(57)【要約】      （修正有）【課題】放熱効果を増大させるスーパーキャパシタを提供する。【解決手段】セパレータを挟んで交互に積層される第１及び第２の電極を含む電極セル１１０と、該電極セル１１０で互いに相対する第１及び第２の面から延びる第１の端子１２１と、該電極セル１１０で互いに相対する第３及び第４の面から延びる第２の端子１２２と、該電極セル１１０を封止するハウジングとを含む。さらにハウジングは、電解液の投入のための開口１３３と該開口を封止する封止部材１３４とを含む。【選択図】図１
2012049538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを挟んで交互に積層される第１及び第２の電極を備える電極セルと、前記電極セルで互いに相対する第１及び第２の面から延びる第１の端子と、前記電極セルで互いに相対する第３及び第４の面から延びる第２の端子と、前記電極セルを封止するハウジングと、を含むスーパーキャパシタ。
【請求項２】
前記ハウジングは、電解液の投入のための開口を備える請求項１に記載のスーパーキャパシタ。
【請求項３】
前記ハウジングは、電解液の投入のための開口と該開口を封止する封止部材とを含む請求項１に記載のスーパーキャパシタ。
【請求項４】
前記ハウジングは、電解液の投入のための開口と該開口の開閉のための開閉弁とを含む請求項１に記載のスーパーキャパシタ。
【請求項５】
前記第１の電極は、第１の集電体と該第１の集電体の両面に各々配設される第１の活物質層とを備え、
前記第１の端子は、前記第１の活物質層を中心に前記第１の集電体の両側に各々延びて形成される請求項１に記載のスーパーキャパシタ。
【請求項６】
前記第２の電極は、第２の集電体と該第２の集電体の両面に各々配設される第２の活物質層とを備え、
前記第２の端子は、前記第２の活物質層を中心に前記第２の集電体の両側に各々延びて形成される請求項１に記載のスーパーキャパシタ。
【請求項７】
前記第１の端子は、前記第１の電極と同一の幅を有する請求項１に記載のスーパーキャパシタ。
【請求項８】
前記第２の端子は、前記第２の電極と同一の幅を有する請求項１に記載のスーパーキャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スーパーキャパシタに関するもので、電極セルの各側面から延びる端子を備えるスーパーキャパシタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スーパーキャパシタは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車、重装備及び携帯用電子装置等に適用可能な新再生エネルギー分野において高品質エネルギー源として脚光を浴びている。
【０００３】
該スーパーキャパシタは、電気二重層原理を用いる電気二重層キャパシタ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｄｏｕｂｌｅ  ｌａｙｅｒ）と電気化学的酸化−還元反応を用いるハイブリッドスーパーキャパシタ（Ｈｙｂｒｉｄ  ｓｕｐｅｒ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ）とに大別される。該スーパーキャパシタは、高出力エネルギーの特性を必要とする分野で多用されているが、２次電池に比べて小さい容量を有している。これに比べて、ハイブリッドスーパーキャパシタは、電気二重層キャパシタの容量特性を改善する新たな対案として多くの研究がなされている。特に、該ハイブリッドスーパーキャパシタのうちリチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｔｈｉｕｍ  ｉｏｎ  ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＬＩＣ）は、電気二重層キャパシタに比べて３〜４倍程度の蓄電容量を有している。
【０００４】
このようなスーパーキャパシタは、交互に積層される正極及び負極と、該積層される正極及び負極間に設けられ、該正極と該負極とを互いに電気的に分離するセパレータとを含むことができる。
【０００５】
一方、スーパーキャパシタは、高い出力特性を有するが、低いエネルギー貯蔵特性を有することによって、自動車や重装備で幾つかのスーパーキャパシタを直列または並列に接続したモジュールの形態として用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５４９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
