KR20150056532A - Graphene-containing electrodes - Google Patents

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KR20150056532A KR1020157003838A KR20157003838A KR20150056532A KR 20150056532 A KR20150056532 A KR 20150056532A KR 1020157003838 A KR1020157003838 A KR 1020157003838A KR 20157003838 A KR20157003838 A KR 20157003838A KR 20150056532 A KR20150056532 A KR 20150056532A
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라인-종 리
룽-하오 후
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아카데미아 시니카
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Abstract

배터리는 복수의 리튬 입자를 함유한 하나의 제1전극, 매 입자 표면은 적어도 부분 코팅된 탄소 층과 적어도 하나 이상의 복수입자를 코팅한 전기화학 박리 된 그래핀을 포함한다. 배터리는 제2전극과 전해액을 포함한다. 적어도 제1전극 일부와 제2전극 일부는 전해액과 접촉한다.The battery comprises a first electrode containing a plurality of lithium particles, each particle surface comprising an electrochemically peeled graphene coated with at least one or more particles and at least a partially coated carbon layer. The battery includes a second electrode and an electrolytic solution. At least a portion of the first electrode and a portion of the second electrode are in contact with the electrolyte solution.

Description

그래핀 전극{GRAPHENE-CONTAINING ELECTRODES}GRAPHENE-CONTAINING ELECTRODES

본 발명이 주장하는 우선권은 2012년 7월 20일에 출원한 대만특허출원번호 제101126393호, 2012년 7월 20일 출원한 중국 특허출원 제201210254481. X호와 2013년 3월 13일에 출원한 미국특허출원 제13/800, 096호로 해당 내용은 모두 참고로 본 발명에 포함되었다.Priority claimed by the present invention is disclosed in Taiwan Patent Application No. 101126393 filed on July 20, 2012, and Chinese Patent Application No. 201210254481 filed on July 20, 2012. And U.S. Patent Application No. 13/800, 096, filed March 13, 2013, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

리튬 이온 배터리는 우수한 전기화학적 성능과 대용량을 제공하고, 태양에너지, 풍력에너지, 수력발전과 전동차 등 여러 응용 에너지 저장 설비에 이용된다. 리튬 이온 배터리의 속도와 에너지 밀도를 개선시켜 용량저장에 대한 비교적 높은 수요를 만족시켰다. 예를 들어 리튬-철-인산염을 지닌 양극(+)의 리튬 이온 배터리의 전기화학성능을 강화하기 위해 양극에 탄소를 코팅하고 금속혼합(도펀트) 및/또는 소립자를 형성한다.Lithium-ion batteries provide excellent electrochemical performance and high capacity, and are used in a variety of energy storage facilities such as solar energy, wind energy, hydropower, and electric trains. It has improved the speed and energy density of lithium-ion batteries to meet the relatively high demand for capacity storage. For example, in order to enhance the electrochemical performance of a positive (+) lithium ion battery with lithium-iron phosphate, carbon is coated on the anode and metal blends (dopants) and / or small particles are formed.

비결정 카본 코팅한 리튬-철-인산염 전극을 포함한 배터리가 만약 전기화학 박리된 그래핀 음극 또는 양극을 함유하면 높은비 용량, 고열량 밀도 및 고출력이 큰 전압 분극 작용 없이도 나타난다. 이런 종류의 배터리는 첫 번째 순환 용량이 낮은 비가역 손실과 긴 순환수명을 보여준다.If a battery containing an amorphous carbon-coated lithium-iron-phosphate electrode contains an electrochemically stripped graphene cathode or anode, the high specific capacity, high calorimetric density, and high output will appear without significant voltage polarization action. This type of battery shows low irreversible loss and long cycle life at the first circulating capacity.

일반적인 상황에서, 배터리는 복수의 리튬 입자를 함유한 하나의 제1전극을 포함하고 있다. 모든 입자 표면에는 최소 부분 코팅된 한 층의 카본과 최소 부분 코팅된 하나 혹은 여러 복수 입자의 전기화학 박리된 그래핀이 있다. 배터리는 하나의 제2전극과 하나의 전해액을 포함한다. 최소 일부 제1전극과 최소 일부 제2전극은 전해액과 접촉한다.In a general situation, the battery contains one first electrode containing a plurality of lithium particles. On all particle surfaces, there is a layer of carbon with a minimum coverage and electrochemically peeled graphene of one or several particles with a minimum coverage. The battery includes one second electrode and one electrolyte. At least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the electrolyte solution.

배터리의 구현은 다음 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 제1전극은 하나의 양극(+)이나 하나의 음극(-)이 될 수 있다. 배터리는 일종의 코인 셀 전지, 원통형전지 또는 파우치 타입의 배터리일 수 있다. 입자는 인산-철-리튬, 리튬 산화철, 리튬-철-아인산 산화물, 리튬-코발트 산화물, 리튬-망간 산화물, 리튬-니켈 산화물, 리튬-코발트-망간-니켈 또는 리튬-코발트-망간-니켈 산화물을 포함할 수 있다. 전기화학 박리 그래핀은 탄소에 박편을 형성하는 전기화학 박리 그래핀을 포함 할 수 있다. 전극의 전기화학 박리 그래핀 양은 약 0.001 wt%에서 5 wt%까지 형성할 수 있다.The implementation of the battery may include one or more of the following. The first electrode may be one anode (+) or one cathode (-). The battery may be a kind of coin cell battery, a cylindrical battery or a pouch type battery. The particles may be selected from the group consisting of phosphoric acid-iron-lithium, lithium iron oxide, lithium-iron-phosphorous oxide, lithium-cobalt oxide, lithium-manganese oxide, lithium-nickel oxide, lithium-cobalt-manganese- . The electrochemical stripping graphene may comprise an electrochemical stripping graphene which forms a flake on the carbon. The electrochemical stripping graphene amount of the electrode can be formed from about 0.001 wt% to 5 wt%.

일반적인 측면에서 전극재료는 리튬을 함유한 다수의 입자를 포함한다. 매 입자표면에는 적어도 한 층의 탄소를 도포하고 적어도 하나 또는 더 많은 다수 입자의 전기화학 발리 그래핀을 일부 도포한다.In a general aspect, the electrode material comprises a plurality of lithium-containing particles. Each particle surface is coated with at least one layer of carbon and partially coated with at least one or more of the majority of the electrochemical valengines.

전극 재료의 구현은 하나 또는 그 이상의 다음과 같은 실례를 포함한다. 입자는 인산-철-리튬, 리튬 산화철, 리튬-철-아인산 산화물, 리튬-코발트 산화물, 리튬-망간 산화물, 리튬-니켈 산화물, 리튬-코발트-망간-니켈 또는 리튬-코발트-망간-니켈 산화물을 포함 할 수 있다. 탄소층은 한층의 비결정 탄소를 포함할 수 있다. 전기화학 박리 그래핀은 탄소에 박편을 형성한 전기화학 박리 그래핀을 포함할 수 있다. 전극 재료의 전기화학 박리그래핀 양은 약 0.001 wt%에서 약5 wt%까지 형성할 수 있다. 전극재료의 비용량은 약 210 mAh/g와 같이 적어도 약 180 mAh/g이다. 전기화학 박리 그래핀은 약 20 wt%이하의 산소를 포함할 수 있다. 전기화학박리 그래핀의 투과성은 약 90%보다 작을 수 있고, 시트 저항 은 약 10 kΩ/sq일 수 있다. 전극재료는 일종의 첨가 물질을 포함할 수 있고 전도성 첨가제, 접착제, 탄소재 또는 용제를 포함한다. 일부 구체적 예로 탄소재료는 흑연, 소프트카본, 하드카본, 카본 나노 튜브, 카본섬유를 포함할 수 있다. 전극물질은 황, 규소, 주석, 세라믹 재료 또는 황화 리튬을 포함할 수 있다. 전극물질은 전이 금속 칼코겐 화합물을 포함할 수 있다. 전극 물질은 트리아진 또는 티오펜을 포함할 수 있다. 전극물질은 양극(+)물질 또는 음극(-)물질일 수 있다.The implementation of the electrode material includes one or more of the following examples. The particles may be selected from the group consisting of phosphoric acid-iron-lithium, lithium iron oxide, lithium-iron-phosphorous oxide, lithium-cobalt oxide, lithium-manganese oxide, lithium-nickel oxide, lithium-cobalt-manganese- . The carbon layer may comprise a further layer of amorphous carbon. The electrochemical stripping graphene may comprise an electrochemical stripping graphene which forms a flake on carbon. The electrochemical exfoliating graphene amount of the electrode material can be from about 0.001 wt% to about 5 wt%. The specific capacity of the electrode material is at least about 180 mAh / g, such as about 210 mAh / g. The electrochemical stripping graphene may contain up to about 20 wt% oxygen. The permeability of the electrochemical release graphene may be less than about 90%, and the sheet resistance may be about 10 k OMEGA / sq. The electrode material may include a kind of additive material and includes a conductive additive, an adhesive, a carbonaceous material, or a solvent. In some specific examples, the carbon material may include graphite, soft carbon, hard carbon, carbon nanotubes, and carbon fibers. The electrode material may comprise sulfur, silicon, tin, a ceramic material or lithium sulphide. The electrode material may comprise a transition metal chalcogen compound. The electrode material may comprise triazine or thiophene. The electrode material may be a positive (+) material or a negative (-) material.

일반적인 상황에서 전극물질 제조 방법은 리튬을 함유한 복수의 입자를 제공하고 매 입자표면은 최소 부분 코팅한 탄소층 및 복수의 입자에 전기화학 박리 그래핀을 형성한다.In a general situation, the electrode material manufacturing method provides a plurality of lithium-containing particles, wherein each particle surface forms an electrochemically exfoliated graphene on the at least partially coated carbon layer and the plurality of particles.

본 방법의 구현은 다음 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 입자는 인산-철-리튬, 리튬 산화철, 리튬-철-아인산 산화물, 리튬-코발트 산화물, 리튬-망간 산화물, 리튬-니켈 산화물, 리튬-코발트-망간-니켈 또는 리튬-코발트-망간-니켈 산화물을 포함할 수 있다. 탄소층은 비결정질 탄소 층을 포함할 수 있다. 복수의 입자에 전기화학박리 그래핀을 형성하는 것은 기계적 혼합입자와 전기화학 박리 그래핀을 포함할 수 있고, 전기화학박리 그래핀을 가진 복수입자의 물리적 또는 화학적 표면 개질을 수행하거나 전기화학박리 그래핀을 가진 복수의 입자를 혼합한다. 이 방법은 전기화학 박리 그래핀 형성을 포함 할 수 있다. 일부 구체적인 예에서 전기화학 박리 그래핀 형성은 제1 카본물질을 함유한 제1 전극과 제2전극을 전해액을 함유한 용해액에 담궈 제1과 제2 전극간에 하나의 기전력을 만들어 냈다Implementations of the method may include one or more of the following. The particles may be selected from the group consisting of phosphoric acid-iron-lithium, lithium iron oxide, lithium-iron-phosphorous oxide, lithium-cobalt oxide, lithium-manganese oxide, lithium-nickel oxide, lithium-cobalt-manganese- . The carbon layer may comprise an amorphous carbon layer. The formation of the electrochemical release graphene in the plurality of particles may include mechanical mixing particles and electrochemical release graphene and may be performed by performing physical or chemical surface modification of the multiple particles having electrochemical release graphene, A plurality of particles having pins are mixed. The method may include electrochemical stripping graphene formation. In some specific examples, electrochemical stripping of the graphene results in one electromotive force between the first and second electrodes by immersing the first and second electrodes containing the first carbon material in a solution containing the electrolyte solution

본문에 기재된 방법은 하나 또는 여러 개의 장점을 가질 수 있다. 전기화학 박리 그래핀을 함유한 코팅 비결정 카본의 인-산-철-리튬 전극의 제조는 간단하고 규모를 확대할 수 있으며 기존의 가공법, 재료와 호환된다. 심지어 소량의 전기화학 박리 그래핀만 사용해도 전기화학 박리 그래핀과 코팅 비결정 카본을 함유한 리튬-이온-인산염 전극의 리튬이온 배터리 성능을 개선시킨다.The methods described herein may have one or more advantages. The production of phosphorus-acid-iron-lithium electrodes of coated amorphous carbon containing electrochemical stripping graphene is simple, scalable and compatible with conventional processing methods and materials. Even a small amount of electrochemical exfoliating graphene improves lithium ion battery performance on lithium-ion-phosphate electrodes containing electrochemical release graphene and coated amorphous carbon.

하기 서술과 특허출원범위에서 다른 특징과 장점을 알 수 있다.Other features and advantages can be seen in the following description and the scope of the patent application.

도면 1a는 전기화학 그래핀 제조의 실험장치 설명도.
도면 1b는 전기화학 그래핀 제조 프로세스 순서도.
도면2a, 2b와 2c는 각각 전기화학 그래핀 박편의 광학 현미경, 스캐닝 전자현미경, 원자력 현미경 이미지.
도면 3은 전기화학 그래핀 박편 두께의 통계측정 이미지.
도면 4a와 4b은 각각 전기화학 그래핀 박리의 Raman과 X의 빛이 스펙트럼 방출.
도면 5는 전기화학 그래핀 포함한 전극의 안내도.
도면 6은 전극을 제조하기 위한 하나의 작업 공정도.
도면 7은 분무 건조 공정 안내도.
도면 8a와 8b는 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 입자의 스태닝 전자 현미경 이미지.
도면 9a는 전기화학 셀의 구체적 실시 사례 도면.
도면 9b는 코인 배터리의 구체적 실시 사례 도면.
도면 9c는 원통형 배터리의 구체적 실시사례 도면.
도면 9d는 파우치형 셀 배터리의 구체적 실시사례 도면.--
도면 10a와 10b는 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+)의 전기화학 배터리의 충전과 방전 특성 도면.
도면 11은 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 입자의 설명도.
도면12a는 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 재료 충전 후 투과식 전자 현미경 이미지.
도면12b와 12c는 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 재료가 방전 후 투과식 전자 현미경 이미지.
도면13은 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 재료 투과식 전자현미경 이미지.
도면14는 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+)을 지닌 전기화학 배터리의 수명주기와 용량의 관계도
도면 15는 그래핀을 지닌 비결정 카본-인산염-철-리튬 양극(+)을 함유한 전기화학 배터리의 충전과 방전 특성 설명도
도면 16은 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+)을 지닌 전기화학 배터리의 방전율과 쿨롱효율(Coulombic efficiency) 이미지.
도면 17은 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 음극(-) 전기화학 배터리의 전기용량 유지율 및 방전율 관계도.
도면 18은 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 음극(-) 전기화학 배터리의 수명주기와 용량 관계도.
도면 19는 양극(+) 제2 순환전압 이미지.
도면 20은 각종 양극(+) 비용량과 충전순환 사이에서의 그래프.
도면 21은 전기화학 그래핀을 지닌 실리카 입자의 순환전압-전류 관계도.
도면 22a는 복합 양극(+)재료의 도표.
도면 22b는 도면 22a의 복합양극(+)재료로부터 형성한 양극(+) 도표.
도면 23은 각종 복합양극(+)재료의 비용량과 전압 관계 도표.
1a is an explanatory view of an experimental apparatus for producing electrochemical graphene;
Figure 1b is a flow chart of an electrochemical graphene fabrication process.
Figures 2a, 2b and 2c are optical microscope, scanning electron microscope, and atomic force microscope image of electrochemical graphene flakes, respectively.
Fig. 3 is a statistical measurement image of electrochemical graphene flake thickness.
Figures 4a and 4b show Raman and X spectral emission of electrochemical graphene peel, respectively.
5 is a guide view of an electrode including electrochemical graphene.
6 is a view showing one working process for manufacturing an electrode.
7 is a spray drying process guide view.
Figures 8a and 8b are scanning electron microscope images of phosphate-iron-lithium electrochemical graphene particles.
9A is a specific example of an electrochemical cell.
9B is a specific example of a coin battery.
9C is a specific example of a cylindrical battery.
9D is a specific example of a pouch type cell battery.
Figures 10a and 10b show charging and discharging characteristics of an electrochemical battery of phosphate-iron-lithium electrochemical graphene anode (+).
FIG. 11 is an explanatory view of a phosphate-iron-lithium electrochemical graphene particle. FIG.
FIG. 12a is an image of a transmission electron microscope after filling a phosphate-iron-lithium electrochemical graphene material.
Figures 12b and 12c are transmission electron micrographs after discharge of phosphate-iron-lithium electrochemical graphene material.
FIG. 13 is a transmission electron microscope image of a phosphate-iron-lithium electrochemical graphene material.
Figure 14 shows the relationship between lifetime and capacity of an electrochemical battery with a phosphate-iron-lithium electrochemical graphene anode (+).
FIG. 15 is an explanatory diagram of charging and discharging characteristics of an electrochemical battery containing an amorphous carbon-phosphate-iron-lithium anode (+) with graphene
FIG. 16 is a discharge and coulombic efficiency image of an electrochemical battery with a phosphate-iron-lithium electrochemical graphene anode (+).
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the capacity retention rate and discharge rate of a phosphate-iron-lithium electrochemical graphene negative (-) electrochemical battery.
Figure 18 is a life cycle and capacity diagram of a phosphate-iron-lithium electrochemical graphene cathode (-) electrochemical battery.
19 is an anode (+) second cyclic voltage image.
20 is a graph between various positive (+) non-capacity and charge cycles.
21 is a cyclic voltage-current relationship diagram of silica particles having electrochemical graphene.
22a is a diagram of composite anode (+) material.
22b is a positive (+) diagram formed from the composite positive (+) material of FIG. 22a.
Figure 23 is a plot of the capacitance vs. voltage of various composite anode (+) materials.

코팅 비결정 카본을 함유한 인산염-철-리튬 전극 배터리가 만약 전기화학 박리 그래핀의 음극(-) 또는 양극(+)을 함유하면, 뚜렷한 분극 전압 작용 없이 고비용량, 고에너지 밀도와 고출력을 나타낸다. 예를 들어 음극(-) 또는 양극(+)이 전기화학 박리 그래핀을 지닌 리튬 함유 입자로 형성될 수 있다. (즉, 적어도 부분코팅) 이런 종류의 배터리는 낮은 제1순환 용량의 비가역 손실과 긴 순환 수명을 보여준다.If a phosphate-iron-lithium electrode battery containing a coating of amorphous carbon contains a cathode (-) or an anode (+) of electrochemical stripping graphene, it exhibits high capacity, high energy density and high output power without significant polarization voltage action. For example, the negative electrode (-) or positive electrode (+) may be formed of lithium-containing particles with electrochemical release graphene. (I. E., At least partial coating). This type of battery shows irreversible loss and long cycle life at a low first circulation capacity.

전기화학 박리 그래핀Electrochemical peeling graphene

전해질 용액 내에서 흑연 전기화학 박리로 전기화학 박리 그래핀 박편을 제조할 수 있다(본문에서는 전기화학 그래핀이라 칭함). 만약 2011년 6월 28일 신청한 미국특허출원 제13/170,624호와 2011년 5월 4일 신청한 중화민국 특허출원 제100115655호에 기술하였듯, 이 두 개의 특허가 본문에서 모두 참고되었다. 전기화학 박리를 이용하여 대량의 전기화학 그래핀 박편을 제조하고, 대부분 만들어진 박편은 단지 몇 개의 층만으로 이루어져, 결함이 낮은 고품질의 결정구조와 낮은 저항을 지니고 있다.Electrochemical stripping graphene flakes can be prepared by electrochemical stripping of graphite in an electrolyte solution (referred to herein as electrochemical graphenes). As described in U.S. Patent Application No. 13 / 170,624 filed on June 28, 2011 and U.S. Patent Application No. 100115655 filed on May 4, 2011, these two patents are all incorporated herein by reference. A large amount of electrochemical graphene flakes are fabricated using electrochemical stripping, and most of the slabs made are composed of only a few layers, and have a low-defect, high-quality crystal structure and low resistance.

도면 1a와 1b를 참고하면, 전기화학 그래핀을 제조하기 위해 하나의 작업전극(1)과 하나의 접지전극(2)가 전해액(3(10))안에 닿는다. 예를 들어, 작업전극은 흑연으로 제조 가능하고, 접지전극은 백금과 같은 일종의 금속으로 제조 가능하다. 전압원(4)로부터 온 낮은 바이어스 전압( 예 +2.5 V)을 작업전극(1(12))에 가하여 전해액(3)으로부터 이온을 발생시켜 작업전극의 흑연 구조내에 삽입시킨다. 그 후 전압원(4)로부터 온 높은 바이어스 전압(예 +10 V)을 작업전극(1(14))에 가하여 작업전극(1)내의 흑연 분리를 일으켜 그래핀 박편을 만들어내고 그래핀 박편이라 칭한다. 필터 및/또는 원심분리를 사용처럼 그래핀의 박편을 적출할 수 있다. 일부 구체적인 실시 사례에서 물리 또는 화학혼합 또는 질소나 다른 비탄소원소 혼합 사용과 같이 전기화학 그래핀을 한 단계 더 나아가 처리하거나 개선시킬 수 있다. 예를 들어 질산이나 과산화수소를 사용하여 전기화학 그래핀의 p-혼합을 만들거나 아민 화합물을 사용하여 전기화학 그래핀의 n-혼합을 만든다.Referring to FIGS. 1a and 1b, one working electrode 1 and one ground electrode 2 touch an electrolyte solution 3 (10) to produce electrochemical graphene. For example, the working electrode can be made of graphite, and the ground electrode can be made of a kind of metal such as platinum. A low bias voltage (for example, +2.5 V) from the voltage source 4 is applied to the working electrode 1 (12) to generate ions from the electrolyte 3 and inserted into the graphite structure of the working electrode. Then, a high bias voltage (for example, +10 V) from the voltage source 4 is applied to the working electrode 1 (14) to cause graphite separation in the working electrode 1 to produce a graphene flake, The flakes of graphene can be removed as by using filters and / or centrifuges. In some specific embodiments, the electrochemical graphene can be further processed or improved, such as by using physical or chemical mixing, or using nitrogen or other non-carbon element mixtures. For example, nitric acid or hydrogen peroxide is used to make a p-mixture of electrochemical graphenes or an amine compound to make n-blend of electrochemical graphenes.

전기화학 박리 프로세스의 구체적 실례에서 작업전극은 흑연막대이고 접지전극은 백금선이다. SO42-수용액(100mL 탈 이온(DI)수 내 2.4g의 98%황산(H2SO4)와 11mL의 30% 수산화칼륨용액이 형성한 용액의pH수치는 약 12)을 전해액으로 사용한다. +2.5 V의 정전 바이어스 전압을 작업전극에 가해 5분에서 10분간 흑연막대를 적셔 SO42-이온이 흑연결정 주변에 느리게 들어가게 한다. +2.5 V 바이어스전압을 가한 후 흑연막대는 하나의 단편 내에서 유지된다. 그 후 +10 V의 바이어스 전압을 가한다. 예를 들어 +10 V 바이어스 전압을 가하고 30분을 유지하면 수 밀리그램의 그래핀을 만들어내 그래핀의 박리를 일으킨다. +10 V 바이어스 전압을 가할 시 흑연은 빠르게 박편으로 분리? 전해질용액 표면에 분산된다. 필터 수집 박리한 그래핀 박편과 관련제품을 이용해 디메틸 포름 아미드(DMF)내에 다시 분산한다. 디메틸 포름 아미드내의 그래핀 용액을 원심분리해 필요없는 두꺼운 흑연입자를 제거한다. 일부 예에서 높은 바이어스전압을 작업전극에 가하면 +10 V 와-10 V 사이에서 전환이 되어 박리한 그래핀층의 황산산화를 감소시킨다.In a specific example of the electrochemical stripping process, the working electrode is a graphite rod and the ground electrode is a platinum wire. SO42 aqueous solution (pH value of a solution formed by 2.4 g of 98% sulfuric acid (H2SO4) in 1100 ml of deionized (DI) water and 11 ml of 30% potassium hydroxide solution) is used as the electrolyte solution. Apply an electrostatic bias voltage of +2.5 V to the working electrode and wet the graphite rod for 5 to 10 minutes to allow SO42- ions to slowly flow around the graphite crystal. After applying the +2.5 V bias voltage, the graphite bar is held in one piece. Thereafter, a bias voltage of +10 V is applied. For example, applying a +10 V bias voltage and holding for 30 minutes creates several milligrams of graphene, causing the graphene to peel off. When applying a + 10V bias voltage, graphite is rapidly separated into flakes? And is dispersed on the surface of the electrolyte solution. Filter collection Redisperse in dimethylformamide (DMF) using exfoliated graphene flakes and related products. Centrifuge the graphene solution in dimethylformamide to remove thick graphite particles that are not needed. In some instances, applying a high bias voltage to the working electrode results in switching between +10 V and -10 V to reduce the sulfuric acid oxidation of the separated graphene layer.

2a, 2b와 2c를 참고하면 하나의 광학 현미경이미지, 하나의 스캐닝 전자현미경이미지와 하나의 원자력현미경(AFM) 이미지가 각각 그래핀 박편(20)의 예를 나타내고 있다. 그래핀 박편의 가로크기 범위는 수 미크론에서 수십 미크론까지이다.2a, 2b and 2c, one optical microscope image, one scanning electron microscope image, and one atomic force microscope (AFM) image each show an example of the graphene flake 20. The width of graphene flakes ranges from a few microns to tens of microns.

도면3을 참고하면 원자력현미경 측량의 그래핀 박편의 두께 범위는 도면 30에도 나타난 것처럼 약 1.5에서 4.2 나노미터(nm)이다. Veeco Dimension-IconR 시스템(Lowell,MA)을 사용하여 원자력 현미경 이미지를 만든다.Referring to FIG. 3, the thickness range of the graphene flakes of an atomic force microscope survey is about 1.5 to 4.2 nanometers (nm) as shown in FIG. Use the Veeco Dimension-IconR system (Lowell, MA) to create an atomic force microscope image.

도면 4a를 참고, 전기화학 그래핀 박편의 라만(Raman) 스펙트럼(40)의 예(473 nm 레이저 여기)는 Raman D 주파수대와 D' 주파수대의 존재를 나타낸다. 또한 도면 4b를 참고하면 X선 광전자 광분기(XPS)에 의해 측정한 전기화학 그래핀 박편의 결합에너지 곡선(C1s)42의 예가 286.4 Ev(C-OH버튼과 대응), 287.8 eV(C = O버튼과 대응) 와 288.9 eV (O = C-OH버튼과 대응)의 C1s 결합에너지에 나타난다. 그러나 라만 스펙트럼(40)과 결합에너지곡선(42)는 전기화학 그래핀 박편내에 일부 결함이 있다고 나타내고, 이는 그래핀의 황산 산화에 의한 것이다. 그러나 라만 스펙트럼 내에 2700 cm-1에 날카로운 2D 주파수대가 존재하는 것은, 비록 결함이 존재하긴 하나 그래핀 박편이 양호한 품질의 흑연결정구조를 가지고 있으며, 품질이 그래핀 산화물의 흑연구조나 원래의 그래핀 산화물 박편보다 좋다는 것을 의미한다.Referring to Figure 4a, an example of the Raman spectrum 40 (473 nm laser excitation) of an electrochemical graphene flake shows the presence of the Raman D and D 'bands. Also, referring to FIG. 4B, an example of the binding energy curve C1s 42 of the electrochemical graphene flakes measured by X-ray photoelectron optical branching (XPS) is 286.4 Ev (corresponding to the C-OH button) and 287.8 eV Button) and 288.9 eV (corresponding to the O = C-OH button). However, Raman spectrum 40 and bond energy curve 42 indicate that some defects in the electrochemical graphene flake are due to sulfuric acid oxidation of the graphene. However, the presence of a sharp 2D band at 2700 cm-1 in the Raman spectrum indicates that graphene flakes have a good quality graphite crystal structure, even though defects exist, and that the quality of graphite structure of graphene oxide, Which is better than oxide flakes.

공초점 라만 시스템(NT-MDT,Santa Clara,CA)에서 라만 스펙트럼을 분석한다. 레이저의 파장은473 nm (2.63 eV)이고, 레이저 빔 점의 크기는 약0.5 μm이며 매 밀리미터마다 600개 홈의 격자가 얻는 스펙트럼 해상도는 3 cm-1이다. 하나의 높은 격자(매 밀리미터당 1800개 홈)로 1 cm-1의 스펙트럼 해상도를 제공하여 비교적 상세한 라만 주파수대의 선형을 얻는다. 520 cm-1 에서의 Si피크를 이용해 파수 보정의 참고로 삼는다.The Raman spectrum is analyzed in a confocal Raman system (NT-MDT, Santa Clara, CA). The wavelength of the laser is 473 nm (2.63 eV), the size of the laser beam spot is about 0.5 μm, and the spectral resolution obtained by a grating of 600 grooves per millimeter is 3 cm -1. One high grating (1800 grooves per millimeter) provides a spectral resolution of 1 cm < " 1 > to obtain a relatively detailed Raman band linearity. The Si peak at 520 cm-1 is used as a reference for wave number correction.

전기화학 그래핀의 산소함유량은 다른 유형의 그래핀 산소함유량보다 낮다. 화학박리 그래핀, 기계박리 그래핀과 그래핀 산화물 환원 그래핀을 예로 들 수 있다. 그렇기 때문에 전기화학 그래핀은 다른 종류의 그래핀보다 비교적 높은 전도성을 지닌다. 예를 들어, 본원에서 서술한 전기화학 그래핀 박편의 산소함유량은 약 20 wt% 이하일 것으로, 약 18%이하, 약 16%이하, 약 13%이하 또는 약 2%에서 약 18%, 약 4%에서 약 16%, 약 6%에서 약 14% 또는 약 8%에서 약 12%범위 안 이다. 전기화학 그래핀의 투과도는 약 90%이상으로,약 91%, 93%, 95%, 97%, 또는 99%이상이다. 구체적인 두께는 약 1.5 nm에서 약 5 nm사이 (약 1.5 nm에서 약 3 nm, 약 2 nm에서 약 4 nm, 약 2.5 nm에서 약 4.5 nm, 약 3 nm에서 약 5 nm)의 전기화학 그래핀 박편의 얇은 층 저항은 약 10 kΩ/sq이하,약 9 kΩ/sq이하, 약 8 kΩ/sq이하, 약 7 kΩ/sq이하, 약 6 kΩ/sq이하, 약 5 kΩ/sq이하, 약 4 kΩ/sq이하, 약 3 kΩ/sq이하이다.The oxygen content of the electrochemical graphene is lower than the other types of graphene oxygen content. Chemical exfoliating graphene, mechanical exfoliating graphene and graphene oxide reducing graphene. Therefore, electrochemical graphene has relatively higher conductivity than other types of graphene. For example, the oxygen content of the electrochemical graphene flakes described herein may be less than about 20 wt%, such as less than about 18%, less than about 16%, less than about 13%, or about 2% to about 18% , About 16%, about 6% to about 14%, or about 8% to about 12%. The transmittance of electrochemical graphene is about 90% or more, about 91%, 93%, 95%, 97%, or 99% or more. Specific thicknesses may range from about 1.5 nm to about 5 nm (from about 1.5 nm to about 3 nm, from about 2 nm to about 4 nm, from about 2.5 nm to about 4.5 nm, from about 3 nm to about 5 nm) A thin layer resistance of about 10 k? / Sq or less, about 9 k? / Sq or less, about 8 k? / Sq or less, about 7 k? / Sq or less, about 6 k? / Sq or less, about 5 k? / sq, less than or equal to about 3 k [Omega] / sq.

도면 5 참고, 복합전극(50)의 예는 전극재료(52, 전극재료의 입자), 전극재료(52)에 삽입한 전기화학 그래핀(54), 접합제(58), 전도성 첨가제(59)로 형성되어 있다. 전극(50)은 리튬 이온전지 같은 배터리의 음극(-) 및/또는 양극(+)으로 사용될 수 있다. 이는 코인 셀 배터리, 원통형배터리 또는 각기둥 파우치형 배터리일 것이며 각각 도면 9b-9d안에 나타난다. 5, an example of the composite electrode 50 includes an electrode material 52 (particles of electrode material), an electrochemical graphene 54 inserted into the electrode material 52, a bonding agent 58, a conductive additive 59, Respectively. The electrode 50 can be used as a negative electrode (-) and / or a positive electrode (+) of a battery such as a lithium ion battery. This would be a coin cell battery, a cylindrical battery or a prismatic battery, and is shown in Figures 9b-9d, respectively.

예에서, 전극재료(52)는 리튬계 재료일 수 있고, 리튬 이온 배터리의 음극(-) 및/또는 양극(+)으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 전극재료가 전극재료 또는 전극재료로 들어가는 전구체는 일종의 리튬계 재료이다. (예,LiFe(1-x)MxP(1-x)O2(2-x),0 ≤ X < 1) . 리튬-철 산화물, 리튬-인산염-철 (LiFePO4), 리튬-철-아린산 산화물, 리튬-코발트 산화물(LiCoO2), 리튬-니켈 산화물((LiMn2O4 ), 리튬-코발트-망간-니켈 또는 리튬-코발트-망간-니켈 산화물 등이 그렇다. 비결정 카본 코팅층과 같은 것을 리튬계 재료로 코팅할 수 있다. 예를 들어 전극재료의 예는 비결정 카본의 인산염-철-리튬 입자를 포함한다In the example, the electrode material 52 may be a lithium-based material and may be used as a negative electrode (-) and / or a positive electrode (+) of a lithium ion battery. For example, the precursor in which the electrode material enters the electrode material or the electrode material is a kind of lithium-based material. (E.g., LiFe (1-x) MxP (1-x) O2 (2-x), 0? X <1). (LiMn 2 O 4), lithium-cobalt-manganese-nickel or lithium-cobalt (LiCoO 2), lithium-iron oxide -Manganese-nickel oxide, etc. An amorphous carbon coating layer can be coated with a lithium-based material. Examples of electrode materials include, for example, phosphate-iron-lithium particles of amorphous carbon

예에서, 전극재료(52)는 카본재료, 세라믹재료, 실리콘, 주석, 다른 금속 또는 금속산화물을 포함할 수 있다. 탄소재료는 자연 또는 인공흑연, 소프트카본, 하드카본, 카본-나노 튜브 또는 카본섬유(예, 기상성장 카본섬유)가 될 수 있다.In the example, the electrode material 52 may comprise a carbon material, a ceramic material, silicon, tin, other metals or metal oxides. The carbon material may be natural or artificial graphite, soft carbon, hard carbon, carbon-nanotube or carbon fiber (e.g., vapor grown carbon fiber).

복합전극(50)은 또 첨가재료를 포함할 수 있다. 예로 전도성 첨가제(59), 접착제(58), 탄소재와 용제가 있다. 전도성 첨가제(59)는 전도성 카본블랙(예 Super P카본블랙,Timcal,Switzerland), 주요 합성흑연(예, Timrex KS 6흑연,Timcal) 또는 전도성 첨가제를 포함할 수 이다. 접착제(58)은 불화 비닐 수지, 카복시메틸 셀룰로스, SB 코폴리머나 다른 접착제를 포함할 수 있다. 카본소재는 기능 탄소재를 포함할 수 있다. 예로 자연 또는 인공흑연, 소프트카본, 하드카본, 전도성 카본재, 나노카본튜부, 카본섬유(기상 성장 카본섬유) 또는 다른카본 재료이다. 용제는 하나 또는 다수의 N-메틸-2-피로리돈, 프탈산 디메틸, 아세토 니트릴, 알코올이나 기타 용제가 될 수 있다.The composite electrode 50 may also include an additive material. Examples include conductive additives (59), adhesives (58), carbon materials and solvents. The conductive additive 59 may comprise conductive carbon black (e.g. Super P carbon black, Timcal, Switzerland), primary synthetic graphite (e.g., Timrex KS 6 graphite, Timcal) or conductive additives. The adhesive 58 may comprise vinyl fluoride resin, carboxymethyl cellulose, SB copolymer or other adhesive. The carbon material may include a functional carbon material. Examples are natural or artificial graphite, soft carbon, hard carbon, conductive carbon material, nano carbon tube, carbon fiber (vapor grown carbon fiber) or other carbon material. The solvent may be one or more of N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl phthalate, acetonitrile, alcohol or other solvent.

통상적으로 복합전극(50)내 전기화학 그래핀(54)의 양은 전극(100)의 총 재료에서 아주 작은 부분을 차지한다. 예를 들어, 복합전극(50)은 약 0.001 wt%에서 약 5 wt%까지의 전기화학 그래핀(54)를 포함할 수 있다. 예, 약 0.001 wt% 에서 약 2 wt%, 약 0.01 wt% 에서 약 1 wt%, 약 0.05 wt% 에서 약 1.5 wt% 또는 약 0.03 wt% 에서 약 1.2 wt%이다. 아래 더 자세히 나오지만 설령 리튬이온 배터리가 사용한 전극이 그렇게 소량의 전기화학 그래핀을 함유하였어도 양호한 충전방전기능을 가지고 있다.Typically, the amount of electrochemical graphene 54 in the composite electrode 50 occupies a very small portion of the total material of the electrode 100. For example, the composite electrode 50 may comprise from about 0.001 wt% to about 5 wt% of the electrochemical graphene 54. From about 0.001 wt% to about 2 wt%, from about 0.01 wt% to about 1 wt%, from about 0.05 wt% to about 1.5 wt%, or from about 0.03 wt% to about 1.2 wt%. Although it is described in more detail below, even if the electrode used by the lithium ion battery contains such a small amount of electrochemical graphene, it has a good charge-discharge function.

도면 6참조, 복합전극을 제조하기 위해 전기화학 그래핀을 적재한 음극(-) 또는 양극(+)이 전기화학 그래핀과 전극재료 또는 전구체(60)와 결합할 수 있다. 예를 들어, 초음파나 균일한 혼합을 통해 전기화학 그래핀과 전극재료 또는 전구체를 기계적으로 혼합할 수 있다. 전기화학 그래핀은 또한 기계혼합, 용액혼합과 건조, 물리 또는 화학 표면 개질을 통해 그리고/또는 양극(+)또는 음극(-)표면 물리 또는 화학 혼합으로 전극재료나 전구체의 결합을 이룬다.Referring to FIG. 6, a negative electrode (-) or a positive electrode (+) on which electrochemical graphene is loaded can be combined with an electrochemical graphene and an electrode material or a precursor 60 to produce a composite electrode. For example, electrochemical graphene and electrode material or precursor can be mechanically mixed through ultrasonic waves or uniform mixing. Electrochemical graphene also forms a combination of electrode material or precursor through mechanical mixing, solution mixing and drying, physical or chemical surface modification and / or positive (+) or negative (-) surface physics or chemical mixing.

전기화학 그래핀의 혼합물과 전극재료는 건조와 조립(62)될 수 있다. 열 건조, 분무건조 또는 필터 건조가 있다. 열 건조는 건조로 안이나 가열판에 혼합물 증발로 용제를 제거해 전기화학 그래핀과 전극재료 혼합한 분말을 유지하는 것을 포함할 수 있다. 분무건조는 고속원심에서 전기화학 그래핀과 전극재료 혼합물을 노즐로 분출하는 것을 포함할 수 있다. 필터건조는 전기화학 그래핀과 전극재료의 혼합물을 흡입 필터링해 덩어리로 만든 후 건조와 과립화 하는 것을 포함할 수 있다.The mixture of electrochemical graphene and the electrode material can be dried and assembled (62). Thermal drying, spray drying or filter drying. The thermal drying may include holding the powder mixed with the electrochemical graphene and the electrode material by removing the solvent by evaporation of the mixture in a drying furnace or a hot plate. Spray drying may include ejecting the electrochemical graphene and electrode material mixture into a nozzle at a high speed centrifuge. Filter drying may include suction filtration of a mixture of electrochemical graphene and electrode material into agglomerates followed by drying and granulation.

전기화학 그래핀과 전극재료의 혼합물 건조와 과립화가 만든 과립은 접착제, 전도성 첨가제및 또는 용제(약8:1:1의 비율)와 같은 첨가제와 혼합해 일종의 슬러리(64)를 만들 수 있다. 슬러리의 고체함량은 약 40%에서 약 50%까지 가능하다. 슬러리를 구리 또는 알루미늄 호일 콜렉터에 도포하고 전기화학 테스트(66)에 버튼형 배터리 설비에 사용되는 전극으로 압축한다. A, AA 또는 AAA배터리, 자동차배터리와 기타 유형의 배터리 같은 다른 설비 또한 하나 또는 여러 개의 전기화학 그래핀을 포함한 전극을 가지고 있다.Mixture of electrochemical graphene and electrode material The granules made by drying and granulating can be mixed with additives such as adhesives, conductive additives and / or solvents (ratio of about 8: 1: 1) to form a slurry 64. The solids content of the slurry is from about 40% to about 50%. The slurry is applied to a copper or aluminum foil collector and compressed into an electrochemical test (66) with an electrode for use in a button-type battery facility. Other equipment such as AA, AA or AAA batteries, automotive batteries and other types of batteries also have electrodes containing one or several electrochemical graphenes.

도면 7 참조, 한 예에서 분무건조를 통해 전극을 제조하는 방법은 균질기(70)에서 전기화학 그래핀과 전극재료 또는 그 전구체를 고르게 혼합하여 균질용액(71)을 만든다. 연동펌프(72)로 균질용액(71)을 파이프라인(76)을 거쳐 고속 회전하는 분무판과 스프레이노즐(74)로 넣어 고속원심 상태에서 분출한다. 균질 혼합물내의 용액에 따라 노즐(74)의 온도 설정이 가능하다. 일부 예에서 노즐(74)의 온도는 약 100℃와 약 200℃사이이다. 가열기(78)을 이용해 분사한 재료는 분말형태로 건조되고 분말 수집실(79)에서 분말을 수집한다. 높은 주입구 온도에서 과립화 가속 처리과정이 분말을 전극으로 만든다. 분무건조는 전극재료의 양산에 적용된다.Referring to FIG. 7, in one example, a method of manufacturing an electrode through spray drying is to homogeneously mix an electrochemical graphene and an electrode material or a precursor thereof in a homogenizer 70 to form a homogeneous solution 71. The homogeneous solution 71 is pumped by the peristaltic pump 72 into the spray plate and the spray nozzle 74 rotating at a high speed through the pipeline 76 and is ejected in a high speed centrifugal state. The temperature of the nozzle 74 can be set according to the solution in the homogeneous mixture. In some examples, the temperature of the nozzle 74 is between about 100 ° C and about 200 ° C. The material sprayed using the heater 78 is dried in powder form and the powder is collected in the powder collecting chamber 79. Granulation at high inlet temperature Accelerated processing makes the powder an electrode. Spray drying is applied to mass production of the electrode material.

한 예에서 인산염-철-리튬(LiFePO4)입자에 비결정 탄소와 소수의 여러 겹의 전기화학 그래핀 박편을 코팅하여 전극(본문참고는 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀의 전극으로 함)을 만든다. 디메틸 포름 아미드 내 250 ppm 전기화학 그래핀 박편용액에서 직경300nm에 비결정 탄소층 코팅한 (Tatung Fine Chemicals Co., Taipei, Taiwan에서 얻음) 입자 인산염-철-리튬 분말 내에 차례로 떨어뜨려 집어 넣는다. 180℃에서 혼합물을 섞고 전기화학 그래핀 박편을 분산하고 용제를 증발 시킨다.In one example, amorphous carbon and a small number of layers of electrochemical graphene flakes are coated on the phosphate-iron-lithium (LiFePO4) particles to form an electrode (the body reference is phosphate-iron-lithium electrochemical graphene electrode) . In a 250 ppm electrochemical graphene flake solution in dimethylformamide, the particles are dropped in a 300 nm diameter amorphous carbon layer coating (obtained from Tatung Fine Chemicals Co., Taipei, Taiwan) particles in phosphate-iron-lithium powder. Mix the mixture at 180 ° C and disperse the electrochemical graphene flakes and evaporate the solvent.

용제 증발 후 전기화학 그래핀과 비정질 탄소 코팅한 인산염-철-리튬 입자간의 반데르발스힘은 그래핀 박편으로 입자를 감싼다. 이러한 랩핑은 인산염-철-리튬입자를 보호해 응고방지와 부피팽창을 방지한다.Van der Waals force between electrochemical graphene and amorphous carbon-coated phosphate-iron-lithium particles after solvent evaporation wraps the particles with graphene flakes. This lapping protects the phosphate-iron-lithium particles to prevent coagulation and volume expansion.

도면 8a와 8b참조, 스캐닝 전자현미경 이미지는 전기화학 그래핀의 박편(80)이 실제로 코팅 비결정 탄소의 인산염-철-리튬입자(82) 표면에 코팅되었다는 것을 나타낸다. 즉 전기화학 그래핀 박편(80)의 주름(84)를 관찰할 수 있다.8a and 8b, the scanning electron microscope image shows that the flake 80 of the electrochemical graphene is actually coated on the surface of the phosphate-iron-lithium particles 82 of the coating amorphous carbon. That is, the corrugation 84 of the electrochemical graphene flake 80 can be observed.

도면 9a참조, 전기화학 배터리(90)의 구체적 예에는 전기화학 그래핀을 담은 전극이 있다. 전기화학 배터리(90)은 각족 전극이 구성하는 전기화학 행위를 테스트하는데 이용할 수 있다. 전기화학 배터리(90)은 하나의 제1전극(92)를 포함하고, 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀으로부터 만들어진 것이다. 전기화학 그래핀을 포함한 제1전극(92)는 하나의 음극(-) 또는 양극(+)일 것이다. 전기화학 배터리(90)은 하나의 제2전극(94)를 포함하고 리튬 호일에서 형성된 것이다. 전극(92, 94)는 Li+ 이온과 같은 이온(98)을 함유한 의 전해질 용액(96)에 잠겼다.Referring to FIG. 9A, a specific example of the electrochemical battery 90 includes an electrode containing electrochemical graphene. The electrochemical battery 90 can be used to test the electrochemical behavior of the angled electrodes. The electrochemical battery 90 includes one first electrode 92 and is made from a phosphate-iron-lithium electrochemical graphene. The first electrode 92 including the electrochemical graphene may be one negative (-) or positive (+). The electrochemical battery 90 includes a second electrode 94 and is formed from a lithium foil. Electrodes 92 and 94 are immersed in an electrolyte solution 96 containing ions 98 such as Li + ions.

도면 9b-9d참조, 전기화학 그래핀을 가진 전극은 버튼형전지(91), 원통형전지(93), 기둥형 파우치형 배터리(95)의 음극(-) 및/또는 양극(+)에 사용된다.9b-9d, an electrode having electrochemical graphene is used for the negative electrode (-) and / or the positive electrode (+) of the button cell 91, the cylindrical battery 93 and the columnar pouch-

한 예에서 10 wt% Super PR 흑연과 10 wt% N-메틸-2-필로리돈의 PVDF가 연이어 80 wt%의 활성재료에 추가된다. 예를 들어 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀이 있다. 혼합물을 400 rpm에서 스테인레스 볼로 밀링 분쇄한다. 만들어진 슬러리는 알루미늄 호일 콜렉터에 코팅하고 110 ℃에서 4시간 건조한다. 그 후 코인 또는 버튼 배터리 같은 전기화학 배터리는 아르곤이 풍부한 글로브박스에서 조립한다. 인산염-리튬-철을 함유한 전기화학 그래핀을 건조하는 슬러리는 제1전극92( 음극(-)또는 양극(+))에 사용되고, 리튬 호일은 제2전극(94, (양극(+) 또는 음극(-))에 사용되면 Celgard 2600 분리막 또는 Celgard PP/ PE /PP Trilayer 분리막(Celgard,Charlotte,NC에서 얻을 수 있음)을 분리막으로 사용할 수 있다. 전해질 용액은 1:1:1 용해된 용적비의 에틸 메틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트와 비닐렌 카보네이트의 화합물의 1M 헥사플루오로인산 리튬을 포함한다. 한 예에서 전해용액은 1%의 에틸렌 카보네이트, 에틸-메틸 카보네이트 및 디메틸 카보네이트(1:1:1 wt%)를 용해한 혼합물의 1M 헥사플루오로인산 리튬을 포함하고 있다.In one example, 10 wt% Super PR graphite and 10 wt% N-methyl-2-pyrrolidone PVDF are added in succession to 80 wt% of the active material. For example, there are phosphate-iron-lithium electrochemical graphenes. The mixture is milled at 400 rpm with stainless steel balls. The slurry is coated on an aluminum foil collector and dried at 110 ° C for 4 hours. Electrochemical batteries such as coin or button batteries are then assembled in an argon-rich glove box. The slurry for drying the electrochemical graphene containing phosphate-lithium-iron is used for the first electrode 92 (negative (-) or positive (+) and lithium foil is used for the second electrode 94 Celgard 2600 separator or Celgard PP / PE / PP Trilayer separator (available from Celgard, Charlotte, NC) can be used as the separator if used for the negative electrode (-)) Electrolyte solution has a 1: 1: 1 dissolved volume ratio In one example, the electrolytic solution contains 1% of ethylene carbonate, ethyl-methyl carbonate and dimethyl carbonate (1: 1: 1 wt%), ) Dissolved in a mixture of 1M lithium hexafluorophosphate.

대조군으로 전기화학 그래핀을 포함하지 않는 양극(+)과 음극(-)을 제조하고, 전기화학 배터리 내에 포함시킨다. 예를 들어 음극(-) 복합재료는 80 wt% 코팅 비결정 인산염-철-리튬, 10wt%접착재와 10 wt%전도성 첨가제로 형성된다. 이러한 구성분은 고르게 N-메틸-2-필로리돈 내에 용해되어 약 40%에서 50%의 고형분 슬러리를 얻게 된다. 복합 슬러리는 알루미늄 호일 콜렉터에 코팅되고 리튬 이온 버튼 배터리에 사용되는 전극배터리로 압축한다. 유사한 방식을 이용하여 전기화학 그래핀을 함유하지 않은 양극(+) 복합재료를 제조한다.A positive electrode (+) and a negative electrode (-) that do not contain electrochemical graphene as a control group are prepared and included in an electrochemical battery. For example, the negative (-) composite material is formed of 80 wt% coated amorphous phosphate-iron-lithium, 10 wt% adhesive and 10 wt% conductive additive. These constituents are evenly dissolved in N-methyl-2-phillolidone to obtain about 40 to 50% of the solid slurry. The composite slurry is coated on an aluminum foil collector and compressed with an electrode battery used in a lithium ion button battery. A positive (+) composite material that does not contain electrochemical graphene is prepared using a similar approach.

인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+)Phosphate - Iron - Lithium Electrochemistry Graphene Anode (+)

하기 내용에서 양극(+)내 전기화학 그래핀 양(+) 함수로 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+)을 포함한 전기화학 배터리를 정의내린다. 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+)을 지닌 전기화학 배터리는 양호한 충전기능, 높은 전기 용량과 양호한 순환 수명을 보여준다. 약 210 mAh/g에 이르는 비용량과 600 Wh/kg에 이르는 에너지 밀도가 그 예이다. 이 비용량은 이론상 최대 비용량보다 높다. 전기화학 그래핀 없이 유사 양극(+)은 약 170 mAh/g로 예측하였고, 전기화학 그래핀 없이 유사 양극(+)의 전형적인 비용량은 약 120-160 mAh/g로 관찰 되었다. 이 외에 에너지 밀도가 전기화학 그래핀이 없는 유사 양극의 약500 Wh/kg인 전형적 에너지 밀도보다 높다. 비용량과 에너지 밀도의 이런 높은 수치는 전기화학 그래핀의 존재가 양극(+)복합재료의 전기화학 성능을 강화한다는 것을 의미한다.In the following, we define an electrochemical battery that contains a phosphate-iron-lithium electrochemical graphene anode (+) as an electrochemical graphene positive (+) function in the anode (+). An electrochemical battery with a phosphate-iron-lithium electrochemical graphene anode (+) shows good chargeability, high capacity and good cycle life. Examples are non-capacities up to about 210 mAh / g and energy densities up to 600 Wh / kg. This capacity is theoretically higher than the maximum capacity. Without the electrochemical graphene, the simulated anode (+) was predicted to be about 170 mAh / g, and the typical specific capacity of the simulated anode (+) without electrochemical graphene was about 120-160 mAh / g. In addition, the energy density is higher than the typical energy density of about 500 Wh / kg for a similar anode without electrochemical graphene. This high level of capacity and energy density means that the presence of electrochemical graphene enhances the electrochemical performance of the positive (+) composite material.

도면 10a참조, 0.8 wt% (곡선102), 1.2 wt% (곡선104)와 2 wt% (곡선106) 전기화학 그래핀이 있는 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+)을 함유한 배터리가 0.1 C 부하율로 측정한 제1충전순환의 충전전압의 곡선을 나타낸다. 전기화학 그래핀이 없는 인산염-철-리튬 양극(+)을 대조한 전기화학 배터리를(곡선100) 테스트한다. 양극(+)내 전기화학 그래핀 양이 증가할 때, 전기화학 배터리의 비용량 역시 증가한다. 예를 들어, 0.8 wt%의 전기화학 그래핀을 가진 양극(+)의 비용량은187 mAh/g, 2 wt% 전기화학 그래핀을 지닌 양극(+)의 비용량 210 mAh /g이다. 비결정 탄소 코팅한 인산염-철-리튬 입자의 이론 비용량은 170 mAh /g이다. 약 2.0 V에서 약 3.8 V의 전압범위 및 정전압에서, 환경온도에서 전기화학 배터리를 테스트하고 3.8 V의 정전압으로 전류가0.05 C에 이를 때까지 충전한다.Referring to FIG. 10a, a battery containing a phosphate-iron-lithium electrochemical graphene anode (+) with electrochemical graphene of 0.8 wt% (curve 102), 1.2 wt% (curve 104) and 2 wt% Shows the curve of the charge voltage of the first charge cycle measured at the 0.1 C load ratio. Test the electrochemical battery (curve 100) against the phosphate-iron-lithium anode (+) without electrochemical graphene. When the amount of electrochemical graphene in the anode (+) increases, the specific capacity of the electrochemical battery also increases. For example, the specific capacity of the positive electrode (+) with electrochemical graphene of 0.8 wt% is 187 mAh / g and the specific capacity of the positive electrode (+) with 2 wt% electrochemical graphene is 210 mAh / g. The theoretical specific capacity of amorphous carbon-coated phosphate-iron-lithium particles is 170 mAh / g. The electrochemical battery is tested at ambient temperature at a voltage range of about 2.0 V to about 3.8 V and at a constant voltage and charged to a constant voltage of 3.8 V until the current reaches 0.05 C.

도면 10b참조, 같은 상황에서 0.13 wt% (곡선109) 전기화학 그래핀 함유한 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극을 대조한 전기화학 배터리 (곡선108)을 테스트 한다. 이 두 곡선이 서로 뚜렷한 차이가 없는것은, 전기화학 그래핀 함량(도면10A와 같이) 증가가 비용량의 개선에 대해 양극(+) 재료 내 전기화학 그래핀의 최소 임계량에 의해 촉발되었을 수 있다는 것을 나타낸다. 즉 전기화학 그래핀 최소 임계량 미만의 양극은 개선된 성능을 발휘하지 않을 수도 있다.Referring to FIG. 10b, an electrochemical battery (curve 108) with a phosphate-iron-lithium electrochemical graphene anode contrasted with 0.13 wt% (curve 109) electrochemistry graphene in the same situation is tested. The absence of a clear difference between the two curves indicates that the increase in electrochemical graphene content (as shown in Figure 10A) may have been triggered by a minimum critical amount of electrochemical graphene in the positive (+) material for the improvement of the non-capacity . That is, a positive electrode less than the electrochemical graphene minimum critical amount may not exhibit the improved performance.

이론의 제한 없이, 전기화학 그래핀 내 추가리튬(Li+) 이온 저장 위치의 가용성을 이용해 여러 층을 지닌 전기화학 그래핀 박편 병합전극의 전기화학 배터리의 비용량 내 개선을 설명한다. 전기화학 배터리의 주 용량은 인산염-철-리튬 입자 리튬이온의 추출(충전시)과 인산염-철-리튬 입자의 리튬이온의 주입(방전시)에 기인할 수 있다. 화학 방정식 LiFePO4 = FePO4 + Li+ + e-으로 이 과정을 설명할 수 있다.Without intending to be bound by theory, the in-situ improvement of an electrochemical battery of an electrochemical graphene flake merging electrode with multiple layers using the availability of additional lithium (Li +) ion storage sites in electrochemical graphenes is described. The main capacity of an electrochemical battery can be attributed to the extraction (charging) of phosphate-iron-lithium particle lithium ions and the injection (discharge) of lithium ions of phosphate-iron-lithium particles. The chemical equation LiFePO4 = FePO4 + Li + + e- can explain this process.

아래에 서술한 하나 또는 두 개의 제한 프로세스로, 인산염-철-리튬입자의 순서화된 감람석형 구조의 리튬이온의 추출을 제한한다. 첫 번째 제한하는 프로세스는 제한한 '상계면'을 확산시키는 것이다. 인산염-철-리튬의 리튬이온의 확산은 복잡한 이온, 외부 상, 적층 결함 및/또는 다른 구조의 특성의 제약을 받을 수 있다. 리튬이온 확산의 중단은 인산염-철-리튬(LiFePO4)과 인산염 철((FePO4)간의 상계면 운동을 억제할 수 있어, 리튬이 음극(-)또는 양극(+)재료에서 추출 및 삽입하는 부분을 잠재적으로 방지한다. 이러한 리튬이온의 삽입 부피의 감소는 용량의 손실을 초래 할 수 있다. 두번째 제한 프로세스는 인산염-철-리튬내의 낮은 전자 전도성이다. 낮은 전자이동성은 전자의 빠른 전이를 방지하므로 리튬 추출과 삽입의 속도 및 용량 손실 초래를 제한한다.With one or two limiting processes described below, the extraction of lithium ions of the ordered olivine-type structure of the phosphate-iron-lithium particles is restricted. The first limiting process is to spread a limited 'offset'. The diffusion of lithium ions of phosphate-iron-lithium can be limited by the complex ion, external phase, stacking fault, and / or other structural characteristics. The discontinuation of lithium ion diffusion can inhibit the phase shift between phosphate-iron-lithium (LiFePO4) and iron phosphate (FePO4), allowing lithium to be extracted and inserted from the negative (-) or positive (+ The second limiting process is the low electronic conductivity in phosphate-iron-lithium. Low electron mobility prevents the rapid transfer of electrons, so lithium Limit extraction and insertion speed and loss of capacity.

이론의 제한 없이, 음극(-) 또는 양극(+)이 전기화학 그래핀을 함유한 전기화학 배터리의 용량을 개선시키는 것은 전기화학 그래핀의 여러 층 박편이 제공하는 리튬이온의 부가저장 메커니즘의 존재에 기인할 수 있다. 도면 11은 리튬 이온의 잠재적 저장 매커니즘을 나타낸다. 리튬 이온(110)이 코팅 비결정 탄소(114)의 인산염-철-리튬입자(116) 표면의 전기화학 그래핀의 여러층 박편(112)내 그래핀 박편 층간 같은 곳에 삽입될 수 있다. 리튬 이온(118)은 인산염-철-리튬 입자의 탄소 (114)의 표면에 흡착할 수 있다. 이 외에 리튬(Li)과 전기화학 박리 그래핀간 가역 산화환원 반응은 용량 개선에 도움이 된다.Without being bound by theory, it is believed that improving the capacity of an electrochemical cell containing a negative (-) or positive (+) electrochemical graphene is an advantage of the presence of an additional storage mechanism of lithium ions . &Lt; / RTI &gt; Figure 11 shows the potential storage mechanism of lithium ions. Lithium ions 110 may be inserted into the graphene flake layers in the various layer flakes 112 of the electrochemical graphene on the surface of the phosphate-iron-lithium particles 116 of the coating amorphous carbon 114. The lithium ions 118 can adsorb onto the surface of the carbon 114 of the phosphate-iron-lithium particles. In addition, the reversible redox reaction between lithium (Li) and electrochemical stripping grains is helpful for capacity improvement.

인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 재료는 충전 후(즉 리튬이온 추출 후)와 방전 후(즉 리튬이온 삽입 후)의 투과식 전자현미경 이미지에서 이러한 저장메커니즘이 나타난다. 충전 후 또는 방전 후, 즉시 전기화학 배터리를 열어 테스트를 진행하면 투과식 전자현미경 이미지를 얻을 수 있다. 양극(+)을 에탄올 내에 넣어 씻고 글로브 박스 내에서 건조 시킨다. 건조 된 양극(+)재료는 알루미늄 호일에서 긁어내어 에탄올 내에 넣고 구리 격자에 떨어뜨려 투과식 전자 현미경 이미지를 만들어 낸다.Phosphate-iron-lithium electrochemical graphene materials exhibit this storage mechanism in transmissive electron microscope images after charging (ie after lithium ion extraction) and after discharging (ie after lithium ion insertion). Transmission electron microscope images can be obtained by conducting the test by opening the electrochemical battery immediately after charging or discharging. The positive electrode (+) is washed in ethanol and dried in a glove box. Dried anode (+) material is scraped from aluminum foil, placed in ethanol, and dropped on a copper lattice to produce a transmission electron microscope image.

도면12a는 0.8 wt% 전기화학 그래핀 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 입자 120이 충전 후(양극(+)에서 Li+추출 후)의 고해상도 투과식 전자 현미경 이미지를 보여준다. 약1 nm두께의 비경질 탄소 코팅층 122를 리튬-철-인산염입자(120)위에 코팅한다. 여러 층 약 1.5-2 nm 두께의 전기화학 그래핀(124)의 박편은 이 비경질 탄소코팅(122)에 나타난다. 그래핀 박편(124)의 층은 통상적으로 질서정연한 배열과 적층이 인산염-철-리튬 입자(120)에 있다.FIG. 12a shows a high-resolution transmission electron microscope image of 0.8 wt% electrochemically graphene phosphate-iron-lithium electrochemical graphene particle 120 after charging (after Li + extraction at the positive electrode (+)). A non-hard carbon coating layer 122 about 1 nm thick is coated on the lithium-iron-phosphate particles 120. A thin layer of electrochemical graphene 124 of varying thicknesses of about 1.5-2 nm thickness appears on the non-hard carbon coating 122. The layers of graphene flake 124 are typically ordered and laminated in phosphate-iron-lithium particles 120.

도면 12b는 0.8 wt% 전기화학 그래핀을 지닌 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀의 입자(125)가 충전 후(즉 Li+을 양극(+)에 삽입 후)의 고해상도 투과식 전자 현미경 이미지를 나타낸다. 도면 12c는 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 입자(125)가 충전 후의 확대된 고해상도 투과식 전자 현미경 영상을 보여준다. 여러 층의 배열이 복잡한 전기화학 그래핀의 박편(126)이 그 중 많은 층이 인산염-리튬-철 입자(125) 표면위에 어지러운 방향으로 배열되어 있는 것이 나타난다.Figure 12b shows a high-resolution transmission electron microscope image of particles 125 of phosphate-iron-lithium electrochemical graphene with 0.8 wt% electrochemical graphene after charging (i.e., after inserting Li + into the positive electrode (+)) . FIG. 12c shows an enlarged high-resolution transmission electron microscope image of the phosphate-iron-lithium electrochemical graphene particles 125 after filling. It appears that many of the foils 126 of the electrochemical graphene complex in which the layers are arranged are arranged in a dizzy direction on the surface of the phosphate-lithium-iron particles 125.

그래핀 박편(126)의 내층과 외층간 간격은 양극(+)입자(125)의 충전방전에 따라 변화한다. 한 예로, 방전된 양극(+)입자(125)내 그래핀 박편(126)내의 층과 층간 거리는0.372 nm이다. 반면에 충전한 양극(+)입자(120)내 그래핀 박편(124)내의 층과 층간 거리는 단지 0.34 nm이다. 다른 예에서, 방전된 양극(+)입자(125)내의 층과 층간 거리는 0.38 nm이고, 충전한 양극(+)입자(120)내는 0.31 nm이다. 평균 투과식 전자현미경 이미지내 여러 위치( 최소 12개 위치 또는 최소 20개 위치)의 층과 층간 거리로 이러한 층과 층간 값을 결정하였다. 구조적으로 완벽하고 Li+를 삽입한 경질성 흑연은 예상 층과 층간 거리가 0.37 nm이다.The gap between the inner layer and the outer layer of the graphene flake 126 changes before the filling area of the positive (+) particle 125. As an example, the layer-to-layer distance in the graphene flake 126 in the discharged positive (+) particle 125 is 0.372 nm. While the layer-to-layer distance in the graphene flake 124 in the charged positive (+) particle 120 is only 0.34 nm. In another example, the layer-to-layer distance in the discharged positive (+) particle 125 is 0.38 nm and the charged positive (+) particle 120 is 0.31 nm. These layer and interlayer values were determined by the layer and interlayer distances of several locations (at least 12 locations or at least 20 locations) in an average transmission electron microscope image. Rigid graphite, which is structurally perfect and incorporates Li +, has an expected layer-to-layer distance of 0.37 nm.

충전, 방전된 그래핀 박편의 구조적 차이는 Li+입자가 양극(+) 방전 시 전기화학 그래핀 박편내에 삽입되어 전기화학 그래핀 박편의 d-구간 간격을 넓히는 것을 보여줄 수 있다. 특히 전기화학 그래핀 내의 명확한 평균간(즉 층간) 간격은 Li+이온이 결정격자에 삽입되기 적합한 골자를 제공할 수 있다.The structural difference of charged and discharged graphene flakes can be shown when Li + particles are inserted into electrochemical graphene flakes during positive (+) discharges to widen the d-section spacing of electrochemical graphene flakes. In particular, a clear mean (i.e., interlayer) spacing in the electrochemical graphene can provide a framework suitable for insertion of Li + ions into the crystal lattice.

도면 13참조, 고해상도 투과식 전자 현미경 이미지는 방전된 양극(+)입자 (132) 주변의 전기화학 그래핀 박편(130)의 평면보기이다. 그래핀 박편(130)내 육각형구조(134)의 존재는 Li+이온 삽입 그래핀 박편(130)의 결정 구조내 육각형 결정격자를 나타낸다. 설명도(136)는 Li+이온 삽입 그래핀내 가능한 결정구조를 만드는 것을 나타낸다. 이러한 삽입된 Li+이온의 존재는 양극(+)의 용량증대에 도움이 될 것이다.Referring to FIG. 13, a high-resolution transmission electron microscope image is a plan view of the electrochemical graphene flake 130 around the discharged positive (+) particles 132. The presence of the hexagonal structure 134 in the graphene flake 130 represents a hexagonal crystal lattice in the crystal structure of the Li + ion-inserting graphene flake 130. Diagram 136 illustrates making the crystal structure possible within Li + ion implantation grains. The presence of such an inserted Li + ion will help increase the capacity of the positive electrode (+).

전기화학 그래핀 표면에 Li+이온의 흡착은 양극(+)용량 증대에 도움이 된다. 통상적으로 Li+이온의 표면흡착은 전기화학 배터리 수명주기의 불안정을 초래할 수 있다. 도면 14를 참조하면 0.8 wt%전기화학 그래핀을 지닌 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+)의 전기화학 배터리의 수명주기(곡선 140)은 안정적인데, 이는 Li+이온의 표면흡착이 이런 종류의 전기화학배터리 용량의 지배구조를 증대시키지는 않는다는 것을 의미한다.The adsorption of Li + ions on the electrochemical graphene surface helps to increase the positive (+) capacity. Typically, surface adsorption of Li &lt; + &gt; ions can lead to instability of the electrochemical battery life cycle. Referring to FIG. 14, the life cycle (curve 140) of an electrochemical battery of phosphate-iron-lithium electrochemical graphene anode (+) with 0.8 wt% electrochemical graphene is stable because the surface adsorption of Li + It does not increase the governance of the electrochemical battery capacity of the kind.

인산염-철-리튬 양극(+)내 전기화학 그래핀의 존재는 전기화학 배터리 용량의 비가역 제1순환 손실을 낮출 수 있다. 다시 도면 10a를 참고하면, 0.8 wt%(곡선 102)와 1.2 wt%(곡선104) 전기화학 그래핀 양극(+)은 전기화학 배터리용량의 비가역 손실이 실제적으로 0이다. 이론적 제한 없이, 이런 성능은 비결정 코팅된 인산염-철-리튬입자에 여러층 고전도된 그래핀 고팅층 균등 피복에서 기인할 수 있다. 균등한 그래핀 코팅층은 충전, 방전시 전자 이동의 빠른 통로가 된다. 통상적으로 sp2 결합(그래핀내 존재하는 결합 종류)내의 전자이동이 sp3결합(비결정탄소내 존재하는 결합종류)내에서 비교적 효율이 있다. 전기화학 그래핀 코팅층을 통한 효과적 전자이동은 전자가 충전, 방전 순환시 인산염-철-리튬 입자의 모든 표면에 분포되도록 하여 리튬의 삽입과 추출의 동력학과 가역성을 개선시킨다.The presence of electrochemical graphene in the phosphate-iron-lithium anode (+) can reduce the irreversible first circulation loss of electrochemical battery capacity. Referring again to Figure 10a, the irreversible loss of electrochemical battery capacity is practically zero at 0.8 wt% (curve 102) and 1.2 wt% (curve 104) electrochemical graphene anode (+). Without the theoretical limitations, this performance can be attributed to a multi-layer highly conductive graphene gating layer equivalent coating on amorphous coated phosphate-iron-lithium particles. An even graphene coating layer is a fast path for electron transfer during charging and discharging. Typically, electron transport within sp2 bonds (bond species present in graphene) is relatively efficient within sp3 bonds (bond types present in amorphous carbon). Effective electron transfer through the electrochemical graphene coating layer improves the kinetics and reversibility of lithium insertion and extraction by allowing electrons to be distributed on all surfaces of the phosphate-iron-lithium particles during charge and discharge cycles.

2 wt% 전기화학 그래핀(곡선106) 양극(+)의 비가역 용량은 5% 증가하였고, 이는 전기화학 그래핀이 없고 비결정 탄소코팅된 인산염-철-리튬 양극(+) 전기화학 배터리의 비가역 용량과 비교할 수 있다. 통상적으로 제 1순환손실의 백분율은 인산염-철-리튬 양극(+)의 탄소함량 증가에 따라 늘어난다. 그 이유는 Li+이 비경질 탄소층의 확산경로를 통해 증가했기 때문이다.The irreversible capacity of the 2 wt% electrochemical graphene (curve 106) positive (+) increased by 5%, indicating that irreversible capacity of the amorphous carbon coated phosphate-iron-lithium anode (+ . Typically, the percentage of the first circulation loss increases with increasing carbon content of the phosphate-iron-lithium anode (+). This is because Li + has increased through the diffusion path of the non-hard carbon layer.

2 wt% 전기화학 그래핀(곡선106) 양극(+)의 최고 전압이 3.4 V에서 유지되는 것은 전기화학 그래핀의 균등한 코팅이 좋지 않은 분극 효과를 만들지 않는다는 것을 의미한다. 만약 인산염-철-리튬 입자의 전기화학 그래핀이 불균등 (여러 층의 전기화학 그래핀 박편을 적층시키는 것 과 같음)하다고 가정하면, 적층된 박편의 행위는 여러 층의 그래핀 박편이 아닌 흑연입자와 비슷하다. 이는 추가적 전압 분극을 야기할 것이다. 추가적 전압 분극은 비교적 높은 전기화학 그래핀의 중량 백분율에서 발생할 수 있다. 대조 실험으로, 차례로 전기화학 그래핀 용액을 떨어뜨리지 않고 조잡한 혼합방식으로 2 wt%전기화학 그래핀 인산염-철-리튬 입자를 제조한다. 이러한 제조는 그래핀층 적층으로 만들고 이 π-π 적층 상호작용을 통해 비교적 두꺼운 집계물을 형성해 결합한다. 도면 15를 참고하면 이런 방식으로 형성한 양극(+) 배터리를 테스트한 전압곡선(곡선150)은 분명한 전압 분극을 나타낸다. 이 대조실험은 독립적 전기화학 그래핀 박편의 수 층의 성질을 증명하여, 낮은 분극과 낮은 제1순환 백분율 손실 관찰에 도움이 된다.2 wt% electrochemical graphene (curve 106) Maintaining the maximum voltage of the anode (+) at 3.4 V means that an even coating of electrochemical graphene does not produce a bad polarizing effect. If the electrochemical graphene of the phosphate-iron-lithium particle is assumed to be uneven (like the lamination of several layers of electrochemical graphene flakes), the behavior of the laminated flakes is not graphite flakes . This will cause additional voltage polarization. Additional voltage polarization can occur at a relatively high percentage by weight of electrochemical graphene. As a control experiment, 2 wt% electrochemically graphene phosphate-iron-lithium particles were prepared in a coarse mixing manner without, in turn, dropping the electrochemical graphene solution. This fabrication is made by graphene lamination, which forms a relatively thick aggregate through this pi-pi laminate interaction. Referring to FIG. 15, the voltage curve (curve 150) in which a positive (+) battery formed in this manner is tested exhibits a definite voltage polarization. This control experiment proves the properties of the water layer of the independent electrochemical graphene flakes, which helps to observe low polarization and low first circulation percentage loss.

도면 16은 0.13 wt%(데이터 포인트 162), 1.2 wt% (데이터 포인트 164) 전기화학 그래핀 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+)의 전기화학 배터리의 방전율 능력(즉, 비용량)을 나타낸다. 이를 비교하기 위해 인산염-철-리튬 양극(+)내 전기화학 그래핀이 (데이터포인트 160) 없는 전기화학 배터리 대조 테스트를 하였다. 각종 충전/방전율 비용량에 대해 테스트를 하였다. 통상적으로 방전율 증가시 양극(+)구성이 높은 방전 전류를(빠른 Li+삽입) 유지하고 비용량이 감소한 경우는 없었다. 전기화학 그래핀을 지닌 양극(+)은 줄곧 전기화학 그래핀이 없는 양극(+)보다 높은 비용량을 보여주었고, 낮은 방전율(0.1 C - 1.3 C)에서 적어도 약 23%의 용량을 전송하고, 높은 방전율(2.5 C - 28 C)에서는 적어도 약 26%의 용량을 전송하였다. 예로, 1.2 wt% 전기화학 그래핀의 전기화학 배터리는 10 C 방전율에서 125 mAh/g 용량을 전송할 수 있으며 이는 전기화학 그래핀이 없는 전기 화학 배터리가 얻은98 mAh/g 용량보다 약 25% 좋다.Figure 16 shows the discharge rate capability (i.e., non-capacity) of an electrochemical battery of 0.13 wt% (data point 162), 1.2 wt% (data point 164) electrochemical graphene phosphate-iron- . To compare this, we performed an electrochemical battery control test without an electrochemical graphene (data point 160) in the phosphate-iron-lithium anode (+). Various charge / discharge rate specific capacities were tested. In general, when the discharge rate increases, there is no case in which the positive (+) configuration maintains a high discharge current (fast Li + insertion) and the cost is reduced. The positive electrode (+) with electrochemical graphene showed a higher specific capacity than the positive electrode (+) without electrochemical graphene, and at least about 23% capacity at low discharge rate (0.1 C - 1.3 C) At a high discharge rate (2.5 C - 28 C), at least about 26% of the capacity was transferred. For example, a 1.2 wt% electrochemical graphene electrochemical battery can deliver 125 mAh / g of capacity at a 10 C discharge rate, which is about 25% better than the 98 mAh / g capacity of an electrochemical battery without electrochemical graphene.

여기서 또 1.2 wt% 양극(데이터포인트 166)이 각종 충전/방전율에서의 쿨롱효과를 나타낸다. 테스트한 모든 C비율에 대해 쿨롱효과는 약 98-100%에서 안정적으로 유지해, 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+) 삽입과 추출한 Li+의 양이 실제로 고정을 유지하여, 충전/방전시 손실이 아주 적거나 없었다.Here again, a 1.2 wt% anode (data point 166) exhibits a coulombic effect at various charge / discharge rates. The Coulomb effect was stable at about 98-100% for all the tested C ratios, and the amount of Li + added to the phosphate-iron-lithium electrochemical graphene anode (+) insertion and extraction remained fixed, There was little or no loss.

고정 방전전류에서 총 방전시간을 계산하고, 총 방전시간을 실제 방전율로 전환하는 것으로 다른 충전/방전률 상황에서 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+)전기화학 그래핀의 존재가 전기용량에 미치는 영향을 측정한다. 도면 17을 참고하면 전기화학 그래핀 양극(+) 배터리(곡선 170)이 빨리 방전되는 상황에서 전기화학 그래핀이 없는 양극 배터리(곡선 172)보다 더 높은 유지율에 도달할 수 있었다. 이런 결과는 전기화학 그래핀의 존재는 배터리 재료가 고전류에서 에너지밀도의 증가에 도움이 되어 배터리의 전력 출력을 증가시킬 수 있다는 것을 의미한다. 이런 증가는 유용할 것이며 전동차 가속 시 최대 허용 전류를 증가시키고, 오르막과 내리막 시 전동차의 배터리 전압을 바꾸지 않아도 된다.By calculating the total discharge time from the fixed discharge current and converting the total discharge time to the actual discharge rate, the presence of phosphate-iron-lithium electrochemical graphene anode (+) electrochemical graphene in different charge / . Referring to FIG. 17, it was possible to reach a higher retention rate than the electrochemical graphene-free positive battery (curve 172) in the situation where the electrochemical graphene positive (+) battery (curve 170) This result implies that the presence of electrochemical graphene can increase the power output of the battery by helping the battery material to increase the energy density at high currents. This increase will be useful and will not increase the maximum allowable current during the acceleration of the train, nor change the battery voltage of the train when it goes up and down.

전동차의 리튬 이온 배터리의 원가는 비싸다. 배터리 수명 연장을 통해 원가를 낮출 수 있다. 도면 18은 0.01 wt%(곡선182)와 0.8 wt%(곡선184) 전기화학 그래핀을 지닌 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+) 전기화학 배터리가 고정 방전전류 상황에서의 비용량을 나타낸 것이다. 이를 비교하기 위해 전기화학 그래핀을 포함하지 않은 인산염-철-리튬 양극(+)을 대조한 전기화학 배터리(곡선180)를 테스트 하였다. 0.1 C에서 배터리의 3개 순환 테스트를 가동한 후, 엄격한 테스트 상황에서 1.3C에서 연속적으로 배터리 충전/방전 테스트를 진행하였다. 인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+) 전기화학 배터리 수명은 전기화학 그래핀을 지니지 않은 양극(+) 전기화학 배터리 수명주기보다 뚜렷이 증가하였다.The cost of lithium ion batteries in electric trains is expensive. Increasing battery life can lower costs. Figure 18 shows that a phosphate-iron-lithium electrochemical graphene positive (+) electrochemical battery with 0.01 wt% (curve 182) and 0.8 wt% (curve 184) . To compare this, an electrochemical battery (curve 180) was tested in which a phosphate-iron-lithium anode (+) without electrochemical graphene was contrasted. After running three cycle tests of the battery at 0.1 C, we conducted battery charge / discharge tests continuously at 1.3 C in the strict test conditions. Phosphate - Iron - Lithium Electrochemistry Graphene Anode (+) electrochemical battery life was significantly increased over the positive (+) electrochemical battery life cycle without electrochemical graphene.

인산염-철-리튬 전기화학 그래핀 양극(+)내 과잉 용량의 출처를 조사하기 위해 1.8 wt% 전기화학 그래핀을 비활성 실리카 입자(직경~5-10 μm)에 침적시켜 양극(+)재료를 테스트 하였다. 실리카는 양극(+)용량에 뚜렷한 도움을 주지 않았다. 실리카를 함유한 양극(+)재료의 버튼 크기 배터리를 제조 및 테스트 하였다. 전기화학 그래핀을 지닌/지니지 않은 실리카 양극(+)재료의 용량 테스트는 전기화학 그래핀 박편의 용량을 직접 테스트하게 하였다.Phosphate-iron-lithium electrochemical graphene To investigate the source of excess capacity in the positive (+) anode, a 1.8 wt% electrochemical graphene was immersed in inert silica particles (~ 5-10 μm diameter) Respectively. Silica did not have a significant positive effect on the positive (+) capacity. A button size battery of positive (+) material containing silica was prepared and tested. Capacity testing of silica anodic (+) materials with and without electrochemical graphene allowed direct testing of the electrochemical graphene flake capacity.

도면 19 참조, 곡선(190, 192)는 실리카 입자와 1.8 wt% 전기화학 그래핀 실리카입자가 형성한 양극(+)의 제2순환 전압곡선을 나타낸다. 실리카 입자는 하나의 작은 가역용량(곡선190)을 나타내고, 반대로 전기화학 그래핀 박편은 상당히 큰 가역 용량(192)을 증명한다.19, curves 190 and 192 represent the second cyclic voltage curve of the positive electrode (+) formed by silica particles and 1.8 wt% electrochemically graphene silica particles. The silica particles represent one small reversible capacity (curve 190), while electrochemical graphene flakes demonstrate a considerably large reversible capacity (192).

도면 20 참조, 25 mA/g의 고정 충전/ 방전된 전류 밀도에서 실리카 입자와 1.8 wt% 전기화학 그래핀 실리카 입자의 순환성질 테스트는 1.8 wt%와 0 wt % 전기화학 그래핀의 양극(+)에 대해 각 0.5C 와7.5C의 방전 비율에 해당한다. 곡선(200과 202)는 각각 충전, 방전된 실리카 입자의 비용량을 나타낸다. 곡선(204와 206)은 각각 충전, 방전된 1.8 wt% 전기화학 그래핀을 지닌 실리카 입자의 비용량을 나타낸다. 1.8 wt% 전기화학 그래핀 실리카 입자의 비율방전능력은 6주기 순환 후 여전히 유지되었다. 전기화학 그래핀이 없는 실리카 입자의 비율 방전능력은 여러 번 순환 후 약해졌다. 1.8 wt% 전기화학 그래핀 실리카 입자의 충전(방전)용량은 제 6차 순환에서 53.5 (38.3) mAh g-1로, 순 실리카 용량보다 높고, 그중 전기화학 그래핀의 충전(방전)용량은 약 2970 (2120) mAh g-1로 예측한다. 전기화학 그래핀의 제조는 용액내의 전기화학 반응에 포함되기 때문에, 일부 산화환원 활성위치 또는 결함은 전기화학적 그래핀에 남아있거나 활동할 수 있다. 이런 결과는 양극(+)재료의 전기화학 그래핀 박편 개선이 Li+이온의 저장능력을 강화시키고, Li+이온의 저장 매커니즘은 가역적이라는 것을 나타낸다.20, cyclic nature testing of silica particles and 1.8 wt% electrochemically graphene silica particles at a fixed charge / discharge current density of 25 mA / g resulted in a positive (+) charge of 1.8 wt% and 0 wt% electrochemical graphene, Which corresponds to a discharge rate of 0.5C and 7.5C, respectively. Curves 200 and 202 represent the specific capacity of the charged and discharged silica particles, respectively. Curves 204 and 206 represent the specific capacities of silica particles with 1.8 wt% electrochemical graphenes charged and discharged, respectively. The discharge capacity of 1.8 wt% electrochemical graphene silica particles was still maintained after 6 cycle cycles. The rate of discharge of the electrochemical graphene-free silica particles weakened after several cycles. The charge (discharge) capacity of 1.8 wt% electrochemically graphene silica particles is 53.5 (38.3) mAh g-1 in the sixth cycle, higher than the pure silica capacity, and the electrochemical graphene charge (discharge) 2970 (2120) mAh g-1. Since the preparation of electrochemical graphenes is involved in the electrochemical reaction in solution, some redox active sites or defects may remain or act on the electrochemical graphene. These results indicate that the electrochemical graphene flake refinement of the positive (+) material enhances the storage capacity of Li + ions and that the storage mechanism of Li + ions is reversible.

도면 21은 0.05 V/s에서 테스트한 실리카 입자(곡선 210)의 순환 볼트 암페어 이미지이다. 또 0.02 V/s(곡선212), 0.05 V/s (곡선 214)과 0.1 V/s (곡선 216)에서 테스트한 1.8 wt % 전기화학 그래핀 실리카 입자의 순환 볼트 암페어 이미지다. 약 3.5-4 V의 산화 피크218과 약 2.5-3.5 V 환원피크 219는 산화환원반응 발생을 증명하고, 이는 Li+이온 저장능력에 도움이 된다. 산화 환원피크는 넓어 전극용량의 전기화학 그래핀 능력을 개선시키고 인산염-철-리튬에 국한되지 않지만 다른 산화물 같은 기타 재료를 가하는 것을 의미한다.21 is a circulating volt ampere image of silica particles (curve 210) tested at 0.05 V / s. And a cyclic voltammetric image of 1.8 wt% electrochemically graphene silica particles tested at 0.02 V / s (curve 212), 0.05 V / s (curve 214) and 0.1 V / s (curve 216). Oxidative peak 218 of about 3.5-4 V and about 2.5-3.5 V reduction peak 219 demonstrate the redox reaction, which is helpful for Li + ion storage capacity. The redox peak broadens to improve the electrochemical graphene capacity of the electrode capacity and add other materials such as other oxides that are not limited to phosphate-iron-lithium.

기타재료Other materials

기타 재료를 양극(+)재료에 가해 양극(+)의 성능과 용량을 강화시킨다. 도면 22a 참조, 통상적으로 적층 복합 양극(+)입자 220을 만들 수 있고, 이는 양극(+)재료(222), 한 가지 또는 여러 종류의 저장재료(224)를 포함한다. 적층 구조의 재료, 높은 리튬 저장능력의 재료 및/또는 유기재료, 및/또는 하나 또는 여러 기능성 재료(226)과 같다. 양극(+)입자의 구성재료 용량중첩으로 복합 양극(+)입자(220)의 용량을 조정할 것이다. 예로, 한 층 또는 여러 층의 구성재료의 병렬 전용용량으로 양극(+)용량을 늘린다.Other materials are added to the anode (+) material to enhance the performance and capacity of the anode (+). 22a, typically a stacked composite anode (+) particle 220 can be made, which includes a positive (+) material 222, one or more types of storage material 224. And / or one or more functional materials (226). &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; The capacity of composite anode (+) particles 220 will be adjusted by superposing the constituent material capacity of the positive (+) particles. For example, positive (+) capacity is increased by the parallel dedicated capacity of one or more layers of constituent material.

도면 22b 참조, 양극(+)(228)은 복합양극(+)입자(220)으로 형성된 것이다. 양극(+)(228)은 전기화학 배터리의 양극으로 사용될 수 있다. 각각 도면 9b-9d내에 보이는 버튼형 배터리(91), 원통형 배터리(93), 파우치형 배터리(95) 또는 다른 종류의 배터리를 예로 들 수 있다.22b, the anode (+) 228 is formed of a composite anode (+) particle 220. The anode (+) 228 can be used as the anode of an electrochemical battery. A button-shaped battery 91, a cylindrical battery 93, a pouch-shaped battery 95, or other kinds of batteries shown in Figs. 9b-9d, respectively.

리튬 이온 배터리에 이용되는 양극(+)재료(222)의 구체적인 예는 다음을 포함한다. 하나 또는 열 종류의 리튬계 재료(예, LiFe(1-x)MxP(1-x)O2(2-x),0≤x < 1), 산화 철 리튬, 인산염-철-리튬, 산화인-철-리튬, 산화 리튬-코발트(LiCoO2), 산화 망간-리튬(LiMn2O4), 산화 리튬-니켈(LiNiO2), 리튬-코발트-망칸-니켈, 산화 리튬-코발트-망간-니켈(NCM)과 기타 양극(+)재료가 그 예이다.Specific examples of the positive (+) material 222 used in a lithium ion battery include the following. One or ten kinds of lithium-based materials (e.g., LiFe (1-x) MxP (1-x) O2 (2-x), 0 x <1), lithium iron oxide, Lithium nickel-cobalt-nickel (NCM) and other positive electrodes such as iron-lithium, lithium-cobalt oxide (LiCoO2), lithium manganese-lithium (LiMn2O4), lithium- (+) Material is an example.

저장재료(224)는 층 구조의 재료, 높은 리튬 저장용량 재료 및/또는 유기재료를 포함할 수 있다. 고 리튬저장 용량 재료는 하나 또는 여러 유황, 실리콘, 주석, 세라믹, 황화리튬(Li2S)과 기타 고 리튬저장 용량 재료를 포함할 수 있다. 하나 이상의 MoS2, MoSe2, WS2, WSe2와 기타 전이금속 칼코겐 화합물, 및/또는 MoSx와 같은 비슷한 화학 조제량 비율을 갖는 대응재료를 포함할 수 있다. 유기재료는 하나 이상의 트리아진, 멜라민 및 티오펜을 포함할 수 있다.The storage material 224 may comprise a layered material, a high lithium storage capacitor material, and / or an organic material. The high-lithium storage material may include one or more sulfur, silicon, tin, ceramic, lithium sulphide (Li2S) and other high-lithium storage capacity materials. One or more MoS2, MoSe2, WS2, WSe2 and other transition metal chalcogen compounds, and / or a corresponding material having a similar chemical dosage amount ratio such as MoSx. The organic material may comprise at least one triazine, melamine and thiophene.

기능성 재료(226)은 하나 이상의 전기화학 그래핀, 나노카본 튜브, 그래핀과 전도 탄소재료와 기타 기능성 재료를 포함할 수 있다.The functional material 226 may include one or more electrochemical graphene, nanocarbon tube, graphene and conductive carbon material and other functional materials.

한 예에서, 유황을 비결정 코팅한 인산염-철-리튬입자에 넣어 종합 양극(+)재료를 만들었다. 종합 양극(+)재료를 만들기 위해 유황분말은 화로에서 150-200 ℃까지 가열해 유황 증기로 만들었다. 비결정 코팅된 인산염-철-리튬 입자를 화로 내 온도가 낮은 곳에 놓아 유황증기가 인산염-철-리튬 입자에 침전되도록 하고, 그 중 따뜻한 기체가 고온위치에서 저온위치로 이동하는 것을 돕는다.In one example, sulfur was added to amorphous coated phosphate-iron-lithium particles to form a composite anode (+) material. To make a composite anode material, the sulfur powder was heated to 150-200 ° C in a furnace and made into sulfur vapor. The amorphous coated phosphate-iron-lithium particles are placed at low temperature in the furnace to allow the sulfur vapor to precipitate on the phosphate-iron-lithium particles, helping the warm gas move from the hot to the cold.

도면 23참조, 유황(곡선232)포함 비경질 탄소 코팅한 인산염-철-리튬 입자가 만든 양극(+)과 비결정 탄소 코팅한 인산염-철-리튬 입자가 만든 양극(+)(곡선 230)의 비교는 개선된 용량을 나타낸다.See figure 23, comparison of the anode (+) (curve 230) made of the positive (+) and amorphous carbon coated phosphate-iron-lithium particles made of non-hard carbon coated phosphate-iron-lithium particles with sulfur (curve 232) Indicates an improved capacity.

한 예에서, 적층재료 MoS2 및/ 또는 MoSx을 비결정 탄소 코팅한 인산염-철-리튬입자에 넣어 복합 양극(+)재료를 만든다. 복합 양극(+)재료를 만들기 위해 alkyldiammonium-thiomolybdate(MoS2의 일종의 전구체) 및/또는 ammonium thiomolybdate(MoSx의 전구체)가 N-메틸-2-필로리돈 내에 용해되고, 비결정 탄소 코팅된 인산염-철-리튬 입자를 용액에 넣는다. 이 용액을 100-200 ℃까지 가열하고 4시간 환류한다. 필터수집으로 만들어진 침전물을 진공 또는 질소환경에서 고온건조(약 300-1000 ℃)시킨다. 열 처리시 MoS2와 MoSx 침전물의 구조는 비교적 큰 결정질로 변한다.In one example, the laminate material MoS2 and / or MoSx is placed in amorphous carbon-coated phosphate-iron-lithium particles to form a composite positive (+) material. In order to make the composite anode material, alkyldiammonium-thiomolybdate (a precursor of MoS2) and / or ammonium thiomolybdate (precursor of MoSx) are dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone and amorphous carbon- Put the lithium particles into the solution. This solution is heated to 100-200 ° C and refluxed for 4 hours. The precipitate formed by the filter collection is subjected to high temperature drying (about 300-1000 ° C) in a vacuum or nitrogen environment. The structure of the MoS2 and MoSx precipitates changes to relatively large crystals during the heat treatment.

다시 도면 23을 참조, MoSx (곡선 234)을 지닌 비결정 탄소 코팅한 인산염-철-리튬 입자가 만든 양극(+)은 200 mAh/g로 개선된 용량을 보여준다. 더 나아가 전기화학 그래핀(곡선 236)의 MoSx를 지닌 양극(+)은 200 mAh/g의 용량을 보여준다.Referring again to FIG. 23, the positive electrode (+) made of amorphous carbon-coated phosphate-iron-lithium particles with MoSx (curve 234) shows an improved capacity of 200 mAh / g. Furthermore, the positive electrode (+) with MoSx of the electrochemical graphene (curve 236) shows a capacity of 200 mAh / g.

한 예에서, 비결정 탄소 코팅된 인산염-철-리튬입자는 트리아진, 멜라민, 티오펜과 같은 작은 유기분자를 지니고 있을 수 있다. 예로 트리아진을 비결정 탄소 코팅된 인산염-철-리튬입자에 증발시킨다. 티오펜은 일종의 액체로 직접 비결정 탄소 코팅된 인산염-철-리튬 입자와 혼합할 수 있다. 이런 재료가 만든 양극(+)은 개선된 용량을 보여준다. 양극(+)첨가제인 이런 유기분자의 사용은 소분자의 형식에 국한되지 않는다. 예로 분자가 집합 가능한 고분자는 고용량 양극(+)의 첨가제로 사용할 수 있다.In one example, amorphous carbon-coated phosphate-iron-lithium particles may have small organic molecules such as triazine, melamine, and thiophene. For example, triazine is evaporated onto amorphous carbon-coated phosphate-iron-lithium particles. Thiophene can be mixed with phosphoric-iron-lithium particles directly amorphous carbon-coated as a liquid. The anode (+) made of these materials shows improved capacity. The use of these organic molecules as positive (+) additives is not limited to the form of small molecules. For example, a polymer capable of collecting molecules can be used as an additive for a high capacity positive electrode (+).

상술한 설명과 도면을 이해하기 위해, 또한 발명의 범위를 제한하지 않기 위해 특허출원 범위는 이러한 내용에만 국한하지 않는다. 이미 여러 구체적 예를 기술하였지만 이해를 위해서는 여러 수정이 필요하다. 예로 코인 셀 배터리, 원통형배터리 또는 기둥형 파우치 배터리 외에 전극50은 다른 배터리의 음극(-) 및/또는 양극(+)으로 사용될 수 있다. 다른 종류의 배터리 역시 전기화학 그래핀의 전극으로 사용될 수 있다. 기타 구체적 예는 하기 특허출원 범위내에 있다.In order to understand the above description and drawings, and to not limit the scope of the invention, the scope of the patent application is not limited to such contents. I have already described several concrete examples, but many modifications are necessary for understanding. For example, in addition to a coin cell battery, a cylindrical battery or a columnar pouch battery, the electrode 50 may be used as a negative (-) and / or positive (+) battery of another battery. Other types of batteries can also be used as electrodes for electrochemical graphenes. Other specific examples are within the scope of the following patent applications.

Claims (28)

제1전극, 제2전극 및 전해액을 포함하며, 상기 제1전극은,
복수의 리튬 함유 입자;
상기 입자의 적어도 일부의 각각의 표면을 적어도 부분적으로 코팅하는 탄소층;
하나 이상의 복수의 입자를 적어도 부분적으로 코팅하는 전기화학 박리된 그래핀을 포함하며,
상기 제1전극의 적어도 일부와 상기 제2전극의 적어도 일부는 상기 전해액과 접촉하는 배터리.
A first electrode, a second electrode, and an electrolytic solution,
A plurality of lithium-containing particles;
A carbon layer at least partially coating each surface of at least a portion of the particles;
Electrochemically peeled graphene that at least partially coats one or more of the plurality of particles,
Wherein at least a portion of the first electrode and at least a portion of the second electrode are in contact with the electrolyte solution.
제1항에 있어서, 상기 제1전극은 양극(+)인 배터리.The battery according to claim 1, wherein the first electrode is a positive electrode. 제1항에 있어서, 상기 제1전극은 음극(-)인 배터리.The battery according to claim 1, wherein the first electrode is a negative electrode. 제1항에 있어서, 상기 입자가 인산염-철-리튬, 산화 철-리튬, 산화인-철-리튬, 산화 니켈-리튬, 리튬-코발트-망간-니켈 또는 산화 리튬-코발트-망간-니켈 중 적어도 하나를 포함하는 배터리.The method of claim 1, wherein the particles are selected from the group consisting of phosphate-iron-lithium, iron oxide-lithium, phosphorus-iron-lithium, nickel oxide-lithium, lithium-cobalt-manganese- A battery containing one. 제1항에 있어서, 상기 전기화학박리 그래핀은 탄소에 형성한 전기화학박리 그래핀의 복수의 박편을 포함하는 배터리.The battery according to claim 1, wherein the electrochemical stripping graphene comprises a plurality of flakes of electrochemical stripping grains formed on carbon. 제1항에 있어서, 상기 전기화학 박리 그래핀이 약 0.001 wt%에서 5 wt%의 전극을 형성하는 배터리.The battery of claim 1, wherein the electrochemical release graphene forms about 0.001 wt% to about 5 wt% of the electrode. 복수의 리튬 함유 입자;
상기 입자의 적어도 일부의 각각의 표면을 적어도 부분적으로 코팅하는 탄소층;
하나 이상의 복수의 입자를 적어도 부분적으로 코팅하는 전기화학 박리된 그래핀을 포함하는 전극 재료.
A plurality of lithium-containing particles;
A carbon layer at least partially coating each surface of at least a portion of the particles;
An electrode material comprising electrochemically peeled graphene that at least partially coats one or more plurality of particles.
제7항에 있어서, 상기 입자는 인산염-철-리튬, 산화철-리튬, 산화인-철-리튬, 산화 코발트-리튬, 산화망간-리튬, 산화니켈-리튬, 리튬-고발트-망간-니켈 또는 산화리튬-코발트-망간-니켈 중 적어도 하나를 포함하는 전극 재료.The method of claim 7 wherein the particles are selected from the group consisting of phosphate-iron-lithium, iron oxide-lithium, phosphorus-iron-lithium, cobalt oxide-lithium, manganese oxide- And lithium oxide-cobalt-manganese-nickel oxide. 제7항에 있어서, 상기 탄소 층은 한 층의 비결정 탄소를 포함하는 전극 재료.8. The electrode material according to claim 7, wherein the carbon layer comprises one layer of amorphous carbon. 제7항에 있어서, 상기 전기화학 박리 그래핀은 탄소에 전기화학 박리 그래핀을 만드는 복수의 박편을 포함하는 전극 재료.8. The electrode material according to claim 7, wherein the electrochemical stripping graphene comprises a plurality of flakes forming electrochemical stripping grains on carbon. 제7항에 있어서, 상기 전기화학 박리 그래핀은 약 0. 001 wt%에서 약 5 wt%의 전극을 형성하는 전극 재료.8. The electrode material of claim 7, wherein the electrochemical stripping grains form about 0.001 wt% to about 5 wt% of the electrode. 제7항에 있어서, 상기 전극재료의 비용량은 적어도 약 180 mAh/g인 전극 재료.The electrode material according to claim 7, wherein the specific capacity of the electrode material is at least about 180 mAh / g. 제7항에 있어서, 상기 전극재료의 비용량은 약 210 mAh/g인 전극 재료.8. The electrode material according to claim 7, wherein the specific capacity of the electrode material is about 210 mAh / g. 제7항에 있어서, 상기 전기화학 박리 그래핀은 약 20 wt%이하의 산소를 포함하는 전극 재료.8. The electrode material of claim 7, wherein the electrochemical release graphene comprises up to about 20 wt% oxygen. 제7항에 있어서, 상기 전기화학 박리 그래핀의 투과도는 약 90%이하이고, 시트 전기저항은 약10 kΩ/sq 이하인 전극 재료.8. The electrode material according to claim 7, wherein the electrochemical release graphene has a transmittance of about 90% or less and a sheet electrical resistance of about 10 k? / Sq or less. 제7항에 있어서, 전도성 첨가제, 접착제, 탄소재, 또는 용재 중 적어도 하나를 포함하는 첨가제를 포함하는 전극 재료.8. The electrode material according to claim 7, comprising an additive comprising at least one of a conductive additive, an adhesive, a carbonaceous material, or a molten metal. 제16항에 있어서, 상기 탄소재는 흑연, 소프트 카본, 하드카본, 나노탄소 튜브 또는 탄소섬유 중 적어도 하나를 포함하는 전극 재료.17. The electrode material according to claim 16, wherein the carbon material comprises at least one of graphite, soft carbon, hard carbon, nano carbon tube or carbon fiber. 제7항에 있어서, 유황, 실리콘, 주석, 세라믹 소재 또는 황화 리튬 중 적어도 하나를 포함하는 전극 재료.The electrode material according to claim 7, comprising at least one of sulfur, silicon, tin, ceramic material or lithium sulfide. 제7항에 있어서, 전이금속 칼코겐 화합물을 포함하는 전극 재료.8. The electrode material according to claim 7, comprising a transition metal chalcogenide compound. 제7항에 있어서, 트리아진 또는 티오펜 중 적어도 하나를 포함하는 전극 재료.8. The electrode material according to claim 7, comprising at least one of triazine or thiophene. 제7항에 있어서, 상기 전극재료는 양극(+) 재료인 전극 재료.The electrode material according to claim 7, wherein the electrode material is a positive electrode material. 제7항에 있어서, 상기 전극재료는 음극(-) 재료인 전극 재료.8. The electrode material according to claim 7, wherein the electrode material is a negative electrode material. 리튬 함유한 복수의 입자와 상기 입자의 적어도 일부의 각각의 표면을 적어도 부분적으로 코팅하는 탄소층을 제공하는 단계; 및
복수의 입자에 전기화학 박리 그래핀을 만드는 단계를 포함하며,
상기 전기화학 박리 그래핀은 하나 이상의 복수의 입자를 적어도 부분적으로 코팅하는 전극재료 제조 방법.
Providing a carbon layer that at least partially coats a plurality of lithium-containing particles and a respective surface of at least a portion of the particles; And
Forming electrochemical stripping grains on the plurality of particles,
Wherein the electrochemical stripping grains at least partially coat at least a plurality of particles.
제23항에 있어서, 상기 입자는 인산염-철-리튬, 산화철-리튬, 산화인-철-리튬, 산화코발트-리튬, 산화 망간-리튬, 산화니켈-리튬, 리튬-코발트-망간-니켈 또는 산화 리튬-코발트-망간-니켈 중 적어도 하나를 포함하는 전극재료 제조 방법.24. The method of claim 23 wherein the particles are selected from the group consisting of phosphate-iron-lithium, iron oxide-lithium, phosphorus-iron-lithium, cobalt oxide-lithium, manganese oxide- And lithium-cobalt-manganese-nickel. 제23항에 있어서, 상기 탄소층은 비결정 탄소층을 포함하는 전극재료 제조 방법.24. The method of claim 23, wherein the carbon layer comprises an amorphous carbon layer. 제23항에 있어서, 복수의 입자에 전기화학 박리 그래핀을 만드는 단계는,
상기 복수의 입자 및 상기 전기화학박리 그래핀을 기계적으로 혼합하는 단계, 상기 전기화학 박리 그래핀으로 상기 복수의 입자의 물리적 또는 화학적 표면 개질 실행하는 단계, 또는 상기 전기화학 박리 그래핀으로 상기 복수의 입자를 도핑하는 단계 중 적어도 하나는 포함하는 전극재료 제조 방법.
24. The method of claim 23, wherein the step of making electrochemical stripping grains in a plurality of particles comprises:
Mechanically mixing the plurality of particles and the electrochemical peeling graphene; performing physical or chemical surface modification of the plurality of particles with the electrochemical peeling graphene; And doping the particles.
제23항에 있어서, 상기 전기화학 박리 그래핀을 형성하는 단계를 포함하는 전극재료 제조 방법.24. The method of claim 23, comprising forming the electrochemical stripping graphene. 제27항에 있어서, 상기 전기화학 박리 그래핀을 형성하는 단계는,
제 1 탄소재를 함유한 제1전극의 일부 및 제2전극의 일부를 전해액을 함유한 용액에 담그는 단계; 및
상기 제1전극과 제2전극 사이에 기전력을 유발하는 단계를 포함하는 전극재료 제조 방법.
28. The method of claim 27, wherein forming the electrochemical stripping graphene comprises:
Immersing a part of the first electrode containing the first carbon material and a part of the second electrode in a solution containing an electrolytic solution; And
And inducing an electromotive force between the first electrode and the second electrode.
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