KR101835597B1 - Electrode active material for electric double layer capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 EDLC용 전극 활물질 제조방법에 관한 것으로, 특히 활성탄 분말과 도전성 첨가제 분말을 과립형으로 제조함으로써 집전체의 표면에 활성탄 분말과 도전성 첨가제 분말을 도포 시 도전성 첨가제 분말이 균일하게 도포되어 ESR(equivalent series resistance) 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 EDLC용 전극 활물질 제조방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for producing an electrode active material for EDLC, and more particularly, to a method for manufacturing an electrode active material for an EDLC, which comprises granulating an activated carbon powder and a conductive additive powder into a granular form to uniformly apply the powder of the conductive additive to the surface of the current collector, the present invention relates to a method for producing an electrode active material for EDLC.
EDLC(electric double layer capacitor)는 전극으로 활성탄을 사용하고 있으며, EDLC의 전극으로 사용되는 활성탄에 관련된 기술이 한국공개특허공보 제10-2011-0063472호(특허문헌 1)에 공개되어 있다. An electric double layer capacitor (EDLC) uses activated carbon as an electrode, and a technique relating to activated carbon used as an EDLC electrode is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0063472 (Patent Document 1).
한국공개특허공보 제10-2011-0063472호는 EDLC의 전극에 사용되는 활성탄 제조 방법에 관한 것으로, 평균 입경이 작고 입자 크기가 균일하며 비표면적이 비교적 큰 활성탄이 용이하고 비용-효과적인 방식으로 생산될 수 있는 EDLC용 활성탄을 제조하는 방법으로, 출발 물질로서 석유 코크스 또는 석탄 코크스와 같은 용이하게 흑연화 가능한 탄소재를 이용하고 탄소재를 생산하기 위해 산화 기체 대기하에서 출발 물질을 소성하고, 탄소재의 입자 크기를 조절하며 그 다음 탄소재를 활성화시켜 제조한다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0063472 relates to a method for producing activated carbon for use in an electrode of an EDLC, wherein activated carbon having a small average particle size, a uniform particle size, and a relatively large specific surface area is produced in a cost-effective manner A method for producing activated carbon for EDLC, which uses an easily graphitizable carbonaceous material such as petroleum coke or coal coke as a starting material, calcining the starting material under an oxidizing gas atmosphere to produce carbonaceous material, The particle size is controlled and then the carbon material is activated.
한국공개특허공보 제10-2011-0063472호에 기재된 활성탄을 이용해 EDLC의 전극 물질 제조 시 도전성 첨가제인 카본블랙(carbon black)을 첨가하여 제조하며, 이러한 도전성 첨가제는 알루미늄 재질로 형성되는 집전체의 표면에 도포 시 활성탄과 혼합하여 도포됨에 따라 도전성 첨가제가 전체의 표면에 고르게 분포되도록 도포되지 않아 ESR(equivalent series resistance) 특성이 저하될 수 있는 문제점이 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0063472 discloses the production of EDLC by adding carbon black, which is a conductive additive, to the surface of a current collector formed of aluminum There is a problem in that the conductivity additive is not applied evenly on the entire surface and the ESR (equivalent series resistance) characteristic is lowered.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 활성탄 분말과 도전성 첨가제 분말을 과립형으로 제조함으로써 집전체의 표면에 활성탄 분말과 도전성 첨가제 분말을 도포 시 도전성 첨가제 분말이 균일하게 도포되어 ESR(equivalent series resistance) 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 EDLC용 전극 활물질 제조방법을 제공함에 있다.The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an active carbon powder and a conductive additive powder by granulating the activated carbon powder and the conductive additive powder, equivalent series resistance) of the electrode active material of the present invention.
본 발명의 EDLC용 전극 활물질 제조방법은 활성탄 분말을 준비하는 단계; 도전성 첨가제 분말을 준비하는 단계; 상기 활성탄 분말 87 내지 96wt％와 상기 도전성 첨가제 분말 4 내지 13wt％를 나노셋 밀(nanoset mill)이나 볼밀(ball mill)을 이용하여 혼합하는 단계; 및 상기 활성탄 분말과 상기 도전성 첨가제 분말이 혼합되면 스프레이 건조방법을 이용해 건조시켜 과립형 전극분말을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for preparing an electrode active material for EDLC according to the present invention comprises: preparing an activated carbon powder; Preparing a conductive additive powder; Mixing 87 to 96 wt% of the activated carbon powder and 4 to 13 wt% of the conductive additive powder using a nanoset mill or a ball mill; And drying the mixture of the activated carbon powder and the conductive additive powder using a spray drying method to prepare a granular electrode powder.
본 발명의 EDLC용 전극 활물질 제조방법은 활성탄 분말과 도전성 첨가제 분말을 과립형으로 제조함으로써 집전체의 표면에 활성탄 분말과 도전성 첨가제 분말을 도포 시 도전성 첨가제 분말이 균일하게 도포되어 ESR(equivalent series resistance) 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.The method for producing an electrode active material for EDLC according to the present invention is a method for producing activated carbon powder and a conductive additive powder in a granular form to uniformly apply a conductive additive powder to the surface of a collector to apply an equivalent series resistance (ESR) There is an advantage that it is possible to prevent degradation of characteristics.
도 1은 본 발명의 EDLC용 전극 활물질 제조방법을 나타낸 공정 흐름도,
도 2는 도 1에 도시된 과립형 전극분말을 제조하는 단계에서 제조된 과립형 전극분말의 단면도,
도 3은 도 2에 도시된 과립형 전극분말이 적용된 EDLC의 단면도.1 is a process flow diagram showing a method for producing an electrode active material for EDLC of the present invention,
FIG. 2 is a cross-sectional view of the granular electrode powder produced in the step of producing the granular electrode powder shown in FIG. 1,
3 is a cross-sectional view of the EDLC to which the granular electrode powder shown in Fig. 2 is applied.
이하, 본 발명의 EDLC용 전극 활물질 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of a method for producing an electrode active material for EDLC of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 2에서와 같이 본 발명의 EDLC용 전극 활물질 제조방법은 먼저, 활성탄 분말(11)을 준비한다(S110). 활성탄 분말(11)이 준비되면 도전성 첨가제 분말(12)을 준비한다(S120). 활성탄 분말(11)과 도전성 첨가제 분말(12)이 각각 준비되면 활성탄 분말(11) 87 내지 96wt％와 도전성 첨가제 분말(12) 4 내지 13wt％를 나노셋 밀(nanoset mill)이나 볼밀(ball mill)을 이용하여 혼합한다(S130). 활성탄 분말(11)과 도전성 첨가제 분말(12)이 혼합되면 스프레이 건조방법을 이용해 건조시켜 과립형 전극분말(10)을 제조한다(S140). 여기서, 과립형 전극분말(10)의 평균 입경(Dm)은 5 내지 20㎛가 되도록 제조된다. As shown in FIGS. 1 and 2, in the method for producing an electrode active material for EDLC of the present invention, activated
본 발명의 EDLC용 전극 활물질 제조방법의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. The structure of the electrode active material for EDLC of the present invention will be described in more detail as follows.
본 발명의 EDLC용 전극 활물질 제조방법은 먼저, 도 1 및 도 2에서와 같이 활성탄 분말(11)을 준비한다(S110). 활성탄 분말(11)을 준비하기 위해 먼저, 코크스(cokes)를 대기분위기에서 30 내지 100분 동안 450 내지 550℃에서 소성하여 탄화물을 제조한다(S111). 탄화물이 제조되면 탄화물을 평균 입경이 3 내지 7㎛가 되도록 제트 밀(jet mill)로 분쇄하여 탄화분말을 제조한다(S112). 여기서, 탄화물의 분쇄는 공지된 분쇄방법인 제트 밀을 이용해 활성탄 분말(11)의 평균 입경(D1)이 0.5 내지 1㎛가 되도록 분쇄한다. 탄화분말이 제조되면 탄화분말 15 내지 35wt％와 수산화칼륨 65 내지 85wt％를 혼합한 후 질소분위기 및 600 내지 750℃에서 30 내지 100분 동안 활성화시켜 활성탄 분말(11)을 제조한다(S113). In the method for producing an electrode active material for EDLC of the present invention, activated
활성탄 분말(11)이 준비되면 도 1 및 도 2에서와 같이 도전성 첨가제 분말(12)을 준비한다(S120). 도전성 첨가제 분말(12)의 재질은 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 도전성 첨가제 분말(12)의 평균 입경(D2)은 0.01 내지 0.1㎛인 것이 사용된다. When the activated
활성탄 분말(11)과 도전성 첨가제 분말(12)이 각각 준비되면 도 1에서와 같이 활성탄 분말(11) 87 내지 96wt％와 도전성 첨가제 분말(12) 4 내지 13wt％를 나노셋 밀(nanoset mill)이나 볼밀(ball mill)을 이용하여 혼합한다(S130). 여기서, 나노셋 밀(nanoset mill)이나 볼밀(ball mill)은 공지된 방법이 사용된다. 활성탄 분말(11)과 도전성 첨가제 분말(12)이 혼합되면 스프레이 건조방법을 이용해 건조시켜 과립형 전극분말(10)을 제조한다(S140).When the activated
이와 같이 본 발명의 EDLC용 전극 활물질 제조방법은 활성탄 분말(11) 87 내지 96wt％와 도전성 첨가제 분말(12) 4 내지 13wt％를 나노셋 밀(nanoset mill)이나 볼밀(ball mill)을 이용하여 혼합하여 과립형으로 제조함으로써 집전체(120: 도 3에 도시됨)에 도포 시 도전성 첨가제 분말(12)을 집전체(120)의 표면에 고르게 분산되도록 도포함으로써 도전성 첨가제 분말(12)이 불균일하게 도포됨에 따른 ESR(equivalent series resistance) 특성의 저하를 방지할 수 있게 된다. As described above, 87 to 96 wt% of the activated
본 발명의 EDLC용 전극 활물질 제조방법에 제조된 을 이용해 다양한 실시예의 과립형 전극분말(10)을 제조하였다.
표 1에서와 같이 실시예1에 따른 과립형 전극분말(10)은 활성탄 분말(11) 96wt％와 도전성 첨가제 분말(12) 4wt％가 되도록 혼합하여 형성하였으며, 실시예2에 따른 과립형 전극분말(10)은 활성탄 분말(11) 87wt％와 도전성 첨가제 분말(12) 13wt％가 되도록 혼합하여 형성하였다. As shown in Table 1, the
실시예 1 및 2에 따른 과립형 전극분말(10)의 전기적인 특성을 시험하기 위해 실시예 1 및 2에 따른 과립형 전극분말(10)에 각각 바인더 및 유기용제를 혼합하여 전극 물질 슬러리를 제조하였다. 여기서, 바인더 및 유기용제의 각각의 혼합비의 공지된 기술이 적용됨으로 상세한 설명을 생략한다. 여기서, 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 하나가 사용되며, 유기용제는 공지된 재질이 사용된다.In order to test the electrical characteristics of the
실시예 1 및 2에 따른 과립형 전극분말(10)을 이용해 전극 물질 슬러리가 제조되면 전극 물질 슬러리를 이용해 도 3에 도시된 EDLC를 제조하였다. EDLC는 도 3에서와 같이 제1집전체(110), 제2집전체(120), 음극물질층(130), 양극물질층(140), 분리막(150), 제1외부전극(160), 제2외부전극(170) 및 케이스(180)를 포함한다. When the electrode material slurry was prepared using the
케이스(180)는 도 3에 도시된 EDLC를 전반적으로 지지하며, 제1외부전극(160)과 제2외부전극(170)은 각각 제1집전체(110)와 제2집전체(120)의 일측에 각각 접합되어 연결된다. 음극물질층(130)과 양극물질층(140)은 각각 표 1에 도시된 실시예1과 실시예2에 따른 과립형 전극분말(10)을 이용해 제조된 전극물질 슬러리를 제1집전체(110)에 도포한 후 건조하여 제조하였다. 분리막(150)은 음극물질층(130)과 양극물질층(140)이 서로 물리적으로 접촉되지 않도록 음극물질층(130)과 양극물질층(140) 사이에 배치시켜 도 3에 도시된 EDLC를 제조하였다. 도시 않은 전해액은 공지된 재질 및 방법을 이용해 음극물질층(130)과 양극물질층(140)에 함침시켰다.The first
음극물질층(130)과 양극물질층(140)을 각각 표 1에 도시된 실시예1과 실시예2에 따른 과립형 전극분말(10)을 이용해 제조된 도 3에 도시된 EDLC을 전기적인 시험을 실시하였으며, 그 결과가 표 2에 도시되어 있다. The
표 2에서와 같이 음극물질층(130)과 양극물질층(140)을 각각 실시예 1 및 2와 같이 본 발명의 전극물질 제조방법에 따라 제조된 EDLC는 각각 모두 셀전압이 2.7V이고, 각각의 ESR(equivalent series resistance) 특성은 순차적으로 10mΩ 및 11mΩ으로 측정되었다. 반면에, 표 2에서와 같이 음극물질층(130)과 양극물질층(140)을 각각 활성탄 분말(11)로 제조된 종래의 EDLC는 셀전압이 2.7V이고, 13mΩ으로 측정되는 것으로 보아 본 발명의 전극물질 제조방법에 따라 제조된 전극물질을 이용해 EDLC를 제조 시 ESR(equivalent series resistance) 특성을 개선시킬 수 있게 된다. As shown in Table 2, the EDLC prepared according to the electrode material manufacturing method of the present invention as in Examples 1 and 2, respectively, of the
본 발명의 EDLC용 전극 활물질 제조방법은 EDLC의 제조산업 분야에 적용할 수 있다.The method for producing an electrode active material for EDLC of the present invention can be applied to the manufacturing industry of EDLC.
