KR20110135096A - 전기 에너지 저장 소자용 전극 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

고형물의 전극체가 기존에 비해 보다 높은 밀도 및 보다 낮은 비저항의 특성을 나타내도록 하여 높은 정전용량의 설계가 가능하고 우수한 전기적 특성을 갖는 전기 에너지 저장 소자용 전극 및 그의 제조방법을 제시한다. 제시된 본 발명은 55~60중량%의 구 형상의 페놀 레진계 탄화 활성탄을 포함하는 전극 조성물을 준비한다. 전극 조성물에 분산매를 사용하여 고형화된 도전성의 전극체를 얻는다. 전극체를 전극으로 만든다. 비표면적과 입자의 형태가 다른 복수 종류의 탄화 활성탄을 이용하여 고형화된 도전성의 전극체를 만듬으로써, 전극체가 높은 밀도 및 낮은 비저항의 특성을 나타낸다. 이에 의해, 높은 정전용량의 설계가 가능하며, 우수한 전기적 성능을 갖는 대용량 전기 에너지 저장 소자용 전극을 제공할 수 있게 된다. 전극체가 대략 0.65~0.80g/㎤ 범위로 높은 전극밀도와 함께 대략 0.01~0.02㎜Ω의 낮은 비저항을 가질 수 있어서, 동일 정전용량의 전극의 경우 본 발명의 전극의 두께를 보다 얇은 상태에서 제작이 가능하다. 또한, 동일 전극 두께 또는 동일 체적에서 보다 높은 전극 밀도에 의하여 보다 높은 정전용량을 갖는다.

Description

전기 에너지 저장 소자용 전극 및 그의 제조방법{An electrode for electric double layer capacitor and method of manufacturing an electrode}
본 발명은 전기 에너지 저장 소자용 전극 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비표면적과 활성탄 입자의 형태가 각기 다른 복수 종류의 탄화 활성탄을 이용한 대용량의 전기 에너지 저장 소자용 전극 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
캐패시터 또는 콘덴서와 같은 전기 에너지 저장 소자는 통전이 가능한 전극을 사용하여 전기적인 충전과 방전을 행한다.
그러한 종래의 전기 에너지 저장 소자는 휴대폰, GPS수신기, MP3 플레이어 등에 RTC(Real Time Clock)회로 또는 메모리 백업의 용도로 사용된다. 또한, 태양전지, 풍력발전 등의 순간적으로 발생하는 에너지를 저장하고 2차적으로 전지에 안정적인 충전을 할 수 있도록 하는 하이브리드 용도로도 사용된다. 그리고, 전기자동차 등의 초기구동시 및 고속 주행시 필요로 하는 고출력 에너지원 등으로 사용된다.
이러한 종래의 전기 에너지 저장 소자는 PCB기판에 실장된다. 최근에는 휴대폰, GPS수신기, MP3 플레이어 등이 점점 소형화되어 가고 있는 추세이어서, PCB기판상에 실장되는 부품에 대해서도 점점 소형화를 요구하고 있다.
소형화에 발맞추어 현재 출시되고 있는 종래의 전기 에너지 저장 소자의 일예를 설명하면 다음과 같다. 도 1은 일반적인 전기 에너지 저장 소자의 구성을 나타낸 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 개략적인 결합 단면도이다.
분극성의 내부 전극(12, 18)은 세퍼레이터(16)에 의해 상호 이격된다. 예를 들어, 내부 전극(12)은 양극이 되고, 내부 전극(18)은 음극이 된다. 내부 전극(12, 18) 및 세퍼레이터(16)는 금속의 케이스(10)와 캡(20)에 의해 유지된다. 케이스(10)는 내부 전극(12)과 전기적으로 통전되고, 캡(20)은 내부 전극(18)과 전기적으로 통전된다. 케이스(10)와 캡(20)은 가스켓(14)에 의해 코킹(caulking)되고 밀봉된다. 캡(20)의 하단부는 크림핑(crimping)되어 밀봉된다. 가스켓(14)은 케이스(10)와 캡(20)을 전기적으로 절연시킨다. 내부 전극(12, 18)의 표면에는 전해질(도시 생략)이 밀접하게 위치한다. 전해질은 외부의 전기 에너지를 물리적 또는 화학적인 에너지로 변환시킨다. 전해질은 액체상태, 고체상태 또는 겔 상태를 유지한다. 세퍼레이터(16)는 다공질 구조의 종이, 부직포 또는 폴리머 재질 등으로 이루어진다. 세퍼레이터(16)는 서로 다른 극성인 도전성의 내부 전극(12, 18)간의 접촉에 의한 전기적인 단락을 방지함과 더불어 전해질의 이동을 위한 통로 역할을 한다. 도 2와 같은 구성을 하나의 셀이라고 표현하기도 한다.
