KR20150002666A - 에너지 저장장치용 전극과 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장장치(40)나 시스템용 전극과 그 제조방법에 관한 것으로, 전극내의 유연한 바인더가 어떤 첨가제에 의해 활성회도고 고속 혼합으로 도전 활성 입자들(44)에 균일하게 침착된다. 활성화된 바인더 입자들(42)이 침착된 입자들을 압착하여 전극필름을 형성한다. 전극필름, 적층전극, 울트라커패시터, 리튬이온 커패시터, 배터리, 연료전지, 하이브리드셀과 같은 고성능이고 비용효율적인 제품들과, 에너지 저장시스템을 본 발명의 방법으로 제조할 수 있다.

Description

에너지 저장장치용 전극과 그 제조방법{ELECTRODE FOR ENERGY STORAGE DEVICES AND METHOD FOR MAKING SAME}
본 발명은 에너지 저장장치나 시스템용 전극과 그 제조방법에 관한 것이다. 이런 전극을 이용할 수 있는 종류의 에너지 저장장치에는 울트라커패시터, 리튬이온 커패시터, 배터리, 연료전지 및 이들을 조합한 하이브리드 셀이 있고, 이런 전극을 이용하는 종류의 에너지 저장시스템은 이런 장치들 중의 적어도 하나를 이용하는 에너지 저장시스템이다.
여러 종류의 에너지 저장장치들이 여러가지 전극들과 전해질과 다른 재료들로 이루어져, 여러가지 에너지 저장 메커니즘을 형성하지만, 이런 장치의 기본 구성과 원리는 어느정도는 동일하다. 일례로, 울트라커패시터, 리튬이온 커패시터, 배터리, 연료전지 및 이들을 조합한 하이브리드 셀을 포함한 모든 종류의 에너지 저장장치가 있다. 이런 모든 장치에서, 전극을 두껍게 만들면 에너지는 많이 저장하되 전력은 적게 낸다. 다른 무엇보다도 전극은 에너지 저장장치에서 가장 중요한 요소 중의 하나로서, 성능, 신뢰성, 수명은 물론 가격을 결정하는데 주요 역할을 한다.
에너지밀도와 전력밀도는 에너지 저장장치의 성능 특성들 중의 가장 중요한 특성이다. 에너지밀도를 높이려면, 단위 면적이나 체적당 활성물질 량을 최대로 해야만 한다. 울트러커패시터 전극의 경우, 전극내 활성탄이 치밀할수록 커패시턴스와 에너지밀도가 높아진다. 따라서, 에너지밀도가 가장 높은 전극, 즉 활성물질이 많은 전극이 요구된다. 에너지밀도가 높은 전극은 활성물질 입자와 도전물질 입자들 사이의 직접 접촉과 접촉 횟수가 많아져, 전극 내부에 더 큰 전류가 흐를 가능성이 높아지고, 이에 따라 전극의 도전율과 전력밀도도 개선된다. 한편, 바인더나 도전 카본과 같은 비기능성 물질은 전극의 에너지나 커패시턴스에 전혀 도움이되지 않으므로, 가능한한 최소로 사용해야 한다. 바인더는 부도체이기 때문에, 전극에 바인더를 지나치게 사용하면 장치내 전기저항이 높아져 전력밀도가 저하된다. 따라서, 전극 치밀도를 높이고 비기능성 물질 사용을 줄이는 것은 전극의 에너지와 전력 밀도를 높이는데 가장 중요한 방법이다.
울트라커패시터는 전극/전해질 계면에 정전 에너지를 저장한다. 전극/전해질 계면에 전극의 전기변화를 밸런싱하는 이온층이 형성된다. 충방전 과정은 순수한 물리적 과정이고, 물질을 변경하거나 개조하는 과정과 관련된 화학적 반응은 없다. 따라서, 장치의 수명은 이론적으로는 영구적이지만, 실제로는 어느정도의 불순물이 항상 존재하여 화학반응을 일으키고, 이것이 장치의 신뢰성을 해치며 수명을 단축한다. 울트라커패시터내의 불순물은 전극내의 잔류 용매이거나, 원료, 특히 활성탄의 우수한 흡수능력으로 인해 활성탄내의 불순물이다.
전극의 비용은 재료비와 제조비로 결정된다. 사용량이 적고 원료가 저렴하며 제조단계가 적고, 제조과정에서 사용되는 에너지가 적으며 생산성과 수율이 높다는 것은 에너지 저장장치의 단가가 낮아짐을 의미한다.
코팅법으로 전극을 만드려면, 용매나 수용액 또는 둘다를 이용해 바인더를 용해한 다음, 바인더 용액을 다른 분말물질과 혼합해 슬러리를 형성한다. 배터리, 리튬이온 커패시터, 울트라커패시터 및 하이드로셀 전극제조공정에서 가장 널리 사용되는 용매는 NMP(N-메틸필로리딘)이다. 슬러리내의 고체의 비율은 15~20%이다. 강력한 전극을 얻기위한 총 분말함량내의 바인더 함량은 3~6%이고 최ㅣ대 15%이다. 다음, 슬러리를 처리 또는 미처리 집전기에 원통형 롤러로 코팅한다. 코팅이 입혀진 집전기가 기다란 건조기를 통과하면서, 솔벤트가 전극에서 제거된다.
코팅 전극의 문제점은 다음과 같다: 첫째, 바인더가 용액에 용해되어 활성물질 안으로 들어가 활성물질 표면을 차단하면서, 활성물질의 기능을 악화시키고 장치의 전체 저항을 높여, 장치의 에너지와 전력 밀도를 낮춘다. 둘째, 제조공정중에 대량의 용매가 전극물질에 흡수되어 코팅 전극에 항상 용매가 잔류한다. NMP와 같은 용매는 건조시켜 제거하기가 아주 어렵다. 따라서, 기존의 코팅법으로 제조된 전극은 수명이 긴 에너지 저장장치를 제공하지 못한다.
셋째, 전극을 형성할 때 첨가된 용매는 제거되어야만 한다. 그리고, 이런 용매를 건조제거하는데 필요한 에너지량이 크기 때문에, 생산비가 추가로 소요된다.
넷째, 사용된 바인더가 기본적으로 용매에 용해될 수 있어, 바인더가 조만간 화학적으로나 전기화학적으로 전해질에 용해되고, 결국 전극내 입자들끼리나 입자들과 집전기의 접촉면적이 줄어들어, 에너지 저장장치의 조기 고장을 일으키게 된다.
압출방식으로 전극을 제조하려면, 기본적으로 윤활성이 높은 용매를 분말 혼합물에 추가한 다음, 스크루 압출기나 다른 압출기를 이용해 더 혼합한다. 혼합해 전진시키는 과정중에, 분말 혼합물에 큰 전단력이 가해져, 바인더가 섬유화되고 다른 입자들을 서로 연결하게 된다. 압출된 전극내 고체의 비율은 40~60%이고, 총 분말내 바인더 함량은 10~15%이다. 압출기는 혼합물을 출구쪽으로 밀어내고, 캘린더나 다중 캘린더 단계를 통해 전극필름이 원하는 두께로 형성된다. 이 필름은 기다란 건조기를 통과하면서, 솔벤트를 제거한다.
압출과정에서는 바인더가 활성물질에 흘러들어가 활성물질 표면을 차단하는 첫번째 문제점과, 바인더가 화학적으로나 전기화학적으로 전해질에 용해되어 생기는 전술한 네번째 문제점과, 윤활 용매를 건조시켜 제거하기가 아주 어려워 용매가 잔류하는 두번째 문제점과, 첨가된 용매를 건조시키는데 많은 에너지가 필요한 세번째 문제점은 갖지 않지만, 새로운 문제점들이 생긴다. 다섯째, 많은 자본투자가 필요하다. 압출장비와 캘린더와 기다란 건조오븐은 모두 아주 고가이고, 제조과정도 아주 복잡하여, 압출 전극을 제조하는데 드는 전체 비용이 아주 많이 든다.
여섯째, 바인더의 함량을 높여야만 충분히 강한 전극이 가능하여 관련문제가 생긴다. 우선, 전극에 첨가되는 활성물질이 줄어들어 장치의 에너지밀도가 낮아진다. 다음, 대량의 바인더가 활성물질의 표면적을 차단하여 장치의 에너지 밀도를 더 낮춘다. 또, 이런 대량의 바인더가 활성물질 입자들 사이의 전류흐름을 차단하여, 저항은 증가하고 전력밀도는 낮아진다.
건조법으로 전극을 만드려면, 분말들을 건조혼합한 다음 심화혼합을 하는 와중에, 바인더가 섬유화되어 다른 입자들을 지지하는 매트릭스로 형성되어 전극필름을 형성한다. 건조법은 코팅법에서의 4가지 문제점과 압출과정에서의 다섯번째 문제점은 해결하지만, 여섯번째 문제점은 잔존한다. 정확한 이유는 대량의 바인더가 알려지지 않았기 때문이다. 그러나, 어떤 용매와 혼합함에 의한 활성화 없이 건조법에 사용된 바인더는 접착력이 낮아 비효율적이라고 본다.
발명의 요약
본 발명의 주목적은 종래의 전극에 비해 성능에 있어서 상당한 장점을 갖는 에너지 저장장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 치밀도가 높은 전극을 형성하고 바인더량은 최소화하면서도 활성물질량은 최대화하여 높은 에너지를 내는 에너지 저장장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 바인더가 활성물질 표면적을 가능한한 적게 차단하여 에너지 저장능력을 크게 개선하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 압출법이나 건조법에 비해 10% 이상 에너지출력이 개선되는 에너지 저장장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 종래의 코팅법에 비해 에너지 출력이 25% 이상 개선되는 에너지 저장장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 바인더를 적게 사용해 입자들 사이의 전기흐름의 차단을 크게 줄여 전력을 크게 높인 에너지 저장장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 높은 치밀도로 인해 활성물질 입자들 사이나 도전물질과 활성물질 입자들 사이의 접촉을 높여, 전극내 전류흐름을 크게 개선한 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 에너지 저장장치의 ESR을 크게 낮춰, 전력출력을 기존의 압출법이나 건조법에 비해 20% 이상, 기존의 코팅법에 비해서는 30% 이상 높이는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 제조공정에 사용되는 (특히 첫번째 실시예의 고정을 이용할 경우) 용매량을 최소화하고 선택된 용매도 휘발성이 아주 높아 전극내 잔류용매가 최소로 존재하도록 하여 에너지 저장장치의 수명을 크게 높이는데 있는데, 특히 에너지 저장산업에서 널리 사용되는 제조공정중의 진공 열처리를 전극이 받을 때 그렇다.
본 발명의 또다른 목적은 용매가 휘발성이 높지 않고 쉽게 건조되지 않는 종래의 코팅법이나 압출법에 비해 건조과정을 훨씬 더 가속하여, 본 발명의 방법으로 제조된 전극의 수명과 성능도 크게 높이는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 열건조로 용매를 제거할 필요성이 없어 제조비를 낮추고, 전극의 제조비도 종래의 코팅법이나 압출법에 비해 낮추는데 있다. 본 발명은 건조법에 비해 바인더를 적게 사용해, 전극 비용을 낮춘다.
따라서, 요컨대, 본 발명은 좀더 효율적이고 고성능이며 신뢰성과 수명이 높고 비용효과적인 에너지 저장징치용 전극과 그 제조법을 제공한다. 본 발명은 유연한 바인더를 이용한다. 이 바인더는 어떤 첨가제로 활성화되고, 고속혼합으로 도전 활성물질 입자들에 균일하게 침착된 다음, 활성화된 입자들과 함께 압착되어 독립 전극필름을 형성한다. 고성능이고 비용효율적인 이런 독립 전극필름, 적층 전극, 울트라커패시터, 리튬이온 커패시터, 배터리, 연료전지, 하이브리드셀과 이런 장치들 중의 적어도 하나를 이용하는 에너지 저장시스템을 제조할 수 있다.
본 발명의 방법의 단계들은 아래와 같고, 모든 비율은 중량퍼센트이다;
1단계; 분말혼합: 활성물질 입자, 도전물질 입자 및 바인더 물질을 포함한 모든 분말물질을 혼합하되, 70~97 wt%의 활성물질, 0~10 wt%의 도전물질 및 2~20 wt%의 바인더 물질을 혼합한다. 최적 범위는 활성물질 88~96 wt%, 도전물질 0~2%, 바인더 4~12%이다.
2단계; 바인더 활성화 및 침착: 분말 혼합물에 용매를 혼합하고 분말 혼합물과 용매를 저속혼합한다. 용매의 범위는 10~50 wt%이다. 추가되는 용매의 최적 범위는 20~40 wt%이다. 이어서, 도전 활성물질에 바인더를 침착하되, 모든 첨가된 물질들을 고속혼합하여 침착한다.
3단계; 필름 제조: 혼합된 물질을 시트나 독립 필름으로 압착한다.
4단계; 시트나 필름을 처리/미처리 집전기에 적층하여 전극을 형성한다.
본 발명은 아래 단계들로 구성되는 다른 방법도 제공한다:
1단계; 바인더 활성화: 바인더와 용매 비를 1:1 내지 1:4로 하여 바인더와 용매를 저속혼합한다.
2단계; 바인더 침착: 활성물질, 도전물질, 바인더를 포함한 모든 분말물질을 고속 혼합기를 사용해 혼합한다. 작동범위는 활성물질 70~97 wt%, 도전물질 0~10 wt%, 바인더 2~20 wt%이다. 최적 범위는 활성물질 88~96 wt%, 도전물질 0~2 wt%, 바인더 4~12 wt%이다.
3단계; 혼합된 물질을 시트나 필름으로 압착.
4단계; 시트나 필름을 처리/미처리 집전기에 적층하여 전극 형성.
용매 소모량을 최소로 유지하여 바인더 분말에 첨가하면 첫번째 방법이 두번째 방법이 될 수도 있다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 기존의 코팅과정으로 만들어진 종래의 전극의 구조에서 활성물질 입자들과 바인더층 사이의 관계를 보여주는 도면;
도 2는 기존의 압출과정으로 이루어진 종래의 전극에서, 활성물질 입자들과 바인더 입자들 사이의 관계를 보여주는 도면;
도 3은 기존의 건조과정으로 만들어진 종래의 전극에서 활성물질 입자들과 바인더 입자들 사이의 관계를 보여주는 도면;
도 4는 본 발명을 이용해 만들어진 전극의 구조에서, 활성물질 입자들과 바인더 입자들 사이의 관계를 보여주는 도면;
도 5는 그룹1 샘플(첨가물 없는 활성탄과 바인더)로 작은 전극필름 조각들이 어떻게 형성되었는지를 보여주는 도면;
도 6은 활성탄+바인더+IPA인 그룹2 샘플의 A2로 만들어진 전극필름을 보여주는 도면;
도 7은 활성탄+바인더+에탄올인 그룹2 샘플의 B2로 만들어진 전극필름을 보여주는 도면;
도 8은 활성탄+바인더+아세톤인 그룹2 샘플의 C2로 만들어진 전극필름을 보여주는 도면;
도 9는 건조법으로 8% PTFE 바인더(B1 샘플)로 만든 전극필름이 취약해 파손된 것을 보여주는 도면;
도 10은 본 발명으로 4% PTFE 바인더(D2 샘플)로 만든 전극필름이 파손없이 강력한 상태임을 보여주는 도면;
도 11은 여러 방법으로 만들어진 전극필름 밀도를 비교한 그래프;
도 12A~B는 각각 A1 샘플과 A2 샘플을 이용해 건조법과 본 발명으로 만든 12% PTFE 전극필름의 전자현미경 영상들.
도 13은 B1 샘플을 사용해 건조법으로 형성된 5% PTFE 전극필름의 전자현미경 영상;
도 14는 D2 샘플을 사용해 본 발명으로 형성된 4% PTFE 전극필름의 영상.
도 1은 기존의 코팅과정으로 만들어진 종래의 전극의 구조에서 활성물질 입자들과 바인더층 사이의 관계를 보여주는 도면으로서, 코팅과정(10)으로 만들어진 종래의 전극 구조에서, 절연층 기능을 하는 바인더층(12)과 활성물질 입자(14) 사이의 관계를 보여준다.
도 2는 기존의 압출과정으로 이루어진 종래의 전극에서, 활성물질 입자들과 바인더 입자들 사이의 관계를 보여주는 도면으로서, 구체적으로는 압출과정(20)으로 형성된 종래의 전극 구조에서, 바인더 입자들(22)과 활성물질 입자들(24) 사이의 관계, 더 구체적으로는 잉여공간(26)을 차지하는 집합적이고 낭비적인 바인더들을 보여주는 도면이다.
도 3은 기존의 건조과정으로 만들어진 종래의 전극에서 활성물질 입자들과 바인더 입자들 사이의 관계를 보여주는 도면으로서, 구체적으로는 건조과정(30)으로 만들어진 전극에서 활성물질 입자들(34)에 대한 낮은 접착력 때문에 여분의 바인더 입자들(32)이 더 필요한 이유를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명을 이용해 만들어진 전극의 구조에서, 활성물질 입자들과 바인더 입자들 사이의 관계를 보여주는 도면으로서, 구체적으로는 바인더 입자들(42)이 활성물질 입자들(44)에 대한 높은 접착력 때문에 더 적게 필요하고, 활성물질 입자는 작동 표면적이 훨씬 더 넓은 것을 보여준다.
활성물질은 울트라커패시터, 리튬이온 커패시터, 배터리, 연료전지, 하이브리드 전지, 또는 이들의 조합의 전극에 일반적으로 사용되는 활성물질로서, 예를 들면 울트러커패시터 전극의 활성탄, 울트라커패시터나 배터리 전극의 이산화망간이나 기타 금속산화물, 리튬이온 커패시터나 리튬이온 배터리용의 IC(intercalated carbon)이나 하드카본이나 활성탄 등이 있다.
도전성 카본은 흑연, 카본블랙, 하드카본, 저레벨 활성탄 또는 금속입자일 수 있다.
유연한 바인더란 압축력만을 받는 시트나 필름 물질을 형성할 수 있는 바인더를 의미하는 것으로, 테플론과 같은 플루오로폴리머나 PTFE가 있고, 다른 물질에 대한 바인더의 접착력을 높이는 용매와 혼합하여 활성화될 수 있다.
선택된 용매는 선택된 바인더를 활성화시켜, 용매와 작용했을 때 바인더의 접착력을 높일 수 있어야 한다. 또 용매는 건조과정이 끝나고 용매를 따로 제거할 필요가 없도록 증발성이 높아야 한다. 그 예로는 하이드로카본, 비등점이 낮은 용매, 아세테이트, 알코올, 글리콜, 아세톤, DMC, 에탄올, 메탄올, DEC 등이 있다.
분말의 혼합은 롤러탱크, 각종 혼합기, 주방용 믹서, 세멘트를 혼합하는 믹서, 의료재료 혼합용 믹서 등 기존의 어떤 혼합장비로도 가능하다.
바인더이 활성화도 어떤 혼합장비에 의해서도 가능한데, 가능하면 저속믹서에 의하거나, 양이 너무 많지 않다면 손으로 해도 된다. 사용된 용매의 휘발성이 너무 높아, 저속 믹서가 덜 증발시키고 용매와 바인더가 혼합하는데 충분한 시간을 확보할 수 있다.
바인더를 활성물질 입자에 침착시키는 것은 고속 그라인더, 고속 혼합기 또는 고속 믹서에 의한다. 의료등급의 그라인더는 대량으로 바인더를 침착하는데 이상적이다. 건조된 콩을 분쇄하는데 사용되는 식품 그라인더도 좋다고 본다. Waring™ 혼합기나, 수평수직형 제트밀도 사용할 수 있다. 공업용 고속 믹서는 대량의 물질을 처리하는데 좋다.
입자의 압축은 전극판을 만들기 위한 고압 압축기나, 롤밀이나 캘린더(calendar)에 의한다. 최종 전극필름 두께를 조정하는데 다중 캘린더링 공정을 이용할 수 있다.
아래 표 1은 종래의 전극제조법과 본 발명의 차이를 보여주는 비교표이다.
총 분말내의 바인더 비율(%) 활성물질에 대한 바인더의 악영향 용매내 고체비율(%) 용매 필요 용매 건조에 에너지 필요 건조 전극 용매 잔류 접착성 요약
코팅 3-6 기공과 표면적 차단 20-30 Yes Yes Yes 약함 저성능
짧은수명
높은가격
압출 10-15 너무 많은 공간 차지 40-60 Yes Yes Yes 약함 저성능
짧은수명
높은가격
건조 10-15 너무 많은 공간 차지, 표면적 차단 100 No No No 양호 저성능
긴 수명
낮은가격
본발명 3-6 최소 내지 no 80-95 Yes No 최소 내지 no 강력 고성능
긴 수명
낮은가격
표 1과 도면들은 종래의 전극제조법과 본 발명의 에너지 저장장치용 전극과 그 제조방법 사이에서 활성물질과 바인더의 작용을 비교해 보여준다.
케이스 스터디 I : 바인더 활성화의 중요성
실험과정: 2 그룹의 샘플들을 Waring™ 혼합기 PBB25를 사용해 고속으로 3분간 혼합했다. 기저물질은 44g의 활성탄과 6g의 PTFE이고, 그룹 1은 바인더를 활성화하는데 어떤 첨가물도 가하지 않았고(건조법), 그룹 2는 (본 발명에 따라) 바인더를 활성화하는데 20g의 첨가물을 가했는데, 각각 A2는 IPA 20g, B2는 에탄올 20g, C2는 아세톤 20g이다. 혼합한 뒤, 2대의 롤밀을 사용해 120℃의 온도에서 분말들을 압축했다.
도 5는 그룹1 샘플(첨가물 없는 활성탄과 바인더)로 작은 전극필름 조각들이 어떻게 형성되었는지를 보여준다. 그룹1 샘플은 도 5와 같이 작은 전극필름 조각들로 되었지만, 그룹2 샘플들은 도 6~8과 같이 강력한 독립 전극필름을 형성했다. 용매로 바인더를 활성화하는지 여부에 따라 전극필름 품질이 크게 차이가 남을 알 수 있다. 바인더 활성화가 없이는 이런 공정조건으로 독립 필름이 형성되지 않지만, 바인더 활성화가 있으면 같은 조건에서도 좋은 품질의 독립 전극필름이 쉽게 형성된다.
도 6은 활성탄+바인더+IPA인 그룹2 샘플의 A2로 만들어진 전극필름을 보여준다.
도 7은 활성탄+바인더+에탄올인 그룹2 샘플의 B2로 만들어진 전극필름을 보여준다.
도 8은 활성탄+바인더+아세톤인 그룹2 샘플의 C2로 만들어진 전극필름을 보여준다.
케이스 스터디 II : 여러 제조법으로 형성된 전극들의 비교
여러가지 제조법, 예컨대 코팅, 건조 및 본발명의 방법으로 전극들을 형성하고, 이런 전극의 특성과 성능을 비교했다.
실험에서는, 건조법과 본 발명에서 혼합속도를 높이기 위해, Waring™ Heavy Duty 4리터 블렌더를 사용해 분말을 혼합했다. 2 샘플 그룹들을 20,800rpm의 속도로 6분간 혼합했다. 기저물질은 활성탄과 PTFE였다. 그룹1은 블렌더를 활성화하는데 아무 첨가물도 사용하지 않았고(건조법), 그룹2는 블렌더를 활성화하는데 첨가물을 사용했다(본 발명). 혼합이 끝나고, 분말을 2개의 롤밀로 120℃ 온도에서 압축했다.
이렇게 생긴 전극필름들을 190℃에서 롤밀을 사용해 Al 호일로 코팅했다. 전극필름내의 블렌더 레벨은 4%에서 12%로 변했다. 건조법을 이용했을 때는 블렌더 레벨이 8% 밑으로 떨어졌을 때 필름이 형성되지 않았다. 실제 파손되지 않는 필름을 만드는 것은 이미 불가능하고, 블렌더 레벨이 8% 이하일 때 이 필름은 너무 취약해서 작은 조각으로 파괴되지 않고 취급할 수 없었다(도 9 참조).
이런 전극필름 조각들로 전극을 형성하는 적층단계를 실행하기는 아주 어렵다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 본 발명을 이용할 경우, 분말 혼합물내 (용매를 제외한) 블렌더 레벨이 항상 4%까지 감소되면서도, 필름은 적층공정에서 양호한 품질의 전극을 형성하기에 충분한 강도를 갖는다(도 10 참조).
도 9는 건조법으로 8% PTFE 바인더(B1 샘플)로 만든 전극필름이 취약해 파손된 것을 보여준다.
도 10은 본 발명으로 4% PTFE 바인더(D2 샘플)로 만든 전극필름이 파손없이 강력한 상태임을 보여준다.
그룹 3 샘플은 코팅법으로 만들어진 것이다. 활성탄과 카본블랙을 저속 믹서를 사용해 혼합했다. NMP 용매를 사용해 저속 믹서에서 PVDF 바인더를 용해해 생긴 용액을 카본 혼합물에 첨가해 혼합했다. 이 슬러리를 Al 호일에 코팅했고, 이 샘플을 건조한 다음 고속 프레스로 100℃에서 압축했다. 고레벨의 PVDF 바인더만 사용해, 시중에서 구할 수 있는 대부분의 코팅된 전극과 마찬가지로 카본입자들이 전극에서 쉽게 파손되지 않는 양호한 품질의 전극을 얻었다.
이렇게 형성된 전극필름의 품질은 아래 표 2와 같다:
활성탄(g) PTFE(g) %PTFE 아세톤 필름 품질


건조법
 A1 44 6 12 0 강력
B1 46 4 8 0 조각파손
C1 47 3 6 0 필름형성 안됨
D1 48 2 4 0 필름형성 안됨


본발명
 A2 44 6 12 20 아주 강력
B2 46 4 8 20 강력
C2 47 3 6 20 강력
D2 48 2 4 20 필름 OK
활성탄(g) PTFE(g) %PTFE NMP(g) 전극 품질
코팅법
 A3 44 6 12 215 양호
B3 44 5 10 215 카본 파손
I) 바인더 활성화가 고밀도 전극 형성
도 11은 여러 방법으로 만들어진 전극필름 밀도를 비교한 그래프이다. 예상대로 코팅된 전극은 전극필름 밀도가 최하이다. 건조법과 본 발명을 비교하면, 바인더 레벨이 8% 미만일 때 건조법으로 필름을 만들 수 없음은 물론, 필름 밀도도 본 발명에 비해 훨씬 낮았다. 바인더 레벨의 변화에 따른 필름밀도의 변화도 건조법에서 훨씬 더 큰데, 이는 본 발명의 제조공정과 제어과정이 훨씬 더 쉽다는 것을 의미한다.
도 12A~B는 각각 A1 샘플과 A2 샘플을 이용해 건조법과 본 발명으로 만든 12% PTFE 전극필름의 전자현미경 영상들이다. 전극내 입자들이 본 발명에서는 건조법보다 훨씬 더 치밀한데, 이 결과는 도 11의 측정값과 일치한다.
도 13은 B1 샘플을 사용해 건조법으로 형성된 5% PTFE 전극필름의 전자현미경 영상으로서, 표면의 입자들이 느슨함을 알 수 있다.
도 14는 D2 샘플을 사용해 본 발명으로 형성된 4% PTFE 전극필름의 영상으로서, 표면의 입자들이 느슨하지 않고 치밀함을 알 수 있다. 8% PTFE 건조법 샘플에서는 약간의 활성탄 입자들이 B1 샘플의 전극필름 표면에서 떨어져 나갔음을 도 13에서 알 수 있는데, 여기서 백색 입자들은 느슨하게 결합되어 있어 도전성을 갖지 않고, 입자들 사이의 결합력이 전극필름의 강도를 유지할 정도로 높지 않다고 본다. 그러나, 본 발명에 의하면, 4% PTFE 레벨에서도, 도 14와 같이 표면에서 입자들이 느슨하지 않고 보다더 치밀하게 결합되어 있다.
Ⅱ) 본 발명의 전극에서는 활성탄 표면적 감소가 차단됨
전술한 바와 같이, 바인더 레벨이 높으면 활성탄 표면을 차단하여, 활성탄 표면적을 줄이고, 이때문에 전극의 커패시턴스가 감소되며 입자들 사이의 전기 통로도 차단된다. 이 실험에서, (금속과 바인더와 다른 물질을 제외한) 전극에서의 활성탄의 BET 표면적을 측정해 원래의 활성탄의 표면적과 비교했다. 표 3은 여러 전극들에서 활성탄의 BET 표면적 측정치를 보여준다.
활성탄 BET 표면적(m2/g) 바인더 차단으로 인한 활성탄 표면적 손실율
원래 활성탄 1650
코팅 전극 1124 32
A1(건조법, 12% PTFE) 1176 29
B2(건조법, 8% PTFE) 1377 17
A2(본발명, 12% PTFE) 1285 22
B2(본발명, 8%PTFE) 1397 15
C2(본발명, 6%PTFE) 1429 13
D2(본발명, 4%PTFE) 1452 12
가공 전의 원래 활성탄의 표면적은 1650 m2/g이고, 12% 바인더로 코팅된 전극의 활성탄의 표면적은 1650 m2/g에서 1124 m2/g로 줄어, 32%가 바인더로 차단되었으며, 12% 바인더를 건조법으로 만든 전극의 활성탄의 표면적은 1650 m2/g에서 1176 m2/g로 줄어 29%가 바인더로 차단되었고, 동일한 12% 바인더를 이용한 본 발명의 전극의 활성탄의 표면적은 1650 m2/g에서 1285 m2/g로 줄어 22%가 바인더로 차단되어, 건조법보다는 7% 그리고 코팅법보다는 10% 개선되었다. 본 발명에서는 저레벨 바인더의 전극필름이 가능하여, 표면적 차단이 크게 감소되며, 바인더 레벨이 4%일 때는 겨우 12%만 감소된다.
표 3에서 알 수 있듯이, (1) 전극내 바인더 레벨이 높을수록 활성탄 표면적이 바인더에 의해 차단되고; (2) 동일한 바인더 레벨에서는 코팅된 전극의 표면적 감소율이 최대이고, 차례대로 건조법과 본 발명의 감소율이 줄어든다. 본 발명은 바인더 레벨을 가능한한 낮게 사용하고도 최고의 전극을 형성할 수 있다. 활성탄 표면적의 바인더 차단율이 줄어들 뿐 아니라, 입자들 사이의 전류 차단율도 줄어들어, 높은 커패시턴스와 낮은 ESR 에너지 저장장치가 가능하다.
Ⅲ) 바인더 활성화로 고성능 전극과 에너지 저장장치 가능
여러가지 전극들을 사용해 소형 T셀 울트라커패시터를 제조했다. 이들 전극을 면적 1㎠의 원형으로 절단하고, Al 호일이나 결합층과 같은 다른 물질을 제외한 전극필름 두께는 85㎛±3㎛이다. 각 전극 그룹마다 3개의 셀을 제조했다. 각각의 셀의 커패시턴스와 ESR을 측정했고, 그룹마다 평균 측정값을 취했다.
표 4는 본 발명과 기존의 코팅법을 이용한 전극으로 만든 T 셀의 측정값들을 보여준다.
ESR(Ω) C(F) RC(s)
A3(코팅전극) 3.728 0.276 1.030
A2 2.268 0.305 0.692
A3에 대한 개선율 % 39 10 33
B2 2.150 0.310 0.667
A3에 대한 개선율 % 42 12 35
C2 1.779 0.322 0.558
A3에 대한 개선율 % 52 17 46
D2 1.877 0.302 0.567
A3에 대한 개선율 % 50 9 45
본 발명의 베스트 샘플이 코팅전극에 대한 ESR 개선율은 52% 높았고, 커패시턴스 개선율은 17% 높았으며, RC 상수는 1초에서 0.56초로 줄었다.
표 5는 건조법으로 만들어진 최적의 전극과 본 발명의 전극의 측정결과들을 비교한 표이다. 건조법 전극과 비교해 본 발명의 샘플의 ESR 개선율은 29%, 커패시턴스 개선율은 12% 더 높았고, RC 상수는 0.73초에서 0.56초로 줄었음을 알 수 있다.
ESR(Ω) C(F) RC(s)
A1(건조법) 2.517 0.288 0.726
A2 2.268 0.305 0.692
A1에 대한 개선율 % 10 6 5
B2 2.150 0.310 0.667
A1에 대한 개선율 % 15 8 8
C2 1.779 0.322 0.558
A1에 대한 개선율 % 29 12 23
D2 1.877 0.302 0.567
A1에 대한 개선율 % 25 5 23
본 발명은 아래와 같은 분야에 적용할 수 있다:
- 에너지 저장장치의 전극의 제조;
- 에너지 저장시스템의 전극의 제조;
- 에너지 셀의 전극의 제조;
- 배터리 전극의 제조;
- 연료전지 전극의 제조;
- 하이브리드 셀의 전극의 제조;
- 울트라커패시터의 전극의 제조;
- 리튬이온 커패시터의 전극의 제조;
- 시스템 블록과 모듈을 포함한 에너지 저장시스템의 전극의 제조.

Claims (24)

  1. a) 활성물질 입자, 도전물질 입자 및 바인더 물질을 포함한 분말물질을 제공하는 단계;
    b) 70~97 wt%의 활성물질, 0~10 wt%의 도전물질 및 2~20 wt%의 바인더 물질을 포함한 모든 분말물질을 혼합하는 단계;
    c) 50~90 wt%의 고체를 포함한 분말 혼합물에 용매를 첨가하고 혼합하여 바인더 활성화를 실행하는 단계;
    d) 모든 혼합된 물질들을 고속 혼합하여 바인더 침착을 실행하는 단계;
    e) 혼합된 물질을 시트나 독립 필름으로 압착하는 필름 제조단계; 및
    f) 시트나 필름을 처리된 집전기에 적층하여 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분말물질을 모두 혼합하는 단계에서 활성물질을 88~96 wt% 혼합하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분말물질을 모두 혼합하는 단계에서 도전물질을 0~2 wt% 혼합하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 분말물질을 모두 혼합하는 단계에서 바인더를 4~12 wt% 혼합하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 바인더 활성화를 실행하는 단계에서 고체의 범위가 60~80 wtT인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 시트나 필름을 적층하는 단계에서 미처리된 집전기에 적층하여 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제조된 전극이 울트라커패시터에 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제조된 전극이 리튬이온 커패시터에 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제조된 전극이 배터리에 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제조된 전극이 연료전지에 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제조된 전극이 하이브리드 셀에 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제조된 전극이 시스템 블록과 모듈을 포함한 에너지 저장시스템에 사용되고, 상기 에너지 저장시스템 블록과 모듈 중의 적어도 하나는 상기 제조된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  13. a) 활성물질 입자, 도전물질 입자 및 바인더 물질을 포함한 분말물질과 용매를 제공하는 단계;
    b) 바인더와 용매의 비를 1:0.2 내지 1:10으로 바인더를 용매와 저속 혼합하여 바인더 활성화를 실행하는 단계;
    c) 활성물질 70~97 wt%, 도전물질 0~10 wt% 및 바인더 2~20 wt%를 포함해 모든 분말물질들을 고속혼합해 바인더 침착을 실행하는 단계;
    d) 혼합된 물질을 시트나 독립 필름으로 압축하는 단계; 및
    e) 시트나 필름을 처리된 집전기에 적층하여 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 모든 분말 물질들을 혼합할 때 활성물질의 범위가 88~96 wt%인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 모든 분말 물질들을 혼합할 때 도전물질의 범위가 0~2 wt%인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 모든 분말 물질들을 혼합할 때 바인더의 범위가 4~12 wt%인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 바인더 활성화를 실행하는 단계에서 바인더와 용매의 비가 1:1 내지 1:4인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 시트나 필름을 적층하는 단계에서 미처리된 집전기에 적층하여 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 제조된 전극이 울츠라커패시터에 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 제조된 전극이 리튬이온 커패시터에 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  21. 제13항에 있어서, 상기 제조된 전극이 배터리에 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  22. 제13항에 있어서, 상기 제조된 전극이 연료전지에 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  23. 제13항에 있어서, 상기 제조된 전극이 하이브리드 셀에 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
  24. 제13항에 있어서, 상기 제조된 전극이 시스템 블록과 모듈을 포함한 에너지 저장시스템에 사용되고, 상기 에너지 저장시스템 블록과 모듈 중의 적어도 하나는 상기 제조된 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 전극 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104517739B (zh) * 2013-09-29 2017-06-06 中国科学院上海硅酸盐研究所 氧化钛基超级电容器电极材料及其制备方法
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CN106654175A (zh) * 2015-10-28 2017-05-10 上海隽洁投资咨询中心（有限合伙） 电极制备方法
US9786910B2 (en) 2015-11-16 2017-10-10 HHeLI, LLC Synthesized, surface-functionalized, acidified metal oxide materials for energy storage, catalytic, photovoltaic and sensor applications
CN105977058A (zh) * 2016-06-14 2016-09-28 山东精工电子科技有限公司 一种超级电容器极片及其制备方法
CA3041909A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 Adven Industries, Inc. Conductive-flake strengthened, polymer stabilized electrode composition and method of preparing
US10700349B2 (en) 2016-11-15 2020-06-30 HHeLI, LLC Surface-functionalized, acidified metal oxide material in an acidified electrolyte system or an acidified electrode system
CA3059579A1 (en) 2017-04-10 2018-10-18 HHeLI, LLC Battery with novel components
KR20230092026A (ko) 2017-05-17 2023-06-23 에이치헬리, 엘엘씨 산성화 캐소드와 리튬 애노드를 가진 배터리
US10978731B2 (en) 2017-06-21 2021-04-13 HHeLI, LLC Ultra high capacity performance battery cell
KR102632805B1 (ko) 2018-09-10 2024-02-02 에이치헬리, 엘엘씨 초고용량 성능 배터리 셀의 사용 방법
US11616218B2 (en) 2019-06-04 2023-03-28 Licap Technologies, Inc. Dry electrode manufacture by temperature activation method
US11508956B2 (en) 2020-09-08 2022-11-22 Licap Technologies, Inc. Dry electrode manufacture with lubricated active material mixture
US20220158150A1 (en) 2020-11-13 2022-05-19 Licap Technologies, Inc. Dry electrode manufacture with composite binder
CN113611825B (zh) * 2021-08-06 2023-02-10 中汽创智科技有限公司 一种锂电池电极极片的制备工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004186190A (ja) * 2002-11-29 2004-07-02 Daido Metal Co Ltd 電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法
KR20060025230A (ko) * 2003-07-09 2006-03-20 맥스웰 테크놀러지스 인코포레이티드 건조 입자 기반 전기화학적 장치 및 그 제조 방법
KR20080039849A (ko) * 2005-09-08 2008-05-07 가부시키가이샤 구라레 분극성 전극
KR20110016457A (ko) * 2008-05-29 2011-02-17 코닝 인코포레이티드 섬유성 폴리머 재료 및 탄소 재료의 혼합물에 기초한 전기 이중 층 디바이스용 전극의 제조방법

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW505685B (en) * 1997-09-05 2002-10-11 Mitsubishi Materials Corp Transparent conductive film and composition for forming same
CZ20032420A3 (cs) * 2001-03-19 2004-01-14 Energieonderzoek Centrum Nederland Sloučenina mající vysokou vodivost pro elektrony, elektroda pro elektrochemický článek, obsahující tuto sloučeninu, způsob výroby elektrody a elektrochemického článku
US7297300B2 (en) 2002-11-29 2007-11-20 Daido Metal Company Ltd. Method of making polarizable electrode for electric double layer capacitor
US20050250011A1 (en) * 2004-04-02 2005-11-10 Maxwell Technologies, Inc. Particle packaging systems and methods
US7791860B2 (en) * 2003-07-09 2010-09-07 Maxwell Technologies, Inc. Particle based electrodes and methods of making same
US20100014215A1 (en) * 2004-04-02 2010-01-21 Maxwell Technologies, Inc. Recyclable dry particle based electrode and methods of making same
US7920371B2 (en) * 2003-09-12 2011-04-05 Maxwell Technologies, Inc. Electrical energy storage devices with separator between electrodes and methods for fabricating the devices
US7495349B2 (en) * 2003-10-20 2009-02-24 Maxwell Technologies, Inc. Self aligning electrode
US10297827B2 (en) * 2004-01-06 2019-05-21 Sion Power Corporation Electrochemical cell, components thereof, and methods of making and using same
US7384433B2 (en) * 2004-02-19 2008-06-10 Maxwell Technologies, Inc. Densification of compressible layers during electrode lamination
US7492571B2 (en) * 2004-04-02 2009-02-17 Linda Zhong Particles based electrodes and methods of making same
KR20080080133A (ko) * 2005-11-22 2008-09-02 맥스웰 테크놀러지스 인코포레이티드 제어된 결합제 함량을 갖는 울트라캐패시터 전극
UA83075C2 (uk) 2006-04-27 2008-06-10 Елена Моисеевна Шембель Електрод для первинних, вторинних літієвих джерел струму та суперконденсаторів і спосіб його виготовлення
CN101595541B (zh) * 2006-10-17 2012-02-15 麦斯韦尔技术股份有限公司 用于能量存储装置的电极及其制备方法
US20080201925A1 (en) 2007-02-28 2008-08-28 Maxwell Technologies, Inc. Ultracapacitor electrode with controlled sulfur content
CN102324317B (zh) 2011-09-14 2017-04-19 中国第一汽车股份有限公司 一种用于柔性固态超级电容器的电极及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004186190A (ja) * 2002-11-29 2004-07-02 Daido Metal Co Ltd 電気二重層コンデンサ用分極性電極の製造方法
KR20060025230A (ko) * 2003-07-09 2006-03-20 맥스웰 테크놀러지스 인코포레이티드 건조 입자 기반 전기화학적 장치 및 그 제조 방법
KR20080039849A (ko) * 2005-09-08 2008-05-07 가부시키가이샤 구라레 분극성 전극
KR20110016457A (ko) * 2008-05-29 2011-02-17 코닝 인코포레이티드 섬유성 폴리머 재료 및 탄소 재료의 혼합물에 기초한 전기 이중 층 디바이스용 전극의 제조방법

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