KR102337540B1 - Electric double layer capacitor and method of producing the same - Google Patents
Electric double layer capacitor and method of producing the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR102337540B1 KR102337540B1 KR1020170071476A KR20170071476A KR102337540B1 KR 102337540 B1 KR102337540 B1 KR 102337540B1 KR 1020170071476 A KR1020170071476 A KR 1020170071476A KR 20170071476 A KR20170071476 A KR 20170071476A KR 102337540 B1 KR102337540 B1 KR 102337540B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- pores
- activated carbon
- ion
- electric double
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 195
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 134
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 80
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 33
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 30
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims abstract description 29
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 29
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 3
- 235000012093 Myrtus ugni Nutrition 0.000 claims description 5
- 244000061461 Tema Species 0.000 claims description 5
- YOMFVLRTMZWACQ-UHFFFAOYSA-N ethyltrimethylammonium Chemical compound CC[N+](C)(C)C YOMFVLRTMZWACQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 72
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 35
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 14
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 12
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- HHVIBTZHLRERCL-UHFFFAOYSA-N sulfonyldimethane Chemical compound CS(C)(=O)=O HHVIBTZHLRERCL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 7
- -1 41.05 g / mol) Chemical compound 0.000 description 6
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PLUBXMRUUVWRLT-UHFFFAOYSA-N Ethyl methanesulfonate Chemical compound CCOS(C)(=O)=O PLUBXMRUUVWRLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BTGRAWJCKBQKAO-UHFFFAOYSA-N adiponitrile Chemical compound N#CCCCCC#N BTGRAWJCKBQKAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011300 coal pitch Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000011301 petroleum pitch Substances 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 2
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N sulfolane Chemical compound O=S1(=O)CCCC1 HXJUTPCZVOIRIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 229910001423 beryllium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-YPZZEJLDSA-N carbon-10 atom Chemical class [10C] OKTJSMMVPCPJKN-YPZZEJLDSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002010 green coke Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229920003048 styrene butadiene rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
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
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
-
- 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
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/58—Liquid electrolytes
- H01G11/62—Liquid electrolytes characterised by the solute, e.g. salts, anions or cations therein
-
- 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)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
실시예는 전기 이중층 커패시터 및 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제 1 전극, 상기 제1 전극에 이격하여 배치되는 제 2 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막 및 상기 제1 전극, 제2 전극 및 상기 분리막을 함침하는 전해액을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일 면에 배치된 전극합제층을 포함하며 상기 전해액은 제1 이온 및 제1 용매를 포함하고 상기 제1 이온은 제1 양이온 및 제1 음이온을 포함하며 상기 전극합제층은 활성탄 및 염을 포함하고 상기 활성탄은 다수의 기공들을 포함하며 상기 다수의 기공은 기공 입구 및 상기 기공 입구와 연통한 내부 영역을 포함하고 상기 기공 입구는, 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 작은 기공 입구를 포함하며 상기 내부 영역은, 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 큰 상기 내부 영역을 포함하고 상기 제1 용매는 상기 기공 입구를 통해 상기 내부 영역으로 유입하여 상기 염을 해리시킴으로써 전극에 존재하는 기공의 활용 가능성을 개선함에 따라 정전 용량을 향상시킴으로써 고 에너지 밀도의 구현이 가능한 전기 이중층 커패시터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The embodiment relates to an electric double layer capacitor and a method of manufacturing the same, and more particularly, a first electrode, a second electrode disposed to be spaced apart from the first electrode, and a separator disposed between the first electrode and the second electrode and an electrolyte impregnating the first electrode, the second electrode, and the separator, wherein the first electrode and the second electrode each include a current collector and an electrode mixture layer disposed on at least one surface of the current collector, The electrolyte includes a first ion and a first solvent, the first ion includes a first cation and a first anion, the electrode mixture layer includes activated carbon and a salt, and the activated carbon includes a plurality of pores, and the plurality of The pores of the pore include a pore inlet and an inner region in communication with the pore inlet, wherein the pore inlet includes a pore inlet that is smaller than the size of the first cation or the size of the first anion, and the inner region includes the first Including the inner region larger than the size of the cation or the first anion, and the first solvent flows into the inner region through the pore inlet to dissociate the salt, thereby improving the availability of pores present in the electrode Accordingly, the present invention relates to an electric double layer capacitor capable of realizing high energy density by improving capacitance and a method for manufacturing the same.
Description
실시예는 전기 이중층 커패시터 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 정전 용량 및 에너지 출력 특성이 향상된 전기 이중층 커패시터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The embodiment relates to an electric double-layer capacitor and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an electric double-layer capacitor having improved capacitance and energy output characteristics and a method for manufacturing the same.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. Recently, interest in energy storage technology is increasing.
휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기 화학 소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. Efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more concrete as the field of application is expanded to the energy of mobile phones, camcorders, notebook PCs, and even electric vehicles.
전기 화학 소자는 전기 에너지와 화학 에너지 상호간에 변환이 가능하도록 하는 것으로, 구체적인 예로는 전기 이중층 캐패시터(EDLC), 리튬 이온 2차 전지, 하이브리드 캐패시터 등이 있다. An electrochemical device enables conversion between electrical energy and chemical energy, and specific examples include an electric double layer capacitor (EDLC), a lithium ion secondary battery, a hybrid capacitor, and the like.
전기 화학 소자는 충방전이 가능하고 에너지 밀도가 높다는 측면에서 주목 받고 있는 분야이며, 응용 분야의 확대에 따라 높은 정전 용량과 에너지 밀도가 요구되고 있다.Electrochemical devices are attracting attention in terms of being able to charge and discharge and have high energy density, and high capacitance and energy density are required according to the expansion of application fields.
전기 이중층 캐패시터는 전극 및 도전체가 함침된 전해질 용액의 계면에 각각 부호가 상이한 전기이중층이 생성되어 전하를 축적하는 것이다.In an electric double layer capacitor, electric double layers having different signs are generated at the interface of an electrolyte solution impregnated with an electrode and a conductor to accumulate electric charges.
그러나, 전기 이중층 캐패시터는 반복된 충방전에도 열화가 작고 이차 전지, 납축 전지 등 다른 에너지 저장 장치에 비하여 충전 속도가 우수하고 출력 밀도가 높아 최근 폭넓게 응용되고 있으나, 상대적으로 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있다.However, electric double-layer capacitors have small deterioration even after repeated charging and discharging, and have excellent charging speed and high output density compared to other energy storage devices such as secondary batteries and lead acid batteries. have.
정전 용량 또는 작동 전압이 증가할수록 전기 이중층 캐패시터의 에너지 밀도가 향상되는바, 전기 이중층 캐패시터의 단점을 극복하기 위하여 정전 용량을 증가시키거나 작동 전압을 증가시키는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. As the capacitance or the operating voltage increases, the energy density of the electric double layer capacitor is improved. In order to overcome the disadvantages of the electric double layer capacitor, research on a method of increasing the capacitance or the operating voltage is being actively conducted.
전기 이중층 캐패시터의 성능은 주로 전극 활물질, 전해질에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 전극에의 결함 발생 없이 정전 용량을 증가시키는 등의 방법으로 전기 이중층 캐패시터의 에너지 밀도를 높이기 위한 대안이 필요한 실정이다.The performance of the electric double layer capacitor can be mainly determined by the electrode active material and the electrolyte. Accordingly, there is a need for an alternative for increasing the energy density of the electric double layer capacitor by a method such as increasing the capacitance without occurrence of defects in the electrode.
실시예는 전극에 존재하는 기공의 활용 가능성을 개선함에 따라 정전 용량을 향상시킴으로써 고 에너지 밀도의 구현이 가능한 전기 이중층 커패시터를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the embodiment is to provide an electric double layer capacitor capable of realizing a high energy density by improving the capacitance by improving the availability of pores present in the electrode.
실시예의 전기 이중층 커패시터는 제 1 전극, 상기 제1 전극에 이격하여 배치되는 제 2 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막 및 상기 제1 전극, 제2 전극 및 상기 분리막을 함침하는 전해액을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일 면에 배치된 전극합제층을 포함하며 상기 전해액은 제1 이온 및 제1 용매를 포함하고 상기 제1 이온은 제1 양이온 및 제1 음이온을 포함하며 상기 전극합제층은 활성탄 및 염을 포함하고 상기 활성탄은 다수의 기공들을 포함하며 상기 다수의 기공은 기공 입구 및 상기 기공 입구와 연통한 내부 영역을 포함하고 상기 기공 입구는, 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 작은 기공 입구를 포함하며 상기 내부 영역은, 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 큰 상기 내부 영역을 포함하고 상기 제1 용매는 상기 기공 입구를 통해 상기 내부 영역으로 유입하여 상기 염을 해리시킬 수 있다.The electric double layer capacitor of the embodiment includes a first electrode, a second electrode spaced apart from the first electrode, a separator disposed between the first electrode and the second electrode, and the first electrode, the second electrode, and the separator and an electrolyte to be impregnated, wherein the first electrode and the second electrode each include a current collector and an electrode mixture layer disposed on at least one surface of the current collector, and the electrolyte includes a first ion and a first solvent, The first ion includes a first cation and a first anion, and the electrode mixture layer includes activated carbon and a salt, the activated carbon includes a plurality of pores, and the plurality of pores have a pore inlet and an interior communicating with the pore inlet. and wherein the pore inlet includes a pore inlet that is smaller than the size of the first cation or the size of the first anion, and the inner region is larger than the size of the first cation or the size of the first anion. and an inner region, and the first solvent may flow into the inner region through the pore inlet to dissociate the salt.
일 실시예에 따르면, 상기 염은 상기 기공 입구로 유입된 상기 제1 용매에 의해 해리되어 제2 이온으로 존재 할 수 있다.According to an embodiment, the salt may be dissociated by the first solvent introduced into the pore inlet to exist as a second ion.
일 실시예에 따르면, 상기 다수의 기공은, 상기 제1 용매에 의해 해리되지 않은 염을 가지는 기공을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the plurality of pores may include pores having a salt not dissociated by the first solvent.
일 실시예에 따르면 상기 제2 이온은 제 2 양이온 및 제 2 음이온을 모두 포함할 수 있다.According to an embodiment, the second ion may include both a second cation and a second anion.
일 실시예에 따르면 상기 제 2 양이온은 크기가 상이한 2종 이상의 양이온을 포함하거나, 또는 상기 제 2 음이온은 크기가 상이한 2종 이상의 음이온을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the second cation may include two or more kinds of cations having different sizes, or the second anion may include two or more kinds of anions having different sizes.
일 실시예에 따르면상기 제 1 이온은 상기 제 2 이온과 동일한 이온을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the first ion may include the same ion as the second ion.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 이온은 TMA+, TEA+, TBA+, TMEA+, TEMA+, SBP+, BF4 -, TFSI- 및 CF3SO3 - 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.According to one embodiment, the second ion is at least one selected from the group consisting of TMA + , TEA + , TBA + , TMEA + , TEMA + , SBP + , BF 4 - , TFSI - and CF 3 SO 3 - can
일 실시예에 따르면, 상기 전극합제층에 존재하는 전체 기공에 대하여 기공의 지름(D)이 0.5 nm 이상 1.1 nm 이하인 기공은 35 부피% 이상 내지 85 부피% 이하일 수 있다.According to an embodiment, the number of pores having a diameter (D) of 0.5 nm or more and 1.1 nm or less with respect to all pores present in the electrode mixture layer may be 35% by volume to 85% by volume or less.
실시예의 전기 이중층 커패시터의 제조 방법은 활성탄을 600 이상 900 이하의 온도에서 열처리하는 단계, 상기 열처리 된 활성탄과 알칼리 포함 활성화제를 1:1.5 이상 1:4 이상 의 중량비로 혼합하여 700 이상 900 이하의 온도에서 활성화하는 단계, 상기 활성화된 물질을 중화하는 단계, 상기 중화된 물질, 바인더, 도전재 및 염을 포함하는 전극 재료를 혼합 후 가압하는 단계, 상기 가압된 물질을 집전체의 적어도 어느 일 면에 도포하여 전극합제층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 활성탄은 결정질 구조 및 비정질 구조를 포함하며 상기 비정질 구조는 지름(D)이 2 nm 이하인 다수의 기공을 포함하고, 상기 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 상기 활성탄은 50 중량% 이상 95 중량% 이하로 포함되며, 상기 바인더는 1 중량% 이상 30 중량% 이하로 포함되고, 상기 도전재는 1 중량% 이상 30 중량% 이하로 포함되며 상기 염은 1 중량% 이상 10 중량% 이하로 포함할 수 있다.The manufacturing method of the electric double layer capacitor of the embodiment comprises the steps of heat-treating activated carbon at a temperature of 600 or more and 900 or less, mixing the heat-treated activated carbon and an alkali-containing activator in a weight ratio of 1:1.5 or more and 1:4 or more to obtain 700 or more and 900 or less. Activating at a temperature, neutralizing the activated material, mixing the neutralized material, a binder, a conductive material, and an electrode material including a salt and then pressurizing the pressurized material on at least one surface of the current collector and forming an electrode mixture layer by coating the activated carbon, wherein the activated carbon includes a crystalline structure and an amorphous structure, and the amorphous structure includes a plurality of pores having a diameter (D) of 2 nm or less, and the electrode material total 100 weight %, the activated carbon is included in 50 wt% or more and 95 wt% or less, the binder is included in 1 wt% or more and 30 wt% or less, the conductive material is included in 1 wt% or more and 30 wt% or less, and the salt is It may contain 1 wt% or more and 10 wt% or less.
실시예의 전기 이중층 커패시터는 이온의 흡탈착 공간으로 활용되는 기공을 최대화 할 수 있다. The electric double layer capacitor of the embodiment can maximize the pores used as ions adsorption and desorption space.
즉, 실시예에 따른 전극 재료로 형성된 전극을 포함함으로써 기공의 내부 영역에 염이 존재하도록 하는바, 전해액에 포함된 이온이 기공 내로 유입되지 않더라도 전해액에 포함된 용매가 기공 내부로 유입 시 기공의 내부 영역에 존재하던 염이 해리될 수 있다. That is, by including the electrode formed of the electrode material according to the embodiment, the salt is present in the inner region of the pores, and even if the ions contained in the electrolyte do not flow into the pores, the Salts present in the inner region may be dissociated.
이에 따라, 기공의 내부 영역에 존재하는 이온은 충방전 시 내부 영역에서 흡탈착 될 수 있으므로 탄소원의 물리적 비표면적을 증가시키지 않더라도, 전극 내에 존재하는 기공의 활용 가능성을 현저히 향상시킴으로써 정전 용량을 증가시켜 전기 이중층 커패시터의 고 에너지 밀도 구현이 가능할 수 있다. Accordingly, ions present in the internal region of the pores can be adsorbed and desorbed in the internal region during charging and discharging, so even without increasing the physical specific surface area of the carbon source, it significantly improves the usability of the pores present in the electrode, thereby increasing the electrostatic capacity. High energy density realization of electric double layer capacitors may be possible.
또한, 전해액이 기공의 내부 영역에 유입되므로 젖음성이 개선되어 셀 내부 저항을 감소시킴에 따라 에너지 출력 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the electrolyte flows into the inner region of the pores, wettability is improved and the cell internal resistance is reduced, thereby improving energy output characteristics.
도 1은 일 실시예의 전기 이중층 캐패시터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이다.
도 3은 열처리 및 활성화 처리에 따른 활성탄의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 A 부분에 대한 확대도이다.
도 5는 일 실시예에 따라 활성탄에 존재하는 이온을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating an electric double layer capacitor according to an embodiment.
2 is a manufacturing process diagram of an electrode material according to an embodiment.
3 is a diagram schematically illustrating changes in activated carbon according to heat treatment and activation treatment.
4 is an enlarged view of part A of FIG. 3 .
5 is a diagram schematically illustrating ions present in activated carbon according to an embodiment.
실시예의 설명에 있어서, 각 층, 막, 전극, 판 또는 기판 등이 각 층, 막, 전극, 판 또는 기판 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. In the description of embodiments, each layer, film, electrode, plate or substrate, etc. is described as being formed “on” or “under” each layer, film, electrode, plate or substrate, etc. In some instances, “on” and “under” include both “directly” or “indirectly” formed through another element.
또한 각 구성요소의 상, 옆 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. In addition, the criteria for the upper, side, or lower of each component will be described with reference to the drawings.
도 1은 일 실시예의 전기 이중층 커패시터를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이며, 도 3은 열처리 및 활성화 처리에 따른 활성탄의 변화를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 A 부분에 대한 확대도이며 도 5는 일 실시예에 따라 활성탄에 존재하는 이온을 개략적으로 도시한 도면이다. 이하에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여 실시예를 상세히 설명하도록 한다.1 is a diagram schematically showing an electric double layer capacitor according to an embodiment, FIG. 2 is a manufacturing process diagram of an electrode material according to an embodiment, and FIG. 3 is a diagram schematically showing changes in activated carbon according to heat treatment and
실시예의 전기 이중층 커패시터(10)는 제1 전극(2), 상기 제1 전극(2)에 이격하여 배치되는 제2 전극(4), 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 사이에 배치되는 분리막(3)을 포함 할 수 있다. 한편, 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)의 단자는 조합된 형태일 수 있다.The electric
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2)은 양극일 수 있고, 상기 제2 전극(4)은 음극일 수 있으며, 이하에서는 이를 전제하고 실시예의 전기 이중층 커패시터에 관해 설명한다.According to an embodiment, the
상기 분리막(3)은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 분리막(3)은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)과 접촉하며 배치될 수 있다. 상기 분리막(3)의 일면 및 타면은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)과 직접 접촉하며 배치될 수 있다.The
필요에 따라, 상기 전기 이중층 커패시터(10)는 2 이상의 분리막을 포함할 수 있다. If necessary, the electric
일 실시예에 따르면, 상기 전기 이중층 커패시터(10)가 복수의 분리막을 포함하는 경우, 제1 전극(2)과 제2 전극(4) 사이에 배치되는 분리막(3) 이외의 분리막(1)은 상기 제1 전극(2)의 상부에 배치될 수 있다.According to an embodiment, when the electric
한편, 상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4)은 각각 집전체(8) 및 상기 집전체(8)의 적어도 일 면에 배치된 전극합제층(9)을 포함 할 수 있다. Meanwhile, the
즉, 상기 제1 전극(2)은 제1 집전체 및 상기 제1 집전체의 적어도 일 면에 배치된 제1 전극합제층을 포함하고, 상기 제2 전극(4)은 제2 집전체 및 상기 제2 집전체의 적어도 일 면에 배치된 제2 전극합제층을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 집전체(8) 및 상기 집전체(8)의 적어도 일 면에 후술하는 전극 재료가 도포된 전극합제층(9)이 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)에 포함될 수 있다.That is, the
상기 전해액은 상기 제1 전극(2), 제2 전극(4) 및 분리막(3)을 함침할 수 있다.The electrolyte may impregnate the
상기 전해액은 제1 이온(13) 및 제1 용매(16)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 이온(13)은 상기 전해액에 포함되는 이온일 수 있다.The electrolyte may include a
또한, 제1 이온(13)은 제1 양이온 및 제1 음이온을 포함할 수 있다.In addition, the
보다 구체적으로 상기 전해액에 포함되는 제1 양이온의 구체적인 예를 들면 TMA+, TEA+, TBA+, TMEA+, TEMA+, SBP+ 등일 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있다.More specifically, specific examples of the first cation included in the electrolyte may be TMA + , TEA + , TBA + , TMEA + , TEMA + , SBP + and the like. Each of these may be used alone or in combination of two or more.
상기 제1 양이온의 크기는 하기 표 1과 같다.The sizes of the first cations are shown in Table 1 below.
또한, 상기 전해액에 포함되는 제1 음이온의 구체적인 예를 들면 BF4 -, PF6 -, CF3SO3 -, FSI- 등일 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있다.In addition, specific examples of the first anion included in the electrolyte solution include BF 4 - , PF 6 - , CF 3 SO 3 - , FSI - and the like. Each of these may be used alone or in combination of two or more.
또한, 상기 제1 음이온의 크기는 하기 표 2와 같다.In addition, the size of the first anion is shown in Table 2 below.
상기 제1 양이온 및 상기 제1 음이온의 크기와 기공 입구(15) 크기를 고려할 때, TEA+을 포함한 양이온 및 BF4 - 를 포함한 음이온이 사용되는 것이 바람직할 수 있다.Considering the size of the first cation and the first anion and the size of the
또한, 상기 제1 용매(16)는 보다 구체적으로는 ACN(Acetonitrile, 41.05g/mol), PC(Propylene Carbonate, 102.09g/mol), SL(Sulfolane, 120.17g/mol), ADN(Adiponitrile, 108.14g/mol) EC(Ethylene Carbonate, 88.06g/mol), DMC(Dimethyl Carbornate, 90.08g/mol), EMC(Ethyl Methyl Carbonate, 104.11g/mol) DMS(Dimethyl Sulfone, 94.13g/mol), EMS(Ethyl Methane Sulfonate, 124.16g/mol), GBL(GAMMA BUTYROLACTONE), DMK(DIMETHYL KETONE) 등일 수 있다. In addition, the first solvent 16 is more specifically ACN (Acetonitrile, 41.05 g / mol), PC (Propylene Carbonate, 102.09 g / mol), SL (Sulfolane, 120.17 g / mol), ADN (Adiponitrile, 108.14) g/mol) EC (Ethylene Carbonate, 88.06 g/mol), DMC (Dimethyl Carbornate, 90.08 g/mol), EMC (Ethyl Methyl Carbonate, 104.11 g/mol) DMS (Dimethyl Sulfone, 94.13 g/mol), EMS ( Ethyl Methane Sulfonate, 124.16 g/mol), GBL (GAMMA BUTYROLACTONE), DMK (DIMETHYL KETONE), and the like.
상기 제1 용매(16) 중 ACN, PC의 크기는 하기 표 3과 같다. The sizes of ACN and PC in the first solvent 16 are shown in Table 3 below.
한편, 하기 표 3에 기재되어 있지 않더라도 분자의 몰질량 및 분자의 구조를 고려하여 제1 용매(16)의 크기를 예측할 수 있다.Meanwhile, although not shown in Table 3 below, the size of the first solvent 16 may be predicted in consideration of the molar mass of the molecule and the structure of the molecule.
상기 전해액의 농도는 제1 용매(16)와 전해액에 포함되는 제1 이온(13)의 종류마다 상이할 수 있다.The concentration of the electrolyte may be different for each type of the first solvent 16 and the
상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)에 포함되는 집전체(8)는 전도성 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 전도성 물질의 구체적인 예를 들면 금속 등일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 금속은 구리, 알루미늄 등 일 수 있으나 본 발명이 반드시 그 실시예들에 제한되는 것은 아니다. 상기 집전체(8)는 박막 형상일 수 있다.The current collector 8 included in the
한편, 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)에 포함되는 전극합제층(9)은 전극 재료로 형성될 수 있고, 상기 전극 재료는 활성탄(100) 및 염을 포함할 수 있다. Meanwhile, the electrode mixture layer 9 included in the
상기 전극합제층(9)은 활성탄(100) 및 염을 포함할 수 있다.The electrode mixture layer 9 may include activated
실시예에 따른 활성탄(100)은 결정질 구조(21)를 포함할 수 있다.
상기 결정질 구조(21)는 활성탄을 특정 조건에서 열처리 함으로써 활성탄 내에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 결정질 구조(21)는 불순물이 분리된 활성탄을 600 내지 900 의 온도에서 열처리 시에 상기 활성탄(100)에 부분 결정화가 진행됨에 따라 형성될 수 있다.The
열처리의 온도가 600 ℃ 미만이면 활성탄(100)에 결정질 구조(21)가 형성되지 않을 수 있다. 또한, 열처리 온도가 900 ℃를 초과하면 활성탄(100)에 비정질 구조(11) 없이 결정질 구조(21)만이 존재할 수 있다. 이 경우, 비표면적이 감소하므로 높은 정전 용량을 구현할 수 없는 문제가 있다. 즉, 활성탄(100)을 600 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 열처리하여 상기 활성탄(100) 내에 결정질 구조(21)를 형성하는바, 활성탄(100)이 결정질 구조(21) 및 비정질 구조(11)를 모두 포함할 수 있게 된다.If the temperature of the heat treatment is less than 600 ° C., the
일 실시예로, 상기 열처리 온도는 650 ℃ 내지 850 ℃일 수 있다.In an embodiment, the heat treatment temperature may be 650 °C to 850 °C.
상기 활성탄(100)의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율은 상기 활성탄(100)의 열처리 온도에 의해 조절될 수 있다.The ratio of the crystalline 21 to the unit weight (g) of the activated
상기 활성탄(100)의 열처리 온도에 따라 상기 활성탄(100)의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질 구조(21)의 비율이 달라지며, 상기 결정질 구조 (21)의 비율이 활성탄(100)의 비표면적에 영향을 주어 정전 용량 값을 변화시킬 수 있다.The ratio of the
보다 구체적으로, 상기 활성탄(100)의 열처리 온도가 낮을수록 비정질 구조(11)의 비율이 높아져 활성탄(100)의 비표면적이 증가되고, 상기 활성탄(100)의 열처리 온도가 높을수록 결정질 구조(21)의 비율이 높아져 활성탄(100)의 비표면적이 감소할 수 있다.More specifically, the lower the heat treatment temperature of the activated
상기 열처리 공정이 수행되는 시간은 반응조의 크기에 따라 달라질 수 있다.The time for which the heat treatment process is performed may vary depending on the size of the reaction tank.
상기 열처리는 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. 불활성 기체의 구체적인 예를 들면 헬륨, 아르곤, 질소 등일 수 있다. 상기 불활성 기체는 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 사용될 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The heat treatment may be performed in an inert gas atmosphere. Specific examples of the inert gas may be helium, argon, nitrogen, or the like. The inert gas may be used including at least one of the above-described examples, but the embodiment is not necessarily limited thereto.
실시예에 따르면, 상기 결정질 구조(21)는 제1 이온(13)이 용이하게 흐를 수 있도록 제1 이온(13)의 이동 통로 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 전기 저항이 낮아지는바 활성탄(100) 및 상기 활성탄(100)를 포함하여 형성되는 전기 이중층 커패시터의 전기 전도도 및/또는 정전 용량이 향상될 수 있다.According to an embodiment, the
상기 활성탄(100)이 결정질 구조(21)를 포함하는지 여부는 X선 회절 분석법(X-ray diffraction, XRD)으로 확인할 수 있다. Whether the activated
결정에 X선 조사 시 결정 일부에서 회절이 일어날 수 있는데, 그 회절각과 강도는 물질마다 고유한 것으로서 X선 회절을 이용하여 시료에 함유된 결정성 물질의 종류와 양에 관계되는 정보를 알 수 있다. 즉, X선 회절 분석법에 의하면 결정성 구조 물질의 구조에 관한 정보를 알 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, X선 회절 패턴에서 피크는 결정질 구조의 존재를 의미하고 피크 세기는 결정질 구조의 비율과 연관된다. 또한, X선 회절 패턴으로 비정질 구조의 비율도 알 수 있는데, 반치폭(half-width)의 너비가 비정질 구조의 비율과 연관된다.When a crystal is irradiated with X-rays, diffraction may occur in a part of the crystal, and the diffraction angle and intensity are unique to each material. . That is, according to the X-ray diffraction analysis method, information on the structure of the crystalline structure material can be known. More specifically, in the X-ray diffraction pattern, a peak means the presence of a crystalline structure, and the peak intensity is related to the proportion of the crystalline structure. In addition, the ratio of the amorphous structure can also be known from the X-ray diffraction pattern, and the width of the half-width is related to the ratio of the amorphous structure.
따라서, X선 회절 패턴의 특정 위치에서 피크(Intensity)가 나타나면 결정질 구조가 포함되는 경우이고, 피크가 높게 나타날수록 결정질 구조가 많이 포함됨을 의미한다. 또한, X선 회절 패턴에서 반치폭이 넓을수록 활성탄에 비정질 구조가 많이 포함되는 경우이다.Therefore, when a peak (Intensity) appears at a specific position in the X-ray diffraction pattern, it is a case that a crystalline structure is included, and the higher the peak appears, the more the crystalline structure is included. In addition, the larger the half width in the X-ray diffraction pattern, the more the amorphous structure is included in the activated carbon.
상기 활성탄(100)은 비정질 구조(11)를 포함할 수 있다. 활성탄에 특정한 공정이 수행되지 않은 경우라도 상기 비정질 구조(11)는 활성탄(100) 내에 포함될 수 있다.The activated
즉, 열처리 된 활성탄(100)은 결정질 구조(21) 및 비정질 구조(11)를 포함하는바, 활성탄(100)에는 결정질 구조(21)와 비정질 구조(11)가 혼재되어 존재할 수 있다.That is, the heat-treated activated
상기 비정질 구조(11)는 다수의 기공(12)들을 포함 할 수 있다. 구체적으로, 상기 비정질 구조(11)는 지름(D)이 2 nm 이하인 다수의 기공(12)들을 포함 할 수 있다.The
즉, 상기 활성탄(100)은 다수의 기공들을 포함 할 수 있다. 따라서, 상기 기공(12)들은 상기 전극합제층(12)에 존재할 수 있다.That is, the activated
실시예에 따른 활성탄(100)은 전술한 바와 같이 특정한 공정 없이도 비정질 구조(11)를 포함하나, 상기 비정질 구조(11)가 다수의 기공(12)을 포함하도록 하기 위해서는 후술하는 알칼리 활성화 처리 공정이 수반될 수 있다.
보다 구체적으로, 열처리 된 활성탄을 700 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 알칼리를 포함하는 물질(활성화제)로 활성화 처리할 수 있다. 이 때, 활성탄과 알칼리 포함 활성화제는 1:1.5 내지 1:4의 중량비로 혼합 될 수 있다.More specifically, the heat-treated activated carbon may be activated with a material (activator) containing alkali at a temperature of 700 °C to 900 °C. In this case, the activated carbon and the alkali-containing activator may be mixed in a weight ratio of 1:1.5 to 1:4.
상기 활성화 처리 단계에서는 비정질 구조(11)의 일부가 깨져 기공(12)이 형성될 수 있다. 또한, 활성화 처리에 의하여 상기 활성탄의 열처리 단계에서 형성된 결정질 구조(21)의 층간 거리가 벌어질 수 있다(d1에서 d2로 층간 거리 증가). 이에 따라, 상기 활성탄(100)의 비표면적이 증가할 수 있다.In the activation treatment step, a portion of the
상기 기공(12)은 상기 활성탄(100)에 다공성을 부여하는 것으로 기공(12)의 유무, 기공(12)의 기공 지름(D) 길이 및 해당 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피 등은 활성탄(100)의 비표면적에 영향을 주는 요인이며, 자세한 내용은 후술한다.The
본 명세서에서 기공(12)의 지름(D)이란, 예를 들어 후술하는 어느 하나의 기공 내부 영역(I)으로부터 다른 기공 내부 영역(I)으로 수직 선을 그었을 때 당해 수직 선의 길이를 의미할 수 있다. 만일 수직 선의 길이가 다양한 경우라면 그 길이 값의 평균 값을 의미할 수 있다. In the present specification, the diameter (D) of the
상기 다수의 기공(12)들은 기공 입구(15) 및 상기 기공 입구(15)와 연통한 내부 영역(I)을 포함할 수 있다.The plurality of
다수의 기공(12)들은 각각 다양한 형상 및 다양한 크기를 가질 수 있다.Each of the plurality of
일 실시예에 따르면, 상기 기공 입구(15)의 크기는 상기 활성탄(100)의 열처리 단계 및/또는 활성화 처리 단계에서 온도, 처리 시간, 활성화제의 함량 등을 변화함으로써 조절될 수 있다.According to an embodiment, the size of the
상기 기공 입구(15)는 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 작은 기공 입구(15)를 포함할 수 있다.The
상기 내부 영역(I)은 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 큰 내부 영역(I)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 기공의 지름(D)은 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 클 수 있다.The inner region (I) may include an inner region (I) larger than the size of the first cation or the size of the first anion. Accordingly, the diameter (D) of the pores may be larger than the size of the first cation or the size of the first anion.
본 명세서에서, 이온의 크기란 이온의 지름을 의미할 수 있다. In the present specification, the size of the ion may mean the diameter of the ion.
실시예의 전극 재료는 활성탄(100) 및 염을 포함할 수 있으므로 상기 기공의 내부 영역(I)에 상기 염이 존재할 수 있다. Since the electrode material of the embodiment may include activated
상기 제1 용매(16)는 상기 기공 입구(15)를 통해 상기 내부 영역(I)으로 유입하여 상기 염을 해리시킬 수 있다.The first solvent 16 may flow into the inner region I through the
따라서, 기공 내부 영역(I)에 존재하던 염은 상기 기공 입구(15)로 유입된 제1 용매(16)에 의해 해리되어 내부 영역(I)에서 제2 이온(14)으로 존재할 수 있다. 이에 따라, 후에 전극이 전해액에 함침되면 기공 내부 영역(I)에 존재하는 상기 제2 이온(14)들은 충방전 시 기공 내부 영역(I)에서 흡탈착 될 수 있다. 따라서, 전기 이중층 커패시터의 정전 용량이 현저히 증가될 수 있고 고 에너지 밀도 구현이 가능할 수 있다. Accordingly, the salt existing in the pore internal region (I) may be dissociated by the first solvent 16 introduced into the
또한, 제1 용매(16)가 기공 내부 영역(I)으로 유입되므로 젖음성(wetting성)이 개선되어 셀 내부 저항이 감소됨에 따라 전기 이중층 커패시터의 출력 특성이 향상될 수 있다.In addition, since the first solvent 16 flows into the pore inner region I, wetting property is improved, and as the cell internal resistance is reduced, output characteristics of the electric double layer capacitor may be improved.
일 실시예에 따르면, 상기 기공 입구(15)는 상기 제1 용매(16) 분자의 크기보다 클 수 있다. 본 명세서에서 용매 분자의 크기란 용매 분자의 지름을 의미할 수 있다. According to an embodiment, the
상기 기공 입구(15)는 상기 제1 용매(16) 분자의 크기보다 크면 제1 용매(16)의 기공 내부 영역(I)로의 유입이 용이하여 기공 내부 영역(I)에 존재하던 염이 제2 이온(14)상태로 해리되는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 탄소원의 물리적 비표면적을 증가시키지 않더라도, 전극 내에 존재하는 기공의 활용 가능성이 증대됨에 따라 전기 이중층 커패시터의 정전 용량이 향상되어 고 에너지 밀도를 구현할 수 있다.If the
일 실시예에 따르면, 상기 다수의 기공(12)은 상기 제1 용매(16)에 의해 해리되지 않은 염을 가지는 기공(12)을 포함할 수 있다.According to an embodiment, the plurality of
실시예에 따른 활성탄(100)는 상기 비정질 구조(11)에 다수의 기공(12)을 포함하는바, 상기 다수의 기공(12)들에 있어 지름(D)의 길이는 각각의 기공(12)마다 동일하거나 상이할 수 있다.
일 실시예에 따르면 상기 활성탄(100)은 동일한 길이의 지름(D)을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 활성탄(100)는 상이한 길이의 지름(D)을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면 상기 활성탄(100)는 길이가 동일한 지름(D)을 갖는 기공(12)들과 길이가 상이한 지름(D)을 갖는 기공(12)들을 모두 포함할 수 있다.According to one embodiment, the activated
실시예의 전기 이중층 커패시터에서 상기 기공(12)에 제1 이온(13)이 삽입되는바, 제1 이온(13)의 크기를 고려하여 상기 기공(12)의 지름(D) 및/또는 당해 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피비를 조절하여 전기 이중층 커패시터의 정전 용량을 향상시킬 수 있다.In the electric double layer capacitor of the embodiment, when the
상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층에 존재하는 다수의 기공(12)들은 다양한 길이의 지름(D)을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 당해 지름(D)을 갖는 기공이 제1 전극합제층 및 제2 전극합제층 각각에 모두 존재할 수 있다.The plurality of
본 명세서에서 기공(12)의 부피란 전극합제층 단위 질량당 기공(12)의 부피[cm3/g]를 의미할 수 있다. In the present specification, the volume of the
실시예의 전기 화학 소자에서, 상기 다수의 기공(12) 중 일정 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피는 전극 재료의 제조 공정에서 조절될 수 있다. 보다 구체적으로, 활성탄(100)의 알칼리 활성화 처리 온도, 전극 재료에 포함되는 물질의 종류 또는 각 물질의 비율 등을 조절함으로써 기공(12) 중 일정 지름(D)이 갖는 기공(12)의 부피가 조절될 수 있다.In the electrochemical device of the embodiment, the volume of the
기공(12)의 지름(D)은 특정한 값으로 정해져 변하지 않는 것이 아니라 활성탄(100)의 종류 및 전극 재료 제조 공정 조건에 따라 일정 범위 내에서 변화할 수 있는 값이다. 이에, 상기 기공(12)의 지름(D) 값들은 일정한 범위 내에서 존재할 수 있으므로 본 명세서에서 기공(12)이 갖는 지름(D)의 최빈값(mode)이란 상기 기공(12)의 지름(D) 중 가장 많은 경우의 수로 측정되는 지름(D) 값을 의미할 수 있다. The diameter D of the
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 각각 독립적으로 0.5 nm 이상 1.2 nm 이하일 수 있다. 이 경우 기공(12)의 지름(D)이 각 전극에 삽입되는 전해액에 포함된 제1 이온(13)의 크기에 적합하도록 형성되어 있으므로 높은 정전 용량 확보에 따라 고 에너지 밀도의 전기 화학 소자를 구현할 수 있는바 바람직하다.According to an embodiment, the mode of the pore diameters of the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer may each independently be 0.5 nm or more and 1.2 nm or less. In this case, since the diameter D of the
일 실시예에 따르면, 상기 전극합제층에 존재하는 전체 기공(12)에 대하여 기공의 지름(D)이 0.5 nm 이상 1.1 nm 이하인 기공은 35 부피% 이상 내지 85 부피% 이하일 수 있다. 이 경우 기공(12)의 지름 및 이에 대한 기공(12)의 부피를 조절함에 따른 정전 용량 향상 효과가 극대화될 수 있는바 바람직하다.According to an embodiment, the number of pores having a diameter (D) of 0.5 nm or more and 1.1 nm or less with respect to all
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층 중 적어도 하나는 집전체(8)에의 인접 영역으로부터 상기 전극합제층의 두께 방향을 따라 멀어질수록 상기 기공 지름의 최빈값(mode)이 증가할 수 있다. 이에 따라 상기 전극합제층에 있어 상기 집전체(8)에서 멀어질수록 전극합제층이 띄는 전하량이 작아져 기공에 이온이 삽입되기 어려운 문제를 방지할 수 있어 바람직하다.According to an embodiment, at least one of the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer has a mode value of the pore diameter ( mode) can be increased. Accordingly, in the electrode mixture layer, the farther away from the current collector 8, the smaller the amount of charge that the electrode mixture layer stands out, so that it is possible to prevent the problem of difficult insertion of ions into the pores, which is preferable.
상기 기공(12)의 지름(D) 및 해당 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피는 BET 측정법에 의해 측정할 수 있으나, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The diameter (D) of the pores (12) and the volume of the pores (12) having the corresponding diameter (D) may be measured by the BET measurement method, but as long as they are within the scope not departing from the object of the present invention, it is not necessarily limited thereto. .
한편, 활성탄(100)이 활성화 처리 되면 비정질 구조(11)에 기공(12)이 형성되는 것은 별론, 상기 결정질 구조(21)에 있어 002 방향으로의 결정 성장이 우세해질 수 있다. 이는 곧 상기 활성탄(100)에서 비정질 구조(11)의 비율의 증가 및 결정질 구조(21)의 비율의 감소를 가져온다.On the other hand, when the activated
한편, 상기 결정질 구조(21)에 있어 층간 거리(d)는 활성화 온도 및/또는 활성탄과 활성화제의 함량비로 조절될 수 있다. Meanwhile, in the
상기 활성탄과 활성화제의 중량비가 1:1.5 미만이면 활성탄을 충분히 활성화 하지 못하므로 제1 이온(13) 삽입에 충분한 층간 거리를 가지는 결정질 구조(21)가 형성되지 못할 수 있다. 또한, 상기 활성탄과 활성화제의 중량비가 1:4를 초과하면 인접하는 결정층 사이의 거리가 멀어져, 결정층 간 반데르발스 힘이 작용할 수 없어 활성탄(100)가 결정성을 상실할 수 있다. 뿐만 아니라, 활성탄과 활성화제의 중량비가 전술한 범위를 벗어나면 특정 범위의 지름(D)을 갖는 기공(12) 비율을 조절하는 것이 어려울 수 있다. If the weight ratio of the activated carbon to the activator is less than 1:1.5, the activated carbon cannot be sufficiently activated, so that the
바람직하게는 상기 활성탄(100)과 활성화제는 1:1.5 내지 1:3의 중량비로 혼합될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 활성탄(100)과 활성화제는 1:1.7 내지 1:3의 중량비로 혼합될 수 있다.Preferably, the activated
또한, 활성화 처리 온도가 700 ℃ 미만이거나 900 ℃를 초과하면 특정 범위의 지름(D)을 갖는 기공(12) 비율을 조절하는 것이 어려워지는 문제가 있다.In addition, when the activation treatment temperature is less than 700 ° C. or exceeds 900 ° C., there is a problem in that it becomes difficult to control the proportion of
상기 활성화 처리 단계에서 사용되는 상기 알칼리 물질의 구체적인 예를 들면 리튬, 나트륨, 칼륨 등일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.Specific examples of the alkali material used in the activation treatment step may be lithium, sodium, potassium, etc., but is not necessarily limited thereto.
상기 활성화 처리는 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 불활성 기체의 구체적인 예를 들면 헬륨, 아르곤, 질소 등 일 수 있고 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 불활성 기체로 사용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The activation treatment may be performed in an inert gas atmosphere. Specific examples of the inert gas may be helium, argon, nitrogen, etc., and may be used as an inert gas including at least one of the above-described examples, but is not necessarily limited thereto.
상기 결정질 구조의 층간 거리(d)는 당 분야에 널리 알려진 방법에 의해 측정할 수 있고, 구체적인 예를 들면 X선 회절 분석법 또는 TEM 사진 등에 의할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The interlayer distance (d) of the crystalline structure may be measured by a method widely known in the art, and specific examples thereof include X-ray diffraction analysis or TEM photography, but is not necessarily limited thereto.
일 실시예에 따르면, 상기 결정질의 층간 거리(d)는 0.37 nm 내지 0.40 nm일 수 있다. 상기 결정질의 층간 거리(d)가 0.37 nm 미만이면 인접하는 결정 격자층 사이에 전해질 이온(13)이 삽입될 수 없다. 또한, 결정질의 층간 거리(d)가 0.40 nm 를 초과하면 인접하는 결정층 사이의 거리가 멀어져 각 결정층 사이에 존재하던 반데르발스 힘이 작용할 수 없으므로 결정성을 상실할 수 있다. 이에 따라, 결정질의 층간 거리(d)가 상기 범위를 벗어나는 경우 정전 용량(F/cc)이 저하되는 문제가 있다.According to an embodiment, the crystalline interlayer distance (d) may be 0.37 nm to 0.40 nm. If the crystalline interlayer distance d is less than 0.37 nm, the
전술한 바와 같이, 상기 결정질의 층간 거리(d)는 활성화 온도 및/또는 활성탄과 알칼리 활성화제의 함량비로 조절될 수 있다.As described above, the crystalline interlayer distance (d) may be controlled by the activation temperature and/or the content ratio of the activated carbon and the alkali activator.
상기 활성탄(100)은 구체적인 예를 들면 석유계 또는 석탄계 피치(Pitch), 생 코크스(그린 코크스), 칼시네이션(Calcination) 코크스 등의 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 활성탄(100)은 석유계 또는 석탄계 피치(Pitch) 활성탄일 수 있다. 그러나, 당 분야에 일반적으로 사용되는 것으로써 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 활성탄(100)의 종류가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The activated
일 실시에 따르면, 상기 활성탄(100)의 평균 입자 크기(D50)은 6 ㎛ 이상 8 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 활성탄(100)의 평균 입자 크기가 6 ㎛ 내지 8 ㎛ 범위 내이면 상기 활성탄(100)을 포함하는 전극 재료의 집전체 상에 도포 공정이 용이할 수 있다.According to one embodiment, the average particle size (D50) of the activated
한편, 탭 밀도는 정전 용량에 영향을 줄 수 있다. 구체적으로, 탭 밀도가 너무 크면 정전 용량이 감소하는 문제가 있고, 탭 밀도가 너무 작으면 에너지 저장 특성이 저하될 수 있다. On the other hand, the tap density may affect the capacitance. Specifically, when the tap density is too large, there is a problem in that the capacitance decreases, and when the tap density is too small, energy storage characteristics may be deteriorated.
일 실시예로, 상기 활성탄(100)의 탭 밀도는 0.3 g/cm3 내지 0.65 g/cm3 일 수 있다. 탭 밀도가 전술한 범위 내의 값이면 활성탄(100)의 정전 용량이 증가하므로 바람직하다.In one embodiment, the tap density of the activated
상기 활성탄(100)과 알칼리 포함 활성화제를 혼합하여 활성화 처리한 후에는 알칼리를 포함하는 물질의 제거를 위하여 중화 공정을 거칠 수 있다. 중화 공정에 사용되는 중화제의 구체적인 예를 들면 염산, 질산 등일 수 있다.After the activated
이어서, 중화 처리된 결과물은 세정 공정을 거칠 수 있다. Subsequently, the neutralized product may be subjected to a cleaning process.
상기 활성탄(100)의 제조 방법은 당 분야에 널리 알려진 것으로 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면, 필요에 따라 해당 공정을 더 포함할 수 있다. The method for producing the activated
실시예에 따른 전극 재료는 총 100 중량%에 대하여 상기 활성탄(100)을 50 중량% 이상 95 중량% 이하로 포함할 수 있다. The electrode material according to the embodiment may include 50% by weight or more and 95% by weight or less of the activated
일 실시예에 따르면, 상기 제2 이온(14)은 제 2 양이온 및 제 2 음이온을 모두 포함할 수 있다.According to an embodiment, the
한편, 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 이온(14)은 크기가 상이한 2종 이상의 양이온을 포함하거나, 또는 상기 제 2 음이온은 크기가 상이한 2종 이상의 음이온을 포함할 수 있다. 필요에 따라서는, 상기 제2 양이온(14)은 크기가 상이한 2종 이상의 양이온 및 크기가 상이한 2종 이상의 음이온을 모두 포함할 수 있고, 이 경우 정전 용량 향상 정도를 예측하기 위해서는 이온의 크기 및 해당 이온의 용해도 모두가 고려될 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment, the
상기 제2 이온(14)의 구체적인 예를 들면, 상기 제2 이온(14)에 포함되는 양이온은 TMA+, TEA+, TBA+, TMEA+, TEMA+, SBP+ 등일 수 있다. 또한, 상기 제2 이온(14)에 포함되는 음이온의 구체적인 예를 들면 BF4 -, TFSI- 및 CF3SO3 - 등일 수 있다. 상기 제2 이온(14)들은 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.As a specific example of the
일 실시예에 따르면, 상기 제2 이온(14)의 크기는 0.450 nm 이상 0.830 nm 이하일 수 있다.According to an embodiment, the size of the
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 이온(13)은 상기 제 2 이온(14)과 동일한 이온을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제2 이온(14)은 상기 제1 이온(13)과 이온의 종류가 동일할 수 있다.According to an embodiment, the
실시예의 전기 이중층 커패시터는 제조 공정 중 연속되는 가압 공정으로 처리될 수 있으므로, 제 1 이온(13)과 동일한 종류 및 크기의 제 2 이온(14)으로써 이온상태로 해리되기 전의 염이라도 실시예의 전극 재료에 포함되어 기공의 내부 영역(I)으로 유입될 수 있다. 이에 따라 기공(12)의 활용가능성 향상 효과가 극대화될 수 있다.Since the electric double layer capacitor of the embodiment can be treated with a continuous pressurization process during the manufacturing process, even the salt before dissociation into an ionic state as the
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 이온(13)은 상기 제 2 이온(14)과 상이한 이온을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제2 이온(14)은 상기 제1 이온(13)과 이온의 종류가 상이할 수 있다. According to an embodiment, the
보다 구체적으로, 상기 제2 이온(14)은 상기 제1 이온(13)보다 크기가 작을 수 있고, 이 경우 기공(12)의 활용 가능성이 현저히 향상될 수 있다.More specifically, the
한편, 상기 제2 이온(14)은 상기 제1 이온(13)보다 크기가 클 수 있다. 제2 이온(14)이 제1 이온(13)보다 이온의 크기가 큰 경우라도 용해도가 우수한 경우라면 기공(12)의 활용 가능성이 개선되어 정전 용량 측면에서 유리할 수 있다.Meanwhile, the
실시예에 따른 전극 재료는 총 100 중량%에 대하여 염을 1 중량% 이상 10 중량% 이하로 포함할 수 있다.The electrode material according to the embodiment may include 1 wt% or more and 10 wt% or less of the salt based on 100 wt% of the total.
또한, 상기 전극 재료는 도전재 및 바인더를 더 포함할 수 있다. In addition, the electrode material may further include a conductive material and a binder.
상기 바인더는 전극 재료에 접착성을 부여한다. 상기 바인더의 구체적인 예를 들면 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리비닐알콜(PVA) 등일 수 있다. 상기 바인더는 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 사용될 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The binder imparts adhesion to the electrode material. Specific examples of the binder include carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinylpyrrolidone (PVP), styrene-butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polyvinyl alcohol (PVA). The binder may be used including at least one of the above-described examples, but embodiments are not necessarily limited thereto.
일 실시예에 따르면, 상기 바인더는 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 1 중량% 이상 30 중량% 이하로 포함될 수 있다.According to an embodiment, the binder may be included in an amount of 1 wt% or more and 30 wt% or less based on 100 wt% of the total electrode material.
상기 도전재는 전극 재료에 전도성을 부여 한다. 상기 도전재의 구체적인 예를 들면 카본 블랙(carbon black), 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF) 등일 수 있다. 상기 도전재는 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 사용될 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The conductive material imparts conductivity to the electrode material. Specific examples of the conductive material may be carbon black, graphene, carbon nanotubes (CNT), carbon nanofibers (CNF), and the like. The conductive material may be used including at least one of the above-described examples, but the embodiment is not necessarily limited thereto.
일 실시예에 따르면, 상기 도전재는 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 1 중량% 이상 30 중량% 이하로 포함될 수 있다.According to an embodiment, the conductive material may be included in an amount of 1 wt% or more and 30 wt% or less based on 100 wt% of the total electrode material.
필요에 따라, 상기 전극 재료는 선택적으로 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매의 구체적인 예를 들면 물 또는 유기 용매 등일 수 있다.If necessary, the electrode material may optionally further include a solvent. Specific examples of the solvent may be water or an organic solvent.
상기 전극 재료에 포함되는 용매의 구체적인 예를 들면 AN(Acetonitrile), PC(Propylene Carbonate), SL(Sulfolane), ADN(Adiponitrile) 등을 베이스 용매로 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.Specific examples of the solvent contained in the electrode material, AN (Acetonitrile), PC (Propylene Carbonate), SL (Sulfolane), ADN (Adiponitrile), etc. as the base solvent alone or in mixture of two or more types can be used.
또한, 선택적으로 상기 베이스 용매에 EC(Ethylene Carbonate), DMC(Dimethyl Carbornate), EMC(Ethyl Methyl Carbonate) DMS(Dimethyl Sulfone), EMS(Ethyl Methane Sulfonate) 등을 추가 용매로써 혼합하여 사용할 수 있다.In addition, optionally, EC (Ethylene Carbonate), DMC (Dimethyl Carbornate), EMC (Ethyl Methyl Carbonate), DMS (Dimethyl Sulfone), EMS (Ethyl Methane Sulfonate), etc. may be mixed and used as an additional solvent in the base solvent.
