KR20160050555A - Manufacturing method of quaternary ammonium salt and electric double layer capacitor using the quaternary ammonium salt manufactured by the method - Google Patents

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KR20160050555A
KR20160050555A KR1020140148982A KR20140148982A KR20160050555A KR 20160050555 A KR20160050555 A KR 20160050555A KR 1020140148982 A KR1020140148982 A KR 1020140148982A KR 20140148982 A KR20140148982 A KR 20140148982A KR 20160050555 A KR20160050555 A KR 20160050555A
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Abstract

The present invention relates to a method of preparing a quaternary ammonium salt and an electrical double layer capacitor using the quaternary ammonium salt prepared by the same, the method comprising the steps of: adding 1-methyl pyrrolidine and methyl iodide to a first solvent and conduct reaction thereof; generating 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide by the reaction; distilling the resultant products under reduced pressure and then adding a second solvent to the same to precipitate 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide; selectively separating the precipitated 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide; adding the selectively separated 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide and tetrafluoroboric acid to a third solvent and conduct reaction thereof; distilling the resultant products under reduced pressure to obtain reduced pressure concentrate; adding a fourth solvent to the reduced pressure concentrate and then stirring the mixture to precipitate P11BF4; and selectively separating the precipitated P11BF4.

Description

사차 암모늄염의 제조방법 및 이에 의해 제조된 사차 암모늄염을 이용한 전기이중층 커패시터{Manufacturing method of quaternary ammonium salt and electric double layer capacitor using the quaternary ammonium salt manufactured by the method}[0001] The present invention relates to a quaternary ammonium salt and an electric double layer capacitor using the quaternary ammonium salt,

본 발명은 사차 암모늄염의 제조방법 및 이에 의해 제조된 사차 암모늄염을 이용한 전기이중층 커패시터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기이중층 커패시터의 전해액으로 사용될 수 있고 출력용량이 우수한 사차 암모늄염의 제조방법 및 이에 의해 제조된 사차 암모늄염을 이용한 전기이중층 커패시터에 관한 것이다.
The present invention relates to a process for producing quaternary ammonium salts and an electric double layer capacitor using the quaternary ammonium salt prepared thereby. More particularly, the present invention relates to a process for producing a quaternary ammonium salt which can be used as an electrolyte of an electric double layer capacitor and has an excellent output capacity. To an electric double layer capacitor using the quaternary quaternary ammonium salt.

일반적으로 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC)는 슈퍼커패시터(Super-capacitor) 또는 울트라커패시터(Ultra-capacitor)라고도 일컬어지며, 이는 전극 및 도전체와, 그것에 함침된 전해질 용액의 계면에 각각 부호가 다른 한 쌍의 전하층(전기이중층)이 생성된 것을 이용하는 것으로, 충전/방전 동작의 반복으로 인한 열화가 매우 작아 보수가 필요없는 소자이다. 이에 따라 전기이중층 커패시터는 각종 전기ㆍ전자기기의 IC(integrated circuit) 백업을 하는 형태로 주로 사용되고 있으며, 최근에는 그 용도가 확대되어 장난감, 태양열 에너지 저장, HEV(hybrid electric vehicle) 전원 등에까지 폭넓게 응용되고 있다.Generally, an electric double layer capacitor (EDLC) is also referred to as a super-capacitor or an ultra-capacitor, and it is called an electric double layer capacitor (EDLC) (Electric double layer) is generated, and the deterioration due to the repetition of the charging / discharging operation is very small, so that the device is not required to be repaired. Accordingly, electric double layer capacitors are mainly used as an IC (integrated circuit) backup of various electric and electronic devices. Recently, the applications have been expanded to be applied to toys, solar energy storage, HEV (hybrid electric vehicle) .

이와 같은 전기이중층 커패시터는 일반적으로 전해액이 함침된 양극 및 음극의 두 전극과, 이러한 두 전극 사이에 개재되어 이온(ion) 전도만 가능케 하고 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 분리막(separator)과, 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락방지를 위한 가스켓(gasket), 그리고 이들을 포장하는 도전체로서의 금속 캡으로 구성된 단위셀을 갖는다. 그리고 위와 같이 구성된 단위셀 1개 이상(통상, 코인형의 경우 2∼6개)을 직렬로 적층하고 양극과 음극의 두 단자(terminal)를 조합하여 완성된다.The electric double layer capacitor generally comprises two electrodes of a positive electrode and a negative electrode impregnated with an electrolyte, a porous separator interposed between the two electrodes to allow ion conduction only and to prevent insulation and short circuit, A unit cell composed of a gasket for preventing leakage of electrolyte and for preventing insulation and short-circuit, and a metal cap as a conductor for packaging them. Then, one or more unit cells (normally 2 to 6 in the case of a coin type) are stacked in series and the two terminals of the positive and negative electrodes are combined.

전기이중층 커패시터의 성능은 전극활물질 및 전해액에 의하여 결정된다. 전극활물질로는 활성탄이 주로 사용되고 있으며, 상용제품의 전극 기준으로 비축전용량은 최고 19.3 F/cc 정도로 알려져 있다.
The performance of the electric double layer capacitor is determined by the electrode active material and the electrolytic solution. Activated carbon is mainly used as an electrode active material, and the non-storage capacity based on the electrode of a commercial product is known to be about 19.3 F / cc.

대한민국 공개특허공보 10-1998-052660Korean Patent Publication No. 10-1998-052660

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기이중층 커패시터의 전해액으로 사용될 수 있고 출력용량이 우수한 사차 암모늄염의 제조방법 및 이에 의해 제조된 사차 암모늄염을 이용한 전기이중층 커패시터를 제공함에 있다.
The present invention provides a method for preparing quaternary ammonium salt which can be used as an electrolyte of an electric double layer capacitor and has an excellent output capacity and an electric double layer capacitor using the quaternary ammonium salt produced by the method.

본 발명은, (a) 제1 용매에 1-메틸피롤리딘과 메틸 아이오다이드를 첨가하여 반응시키는 단계와, (b) 상기 반응에 의해 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드가 생성되는 단계와, (c) 반응 결과물을 감압 증류한 후, 제2 용매를 첨가하여 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드가 석출되게 하는 단계와, (d) 석출된 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드를 선택적으로 분리해내는 단계와, (e) 선택적으로 분리해낸 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드와 테트라플루오로보릭산을 제3 용매에 첨가하여 반응시키는 단계와, (f) 반응 결과물을 감압 증류하여 감압 농축액을 얻는 단계 및 (g) 상기 감압 농축액에 제4 용매를 가한 후 교반하여 P11BF4를 석출시키고, 석출된 P11BF4를 선택적으로 분리해내는 단계를 포함하는 사차 암모늄염의 제조방법을 제공한다. (A) adding 1-methylpyrrolidine and methyl iodide to a first solvent to react them, and (b) reacting 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide with (C) distilling the resultant of the reaction under reduced pressure, adding a second solvent to precipitate 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide, and (d) precipitating 1,1-dimethylpyridine (E) selectively adding 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide and tetrafluoroboric acid, which have been selectively separated, to a third solvent and reacting them; and f) step by reduced pressure distillation of the reaction product to obtain a pressure-concentrated liquid, and (g) step that it is stirred and after adding a fourth solvent to the pressure sensitive concentrate to precipitate the P 11 BF 4, optionally separated from the precipitated P 11 BF 4 ≪ / RTI > a quaternary ammonium salt.

상기 1-메틸피롤리딘과 상기 메틸 아이오다이드는 1:1∼3의 몰비를 이루도록 첨가하는 것이 바람직하다. The 1-methylpyrrolidine and the methyl iodide are preferably added in a molar ratio of 1: 1-3.

상기 제1 용매는 아세토니트릴, 메탄올 또는 에탄올을 포함할 수 있다.The first solvent may comprise acetonitrile, methanol or ethanol.

상기 제2 용매는 아세톤, n-부탄올 또는 다이에틸에테르를 포함할 수 있다.The second solvent may include acetone, n-butanol or diethyl ether.

상기 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드는 상기 테트라플루오로보릭산 100㎖에 대하여 140∼350g의 비율로 첨가하는 것이 바람직하다.The 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide is preferably added in a ratio of 140 to 350 g per 100 ml of the tetrafluoroboric acid.

상기 제3 용매는 아세토니트릴, 메탄올 또는 에탄올을 포함할 수 있다.The third solvent may comprise acetonitrile, methanol or ethanol.

상기 제4 용매는 n-부탄올 또는 이소프로필 알콜을 포함할 수 있다.The fourth solvent may comprise n-butanol or isopropyl alcohol.

상기 사차 암모늄염의 제조방법은, 상기 (d) 단계 후에 상기 (e) 단계 전에 선택적으로 분리해낸 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드를 아세톤으로 세척하여 미 반응물을 제거하는 단계 및 상기 (g) 단계 후에 진공 건조기에서 건조하여 흰색 고체인 P11BF4를 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다. The quaternary ammonium salt may be prepared by washing 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide selectively separated before step (d) with acetone to remove unreacted materials after step (d) ) Step, followed by drying in a vacuum dryer to obtain P 11 BF 4 as a white solid.

또한, 상기 사차 암모늄염의 제조방법은, 상기 (g) 단계 후에, (h) 선택적으로 분리해낸 P11BF4를 제5 용매에 녹인 후 활성탄과 산화알루미늄의 혼합물에 방치하여 요오드화수소를 흡착시켜 제거하는 단계와, (i) 요오드화수소가 제거된 용액을 감압 여과하여 투명한 여과액을 얻는 단계 및 (j) 상기 여과액을 감압 증류하여 농축된 용액에 제6 용매를 가하여 P11BF4를 석출시킨 후 감압 여과하여 석출된 P11BF4를 선택적으로 분리해내는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for preparing quaternary ammonium salt may further comprise the steps of: (g) after step (g), (h) selectively removing P 11 BF 4 in a fifth solvent, and then allowing it to adsorb hydrogen iodide by allowing it to remain in a mixture of activated carbon and aluminum oxide (I) obtaining a transparent filtrate by vacuum filtration of a solution from which hydrogen iodide has been removed, and (j) distilling the filtrate under reduced pressure, adding a sixth solvent to the concentrated solution to precipitate P 11 BF 4 Followed by filtration under reduced pressure to selectively separate the precipitated P 11 BF 4 .

상기 (j) 단계의 감압 여과시에 n-부탄올을 사용하여 부산물을 제거하는 것이 바람직하다.In the step (j), it is preferable to remove the by-product using n-butanol during the filtration under reduced pressure.

상기 제5 용매는 아세토니트릴, 메탄올 또는 에탄올을 포함할 수 있다.The fifth solvent may include acetonitrile, methanol or ethanol.

상기 제6 용매는 n-부탄올 또는 이소프로필 알콜을 포함할 수 있다.The sixth solvent may include n-butanol or isopropyl alcohol.

또한, 본 발명은, 양극과 음극이 서로 이격되게 배치되어 있고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막이 배치되며, 상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극은 전해액에 함침되어 있고, 상기 전해액은 상기 제조방법으로 제조된 사차 암모늄염을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기이중층 커패시터를 제공한다.
Further, the present invention is characterized in that a positive electrode and a negative electrode are disposed so as to be spaced apart from each other, and a separation membrane for preventing the short circuit between the positive electrode and the negative electrode is disposed between the positive electrode and the negative electrode, And the electrolytic solution contains a quaternary ammonium salt prepared by the above-described method.

본 발명의 사차 암모늄 염은 전기이중층 커패시터의 전해액으로 사용될 수 있고 출력용량이 우수하다.
The quaternary ammonium salt of the present invention can be used as an electrolyte for electric double layer capacitors and has excellent output capacity.

도 1은 실험예 1에 따라 제조된 사차 암모늄염의 1H-NMR 분석 결과를 보여주는 도면이다.
도 2는 실험예 2와 비교예에 따라 제조된 커패시터의 충전 및 방전 곡선이다.
도 3은 실험예 2와 비교예에 따라 제조된 커패시터에서 각각 다른 전류밀도로 충전과 방전을 실시한 실험에서의 방전용량의 변화를 나타낸 그래프이다.
1 is a graph showing the results of 1 H-NMR analysis of a quaternary ammonium salt prepared according to Experimental Example 1. FIG.
FIG. 2 shows charge and discharge curves of the capacitor manufactured according to Experimental Example 2 and Comparative Example.
3 is a graph showing changes in discharge capacity in experiments in which capacitors manufactured according to Experimental Example 2 and Comparative Example were charged and discharged at different current densities, respectively.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사차 암모늄염의 제조방법은, (a) 제1 용매에 1-메틸피롤리딘과 메틸 아이오다이드를 첨가하여 반응시키는 단계와, (b) 상기 반응에 의해 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드가 생성되는 단계와, (c) 반응 결과물을 감압 증류한 후, 제2 용매를 첨가하여 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드가 석출되게 하는 단계와, (d) 석출된 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드를 선택적으로 분리해내는 단계와, (e) 선택적으로 분리해낸 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드와 테트라플루오로보릭산을 제3 용매에 첨가하여 반응시키는 단계와, (f) 반응 결과물을 감압 증류하여 감압 농축액을 얻는 단계 및 (g) 상기 감압 농축액에 제4 용매를 가한 후 교반하여 P11BF4를 석출시키고, 석출된 P11BF4를 선택적으로 분리해내는 단계를 포함한다. The method for preparing a quaternary ammonium salt according to a preferred embodiment of the present invention comprises the steps of: (a) adding 1-methylpyrrolidine and methyl iodide to a first solvent to react; and (b) Dimethylpyrrolidinium iodide; (c) subjecting the result of the reaction to reduced pressure distillation, followed by addition of a second solvent to precipitate 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide; and (d) selectively separating the precipitated 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide, and (e) separating the selectively separated 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide and tetrafluoroboric acid (B) adding a solvent to the reaction mixture to obtain a reduced pressure concentrate; and (f) subjecting the reaction product to a vacuum distillation to obtain a vacuum concentrate; and (g) adding a fourth solvent to the vacuum concentrate and stirring to precipitate P 11 BF 4 , and a step that by selectively removing the P 11 BF 4 .

상기 1-메틸피롤리딘과 상기 메틸 아이오다이드는 1:1∼3의 몰비를 이루도록 첨가하는 것이 바람직하다. The 1-methylpyrrolidine and the methyl iodide are preferably added in a molar ratio of 1: 1-3.

상기 제1 용매는 아세토니트릴, 메탄올 또는 에탄올을 포함할 수 있다.The first solvent may comprise acetonitrile, methanol or ethanol.

상기 제2 용매는 아세톤, n-부탄올 또는 다이에틸에테르를 포함할 수 있다.The second solvent may include acetone, n-butanol or diethyl ether.

상기 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드는 상기 테트라플루오로보릭산 100㎖에 대하여 140∼350g의 비율로 첨가하는 것이 바람직하다.The 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide is preferably added in a ratio of 140 to 350 g per 100 ml of the tetrafluoroboric acid.

상기 제3 용매는 아세토니트릴, 메탄올 또는 에탄올을 포함할 수 있다.The third solvent may comprise acetonitrile, methanol or ethanol.

상기 제4 용매는 n-부탄올 또는 이소프로필 알콜을 포함할 수 있다.The fourth solvent may comprise n-butanol or isopropyl alcohol.

상기 사차 암모늄염의 제조방법은, 상기 (d) 단계 후에 상기 (e) 단계 전에 선택적으로 분리해낸 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드를 아세톤으로 세척하여 미 반응물을 제거하는 단계 및 상기 (g) 단계 후에 진공 건조기에서 건조하여 흰색 고체인 P11BF4를 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다. The quaternary ammonium salt may be prepared by washing 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide selectively separated before step (d) with acetone to remove unreacted materials after step (d) ) Step, followed by drying in a vacuum dryer to obtain P 11 BF 4 as a white solid.

또한, 상기 사차 암모늄염의 제조방법은, 상기 (g) 단계 후에, (h) 선택적으로 분리해낸 P11BF4를 제5 용매에 녹인 후 활성탄과 산화알루미늄의 혼합물에 방치하여 요오드화수소를 흡착시켜 제거하는 단계와, (i) 요오드화수소가 제거된 용액을 감압 여과하여 투명한 여과액을 얻는 단계 및 (j) 상기 여과액을 감압 증류하여 농축된 용액에 제6 용매를 가하여 P11BF4를 석출시킨 후 감압 여과하여 석출된 P11BF4를 선택적으로 분리해내는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for preparing quaternary ammonium salt may further comprise the steps of: (g) after step (g), (h) selectively removing P 11 BF 4 in a fifth solvent, and then allowing it to adsorb hydrogen iodide by allowing it to remain in a mixture of activated carbon and aluminum oxide (I) obtaining a transparent filtrate by vacuum filtration of a solution from which hydrogen iodide has been removed, and (j) distilling the filtrate under reduced pressure, adding a sixth solvent to the concentrated solution to precipitate P 11 BF 4 Followed by filtration under reduced pressure to selectively separate the precipitated P 11 BF 4 .

상기 (j) 단계의 감압 여과시에 n-부탄올을 사용하여 부산물을 제거하는 것이 바람직하다.In the step (j), it is preferable to remove the by-product using n-butanol during the filtration under reduced pressure.

상기 제5 용매는 아세토니트릴, 메탄올 또는 에탄올을 포함할 수 있다.The fifth solvent may include acetonitrile, methanol or ethanol.

상기 제6 용매는 n-부탄올 또는 이소프로필 알콜을 포함할 수 있다.The sixth solvent may include n-butanol or isopropyl alcohol.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기이중층 커패시터는, 양극과 음극이 서로 이격되게 배치되어 있고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막이 배치되며, 상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극은 전해액에 함침되어 있고, 상기 전해액은 상기 제조방법으로 제조된 사차 암모늄염을 포함한다. In an electric double layer capacitor according to a preferred embodiment of the present invention, an anode and a cathode are disposed so as to be spaced apart from each other, a separation membrane for preventing short-circuit between the anode and the cathode is disposed between the anode and the cathode, The separator and the negative electrode are impregnated with an electrolytic solution, and the electrolytic solution includes a quaternary ammonium salt prepared by the method described above.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사차 암모늄염의 제조방법과 이에 의해 제조된 사차 암모늄염을 이용한 전기이중층 커패시터를 더욱 구체적으로 설명한다. 상기 사차 암모늄염은 P11BF4이다. Hereinafter, a method for producing a quaternary ammonium salt according to a preferred embodiment of the present invention and an electric double layer capacitor using the quaternary ammonium salt produced by the method will be described in more detail. The quaternary ammonium salt is a 11 P BF 4.

사차 암모늄염인 P11BF4의 합성을 위하여 제1 용매에 1-메틸피롤리딘(1-Methylpyrrolidine)과 메틸 아이오다이드(Methyl iodide)를 첨가하여 반응시킨다. For the synthesis of quaternary ammonium salt P 11 BF 4 , 1-methylpyrrolidine and methyl iodide are added to the first solvent.

상기 1-메틸피롤리딘과 상기 메틸 아이오다이드는 1:1∼3의 몰비를 이루도록 첨가하는 것이 바람직하다. The 1-methylpyrrolidine and the methyl iodide are preferably added in a molar ratio of 1: 1-3.

상기 제1 용매는 아세토니트릴(Acetonitrile), 메탄올 또는 에탄올일 수 있다. The first solvent may be acetonitrile, methanol or ethanol.

상기 반응은 교반하면서 5∼30℃ 정도의 상온에서 10분∼48시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 상기 교반은 10∼500rpm 정도의 속도로 수행하는 것이 바람직하다. The reaction is preferably carried out at room temperature of about 5 to 30 DEG C for 10 minutes to 48 hours while stirring. The stirring is preferably performed at a speed of about 10 to 500 rpm.

상기 반응에 의해 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드(1,1-Dimethylpyrrolidinium iodide)가 생성되며, 상기 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드는 제1 용매에 녹아있는 형태로 존재한다. 1,1-Dimethylpyrrolidinium iodide is produced by the reaction, and the 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide exists in a form dissolved in the first solvent.

반응 결과물을 감압 증류한 후, 제2 용매를 첨가하여 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드가 석출되게 한다. 상기 제2 용매는 아세톤(Acetone), n-부탄올 또는 다이에틸에테르일 수 있다. After the reaction product is distilled off under reduced pressure, a second solvent is added to precipitate 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide. The second solvent may be acetone, n-butanol or diethyl ether.

석출된 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드를 선택적으로 분리해낸다. 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드의 선택적 분리는 감압 여과를 이용할 수 있다. 선택적으로 분리해낸 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드를 아세톤으로 세척하여 미 반응물을 제거하는 것이 바람직하다. The precipitated 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide is selectively removed. Selective separation of 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide can be performed by reduced-pressure filtration. The selectively isolated 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide is preferably washed with acetone to remove unreacted materials.

선택적으로 분리해낸 후, 건조하게 되면 중간 생성물인 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드를 얻을 수 있다. 상기 건조는 진공 건조기에서 40∼180℃ 정도의 온도에서 10분∼24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.After selectively separating and drying, the intermediate product, 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide, can be obtained. The drying is preferably performed in a vacuum dryer at a temperature of about 40 to 180 DEG C for 10 minutes to 24 hours.

아래의 반응식 1은 중간 생성물인 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드를 얻기 위한 반응식을 보여준다.Scheme 1 below shows the reaction scheme for obtaining the intermediate product 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide.

Figure pat00001
Figure pat00001

중간생성물인 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드와 테트라플루오로보릭산(tetrafluoroboric acid; HBF4)을 제3 용매에 첨가하여 반응시킨다. 이 반응을 통하여 I-와 BF4 -의 음이온 간의 교환이 이루어져 P11BF4가 생성된다. The intermediate product, 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide, and tetrafluoroboric acid (HBF 4 ) are added to the third solvent and allowed to react. Through this reaction, the exchange of anions of I - and BF 4 - occurs and P 11 BF 4 is produced.

상기 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드는 상기 테트라플루오로보릭산 100㎖에 대하여 140∼350g의 비율로 첨가하는 것이 바람직하다. The 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide is preferably added in a ratio of 140 to 350 g per 100 ml of the tetrafluoroboric acid.

상기 제3 용매는 아세토니트릴, 메탄올 또는 에탄올일 수 있다. The third solvent may be acetonitrile, methanol or ethanol.

아래의 반응식 2는 최종 생성물인 P11BF4 사차 암모늄염을 얻기 위한 반응식을 보여준다.Scheme 2 below shows the reaction scheme for obtaining the final product P 11 BF 4 quaternary ammonium salt.

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 반응은 교반하면서 5∼30℃ 정도의 상온에서 10분∼24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 상기 교반은 10∼500rpm 정도의 속도로 수행하는 것이 바람직하다.The reaction is preferably carried out at room temperature of about 5 to 30 DEG C for 10 minutes to 24 hours while stirring. The stirring is preferably performed at a speed of about 10 to 500 rpm.

반응 결과물을 감압 증류하게 되면 갈색의 용액인 감압 농축액을 얻을 수 있다. P11BF4 이외의 생성물은 요오드화수소(hydrogen iodide), 요오드(iodine), 수소(hydrogen) 등이 될 수 있다. The reaction product is distilled under reduced pressure to obtain a brown solution, which is a reduced pressure concentrate. Products other than P 11 BF 4 can be hydrogen iodide, iodine, hydrogen, and the like.

이 감압 농축액에 제4 용매를 가한 후 교반하여 P11BF4를 석출시키고, 석출된 P11BF4를 선택적으로 분리해낸다. P11BF4의 선택적 분리는 감압 여과를 이용할 수 있다. 상기 제4 용매는 n-부탄올(n-butanol) 또는 이소프로필 알콜일 수 있다.A fourth solvent is added to the reduced pressure concentrate, which is then stirred to precipitate P 11 BF 4 , and the precipitated P 11 BF 4 is selectively removed. Selective separation of 11 P BF 4 may use the filtered under reduced pressure. The fourth solvent may be n-butanol or isopropyl alcohol.

선택적으로 분리해낸 P11BF4에 대하여 다음과 같은 정제 공정을 더 수행할 수 있다. The following purification process can be further performed on the selectively separated P 11 BF 4 .

분리해낸 P11BF4에서 요오드화수소 등의 불순물을 제거하기 위하여 제5 용매에 녹인 후, 활성탄과 산화알루미늄(Aluminium Oxide)의 혼합물에 방치하여 요오드화수소 등을 흡착시켜 제거한다. 상기 제5 용매는 아세토니트릴, 메탄올 또는 에탄올일 수 있다. In order to remove impurities such as hydrogen iodide in the separated P 11 BF 4 , it is dissolved in a fifth solvent, and then it is left in a mixture of activated carbon and aluminum oxide to adsorb and remove hydrogen iodide. The fifth solvent may be acetonitrile, methanol or ethanol.

요오드화수소 등이 제거된 용액을 감압 여과하여 투명한 여과액을 얻는다. A solution in which hydrogen iodide and the like are removed is filtered under reduced pressure to obtain a transparent filtrate.

여과액을 감압 증류하여 농축된 용액에 제6 용매를 가하여 P11BF4를 석출시킨 후, 감압 여과하여 석출된 P11BF4를 선택적으로 분리해낸다. 상기 제6 용매는 n-부탄올 또는 이소프로필 알콜일 수 있다. 감압 여과시에 세척액으로 n-부탄올을 사용하여 소량 존재하는 부산물을 제거하는 것이 바람직하다. And then added to the sixth solvent to the concentrated solution by distillation under reduced pressure of the filtrate to precipitate a P 11 BF 4, recall selectively separating the precipitate was filtered under reduced pressure to P 11 BF 4. The sixth solvent may be n-butanol or isopropyl alcohol. It is preferable to remove n-butanol as a washing solution to remove a small amount of by-products during the filtration under reduced pressure.

P11BF4를 제5 용매에 녹인 후 활성탄과 산화알루미늄(Aluminium Oxide)의 혼합물에 방치하여 요오드화수소 등을 흡착시켜 제거하는 단계, 요오드화수소 등이 제거된 용액을 감압 여과하여 투명한 여과액을 얻는 단계 및 여과액을 감압 증류하여 농축된 용액에 제6 용매를 가하여 P11BF4를 석출시킨 후 감압 여과하여 석출된 P11BF4를 선택적으로 분리해내는 단계를 적어도 2회 반복하여 P11BF4를 정제하는 것이 바람직하다. P 11 BF 4 is dissolved in a fifth solvent, and then the solution is allowed to stand in a mixture of activated carbon and aluminum oxide to adsorb and remove hydrogen iodide, etc., and a solution in which hydrogen iodide and the like are removed is filtered under reduced pressure to obtain a clear filtrate Step and distilling the filtrate under reduced pressure, adding a sixth solvent to the concentrated solution, precipitating P 11 BF 4, and filtering the precipitated P 11 BF 4 selectively at least twice to obtain P 11 BF 4 4 is preferably purified.

정제된 결과물을 건조하게 되면 흰색 고체인 P11BF4를 얻을 수가 있다. 상기 건조는 진공 건조기에서 40∼180℃ 정도의 온도에서 10분∼24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.When the purified product is dried, a white solid P 11 BF 4 can be obtained. The drying is preferably performed in a vacuum dryer at a temperature of about 40 to 180 DEG C for 10 minutes to 24 hours.

상기와 같이 제조된 사차 암모늄염은 전기이중층 커패시터의 전해액으로 사용할 수 있다. 사차 암모늄염은 코인형 전기이중층 커패시터, 권취형 전기이중층 커패시터 등에 유용하게 적용될 수 있다. The quaternary ammonium salt thus prepared can be used as an electrolyte of an electric double layer capacitor. Quaternary ammonium salts may be usefully applied to coin-type electric double layer capacitors, wound electric double layer capacitors, and the like.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기이중층 커패시터는, 양극과 음극이 서로 이격되게 배치되어 있고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막이 배치되며, 상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극은 전해액에 함침되어 있고, 상기 전해액은 전해질과 용매로 이루어지며, 상기 전해질은 사차 암모늄염을 포함한다. 전기이중층 커패시터의 구조는 일반적으로 알려져 있으므로 여기서는 그 자세한 설명을 생략한다.In an electric double layer capacitor according to a preferred embodiment of the present invention, an anode and a cathode are disposed so as to be spaced apart from each other, a separation membrane for preventing short-circuit between the anode and the cathode is disposed between the anode and the cathode, The separator and the negative electrode are impregnated with an electrolytic solution, and the electrolytic solution is composed of an electrolyte and a solvent, and the electrolyte includes a quaternary ammonium salt. Since the structure of the electric double layer capacitor is generally known, detailed description thereof will be omitted here.

상기 전해액은 상기 전해질의 몰농도가 0.1∼2M 범위인 것이 바람직하다.It is preferable that the molar concentration of the electrolyte is in the range of 0.1 to 2M.

상기 용매는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티롤락톤, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란, 아세토니트릴, 디메틸포름아미드, 아세톤, 메탄올 및 에탄올 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어질 수 있다.The solvent may be selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, At least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, isopropanol, ethanol, isopropanol, ethanol, isopropanol, isopropanol, ≪ / RTI >

상기 분리막은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 또는 레이온 섬유 등 전지 및 커패시터 분야에서 일반적으로 사용되는 분리막이라면 특별히 제한되지 않는다.The separator may be a battery such as a polyethylene nonwoven fabric, a polypropylene nonwoven fabric, a polyester nonwoven fabric, a polyacrylonitrile porous separator, a poly (vinylidene fluoride) hexafluoropropane copolymer porous separator, a cellulose porous separator, a kraft paper or a rayon fiber, And is not particularly limited as long as it is a membrane commonly used in the field.

상기 양극과 음극은 전극활물질인 활성탄, 바인더, 도전재 및 용매를 혼합하여 형성한 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 전극용 조성물을 금속 호일에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태로 만들고 금속 호일에 붙여서 전극 형태로 형성하고, 전극 형태로 형성된 결과물을 100℃∼350℃의 온도에서 건조하여 형성할 수 있다.The positive electrode and the negative electrode may be formed in the form of an electrode by pressing an electrode composition formed by mixing active carbon, a binder, a conductive material, and a solvent, which is an electrode active material, or by coating the electrode composition with a metal foil to form an electrode, The composition for electrodes can be formed by pressing the composition with a roller to form a sheet, attaching it to a metal foil to form an electrode, and drying the resultant product at a temperature of 100 ° C to 350 ° C.

상기 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidenefloride; PVdF), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcellulose; CMC), 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol; PVA), 폴리비닐부티랄(poly vinyl butyral; PVB), 폴리비닐피롤리돈(poly-N-vinylpyrrolidone; PVP), 스티렌 부타디엔 고무(styrene butadiene rubber; SBR) 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. The binder may be selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidenefluoride (PVdF), carboxymethylcellulose (CMC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral vinyl butyral (PVB), poly-N-vinylpyrrolidone (PVP), styrene butadiene rubber (SBR), and the like.

상기 도전재는 화학 변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 슈퍼-피(Super-P) 블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등이 가능하다. The conductive material is not particularly limited as long as it is an electron conductive material which does not cause a chemical change. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, Super-P black, carbon fiber, , Metal powder such as aluminum and silver, or metal fiber.

상기 양극과 음극 형성을 위한 상기 용매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, 메틸 피롤리돈(NMP), 프로필렌글리콜 등의 유기 용매 또는 물을 사용할 수 있다.
The solvent for forming the anode and the cathode may be an organic solvent such as ethanol (EtOH), acetone, isopropyl alcohol, methyl pyrrolidone (NMP), propylene glycol, or water.

이하에서, 본 발명에 따른 실험예들을 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, experimental examples according to the present invention will be specifically shown, and the present invention is not limited by the following experimental examples.

<실험예 1><Experimental Example 1>

P11BF4의 합성을 위하여 아세토니트릴(Acetonitrile)(Daejung Chem. co., 99.5%) 300㎖에 1-메틸피롤리딘(1-Methylpyrrolidine)(Tokyo Chemical Industry Co., 98%) 21.72㎖를 넣고 교반하면서 메틸 아이오다이드(Methyl iodide)(Junsei Chemical Co., 97%) 15.4㎖를 투여한 후, 상온에서 12시간 동안 반응시켰다. 이때 1-메틸피롤리딘과 메틸 아이오다이드는 1:2의 몰비로 반응시켰다. 상기 교반은 300rpm 정도의 속도로 수행하였다.To synthesize P 11 BF 4 , 21.72 ml of 1-Methylpyrrolidine (Tokyo Chemical Industry Co., 98%) was added to 300 ml of acetonitrile (Daejung Chem. Co., 99.5% And 15.4 ml of methyl iodide (Junsei Chemical Co., 97%) was added while stirring, followed by reaction at room temperature for 12 hours. At this time, 1-methylpyrrolidine and methyl iodide were reacted at a molar ratio of 1: 2. The agitation was carried out at a speed of about 300 rpm.

반응의 생성물은 아세토니트릴에 녹아있는 형태로 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드(1,1-Dimethylpyrrolidinium iodide)가 생성되며, 용액을 감압 증류한 후, 아세톤(Acetone)(Daejung Chem. co., 99.5%)을 가하여 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드를 석출시켰다. 감압 여과하여 석출된 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드를 선택적으로 분리해낸 후, 아세톤으로 세척하여 미 반응물을 제거하여 주었다. The product of the reaction is 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide in the form of being dissolved in acetonitrile. The solution is distilled under reduced pressure, then dissolved in acetone (Acetone) (Daejung Chem. Co ., 99.5%) was added to precipitate 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide. 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide precipitated by filtration under reduced pressure was selectively separated, and then washed with acetone to remove unreacted materials.

생성물을 40℃의 진공 건조기에서 2시간 동안 건조하여 34.6g의 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드를 얻을 수 있었다.The product was dried in a vacuum dryer at 40 캜 for 2 hours to obtain 34.6 g of 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide.

합성된 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드 35g을 테트라플루오로보릭산(tetrafluoroboric acid)(Alfa Aesar, 50% in water) 23㎖와 함께 아세토니트릴 250㎖에 첨가하여 상온에서 1시간 동안 교반하면서 반응시켰다. 이 반응을 통하여 I-와 BF4 -의 음이온 간의 교환이 이루어져 P11BF4가 생성된다. 상기 교반은 300rpm 정도의 속도로 수행하였다.35 g of synthesized 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide was added to 250 ml of acetonitrile together with 23 ml of tetrafluoroboric acid (Alfa Aesar, 50% in water), stirred for 1 hour at room temperature Lt; / RTI &gt; Through this reaction, the exchange of anions of I - and BF 4 - occurs and P 11 BF 4 is produced. The agitation was carried out at a speed of about 300 rpm.

반응 결과물을 감압 증류하여 갈색의 용액인 감압 농축액을 얻었다. P11BF4가 이외의 생성물은 요오드화수소(hydrogen iodide), 요오드(iodine), 수소(hydrogen) 등이 될 수 있다. 이 감압 농축액에 n-부탄올(n-butanol)(Daejung Chem. co., 99%)을 가한 후 교반하여 P11BF4를 석출시키고, 감압 여과하여 석출된 P11BF4를 선택적으로 분리해내었다.The reaction product was subjected to vacuum distillation to obtain a brown solution, which was a vacuum concentrated solution. The products other than P 11 BF 4 may be hydrogen iodide, iodine, hydrogen, and the like. N-butanol (Daejung Chem. Co., 99%) was added to the concentrated solution, and P 11 BF 4 was precipitated with stirring to selectively precipitate P 11 BF 4 precipitated by filtration under reduced pressure .

분리해낸 P11BF4에서 요오드화수소 등을 제거하기 위하여 아세토니트릴에 녹인 후, 활성탄(Samchun pure Chem. co.)과 산화알루미늄(Aluminium Oxide)(Daejung Chem. co., 98%)의 혼합물에 30분간 방치하여 요오드화수소 등을 흡착시켜 제거하였다. To remove hydrogen iodide and the like in the separated P 11 BF 4 , it was dissolved in acetonitrile, and then a mixture of activated carbon (Samchun pure Chem. Co.) And aluminum oxide (Daejung Chem. And left for a minute to adsorb and remove hydrogen iodide and the like.

요오드화수소 등이 제거된 용액을 감압 여과하여 투명한 여과액을 얻었다. A solution in which hydrogen iodide and the like were removed was filtered under reduced pressure to obtain a clear filtrate.

여과액을 감압 증류하여 농축된 용액에 n-부탄올 300㎖를 가하여 P11BF4를 석출시킨 후, 감압 여과하여 석출된 P11BF4를 선택적으로 분리해내었다. 감압 여과시에 세척액으로 n-부탄올을 사용하여 소량 존재하는 부산물을 제거하였다. To the concentrated solution obtained by distilling the filtrate under reduced pressure, 300 ml of n-butanol was added to precipitate P 11 BF 4, and the precipitated P 11 BF 4 was selectively separated by vacuum filtration. During the filtration under reduced pressure, n-butanol was used as a washing solution to remove a small amount of by-products.

P11BF4를 아세토니트릴에 녹인 후, 활성탄과 산화알루미늄(Aluminium Oxide)의 혼합물에 방치하여 요오드화수소 등을 흡착시켜 제거하는 단계, 요오드화수소 등이 제거된 용액을 감압 여과하여 투명한 여과액을 얻는 단계 및 여과액을 감압 증류하여 농축된 용액에 n-부탄올을 가하여 P11BF4를 석출시킨 후 감압 여과하여 석출된 P11BF4를 선택적으로 분리해내는 단계를 2회 더 반복하여 P11BF4를 정제하였다.P 11 BF 4 is dissolved in acetonitrile, and then the solution is left in a mixture of activated carbon and aluminum oxide to adsorb and remove hydrogen iodide, etc., and a solution in which hydrogen iodide and the like are removed is filtered under reduced pressure to obtain a clear filtrate Step and distillation of the filtrate under reduced pressure, n-butanol was added to the concentrated solution to precipitate P 11 BF 4 , followed by filtration under reduced pressure to selectively separate the precipitated P 11 BF 4. This step was repeated two more times to obtain P 11 BF 4 was purified.

이 후 40℃의 진공건조기에서 24시간 동안 건조하여 흰색 고체인 P11BF4 5.3g(0.028mol)을 얻었다. Thereafter, it was dried in a vacuum dryer at 40 캜 for 24 hours to obtain 5.3 g (0.028 mol) of P 11 BF 4 as a white solid.

그 외의 생성물(불순물, 부산물)인 요오드화수소의 검출 여부를 확인하기 위하여 P11BF4 소량을 증류수에 녹인 후 0.1M 질산은(silver nitrate)을 가하여 앙금생성반응을 확인하였다. 이 후 앙금이 생성이 되지 않은 상태의 생성물을 가지고 1H-NMR 분석을 통하여 구조를 확인하였다. 1H-NMR은 P11BF4를 디메틸 설폭사이드(dimethyl sulfoxide)-d6(Cambridge Isotope Laboratories Inc.) 1 ㎖에 녹인 후 NMR 스펙트로미터(spectrometer)(Avance-250, Bruker)를 사용하여 분석하였다. A small amount of P 11 BF 4 was dissolved in distilled water, and 0.1 M silver nitrate was added to confirm the formation of the precipitate to confirm whether or not the other products (impurities, by-products), hydrogen iodide, were detected. After that, the structure was confirmed by 1 H-NMR analysis of the product in the state where no precipitate was formed. 1 H-NMR analysis was carried out by dissolving P 11 BF 4 in 1 ml of dimethyl sulfoxide-d6 (Cambridge Isotope Laboratories Inc.) and then using an NMR spectrometer (Avance-250, Bruker).

1H-NMR 분석결과는 다음과 같다. 1H-NMR (250MHz DMSO) : δ 2.08(4H, quintet, -CH2), 3.06(6H, s, N-CH3), 3.45(4H, t, N-CH2)
The results of 1 H-NMR analysis are as follows. 1 H-NMR (250MHz DMSO) : δ 2.08 (4H, quintet, -CH 2), 3.06 (6H, s, N-CH 3), 3.45 (4H, t, N-CH 2)

<실험예 2><Experimental Example 2>

실험예 1에 따라 제조된 사차 암모늄염을 전해액으로 사용하여 코인형 커패시터를 제조하였다. A coin type capacitor was prepared using the quaternary ammonium salt prepared according to Experimental Example 1 as an electrolytic solution.

1. 전해액 준비1. Preparation of electrolyte

전해액 준비를 위하여 1.0M 10㎖에 해당하는 사차 암모늄염의 무게를 저울로 칭량하였다. 칭량한 사차 암모늄염을 10㎖ 부피 플라스크에 넣은 후 표시선까지 아세토니트릴(acetonitrile)(Sigma Aldrich, 99.8%)을 넣어 전해액을 제조하였다.To prepare the electrolytic solution, the weight of the quaternary ammonium salt equivalent to 10 ml of 1.0M was weighed. The weighed quaternary ammonium salt was placed in a 10 ml volumetric flask and acetonitrile (Sigma Aldrich, 99.8%) was added to the indicated line to prepare an electrolytic solution.

아래의 표 1은 전해액으로 사용된 사차 암모늄염의 분자량과 무게를 보여준다.Table 1 below shows the molecular weights and weights of quaternary ammonium salts used as electrolytes.

사차 암모늄염Quaternary ammonium salt 분자량(g/mol)Molecular weight (g / mol) 무게(g)
(1.0M, 10㎖ 기준)
Weight (g)
(1.0M, based on 10 mL)
P11BF4 P 11 BF 4 190.98190.98 1.90981.9098

2. 전극 제조2. Electrode Manufacturing

커패시터용 활성탄 전극을 제조하기 위하여 활성탄(MSP-20, Kansai Cokes, 비표면적 2100m2g1) 81중량%, 카본블랙(Super P black, Timcal)을 12.8중량%, 스티렌 부타디엔 고무(styrene butadiene rubber; SBR)(BM-400B, Zeon) 4.2중량% 및 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcellulose; CMC)(Sigma Aldrich) 2중량%를 혼합 교반하여 전극용 슬러리를 제조하였다. 81 wt% of activated carbon (MSP-20, Kansai Cokes, specific surface area 2100 m 2 g 1 ), carbon black (Super P black, Timcal) 12.8 wt%, styrene butadiene rubber 4.2 wt% of SBR (BM-400B, Zeon) and 2 wt% of carboxymethylcellulose (CMC) (Sigma Aldrich) were mixed and stirred to prepare an electrode slurry.

닥터블레이드를 사용하여 알루미늄 포일(두께 22㎛) 위에 전극용 슬러리를 코팅하고, 40℃의 진공 오븐에서 12시간 동안 진공 건조하여 활성탄 전극판(두께 208㎛)을 얻었다. Using a doctor blade, an electrode slurry was coated on an aluminum foil (thickness 22 mu m) and vacuum-dried in a vacuum oven at 40 DEG C for 12 hours to obtain an activated carbon electrode plate (thickness 208 mu m).

코인셀 형태의 커패시터를 제조하기 위하여 상기 활성탄 전극판을 직경 14mm가 되도록 원형의 활성탄 전극으로 제조하였다.
In order to manufacture a coin cell type capacitor, the activated carbon electrode plate was formed into a circular activated carbon electrode having a diameter of 14 mm.

3. 셀 제작3. Cell production

코인셀은 CR2032 형을 사용하여 풀셀로서 조립하였다. 조립 순서는 다음과 같다. The coin cell was assembled as a full cell using CR2032 type. The assembly procedure is as follows.

코인셀 컵, 활성탄 전극, 분리막(cellulose, 직경 19mm, 두께 40㎛), 활성탄 전극, 스페이서(직경 16mm, 두께 1.0mm), 웨이브 스피링(직경 15mm, 두께 1.4mm), 코인셀 캡의 순서로 적층하여 조립하였다. 전해액은 조립 과정 중에 활성탄 전극과 분리막 사이에 100㎕를 주입하였다. 적층된 코인셀은 밀봉장치로 압착하여서 조립을 완성하였다.
(Diameter: 15 mm, thickness: 1.4 mm), a coin cell cap, a coin cell cup, an activated carbon electrode, a separator (cellulose, diameter 19 mm, thickness 40 μm) Laminated and assembled. During the assembly process, 100 μl was injected between the activated carbon electrode and the separator. The laminated coin cell was compressed by a sealing device to complete the assembly.

4. 분석 방법4. Analysis Method

출력실험은 0V에서 3.0V의 전압 구간에서 0.1Ag-1에서 5.0Ag-1의 전류밀도를 주사하여 진행하였다. The output experiment was performed by injecting a current density of 0.1Ag -1 to 5.0Ag -1 at a voltage range of 0V to 3.0V.

측정 전 10시간 휴지기간을 두어 급격한 전위변화에 대한 불안정성을 최소화 하였으며, 충전시 0V에서 3.0V까지 정전류로 충전 후 정전압으로 유지하여 전류가 전류밀도의 10%에 도달하게 되면 방전을 개시하였다. The discharge was initiated when the current reached 10% of the current density. The discharge was initiated when the current reached 10% of the current density.

방전은 전압이 0.001V에 도달하게 되면 종료가 되며, 휴지기간 없이 다음 단계의 충전이 시작된다. The discharge is terminated when the voltage reaches 0.001V, and charging of the next stage begins without a dwell period.

충전 및 방전은 각각의 전류밀도에서 5사이클씩 실시하였으며, 전류밀도에서 얻은 출력용량은 5사이클의 평균값으로 하였다.
Charging and discharging were carried out for 5 cycles at each current density, and the output capacity obtained from the current density was taken as an average value of 5 cycles.

<비교예><Comparative Example>

전해액 준비를 위하여 1.0M 10㎖에 해당하는 테트라에틸암모늄 테트라플루오로보레이트(Tetraethylammonium tetrafluoroborate; TEA BF4)의 무게를 저울로 칭량하였다. 칭량한 TEA BF4를 10㎖ 부피 플라스크에 넣은 후 표시선까지 아세토니트릴(Sigma Aldrich, 99.8%)을 넣어 전해액을 제조하였다.To prepare the electrolytic solution, the weight of tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEA BF4) corresponding to 10 ml of 1.0M was weighed with a balance. The weighed TEA BF 4 was placed in a 10 ml volumetric flask and acetonitrile (Sigma Aldrich, 99.8%) was added to the indicated line to prepare an electrolytic solution.

이와 같이 제조된 전해액을 사용하여 실험예 2와 동일한 방법으로 코인형 슈퍼커패시터 풀셀을 제작하였다.
A coin-type supercapacitor pull cell was fabricated in the same manner as in Experimental Example 2 by using the electrolyte thus prepared.

도 2는 실험예 2와 비교예에 따라 제조된 커패시터의 충전 및 방전 곡선이다. 도 2에서 (a)는 TEA BF4를 포함하는 전해액을 사용한 경우이고, (b)는 P11BF4를 포함하는 전해액을 사용한 경우이다.FIG. 2 shows charge and discharge curves of the capacitor manufactured according to Experimental Example 2 and Comparative Example. 2 (a) shows the case of using an electrolyte solution containing TEA BF 4 , and (b) shows the case of using an electrolytic solution containing P 11 BF 4 .

도 2를 참조하면, 0.1 A g-1의 전류밀도로 실험한 충전과 방전의 시간 대 전압을 나타내었다. 도 3의 그래프는 커패시터의 보편적인 충전 및 방전 양상을 보여준다.
Referring to FIG. 2, the time vs. voltage of the charge and discharge tests at a current density of 0.1 A g -1 is shown. The graph of Figure 3 shows the universal charging and discharging aspect of the capacitor.

도 3은 실험예 2와 비교예에 따라 제조된 커패시터에서 각각 다른 전류밀도로 충전과 방전을 실시한 실험에서의 방전용량의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 (a)는 TEA BF4를 포함하는 전해액을 사용한 경우이고, (b)는 P11BF4를 포함하는 전해액을 사용한 경우이다.3 is a graph showing changes in discharge capacity in experiments in which capacitors manufactured according to Experimental Example 2 and Comparative Example were charged and discharged at different current densities, respectively. FIG. 3 (a) shows the case of using an electrolyte solution containing TEA BF 4, and FIG. 3 (b) shows the case of using an electrolyte containing P 11 BF 4 .

도 3을 참조하면, 방전용량은 작은 양이온 반경을 가지고 있는 P11BF4가 우세하였다.
Referring to FIG. 3, the discharge capacity was dominated by P 11 BF 4 having a small cation radius.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, This is possible.

Claims (13)

(a) 제1 용매에 1-메틸피롤리딘과 메틸 아이오다이드를 첨가하여 반응시키는 단계;
(b) 상기 반응에 의해 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드가 생성되는 단계;
(c) 반응 결과물을 감압 증류한 후, 제2 용매를 첨가하여 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드가 석출되게 하는 단계;
(d) 석출된 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드를 선택적으로 분리해내는 단계;
(e) 선택적으로 분리해낸 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드와 테트라플루오로보릭산을 제3 용매에 첨가하여 반응시키는 단계;
(f) 반응 결과물을 감압 증류하여 감압 농축액을 얻는 단계; 및
(g) 상기 감압 농축액에 제4 용매를 가한 후 교반하여 P11BF4를 석출시키고, 석출된 P11BF4를 선택적으로 분리해내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사차 암모늄염의 제조방법.
(a) adding 1-methylpyrrolidine and methyl iodide to a first solvent to react;
(b) producing 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide by the reaction;
(c) distilling the resultant of the reaction under reduced pressure, and then adding a second solvent to precipitate 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide;
(d) selectively separating the precipitated 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide;
(e) adding selectively separated 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide and tetrafluoroboric acid to a third solvent to react;
(f) subjecting the result of the reaction to vacuum distillation to obtain a reduced pressure concentrate; And
(g) method for producing a quaternary ammonium salt characterized in that it comprises the steps that to precipitate the 11 P claim 4 BF 4 was added with stirring and the solvent to the concentrated solution under reduced pressure, selectively separating the precipitated P 11 BF 4.
제1항에 있어서, 상기 1-메틸피롤리딘과 상기 메틸 아이오다이드는 1:1∼3의 몰비를 이루도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 사차 암모늄염의 제조방법.
The process for producing a quaternary ammonium salt according to claim 1, wherein the 1-methylpyrrolidine and the methyl iodide are added in a molar ratio of 1: 1 to 3: 1.
제1항에 있어서, 상기 제1 용매는 아세토니트릴, 메탄올 또는 에탄올을 포함하는 것을 특징으로 하는 사차 암모늄염의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the first solvent comprises acetonitrile, methanol or ethanol.
제1항에 있어서, 상기 제2 용매는 아세톤, n-부탄올 또는 다이에틸에테르를 포함하는 것을 특징으로 하는 사차 암모늄염의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the second solvent comprises acetone, n-butanol or diethyl ether.
제1항에 있어서, 상기 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드는 상기 테트라플루오로보릭산 100㎖에 대하여 140∼350g의 비율로 첨가하는 것을 특징으로 하는 사차 암모늄염의 제조방법.
The method according to claim 1, wherein the 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide is added in an amount of 140 to 350 g per 100 ml of the tetrafluoroboric acid.
제1항에 있어서, 상기 제3 용매는 아세토니트릴, 메탄올 또는 에탄올을 포함하는 것을 특징으로 하는 사차 암모늄염의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the third solvent comprises acetonitrile, methanol or ethanol.
제1항에 있어서, 상기 제4 용매는 n-부탄올 또는 이소프로필 알콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 사차 암모늄염의 제조방법.
The method of claim 1, wherein the fourth solvent comprises n-butanol or isopropyl alcohol.
제1항에 있어서, 상기 (d) 단계 후에 상기 (e) 단계 전에 선택적으로 분리해낸 1,1-디메틸피롤리디늄 아이오다이드를 아세톤으로 세척하여 미 반응물을 제거하는 단계; 및
상기 (g) 단계 후에 진공 건조기에서 건조하여 흰색 고체인 P11BF4를 수득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사차 암모늄염의 제조방법.
The method of claim 1, further comprising, after step (d), washing the 1,1-dimethylpyrrolidinium iodide selectively separated before step (e) with acetone to remove unreacted material. And
And drying in a vacuum dryer after step (g) to obtain P 11 BF 4 as a white solid.
제1항에 있어서, 상기 (g) 단계 후에,
(h) 선택적으로 분리해낸 P11BF4를 제5 용매에 녹인 후, 활성탄과 산화알루미늄의 혼합물에 방치하여 요오드화수소를 흡착시켜 제거하는 단계;
(i) 요오드화수소가 제거된 용액을 감압 여과하여 투명한 여과액을 얻는 단계; 및
(j) 상기 여과액을 감압 증류하여 농축된 용액에 제6 용매를 가하여 P11BF4를 석출시킨 후, 감압 여과하여 석출된 P11BF4를 선택적으로 분리해내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사차 암모늄염의 제조방법.
2. The method of claim 1, wherein after step (g)
(h) dissolving selectively separated P 11 BF 4 in a fifth solvent, and allowing to stand in a mixture of activated carbon and aluminum oxide to adsorb and remove hydrogen iodide;
(i) filtering the solution from which hydrogen iodide has been removed under reduced pressure to obtain a transparent filtrate; And
(j) further comprising the step of distilling the filtrate under reduced pressure, adding a sixth solvent to the concentrated solution to precipitate P 11 BF 4, and then filtering the precipitated P 11 BF 4 by selective filtration &Lt; / RTI &gt;
제9항에 있어서, 상기 (j) 단계의 감압 여과시에 n-부탄올을 사용하여 부산물을 제거하는 것을 특징으로 하는 사차 암모늄염의 제조방법.
The method according to claim 9, wherein the by-product is removed using n-butanol during the vacuum filtration in step (j).
제9항에 있어서, 상기 제5 용매는 아세토니트릴, 메탄올 또는 에탄올을 포함하는 것을 특징으로 하는 사차 암모늄염의 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein the fifth solvent comprises acetonitrile, methanol or ethanol.
제9항에 있어서, 상기 제6 용매는 n-부탄올 또는 이소프로필 알콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 사차 암모늄염의 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein the sixth solvent comprises n-butanol or isopropyl alcohol.
양극과 음극이 서로 이격되게 배치되어 있고,
상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막이 배치되며,
상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극은 전해액에 함침되어 있고,
상기 전해액은 제1항의 제조방법으로 제조된 사차 암모늄염을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기이중층 커패시터.
The positive electrode and the negative electrode are arranged so as to be spaced apart from each other,
A separation membrane for preventing a short circuit between the anode and the cathode is disposed between the anode and the cathode,
Wherein the anode, the separator, and the cathode are impregnated with an electrolytic solution,
Wherein the electrolytic solution comprises the quaternary ammonium salt prepared by the process of claim 1. &lt; Desc / Clms Page number 19 &gt;
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