ハイブリッドキャパシタ
【課題】本発明は、ハイブリッドキャパシタに関する。
【解決手段】活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体と、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体と、を含んで構成され、ＬＩＣの特性とＥＤＬＣの特性とを一つのセルに具現することにより、エネルギー密度の向上とともに出力特性も改善できる。
【解決手段】活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体と、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体と、を含んで構成され、ＬＩＣの特性とＥＤＬＣの特性とを一つのセルに具現することにより、エネルギー密度の向上とともに出力特性も改善できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドキャパシタに関し、より詳細には、リチウムイオンキャパシタと電気二重層キャパシタとの複合構造を単一のセル内に具現することにより、製造効率を向上させ、エネルギー密度及びパワー密度の特性を向上させたハイブリッドキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などの二次電池は高いエネルギー密度を有する代表的なエネルギー貯蔵装置であり、最近最も脚光を浴びており、各種モバイル電子機器の重要なエネルギー貯蔵装置として活用されている。
【０００３】
一方、次世代エネルギー貯蔵装置のうちウルトラキャパシタ、またはスーパーキャパシタと称される装置は、速い充放電速度、高い安定性、及び環境に優しい特性により、次世代エネルギー貯蔵装置として脚光を浴びている。
【０００４】
二次電池はエネルギー密度が高いという長所を有するが、出力特性に制限があるという欠点があり、スーパーキャパシタは出力特性が二次電池より優れるが、エネルギー密度が低いという欠点がある。
【０００５】
スーパーキャパシタの場合、上記のような欠点を解消するためにリチウムプレドーピング（Ｌｉ Ｐｒｅ−ｄｏｐｉｎｇ）技術が提案されており、このような技術を利用して従来の電気二重層キャパシタのエネルギー密度を３〜４倍程度向上させたリチウムイオンキャパシタ（Ｌｉ Ｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ＬＩＣ）を商用化し始めた。
【０００６】
ここで、スーパーキャパシタの種類について簡単に説明すると、一般的なスーパーキャパシタは、電極構造体（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、分離膜（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、及び電解液（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）などで構成される。前記スーパーキャパシタは、前記電極構造体に電力を与え、電解液内のキャリアイオンを選択的に前記電極に吸着させる電気化学的反応メカニズムを原理として駆動される。現在、代表的なスーパーキャパシタとして、リチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＬＩＣ）、電気二重層キャパシタ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＥＤＬＣ）、擬似キャパシタ（ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ）、及びハイブリッドキャパシタ（ｈｙｂｒｉｄ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）などが挙げられる。
【０００７】
前記リチウムイオンキャパシタは活性炭素からなる正極と黒鉛からなる負極とを用いて、リチウムイオンをキャリアイオンとするスーパーキャパシタである。前記電気二重層キャパシタは活性炭素（ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ）からなる電極を用いて、電気二重層電荷吸着（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ ｃｈａｒｇｉｎｇ）を反応メカニズムとするスーパーキャパシタである。前記擬似キャパシタは遷移金属酸化物（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）または伝導性高分子（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）を電極として用いて、擬似容量（ｐｓｅｕｄｏ−ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を反応メカニズムとするスーパーキャパシタである。また、前記ハイブリッドキャパシタは前記電気二重層キャパシタと擬似キャパシタの中間的な特性を有するスーパーキャパシタである。
【０００８】
しかしながら、上記のようなエネルギー貯蔵装置は二次電池に比べ、相対的に低い容量を有する。これは、上述したスーパーキャパシタが殆ど電極と電解液との界面間のキャリアイオンの移動と電極表面での化学反応を利用した充放電メカニズムで駆動されるためである。これにより、現在、スーパーキャパシタのようなエネルギー貯蔵装置において、相対的に低い容量を改善するための技術開発が求められている。
【０００９】
一方、上述のリチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）とリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）は、両方とも負極として炭素素材である黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）を主に用いており、特に、ＬＩＣの場合、エネルギー密度を増加させるために０．１Ｖ以下の電位を有するようにリチウム化（ｌｉｔｈｉａｔｉｏｎ）された負極を用いている。ここで、負極をリチウム化する方法は様々であるが、リチウム塩（Ｌｉ ｓａｌｔｓ）が含まれているエチレンカーボネート（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＥＣ）ベースの電解液に浸漬させる方法を主に用いている。この際、黒鉛表面では固体電解質インターフェース（Ｓｏｌｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ＳＥＩ）フィルムが形成されるが、このＳＥＩフィルムを通じてリチウムイオンを通過させて溶媒分子とともに共インターカレーション（ｃｏ−ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）され、黒鉛の層を剥離させる副作用を抑制するようになるため、ＳＥＩフィルムはＬＩＣ、ＬＩＢの特性に重要な影響を与える因子であると知られている。
【００１０】
しかし、初期にＳＥＩフィルムが形成されるため、不可逆容量が大きい黒鉛の初期充放電効率及び容量減少が不可避であるという欠点がある。また、低温特性が良好なプロピレンカーボネート（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ）ベースの電解液ではＳＥＩフィルムが形成されず、むしろガスを発生させる問題点があるため、ＬＩＣがＥＤＬＣに比べて低温特性も悪くなると知られている。また、このような負極へのリチウムドーピング工程において、均一なドーピングが困難であり、長時間がかかり、性能が不安定であるため、実用化に限界があるのが実情である。さらに、ＬＩＣはＥＤＬＣに比べ、負極の非分極特性によって根本的にパワー特性が低くなるという欠点が存在した。