상기 전극 재료에 포함되는 용매는 실시예의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 미량으로 사용될 수 있다.The solvent included in the electrode material may be used in a trace amount within a range that does not deviate from the purpose of the embodiment.
전술한 실시예의 전극 재료의 각 성분들은 혼합될 수 있다. 혼합 방법은 실시예의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 특별히 제한되지 않을 수 있다.Each component of the electrode material of the above-described embodiment may be mixed. The mixing method may not be particularly limited as long as it does not deviate from the purpose of the embodiment.
상기 전극합제층(9)은 일 실시예에 따르면 상기 전극 재료의 혼합 후에 집전체(8) 상에 상기 전극 재료를 롤링으로 압연하여 형성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 전극합제층(9)은 상기 전극 재료를 집전체(8) 상에 코팅하여 형성할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 전극합제층(9)은 전극 재료를 시트 상태로 만들어 집전체(8)에 붙인 후 건조하는 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 전극 재료의 각 성분 혼합 후 슬러리 형태로 집전체(8) 상에 적용될 수 있으나, 본 발명이 반드시 그 실시예 들에 제한되는 것은 아니다.According to an embodiment, the electrode mixture layer 9 may be formed by rolling the electrode material on the current collector 8 after mixing the electrode material. According to another embodiment, the electrode mixture layer 9 may be formed by coating the electrode material on the current collector 8 . According to another embodiment, the electrode mixture layer 9 may be formed by making an electrode material in a sheet state, attaching it to the current collector 8 , and then drying the electrode material. In addition, it may be applied on the current collector 8 in the form of a slurry after mixing each component of the electrode material, but the present invention is not necessarily limited to the embodiments.
이어서, 제조된 전극합제층(9)을 건조하고 가압할 수 있다. Subsequently, the prepared electrode mixture layer 9 may be dried and pressurized.
가압 공정의 구체적인 예를 들면 Kneading 방식으로 콜드 프레스(Cold Press) 및/또는 핫 프레스(Hot Press)일 수 있고, 상기 가압 공정에 의하여 기공의 내부 영역(I)으로 전극 재료에 포함된 염이 보다 효과적으로 유입될 수 있다. A specific example of the pressing process may be a cold press and/or a hot press by a kneading method, and the salt contained in the electrode material is more in the inner region (I) of the pores by the pressing process can be effectively introduced.
실시예의 전기 이중층 커패시터에 있어 집전체(8)를 통하여 전류가 흐르면 전극합제층(9)이 전하를 띄게 되고, 제1 이온(13)은 당해 이온의 전하와 반대되는 전하를 띄는 전극으로 이동하여 각 전극의 계면에서 전기 이중층을 형성할 수 있다. 구체적인 예를 들면 제1 음이온은 제1 전극(2)의 계면으로 이동하고 제1 양이온은 제2 전극(4)의 계면으로 이동하며, 제1 이온(13)들 중 기공 입구(15) 크기보다 이온의 크기가 작은 경우라면 각 전극(2, 4)의 전극합제층(9)에 존재하는 활성탄(100)의 기공의 내부 영역(I)에 위치할 수도 있다.In the electric double layer capacitor of the embodiment, when a current flows through the current collector 8, the electrode mixture layer 9 becomes charged, and the
일 실시예에 따르면, 상기 활성탄(100)의 비표면적은 400 m2/g 이상 900 m2/g 이하 일 수 있다. 상기 활성탄(100)의 기공의 비표면적이 전술한 범위 내이면 결정질 구조(21)의 결정 격자 사이 또는 비정질 구조(11)의 기공(12)에 제1 이온(13)의 유입이 용이하여 정전 용량이 현저히 향상될 수 있다. 즉, 활성탄(100)의 비표면적이 400 m2/g 미만이면 제1 이온(13)보다 기공(12)의 지름(D)이 작아 제1 이온(13)이 삽입되지 못할 수 있다. 또한, 활성탄(100)의 비표면적이 900 m2/g를 초과하면 정전 용량이 감소할 수 있다.According to an embodiment, the specific surface area of the activated
비표면적은 BET 측정법에 의해 측정할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The specific surface area may be measured by a BET measurement method, but is not necessarily limited thereto.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 각각에 리드선(6, 7)이 부착될 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(2), 제2 전극(4) 및 그 사이에 배치된 분리막(3)은 덮개(5) 내에 배치된 구조일 수 있다.According to an embodiment,
일 실시예에 따르면, 상기 덮개(5)는 전도성 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 상기 전도성 물질은 금속 등을 포함할 수 있다. 상기 금속의 구체적인 예를 들면 알루미늄 등 일 수 있다.According to one embodiment, the
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통해서, 본 발명에 따른 작용과 효과를 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the action and effect according to the present invention will be described in more detail through specific examples and comparative examples.
실시예Example
NCC(Naphta Cracking Center) 공정에서 나오는 잔사 오일을 350 ℃의 온도에서 열처리하여 분자량 1000 내지 2500 범위의 고체상태 피치(pitch)로 만들어 활성탄으로 사용하였다.The residual oil from the Naphta Cracking Center (NCC) process was heat-treated at a temperature of 350° C. to make a solid pitch with a molecular weight ranging from 1000 to 2500 and used as activated carbon.
전술한 방법으로 제조된 활성탄 1을 아르곤 분위기 하에서 750 ℃의 온도로 1 시간동안 60 Φ * 120 cm의 핫스팟에서 열처리하였다.
이어서, 아르곤 분위기 하에서 750 ℃에서 2 시간 동안 활성탄 1과 KOH 활성화제의 함량비를 1:3으로 하여 활성탄 1을 활성화 처리 하였다. Then, activated
상기 활성탄 85 중량%, 바인더 5 중량%, 도전재 5 중량%. TEABF4 5 중량% 를 혼합하여 전극 재료를 제조한 후, 알루미늄 호일의 집전체 상에 롤러로 전극 재료를 압착하여 시트 상태로 만든 후 건조하여 양극을 제조하였다.85% by weight of the activated carbon, 5% by weight of the binder, 5% by weight of the conductive material. After preparing an electrode material by mixing
비교예comparative example
TEABF4 염을 불포함 한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.A supercapacitor was manufactured in the same manner as in Example except that TEABF 4 salt was not included.
실험예Experimental example : 초기 정전 용량 평가: Initial capacitance evaluation
0.565 mA 에서 단위 부피당 정전용량을 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)로 측정하였고, 그 결과는 하기 표 4와 같다.The capacitance per unit volume at 0.565 mA was measured with a Hi-EDLC 16CH instrument (manufactured by Human Instruments), and the results are shown in Table 4 below.
[F/cc][F/cc]
상기 표 4를 참조하면, 염을 포함하는 실시예의 전기 캐패시터가 비교예에 비해 높은 정전 용량 값을 나타냄을 확인할 수 있었다. Referring to Table 4, it was confirmed that the electric capacitor of the example including the salt exhibited a higher capacitance value than that of the comparative example.
에너지 밀도는 하기 수학식 1로 산출될 수 있는바,The energy density can be calculated by
[수학식 1][Equation 1]
에너지 밀도(E)= {정전용량(C)}*{작동전압(V)}2/2Energy density (E) = {capacitance (C)}*{operating voltage (V)} 2 /2
실시예가 비교예들에 비해 고 에너지 밀도의 구현이 가능함을 예측할 수 있었다. It could be predicted that the Example could implement a higher energy density than the Comparative Examples.
실시예의 전기 이중층 커패시터는 기공의 내부 영역(I)에 기공 입구(15)를 통해 기공의 내부 영역(I)으로 유입된 제1 용매(16)에 의하여 염으로부터 해리된 제2 이온(14)을 포함할 수 있다. 상기 제2 이온(14)은 충방전시 기공의 내부 영역(I)에서 흡탈착 될 수 있다. 따라서, 활성탄(100)의 물리적 비표면적을 증가시키지 않더라도 전극 내에 존재하는 기공(12)의 활용 가능성이 향상되는바, 전기 이중층 커패시터의 고 정전 용량 및 고 에너지 밀도의 구현이 가능할 수 있다.In the electric double layer capacitor of the embodiment, the
또한, 젖음성 개선에 따라 셀 내부 저항을 감소시킴으로써 전기 이중층 커패시터의 출력 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, the output characteristics of the electric double layer capacitor can be improved by reducing the cell internal resistance according to the improvement of the wettability.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the embodiment has been mainly described, but this is only an example and does not limit the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains are not exemplified above in a range that does not depart from the essential characteristics of the present embodiment. It can be seen that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be implemented by modification. And differences related to such modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.
100: 활성탄 10: 전기 이중층 커패시터
11: 비정질 12: 기공
13: 제1 이온 14: 제2 이온
15: 기공 입구 16: 제1 용매
21: 결정질 d: 결정질의 층간 거리
1: 제1 분리막 2: 제1 전극
3: 제2 분리막 4: 제2 전극
5: 덮개 6: 제 1 리드선
7: 제 2 리드선 8: 집전체
9: 전극합제층
D: 기공의 지름
I: 기공의 내부 영역
d: 결정질의 층간 거리100: activated carbon 10: electric double layer capacitor
11: amorphous 12: pores
13: first ion 14: second ion
15: pore inlet 16: first solvent
21: crystalline d: crystalline interlayer distance
1: first separator 2: first electrode
3: second separator 4: second electrode
5: Cover 6: First lead wire
7: second lead wire 8: current collector
9: electrode mixture layer
D: diameter of pores
I: the inner region of the pore
d: crystalline interlayer distance
Claims (9)
상기 제1 전극에 이격하여 배치되는 제 2 전극;
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막; 및
상기 제1 전극, 제2 전극 및 상기 분리막을 함침하는 전해액;을 포함하고,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일 면에 배치된 전극합제층을 포함하며,
상기 전해액은 제1 이온 및 제1 용매를 포함하고,
상기 제1 이온은 제1 양이온 및 제1 음이온을 포함하며,
상기 전극합제층은 활성탄 및 염을 포함하고,
상기 활성탄은 다수의 기공들을 포함하며,
상기 염은 상기 기공들 중 적어도 하나의 기공 내부에 배치되고,
상기 다수의 기공은 기공 입구 및 상기 기공 입구와 연통한 내부 영역을 포함하고
상기 기공 입구는, 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 작은 기공 입구를 포함하며
상기 내부 영역은, 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 큰 상기 내부 영역을 포함하고
상기 제1 용매는 상기 기공 입구를 통해 상기 내부 영역으로 유입하여 상기 염을 해리시키는 전기 이중층 커패시터.
a first electrode;
a second electrode spaced apart from the first electrode;
a separator disposed between the first electrode and the second electrode; and
including; an electrolyte impregnating the first electrode, the second electrode, and the separator;
The first electrode and the second electrode each include a current collector and an electrode mixture layer disposed on at least one surface of the current collector,
The electrolyte includes a first ion and a first solvent,
The first ion comprises a first cation and a first anion,
The electrode mixture layer includes activated carbon and a salt,
The activated carbon includes a plurality of pores,
wherein the salt is disposed inside at least one of the pores;
wherein the plurality of pores includes a pore inlet and an interior region in communication with the pore inlet;
The pore inlet includes a pore inlet smaller than the size of the first cation or the size of the first anion,
The inner region includes the inner region larger than the size of the first cation or the size of the first anion,
The first solvent flows into the inner region through the pore inlet to dissociate the salt.
상기 염은 상기 기공 입구로 유입된 상기 제1 용매에 의해 해리되어 제2 이온으로 존재하는, 전기 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
The salt is dissociated by the first solvent introduced into the pore inlet and exists as a second ion.
상기 다수의 기공은, 상기 제1 용매에 의해 해리되지 않은 염을 가지는 기공을 포함하는, 전기 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
The plurality of pores, including pores having a salt not dissociated by the first solvent, electric double layer capacitor.
상기 제2 이온은 제 2 양이온 및 제 2 음이온을 모두 포함하는, 전기 이중층 커패시터.
3. The method according to claim 2,
wherein the second ion includes both a second cation and a second anion.
상기 제 2 양이온은 크기가 상이한 2종 이상의 양이온을 포함하거나, 또는 상기 제 2 음이온은 크기가 상이한 2종 이상의 음이온을 포함하는, 전기 이중층 커패시터.
5. The method according to claim 4,
The second cation includes two or more cations having different sizes, or the second anion includes two or more kinds of anions having different sizes.
상기 제 1 이온은 상기 제 2 이온과 동일한 이온을 포함하는, 전기 이중층 커패시터.
5. The method according to claim 4,
and the first ion comprises the same ion as the second ion.
상기 제2 이온은 TMA+, TEA+, TBA+, TMEA+, TEMA+, SBP+, BF4 -, TFSI- 및 CF3SO3 - 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 전기 이중층 커패시터.
3. The method according to claim 2,
The second ion is TMA + , TEA + , TBA + , TMEA + , TEMA + , SBP + , BF 4 - , TFSI - and CF 3 SO 3 - Electric double layer capacitor comprising at least one selected from the group consisting of .
상기 전극합제층에 존재하는 전체 기공에 대하여
기공의 지름(D)이 0.5 nm 이상 1.1 nm 이하인 기공은 35 부피% 이상 내지 85 부피% 이하인, 전기 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
With respect to all pores present in the electrode mixture layer
An electric double layer capacitor, wherein the pores having a diameter (D) of 0.5 nm or more and 1.1 nm or less are 35% by volume or more and 85% by volume or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170071476A KR102337540B1 (en) | 2017-06-08 | 2017-06-08 | Electric double layer capacitor and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020170071476A KR102337540B1 (en) | 2017-06-08 | 2017-06-08 | Electric double layer capacitor and method of producing the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180134065A KR20180134065A (en) | 2018-12-18 |
KR102337540B1 true KR102337540B1 (en) | 2021-12-10 |
Family
ID=64952524
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020170071476A KR102337540B1 (en) | 2017-06-08 | 2017-06-08 | Electric double layer capacitor and method of producing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102337540B1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002083748A (en) * | 2000-06-27 | 2002-03-22 | Asahi Glass Co Ltd | Activated carbon, manufacturing method therefor and electric double-layer capacitor |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100932158B1 (en) * | 2005-09-29 | 2009-12-16 | 쇼와 덴코 가부시키가이샤 | Activated Carbon and Its Manufacturing Method |
KR101046098B1 (en) * | 2009-07-17 | 2011-07-01 | 삼성전기주식회사 | Polarizable Electrodes for Capacitors and Electrical Double Layer Capacitors Comprising the Same |
KR102097334B1 (en) * | 2012-12-14 | 2020-04-06 | 삼성전기주식회사 | Activated carbon, method for preparing thereof and electrochemical capacitor comprising the same |
-
2017
- 2017-06-08 KR KR1020170071476A patent/KR102337540B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002083748A (en) * | 2000-06-27 | 2002-03-22 | Asahi Glass Co Ltd | Activated carbon, manufacturing method therefor and electric double-layer capacitor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20180134065A (en) | 2018-12-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1876663B1 (en) | Negative electrode active material for charging device | |
US9048025B2 (en) | Electrode for electric storage device, electric storage device and manufacturing method of electrode for electric storage device | |
JP7042589B2 (en) | Negative electrode | |
EP1903628A2 (en) | A Negative Electrode Active Material for an Electricity Storage Device and Method for Manufacturing the Same | |
US8564934B2 (en) | Ultracapacitor with improved aging performance | |
JP2012074467A (en) | Anode material, method of manufacturing the same, and electricity-storage device | |
KR100978604B1 (en) | Carbonaceous material for electric double layer capacitor and electric double layer capacitor | |
WO2022085694A1 (en) | Nonaqueous alkali metal power storage element and positive electrode coating liquid | |
KR20210100313A (en) | Lithium secondary battery | |
KR20150016072A (en) | Positive electrode for lithium ion capacitor and lithium ion capacitor comprising the same | |
KR102337540B1 (en) | Electric double layer capacitor and method of producing the same | |
KR102348929B1 (en) | Electrode mateterial, electric double layer capacitor and method of producing the same | |
US20180082797A1 (en) | Electrode material for electronic device and electronic device comprising the same | |
KR102288800B1 (en) | Electrode mateterial, electrochemical element using the electrode mateterial and method of producing the same | |
KR102342893B1 (en) | Electrode mateterial, electrochemical element using the electrode mateterial and method of producing the same | |
KR102302810B1 (en) | Electrochemical element and method of producing the same | |
KR102337542B1 (en) | Electrode mateterial, electrochemical element using the electrode mateterial and method of producing the same | |
KR20190042875A (en) | Electric double layer capacitor and method of producing the same | |
KR102519740B1 (en) | Electrode material and electrochemical element using the same | |
KR20200046546A (en) | Manufacturing method of porous active carbon using lignocellulose biomass and manufacturing method of the supercapacitor usig the active carbon | |
JP7290803B2 (en) | Positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same | |
JP2008060479A (en) | Lithium ion capacitor | |
KR20180080821A (en) | Electrode material, electrochemical element using the same and method for producing the same | |
KR20190030282A (en) | Super capacitor and method of producing the same | |
JP2023154302A (en) | Carbon material, electrode material for hybrid capacitor, electrode for hybrid capacitor, and hybrid capacitor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |