KR102519740B1 - 전극 재료 및 이를 이용한 전기 화학 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극 재료 및 이를 이용한 전기 화학 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 결정 격자를 포함하는 결정질 및 기공을 포함하는 비정질을 포함하고, 상기 결정질의 층간 거리는 0.37 nm 내지 0.40 nm이며 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91인 탄소원을 포함함으로써 높은 정전 용량을 갖는 전기 화학 소자의 구현이 가능한 전극 재료 및 이를 이용한 전기 화학 소자에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전극 재료 및 이를 이용한 전기 화학 소자에 관한 것으로, 특히 높은 정전 용량을 갖는 전기 화학 소자의 구현이 가능한 전극 재료 및 이를 이용한 전기 화학 소자에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다.
휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기 화학 소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다.
전기 화학 소자는 전기 에너지와 화학 에너지 상호간에 변환이 가능하도록 하는 것으로, 구체적인 예로는 슈퍼 캐패시터(전기 이중층 캐패시터, EDLC), 리튬 이온 2차 전지, 하이브리드 캐패시터 등이 있다.
전기 화학 소자는 충방전이 가능하고 에너지 밀도가 높다는 측면에서 주목 받고 있는 분야이며, 응용 분야의 확대에 따라 높은 정전 용량과 에너지 밀도가 요구되고 있다.
슈퍼 캐패시터를 예로 들면, 전해액에 함침된 양극 및 음극, 두 전극 사이에 구비되는 분리막, 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락 방지를 위한 가스켓, 금속 케이스 등을 포함하여 단위 셀이 이루어지며, 이러한 단위 셀을 적층하고 양극 및 음극의 단자를 조합하여 구성되며, 전극 형성용 조성물로 전극 활물질 외에 바인더, 도전재가 포함될 수 있으며 각 성분은 혼합 후 슬러리 형태로 슈퍼 캐패시터에 적용될 수 있다.
이 때, 전기 화학 소자의 성능은 특히 전극 활물질에 의해 결정되며, 전극 활물질로 활성탄이 주로 이용되고 있다.
그러나, 상용화된 전극 활물질로는 전기 화학 소자의 고 용량화에 한계가 있는바, 이에 대한 해결책이 필요한 실정이다.
본 발명은 높은 정전 용량을 갖는 전기 화학 소자의 구현이 가능한 전극 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 정전 용량이 현저하게 향상된 전기 화학 소자의 구현이 가능한 전극 재료를 이용한 전기 화학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 전극 재료는 탄소원을 포함하며, 상기 탄소원은 결정 격자를 포함하는 결정질 및 기공을 포함하는 비정질을 포함하고, 상기 결정질의 층간 거리는 0.37 nm 내지 0.40 nm이며, 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91이다.
상기 전극 재료의 일 실시예로, 상기 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 하기 수학식 1 및 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 1] 20x+2000y=k
[수학식 2] x+y=1
(식 중, x는 결정질 비율이고, y는 비정질 비율이며, k는 200 내지 1200임).
상기 전극 재료의 일 실시예로, 상기 기공 중 지름이 0 nm 초과 1 nm 이하인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 60 % 내지 85 %일 수 있다.
상기 전극 재료의 일 실시예로, 상기 기공 중 지름이 0.6 nm 내지 0.9 nm인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 45 % 내지 75 %일 수 있다.
상기 전극 재료의 일 실시예로, 상기 기공 중 지름이 0.75 nm 내지 0.85 nm인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 15 % 내지 23 %일 수 있다.
상기 전극 재료의 일 실시예로, 비표면적은 200 m2/g 내지 1200 m2/g일 수 있다.
상기 전극 재료의 일 실시예로, 겉보기 밀도는 0.7 g/cm3 내지 1.5 g/cm3일 수 있다.
본 발명의 전기 화학 소자는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 전극을 형성하는 전극 재료는, 탄소원을 포함하고 상기 탄소원은 결정 격자를 포함하는 결정질 및 기공을 포함하는 비정질을 포함하며 상기 결정질의 층간 거리는 0.37 nm 내지 0.40 nm이고, 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91이다.
상기 전기 화학 소자의 일 실시예로, 상기 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 하기 수학식 1 및 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 1] 20x+2000y=k
[수학식 2] x+y=1
(식 중, x는 결정질 비율이고, y는 비정질 비율이며, k는 200 내지 1200임).
상기 전기 화학 소자의 일 실시예로, 상기 기공 중 지름이 0 nm 초과 1 nm 이하인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 60 % 내지 85 %일 수 있다.
상기 전기 화학 소자의 일 실시예로, 상기 기공 중 지름이 0.6 nm 내지 0.9 nm인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 45 % 내지 75 %일 수 있다.
상기 전기 화학 소자의 일 실시예로, 상기 기공 중 지름이 0.75 nm 내지 0.85 nm인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 15 % 내지 23 %일 수 있다.
상기 전기 화학 소자의 일 실시예로, 비표면적은 200 m2/g 내지 1200 m2/g일 수 있다.
상기 전기 화학 소자의 일 실시예로, 겉보기 밀도는 0.7 g/cm3 내지 1.5 g/cm3일 수 있다.
본 발명의 전극 재료를 포함하여 형성되는 전기 화학 소자는 높은 정전 용량의 구현이 가능하여 전기적 특성이 우수하다.
본 발명의 전극 재료는 정전 용량이 현저히 향상된 전기 화학 소자에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 재료를 확대한 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 화학 소자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이다.
도 4는 열처리 및 활성화 처리에 따른 탄소원의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 재료의 X선 회절 분석 패턴이다
도 6은 실시예 1 및 비교예 8의 기공 지름에 따른 기공의 분포에 관한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 화학 소자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이다.
도 4는 열처리 및 활성화 처리에 따른 탄소원의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 재료의 X선 회절 분석 패턴이다
도 6은 실시예 1 및 비교예 8의 기공 지름에 따른 기공의 분포에 관한 그래프이다.
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.
또한 각 구성요소의 상, 옆 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 재료를 확대한 형상을 개략적으로 도시한 도면이다. 이하 도 1을 참조하여 설명한다.
상기 전극 재료는 탄소원(100)을 포함하고, 상기 탄소원(100)은 결정 격자를 포함하는 결정질(21) 및 비정질(11)을 포함한다. 즉, 상기 전극 재료에 포함되는 탄소원(100)에는 결정질(21)과 비정질(11)이 혼재되어 있다.
상기 탄소원(100)은 구체적인 예를 들면 석유계 또는 석탄계 피치(Pitch), 생 코크스(그린 코크스), 칼시네이션(Calcination) 코크스 등의 물질을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 탄소원(100)에 포함되는 비정질(11)은 기공(12)을 포함한다.
상기 기공(12)은 상기 전극 재료에 다공성을 부여하는 것으로 상기 비정질(11)에 포함되는 기공(12)에 전해질 이온(13)이 삽입될 수 있다.
상기 비정질(11)에서 기공(12)의 유무 및/또는 기공(12)의 지름 길이는 전극 재료의 비표면적에 영향을 주는 요인이다. 따라서, 기공(12)의 유무 및/또는 기공(12)의 지름 길이를 조절하여 전극 재료의 정전 용량을 향상시킬 수 있다.
상기 전극 재료는 상기 비정질(11)에 적어도 하나의 기공(12)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 전극 재료는 복수 개의 기공(12)을 상기 비정질(11)에 포함할 수 있다.
상기 전극 재료가 복수 개의 기공(12)을 포함하는 경우, 각각의 기공(12)마다 지름의 길이는 동일하거나 상이할 수 있다. 구체적으로, 상기 전극 재료는 동일한 길이의 지름을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전극 재료는 상이한 길이의 지름을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 전극 재료는 길이가 동일한 지름을 갖는 기공(12)들과 길이가 상이한 지름을 갖는 기공(12)들을 모두 포함할 수 있다.
상기 탄소원(100)에 포함되는 결정질(21)은 후술하는 바와 같이 상기 탄소원(100)이 650 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 열처리되는 과정에서 부분 결정화가 진행됨에 따라 구비된다.
상기 탄소원(100)이 결정질(21)을 포함하는지 여부는 X선 회절 분석법(X-ray diffraction, XRD)에 의해 확인할 수 있다. 결정에 X선 조사시 일부에서 회절이 일어나는데, 그 회절각과 강도는 물질 구조마다 고유한 것으로서 회절 X선을 이용하여 시료에 함유된 결정성 물질의 종류와 양에 관계되는 정보를 알 수 있다. 즉, X선 회절 분석법에 의하면 결정성 물질의 구조에 관한 정보를 알 수 있다.
상기 전극 재료는 탄소원(100) 내에 비정질(11)의 기공(12) 외에도 결정질(21)을 포함하는바, 상기 결정질(21)은 전해질 이온(13)이 용이하게 흐를 수 있도록 전해질 이온(13)의 이동 통로 역할을 함으로써 저항을 낮춰 전기 전도도를 개선시키며 정전 용량을 현저히 향상시킬 수 있다.
상기 결정질의 층간 거리(d)는 0.37 nm 내지 0.40 nm이다.
상기 결정질의 층간 거리(d)는 후술하는 활성화 온도 및/또는 탄소원과 활성화제의 함량비로 조절할 수 있고, 이와 관련된 내용은 후술한다.
상기 결정질의 층간 거리(d)가 0.37 nm 미만이면 인접하는 결정 격자층 사이에 전해질 이온(13)이 삽입될 수 없고, 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 상실한다. 이에 따라, 결정질의 층간 거리(d)가 상기 범위를 벗어나는 경우 정전 용량(F/cc)이 저하되는 문제가 있다.
상기 결정질의 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.
상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율은 0.4 내지 0.91이다.
상기 전극 재료에 포함되는 상기 탄소원(100)의 종류에 따라 상기 탄소원(100)이 결정질(21) 만을 포함하는 경우와 비정질(11)만을 포함하는 경우의 비표면적이 상이할 수 있다. 따라서, 정전 용량 값을 향상시킬 수 있는 전극 재료를 구현하기 위하여 상기 전극 재료의 단위 중량(g)당 상기 결정질(21) 및 비정질(11)의 비율을 구체화 할 수 있다.