【００１１】
一方、二次電池の欠点を補完するために既存のリチウムイオンポリマー電池にＥＤＬＣをシステム的に結合する技術に関する研究及び開発が行われており、その結果物として、瞬間出力を高めることができ、エネルギー密度も向上された複合型電池が提案されたが、回路上かつ製造工程上、構造が複雑であり、設置空間が増加されて、電池の小型化傾向に逆行するものであるという問題点があった。
【００１２】
以上のようなそれぞれの問題点を根本的に解決できる技術開発の必要性はますます高まっている実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−３５１６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、出力及び容量を向上させたハイブリッドキャパシタを提供することにある。
また、本発明が解決しようとする課題は、一つのセルに、相対的に高い容量を具現する電極構造と相対的に高い出力を具現する電極構造とを備え、前記構造による複合的な反応メカニズムを利用して、従来のＬＩＣとＥＤＬＣの長所のみを取って組み合わせることができるハイブリッドキャパシタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記のような目的を果たすために導き出された本発明は、正極、負極、分離膜及び電解液を備えるキャパシタであって、活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体と、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体と、を含むことができる。
【００１６】
また、活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体の両側に、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体がそれぞれ配置されることができる。
【００１７】
また、前記正極と負極との間に分離膜が備えられることもできる。
【００１８】
また、前記第１構造体と第２構造体との間に分離膜が備えられることもできる。
【００１９】
この際、前記正極は、導電剤、活性炭及び結着剤が集電体の両面に結合されてなることが好ましい。
【００２０】
また、前記集電体は、アルミニウム箔（Ａｌ Ｆｏｉｌ）であることが好ましい。
【００２１】
また、前記負極は、集電体の両面にリチウム金属層が備えられてなることが好ましい。
【００２２】
また、前記集電体は、銅箔（Ｃｕ Ｆｏｉｌ）であることが好ましい。
【００２３】
また、前記リチウム金属層の外部面にリチウムニトリド（Ｌｉ３Ｎ）層がさらに備えられることが好ましい。
【００２４】
また、前記第２構造体は、集電体の両面に、導電剤５〜１０ｗｔ％、活性炭８０〜９０ｗｔ％、結着剤５〜１０ｗｔ％を含む物質が結合されてなることが好ましい。
【００２５】
一方、前記電解液としてはリチウム塩と非リチウム塩とが混合されたものを用いることが好ましい。
【００２６】
一方、本発明によるハイブリッドキャパシタは、集電体の両面に形成されたリチウム層を含む第１電極と、アルミニウム箔の両面に形成された活性炭層を含む第２電極と、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第３電極と、を含み、第３電極−第１電極−第２電極−第３電極の順に配置されてなることもできる。
【００２７】
この際、前記最外側に配置される二つの第３電極の間には、第１電極−第２電極の組合せが少なくとも二つ以上配置されてなることが好ましい。
【００２８】
また、前記電極の間に分離膜が備えられることができる。
【００２９】
また、前記第１電極は、集電体の両面にリチウム金属層が備えられてなることができる。
【００３０】
この際、前記集電体は、銅箔（Ｃｕ Ｆｏｉｌ）であることが好ましい。
【００３１】
また、前記リチウム金属層の外部面にリチウムニトリド（Ｌｉ３Ｎ）層がさらに備えられることが好ましい。
【００３２】
また、前記第２電極は、導電剤、活性炭及び結着剤がアルミニウム箔の両面に結合されてなることができる。
【００３３】
一方、前記第３電極は、集電体の両面に、導電剤５〜１０ｗｔ％、活性炭８０〜９０ｗｔ％、結着剤５〜１０ｗｔ％を含む物質が結合されてなることが好ましい。
【００３４】
また、前記電解液としてはリチウム塩と非リチウム塩とが混合されたものを用いることが好ましい。
【００３５】
この際、前記リチウム塩は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３から選ばれる少なくとも一つの物質であることができる。
【００３６】
また、前記非リチウム塩は、ＴＥＡＢＦ４、ＴＥＭＡＢＦ４、ＳＢＰＢＦ４、ＥＭＩＢＦ４、ＤＥＭＥＢＦ４から選ばれる少なくとも一つの物質であることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によるハイブリッドキャパシタは、ＬＩＣの特性とＥＤＬＣの特性とを一つのセルに具現することにより、エネルギー密度の向上とともに出力特性も改善できるという有用な効果を提供する。
【００３８】
また、従来のＬＩＣに存在していたリチウムプレドーピングによる工程効率の低下とコスト上昇及び信頼性確保の限界などの問題を解決できるだけでなく、負極でのリチウムイオンの持続的な成長によるショートの問題を解決できるという有用な効果を提供する。
【００３９】
また、導電剤の含量を高め、厚さを減少させた電極を備えることにより、セル全体の抵抗を減少させるとともに、出力特性を向上させることができるだけでなく、ハイブリッドキャパシタ内の電極の数を必要に応じて加減することにより、必要なエネルギー密度を容易に設定できるという有用な効果を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態によるハイブリッドキャパシタを概略的に例示した図面である。
【図２】本発明の他の実施形態によるハイブリッドキャパシタを概略的に例示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを果たす技術などは、添付図面とともに詳細に後述される実施形態を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されず、相異なる多様な形態で具現されることができる。本実施形態は、本発明の開示が完全になるようにするとともに、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に伝達するために提供されることができる。明細書全体において、同一参照符号は同一構成要素を示す。
【００４２】
本明細書で用いられる用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。本明細書において、単数形は文章で特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された構成要素、段階、動作及び／または素子は一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／または素子の存在または追加を排除しない。
【００４３】
以下、添付された図面を参照して、本発明によるエネルギー貯蔵装置について詳細に説明する。
【００４４】
図１は本発明の一実施形態によるハイブリッドキャパシタを概略的に例示した図面である。
【００４５】
図１を参照すると、本発明によるハイブリッドキャパシタは、活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体と、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体と、を含んで構成される。
【００４６】
図１のように構成される場合、負極と正極及び負極と第２構造体の間でＬＩＣと同様のメカニズムで充放電過程が行われることができる。
【００４７】
また、図示していないが、活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体の両側に、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体がそれぞれ配置されて構成されることもできる。この際、負極と正極及び負極と第２構造体の間でＬＩＣと同様のメカニズム、正極と第２構造体の間でＥＤＬＣと同様のメカニズムで充放電過程が行われることができる。
【００４８】
この際、前記正極と負極との間、及び/または第１構造体と第２構造体との間に分離膜が備えられることもできる。
【００４９】
前記正極は、導電剤、活性炭及び結着剤（バインダ；Ｂｉｎｄｅｒ）が集電体の両面に結合されてなることができ、特に、前記集電体はアルミニウム箔（Ａｌ Ｆｏｉｌ）であることが好ましい。
【００５０】
一方、前記負極は、従来の一般的なＬＩＣと同様に、主に黒鉛で構成され、リチウムでプレドーピングされた後用いられることができる。
【００５１】
しかし、本発明の他の実施形態では、従来のＬＩＣでのリチウム電極の成長によるショートの発生可能性を低めるために、前記負極にリチウム金属層を備えるようにし、この際、前記集電体としては銅箔（Ｃｕ Ｆｏｉｌ）を用いた。
【００５２】
また、前記リチウム金属層の外部面にリチウムニトリド（Ｌｉ３Ｎ）層がさらに備えられることが好ましい。
【００５３】
前記リチウムニトリドは遷移金属ドーピングの窒化リチウムとも称され、リチウムイオンの空孔数と遷移金属の置換程度を調節できる技術が開発されて応用可能性が拡大している。リチウムニトリドは優れた充電用電池の負極素材であり、この素材の電子伝導度及びイオン伝導度は内部構造に存在する空孔数によって決まるため、前記空孔数と遷移金属の置換程度を調節できる技術の開発により、相当な波及効果が期待される。
【００５４】
理論上、原子リチウムは電気容量が大きく、酸化還元特性に優れるため、最適の負極素材として認識されてきた。しかし、原子リチウムは分解されやすいため構造的安定性が低いという問題点を有しており、これを補完するために、リチウムドーピング黒鉛が開発された。
【００５５】
リチウムニトリドは構造的安定性が高く、電気容量が大きいため、前記リチウムドーピング黒鉛に代替可能な、もっとも有力な物質の一つとして挙げられる。純リチウムニトリドはイオン伝導性に優れるが、電気伝導性が非常に低いため、特定遷移金属をドープすることにより電気伝導性を向上させることが好ましい。
【００５６】
リチウムニトリドはリチウムと窒素が共存する層の間にリチウム層（Ｌｉｔｈｉｕｍ−ｏｎｌｙ ｌａｙｅｒ）が介在されている独特の層状構造を示すが、前記リチウム層でのみ遷移金属の置換が選択的に発生するということが明らかになっており、リチウム層を構成するリチウムイオンが遷移金属に置換されると、リチウム−窒素層を構成するリチウムイオンが除去されることにより空孔が発生する。
【００５７】
リチウムニトリドのイオンの伝導はリチウムイオンが空孔に移動する過程を通じて表れるため、空孔の数が増えるほど伝導性が増加するようになる。遷移金属ドーピングのリチウムニトリド合成反応の温度と時間を調節するとリチウムイオン空孔数と置換された領域を調節することができ、遷移金属の量を固定して反応温度を高くするとリチウムイオン空孔が増加する。これは、合成過程で反応温度や時間を調節することにより、ドープされたリチウムニトリドの電気伝導度及びイオン伝導度を調節することができるということを意味する。
【００５８】
上記のようなリチウムニトリドの特性により、従来のリチウムドーピング黒鉛の代わりにハイブリッドキャパシタの負極材料としてリチウムニトリドが用いられることができ、本発明はリチウムニトリドを採用することにより従来のリチウム電極の成長によるショート問題を解決できるようにしたものである。さらに、従来のリチウムドーピング黒鉛を具現するために必ず行われていたリチウムプレドーピング工程の非効率性及び信頼性の限界などによる問題を解決できるようになる。
【００５９】
一方、前記第２構造体は、集電体の両面に、導電剤５〜１０ｗｔ％、活性炭８０〜９０ｗｔ％、結着剤５〜１０ｗｔ％からなる物質が結合されてなることが好ましい。
【００６０】
前記第２構造体は、セル内でエネルギー密度の上昇及び出力特性の改善という二つの役割を遂行することができる。しかし、本発明の一実施形態によるハイブリッドキャパシタでは、エネルギー密度の上昇という目的は主にリチウム金属層やリチウムニトリドによって果たし、出力特性は活性炭を含む電極によって果たすようにする一方、前記第２構造体を導入することによりセル全体の抵抗を減少させ、電極間の物理化学的メカニズムによって発生する電気エネルギーの貯蔵と放出過程が効率的に行われるようにした。
【００６１】
従って、前記第２構造体は、一般的な活性炭電極に比べ、導電性物質の含量を高めて厚さを減少させて形成することにより、セル全体の抵抗を減少させる目的を果たすことができるようになる。
【００６２】
一方、前記電解液としては、リチウム塩と非リチウム塩とが混合されたものを用いることが好ましい。
【００６３】
具体的には、スーパーキャパシタや二次電池用非水系溶媒にＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３などのリチウム塩とＴＥＡＢＦ４、ＴＥＭＡＢＦ４、ＳＢＰＢＦ４、ＥＭＩＢＦ４、ＤＥＭＥＢＦ４などのＥＤＬＣ用塩を互いに一つ以上混合することにより、リチウムイオンのインターカレーション／デインターカレーション（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ／ｄｅｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）効果の他に、他の構成イオンの吸着及び脱着による容量増大の効果を極大化し、既存の単一リチウム塩電解液に比べて相対的に加水分解によるＨＦの生成量が少ないため、スーパーキャパシタの寿命を延長させることができる。
【００６４】
リチウム塩はイオン伝導度がもっとも高いため、リチウム塩として現在もっとも多く用いられているＬｉＰＦ６を三つのＥＤＬＣ用非リチウム塩それぞれと混合し、これらの容量を測定した。その結果、三つの混合物全てが単一塩より高い容量を示した。
【００６５】
図２は本発明の他の実施形態によるハイブリッドキャパシタを概略的に例示した図面である。
【００６６】
本発明によるハイブリッドキャパシタは、集電体の両面に形成されたリチウム層を含む第１電極と、アルミニウム箔の両面に形成された活性炭層を含む第２電極と、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第３電極と、を含み、第３電極−第１電極−第２電極−第３電極の順に配置されてなることができる。
【００６７】
この際、前記最外側に配置される二つの第３電極の間には、第１電極−第２電極の組合せが少なくとも二つ以上配置されるようにすることにより、セルのエネルギー密度を向上させることができ、第１電極及び第２電極の数によってセルのエネルギー密度を簡単に調節できるようになる。この際、前記電極の間に分離膜が備えられることができる。
【００６８】
また、前記第１電極は集電体の両面にリチウム金属層が備えられてなることができ、この際、前記集電体は銅箔（Ｃｕ Ｆｏｉｌ）であることが好ましい。
【００６９】
また、前記リチウム金属層の外部面にリチウムニトリド（Ｌｉ３Ｎ）層がさらに備えられることが好ましく、その理由は上述した説明と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００７０】
上記のように構成された本発明によるハイブリッドキャパシタは、第１電極と第２電極及び第１電極と第３電極の間でＬＩＣと同様のメカニズムによって充放電過程が行われ、第２電極と第３電極との間では従来のＥＤＬＣと同様のメカニズムによって充放電過程が行われる。ＬＩＣとＥＤＬＣの反応メカニズムは既に公知された技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００７１】
一方、上述の第１構造体の負極は第１電極と、正極は第２電極と対応することができ、第２構造体は第３電極と対応することができる。
【００７２】
以上のような構成及び作動原理により、ＬＩＣとＥＤＬＣの長所のみを取って組み合わせた新しいハイブリッドキャパシタが具現されることができる。
【００７３】
以上の詳細な説明は本発明を例示するものである。また、上述の内容は本発明の好ましい実施形態を示して説明するものに過ぎず、本発明は多様な他の組合、変更及び環境で用いることができる。即ち、本明細書に開示された発明の概念の範囲、上述の開示内容と均等な範囲及び／または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。上述の実施形態は本発明を実施するにおいて最善の状態を説明するためのものであり、本発明のような他の発明を用いるにおいて当業界に公知された他の状態での実施、そして発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。従って、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付された請求範囲は他の実施状態も含むと解釈されるべきであろう。
【符号の説明】
【００７４】
１００ 第１構造体
２００ 第２構造体（または第３電極）
１０ 負極（または第１電極）
１１、１５ リチウムニトリド層
１２、１４ リチウム金属層
１３ 集電体
２０ 正極（または第２電極）
２１ 活性炭
２２ 集電体
３０ 分離膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドキャパシタに関し、より詳細には、リチウムイオンキャパシタと電気二重層キャパシタとの複合構造を単一のセル内に具現することにより、製造効率を向上させ、エネルギー密度及びパワー密度の特性を向上させたハイブリッドキャパシタに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などの二次電池は高いエネルギー密度を有する代表的なエネルギー貯蔵装置であり、最近最も脚光を浴びており、各種モバイル電子機器の重要なエネルギー貯蔵装置として活用されている。
【０００３】
一方、次世代エネルギー貯蔵装置のうちウルトラキャパシタ、またはスーパーキャパシタと称される装置は、速い充放電速度、高い安定性、及び環境に優しい特性により、次世代エネルギー貯蔵装置として脚光を浴びている。
【０００４】
二次電池はエネルギー密度が高いという長所を有するが、出力特性に制限があるという欠点があり、スーパーキャパシタは出力特性が二次電池より優れるが、エネルギー密度が低いという欠点がある。
【０００５】
スーパーキャパシタの場合、上記のような欠点を解消するためにリチウムプレドーピング（Ｌｉ Ｐｒｅ−ｄｏｐｉｎｇ）技術が提案されており、このような技術を利用して従来の電気二重層キャパシタのエネルギー密度を３〜４倍程度向上させたリチウムイオンキャパシタ（Ｌｉ Ｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ＬＩＣ）を商用化し始めた。
【０００６】
ここで、スーパーキャパシタの種類について簡単に説明すると、一般的なスーパーキャパシタは、電極構造体（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、分離膜（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、及び電解液（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）などで構成される。前記スーパーキャパシタは、前記電極構造体に電力を与え、電解液内のキャリアイオンを選択的に前記電極に吸着させる電気化学的反応メカニズムを原理として駆動される。現在、代表的なスーパーキャパシタとして、リチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＬＩＣ）、電気二重層キャパシタ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＥＤＬＣ）、擬似キャパシタ（ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ）、及びハイブリッドキャパシタ（ｈｙｂｒｉｄ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）などが挙げられる。
【０００７】
前記リチウムイオンキャパシタは活性炭素からなる正極と黒鉛からなる負極とを用いて、リチウムイオンをキャリアイオンとするスーパーキャパシタである。前記電気二重層キャパシタは活性炭素（ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ）からなる電極を用いて、電気二重層電荷吸着（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ ｃｈａｒｇｉｎｇ）を反応メカニズムとするスーパーキャパシタである。前記擬似キャパシタは遷移金属酸化物（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）または伝導性高分子（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）を電極として用いて、擬似容量（ｐｓｅｕｄｏ−ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を反応メカニズムとするスーパーキャパシタである。また、前記ハイブリッドキャパシタは前記電気二重層キャパシタと擬似キャパシタの中間的な特性を有するスーパーキャパシタである。
【０００８】
しかしながら、上記のようなエネルギー貯蔵装置は二次電池に比べ、相対的に低い容量を有する。これは、上述したスーパーキャパシタが殆ど電極と電解液との界面間のキャリアイオンの移動と電極表面での化学反応を利用した充放電メカニズムで駆動されるためである。これにより、現在、スーパーキャパシタのようなエネルギー貯蔵装置において、相対的に低い容量を改善するための技術開発が求められている。
【０００９】
一方、上述のリチウムイオン二次電池（ＬＩＢ）とリチウムイオンキャパシタ（ＬＩＣ）は、両方とも負極として炭素素材である黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）を主に用いており、特に、ＬＩＣの場合、エネルギー密度を増加させるために０．１Ｖ以下の電位を有するようにリチウム化（ｌｉｔｈｉａｔｉｏｎ）された負極を用いている。ここで、負極をリチウム化する方法は様々であるが、リチウム塩（Ｌｉ ｓａｌｔｓ）が含まれているエチレンカーボネート（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＥＣ）ベースの電解液に浸漬させる方法を主に用いている。この際、黒鉛表面では固体電解質インターフェース（Ｓｏｌｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ；ＳＥＩ）フィルムが形成されるが、このＳＥＩフィルムを通じてリチウムイオンを通過させて溶媒分子とともに共インターカレーション（ｃｏ−ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）され、黒鉛の層を剥離させる副作用を抑制するようになるため、ＳＥＩフィルムはＬＩＣ、ＬＩＢの特性に重要な影響を与える因子であると知られている。
【００１０】
しかし、初期にＳＥＩフィルムが形成されるため、不可逆容量が大きい黒鉛の初期充放電効率及び容量減少が不可避であるという欠点がある。また、低温特性が良好なプロピレンカーボネート（Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ；ＰＣ）ベースの電解液ではＳＥＩフィルムが形成されず、むしろガスを発生させる問題点があるため、ＬＩＣがＥＤＬＣに比べて低温特性も悪くなると知られている。また、このような負極へのリチウムドーピング工程において、均一なドーピングが困難であり、長時間がかかり、性能が不安定であるため、実用化に限界があるのが実情である。さらに、ＬＩＣはＥＤＬＣに比べ、負極の非分極特性によって根本的にパワー特性が低くなるという欠点が存在した。
【００１１】
一方、二次電池の欠点を補完するために既存のリチウムイオンポリマー電池にＥＤＬＣをシステム的に結合する技術に関する研究及び開発が行われており、その結果物として、瞬間出力を高めることができ、エネルギー密度も向上された複合型電池が提案されたが、回路上かつ製造工程上、構造が複雑であり、設置空間が増加されて、電池の小型化傾向に逆行するものであるという問題点があった。
【００１２】
以上のようなそれぞれの問題点を根本的に解決できる技術開発の必要性はますます高まっている実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−３５１６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、出力及び容量を向上させたハイブリッドキャパシタを提供することにある。
また、本発明が解決しようとする課題は、一つのセルに、相対的に高い容量を具現する電極構造と相対的に高い出力を具現する電極構造とを備え、前記構造による複合的な反応メカニズムを利用して、従来のＬＩＣとＥＤＬＣの長所のみを取って組み合わせることができるハイブリッドキャパシタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記のような目的を果たすために導き出された本発明は、正極、負極、分離膜及び電解液を備えるキャパシタであって、活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体と、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体と、を含むことができる。
【００１６】
また、活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体の両側に、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体がそれぞれ配置されることができる。
【００１７】
また、前記正極と負極との間に分離膜が備えられることもできる。
【００１８】
また、前記第１構造体と第２構造体との間に分離膜が備えられることもできる。
【００１９】
この際、前記正極は、導電剤、活性炭及び結着剤が集電体の両面に結合されてなることが好ましい。
【００２０】
また、前記集電体は、アルミニウム箔（Ａｌ Ｆｏｉｌ）であることが好ましい。
【００２１】
また、前記負極は、集電体の両面にリチウム金属層が備えられてなることが好ましい。
【００２２】
また、前記集電体は、銅箔（Ｃｕ Ｆｏｉｌ）であることが好ましい。
【００２３】
また、前記リチウム金属層の外部面にリチウムニトリド（Ｌｉ３Ｎ）層がさらに備えられることが好ましい。
【００２４】
また、前記第２構造体は、集電体の両面に、導電剤５〜１０ｗｔ％、活性炭８０〜９０ｗｔ％、結着剤５〜１０ｗｔ％を含む物質が結合されてなることが好ましい。
【００２５】
一方、前記電解液としてはリチウム塩と非リチウム塩とが混合されたものを用いることが好ましい。
【００２６】
一方、本発明によるハイブリッドキャパシタは、集電体の両面に形成されたリチウム層を含む第１電極と、アルミニウム箔の両面に形成された活性炭層を含む第２電極と、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第３電極と、を含み、第３電極−第１電極−第２電極−第３電極の順に配置されてなることもできる。
【００２７】
この際、前記最外側に配置される二つの第３電極の間には、第１電極−第２電極の組合せが少なくとも二つ以上配置されてなることが好ましい。
【００２８】
また、前記電極の間に分離膜が備えられることができる。
【００２９】
また、前記第１電極は、集電体の両面にリチウム金属層が備えられてなることができる。
【００３０】
この際、前記集電体は、銅箔（Ｃｕ Ｆｏｉｌ）であることが好ましい。
【００３１】
また、前記リチウム金属層の外部面にリチウムニトリド（Ｌｉ３Ｎ）層がさらに備えられることが好ましい。
【００３２】
また、前記第２電極は、導電剤、活性炭及び結着剤がアルミニウム箔の両面に結合されてなることができる。
【００３３】
一方、前記第３電極は、集電体の両面に、導電剤５〜１０ｗｔ％、活性炭８０〜９０ｗｔ％、結着剤５〜１０ｗｔ％を含む物質が結合されてなることが好ましい。
【００３４】
また、前記電解液としてはリチウム塩と非リチウム塩とが混合されたものを用いることが好ましい。
【００３５】
この際、前記リチウム塩は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３から選ばれる少なくとも一つの物質であることができる。
【００３６】
また、前記非リチウム塩は、ＴＥＡＢＦ４、ＴＥＭＡＢＦ４、ＳＢＰＢＦ４、ＥＭＩＢＦ４、ＤＥＭＥＢＦ４から選ばれる少なくとも一つの物質であることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によるハイブリッドキャパシタは、ＬＩＣの特性とＥＤＬＣの特性とを一つのセルに具現することにより、エネルギー密度の向上とともに出力特性も改善できるという有用な効果を提供する。
【００３８】
また、従来のＬＩＣに存在していたリチウムプレドーピングによる工程効率の低下とコスト上昇及び信頼性確保の限界などの問題を解決できるだけでなく、負極でのリチウムイオンの持続的な成長によるショートの問題を解決できるという有用な効果を提供する。
【００３９】
また、導電剤の含量を高め、厚さを減少させた電極を備えることにより、セル全体の抵抗を減少させるとともに、出力特性を向上させることができるだけでなく、ハイブリッドキャパシタ内の電極の数を必要に応じて加減することにより、必要なエネルギー密度を容易に設定できるという有用な効果を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態によるハイブリッドキャパシタを概略的に例示した図面である。
【図２】本発明の他の実施形態によるハイブリッドキャパシタを概略的に例示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを果たす技術などは、添付図面とともに詳細に後述される実施形態を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されず、相異なる多様な形態で具現されることができる。本実施形態は、本発明の開示が完全になるようにするとともに、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に伝達するために提供されることができる。明細書全体において、同一参照符号は同一構成要素を示す。
【００４２】
本明細書で用いられる用語は、実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。本明細書において、単数形は文章で特別に言及しない限り複数形も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された構成要素、段階、動作及び／または素子は一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／または素子の存在または追加を排除しない。
【００４３】
以下、添付された図面を参照して、本発明によるエネルギー貯蔵装置について詳細に説明する。
【００４４】
図１は本発明の一実施形態によるハイブリッドキャパシタを概略的に例示した図面である。
【００４５】
図１を参照すると、本発明によるハイブリッドキャパシタは、活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体と、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体と、を含んで構成される。
【００４６】
図１のように構成される場合、負極と正極及び負極と第２構造体の間でＬＩＣと同様のメカニズムで充放電過程が行われることができる。
【００４７】
また、図示していないが、活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体の両側に、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体がそれぞれ配置されて構成されることもできる。この際、負極と正極及び負極と第２構造体の間でＬＩＣと同様のメカニズム、正極と第２構造体の間でＥＤＬＣと同様のメカニズムで充放電過程が行われることができる。
【００４８】
この際、前記正極と負極との間、及び/または第１構造体と第２構造体との間に分離膜が備えられることもできる。
【００４９】
前記正極は、導電剤、活性炭及び結着剤（バインダ；Ｂｉｎｄｅｒ）が集電体の両面に結合されてなることができ、特に、前記集電体はアルミニウム箔（Ａｌ Ｆｏｉｌ）であることが好ましい。
【００５０】
一方、前記負極は、従来の一般的なＬＩＣと同様に、主に黒鉛で構成され、リチウムでプレドーピングされた後用いられることができる。
【００５１】
しかし、本発明の他の実施形態では、従来のＬＩＣでのリチウム電極の成長によるショートの発生可能性を低めるために、前記負極にリチウム金属層を備えるようにし、この際、前記集電体としては銅箔（Ｃｕ Ｆｏｉｌ）を用いた。
【００５２】
また、前記リチウム金属層の外部面にリチウムニトリド（Ｌｉ３Ｎ）層がさらに備えられることが好ましい。
【００５３】
前記リチウムニトリドは遷移金属ドーピングの窒化リチウムとも称され、リチウムイオンの空孔数と遷移金属の置換程度を調節できる技術が開発されて応用可能性が拡大している。リチウムニトリドは優れた充電用電池の負極素材であり、この素材の電子伝導度及びイオン伝導度は内部構造に存在する空孔数によって決まるため、前記空孔数と遷移金属の置換程度を調節できる技術の開発により、相当な波及効果が期待される。
【００５４】
理論上、原子リチウムは電気容量が大きく、酸化還元特性に優れるため、最適の負極素材として認識されてきた。しかし、原子リチウムは分解されやすいため構造的安定性が低いという問題点を有しており、これを補完するために、リチウムドーピング黒鉛が開発された。
【００５５】
リチウムニトリドは構造的安定性が高く、電気容量が大きいため、前記リチウムドーピング黒鉛に代替可能な、もっとも有力な物質の一つとして挙げられる。純リチウムニトリドはイオン伝導性に優れるが、電気伝導性が非常に低いため、特定遷移金属をドープすることにより電気伝導性を向上させることが好ましい。
【００５６】
リチウムニトリドはリチウムと窒素が共存する層の間にリチウム層（Ｌｉｔｈｉｕｍ−ｏｎｌｙ ｌａｙｅｒ）が介在されている独特の層状構造を示すが、前記リチウム層でのみ遷移金属の置換が選択的に発生するということが明らかになっており、リチウム層を構成するリチウムイオンが遷移金属に置換されると、リチウム−窒素層を構成するリチウムイオンが除去されることにより空孔が発生する。
【００５７】
リチウムニトリドのイオンの伝導はリチウムイオンが空孔に移動する過程を通じて表れるため、空孔の数が増えるほど伝導性が増加するようになる。遷移金属ドーピングのリチウムニトリド合成反応の温度と時間を調節するとリチウムイオン空孔数と置換された領域を調節することができ、遷移金属の量を固定して反応温度を高くするとリチウムイオン空孔が増加する。これは、合成過程で反応温度や時間を調節することにより、ドープされたリチウムニトリドの電気伝導度及びイオン伝導度を調節することができるということを意味する。
【００５８】
上記のようなリチウムニトリドの特性により、従来のリチウムドーピング黒鉛の代わりにハイブリッドキャパシタの負極材料としてリチウムニトリドが用いられることができ、本発明はリチウムニトリドを採用することにより従来のリチウム電極の成長によるショート問題を解決できるようにしたものである。さらに、従来のリチウムドーピング黒鉛を具現するために必ず行われていたリチウムプレドーピング工程の非効率性及び信頼性の限界などによる問題を解決できるようになる。
【００５９】
一方、前記第２構造体は、集電体の両面に、導電剤５〜１０ｗｔ％、活性炭８０〜９０ｗｔ％、結着剤５〜１０ｗｔ％からなる物質が結合されてなることが好ましい。
【００６０】
前記第２構造体は、セル内でエネルギー密度の上昇及び出力特性の改善という二つの役割を遂行することができる。しかし、本発明の一実施形態によるハイブリッドキャパシタでは、エネルギー密度の上昇という目的は主にリチウム金属層やリチウムニトリドによって果たし、出力特性は活性炭を含む電極によって果たすようにする一方、前記第２構造体を導入することによりセル全体の抵抗を減少させ、電極間の物理化学的メカニズムによって発生する電気エネルギーの貯蔵と放出過程が効率的に行われるようにした。
【００６１】
従って、前記第２構造体は、一般的な活性炭電極に比べ、導電性物質の含量を高めて厚さを減少させて形成することにより、セル全体の抵抗を減少させる目的を果たすことができるようになる。
【００６２】
一方、前記電解液としては、リチウム塩と非リチウム塩とが混合されたものを用いることが好ましい。
【００６３】
具体的には、スーパーキャパシタや二次電池用非水系溶媒にＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３などのリチウム塩とＴＥＡＢＦ４、ＴＥＭＡＢＦ４、ＳＢＰＢＦ４、ＥＭＩＢＦ４、ＤＥＭＥＢＦ４などのＥＤＬＣ用塩を互いに一つ以上混合することにより、リチウムイオンのインターカレーション／デインターカレーション（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ／ｄｅｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）効果の他に、他の構成イオンの吸着及び脱着による容量増大の効果を極大化し、既存の単一リチウム塩電解液に比べて相対的に加水分解によるＨＦの生成量が少ないため、スーパーキャパシタの寿命を延長させることができる。
