エネルギー貯蔵装置用電極の製造方法及びこれを用いたエネルギー貯蔵装置
【課題】低抵抗のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法及びこれを用いたエネルギー貯蔵装置を提供する。
【解決手段】本発明は、低抵抗エネルギー貯蔵装置用電極の製造方法及びこれを用いたエネルギー貯蔵装置に関する。具体的には、デンドライトが形成された金属膜に電極物質を接触させてエネルギー貯蔵装置用電極を製造し、そのエネルギー貯蔵装置用電極を用いてエネルギー貯蔵装置を製造する。本発明によるエネルギー貯蔵装置用電極は低抵抗という特性を有する。
【解決手段】本発明は、低抵抗エネルギー貯蔵装置用電極の製造方法及びこれを用いたエネルギー貯蔵装置に関する。具体的には、デンドライトが形成された金属膜に電極物質を接触させてエネルギー貯蔵装置用電極を製造し、そのエネルギー貯蔵装置用電極を用いてエネルギー貯蔵装置を製造する。本発明によるエネルギー貯蔵装置用電極は低抵抗という特性を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー貯蔵装置用電極の製造方法及びこれを用いたエネルギー貯蔵装置に関し、より具体的には低抵抗特性を有するエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法及びこれを用いたエネルギー貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子製品機能の高級化、電気自動車、家庭及び産業用電子機器への安定的な電力供給の為、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ、 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）が主に使用されている。
【０００３】
電気二重層キャパシタとは固体と電解質間の界面に形成される電気二重層で発生する静電荷現象を利用し電気エネルギーを蓄積するコンデンサーである。
【０００４】
電気二重層キャパシタは、高密度エネルギーの急速充電及び放電の特性を有するため、移動通信機器やノートパソコン等を含む携帯用電子製品の補助電源または主電源として幅広く利用されている。
【０００５】
電気二重層キャパシタは、（１）過充電／過放電を起こさないため、電気回路が単純化され、製品の価格を引き下げる要因を提供し、（２）電圧から残留量把握が可能であり、（３）広範囲の耐久温度特性（−３０〜９０℃）を示し、（４）環境にやさしい材料で構成されている等、コンデンサや二次電池にはない利点を持っている。
【０００６】
電子製品の小型化傾向に応えるため、それらの製品に搭載される各種電子部品の小型化、チップ化が必須的に要求されており、チップタイプ（ｃｈｉｐ−ｔｙｐｅ）とコインタイプ（ｃｏｉｎ−ｔｙｐｅ）を含む広い応用分野で電気二重層キャパシタの使用を拡大するためには、高エネルギー密度及び低等価直列抵抗（ＥＳＲ、 Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を具現しなければならない。
【０００７】
一般的に中大型の製品の場合、高容量化を通じた低い等価直列抵抗（ＥＳＲ）の具現が可能であるが、サイズに制限がある小型製品の場合は、サイズを減らすことによって接触抵抗が増加する。従って、電極の構造及び厚さ等を変更することで容量を低下させながら低い等価直列抵抗（ＥＳＲ）を具現することが一般的である。
【０００８】
また、電極が厚い場合は、接着性を増加させるためにバインダーの量を増加させるべきであるが、そうすると抵抗が増加するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】韓国公開特許第１９９９−０００８０７０号公報
【特許文献２】韓国公開特許第２００３−００５００６６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、低抵抗を有するエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法及びこれを用いたエネルギー貯蔵装置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】
【００１１】
本発明の一実施形態として、一面にデンドライトが形成された金属膜と、上記金属膜の一面に接触する電極物質とを含むエネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１２】
また、上記金属膜は銅またはアルミニウムで形成される、エネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１３】
また、上記電極物質は活物質と導電材を含む、エネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１４】
また、上記電極物質はバインダーをさらに含む、エネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１５】
また、上記活物質は、粉末活性炭素、炭素ナノチューブ、グラファイト、蒸気成長炭素繊維、カーボンエアロゲル、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデン等の高分子を炭化し製造する炭素ナノファイバー及び活性炭素ナノ繊維で構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つのエネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１６】
また、上記導電材はカーボンブラックである、エネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１７】
また、上記バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン及びゴム系のスチレンブタジエンゴムで構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つのエネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１８】
本発明の他の実施形態で、デンドライトが形成された金属膜を準備する第１段階と、上記デンドライトが形成された金属膜に電極物質のスラリーを塗布する第２段階とを含むエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００１９】
また、上記金属膜は銅またはアルミニウムで形成される、エネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２０】
また、上記電極物質は活物質と導電材を含む、エネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２１】
また、上記電極物質はバインダーをさらに含む、エネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２２】
また、上記第２段階は、上記電極物質のスラリーで電極物質シートを形成する段階と、上記電極物質シートを上記デンドライトが形成された金属膜に付着する段階と、で代替されたエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２３】
また、上記活物質は、粉末活性炭素、炭素ナノチューブ、グラファイト、蒸気成長炭素繊維、カーボンエアロゲル、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデンのような高分子を炭化し製造する炭素ナノファイバー及び活性炭素ナノ繊維で構成されるグループの中から選ばれた一つのエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２４】
また、上記導電材はカーボンブラックである、エネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２５】
なお、上記バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン及びゴム系のスチレン・ブタジエンゴムで構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つのエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２６】
