KR101724755B1 - 조성물, 이 조성물을 포함하는 시트 및 이 시트를 포함하는 전극의 제조 방법 - Google Patents

조성물, 이 조성물을 포함하는 시트 및 이 시트를 포함하는 전극의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

탄소 입자들과 용매의 혼합물을 제공하고 이 혼합물을 전단하여 상기 탄소 입자들의 상기 용매 중의 분산액을 형성하는 단계; 상기 분산액에 비-피브릴화된 폴리(테트라플루오로에틸렌)을 첨가하여 생성 혼합물을 제공하고 이 생성 혼합물을 상기 폴리(테트라플루오로에틸렌)의 적어도 일부가 피브릴화될 때까지 전단하는 단계; 상기 생성 혼합물을 시트로 가공하는 단계; 및 상기 시트를 집전체 상으로 결합시키는 단계를 포함하는, 전극의 제조 방법이 제공된다. 상기 전극용 시트 및 상기 시트용 조성물의 제조 방법들 또한 제공된다.

Description

조성물, 이 조성물을 포함하는 시트 및 이 시트를 포함하는 전극의 제조 방법{METHODS FOR PREPARING COMPOSITION, SHEET COMPRISING THE COMPOSITION AND ELECTRODE COMPRISING THE SHEET}
본 발명은 일반적으로 전극에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 조성물, 상기 조성물을 포함하는 시트, 및 상기 시트를 포함하고 슈퍼커패시터(supercapacitor), 연료 전지 및 슈퍼커패시터 탈염(desalination) 장치와 같은 전기화학 장치에 사용되는 전극의 제조 방법들에 관한 것이다.
슈퍼커패시터는 (그램당 수십 내지 약 100 패럿(farad)(F/g) 정도의 활성 물질의) 단위 질량당 고용량 커패시턴스 및 높은 순간 비-출력을 갖는 에너지 저장 장치이다. 슈퍼커패시터 전기흡착 탈이온 방법은 수처리 비용을 낮추고 환경 오염을 방지하는 새로운 탈염 기술로서 최근에 제안되었다.
슈퍼커패시터는 두 개의 동일한 전극, 전해질, 및 상기 전극들 사이에 개재되고 상기 전해질 이온들에 투과성인 분리막을 포함한다. 슈퍼커패시터는 전극들의 구조 및 전해질의 특성에 따라 서로 다른 유형으로 분류된다. 슈퍼커패시터의 하나의 유형은 유기 전해질, 및 1000 내지 3000 ㎡/g의 큰 비표면적을 갖는 활성 탄소 전극을 가지며, 정전 구동된다.
슈퍼커패시터의 활성 탄소 전극은 집전체(current collector) 상에 페이스트 시트를 침착시킴으로써 수득된다. 상기 페이스트는 활성 탄소, 용매 및 결합제의 혼합물이다. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 흔히 사용되는 전극 결합제이다.
상기 페이스트 시트를 제조하는 경우에, PTFE, 탄소 및 용매를 고 전단 및 고온 하에 혼합하고, 고온에서 1축 캘린더링하고, 고온에서 최종 형태로 압출하고, 고온에서 건조하여 상기 용매를 제거한다. 고온, 특히 물의 끓는점에 가까운 온도는 물 손실을 급격히 일으킬 수 있다. 물이 손실됨에 따라, 상기 물질의 점도는 통제되지 않는 방식으로 상승하고, PTFE의 피브릴화(fibrillation) 속도는 급격히 상승하고, PTFE를 일관된 수준으로 피브릴화하기는 어렵다. 건조는 또한 탄소 입자들 안과 그 둘레의 매우 작은 기공으로 혼입되어 있는 물이 증기로서 제거되도록 한다. 일반적으로 상기 탄소 PTFE 물질을 재습윤시키는 데 매우 오랜 시간이 소요되고, 상기 탄소 PTFE 물질의 원래 습윤된 내부 기공들의 일부조차 다시 재습윤될 수 없다.
이러한 조작을 실온에서 낮은 전단 속도에서 및 건조 없이 실시하는 것이 제안되었다. 그러나, 이 방법은 하나의 단계로 모든 물질들을 혼합하고(1-단계 방법), PTFE의 비-균일한 혼합 및 PTFE의 불량한 피브릴화를 유발하므로, 불량한 전극 시트를 생성한다. 더욱이, 이 방법은 통상 비교적 긴 시간이 소요된다.
따라서, 조성물, 상기 조성물을 포함하는 시트, 및 상기 시트를 포함하는 전극에 대한 개선된 제조 방법들이 필요하다.
하나의 양태에서, 탄소 입자들과 용매의 혼합물을 제공하고 이 혼합물을 전단(shearing)하여 상기 탄소 입자들의 상기 용매 중의 분산액을 형성하는 단계; 및 상기 분산액에 비-피브릴화된 폴리(테트라플루오로에틸렌)을 첨가하여 생성 혼합물을 제공하고 이 생성 혼합물을 상기 폴리(테트라플루오로에틸렌)의 적어도 일부가 피브릴화될 때까지 전단하는 단계를 포함하는 조성물의 제조 방법이 제공된다.
다른 양태에서, 탄소 입자들과 용매의 혼합물을 제공하고 이 혼합물을 전단하여 상기 탄소 입자들의 상기 용매 중의 분산액을 형성하는 단계; 상기 분산액에 비-피브릴화된 폴리(테트라플루오로에틸렌)을 첨가하여 생성 혼합물을 제공하고 이 생성 혼합물을 상기 폴리(테트라플루오로에틸렌)의 적어도 일부가 피브릴화될 때까지 전단하는 단계; 및 이 생성 혼합물을 시트로 가공하는 단계를 포함하는 시트의 제조 방법이 제공된다.
또 다른 양태에서, 탄소 입자들과 용매의 혼합물을 제공하고 이 혼합물을 전단하여 상기 탄소 입자들의 상기 용매 중의 분산액을 형성하는 단계; 상기 분산액에 비-피브릴화된 폴리(테트라플루오로에틸렌)을 첨가하여 생성 혼합물을 제공하고 이 생성 혼합물을 상기 폴리(테트라플루오로에틸렌)의 적어도 일부가 피브릴화될 때까지 전단하는 단계; 이 생성 혼합물을 시트로 가공하는 단계; 및 상기 시트를 집전체 상으로 결합시키는 단계를 포함하는 전극의 제조 방법이 제공된다.
이하에서는 예시적 실시양태이고 유사한 요소에는 유사한 번호가 매겨진 도면을 참고한다.
도 1은 실시예 1에서 제조된 조성물의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 시트의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 3은 비교예 1에서 제조된 조성물의 주사 전자 현미경 사진이다.
도 4는 비교예 1에서 제조된 시트의 주사 전자 현미경 사진이다.
조성물, 상기 조성물을 포함하는 시트 및 상기 시트를 포함하는 전극의 제조 방법들이 본원에서 기술된다. 상기 전극은 슈퍼커패시터, 연료 전지 및 슈퍼커패시터 탈염과 같은 전기화학적 장치에 사용될 수 있다.
상기 조성물은 탄소 입자들과 용매의 혼합물을 제공하고 이 혼합물을 전단하여 상기 탄소 입자들의 상기 용매 중의 분산액을 형성하는 단계; 및 상기 분산액에 비-피브릴화된 폴리(테트라플루오로에틸렌)을 첨가하여 생성 혼합물을 제공하고 이 생성 혼합물을 상기 폴리(테트라플루오로에틸렌)의 적어도 일부가 피브릴화될 때까지 전단하는 단계에 의해 제조된다(2-단계 방법). 캘린더링, 인쇄 및/또는 압출 후에, 상기 생성 혼합물을 시트로 가공한다. 상기 시트를 원하는 크기 및 형태로 트리밍(trimming)하고, 이를 집전체 위에 압착시켜, 전극을 형성한다.
상기 생성 혼합물을 오븐에서 100℃에서 건조하고, 이를 작은 조각으로 압착(5 MPa)한다. 상기 시트를 작은 조각들로 절단한다. 이 작은 조각들을 주사 전자 현미경 특성화에 사용할 수 있다.
상기 용매는 물, 에탄올, 또는 임의의 다른 적합한 용매일 수 있다. 상기 혼합물에 전도성 물질이 포함될 수 있으므로, 상기 조성물은 2 내지 10%(건조 중량 기준)의 폴리(테트라플루오로에틸렌); 0 내지 30%(건조 중량 기준)의 전도성 물질; 및 60 내지 98%(건조 중량 기준)의 탄소 입자들을 포함할 수 있다. 상기 전도성 물질은 강 산성 양이온 교환 수지, 강 염기성 음이온 교환 수지, 카본 블랙, 그래파이트 분말 등일 수 있다. 상기 비-피브릴화된 폴리(테트라플루오로에틸렌)은 분획으로 나뉘어(portionwise) 첨가된다. 이온 교환 수지는 용량을 예컨대 37% 증가시키고/시키거나 저항을 예컨대 21% 감소시킴으로써 전극의 성능을 현저히 개선한다는 점에 주목해야 한다. 물과, 피브릴화가능한 PTFE, 전도성 물질 및 탄소 입자들의 총량 간의 중량비는 3:2 내지 4:1일 수 있다. 용매의 양은 상기 조성물을 시트로 가공하는 방식에 영향을 준다. 사용된 용매의 양이 적으면, 상기 조성물은 시트로 캘린더링되어야 한다. 사용된 용매의 양이 많으면, 상기 생성 혼합물은 상기 집전체 상으로 직접적으로 인쇄될 수 있다.
상기 전단은 믹싱 암(mixing arm)의 2축 회전 및 상기 믹싱 암 내부의 배스킷(basket)을 기반으로 한 스피드믹서(예컨대, 스피드믹서(Speedmixer™) DAC(Dual Asymmetric Centrifuge) 150 FVZ, 지멘스) 유형을 사용하여 적용된다. 상기 DAC 150 FVZ의 믹싱 암은 한 방향으로 최대 3500 rpm의 속도로 회전한다. 상기 배스킷은 약 900 rpm의 속도로 반대 방향으로 회전한다. 서로 다른 방향으로 작용하는 서로 다른 원심력의 조합은 빠른 혼합 공정을 가능하게 한다. 이러한 적용에서 사용된 전단의 속도는 400 내지 3500 rpm(믹싱 암의 회전)이다.
점도 분석은 상기 혼합물 내 PTFE의 물성을 조사하는 데에 있어서 강력한 툴(tool)이다. 점도 분석에 따르면, PTFE는 PTFE의 피브릴화로 인해 혼합 공정 동안 점도가 증대되는데, 상기 점도는 전단 속도 및 전단 시간에 의존하므로, 따라서 상기 피브릴화 정도가 마찬가지로 증대되는 것으로 나타났다. 시간이 길어질수록 전단은 섬유를 파단시키기 때문에, 점도는 시간에 따라 감소하며, 전단 속도가 너무 높아도 그렇다. 따라서, 비교적 짧은 전단 시간은 높은 전단 속도에서 피브릴화하는 데 충분하다. 그러므로, 상기 제조 공정은 0.5 내지 10분 내에 실온에서 실시된다.
시트의 인장 강도는 4 mm 폭과 1 mm 두께를 갖는 덤벨-형태의 샘플을 사용하여 SANS CMT5105 전기기계적 범용 테스트 기계에 의해 시험한다.
본원에 사용된 단수 형태는 수량을 한정하는 것이 아니고, 다만 참조 항목이 적어도 하나 이상 존재함을 나타낸다. 또한, 동일한 구성요소 또는 특성에 관한 모든 범위들의 종점은 그 종점을 포함하되 독립적으로 조합될 수 있다(예컨대, "최대 약 25 중량%, 또는 더욱 구체적으로는 약 5 내지 약 20 중량%"는 상기 종점들 및 "약 5 내지 약 25 중량%" 등의 범위의 모든 중간값들을 포괄한다). 본원 명세서에 걸쳐 "하나의 실시양태", "또 다른 실시양태", "소정의 실시양태" 등과 같은 용어는 이들 실시양태와 관련하여 기술된 특정 요소(예컨대, 특징, 구조 및/또는 특성)가 그에 기술된 하나 이상의 실시양태에 포함되고, 다른 실시양태들에 존재하거나 존재하지 않을 수도 있음을 의미한다. 또한, 상기 기술된 요소들은 다양한 실시양태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있음을 이해해야 한다. 달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 기술적 및 과학적인 용어들은 본 발명이 속한 기술 분야의 숙련자가 통상적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 가진다.
실시예
다음으로, 본 발명을 실시예 및 비교예를 참조하여 구체적으로 기술한다.
실시예 1
활성 탄소(12 g, 유후안 액티베이티드 카본 캄파니 리미티드(Yuhuan activated carbon Co. Ltd.) 제조, 평균 입자 크기 15 미크론, 표면적 2000 ㎡/g) 및 38 g의 물을 스피드믹서에 첨가하였다. 1000 rpm 속도로 30초 동안 실온에서 혼합하였다.
이어서, 혼합물에 0.6 g의 PTFE(T-60 에멀젼, 듀퐁(Dupont))를 적하하고 1000 rpm에서 30초 동안 혼합하였다. 이 혼합물에 또 다른 0.6 g의 PTFE를 적하하고 1000 rpm에서 30초 동안 혼합하였다. 이어서, 생성 혼합물을 페이스트로서 형성하였으며, 일부의 물이 상기 혼합물로부터 스며나왔다. 이 페이스트는 임의의 건조 단계 없이 캘린더링을 위해 직접적으로 사용될 수 있다.
도 1은 상기 페이스트의 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다. 이 사진으로부터, 섬유가 탄소 입자들 가까이에서 발견되었다. 이는 PTFE의 피브릴화가 혼합 도중에 발생하였음을 확인하여 주었다.
롤 캘린더링을 위해, 2-롤 캘린더를 사용하였다. 캘린더 닙(nip)을 0.8 mm 폭으로 설정하고, 상기 혼합된 페이스트를 상기 닙에 통과시켜서, 얇은 시트를 형성하였다. 이 시트를 1/3로 접어서 이를 다시 상기 캘린더의 닙 속으로 삽입하였다. 이러한 과정을 매회 90°롤링 방향을 변경시켜가면서 5회 반복하였다. 최종적으로, 약 1 mm 두께의 균일한 탄소 복합체 박형 시트가 준비되었다. 도 2는 이러한 방법에 의해 제조된 탄소 시트의 SEM 사진을 나타낸다. 탄소 입자들이 PTFE 섬유로 둘러싸인 것을 매우 확실히 알 수 있다. 이들 섬유는 캘린더링 전의 페이스트의 무질서에 비해 몇몇 방향으로 신장되었다. 이렇게 배향된 섬유 신장은 상기 캘린더링 공정 때문이다. 생성 시트의 인장 강도는 0.14 MPa이다.
최종적으로, 상기 시트를 전극 조립체에 사용하기 위해 4 cm × 10 cm 직사각형으로 트리밍하였다. 하나의 직사각형을 Ti 메쉬 집전체 위에 놓았다. 압착(8 MPa) 후에, 40 ㎠ 표면적을 갖는 커패시터 전극이 형성되었다. 각각 3 g의 활성 탄소 담지량을 가지고 2개의 적층된 스페이서(spacer)(1.0 mm 두께)를 갖는 두 개의 전극을 함께 조립하여 슈퍼커패시터 탈염에 사용되는 전지를 형성하였다. 이들 전극 사이에는 1560 ppm NaCl 용액이 존재한다. 전지 저항은 2.4±0.07 옴(Ohm)이었다. 전지 용량은 75.6±0.7 F/g으로서 1 mol/L NaCl 용액 중에서 스캐닝 순환 전압전류법에 의해 측정되었다.
실시예 2
활성 탄소(6 g, 유후안 액티베이티드 카본 캄파니 리미티드 제조, 코코넛 외피 형태, 평균 입자 크기 15 미크론, 표면적 2000 ㎡/g) 및 21 g의 음이온 교환 수지(티안진 난카이 레진 팩토리(Tianjin Nankai Resin Factory), 강 염기성 음이온 교환 수지 201X7, 사용 전 약 5 ㎛로 밀링함, 수분 함량 40%) 및 20 g의 물을 스피드믹서에 첨가하였다. 1000 rpm 속도로 30초 동안 실온에서 혼합하였다.
혼합물에, 총 0.8 g의 PTFE(T-60 에멀젼, 듀퐁)를 첨가하였다. 이 혼합물에 매회 0.2 g의 PTFE를 적하하고 완료시까지 3500 rpm에서 20초 동안 혼합하였다. 이 페이스트를 캘린더링을 위해 롤러에 직접적으로 두었다.
롤 캘린더링을 위해, 2-롤 캘린더를 사용하였다. 캘린더 닙을 0.8 mm 폭으로 설정하고, 상기 혼합된 페이스트를 상기 닙에 통과시켜서, 얇은 시트를 형성하고, 이 시트를 1/3로 접어서 이를 다시 상기 캘린더의 닙 속으로 삽입하였다. 이러한 과정을 매회 90°롤링 방향을 변경시켜가면서 5회 반복하였다. 최종적으로, 약 1 mm 두께의 균일한 탄소 복합체 박형 시트가 준비되었다.
최종적으로, 상기 시트를 전극 조립체에 사용하기 위해 4 cm × 10 cm 직사각형으로 트리밍하고, 이어서 이를 Ti 메쉬 집전체 위에 놓았다. 압착(8 MPa) 후에, 커패시터 전극이 형성되었다. 3 g의 활성 탄소 담지량을 가진 전극을 슈퍼커패시터 탈염에 사용되는 양극으로서 조립하였다.
실시예 3
활성 탄소(6 g, 유후안 액티베이티드 카본 캄파니 리미티드 제조, 코코넛 외피 형태, 평균 입자 크기 15 미크론, 표면적 2000 ㎡/g) 및 21 g의 양이온 교환 수지(티안진 난카이 레진 팩토리, 강 산성 양이온 교환 수지 001X7, 사용 전 약 5 ㎛로 밀링함, 수분 함량 40%) 및 20 g의 물을 스피드믹서에 첨가하였다. 1000 rpm 속도로 30초 동안 실온에서 혼합하였다.
혼합물에, 총 0.8 g의 PTFE(T-60 에멀젼, 듀퐁)를 첨가하였다. 매회 이 혼합물에 0.2 g의 PTFE를 적하하고 완료시까지 3500 rpm에서 20초 동안 혼합하였다. 이 페이스트를 캘린더링을 위해 롤러에 직접적으로 두었다.
롤 캘린더링을 위해, 2-롤 캘린더를 사용하였다. 캘린더 닙을 0.8 mm 폭으로 설정하고, 상기 혼합된 페이스트를 상기 닙에 통과시켜서, 얇은 시트를 형성하고, 이 시트를 1/3로 접어서 이를 다시 상기 캘린더의 닙 속으로 삽입하였다. 이러한 과정을 매회 90°롤링 방향을 변경시켜가면서 5회 반복하였다. 최종적으로, 약 1 mm 두께의 균일한 탄소 복합체 박형 시트가 준비되었다.
최종적으로, 상기 시트를 전극 조립체에 사용하기 위해 4 cm × 10 cm 직사각형으로 트리밍하고, 이어서 이를 Ti 메쉬 집전체 위에 놓았다. 압착(8 MPa) 후에, 커패시터 전극이 형성되었다. 3 g의 활성 탄소 담지량을 가진 전극을 슈퍼커패시터 탈염에 사용되는 음극으로서 조립하였다.
상기 생성된 실시예 3의 음극(40 ㎠ 표면적) 및 실시예 2의 양극(40 ㎠ 표면적)을 함께 조립하고 2개의 스페이서(두께: 1.5 mm)를 이들 전극 사이에 두었다. 1560 ppm NaCl 용액 중에서 충전 상태의 개시시에 전압을 계산하여 전지 저항을 측정하였다. 그리고, 1 mol/L NaCl 용액 중에서 스캐닝 순환 전압전류법에 의해 용량을 측정하였다. 전지 저항은 1.9±0.10 Ω이었다. 실시예 1에 비해 21%가 감소하였다. 그리고, 비용량은 103±0.5 F/g이었고, 실시예 1에 비해 37%가 증가하였다.
실시예 4
활성 탄소(12 g, 유후안 액티베이티드 카본 캄파니 리미티드 제조, 코코넛 외피 형태, 평균 입자 크기 15 미크론, 표면적 2000 ㎡/g) 및 35 g의 에탄올을 스피드믹서에 첨가하였다. 1000 rpm 속도로 30초 동안 실온에서 혼합하였다.
혼합물에, 1.6 g의 PTFE(T-60 에멀젼, 듀퐁)를 3회 적하하였다. 구체적으로, 혼합물에 제 1의 0.4 g PTFE를 적하하고 800 rpm으로 1분 동안 혼합하고; 이어서 혼합물에 0.6 g PTFE를 적하하고 800 rpm으로 1분 동안 혼합하고; 마지막으로 혼합물에 0.6 g PTFE를 적하하고 800 rpm으로 1분 동안 혼합하였다. 생성 페이스트를 캘린더링에 사용하였다.
롤 캘린더링을 위해, 2-롤 캘린더를 사용하였다. 캘린더 닙을 0.8 mm 폭으로 설정하고, 상기 혼합된 페이스트를 상기 닙에 통과시켜서, 얇은 시트를 형성하고, 이 시트를 1/3로 접어서 이를 다시 상기 캘린더의 닙 속으로 삽입하였다. 이러한 과정을 매회 90°롤링 방향을 변경시켜가면서 5회 반복하였다. 최종적으로, 약 1 mm 두께의 균일한 탄소 복합체 박형 시트가 준비되었다.
최종적으로, 상기 시트를 전극 조립체에 사용하기 위해 4 cm × 10 cm 직사각형으로 트리밍하고, 이어서 이를 Ti 메쉬 집전체 위에 놓았다. 압착(8 MPa) 후에, 커패시터 전극이 형성되었다. 형성된 전지를 슈퍼커패시터 탈염에 사용하였다.
비교예 1
12 g의 활성 탄소(유후안 액티베이티드 카본 캄파니 리미티드 제조, 코코넛 외피 형태, 평균 입자 크기 15 미크론, 표면적 2000 ㎡/g), 38 g의 물 및 1.2 g의 PTFE를 칭량하였다. 모든 이들 물질을 스피드믹서에서 1000 rpm 속도로 60초 동안 실온에서 혼합하였다. 슬러리는 내부에 많은 수분으로 인해 물을 분리하지 않고 는 롤러에서 직접적으로 캘린더링하기가 쉽지 않다. 30분 정치시킨 후, 물을 침출시켜, 캘린더링에 사용할 수 있는 페이스트를 형성할 수 있다. 또는, 여과지로 여과시켜 페이스트를 형성한 후, 그 페이스트를 롤러 위에서 캘린더링을 위해 사용할 수 있다.
도 3은 이러한 1-단계 방법에 의한 페이스트의 SEM 사진이다. 이 사진에서는, 섬유가 전혀 발견되지 않았고, 단지 일부 응집된 작은 입자들과 비교적 큰 활성 탄소 입자들만이 발견되었다. 이는 상기 1-단계 혼합 과정 동안, PTFE의 피브릴화는 불량하였음을 확인시켜준다.
롤 캘린더링을 위해, 2-롤 캘린더를 사용하였다. 캘린더 닙을 0.8 mm 폭으로 설정하고, 상기 혼합된 페이스트를 상기 닙에 통과시켰다. 3회 롤링 후, 상기 페이스트가 시트로 되었다. 이 시트를 1/3로 접어서 이를 다시 상기 캘린더의 닙 속으로 삽입하였다. 이러한 과정을 매회 90°롤링 방향을 변경시켜가면서 8회 반복하였다. 최종적으로, 약 1 mm 두께의 균일한 탄소 복합체 박형 시트가 준비되었다.
1-단계 혼합 방법에 의해 생성된 시트의 인장 강도는 0.04 MPa이었고, 이는 실시예 1에서보다 훨씬 더 낮았다.
도 4는 상기 방법에 의해 제조된 탄소 시트의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다. 도 2의 사진에 비해, 단지 몇몇 섬유들만이 탄소 입자에 가까이 있었다. 이들 섬유는 상기 캘린더링 공정에서 생성되었는데, 그 이유는 캘린더링 전 SEM 사진(도 3)에 나타난 페이스트에서는 섬유가 전혀 발견되지 않았기 때문이다.
본 발명을 예시적인 실시양태를 참조하여 기술하였지만, 본 발명의 범주를 벗어지나지 않고 다양한 변경이 가능하고 이들 요소들을 그 균등물로 대체할 수 있음은 당해 분야 숙련자들에 의해 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범주를 벗어나지 않고 본 발명의 개시내용에 대한 특정 상황 또는 물질을 적용하기 위해 많은 변형을 가할 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 실시를 위해 고려된 최적의 양태로 개시된 구체적인 실시양태로 제한되지 않으며 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 범주 안에 드는 모든 실시양태를 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (29)

  1. (a) 탄소 입자들 또는 전도성 물질을 더한 탄소 입자들과 물의 혼합물을 제공하고, 이 혼합물을 전단(shearing)하여 물 중의 상기 탄소 입자들 또는 전도성 물질을 더한 탄소 입자들의 분산액을 형성하는 단계;
    (b) 상기 분산액에 비-피브릴화된(non-fibrillated) 폴리(테트라플루오로에틸렌)을 첨가하여, 2 내지 10%(건조 중량 기준)의 폴리(테트라플루오로에틸렌); 0 내지 30%(건조 중량 기준)의 전도성 물질; 및 60 내지 98%(건조 중량 기준)의 탄소 입자들을 포함하는 생성 혼합물을 제공하되, 상기 생성 혼합물 중에서 물과 상기 폴리(테트라플루오로에틸렌), 상기 전도성 물질 및 상기 탄소 입자들의 총량 간의 중량비가 3:2 내지 4:1 범위이고, 이 생성 혼합물을 상기 폴리(테트라플루오로에틸렌)의 적어도 일부가 피브릴화될 때까지 전단하여 생성 혼합물이 페이스트를 형성하는, 단계; 이어서 바로
    (c) 상기 페이스트 형상의 생성 혼합물을 시트로 가공하는 단계; 및
    (d) 상기 시트를 집전체에 부착하는 단계
    를 포함하는, 전극 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서 생성 혼합물이 캘린더링(calendering)에 의해 시트로 가공되는, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단계 (a) 및 (b)가 각각 실온에서 실시되는, 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단계 (a) 및 (b)가 각각 총괄적으로 30초 내지 10분 내에 실시되는, 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 단계 (a) 및 (b) 각각에서 상기 전단의 속도가 400 내지 3500 rpm인, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 물질이 강 산성 양이온 교환 수지를 포함하는, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 물질이 강 염기성 음이온 교환 수지를 포함하는, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 물질이 카본 블랙 또는 그래파이트 분말을 포함하는, 방법.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 비-피브릴화된 폴리(테트라플루오로에틸렌)이 분획으로 나뉘어(portionwise) 첨가되는, 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 입자들이 활성 탄소 입자를 포함하는, 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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