KR101948804B1 - 향상된 리튬이온 도핑속도를 갖는 흑연전극 및 이를 채용한 리튬이온커패시터 - Google Patents

향상된 리튬이온 도핑속도를 갖는 흑연전극 및 이를 채용한 리튬이온커패시터 Download PDF

Info

Publication number
KR101948804B1
KR101948804B1 KR1020150065552A KR20150065552A KR101948804B1 KR 101948804 B1 KR101948804 B1 KR 101948804B1 KR 1020150065552 A KR1020150065552 A KR 1020150065552A KR 20150065552 A KR20150065552 A KR 20150065552A KR 101948804 B1 KR101948804 B1 KR 101948804B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
lithium ion
lithium
metal
current collector
Prior art date
Application number
KR1020150065552A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150059726A (ko
Inventor
구종민
홍순만
황승상
김민호
나원준
박윤덕
이진홍
백경열
Original Assignee
한국과학기술연구원
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 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020150065552A priority Critical patent/KR101948804B1/ko
Publication of KR20150059726A publication Critical patent/KR20150059726A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101948804B1 publication Critical patent/KR101948804B1/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
    • 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
    • H01G11/04—Hybrid capacitors
    • H01G11/06—Hybrid capacitors with one of the electrodes allowing ions to be reversibly doped thereinto, e.g. lithium ion capacitors [LIC]
    • 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
    • H01G11/66—Current collectors
    • H01G11/68—Current collectors characterised by their material
    • 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)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

본 발명은 향상된 리튬이온 도핑 속도를 갖는 리튬이온 삽입/탈리용 전극을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 리튬이온 삽입/탈리용 전극을 음극으로서 채용한 리튬이온커패시터를 제공한다. 본 발명에서 제공하는 리튬이온 삽입/탈리용 전극은, 양면을 갖는 집전체로서, 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속을 포함하는 집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 형성된 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층;을 포함한다.

Description

향상된 리튬이온 도핑속도를 갖는 흑연전극 및 이를 채용한 리튬이온커패시터{GRAPHITE ANODE WITH IMPROVED LITHIUM PRE-DOPING SPEED AND LITHIUM ION CAPACITOR EMPLOYING THE SAME}
본 발명은 커패시터에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 리튬이온커패시터(lithium ion capacitor)에 관한 것이다.
리튬이온커패시터는 양극에 전기이중층 수퍼커패시터에 사용되는 활성탄(activated carbon) 전극을 사용하고 음극에 리튬전지에 사용되는 흑연 전극을 사용하는 하이브리드타입 커패시터이다.
양쪽 전극에 활성탄 전극을 사용하는 전기이중층 수퍼커패시터에서는, 이온이 전극 표면에서 물리적으로 흡착 및 탈착되는 넌패러딕(non-faradic) 반응에 의해 충방전이 달성된다. 이와 달리, 리튬이온커패시터에 있어서는, 양극에서는 이온이 물리적으로 흡착 및 탈착되는 넌패러딕(non-faradic)반응이 일어나고, 음극에서는 리튬이온이 흑연층상구조에 전기화학적으로 삽입 및 탈리되는 패러딕(faradic) 반응이 일어난다. 그에 따라, 리튬이온커패시터는 전기이중층 수퍼커패시터보다 매우 큰 전기용량을 얻을 수 있다.
이러한 리튬이온커패시터의 높은 전기용량 특성을 안정적으로 구현하기 위해서는, 흑연 음극을 리튬으로 프리도핑(pre-doping)하는 공정이 필요하다. 흑연음극에 리튬을 프리도핑함으로써, 리튬이온커패시터의 충방전 중 흑연 음극의 전위를 리튬메탈의 전위와 같은 전위로 유지시켜 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있다.