이와 같이 종래의 전기 에너지 저장 소자는 서로 다른 계면에 형성된 전기이중층에서 발생하는 전위차를 이용한 것으로서, 사용이 날로 증가하고 있다.
일반적으로, 종래의 전기 에너지 저장 소자의 내부 전극(12, 18)에는 미세한 세공(Pore)이 많이 형성되어 있다. 통상적으로, 내부 전극(12, 18)을 제조하기 위해 비표면적이 크고 전기전도성이 높은 활성탄, 활성탄의 입자들을 결합시키는 절연성의 바인더, 및 바인더에 의한 저항 증가를 방지하거나 전도성을 보상하기 위하여 첨가되는 전도성 첨가제를 일정비율로 혼합 조성하여 전극 조성물을 얻는다. 이러한 전극 조성물을 분산매에 혼합하여 슬러리 형태로 만든다. 그리고 나서, 슬러리를 알루미늄 포일 등의 금속 집전체 상에 코팅후 고착시켜 일정형태로 절단함으로써 내부 전극(12, 18)을 완성시킨다.
다시 말해서, 종래 전기 에너지 저장 소자용 전극 조성물을 조성함에 있어서, 도 3과 같이 입자의 형상이 무정형인 코코넛 쉘(shell)계 탄화 활성탄(비표면적 1,500~1,700㎡/g) 또는 입자의 형상이 무정형인 페놀 레진계 탄화 활성탄(비표면적 2,000~2,500㎡/g)을 대략 50~60중량% 정도 준비한다, 그리고, 바인더로서 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF; polyvinylidenefluoride) 또는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE; Polytetrafluoroethylene)을 대략 5~10중량% 정도 준비한다, 그리고 전도성 첨가제로서 카본 블랙을 대략 30~40중량% 정도 준비한다. 이와 같이 준비된 탄화 활성탄과 바인더 및 전도성 첨가제를 혼합 조성하여 전극 조성물을 만든다.
이러한 전극 조성물을 분산매(예컨대, N-메틸-2-피롤리돈(NMP; N-methyl-2-pyrrolidone) 또는 이소프로필알콜(IPA; isopropyl alcohol))을 사용하여 교반기를 통해 높은 점도를 갖는 고형화된 도전성의 전극체를 얻는다.
이어, 전극체를 대략 80℃~250℃ 정도의 온도상태를 유지하는 롤 프레스(Roll Press)를 통과시켜서 일정한 두께와 밀도를 나타내는 시트 상태의 전극을 제조하였다.
그러나, 종래 이러한 전극 조성물은 전극체를 구성하고 있는 분말활성탄의 입자가 무정형(도 3 참조, 대부분이 육면체, 사다리꼴, 막대형태 등)으로 구성되어 있다. 그에 따라, 전극체의 공극이 크며, 바인더가 불균일하게 분포되어 각기 다른 위치에서의 전기적인 특성(특히 비저항)이 일정하지 않게 된다.
이에 의해, 전극의 밀도 및 균일한 전기적인 특성에 대한 전극 제조과정에서의 조절이 용이하지 못하였다. 즉, 종래에는 대략 0.45~0.55g/㎤ 범위의 낮은 전극밀도로 인하여 정전용량이 작고, 절연체인 바인더가 공극의 크기에 따라 비저항이 대략 0.03~0.05㎜Ω 정도로 높은 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 고형물의 전극체가 기존에 비해 보다 높은 밀도 및 보다 낮은 비저항의 특성을 나타내도록 하여 높은 정전용량의 설계가 가능하고 우수한 전기적 특성을 갖는 전기 에너지 저장 소자용 전극 및 그의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 전기 에너지 저장 소자용 전극의 제조방법은, 55~60중량%의 구 형상의 페놀 레진계 탄화 활성탄을 포함하는 전극 조성물을 준비하는 단계; 전극 조성물에 분산매를 사용하여 고형화된 도전성의 전극체를 얻는 단계; 및 전극체를 전극으로 만드는 단계;를 포함한다.
