施例の図面に示される同一の思想の範囲内の機能が同じ構成要素は、同一の符合を使用して説明する。
【００３２】
図１は、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタの一部を切開して図示した部分切開斜視図で、図２は本発明の一実施例による電気二重層キャパシタの内部の電極セルの一例を図示した概略斜視図で、図３は本発明の一実施例による電気二重層キャパシタの内部の電極セルの積層の様子の一例を図示した概略斜視図である。
【００３３】
図１乃至図３を参照すると、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ１０は、多数の電極セル１Ｃ、２Ｃ,…３Ｃ、４Ｃと、上記多数のセルが連続的に積層されて成る内部電極セル７０と、電解液３４が充填され、上記内部電極セル７０が収容される金属ケース３０と、を含むことができる。
【００３４】
上記電極セルＣは、上記電気二重層キャパシタ１０の内部電極セル７０のうち集電体２０と、電極層４０と、上記電極層４０を構成する第１及び第２電極層４２、４４を分離してショートを防ぐセパレータ５０とをひとつの基本単位として定義したものである。
【００３５】
上記集電体２０は、アルミニウム薄膜２４と上記アルミニウム薄膜２４上にアルミニウムより伝導性の高い高伝導性金属２２を積層して構成される。ここで高伝導性金属２２は、アルミニウムより伝導性の高い金属を定義したもので、本実施例ではＣｕ、Ａｇ、Ａｕ及びＰｔから選ばれたいずれかひとつの金属であることができる。
【００３６】
上記アルミニウム薄膜２４上には、電極物質が上記高伝導性金属２２と接触するように形成されるグルーブ２６（図４ａ参照）が形成される。
【００３７】
一方、上記金属ケース３０内の集電体２０の位置により、上記高伝導性金属２２がアルミニウム薄膜２４の一面上に積層されたり、上記アルミニウム薄膜２４の間の内部に介在されることができる。 
【００３８】
上記グルーブ２６は、上記アルミニウム薄膜２４の表面上に形成され、電極物質が上記高伝導性金属２２と接触されるようにする。この時、上記グルーブ２６は上記アルミニウム薄膜２４の表面が粗面化されるように上記アルミニウム薄膜２２の表面を削って形成される。
【００３９】
この時、上記グルーブ２６は、上記電極物質が上記アルミニウム薄膜２４に接触される面積を広げるようにエッチングされて形成されることができる。上記アルミニウム薄膜２４の表面が粗面化されると、上記アルミニウム薄膜２４上に積層される第１及び第２電極層４２、４４の電極物質の量を最大に増加させることができ、アルミニウム薄膜２４と電極物質の間に存在するＥＳＲを減らすことができる。
【００４０】
また、上記電極物質が上記アルミニウム薄膜２４より伝導性の高い高伝導性金属２２と直接接触するため、生成された電荷が上記高伝導性金属２２を通じて移動することができ、ＥＳＲをさらに減らすことができる。
【００４１】
このように電気二重層キャパシタのＥＳＲを減らすことによって、電気二重層キャパシタの長所である高出力パワー密度を増加させることができる。 
【００４２】
上記金属ケース３０は、上記内部電極セル７０が電解液３４に収容されるようにする空間を提供し、基板上に表面実装されるように外部に露出された集電端子３２ａ、３２ｂが備えられる。一方、このような、電気二重層キャパシタ１０は、チップタイプ(ｃｈｉｐ−ｔｙｐｅ) だけでなくコインタイプ(ｃｏｉｎ−ｔｙｐｅ)にも適用されることができる。
【００４３】
一方、電気二重層キャパシタ１０を表面実装する場合、表面実装時の高い温度(約２６０℃ 程度)で内部電極セル７０が保護されなければならず、液状の電解質が漏れないようにしなければならない。このような点を考慮して、ケースの材質をエポキシ等の樹脂ではない金属物質で形成することが好ましい。
【００４４】
上記第１及び第２電極層４２、４４の電極物質は、分極性電極材料を使用することができ、比表面積が比較的高い活性炭等を利用することができる。上記第１及び第２電極層４２、４４は、硫酸水溶液のような電解液に含浸されており、電荷層としての機能をすることができる。
【００４５】
また、上記第１及び第２電極層４２、４４は、粉末活性炭を主材料とした電極物質を固体状態のシートに製造したり、上記集電体２０上に電極物質スラリーを固着させて製造することができる。
【００４６】
この時、電極物質は、上記高伝導性金属２２と直接接触する高伝導性高分子物質と、上記高伝導性高分子物質上にコーティングされる活性炭電極物質とから成ることができる。即ち、上記アルミニウム薄膜２４に形成されるグルーブ２６上に高伝導性高分子物質を先ず積層し、その上に活性炭電極物質をコーティングすることができる(図６参照)。
【００４７】
一方、セパレータ５０は、イオンの透過ができるように多孔性物質から成ることができ、ポリプロピレン、ポリエチレン、ガラス繊維等の材質で製造されることができる。
【００４８】
以下では本発明の他の側面における、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の製造方法を説明する。 
【００４９】
図４ａ乃至図４ｃは、本発明の他の側面において、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の製造方法を図示した概略図である。
【００５０】
図４ａ乃至図４ｃを参照すると、先ず、アルミニウム薄膜２４上に高伝導性金属２２を提供して集電体２０を備える。そして、上記アルミニウム薄膜２４の表面に上記高伝導性金属２２と連通されるようにグルーブ２６を形成する。
【００５１】
この時、上記アルミニウム薄膜２４にグルーブ２６を形成した後、上記高伝導性金属２２上に配置することもできるため、アルミニウム薄膜２４と高伝導性金属２２の積層と、グルーブ２６の形成順序は変更されてもよい。
【００５２】
この時、上記集電体２０は、上記アルミニウム薄膜２４を介して高伝導性金属２２が内部に形成されることができる。また、高伝導性金属２２の種類については上記の説明に代える。
【００５３】
一方、上記グルーブ２６は上記アルミニウム薄膜２４の表面を削って形成され(図４ａ)、上記グルーブ２６が形成されたアルミニウム薄膜２４の表面をエッチングして上記アルミニウム薄膜２４の表面が粗面化されるようにする(図４ｂ)。ここで図面符号２８はエッチングにより形成されるエッチング面である。 
【００５４】
粗面化されたアルミニウム薄膜２４のグルーブ２６内に電極物質を注入し、 上記グルーブ２６と上記アルミニウム薄膜２４が電極物質でコーティングされるようにする(図４ｃ)。
【００５５】
このような製造方法で製造される電気二重層キャパシタ１０において、上記アルミニウム薄膜２４の表面が粗面化されると、上記アルミニウム薄膜２４上に積層される第１及び第２電極層４２、４４の電極物質の量を最大に増加させることができ、アルミニウム薄膜２４と電極物質の間に存在するＥＳＲを減らすことができる。
【００５６】
また、上記電極物質が上記アルミニウム薄膜２４より伝導性の高い高伝導性金属２２と直接接触するため、生成された電荷が上記高伝導性金属２２を通じて移動することができ、ＥＳＲをさらに減らすことができる。図５は本発明の一実施例により製造された電気二重層キャパシタ用電極において電荷が流れる様子を図示した概略図である。 
【００５７】
このように電気二重層キャパシタのＥＳＲを減らすことによって、電気二重層キャパシタの長所である高出力パワー密度を増加させることができる。 
【００５８】
図６は、本発明の一実施例による電気二重層キャパシタ用電極の製造時、活性炭電極物質で電極層を形成する前の、高伝導性高分子物質でアルミニウム薄膜上に充填した様子の概略図である。
【００５９】
図６を参照すると、電気二重層キャパシタの電極が４ｂの状態で活性炭電極物質より伝導性が良い高伝導性高分子物質６０を活性炭電極物質より先に注入し、高伝導性高分子物質を高伝導性金属と直接接触させて電気二重層キャパシタのＥＳＲをさらに低め、高出力パワー密度を増加させた構造である。
【００６０】
本発明による電気二重層キャパシタ用電極とその製造方法、電気二重層キャパシタによると、集電体にアルミニウム薄膜上に提供される高伝導性金属を利用し、電極物質と高伝導性金属が直接接触するようにして電荷移動に対する抵抗が低減されることができる。
【００６１】
また、集電体と電極物質の間に伝導性の高い高分子物質が介在されるようにして電気二重層キャパシタにおいて低ＥＳＲが具現され、高出力パワーを得ることができるようになる。
【符号の説明】
【００６２】
１０  電気二重層キャパシタ
２０  集電体
４０  電極層
４２、４４  第１及び第２電極層
５０  セパレータ
Ｃ  電極セル
【図１】
2011009690.tif 000003
【図２】
2011009690.tif 000004
【図３】
2011009690.tif 000005
【図４ａ】
2011009690.tif 000006
【図４ｂ】
2011009690.tif 000007
【図４ｃ】
2011009690.tif 000008
【図５】
2011009690.tif 000009
【図６】
2011009690.tif 000010