KR102547271B1 - 슈퍼커패시터용 전해질 및 고출력 배터리 용도 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 니트릴계 용매 기반 전해질을 포함하는 전기화학전지로서, 상기 전해질은 NaClO4을 포함한 전해질 염을 포함하고, 상기 전기화학전지의 임의의 충전단계에서, 상기 전해질 염은 방전상태에서 높은 몰 농도를 갖는 전기화학전지에 관한 것이다.

Description

슈퍼커패시터용 전해질 및 고출력 배터리 용도
본 발명은 배터리와 같은 재충전 가능한 전기화학전지에 관한 것이고, 예를 들어 고출력 또는 고속충전 배터리 및 슈퍼커패시터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이들 전기화학전지용 전해질 개선에 관한 것이다
고성능 및 저비용의 슈퍼커패시터 및 고속충전 배터리는 예를 들어, 스타터 배터리 또는 고속충전 전기 자동차와 같은 많은 응용분야에 유리하다.
슈퍼커패시터 또는 고전력 또는 고속충전 배터리에 사용되는 전해질 염은 일반적으로 1 내지 1.5 몰 농도 범위이며, 이는 현재 사용되는 염의 이온 전도도 최대값에 해당한다. 아세토니트릴 용매와의 가능한 전해질 염으로서 NaClO4의 사용은 당업계에 이미 공지되어 있다. 그러나, 모든 관련 공보들은 아세토니트릴 용매에서 1 몰 이하의 NaClO4 염 농도를 사용하는 전해질 제형을 기술하고 있다.
더 높은 체적용량을 갖는 전기 이중층 슈퍼커패시터 전극을 제조하는 기술이 발전함에 따라, 고농축 슈퍼커패시터 전해질의 사용이 필수가 되었다. 예를 들어, 공개문헌(Y. Tao at el, DOI: 10.1038/srep02975)은 아세토니트릴 용매 기반 전해질로 170 F/cm3 체적 정전용량을 달성하는 다공성 탄소계 슈퍼커패시터 전극을 기술하고 있다. 이들 전극은 70%의 공간 채움(space filling)을 가지며, 즉 전극 부피의 30%만이 전해질을 위한 빈 공간이다. 공개문헌(Y. Tao at el, DOI: 10.1038/srep02975)의 데이터에 근거하여, 모든 전해질이 대칭형 전극 체적 내에 있을 경우, 이러한 대칭형 슈퍼커패시터를 2.7V 전압으로 충전하기 위해 4몰 초기 염 농도가 필요할 것이다. 기존 전해질 제형 하에서, 이 용량을 사용하기 위해서는 상당한 과잉의 전해질이 필요하다. 이러한 과잉의 전해질의 필요성을 최소화함으로써 체적 용량을 증가시킬 수 있게 하는 신규한 전해질 제형은 산업 및 상업에 대해 이익이 된다.
본 발명에서, 높은 이온 전도도를 가지며 비용 효과적이며 넓은 전압 윈도우를 지지하는 고농도 염이 개시된다. 이전에 알려진 고농도 전해질은 전도도가 낮고 비쌌다.
아세토니트릴은 종종 슈퍼커패시터에서 전해질 용매로 사용된다. 또한 이것은 전극 사이클링 전압이 전극의 전압 윈도우와 양립할 수 있는 특정 고출력 및/또는 고속충전 배터리에서 전해질 용매로도 사용될 수 있다. 본 발명은 아세토니트릴 용매 기반 전해질의 전도도, 비용효율성, 및 고급 전극 구조와의 양립성에 있어서 현저한 개선을 개시한다. 이러한 개선은 단독 전해질 염으로서 또는 다른 염(공염(co-salts))과 조합된 고농도 NaClO4 함유 전해질 염을, 니트릴 기반 용매와 조합하여, 사용함으로써 실현된다. 본 발명은 이들 및 다른 응용을 위한 슈퍼커패시터 및 고출력 배터리에서 종래 기술을 발전시킨다. 상기 전해질의 전도도, 비용효율성, 및 고급 전극 구조와의 양립성 측면에서 개선이 실현된다. 따라서, 본 발명은 산업 및 상업에 이롭다.
도 1은 아세토니트릴 용매에서 3 몰의 NaClO4 염 농도를 사용하는 대칭형 슈퍼커패시터의 용량 진화를 보여준다. 두 전극 모두 알루미늄 기재 상에 다공성 탄소로 만들어졌다. 사이클링 동안 슈퍼커패시터가 최대 2.7V까지 충전되었다. 초기 30 사이클은 0.5 mA/cm2 전류 속도로 수행되었고, 후속 사이클은 2 mA/cm2 전류 속도로 수행되었다.
본 발명의 상세한 구현예들은 첨부도면을 참조하여 여기에 개시된다.
전기화학전지는 적어도 애노드, 캐소드, 및 적어도 부분적으로 상기 애노드와 캐소드 사이에 존재하는 전해질을 포함할 수 있다. 전기화학전지는 상기 애노드와 캐소드 사이에 세퍼레이터를 추가로 포함할 수 있다. 전기화학전지는 하나 이상의 전하 캐리어를 추가로 포함할 수 있다. 전기화학전지는 하우징을 추가로 포함할 수 있다. 전기화학전지의 전해질은 나트륨계 염을 포함할 수 있다. 전기화학전지의 전해질은 니트릴계 용매를 포함할 수 있다. 상기 전해질의 나트륨계 염은 NaClO4일 수 있다. 상기 전기화학전지는 대칭일 수 있으며, 이 경우 애노드 재료 및 캐소드 재료는 본질적으로 동일하다. 상기 전기화학전지는 비대칭일 수 있으며, 이 경우 애노드 재료 및 캐소드 재료는 본질적으로 동일하지 않다. 상기 전기화학전지는 슈퍼커패시터 또는 배터리일 수 있다. 상기 배터리는 일차(1회용) 또는 이차(재충전 가능) 배터리 일 수 있다.
아세토니트릴 용매와 함께 사용된 NaClO4 전해질 염의 이온 전도도 최대값은 0.55 몰 농도에서 발생하는 것으로 이미 언급되었지만(G. Herlem et al, Journal of Solution Chemistry, Vol. 28 (1999), No. 3, Pp. 223-235), 놀랍게도, 통상적으로 사용되는 다른 전해질 염과 달리, 아세토니트릴 용매 중의 NaClO4 염을 포함하는 전해질의 이온 전도도는 높은 몰 농도에 비례하여 증가하는 것으로 발견되었다. 어느 시점 후, NaClO4 농도가 과도하게 농축됨에 따라 상기 전도도가 감소하는 것으로 밝혀졌다. 구체적으로, 상기 전해질의 이온 전도도는 NaClO4 농도가 증가함에 따라 증가하고 대략 3 몰 농도에서 최대 전도도에 도달하는 것으로 밝혀졌다.
전해질 염 몰 농도가 1 초과일 때, 상기 전해질 염은 고농도인 것으로 간주 될 수 있다. 1.25 이상의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 고농도인 것으로 간주될 수 있다. 1.5 초과의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 고농도인 것으로 간주될 수 있다. 1.75 이상의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 고농도인 것으로 간주될 수 있다. 2 이상의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 고농도인 것으로 간주될 수 있다. 2.25 이상의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 고농도인 것으로 간주될 수 있다. 2.5 이상의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 고농도인 것으로 간주될 수 있다. 2.75 이상의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 고농도인 것으로 간주될 수 있다. 약 3 이상의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 고농도인 것으로 간주될 수 있다.
전해질 염 몰 농도가 1 이하일 때, 상기 전해질 염은 저농도로 간주될 수 있다. 0.95 미만의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 저농도인 것으로 간주될 수 있다. 0.7 미만의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 저농도인 것으로 간주될 수 있다. 0.5 미만의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 저농도인 것으로 간주될 수 있다. 0.35 미만의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 저농도인 것으로 간주될 수 있다. 0.25 미만의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 저농도인 것으로 간주될 수 있다. 0.2 미만의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 저농도인 것으로 간주될 수 있다. 0.15 미만의 몰 농도일 때, 상기 전해질 염은 저농도인 것으로 간주될 수 있다.
상기 전기화학전지의 충전 상태와 방전 상태 사이의 전해질 염 농도의 하한은 그것의 고농도값일 수 있다. 상기 전해질 몰 농도의 상한은 전해질 용매에서 이의 용해도 한계에 있거나 그 근처에 있을 수 있다. 상기 전해질 염의 몰 농도는 하한 (고농도) 및 상한 (전해질 용매에서 용해도 한계)의 임의의 조합 사이일 수 있다. 상기 용해도 한계는 존재하는 용매 및 염에 따라 달라진다. 본 명세서에서, 근처(near)라 함은, 용해도 한계의 측면에서, 전해질 용매에서의 그것의 용해도 한계의 70% 초과의 전해질 몰 농도를 의미할 수 있다. 본 명세서에서, 근처(near)라 함은, 용해도 한계의 측면에서, 전해질 용매에서의 그것의 용해도 한계의 85% 초과의 전해질 몰 농도를 의미할 수 있다. 본 명세서에서, 근처(near)라 함은, 용해도 한계의 측면에서, 전해질 용매에서의 그것의 용해도 한계의 90% 초과의 전해질 몰 농도를 의미할 수 있다. 본 명세서에서, 근처(near)라 함은, 용해도 한계의 측면에서, 전해질 용매에서의 그것의 용해도 한계의 95% 초과의 전해질 몰 농도를 의미할 수 있다. 본 명세서에서, 근처(near)라 함은, 용해도 한계의 측면에서, 전해질 용매에서의 그것의 용해도 한계의 98% 초과의 전해질 몰 농도를 의미할 수 있다. 본 명세서에서, 근처(near)라 함은, 용해도 한계의 측면에서, 전해질 용매에서의 그것의 용해도 한계의 99% 초과의 전해질 몰 농도를 의미할 수 있다. 상기 전기화학전지가 슈퍼커패시터인 경우, 상기 몰 농도는 완전 방전된 상태 또는 조립된 상태의 농도를 말하며 충/방전 사이클에서 가장 높은 몰 농도에 해당한다. 슈퍼커패시터의 경우에, 충전하는 동안 몰 농도가 감소할 수 있고 완전히 충전된 상태에서 약 0으로까지 떨어질 수 있다(몰 농도는 정확히 0으로 떨어질 수 없으며, 만약 0으로 떨어지면, 전해질이 더 이상 이온을 전도하지 않을 것임). 전해 전기화학전지가 배터리인 경우에, 상기 몰 농도는 충전 상태와 방전 상태 사이에서 본질적으로 변화하지 않으며 몰 농도는 본질적으로 일정한 몰 농도를 의미한다.
상기 기술된 고농도 한계, 용해도 한계 및/또는 범위들의 임의의 조합이 가능하다. 의심의 여지를 피하기 위해, 후술하는 바와 같이, 전해질에 공염(co-salt)이 존재하는 경우, 상기 전해질 염 농도(또는 염 농도)는 합산된 NaClO4:공염 농도를 의미한다.
표 1은 공염이 없는 시스템에서 NaClO4 농도에 대한 전해질 전도도의 의존성을 보여준다. 다른 용매들이 가능하고, 가장 바람직하게는 니트릴계 용매가 가능하다
염 농도의 함수로서 아세토니트릴 용매에서 NaClO4 염의 이온 전도도
NaClO4 농도 0.5 M 2 M 2.5 M 3 M 3.5 M
전해질
이온 전도도		 31 mS/cm 35 mS/cm 36.5 mS/cm 38.5 mS/cm 35.5 mS/cm
또한 상기 아세토니트릴 용매에 전해질 염들의 혼합물(여기서, NaClO4가 염 성분으로서 포함됨)을 사용함으로써 훨씬 더 높은 전해질 염 농도에서 최대 38.5 mS/cm의 동일한 전도도를 유지하는 것이 실현 가능하다는 것이 발견되었다. 예로서, 표 2는 아세토니트릴 용매에서 NaClO4: NaPF6 염을 4:1 비로 혼합한 혼합물로 수득된 전해질 이온 전도도의 발달상태를 나타낸다. 상기 38.5 mS/cm의 이온 전도도 최대값은 3.5 몰 전체 전해질 염 농도에서 달성된다. NaPF6 외에 다른 나트륨 함유 공염도 가능하며; 적합한 공염의 예는 나트륨-트리플레이트(CF3SO3Na, NaTriflate로 표시됨) 또는 나트륨-디플루오로(옥살라토)보레이트(C2O4BF2Na, NaDFOB로 표시됨)를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. NaClO4: 나트륨 함유 공염의 다른 비가 가능하다. 상기 NaClO4:나트륨 함유 공염의 비는 0.5:1 내지 32:1일 수 있다. 상기 NaClO4:나트륨 함유 공염의 비는 1:1 내지 16:1 일 수 있다. 상기 NaClO4:나트륨 함유 공염의 비는 2:1 내지 8:1일 수 있고, 보다 바람직하게는 3:1 내지 6:1일 수 있고, 가장 바람직하게는 대략 4:1일 수 있다. 상기 기재된 NaClO4:나트륨 함유 공염의 비의 상기 기술된 상한 및 하한의 임의의 조합이 가능하다.
전체 염 농도의 함수로서, 아세토니트릴 용매에서 4:1 비의 NaClO4:NaPF6 염 혼합물의 이온 전도도
전체 염 농도 1 M 1.5 M 2 M 3 M 3.5 M
전해질
이온 전도도		 31 mS/cm 34 mS/cm 34.5 mS/cm 37 mS/cm 38.5 mS/cm
상기 전해질 제형은 상기 아세토니트릴 용매의 전(full) 전압 윈도우와 양립가능한 고 전도성 슈퍼커패시터 및/또는 배터리 전해질의 비용효과적인 생산을 가능하게 한다. 또한 이들 전해질 제형은 도 1에 도시된 안정적인 사이클링 용량에 의해 입증되는 바와 같이, 알루미늄 집전체 기판과 양립가능하다.
높은 체적 정전용량을 갖는 전기 이중층 슈퍼커패시터의 사이클링 동안, 이상적인 전해질 염 농도는 고농도(예를 들어, 방전 상태에서 3-3.5 몰)와 저농도 (예를 들어, 충전 상태에서 0.2-0.5 몰) 사이에서 격렬하게 변할 수 있다. 그러므로, 여기에 기술된 고농도 전해질 염의 사용은 필요한 과잉의 전해질을 최소화하기 위해 높은 체적 정전용량 슈퍼커패시터를 위해 중요한 고려사항이 되고, 따라서 장치수준의 에너지 밀도를 최대화한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 전해질 제형의 사용은, 이러한 전해질이 충전 및 방전 상태 사이에 존재할 수 있는 광범위한 넓은 몰 염 농도의 범위(예를 들어, 0.5 몰 농도 미만 내지 3.5 몰 농도 초과)에 대해 >30 mS/cm 이온 전도도를 전달할 수 있기 때문에 특히 유리하다.
일 구현예에서, 니트릴계 용매 기반 전해질을 포함하는 전기화학전지가 제공되며, 여기서 상기 전해질은 NaClO4을 포함한 전해질 염을 포함하고, 상기 전기화학전지의 임의의 충전 단계에서, 상기 전해질 염은 방전상태에서 높은 몰 농도를 갖는다.
일 구현예에서, 니트릴계 용매 기반 전해질을 포함하는 전기화학전지가 제공되며, 여기서 전해질 염은 NaClO4를 포함하고 상기 전해질 염은 방전상태에서 1보다 큰 몰 농도를 갖는다.
일 구현예에서, 상기 니트릴계 용매는 아세토니트릴이다.
일 구현예에서, 상기 전해질 염은 나트륨 함유 공염을 추가로 포함한다.
일 구현예에서, 공염은 NaPF6, 나트륨트리플레이트(NaTriflate), NaDFOB, 또는 이들 임의의 조합이다.
일 구현예에서, 상기 전기화학전지의 임의의 충전단계에서, 상기 전해질 염은 전해질 용매에서 이의 용해도 한계에 있거나 그 근처에 있다.
본 발명의 전기화학전지는 장치에 사용될 수 있다. 일 이상의 본 발명의 전기화학전지는 배터리 팩에 사용될 수 있다. 상기 배터리 팩은 복수의 개별 전지들을 직렬, 병렬 또는 이들 임의의 조합으로 포함할 수 있다. 상기 전지 및/또는 배터리 팩은 배터리 관리 시스템(battery management system)과 조합하여 사용될 수 있다. 본 발명의 전기화학전지 및/또는 배터리 팩은, 예를 들어, 전기차량, 예를 들어, 자동차, 트럭, 자전거, 오토바이, 스쿠터, 드론, 유인 항공기 또는 무인 항공기, 무정전 전원 공급기, 백업 전원공급기, 개인, 로컬, 지역 또는 그리드 저장 또는 그리드 안정화 유닛(a personal, local, regional or grid storage or grid stabilization unit), 또는 엔진 스타터 배터리에 사용될 수 있다. 본 발명의 전기화학전지 및/또는 배터리 팩은 다른 장치에 사용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 니트릴계 전해질 용매를 기반으로 하는 전해질을 포함하는 전기화학전지로서,
    상기 전해질은 NaClO4을 포함한 전해질 염을 포함하고, 상기 전해질 염은 방전상태에서 1.5보다 큰 몰 농도를 가지며,
    상기 전기화학전지의 충전 단계에서, 상기 전해질 염의 몰 농도는 상기 니트릴계 전해질 용매에서의 상기 전해질 염의 용해도 한계 또는 상기 전해질 염의 용해도 한계의 근처에 있고, 여기서 상기 전해질 염의 용해도 한계의 근처는 상기 니트릴계 전해질 용매에서의 상기 전해질 염의 용해도 한계의 70%를 초과하는 상기 전해질 염의 몰 농도를 의미하는, 전기화학전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 니트릴계 전해질 용매는 아세토니트릴인, 전기화학전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전해질 염이 나트륨 함유 공염(co-salt)을 추가로 포함하는, 전기화학전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공염이 NaPF6, 나트륨트리플레이트(NaTriflate), NaDFOB 또는 이들 임의의 조합인, 전기화학전지.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기화학전지는 장치에 사용되는, 전기화학전지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 장치는 배터리 팩인, 전기화학전지.
  7. 제5항에 있어서, 상기 장치는 전기 차량, 무정전 전원공급기, 백업 전원공급기, 개인, 로컬, 지역 또는 그리드 저장 또는 그리드 안정화 유닛(a personal, local, regional or grid storage or grid stabilization unit), 또는 엔진 스타터 배터리인, 전기화학전지.













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Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4919055B1 (ko) * 1970-07-20 1974-05-15
JPS559152B2 (ko) * 1973-02-15 1980-03-07
EP0208254B1 (en) * 1985-07-05 1993-02-24 Showa Denko Kabushiki Kaisha Secondary battery
US20030045722A1 (en) * 1994-05-18 2003-03-06 Henton Daniel R. Processes for preparing anhydrous and hydrate forms of antihistaminic piperidine derivatives, polymorphs and pseudomorphs thereof
US8576541B2 (en) * 2010-10-04 2013-11-05 Corning Incorporated Electrolyte system
US8906542B2 (en) * 2012-09-01 2014-12-09 Uchicago Argonne, Llc Sodium chalcogenide electrodes for sodium batteries
WO2014073702A1 (ja) * 2012-11-12 2014-05-15 国立大学法人九州大学 正極活物質およびそれを用いる二次電池
CN103904356A (zh) * 2012-12-27 2014-07-02 中国科学院物理研究所 一种可充电化学储能器件及其用途
KR102069150B1 (ko) * 2013-03-26 2020-01-23 에스케이이노베이션 주식회사 이차전지용 집전체 및 이를 포함하는 이차전지
EP2997615B1 (en) * 2013-04-10 2017-09-27 Natron Energy, Inc. Cosolvent electrolytes for electrochemical devices
FR3005199B1 (fr) * 2013-04-24 2015-05-29 Commissariat Energie Atomique Dispositif electrochimique du type supercondensateur a base d'un electrolyte comprenant, comme sel conducteur, au moins un sel a base d'un element alcalin autre que le lithium
JP6238582B2 (ja) * 2013-06-11 2017-11-29 国立大学法人 東京大学 高濃度金属塩を含むアセトニトリル電解液、及び当該電解液を含む二次電池
JP6193184B2 (ja) * 2013-07-08 2017-09-06 株式会社東芝 非水電解質二次電池用負極活物質、非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法、非水電解質二次電池、電池パック及び車
US9059481B2 (en) 2013-08-30 2015-06-16 Nanotek Instruments, Inc. Non-flammable quasi-solid electrolyte and non-lithium alkali metal or alkali-ion secondary batteries containing same
US9484160B2 (en) * 2013-09-23 2016-11-01 Nanotek Instruments, Inc. Large-grain graphene thin film current collector and secondary batteries containing same
JP6420252B2 (ja) * 2013-11-18 2018-11-07 住友化学株式会社 ナトリウム二次電池
EP2881366A1 (en) * 2013-12-04 2015-06-10 Solvay SA Method for manufacturing NaPO2F2
JP2016085888A (ja) * 2014-10-27 2016-05-19 トヨタ自動車株式会社 ナトリウムイオン二次電池
JP2016085890A (ja) * 2014-10-27 2016-05-19 トヨタ自動車株式会社 ナトリウムイオン二次電池
CN104616901A (zh) * 2015-01-27 2015-05-13 上海奥威科技开发有限公司 一种钠离子超级电容器及其制备方法
US10461321B2 (en) * 2015-02-18 2019-10-29 Nanotek Instruments, Inc. Alkali metal-sulfur secondary battery containing a pre-sulfurized cathode and production process
US9735445B2 (en) * 2015-09-14 2017-08-15 Nanotek Instruments, Inc. Alkali metal or alkali-ion batteries having high volumetric and gravimetric energy densities
US20180183052A1 (en) * 2016-12-27 2018-06-28 Nanotek Instruments, Inc. Process for Flexible and Shape-Conformal Cable-Shape Alkali Metal-Sulfur Batteries

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
인용발명 1: 일본 공표특허공보 특표2016-519842호(2016.07.07.) 1부.*
인용발명 2: 국제공개공보 WO2015/072577(2015.05.21.) 1부.*

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