(57)【要約】【課題】本発明は、電気化学キャパシタ及びその製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも２つが積層され螺旋状に巻き取られる巻取りタイプのセパレータ１１０、１３０と該巻き取られたセパレータ１１０、１３０間に交互に重なって介在する積層タイプの第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくても２つが積層されて螺旋状に巻き取られる巻取りタイプのセパレータと、
前記巻き取られたセパレータ間に交互に重なって介在する積層タイプの第１及び第２の電極と
を含む電気化学キャパシタ。
【請求項２】
前記第１及び第２の電極を前記セパレータ上に接合して固定する接着部材を、さらに含む請求項１に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項３】
前記接着部材は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のうちのいずれか一つを含む請求項２に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項４】
前記第１及び第２の電極は各々、外部電源と接続するための第１及び第２の端子を備え、
前記第１及び第２の端子の一部は各々、前記セパレータに接合されて前記第１及び第２の電極を前記セパレータに固定する請求項１に記載の電気化学キヤパシタ。
【請求項５】
シート形態の第１のセパレータと、
前記第１のセパレータ上に一列に接合され、パターン形態の複数の第１の電極と、
前記第１のセパレータ上に前記第１の電極を接合する第１の接着部材と、
前記第１の電極を含む前記第１のセパレータの上部に配設されたシート形態の第２のセパレータと、
前記第１の電極の各々に対応し、前記第２のセパレータ上に一列に接合され、パターン形態の複数の第２の電極と、
前記第２のセパレータ上に前記第２の電極を接合する第２の接着部材とを備え、
前記第１及び第２のセパレータは、同時に螺旋状に巻き取られ、前記第１及び第２のセパレータ間に各々前記第１及び第２の電極が交互に介在して積層される電気化学キャパシタ。
【請求項６】
前記第１及び第２の接着部材は各々、接着性樹脂を含む請求項５に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項７】
前記第１及び第２の接着部材は各々、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のうちのいずれか一つを含む請求項５に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項８】
前記第１の電極の一側及び前記第２の電極の他側から各々突設される第１及び第２の端子を備え、
前記第１及び第２の接着部材は、前記第１の端子の一部と前記第１のセパレータとの間及び前記第２の端子の一部と前記第２のセパレータとの間に各々介在される請求項５に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項９】
前記第２のセパレータの巻取り始点上に、前記第１のセパレータの巻取り始点上に配設された前記第１の電極に対応する空きを設ける請求項５に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項１０】
前記第２の電極の数は、前記第１の電極の数より１つ少なく設けられる請求項５に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項１１】
前記第２のセパレータは、前記積層された複数の第２の電極のうち中央に配設された第２の電極を取り囲む請求項５に記載の電気化学キャパシタ。
【請求項１２】
第１の接着部材を用いて、シート形態の第１のセパレータ上にパターン形態の第１の電極を一列に接合するステップと、
前記第１のセパレータに対応するシート形態の第２のセパレータ上に、第２の接着部材を用いて、パターン形態の第２の電極を一列に接合するステップと、
前記第１の電極を含む前記第１のセパレータ上に、前記第２の電極を含む前記第２のセパレータを位置合わせするステップと、
前記位置合わせされた第１及び第２のセパレータを同時に巻き取って前記第１及び第２の電極で交互に積層するステップと
を含む電気化学キャパシタの製造方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の接着部材は各々、接着性樹脂を含む請求項１２に記載の電気化学キャパシタの製造方法。
【請求項１４】
前記第１及び第２の接着部材は各々、ポリテトラブルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のうちのいずれか一つを含む請求項１２に記載の電気化学キャパシタの製造方法。
【請求項１５】
前記第１のセパレータに対応するシート形態の第２のセパレータ上に、第２の接着部材を用いて、パターン形態の第２の電極を一列に接合するステップにて、
前記第２のセパレータの巻取り始点上に、前記第１のセパレータの巻取り始点上に配設された前記第１の電極に対応する空きを設ける請求項１２に記載の電気化学キャパシタの製造方法。
【請求項１６】
前記第１及び第２の接着部材は各々、前記第１及び第２の端子の一部に塗布する請求項１５に記載の電気化学キャパシタの製造方法。
【請求項１７】
前記第１及び第２の接着部材は各々、前記第１及び第２のセパレータに塗布する請求項１５に記載の電気化学キャパシタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学キャパシタに関し、巻取りタイプのセパレータと積層タイプの電極とを備えるハイブリッドタイプの電気化学キャパシタ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気化学的エネルギー保存装置は、全ての携帯用情報通信機器や電子機器において必須な、完成品機器の核心部品として用いられている。また、該電気化学的エネルギー保存装置は、未来型電気自動車や携帯用電子装置等に適用されることができる新再生エネルギー分野における高品質なエネルギー源として用いられるはずである。
【０００３】
電気化学的エネルギー保存装置のうち電気化学キャパシタは、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）とに区分されることができる。
【０００４】
ここで、電気二重層キャパシタは高出力エネルギー特性を必要とする分野で多く用いられているが、小容量という問題を有している。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行われている。特に、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倍程度の蓄積容量を有することができる。
【０００５】
このような電気化学キャパシタは、交互に積層された陽極及び陰極と、該積層された陽極及び陰極間に設けられ、該陽極と該陰極とを互いに電気的に分離するセパレータとを備えることができる。
【０００６】
一方、電気化学キャパシタは、陽極、セパレータ及び陰極のアセンブリ方式により巻取り（ｗｉｎｄｉｎｇ）タイプと積層タイプとに区分される。ここで、巻取りタイプはシート形態の陽極、セパレータ及び陰極を順次に積層した後、原形に巻き取ったものであり、積層タイプはパターン形態のセパレータを挟んでパターン形態の陽極と陰極とを交互に積層したものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２００９−０００８０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
巻取りタイプは、積層タイプに比べて優れた生産性を有するが、巻取りの際に折曲部でクラックが発生して陽極と陰極とのショート不良を引き起こす恐れがある。そのため、巻取りタイプの電極はバインダの含量を高める必要があり、電気化学キャパシタの電気的特性が低下してしまうことになる。また、巻取りタイプは、巻取り形態を維持するために、堅いパッケージング工程を行わなければいけないという難しさがある。
【０００９】
一方、積層タイプは、巻取りタイプに比べてクラックによるショート不良やパッケージング工程の問題はないが、パターン形態の陽極、セパレータ及び陰極を個別に取り扱わなければならないため、生産性が低下するという不都合がある。
【００１０】
よって、電気化学キャパシタは巻取りタイプの問題及び積層タイプの問題の両方を補完できるような新たな形態の電気化学キャパシタへの技術開発が要求されている。
【００１１】
本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、巻取りタイプのセパレータと積層タイプの電極とを備え、巻取りタイプの生産性向上の効果と積層タイプのショート不良防止による歩留まりの向上効果を同時に満たすハイブリッドタイプの電気化学キャパシタ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を解決するために、本発明の好適な実施形態による電気化学キャパシタは、少なくとも２つが積層され、螺旋状に巻き取られる巻取りタイプのセパレータと、前記巻き取られたセパレータ間に交互に重なって介在する積層タイプの第１及び第２の電極と、を含むことができる。
【００１３】
ここで、前記第１及び第２の電極を前記セパレータ上に接合して固定する接着部材を、さらに含むことができる。
【００１４】
また、前記接着部材は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のうちのいずれか一つを含むことができる。
【００１５】
また、前記第１及び第２の電極は各々外部電源と接続するための第１及び第２の端子を備え、前記第１及び第２の端子の一部は各々前記セパレータに接合され、前記第１及び第２の電極を前記セパレータに固定することができる。
【００１６】
上記目的を解決するために、本発明の他の好適な実施形態による電気化学キヤパシタは、シート形態の第１のセパレータと、前記第１のセパレータ上に一列に接合され、パターン形態の複数の第１の電極と、前記第１のセパレータ上に前記第１の電極を接合する第１の接着部材と、前記第１の電極を含む前記第１のセパレータの上部に配設されたシート形態の第２のセパレータと、前記各第１の電極に対応し前記第２のセパレータ上に一列に接合され、パターン形態の複数の第２の電極と、前記第２のセパレータ上に前記第２の電極を接合する第２の接着部材とを含み、前記第１及び第２のセパレータは同時に螺旋状に巻き取られ、前記第１及び第２のセパレータ間に各々前記第１及び第２の電極が交互に介在して積層されることができる。
【００１７】
ここで、前記第１及び第２の接着部材は各々、接着性樹脂を含むことができる。
【００１８】
また、前記第１及び第２の接着部材は各々、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のうちのいずれか一つを含むことができる。
【００１９】
また、前記第１の電極の一側及び前記第２の電極の他側から各々突設される第１及び第２の端子を備え、前記第１及び第２の接着部材は、前記第１の端子の一部と前記第１のセパレータとの間及び前記第２の端子の一部と前記第２のセパレータとの間に各々介在されることができる。
【００２０】
また、前記第２のセパレータの巻取り始点上に、前記第１のセパレータの巻取り始点上に配設された前記第１の電極に対応する空きを設けることができる。
【００２１】
また、前記第２の電極の数は、前記第１の電極の数より１つ少なく設けられることができる。
【００２２】
また、前記第２のセパレータは、前記積層された複数の第２の電極のうち中央に配設された第２の電極を取り囲むことができる。
【００２３】
上記目的を解決するために、本発明のさらに他の好適な実施形態による電気化学キャパシタの製造方法は、第１の接着部材を用いて、シート形態の第１のセパレータ上にパターン形態の第１の電極を一列に接合するステップと、前記第１のセパレータに対応するシート形態の第２のセパレータ上に、第２の接着部材を用いてパターン形態の第２の電極を一列に接合するステップと、前記第１の電極を含む前記第１のセパレータ上に前記第２の電極を含む前記第２のセパレータを位置合わせするステップと、前記位置合わせされた第１及び第２のセパレータを同時に巻き取って前記第１及び第２の電極で交互に積層するステップと、を含むことができる。
【００２４】
ここで、前記第１及び第２の接着部材は各々、接着性樹脂を含むことができる。
【００２５】
また、前記第１及び第２の接着部材は各々、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のうちのいずれか一つを含むことができる。
【００２６】
また、前記第１のセパレータに対応するシート形態の第２のセパレータ上に、第２の接着部材を用いて、パターン形態の第２の電極を一列に接合するステップにおいて、前記第２のセパレータの巻取り始点上に、前記第１のセパレータの巻取り始点上に配設された前記第１の電極に対応する空きを設けることができる。
【００２７】
また、前記第１及び第２の接着部材は各々、前記第１及び第２の端子の一部に塗布することができる。
【００２８】
また、前記第１及び第２の接着部材は各々、前記第１及び第２のセパレータに塗布することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の電気化学キャパシタによれば、巻取りタイプのセパレータと積層タイプの電極とを備え、巻取りタイプの生産性向上の効果と積層タイプのショート不良防止による歩留まり向上の効果を共に奏することができる。
【００３０】
また、本発明の電気化学キャパシタによれば、折曲による電極のショート不良を防止できるため、電極のバインダ成分を減らして、電気化学キャパシタの電気的特性を向上させることができる。
【００３１】
また、本発明の電気化学キャパシタによれば、セパレータに電極が接合されているため、従来の巻取り設備を用いてアセンブリ工程を行うことができ、追加設備を構築することなくアセンブリ工程の速度を増大させることができる。
【００３２】
また、本発明の電気化学キャパシタによれば、従来の巻取り設備を用いてアセンブリ工程を進行することによって、陽極と陰極との間の密着性を維持でき、電気化学キャパシタの電気的特性をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態による電気化学キャパシタの分解斜視図である。
【図２】図１の電気化学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】図２中のII−II’線に沿う断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による電気化学キャパシタの製造工程を説明するための断面図である。
【図６】同じく、電気化学キャパシタの製造工程を説明するための断面図である。
【図７】同じく、電気化学キャパシタの製造工程を説明するための断面図である。
【図８】同じく、電気化学キャパシタの製造工程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の好適な実施の形態を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本発明の思想を十分に伝達す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することができる。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。
【００３５】
図１は、本発明の第１の実施形態による電気化学キャパシタの分解斜視図である。図２は、図１の電気化学キャパシタの組立斜視図である。図３は、図２中のＩ−Ｉ’線に沿う断面図である。図４は、図２中のII−II’線に沿う断面図である。
【００３６】
図１〜図４を参照して、本発明の第１の実施形態による電気化学キャパシタ１００は、螺旋状に巻き取られる巻取りタイプの第１及び第２のセパレータ１１０、１３０と、第１及び第２のセパレータ１１０、１３０により互いに電気的に分離されて交互に積層された積層タイプの第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４とを含むことができる。これにより、電気化学キャパシタ１００は、巻取りタイプ及び積層タイプの長所を共に有するハイブリッドタイプの形態を有することになる。
【００３７】
詳しくは、電気化学キャパシタ１００は、シート形態の第１及び第２のセパレータ１１０、１３０と、パターン形態の第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４と、第１及び第２の接着部材１５１、１５２とを含むことができる。
【００３８】
ここで、第１及び第２のセパレータ１１０、１３０はシート形態を有し、ロール形態に巻き取られてもよい。この時、第１及び第２のセパレータ１１０、１３０は交互に積層された第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４間に各々介在され、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４を互いに電気的に分離する役割をすることができる。
【００３９】
第１及び第２のセパレータ１１０、１３０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成ることができる。また、第１及び第２のセパレータ１１０、１３０は、イオンの移動のために多孔性を有することができる。第１及び第２のセパレータ１１０、１３０の各々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が挙げられるが、これに限定するものではない。
【００４０】
第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４はパターン形態を有し、交互に積層されている。この時、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４は、第１及び第２のセパレータ１１０、１３０のうちのいずれか一つにより互いに電気的に分離されることができる。
【００４１】
ここで、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５は陽極であってもよい。第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５は陽極集電体１２１と該陽極集電体１２１の両面に塗布された陽極活物質層１２２とを含むことができる。陽極集電体１２１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うちのいずれか一つを含むことができる。また、陽極集電体１２１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複数の貫通ホールを備えることができる。陽極活物質層１２２は可逆的にイオンをドーピングまたは脱ドーピングすることができる炭素材料、例えば活性炭を含むことができる。
【００４２】
第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５の一側に、外部電源と電気的に接続するための第１の端子１２３が設けられることができる。該第１の端子１２３は陽極集電体１２１の一側から延設されることができる。すなわち、陽極集電体１２１と第１の端子１２３とは一体に設けられることができる。
【００４３】
第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４は陰極であってもよい。該第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４は陰極集電体１４１と該陰極集電体１４１の両面に塗布された陰極活物質層１４２とを含むことができる。陰極集電体１４１は金属、例えば銅、ニッケル及びステンレスのうちのいずれか一つを含むことができる。陰極集電体１４１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複数の貫通ホールを備えることができる。陰極活物質層１４２はイオンを可逆的にドーピングまたは脱ドーピングできる炭素材料、例えば活性炭及び黒鉛のうちのいずれか一つを含むことができる。
【００４４】
また、電気化学キャパシタ１００がリチウムイオンキャパシタの場合、陰極活物質層１４２にリチウムイオンが予めドーピングされてもよい。
【００４５】
第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４の一側に、外部電源と電気的に接続するための第２の端子１４３が設けられることができる。該第２の端子１４３は陰極集電体１４１の一側から延設されることができる。すなわち、第２の端子１４３と陰極集電体１４１とは一体に設けられることができる。
【００４６】
本発明の実施形態において、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５は陽極であり、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４は陰極であると説明したが、これに限定されるのではない。例えば、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５が陰極の場合、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４は陽極であってもよい。
【００４７】
第１の接着部材１５１は、第１のセパレータ１１０上に第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５を接合して固定する役割をすることができる。該第１の接着部材１５１は、電解液や第１の端子１２３と反応をしない材料、すなわち電解液及び第１の端子１２３に対して安定性を有する接着性樹脂を含む組成物から形成されることができる。接着性樹脂の例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のうちのいずれか一つまたは２つ以上の混合物であってもよい。また、組成物は溶媒をさらに含んでもよい。溶媒の例としては、ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、アセトン、蒸溜水等が挙げられる。ここで、接着性樹脂は溶媒に溶解可能で、該組成物は液相に形成されることができる。該液相の組成物を第１のセパレータ１１０や第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５上に塗布して、第１の接着部材１５１を形成することができる。
【００４８】
第２の接着部材１５２は、第２のセパレータ１３０上に第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４を接合して固定する役割をすることができる。該第２の接着部材１５２は第１の接着部材１５１を形成する組成物から選択して形成されることができる。第１及び第２の接着部材１５１、１５２は互いに同じ組成物で形成されることができるが、これに限定するものではない。例えば、第１及び第２の接着部材１５１、１５２は異なる組成物で形成されることができる。
【００４９】
詳しくは、電気化学キャパシタ１００の形態において、シート形態を有する第１及び第２のセパレータ１１０、１３０は積層された第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４のうち中央に配設された１つの第２の電極、すなわち第２の電極１４０ｎを中心に螺旋形態で同時に巻き取られることができる。ここで、第１及び第２のセパレータ１１０、１３０間の各々にパターン形態の第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５と第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４とが交互に介在して積層されることができる。すなわち、電気化学キャパシタ１００は同時に巻き取られた第１及び第２のセパレータ１１０、１３０と、該巻き取られた第１及び第２のセパレータ１１０、１３０間の各々に交互に介在して積層された第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４とを備えることができる。
【００５０】
ここで、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４は各々、第１及び第２のセパレータ１１０、１３０に接合されているので、製造工程で第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４の取扱いが容易になる。
【００５１】
また、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４はパターン形態を有することによって、巻取りタイプのように巻取りの際に第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４に折曲部が生じないので、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４に折曲部によるクラックが発生するのを防止することができる。これにより、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４間のショート不良を防止し、電気化学キャパシタ１００の歩留まりを向上させることができる。また、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４は折曲によるショート不良を防止するような構造を有することによって、巻取りタイプに比べて第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４の各々に含まれるバインダ成分を減らすことができる。これにより、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４の各々の抵抗を減らして、電気化学キャパシタ１００の電気的特性を向上させることができる。
【００５２】
電気化学キャパシタ１００の両側に各々第１及び第２の端子１２３、１４３が配設される。これらの第１及び第２の端子１２３、１４３は各々外部電源と接続してもよい。
【００５３】
電気化学キャパシタ１００を展開する場合、シート形態の第１のセパレータ１１０上に複数の第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５が接合されていることができる。ここで、複数の第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５は間隙を有して一列に配設されている。第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５の一側に配設された第１の端子１２３の一部は、第１のセパレータ１１０上に配設される。この時、第１の端子１２３と第１のセパレータ１１０との間に第１の接着部材１５１が介在し、第１のセパレータ１１０上に第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５が接合されて固定されることができる。すなわち、第１の接着部材１５１は第１のセパレータ１１０と重なる第１の端子１２３の一部領域のみに配設されることができる。これにより、第１の接着部材１５１による第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５や外部電源と接続される第１の端子１２３の汚染を防止でき、電気化学キャパシタ１００の電気的特性が低下するのを最小限に抑えることができる。また、第１のセパレータ１１０は上下部を露出するように第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５を接合し、すなわち、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５の面積より大きい面積を有することによって、第１のセパレータ１１０の巻取りの際に第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４とのショートを安定して防止することができる。
【００５４】
第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５を含む第１のセパレータ１１０上に、複数の第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４を接合している第２のセパレータ１３０が積層されていることができる。複数の第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４は第２のセパレータ１３０上に間隙を有して一列に配設されていることができる。ここで、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５と第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４とは互いに対応して配設されてもよい。第２のセパレータ１３０の一側終端上部、すなわち巻取り始点の第２のセパレータ１３０上に第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５に対応する空き１４５を設けることができる。第２のセパレータ１３０が空き１４５の一側に配設された中央の第２の電極１４０ｎの上面を覆って第１及び第２のセパレータ１１０、１３０の巻取りが始まることができる。すなわち、中央の第２の電極１４０ｎは第１及び第２のセパレータ１１０、１３０の巻取り終了時に積層された電極のうち中央に配設されることができる。
【００５５】
これにより、中央の第２の電極１４０ｎは第２のセパレータ１３０により取り囲まれて、中央の第２の電極１４０ｎとその上下部に配設された中央の第１の電極１２０ｎ、１２０ｎ−１とは互いに電気的に分離されることができる。また、電気化学キャパシタ１００は第２のセパレータ１３０の巻取り始点上に空き１４５を設けることによって、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４の数は、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５の数より１つ少なくてもよく、電気化学キャパシタ１００の最上層と最下層とに最外郭の第１の電極１２０ｎ−４、１２０ｎ−５が配設されてもよい。
【００５６】
第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５と同様に、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４の一側に配設された第２の端子１４３の一部は、第２のセパレータ１３０上に配設される。この時、第２の端子１４３と第２のセパレータ１３０との間に第２の接着部材１５２が介在され、第２のセパレータ１３０上に第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４が接合固定されることができる。ここで、第２のセパレータ１３０は上下部が露出するように第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４を接合して、第２のセパレータ１３０の巻取りの際に第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４間のショートを安定して防止することができる。
【００５７】
シート形態の第１及び第２のセパレータ１１０、１３０が積層される場合、第１の端子１２３と第２の端子１４３は積層された第１及び第２のセパレータ１１０、１３０の両側に各々配設されるようにして、巻取りの際に第１及び第２の端子１２３、１４３との間のショートを安定して防止することができる。
【００５８】
また、電気化学キャパシタ１００は、巻き取られた第１及び第２のセパレータ１１０、１３０の終端を固定するための固定部材１６０をさらに備えることができる。該固定部材１６０は、第１及び第２のセパレータ１１０、１３０の巻取り終端に付着されたテープであってもよい。または、該固定部材１６０は第１及び第２のセパレータ１１０、１３０の巻取り終端に塗布された接着樹脂であってもよい。また、該接着樹脂は、第１及び第２の接着部材１５１、１５２を形成する組成物を用いてもよい。
【００５９】
また、電気化学キャパシタ１００は、第１及び第２のセパレータ１１０、１３０と第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４とに含浸された電解液をさらに含むことができる。該電解液は、イオンを移動させることができる媒質の役割をするもので、高電圧で電気分解を起こさなくてイオンを安定して維持可能な材料から成ることができる。ここで、該電解液は、電解質及び溶媒を含むことができる。電解質は塩状であって、例えばリチウム塩またはアンモニウム塩であってもよい。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、これに限定するものではない。
【００６０】
また、示されていないが、電気化学キャパシタ１００は、電解液に含浸された第１及び第２のセパレータ１１０、１３０と第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４とを収容する筐体をさらに含むことができる。該筐体は、アルミニウム缶やアルミニウムラミネーティングにより形成されることができるが、これに限定するものではない。
【００６１】
したがって、本発明の第１の実施形態のように、電気化学キャパシタは巻取りタイプのセパレータと積層タイプの電極とを備えるハイブリッドタイプの構造を有することによって、巻取りタイプの生産性向上の効果と積層タイプのショート不良防止による歩留まり向上の効果を共に奏することができる。
【００６２】
また、本発明の実施形態による電気化学キャパシタは、折曲による電極のショート不良を防止して、電極のバインダ成分を減らすことができ、電気化学キャパシタの電気的特性を向上させることができる。
【００６３】
以下、図５〜図８は、本発明の第２の実施形態による電気化学キャパシタの製造工程を説明する。
【００６４】
図５〜図８は、本発明の第２の実施形態による電気化学キャパシタの製造工程を説明するための断面図である。
【００６５】
図５を参照して、電気化学キャパシタを製造するために、シート形態の第１のセパレータ１１０上に第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５を一列に多数個接合する。ここで、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５はパターン形態を有する。第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５が陽極の場合、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５は陽極集電体１２１と該陽極集電体１２１の両面に各々塗布された陽極活物質層１２２とを含むことができる。第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５の一側から突設された第１の端子１２３がさらに配設されることができる。第１の端子１２３は陽極集電体１２１と接続している。ここで、第１の端子１２３と陽極集電体１２１とは一体に設けられることができる。
【００６６】
第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５は、第１のセパレータ１１０上に第１の接着部材１５１を介して接合固定されることができる。該第１の接着部材１５１は、電解液及び第１の端子１２３に対して安定性を有する接着性樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のうちのいずれか一つまたは２つ以上の混合物を含む組成物から形成されることができる。また、該組成物は、溶媒をさらに含むことができる。該溶媒の例としては、ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、アセトン、蒸溜水等が挙げられる。該接着性樹脂は、溶媒に溶解可能で、組成物は液相に形成されることができる。
【００６７】
ここで、第１の接着部材１５１は、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５の第１の端子１２３上に形成されることができる。該第１の接着部材１５１は第１のセパレータ１１０と重なった第１の端子１２３の一部領域のみに塗布して、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５や第１の端子１２３が汚染されるのを防止して、電気化学キャパシタ１００の電気的特性が低下するのを防止するようにする。ここで、組成物が液相によって形成される場合、第１の接着部材１５１は塗布方法によって形成されてもよい。該塗布方法の例としては、インクジェットプリンティング法、スクリーン印刷法及びロールプリンティング法が挙げられる。また、本発明の実施形態において、第１の接着部材１５１は第１の端子１２３上に形成されることと説明したが、他の方法によって第１の端子１２３と重なる第１のセパレータ１１０上に第１の接着部材１５１が形成されてもよい。
【００６８】
図６を参照して、第１のセパレータ１１０に対応する第２のセパレータ１３０上に、第２の接着部材（図４の１５２）を用いてパターン形態の第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４を一列に接合する。ここで、第２のセパレータ１３０の一側終端、すなわち巻取り始点上に第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５に対応する空き１４５を残した後、該空き１４５の一側から第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５に対応するように第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４を接合する。ここで、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４の接合は、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５の接合方法によって行われることができるので、説明の便宜上反復する説明は省略することにする。
【００６９】
第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５が陽極の場合、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４は陰極であってもよい。第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４は陰極集電体１４１と該陰極集電体１４１の両面に塗布された陰極活物質層１４２とを含むことができる。ここで、陰極集電体１４１と接続し、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４から突設された第２の端子１４３がさらに設けられることができる。この時、陰極集電体１４１と第２の端子１４３とは一体に設けられることができる。
【００７０】
本発明の実施形態において、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５が陽極であり、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４が陰極であることを示したが、これに限定されるのではない。例えば、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５が陰極、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４が陽極であってもよい。
【００７１】
第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４は各々、第１及び第２の接着部材１５１、１５２によって第１及び第２のセパレータ１１０、１３０に接合固定されており、後述の巻取り工程で第１及び第２のセパレータ１１０、１３０からの第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４の離脱を防止して容易に取扱うことができる。
【００７２】
続いて、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５を含む第１のセパレータ１１０上に、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４を含む第２のセパレータ１３０を位置合わせする。すなわち、第１のセパレータ１１０と第２のセパレータ１３０とは互いに対応して積層されることができる。これにより、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５上に第２のセパレータ１３０が配設され、第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５と第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４とは互いに対応して配設されることができる。この時、第２のセパレータ１３０の巻取り始点上に第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５に対応する空き１４５を設ける。
【００７３】
図７を参照して、位置合わせされた第１及び第２のセパレータ１１０、１３０の巻取りを始める。第１及び第２のセパレータ１１０、１３０の１次巻取りの際に、第２のセパレータ１３０の空き１４５は第２のセパレータ１３０の空き１４５の一側に配設された中央の第２の電極１４０ｎ上を覆うようにする。これにより、次の巻取りの際に空き１４５の一側に配設された中央の第２の電極１４０ｎの上下部に各々積層された中央の第１の電極１２０ｎ−１、１２０ｎと電気的に分離されることができる。
【００７４】
図８のように、積層された第１及び第２のセパレータ１１０、１３０を空き１４５の一側に配設された中央の第２の電極１４０ｎを中心に数回巻取りすることによって、該巻き取られた第１及び第２のセパレータ１１０、１３０間に各々第１の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５及び第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４が交互に介在して積層されることができる。これにより、交互に積層された第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４は第１のセパレータ１１０や第２のセパレータ１３０により互いに電気的に分離されることができる。
【００７５】
また、該積層された第１及び第２のセパレータ１１０、１３０の巻取りを終了した後、固定部材１６０を用いて第１及び第２のセパレータ１１０、１３０の巻取り終了点を巻き取られた最外郭層の第１のセパレータ１１０上に固定することができる。該固定部材１６０として、テープを用いてもよい。該固定部材１６０の他の例としては、第１及び第２のセパレータ１１０、１３０の終端面の一部に塗布された接着樹脂であってもよい。
【００７６】
また、示されていないが、巻き取られた第１及び第２のセパレータ１１０、１３０及び積層された第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４を筐体の内部に収容する。続いて、筐体の内部に電解液を投入した後、該筐体の開口を封止する工程をさらに行うことができる。
【００７７】
また、電気化学キャパシタ１００がリチウムイオンキャパシタの場合、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４を第２のセパレータ１３０に接合する前に、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４、すなわち陰極にリチウムイオンが予めドーピングする工程をさらに行うことができる。または、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４が各々接合された第１及び第２のセパレータ１１O、１３０を巻取った後、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４、すなわち陰極にリチウムイオンを予めドーピングする工程をさらに行うことができる。ここで、リチウムイオンを予めドーピングする工程は、第２の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４とリチウムメタルとを短絡させたり、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４間の充電及び第１の電極１４０ｎ〜１４０ｎ−４とリチウムメタルとの間の放電を数回行う方法などによって行われることができる。
【００７８】
本発明の実施形態において、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４はパターン形態を有して積層されるので、従来の巻取りタイプのように折曲部を具備しないので、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４の折曲によるクラックの発生を防止することができる。これにより、電気化学キャパシタ１００の歩留まりを向上させることができる。
【００７９】
また、クラックの発生を考慮して第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４にバインダ成分をさらに添加する必要がなく、電気化学キャパシタ１００の電気的特性を向上させることができる。
【００８０】
また、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４は、第１及び第２の接着部材１５１、１５２を介して第１及び第２のセパレータ１１０、１３０に接合固定されており、テンションを加えた従来の巻取り方式をそのまま利用でき、ハイブリッドタイプの電気化学キャパシタを製造するために、新たな設備を構築する必要がない。これにより、巻取りタイプでのように、生産性を極大化すると共に、従来の設備をそのまま利用でき、生産設備に係わる費用を節減することができる。
【００８１】
また、従来の巻取り方式によってハイブリッドタイプの電気化学キャパシタを製造でき、第１及び第２の電極１２０ｎ〜１２０ｎ−５、１４０ｎ〜１４０ｎ−４間の密着性を確保して、電気化学キャパシタの電気的特性をさらに向上させることができる。
【００８２】
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】
【００８３】
１００  電気化学キャパシタ
１１０  第１のセパレータ
１２０ｎ〜１２０ｎ−５  第１の電極
１２３  第１の端子
１３０  第２のセパレータ
１４０ｎ〜１４０ｎ−４  第２の電極
１４３  第２の端子
１５１  第１の接着部材
１５２  第２の接着部材
１６０  固定部材
【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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【図７】
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【図８】
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