KR20080057329A - 리튬 이온 축전지용 탄소 함유 물질 및 리튬 이온 축전지 - Google Patents

리튬 이온 축전지용 탄소 함유 물질 및 리튬 이온 축전지 Download PDF

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Abstract

리튬 이온 축전지용 탄소 함유 물질은 전기 공학에 관한 것이다.
리튬 이온 축전지용 탄소 함유 물질은 13-40 MHz 범위의 전기 방전 주파수, 0.01-0.1 W/cm3의 전기 방전 전력 및 0.2-1.13 Torr 범위의 무기 가스 또는 무기 가스 혼합물의 압력에서 300-500초 동안 무기 가스 또는 무기 가스들의 혼합물 매질중 가스 플라즈마에 의하여 처리된 분산된 흑연 및/또는 탄소 나노구조물을 포함한다.
리튬 이온 축전지는 양극, 음극, 전해질 및 격리판을 포함하고, 하나의 전극이 상기 탄소 함유 물질을 기재로 하여 제조된다.
상기 물질은 그 정제 및 제조를 위하여 복잡한 기술을 필요로 하지 않고, 리튬 이온 축전지의 전극에 사용될 때, 전극의 비 전기 용량을 상당히 증가시킨다.

Description

리튬 이온 축전지용 탄소 함유 물질 및 리튬 이온 축전지{CARBON-CONTAINING MATERIAL FOR A LITHIUM-ION BATTERY AND A LITHIUM-ION BATTERY}
본 발명은 전기 공학에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 리튬 이온 축전지에 관한 것이다.
오늘날, 리튬 이온 축전지는 휴대용 전자 장치뿐만 아니라 다양한 운송 수단을 위한 에너지 공급원으로서 널리 사용된다. 충전가능한 리튬 이온 축전지는 충분한 전압 및 우수한 전기 용량 모두를 제공하며 다른 유형의 충전가능한 배터리와 비교할 때 뛰어난 비 에너지 용량을 특징으로 한다.
최초의 상업화된 리튬 이온 축전지는 1980년대에 개발된 이후에 전극으로서 금속 리튬을 사용하였으며, 극히 위험하고 신뢰할 수가 없었다. 최근에는 대개 리튬 산화물(LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2)이 캐쏘드 물질로서 사용되고, 탄소 물질(주로 흑연)이 애노드로서 사용되며, LiPF6과 사이클릭 및 선형 카보네이트로 구성된 용매가 전해질로서 사용된다. 리튬 이온 축전지의 작동 원리는 배터리 충전 동안 리튬 이온의 애노드 삽입(intercalation) 및 축전지가 작동하는 동안(방전시), 중성의 리튬 원자가 에너지를 잃음으로써 캐쏘드를 향해 확산되는 Li+ 이온을 형성할 때의 리튬 탈리(deintercalation)에 기초한다. 흑연 애노드는 리튬 이온을 확실하고 안전하게 축적하며 372 mAh/g에 필적하는 비용량의 이론적 한계값을 갖는데, 이는 하나의 리튬 원자에 대한 6개 탄소 원자의 삽입, 즉 화학식 LiC6에 상응한다. (99.99% 이상의) 고도로 순수한 흑연은 (제 1 사이클 동안) 이론적 한계값에 근접한 비용량 및 제 1 사이클 동안 90% 이상의 방전 효율로 리튬 이온을 확실하고 안전하게 축적한다. 그러나, 현재까지 상용화된 전형적인 배터리는 250-300 mAh/g 범위 내의 비용량을 가질 뿐이다.
그렇기 때문에, (적어도, 372 mAh/g의 이론적 한계에 근접한) 증가된 비용량을 갖는 리튬 이온 축전지에 대한 요구가 꾸준히 증가하고 있으며, 따라서 장래성 있는 신규 물질, 특히 리튬 이온 축전지의 애노드를 위한 탄소 나노물질의 검색이 이루어지고 있다.
애노드는 리튬 이온 축전지의 출력 특성에 결정적인 역할을 하며, 이는 용량 및 수명의 결정에 가장 책임이 있는 부분이다. 리튬 이온 축전지의 모든 생산자들은 정당한 비용으로 축전지 특성을 본질적으로 향상시킬 수 있는 탄소 애노드 물질을 개발하기 위하여 노력하고 있다.
제 1 사이클에서 500 mAh/g 이상의 축적을 가능하게 하는 무정형 탄소가 대형 배터리용으로 매우 전도유망하다(H. Fujimoto, N.Chinnasamy, A.Mabuchi, and T.Kasuh. - Anode Materials for Li-ion Battery. - In Proc. Electrochemical Society Meeting, 2003, IMLB 12 Meeting). 그러나, 제 1 사이클에서의 상당한 전 기 용량 손실이 이러한 물질을 휴대용 전자 장치에 사용되는 소형 축전지에 이용하는 것에 큰 장애가 된다.
미국 특허 제6,503,660호(IC H01M 10/24, 2003년 1월 1일 공개)에는, 97% 이상의 결정도 및 20-120 m2/g 범위의 비표면적을 갖는 소위 라멜라형(lamellar, 소판 GNFs), 고무형(리본 GNFs) 및 "헤링본" 유형(헤링본 GNFs)의 상이한 구조의 탄소 나노섬유(CNFs)를 기재로 하는 애노드, 리튬염 전해질 및 캐쏘드를 포함하는 리튬 이온 축전지가 공지되어 있다.
상기 공지 축전지의 단점은 제 1 사이클 방전의 효율이 낮다는 것이다.
신규 탄소 나노물질, 특히 흑연의 특성(높은 결정화도) 및 무정형류 탄소의 특성(높은 비표면적)의 조합을 갖는 탄소 나노튜브(CNTs)가 리튬 이온 축전지의 애노드 물질을 개선하기 위하여 매우 전도유망하다.
이러한 이유로, 연구자들은 이론적으로 큰 용량을 얻을 수 있는 단일벽 탄소 나노튜브(SWCNTs)에 많은 관심을 기울이고 있다.
미국 특허 제6,280,697호(IC C01B 031/00, 2001년 8월 28일 공개)에는 80 부피% 이상의 단일벽 탄소 나노튜브를 포함하고 알칼리 금속, 특히 리튬을 삽입시킬 수 있는, 리튬 이온 축전지용 탄소 함유 물질이 개시되어 있다.
이러한 탄소 함유 물질은 정제된 SWCNTs의 사용으로 인하여 제 1 사이클에서 애노드 방전의 비 전기 용량을 600 mAh/g까지 증가시킬 수 있다(화학식 Li1 ,6C6 삽입에 상응함). 그러나, 이러한 물질의 제조에 사용되는 볼 밀에서 정제된 SWCNTs를 기계적으로 분쇄하면 볼의 물질(대개, 스테인레스 스틸)에 의한 오염을 초래하여, 분쇄 후에 정제 작업을 반복할 필요가 있을 수 있다. 또 다른 단점은 제 1 사이클 동안 방전 효율이 낮고(60%), (제 1 사이클) 이후의 사이클에서 용량이 크게 감소되며, 물질의 가격이 비싸서 따라서 축전지의 가격도 비싸다는 것이다.
미국 공개특허 제20030099883호(IC H01M 4/52, 2003년 5월 29일 공개)에는 전해질 및 격리판뿐 아니라, 애노드 및 캐쏘드와 같은 복수의 전극을 포함하고, 적어도 하나의 전극이 단일벽 탄소 나노튜브를 1.0질량% 이하의 양으로 포함하는 전도성 물질로 만들어진 리튬 이온 축전지가 개시되어 있다.
또한, SWCNTs는 265 mAh/g(SWCNTs 부재)에서 290 mAh/g(SWCNTs 존재)로 비 전기 용량을 향상시킬 수 있다. 소량의 CNTs 첨가는 CNT 축전지 제조 기술을 기존의 기술에 맞게 적용시키는 것을 도와주고, 1-5질량% 이하의 금속을 함유하는 물질을 다룰 수 있게 되기 때문에 SWCNT 물질의 정제를 위한 요구조건을 낮출 수 있게 한다. 그러나, 1.0질량% SWCNT의 첨가는 축전지의 가격을 10-20% 상승시킨다.
지금까지 다중벽 탄소 나노튜브(MWCNTs)가 가장 쉽게 이용되어 왔으며, 이들 대부분은 탄소 또는 탄소 산화물의 다양한 분해물의 도움으로 촉매 나노입자 위에 성장된 MWCNTs이다.
본 출원의 물질에 가장 근접한 것으로서 0.1 내지 100nm 크기의 입자를 갖는 응집되거나 응집되지 않은 덩어리 형태이고 두께 2 내지 5nm 및 외경 3.5 내지 75nm의 벽을 갖는 중공 튜브로서 제조된 탄소 피브릴을 포함하는 Li 이온 축전지용 탄소 함유 물질이 있다(미국 특허 제5,879,836호, IC H01M 4/60, 1999년 3월 9일 공개).
이러한 공지 물질의 단점들 중에, 고도로 흑연화된 MWCNTs의 사용, 결과적으로 상대적으로 낮은 비 방전 용량 및 극도로 낮은 제 1 방전 효율을 고려하여야 한다.
본 출원의 축전지에 가장 근접한 것으로서, 애노드, 캐쏘드, 전해질, 및 애노드를 캐쏘드와 구분짓는 격리판 막을 포함하는 리튬 이온 축전지가 있다(미국 공개특허 제20040131937호, IC H01M 4/58, 2004년 6월 8일 공개). 이 경우의 애노드는 그 표면 위에 성장된 외경 10-100nm의 다중벽 탄소 나노튜브를 갖는 기판으로서 제조된다. 캐쏘드는 10-100nm의 입자 크기를 갖는 LixCoyNizO2 조성의 다수의 나노입자를 포함한다.
상기 공지된 리튬 이온 축전지의 단점 중에, 매우 복잡한 애노드 제조 기술 및 축전지의 높은 가격을 고려하여야 한다.
발명의 개시
본 발명의 과제는 정제 및 제조에 복잡한 기술을 요하지 않고 리튬 이온 축전지의 전극에 사용될 때 가격의 유의적 변동 없이 비용량을 증가시킬 수 있는 탄소 함유 물질 및 이에 기초한 리튬 이온 축전지를 개발하는 것이다.
이러한 과제는 발명자에 의하여 일반적인 개념으로 결합된 일군의 발명에 의하여 해결된다.
상기 물질에 관한 한, 리튬 이온 축전지용 탄소 함유 물질이, 13-40 MHz 범위의 전기 방전 주파수, 0.01-0.1 W/cm3의 전기 방전 전력 및 0.2-1.13 Torr 범위의 무기 가스 또는 무기 가스 혼합물의 압력에서 300-500초 동안 무기 가스 또는 무기 가스들의 혼합물 매질중 가스 플라즈마에 의하여 처리된, 분산된 흑연 및/또는 탄소 나노 구조물을 함유함으로써 본 과제가 해결된다.
구상화 흑연 또는 흑연 섬유를 분산된 흑연으로서 사용할 수 있다.
단일- 또는 다중벽 나노튜브, 및 "나노오니온(nanoonions)", "나노혼(nanohorns)", "나노콘(nanocones)"와 같은 나노구조물 등을 분산된 탄소 나노구조물로서 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 과제는, Li 이온 축전지가 양극, 음극, 전해질 및 격리판을 포함하고 적어도 하나의 전극이 13-40 MHz 범위의 전기 방전 주파수, 0.001-0.1 W/cm3의 전기 방전 전력 및 0.2-1.13 Torr 범위의 무기 가스 또는 무기 가스 혼합물의 압력에서 300-500초 동안 무기 가스 또는 무기 가스들의 혼합물 매질중 가스 플라즈마에 의하여 처리된 분산된 흑연 및/또는 탄소 나노구조물을 포함하는 탄소 함유 물질에 기초하여 제조됨으로써 해결된다.
상기 탄소 함유 물질에 기초하여, 리튬 이온 축전지를 위한 양극 및/또는 음극을 제조할 수 있다.
리튬 이온 축전지의 전극 제조시, 구상화 흑연 또는 흑연 섬유를 분산된 흑연으로서 사용할 수 있으며, 단일- 또는 다중벽 나노튜브를 분산된 탄소 나노구조물로서 사용할 수 있다.
리튬 이온 축전지에서, 13-40 MHz 범위의 전기 방전 주파수, 0.01-0.1 W/cm3의 전기 방전 전력 및 0.2-1.13 Torr 범위의 무기 가스 또는 무기 가스 혼합물의 압력에서 300-500초 동안 무기 가스 또는 무기 가스들의 혼합물 매질중 가스 플라즈마에 의하여 처리된 격리판이 사용될 수 있다. 이러한 격리판의 처리는 전해질의 흡수를 증가시켜서 축전지의 용량을 20-25% 증가시킨다.
상기 물질은 도면에 제시된 유닛에서 처리될 수 있다:
도 1은 유닛의 종단면을 도시한 것이고;
도 2는 유닛의 종단면을 도시한 또 다른 도면이다.
플라즈마 처리를 위한 유닛(도 1)은 로딩 호퍼(2), 및 게이트(4)가 구비된 리시빙 호퍼(3)가 설치된 플라즈마 챔버(1)를 포함한다. 플라즈마 챔버(1)의 내부에, 이송 기구(5)가 롤(6) 위에 장착된 컨베이어 벨트(7)의 형태로 배치된다. 롤(6) 중 하나는 구동 장치(도시되지 않음)에 의하여 구동되어 회전된다. 평판 전극(8)은 컨베이어 벨트(7) 위에 배치되고, 플라즈마 챔버(1)의 케이스가 제 2 전극(9)으로 사용된다. 전극(8 및 9)는 고주파 발전기(10)에 연결된다. 전극(8)의 홀더(11)가 절연체(12)를 통과한다. 또한, 다양한 무기 가스, 예컨대 산소, 질소, 아르곤, 이들의 혼합물, 및 공기를 플라즈마 챔버(1)에 공급하기 위한 밸브(14)가 구비된 몇몇 저장기(13)가 유닛에 설치된다. 챔버(1)에 미리 조절한 압력을 발생시키기 위하여 밸브(15)를 통하여 챔버(1)가 진공 시스템(16)과 연결된다. 전극(8 및 9)는 임의의 공지된 불활성 비자성 전도성 물질, 예를 들면, 구리 또는 알루미늄으로 제조된다. 플라즈마 챔버(1)에는 물 공급 시스템(19)과 밸브(18)를 통하여 연결된 분무기(17)가 설치된다; 컨베이어 벨트(7)에는 진동자(20)이 설치된다; 전극(8) 및 챔버(1)의 벽은 저장기(22)로부터 밸브(21)를 통하여 공급되고 밸브(23)을 통하여 회수되는 냉각제의 순환에 의하여 냉각될 수 있도록 속이 비게 만들어진다(챔버(1) 벽의 공동에 냉각제를 공급하고 전극(8)의 공동으로부터 냉각제를 회수하기 위한 파이프라인은 도면에 도시되지 않음). 기계적이거나, 음파 또는 초음파를 이용한 임의의 공지된 진동자가 진동자(20)로서 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 유닛은 이송 기구(5)가 스테인레스 스틸제의 골(trough, 24)로 이루어져 있고 편심식 구동 장치(25) 상에 장착되어서, 회전하는 동안 골(24)이 수직 및 수평 평면으로 동시에 교대로 운동하여, 플리핑 물질(flipping material, 26)이 처리된후 리시빙 호퍼(3) 쪽으로 옮겨진다는 점에서 상이하다. 또한, 플라즈마 챔버(1)에는 물이 충전된 저장기(27)가 장착되고, 고주파 발전기(10)에 연결된 골(24)이 전극(9)의 기능을 수행한다.
리튬 이온 축전지를 위해 적용되는 물질은 다음과 같이 제조된다.
필요하다면, 분산된 흑연(구상화 흑연 또는 흑연 섬유) 또는 탄소 나노 구조물 형태의 초기 물질이 공지된 분쇄 유닛, 예를 들면, 볼 밀 또는 디스크 밀, 진동 밀 또는 디스인티그레이터(disintegrator)에서 예비적으로 환원된다. 금속 볼 또 는 금속 분쇄기를 사용할 때, 얻어진 분말(또는 과립)은 분쇄후 혼합된 물질을 예비적으로 제거하기 위하여 산, 예를 들면, HCl 또는 HNO3로 세척한다. 이어서, 물질을 건조 오븐 또는 진공 건조기에서 불활성 대기 중에 건조시키고, 유닛의 플라즈마 챔버(1)의 구동 장치(25)를 갖는 골(24)(도 2) 또는 컨베이어 벨트(7)(도 1) 위에 두께 1mm 이하의 균일한 층으로서 배치한다. 플라즈마 챔버(1)에서, 고주파 발전기(10)으로부터 전극(8 및 9)에 전압이 가해짐으로써 상이한 크기의(non-isometric) 비-평형 고주파 플라즈마 방전이 발생한다. 물질은, 0.2-1.13 Torr 범위의 압력, 13-40 MHz 범위의 전기 방전 주파수 및 0.01-0.1 W/cm3의 전기 방전 전력에서 저장기(13)에서 공급된 무기 가스 또는 무기 가스들의 혼합물 매질 중에서300-500초 동안 처리된다. 공기, 아르곤, 질소, 헬륨, 산소, 수소, 네온, 크세논, 이산화탄소, 이산화질소, 염소 및 불소 함유 가스, 수증기 또는 이들의 혼합물을 무기 가스로서 사용할 수 있다. 물질이 300초 미만동안 처리되면, 그 특성이 변화하지 않는 반면, 500초를 초과하여 처리되면, 물질의 상당량이 소실된다(연소됨).
실시예 1
슈피리어 그래파이트 캄파니(Superior Grafite Co., USA)의 "포뮬라 BT SLC 150" 흑연을 플라즈마 방전에서 처리하였다. 플라즈마 방전은 잔류 압력 0.5 Torr, 0.1 W/cm3에 필적하는 전기 방전의 비전력, 및 주파수 13 MHz에서 이산화탄소 매질 중에 발생시켰다. 흑연을 유닛의 작업 챔버의 트레이 위에 두께 약 0.5 mm의 층으로 배치하였다. 400초동안 처리하였다. 플라즈마 처리 결과 얻어진 물질을 사용하여 리튬 이온 축전지용 애노드를 만들었다. 축전지 제조시, LP-40 MERCK 전해질 및 MPPF(미세다공성 폴리프로필렌 필름) 격리판을 사용하였고, LiCoO2를 캐쏘드 제조에 사용하였다. 비교를 위하여, 동일한 흑연으로 제조되었지만 플라즈마 방전으로 처리되지 않은 애노드를 갖는 축전지를 만들었다. 본 발명의 물질로 제조된 애노드를 갖는 축전지는 400 mAh/g의 비 전기 용량 및 98%의 활성부 이용 계수(factor of active-mass utilization)를 갖는 반면, 처리되지 않은 흑연으로 제조된 애노드를 갖는 축전지는 290 mAh/g의 비 용량 및 91%의 활성부 이용 계수를 나타내었다.
실시예 2
단일벽 탄소 나노튜브(SWCNTs)를 0.1-0.3mm의 얇은 층으로 플라즈마 유닛의 플라즈마 챔버(도 1) 내에 배치하였다. 다음의 조건을 챔버 내에 만들었다: 0.2 Torr의 잔류 압력으로 아르곤 및 공기를 포함하는 가스 매질, 0.01 W/cm3에 필적하는 전기 방전의 비전력 및 27MHz의 주파수. 비전력값은 처리되는 물질의 질량(10g)에 따라서 선택하였다. 단일벽 탄소 나노튜브의 각 뱃치를 250초, 300초, 480초, 600초, 900초 및 1200초 동안 처리하였다. 250초 동안 처리하였을 때, 물질의 특성은 변화되지 않았다. 600초 및 900초 동안 처리한 후, 물질의 상당 부분(70-90 질량%)이 소실되었으며, 1200초 동안 처리한 후, 물질은 완전히 소실되었다. 300초 및 480초 동안 처리한 후, 물질의 소실은 35-40 질량%를 초과하지 않았 고, SWCNT 특성은 급격하게 기본적으로 변화하였다: 소수성을 갖는 초기 물질이 친수성이 되었고, CCl4 수착(sorption)이 30-50 질량% 증가되었고, 메탄올 수착이 40-80 질량% 증가되었다.
처리되지 않은 단일벽 탄소 나노튜브로 제조된 애노드를 갖는 축전지는 980 mAh/g의 비 전기 용량 및 92%의 활성부 이용 계수를 나타내었다. 플라즈마에서 처리된 본 발명의 물질로 제조된 애노드를 갖는 축전지는 2010 mAh/g의 비 전기 용량 및 98%에 달하는 활성부 이용 계수를 나타내었다.
실시예 3
다중벽 탄소 나노튜브(MWCNTs)를 0.3-0.5mm 두께의 얇은 층으로 유닛의 플라즈마 챔버 내에 배치하였다. 다음의 조건을 챔버 내에 만들었다: 1.13 Torr의 잔류 압력, 0.07 W/cm3의 전기 방전의 비전력, 40MHz의 주파수 및 500초의 처리 시간에서 아르곤, 산소, 수소, 헬륨 및 이들의 혼합물을 가스 매질로 사용하였다. 나노 튜브의 질량 소실은 40 질량%를 초과하지 않았다. 플라즈마 처리 결과, 메탄올 수착이 30 질량% 증가하였고 수소 수착이 12질량% 증가하였다.
실시예 4
가장 일반적인 평균 길이 100-200nm, 외경 5-14nm 및 내경 1.2-3.5nm를 갖는 다중벽 탄소 나노튜브에서 니켈 및 철 미세-혼합물을 HNO3 산을 사용하는 공지의 화학 공정에 따라서 예비 정제한 다음, 금속 물질을 가하지 않은 채 디스인티그레이터에서 건조시키고 유닛의 플라즈마 챔버 내에 두께 0.4-0.5mm의 균일한 층으로 배 치하였다. 처리 변수는 다음과 같다: 0.5 Torr의 잔류 압력에서 아르곤 및 공기로 이루어진 가스 매질, 0.05 W/cm3의 전기 방전의 비전력, 40MHz의 주파수 및 450초의 처리 시간. 오염 가능성을 배제하고 얻어진 특성을 보존하기 위하여, 처리 후, 처리된 물질은 대기압에서 2700초 동안 헬륨 및 아르곤으로 충전되었다. 리튬 이온 축전지용 애노드를 처리된 물질로 제조하였다. 하나의 LP-40 MERCK 전해질 및 MPPF 격리판이 5개의 축전지를 제조하는데 사용되었다. LiCoC2를 캐쏘드로 사용하였다. 축전지는 다음과 같은 변수를 나타내었다: 543-617 mAh/g의 비 전기 용량 및 95%-98%의 활성부 이용 계수.
실시예 5
실시예 1처럼, 즉 슈피리어 그래파이트 캄파니(USA)에 의해 제조된 "포뮬라 BT SLC" 150 흑연에서 플라즈마 처리 결과 얻어진 물질을 리튬 이온 축전지의 애노드 및 캐쏘드를 제조하기 위하여 사용하였다. 캐쏘드는 20 질량%의 양으로 상기 물질을 첨가하여 LiCoO2를 포함하였다. 축전지를 제조하기 위하여, LP-40 MERCK 전해질 및 MPPF 격리판(미세다공성 폴리프로필렌 필름)을 사용하였다. 비교를 위하여, 플라즈마 방전에 의하여 처리되지 않은 동일한 흑연으로 제조한 LiCoO2 캐쏘드 및 애노드로 축전지를 제조하였다. 본 발명의 물질을 사용하여 제조한 애노드 및 캐쏘드를 갖는 축전지는 480 mAh/g의 비 전기 용량 및 98%에 필적하는 활성부 이용 계수를 나타내었고, 처리되지 않은 흑연으로 제조된 애노드 및 LiCoO2로 제조된 캐 쏘드를 갖는 축전지는 290 mAh/g의 비용량 및 91%의 활성부 이용계수를 나타내었다.
실시예 6
리튬 이온 축전지용 애노드를 실시예 3에서와 같이 처리한 다중벽 탄소 나노튜브 물질로 제조하였다. 또한, MPPF 격리판을 0.7 Torr의 잔류 압력, 0.1 W/cm3의 전기 방전의 비전력 및 27 MHz의 주파수에서 400초 동안 CO2 매질에서 플라즈마 방전 처리하였다.
LP-40 MERCK 전해질을 축전지 제조시 사용하였고, LiCoO2를 캐쏘드에 사용하였다. 축전지는 다음의 변수를 나타내었다: 668 mAh/g의 비 전기 용량 및 98%의 활성부 이용 계수. 플라즈마 방전 처리되지 않은 격리판을 사용한 리튬 이온 축전지와 비교시, 플라즈마 방전으로 처리된 격리판을 갖는 축전지의 비 전기 용량은 25% 증가하였다.
축전지 제조시 본 발명의 물질을 사용함으로써, 축전지 가격은 단지 10-15% 증가되지만, 축전지의 전기적 변수는 50-100% 향상된다.
또한, 실제로 축전지를 제조하는 것이 그 제조 기술을 변화시키지 않는다는 점을 주지하여야 한다.

Claims (13)

13-40 MHz 범위의 전기 방전 주파수, 0.01-0.1 W/cm3의 전기 방전 전력 및 0.2-1.13 Torr 범위의 무기 가스 또는 무기 가스 혼합물의 압력에서 300-500초 동안 무기 가스 또는 무기 가스들의 혼합물 매질중 가스 플라즈마에 의하여 처리된, 분산된 흑연 및/또는 탄소 나노 구조물을 포함하는 리튬 이온 축전지용 탄소 함유 물질.
제 1 항에 있어서, 상기 분산된 흑연으로서 구상화 흑연이 사용된 탄소 함유 물질.
제 1 항에 있어서, 상기 분산된 흑연으로서 흑연 섬유가 사용된 탄소 함유 물질.
제 1 항에 있어서, 단일벽 나노튜브가 상기 분산된 탄소 나노 구조물로 사용된 탄소 함유 물질.
제 1 항에 있어서, 다중벽 나노튜브가 상기 분산된 탄소 나노 구조물로 사용된 탄소 함유 물질.
양극, 음극, 전해질 및 격리판을 포함하는 리튬 이온 축전지로서, 적어도 하나의 전극이 13-40 MHz 범위의 전기 방전 주파수, 0.01-0.1 W/cm3의 전기 방전 전력 및 0.2-1.13 Torr 범위의 무기 가스 또는 무기 가스 혼합물의 압력에서 300-500초 동안 무기 가스 또는 무기 가스들의 혼합물 매질중 가스 플라즈마에 의하여 처리된, 분산된 흑연 및/또는 탄소 나노 구조물을 포함하는 탄소 함유 물질을 기재로 하여 제조된 리튬 이온 축전지.
제 6 항에 있어서, 양극이 상기 탄소 함유 물질을 기재로 하여 제조된 축전지.
제 6 항에 있어서, 음극이 상기 탄소 함유 물질을 기재로 하여 제조된 축전지.
제 6 항에 있어서, 상기 분산된 흑연으로서 구상화 흑연이 사용된 축전지.
제 6 항에 있어서, 상기 분산된 흑연으로서 흑연 섬유가 사용된 축전지.
제 6 항에 있어서, 단일벽 나노튜브가 상기 분산된 탄소 나노구조물로 사용 된 축전지.
제 6 항에 있어서, 다중벽 나노튜브가 상기 분산된 탄소 나노구조물로 사용된 축전지.
제 6 항에 있어서, 13-40 MHz 범위의 전기 방전 주파수, 0.01-0.1 W/cm3의 전기 방전 전력 및 0.2-1.13 Torr 범위의 무기 가스 또는 무기 가스 혼합물의 압력에서 300-500초 동안 무기 가스 또는 무기 가스들의 혼합물 매질중 가스 플라즈마에 의하여 처리된 격리판을 사용한 축전지.
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