바람직하게, 전극 조성물은 상기 페놀 레진계 탄화 활성탄, 15~20중량%의 코코넛 쉘계 탄화 활성탄, 바인더, 및 전도성 첨가제로 조성된다.
코코넛 쉘계 탄화 활성탄은 구 형상을 제외한 다른 형상으로 구성된다.
페놀 레진계 탄화 활성탄은 2,000~2,500㎡/g의 비표면적을 갖는다.
바인더는 0.1~5중량%의 테프론 계통의 폴리테트라플루오르에틸렌, 및 0.1~5중량%의 고무계통의 스티렌부타디엔러버를 포함한다.
전도성 첨가제는 15~20중량%의 카본 블랙을 포함한다.
전극체는 0.65~0.80g/㎤의 전극밀도를 갖고, 0.01~0.02㎜Ω의 비저항을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 전기 에너지 저장 소자용 전극은, 55~60중량%의 구 형상의 페놀 레진계 탄화 활성탄을 포함하는 전극 조성물을 이용하여 형성된다.
바람직하게, 전극 조성물은 페놀 레진계 탄화 활성탄, 15~20중량%의 코코넛 쉘계 탄화 활성탄, 바인더, 및 전도성 첨가제로 조성된다.
코코넛 쉘계 탄화 활성탄은 구 형상을 제외한 다른 형상으로 구성된다.
페놀 레진계 탄화 활성탄은 2,000~2,500㎡/g의 비표면적을 갖는다.
바인더는 0.1~5중량%의 테프론 계통의 폴리테트라플루오르에틸렌, 및 0.1~5중량%의 고무계통의 스티렌부타디엔러버를 포함한다.
전도성 첨가제는 15~20중량%의 카본 블랙을 포함한다.
이러한 구성의 본 발명에 따르면, 비표면적과 입자의 형태가 다른 복수 종류의 탄화 활성탄을 이용하여 고형화된 도전성의 전극체를 만듬으로써, 전극체가 높은 밀도 및 낮은 비저항의 특성을 나타낸다. 이에 의해, 높은 정전용량의 설계가 가능하며, 우수한 전기적 성능을 갖는 대용량 전기 에너지 저장 소자용 전극을 제공할 수 있게 된다.
전극체가 대략 0.65~0.80g/㎤ 범위로 높은 전극밀도와 함께 대략 0.01~0.02㎜Ω의 낮은 비저항을 가질 수 있어서, 동일 정전용량의 전극의 경우 본 발명의 전극의 두께를 보다 얇은 상태에서 제작이 가능하다. 또한, 동일 전극 두께 또는 동일 체적에서 보다 높은 전극 밀도에 의하여 보다 높은 정전용량을 갖는다.
분말 형태의 탄화 활성탄이 가지는 세공의 분포도와 공극이 최적으로 조절되어 전기 에너지 저장 소자의 용량설계가 가능하게 된다. 즉, 전기 에너지 저장 소자의 용량은 전해액내의 이온을 저장해주는 장소(세공)의 분포와 밀도에 직접적인 영향을 주기 때문에 세공의 분포도와 공극에 대한 조절에 의한 용량설계가 가능하게 된다.
도 1은 일반적인 전기 에너지 저장 소자의 구성을 나타낸 분해사시도이다.
도 2는 도 1의 개략적인 결합 단면도이다.
도 3은 일반적인 무정형의 코코넛 쉘계 탄화 활성탄 입자의 확대사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 저장 소자용 전극에 사용되는 구 형상의 페놀 레진계 탄화 활성탄 입자의 확대사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 저장 소자용 전극 및 그의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 실시예는 분말 활성탄을 전극물질에 적용함에 있어서 종래와 같이 비표면적이 대략 1,500~1,700㎡/g 정도이고 입자의 형태가 무정형인 코코넛 쉘(shell)계 탄화 활성탄을 사용한다. 그와 더불어 본 발명의 실시예는 비표면적이 대략 2,000~2,500㎡/g 정도이고 입자의 형태가 구 형상인 페놀 레진계 탄화 활성탄을 새롭게 추가시킨 것이 특징이라고 할 수 있다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 저장 소자용 전극의 제조방법에 대해 설명한다.
1) 전극 조성물을 준비한다
비표면적과 입자의 형태가 서로 다른 두 종류의 탄화 활성탄을 바인더 및 전도성 첨가제와 혼합하여 전극 조성물을 만든다.
여기서, 두 종류의 탄화 활성탄은 비표면적이 대략 1,500~1,700㎡/g 정도이고 입자의 형태가 무정형(대부분이 육면체, 사다리꼴, 막대형태 등)인 15~20중량% 정도의 코코넛 쉘(shell)계 탄화 활성탄, 및 비표면적이 대략 2,000~2,500㎡/g이고 도 4와 같이 입자의 형태가 구 형상인 55~60중량% 정도의 페놀 레진계 탄화 활성탄이다. 본 발명의 실시예에서 서로 다른 입자 형상의 분말 활성탄을 사용하는 이유는 서로 다른 입자형상의 분말활성탄이 서로의 공극을 최소화시켜 준다. 그에 의해, 전극밀도의 극대화가 가능하여 높은 정전용량을 나타낼 수 있는 효과를 발휘한다.
본 발명의 실시예에서는 비표면적이 대략 2,000~2,500㎡/g이고 도 4와 같이 입자의 형태가 구 형상인 55~60중량% 정도의 페놀 레진계 탄화 활성탄을 추가로 사용하게 되는데, 바람직하게는 상기 예시한 55~60중량%을 유지하는 것이 좋다.
상기 예시된 페놀 레진계 탄화 활성탄의 조성 비율을 55중량%보다 낮게 하였을 경우에는 코코넛 쉘계 탄화 활성탄 사이에 페놀 레진계 탄화 활성탄이 너무 적은 양으로 들어가게 되어 코코넛 쉘계 탄화 활성탄 사이의 공극을 줄이는 효과가 거의 없게 된다. 그에 따라, 바인더가 상대적으로 많이 사용되어 전극 강도는 높일 수 있겠지만 기존과 비교하여 전극 밀도의 상승은 없게 된다.
반대로, 상기 예시된 페놀 레진계 탄화 활성탄의 조성 비율을 60중량%보다 높게 하였을 경우에는 코코넛 쉘계 탄화 활성탄 사이에 페놀 레진계 탄화 활성탄이 너무 많은 양으로 들어가게 되어 바인더가 상대적으로 많은 양으로 사용된다. 그에 따라, 전극 강도가 약해지게 되고 제대로 된 전극 형상을 구현하기 어렵게 된다.
본 발명의 실시예에 기재된 페놀 레진계 탄화 활성탄의 형상은 단면이 원형이어서 단면의 지름이 일정한 구 형상이어도 되고, 단면이 타원형이어서 단면의 지름이 긴 지름과 짧은 지름으로 나누어지는 구 형상이어도 무방하다. 여기서, 긴 지름과 짧은 지름의 차이는 적절하게 조절가능하다. 본 발명의 청구범위에 기재된 구 형상이라 함은 단면의 지름이 일정한 구 형상 및 단면의 지름이 긴 지름과 짧은 지름으로 나누어지는 구 형상을 모두 포함하는 것으로 이해하여도 무방하다.
바인더는 전극 강도 및 형상 구현에 도움을 준다. 바람직하게, 바인더는 테프론 계통(Teflon)의 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE; polytetrafluoroethylene) 0.1~5중량% 정도, 및 후술할 고형화된 도전성의 전극체에 높은 점도를 부여하기 위해 고무계통의 스티렌부타디엔러버(SBR; styrene butadiene rubber) 0.1~5중량% 정도를 사용한다.
전도성 첨가제는 전기 전도성 및 저항에 영향을 미친다. 바람직하게, 전도성 첨가제는 대략 15~20중량% 정도의 카본 블랙을 사용한다. 전도성 첨가제를 다량으로 첨가할 경우 이는 곧 정전용량을 감소시키는 원인이 되므로, 가급적 최소량으로 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서는 대략 15~20중량% 정도의 카본 블랙으로도 높은 전기 전도성 및 저항 감소 등의 효과를 얻을 수 있다.
상술한 탄화 활성탄과 바인더 및 전도성 첨가제의 중량비는 전극 조성물 전체 중량에 대한 중량%이다.
2) 고형화된 도전성의 전극체를 얻는다.
앞서 설명한 전극 조성물을 분산매를 사용하여 교반기(도시 생략)를 통해 높은 점도를 갖는 고형화된 도전성의 전극체를 얻는다. 바람직하게는, 앞서의 전극 조성물에 분산매를 소량씩 첨가해 가면서 원하는 점도를 갖도록 교반하면서 고형화된 도전성의 전극체를 얻는다.
여기서, 분산매는 높은 점성을 갖는 스티렌부타디엔러버(SBR)의 분산성을 높이기 위해 이소프로필알콜(IPA; isopropyl alcohol)을 사용한다.
한편, 앞서의 전극 조성물은 이소프로필알콜(IPA) 등의 용매를 포함한 물(증류수)에 의해서도 분산될 수 있다.
3) 전극을 완성시킨다.
앞서 설명한 고형화된 도전성의 전극체를 대략 80℃~250℃ 정도의 온도상태를 유지하는 롤 프레스(Roll Press)를 통과시켜 일정한 두께와 밀도를 가지는 시트 상태의 대용량 전기 에너지 저장 소자용 전극을 제조한다.
다시 말해서, 고형화된 도전성의 전극체를 대략 80℃~250℃ 정도의 온도로 가열된 롤(heating roll)을 사용하여 압착한다. 이와 같이 가열된 롤을 사용하여 압착 공정을 수행함에 따라 전극물질은 공극이 충분히 밀착된다. 이와 더불어, 탄화 활성탄 입자 상호간은 충분히 밀착되어 입자 상호간의 접촉이 긴밀해지고, 단위 체적당 분말 활성탄 입자의 밀도가 증가됨에 따라 접촉저항이 감소된다. 이는 결국 전기 에너지 저장소자 전체로서 고려하는 경우에 있어서의 내부저항이 감소되는 효과를 발휘한다.
상술한 1), 2), 3)의 과정을 순차적으로 거치게 되면 본 발명의 실시예에서 얻고자 하는 전극을 완성시키게 된다.
이와 같이 설명한 본 발명 실시예의 제조방법에 의하면, 분말활성탄의 공극이 최소화됨으로서 절연성의 바인더의 사용량이 감소하게 되고 전도성 첨가제로서 입자 자체에 세공(pore)이 형성되지 않은 카본 블랙은 대략 15~20중량%로 최소의 중량비로 사용된다.
고형화된 전도성의 전극체가 대략 0.65~0.80g/㎤ 정도의 높은 전극밀도를 가질 수 있을 뿐만 아니라 대략 0.01~0.02㎜Ω 정도의 낮은 비저항을 가질 수 있게 된다. 이에 따라, 동일 정전용량의 전극의 경우 본 발명의 전극의 두께를 보다 얇은 상태에서 제작이 가능하며, 동일 전극 두께 또는 동일 체적에서 높은 전극 밀도에 의하여 높은 정전용량을 갖는다.
상술한 바와 같이 전극 조성물을 적정하게 조성함으로써 대용량 전기 에너지 저장 소자에 요구되는 정전용량, 내부저항 및 누설전류 등의 우수한 전기적 성능을 얻게 된다. 또한, 분산매로 교반하여 얻어진 도전성의 전극체의 점도 상태에 따라 밀도조절이 가능하다. 높은 점도에 의해 전극 밀도가 증가되어 높은 정전용량을 갖게 된다. 아울러, 롤 프레스의 간단한 조작에 의하여 전극의 두께 조절이 가능하여 정전용량을 임의적으로 조절할 수 있게 된다.
특히, 탄화 분말활성탄이 가지는 세공의 분포도와 공극이 최적으로 조절되어 전기 에너지 저장 소자의 용량설계가 가능하게 된다. 즉, 전기 에너지 저장 소자의 용량은 전해액내의 이온을 저장해주는 장소(세공)의 분포와 밀도에 직접적인 영향을 주기 때문에 세공의 분포도와 공극에 대한 조절에 의한 용량설계가 가능하게 된다.
본 발명은 대용량 전기에너지 저장소자에 요구되는 정전용량, 내부저항 및 누설전류 등의 우수한 전기적 성능을 확보한 상태에서 도전성의 전극체의 두께를 감소시킨다. 이에 따라, 전기에너지 저장소자의 제품 두께를 감소시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전기 에너지 저장 소자용 전극이 채용된 코인형 전기 에너지 저장 소자에 대한 실험 결과를 비교예와 함께 비교하여 살펴본다.
(실시예 설명)
비표면적이 1,500~1,700㎡/g이고 입자의 형태가 무정형인 코코넛 쉘계 탄화 활성탄 20중량%, 및 비표면적이 2,000~2,500㎡/g이고 입자의 형태가 구 형상인 페놀 레진계 탄화 활성탄 55중량%를 용기에 투입하였다. 그리고, 용기에 PTFE 4중량%, SBR 1중량%, 및 카본 블랙 20중량%를 첨가하여 전극 조성물을 만들었다. 그리고, 분산매로서 IPA를 소량씩 첨가해 가면서 고형상태가 되도록 저속 교반하여 고형화된 도전성의 전극체를 얻었다. 이때, 고형상태가 하나의 단량체로 이르렀을 때 IPA 투입을 중단하였다.
고형화된 도전성의 전극체를 180℃로 가열된 롤 프레스에서 압착 성형 공정을 수행하여 두께가 300㎛인 시트 상태의 전극을 제작하였다.
이와 같이 제조된 전극을 직경 2.0㎜로 펀칭하여 동전 형태의 전극을 제작한 후 도전성 페이스트를 이용하여 금속소재의 케이스(10) 및 캡(20) 내부에 접착하였다.
도 1과 같이 전극(12, 18)이 접착된 케이스(10)와 캡(20) 사이에 가스켓(14)을 삽입한다. 케이스(10)와 캡(20) 내부의 두 전극(12, 18) 표면에 용매로서 프로필렌카보네이트(PC;propylene carbonate)와 용질로서 테트라플로우로보레이트(TEABF4; tetraetyl ammonium tetrafluoroborate)로 구성된 0.1N농도의 유기계 전해액을 함침하였다. 함침된 두 전극(12, 18) 사이에 다공질 부직포 소재의 세퍼레이터(16)를 직경 3.0㎜로 펀칭하여 위치해준 후 클림핑(crimping) 금형을 이용하여 도 2와 같은 코인 형태의 셀을 제작하였다.
상술한 바와 같은 실시예에 따른 전극으로 구성한 코인형 전기 에너지 저장 소자에 대하여 전극밀도, 비저항, 정전용량, 누설전류 및 내부저항을 평가하였다. 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다. 하기의 표 1에서, 실시예 1 ~ 실시예 5는 상술한 실시예의 과정에 따라 제조된 5개의 샘플(코인형 전기 에너지 저장 소자)에 대한 실험 결과이다.
(비교예 설명)
입자가 무정형인 코코넛 쉘계 탄화 활성탄(비표면적 1,500~1,700㎡/g)을 10중량%, 입자가 무정형인 페놀 레진계 탄화 활성탄(비표면적 2,000~2,500㎡/g)을 50중량%, 바인더로서 PTFE 10중량%, 및 전도성 첨가제로서 카본 블랙 30중량%를 혼합 조성하였다. 이러한 전극 조성물을 분산매 IPA를 사용하여 교반기를 통해 높은 점도를 갖는 고형화된 도전성의 전극체를 얻었다. 도전성의 전극체를 150℃의 온도상태를 유지하는 롤 프레스를 통과시켜 300㎛인 시트상태의 전극을 제작하였다.
상술한 바에 의해 얻어진 전극 시트를 상술한 실시예와 동일한 방법으로 펀칭, 접착, 함침, 클림핑 공정을 수행하여 코인 형태의 전기 에너지 저장 소자에 적용하였다.
그리고, 이에 대하여 상술한 실시예와 동일한 방법으로 전극밀도, 비저항, 정전용량, 누설전류 및 내부저항을 평가하였다. 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다. 하기의 표 1에서, 비교예 1 ~ 비교예5는 상술한 비교예의 과정에 따라 제조된 5개의 샘플(코인형 전기 에너지 저장 소자)에 대한 실험 결과이다.
비고 전극밀도
(g/㎤)		 전극 비저항
(㎜Ω)		 정전용량
(F)		 누설전류
(㎂)		 내부저항
(Ω)
실시예 1 0.66 0.01 0.10 5 44
실시예 2 0.67 0.01 0.10 5 45
실시예 3 0.66 0.01 0.10 5 44
실시예 4 0.67 0.01 0.10 4 45
실시예 5 0.67 0.01 0.10 3 46
비교예 1 0.45 0.04 0.07 17 89
비교예 2 0.51 0.04 0.08 15 88
비교예 3 0.47 0.03 0.07 18 100
비교예 4 0.52 0.05 0.08 23 115
비교예 5 0.49 0.03 0.07 12 109
상기 표 1의 실시예와 비교예를 서로 비교하여 보면, 실시예에서와 같이 본 발명에서 설정한 조성 비율을 지키게 되면 우수한 전기적 특성을 얻게 된다.
즉, 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 전극이 적용된 전기 에너지 저장 소자는 전극의 전극밀도 및 전극 비저항이 우수하다. 그에 따라, 적용한 셀의 정전용량, 누설전류 및 내부저항에 있어서 우수한 전기적 특성을 보이고 있음을 알 수 있다. 그리고, 전극 밀도 및 전기 전도도가 우수하여 상대적으로 누설전류의 감소 특성이 있으며, 이는 곧 높은 충전 효율을 발휘할 것이라고 사료된다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
10 : 케이스 12, 18 : 내부 전극
14 : 가스켓 16 : 세퍼레이터
20 : 캡

Claims (14)

  1. 55~60중량%의 구 형상의 페놀 레진계 탄화 활성탄을 포함하는 전극 조성물을 준비하는 단계;
    상기 전극 조성물에 분산매를 사용하여 고형화된 도전성의 전극체를 얻는 단계; 및
    상기 전극체를 전극으로 만드는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 조성물은 상기 페놀 레진계 탄화 활성탄, 15~20중량%의 코코넛 쉘계 탄화 활성탄, 바인더, 및 전도성 첨가제로 조성된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 코코넛 쉘계 탄화 활성탄은 상기 구 형상을 제외한 다른 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극의 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 페놀 레진계 탄화 활성탄은 2,000~2,500㎡/g의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극의 제조방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 바인더는 0.1~5중량%의 테프론 계통의 폴리테트라플루오르에틸렌, 및 0.1~5중량%의 고무계통의 스티렌부타디엔러버를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극의 제조방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 전도성 첨가제는 15~20중량%의 카본 블랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극체는 0.65~0.80g/㎤의 전극밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극체는 0.01~0.02㎜Ω의 비저항을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극의 제조방법.
  9. 55~60중량%의 구 형상의 페놀 레진계 탄화 활성탄을 포함하는 전극 조성물을 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전극 조성물은 상기 페놀 레진계 탄화 활성탄, 15~20중량%의 코코넛 쉘계 탄화 활성탄, 바인더, 및 전도성 첨가제로 조성된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 코코넛 쉘계 탄화 활성탄은 상기 구 형상을 제외한 다른 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 페놀 레진계 탄화 활성탄은 2,000~2,500㎡/g의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 바인더는 0.1~5중량%의 테프론 계통의 폴리테트라플루오르에틸렌, 및 0.1~5중량%의 고무계통의 스티렌부타디엔러버를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 전도성 첨가제는 15~20중량%의 카본 블랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 소자용 전극.
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