KR100663832B1 - 하이브리드 전지 - Google Patents
하이브리드 전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100663832B1 KR100663832B1 KR1020050112681A KR20050112681A KR100663832B1 KR 100663832 B1 KR100663832 B1 KR 100663832B1 KR 1020050112681 A KR1020050112681 A KR 1020050112681A KR 20050112681 A KR20050112681 A KR 20050112681A KR 100663832 B1 KR100663832 B1 KR 100663832B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrolyte
- hybrid battery
- positive electrode
- carbonate
- negative electrode
- Prior art date
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 24
- FFJGDPFNHAWQRD-UHFFFAOYSA-M 1-butyl-3-methylimidazol-3-ium;1,1,2,2,3,3,4,4,4-nonafluorobutane-1-sulfonate Chemical compound CCCC[N+]=1C=CN(C)C=1.[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F FFJGDPFNHAWQRD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 11
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- GVYZPVBBHIKXPO-UHFFFAOYSA-M FC(C(C(C(C(S(=O)(=O)[O-])(F)F)(F)F)(F)F)(F)F)CCC.C(CCC)[N+]1=CN(C=C1)C Chemical compound FC(C(C(C(C(S(=O)(=O)[O-])(F)F)(F)F)(F)F)(F)F)CCC.C(CCC)[N+]1=CN(C=C1)C GVYZPVBBHIKXPO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 4
- 239000003660 carbonate based solvent Substances 0.000 claims abstract 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N dilithium;dioxido(dioxo)manganese Chemical compound [Li+].[Li+].[O-][Mn]([O-])(=O)=O QHGJSLXSVXVKHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002355 dual-layer Substances 0.000 abstract 1
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 17
- -1 nickel oxide (NiO) Chemical class 0.000 description 11
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 6
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 5
- 229910001496 lithium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 3
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 3
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 2
- 229940105329 carboxymethylcellulose Drugs 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- JGTNAGYHADQMCM-UHFFFAOYSA-M 1,1,2,2,3,3,4,4,4-nonafluorobutane-1-sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F JGTNAGYHADQMCM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- TYTPXMXMCVKLPR-UHFFFAOYSA-N 1H-imidazol-1-ium 1,1,2,2,3,3,4,4,4-nonafluorobutane-1-sulfonate Chemical compound FC(C(C(C(S(=O)(=O)[O-])(F)F)(F)F)(F)F)(F)F.[NH2+]1C=NC=C1 TYTPXMXMCVKLPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002000 Electrolyte additive Substances 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015118 LiMO Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910014689 LiMnO Inorganic materials 0.000 description 1
- MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N N-[1-oxo-1-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propan-2-yl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(C(C)NC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 MKYBYDHXWVHEJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 1
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+);cobalt(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 125000004177 diethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 210000004754 hybrid cell Anatomy 0.000 description 1
- 150000004693 imidazolium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H01G9/155—
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
- H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
하이브리드 전지의 특성 변화 없이도 점도를 획기적으로 감소시킬 수 있는 하이브리드 전지가 제공된다. 본 발명에 의한 하이브리드 전지는 양전극 및 음전극으로 구성되는 전극부, 양전극과 음전극을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터, 및 소정의 전압이 인가되었을 때 양전극와 음전극의 표면에서 전기이중층이 형성되도록 양전극와 음전극 사이의 이격공간에 채워지며 카보네이트계 용매와 리튬염, 암모늄염을 포함하는 용질, 및 점도를 낯추기 위한 PBS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorobutanesulfonate) 또는 POS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorooctanesulfonate)가 첨가되어 있는 전해질을 포함한다.
하이브리드, 전지, 캐패시터, PBS, POS, 점도
Description
본 발명은 하이브리드 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양전극으로 금속산화물을 사용하고 음전극으로 활성탄을 사용하는 하이브리드 전지에 있어서 전해질의 주용매로 온도 안정성이 우수한 프로필렌 카보네이트 또는/및 에틸렌 카보네이트를 사용하고, 이때 발생하는 점도가 증가해 전해질의 함침시간이 길어지는 문제점을 해결하기 위한 소정의 첨가제가 첨가되는 하이브리드 전지에 관한 것이다.