【００６４】
リチウム塩はイオン伝導度がもっとも高いため、リチウム塩として現在もっとも多く用いられているＬｉＰＦ６を三つのＥＤＬＣ用非リチウム塩それぞれと混合し、これらの容量を測定した。その結果、三つの混合物全てが単一塩より高い容量を示した。
【００６５】
図２は本発明の他の実施形態によるハイブリッドキャパシタを概略的に例示した図面である。
【００６６】
本発明によるハイブリッドキャパシタは、集電体の両面に形成されたリチウム層を含む第１電極と、アルミニウム箔の両面に形成された活性炭層を含む第２電極と、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第３電極と、を含み、第３電極−第１電極−第２電極−第３電極の順に配置されてなることができる。
【００６７】
この際、前記最外側に配置される二つの第３電極の間には、第１電極−第２電極の組合せが少なくとも二つ以上配置されるようにすることにより、セルのエネルギー密度を向上させることができ、第１電極及び第２電極の数によってセルのエネルギー密度を簡単に調節できるようになる。この際、前記電極の間に分離膜が備えられることができる。
【００６８】
また、前記第１電極は集電体の両面にリチウム金属層が備えられてなることができ、この際、前記集電体は銅箔（Ｃｕ Ｆｏｉｌ）であることが好ましい。
【００６９】
また、前記リチウム金属層の外部面にリチウムニトリド（Ｌｉ３Ｎ）層がさらに備えられることが好ましく、その理由は上述した説明と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００７０】
上記のように構成された本発明によるハイブリッドキャパシタは、第１電極と第２電極及び第１電極と第３電極の間でＬＩＣと同様のメカニズムによって充放電過程が行われ、第２電極と第３電極との間では従来のＥＤＬＣと同様のメカニズムによって充放電過程が行われる。ＬＩＣとＥＤＬＣの反応メカニズムは既に公知された技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００７１】
一方、上述の第１構造体の負極は第１電極と、正極は第２電極と対応することができ、第２構造体は第３電極と対応することができる。
【００７２】
以上のような構成及び作動原理により、ＬＩＣとＥＤＬＣの長所のみを取って組み合わせた新しいハイブリッドキャパシタが具現されることができる。
【００７３】
以上の詳細な説明は本発明を例示するものである。また、上述の内容は本発明の好ましい実施形態を示して説明するものに過ぎず、本発明は多様な他の組合、変更及び環境で用いることができる。即ち、本明細書に開示された発明の概念の範囲、上述の開示内容と均等な範囲及び／または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。上述の実施形態は本発明を実施するにおいて最善の状態を説明するためのものであり、本発明のような他の発明を用いるにおいて当業界に公知された他の状態での実施、そして発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。従って、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付された請求範囲は他の実施状態も含むと解釈されるべきであろう。
【符号の説明】
【００７４】
１００ 第１構造体
２００ 第２構造体（または第３電極）
１０ 負極（または第１電極）
１１、１５ リチウムニトリド層
１２、１４ リチウム金属層
１３ 集電体
２０ 正極（または第２電極）
２１ 活性炭
２２ 集電体
３０ 分離膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極、分離膜及び電解液を備えるキャパシタであって、
活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体と、
集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体と、
を含むハイブリッドキャパシタ。
【請求項２】
正極、負極、分離膜及び電解液を備えるキャパシタであって、
活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体の両側に、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体がそれぞれ配置されて構成されるハイブリッドキャパシタ。
【請求項３】
前記正極と負極との間に分離膜が備えられる請求項１に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項４】
前記第１構造体と第２構造体との間に分離膜が備えられる請求項１に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項５】
前記正極は、導電剤、活性炭及び結着剤が集電体の両面に結合されてなるものである請求項１に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項６】
前記集電体は、アルミニウム箔（Ａｌ Ｆｏｉｌ）である請求項５に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項７】
前記負極は、集電体の両面にリチウム金属層が備えられてなるものである請求項１に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項８】
前記集電体は、銅箔（Ｃｕ Ｆｏｉｌ）である請求項７に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項９】
前記リチウム金属層の外部面にリチウムニトリド（Ｌｉ３Ｎ）層がさらに備えられるものである請求項７に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１０】
前記第２構造体は、集電体の両面に、導電剤５〜１０ｗｔ％、活性炭８０〜９０ｗｔ％、結着剤５〜１０ｗｔ％を含む物質が結合されてなるものである請求項１に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１１】
前記電解液は、リチウム塩と非リチウム塩とが混合されたものである請求項１に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１２】
集電体の両面に形成されたリチウム層を含む第１電極と、
アルミニウム箔の両面に形成された活性炭層を含む第２電極と、
集電体の両面に形成された活性炭層を含む第３電極と、
を含み、
第３電極−第１電極−第２電極−第３電極の順に配置されてなるハイブリッドキャパシタ。
【請求項１３】
前記最外側に配置される二つの第３電極の間には、第１電極−第２電極の組合せが少なくとも二つ以上配置されてなる請求項１２に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１４】
前記電極の間に分離膜が備えられる請求項１２に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１５】
前記第１電極は、集電体の両面にリチウム金属層が備えられてなるものである請求項１２に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１６】
前記集電体は、銅箔（Ｃｕ Ｆｏｉｌ）である請求項１５に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１７】