本発明のさらに他の実施形態で、対向するように離隔して配置された第１及び第２電極と、上記第１及び第２電極の間に位置し第１及び第２電極を分離する隔離膜とを含み、上記第１及び第２電極のうち少なくともいずれか一つは一面にデンドライトが形成された金属膜及び上記金属膜の一面に接触する電極物質を含むエネルギー貯蔵装置用電極であるエネルギー貯蔵装置を提供する。
【００２７】
また、上記金属膜は銅またはアルミニウムで形成される、エネルギー貯蔵装置を提供する。
【００２８】
また、上記電極物質は活物質及び導電材を含む、エネルギー貯蔵装置を提供する。
【００２９】
また、上記電極物質はバインダーをさらに含む、エネルギー貯蔵装置を提供する。
【００３０】
また、上記の活物質は、粉末活性炭素、炭素ナノチューブ、グラファイト、蒸気成長炭素繊維、カーボンエアロゲル、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデン等の高分子を炭化し製造する炭素ナノファイバー及び活性炭素ナノ繊維で構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つのエネルギー貯蔵装置を提供する。
【００３１】
また、上記導電材はカーボンブラックである、エネルギー貯蔵装置を提供する。
【００３２】
また、上記バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン及びゴム系のスチレン・ブタジエンゴムで構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つのエネルギー貯蔵装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態である電気二重層キャパシタの構造を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によってデンドライトが形成された金属膜の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるエネルギー貯蔵装置用電極の製造工程フロー図である。
【図４】本発明の一実施形態である電気二重層キャパシタの充電及び放電の原理を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な形に変形されることができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態に限定されるわけではない。また、本発明の実施形態は、該当業界で平均的な知識を有する者に、本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００３５】
本発明の一実施形態であるエネルギー貯蔵装置用電極は、一面にデンドライト（ｄｅｎｄｒｉｔｅ）が形成された金属膜及び上記金属膜の一面に接触する電極物質を含んでいる。
【００３６】
エネルギー貯蔵装置には、コンデンサ、二次電池、電気二重層キャパシタ等があり、エネルギー貯蔵装置用電極とは、上記エネルギー蓄積装置で電極として使用することができる電極をいう。上記エネルギー貯蔵装置の電気二重層キャパシタを例に本実施形態について説明する。
【００３７】
図１は、本発明の一実施形態である電気二重層キャパシタの構造を表した概略図である。
【００３８】
図１を参照して説明すると、電気二重層キャパシタは、主に、第１電極６０、第２電極７０及び隔離膜３０を含む。隔離膜３０によって第１電極６０と第２電極７０に分離される。
【００３９】
第１電極６０は、金属膜１０、電極物質２０を含むことができ、電極物質２０は、活物質２１、導電材２２、バインダー２３を含むことができる。
【００４０】
電気二重層キャパシタとは電極６０と電解質（不図示）の間の界面に形成される電気二重層で発生する静電荷現象を用いて電気エネルギーを蓄積するコンデンサーである。
【００４１】
上記金属膜１０と電極物質２０との間の接触状態に応じて、エネルギー貯蔵装置のＥＳＲ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）特性の変化が大きい。すなわち、金属膜１０と電極物質２０との間の接触面積が広いほど、ＥＳＲが小さく、エネルギー蓄積装置としてより優れた特性を発揮することができる。
【００４２】
金属膜１０は、充電時に外部電圧がコンデンサに印加される通路であり、放電時にキャパシタからの外部負荷の方に電荷が移動する通路である。
【００４３】
金属膜１０は、電極反応に関与せず電気化学的に安定し、電子伝導性に優れた金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属を使用することができる。
【００４４】
しかし、製造工程とコストを考慮すると、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）の、ホイル（ｆｏｉｌ）を使用することが望ましい。
【００４５】
金属膜１０の一面にデンドライト１１が形成されることができる。
【００４６】
図２に金属膜１０の一面にデンドライトが形成された図を示した。図２では、デンドライトが形成された金属膜の構造を分かりやすくするためにデンドライトが一定距離を置いているように誇張して表示した。
【００４７】
一般的に、金属膜１０の表面を粗くしたり、または金属膜１０の表面に凹凸を形成して金属膜１０の表面積を増加させる。金属膜１０の表面積を増加させることにより、電極２０と金属膜１０の接触面積を増加させるためである。
【００４８】
電極物質２０と金属膜１０との間の接触面積が大きいほど、電極物質２０と金属膜１０の間の接触抵抗は減少し、また、電極物質２０と金属膜１０との間の付着力も増加する。
【００４９】
本実施形態では、金属膜１０の表面にデンドライト１１を形成することにより、金属膜１０の表面積を増加させることを目的とする。
【００５０】
ここで、デンドライト（ｄｅｎｄｒｉｔｅ）とは、樹枝状の結晶をいうが、デンドライト１１は一般的に金属溶融液が凝固する過程で形成されることを容易に観察することができる。
【００５１】
溶融液の凝固過程では、先ず溶融液の中に結晶核が生じ、その結晶核が成長して大きな結晶になるが、結晶が成長する過程で成長速度の差によって結晶が枝状に成長するため、これをデンドライト（ｄｅｎｄｒｉｔｅ）という。
【００５２】
デンドライト１１は枝状の構造を有するため、金属膜１０の表面にデンドライト１１構造を形成する場合、金属膜１０の表面積を増加させることができる。これによって、金属膜１０と電極物質２０との接触面積を大きくすることができる。
【００５３】
さらには、電極物質２０の製造時に電極物質の構成要素としてバインダー２３を添加しないこともできる。
【００５４】
バインダー２３を添加する理由は、金属膜１０と電極物質２０との間の接着力を向上させるためであるが、デンドライト１１が形成され、金属膜１０の表面が枝状に絡まっていると、電極物質２０がデンドライト１１の枝の間に浸透するようになり、バインダー２３を添加していなくても、金属膜１０と電極物質２０との間の接着力を維持することができるためである。
【００５５】
また、電気的に不導体であるバインダー２３を添加しないことで、バインダー２３により誘発される抵抗成分を除去することができるので、全体的にキャパシタの抵抗を下げることができる。
【００５６】
デンドライト１１は、金属膜１０と同じ材質で形成されることができる。つまりデンドライト１１は、銅またはアルミニウムであってもよい。金属膜１０の材質と同じ金属を使用しデンドライト１１を形成すると、デンドライト１１と金属膜１０との間の連結が強固になる。
【００５７】
金属膜１０の表面にデンドライト１１を形成した後、金属膜１０と電極物質２０を接触させることで、金属膜１０と電極物質２０との間の接触面積が増加すると次のような効果を同時に得ることができる。まず、金属膜１０と電極物質２０との間の付着力を大きくすることができる。次に、金属膜１０と電極物質２０との間の接触抵抗を小さくすることができる。
【００５８】
電極とは、回路内の導体に電流を流させるか、流れ出るようにする端子のことを言い、電源から電流を流す方を陽極、電流を入れる方を陰極という。
【００５９】
本実施形態での電極２０は、金属膜１０と電極物質２０を含むことができる。電極物質２０は、活物質２１、導電材２２及びバインダー２３を含むことができる。
【００６０】
電極物質２０の構造及び物性に応じて、電気二重層キャパシタの蓄電容量は異なる可能性がある。すなわち、電極物質２０の比表面積が大きく、活物質２１自体の内部抵抗が小さく、電極物質２０の密度が高ければ、電気二重層キャパシタの蓄電容量が大きい。
【００６１】