슈퍼캐패시터(supercapacitor)는 그 사용되는 전극의 종류에 따라서 전기이중층캐패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC)와 의사캐패시터(Pseudocapacitor)로 구분할 수 있다.
전기이중층캐패시터는 양극와 음극을 모두 활성탄을 사용하여 양전극에서 모두 전기이중층을 형성하여 이에 의한 축전현상으로 에너지를 저장하는 캐패시터를 말한다.
의사캐패시터는 양극으로는 리튬2차전지에서 사용되는 산화니켈(NiO), 이산 화루세늄(RuO2), 산화코발트(Co3O4), 이산화망간(MnO2)와 같은 금속산화물을 사용하고 음극으로는 전기이중층캐패시터에서 사용되는 활성탄을 사용하는 캐패시터를 말하며, 이를 하이브리드 캐패시터라고도 한다.
전기이중층캐패시터의 경우에는 축전 및 방전이 전위에 따른 이온의 물리적 탈·흡착에 의해서 발생하기 때문에 반응속도가 상당히 빠르고 충방전 수명이 매우 긴 반면에, 저장용량(storage capacity)이 적다는 단점이 있다.
이에 비해 하이브리드 캐패시터는 양극은 2차전지에서 사용되는 전극재료를 사용하고, 음극에는 전기이중층이 형성될 수 있는 물질을 사용함으로써, 저장용량이 적은 전기이중층캐패시터와 사이클 수명과 출력밀도(power density)에 한계가 있는 2차전지의 약점을 극복하고자 하는 에너지 저장장치이다.
이러한, 하이브리드 캐패시터의 전해질을 구성하는 용매의 조건은 유전율이 높고, 점도가 낮아 함침성이 우수한 것이 요구된다. 종래에 용매로서는 아세토니트릴(CH3CN; AcN)이 상기의 성질이 우수해 주로 사용되어 왔다.
또한, 아세토 니트릴은 염의 용해도가 크고 저항이 작기 때문에 사이클 특성 및 저항 면에서 가증 우수한 특성을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 아세토니트릴은 끓는점이 약 80℃로 낮고, 약 10℃ 정도에서 플래시 포인트가 형성되어, 이로 인한 강한 휘발성 및 폭발가능성, 그리고 아세토니트릴은 유기 시안기를 포함하고 있기 때문에 독성물질로 규제된다는 점에서 많은 전자제품의 응용분야에서는 사용이 제한되고 있다.
특히 고온 안정성을 시험하기 위해 130℃ 이상의 고온에 놓여질 경우 전해액의 휘발 및 압력상승으로 급격하게 폭발하는 것을 감안하면, 최근의 전자제품의 환경규제 및 제조물책임을 강화하는 분위기를 고려할 때, 아세토니트릴을 하이브리드 캐패시터 전해질의 용매로서 사용하기는 어렵다.
따라서, 최근에는 용매로서 프로필렌 카보네이트나 에틸렌카보네이트와 같이 온도안정성이 우수한 것들이 사용되고 있다.
그러나, 하이브리드 캐패시터의 주용매로서 프로필렌 카보네이트나 에틸렌 카보네이트를 사용하는 경우에는 전해액의 점도가 높아 전해질의 함침시간이 길어지고(아세토니트릴에 비해 2배 이상 길어짐), 이로 인해 양산량의 감소요인이 되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 독성이 없을 뿐만 아니라 온도 안정성이 뛰어난 프로필렌 카보네이트 또는 에틸렌 카보네이트를 전해질의 용매로서 사용하고, 이때 발생하는 전해질의 점도가 증가하는 현상을 해결하기 위한 하이브리드 전지를 제공하는데에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전지는 양전극 및 음전극으로 구성되는 전극부, 양전극과 음전극을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터, 및 소정의 전압이 인가되었을 때 양전극와 음전극의 표면에서 전기이중층이 형성되도록 양전극와 음전극 사이의 이격공간에 채워지며 카보네이트계 용매와 리튬염, 암모늄염을 포함하는 용질, 및 점도를 낯추기 위한 PBS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorobutanesulfonate) 또는 POS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorooctanesulfonate)가 첨가되어 있는 전해질을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전지는 양전극 및 음전극으로 구성되는 전극부, 양전극과 음전극을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터, 및 양전극과 음전극 사이의 이격공간에 채워지는 전해질로 구성된다는 것은 종래의 전기이중층캐패시터와 동일하다.
본 특허에서 제안하고자 하는 전해질은 종래에 하이브리드 전지에 많이 사용되던 리튬염, 암모늄염 이외에 전해질의 전체적인 점도(viscosity)를 낮추어 전해질의 유동성을 좋게 해주어, 하이브리드 전지를 제조하였을 경우 함침성을 향상시키기 위해 이미다졸륨계 이온성 액체인 PBS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorobutanesulfonate) 또는 POS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorooctanesulfonate)가 첨가되는 점에 특징이 존재한다.
용매로는 안정성이 뛰어나고 독성이 없는 프로필렌 카보네이트(PC)를 주로 사용하며, 여기에 첨가용매로서 용해도 및 Li+해리능을 증가시키거나 고온 및 저온 안정성을 증가시키기 위해서 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보테이트(DEC)와 같은 카보네이트계 용매를 사용한다.
그리고, 리튬염은 일반적으로 전기이중층캐패시터에서 사용되는 리튬염을 사용하여도 무방하나, 리튬 테트라플루오르보레이트(LiBF4)를 사용하는 것이 바람직하다.
암모늄염은 일반적으로 전기이중층캐패시터에서 사용되는 암모늄염을 사용하여도 무방하나, 테트라에틸암모늄 테트라플루오르보레이트(C2H5)4NBF4를 사용하는 것이 바람직하다.
하이브리드 전지에서 양극으로 주로 사용되는 망간산화물이 용해되는 이유는 표면의 수분들과 염들의 부반응으로 형성되는 불화수소(HF)에 의한 반응 때문인데, 이미다졸륨염은 이러한 반응을 억제하기 때문에 LiMnO4나 LiMnxM1 - xO2(M= Co, Ni, Li)를 양극활물질로 사용할 경우 더욱 효과적이다.
용매(solvent)로는 안정성이 뛰어나고 독성이 없는 프로필렌 카보네이트(PC)를 주로 사용하며, 용해도 및 Li+의 해리능을 증가시키거나 고온, 저온 안정성을 증가시키기 위해서 에틸렌 카보네이트 또는/및 디에틸 카보네이트를 더 첨가시킬 수 있다.
양전극에 사용되는 활물질로는 층상구조를 가지는 물질로 LiMO2(M=Li, Co, Mn, Ni, 단, Co는 0.33이하)를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 LiMn2O4가 사용된다. 음전극에 사용되는 활물질로는 축전용량이 100~300F/g을 가지는 활성탄이 사용된다. 다만, 양전극 활물질로는 금속산화물로서 하이브리드 전지에 일반적으로 사용되는 것을 사용하여도 무방하다.
이하에서는 하이브리드 전지에서 PBS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorobutanesulfonate) 또는 POS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorooctanesulfonate)의 첨가에 따라 점도의 감소로 인한 함침성이 증가하면서도 고온부하특성, 저온특성 및 사이클 특성과 같은 신뢰성이 동시에 향상된다는 것을 구체적인 실시예들을 들어 설명한다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생 략한다.
<
실시예
1~4>
실시예 1~3은 양극활물질을 달리 했을 경우에 대한 초기특성을 알아보기 위한 실시예이다. 실시예 1은 양극활물질로 LiMn2O4, 실시예 2는 양극 활물질로서 Li(Ni0.37Co0.16Mn0.37Li0.1)O2, 실시예 3은 양극활물질로 Li(Ni1 /3Co1 /3Mn1 /3)O2를 사용하고, 음극 활물질로는 용량 140F/g, 비표면적 2,000m2/g의 활성탄을 사용하여 캐패시터를 제조하였다. 양극에는 활물질을 75%, 카본블랙 15%, CMC(Carboxy Methyl Cellulose) 및 PTFE(PolyTetraFluoroEthylene) 바인더 10%로 하여서 전극을 제작하여, 각각 20㎛ 알루미늄 호일(foil)에 코팅하였다.
양전극과 음전극은 각각 50㎛씩 코팅하여 호일을 포함한 총 두께가 120㎛가 되도록 하였으며, 음극은 양면으로 각각 100㎛씩 코팅하여 총 두께가 220㎛가 되도록 하였다.
전해질의 용질로는 실시예 1의 경우에는 리튬테트라플루오르보레이트(LiBF4) 0.7몰, 테트라에틸암모늄 테트라플루오르보레이트((C2H5)4NBF4) 0.7몰, 실시예 2의 경우에는 리튬테트라플루오르보레이트(LiBF4) 0.7몰, 테트라에틸암모늄 테트라플루오르보레이트((C2H5)4NBF4) 0.7몰, PBS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorobutanesulfonate)를 총중량의 1wt% 첨가하여 제조하였다. 실시예 3의 경 우에는 리튬테트라플루오르보레이트(LiBF4) 0.7몰, 부틸메틸이미다졸륨 테트라플루오르보레이트((C4H9)(CH)(C3H3N2)BF4) 0.7몰로 구성하였다. 실시예 4의 경우에는 리튬테트라플루오르보레이트(LiBF4) 0.7몰, 부틸메틸이미다졸륨 테트라플루오르보레이트((C4H9)(CH)(C3H3N2)BF4) 0.7몰, PBS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorobutanesulfonate)를 총중량의 1wt% 첨가하여 제조하였다.
전해질의 용매로는 프로필렌카보네이트(PC)를 사용하였다.
각각의 전극은 30mm*400mm의 크기로 재단하여 원통형으로 감은 뒤 직경18mm, 높이 40mm의 캔에 넣은 뒤 측정하였다. 용량은 2.3V 인가전압과 1mA/F를 기준으로 측정하였고, 저항은 1kHz에서 측정하였으며, 상기의 조건으로 초기특성을 측정한 결과를 나타내면 표 1과 같다.
표 1에 나타난 바와 같이 같은 전해질 조건이라도 PBS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorobutanesulfonate)를 첨가한 경우의 점도가 30%이상 낮아지는 것을 알 수 있었으며, PBS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorobutanesulfonate)를 첨가하더라도 초기특성, 고온부하특성, 저온특성, 및 대전류방전 특성이 유지됨을 알 수 있다.
<
실시예
5~8>
실시예 5 내지 실시예 8은 각각의 용매에 따른 특성을 알아보기 위한 것으로, 양극을 LiMn2O4로, 음극을 활성탄으로 고정하여 전극을 제작하였고, 용매는 프로필렌 카보네이트 80mol%와 에틸렌카보네이트 20mol%로 하되 용질에 대한 조건은 실시예 5~8에서 실시예 1~4와 각각 동일하도록 구성하였다.
용량은 2.3V 인가전압과 1mA/F 기준으로 측정하였고, 저항은 1kHz에서 측정하였다. 측정항목으로는 초기특성, 저온특성(-25℃), 사이클특성(20,000회)을 측정하였으며, 그 결과를 나타내면 표 2와 같다.
표 2에 나타낸 바와 같이 PBS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorobutanesulfonate)를 첨가하더라도 여러 가지 특성이 첨가되지 않았을 경우와 거의 비슷하게 나오고 있음을 알 수 있다.
<
실시예
9~12>
실시예 9~12는 용매로서 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌카보네이트(EC), 디에틸 카보네이트(DEC)를 사용하였을 때의 여러가지 특성을 비교한 것으로서, 실시예 9~12에 걸쳐서 전해질의 용질에 대한 조건은 실시예 1~4와 각각 동일하다.
용량은 2.3V 인가전압과 1mA/F를 기준으로 측정하였고, 저항은 1kHz에서 측정하였다. 측정항목으로는 초기특성, 고온부하(1000시간), 사이클특성(20,000회)을 측정하였으며 결과는 표 3에 나타내었다.
실시예 9~12의 결과로 보아 PBS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorobutanesulfonate)를 첨가하더라도 위의 결과와 마찬가지로 여러가지 특성에 있어서 변화가 거의 없음을 알 수 있다.
따라서, 상기의 결과로 보았을 때 전해질의 첨가제로서 PBS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorobutanesulfonate)를 첨가하는 경우 점도(viscosity)는 현저히 30% 이상 현저히 감소하면서도 초기특성, 고온부하특성, 저온특성 및 대전류방전 특성과 같은 하이브리드 전지의 특성은 거의 변함이 없다.
본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전지에 의하면 양극물질이 4.3V 이상의 고전압에서도 안정한 충방전이 가능해지므로 사용전압을 더욱 높일 수 있고, 이로 인한 에너지 밀도의 상승효과가 있으며, PBS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorobutanesulfonate)의 소량 첨가만으로도 전체적인 하이브리드 전지의 성질 변화 없이도 점도(viscosity)의 감소 효과가 존재한다.
Claims (5)
- 양전극 및 음전극으로 구성되는 전극부;상기 양전극과 음전극을 전기적으로 분리하는 세퍼레이터; 및소정의 전압이 인가되었을 때 상기 양전극와 상기 음전극의 표면에서 전기이중층이 형성되도록 상기 양전극와 음전극 사이의 이격공간에 채워지며 카보네이트계 용매와 리튬염, 암모늄염을 포함하는 용질, 및 점도를 낯추기 위한 PBS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorobutanesulfonate) 또는 POS(1-Butyl-3-methyl-imidazolium nonafluorooctanesulfonate)가 첨가되어 있는 전해질을 포함하는 하이브리드 전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 카보네이트계 용매는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트 중에서 하나 이상 선택된 것이 사용되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 전해질의 농도는 1.0 ~ 2.5 mol/L인 것을 특징으로 하는 하이브리드 전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 양전극은 망간산 리튬(LiMn2O4)를 활물질로 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 음전극은 축전용량이 100 ~ 300 F/g을 가지는 활성탄을 활물질로 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050112681A KR100663832B1 (ko) | 2005-11-24 | 2005-11-24 | 하이브리드 전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050112681A KR100663832B1 (ko) | 2005-11-24 | 2005-11-24 | 하이브리드 전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR100663832B1 true KR100663832B1 (ko) | 2007-01-03 |
Family
ID=37866673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050112681A KR100663832B1 (ko) | 2005-11-24 | 2005-11-24 | 하이브리드 전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100663832B1 (ko) |
-
2005
- 2005-11-24 KR KR1020050112681A patent/KR100663832B1/ko active IP Right Grant
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8057937B2 (en) | Hybrid battery | |
| US7283349B2 (en) | Electric double layer capacitor | |
| JP6509815B2 (ja) | 導電性塩としてリチウム以外のアルカリ元素から作製される少なくとも１つの塩を含んでなる電解液から作製される電気化学スーパーキャパシタ装置 | |
| CN102667984B (zh) | 双电层电容器 | |
| JP6765857B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
| US20140098466A1 (en) | Electrolyte | |
| EP1783791B1 (en) | Electric double layer capacitor | |
| WO2002021631A1 (fr) | Additif pour element secondaire a electrolyte liquide non aqueux, element secondaire a electrolyte liquide non aqueux, additif pour condensateur double couche electrique a electrolyte liquide non aqueux et condensateur double couche electrique a electrolyte liquide non aqueux | |
| WO2007058421A1 (en) | Hybrid battery | |
| KR100392667B1 (ko) | 유기전해질을 이용한 금속산화물 전기화학 의사커패시터 | |
| US10115535B2 (en) | Electric storage device | |
| JP6966276B2 (ja) | 電気化学デバイス用電解液および電気化学デバイス | |
| JP6587579B2 (ja) | リチウムイオンキャパシタ | |
| KR101008795B1 (ko) | 에너지 저장장치 | |
| JP6449732B2 (ja) | 電気二重層キャパシタ | |
| KR101647759B1 (ko) | 고내전압 특성을 갖는 전기이중층 커패시터 | |
| KR100663832B1 (ko) | 하이브리드 전지 | |
| KR101671301B1 (ko) | 고전압 전기 이중층 캐패시터 | |
| KR100706715B1 (ko) | 하이브리드 전지 | |
| JP2008091823A (ja) | 電気二重層キャパシタ用電解液及び電気二重層キャパシタ | |
| KR100706714B1 (ko) | 하이브리드 전지 | |
| KR101981213B1 (ko) | 고온 안정성을 갖는 전기이중층 커패시터 | |
| KR100706713B1 (ko) | 하이브리드 전지 | |
| JP4798609B2 (ja) | 電気二重層キャパシタ用電解液及び電気二重層キャパシタ | |
| JP4158412B2 (ja) | 電気化学キャパシタ用電解液及びそれを用いた電気化学キャパシタ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20121226 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140326 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141226 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161205 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171106 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181226 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20200128 Year of fee payment: 14 |