KR102649623B1 - 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 그 제조 방법과 이의 수계 아연이온전지 - Google Patents
수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 그 제조 방법과 이의 수계 아연이온전지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102649623B1 KR102649623B1 KR1020240007780A KR20240007780A KR102649623B1 KR 102649623 B1 KR102649623 B1 KR 102649623B1 KR 1020240007780 A KR1020240007780 A KR 1020240007780A KR 20240007780 A KR20240007780 A KR 20240007780A KR 102649623 B1 KR102649623 B1 KR 102649623B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- coating layer
- gel coating
- zinc
- ion battery
- zinc ion
- Prior art date
Links
- 239000011701 zinc Substances 0.000 title claims abstract description 154
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 149
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 title claims abstract description 148
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 147
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 100
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 68
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 43
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 claims description 27
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 2-(2-cyanopropan-2-yldiazenyl)-2-methylpropanenitrile Chemical group N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- AVTLBBWTUPQRAY-UHFFFAOYSA-N 2-(2-cyanobutan-2-yldiazenyl)-2-methylbutanenitrile Chemical compound CCC(C)(C#N)N=NC(C)(CC)C#N AVTLBBWTUPQRAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- ZQMIGQNCOMNODD-UHFFFAOYSA-N diacetyl peroxide Chemical compound CC(=O)OOC(C)=O ZQMIGQNCOMNODD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 15
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 15
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims description 14
- OZAIFHULBGXAKX-VAWYXSNFSA-N AIBN Substances N#CC(C)(C)\N=N\C(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-VAWYXSNFSA-N 0.000 claims description 13
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 10
- FVQMJJQUGGVLEP-UHFFFAOYSA-N (2-methylpropan-2-yl)oxy 2-ethylhexaneperoxoate Chemical compound CCCCC(CC)C(=O)OOOC(C)(C)C FVQMJJQUGGVLEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- LGJCFVYMIJLQJO-UHFFFAOYSA-N 1-dodecylperoxydodecane Chemical compound CCCCCCCCCCCCOOCCCCCCCCCCCC LGJCFVYMIJLQJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- WYGWHHGCAGTUCH-UHFFFAOYSA-N 2-[(2-cyano-4-methylpentan-2-yl)diazenyl]-2,4-dimethylpentanenitrile Chemical compound CC(C)CC(C)(C#N)N=NC(C)(C#N)CC(C)C WYGWHHGCAGTUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000004342 Benzoyl peroxide Substances 0.000 claims description 9
- OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N Benzoylperoxide Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(=O)OOC(=O)C1=CC=CC=C1 OMPJBNCRMGITSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 235000019400 benzoyl peroxide Nutrition 0.000 claims description 9
- YQHLDYVWEZKEOX-UHFFFAOYSA-N cumene hydroperoxide Chemical compound OOC(C)(C)C1=CC=CC=C1 YQHLDYVWEZKEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 claims description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 6
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims 3
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 abstract description 19
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 116
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 19
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 10
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 10
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 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 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N Propylene glycol Chemical compound CC(O)CO DNIAPMSPPWPWGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 3
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 2
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 2
- 239000006245 Carbon black Super-P Substances 0.000 description 1
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 238000007611 bar coating method Methods 0.000 description 1
- IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N butene Natural products CC=CC IAQRGUVFOMOMEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007607 die coating method Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000007606 doctor blade method Methods 0.000 description 1
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000007646 gravure printing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000011268 mixed slurry Substances 0.000 description 1
- 230000003020 moisturizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001384 propylene homopolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/42—Alloys based on zinc
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative 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
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 제조하여 수계 아연이온전지에 적용하는 것에 의해 균일한 아연 이온의 증착이 가능하도록 하여 아연 덴드라이트의 성장을 억제할 수 있는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 그 제조 방법과 이의 수계 아연이온전지에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극은 아연 음극 몸체; 및 상기 아연 음극 몸체의 적어도 일면에 형성된 겔 코팅층;을 포함하며, 상기 겔 코팅층은 PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 PEGDMA 매트릭스는 500 ~ 20,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극은 아연 음극 몸체; 및 상기 아연 음극 몸체의 적어도 일면에 형성된 겔 코팅층;을 포함하며, 상기 겔 코팅층은 PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 PEGDMA 매트릭스는 500 ~ 20,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 그 제조 방법과 이의 수계 아연이온전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 제조하여 수계 아연이온전지에 적용하는 것에 의해 균일한 아연 이온의 증착이 가능하도록 하여 아연 덴드라이트의 성장을 억제할 수 있는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 그 제조 방법과 이의 수계 아연이온전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 충전 및 방전이 가능하여 반복적으로 사용할 수 있는 전지를 말한다. 이차전지 중 대표적인 리튬 이차전지는 양극 활물질에 포함된 리튬이온이 전해질을 거쳐 음극으로 이동한 후 음극 활물질의 층상 구조 내로 삽입되며, 이후 음극 활물질의 층상 구조 내로 삽입되었던 리튬 이온이 다시 양극으로 되돌아가는 원리를 통해 충전 및 방전이 이루어진다.
리튬 이차전지는 현재 상용화되어 휴대전화, 노트북 컴퓨터 등의 소형전원으로 사용되고 있으며, 하이브리드 자동차 등의 대형 전원으로도 사용 가능하여 그 수요가 증대될 것으로 예상된다.
그러나, 리튬 이차전지에서 양극 활물질로 주로 사용되는 복합금속산화물은 리튬 등의 희소 금속원소를 포함하고 있어, 수요 증대에 부응하지 못할 염려가 있다. 이에 따라, 공급량이 풍부하고 값싼 나트륨을 양극 활물질로 사용하는 나트륨 이차전지에 대한 연구가 진행되고 있지만, 나트륨 전지 시스템은 여전히 복잡한 안정성 문제 및 환경 문제를 지니고 있다.
최근에는 플렉서블(flexible) 뿐만 아니라 웨어러블(wearable) 전자 기기에 대한 다양한 기술이 개발됨에 따라, 폭발의 위험성이 없으며 안정성이 높은 물질로 작동되는 이차전지에 대한 수요가 증대되고 있다.