통상적인 흑연 음극의 리튬 프리도핑 방법은 다음과 같다. 즉, 흑연 전극과 리튬메탈 전극을 전해액에 담지하고, 두 전극들이 서로 분리된 상태에서, 전기화학적 방법으로 흑연 전극에 리튬을 도핑한다. 이러한 전기화학적 도핑공정은 리튬의 도핑 속도가 매우 느려 공정비용 상승을 야기하고 이로 인하여 리튬이온커패시터의 범용화에 큰 장애가 되고 있다.
본 발명은 향상된 리튬이온 도핑 속도를 갖는 리튬이온 삽입/탈리용 전극을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 리튬이온 삽입/탈리용 전극을 음극으로서 채용한 리튬이온커패시터를 제공한다.
본 발명에서 제공하는 리튬이온 삽입/탈리용 전극은,
양면을 갖는 집전체로서, 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속을 포함하는 집전체; 및
상기 집전체의 적어도 일면에 형성된 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층;을 포함한다.
본 발명은 또한,
양극, 제1 분리막, 음극, 제2 분리막 및 리튬 공급 전극을 포함하는 리튬이온커패시터로서,
상기 음극이, 양면을 갖는 집전체로서 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속을 포함하는 집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 형성된 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층;을 포함하는,
리튬이온커패시터를 제공한다.
본 발명에서 제공하는 리튬이온 삽입/탈리용 전극(이하에서는 간단히, '본 발명의 음극'이라 부른다)에 있어서는, 집전체로서 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속이 사용된다. 그에 따라, 리튬이온커패시터의 음극으로서 본 발명의 음극이 사용되는 경우, 본 발명의 음극과 리튬 공급 전극 사이에 증가된 전위차가 형성되며, 그에 따라, 리튬이온이 본 발명의 음극에 도핑되는 속도가 빨라진다. 그에 따라, 프리도핑 공정 시간이 단축될 수 있고, 리튬이온캐패시터의 양산이 가능해질 수 있다.
또한, 본 발명의 음극과 리튬 공급 전극 사이에 증가된 전위차가 형성됨에 따라, 리튬이온이 본 발명의 음극의 리튬이온 삽입/탈리용 활물질의 깊은 곳까지 골고루 도핑될 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 음극에 도핑되는 리튬이온의 양이 증가될 수 있다. 이는 충전 용량의 증가로 이어진다.
또한, 본 발명의 음극과 리튬 공급 전극 사이에 증가된 전위차가 형성됨에 따라, 본 발명의 리튬이온커패시터는 향상된 속도의 안정적인 충방전이 가능해진다.
또한, 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속을 포함하는 집전체를 사용하는 본 발명의 음극은, 구리 집전체를 사용한 음극에 비하여, 전해질 및 고전압에 대한 향상된 산화 안정성을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 일 구현예를 나타내는 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 일 구현예로서 표층과 코어부를 갖는 집전체를 사용하는 구현예를 나타내는 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 일 구현예로서 집전체와 활물질층 사이에 개재된 보조 금속층을 더 포함하는 구현예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극에 리튬을 프리도핑하는 방법의 제1 구현예를 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극에 리튬을 프리도핑하는 방법의 제2 구현예를 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극에 리튬을 프리도핑하는 방법의 제3 구현예를 도식적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1의 전극에 대한 리튬 프리도핑량을 나타낸 그래프이다.
이하에서는, 도 1을 참조하여, 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극을 더욱 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 일 구현예를 나타내는 단면도이다. 도 1의 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 구현예는, 양면을 갖는 집전체(100)로서, 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속을 포함하는 집전체(100); 및 상기 집전체(100)의 적어도 일면에 형성된 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층(200);을 포함한다.
금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속은, 예를 들면, 약 +0.342 V 내지 약 +2.0 V의 표준 환원 전위를 가질 수 있으며, 바람직하게는, 약 +0.5 V 내지 약 +1.5 V의 표준 환원 전위를 가질 수 있다. 상기 금속의 표준 환원 전위가 너무 낮으면, 기존 구리 집전체를 사용한 흑연전극 보다 도핑속도가 현저히 떨어질수 있다. 상기 금속의 표준 환원 전위가 너무 높으면, 셀 안정성이 저하될 수 있다.
