KR20060053484A - Method for manufacturing of active carbon electrode using super-capacitor and pellet type active carbon electrode manufactured thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초고용량 커패시터용 전극의 제조방법 및 이에 따라 제조된 펠렛(Pellet) 형태의 전극에 관한 것이다. 본 발명은 활성탄 분말, 바인더, 도전제 및 분산매가 혼합된 혼합물에 상기 활성탄 분말 입자간의 접착력을 향상시키는 당밀이 더 첨가되어 이루어진 반죽 상의 활성탄 혼합물을 얻는 단계와; 상기 활성탄 혼합물을 전극 모양에 따른 몰드에 충진한 다음 프레스로 압착 성형하는 단계와; 상기 압착된 성형물을 150℃~400℃에서 소결하는 단계;를 적어도 포함하여 이루어지는 초고용량 커패시터용 활성탄 전극의 제조방법, 그리고 상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 펠렛(Pellet) 형태의 활성탄 전극을 제공한다. 본 발명에 따르면, 당밀의 첨가 및 프레스에 의한 압착 공정으로 전극 밀도가 비약적으로 증가되어 단위 체적당 높은 용량을 가지며, 전극 손실량이 없어 수율 및 원가 절감에 큰 효과가 있다. The present invention relates to a method of manufacturing an electrode for an ultracapacitor and a pellet-type electrode manufactured accordingly. The present invention comprises the steps of obtaining a mixture of activated carbon powder, a mixture of activated carbon powder, a binder, a conductive agent and a dispersion medium to obtain a mixture of activated carbon in a dough formed by further adding molasses to improve adhesion between the activated carbon powder particles; Filling the activated carbon mixture into a mold according to the shape of an electrode, and then pressing the molded article with a press; Sintering the compacted molded product at 150 ° C. to 400 ° C .; to provide a method of manufacturing an activated carbon electrode for an ultracapacitor, and a pellet-type activated carbon electrode prepared by the same method as described above. do. According to the present invention, the electrode density is dramatically increased by the addition of molasses and the pressing process, which has a high capacity per unit volume, and there is no electrode loss, thereby greatly reducing yield and cost.
초고용량 커패시터, 전극, 활성탄, 펠렛, 전극밀도, 용량 Ultracapacitors, Electrodes, Activated Carbon, Pellets, Electrode Density, Capacitance
Description
도 1은 종래 기술에 따른 전극의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다. 1 is a process chart for explaining a method for manufacturing an electrode according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 전극의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다. 2 is a process chart for explaining a method for manufacturing an electrode according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 전극의 사용 상태도로서, 코인형 커패시터의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of a coin type capacitor as a state diagram of an electrode according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 전극 20 : 금속 캡10
30 : 세퍼레이터 40 : 가스켓 30: separator 40: gasket
120 : 성형틀 125 : 몰드120: mold 125: mold
140 : 프레스 140: Press
본 발명은 초고용량 커패시터용 전극의 제조방법 및 이에 따라 제조된 펠렛(Pellet) 형태의 전극에 관한 것이다. 보다 상세하게는 활성탄 입자간의 접착력을 향상시키기 위한 당밀을 첨가하여 반죽 상의 활성탄 혼합물을 제조하고, 상기 활성탄 혼합물을 전극 모양에 따른 몰드에 충진한 다음 압착 및 소결하여 펠렛 형태로 제조함으로써 고밀도 구현이 가능하여 체적당 높은 용량을 가지며, 전극 손실량이 없어 수율 및 제조 단가에 유리한 초고용량 커패시터용 활성탄 전극의 제조방법 및 이에 따라 제조된 펠렛 형태의 활성탄 전극에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing an electrode for an ultracapacitor and a pellet-type electrode manufactured accordingly. More specifically, by adding molasses to improve the adhesion between the activated carbon particles to prepare a mixture of activated carbon on the dough, and filling the activated carbon mixture into a mold according to the shape of the electrode, then pressed and sintered to produce a pellet form to achieve high density Therefore, the present invention relates to a method of manufacturing an activated carbon electrode for an ultracapacitor having a high capacity per volume and an electrode loss, which is advantageous in yield and manufacturing cost, and a pellet-type activated carbon electrode prepared according to the present invention.
일반적으로 초고용량 커패시터는 전기이중층 커패시터(EDLC ; Electric Double Layer Capacitor), 슈퍼커패시터(Super-capacitor) 또는 울트라커패시터(Ultra-capacitor)라고도 일컬어지며, 이는 전극 및 도전체와, 그것에 함침된 전해질용액의 계면에 각각 부호가 다른 한 쌍의 전하층(전기이중층)이 생성된 것을 이용하는 것으로, 충전/방전 동작의 반복으로 인한 열화가 매우 작아 보수가 필요 없는 소자이다. 이에 따라 초고용량 커패시터는 각종 전기ㆍ전자기기의 IC백업을 하는 형태로 주로 사용되고 있으며, 최근에는 그 용도가 확대되어 장난감, 태양열 에너지 저장, HEV 전원 등에까지 폭넓게 응용되고 있다. Supercapacitors are also commonly referred to as Electric Double Layer Capacitors (EDLCs), Super-capacitors or Ultra-capacitors, which are made up of electrodes and conductors and the electrolyte solution impregnated thereon. By using a pair of charge layers (electric double layers) each having a different sign at the interface, deterioration due to repetition of the charge / discharge operation is very small and requires no maintenance. As a result, ultracapacitors are mainly used in the form of IC backup of various electric and electronic devices. Recently, their applications have been widely applied to toys, solar energy storage, HEV power supplies, and the like.
위와 같은 초고용량 커패시터는 일반적으로 전해액이 함침된 양극 및 음극의 두 전극과, 이러한 두 전극 사이에 개재되어 이온(ion) 전도만 가능케 하고 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 세퍼레이터(separator)와, 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락방지를 위한 가스켓(gasket), 그리고 이들을 포장하는 도전체 로서의 금속 캡으로 구성된 단위셀을 갖는다. 그리고 위와 같이 구성된 단위셀 1개 이상(통상, 코인형의 경우 2 ~ 6개)을 직렬로 적층하고 양극과 음극의 두 단자(terminal)를 조합하여 완성된다. The supercapacitor as described above generally includes two electrodes of an anode and a cathode impregnated with an electrolyte, and a separator made of a porous material for allowing only ion conduction and preventing insulation and short circuit between the two electrodes. It has a unit cell composed of a gasket for preventing leakage of an electrolyte solution and for preventing insulation and short circuit, and a metal cap as a conductor for packaging them. One or more unit cells (usually, 2 to 6 in the case of a coin type) configured as described above are stacked in series and completed by combining two terminals of a positive electrode and a negative electrode.
상기 초고용량 커패시터를 구성하는 전극은 전극활물질로서 활성탄을 주로 이용하고 있다. 초고용량 커패시터의 정전용량은 전기이중층에 축적되는 전하량에 따라 정해지며, 그 전하량은 전극의 표면적이 크면 클수록 크게 된다. 따라서 활성탄은, 300㎡/g 이상이라는 높은 비표면적(比表面積)을 가지는 것이므로, 큰 표면적을 필요로 하는 초고용량 커패시터의 전극재료로서 적합하다. The electrode constituting the ultra-capacitive capacitor mainly uses activated carbon as an electrode active material. The capacitance of the ultracapacitor is determined by the amount of charge accumulated in the electric double layer, and the amount of charge becomes larger as the surface area of the electrode is larger. Therefore, activated carbon has a high specific surface area of 300
활성탄 분말을 전극으로서 이용한 초고용량 커패시터는, 일본 특허공개공보 특개평4-44407호에 제시되어 있다. 이 공보에 제시된 전극은, 활성탄 분말을 페놀수지 등의 열경화성수지와 혼합하여 고형화한 고체 활성탄 전극이다. An ultracapacitor using activated carbon powder as an electrode is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-44407. The electrode proposed in this publication is a solid activated carbon electrode obtained by solidifying a mixture of activated carbon powder with a thermosetting resin such as a phenol resin.
일반적으로 초고용량 커패시터의 전극 제조용 활성탄은 비표면적 1500㎡/g 이상이 주로 사용되었다. 그러나 최근에는 초고용량 커패시터용 전극 제조 시 가장 어려운 점은 높은 비표면적을 가지는 전극활물질 때문에 체적당 용량을 높이기 어렵다는 문제점에 새로이 직면하게 되었다. 즉, 비표면적이 높은 활성탄을 사용하는 경우 단위 질량당 용량은 높아지나, 높은 비표면적에 의해 전극 밀도가 작아져 단위 체적과 대비하여서는 용량이 떨어진다는 문제점이 새로이 대두되었다. 이에 따라, (주)일본전자(JEOL), 오까무라 연구소 등에서는 1000㎡/g 이하의 낮은 비표면적의 활성탄 분말을 사용하여 높은 용량을 발현시킨 결과들이 계속 선보이고 있다. In general, activated carbon for electrode production of ultracapacitors has a specific surface area of 1500
종래, 초고용량 커패시터용 활성탄 전극을 제조함에 있어서는 주로 두 가지 방법이 이용되고 있다. Conventionally, two methods are mainly used to manufacture an activated carbon electrode for an ultracapacitor.
첫 번째 방법은 활성탄, 바인더, 도전제, 분산매를 혼합한 슬러리 상태의 활성탄 혼합물을 알루미늄 포일(foil) 상에 코팅한 다음, 건조 후 일정한 크기로 재단 또는 펀칭하여 전극을 제조하는 방법이다.(코팅 방법)The first method is to prepare an electrode by coating an activated carbon mixture in the form of a slurry of activated carbon, a binder, a conductive agent, and a dispersion medium on an aluminum foil, and then cutting or punching to a predetermined size after drying. Way)
두 번째 방법은 활성탄, 바인더, 도전제, 분산매를 혼합한 페이스트(paste) 상태의 활성탄 혼합물을 두 개의 롤(roll)로 연신 압연시켜 시트 상으로 가공한 다음, 상기 시트를 재단 또는 펀칭하여 전극을 제조하는 방법이다.(압연 방법) In the second method, the activated carbon mixture in the form of a paste mixed with activated carbon, a binder, a conductive agent, and a dispersion medium is stretched and rolled into two rolls and processed into a sheet, and the sheet is cut or punched to form an electrode. It is a method of manufacturing. (Rolling method)
도 1은 종래 기술에 따른 전극 제조방법(압연 방법)을 설명하기 위한 공정도로서, 이는 페이스트 상태의 활성탄 혼합물이 연신 압연되어 시트(1) 상으로 가공된 다음, 상기 시트(1)가 펀칭되어 제조된 전극(2)을 도시한 것이다. 1 is a process chart for explaining an electrode manufacturing method (rolling method) according to the prior art, which is prepared by stretching the rolled activated carbon mixture into a
그러나 위와 같이 제조된 종래의 활성탄 전극(2)은 0.5~0.6g/㎤ 정도의 전극 밀도를 가지며, 이는 체적당 용량발현을 제한시키는 큰 요인으로 작용하고 있다. 그리고 전극 중 일부분만을 재단 및 펀칭하여 사용하고 있기 때문에 전극의 손실(Loss)율도 10% 이상 높게 발생되는 문제점이 있다. 즉, 전극 밀도가 작아 체적당 높은 용량을 발휘하지 못하고 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 재단 또는 펀칭된 후 잉여의 시트(1)는 버려지게 되어 전극 손실량이 많아 수율이 떨어지고 제조 단가가 상승되는 문제점이 있다. However, the conventional activated
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 고밀도 구현이 가능하여 체적당 높은 용량을 가지며, 전극 손실량이 없어 수율 및 제조 단가에 유리한 초고용량 커패시터용 활성탄 전극의 제조방법 및 이에 따라 제조된 펠렛 형태의 활성탄 전극을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
The present invention has been invented to solve the above-described problems, and the method of manufacturing an activated carbon electrode for an ultra-capacitor capacitor, which has high capacity per volume and is capable of implementing high density, has no electrode loss, and is advantageous in yield and manufacturing cost, and It is an object to provide an activated carbon electrode in the form of pellets prepared accordingly.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 초고용량 커패시터용 활성탄 전극의 제조방법에 있어서, In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing an activated carbon electrode for an ultracapacitor,
활성탄 분말, 바인더, 도전제 및 분산매가 혼합된 혼합물에 상기 활성탄 분말 입자간의 접착력을 향상시키는 당밀이 더 첨가되어 이루어진 반죽 상의 활성탄 혼합물을 얻는 단계와;Obtaining an activated carbon mixture in a dough formed by further adding molasses to improve adhesion between the activated carbon powder particles to a mixture of activated carbon powder, a binder, a conductive agent and a dispersion medium;
상기 활성탄 혼합물을 전극 모양에 따른 몰드에 충진한 다음 프레스로 압착 성형하는 단계와; Filling the activated carbon mixture into a mold according to the shape of an electrode, and then pressing the molded article with a press;
상기 압착된 성형물을 150℃~400℃에서 소결하는 단계;를 포함하여 이루어지는 초고용량 커패시터용 활성탄 전극의 제조방법을 제공한다. It provides a method for producing an activated carbon electrode for a high capacity capacitor comprising a; sintering the compacted molding at 150 ℃ ~ 400 ℃.
또한, 본 발명은 위와 같은 제조방법에 의해 제조된 활성탄 전극으로서의 새로운 형태, 즉 펠렛(Pellet) 형태의 활성탄 전극을 제공한다. 그리고 상기 본 발명에 따른 전극은 몰드의 모양과 동일한 모양을 갖는다. In addition, the present invention provides a new form of activated carbon electrode, that is, a pellet (Active carbon) electrode produced by the manufacturing method as described above. And the electrode according to the present invention has the same shape as the shape of the mold.
본 발명에 따르면, 당밀의 첨가 및 프레스에 의한 압착 공정으로 전극 밀도가 증가되어 단위 체적당 높은 용량을 갖는다. 또한 종래와 같은 재단이나 펀칭 공정이 없음에 따라 전극 손실량이 없고 몰드의 모양에 따라 목적하는 모양의 전극을 얻을 수 있어 제조가 간단하며, 소결에 의해 전극의 강도가 향상된다. According to the present invention, the electrode density is increased by the addition of molasses and the pressing process by pressing, thereby having a high capacity per unit volume. In addition, since there is no conventional cutting or punching process, there is no electrode loss, and an electrode having a desired shape can be obtained according to the shape of the mold, so that the production is simple, and the strength of the electrode is improved by sintering.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings the present invention will be described in more detail.
도 2는 본 발명에 따른 전극의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전극의 사용 상태도로서, 본 발명에 따른 전극이 코인형 커패시터에 적용된 모습을 보인 단면도이다. 2 is a process chart for explaining a method of manufacturing an electrode according to the present invention, Figure 3 is a state diagram of the use of the electrode according to the present invention, a cross-sectional view showing the electrode applied to the coin-type capacitor according to the present invention.
본 발명의 전극 제조에 사용되는 활성탄 혼합물(10')은 통상과 같이 활성탄 분말, 바인더, 도전제 및 분산매를 필수 성분으로 하여 조성된다. 이때, 상기 활성탄 혼합물(10')은 본 발명에 따라서 소량의 분산매가 사용된 반죽 상이다. 또한, 본 발명에 따라서 상기 활성탄 혼합물(10')에는 활성탄 분말 입자간의 접착력을 향상시키기 위한 당밀이 더 첨가되어 조성된다. 즉, 본 발명의 전극 제조에 사용되는 활성탄 혼합물(10')은 소량의 분산매가 사용된 반죽 상으로서, 활성탄 분말, 바인더, 도전제, 분산매 및 당밀이 혼합되어 이루어진다. The activated carbon mixture 10 'used in the production of the electrode of the present invention is composed of activated carbon powder, a binder, a conductive agent and a dispersion medium as essential components as usual. At this time, the activated carbon mixture 10 'is a dough phase in which a small amount of dispersion medium is used according to the present invention. In addition, according to the present invention, molasses for improving adhesion between the activated carbon powder particles is further added to the activated carbon mixture 10 '. That is, the activated carbon mixture 10 'used in the preparation of the electrode of the present invention is a dough phase in which a small amount of a dispersion medium is used, and the activated carbon powder, the binder, the conductive agent, the dispersion medium, and the molasses are mixed.
본 발명에 따르면, 활성탄 분말 입자(특히, 튜브 형태)는 그 자체에 형성된 공극 및 입자 상호간의 공간에 의해 탄성을 가짐에 따라 압착하여도 긴밀한 조직으로 고형화되지 못하고 어떠한 점결제가 없는 이상 입자 상호간이 이격되어 전극 밀도 감소의 원인이 되고 있음을 알게 되었다. 이를 위해 본 발명에서는 기능성 첨가제(점결제)로서 당밀이 첨가되며, 프레스(140, 도 2 참조)에 의한 압착 공정이 진행된다. 즉, 당밀은 활성탄 입자 상호간의 접착력을 향상시켜 충진밀도를 증가 시키며, 프레스(140)에 의한 압착공정은 밀도를 더욱 향상시킨다. 이는 결국 전극 밀도를 향상시켜 단위 체적당 높은 용량을 갖게 한다. According to the present invention, the activated carbon powder particles (especially in the form of tubes) have elasticity due to the spaces between the pores and the particles formed thereon, so that the activated carbon powder particles cannot be solidified into a tight structure even though they are compressed and do not have any binders. It was found that the separation was caused to reduce the electrode density. To this end, in the present invention, molasses is added as a functional additive (binder), and the pressing process by the press 140 (see FIG. 2) is performed. That is, molasses increases the packing density by improving the adhesion between the activated carbon particles, the pressing process by the
상기 활성탄 혼합물(10')을 얻는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. A method of obtaining the activated carbon mixture 10 'is described in detail.
먼저, 건식 혼합으로 활성탄 분말에 분말 상의 도전제를 혼합한 분말 혼합물을 얻는다. 그리고 이와는 별도로 소량의 분산매에 바인더와 당밀을 첨가하여 습식 혼합으로 충분히 분산시켜 바인더 용액을 얻는다. 그런 다음 상기 분말 혼합물과 바인더 용액을 혼합하여 반죽 상의 활성탄 혼합물(10')을 얻는다. 이때, 상기 활성탄 혼합물(10')은 반죽 상이므로 균일한 혼합(완전 분산)이 어려울 수 있는데, 행성 믹서(Planetary mixer)를 사용하여 소정 시간동안 교반시키면 본 발명의 전극 제조에 적합한 혼합물을 얻을 수 있다. 즉, 행성 믹서(Planetary mixer)는 균일한 혼합의 반죽 상 활성탄 혼합물(10')의 제조를 가능케 한다. First, a powder mixture in which powdered conductive agents are mixed with activated carbon powder is obtained by dry mixing. Separately from this, a binder and molasses are added to a small amount of the dispersion medium and sufficiently dispersed by wet mixing to obtain a binder solution. The powder mixture and binder solution are then mixed to obtain a mixture of activated carbon 10 'on the dough. At this time, since the activated carbon mixture 10 'is a dough phase, it may be difficult to uniformly mix (completely disperse), and if the mixture is stirred for a predetermined time using a planetary mixer, a mixture suitable for preparing an electrode of the present invention may be obtained. have. In other words, a planetary mixer enables the production of a dough-like activated carbon mixture 10 'of uniform mixing.
상기 활성탄 분말은 본 발명과 관련한 전극 제조에 사용되고 있는 모든 활성탄을 사용할 수 있다. 예를 들어, 코코넛 쉘(shell)계 탄화 활성탄, 페놀 레진계 탄화 활성탄 등을 사용할 수 있으며, 이는 나노 튜브 형태를 포함한다. 또한 상기 도전제로는 카본 블랙을 유용하게 사용할 수 있으며, 상기 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE ; poly-tetrafluoroethylene), 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF ; polyvinylidenefloride), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC ; carboxymethylcellulose), 폴리비닐알코올(PVA ; poly vinyl alcohol), 폴리비닐부티랄(PVB ; poly vinyl butyral), 폴리비닐피롤리돈(PVP ; poly-N-vinylpyrrolidone), 스티렌부타디엔고무(SBR ; styrene butadiene rubber) 등으로부터 선택된 1종 또 는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고 상기 분산매는 에탄올(EtOH), 메틸 피롤리돈(NMP) 등의 유기 용매, 또는 물을 사용할 수 있다. As the activated carbon powder, any activated carbon used in the preparation of the electrode according to the present invention may be used. For example, coconut shell-based activated carbon, phenol resin-based activated carbon, and the like may be used, which includes a nanotube form. In addition, carbon black may be usefully used as the conductive agent, and the binder may be polytetrafluoroethylene (PTFE; poly-tetrafluoroethylene), polyvinylidene fluoride (PVdF; polyvinylidenefloride), carboxymethylcellulose (CMC) or carboxymethylcellulose (poly). Selected from vinyl alcohol (PVA; poly vinyl alcohol), polyvinyl butyral (PVB), polyvinylpyrrolidone (PVP; poly-N-vinylpyrrolidone), styrene butadiene rubber (SBR) It can be used 1 type or in mixture of 2 or more types. The dispersion medium may be an organic solvent such as ethanol (EtOH), methyl pyrrolidone (NMP), or water.
또한, 상기 활성탄 혼합물(10')의 배합량에 있어서는 활성탄 분말 100중량부에 대하여 도전제는 5~30중량부, 바인더는 5~10중량부, 당밀은 0.1~8중량부로 혼합 조성되는 것이 바람직하다. 그리고 분산매는 특별히 한정하는 것은 아니지만 35중량부 이하로 소량 첨가되어 반죽 상이 되게 한다. 바람직하게는 활성탄 분말 100중량부에 대하여 분산매는 8~30중량부로 조성된다. In addition, in the blending amount of the activated carbon mixture 10 ', the conductive agent is preferably 5-30 parts by weight, 5-10 parts by weight of the binder, and 0.1-8 parts by weight of molasses, based on 100 parts by weight of the activated carbon powder. . The dispersion medium is not particularly limited but may be added in a small amount up to 35 parts by weight to form a dough. Preferably, the dispersion medium is composed of 8 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the activated carbon powder.
위와 같은 활성탄 혼합물(10')은 본 발명에 따라서 프레스(140)에 의해 압착 성형된다. 도 2는 본 발명에 따른 전극의 제조방법을 설명하기 위한 공정도로서, 이는 본 발명의 전극 제조에 사용되는 프레스 성형기(100)의 개략적인 구성이 예시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프레스 성형기(100)는 몰드(125)가 형성된 성형틀(120)과, 상기 성형틀(120)의 상단에 설치되어 상하 이동되는 프레스(140)를 갖는다. 상기 활성탄 혼합물(10')은 성형틀(120)의 몰드(125)에 투입, 충진된 다음 프레스(140) 가압에 의해 압착 성형된다. 이때, 몰드(125)의 모양은 목적하고자 하는 전극(10)의 모양과 동일하다. 또한, 도 2에는 상기 성형틀(120)에 1개의 몰드(125)가 형성된 모습을 예시하였으나, 성형틀(120)에는 다수 개의 몰드(125)가 형성되어 있는 것이 공정상 바람직하다. 물론, 몰드(125)가 다수 개 형성된 경우 프레스(140)는 동일한 개수로 다수 개 설치된다. 그리고 프레스(140)의 상하 이동 방식은 유압, 공압 또는 전동프레스 방식(캠방식) 등이 모두 사용될 수 있다. 이때, 프레스(140)의 가압 압력은 5~20 ton/㎠로 하는 것이 좋다. The activated carbon mixture 10 'as described above is press-molded by the
상기와 같은 프레스 압착 공정을 거친 전극(10)은 본 발명에 따라서 소결 공정을 거친다. 소결 공정은 150℃~400℃에서 수행된다. 바람직하게는 150℃~300℃의 온도에서 수행된다. 이때, 소결 온도가 150℃ 미만인 경우 분산매의 증발이 어려워 바람직하지 않으며, 400℃를 초과하는 고온 소결 시에는 도전제(카본블랙)의 산화 및 바인더의 변형이 일어나므로 바람직하지 않다. 따라서 소결 온도는 적어도 150℃ 이상이어야 하며, 400℃를 넘지 말아야 한다. 그리고 소결 공정은 위와 같은 온도에서 약 2~6시간 동안 진행시키는 것이 좋다. 이와 같은 소결 공정은 전극(10)을 건조(분산매 증발)시킴과 동시에 분말 입자를 결속시켜 전극(10)의 강도를 향상시킨다. The
위와 같이 제조된 본 발명에 따른 전극(10)은 별도의 마무리 공정(재단, 펀칭 등) 없이 커패시터(제품)에 곧바로 적용될 수 있으며, 이는 펠렛(pellet) 형태로서 몰드(125)의 모양과 동일한 모양을 갖는다. 그리고 위와 같이 제조된 본 발명의 전극(10)은 0.5~2g/㎤의 전극 밀도를 가지며, 30F/cc 이상의 용량 구현이 가능하다. The
본 발명에 따른 전극(10)은 초고용량으로서 소형의 코인형 커패시터에 유용하게 적용될 수 있다. 도 3은 본 발명에 따른 전극(10)의 사용 상태도로서, 상기 전극(10)이 적용된 코인형 커패시터의 단면도를 보인 것이다. 도 3에서 도면부호 20은 도전체로서의 금속 캡이고, 도면부호 30은 상하 전극(10) 간의 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 세퍼레이터(separator)이며, 도면부호 40은 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락방지를 위한 가스켓이다. 이때, 상기 전극(10)은 금 속 캡(20)과 접착제에 의해 견고하게 고정된다. The
이하에서는 본 발명의 구체적인 시험 실시예 및 비교예를 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. Hereinafter, specific test examples and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are merely provided to explain the present invention in more detail, and do not limit the technical scope of the present invention.
[실시예] EXAMPLE
YP17 활성탄(일본, Kuraray chemical사 제품) 100중량부와 도전제로서 Super-p 블랙(일본, Kuraray chemical사 제품) 10중량부를 건식 혼합하였다. 그리고 이와는 별도로 물 35중량부에 PVA 10중량부 및 당밀(국내, (주)유원당밀 제품) 5중량부를 첨가하여 혼합하였다. 그리고 상기 두 혼합물을 Planetary mixer(제조사 : T.K, 모델명 : Hivis disper)에 투입하여 40분간 혼합 교반하여 완전 분산시켜 반죽 상의 활성탄 혼합물을 얻었다. 100 parts by weight of YP17 activated carbon (manufactured by Kuraray Chemical, Japan) and 10 parts by weight of Super-p black (manufactured by Kuraray Chemical, Japan) as a conductive agent were dry mixed. Separately, 10 parts by weight of PVA and 5 parts by weight of molasses (domestic molasses) were mixed with 35 parts by weight of water. The two mixtures were added to a Planetary mixer (manufacturer: T.K, model name: Hivis disper), mixed and stirred for 40 minutes to completely disperse to obtain a mixture of activated carbon on a dough.
다음으로, 상기 활성탄 혼합물을 도 2에 보인 바와 같은 프레스 성형기(100)의 몰드(125)에 적당량 충진한 다음, 12 ton/㎠의 압력으로 2초간 압착하였다. 그리고 압착된 성형물을 250℃로 유지되고 있는 전기오븐(국제엔지니어링사 제품)에 투입하여 3시간 동안 건조, 소결시켜 직경 12mm, 높이 700㎛의 크기를 가지는 전극 시편을 제조하였다. Next, the activated carbon mixture was filled in the
상기 제조된 전극 시편을 직경 18.5mm, 높이 2mm의 코인셀에 적용하여 전극 밀도, 용량, 등가직렬저항(ESR), 누설전류를 측정하여 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다. 이때, 코인셀을 제작함에 있어 전해액은 PC/TEABF4 1M을 사용하였다. 그리고 충전은 100mA로 2.5V까지 30분간 하였으며, 방전은 2.5V에서 1V까지 1mA로 실시하였다. 등가직렬저항(ESR)은 1KHz에서 실시하였으며, 누설전류는 2.5V에서 30분간 충전한 값으로 하였다. Applying the prepared electrode specimens to a coin cell of diameter 18.5mm, height 2mm to measure the electrode density, capacity, equivalent series resistance (ESR), leakage current is shown in Table 1 below. In this case, in preparing a coin cell, the electrolyte solution used was PC / TEABF4 1M. The charge was performed for 30 minutes to 2.5V at 100mA, and the discharge was performed at 2.5mA to 1V at 1mA. Equivalent series resistance (ESR) was performed at 1 KHz, and leakage current was set to a value charged for 30 minutes at 2.5V.
[비교예] [Comparative Example]
종래의 연신 방법으로 제조된 전극을 본 비교예로 하였다. 즉, 당밀이 첨가되지 않은 것으로서 페이시트 상태의 활성탄 혼합물(YP17 활성탄 : Super-p 블랙 : PTFE : 에탄올이 100 : 8 : 15 : 80 중량비율로 혼합)이 롤링 연신 공정을 거친 다음, 펀칭되어 제조된 전극 시편을 코인셀에 적용하여 사용하였다. 그리고 상기 실시예와 동일한 방법으로 전극 밀도, 용량, 등가직렬저항(ESR), 누설전류를 측정하였으며, 그 결과는 하기 [표 1]과 같다. The electrode manufactured by the conventional extending | stretching method was made into this comparative example. That is, molasses-free activated carbon mixture (YP17 activated carbon: Super-p black: PTFE: ethanol mixed at a weight ratio of 100: 8: 15: 80) in the form of no molasses was rolled and stretched, followed by punching. The prepared electrode specimens were applied to a coin cell. And the electrode density, capacity, equivalent series resistance (ESR), leakage current was measured in the same manner as in the above embodiment, the results are shown in Table 1 below.
상기 [표 1]에서 보인 바와 같이, 본 발명에 따른 펠렛(Pellet) 전극(실시예)은 종래 기술에 따른 비교예와 대비하여 동일한 활성탄을 사용함에도 전극 밀도가 30% 이상 향상되었음을 알 수 있으며, 단위 체적당 용량도 16% 이상 향상되었음 을 알 수 있다.As shown in Table 1, the pellet electrode (Example) according to the present invention can be seen that the electrode density is improved by more than 30% even when using the same activated carbon as compared to the comparative example according to the prior art, It can be seen that the capacity per unit volume was also improved by more than 16%.
또한 전극 밀도 향상에 의해 ESR 역시 향상된 값을 보여주고 있어 본 발명은 초고용량 커패시터의 전반적인 특성향상을 구현하였음을 알 수 있다. In addition, the ESR also shows an improved value due to the improved electrode density, and it can be seen that the present invention implements the overall characteristic improvement of the ultracapacitor.
전술한 바와 같이, 본 발명은 당밀의 첨가 및 프레스에 의한 압착 공정으로 전극 밀도가 비약적으로 증가되어 단위 체적당 높은 용량을 갖는 효과가 있다. As described above, the present invention has the effect of having a high capacity per unit volume by dramatically increasing the electrode density in the pressing process by the addition of molasses and pressing.
또한, 재단이나 펀칭 공정 없이 몰드의 모양에 따라 목적하는 모양의 전극을 얻을 수 있어 제조가 간단하며, 무엇보다 전극 손실량이 없어 수율 및 원가 절감에 큰 효과가 있다.
In addition, it is possible to obtain the electrode of the desired shape according to the shape of the mold without cutting or punching process, the production is simple, and there is no electrode loss amount above all, it has a great effect on yield and cost reduction.
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