前記第１電極は、前記リチウム金属層の外部面にリチウムニトリド（Ｌｉ３Ｎ）層がさらに備えられるものである請求項１５に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１８】
前記第２電極は、導電剤、活性炭及び結着剤がアルミニウム箔の両面に結合されてなるものである請求項１２に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１９】
前記第３電極は、集電体の両面に、導電剤５〜１０ｗｔ％、活性炭８０〜９０ｗｔ％、結着剤５〜１０ｗｔ％を含む物質が結合されてなるものである請求項１２に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項２０】
前記電解液は、リチウム塩と非リチウム塩とが混合されたものである請求項１２に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項２１】
前記リチウム塩は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３から選ばれる少なくとも一つの物質である請求項２０に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項２２】
前記非リチウム塩は、ＴＥＡＢＦ４、ＴＥＭＡＢＦ４、ＳＢＰＢＦ４、ＥＭＩＢＦ４、ＤＥＭＥＢＦ４から選ばれる少なくとも一つの物質である請求項２０に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１】
正極、負極、分離膜及び電解液を備えるキャパシタであって、
活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体と、
集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体と、
を含むハイブリッドキャパシタ。
【請求項２】
正極、負極、分離膜及び電解液を備えるキャパシタであって、
活性炭を含む正極とリチウムを含む負極とを含んでなる第１構造体の両側に、集電体の両面に形成された活性炭層を含む第２構造体がそれぞれ配置されて構成されるハイブリッドキャパシタ。
【請求項３】
前記正極と負極との間に分離膜が備えられる請求項１に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項４】
前記第１構造体と第２構造体との間に分離膜が備えられる請求項１に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項５】
前記正極は、導電剤、活性炭及び結着剤が集電体の両面に結合されてなるものである請求項１に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項６】
前記集電体は、アルミニウム箔（Ａｌ Ｆｏｉｌ）である請求項５に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項７】
前記負極は、集電体の両面にリチウム金属層が備えられてなるものである請求項１に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項８】
前記集電体は、銅箔（Ｃｕ Ｆｏｉｌ）である請求項７に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項９】
前記リチウム金属層の外部面にリチウムニトリド（Ｌｉ３Ｎ）層がさらに備えられるものである請求項７に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１０】
前記第２構造体は、集電体の両面に、導電剤５〜１０ｗｔ％、活性炭８０〜９０ｗｔ％、結着剤５〜１０ｗｔ％を含む物質が結合されてなるものである請求項１に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１１】
前記電解液は、リチウム塩と非リチウム塩とが混合されたものである請求項１に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１２】
集電体の両面に形成されたリチウム層を含む第１電極と、
アルミニウム箔の両面に形成された活性炭層を含む第２電極と、
集電体の両面に形成された活性炭層を含む第３電極と、
を含み、
第３電極−第１電極−第２電極−第３電極の順に配置されてなるハイブリッドキャパシタ。
【請求項１３】
前記最外側に配置される二つの第３電極の間には、第１電極−第２電極の組合せが少なくとも二つ以上配置されてなる請求項１２に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１４】
前記電極の間に分離膜が備えられる請求項１２に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１５】
前記第１電極は、集電体の両面にリチウム金属層が備えられてなるものである請求項１２に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１６】
前記集電体は、銅箔（Ｃｕ Ｆｏｉｌ）である請求項１５に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１７】
前記第１電極は、前記リチウム金属層の外部面にリチウムニトリド（Ｌｉ３Ｎ）層がさらに備えられるものである請求項１５に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１８】
前記第２電極は、導電剤、活性炭及び結着剤がアルミニウム箔の両面に結合されてなるものである請求項１２に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項１９】
前記第３電極は、集電体の両面に、導電剤５〜１０ｗｔ％、活性炭８０〜９０ｗｔ％、結着剤５〜１０ｗｔ％を含む物質が結合されてなるものである請求項１２に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項２０】
前記電解液は、リチウム塩と非リチウム塩とが混合されたものである請求項１２に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項２１】
前記リチウム塩は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３から選ばれる少なくとも一つの物質である請求項２０に記載のハイブリッドキャパシタ。
【請求項２２】
前記非リチウム塩は、ＴＥＡＢＦ４、ＴＥＭＡＢＦ４、ＳＢＰＢＦ４、ＥＭＩＢＦ４、ＤＥＭＥＢＦ４から選ばれる少なくとも一つの物質である請求項２０に記載のハイブリッドキャパシタ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２４４１６４（Ｐ２０１２−２４４１６４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９７６８１（Ｐ２０１２−９７６８１）
【出願日】平成２４年４月２３日（２０１２．４．２３）
【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１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２３日（２０１２．４．２３）
【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）】
[ Back to top ]