금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속은, 예를 들면, 금, 백금, 팔라듐, 은, 등의 단일 성분 금속 또는 이들의 조합, 또는 이들의 합금일 수 있다. 바람직한 예를 들면, 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속은 금 또는 백금일 수 있다. 하기 표 1에 여러가지 금속의 표준 환원 전위를 나타내었다. 표 1에는, 비교예로서 구리의 표준 환원 전위도 함께 나타내었다.
금속 표준 환원 전위(V, @25℃)
금 +1.50
백금 +1.20
팔라듐 +0.99
은 +0.80
구리 +0.3419
리튬 -3.05
금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속을 포함하는 집전체는 양면을 갖는다. 집전체는, 예를 들면, 쉬트(sheet) 형태 또는 메쉬(mesh) 형태를 가질 수 있다. 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층은 집전체의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다. 집전체가 메쉬 형태일 경우, 집전체의 양면에 활물질층을 형성하면, 양쪽의 활물질층들이 서로 접촉할 수 있다.
또 다른 구현예에 있어서, 집전체는, 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속을 포함하는 표층; 및 상기 표층과 다른 금속을 포함하는 코어부를 포함할 수 있다. 코어부는, 예를 들면, 금속 구리보다 같거나 낮은 표준 환원 전위를 갖는 전기전도성이 우수한 금속을 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 코어부는 구리, 알루미늄, 니켈, 철, 강철, 스테인리스강, 등을 포함할 수 있다. 표층부는 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속(예를 들면, 금, 백금, 팔라듐, 은, 등의 단일 성분 금속 또는 이들의 조합, 또는 이들의 합금)일 수 있다. 표층과 코어부를 갖는 복합층 집전체의 장점은 소량의 표층부 코팅 만으로도, 집전체 전체가 표층부에 사용된 금속으로 이루어진 경우와 마찬가지의 특성을 구현할 수 있다는 것이다. 도 2는, 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 일 구현예로서 표층과 코어부를 갖는 집전체를 사용하는 구현예를 나타내는 단면도이다. 도 2의 구현예에 있어서, 집전체(100)는 표층(120)과 코어부(110)를 포함한다. 표층(120)은 코어부(110)를 피복하고 있다. 표층(120)의 두께는, 예를 들면, 약 2 Å 내지 약 50 ㎛일 수 있다. 표층(120)의 두께가 너무 얇으면 코팅되지않은 부분이 존재할 가능성이 높아진다. 표층(120)으로 코팅되지 않은 부분이 존재하면, 집전체(100)는 향상된 전위를 구현할 수 없다. 표층(120)의 두께가 너무 두꺼우면 공정시간 및 비용이 많이 발생하는 문제가 발생할 수 있다. 표층(120)은, 예를 들면, 스퍼터링, 무전해도금, 전해도금, 캐스팅(casting)에 의하여, 코어부(110)의 표면에 피복될 수 있다.
또 다른 구현예에 있어서, 리튬이온 삽입/탈리용 전극은, 구리 집전체를 갖는 흑연전극; 및 상기 구리 집전체 뒷면에 부착된, 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속층;을 포함할 수 있다. 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속층을 흑연전극의 구리집전체 뒷면에 부착하여 리튬 공급 전극 대비 전위를 향상시킬 수 있다.
도 3은, 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 일 구현예로서 집전체 뒷면에 금속층을 더 포함하는 구현예를 나타내는 단면도이다. 도 3의 구현예에 있어서, 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속(100)을 흑연전극의 구리집전체(150) 뒷면에 물리적으로 부착하여 리튬 공급 전극 대비 전위를 향상시킬 수 있다. 이렇게 향상된 전위에 의해 도핑속도를 향상시킬수 있다. 또한 도핑이후 금속(100)은 쉽게 탈착가능하다. 또 다른 구현예에 있어서, 금속층(100) 역시 쉬트 또는 메쉬 형태일 수 있다.