수계 아연이온전지(Aqueous zinc ion battery)는 다른 이차전지에 비하여 높은 안정성을 가지며, 친환경적이고, 독성이 적으며, 다른 알칼리 금속 대비 경제적이라는 장점이 있다.
이러한 수계 아연이온전지는 아연 음극이 알칼리 용액에 용해되어 충전 및 방전 반응 중에 아연의 용출 및 석출이 반복된다. 이로 인해, 충전 및 방전 반응의 진행에 따라 극판의 형태가 변하게 되며, 용출된 아연은 충전시 균일하게 석출되지 않고 수지상으로 성장하며, 그 수지상 아연이 분리막을 관통하여 전지의 단락을 야기하는 문제를 일으켜 전지 수명이 짧아지는 문제가 있다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2023-0080868호(2023.06.07. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 수계 이차전지용 아연 전극, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 수계 이차전지가 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 제조하여 수계 아연이온전지에 적용하는 것에 의해 균일한 아연 이온의 증착이 가능하도록 하여 아연 덴드라이트의 성장을 억제할 수 있는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 그 제조 방법과 이의 수계 아연이온전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극은 아연 음극 몸체; 및 상기 아연 음극 몸체의 적어도 일면에 형성된 겔 코팅층;을 포함하며, 상기 겔 코팅층은 PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 PEGDMA 매트릭스는 500 ~ 20,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 겔 코팅층은 상기 PEGDMA 매트릭스 85 ~ 99 중량%; 상기 열개시제 0.01 ~ 5 중량%; 및 상기 탄소나노튜브 0.5 ~ 10 중량%;를 포함한다.
상기 PEGDMA 매트릭스는 550 ~ 1,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는다.
상기 열개시제는 AIBN(2,2'-Azobis(iso-butyronitrile)), 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, t부틸 퍼옥시-2-에틸-헥사노에이트, 큐밀 하이드로퍼옥사이드, 하이드로겐 퍼옥사이드, 2,2'-아조비스(2-시아노 부탄), 2,2'-아조비스(메틸부티로니트릴) 및 AMVN(2,2'- Azobisdimethyl-Valeronitrile) 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 또는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 이용된다.
상기 겔 코팅층은 10 ~ 150㎛의 두께를 갖는다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 갖는 수계 아연이온전지는 아연 음극; 상기 아연 음극과 대향하도록 이격 배치된 양극; 및 상기 아연 음극 및 양극 사이 공간에 배치되어, 상기 아연 음극 및 양극 간의 단락을 방지하기 위한 분리막;을 포함하며, 상기 아연 음극은 아연 음극 몸체와, 상기 아연 음극 몸체의 적어도 일면에 형성된 겔 코팅층을 포함하며, 상기 겔 코팅층은 PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브를 포함하고, 상기 PEGDMA 매트릭스는 550 ~ 20,000의 수평균 분자량을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 겔 코팅층은 상기 PEGDMA 매트릭스 85 ~ 99 중량%; 상기 열개시제 0.01 ~ 5 중량%; 및 상기 탄소나노튜브 0.5 ~ 10 중량%;를 포함한다.
상기 PEGDMA 매트릭스는 550 ~ 1,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는다.
상기 열개시제는 AIBN(2,2'-Azobis(iso-butyronitrile)), 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, t부틸 퍼옥시-2-에틸-헥사노에이트, 큐밀 하이드로퍼옥사이드, 하이드로겐 퍼옥사이드, 2,2'-아조비스(2-시아노 부탄), 2,2'-아조비스(메틸부티로니트릴) 및 AMVN(2,2'- Azobisdimethyl-Valeronitrile) 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)가 이용된다.
상기 겔 코팅층은 10 ~ 150㎛의 두께를 갖는다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법은 (a) PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브를 분산매에 투입하고 교반함과 동시에 울트라소닉을 이용하여 분산시키는 단계; (b) 상기 분산된 겔을 아연 음극 몸체의 적어도 일면에 코팅하는 단계; 및 (c) 상기 코팅된 겔을 건조하여 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 제조하는 단계;를 포함하며, 상기 (a) 단계에서, 상기 PEGDMA 매트릭스는 500 ~ 20,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계에서, 상기 PEGDMA 매트릭스는 550 ~ 1,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는다.
상기 (a) 단계에서, 상기 열개시제는 AIBN(2,2'-Azobis(iso-butyronitrile)), 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, t부틸 퍼옥시-2-에틸-헥사노에이트, 큐밀 하이드로퍼옥사이드, 하이드로겐 퍼옥사이드, 2,2'-아조비스(2-시아노 부탄), 2,2'-아조비스(메틸부티로니트릴) 및 AMVN(2,2'- Azobisdimethyl-Valeronitrile) 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 또는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 이용된다.
상기 (a) 단계에서, 상기 교반은 1,500 ~ 3,000rpm의 속도로 10 ~ 60분 동안 실시한다.
상기 (a) 단계에서, 상기 교반 및 분산은 15 ~ 25℃로 유지되는 이중자켓 비커에서 실시한다.
상기 (c) 단계에서, 상기 건조는 70 ~ 90℃에서 6 ~ 18시간 동안 실시한다.
상기 (c) 단계 이후, 상기 겔 코팅층은 상기 PEGDMA 매트릭스 85 ~ 99 중량%; 상기 열개시제 0.01 ~ 5 중량%; 및 상기 탄소나노튜브 0.5 ~ 10 중량%;를 포함한다.
상기 겔 코팅층은 10 ~ 150㎛의 두께를 갖는다.
본 발명에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 그 제조 방법과 이의 수계 아연이온전지는 아연 음극의 표면에 형성되는 겔 코팅층의 주 성분으로 친수성의 특성을 나타내며, 하이드로겔과 같은 안정적인 구조를 형성하는 데 필수적인 가교 능력을 갖는 PEGDMA 매트릭스를 이용하였다.