該スーパーキャパシタモジュールは、多数のスーパーキャパシタの駆動を通じてエネルギー貯蔵特性を向上させることができるが、スーパーキャパシタモジュールの駆動時に発生する熱も共に急激に増加し、スーパーキャパシタモジュールの信頼性や安定性が低下することになる。そのため、スーパーキャパシタモジュールにおいて備えられるスーパーキャパシタの個数やスーパーキャパシタモジュールの使用環境に制限があることになる。
これにより、スーパーキャパシタモジュールの駆動時に発生する熱を効率よく放出または除去するために、放熱効果に優れたスーパーキャパシタへの技術開発が求められる。
【０００８】
本発明は前記の問題点に鑑みて成されたものであって、その目的は、電極セルの各側面から延びる端子を備え、放熱効果を増大させることができるスーパーキャパシタを提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を解決するために、本発明によるスーパーキャパシタは、セパレータを挟んで交互に積層される第１及び第２の電極を含む電極セルと、前記電極セルで互いに相対する第１及び第２の面から延びる第１の端子と、前記電極セルで互いに相対する第３及び第４の面から延びる第２の端子と、前記電極セルを封止するハウジングと、を含むことができる。
【００１０】
前記ハウジングは、電解液の投入のための開口を備えることができる。
【００１１】
また、前記ハウジングは、電解液の投入のための開口と該開口を封止する封止部材とを含むことができる。
【００１２】
また、前記ハウジングは、電解液の投入のための開口と該開口の開閉のための開閉弁とを含むことができる。
【００１３】
また、前記第１の電極は、第１の集電体と該第１の集電体の両面に各々配設される第１の活物質層とを備え、前記第１の端子は、前記第１の活物質層を中心に前記第１の集電体の両側へ各々延びて形成されることができる。
【００１４】
また、前記第２の電極は、第２の集電体と該第２の集電体の両面に各々配設される第２の活物質層とを備え、前記第２の端子は、前記第２の活物質層を中心に前記第２の集電体の両側へ各々延びて形成されることができる。
【００１５】
また、前記第１の端子は、前記第１の電極と同一の幅を有することができる。
【００１６】
また、前記第２の端子は、前記第２の電極と同一の幅を有することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、各側面から延びる端子を備えて、放熱効果を増大させることができる。
【００１８】
また、本発明のスーパーキャパシタの各端子は、電極と同一の幅に形成されて、外部に露出される領域の増大によって放熱効果をより一層増大させることができる。
【００１９】
また、本発明のスーパーキャパシタのハウジングは、開閉可能な弁を備えて、電解液の注入だけでなく、該ハウジング内部のガスを放出して、スーパーキャパシタの安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態によるスーパーキャパシタの分解斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるスーパーキャパシタの組立斜視図である。
【図３】図２中のＩ−Ｉ‘線に沿う断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態によるスーパーキャパシタの組立斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態は図面を参考にして詳細に説明する。次に示される各実施の形態は当業者にとって本発明の思想が十分に伝達されることができるようにするために例として挙げられるものである。従って、本発明は以下に示している各実施の形態に限定されることなく他の形態で具体化されることができる。そして、図面において、装置の大きさ及び厚さなどは便宜上誇張して表現されることができる。明細書全体に渡って同一の参照符号は同一の構成要素を示している。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態によるスーパーキャパシタの分解斜視図である。
【００２３】
図２は、本発明の第１の実施形態によるスーパーキャパシタの組立斜視図である。
【００２４】
図３は、図２中のＩ−Ｉ’線に沿う断面図である。
【００２５】
図１〜図３を参照して、本発明の第１の実施形態によるスーパーキャパシタ１００は、電極セル１１０、第１の端子１２１、第２の端子１２２及びハウジング１３０を含むことができる。
【００２６】
スーパーキャパシタ１００は、電気を貯蔵するエネルギー装置であって、電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタであってもよい。
【００２７】
電極セル１１０は、セパレータ１１１を挟んで交互に積層される第１及び第２の電極１１２、１１３を含むことができる。該第１及び第２の電極１１２、１１３は互いに交差して積層されることができる。これにより、該積層される第１及び第２の電極１１２、１１３は十字形態を有することができる。
【００２８】
セパレータ１１１は、第１及び第２の電極１１２、１１３を互いに電気的に分離する役割をすることができる。該セパレータ１１１は、積層される第１及び第２の電極１１２、１１３を互いに電気的に分離するために、第１及び第２の電極１１２、１１３より大きい面積を有することができる。これにより、セパレータ１１１は第１及び第２の電極１１２、１１３の交差領域より大きい面積を有することになる。
【００２９】
セパレータ１１１は、電解液や活物質に対して耐久性を有する絶縁材料からなることができる。また、セパレータ１１１はイオンの移動のために多孔性を有することができる。セパレータ１１１を形成する材料の例としては、セルロース、ポリエチレン及びポリプロピレン等が挙げられるが、本発明の実施形態ではセパレータ１１１の材料に対して限定するわけではない。
【００３０】
第１及び第２の電極１１２、１１３は、セパレータ１１１により電気的に分離されて交互に交差して積層されている。
【００３１】
第１の電極１１２は正極であってもよい。該第１の電極１１２は、第１の集電体１１２ｂと該第１の集電体１１２ｂの両面に塗布される第１の活物質層１１２ａとを含むことができる。
【００３２】
第１の集電体１１２ｂは金属、例えばアルミニウム、チタン、タンタル及びニオブの中いずれか１つを含むことができる。また、第１の集電体１１２ｂは薄膜の形態を有するか、またはイオンの移動を効率よく行うために多数の貫通孔を備えることができる。第１の活物質層１１２ａは可逆的にイオンを吸脱着可能な炭素材料、例えば活性炭を含むことができる。
【００３３】
第１の電極１１２の両側に、外部電源と電気的に接続されるための第１の端子１２１が備えられる。
【００３４】
該第１の端子１２１は、第１の活物質層１１２ａを中心に第１の集電体１１２ｂの両側から延びる第１の内部端子１２１ａと接続されていることができる。該第１の端子１２１と第１の内部端子１２１ａとは溶接及び超音波融着により互いに接続されることができる。該第１の端子１２１と第１の内部端子１２１ａとは同一の幅を有することができる。
【００３５】
第１の端子１２１は、電極セルの相対する第１及び第２の面から各々接続されていることができる。該第１の端子１２１は、第１の電極１１２と同一の幅を有して形成されることができる。即ち、第１の端子１２１、第１の内部端子１２１ａ及び第１の電極１１２は同一の幅を有することができる。
【００３６】
本発明の実施形態では、スーパーキャパシタは、外部電源と接続されるために別途の第１の端子１２１を備えることと示したが、これに限定されるわけではない。例えば、外部電源と接続される端子は、第１の集電体１１２ｂから延びて形成されることができる。
【００３７】
第２の電極１１３は負極であってもよい。該第２の電極１１３は、第２の集電体１１３ｂと該第２の集電体１１３ｂの両面に塗布される第２の活物質層１１３ａとを含むことができる。
【００３８】
第２の集電体１１３ｂは金属、例えば銅、ニッケル及びステンレスの中いずれか１つを含むことができる。第２の集電体１１３ｂは薄膜の形態を有するか、またはイオンの移動を効率よく行うために多数の貫通孔を備えることができる。第２の活物質層１１３ａは、イオンを可逆的に吸脱着可能な炭素材料、例えば活性炭及び黒鉛の中いずれか１つを含むことができる。
【００３９】
これに加えて、スーパーキャパシタ１００がリチウムイオンキャパシタの場合、第２の活物質層１１３ａにリチウムイオンが予めドーピングされていてもよい。
【００４０】
第２の電極１１３の両側に、外部電源と電気的に接続されるための第２の端子１２２が備えられる。該第２の端子１２２は、第２の活物質層１１３ａを中心に第２の集電体１１３ｂの両側に延長される第２の内部端子１２２ａと接続されることができる。該第２の内部端子１２２ａと第２の端子１２２とは同一の幅を有することができる。本発明の実施形態では、スーパーキャパシタは外部電源と接続されるために別途の第２の端子１２２を備えることと示したが、これに限定されるわけではない。例えば、外部電源と接続される端子は、第２の集電体１２２ｂから延びて形成されてもよい。
【００４１】
また、第２の端子１２２は、第１の端子１２１と電気的に分離されるために、電極セル１１０の相対する第３及び第４の面から各々延びて形成されることができる。
【００４２】
これにより、電極セル１１０は４つの側面から延びる第１及び第２の端子１２１、１２２を備えて、従来電極セルの両側へ２つの端子を引き出す場合より熱放出の効果を増大させることができる。
【００４３】
また、第１及び第２の端子１２１、１２２の各々は、第１及び第２の電極１１２、１１３と同一の幅を有することによって、従来電極の一部を突出して形成された端子より外部電源と接触するための面積を増大させ、外部電源との接触抵抗を減らすことができる。本発明の実施形態では、第１の電極１１２は正極であり、第２の電極１１３は負極であると示したが、これに限定されるわけではなく、第１の電極１１２が負極の場合、第２の電極１１３は正極であってもよい。
【００４４】
スーパーキャパシタ１００は電極セル１１０、即ちセパレータ１１１と第１及び第２の電極１１２、１１３に含浸される電解液とをさらに含むことができる。
【００４５】
電解液は、イオンを移動させる媒質の役割をするもので、高電圧で電気分解を引き起こさなくてイオンが安定して存在するような材料からなることができる。該電解液は、電解質及び溶媒を含むことができる。該電解質は、塩の状態で、例えばリチウム塩またはアンモニウム塩等であってもよい、溶媒の例としては、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、スルホラン、アセトニトリル、ジメトキシエタン及びテトラヒドロフラン等が挙げられる。該溶媒は、１つまたは２つ以上を混合して用いられてもよいが、本発明の実施形態では電解液の材料に対して限定するわけではない。
【００４６】
ハウジング１３０は、電解液に含浸された電極セル１１０、即ちセパレータ１１１、第１及び第２の電極１１２、１１３を封止することができる。ここで、第１及び第２の端子１２１、１２２はハウジング１３０から露出して外部電源と接続されることができる。これにより、スーパーキャパシタ１００は電極セル１１０を中心に４つの側面から延びる第１及び第２の端子１２１、１２２を備えることができる。例えば、スーパーキャパシタ１００は十字の形態を有することができる。
【００４７】
ハウジング１３０は電極セル１１０の上下部に各々配設される第１及び第２のラミネートフィルム１３１、１３２を含むことができる。この時、ハウジング１３０を形成する材料の例としては、アルミニウムが挙げられるが、本発明の実施形態ではハウジング１３０の材料や形態に対して限定するわけではない。
【００４８】
ここで、電極セル１１０を包装するために、まず電極セル１１０を挟んで合着された第１及び第２のラミネートフィルム１３１、１３２のエッジに沿って熱融着してハウジング１３０を形成することができる。該熱融着工程は、順次進行する第１及び第２の熱融着工程を含むことができる。該第１の熱融着工程は、一部領域、即ち投入口を除いて第１及び第２のラミネートフィルム１３１、１３２のエッジに沿って行われることができる。続いて、第２の熱融着工程は、該投入口を通じて電解液をハウジング内部に注入した後該投入口を封止する。しかし、電極セルは、４つの側面に各々第１及び第２の端子１２１、１２２を備えるので、投入口、即ち第１及び第２のラミネートフィルム１３１、１３２間のスキ間を通じて電解液を投入する過程で、第１及び第２の端子１２１、１２２は電解液により汚染されることがある。
【００４９】
このように、電解液から第１及び第２の端子１２１、１２２の汚染を防止するために、ハウジング１３０の上面または下部に電解液の投入のための開口１３３を備えることができる。ハウジング１３０の開口１３３を通じて電解液を投入することによって、電解液の投入過程で第１及び第２の端子１２１、１２２の汚染を防止することができる。
【００５０】
これに加えて、開口１３３を封止するための封止部材１３４をさらに備えることができる。該封止部材１３４は、電解液の投入を完了した後該開口１３３を外部から遮断する役割をすることができる。封止部材１３４はプラスチックシートまたは金属シート、例えばアルミニウムシートを開口１３３を覆うようにハウジング１３０上に付着されることができる。この時、封止部材１３４はソルダーまたは接着性樹脂によってハウジング１３０上に付着されることができる。
【００５１】
従って、本発明の実施形態でのように、スーパーキャパシタは、各側面から延びる端子を備えて、各端子は電極と同一の幅に形成され、外部から露出された領域の面積を増大させて放熱効果を増大させると共に、外部電源との接触抵抗を減らすことができる。
【００５２】
図４は、本発明の第２の実施形態によるスーパーキャパシタの斜視図である。該第２の実施形態は、開閉弁をさらに含むことを除いて、前述の第１の実施形態と同一の技術的構成を備えるので、繰り返す説明は省略することにする。
【００５３】
図４を参照して、本発明の第２の実施形態によるスーパーキャパシタは、電極セル１１０、第１の端子１２１、第２の端子１２２、電極セル１１０を封止するハウジング１３０を含むことができる。
【００５４】
ここで、電極セル１１０はセパレータ１１１を挟んで交互に積層される第１及び第２の電極１１２、１１３を含むことができる。該第１及び第２の電極１１２、１１３は、電極セル１１０の４つの側面に第１及び第２の端子１２１、１２２を具備させるために互いに交差して積層されることができる。
【００５５】
第１の端子１２１は電極セル１１０で互いに相対する第１及び第２の面に接続されることができる。また、第１の端子１２１は第１の電極１１２と同一の幅を有することができる。
【００５６】
第２の端子１２２は、電極セル１１０で互いに相対する第３及び第４の面に接続されることができる。該第３の面は、第１の面または第２の面を接続でき、第４の面は第３の面と相対して第１の面または第２の面を接続することができる。これにより、第２の端子１２２は第１の端子１２１と電極セル１１０の他側に設けられ、第１及び第２の端子は、互いに電気的に分離されることができる。また、第２の端子１２２は第２の電極１１３と同一の幅を有することができる。
【００５７】
ハウジング１３０は、第１及び第２の端子１２１、１２２を露出して電極セル１１０を封止することができる。該第１及び第２の端子１２１、１２２が、ハウジング１３０内部に電解液を投入する時に電解液から汚染されるのを防止するために、ハウジング１３０の上部や下部に電解液の投入のための開口１３３を備えることができる。
【００５８】
これに加えて、開口１３３の開閉のための開閉弁１４０をさらに備えることができる。該開閉弁１４０を用いて、開口１３３をオープンしてハウジング１３０内部に電解液を投入することができる。電解液の投入完了後に、ハウジング１３０の開口１３３は開閉弁１４０を通じて外部から封止されることができる。
【００５９】
また、スーパーキャパシタ１００の使用中に発生したガスは、開閉弁１４０を通じて開口１３３をオープンすることによって、外部に放出することができる。これにより、スーパーキャパシタ１００がガスにより変形されるのを防止し、該ガスにより安定性が低下するのを防止することができる。
【００６０】
従って、本発明の実施形態でのように、スーパーキャパシタは、ハウジングに電解液の注入のための開口を備えて、該電解液の投入時に第１及び第２の端子の汚染を防止することができる。また、スーパーキャパシタは、開口の開閉を調節可能な開閉弁を備えて、スーパーキャパシタのガスを使用中に随時外部に排出して、スーパーキャパシタがガスにより変形されるのを防止して、該ガスにより安定性が低下するのを防止することができる。
【００６１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６２】
１００  スーパーキャパシタ
１１０  電極セル
１１１  セパレータ
１１２  第１の電極
１１３  第２の電極
１２１  第１の端子
１２２  第２の端子
１３０  ハウジング
１３３  開口
１３４  封止部材
１４０  開閉弁
【図１】
2012049538.tif 000003
【図２】
2012049538.tif 000004
【図３】
2012049538.tif 000005
【図４】
2012049538.tif 000006