活物質２１は、有効比表面積が大きい物質が好ましい。このような活物質としては、粉末活性炭素（ＡＣＰ；Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ）、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ；Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｏｎ Ｔｕｂｅ）、グラファイト、蒸気成長炭素繊維（ＶＧＣＦ；Ｖａｐｏｒ Ｇｒｏｗｎ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ）、カーボンエアロゲル（Ｃａｒｂｏｎ ａｅｒｏｇｅｌ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ；Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ；ＰｏｌｙＶｉｎｙｌｉｄｅｎｅＦｌｕｏｒｉｄｅ）等のような高分子を炭化して製造する炭素ナノファイバー（ＣＮＦ；Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｆｉｂｅｒ）と活性炭素ナノ繊維（ＡＣＮＦ；Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｆｉｂｅｒ）等が使用されている。
【００６２】
導電材２２とは、電極物質２０に電気導電性を付与するために添加する物質をいう。導電材２２としては、カーボンブラック（ＣＢ；Ｃａｒｂｏｎ Ｂｌａｃｋ）等を使用することができる。
【００６３】
バインダー２３は、活物質２１との間の接着や金属膜１０と電極物質２０との間の結合をするために添加する物質のことをいう。
【００６４】
これらのバインダー２３には、ＣＭＣ（ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ−ｃｏ−ＨＦＰ；ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ−ｃｏ−ｈｅｘａ ｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ；ｐｏｌｙ ｔｅｔｒａ ｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）粉末やエマルジョン及びゴム系のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ；ｓｔｙｒｅｎｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）等があり、溶媒の種類に応じて選択的に使用することができる。
【００６５】
バインダー２３は、活物質２１と金属膜１０の間、または活物質２１との間の接着特性を向上させるために使用される。しかし、バインダー２３は、活物質２１である炭素材料とは異なり、絶縁体であるため、含有量が増加するほど抵抗が増加する。
【００６６】
また、バインダー２３の含有量が多すぎると、電極物質２０が脆性（ｂｒｉｔｔｌｅ）を有するようになり、作業性が低下することがある。
【００６７】
従って、バインダー２３の含有量は少ないほど好ましい。バインダーの側面から見て、バインダーを含んでいないことが電気二重層キャパシタの特性に最も有利である。
【００６８】
前述のようにデンドライト１１を金属膜１０の表面に形成して、電極物質２０と金属膜１０の間の接触面積を十分に大きくすることにより、電極物質２０にはバインダー２３を含ませないようにすることもできる。
【００６９】
電解質（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）２６は水等の溶媒に溶けてイオンに解離して電流を流す物質のことをいう。このような電解質２６は、塩が溶解されている水溶液系電解質を使用することができる。
【００７０】
たとえば、塩化ナトリウム水溶液、硫酸マグネシウム水溶液、硫酸カルシウム水溶液と、これらのうち２つ以上の混合物を含んでいるものを電解質２６として使用することができる。
【００７１】
隔離膜（ｓｅｐｅｒａｔｏｒ）３０は、第１電極６０と第２電極７０を電気的に分離する。第１電極６０と第２電極７０には、それぞれ逆極性の電圧が印加されるため、第１電極６０と第２電極７０を電気的に分離して、ショートを防止するためである。
【００７２】
このような隔離膜３０としては、ポリプロピレンやテフロン等を使用することができる
【００７３】
図３には、エネルギー貯蔵装置用電極の製造工程フロー図を示した。
【００７４】
本発明の一実施形態であるエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法は、デンドライトが形成された金属膜を準備する第１段階と、上記デンドライトが形成された金属膜に電極物質のスラリーを塗布する第２段階を含む。
【００７５】
エネルギー貯蔵装置用電極は、デンドライト１１が形成された金属膜１０上に電極物質のスラリーを塗布した後、乾燥して製造することができる。後述するが、電極物質の固体シートを別途製造した後、電極物質の固体シートを金属膜１０に付着し、エネルギー貯蔵装置用電極を製造することもできる。
【００７６】
上記金属膜は、銅またはアルミニウムで形成されることができる。
【００７７】
上記電極物質は、活物質と導電材を含むことができる。
【００７８】
すなわち、電極物質２０の構成要素としてバインダー２３が含まれず、電極物質２０が活物質２１及び導電材２２のみで構成される場合である。
【００７９】
これは、前述のように金属膜１０の表面にデンドライト１１を形成し、金属膜１０と電極物質２０の接触面積を極大化することにより、バインダー２３がなくても、金属膜１０と電極物質２０との間の粘着力と接触抵抗の性能が低下しない場合に該当する。
【００８０】
上記電極物質は、バインダーをさらに含むことができる。
【００８１】
電極物質の構成要素として、活物質２１、導電材２２及びバインダー２３を全て含んでいる場合である。ただし、この場合でも、金属膜１０の表面にデンドライト１１を形成することにより、バインダー２３の量を大幅に削減することができ、これにより金属膜１０と電極物質２０との間の付着力の向上及び低抵抗を実現することができる。
【００８２】
上記第２段階は、上記電極物質のスラリーで電極物質シートを形成する段階と、上記電極物質シートを上記デンドライトが形成された金属膜に付着する段階に代替することができる。
【００８３】
これは、電極物質２０のスラリーを使用して、電極物質のシートを別途製造し、これをデンドライト１１が形成された金属膜１０に接着剤等を使用して取り付けることが出来ることを意味する。
【００８４】
電極物質２０のシートを別途製造し、金属膜１０に付着する方法は、電極物質２０のスラリーをデンドライト１１が形成された金属膜１０上に塗布して電極６０を製造する場合よりも有利である。
【００８５】
電極物質２０のスラリーを金属膜１０に塗布し、電極６０を製造する場合は、電極物質２０のスラリーを直接扱わなければならないが、製造工程の中で電極物質２０のスラリーを直接扱うことが容易でないためである。
【００８６】
本実施形態において、金属膜１０、活物質２１、導電材２２等の各構成要素に関する事項は、前述と同様である。
【００８７】
本発明の一の実施形態であるエネルギー貯蔵装置は、対向するように離隔して配置された第１及び第２電極と、上記第１及び第２電極の間に位置し、第１及び第２電極を分離する隔離膜を含み、上記第１及び第２電極のうち少なくともいずれか一つは、一面にデンドライトが形成された金属膜と、上記金属膜の一面に接触する電極物質を含む。
【００８８】
図１を参照すると、金属膜５０と電極物質４０を併せて第２電極７０という。
【００８９】
第１電極６０と第２電極７０は、電極物質３０、４０が対向するように離隔して配置されている。第１電極６０と第２電極の間には隔離膜３０が位置しており、この隔離膜によって第１電極６０と第２電極７０が分かれている。
【００９０】
上記金属膜１０は、銅またはアルミニウムで形成されることができる。
【００９１】
上記電極物質２０は、活物質２１及び導電材２２を含むことができる。
【００９２】
上記電極物質２０は、バインダー２３を含むことができる。
【００９３】
本実施形態において、活物質、導電材、バインダー等に関する事項は、前述と同様である。
【００９４】
図４は、本実施形態において、電気二重層キャパシタの動作原理を示す概略図である。図４を参照して、電気二重層キャパシタの充電と放電過程について説明する。
【００９５】
活物質２１として活性炭２４が使用されるが、活性炭２４には、数多くの気孔２５が形成されている。上記の気孔２５には電解質２６が含浸されている。
【００９６】
まず、電極６０、７０に直流電圧をかけると（＋）で分極された電極に電解質４０の中の陰イオンが、（−）で分極された電極に電解質４０中の陽イオンが静電気的に誘導され、各電極物質２０の活物質２１に吸着されることで活物質２１と電解質４０の界面に電気二重層が形成されるようになる。
【００９７】
すなわち、微細気孔が形成されている多孔性の活性炭２４に（−）をかけると電解質２６から解離されて出てきた（＋）イオンが活性炭２４の気孔２５内に入って（＋）層を成して、活性炭２４と電解質２６との間の界面を中心にして、両方の（＋）層と（-）層の電気二重層が形成される。
【００９８】
上記のように、電気二重層キャパシタでは、活物質２１と電解質２６との間の界面で化学反応が起こるのではなく、単に物理的な反応だけが起こるだけである。この点が電気二重層キャパシタが他電池と比較して多くの利点を有することができる根源である。
【００９９】
上記方式に応じて、活物質２１の界面に電荷が蓄積される。特に、電極物質２０は、多孔性物質で構成されており、比表面積が非常に大きいため、電荷蓄積量が非常に大きい。
【０１００】
上記原理によって電気二重層には、電気エネルギーが蓄積されるが、このような過程を充電（ｃｈａｒｇｅ）という。充電が完了すると、電気二重層キャパシタには、それ以上の電流が流れなくなる。
【０１０１】
次に、キャパシタの外部に第１及び第２電極６０、７０と負荷（不図示）を接続する回路（不図示）が形成されると、活物質２１と電解質２６の界面に充電されていた電荷は導線に沿って負荷に向かって移動されるようになり、活性炭２４の気孔２５に含浸された電解質２６の中で電気二重層を形成していたイオンは気孔の外に移動するようになって電気二重層は消える。
【０１０２】
結局、電気二重層に貯蔵された電気エネルギーが消費され、負荷から他の形態のエネルギーに転換されのである。これを放電（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）という。
【０１０３】
放電時の電極物質２０は、徐々に極性を失い、活性炭２４の気孔２５に吸着されていたイオンが脱着するようになる。したがって、活性炭２４は表面の活性を再び回復するようになる。
【０１０４】
電気二重層キャパシタは、活性炭２４の表面からイオンの物理的な吸脱着原理を利用するため、出力が高くて、充放電効率が高く、半永久的である。
【０１０５】
本発明は、上述の実施形態及び添付された図面によって限定されず、添付された請求範囲によって限定される。したがって、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を超えない範囲内で該当技術分野の通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【０１０６】
１０、５０ 金属膜
１１ デンドライト
２０、４０ 電極物質
２１ 活物質
２２ 導電材
２３ バインダー
２４ 活性炭
２５ 気孔
２６ 電解質
３０ 隔離膜
６０ 第１電極
７０ 第２電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー貯蔵装置用電極の製造方法及びこれを用いたエネルギー貯蔵装置に関し、より具体的には低抵抗特性を有するエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法及びこれを用いたエネルギー貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子製品機能の高級化、電気自動車、家庭及び産業用電子機器への安定的な電力供給の為、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ、 Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）が主に使用されている。
【０００３】
電気二重層キャパシタとは固体と電解質間の界面に形成される電気二重層で発生する静電荷現象を利用し電気エネルギーを蓄積するコンデンサーである。
【０００４】
電気二重層キャパシタは、高密度エネルギーの急速充電及び放電の特性を有するため、移動通信機器やノートパソコン等を含む携帯用電子製品の補助電源または主電源として幅広く利用されている。
【０００５】
電気二重層キャパシタは、（１）過充電／過放電を起こさないため、電気回路が単純化され、製品の価格を引き下げる要因を提供し、（２）電圧から残留量把握が可能であり、（３）広範囲の耐久温度特性（−３０〜９０℃）を示し、（４）環境にやさしい材料で構成されている等、コンデンサや二次電池にはない利点を持っている。
【０００６】
電子製品の小型化傾向に応えるため、それらの製品に搭載される各種電子部品の小型化、チップ化が必須的に要求されており、チップタイプ（ｃｈｉｐ−ｔｙｐｅ）とコインタイプ（ｃｏｉｎ−ｔｙｐｅ）を含む広い応用分野で電気二重層キャパシタの使用を拡大するためには、高エネルギー密度及び低等価直列抵抗（ＥＳＲ、 Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を具現しなければならない。
【０００７】
一般的に中大型の製品の場合、高容量化を通じた低い等価直列抵抗（ＥＳＲ）の具現が可能であるが、サイズに制限がある小型製品の場合は、サイズを減らすことによって接触抵抗が増加する。従って、電極の構造及び厚さ等を変更することで容量を低下させながら低い等価直列抵抗（ＥＳＲ）を具現することが一般的である。
【０００８】
また、電極が厚い場合は、接着性を増加させるためにバインダーの量を増加させるべきであるが、そうすると抵抗が増加するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】韓国公開特許第１９９９−０００８０７０号公報
【特許文献２】韓国公開特許第２００３−００５００６６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、低抵抗を有するエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法及びこれを用いたエネルギー貯蔵装置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】
【００１１】
本発明の一実施形態として、一面にデンドライトが形成された金属膜と、上記金属膜の一面に接触する電極物質とを含むエネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１２】
また、上記金属膜は銅またはアルミニウムで形成される、エネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１３】
また、上記電極物質は活物質と導電材を含む、エネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１４】
また、上記電極物質はバインダーをさらに含む、エネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１５】
また、上記活物質は、粉末活性炭素、炭素ナノチューブ、グラファイト、蒸気成長炭素繊維、カーボンエアロゲル、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデン等の高分子を炭化し製造する炭素ナノファイバー及び活性炭素ナノ繊維で構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つのエネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１６】
また、上記導電材はカーボンブラックである、エネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１７】
また、上記バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン及びゴム系のスチレンブタジエンゴムで構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つのエネルギー貯蔵装置用電極を提供する。
【００１８】
本発明の他の実施形態で、デンドライトが形成された金属膜を準備する第１段階と、上記デンドライトが形成された金属膜に電極物質のスラリーを塗布する第２段階とを含むエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００１９】
また、上記金属膜は銅またはアルミニウムで形成される、エネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２０】
また、上記電極物質は活物質と導電材を含む、エネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２１】
また、上記電極物質はバインダーをさらに含む、エネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２２】
また、上記第２段階は、上記電極物質のスラリーで電極物質シートを形成する段階と、上記電極物質シートを上記デンドライトが形成された金属膜に付着する段階と、で代替されたエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２３】
また、上記活物質は、粉末活性炭素、炭素ナノチューブ、グラファイト、蒸気成長炭素繊維、カーボンエアロゲル、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデンのような高分子を炭化し製造する炭素ナノファイバー及び活性炭素ナノ繊維で構成されるグループの中から選ばれた一つのエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２４】
また、上記導電材はカーボンブラックである、エネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２５】
なお、上記バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン及びゴム系のスチレン・ブタジエンゴムで構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つのエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法を提供する。
【００２６】
本発明のさらに他の実施形態で、対向するように離隔して配置された第１及び第２電極と、上記第１及び第２電極の間に位置し第１及び第２電極を分離する隔離膜とを含み、上記第１及び第２電極のうち少なくともいずれか一つは一面にデンドライトが形成された金属膜及び上記金属膜の一面に接触する電極物質を含むエネルギー貯蔵装置用電極であるエネルギー貯蔵装置を提供する。
【００２７】
また、上記金属膜は銅またはアルミニウムで形成される、エネルギー貯蔵装置を提供する。
【００２８】
また、上記電極物質は活物質及び導電材を含む、エネルギー貯蔵装置を提供する。
【００２９】
また、上記電極物質はバインダーをさらに含む、エネルギー貯蔵装置を提供する。
【００３０】
また、上記の活物質は、粉末活性炭素、炭素ナノチューブ、グラファイト、蒸気成長炭素繊維、カーボンエアロゲル、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデン等の高分子を炭化し製造する炭素ナノファイバー及び活性炭素ナノ繊維で構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つのエネルギー貯蔵装置を提供する。
【００３１】
また、上記導電材はカーボンブラックである、エネルギー貯蔵装置を提供する。
【００３２】
また、上記バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン及びゴム系のスチレン・ブタジエンゴムで構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つのエネルギー貯蔵装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態である電気二重層キャパシタの構造を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態によってデンドライトが形成された金属膜の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるエネルギー貯蔵装置用電極の製造工程フロー図である。
【図４】本発明の一実施形態である電気二重層キャパシタの充電及び放電の原理を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な形に変形されることができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態に限定されるわけではない。また、本発明の実施形態は、該当業界で平均的な知識を有する者に、本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００３５】
本発明の一実施形態であるエネルギー貯蔵装置用電極は、一面にデンドライト（ｄｅｎｄｒｉｔｅ）が形成された金属膜及び上記金属膜の一面に接触する電極物質を含んでいる。
【００３６】
エネルギー貯蔵装置には、コンデンサ、二次電池、電気二重層キャパシタ等があり、エネルギー貯蔵装置用電極とは、上記エネルギー蓄積装置で電極として使用することができる電極をいう。上記エネルギー貯蔵装置の電気二重層キャパシタを例に本実施形態について説明する。
【００３７】
図１は、本発明の一実施形態である電気二重層キャパシタの構造を表した概略図である。
【００３８】
図１を参照して説明すると、電気二重層キャパシタは、主に、第１電極６０、第２電極７０及び隔離膜３０を含む。隔離膜３０によって第１電極６０と第２電極７０に分離される。
【００３９】
第１電極６０は、金属膜１０、電極物質２０を含むことができ、電極物質２０は、活物質２１、導電材２２、バインダー２３を含むことができる。
【００４０】
電気二重層キャパシタとは電極６０と電解質（不図示）の間の界面に形成される電気二重層で発生する静電荷現象を用いて電気エネルギーを蓄積するコンデンサーである。
【００４１】
上記金属膜１０と電極物質２０との間の接触状態に応じて、エネルギー貯蔵装置のＥＳＲ（Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）特性の変化が大きい。すなわち、金属膜１０と電極物質２０との間の接触面積が広いほど、ＥＳＲが小さく、エネルギー蓄積装置としてより優れた特性を発揮することができる。
【００４２】
金属膜１０は、充電時に外部電圧がコンデンサに印加される通路であり、放電時にキャパシタからの外部負荷の方に電荷が移動する通路である。
【００４３】
金属膜１０は、電極反応に関与せず電気化学的に安定し、電子伝導性に優れた金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属を使用することができる。
【００４４】
しかし、製造工程とコストを考慮すると、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）の、ホイル（ｆｏｉｌ）を使用することが望ましい。
【００４５】
金属膜１０の一面にデンドライト１１が形成されることができる。
【００４６】
図２に金属膜１０の一面にデンドライトが形成された図を示した。図２では、デンドライトが形成された金属膜の構造を分かりやすくするためにデンドライトが一定距離を置いているように誇張して表示した。
【００４７】
一般的に、金属膜１０の表面を粗くしたり、または金属膜１０の表面に凹凸を形成して金属膜１０の表面積を増加させる。金属膜１０の表面積を増加させることにより、電極２０と金属膜１０の接触面積を増加させるためである。
【００４８】
電極物質２０と金属膜１０との間の接触面積が大きいほど、電極物質２０と金属膜１０の間の接触抵抗は減少し、また、電極物質２０と金属膜１０との間の付着力も増加する。
【００４９】
本実施形態では、金属膜１０の表面にデンドライト１１を形成することにより、金属膜１０の表面積を増加させることを目的とする。
【００５０】
ここで、デンドライト（ｄｅｎｄｒｉｔｅ）とは、樹枝状の結晶をいうが、デンドライト１１は一般的に金属溶融液が凝固する過程で形成されることを容易に観察することができる。
【００５１】
溶融液の凝固過程では、先ず溶融液の中に結晶核が生じ、その結晶核が成長して大きな結晶になるが、結晶が成長する過程で成長速度の差によって結晶が枝状に成長するため、これをデンドライト（ｄｅｎｄｒｉｔｅ）という。
【００５２】
デンドライト１１は枝状の構造を有するため、金属膜１０の表面にデンドライト１１構造を形成する場合、金属膜１０の表面積を増加させることができる。これによって、金属膜１０と電極物質２０との接触面積を大きくすることができる。
【００５３】
さらには、電極物質２０の製造時に電極物質の構成要素としてバインダー２３を添加しないこともできる。
【００５４】
バインダー２３を添加する理由は、金属膜１０と電極物質２０との間の接着力を向上させるためであるが、デンドライト１１が形成され、金属膜１０の表面が枝状に絡まっていると、電極物質２０がデンドライト１１の枝の間に浸透するようになり、バインダー２３を添加していなくても、金属膜１０と電極物質２０との間の接着力を維持することができるためである。
【００５５】
また、電気的に不導体であるバインダー２３を添加しないことで、バインダー２３により誘発される抵抗成分を除去することができるので、全体的にキャパシタの抵抗を下げることができる。
【００５６】
デンドライト１１は、金属膜１０と同じ材質で形成されることができる。つまりデンドライト１１は、銅またはアルミニウムであってもよい。金属膜１０の材質と同じ金属を使用しデンドライト１１を形成すると、デンドライト１１と金属膜１０との間の連結が強固になる。
【００５７】
金属膜１０の表面にデンドライト１１を形成した後、金属膜１０と電極物質２０を接触させることで、金属膜１０と電極物質２０との間の接触面積が増加すると次のような効果を同時に得ることができる。まず、金属膜１０と電極物質２０との間の付着力を大きくすることができる。次に、金属膜１０と電極物質２０との間の接触抵抗を小さくすることができる。
【００５８】
電極とは、回路内の導体に電流を流させるか、流れ出るようにする端子のことを言い、電源から電流を流す方を陽極、電流を入れる方を陰極という。
【００５９】
本実施形態での電極２０は、金属膜１０と電極物質２０を含むことができる。電極物質２０は、活物質２１、導電材２２及びバインダー２３を含むことができる。
【００６０】
電極物質２０の構造及び物性に応じて、電気二重層キャパシタの蓄電容量は異なる可能性がある。すなわち、電極物質２０の比表面積が大きく、活物質２１自体の内部抵抗が小さく、電極物質２０の密度が高ければ、電気二重層キャパシタの蓄電容量が大きい。
【００６１】
活物質２１は、有効比表面積が大きい物質が好ましい。このような活物質としては、粉末活性炭素（ＡＣＰ；Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｐｏｗｄｅｒ）、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ；Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｏｎ Ｔｕｂｅ）、グラファイト、蒸気成長炭素繊維（ＶＧＣＦ；Ｖａｐｏｒ Ｇｒｏｗｎ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ）、カーボンエアロゲル（Ｃａｒｂｏｎ ａｅｒｏｇｅｌ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ；Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ；ＰｏｌｙＶｉｎｙｌｉｄｅｎｅＦｌｕｏｒｉｄｅ）等のような高分子を炭化して製造する炭素ナノファイバー（ＣＮＦ；Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｆｉｂｅｒ）と活性炭素ナノ繊維（ＡＣＮＦ；Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｆｉｂｅｒ）等が使用されている。
【００６２】
導電材２２とは、電極物質２０に電気導電性を付与するために添加する物質をいう。導電材２２としては、カーボンブラック（ＣＢ；Ｃａｒｂｏｎ Ｂｌａｃｋ）等を使用することができる。
【００６３】
バインダー２３は、活物質２１との間の接着や金属膜１０と電極物質２０との間の結合をするために添加する物質のことをいう。
【００６４】
これらのバインダー２３には、ＣＭＣ（ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ−ｃｏ−ＨＦＰ；ｐｏｌｙ ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ−ｃｏ−ｈｅｘａ ｆｌｕｏｒｏｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ；ｐｏｌｙ ｔｅｔｒａ ｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）粉末やエマルジョン及びゴム系のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ；ｓｔｙｒｅｎｅ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）等があり、溶媒の種類に応じて選択的に使用することができる。
【００６５】
バインダー２３は、活物質２１と金属膜１０の間、または活物質２１との間の接着特性を向上させるために使用される。しかし、バインダー２３は、活物質２１である炭素材料とは異なり、絶縁体であるため、含有量が増加するほど抵抗が増加する。
【００６６】
また、バインダー２３の含有量が多すぎると、電極物質２０が脆性（ｂｒｉｔｔｌｅ）を有するようになり、作業性が低下することがある。
【００６７】
従って、バインダー２３の含有量は少ないほど好ましい。バインダーの側面から見て、バインダーを含んでいないことが電気二重層キャパシタの特性に最も有利である。
【００６８】
前述のようにデンドライト１１を金属膜１０の表面に形成して、電極物質２０と金属膜１０の間の接触面積を十分に大きくすることにより、電極物質２０にはバインダー２３を含ませないようにすることもできる。
【００６９】
電解質（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）２６は水等の溶媒に溶けてイオンに解離して電流を流す物質のことをいう。このような電解質２６は、塩が溶解されている水溶液系電解質を使用することができる。
【００７０】
たとえば、塩化ナトリウム水溶液、硫酸マグネシウム水溶液、硫酸カルシウム水溶液と、これらのうち２つ以上の混合物を含んでいるものを電解質２６として使用することができる。
【００７１】
隔離膜（ｓｅｐｅｒａｔｏｒ）３０は、第１電極６０と第２電極７０を電気的に分離する。第１電極６０と第２電極７０には、それぞれ逆極性の電圧が印加されるため、第１電極６０と第２電極７０を電気的に分離して、ショートを防止するためである。
【００７２】
このような隔離膜３０としては、ポリプロピレンやテフロン等を使用することができる
【００７３】
図３には、エネルギー貯蔵装置用電極の製造工程フロー図を示した。
【００７４】
本発明の一実施形態であるエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法は、デンドライトが形成された金属膜を準備する第１段階と、上記デンドライトが形成された金属膜に電極物質のスラリーを塗布する第２段階を含む。
【００７５】
エネルギー貯蔵装置用電極は、デンドライト１１が形成された金属膜１０上に電極物質のスラリーを塗布した後、乾燥して製造することができる。後述するが、電極物質の固体シートを別途製造した後、電極物質の固体シートを金属膜１０に付着し、エネルギー貯蔵装置用電極を製造することもできる。
【００７６】
上記金属膜は、銅またはアルミニウムで形成されることができる。
【００７７】
上記電極物質は、活物質と導電材を含むことができる。
【００７８】
すなわち、電極物質２０の構成要素としてバインダー２３が含まれず、電極物質２０が活物質２１及び導電材２２のみで構成される場合である。
【００７９】
これは、前述のように金属膜１０の表面にデンドライト１１を形成し、金属膜１０と電極物質２０の接触面積を極大化することにより、バインダー２３がなくても、金属膜１０と電極物質２０との間の粘着力と接触抵抗の性能が低下しない場合に該当する。
【００８０】
上記電極物質は、バインダーをさらに含むことができる。
【００８１】
電極物質の構成要素として、活物質２１、導電材２２及びバインダー２３を全て含んでいる場合である。ただし、この場合でも、金属膜１０の表面にデンドライト１１を形成することにより、バインダー２３の量を大幅に削減することができ、これにより金属膜１０と電極物質２０との間の付着力の向上及び低抵抗を実現することができる。
【００８２】
上記第２段階は、上記電極物質のスラリーで電極物質シートを形成する段階と、上記電極物質シートを上記デンドライトが形成された金属膜に付着する段階に代替することができる。
【００８３】
これは、電極物質２０のスラリーを使用して、電極物質のシートを別途製造し、これをデンドライト１１が形成された金属膜１０に接着剤等を使用して取り付けることが出来ることを意味する。
【００８４】
電極物質２０のシートを別途製造し、金属膜１０に付着する方法は、電極物質２０のスラリーをデンドライト１１が形成された金属膜１０上に塗布して電極６０を製造する場合よりも有利である。
【００８５】
電極物質２０のスラリーを金属膜１０に塗布し、電極６０を製造する場合は、電極物質２０のスラリーを直接扱わなければならないが、製造工程の中で電極物質２０のスラリーを直接扱うことが容易でないためである。
【００８６】
本実施形態において、金属膜１０、活物質２１、導電材２２等の各構成要素に関する事項は、前述と同様である。
【００８７】
本発明の一の実施形態であるエネルギー貯蔵装置は、対向するように離隔して配置された第１及び第２電極と、上記第１及び第２電極の間に位置し、第１及び第２電極を分離する隔離膜を含み、上記第１及び第２電極のうち少なくともいずれか一つは、一面にデンドライトが形成された金属膜と、上記金属膜の一面に接触する電極物質を含む。
【００８８】
図１を参照すると、金属膜５０と電極物質４０を併せて第２電極７０という。
【００８９】
第１電極６０と第２電極７０は、電極物質３０、４０が対向するように離隔して配置されている。第１電極６０と第２電極の間には隔離膜３０が位置しており、この隔離膜によって第１電極６０と第２電極７０が分かれている。
【００９０】
上記金属膜１０は、銅またはアルミニウムで形成されることができる。
【００９１】
上記電極物質２０は、活物質２１及び導電材２２を含むことができる。
【００９２】
上記電極物質２０は、バインダー２３を含むことができる。
【００９３】
本実施形態において、活物質、導電材、バインダー等に関する事項は、前述と同様である。
【００９４】
図４は、本実施形態において、電気二重層キャパシタの動作原理を示す概略図である。図４を参照して、電気二重層キャパシタの充電と放電過程について説明する。
【００９５】
活物質２１として活性炭２４が使用されるが、活性炭２４には、数多くの気孔２５が形成されている。上記の気孔２５には電解質２６が含浸されている。
【００９６】
まず、電極６０、７０に直流電圧をかけると（＋）で分極された電極に電解質４０の中の陰イオンが、（−）で分極された電極に電解質４０中の陽イオンが静電気的に誘導され、各電極物質２０の活物質２１に吸着されることで活物質２１と電解質４０の界面に電気二重層が形成されるようになる。
【００９７】
すなわち、微細気孔が形成されている多孔性の活性炭２４に（−）をかけると電解質２６から解離されて出てきた（＋）イオンが活性炭２４の気孔２５内に入って（＋）層を成して、活性炭２４と電解質２６との間の界面を中心にして、両方の（＋）層と（-）層の電気二重層が形成される。
【００９８】
上記のように、電気二重層キャパシタでは、活物質２１と電解質２６との間の界面で化学反応が起こるのではなく、単に物理的な反応だけが起こるだけである。この点が電気二重層キャパシタが他電池と比較して多くの利点を有することができる根源である。
【００９９】
上記方式に応じて、活物質２１の界面に電荷が蓄積される。特に、電極物質２０は、多孔性物質で構成されており、比表面積が非常に大きいため、電荷蓄積量が非常に大きい。
【０１００】
上記原理によって電気二重層には、電気エネルギーが蓄積されるが、このような過程を充電（ｃｈａｒｇｅ）という。充電が完了すると、電気二重層キャパシタには、それ以上の電流が流れなくなる。
【０１０１】
次に、キャパシタの外部に第１及び第２電極６０、７０と負荷（不図示）を接続する回路（不図示）が形成されると、活物質２１と電解質２６の界面に充電されていた電荷は導線に沿って負荷に向かって移動されるようになり、活性炭２４の気孔２５に含浸された電解質２６の中で電気二重層を形成していたイオンは気孔の外に移動するようになって電気二重層は消える。
【０１０２】
結局、電気二重層に貯蔵された電気エネルギーが消費され、負荷から他の形態のエネルギーに転換されのである。これを放電（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）という。
【０１０３】
放電時の電極物質２０は、徐々に極性を失い、活性炭２４の気孔２５に吸着されていたイオンが脱着するようになる。したがって、活性炭２４は表面の活性を再び回復するようになる。
【０１０４】
電気二重層キャパシタは、活性炭２４の表面からイオンの物理的な吸脱着原理を利用するため、出力が高くて、充放電効率が高く、半永久的である。
【０１０５】
本発明は、上述の実施形態及び添付された図面によって限定されず、添付された請求範囲によって限定される。したがって、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を超えない範囲内で該当技術分野の通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属する。
【符号の説明】
【０１０６】
１０、５０ 金属膜
１１ デンドライト
２０、４０ 電極物質
２１ 活物質
２２ 導電材
２３ バインダー
２４ 活性炭
２５ 気孔
２６ 電解質
３０ 隔離膜
６０ 第１電極
７０ 第２電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面にデンドライトが形成された金属膜と、
前記金属膜の一面に接触する電極物質と、
を含むエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項２】
前記金属膜は銅またはアルミニウムで形成される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項３】
前記電極物質は、活物質と導電材を含むことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項４】
前記電極材料は、バインダーを含むことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項５】
前記活物質は、粉末活性炭素、炭素ナノチューブ、グラファイト、蒸気成長炭素繊維、カーボンエアロゲル、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデン等の高分子を炭化し製造する炭素ナノファイバー及び活性炭素ナノ繊維で構成されるグループの中から選ばれた一つ以上の物質で形成される、請求項３に記載のエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項６】
前記導電材はカーボンブラックである、請求項３に記載のエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項７】
前記バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン及びゴム系のスチレンブタジエンゴムで構成されるグループの中から選ばれた一つ以上の物質で形成される、請求項４に記載のエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項８】
前記デンドライトが形成された金属膜を準備する第１段階と、
前記のデンドライトが形成された金属膜の電極物質スラリーを塗布する第２段階と、
を含むエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項９】
前記金属膜は銅またはアルミニウムで形成される、請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１０】
前記電極材料は活物質と導電材を含むことを特徴とする請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１１】
前記電極物質は活物質と導電材を含むことを特徴とする請求項１０に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１２】
前記第２段階は、
前記電極物質のスラリーで電極物質シートを形成する段階と、
前記電極物質シートを前記デンドライトが形成された金属膜に付着する段階と、
で代替された請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１３】
前記活物質は、粉末活性炭素、炭素ナノチューブ、グラファイト、蒸気成長炭素繊維、カーボンエアロゲル、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデン等の高分子を炭化し製造する炭素ナノファイバー及び活性炭素ナノ繊維で構成されるグループの中から選ばれた一つ以上の物質で形成される請求項１０に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１４】
前記導電材はカーボンブラックである、請求項１０に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１５】
前記バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン及びゴム系のスチレンブタジエンゴムで構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つ以上の物質で形成される、請求項１１に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１６】
互いが対向するように離隔して配置された第１及び第２電極と、
前記第１及び第２電極の間に位置し、第１及び第２電極を分離する隔離膜と、
を含み、
前記第１及び第２電極のうち少なくともいずれか一つは、一面にデンドライトが形成された金属膜及び上記金属膜の一面に接触する電極物質を含む電極であるエネルギー貯蔵装置。
【請求項１７】
前記金属膜は銅またはアルミニウムで形成された、請求項１６に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１８】
前記電極物質は活物質及び導電材を含むことを特徴とする請求項１６に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１９】
前記電極物質はバインダーをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項２０】
前記の活物質は、粉末活性炭素、炭素ナノチューブ、グラファイト、蒸気成長炭素繊維、カーボンエアロゲル、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデン等の高分子を炭化し製造する炭素ナノファイバー及び活性炭素ナノ繊維で構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つ以上の物質で形成される、請求項１８に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項２１】
前記導電材はカーボンブラックである、請求項１８に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項２２】
前記バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン及びゴム系のスチレンブタジエンゴムで構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つ以上の物質で形成される、請求項１９に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１】
一面にデンドライトが形成された金属膜と、
前記金属膜の一面に接触する電極物質と、
を含むエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項２】
前記金属膜は銅またはアルミニウムで形成される、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項３】
前記電極物質は、活物質と導電材を含むことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項４】
前記電極材料は、バインダーを含むことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項５】
前記活物質は、粉末活性炭素、炭素ナノチューブ、グラファイト、蒸気成長炭素繊維、カーボンエアロゲル、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデン等の高分子を炭化し製造する炭素ナノファイバー及び活性炭素ナノ繊維で構成されるグループの中から選ばれた一つ以上の物質で形成される、請求項３に記載のエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項６】
前記導電材はカーボンブラックである、請求項３に記載のエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項７】
前記バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン及びゴム系のスチレンブタジエンゴムで構成されるグループの中から選ばれた一つ以上の物質で形成される、請求項４に記載のエネルギー貯蔵装置用電極。
【請求項８】
前記デンドライトが形成された金属膜を準備する第１段階と、
前記のデンドライトが形成された金属膜の電極物質スラリーを塗布する第２段階と、
を含むエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項９】
前記金属膜は銅またはアルミニウムで形成される、請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１０】
前記電極材料は活物質と導電材を含むことを特徴とする請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１１】
前記電極物質は活物質と導電材を含むことを特徴とする請求項１０に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１２】
前記第２段階は、
前記電極物質のスラリーで電極物質シートを形成する段階と、
前記電極物質シートを前記デンドライトが形成された金属膜に付着する段階と、
で代替された請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１３】
前記活物質は、粉末活性炭素、炭素ナノチューブ、グラファイト、蒸気成長炭素繊維、カーボンエアロゲル、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデン等の高分子を炭化し製造する炭素ナノファイバー及び活性炭素ナノ繊維で構成されるグループの中から選ばれた一つ以上の物質で形成される請求項１０に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１４】
前記導電材はカーボンブラックである、請求項１０に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１５】
前記バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン及びゴム系のスチレンブタジエンゴムで構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つ以上の物質で形成される、請求項１１に記載のエネルギー貯蔵装置用電極の製造方法。
【請求項１６】
互いが対向するように離隔して配置された第１及び第２電極と、
前記第１及び第２電極の間に位置し、第１及び第２電極を分離する隔離膜と、
を含み、
前記第１及び第２電極のうち少なくともいずれか一つは、一面にデンドライトが形成された金属膜及び上記金属膜の一面に接触する電極物質を含む電極であるエネルギー貯蔵装置。
【請求項１７】
前記金属膜は銅またはアルミニウムで形成された、請求項１６に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１８】
前記電極物質は活物質及び導電材を含むことを特徴とする請求項１６に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１９】
前記電極物質はバインダーをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項２０】
前記の活物質は、粉末活性炭素、炭素ナノチューブ、グラファイト、蒸気成長炭素繊維、カーボンエアロゲル、ポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデン等の高分子を炭化し製造する炭素ナノファイバー及び活性炭素ナノ繊維で構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つ以上の物質で形成される、請求項１８に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項２１】
前記導電材はカーボンブラックである、請求項１８に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項２２】
前記バインダーは、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン系、フッ素系ポリテトラフルオロエチレン及びゴム系のスチレンブタジエンゴムで構成されるグループの中から選ばれたいずれか一つ以上の物質で形成される、請求項１９に記載のエネルギー貯蔵装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１２９４９０（Ｐ２０１２−１２９４９０Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０３４３５（Ｐ２０１１−１０３４３５）
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．テフロン
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
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