KR101353257B1 - Positive Current Collector Comprising Carbon-based Material and Magnesium Secondary Battery Comprising the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소계 물질로 이루어진 집전체 및 이를 포함하는 마그네슘 이차전지에 관한 것으로, 상기 탄소계 물질은 표면에 미세 요철이 형성되어 있고 판상 형태를 가지므로, 양극 집전체와 활물질의 접착력을 강화시킴으로써, 내부 저항의 증가 없이, 전지의 작동전압에서 안정성을 유지할 수 있다.The present invention relates to a current collector made of a carbon-based material and a magnesium secondary battery including the same. Since the carbon-based material has fine irregularities formed on a surface thereof and has a plate shape, the carbon-based material may be formed by enhancing adhesion between the positive electrode current collector and the active material. It is possible to maintain stability at the operating voltage of the battery, without increasing the internal resistance.
Description
본 발명은 탄소계 물질로 이루어진 양극 집전체 및 이를 포함하고 있는 마그네슘 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 탄소시트, 탄소 호일로 이루어진 양극 집전체 표면에 미세 요철이 형성되어 있어 마그네슘 전지의 작동 전압인 0.3 ~ 1.9V에서 양극 활물질이 집전체로부터 박리되는 것을 방지하여 전지의 성능을 향상시킬 수 있는 양극 집전체 및 이를 포함하는 마그네슘 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a positive electrode current collector made of a carbon-based material and a magnesium secondary battery including the same, and more particularly, fine unevenness is formed on a surface of the positive electrode current collector made of a carbon sheet and carbon foil, thereby operating a magnesium battery. The present invention relates to a positive electrode current collector and a magnesium secondary battery including the same, which may improve performance of a battery by preventing the positive electrode active material from being peeled from the current collector at a voltage of 0.3 to 1.9 V.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices have increased, the demand for secondary batteries as energy sources has been rapidly increasing. Many researches have been conducted on lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage among such secondary batteries. .
이러한 리튬 이온 전지는 뛰어난 성능에도 불구하고 셀 당 제조비용이 비싸며, 폭발의 위험성이 있고, 장차 리튬 자원의 고갈이 우려되는 바, 최근에는 그 대안으로 마그네슘 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Despite the excellent performance, such lithium ion batteries are expensive to manufacture per cell, there is a risk of explosion, and there is concern about depletion of lithium resources in the future. Recently, research on magnesium batteries has been actively conducted as an alternative.
마그네슘 전지는 마그네슘 금속을 음극으로 사용하여 마그네슘 이온이 양극재에 삽입-탈리되어 충방전이 가능하게 한 2차 전지로, 리튬 이온 전지에 비하여 이론적으로 에너지 밀도가 2배 이상이고, 저가이며 대기 중에서 안정하여 차세대 리튬 이온 전지로 주목받고 있다. 그러나, 리튬 이온 전지를 넘어서는 고 에너지 밀도의 양극재와 넓은 전위 영역을 가지는 전해액을 포함하는 마그네슘 전지 개발에 많은 어려움을 겪고 있으며, 현재까지, Mo6S8을 양극재로, Mg(AlCl2BuEt)2/THF을 전해액으로 사용하는 마그네슘 전지가 유일하게 알려져 있다. A magnesium battery is a secondary battery that uses magnesium metal as a negative electrode to allow charge and discharge of magnesium ions by inserting and desorption into a cathode material, which is theoretically more than twice the energy density as a lithium ion battery, and is inexpensive. It is stable and attracts attention as a next generation lithium ion battery. However, it has been difficult to develop a magnesium battery including a high energy density cathode material over a lithium ion battery and an electrolyte solution having a wide potential region. To date, Mo 6 S 8 is used as a cathode material, and Mg (AlCl 2 BuEt The only known magnesium battery using 2 ) / THF as an electrolyte is known.
그러나, 이러한 마그네슘 전지도 실제 상용화를 위해선 개선되어야 할 부분이 많은 실정이다. 그 중 하나가 양극 집전체와 관련된 것으로, 리튬 이온 전지와 같이 양극 집전체와 음극 집전체로 각각 알루미늄 호일과 구리 호일을 사용하는 경우, 알루미늄은 전해액인 Mg(AlCl2BuEt)2/THF과 반응할 수 있고, 구리 호일은 마그네슘 대비 1.5V 이상에서 전기화학 반응을 보일 수 있다. 이러한 문제점으로, 현재 마그네슘 전지에서는 스테인리스 스틸 호일, 메쉬 등으로 이루어진 집전체에 양극재-바인더-도전재 혼합물을 도포한 양극을 사용하고 있다. However, such a magnesium battery also needs to be improved for practical commercialization. One of them relates to the positive electrode current collector, and when aluminum foil and copper foil are used as the positive electrode collector and the negative electrode collector, respectively, such as a lithium ion battery, aluminum reacts with the electrolyte Mg (AlCl 2 BuEt) 2 / THF. The copper foil may exhibit an electrochemical reaction at 1.5V or more relative to magnesium. Due to this problem, a magnesium battery currently uses a positive electrode coated with a positive electrode material-binder-conductive material mixture on a current collector made of stainless steel foil, mesh, or the like.
상기 스테인리스 스틸은 마그네슘 전지의 전위 영역인 0.3V ~ 1.9V에서 안정하고 알루미늄 박, 동 박처럼 얇은 호일 또는 그리드 형태의 메쉬로 만들 수 있으나, 표면이 매끈하고 기계적 강도, 연성 및 전성이 매우 강하여 전지 공정 과정 중 압연하는 경우, 활물질과 호일의 접착력이 떨어지는 단점이 있다.The stainless steel is stable at 0.3V to 1.9V, which is a potential region of a magnesium battery, and may be made of a foil or a grid mesh such as aluminum foil or copper foil, but the surface is smooth and the mechanical strength, ductility, and malleability are very strong. When rolling during the process, there is a disadvantage in that the adhesion between the active material and the foil is inferior.
따라서, 이러한 단점들을 해결하기 위한 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique for solving these disadvantages.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 마그네슘 전지의 집전체로서, 도전성 탄소계 물질을 개발하기에 이르렀고, 이러한 도전성 탄소계 물질을 마그네슘 전지의 집전체로 사용하는 경우, 종래의 스테인리스 스틸로 이루어진 집전체가 가진 다양한 문제점들을 해결할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After extensive research and various experiments, the inventors of the present application have developed a conductive carbon-based material as a current collector of a magnesium battery, as described later. When used as, it was confirmed that the various problems with the current collector made of conventional stainless steel can be solved, and came to complete the present invention.
따라서, 본 발명에 따른 마그네슘 이차전지는 마그네슘 이온의 흡장 및 탈리가 가능한 양극 활물질을 포함하는 양극, 마그네슘 이온의 흡장 및 탈리가 가능한 음극 활물질을 포함하는 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 있는 분리막, 및 마그네슘 이온을 포함하는 전해액을 포함하는 것으로 구성되어 있고, 상기 양극은 탄소계 물질로 이루어진 집전체에 양극 활물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the magnesium secondary battery according to the present invention includes a cathode including a cathode active material capable of occluding and detaching magnesium ions, a cathode including an anode active material capable of occluding and detaching magnesium ions, and a separator interposed between the cathode and the anode. And an electrolytic solution containing magnesium ions, and the positive electrode is characterized in that a positive electrode active material is coated on a current collector made of a carbon-based material.
집전체는 당해 전지에 전기화학적 변화를 유발하지 않고 안정해야 한다. 집전체가 부식될 경우, 전지 사이클이 반복됨에 따라 충분한 집전능력을 발휘할 수 없으므로 전지의 수명을 단축시키게 된다.The current collector should be stable without causing electrochemical changes in the cell. If the current collector is corroded, the battery may not be able to exhibit sufficient current collecting ability as the battery cycle is repeated, thereby shortening the life of the battery.
마그네슘 이차전지에서 양극 집전체를 형성하는 금속으로는 스테인리스 스틸 등 금속계 물질이 알려져 있지만, 앞서 설명한 바와 같이 양극 활물질과 접착력이 떨어지는 문제점이 있다.As a metal for forming a positive electrode current collector in a magnesium secondary battery, a metal-based material such as stainless steel is known, but as described above, there is a problem in that adhesive strength with the positive electrode active material is inferior.
반면에, 본 발명에서는 마그네슘 이차전지의 양극 집전체로서 탄소계 물질을 사용한다.On the other hand, the present invention uses a carbon-based material as the positive electrode current collector of the magnesium secondary battery.
상기 탄소계 물질은 표면에 미세 요철이 형성되어 있어 높은 비표면적을 가지므로 활물질을 부착할 때 접착력이 증가되고, 접촉 저항이 감소될 수 있어 우수한 전기 화학적 특성을 나타낼 수 있다. 상기 미세 요철 크기는 바람직하게는 골과 마루의 높이차가 평균 1 내지 10 ㎛일 수 있다.Since the carbon-based material has a high specific surface area because fine irregularities are formed on the surface thereof, the adhesion force may be increased when the active material is attached, and the contact resistance may be reduced, thereby exhibiting excellent electrochemical properties. The fine concave-convex size may preferably have an average height difference between the valley and the floor of 1 to 10 μm.
상기 탄소계 물질로 이루어진 양극 집전체는 약 20 내지 400 ㎛의 두께를 가지는 판상 형태일 수 있다. The positive electrode current collector made of the carbon-based material may have a plate shape having a thickness of about 20 to 400 μm.
하나의 바람직한 예에서, 상기 집전체는 탄소 시트 또는 탄소 호일일 수 있으며, 상기 탄소 시트의 바람직한 예로는 탄소 종이, 탄소 천 등을 들 수 있다. 이러한 탄소 종이 또는 탄소 천은, 예를 들어, 탄화수소 기재의 종이 또는 천을 탄화시켜 제조될 수 있다.In one preferred example, the current collector may be a carbon sheet or carbon foil, and a preferred example of the carbon sheet may be carbon paper, carbon cloth, or the like. Such carbon paper or carbon cloth can be produced, for example, by carbonizing a hydrocarbon based paper or cloth.
본 발명은 또한 상기와 같은 양극 집전체를 양극의 구성요소로서 사용하는 마그네슘 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a magnesium secondary battery using such a positive electrode current collector as a component of a positive electrode.
본 발명에 따른 양극 집전체를 사용하여, 양극, 음극, 분리막 및 마그네슘염 함유 비수 전해질로 구성된 마그네슘 이차전지를 제조하는 방법은 당업계에 공지되어 있다.A method for producing a magnesium secondary battery composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a magnesium salt-containing nonaqueous electrolyte using the positive electrode current collector according to the present invention is known in the art.
양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전제 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder onto a positive electrode current collector, followed by drying, and optionally, a filler is further added to the mixture.
상기 양극 활물질은 바람직하게는 Mo계 화합물 또는 합금일 수 있으며, 하나의 구체적인 예에서 Mo6S8일 수 있다.The cathode active material may be preferably a Mo-based compound or an alloy, and in one specific example, may be Mo 6 S 8 .
상기 도전제는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive agent is typically added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Such a conductive agent is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing a chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
상기 바인더는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC) 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The binder is added to the binder in an amount of 1 to 30% by weight, based on the total weight of the mixture containing the cathode active material, as a component that assists in bonding between the active material and the conductive agent and bonding to the current collector. Examples of such a binder include, but are not limited to, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), and the like.
음극은 일반적으로 3 내지 500 ㎛ 두께의 금속 상태의 마그네슘이 사용될 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.As the negative electrode, magnesium in a metal state of 3 to 500 μm thickness may be generally used, and may be used in various forms such as film, sheet, foil, net, porous body, foam, and nonwoven fabric.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 글래스 필터와 같은 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; Sheets made of glass fibers or polyethylene such as glass filters, nonwoven fabrics, and the like are used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.
마그네슘 염 함유 비수계 전해질은, 마그네슘과 비수 전해액로 이루어져 있으며, 바람직하게는 마그네슘 유기금속화합물, 예를 들어, Mg(AlCl2BuEt)2/THF를 포함하는 조성일 수 있다. The magnesium salt-containing non-aqueous electrolyte is composed of magnesium and a non-aqueous electrolyte, and preferably may be a composition containing a magnesium organometallic compound, for example, Mg (AlCl 2 BuEt) 2 / THF.
본 발명에 따른 마그네슘 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지팩에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The magnesium secondary battery according to the present invention can be used not only in a battery cell used as a power source for a small device, but also preferably used as a unit cell in a medium-large battery pack including a plurality of battery cells used as a power source for a medium and large device. have.
상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전동 공구; 전지저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferred examples of the medium and large devices include electric vehicles including electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); Power tools; Battery storage devices and the like, but is not limited thereto.
이상은 본 발명에 따른 탄소계 물질로 이루어진 양극 집전체를 사용하여 구성될 수 있는 마그네슘 이차전지의 구성 요소들에 대한 예시적인 설명이며, 경우에 따라서는 구성 요소들의 일부가 제외되거나 치환되거나 기타의 구성요소가 추가될 수도 있다.The above is an exemplary description of the components of the magnesium secondary battery that can be configured by using the positive electrode current collector made of a carbon-based material according to the present invention, and in some cases, some of the components are excluded, substituted or other Components may be added.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 양극 집전체는 미세한 요철이 형성되어 있는 판상 형태의 도전성 탄소계 물질로 이루어져 있으므로, 종래 스테인리스 스틸로 이루어진 양극 집전체에서 나타나는 양극 활물질이 박리되고 저항이 상승되는 현상을 해소할 수 있어 마그네슘 전지의 전기적 특성을 우수하게 유지할 수 있다.As described above, since the positive electrode current collector according to the present invention is made of a conductive carbon-based material in the form of a plate in which fine unevenness is formed, the positive electrode active material which is conventionally present in the positive electrode current collector made of stainless steel is peeled off and the resistance is increased. The phenomenon can be eliminated and the electrical characteristics of the magnesium battery can be maintained excellently.
도 1 및 2는 실험예에서 실시예 1 및 비교예 1의 마그네슘 코인 전지용 양극을 압연한 후의 결과를 보여주는 사진들이다;
도 3은 실험예에서 실시예 1 및 비교예 1의 마그네슘 이차전지들의 CV 결과를 나타낸 그래프이다;
도 4는 실험예에서 실시예 1의 마그네슘 이차전지의 Cylic Voltammertry 결과를 나타낸 그래프이다;
도 5는 실험예에서 실시예 1의 마그네슘 이차전지의 충방전 테스트 결과를 나타낸 그래프이다;
도 6은 실험예에서 실시예 1의 마그네슘 이차전지의 사이클 수에 따른 용량변화를 나타낸 그래프이다;
도 7은 실험예에서 비교예 1의 마그네슘 전지 양극을 사용한 마그네슘 이차전지의 사이클 수에 따른 용량변화를 나타낸 그래프이다.1 and 2 are photographs showing the results after rolling the positive electrode for magnesium coin batteries of Example 1 and Comparative Example 1 in the experimental example;
3 is a graph showing the CV results of the magnesium secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1 in the experimental example;
4 is a graph showing the results of Cylic Voltammertry of the magnesium secondary battery of Example 1 in the experimental example;
5 is a graph showing the charge and discharge test results of the magnesium secondary battery of Example 1 in the experimental example;
6 is a graph showing a capacity change according to the cycle number of the magnesium secondary battery of Example 1 in the experimental example;
7 is a graph showing a capacity change according to the cycle number of the magnesium secondary battery using the magnesium battery positive electrode of Comparative Example 1 in the experimental example.
이하에서는 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail by way of examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.
[실시예 1]Example 1
Mo6S8 80 중량%, PVDF 10 중량% 및 Denka Black 10 중량%를 NMP에 첨가하여 양극 슬러리를 제조하였다. 이러한 양극 슬러리를, 300 ㎛ 두께의 카본 페이퍼에 도포한 후, 압연 및 건조하여 마그네슘 이차전지용 양극을 제조하였다.A positive electrode slurry was prepared by adding 80 wt% Mo 6 S 8 , 10 wt% PVDF, and 10 wt% Denka Black to NMP. This positive electrode slurry was applied to carbon paper having a thickness of 300 μm, and then rolled and dried to prepare a positive electrode for magnesium secondary batteries.
상기에서 제조된 양극의 사진이 도 1에 개시되어 있다. 도 1을 참조하면, 압연 및 건조 후에도 양극의 표면이 깨끗한 것을 확인할 수 있는 바, 이는 다공성 카본 페이퍼로 이루어진 집전체와 활물질 간의 접착력이 증가하기 때문이다.
A photograph of the anode prepared above is shown in FIG. 1. Referring to FIG. 1, it can be seen that the surface of the positive electrode is clean even after rolling and drying, because the adhesion between the current collector made of porous carbon paper and the active material is increased.
[비교예 1]Comparative Example 1
카본 페이퍼 대신에 10 ㎛ 두께의 스테인리스 스틸 호일을 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 마그네슘 이차전지용 양극을 제조하였다.A magnesium secondary battery positive electrode was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that 10 μm thick stainless steel foil was used instead of the carbon paper.
상기에서 제조된 양극의 사진이 도 2에 개시되어 있다. 도 2를 참조하면, 압연 및 건조 후에 양극의 가장자리 부분의 활물질이 집전체와 분리되는 것을 볼 수 있다. 이는, 스테인리스 호일의 표면이 매끈하고, 기계적 강도 연성 및 전성이 강하여 스테인리스 호일로 이루어진 집전체와 활물질 간의 접착력이 감소하기 때문이다
A photo of the anode prepared above is shown in FIG. 2. Referring to FIG. 2, it can be seen that the active material at the edge portion of the positive electrode is separated from the current collector after rolling and drying. This is because the surface of the stainless steel foil is smooth and the mechanical strength, ductility and malleability are strong, thereby reducing the adhesion between the current collector and the active material made of stainless steel foil.
[실험예][Experimental Example]
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 마그네슘 이차전지용 양극과, 마그네슘 호일로 이루어진 음극 사이에 글래스 필터로 이루어진 분리막을 개재하고, THF 중의 0.25M Mg(AlCl2BuEt)2의 염을 함유하는 전해액을 주입하여, 코인형 마그네슘 이차전지를 제작하였다. Between the positive electrode for magnesium secondary batteries prepared in Example 1 and Comparative Example 1 and a separator made of a glass filter between the negative electrode made of magnesium foil, containing a salt of 0.25M Mg (AlCl 2 BuEt) 2 in THF An electrolyte solution was injected to produce a coin-type magnesium secondary battery.
이렇게 제작된 마그네슘 이차전지들에 대해 다양한 실험을 수행하였고, 그 결과가 도 3 내지 도 7에 나타나 있으며, 이에 대해 이하에서 설명한다.Various experiments were performed on the manufactured magnesium secondary batteries, and the results are shown in FIGS. 3 to 7, which will be described below.
도 3을 참조하면, 실시예 1의 마그네슘 이차전지와 비교예 1의 마그네슘 이차전지는 각각 마그네슘의 일반적인 작동 전압인 0.3 ~ 1.9V 영역에서 안정한 것을 확인할 수 있다. 이는, 실시예 1 및 비교예 1에서 집전체로 사용된 물질들이 전해질의 Mg(AlCl2BuEt)2/THF 염과 전기화학적인 반응이 거의 일어나지 않기 때문이다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the magnesium secondary battery of Example 1 and the magnesium secondary battery of Comparative Example 1 are stable in a range of 0.3 to 1.9 V, which is a general operating voltage of magnesium, respectively. This is because the materials used as the current collectors in Example 1 and Comparative Example 1 hardly undergo an electrochemical reaction with the Mg (AlCl 2 BuEt) 2 / THF salt of the electrolyte.
한편, 도 4를 참조하면, 실시예 1의 마그네슘 이차전지는 0.3 ~ 1.8V 영역에서 마그네슘의 삽입 및 탈리 반응 피크를 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 도 5를 참조하면, 마그네슘 이차전지의 충방전 개형에서 마그네슘이 삽입되는 site A 및 site B가 확인되었고, 일반적인 마그네슘 전지의 용량인 약 80mAh/g을 나타내는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, referring to Figure 4, it can be seen that the magnesium secondary battery of Example 1 shows the insertion and desorption reaction peak of magnesium in the 0.3 ~ 1.8V region, referring to Figure 5, in the charge and discharge reforming of the magnesium secondary battery Site A and site B where magnesium is inserted have been confirmed, and it can be seen that it represents about 80mAh / g, which is the capacity of a typical magnesium battery.
도 6 및 도 7에는 실시예 1 및 비교예 1의 마그네슘 이차전지들을 0.1C 충전 및 0.1C 방전 조건으로 충방전 사이클 수행할 때의 용량 변화를 보여주고 있다. 6 and 7 show changes in capacity when the magnesium secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1 are charged and discharged at 0.1C charge and 0.1C discharge conditions.
우선, 도 6을 참조하면, 실시예 1의 마그네슘 이차전지는 약 50 사이클에서도 안정적인 충방전 거동을 보이며 용량 감소가 거의 없는 것을 확인할 수 있다. First, referring to FIG. 6, it can be seen that the magnesium secondary battery of Example 1 shows stable charge and discharge behavior even at about 50 cycles and almost no capacity decrease.
반면에, 도 7을 참조하면, 비교예 1의 마그네슘 이차전지는 약 30 사이클 이후부터 용량이 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있다. 이는, 사이클이 진행됨에 따라 활물질이 집전체인 스테인리스 호일로부터 분리되어 내부 저항이 증가하기 때문이다. On the other hand, referring to Figure 7, the magnesium secondary battery of Comparative Example 1 can be seen that the capacity is significantly reduced after about 30 cycles. This is because as the cycle progresses, the active material is separated from the stainless steel foil which is the current collector, thereby increasing the internal resistance.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.
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2010
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