이 결과, 본 발명에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 그 제조 방법과 이의 수계 아연이온전지는 PEGDMA 매트릭스를 주 성분으로는 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 제조하여 수계 아연이온전지에 적용하는 것에 의해 균일한 아연 이온의 증착이 가능하도록 하여 아연 덴드라이트의 성장을 억제함으로써, 아연 덴드라이트에 의한 전극 단락을 미연에 방지할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 그 제조 방법과 이의 수계 아연이온전지는 PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브로 이루어진 겔 코팅층을 아연 음극의 표면에 형성함으로써, 기계적 안정성이 우수하고, 부식이나 덴드라이트 형성에 대한 보호 효과가 뛰어나 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 갖는 수계 아연이온전지를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 4는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따라 제조된 수계 아연이온전지의 임피던스 분석 결과를 나타낸 그래프.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 수계 아연이온전지를 1,000 사이클 충방전을 진행한 후의 임피던스 분석 결과를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 갖는 수계 아연이온전지를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 4는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따라 제조된 수계 아연이온전지의 임피던스 분석 결과를 나타낸 그래프.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 수계 아연이온전지를 1,000 사이클 충방전을 진행한 후의 임피던스 분석 결과를 나타낸 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 그 제조 방법과 이의 수계 아연이온전지에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극(100)은 아연 음극 몸체(120) 및 겔 코팅층(140)을 포함한다.
아연 음극 몸체(120)는 일면 및 일면에 반대되는 타면을 갖는 플레이트 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 아연 음극 몸체는 아연 금속판이거나, 음극 집전체 상에 아연 금속 박막이 형성된 금속판일 수 있다. 이때, 아연 금속 박막의 형성방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 금속 박막 형성 방법인 라미네이션법, 스퍼터링법 등이 이용될 수 있다. 또한, 음극 집전체에 아연 박막이 없는 상태로 전지를 조립한 후 초기 충전에 의해 금속판 상에 아연 금속 박막이 형성되는 경우도 본 발명의 아연 금속판에 포함된다.
겔 코팅층(140)은 아연 음극 몸체(120)의 적어도 일면에 형성된다. 이때, 겔 코팅층(140)은 아연 음극 몸체(120)의 일면 또는 타면에만 형성된 단면 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 겔 코팅층(140)은 아연 음극 몸체(120)의 일면 및 타면에 각각 형성된 양면 구조로 이루어질 수도 있다.
이러한 겔 코팅층(140)은 10 ~ 150㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 두께 범위로는 20 ~ 100㎛를 제시할 수 있으며, 가장 바람직하게는 50 ~ 70㎛의 두께를 제시할 수 있다. 겔 코팅층(140)의 두께가 10㎛ 미만으로 너무 얇은 경우에는 부식이나 덴드라이트 형성에 대한 보호 효과가 떨어질 수 있다. 반대로, 겔 코팅층(140)의 두께가 150㎛를 초과하여 과도하게 형성될 경우에는 이온 전달을 방해하거나 전극 내 저항이 증가하여 출력특성이 저하될 수 있다.
여기서, 겔 코팅층(140)은 PEGDMA 매트릭스 85 ~ 99 중량%, 열개시제 0.01 ~ 5 중량% 및 탄소나노튜브 0.5 ~ 10 중량%를 포함한다.
PEGDMA 매트릭스는 겔 코팅층(140)을 구성하는 주 고분자 물질이다. 이러한 PEGDMA 매트릭스에서 PEG는 에테르 결합과 물 분자와 수소 결합을 형성할 수 있는 반복적인 -CH2-CH2-O- 단위의 존재로 인해 친수성의 특성을 나타낼 수 있다. 그리고, PEGDMA 매트릭스에서 DMA 그룹은 중합을 가능하게 하는 비닐 그룹을 포함하는 메타크릴산에서 파생되며, 하이드로겔과 같은 안정적인 구조를 형성하는 데 필수적인 가교 능력을 PEGDMA 매트릭스에 제공할 수 있다.
따라서, 아연 전극(100)의 표면에 형성되는 겔 코팅층(140)의 주 성분인 PEGDMA 매트릭스는 분리막 이전에 배치되어 1차적으로 덴드라이트의 성장에 따른 단락을 방해하며, PEGDMA 매트릭스에 걸쳐 분포하는 탄소나노튜브의 영향으로 전극의 전반적인 전도도가 향상된다.
PEGDMA 매트릭스의 첨가량이 겔 코팅층(140) 전체 중량의 85 중량% 미만일 경우에는 덴드라이트의 성장에 따른 단락을 제대로 막지 못할 우려가 있다. 반대로, PEGDMA 매트릭스의 첨가량이 겔 코팅층(140) 전체 중량의 99 중량%를 초과할 경우에는 상대적으로 열개시제 및 탄소나노튜브의 첨가량이 감소하는데 기인하여 아연 음극(100)의 강도 등의 물리적 특성 및 전도도 감소로 전반적인 전지 성능의 저하를 가져올 수 있다.
이러한 PEGDMA 매트릭스는 500 ~ 20,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것이 바람직하고, 500 ~ 10,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것이 보다 바람직하고, 550 ~ 1,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것이 가장 바람직하다.
PEGDMA 매트릭스의 수평균 분자량이 500 미만일 경우에는 겔 코팅층(140)의 기계적 강도가 약하여 그 형태를 유지하기 어려울 수 있을 뿐만 아니라 겔 코팅층(140)이 더 얇아져 결합력이 약해질 수 있다. 이로 인해, 기계적 안정성이 감소하고 부식이나 덴드라이트 형성에 대한 보호 효과가 떨어질 수 있으며, 더 얇은 겔 코팅층(140)으로 인해 전도성이 약간 낮아져 전반적인 전기화학적 성능에 영향을 미칠 수 있다.
반대로, PEGDMA 매트릭스의 수평균 분자량이 20,000을 초과할 경우에는 겔 코팅층(140)이 더 두꺼워질 수 있어 기계적 안정성과 내식성을 향상시킬 수 있으나, 겔 코팅층(140)이 과도하게 두꺼워져 이온 전달을 방해하거나 저항이 증가하여 출력특성이 저하될 수 있다. 아울러, 높은 점도를 가짐에 따라 균일한 코팅 및 코팅 두께 컨트롤에 어려움이 있고, 이로 인해 전극 성능이 저하되며, 가격적으로도 비용을 상승시키는 단점이 있다.
열개시제는 AIBN(2,2'-Azobis(iso-butyronitrile)), 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, t부틸 퍼옥시-2-에틸-헥사노에이트, 큐밀 하이드로퍼옥사이드, 하이드로겐 퍼옥사이드, 2,2'-아조비스(2-시아노 부탄), 2,2'-아조비스(메틸부티로니트릴) 및 AMVN(2,2'- Azobisdimethyl-Valeronitrile) 중 선택된 1종 이상을 포함한다. 이 중, 열개시제로는 AIBN(2,2'-Azobis(iso-butyronitrile))을 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 열개시제는 겔 코팅층(140) 전체 중량의0.01 ~ 5 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로는 0.5 ~ 3 중량%를 제시할 수 있다. 열개시제가 겔 코팅층(140) 전체 중량의 0.01 ~ 5 중량%의 함량비 범위로 첨가되는 경우, PEGDMA 매트릭스의 전기화학적 특성은 감소하는 것 없이, PEGDMA 매트릭스의 강도 등의 물리적 특성을 유지할 수 있도록 열 가교가 진행될 수 있다.
탄소나노튜브는 겔 코팅층(140) 내에 첨가되어 전도성을 부여하기 위해 첨가된다. 이러한 탄소나노튜브로는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 또는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 이용되는 것이 바람직하고, 이 중 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
탄소나노튜브는 겔 코팅층(140) 전체 중량의 0.5 ~ 10 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로는 0.5 ~ 5 중량%를 제시할 수 있다. 탄소나노튜브의 첨가량이 겔 코팅층(140) 전체 중량의 0.5 중량% 미만일 경우에는 겔 코팅층의 전도성 향상 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 탄소나노튜브의 첨가량이 겔 코팅층(140) 전체 중량의 10 중량%를 초과할 경우에는 전도성은 향상되나, 과량의 탄소나노튜브로 인해 응집될 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.
한편, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 갖는 수계 아연이온전지를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 갖는 수계 아연이온전지(500)는 아연 음극(100), 양극(200) 및 분리막(300)을 포함한다.
아연 음극(100)은 아연 음극 몸체(120) 및 겔 코팅층(140)을 포함한다.
아연 음극 몸체(120)는 일면 및 일면에 반대되는 타면을 갖는 플레이트 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이러한 아연 음극 몸체(120)는 아연 금속판이거나, 음극 집전체 상에 아연 금속 박막이 형성된 금속판일 수 있다. 이때, 아연 금속 박막의 형성방법은 특별히 제한되지 않으며, 공지의 금속 박막 형성 방법인 라미네이션법, 스퍼터링법 등이 이용될 수 있다. 또한, 음극 집전체에 아연 박막이 없는 상태로 전지를 조립한 후 초기 충전에 의해 금속판 상에 아연 금속 박막이 형성되는 경우도 본 발명의 아연 금속판에 포함된다.
겔 코팅층(140)은 아연 음극 몸체(120)의 적어도 일면에 형성된다. 이때, 겔 코팅층(140)은 아연 음극 몸체(120)의 일면 또는 타면에만 형성된 단면 구조로 이루어질 수 있다. 또한, 겔 코팅층(140)은 아연 음극 몸체(120)의 일면 및 타면에 각각 형성된 양면 구조로 이루어질 수도 있다.
이러한 겔 코팅층(140)은 10 ~ 150㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 두께 범위로는 20 ~ 100㎛를 제시할 수 있으며, 가장 바람직하게는 50 ~ 70㎛의 두께를 제시할 수 있다. 겔 코팅층(140)의 두께가 10㎛ 미만으로 너무 얇은 경우에는 부식이나 덴드라이트 형성에 대한 보호 효과가 떨어질 수 있다. 반대로, 겔 코팅층(140)의 두께가 150㎛를 초과하여 과도하게 형성될 경우에는 이온 전달을 방해하거나 전극 내 저항이 증가하여 출력특성이 저하될 수 있다.
여기서, 겔 코팅층(140)은 PEGDMA 매트릭스 85 ~ 99 중량%, 열개시제 0.01 ~ 5 중량% 및 탄소나노튜브 0.5 ~ 10 중량%를 포함한다.
PEGDMA 매트릭스는 겔 코팅층(140)을 구성하는 주 고분자 물질이다. 이러한 PEGDMA 매트릭스에서 PEG는 에테르 결합과 물 분자와 수소 결합을 형성할 수 있는 반복적인 -CH2-CH2-O- 단위의 존재로 인해 친수성의 특성을 나타낼 수 있다. 그리고, PEGDMA 매트릭스에서 DMA 그룹은 중합을 가능하게 하는 비닐 그룹을 포함하는 메타크릴산에서 파생되며, 하이드로겔과 같은 안정적인 구조를 형성하는 데 필수적인 가교 능력을 PEGDMA 매트릭스에 제공할 수 있다.
이러한 PEGDMA 매트릭스는 500 ~ 20,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것이 바람직하고, 500 ~ 10,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것이 보다 바람직하고, 550 ~ 1,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것이 가장 바람직하다.
PEGDMA 매트릭스의 수평균 분자량이 500 미만일 경우에는 겔 코팅층(140)의 기계적 강도가 약하여 그 형태를 유지하기 어려울 수 있을 뿐만 아니라 겔 코팅층(140)이 더 얇아져 결합력이 약해질 수 있다. 이로 인해, 기계적 안정성이 감소하고 부식이나 덴드라이트 형성에 대한 보호 효과가 떨어질 수 있으며, 더 얇은 겔 코팅층(140)으로 인해 전도성이 약간 낮아져 전반적인 전기화학적 성능에 영향을 미칠 수 있다. 반대로, PEGDMA 매트릭스의 수평균 분자량이 20,000을 초과할 경우에는 겔 코팅층(140)이 더 두꺼워질 수 있어 기계적 안정성과 내식성을 향상시킬 수 있으나, 겔 코팅층(140)이 과도하게 두꺼워져 이온 전달을 방해하거나 저항이 증가하여 출력특성이 저하될 수 있다. 아울러, 높은 점도를 가짐에 따라 균일한 코팅 및 코팅 두께 컨트롤에 어려움이 있고, 이로 인해 전극 성능이 저하되며, 가격적으로도 비용을 상승시키는 단점이 있다.
열개시제는 AIBN(2,2'-Azobis(iso-butyronitrile)), 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, t부틸 퍼옥시-2-에틸-헥사노에이트, 큐밀 하이드로퍼옥사이드, 하이드로겐 퍼옥사이드, 2,2'-아조비스(2-시아노 부탄), 2,2'-아조비스(메틸부티로니트릴) 및 AMVN(2,2'- Azobisdimethyl-Valeronitrile) 중 선택된 1종 이상을 포함한다. 이 중, 열개시제로는 AIBN(2,2'-Azobis(iso-butyronitrile))을 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 열개시제는 겔 코팅층(140) 전체 중량의0.01 ~ 3 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로는 0.5 ~ 2 중량%를 제시할 수 있다. 열개시제가 겔 코팅층(140) 전체 중량의 0.01 ~ 3 중량%의 함량비 범위로 첨가되는 경우, PEGDMA 매트릭스의 전기화학적 특성은 감소하는 것 없이, PEGDMA 매트릭스의 강도 등의 물리적 특성을 유지할 수 있도록 열 가교가 진행될 수 있다.
탄소나노튜브는 겔 코팅층(140) 내에 첨가되어 전도성을 부여하기 위해 첨가된다. 이러한 탄소나노튜브로는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 또는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 이용되는 것이 바람직하고, 이 중 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
탄소나노튜브는 겔 코팅층(140) 전체 중량의 0.01 ~ 3 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위로는 0.5 ~ 2 중량%를 제시할 수 있다. 탄소나노튜브의 첨가량이 겔 코팅층(140) 전체 중량의 0.01 중량% 미만일 경우에는 겔 코팅층(140)의 전도성 향상 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 탄소나노튜브의 첨가량이 겔 코팅층(140) 전체 중량의 3 중량%를 초과할 경우에는 전도성은 향상되나, 과량의 탄소나노튜브로 인해 응집될 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.
양극(200)은 아연 음극(100)과 대향하도록 이격 배치된다.
양극(200)은 양극 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하는 양극 활질층을 가질 수 있다. 이때, 양극 활물질로는 활성탄이 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
분리막(300)은 아연 음극(100) 및 양극(200) 사이 공간에 배치되어, 아연 음극(100) 및 양극(200) 간의 단락을 방지하는 역할을 한다.
이러한 분리막(300)은 아연 음극(100) 및 양극(200)을 물리적으로 분리하는 기능을 하는 것이라면 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 특히 전해액의 이온 이동에 대하여 저 저항이면서 전해액 함습 능력이 우수한 것을 이용하는 것이 바람직하다.
분리막(300)은 다공성이고 비전도성 또는 절연성인 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 분리막(300)은 다공성 고분자 필름, 예를 들어 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌/부텐 공중합체, 에틸렌/헥센 공중합체 및 에틸렌/메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있다. 또한, 분리막(300)은 통상적인 다공성 부직포, 예를 들어, 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프 탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 갖는 수계 아연이온전지(500)는 아연 음극(100) 및 양극(200) 사이에 배치되는 수계 전해액(미도시)을 더 포함할 수 있다.
수계 전해액은 수계 용매 및 금속염을 함유한다. 이때, 수계 용매는 물일 수 있고, 금속염은 ZnSO4, Zn(NO3)2 및 Zn(CF3SO3)2 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 이의 수계 아연이온전지는 아연 음극의 표면에 형성되는 겔 코팅층의 주 성분으로 친수성의 특성을 나타내며, 하이드로겔과 같은 안정적인 구조를 형성하는 데 필수적인 가교 능력을 갖는 PEGDMA 매트릭스를 이용하였다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 이의 수계 아연이온전지는 PEGDMA 매트릭스를 주 성분으로는 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 제조하여 수계 아연이온전지에 적용하는 것에 의해 균일한 아연 이온의 증착이 가능하도록 하여 아연 덴드라이트의 성장을 억제함으로써, 아연 덴드라이트에 의한 전극 단락을 미연에 방지할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 이의 수계 아연이온전지는 PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브로 이루어진 겔 코팅층을 아연 음극의 표면에 형성함으로써, 기계적 안정성이 우수하고, 부식이나 덴드라이트 형성에 대한 보호 효과가 뛰어나 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법은 교반 및 분산 단계(S110), 코팅 단계(S120) 및 건조 단계(S130)를 포함한다.
교반 및 분산
교반 및 분산 단계(S110)에서는 PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브를 분산매에 투입하고 교반함과 동시에 울트라소닉을 이용하여 분산시킨다.
PEGDMA 매트릭스는 겔 코팅층을 구성하는 주 고분자 물질이다. 이러한 PEGDMA 매트릭스에서 PEG는 에테르 결합과 물 분자와 수소 결합을 형성할 수 있는 반복적인 -CH2-CH2-O- 단위의 존재로 인해 친수성의 특성을 나타낼 수 있다. 그리고, PEGDMA 매트릭스에서 DMA 그룹은 중합을 가능하게 하는 비닐 그룹을 포함하는 메타크릴산에서 파생되며, 하이드로겔과 같은 안정적인 구조를 형성하는 데 필수적인 가교 능력을 PEGDMA 매트릭스에 제공할 수 있다.
이러한 PEGDMA 매트릭스는 500 ~ 20,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것이 바람직하고, 500 ~ 10,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것이 보다 바람직하고, 550 ~ 1,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것이 가장 바람직하다.
열개시제는 AIBN(2,2'-Azobis(iso-butyronitrile)), 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, t부틸 퍼옥시-2-에틸-헥사노에이트, 큐밀 하이드로퍼옥사이드, 하이드로겐 퍼옥사이드, 2,2'-아조비스(2-시아노 부탄), 2,2'-아조비스(메틸부티로니트릴) 및 AMVN(2,2'- Azobisdimethyl-Valeronitrile) 중 선택된 1종 이상을 포함한다. 이 중, 열개시제로는 AIBN(2,2'-Azobis(iso-butyronitrile))을 이용하는 것이 바람직하다.
탄소나노튜브는 전도성을 부여하기 위해 첨가된다. 이러한 탄소나노튜브로는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 또는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 이용되는 것이 바람직하고, 이 중 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
분산매는 물, 부탄올, 에탄올, 이소프로필알콜, 프로판올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 및 폴리프로필렌글리콜 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 단계에서, 교반은 1,500 ~ 3,000rpm의 속도로 10 ~ 60분 동안 실시하는 것이 바람직하다. 교반 속도가 1,500rpm 미만이거나, 교반 시간이 10분 미만일 경우에는 PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브에 분산매에 균일하게 혼합되지 못할 우려가 있다. 반대로, 교반 속도가 3,000rpm을 초과하거나, 교반 시간이 60분을 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
본 단계에서, 교반 및 분산은 15 ~ 25℃로 유지되는 이중자켓 비커에서 실시하는 것이 바람직한데, 이는 PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브를 분산매에 혼합시킨 혼합물의 온도가 상승함에 따라 폴리머의 가교 반응이 진행되는 것을 방지하기 위함이다.
코팅
코팅 단계(S120)에서는 분산된 겔을 아연 음극 몸체의 적어도 일면에 코팅한다.
본 단계에서, 코팅은 닥터블레이드(doctor blade) 코팅법, 스핀(spin) 코팅법, 딥핑(dipping) 코팅법, 스프레이(spray) 코팅법, 롤 코트(roll court) 코팅법, 그라비아 인쇄법, 바코트(bar court) 코팅법, 다이(die) 코팅법, 콤마(comma) 코팅법 또는 이들의 혼합 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있다.
건조
건조 단계(S130)에서는 코팅된 겔을 건조하여 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 제조한다.
본 단계에서, 건조는 70 ~ 90℃에서 6 ~ 18시간 동안 실시하는 것이 바람직하다. 건조 온도가 70℃ 미만이거나, 건조 시간이 6시간 미만일 경우에는 충분한 건조가 이루어지지 않아 기계적 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 건조 온도가 90℃를 초과하거나, 건조 시간이 18시간을 초과할 경우에는 더 이상이 효과 상승 없이 제조비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 경제적이지 못하다.
이러한 건조 단계(S130) 이후, 겔 코팅층은 PEGDMA 매트릭스 85 ~ 99 중량%, 열개시제 0.01 ~ 5 중량% 및 탄소나노튜브 0.5 ~ 10 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 건조 단계(S130) 이후, 겔 코팅층(140)은 10 ~ 150㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 두께 범위로는 20 ~ 100㎛를 제시할 수 있으며, 가장 바람직하게는 50 ~ 70㎛의 두께를 제시할 수 있다. 겔 코팅층(140)의 두께가 10㎛ 미만으로 너무 얇은 경우에는 부식이나 덴드라이트 형성에 대한 보호 효과가 떨어질 수 있다. 반대로, 겔 코팅층의 두께가 150㎛를 초과하여 과도하게 형성될 경우에는 이온 전달을 방해하거나 전극 내 저항이 증가하여 출력특성이 저하될 수 있다.
이상으로, 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법이 종료될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법은 아연 음극의 표면에 형성되는 겔 코팅층의 주 성분으로 친수성의 특성을 나타내며, 하이드로겔과 같은 안정적인 구조를 형성하는 데 필수적인 가교 능력을 갖는 PEGDMA 매트릭스를 이용하였다.
이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법은 PEGDMA 매트릭스를 주 성분으로는 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 제조하여 수계 아연이온전지에 적용하는 것에 의해 균일한 아연 이온의 증착이 가능하도록 하여 아연 덴드라이트의 성장을 억제함으로써, 아연 덴드라이트에 의한 전극 단락을 미연에 방지할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법은 PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브로 이루어진 겔 코팅층을 아연 음극의 표면에 형성함으로써, 기계적 안정성이 우수하고, 부식이나 덴드라이트 형성에 대한 보호 효과가 뛰어나 전기화학적 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 수계 아연이온전지 제조
실시예 1
아연 음극 제조
수평균 분자량(Mn) 750인 PEGDMA 10g, PEGDMA의 중합반응을 위한 열개시재인 AIBN 0.1g, SWCNT 0.1g 및 분산매인 물(H2O) 5g를 비커에 넣고 2,000rpm의 속도로 교반함과 동시에 울트라소닉을 이용하여 2시간 동안 분산시켜 전극 도포용 조성물인 겔(Gel)을 제조하였다. 이때, 혼합물의 온도가 상승함에 따라 폴리머의 가교 반응이 진행되는 것을 방지하기 위해 20℃를 유지하는 이중자켓 비커에서 분산을 진행하였다.
다음으로, 분산된 겔을 닥터블레이드를 이용하여 Zn 호일(foil)에 균일하게 코팅한 후, 겔이 도포된 Zn 호일을 80℃에서 12시간 동안 건조를 실시하는 것을 통해 분산매인 물을 제거하여 63㎛ 두께의 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 제조하였다.
양극 제조
양극 활물질로서 비표면적 2,200㎡/g을 갖는 CEP-21KS 상용 활성탄 0.9g, 도전재로서 슈퍼-P(Super-p) 0.05g 및 바인더로서 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 0.05g를 분산매인 에탄올에 넣고 플래너터리 믹서(planetary mixer)로 3분 동안 혼합하였다.
다음으로, 혼합된 슬러리를 손반죽한 다음 히팅 롤프레스로 압연 공정을 실시하여 전극 물질층을 제조하였다. 이때, 프레스의 가압 압력은 10ton/㎠로 롤의 온도는 60℃로 하고, 회전 속도는 300 rpm으로 하였다. 이때, 최종 전극 물질층의 두께는 150㎛로 하였다.
다음으로, 제조된 전극 물질층을 150℃의 진공 건조대에 넣고 12시간 동안 건조시켜 양극을 제조하였다.
수계 아연이온전지 제조
겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 음극으로, 활성탄 전극을 양극으로 전지를 구성하였으며, 전해액은 2M ZnSO4 120㎕, 분리막은 CHM사의 글래스 파이버 페이퍼(glass fiber paper)를 적용하여 2032 코인 셀(2032 coin cel)을 제조하였다. 이때, 음극과 양극의 전극 사이즈는 12파이(Φ)이고, 분리막은 18파이(Φ)이었다.
실시예 2
수평균 분자량(Mn) 550인 PEGDMA을 이용하고, 54㎛ 두께로 겔 코팅층을 형성시킨 아연 음극을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수계 아연이온전지를 제조하였다.
실시예 3
수평균 분자량(Mn) 750인 PEGDMA을 이용하고, SWCNT를 첨가하지 않았으며, 60㎛ 두께로 겔 코팅층을 형성시킨 아연 음극을 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수계 아연이온전지를 제조하였다.
비교예 1
겔 코팅층이 형성되지 않은 Zn 포일을 아연 음극으로 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수계 아연이온전지를 제조하였다.
2. 전기화학성능 평가
표 1은 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따라 제조된 아연 음극의 PEGDMA 수평균 분자량, SWCNT 중량 및 겔 코팅층 두께를 비교하여 나타낸 것이다. 또한, 도 4는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따라 제조된 수계 아연이온전지의 임피던스 분석 결과를 나타낸 그래프이고, 도 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 수계 아연이온전지를 1,000 사이클 충방전을 진행한 후의 임피던스 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
[표 1]
표 1과 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 충방전 진행 전에는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1의 Rct 값에 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있다.
도 5의 실험 결과에서 알 수 있듯이, 충방전 진행 후 실시예 1의 경우에는 Rct 값이 약 20ohm 증가한 반면, 비교예 1은 Rct 값이 충방전 후 약 150ohm 증가하였다.
겔 코팅층이 형성되지 않은 비교예 1의 경우 저항이 급격히 증가한 것은 충방전 과정에서 고르게 발달하지 못해 아연 전극의 표면에서 일부 아연 금속의 탈락으로 인해 표면의 균일성이 높아진 이유로 판단된다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
500 : 수계 아연이온전지
100 : 아연 음극
120 : 아연 음극 몸체
140 : 겔 코팅층
200 : 양극
300 : 분리막
S110 : 교반 및 분산 단계
S120 : 코팅 단계
S130 : 건조 단계
100 : 아연 음극
120 : 아연 음극 몸체
140 : 겔 코팅층
200 : 양극
300 : 분리막
S110 : 교반 및 분산 단계
S120 : 코팅 단계
S130 : 건조 단계
Claims (21)
- 아연 음극 몸체; 및
상기 아연 음극 몸체의 적어도 일면에 형성된 겔 코팅층;을 포함하며,
상기 겔 코팅층은 PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브를 포함하고,
상기 PEGDMA 매트릭스는 500 ~ 20,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극.
- 제1항에 있어서,
상기 겔 코팅층은
상기 PEGDMA 매트릭스 85 ~ 99 중량%;
상기 열개시제 0.01 ~ 5 중량%; 및
상기 탄소나노튜브 0.5 ~ 10 중량%;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극.
- 제1항에 있어서,
상기 PEGDMA 매트릭스는
550 ~ 1,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극.
- 제1항에 있어서,
상기 열개시제는
AIBN(2,2'-Azobis(iso-butyronitrile)), 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, t부틸 퍼옥시-2-에틸-헥사노에이트, 큐밀 하이드로퍼옥사이드, 하이드로겐 퍼옥사이드, 2,2'-아조비스(2-시아노 부탄), 2,2'-아조비스(메틸부티로니트릴) 및 AMVN(2,2'- Azobisdimethyl-Valeronitrile) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극.
- 제1항에 있어서,
상기 탄소나노튜브는
단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 또는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 이용되는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극.
- 제1항에 있어서,
상기 겔 코팅층은
10 ~ 150㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극.
- 아연 음극;
상기 아연 음극과 대향하도록 이격 배치된 양극; 및
상기 아연 음극 및 양극 사이 공간에 배치되어, 상기 아연 음극 및 양극 간의 단락을 방지하기 위한 분리막;을 포함하며,
상기 아연 음극은 아연 음극 몸체와, 상기 아연 음극 몸체의 적어도 일면에 형성된 겔 코팅층을 포함하며,
상기 겔 코팅층은 PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브를 포함하고,
상기 PEGDMA 매트릭스는 550 ~ 20,000의 수평균 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 갖는 수계 아연이온전지.
- 제7항에 있어서,
상기 겔 코팅층은
상기 PEGDMA 매트릭스 85 ~ 99 중량%;
상기 열개시제 0.01 ~ 5 중량%; 및
상기 탄소나노튜브 0.5 ~ 10 중량%;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 갖는 수계 아연이온전지.
- 제7항에 있어서,
상기 PEGDMA 매트릭스는
550 ~ 1,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 갖는 수계 아연이온전지.
- 제7항에 있어서,
상기 열개시제는
AIBN(2,2'-Azobis(iso-butyronitrile)), 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, t부틸 퍼옥시-2-에틸-헥사노에이트, 큐밀 하이드로퍼옥사이드, 하이드로겐 퍼옥사이드, 2,2'-아조비스(2-시아노 부탄), 2,2'-아조비스(메틸부티로니트릴) 및 AMVN(2,2'- Azobisdimethyl-Valeronitrile) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 갖는 수계 아연이온전지.
- 제7항에 있어서,
상기 탄소나노튜브는
단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)가 이용되는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 갖는 수계 아연이온전지.
- 제7항에 있어서,
상기 겔 코팅층은
10 ~ 150㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 갖는 수계 아연이온전지.
- (a) PEGDMA 매트릭스, 열개시제 및 탄소나노튜브를 분산매에 투입하고 교반함과 동시에 울트라소닉을 이용하여 분산시키는 단계;
(b) 상기 분산된 겔을 아연 음극 몸체의 적어도 일면에 코팅하는 단계; 및
(c) 상기 코팅된 겔을 건조하여 겔 코팅층이 형성된 아연 음극을 제조하는 단계;를 포함하며,
상기 (a) 단계에서, 상기 PEGDMA 매트릭스는 500 ~ 20,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법.
- 제13항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 PEGDMA 매트릭스는
550 ~ 1,000의 수평균 분자량(Mn)을 갖는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법.
- 제13항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 열개시제는
AIBN(2,2'-Azobis(iso-butyronitrile)), 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드, t부틸 퍼옥시-2-에틸-헥사노에이트, 큐밀 하이드로퍼옥사이드, 하이드로겐 퍼옥사이드, 2,2'-아조비스(2-시아노 부탄), 2,2'-아조비스(메틸부티로니트릴) 및 AMVN(2,2'- Azobisdimethyl-Valeronitrile) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법.
- 제13항에 있어서,
상기 탄소나노튜브는
단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 또는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)가 이용되는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법.
- 제13항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 교반은
1,500 ~ 3,000rpm의 속도로 10 ~ 60분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법.
- 제13항에 있어서,
상기 (a) 단계에서,
상기 교반 및 분산은
15 ~ 25℃로 유지되는 이중자켓 비커에서 실시하는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법.
- 제13항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 건조는
70 ~ 90℃에서 6 ~ 18시간 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법.
- 제13항에 있어서,
상기 (c) 단계 이후,
상기 겔 코팅층은
상기 PEGDMA 매트릭스 85 ~ 99 중량%;
상기 열개시제 0.01 ~ 5 중량%; 및
상기 탄소나노튜브 0.5 ~ 10 중량%;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법.
- 제20항에 있어서,
상기 겔 코팅층은
10 ~ 150㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020240007780A KR102649623B1 (ko) | 2024-01-18 | 2024-01-18 | 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 그 제조 방법과 이의 수계 아연이온전지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020240007780A KR102649623B1 (ko) | 2024-01-18 | 2024-01-18 | 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 그 제조 방법과 이의 수계 아연이온전지 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102649623B1 true KR102649623B1 (ko) | 2024-03-19 |
Family
ID=90483113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020240007780A KR102649623B1 (ko) | 2024-01-18 | 2024-01-18 | 수계 아연이온전지용 겔 코팅층이 형성된 아연 음극 및 그 제조 방법과 이의 수계 아연이온전지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102649623B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200099822A (ko) * | 2019-02-15 | 2020-08-25 | 주식회사 유뱃 | 전기화학 소자 및 이의 제조방법 |
| KR20230020860A (ko) * | 2021-08-04 | 2023-02-13 | 김재광 | 금속 전극 보호용 고분자 피막 및 이를 이용한 이차전지 |
| KR20230136944A (ko) * | 2022-03-21 | 2023-10-04 | 세종대학교산학협력단 | 하이드로겔 전해질 및 이를 이용한 아연이온전지 |
-
2024
- 2024-01-18 KR KR1020240007780A patent/KR102649623B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200099822A (ko) * | 2019-02-15 | 2020-08-25 | 주식회사 유뱃 | 전기화학 소자 및 이의 제조방법 |
| KR20230020860A (ko) * | 2021-08-04 | 2023-02-13 | 김재광 | 금속 전극 보호용 고분자 피막 및 이를 이용한 이차전지 |
| KR20230136944A (ko) * | 2022-03-21 | 2023-10-04 | 세종대학교산학협력단 | 하이드로겔 전해질 및 이를 이용한 아연이온전지 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108352488B (zh) | 含粘合层的用于电化学装置的隔板和包含其的电极组件 | |
| EP2908364B1 (en) | Method for producing positive electrode for secondary battery, secondary battery, and method for producing stack for secondary battery | |
| KR101939154B1 (ko) | 도전성 탄소 재료 분산제 및 도전성 탄소 재료 분산액 | |
| KR102301045B1 (ko) | 리튬 이온 2 차 전지의 바인더용의 입자상 중합체, 접착층 및 다공막 조성물 | |
| KR102294239B1 (ko) | 2 차 전지 다공막용 바인더 조성물, 2 차 전지 다공막용 슬러리, 2 차 전지용 다공막 및 2 차 전지 | |
| EP2988351B1 (en) | Conductive composition, conductive composition for forming base layer, collector with base layer for use in power storage device, electrode for use in power storage device, and power storage device | |
| JP6311269B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用接着剤、リチウムイオン二次電池用セパレータ及びリチウムイオン二次電池 | |
| KR102304904B1 (ko) | 비수계 이차전지 다공막용 바인더, 비수계 이차전지 다공막용 조성물, 비수계 이차전지용 다공막 및 비수계 이차전지 | |
| KR101116546B1 (ko) | 리튬 이온 2차 전지 전극용 바인더 | |
| KR102049819B1 (ko) | 2 차 전지용 부극 및 그 제조 방법 | |
| KR20170023815A (ko) | 비수계 이차전지용 적층체 및 그 제조 방법, 및 비수계 이차전지 | |
| WO2012173089A1 (ja) | 全固体二次電池 | |
| JPWO2004077467A1 (ja) | 電気化学デバイス用電極の製造方法 | |
| KR20110038115A (ko) | 리튬 이온 이차 전지용 전극 | |
| JP2014165131A (ja) | リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物の製造方法、リチウムイオン二次電池用正極の製造方法、及び、リチウムイオン二次電池 | |
| KR20120094003A (ko) | 전기 화학 소자용 바인더 입자 | |
| WO1998014519A1 (en) | Dispersed polymer composition | |
| JP5227169B2 (ja) | 電気化学セル電極用バインダー | |
| KR20110125641A (ko) | 리튬 이온 2 차 전지용 전극 | |
| JP2014032758A (ja) | リチウムイオン二次電池用電極の製造方法、及びリチウムイオン二次電池 | |
| CN107925086B (zh) | 电化学元件用电极 | |
| JP6070266B2 (ja) | リチウムイオン二次電池正極用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用正極の製造方法、リチウムイオン二次電池用正極、及び、リチウムイオン二次電池 | |
| KR20160113587A (ko) | 리튬 이온 이차 전지용 전극 및 리튬 이온 이차 전지 | |
| JP4531444B2 (ja) | リチウムイオン二次電池用電極の製造方法 | |
| JP4543442B2 (ja) | ポリマー粒子、ポリマー分散組成物、電池電極用スラリー、電極及び電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A302 | Request for accelerated examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |