KR101890846B1 - 전극 및 이를 이용한 에너지 저장 커패시터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집전체에 카본(carbon)을 도포한 후 음극물질이나 양극물질을 도포함으로써 카본의 흡착 및 탈착과 음극물질이나 양극물질의 화학적 삽입 및 탈리에 의해 출력 특성과 에너지 저장용량을 개선시킬 수 있는 전극 및 이를 이용한 에너지 저장 커패시터에 관 한 것으로, 본 발명의 전극은 집전체; 집전체의 표면에 도포되는 카본(carbon)층; 카본층의 표면에 도포되는 전극 물질층을 포함하며, 카본층과 전극 물질층은 각각 집전체의 표면에 순차적으로 도포된 후 50 내지 200kgf/㎠의 압력으로 프레싱(pressing)되고, 전극 물질층은 음극재질이나 양극재질이 사용되며, 음극재질은 Li4Ti5O12가 사용되며, 양극재질은 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi0.5Mn1.5O4, LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 전극 및 이를 이용한 에너지 저장 커패시터에 관한 것으로, 특히 집전체에 카본(carbon)을 도포한 후 음극물질이나 양극물질을 도포함으로써 카본의 흡착 및 탈착과 음극물질이나 양극물질의 화학적 삽입 및 탈리에 의해 출력 특성과 에너지 저장용량을 개선시킬 수 있는 전극 및 이를 이용한 에너지 저장 커패시터에 관 한 것이다.
전기 이중층 커패시터(EDLC; Electric Double Layer Capacitor)는 스마트폰, 하이브리드 자동차, 전기자동차나 태양광 발전에 적용되는 에너지 저장장치에 적용되고 있다. 이러한 전기 이중층 커패시터는 양극재질이나 음극재질이 활성탄이 사용되고 있으며, 활성탄의 제조방법에 대한 기술이 첨부된 선행기술에 공개되어 있다.
한국 공개특허공보 제10-2011-0063472호(특허문헌 1)는 전기 이중층 커패시터용 탄소재 제조방법에 관한 것으로, 전기 이중층 커패시터용 탄소재 제조방법은 출발 물질로서 석유 코크스 또는 석탄 코크스와 같은 용이하게 흑연화가능한 탄소재를 이용하고 탄소재를 생산하기 위해 산화 기체 대기 하에서 출발 물질을 소성하고, 탄소재의 입자 크기를 조절한 다음 탄소재를 활성화시켜 제조한다.
특허문헌 1과 같은 종래의 전기 이중층 커패시터는 전극재질이 활성탄으로 형성됨으로써 출력 밀도는 높으나 에너지 밀도가 낮은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 집전체에 카본(carbon)을 도포한 후 음극물질이나 양극물질을 도포함으로써 카본의 흡착 및 탈착과 음극물질이나 양극물질의 화학적 삽입 및 탈리에 의해 출력 특성과 에너지 저장용량을 개선시킬 수 있는 전극 및 이를 이용한 에너지 저장 커패시터를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 집전체에 카본(carbon)과 음극물질이나 양극물질을 순차적으로 도포한 후 프레싱(pressing)함으로써 카본과 음극물질이나 양극물질의 계면이 서로 밀접하게 접촉되어 접촉저항 특성을 개선시킬 수 있는 전극 및 이를 이용한 에너지 저장 커패시터를 제공함에 있다.
본 발명의 전극은 집전체; 상기 집전체의 표면에 도포되는 카본(carbon)층; 상기 카본층의 표면에 도포되는 전극 물질층을 포함하며, 상기 카본층과 상기 전극 물질층은 각각 상기 집전체의 표면에 순차적으로 도포된 후 50 내지 200kgf/㎠의 압력으로 프레싱(pressing)되고, 상기 전극 물질층은 음극재질이나 양극재질이 사용되며, 상기 음극재질은 Li4Ti5O12가 사용되며, 상기 양극재질은 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi0.5Mn1.5O4, LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2 중 적어도 한 개 이상을 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에너지 저장 커패시터는 청구항 제1항의 전극이 사용되는 제1전극; 상기 제1전극과 대향되도록 배치되는 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하며, 상기 제2전극은 집전체와 상기 집전체의 표면에 도포되는 전극 물질층을 포함하며, 상기 제2전극의 전극 물질층은 상기 제1전극의 전극 물질층이 음극재질이 사용되면 양극재질이 사용되며, 상기 양극재질은 카본재질, 도전제 및 바인더(binder)를 혼합하여 형성되며, 상기 카본재질은 활성탄, CNT(carbon nano tube), CNF(carbon nano fiber), 그래핀(graphene), 메조포러스 카본(mesoporous carbon) 및 에어로졸 카본(aerosol carbon) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용되며, 상기 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 상기 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에너지 저장 커패시터의 다른 실시예는 청구항 제1항의 전극이 사용되는 제1전극; 상기 제1전극과 대향되도록 배치되며 청구항 제1항의 전극이 사용되는 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하며, 상기 제1전극의 전극 물질층이 음극재질이 사용되면 상기 제2전극의 전극 물질층은 양극재질이 사용되며, 상기 음극재질은 Li4Ti5O12, 도전제 및 바인더를 혼합하여 형성되며, 상기 양극재질은 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi0 .5Mn1 .5O4, LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2 중 적어도 한 개 이상을 도전제 및 바인더와 혼합하여 형성되며, 상기 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 상기 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전극 및 이를 이용한 에너지 저장 커패시터는 집전체에 카본(carbon)을 도포한 후 음극물질이나 양극물질을 도포함으로써 카본의 흡착 및 탈착과 음극물질이나 양극물질의 화학적 삽입 및 탈리에 의해 출력 특성과 에너지 저장용량을 개선시킬 수 있는 이점이 있으며, 집전체에 카본(carbon)과 음극물질이나 양극물질를 순차적으로 도포한 후 프레싱(pressing)함으로써 카본과 음극물질이나 양극물질의 계면이 서로 밀접하게 접촉되어 접촉저항 특성을 개선시켜 제품의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 전극의 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 전극의 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 전극의 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 4는 도 2에 도시된 전극을 이용한 에너지 저장 커패시터의 단면도,
도 5는 도 4에 도시된 에너지 저장 커패시터의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 전극의 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 전극의 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 4는 도 2에 도시된 전극을 이용한 에너지 저장 커패시터의 단면도,
도 5는 도 4에 도시된 에너지 저장 커패시터의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 전극 및 이를 이용한 에너지 저장 커패시터의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2에서와 같이 본 발명의 전극(10)은 집전체(11), 카본(carbon)층(12) 및 전극 물질층(13)을 포함하여 구성된다.
집전체(11)는 본 발명의 전극(10)을 전반적으로 지지하며, 카본층(12)은 집전체(11)의 표면에 도포된다. 전극 물질층(13)은 카본층(12)의 표면에 도포된다. 이러한 카본층(12)과 전극 물질층(13)은 각각 집전체(11)의 표면에 순차적으로 도포된 후 50 내지 200kgf/㎠의 압력으로 프레싱(pressing)되고, 전극 물질층(13)은 음극재질이나 양극재질이 사용되며, 음극재질은 Li4Ti5O12가 사용되며, 양극재질은LiCoO2, LiMn2O4, LiNi0 .5Mn1 .5O4, LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2 가 사용된다.
본 발명의 전극(10)의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
집전체(11)는 도 1에서와 같이 금속 포일이 사용되며, 금속 포일의 재질은 알루미늄이나 구리가 사용된다.
카본층(12)은 도 1 및 도 2에서와 같이 집전체(11)의 표면에 두께(T1)가 5 내지 50㎛가 되도록 도포되고, 재질은 카본재질, 도전제 및 바인더(binder)를 혼합하여 형성된다. 카본층(12)의 재질 중 카본재질은 활성탄, CNT(carbon nano tube), CNF(carbon nano fiber), 그래핀(graphene), 메조포러스 카본(mesoporous carbon) 및 에어로졸 카본(aerosol carbon) 중 하나나 둘 이상을 혼합하여 사용된다. 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용된다. 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용한다.
전극 물질층(13)은 도 1 및 도 2에서와 같이 카본층(12)의 표면에 두께(T2)가 5 내지 150㎛가 되도록 도포되고, 전극 물질층(13)이 음극재질인 경우에 Li4Ti5O12, 도전제 및 바인더를 혼합하여 형성되며, 전극 물질층(13)이 양극재질인 경우에 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi0 .5Mn1 .5O4, LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2 중 적어도 한 개 이상을 선택하여 도전제 및 바인더와 혼합하여 형성된다. 여기서, 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용한다.
카본층(12)과 전극 물질층(13)이 각각 도 1 및 도 2에서와 같이 집전체(11)의 표면에 순차적으로 도포되면 각각은 롤 프레스(도시 않음)를 이용해 50 내지 200kgf/㎠의 압력으로 프레싱(pressing)되어 형성된다. 이러한 제조방법의 상세한 설명은 후술하겠다.
전술한 카본층(12)과 전극 물질층(13)의 다른 실시예가 도 3에 도시되어 있다.
카본층(12)은 도 3에서와 같이 다수개의 카본블럭층(12a)을 포함하여 구성된다. 다수개의 카본블럭층(12a)은 각각 집전체(11)의 표면에 집전체(11)의 폭방향(Y)으로 서로 일정한 간격으로 이격되어 각각의 사이에 전극 물질층(13)이 채워지도록 형성되고, 각각의 폭(W1,W2,W3)과 두께(T1)는 서로 동일하도록 형성된다. 예를 들어 다수개의 카본블럭층(12a)의 각각의 두께는 5 내지 50㎛가 되도록 도포되어 형성된다. 이러한 다수개의 카본블럭층(12a)은 각각의 폭(W1,W2,W3)이 서로 동일하도록 형성되며, 각각의 이격 간격(S1,S2) 또한 동일하게 형성된다.
카본층(12)이 도 3에서와 같이 다수개의 카본블럭층(12a)으로 도포되면 전극 물질층(13)은 도 3에서와 같이 다수개의 카본블럭층(12a)이 사이에 매립되어 집전체(11)의 표면과 접하도록 도포된다. 즉, 전극 물질층(13)은 도 3에서와 같이 다수개의 카본블럭층(12a)이 사이에 매립되어 집전체(11)의 표면과 접하도록 도포된 상태에서 다수개의 카본블럭층(12a)을 덮도록 도포되며, 두께(T2)는 카본층(12)의 표면에 5 내지 150㎛가 되도록 도포된다.
도 3에서와 같이 집전체(11)의 표면에 카본층(12)과 전극 물질층(13)이 각각 순차적으로 도포되면 각각은 롤 프레스(도시 않음)를 이용해 50 내지 200kgf/㎠의 압력으로 프레싱(pressing)되어 형성된다.
이와 같은 본 발명의 전극(10)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 전극(10)의 제조방법은 먼저, 집전체(11)가 준비되면 집전체(11)의 표면에 카본 페이스트를 이용한 실크인쇄방법을 이용해 카본층(11)을 형성한다. 카본층(11)의 형상은 도 2에서와 같이 집전체(11)의 전면에 도포되어 형성되거나 도 3에서와 같이 다수개의 서로 동일한 간격으로 이격되는 다수개의 카본블럭층(12a)으로 도포되어 형성된다.
카본층(12)이나 다수개의 카본블럭층(12a)을 형성하기 위한 카본 페이스트는 카본재질, 도전제 및 바인더(binder)를 공지된 유기계나 수계를 이용해 혼합하여 형성된다. 카본층(12)의 재질 중 카본재질은 활성탄, CNT(carbon nano tube), CNF(carbon nano fiber), 그래핀(graphene), 메조포러스 카본(mesoporous carbon) 및 에어로졸 카본(aerosol carbon) 중 하나나 둘 이상을 혼합하여 사용된다. 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용된다. 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용한다.
집전체(11)의 표면에 카본 페이스트를 이용한 실크 인쇄방법을 이용해 카본층(11)이 형성되면 카본층(11)의 표면이나 다수개의 카본블럭층(12a)의 사이가 매립되도록 전극 물질층(13)을 도포한다. 전극 물질층(13)이 음극재질인 음극재질 페이스트를 이용한 실크 인쇄방법을 이용하여 도포하며, 양극재질인 양극재질 페이스트를 이용한 실크 인쇄방법을 이용하여 도포한다.
음극재질 페이스트는 Li4Ti5O12, 도전제 및 바인더를 공지된 유기계나 수계에 혼합하여 형성되며, 양극재질 페이스트는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi0 .5Mn1 .5O4, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용하고, 도전제 및 바인더를 공지된 유기계나 수계에 혼합하여 형성된다. 여기서, 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용한다.
집전체(11)의 표면에 카본층(12)과 전극 물질층(13)이 각각 순차적으로 도포되면 롤 프레스(도시 않음)를 이용해 50 내지 200kgf/㎠의 압력으로 프레싱(pressing)한다. 카본층(12)과 전극 물질층(13)의 프레스가 완료되면 가열 오븐(도시 않음)을 이용해 건조하여 본 발명의 전극(10)의 제조를 완료한다.
이와 같이 집전체(11)의 표면에 카본층(12)과 전극 물질층(13)을 순차적으로 도포한 후 프레싱(pressing)함으로써 카본층(12)과 전극 물질층(13)의 계면이 서로 밀접하게 접촉되어 접촉저항 특성을 개선시켜 본 발명의 전극(10)의 제품의 신뢰성을 개선시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 전극(10)을 이용한 에너지 저장 커패시터(100)는 도 4에 도시되어 있다.
도 4에서와 같이 본 발명의 전극(10)을 이용한 에너지 저장 커패시터(100)는 제1전극(10a), 제2전극(20), 분리막(30) 및 케이스(40)를 포함하여 구성된다.
제1전극(10a)은 전술한 본 발명의 전극(10)이 사용되며, 제2전극(20)은 제1전극(10a)과 대향되도록 배치된다. 분리막(30)은 제1전극(10a)과 제2전극(20) 사이에 배치되어 제1전극(10a)과 제2전극(20)이 서로 물리적으로 접촉되는 것을 방지한다. 케이스(40)는 도 4에서 점선으로 개략적으로 도시된 것으로 본 발명의 에너지 저장 커패시터(100)를 전반적으로 지지하며, 공지된 절연성 재질로 형성된다.
본 발명의 전극(10)을 이용한 에너지 저장 커패시터(100)의 구성 중 제1전극(10a)과 제2전극(20)의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1전극(10a)은 전술한 본 발명의 전극(10)을 사용함으로 본 발명의 전극(10)과 같이 집전체(11), 카본(carbon)층(12) 및 전극 물질층(13)을 포함하여 구성되며, 각각의 설명은 전술한 본 발명의 전극(10)과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.
제2전극(20)은 집전체(11)와 전극 물질층(14)을 포함하여 구성된다. 제2전극(20)의 집전체(11)는 금속 포일이 사용되며, 금속 포일의 재질은 알루미늄나 구리가 사용된다. 전극 물질층(14)은 집전체(11)의 표면에 도포되며, 제2전극(20)의 전극 물질층(14)은 제1전극(10a)의 전극 물질층(13)이 음극재질이 사용되면 양극재질이 사용된다. 여기서, 양극재질은 카본재질, 도전제 및 바인더(binder)를 혼합하여 형성되며 혼합비는 공지된 기술이 적용된다. 양극재질의 카본재질은 활성탄, CNT(carbon nano tube), CNF(carbon nano fiber), 그래핀(graphene), 메조포러스 카본(mesoporous carbon) 및 에어로졸 카본(aerosol carbon) 중 하나나 둘 이상을 혼합하여 사용된다. 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용하게 된다.
즉, 도 4에 도시된 본 발명의 에너지 저장 커패시터(100)는 하이브리드 커패시터 구조를 갖는 것으로, 제1전극(10a)에 본 발명의 전극(10)을 적용함으로써 고율 충방전 시 제1전극(10a)에 적용된 카본층(12)과 제2전극(20)이 카본재질, 도전제 및 바인더(binder)를 혼합하여 형성됨으로써 전기 이중층 커패시터와 같은 이온의 물리적 흡착과 탈착 작용으로 전하를 저장하여 에너지 저장 커패시터(100)의 출력 특성을 향상시킨다. 또한 도 4에 도시된 본 발명의 에너지 저장 커패시터(100)는 제1전극(10a)의 전극 물질층(13)에 음극재질인 Li4Ti5O12가 적용됨으로써 리튬이온의 삽입/탈리(화학적) 반응으로 인해 종래의 전기 이중층 커패시터에 비해 1.5 내지 2.5배의 용량을 구현할 수 있다.
전술한 본 발명의 전극(10)를 이용한 에너지 저장 커패시터(110)의 다른 실시예는 도 5에 도시되어 있다.
도 5에서와 같이 본 발명의 전극(10)을 이용한 에너지 저장 커패시터(110)의 다른 실시예는 제1전극(10a), 제2전극(20), 분리막(30) 및 케이스(40)을 포함하여 구성된다.
제1전극(10a)은 전술한 본 발명의 전극(10)이 사용된다. 제2전극(20)은 제1전극(10a)과 대향되도록 배치되며, 전술한 본 발명의 전극(10)이 적용된다. 분리막(30)은 제1전극(10a)과 제2전극(20) 사이에 배치되어 제1전극(10a)과 제2전극(20)이 서로 물리적으로 접촉되는 것을 방지한다. 케이스(40)는 도 4에서 점선으로 개략적으로 도시된 것으로 본 발명의 에너지 저장 커패시터(110)를 전반적으로 지지한다.
본 발명의 전극(10)을 이용한 에너지 저장 커패시터(110)의 구성 중 제1전극(10a)과 제2전극(20)의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1전극(10a)은 전술한 본 발명의 전극(10)을 사용함으로 본 발명의 전극(10)과 동일하게 집전체(11), 카본(carbon)층(12) 및 전극 물질층(13)을 포함하여 구성된다. 제2전극(20a)은 전술한 본 발명의 전극(10)을 사용함으로 본 발명의 전극(10)과 동일하게 집전체(11), 카본(carbon)층(12) 및 전극 물질층(13)을 포함하여 구성된다. 이러한 제2전극(20a)의 전극 물질층(13)은 제1전극(10a)의 전극 물질층(13)이 음극재질이 사용되면 양극재질이 사용된다. 여기서, 음극재질은 Li4Ti5O12, 도전제 및 바인더를 혼합하여 형성되며 혼합비는 공지된 기술이 적용된다. 양극재질은 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi0 .5Mn1 .5O4, LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2 중 적어도 한 개 이상을 도전제 및 바인더와 혼합하여 형성되며, 혼합비는 공지된 기술이 적용된다. 음극재질이나 양극재질에 사용되는 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용한다.
이와 같이 도 5에 도시된 본 발명의 에너지 저장 커패시터(110)는 제1전극(10a)과 제2전극(20a)이 모두에 본 발명의 전극(10)이 적용됨으로써 고율 충방전 시 제1전극(10a)이나 제2전극(20a)에 적용된 카본층(12)이 전기 이중층 커패시터와 같은 이온의 물리적 흡착과 탈착 작용으로 전하를 저장하여 에너지 저장 커패시터(100)의 출력 특성을 향상시킨다. 또한 제1전극(10a)과 제2전극(20a)이 모두에 전극 물질층(13)으로 음극재질로 Li4Ti5O12가 사용되고 양극재질인 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi0.5Mn1.5O4, LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용함으로써 리튬이온의 삽입/탈리(화학적) 반응으로 인해 높은 용량을 구현할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 전극 및 이를 이용한 에너지 저장 커패시터는 본 발명의 전극 및 이를 이용한 에너지 저장 커패시터는 집전체에 카본(carbon)을 도포한 후 음극물질이나 양극물질을 도포함으로써 카본의 흡착 및 탈착과 음극물질이나 양극물질의 화학적 삽입 및 탈리에 의해 출력 특성과 에너지 저장용량을 개선시킬 수 있으며, 집전체에 카본(carbon)과 음극물질이나 양극물질를 순차적으로 도포한 후 프레싱(pressing)함으로써 카본과 음극물질이나 양극물질의 계면이 서로 밀접하게 접촉되어 접촉저항 특성을 개선시켜 제품의 신뢰성을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 전극 및 이를 이용한 에너지 저장 커패시터는 하이브리드 커패시터 제조 산업 분야에 적용된다.
10: 전극 11: 집전체
12: 카본층 13: 전극 물질층
10a: 제1전극 20,20a: 제2전극
30: 분리막 40: 케이스
100,100a: 에너지 저장 커패시터
12: 카본층 13: 전극 물질층
10a: 제1전극 20,20a: 제2전극
30: 분리막 40: 케이스
100,100a: 에너지 저장 커패시터
Claims (7)
- 집전체;
상기 집전체의 표면에 도포되는 카본(carbon)층;
상기 카본층의 표면에 도포되는 전극 물질층을 포함하며,
상기 카본층과 상기 전극 물질층은 각각 상기 집전체의 표면에 순차적으로 도포된 후 50 내지 200kgf/㎠의 압력으로 프레싱(pressing)되고, 상기 전극 물질층은 음극재질이나 양극재질이 사용되며, 상기 음극재질은 Li4Ti5O12가 사용되며, 상기 양극재질은 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi0.5Mn1.5O4, LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용되며,
상기 카본층은 다수개의 카본블럭층을 포함하며, 상기 다수개의 카본블럭층은 각각 상기 집전체의 표면에 집전체의 폭방향으로 서로 일정한 간격으로 이격되어 각각의 사이에 전극 물질층이 채워지도록 형성되고, 각각의 폭과 두께는 서로 동일하도록 형성되며, 각각의 재질은 카본재질, 도전제 및 바인더(binder)를 혼합하여 형성되며, 상기 카본재질은 활성탄, CNT(carbon nano tube), CNF(carbon nano fiber), 그래핀(graphene), 메조포러스 카본(mesoporous carbon) 및 에어로졸 카본(aerosol carbon) 중 하나나 둘 이상을 혼합하여 사용되며, 상기 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 상기 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용되며,
상기 전극 물질층은 다수개의 카본블럭층이 사이에 매립되어 집전체의 표면과 접하도록 도포된 상태에서 다수개의 카본블럭층을 덮도록 도포되는 전극. - 제1항에 있어서,
상기 집전체는 금속 포일이 사용되며, 상기 금속 포일의 재질은 알루미늄이나 구리가 사용되는 전극. - 제1항에 있어서,
상기 카본층은 상기 집전체의 표면에 두께가 5 내지 50㎛가 되도록 도포되고, 재질은 카본재질, 도전제 및 바인더(binder)를 혼합하여 형성되며, 상기 카본재질은 활성탄, CNT(carbon nano tube), CNF(carbon nano fiber), 그래핀(graphene), 메조포러스 카본(mesoporous carbon) 및 에어로졸 카본(aerosol carbon) 중 하나나 둘 이상을 혼합하여 사용되며, 상기 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 상기 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용되는 전극. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 전극 물질층은 상기 카본층의 표면에 두께가 5 내지 150㎛가 되도록 도포되고, 상기 전극 물질층이 음극재질인 경우에 Li4Ti5O12, 도전제 및 바인더를 혼합하여 형성되며, 상기 전극 물질층이 양극재질인 경우에 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi0.5Mn1.5O4, LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2 중 적어도 한 개 이상과 도전제 및 바인더를 혼합하여 형성되며, 상기 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 상기 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용되는 전극. - 청구항 제1항의 전극이 사용되는 제1전극;
상기 제1전극과 대향되도록 배치되는 제2전극; 및
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하며,
상기 제2전극은 집전체와 상기 집전체의 표면에 도포되는 전극 물질층을 포함하며, 상기 제2전극의 전극 물질층은 상기 제1전극의 전극 물질층이 음극재질이 사용되면 양극재질이 사용되며, 상기 양극재질은 카본재질, 도전제 및 바인더(binder)를 혼합하여 형성되며, 상기 카본재질은 활성탄, CNT(carbon nano tube), CNF(carbon nano fiber), 그래핀(graphene), 메조포러스 카본(mesoporous carbon) 및 에어로졸 카본(aerosol carbon) 중 하나나 둘 이상을 혼합하여 사용되며, 상기 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 상기 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용되는 에너지 저장 커패시터. - 청구항 제1항의 전극이 사용되는 제1전극;
상기 제1전극과 대향되도록 배치되며 청구항 제1항의 전극이 사용되는 제2전극; 및
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하며,
상기 제1전극의 전극 물질층이 음극재질이 사용되면 상기 제2전극의 전극 물질층은 양극재질이 사용되며,
상기 음극재질은 Li4Ti5O12, 도전제 및 바인더를 혼합하여 형성되며, 상기 양극재질은 LiCoO2, LiMn2O4, LiNi0 .5Mn1 .5O4, LiNi1 /3Co1 /3Mn1 /3O2 중 적어도 한 개 이상을 사용해 도전제 및 바인더를 혼합하여 형성되며, 상기 도전제는 슈퍼-피(Super-P), 케쳔블랙(ketjen black) 및 카본블랙(carbon black) 중 하나가 사용되며, 상기 바인더는 PVDF(polyvinylidene difluoride), PTFE(polytetrafluoroethylene), SBR(styrene butadiene rubber) 및 CMC(carboxymethylcellulose) 중 적어도 한 개 이상을 혼합하여 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 커패시터.
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| KR1020160055356A KR101890846B1 (ko) | 2016-05-04 | 2016-05-04 | 전극 및 이를 이용한 에너지 저장 커패시터 |
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