10: 과립형 전극분말 11: 활성탄 분말
12: 도전성 첨가제 분말 110: 제1집전체
120: 제2집전체 130: 음극물질층
140: 양극물질층 150: 분리막
160: 제1외부전극 170: 제2외부전극
180: 케이스10: granular electrode powder 11: activated carbon powder
12: conductive additive powder 110: first current collector
120: Second collector 130: Cathode material layer
140: anode material layer 150: separator
160: first external electrode 170: second external electrode
180: Case
Claims (5)
도전성 첨가제 분말을 준비하는 단계;
상기 활성탄 분말 87 내지 96wt％와 상기 도전성 첨가제 분말 4 내지 13wt％를 나노셋 밀(nanoset mill)이나 볼밀(ball mill)을 이용하여 혼합하는 단계; 및
상기 활성탄 분말과 상기 도전성 첨가제 분말이 혼합되면 스프레이 건조방법을 이용해 건조시켜 과립형 전극분말을 제조하는 단계를 포함하는 EDLC용 전극 활물질 제조방법.Preparing activated carbon powder;
Preparing a conductive additive powder;
Mixing 87 to 96 wt% of the activated carbon powder and 4 to 13 wt% of the conductive additive powder using a nanoset mill or a ball mill; And
And drying the mixture of the activated carbon powder and the conductive additive powder using a spray drying method to prepare a granular electrode powder.
상기 활성탄 분말을 준비하는 단계는,
코크스(cokes)를 대기 분위기에서 30 내지 100분 동안 450 내지 550℃에서 소성하여 탄화물을 제조하는 단계;
상기 탄화물을 평균 입경이 3 내지 7㎛가 되도록 제트 밀로 분쇄하여 탄화분말을 제조하는 단계; 및
상기 탄화분말 15 내지 35wt％와 수산화칼륨 65 내지 85wt％를 혼합한 후 질소 분위기 600 내지 750℃에서 30 내지 100분 동안 활성화시켜 상기 활성탄 분말을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 EDLC용 전극 활물질 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of preparing the activated carbon powder comprises:
Calcining cokes at 450 to 550 占 폚 for 30 to 100 minutes in an air atmosphere to produce carbides;
Milling the carbide with a jet mill so as to have an average particle diameter of 3 to 7 占 퐉 to produce a carbonized powder; And
Mixing 15 to 35 wt% of the carbonized powder with 65 to 85 wt% of potassium hydroxide, and then activating the mixture at 600 to 750 ° C for 30 to 100 minutes in a nitrogen atmosphere to prepare an activated carbon powder for EDLC Gt;
상기 활성탄 분말은 평균 입경이 0.5 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 EDLC용 전극 활물질 제조방법. 3. The method of claim 2,
Wherein the activated carbon powder has an average particle diameter of 0.5 to 1 占 퐉.
상기 도전성 첨가제 분말을 준비하는 단계에서,
상기 도전성 첨가제 분말은 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 EDLC용 전극 활물질 제조방법. The method according to claim 1,
In the step of preparing the conductive additive powder,
Wherein the conductive additive powder is one selected from the group consisting of Super-P, Ketjen black and Carbon black.
상기 도전성 첨가제 분말의 평균 입경은 0.01 내지 0.1㎛인 것을 특징으로 하는 EDLC용 전극 활물질 제조방법. 5. The method of claim 4,
Wherein the conductive additive powder has an average particle diameter of 0.01 to 0.1 占 퐉.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170036992A KR101835597B1 (en) | 2017-03-23 | 2017-03-23 | Electrode active material for electric double layer capacitor |
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| KR101835597B1 true KR101835597B1 (en) | 2018-03-08 |
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| KR (1) | KR101835597B1 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102003641B1 (en) * | 2018-04-20 | 2019-07-25 | 전북대학교산학협력단 | 3D composite conductor for gas sensor using activated carbon and manufacturing method thereof |
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|---|---|---|---|---|
| KR101182107B1 (en) | 2011-09-16 | 2012-09-12 | (주) 퓨리켐 | 3V Hybrid Capacitor using Lithium Titanate |
-
2017
- 2017-03-23 KR KR1020170036992A patent/KR101835597B1/en active IP Right Grant
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