상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 도출될 수 있다.
[수학식 1] 20x+2000y=k
[수학식 2] x+y=1
식 중, x는 결정질의 비율이고, y는 비정질의 비율이며, k는 비표면적 값으로 200 내지 1200이다.
또한, 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율은 후술하는 바와 같이 탄소원(100)의 열처리 온도에 의해 조절될 수 있다.
상기 탄소원(100)은 비정질(11)과 결정질(21)을 모두 포함하는바, 비정질(11) 및 결정질(21)에서 정전 용량과 관련된 요인들을 모두 고려하여 정전 용량을 향상시킬 수 있다.
일 실시예로, 상기 비정질(11) 중 일정한 지름을 갖는 기공(12)의 비율을 조절함으로써 높은 정전 용량을 구현할 수 있다.
특정 범위의 지름을 갖는 기공(12)의 비율 및 기공(12)의 지름은 BET 측정법에 의해 측정할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 기공(12)은 다양한 지름을 가진 기공(12)들로 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 기공(12)은 지름이 0 nm 초과 1 nm 이하인 기공(12)을 포함할 수 있다. 전술한 범위의 지름을 갖는 기공(12)의 부피는 상기 비정질(11) 전체 부피의 60 %내지 85 %일 수 있다.
상기 범위의 지름을 갖는 기공(12)의 부피가 비정질(11) 전체 부피에 대하여 60% 미만이거나 85%를 초과하는 경우 전극 재료의 정전 용량이 현저히 감소하게 된다. 이에 따라 전극 재료 및 이를 포함하는 전기 화학 소자(10)의 전기적 특성이 저하되는 문제가 있다.
일 실시예로, 지름이 0.6 nm 내지 0.9 nm인 기공(12)의 부피는 상기 비정질(11)의 전체 부피에 대해 45 % 내지 75 %일 수 있다. 0.6 nm 내지 0.9 nm의 지름을 갖는 기공(12)의 부피가 전술한 범위 내인 경우 정전 용량 개선 효과가 향상될 수 있어 바람직하다.
다른 실시예로, 지름이 0.75 nm 내지 0.85 nm인 기공(12)의 부피는 상기 비정질(11)의 전체 부피에 대해 15 % 내지 23 %일 수 있다. 0.75 nm 내지 0.85 nm의 지름을 갖는 기공(12)의 부피가 전술한 범위 내인 경우 정전 용량 개선 효과가 현저히 향상될 수 있어 매우 바람직하다.
또한, 일 실시예로 전극 재료의 비표면적도 정전 용량에 영향을 주는 요인이다. 구체적으로, 비표면적이 크면 에너지 저장 특성이 향상되는 것이 일반적이나, 비표면적이 지나치게 큰 경우 전극 밀도가 낮아져 정전 용량(F/cc)이 오히려 감소할 수 있다.
본 발명에 있어 상기 탄소원(100)의 열처리 온도가 낮을수록 비정질(11)의 비율이 높아져 전극 재료의 비표면적이 증가될 수 있고고, 상기 탄소원(100)의 열처리 온도가 높을수록 결정질(21)의 비율이 높아져 전극 재료의 비표면적이 감소할 수 있다.
상기 전극 재료의 비표면적은 전극 재료에 포함되는 탄소원(100)에 따라 달라질 수 있다.
또한, 전극 재료의 비표면적은 탄소원(100)에 포함되는 결정질(21) 및 비정질(11)의 비율에 따라서도 달라질 수 있다.
상기 결정질(21)의 비율이 0.4 미만이면 전극 재료의 비표면적이 작아 정전 용량이 현저히 저하되는 문제가 있다. 또한, 상기 결정질(21)의 비율이 0.91 초과이면 전극 재료의 비표면적이 지나치게 증가하여 정전 용량이 오히려 감소하는 문제가 있다.
일 실시예로, 상기 전극 재료의 비표면적은 200 m2/g 내지 1200 m2/g 일 수 있다. 상기 전극 재료의 비표면적이 전술한 범위 내인 경우 결정 격자 사이 또는 비정질의 기공(12)에 전해질 이온의 유입이 용이하여 정전 용량이 현저히 향상되어 바람직하다.
상기 비표면적은 BET 측정법에 의해 측정할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 겉보기 밀도란 단위 부피당 질량을 의미하는 것으로, 겉보기 밀도도 정전 용량에 영향을 줄 수 있다. 구체적으로, 겉보기 밀도가 너무 크면 정전 용량이 감소하는 문제가 있고, 겉보기 밀도가 너무 작으면 에너지 저장 특성이 저하될 수 있다.
일 실시예로, 상기 전극 재료의 겉보기 밀도는 0.7 g/cm3 내지 1.5 g/cm3일 수 있다. 겉보기 밀도가 전술한 범위 내의 값이면 상기 전극 재료의 정전 용량이 증가하므로 바람직하다.
다른 실시예로, 상기 전극 재료의 겉보기 밀도는 0.9 g/cm3 내지 1.3 g/cm3 일 수 있다. 겉보기 밀도가 전술한 범위 내의 값이면 상기 전극 재료의 정전 용량 향상 효과가 현저하므로 보다 바람직하다.
본 발명의 전극 재료는 탄소원(100)을 포함하고, 상기 탄소원(100)은 결정 격자를 포함하는 결정질(21) 및 기공(12)을 포함하는 비정질(11)을 포함하며, 상기 결정질의 층간 거리(d)는 0.37 nm 내지 0.40 nm 이고, 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91이다. 이에 따라, 상기 전극 재료는 높은 정전 용량을 가질 수 있다.
도 2는 일 실시예의 전기 화학 소자(10)를 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 전기 화학 소자(10)는 전기 에너지와 화학 에너지 상호 변환이 가능한 것으로써 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적인 예를 들면 상기 전기 화학 소자(10)는 슈퍼 캐패시터, 이차 전지 등 일 수 있다. 이하에서는 상기 전기 화학 소자(10)로 슈퍼 캐패시터를 예로 든 도 2를 참조하여 설명한다.
본 발명의 전기 화학 소자(10)는 전술한 전극 재료를 포함하여 형성된다.
상기 전기 화학 소자(10)는 제1 전극(2), 제2 전극(4) 및 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 사이에 배치되는 분리막(3)을 포함한다.
상기 전기 화학 소자(10)에 포함되는 상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4) 중 적어도 하나의 전극은 전술한 전극 재료를 포함하여 형성되므로, 전극 재료와 관련하여 전술한 내용과 중첩되는 범위 내에서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략한다.
상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4) 중 적어도 하나의 전극을 형성하는 전극 재료는 탄소원(100)을 포함하고 상기 탄소원(100)은 결정 격자를 포함하는 결정질(21) 및 기공(12)을 포함하는 비정질(11)을 포함하며 상기 결정질의 층간 거리(d)는 0.37 내지 0.40 nm이고, 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91이다.
따라서, 상기 전극 재료는 상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4) 중 적어도 한 전극에 대하여, 전극 형성용 조성물로 포함되어 상기 전극 재료는 전극 활물질로써 기능할 수 있다.
상기 전기 화학 소자(10)에 있어, 상기 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 하기 수학식 1 및 수학식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 1] 20x+2000y=k
[수학식 2] x+y=1
식 중, x는 결정질 비율이고, y는 비정질 비율이며, k는 200 내지 1200이다.
일 실시예로, 상기 전기 화학 소자(10)에 포함되는 상기 기공(12) 중 지름이 0 nm 초과 1 nm 이하인 기공(12)의 부피는 상기 비정질(11) 전체 부피의 60 % 내지 85 %일 수 있다.
다른 실시예로, 상기 전기 화학 소자(10)에 포함되는 상기 기공(12) 중 지름이 0.6 nm 내지 0.9 nm인 기공(12)의 부피는 상기 비정질(11) 전체 부피의 45 % 내지 75 %일 수 있다.
또 다른 실시예로, 상기 기공(12) 중 지름이 0.75 nm 내지 0.85 nm인 기공(12)의 부피는 상기 비정질(11) 전체 부피의 15 % 내지 23 %일 수 있다.
상기 전기 화학 소자(10)에 있어 상기 전극 재료의 비표면적은 200 m2/g 내지 1200 m2/g일 수 있다.
또한, 상기 전기 화학 소자(10)에 있어 상기 전극 재료의 겉보기 밀도는 0.7 g/cm3 내지 1.5 g/cm3 일 수 있다.
상기 제1 전극(2)은 양극일 수 있고, 상기 제2 전극(4)은 음극일 수 있다.
상기 분리막(3)은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 사이에 배치된다. 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.
상기 제1 전극(2), 제2 전극(4) 및 분리막(3)은 전해액에 함침될 수 있다.
일 실시예로, 상기 전해액은 비수계 전해액일 수 있다.
보다 구체적으로, 비수계 전해액이 사용되는 경우 전해질 양이온은 TEA+, TEMA+, Li+, EMIM+, Na+ 등일 수 있고, 전해질 음이온은 BF4 -, PF6 -, TFSI-, FSI- 등일 수 있다. 또한, 전해액 용매는 유기성 전해액, 보다 구체적으로는 ACN, PC, GBL, DMK 등일 수 있다.
상기 전해액의 농도는 용매와 전해질 이온(13)의 종류마다 상이할 수 있다.
필요에 따라, 상기 전기 화학 소자(10)는 2 이상의 분리막을 포함할 수 있다.
일 실시예로, 상기 전기 화학 소자(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.
일 실시예로 상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4) 중 적어도 하나의 전극은 베이스 기판 상에서, 전술한 전극 재료를 포함하는 전극 형성용 조성물이 롤링으로 압연된 것일 수 있다.
일 실시예로, 상기 제1 전극(2) 및/또는 제2 전극(4)은 상기 전극 재료를 포함하는 전극 형성용 조성물이 베이스 기판 상에 코팅된 것일 수 있다.
다른 실시예로, 상기 제1 전극(2) 및/또는 제2 전극(4)은 상기 전극 형성용 물질을 시트 상태로 만들어 베이스 기판에 붙인 후 건조하여 형성된 것일 수 있으나, 본 발명이 반드시 그 실시예들에 제한되는 것은 아니다.
상기 베이스 기판은 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 베이스 기판은 박막 형상일 수 있다.
상기 전극 형성용 조성물은 상기 전극 재료 외에 바인더, 도전재를 포함하고, 선택적으로 용매를 더 포함할 수 있다. 또한, 각 성분은 혼합 후 슬러리로써 전기 화학 소자(10)에 적용될 수 있다.
상기 바인더는 전극 형성용 조성물에 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.
일 실시예로, 상기 바인더는 전극 형성용 조성물 전체에 대하여 1 내지 45 중량%로 포함될 수 있다.
상기 도전재는 전극 형성용 조성물에 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.
일 실시예로, 상기 도전재는 전극 형성용 조성물 전체에 대하여 1 내지 45 중량%로 포함될 수 있다.
필요에 따라, 상기 전극 형성용 조성물은 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매의 구체적인 예를 들면 물 또는 유기 용매 등일 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예로, 상기 용매는 전극 형성용 조성물 전체에 대하여 10 내지 97 중량%로 포함될 수 있다.
일 실시예로, 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.
일 실시예로, 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.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이고, 도 4는 활성화 처리에 따른 탄소원의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다. 이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 전극 재료의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 탄소원(100)을 650 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 열처리한다.
열처리의 온도가 650 ℃ 미만이면 탄소원(100)에 결정질(21)이 형성되지 않는다. 또한, 열처리 온도가 900 ℃를 초과하면 탄소원(100)에 비정질(11) 없이 결정질(21)만이 존재하여 높은 정전용량을 구현할 수 없는 문제가 있다. 즉, 탄소원(100)을 650 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 열처리하여 상기 탄소원(100) 내에 비정질(11) 및 결정질(21)을 형성한다.
일 실시예로, 상기 열처리 온도는 650 ℃ 내지 850 ℃일 수 있다.
상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율은 상기 탄소원(100)의 열처리 온도에 의해 조절될 수 있다.
상기 탄소원(100)의 열처리 온도에 따라 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율이 달라지며, 상기 결정질(21)의 비율이 전극 재료의 비표면적에 영향을 주어 정전 용량 값을 변화시킬 수 있다.
상기 탄소원(100)의 열처리 온도가 낮을수록 비정질(11)의 비율이 높아져 전극 재료의 비표면적이 증가되고, 상기 탄소원(100)의 열처리 온도가 높을수록 결정질(21)의 비율이 높아져 전극 재료의 비표면적이 감소할 수 있다.
본 발명은 650 ℃ 내지 900 ℃의 온도 범위 내에서 상기 탄소원(100)을 열처리함에 따라 상기 전극 재료가 결정질(21)을 포함할 수 있을 뿐만 아니라, 정전 용량 값을 향상시킬 수 있는 최적의 결정질(21)의 비율을 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대하여 0.4 내지 0.91로 구현할 수 있다.
상기 열처리 공정이 수행되는 시간은 반응조의 크기에 따라 달라질 수 있다.
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.
이어서, 열처리된 탄소원(100)을 800 ℃ 내지 1000 ℃의 온도에서 알칼리를 포함하는 물질로 활성화 처리한다.
상기 활성화 처리 단계에서 상기 비정질(11)이 깨져 기공(12)이 형성되거나, 상기 결정질(21)에서는 결정질의 층간 거리가 벌어지는바(도 4 참조), 상기 탄소원의 비표면적이 증가한다.
상기 활성화 처리 온도가 800 ℃ 미만이거나 1000 ℃ 를 초과하는 경우, 탄소원(100)의 결정질(21)에서 결정질의 층간 거리가 0.37 nm 내지 0.40 nm를 벗어나게 되어 높은 정전 용량을 확보할 수 없는 문제가 있다.
또한, 상기 활성화 처리 온도가 800 ℃ 내지 1000 ℃ 범위를 벗어나는 경우 특정 범위의 지름을 갖는 기공(12) 비율을 조절하는 것이 어려운바, 지름이 0 초과 1 nm 미만인 기공(12)의 부피가 비정질(11) 전체 부피의 60 내지 85%를 벗어나는 전극 재료가 제조 될 수 있다. 이 경우, 상기 전극 재료 및 이를 포함하여 형성되는 전기 화학 소자(10)가 높은 정전 용량을 구현할 수 없는 문제가 있다.
상기 알칼리의 구체적인 예를 들면 리튬, 나트륨, 칼륨 금속 등일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 활성화 처리는 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.
상기 활성화 처리는 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.
활성화 처리 단계에서, 상기 탄소원(100)과 활성화제는 1:0.8 내지 1:5.5의 중량비로 혼합된다.
상기 탄소원과 활성화제의 중량비가 1:0.8 미만이면 탄소원을 충분히 활성화 할 수 없다. 이에 따라, 전극 재료 내에 결정질(21)이 존재하더라도 전해질 이온이 삽입되기에 충분한 결정질(21)의 층간 거리가 확보될 수 없는 문제가 있다.
한편, 상기 탄소원과 활성화제의 중량비가 1:5.5를 초과하면 인접하는 결정층 사이의 거리가 멀어진다. 이에 따라, 결정층 간 반데르발스 힘이 작용할 수 없어 전극 재료가 결정성을 상실하게 된다.
또한, 탄소원과 활성화제의 중량비가 전술한 범위를 벗어나면 특정 범위의 지름을 갖는 기공(12) 비율을 조절하는 것이 어려워질 수 있다. 이에 따라, 지름 0 nm 초과 1 nm 미만인 기공(12)의 부피를 비정질(11) 전체 부피의 60 내지 85%로 구현하기 어려워 정전 용량이 현저히 저하될 수 있다.
상기 활성화 처리된 후에는 알칼리를 포함하는 물질의 제거를 위하여 중화하며, 구체적인 예를 들면 중화제로 염산, 질산 등이 사용될 수 있다.
중화 후에는 결과물을 세정하고, 상기 세정 공정에서 일 예로 증류수가 사용될 수 있다.
상기 세정 후에는 건조 공정을 더 포함할 수 있다. 상기 건조 공정의 시간 및 온도는 반응조의 크기에 따라 달라질 수 있다.
상기 전극 재료의 제조 방법은 당 분야에 널리 알려진 것으로 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면, 해당 공정을 더 포함할 수 있다.
전술한 방법에 의해 제조된 전극 재료는 결정 격자를 포함하는 결정질(21) 및 기공(12)을 포함하는 비정질(11)을 포함하고 결정질의 층간 거리(d)는 0.37 nm 내지 0.40 nm인 탄소원(100)을 포함하며 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91이다. 즉, 상기 전극 재료 제조 방법에 의하면 전술한 전극 재료가 제조 되므로, 상기 전극 재료의 기재 내용과 중첩되는 범위 내에서는 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
실시예
1
전극 형성용 물질의 제조
NCC(Naphta Cracking Center) 공정에서 나오는 잔사 오일을 350 ℃의 온도에서 열처리하여 분자량 1000 내지 2500 범위의 고체상태 피치(pitch)로 만들어 전극 재료의 탄소원으로 사용하였다.
전술한 방법으로 제조된 탄소원을 아르곤 분위기 하에서 750 ℃의 온도로 1 시간동안 60 Φ * 120 cm의 핫스팟에서 열처리하였다.
이어서, 아르곤 분위기 하에서 900 ℃에서 1 시간동안 탄소원과 KOH 활성화제의 함량비를 1:4로 활성화 처리 하여 전극 재료를 제조한 후, 하기 표 1의 성분 및 함량으로 전극 형성용 물질을 제조하였다.
| 구분 (중량%) |
바인더 | 도전재 | 본 발명에 따른 전극 재료 |
| 실시예 1 | 5 | 5 | 90 |
전기 화학 소자의 제조
구리 베이스 기판 상에 롤러로 전극 형성용 조성물을 압착하여 시트 상태로 만든 후 건조하여 제1 전극 및 제2 전극을 제조하고 전극 각각에 리드선을 부착하였다.
제1 분리막, 제1 전극, 제2 분리막 및 제2 전극을 적층 후 권취하고, 이에 실링 고무를 부착 후 알루미늄 덮개 내에 삽입하였다. 이어서, 전해액(1M TEABF4 in ACN)을 상기 권취 소자가 함침 되도록 주입 후 밀봉하여 전기 화학 소자(슈퍼 캐패시터)를 제조하였다(도 2 참조).
실험예
1: 결정질 존재 유무
실시예 1에 따라 형성된 전극 재료에의 결정성 부분 존재 유무를 X선 회절 분석법에 의해 확인하였다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 재료의 X선 회절 분석 패턴이다
도 5를 참조하면 2θ가 25.5°인 지점에의 피크가 높게 나타나는데 상기 피크는 결정질에 해당한다. 따라서, 상기 X선 회절 분석 패턴을 통해 실시예 1의 전극 재료는 비정질과 결정질을 모두 포함함을 확인할 수 있었다.
실험예
2: 결정질의 층간 거리에 따른 정전 용량 측정
실시예
2 내지 4
탄소원과 활성화제의 함량비를 1:0.8 내지 1:5.5 내에서 실시예 1과 다르도록 활성화 처리 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전기 화학 소자를 제조하였다
비교예
1
탄소원과 활성화제의 함량비를 1:0.5로 하여 활성화 처리 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전기 화학 소자를 제조하였다.
비교예
2
탄소원과 활성화제의 함량비를 1:6으로 하여 활성화 처리 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전기 화학 소자를 제조하였다.
실시예 및 비교예들에 따른 전극 재료에서 결정질의 층간 거리는 X선 회절 분석법에 의하여 측정하였다.
또한, 정전 용량은 0.565 mA 에서 단위 부피당 정전용량을 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)로 측정하였고, 그 결과는 하기 표 2와 같다.
| 구분 | 결정질의 층간 거리 [nm] | 정전 용량 [F/cc] |
| 실시예 2 | 0.392 | 26.0 |
| 실시예 3 | 0.381 | 24.4 |
| 실시예 4 | 0.373 | 24.3 |
| 비교예 1 | 0.352 | 15.6 |
| 비교예 2 | 0.409 | 18 |
표 2를 참조하면, 실시예 2 내지 4에 의한 제조된 전극재료는 결정질에 있어 결정질의 층간 거리가 0.37 nm 내지 0.4 nm 범위이므로 본 발명의 범위에 속함을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예들이 비교예 1 및 2에 비해 높은 정전 용량 값을 가지므로 본 발명의 전극 재료가 우수한 전기적 특성을 나타냄을 알 수 있었다.
실험예
3:
탄소원의
단위
중량에 대한 결정질의 비율에
따른 정전 용량 측정
실시예
5 내지 11 및
비교예
3 내지 7
탄소원을 650 ℃ 내지 900 ℃의 온도 범위 내에서 각각 다른 온도에서 열처리 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전기 화학 소자를 제조하였다.
구체적으로, 비교예 3 및 4는 상기 온도 범위 내에서도 650 ℃에 근접한 온도에서 열처리 되었으며, 비교예 5 내지 7은 상기 온도 범위 내에서도 900 ℃에 근접한 온도에서 열처리하였다.
실시예 5 내지 11 및 비교예 3 내지 7에 따른 전극 재료의 비표면적은 BET 측정법에 의하였고, 정전 용량은 실험예 2와 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 3과 같다.
| 구분 | x (결정질 비율) |
y (비정질 비율) |
비표면적 [m2/g] |
정전 용량 [F/cc] |
| 실시예 5 | 0.890 | 0.110 | 238 | 25.5 |
| 실시예 6 | 0.866 | 0.134 | 285 | 26 |
| 실시예 7 | 0.854 | 0.146 | 309 | 25.3 |
| 실시예 8 | 0.848 | 0.152 | 320 | 24 |
| 실시예 9 | 0.827 | 0.173 | 363 | 24.4 |
| 실시예 10 | 0.521 | 0.479 | 969 | 24.9 |
| 실시예 11 | 0.453 | 0.547 | 1104 | 26 |
| 비교예 3 | 0.977 | 0.023 | 66 | 19 |
| 비교예 4 | 0.947 | 0.053 | 124 | 18 |
| 비교예 5 | 0.343 | 0.657 | 1320 | 20 |
| 비교예 6 | 0.202 | 0.798 | 1600 | 19 |
| 비교예 7 | 0.020 | 0.980 | 1960 | 17 |
상기 표 3을 참조하면, 실시예들은 모두 0.4 내지 0.91의 범위 내에서 결정질을 포함하고, 비교예들은 결정질의 비율이 본 발명의 범위를 벗어남을 확인할 수 있었다.
구체적으로 살펴보면, 650 ℃ 내지 900 ℃의 온도 범위 내에서 열처리 되었는바 실시예 및 비교예들이 결정질 및 비정질을 모두 포함하였다.
한편, 상기 온도 범위 내 중에서도 높은 온도에서 열처리된 비교예 3 및 4는 결정질의 비율이 상대적으로 높고 비표면적이 작았으며, 상기 온도 범위 내에서도 낮은 온도에서 열처리된 비교예 5 내지 7은 결정질의 비율이 상대적으로 낮고 이에 따라 비표면적이 큼을 알 수 있었다.
또한, 실시예들의 정전 용량 값이 비교예들에 비해 현저히 우수함을 확인하였다.
실시예
12 내지 14 및
비교예
8
하기 표 4의 성분 및 함량으로 전극 형성용 물질을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전기 화학 소자를 제조하였다.
| 구분 (중량%) |
바인더 | 도전재 | 전극활물질 | |
| 활성탄 | 본 발명에 따른 전극 재료 | |||
| 실시예 12 | 5 | 5 | 80 | 10 |
| 실시예 13 | 5 | 5 | 45 | 45 |
| 비교예 8 | 5 | 5 | 90 | 0 |
실험예
4: 기공 분포도 측정
실시예 1 및 비교예 8에 대해 N2 흡착을 이용한 BET 측정법(기기: SURFACE AREA ANALYZER(TRISTAR-3000), MICROMERITICS社 제조)으로, 특정 기공 지름 및 해당 지름을 갖는 기공의 분포도를 측정하였다.
그 결과는 하기 표 5와 같으며 이를 그래프로 도시하여 도 6에 나타내었다.
| 구분 | 기공분포율 | ||
| 실시예 1 | 비교예 8 | ||
| 기 공 지 름 [nm] |
0.42 | 0.00% | 0.00% |
| 0.6 | 12.15% | 1.51% | |
| 0.7 | 17.08% | 0.00% | |
| 0.8 | 21.56% | 0.00% | |
| 0.9 | 13.98% | 6.75% | |
| 1.0 | 9.84% | 23.90% | |
| 1.1 | 8.23% | 30.34% | |
| 1.2 | 3.29% | 19.04% | |
| 1.3 | 2.81% | 9.46% | |
| 1.4 | 2.32% | 3.34% | |
| 1.5 | 2.48% | 1.95% | |
| 1.6 | 2.01% | 1.15% | |
| 1.7 | 1.57% | 0.65% | |
| 1.8 | 1.68% | 0.65% | |
| 1.9 | 0.57% | 0.59% | |
| 2.0 | 0.43% | 0.69% | |
표 5 및 도 6을 참조하면, 실시예 1의 전극 재료는 기공을 포함하고, 지름의 길이가 0 nm 초과 1.0 nm 이하인 기공의 부피는 비정질 전체 부피에 대하여 74.61%이었는바, 실시예 1은 본 발명의 범위에 속함을 알 수 있었다.
그러나, 비교예 8은 기공을 포함하더라도 지름의 길이가 0 nm 초과 1.0 nm 이하인 기공의 부피가 비정질 전체 부피에 대하여 32.16%였으므로, 본 발명의 범위를 벗어남을 확인하였다.
실험예
5: 겉보기 밀도 및 정전 용량 측정
전술한 방법으로 제조된 실시예 1, 12, 13 및 비교예 8에 있어 각각의 겉보기 밀도 및 정전 용량을 측정하였다.
겉보기 밀도는 단위 부피당 질량으로 계산하였으며, 정전 용량은 0.565 mA 에서 단위 부피당 정전용량을 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)로 측정하였고, 그 결과는 하기 표 6과 같다.
| 구분 | 겉보기 밀도 [g/cm3] |
정전 용량 [F/cc] |
|
| 실시예 1 | 0.95 | 25 | |
| 실시예 12 | 0.62 | 18.5 | |
| 실시예 13 | 0.66 | 20 | |
| 비교예 8 | 0.6 | 11.7 | |
표 6을 참조하면, 겉보기 밀도 및 정전 용량은 실시예 1, 12, 13이 비교예 8에 비해 높은 값을 나타냄을 알 수 있었다.
또한, 실시예들의 겉보기 밀도와 정전 용량을 비교한 결과, 상기 전극 재료 함량비율이 높을수록 정전 용량 개선 효과가 극대화됨을 확인할 수 있었다.
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.
100: 탄소원 11: 비정질
12: 기공 13: 전해질 이온
21: 결정질 d: 결정질의 층간 거리
10: 전기 화학 소자 1: 제1 분리막
2: 제1 전극 3: 제2 분리막
4: 제2 전극 5: 덮개
6: 제 1 리드선 7: 제 2 리드선
12: 기공 13: 전해질 이온
21: 결정질 d: 결정질의 층간 거리
10: 전기 화학 소자 1: 제1 분리막
2: 제1 전극 3: 제2 분리막
4: 제2 전극 5: 덮개
6: 제 1 리드선 7: 제 2 리드선
Claims (14)
- 탄소원을 포함하는 전극 재료로서,
상기 탄소원은 결정 격자를 포함하는 결정질 및 기공을 포함하는 비정질을 포함하고,
상기 결정질의 층간 거리는 0.37 nm 내지 0.40 nm이며,
상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 하기 수학식 1 및 수학식 2를 만족하고,
[수학식 1] 20x+2000y=k
[수학식 2] x+y=1
(식 중, x는 결정질 비율이고, y는 비정질 비율이며, k는 200 내지 1200임).
상기 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율(x)은 0.4 내지 0.91인, 전극 재료. - 청구항 1에 있어서,
상기 기공 중 지름이 0 ㎚ 초과 내지 1 ㎚ 이하인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 60 % 내지 85 %인, 전극 재료. - 청구항 1에 있어서,
상기 기공 중 지름이 0.6 ㎚ 내지 0.9 ㎚인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 45 % 내지 75 %인, 전극 재료. - 청구항 1에 있어서,
상기 기공 중 지름이 0.75 ㎚ 내지 0.85 ㎚인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 15 % 내지 23 %인, 전극 재료. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 상기 탄소원의 열처리 온도에 의해 조절되는 전극 재료. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극 재료의 비표면적은 200 m2/g 내지 1200 m2/g인 전극 재료. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극 재료의 겉보기 밀도는 0.7 g/cm3 내지 1.5 g/cm3인 전극 재료. - 제1 전극;
제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막;을 포함하고,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 전극을 형성하는 전극 재료는,
탄소원을 포함하고
상기 탄소원은 결정 격자를 포함하는 결정질 및 기공을 포함하는 비정질을 포함하며
상기 결정질의 층간 거리는 0.37 nm 내지 0.40 nm이고,
상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 하기 수학식 1 및 수학식 2를 만족하고,
[수학식 1] 20x+2000y=k
[수학식 2] x+y=1
(식 중, x는 결정질 비율이고, y는 비정질 비율이며, k는 200 내지 1200임).
상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91인, 전기 화학 소자. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |