KR20080029480A - 리튬 이차 전지, 및 하이브리드 커패시터 - Google Patents

리튬 이차 전지, 및 하이브리드 커패시터 Download PDF

Info

Publication number
KR20080029480A
KR20080029480A KR1020060095684A KR20060095684A KR20080029480A KR 20080029480 A KR20080029480 A KR 20080029480A KR 1020060095684 A KR1020060095684 A KR 1020060095684A KR 20060095684 A KR20060095684 A KR 20060095684A KR 20080029480 A KR20080029480 A KR 20080029480A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
electrode active
negative electrode
lithium
carbon
Prior art date
Application number
KR1020060095684A
Other languages
English (en)
Inventor
선양국
방현주
윤지훈
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020060095684A priority Critical patent/KR20080029480A/ko
Publication of KR20080029480A publication Critical patent/KR20080029480A/ko

Links

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
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/04—Hybrid capacitors
    • H01G11/06—Hybrid capacitors with one of the electrodes allowing ions to be reversibly doped thereinto, e.g. lithium ion capacitors [LIC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/50—Electrodes characterised by their material specially adapted for lithium-ion capacitors, e.g. for lithium-doping or for intercalation
    • 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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • 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
    • 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
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • 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
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

본 발명은 리튬 이차 전지, 및 하이브리드 커패시터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 이들 사이에 존재하는 전해질을 포함하고, 상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 제1 양극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 양극 활물질이 9.7:0.3 내지 5:5 의 중량비로 혼합되고, 상기 음극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물, 리튬의 가역적인 알로이/디알로이가 가능한 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 제1 음극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 음극 활물질(여기에서, 상기 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질은 서로 다름.)이 9.7:0.3 내지 5:5 의 중량비로 혼합된 것이다.
상기 음극 활물질은 과량의 에너지를 장시간 동안 보전할 수 있어, 종래 커. 패시터의 음극 활물질로 활성탄을 단독으로 사용시 발생되는 문제를 해소함으로써, 에너지 밀도 및 출력 밀도를 향상시켜 고율, 장수명 및 고용량의 하이브리드 커패시터의 제작을 가능하게 한다.
리튬이차전지, 하이브리드커패시터, 탄소계물질, 음극복합활물질

Description

리튬 이차 전지, 및 하이브리드 커패시터{LITHIUM SECONDARY BATTERY, AND HYBRID CAPACITOR}
[산업상 이용분야]
본 발명은 리튬 이차 전지, 및 하이브리드 커패시터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 밀도 및 출력 밀도가 향상되어 고율, 장수명 및 고용량 특성을 가지는 리튬 이차 전지, 및 하이브리드 커패시터에 관한 것이다.
[종래기술]
비수 전해액계 리튬 이차 전지는 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션 반응을 이용하여 전기에너지를 저장하는 축전기로서 고용량의 충방전이 가능하다. 이에 에너지 저장장치로서 유망하다.
또한 비수 전해액계 하이브리드 커패시터는 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션 반응과 전극과 전해질간의 계면에서 발생되는 전기 이중층에 전하를 흡, 탈착하는 원리를 이용하여 에너지를 저장하는 축전기로서 대전류로 충방전이 가능하고 고용량을 가지고 있다. 이에 전기자동차, 보조전원 등의 에너지 저장장치로서 유망하다.
종래의 비수 전해액계 리튬 이차 전지의 전극은 금속 박막 위에 에너지 저장 반응에 참여하는 활물질과 고분자로 이루어진 바인더 및 전기 전도도를 높여주기 위한 도전제를 일정한 비율로 혼합하여 도포되어 있다.
상기 활물질은 전기 전도도가 좋지 않아 고전류의 충방전에서 좋지 않은 특성을 보이는 것이 알려져 있다. 따라서 리튬 이차 전지는 고전류 및 고출력을 필요로 하는 장치에는 사용되기가 힘들다.
이에 본 발명자는 상기 전술한 바와 같은 방식의 접근이 아니라 리튬 이차 전지용 전극을 제작할 때 기존의 활물질에 탄소계 음극 활물질을 혼합하여 전기 전도도를 높이고 고전류 충방전에서 뛰어난 용량 증가를 보이는 전극을 제안한다.
본 발명의 목적은 과량의 에너지를 장시간 동안 보전이 가능할 뿐만 아니라 에너지 밀도 및 출력 밀도가 향상되어 고율, 장수명 및 고용량 특성을 가지는 에너지 저장장치를 위한 음극 활물질을 포함하는 리튬 이차 전지, 및 하이브리드 커패시터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 이들 사이에 존재하는 전해질을 포함하고, 상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 제1 양극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 양극 활물질이 9.7:0.3 내지 5:5의 중량비로 혼합되고, 상기 음극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인 터칼레이션이 가능한 화합물, 리튬의 가역적인 알로이/디알로이가 가능한 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 제1 음극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 음극 활물질(여기에서, 상기 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질은 서로 다름.)이 9.7:0.3 내지 5:5의 중량비로 혼합된 것인 리튬 이차 전지를 제공한다.
본 발명은 또한, 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 이들 사이에 존재하는 전해질을 포함하고, 상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 제1 양극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 양극 활물질이 9.7:0.3 내지 5:5의 중량비로 혼합되고, 상기 음극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물, 리튬의 가역적인 알로이/디알로이가 가능한 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 제1 음극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 음극 활물(여기에서, 상기 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질은 서로 다름.)질이 9.7:0.3 내지 5:5의 중량비로 혼합된 것인 하이브리드 커패시터를 제공한다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 제1 실시형태에 따른 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 이들 사이에 존재하는 전해질을 포함하고, 상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 제1 양극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 양극 활물질이 9.7:0.3 내지 5:5의 중량비로 혼합되고, 상기 음극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이 션이 가능한 화합물, 리튬의 가역적인 알로이/디알로이가 가능한 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 제1 음극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 음극 활물질(여기에서, 상기 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질은 서로 다름.)이 9.7:0.3 내지 5:5의 중량비로 혼합된 것인 리튬 이차 전지를 제공한다.
상기 제1 음극 활물질의 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물은 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질 탄소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 탄소질; 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; 리튬 박막; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물이다.
또한 상기 제1 음극 활물질의 리튬과 알로이/디알로이가 가능한 금속은 Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si 합금, Sn 합금, Al 합금 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다.
상기 제2 음극 활물질의 탄소계 물질은 흑연계, 활성탄계, 하드 카본, 소프트 카본, 탄소 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함한다.
이때 상기 하드 카본은 페놀수지, 퓨란수지, 폴리아미드 수지, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 수지를 소성하여 제조하는 것이 바람직하고, 상기 소프트 카본은 석탄계 핏치, 석유계 핏치, 석탄계 오일, 콜타르, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 탄소 전구체를 소성하여 제조하는 것이 바람직하다.
상기 음극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물, 리튬의 가역적인 알로이/디알로이가 가능한 화합물 및 이들의 혼합물로 이 루어진 군에서 선택된 1종의 제1 음극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 음극 활물질(여기에서, 상기 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질은 서로 다름.)이 9.7:0.3 내지 5:5의 중량비, 바람직하기로 9.5:0.5 내지 5:5의 중량비로 혼합되고, 더욱 바람직하기로 9:1 내지 6:4의 중량비로 혼합된다.
이때 상기 탄소계 물질을 포함하는 제2 음극 활물질의 함량비가 0.3 미만이면 상기 탄소계 물질이 리튬과의 가역적인 반응을 일으키지 않아 활물질로서 작용하지 않고 도전제로서만 작용하여 바람직하지 않고, 이와 반대로 5를 초과하면 제1 음극 활물질과 리튬의 반응보다 제2 음극 활물질과 리튬의 반응이 우세하게 되고, 고전압에서 전해액이 분해되는 등 불필요한 반응이 일어나므로 바람직하지 않다.
상기 음극 활물질의 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물, 리튬과 알로이/디알로이가 가능한 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 제1 음극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 음극 활물질의 혼합물은, 도전제 및 바인더를 혼합하여 음극 형성용 조성물을 제조한 후, 이 조성물을 구리 포일 등의 음극 전류 집전체에 도포한 후 압연하여 전극, 바람직하기로 음극으로 제조된다.
상기 도전제는 화학 변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말, 또는 금속 섬유 등이 가능하다.
또한 상기 바인더는 본 발명에서 특별하게 한정하지는 않으며, 이 분야에서 통상적으로 사용되는 것이 가능하다. 대표적으로 스티렌-부타디엔 러버(SBR), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 불소계 고무 등이 가능하다.
이러한 음극 활물질을 포함하는 상기 음극은 리튬 이차 전지 또는 하이브리드 커패시터의 전극으로 바람직하게 도입된다.
본 발명의 제2 실시형태에 따른 리튬 이차 전지는 양극 활물질을 포함하는 양극; 상기 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 이들 사이에 존재하는 전해질을 포함한다.
리튬 이차 전지는 음극, 양극, 이 음극 및 양극 사이에 세퍼레이터를 배치하여 전극 조립체를 제조하고, 이를 케이스에 장착시킨 후 전해액을 주입하여 상기 음극, 상기 양극 및 상기 세퍼레이터가 전해액에 함침되도록 한다. 상기 리튬 이차 전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수 있고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 이들 전지의 구조와 제조방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
이때 상기 음극은 본 발명에 따른 음극 활물질을 포함하는 전극이 사용된다.
상기 양극은 양극 활물질을 포함한다. 상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 제1 양극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 활물질을 혼합 사용한다.
이때 상기 제1 양극 활물질의 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물은 리튬 복합금속 산화물 또는 리튬 함유 칼코게나이드 화합물이다. 바람직하기로, 상기 리튬 복합금속 산화물 또는 리튬 함유 칼코게나이드 화합물은 적어도 하나의 Ni, Co 또는 Mn의 금속을 포함하며, 선택적으로 Mg, Al, Cr, V, Ti, Cr, Fe, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, W, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속을 포함한다.
더욱 바람직하기로, 상기 제1 양극 활물질의 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물은 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물이 가능하다:
[화학식 1]
LiaNi1 -x-y- zCoxMnyMzO2 -δ P δ
(상기 화학식 1에서, M은 Mg, Al, Cr, V, Ti, Cr, Fe, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종의 원소이고, 0.95≤a≤1.2, 0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.3, 및 0<δ≤0.1이다.)
[화학식 2]
LiaNixCoyMn2 -x-y- zMzO4 -δPδ
(상기 화학식 2에서, M은 Mg, Al, Cr, V, Ti, Cr, Fe, Zr, Zn, Si, Y, Nb, Ga, Sn, Mo, 및 W로 이루어진 군에서 선택된 1종의 원소이고, P는 F 또는 S 중에서 선택된 원소이고, 0.95≤a≤1.2, 0≤x≤0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.3 및 0<δ≤0.1이 다.)
이때 상기 화학식 1 및 2의 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물은 큐빅 결정 구조를 가지는 스피넬 화합물이다.
특히 상기 제2 양극 활물질의 탄소계 물질은 흑연계, 활성탄계, 하드 카본, 소프트 카본, 탄소 섬유 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종을 포함한다.
이때 상기 하드 카본은 페놀수지, 퓨란수지, 폴리아미드 수지, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 수지를 소성하여 제조하는 것이 바람직하고, 상기 소프트 카본은 석탄계 핏치, 석유계 핏치, 석탄계 오일, 콜타르, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 탄소 전구체를 소성하여 제조하는 것이 바람직하다.
바람직하기로 상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 제1 양극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 양극 활물질이 9.7:0.3 내지 5:5의 중량비, 바람직하기로 9.5:0.5 내지 5:5의 중량비로 혼합되고, 더욱 바람직하기로 9:1 내지 6:4의 중량비로 혼합된다.
이때 상기 탄소계 물질을 포함하는 제2 양극 활물질의 함량비가 0.3 미만이면 상기 탄소계 물질이 리튬과의 가역적인 반응을 일으키지 않아 활물질로서 작용하지 않고 도전제로서만 작용하여 바람직하지 않고, 이와 반대로 5를 초과하면 제1 양극 활물질과 리튬의 반응보다 제2 양극 활물질과 리튬의 반응이 우세하게 되고, 고전압에서 전해액이 분해되는 등 불필요한 반응이 일어나므로 바람직하지 않다.
상기 양극은 음극과 마찬가지로 상기 양극 활물질인 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 제1 양극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 양극 활물질의 혼합물은, 도전제 및 바인더를 혼합하여 양극 형성용 조성물을 제조한 후, 이 조성물을 알루미늄 포일 등의 양극 전류 집전체에 도포한 후 압연하여 제조될 수 있다.
상기 전해질로는 비수성 전해질 또는 공지된 고체 전해질 등이 사용 가능하며, 리튬염이 용해된 것을 사용한다.
상기 리튬염은 커패시터에서 통상적으로 사용되는 리튬염으로서 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들면 LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 또는 LiAsF6 등이 있다.
상기 비수성 전해질의 용매는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 환상 카보네이트; 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트; 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티로락톤 등의 에스테르류; 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등의 에테르류; 아세토니트릴 등의 니트릴류; 디메틸포름아미드 등의 아미드류 등을 사용할 수 있다.
또한 전해질로서, 폴리에틸렌옥시드, 폴리아크릴로니트릴 등의 중합체 전해질에 전해액을 함침한 겔상 중합체 전해질이나, LiI, Li3N 등의 무기 고체 전해질이 가능하다.
이때 음극으로 본 발명에 따른 음극 활물질을 사용함으로써 종래 전지의 충전 과정 중 전해질의 산화에 의해 생성되는 산에 의해 음극 활물질이 용해되는 문제를 해소할 뿐만 아니라 전해액과 음극 활물질 간의 반응을 억제한다. 그 결과 리튬 이차 전지의 충방전 특성, 수명특성, 고전압 특성, 고율 특성 및 열 안전성을 향상시킨다.
또한 본 발명의 제3 실시형태에 따른 하이브리드 커패시터는 양극 활물질을 포함하는 양극; 상기 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 이들 사이에 존재하는 전해질을 포함한다.
하이브리드 커패시터는 음극, 양극, 이 음극 및 양극 사이에 세퍼레이터를 배치하여 전극 조립체를 제조하고, 이를 케이스에 장착시킨 후 전해액을 주입하여 상기 음극, 상기 양극 및 상기 세퍼레이터가 전해액에 함침되도록 한다.
이때 상기 음극은 본 발명에 따른 음극 활물질을 포함하는 전극이 사용된다.
이때 상기 양극, 세퍼레이터 및 전해액은 상기 제2 실시형태에서 언급한 바를 따른다.
상기 하이브리드 커패시터는 음극으로 본 발명에 따른 음극 활물질을 사용함으로써 종래 전기 이중층 커패시터와 비교하여 빠른 충방전이 이루어질 때에도 용량 및 수명 특성이 증가 된다.
이는 종래 전기 이중층 커패시터가 음극과 양극을 모두 활성탄을 사용한 경우와 비교하여 우수한 특성을 나타내는 데, 구체적으로 기존의 전기 이중층 커패시 터의 흡착 반응과 함께 리튬 이온의 디인터칼레이션 반응으로 높은 에너지를 저장할 수 있으며 또한 자가 방전률을 낮출 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의해 탄소계 음극 활물질을 포함하는 음극을 구비한 리튬 이차 전지 및 하이브리드 커패시터를 제조하였다. 이러한 리튬 이차 전지 및 하이브리드 커패시터는 고율 특성이 우수할 뿐만 아니라 고용량, 고효율, 및 장수명의 특성이 있다.

Claims (12)

  1. 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 이들 사이에 존재하는 전해질을 포함하고,
    상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 제1 양극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 양극 활물질이 9.7:0.3 내지 5:5의 중량비로 혼합되고,
    상기 음극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물, 리튬의 가역적인 알로이/디알로이가 가능한 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 제1 음극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 음극 활물질(여기에서, 상기 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질은 서로 다름.)이 9.7:0.3 내지 5:5의 중량비로 혼합된 것인 리튬 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음극 활물질은 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질(여기에서, 상기 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질은 서로 다름.)이 9.5:0.5 내지 5:5의 중량비로 혼합된 것인 리튬 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음극 활물질은 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질(여기에서, 상기 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질은 서로 다름.)이 9:1 내지 6:4의 중량비로 혼합된 것인 리튬 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 음극 활물질의 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물은 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질 탄소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 탄소질; 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; 리튬 박막; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물을 포함하는 것인 리튬 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 음극 활물질의 리튬과 알로이/디알로이가 가능한 금속은 Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si 합금, Sn 합금, Al 합금 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속인 것인 리튬 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 음극 활물질의 탄소계 물질은 흑연계, 활성탄계, 하드 카본, 소프트 카본 및 탄소 섬유를 포함하는 것인 리튬 이차 전지.
  7. 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 이들 사이 에 존재하는 전해질을 포함하고,
    상기 양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물을 포함하는 제1 양극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 양극 활물질이 9.7:0.3 내지 5:5의 중량비로 혼합되고,
    상기 음극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물, 리튬의 가역적인 알로이/디알로이가 가능한 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 제1 음극 활물질과 탄소계 물질을 포함하는 제2 음극 활물질(여기에서, 상기 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질은 서로 다름.)이 9.7:0.3 내지 5:5의 중량비로 혼합된 것인 하이브리드 커패시터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 음극 활물질은 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질(여기에서, 상기 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질은 서로 다름.)이 9.5:0.5 내지 5:5의 중량비로 혼합된 것인 하이브리드 커패시터.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 음극 활물질은 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질(여기에서, 상기 제1 음극 활물질과 제2 음극 활물질은 서로 다름.)이 9:1 내지 6:4의 중량비로 혼합된 것인 하이브리드 커패시터.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 음극 활물질의 리튬의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 화합물은 인조흑연, 천연흑연, 흑연화 탄소섬유, 비정질 탄소 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 탄소질; 리튬과 합금화가 가능한 금속질 화합물; 리튬 박막; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물을 포함하는 것인 하이브리드 커패시터.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 음극 활물질의 리튬과 알로이/디알로이가 가능한 금속은 Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Si 합금, Sn 합금, Al 합금 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속인 것인 하이브리드 커패시터.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제2 음극 활물질의 탄소계 물질은 흑연계, 활성탄계, 하드 카본, 소프트 카본 및 탄소 섬유를 포함하는 것인 하이브리드 커패시터.
KR1020060095684A 2006-09-29 2006-09-29 리튬 이차 전지, 및 하이브리드 커패시터 KR20080029480A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060095684A KR20080029480A (ko) 2006-09-29 2006-09-29 리튬 이차 전지, 및 하이브리드 커패시터

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060095684A KR20080029480A (ko) 2006-09-29 2006-09-29 리튬 이차 전지, 및 하이브리드 커패시터

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080029480A true KR20080029480A (ko) 2008-04-03

Family

ID=39532050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060095684A KR20080029480A (ko) 2006-09-29 2006-09-29 리튬 이차 전지, 및 하이브리드 커패시터

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20080029480A (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101278888B1 (ko) * 2011-03-31 2013-07-30 비나텍주식회사 하이브리드 커패시터용 음극 구조물 및 이를 이용한 하이브리드 커패시터
EP2746220A2 (de) 2012-12-21 2014-06-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mit einem Interkalationsmaterial beschichtete Partikeln mit großer Oberfläche, Verfahren zu deren Herstellung sowie Verwendung der Partikeln in Hybridelektroden und hochkapazitativen Doppelschichtkondensatoren und schnellen Batterien
US9252422B2 (en) 2010-09-13 2016-02-02 Samsung Sdi Co., Ltd. Positive electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same
US9508982B2 (en) 2012-04-30 2016-11-29 Samsung Sdi Co., Ltd. Negative electrode composition for rechargeable lithium battery, negative electrode comprising same and rechargeable lithium battery comprising same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9252422B2 (en) 2010-09-13 2016-02-02 Samsung Sdi Co., Ltd. Positive electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same
KR101278888B1 (ko) * 2011-03-31 2013-07-30 비나텍주식회사 하이브리드 커패시터용 음극 구조물 및 이를 이용한 하이브리드 커패시터
US9508982B2 (en) 2012-04-30 2016-11-29 Samsung Sdi Co., Ltd. Negative electrode composition for rechargeable lithium battery, negative electrode comprising same and rechargeable lithium battery comprising same
EP2746220A2 (de) 2012-12-21 2014-06-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mit einem Interkalationsmaterial beschichtete Partikeln mit großer Oberfläche, Verfahren zu deren Herstellung sowie Verwendung der Partikeln in Hybridelektroden und hochkapazitativen Doppelschichtkondensatoren und schnellen Batterien
DE102012112909A1 (de) 2012-12-21 2014-07-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mit einem Faraday'schen Speichermaterial beschichtete Partikel mit großer Oberfläche, Hybridelektroden, die diese Partikel enthalten und Verwendung der Hybridelektroden in hochkapazitiven Doppelschichtkondensatoren und schnellen Batterien

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10326136B2 (en) Porous carbonized composite material for high-performing silicon anodes
CN112313819B (zh) 制造用于锂二次电池的负极的方法和制造锂二次电池的方法
US9748574B2 (en) Anode and secondary battery
JP4837614B2 (ja) リチウム二次電池
KR100834053B1 (ko) 양극, 이를 포함하는 리튬 이차 전지, 및 이를 포함하는 하이브리드 커패시터
US20120231341A1 (en) Positive active material, and electrode and lithium battery containing the positive active material
US9005824B2 (en) Lithium secondary battery
KR20180087162A (ko) 고온 저장 특성이 향상된 리튬 이차전지의 제조 방법
KR20090020487A (ko) 비수 전해액 2차 전지
JP2010135329A (ja) カソード及びこれを採用したリチウム電池
US9673446B2 (en) Lithium ion secondary battery containing a negative electrode material layer containing Si and O as constituent elements
KR20180129184A (ko) 이차전지용 양극의 제조방법, 이와 같이 제조된 이차전지용 양극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
US10840508B2 (en) Lithium ion secondary battery
US10637048B2 (en) Silicon anode materials
CN111492525A (zh) 电解质和包含所述电解质的锂二次电池
JP3526786B2 (ja) リチウム二次電池
JP2012084426A (ja) 非水電解質二次電池
JP5216973B2 (ja) 非水二次電池および非水二次電池システム
JPH04162357A (ja) 非水系二次電池
JP2010186689A (ja) 非水電解液二次電池
KR102621167B1 (ko) 리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR20080029480A (ko) 리튬 이차 전지, 및 하이브리드 커패시터
CN112018342A (zh) 正极活性物质和使用该正极活性物质的二次电池
JP2007335318A (ja) 非水電解質二次電池
CN109643828B (zh) 非水电解质蓄电元件

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid