KR101381650B1 - 복합 양극 활물질 및 이를 포함하는 하이브리드 커패시터 - Google Patents

복합 양극 활물질 및 이를 포함하는 하이브리드 커패시터 Download PDF

Info

Publication number
KR101381650B1
KR101381650B1 KR1020120023762A KR20120023762A KR101381650B1 KR 101381650 B1 KR101381650 B1 KR 101381650B1 KR 1020120023762 A KR1020120023762 A KR 1020120023762A KR 20120023762 A KR20120023762 A KR 20120023762A KR 101381650 B1 KR101381650 B1 KR 101381650B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
lifepo
cathode active
hybrid capacitor
lini
Prior art date
Application number
KR1020120023762A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130116401A (ko
Inventor
우대중
이용현
Original Assignee
비나텍주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비나텍주식회사 filed Critical 비나텍주식회사
Priority to KR1020120023762A priority Critical patent/KR101381650B1/ko
Publication of KR20130116401A publication Critical patent/KR20130116401A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101381650B1 publication Critical patent/KR101381650B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H01G11/42—Powders or particles, e.g. composition thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for 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
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 복합 양극 활물질 및 그를 포함하는 하이브리드 커패시터(hybrid capacitor)에 관한 것으로, LiFePO4 분말 및 LNCM(LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2)을 물리적으로 블랜딩하여 합성한 복합 양극 활물질과, 상기 복합 양극 활물질로 제조된 양극을 포함하는 하이브리드 커패시터의 구성을 개시한다.

Description

복합 양극 활물질 및 이를 포함하는 하이브리드 커패시터{Complex Cathode active material Manufactured by using a ultrasonic composite method and hybrid capacitor comprising the same}
본 발명은 하이브리드 커패시터(hybrid capacitor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNCM이 블랜딩된 Li-Fe-P 합성물을 이용하여 하이브리드 커패시터의 전기화학적 특성을 향상시킨 복합 양극 활물질 및 이를 포함하는 하이브리드 커패시터에 관한 것이다.
일반적으로 슈퍼 커패시터는 정전기적(electrostatic) 특성을 이용하기 때문에 전기 화학적 반응을 이용하는 배터리에 비하여 충방전 회수가 거의 무한대이고 반영구적으로 사용 가능하며, 에너지의 충방전 속도가 매우 빨라 그 출력 밀도가 배터리의 수십 배 이상이다.
따라서 기존의 화학전지 배터리로는 구현하지 못하는 슈퍼 커패시터의 특성으로 인하여, 산업계 전반에 걸쳐 슈퍼 커패시터의 응용 분야가 점차 확대되는 추세이다. 특히, 요즘과 같은 고유가 시대에 전기자동차(electric vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(hybrid electric vehicle, HEV) 또는 연료전지자동차(fuel cell vehicle, FCV) 등과 같은 차세대 환경 친화 차량 개발 분야에 있어 에너지 버퍼로서 슈퍼 커패시터의 효용성은 날로 증가하고 있다.
슈퍼 커패시터는 보조 에너지 저장장치로서 화학전지 배터리와 병용됨으로써, 순간적인 에너지의 공급과 흡수는 슈퍼 커패시터가 담당하고, 평균적인 차량의 에너지 공급은 배터리가 담당함으로써 전반적인 차량 시스템의 효율 개선과 에너지 저장 시스템의 수명 연장 등의 효과를 기대할 수 있다. 또한, 이동전화나 동영상 레코더와 같은 휴대용 전자 부품에서 보조 전원으로 사용될 수 있어, 그 중요성 및 용도가 날로 증가하고 있다.
이와 같은 슈퍼 커패시터는 크게 전기 이중층 커패시터(electric double layer capacitor, 이하 'EDLC 커패시터'라 한다)와 산화·환원 커패시터(pseudo capacitor, 이하 '수도 커패시터'라 한다)로 분류된다. 상기 EDLC 커패시터는 표면에 전기 이중층이 생성되어 전하를 축적하고, 수도 커패시터는 활물질로 사용되는 금속 산화물의 산화·환원 반응에 의해 전하를 축적한다.
특히 하이브리드 커패시터는 기존 전기이중층 커패시터의 고출력 및 장수명 특성과, 리튬 이온 전지의 고에너지밀도를 결합한 새로운 개념의 전기에너지 저장 시스템으로, 리튬 이온 커패시터(LIC: lithium ion capacitor)라고도 한다. 전기이중층 내 전하의 물리적 흡착반응을 이용하는 전기이중층 커패시터는 우수한 출력특성 및 수명특성에도 불구하고 낮은 에너지밀도 때문에 다양한 응용분야에 적용이 제한되고 있다. 이러한 전기이중층 커패시터의 문제점을 해결하기 위하여 음극 활물질로서 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 탄소계 소재를 이용하는 하이브리드 커패시터가 제안되었다.
특히 종래 하이브리드 커패시터에 적용되는 LiFePO4 양극 활물질은 구조적으로 매우 안정한 올리빈 구조를 갖고 있기 때문에 열적, 화학적으로 안정하며 이론용량이 170mAh/g으로 비교적 높으며 무엇보다 Fe원료를 사용함으로써 친환경적이고 저가인 장점이 있다. 하지만 LiFePO4 양극 활물질은 리튬이온의 확산 속도가 느리고 평균전위가 LiMn2O4에 비하여 약 0.6V 낮아 하이브리드 커패시터에 적용했을 경우 1.8V 이상에서 커패시터의 거동이 나타나기 힘들다. 이에 따라 일반적인 LiFePO4 양극 활물질은 특성이 상대적으로 떨어져 하이브리드 커패시터 적용 범위의 확대가 어려운 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은 간단한 물리적 블랜딩 방법에 의하여 제조될 수 있으며, 전기화학적 특성을 개선시킬 수 있는 복합 양극 활물질 및 그를 포함하는 하이브리드 커패시터를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 LiFePO4 분말 및 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)을 블랜딩하여 합성한 복합 양극 활물질의 구성을 개시한다.
여기서 상기 LiFePO4 분말의 입자는 상기 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)의 입자와 유사한 크기를 가지도록 제조될 수 있다.
또한 상기 LiFePO4 분말과 상기 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)을 블랜딩한 물질의 순환 전압 거동은 1V ~ 2.3V 범위를 가질 수 있다.
본 발명은 또한, LiFePO4 분말 및 LNCM(LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2)을 블랜딩하여 합성한 복합 양극 활물질로 구성된 양극을 포함하는 하이브리드 커패시터의 구성을 개시한다.
여기서 상기 하이브리드 커패시터에 포함된는 상기 양극 활물질은 LiFePO4 분말의 입자와 상기 LNCM(LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2)의 입자가 유사한 크기를 가질 수 있으며, 상기 양극의 순환 전압 거동은 1V ~ 2.3V 범위가 될 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 본 발명은 간단한 물리적 블랜딩 방법으로 복합 양극 활물질 제조를 보다 간단히 할 수 있으며 안정적인 전압 거동 특성 가지는 하이브리드 커패시터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 복합 양극 활물질 제조를 설명하기 위한 도면.
도 2a 및 도 2b는 종래 비교 예의 양극 활물질로 제조된 하이브리드 커패시터의 전압 특성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 복합 양극 활물질로 제조된 하이브리드 커패시터의 전압 특성을 나타낸 도면.
도 4는 종래 비교 예의 양극 활물질로 제조된 하이브리드 커패시터의 순환 전압 전류 특성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 양극 활물질로 제조된 하이브리드 커패시터의 순환 전압 전류 특성을 나타낸 도면.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 하이브리드 커패시터용 복합 양극 활물질은 LiFePO4에 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)양극 물질을 물리적으로 블랜딩하여 제조하고, 이러한 복합 양극 활물질에 탄소계 재료를 혼합하여 양극 재료를 제조할 수 있다. 이때 양극 재료는 복합 양극 활물질 5~20 wt%와, 탄소계 재료 80~95 wt%를 포함할 수 있다.
특히 복합 양극 활물질은 LiFePO4과 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)이 일정 비율로 물리적 블랜딩이 될 수 있다. 이러한 복합 양극 활물질은 5V 이하의 전압영역에서 리튬을 가역적으로 삽입 또는 탈리할 수 있다.
상기 복합 양극 활물질은 탄소계 재료에 첨가되는 양에 따라 탄소계 재료 전체에 균일하게 혼합될 수도 있고, 일부에만 국부적으로 혼합될 수도 있다.
그리고 탄소계 재료로는 활성탄 소재와, 활성탄 소재를 개선한 활성탄-금속산화물 복합소재 및 전도성고분자-활성탄 복합소재를 포함하며, 적어도 하나 이상이 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 커패시터용 복합 양극 활물질의 제조 방법에 대해서 간략히 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복합 양극 활물질 제조 방법은 올리빈 구조를 갖는 안정한 LiFePO4 합성물을 마련하는 101 단계, 합성된 LiFePO4 분말을 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 물질과 일정 비율로 물리적 블랜딩을 수행하는 103 단계를 포함할 수 있다.
이러한 방법을 통하여 제작된 본 발명의 복합 양극 활물질에 있어서, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 물질의 평균 전위가 3.7V로 높은 특성을 가짐에 따라 복합 제조된 양극 활물질은 2.3V에서 안정적인 커패시터의 전압 거동을 제공한다. 또한 본 발명의 복합 양극 활물질은 이론용량 278mAh로 매우 높은 에너지 밀도 개선성을 제공할 수 있다.
상기 LiFePO4를 마련하는 S101 단계는 다양한 방식을 통하여 수행될 수 있다. 예를 들어, LiFePO4 분말 제작을 위하여 인산리튬 Li3PO4 및 인산철 Fe3(PO4)2 또는 이의 수화물 Fe3(PO4)2·nH2O를 합성 원료로 준비한다. 여기서 n은 수화물의 수이다. 그리고 인산리튬과 인산철 수화물을 물에 용해하여 혼합하고 소성 과정을 통하여 합성 원료를 마련할 수 있다. 이렇게 마련된 합성 원료에 대하여 밀링 과정을 통하여 입자 크기를 일정 크기 이하의 입자들이 일정 분포를 가질 수 있도록 설정하는 것이 바람직하다.
특히 밀링 과정에서는 상기 LiFePO4가 물리적으로 블랜딩될 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)의 입자들과 고르게 섞일 수 있도록 사전 정의된 일정 크기의 입자를 가지도록 작업될 수 있다. 즉 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)의 입자 크기에 따라 LiFePO4의 입자 크기 조절을 위한 밀링 과정이 조정될 수 있다. 예를 들어, LiFePO4의 입자 크기가 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)의 입자 크기와 유사한 크기를 가지도록 밀링 과정이 수행될 수 있다.
한편 인산리튬과 인산철 수화물을 물에 용해하여 혼합하는 과정에서 초음파 합성법이 이용하여 합성 처리될 수 있다. 이 과정에서 원료에 가해지는 초음파의 진동 에너지는 각 원료 성분들 간의 결합 관계에 에너지를 공급하게 된다. 이때 초음파의 진동 에너지 중 일부 에너지는 각 성분들의 결합 관계에 잔류하지 않고 소멸하지만 일부 에너지들은 각 성분들의 결합에 진동 형태로 남아 영향을 줄 수 있다. 이에 따라 결과적으로 각 원료들은 수용액 첨가 후 정치 과정을 통하여 생산한 상태에 비하여 LiFePO4의 원소들 간의 결합 관계가 상대적으로 에너지가 높은 들뜬 상태를 가질 수 있다. 또한 초음파 합성에 의하여 각 성분들이 합성되는 과정에서 진동에 따라 균일하고 고르게 분포하면서 합성됨으로써 결합에 의한 입자들이 보다 넓은 비표면적을 가질 수 있다.
한편 S103 단계에서와 같이 LiFePO4에 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)이 물리적으로 블랜딩되면 LiFePO4/LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2) 복합 양극 활물질이 마련될 수 있다. 여기서 복합 양극 활물질의 LiFePO4와 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)의 비율은 해당 하이브리드 커패시터가 적용되는 환경에 따라 실험적으로 조정될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 복합 양극 활물질은 간단한 물리적 블랜딩 방법만으로 합성을 수행하여 하이브리드 커패시터의 안정적인 전압 거동을 획득할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 복합 양극 활물질의 전압 거동 특성을 확인하기 위하여 하이브리드 커패시터를 제조하였다. 이때 본 발명에 따른 실시 예의 경우, 양극 재료는 복합 양극 활물질 5~20 wt%와, 탄소계 재료 80~95 wt%를 포함할 수 있다. 이때 복합 양극 활물질은 전술된 바와 같이 LiFePO4에 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)이 첨가된 복합 물질이다. 비교 예의 경우, 양극 재료로 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)이 첨가되지 않은 양극 활물질 LiFePO4 5~20 wt%와, 탄소계 재료 80~95 wt%를 포함한다.
이하 본 발명의 실시 예와 비교 예에 따른 하이브리드 커패시터의 제조에 대해서 설명하기로 한다. 설명에 앞서 실시 예와 비교 예의 하이브리드 커패시터 제조는 동일하게 진행되기 때문에, 실시 예에 따른 복합 양극 활물질을 이용하는 하이브리드 커패시터의 제조 방법을 중심으로 설명하기로 한다. 이때 탄소계 재료로는 활성탄이 사용될 수 있다.
먼저, 전극 슬러리를 제조한다. 이때 본 발명의 실시 예에 따른 LiFePO4/LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2) 복합 양극 활물질 92 wt%와 결착제 PVdF를 8 wt%로 하여, NMP를 용매로 전극 슬러리(slurry)를 제조한다. 다음으로 전극 슬러리를 두께 20㎛의 알루미늄 메쉬(Al mesh)에 도포하여 건조 후 프레스로 압밀화시켜, 진공상에서 120℃로 16시간 건조해 직경 12 mm의 원판으로 전극을 제조한다.
그리고 상대극으로는 직경 12 mm로 펀칭(punching)을 한 리튬금속박을, 분리막으로는 PP 필름을 사용하기로 한다. 전해액으로는 1M의 LiPF6의 EC/DMC를 3:7로 배합한 혼합 용액을 사용한다. 전해액을 분리막에 함침시킨 후, 이 분리막을 작용극과 상대극 사이에 끼운 후 스테인레스(SUS) 제품의 케이스를 전극 평가용 시험 셀, 즉 비수계 하이브리드 커패시터용 하프 셀로 제조한다.
이때 풀 셀로 적용할 경우 음극 활물질로 탄소계 재료인 인조흑연, 천연흑연, 흑연화탄소 섬유, 흑연화 메조카본마이크로비드, 석유코크스, 수지소성체, 탄소섬유, 열분해 탄소 등의 결정질이나 비정질 탄소로 이루어진 물질 중에서 적어도 하나가 사용될 수 있다.
복합 양극 활물질은 5V 이하의 전압영역에서 가역적으로 리튬 이온은 삽입 또는 탈리하며, 5V 이하의 전압영역에서 구동되는 비수계 전해질이 적용된 하이브리드 커패시터에 적용이 가능하다.
한편 양극 극판의 제작은 본 발명에 따른 복합 양극 활물질의 분말에, 필요에 따라서, 도전제(탄소계 재료), 결착제, 필러, 분산제, 이온 도전제, 압력 증강제 등과 통상 이용되고 있는 l종 또는 2종 이상의 첨가 성분을 첨가해, 적당한 용매(유기용매)에 의해 슬러리 내지 페이스트(paste)화 한다. 이렇게 얻은 슬러리 또는 페이스트를 전극 지지 기판에 해당하는 집전체에 닥터 플레이드법 등을 이용해 도포 및 건조한 후, 압연 롤 등으로 프레스한 것을 양극 극판으로서 사용한다.
이때 필요에 따라 도전제(탄소계 재료)로는 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, Ketjen Black, 탄소섬유, 금속가루 등이 사용될 수 있다. 결착제로는 PVdF, 폴리에틸렌 등을 사용할 수 있다. 전극 지지 기판은, 동, 니켈, 스테인리스 강철, 알루미늄 등의 박, 시트, 메쉬 혹은 탄소섬유 등으로 구성할 수 있다.
이와 같이 제조된 양극을 이용하여 하이브리드 커패시터를 제작한다. 여기서 비교 예를 위한 양극은 상술한 셀 제조 설명에서 복합 양극 활물질을 일반 양극 활물질 예를 들면 LiFePO4로 대체함으로써 설명될 수 있다. 한편 하이브리드 커패시터의 형태는 코인, 버튼, 시트, 파우치, 원통형, 각형 등 어느 것이라도 좋다. 하이브리드 커패시터의 음극, 전해질, 분리막 등은 기존 리튬이차전지에 사용할 수 있다.
전해액은 유기용매에 리튬염을 용해시킨 비수계 전해액, 무기 고체 전해질, 무기 고체 전해질의 복합재 등을 사용할 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
여기서 비수계 전해액의 용매로서는 카보네이트, 에스테르, 에테르 또는 케톤을 사용할 수 있다. 상기 카보네이트로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC) 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있다. 에스테르로는 부티로락톤(BL), 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤(valerolactone), 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone), n-메틸 아세테이트, n-에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트 등이 사용될 수 있다. 에테르로는 디부틸 에테르 등이 사용될 수 있다. 케톤으로는 폴리메틸비닐 케톤이 사용될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 비수계 전해액은 비수성 유기용매의 종류에 한정되는 것은 아니다.
비수계 전해액의 리튬염의 예로서는, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2x+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임) 및 LiSO3CF3로 이루어진 군에서 선택되는 것을 하나 이상 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
그리고 분리막으로는 PP 또는 PE 등의 폴리올레핀(Polyolefin)으로부터 제조되는 다공성 필름이나, 부직포 등의 다공성재를 사용할 수 있다.
이와 같이 제조된 실시 예 및 비교 예에 따른 하이브리드 커패시터의 충방전 특성을 비교하면, 도 2a 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 실시 예에 따른 복합 양극 활물질이 비교 예에 따른 양극 활물질에 비해서 일정 크기 이상의 전압에서 안정적인 전압 거동 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다. 예컨대 비교 예의 경우, 도 2a에 도시된 바와 같이 1.8V 까지는 안정적인 전압 거동을 보이나, 도 2b에 도시된 바와 같이 2.3V 에서는 커패시터의 전압 거동이 안보임을 알 수 있다.
한편 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 커패시터는 도 3에 도시된 바와 같이 비교 예에 따른 양극 활물질에 비해서 높은 전압 범위에서의 전압 거동 예컨대 2.3V에서도 안정적인 커패시터 전압 거동을 보임을 알 수 있다.
이러한 특징은 LiFePO4와 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)을 혼합함으로써 상대적으로 양호한 전압 특성의 물질을 제공함으로써 보다 양호한 전압 거동 특성을 확보할 수 있음을 나타낸 것으로 판단된다. 즉 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)의 경우 평균 전위가 3.7V 정도로 높게 나타나는 특징으로 인하여 LiFePO4의 전압 거동 특성이 개선되는 것으로 판단되며, LiFePO4의 안정적인 올리빈 특성 제공을 통하여 열적 화학적 안정 특성이 유지되는 것으로 판단할 수 있다. 한편 상술한 설명에서는 본 발명의 복합 양극 활물질이 2.3V 정격전압을 기준으로 가지는 부분에 대하여 설명하였으나 이러한 설명은 일반적인 하이브리드 커패시터의 정격전압에 대응시키기 위한 것이다. 즉 본 발명의 복합 양극 활물질은 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)의 혼합량을 늘림으로써 보다 높은 전위 특성을 개선할 수도 있을 것이다. 다만 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)의 혼합량을 늘릴 경우 LiFePO4의 비중이 상대적으로 줄어들게 됨에 따라 해당 전지의 열적 및 화학적 특성이 감소될 수 있다. 따라서 상술한 LiFePO4와 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)의 혼합량 비중은 해당 전지를 적용할 환경에 따라 실험적으로 적용될 수 있을 것이다.
도 4는 종래 비교 예에 따른 양극 활물질이 적용된 하이브리드 커패시터의 순환 전압 전류 곡선(Cyclic Voltamogram)을 나타낸 것이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 복합 양극 활물질이 적용된 하이브리드 커패시터의 순환 전압 전류 곡선을 나타낸 것이다.
도 4를 참조하면, LiFePO4를 단독으로 사용한 양극 활물질이 적용된 하이브리드 커패시터에서는 1.8 이상에서는 적절한 전위차가 형성되지 않음을 알 수 있다. 반면에 도 5를 참조하면, LiFePO4 및 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)이 블랜딩 된 복합 양극 활물질이 적용된 하이브리드 커패시터에서는 2.3V까지도 적절한 전위차가 형성됨을 알 수 있다. 이에 따라 본 발명의 복합 양극 활물질을 이용하여 제조된 하이브리드 커패시터는 1V ~ 2.3V 정도의 안정적인 전압 거동 특성을 가질 수 있음을 쉽게 알 수 있다. 또한 본 발명의 복합 양극 활물질을 이용하여 제조된 하이브리드 커패시터의 전류 거동 특성은 -400mA ~ 400mA를 가지는 것을 알 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (6)

  1. LiFePO4 분말 및 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)을 물리적 블랜딩을 수행하여 합성하고,
    상기 LiFePO4 분말은 Li3PO4과, Fe3(PO4)2 또는 Fe3(PO4)2·nH2O(n은 수화물의 수)을 물에 용해하여 혼합하고 소성한 후 밀링하여 제조하고,
    상기 LiFePO4 분말과 상기 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)을 블랜딩한 물질의 순환 전압 거동은 1V ~ 2.3V 범위이고, 2.3V에서 전압 거동 특성을 제공하는 것을 특징으로 하는 복합 양극 활물질.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 LiFePO4 분말의 입자는
    상기 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)의 입자와 유사한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 복합 양극 활물질.
  3. 삭제
  4. LiFePO4 분말 및 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)을 블랜딩하여 합성한 복합 양극 활물질과 탄소계 재료를 포함하는 양극을 포함하고,
    상기 LiFePO4 분말은 Li3PO4과, Fe3(PO4)2 또는 Fe3(PO4)2·nH2O(n은 수화물의 수)을 물에 용해하여 혼합하고 소성한 후 밀링하여 제조하고,
    상기 양극은 상기 복합 양극 활물질 5~20 wt%와 상기 탄소계 재료 80~95 wt%를 포함하고,
    상기 양극의 순환 전압 거동은 1V ~ 2.3V 범위이고, 2.3V에서 전압 거동 특성을 제공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 커패시터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복합 양극 활물질은
    LiFePO4 분말의 입자와 상기 LNCM(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)의 입자가 유사한 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 커패시터.
  6. 삭제
KR1020120023762A 2012-03-08 2012-03-08 복합 양극 활물질 및 이를 포함하는 하이브리드 커패시터 KR101381650B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120023762A KR101381650B1 (ko) 2012-03-08 2012-03-08 복합 양극 활물질 및 이를 포함하는 하이브리드 커패시터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120023762A KR101381650B1 (ko) 2012-03-08 2012-03-08 복합 양극 활물질 및 이를 포함하는 하이브리드 커패시터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130116401A KR20130116401A (ko) 2013-10-24
KR101381650B1 true KR101381650B1 (ko) 2014-04-04

Family

ID=49635465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120023762A KR101381650B1 (ko) 2012-03-08 2012-03-08 복합 양극 활물질 및 이를 포함하는 하이브리드 커패시터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101381650B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110000697A (ko) * 2004-12-28 2011-01-04 보스톤-파워, 인크. 리튬 이온 2차 배터리
JP2012028311A (ja) * 2010-06-22 2012-02-09 Nippon Synthetic Chem Ind Co Ltd:The 電解質材料、リチウム二次電池用電解質、及び、それを用いたリチウム二次電池、並びに新規なリチウム塩

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110000697A (ko) * 2004-12-28 2011-01-04 보스톤-파워, 인크. 리튬 이온 2차 배터리
JP2012028311A (ja) * 2010-06-22 2012-02-09 Nippon Synthetic Chem Ind Co Ltd:The 電解質材料、リチウム二次電池用電解質、及び、それを用いたリチウム二次電池、並びに新規なリチウム塩

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
논문1 *
논문2 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130116401A (ko) 2013-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10326136B2 (en) Porous carbonized composite material for high-performing silicon anodes
EP2797142B1 (en) Anode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including same
KR101560471B1 (ko) 리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR101229570B1 (ko) 리튬 이온 커패시터용 양극 활물질 및 그의 제조 방법
KR101718055B1 (ko) 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 전지
CN105576279B (zh) 锂二次电池
US10224565B2 (en) High energy density secondary lithium batteries
CN102447134A (zh) 非水电解质二次电池的制造方法及非水电解质二次电池
CN108933276B (zh) 锂二次电池
JP2007287630A (ja) 非水電解質二次電池
KR101316638B1 (ko) 음극 활물질, 그를 갖는 비수계 리튬이차전지 및 그의 제조 방법
KR20130106687A (ko) 음극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 전지
KR20160040020A (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102530678B1 (ko) 리튬 이차전지용 음극활물질, 이를 포함하는 음극 및 리튬 이차전지
KR101416804B1 (ko) 층상 구조의 양극 활물질 제조 방법과 이 제조 방법에 의해 제조된 양극 활물질 및 이를 포함하는 하이브리드 커패시터
JP2009187924A (ja) リチウムイオン二次電池用負極材、リチウムイオン二次電池用負極及びこれを用いてなるリチウムイオン二次電池
US20220158175A1 (en) Anode material, electrochemical device and electronic device including the same
KR101394743B1 (ko) 리튬이온 커패시터 및 그 제조방법
KR101977973B1 (ko) 급속 충전이 가능한 음극, 이를 포함한 이차전지 및 그 제조 방법
KR101381650B1 (ko) 복합 양극 활물질 및 이를 포함하는 하이브리드 커패시터
KR101138021B1 (ko) 리튬이온커패시터용 음극 활물질 및 그의 제조 방법
JP2022144122A (ja) 非水系アルカリ金属蓄電素子
KR101701415B1 (ko) 음극활물질, 그 제조방법 및 이를 채용한 음극과 리튬전지
KR101863441B1 (ko) 리튬이차전지용 양극 활물질체를 포함하는 리튬이차전지
KR101325631B1 (ko) 양극 활물질 및 그를 포함하는 하이브리드 커패시터

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
LAPS Lapse due to unpaid annual fee