리튬이온 삽입/탈리용 활물질층은, 예를 들면, 리튬이온 삽입/탈리용 활물질 및 바인더를 포함할 수 있다. 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층은, 도전제를 더 포함할 수도 있다.
리튬이온 삽입/탈리용 활물질은 리튬이온을 가역적으로 담지할 수 있는 임의의 물질을 의미한다. 리튬이온 삽입/탈리용 활물질은, 예를 들면, 인조 흑연, 천연 흑연, 흑연화탄소 섬유, 흑연화 메조카본마이크로비드, 석유 코크스, 하드 카본, 소프트 카본, 수지 소성체, 탄소 섬유, 열분해 탄소, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는, 리튬이온 삽입/탈리용 활물질은 인조흑연, 천연흑연, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
바인더로서는, 예를 들면, SBR(styrene-butadiene rubber), PTFE(polytetrafluoroethylene), PVDF(polyvinylidenefluoride), PVDF-HFP (polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene), PVA(polyvinylalcohol), PMMA (polymethylmetacrylate), 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
도전제로서는, 예를 들면, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 금속분말, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극은, 예를 들면, 슬러리 또는 페이스트 형태의 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층 형성용 조성물을, 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속을 포함하는 집전체의 표면의 적어도 일부에, 도포함으로써 제조될 수 있다.
리튬이온 삽입/탈리용 활물질층 형성용 조성물은, 예를 들면, 리튬이온 삽입/탈리용 활물질, 바인더 및 용매를 포함할 수 있다. 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층 형성용 조성물은, 도전제를 더 포함할 수도 있다. 상기 용매로서는, 예를 들면, NMPNMP(N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF(dimethyl formamide), 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극에 리튬을 프리도핑하는 방법의 구현예들을 상세하게 설명한다.
본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극에 리튬을 프리도핑하는 방법의 제1 구현예는, 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속을 포함하는 집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 형성된 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층;을 포함하는 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 상기 활물질층에 리튬 공급 전극을 직접 접촉시키는 단계를 포함한다. 도 4는 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극에 리튬을 프리도핑하는 방법의 제1 구현예를 도식적으로 나타내는 단면도이다. 도 4에 있어서, 용기(500) 내에 전해질(400), 리튬이온 삽입/탈리용 전극(집전체(100), 활물질층(200)), 그리고 리튬 공급 전극(300)이 수용되어 있다. 리튬이온 삽입/탈리용 전극은 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속을 포함하는 집전체(100); 및 상기 집전체(100)의 적어도 일면에 형성된 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층(200);을 포함하고 있다. 또한, 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 활물질층(200)은 리튬 공급 전극(300)과 직접 접촉하고 있다. 이 경우 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 활물질층(200)은 리튬 공급 전극(300)과 직접 접촉만으로도 양전극의 전위차이에 의하여 자발적인 프리도핑이 일어나게 된다.
본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극에 리튬을 프리도핑하는 방법의 제2 구현예는, 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 상기 활물질층과 리튬 공급 전극을 서로 이격된 상태에서 대향시키는 단계를 포함한다. 도 5는 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극에 리튬을 프리도핑하는 방법의 제2 구현예를 도식적으로 나타내는 단면도이다. 도 5에 있어서, 용기(500) 내에 전해질(400), 리튬이온 삽입/탈리용 전극, 그리고 리튬 공급 전극이 수용되어 있다. 리튬이온 삽입/탈리용 전극은 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속을 포함하는 집전체(100); 및 상기 집전체(100)의 적어도 일면에 형성된 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층(200);을 포함하고 있다. 리튬 공급 전극은 구리 집전체(310) 및 리튬 금속층(320)을 구비하고 있다. 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 활물질층(200)은 리튬 금속층(320)과 서로 이격되어 대향하고 있다. 활물질층(200)과 리튬 금속층(320)의 사이에는 이온전도성 분리막(600)이 개재될 수 있다. 또한, 집전체(100)와 구리 집전체(310)의 사이에는, 충방전기가 연결된다.
본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극에 리튬을 프리도핑하는 방법의 제3 구현예는, 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 상기 활물질층과 리튬 공급 전극을 서로 이격된 상태에서 대향시키고, 외부도선을 이용하여 상기 집전체와 상기 리튬 공급 전극을 단락(short)시키는 단계를 포함한다. 도 6은 본 발명의 리튬이온 삽입/탈리용 전극에 리튬을 프리도핑하는 방법의 제3 구현예를 도식적으로 나타내는 단면도이다. 도 6에 있어서, 용기(500) 내에 전해질(400), 리튬이온 삽입/탈리용 전극, 그리고 리튬 공급 전극이 수용되어 있다. 리튬이온 삽입/탈리용 전극은 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속을 포함하는 집전체(100); 및 상기 집전체(100)의 적어도 일면에 형성된 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층(200);을 포함하고 있다. 리튬 공급 전극은 구리 집전체(310) 및 리튬 금속층(320)을 구비하고 있다. 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 활물질층(200)은 리튬 금속층(320)과 서로 이격되어 대향하고 있다. 활물질층(200)과 리튬 금속층(320)의 사이에는 이온전도성 분리막(600)이 개재될 수 있다. 또한, 집전체(100)와 구리 집전체(310)는 외부도선(700)에 의하여 단락되어 있다. 외부단락되었을 경우 양 전극간의 전위차에 의해 자발적으로 프리도핑이 일어나게 된다.
본 발명에서는 또한, 양극, 제1 분리막, 음극, 제2 분리막 및 리튬 공급 전극을 포함하는 리튬이온커패시터로서,
상기 음극이, 양면을 갖는 집전체로서 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속을 포함하는 집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 형성된 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층;을 포함하는,
리튬이온커패시터가 제공된다.
<실시예>
실시예 1
집전체로서 그 표면 전체가 백금으로 피복되어 있는 구리 쉬트(두께: 20 ㎛)를 사용하였다. 백금의 코팅 두께는 200 Å이었다. 활물질 형성용 조성물은, 활물질로서 흑연 분말(Aldrich, #7782-42-5) 45 중량부, 도전제로서 카본블랙(Super P, TIMCAL Graphite & Carbon) 2.5 중량부, 바인더로서 PVDF-HFP (polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene) (Aldrich, Mw=455,000) 2.5 중량부, 용매로서 NMP 50 중량부를 혼합하여 제조하였다. 집전체 일면에 활물질 형성용 조성물을 도포한 후 건조하여 활물질층을 형성하였다. 형성된 활물질층의 무게는 3 mg/cm2 이었다.
비교예 1
집전체로서 구리 쉬트(두께: 20 ㎛)를 사용하였다. 활물질 형성용 조성물은, 활물질로서 흑연 분말(Aldrich, #7782-42-5) 45 중량부, 바인더로서 PVDF-HFP (polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene) (Aldrich, Mw=455,000) 5 중량부, 용매로서 NMP 50 중량부를 혼합하여 제조하였다. 집전체 일면에 활물질 형성용 조성물을 도포한 후 건조하여 활물질층을 형성하였다. 형성된 활물질층의 무게는 3 mg/cm2 이었다.
리튬 프리도핑
용기 내에 수용된 전해질(EC(ethylene carbonate):DEC(diethylene carbonate) 중량비가 3:7인 혼합용매 중의 LiPF6 1M 용액) 중에서, 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 전극을, 활물질층이 리튬 금속 층과 직접 접촉하도록 배치한 상태에서, 15분 동안 리튬으로 프리도핑하였다. 리튬 프리도핑량을 원아테트 WBCS3000 충방전기를 이용하여 0.03 C 조건으로 측정하였다. 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7은 실시예 1 및 비교예 1의 전극에 대한 리튬 프리도핑량을 나타낸 그래프이다. 도 7로부터, 실시예 1의 전극이 비교예 1의 전극보다 40 % 더 향상된 전기용량(즉, 더 향상된 도핑속도)를 나타냄을 확인할 수 있다. 이는 구리 집전체에 비해 백금 집전체가 리튬 공급 전극 대비 더 큰 환원 전위를 가지기 때문이다.
또한, 도 3과 같이 구리보다 환원 전위가 큰 금속을 통상의 흑연전극판(예를 들어, 구리 집전체를 갖는 흑연전극)에 물리적으로 직접 접촉시키는 방법으로도, 도핑속도가 30 % 이상 향상됨을 확인하였다.

Claims (12)

  1. 구리 집전체;
    상기 구리 집전체의 일면에 형성된 리튬이온 삽입/탈리용 활물질층; 및
    상기 구리 집전체의 타면에 부착된, 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속층;을 포함하는
    리튬이온 삽입/탈리용 전극.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속은, +0.342 V 내지 +2.0 V의 표준 환원 전위를 갖는 것을 특징으로 하는 리튬이온 삽입/탈리용 전극.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속은, 금, 백금, 팔라듐, 은, 이들의 조합, 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 리튬이온 삽입/탈리용 전극.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속층은 쉬트 형태 또는 메쉬 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 리튬이온 삽입/탈리용 전극.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 구리 집전체를 갖는 흑연전극; 및
    상기 흑연전극의 상기 구리 집전체 뒷면에 부착된, 금속 구리보다 높은 표준 환원 전위를 갖는 금속층;을 포함하는
    리튬이온 삽입/탈리용 전극.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 상기 활물질층에, 또는, 제 8 항에 따른 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 상기 흑연전극에, 리튬 공급 전극을 직접 접촉시키는 단계를 포함하는, 리튬 프리도핑 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 상기 활물질층과, 또는, 제 8 항에 따른 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 상기 흑연전극과, 리튬 공급 전극을 서로 이격된 상태에서 대향시키고, 상기 양 전극에 전원을 인가하는 단계를 포함하는, 리튬 프리도핑 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 상기 활물질층과, 또는, 제 8 항에 따른 리튬이온 삽입/탈리용 전극의 상기 흑연전극과, 리튬 공급 전극을 서로 이격된 상태에서 대향시키고, 외부도선을 이용하여 상기 구리 집전체와 상기 리튬 공급 전극을 외부단락(external short)시키는 단계를 포함하는, 리튬 프리도핑 방법.
  12. 양극, 제1 분리막, 음극, 제2 분리막 및 리튬 공급 전극을 포함하는 리튬이온커패시터로서,
    상기 음극이 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 리튬이온 삽입/탈리용 전극 또는 제 8 항에 따른 리튬이온 삽입/탈리용 전극인,
    리튬이온커패시터.
KR1020150065552A 2015-05-11 2015-05-11 향상된 리튬이온 도핑속도를 갖는 흑연전극 및 이를 채용한 리튬이온커패시터 KR101948804B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150065552A KR101948804B1 (ko) 2015-05-11 2015-05-11 향상된 리튬이온 도핑속도를 갖는 흑연전극 및 이를 채용한 리튬이온커패시터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150065552A KR101948804B1 (ko) 2015-05-11 2015-05-11 향상된 리튬이온 도핑속도를 갖는 흑연전극 및 이를 채용한 리튬이온커패시터

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20130048507A Division KR20140129774A (ko) 2013-04-30 2013-04-30 향상된 리튬이온 도핑속도를 갖는 흑연전극 및 이를 채용한 리튬이온커패시터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150059726A KR20150059726A (ko) 2015-06-02
KR101948804B1 true KR101948804B1 (ko) 2019-02-15

Family

ID=53490837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150065552A KR101948804B1 (ko) 2015-05-11 2015-05-11 향상된 리튬이온 도핑속도를 갖는 흑연전극 및 이를 채용한 리튬이온커패시터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101948804B1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180061672A (ko) 2016-11-30 2018-06-08 삼신디바이스 주식회사 전기화학 디바이스용 전극 및 그 제조방법
KR20180061671A (ko) 2016-11-30 2018-06-08 삼신디바이스 주식회사 리튬이온 커패시터용 리튬 부착장치 및 부착방법
KR101955667B1 (ko) 2017-12-27 2019-03-07 삼신디바이스 주식회사 리튬이온의 도핑특성이 향상된 리튬이온 커패시터용 전극 및 그 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185126A (ja) * 1999-12-22 2001-07-06 Kyocera Corp リチウム二次電池およびその製造方法
WO2012020815A1 (ja) * 2010-08-11 2012-02-16 株式会社Kri リチウムのプリドープ方法、電極の製造方法、及びこれらの方法を用いた蓄電デバイス
KR101128654B1 (ko) * 2010-08-19 2012-03-26 삼성전기주식회사 전극의 리튬 이온 프리 도핑 방법 및 이를 이용한 전기 화학 커패시터의 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185126A (ja) * 1999-12-22 2001-07-06 Kyocera Corp リチウム二次電池およびその製造方法
WO2012020815A1 (ja) * 2010-08-11 2012-02-16 株式会社Kri リチウムのプリドープ方法、電極の製造方法、及びこれらの方法を用いた蓄電デバイス
KR101128654B1 (ko) * 2010-08-19 2012-03-26 삼성전기주식회사 전극의 리튬 이온 프리 도핑 방법 및 이를 이용한 전기 화학 커패시터의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150059726A (ko) 2015-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110556611B (zh) 高性能电容器辅助蓄电池的负极的预锂化
US10707027B2 (en) Formulations for and methods of fabricating energy storage device electrodes
KR101966774B1 (ko) 이차전지용 음극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지
Lu et al. Lithium-ion batteries based on vertically-aligned carbon nanotube electrodes and ionic liquid electrolytes
KR100700711B1 (ko) 하이브리드 전기에너지 저장장치
EP1903628A2 (en) A Negative Electrode Active Material for an Electricity Storage Device and Method for Manufacturing the Same
JP5611453B2 (ja) リチウムイオン二次電池用負極及びその負極を用いたリチウムイオン二次電池
KR101621519B1 (ko) 리튬 이차전지용 음극, 이를 포함하는 리튬 이차전지 및 상기 음극의 제조방법
WO2016147607A1 (en) Anode for sodium-ion and potassium-ion batteries
KR101697008B1 (ko) 리튬 이차전지
WO2019200609A1 (en) Incorporation of lithium-ion source material into an activated carbon electrode for a capacitor-assisted battery
US9742027B2 (en) Anode for sodium-ion and potassium-ion batteries
KR20190060719A (ko) 이중층 구조의 활물질층을 포함하는 음극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지
KR101622093B1 (ko) 리튬-황 전지의 양극 활물질용 그라핀-황 복합체 및 이의 제조 방법
JP2023513815A (ja) 陽極片、当該極片を採用した電池及び電子装置
KR101948804B1 (ko) 향상된 리튬이온 도핑속도를 갖는 흑연전극 및 이를 채용한 리튬이온커패시터
KR20070063185A (ko) 이차 전지용 전극활물질
KR20210037849A (ko) 리튬 이차전지용 양극, 이의 제조방법 및 상기 양극을 포함하는 리튬 이차전지
KR20150016072A (ko) 리튬이온 커패시터용 양극 및 이를 포함하는 리튬이온 커패시터
WO2019005411A1 (en) ELECTRODE FOR AN ELECTROCHEMICAL ENERGY SOURCE AND ELECTROCHEMICAL ENERGY SOURCE COMPRISING SAID ELECTRODE
JP6832607B2 (ja) 蓄電デバイスと、その充電方法および製造方法
JP6498423B2 (ja) 蓄電デバイスの製造方法
US10256049B2 (en) Positive electrode for a lithium ion capacitor and lithium ion capacitor
KR20190012858A (ko) 리튬-황 전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬-황 전지
KR20230079222A (ko) 세퍼레이터와 함께 적층되거나 감기는 음극 및 양극 세트를 갖는 리튬 슈퍼커패터리

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant