KR20160109552A - 부분결정성 활성탄을 이용한 울트라 커패시터 및 그 제조방법 - Google Patents

부분결정성 활성탄을 이용한 울트라 커패시터 및 그 제조방법 Download PDF

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조민영
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한국세라믹기술원
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Abstract

본 발명은, 양극, 음극, 양극과 음극 사이에 배치되어 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막(seperator)이 금속캡 내에 배치되어 있고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 전해액이 주입된 울트라 커패시터로서, 상기 양극은 양극활물질로 부분결정성 활성탄을 포함하고, 상기 음극은 음극활물질로 흑연을 포함하며, 상기 전해액은 리튬염이 비수계 용매에 용해되어 있는 전해액인 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 양극활물질로 부분결정성 활성탄을 사용하고 음극활물질로 흑연을 사용함으로써 양극활물질과 음극활물질의 용량 비대칭성을 줄일 수 있어 울트라 커패시터(Ultra capacitor)의 비축전용량을 개선할 수 있다.

Description

부분결정성 활성탄을 이용한 울트라 커패시터 및 그 제조방법{Ultra capacitor using partially graphitic activated carbon and manufacturing method of the same}
본 발명은 울트라 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극활물질로 부분결정성 활성탄을 사용하고 음극활물질로 흑연을 사용함으로써 양극활물질과 음극활물질의 용량 비대칭성을 줄일 수 있어 울트라 커패시터의 비축전용량을 개선할 수 있는 울트라 커패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 울트라 커패시터는 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 울트라 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.
이와 같은 울트라 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 세퍼레이터(separator)와, 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.
이러한 종래의 울트라 커패시터에서 양극활물질 소재로 활성탄이 사용되고, 음극활물질 소재로 흑연이 사용되어 왔는데, 양극활물질 소재인 활성탄과 음극활물질 소재인 흑연의 용량적 비대칭으로 인하여 양극활물질인 활성탄이 과도하게 사용되며, 이로 인하여 울트라 커패시터는 비축전용량 개선의 한계점을 가지고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1296224호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 양극활물질로 부분결정성 활성탄을 사용하고 음극활물질로 흑연을 사용함으로써 양극활물질과 음극활물질의 용량 비대칭성을 줄일 수 있어 울트라 커패시터의 비축전용량을 개선할 수 있는 울트라 커패시터 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 양극, 음극, 양극과 음극 사이에 배치되어 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막(seperator)이 금속캡 내에 배치되어 있고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 전해액이 주입된 울트라 커패시터로서, 상기 양극은 양극활물질로 부분결정성 활성탄을 포함하고, 상기 음극은 음극활물질로 흑연을 포함하며, 상기 전해액은 리튬염이 비수계 용매에 용해되어 있는 전해액인 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터를 제공한다.
상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2 및 LiAlO4, LiAlCl4 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 용매에 0.1∼2.0M의 농도로 용해되어 있는 것이 바람직하다.
상기 부분결정성 활성탄은 판상 구조를 갖고, 상기 부분결정성 활성탄의 판과 판 사이의 평균 층간 거리가 0.3∼0.5nm 범위이며, 상기 부분결정성 활성탄의 비표면적이 1∼3000㎡/g 범위일 수 있다.
상기 부분결정성 활성탄은, 탄소재가 500∼900℃의 온도에서 비활성 분위기에서 탄화 처리되고, 탄화 처리된 탄소재가 알칼리와 혼합되어 탄화 처리의 온도보다 높은 온도에서 활성화 처리되고, 활성화 처리된 결과물이 산으로 중화처리되고 세정되어 형성된 것일 수 있다.
또한, 본 발명은, 부분결정성 활성탄을 제조하는 단계와, 부분결정성 활성탄을 양극활물질로 사용하여 양극을 제조하는 단계와, 흑연을 음극화물질로 사용하여 음극을 제조하는 단계와, 리튬염이 비수계 용매에 용해된 전해액을 제조하는 단계 및 상기 양극, 상기 음극, 그리고 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되어 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막을 금속캡 내에 배치하고, 상기 양극와 상기 음극이 함침되게 상기 전해액을 주입한 후 밀봉하여 울트라 커패시터를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터의 제조방법을 제공한다.
상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2 및 LiAlO4, LiAlCl4 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 용매에 0.1∼2.0M의 농도로 용해되어 있는 것이 바람직하다.
상기 부분결정성 활성탄은 판상 구조를 갖고, 상기 부분결정성 활성탄의 판과 판 사이의 평균 층간 거리가 0.3∼0.5nm 범위이며, 상기 부분결정성 활성탄의 비표면적이 1∼3000㎡/g 범위일 수 있다.
상기 부분결정성 활성탄을 제조하는 단계는, 탄소재를 500∼900℃의 온도에서 비활성 분위기에서 탄화 처리하는 단계와, 탄화 처리된 탄소재를 알칼리와 혼합하고 상기 탄화 처리의 온도보다 높은 온도에서 활성화 처리하는 단계 및 활성화 처리된 결과물을 산으로 중화처리하고 세정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 활성화 처리하는 단계는, 상기 탄화 처리된 탄소재와 상기 알칼리를 1:1∼10의 중량비로 혼합하는 단계와, 700∼1000℃의 온도에서 비활성 분위기에서 열처리하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 알칼리는 수산화칼륨(KOH) 및 수산화칼륨(NaOH) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 울트라 커패시터는 권취형 커패시터일 수 있고, 상기 울트라 커패시터를 제조하는 단계는, 상기 음극에 제1 리드선을 연결하는 단계와, 상기 양극에 제2 리드선을 연결하는 단계와, 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 상기 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 상기 음극을, 순차적으로 적층하고 코일링하여 롤 형태의 권취소자를 형성하는 단계와, 금속캡에 상기 권취소자를 삽착시키는 단계 및 상기 권취소자의 양극과 음극이 함침되게 상기 전해액을 상기 금속캡 내에 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
종래의 울트라 커패시터는 양극활물질로 일반(또는 상용) 활성탄을 사용하고, 음극활물질로 흑연을 사용하였는데, 음극에 사용되는 흑연(약 370 mAh/g)과 대비하여 양극에 사용되는 활성탄(약 50 mAh/g)의 현격한 용량 차이로 인하여 양극활물질인 활성탄의 과도한 로딩량이 요구되었다.
본 발명에 의하면, 양극활물질로 부분결정성 활성탄을 사용하고 음극활물질로 흑연을 사용함으로써 양극활물질과 음극활물질의 용량 비대칭성을 줄일 수 있어 울트라 커패시터의 비축전용량을 개선할 수 있다.
부분결정성 활성탄은 기존 활성탄의 물리적 흡착과 탈착 반응에 의한 용량뿐만 아니라 활성탄에 부여된 부분적인 결정성으로 인하여 탄소 결정층 간 사이에서 이온의 삽입과 탈리 반응에 의한 용량을 동시에 발현할 수 있으며, 이러한 부분결정성 활성탄의 사용은 종래의 활성탄 대비 울트라 커패시터의 비축전용량을 향상시킬 수 있다. 울트라 커패시터의 양극활물질로 부분결정성이 부여된 활성탄을 사용함으로써, 기존 활성탄의 물리적 흡착과 탈착 용량뿐만 아니라 부분결정성 구조에 이온의 삽입과 탈리의 반응을 동시에 유도하여 울트라 커패시터의 비축전용량의 향상을 도모할 수가 있다.
도 1은 양극용 조성물 시트(sheet)(10)와, 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체(20)를 보여주는 도면이다.
도 2는 음극용 조성물 시트(sheet)(60)와, 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)(50)을 갖는 집전체(20)를 보여주는 도면이다.
도 3은 코인형 울트라 커패시터의 단면도를 보인 것이다.
도 4 내지 도 7은 권취형 울트라 커패시터를 보여주는 도면이다.
도 8은 실험예에 따라 제조된 부분결정성 활성탄 분말의 투과전자현미경(transmission electron microscope; TEM) 사진이다.
도 9는 상용 활성탄 분말과 실험예에 따라 제조된 부분결정성 활성탄 분말을 양극의 양극활물질로 사용시에 충전과 방전 곡선을 보여주는 그래프이다.
도 10은 비교예에 따라 상용 활성탄 분말을 양극활물질로 사용하여 제조된 울트라 커패시터와, 실험예에 따라 제조된 부분결정성 활성탄을 양극활물질로 사용하여 제조된 울트라 커패시터의 충전과 방전 곡선을 보여주는 그래프이다.
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. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
종래의 울트라 커패시터에서 양극활물질 소재로 활성탄이 사용되고, 음극활물질 소재로 흑연이 사용되어 왔는데, 양극활물질 소재인 활성탄과 음극활물질 소재인 흑연의 용량적 비대칭으로 인하여 양극활물질인 활성탄이 과도하게 사용되며, 이로 인하여 울트라 커패시터는 비축전용량 개선의 한계점을 가지고 있다.
음극에 사용되는 흑연(약 370 mAh/g)과 대비하여 양극에 사용되는 활성탄(약 50 mAh/g)의 현격한 용량 차이로 인하여 양극활물질인 활성탄의 과도한 로딩량이 요구된다.
음극활물질인 흑연은 리튬 이온의 삽입과 탈리 반응에 의한 화학반응을 수반하며, 이에 비하여 양극활물질인 활성탄은 물리적 흡착과 탈착에 의하여 용량이 발현되며, 용량 측면에서 현격한 비대칭성으로 인하여 활성탄의 과도한 사용 또한 제한이 되고 있어 울트라 커패시터의 비축전용량 개선에 한계점을 가지고 있다.
이와 같이 울트라 커패시터에서 사용되는 양극활물질인 활성탄과 음극활물질인 흑연의 용량적 비대칭으로 인한 활성계 소재의 과도한 사용으로 인하여 울트라 커패시터는 비축전용량 개선의 한계점을 가지고 있다.
본 발명은 울트라 커패시터의 양극용 소재로써 부분결정성을 갖는 활성탄을 사용하여 기존의 울트라 커패시터의 비축전용량을 향상시키는 방법을 제시한다.
본 발명에서는 양극활물질로써 부분결정성 활성탄을 사용한다. 부분결정성 활성탄은 기존 활성탄의 물리적 흡착과 탈착 반응에 의한 용량뿐만 아니라 활성탄에 부여된 부분적인 결정성으로 인하여 탄소 결정층 간 사이에서 이온의 삽입과 탈리 반응에 의한 용량을 동시에 발현할 수 있으며, 이러한 부분결정성 활성탄의 사용은 종래의 활성탄 대비 울트라 커패시터의 비축전용량을 향상시킬 수 있다. 울트라 커패시터의 양극활물질로써 부분결정성이 부여된 활성탄을 사용함으로써, 기존 활성탄의 물리적 흡착과 탈착 용량뿐만 아니라 부분결정성 구조에 이온의 삽입과 탈리의 반응을 동시에 유도하여 울트라 커패시터의 비축전용량의 향상을 도모할 수가 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라 커패시터는, 양극, 음극, 양극과 음극 사이에 배치되어 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막(seperator)이 금속캡 내에 배치되어 있고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 전해액이 주입된 울트라 커패시터로서, 상기 양극은 양극활물질로 부분결정성 활성탄을 포함하고, 상기 음극은 음극활물질로 흑연을 포함하며, 상기 전해액은 리튬염이 비수계 용매에 용해되어 있는 전해액이다.
상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2 및 LiAlO4, LiAlCl4 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 용매에 0.1∼2.0M의 농도로 용해되어 있는 것이 바람직하다.
상기 부분결정성 활성탄은 판상 구조를 갖고, 상기 부분결정성 활성탄의 판과 판 사이의 평균 층간 거리가 0.3∼0.5nm 범위이며, 상기 부분결정성 활성탄의 비표면적이 1∼3000㎡/g 범위일 수 있다.
상기 부분결정성 활성탄은, 탄소재가 500∼900℃의 온도에서 비활성 분위기에서 탄화 처리되고, 탄화 처리된 탄소재가 알칼리와 혼합되어 탄화 처리의 온도보다 높은 온도에서 활성화 처리되고, 활성화 처리된 결과물이 산으로 중화처리되고 세정되어 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라 커패시터의 제조방법은, 부분결정성 활성탄을 제조하는 단계와, 부분결정성 활성탄을 양극활물질로 사용하여 양극을 제조하는 단계와, 흑연을 음극화물질로 사용하여 음극을 제조하는 단계와, 리튬염이 비수계 용매에 용해된 전해액을 제조하는 단계 및 상기 양극, 상기 음극, 그리고 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되어 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막을 금속캡 내에 배치하고, 상기 양극와 상기 음극이 함침되게 상기 전해액을 주입한 후 밀봉하여 울트라 커패시터를 제조하는 단계를 포함한다.
상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2 및 LiAlO4, LiAlCl4 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 용매에 0.1∼2.0M의 농도로 용해되어 있는 것이 바람직하다.
상기 부분결정성 활성탄은 판상 구조를 갖고, 상기 부분결정성 활성탄의 판과 판 사이의 평균 층간 거리가 0.3∼0.5nm 범위이며, 상기 부분결정성 활성탄의 비표면적이 1∼3000㎡/g 범위일 수 있다.
상기 부분결정성 활성탄을 제조하는 단계는, 탄소재를 500∼900℃의 온도에서 비활성 분위기에서 탄화 처리하는 단계와, 탄화 처리된 탄소재를 알칼리와 혼합하고 상기 탄화 처리의 온도보다 높은 온도에서 활성화 처리하는 단계 및 활성화 처리된 결과물을 산으로 중화처리하고 세정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 활성화 처리하는 단계는, 상기 탄화 처리된 탄소재와 상기 알칼리를 1:1∼10의 중량비로 혼합하는 단계와, 700∼1000℃의 온도에서 비활성 분위기에서 열처리하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 알칼리는 수산화칼륨(KOH) 및 수산화칼륨(NaOH) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
상기 울트라 커패시터는 권취형 커패시터일 수 있고, 상기 울트라 커패시터를 제조하는 단계는, 상기 음극에 제1 리드선을 연결하는 단계와, 상기 양극에 제2 리드선을 연결하는 단계와, 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 상기 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 상기 음극을, 순차적으로 적층하고 코일링하여 롤 형태의 권취소자를 형성하는 단계와, 금속캡에 상기 권취소자를 삽착시키는 단계 및 상기 권취소자의 양극과 음극이 함침되게 상기 전해액을 상기 금속캡 내에 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라 커패시터 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라 커패시터는, 양극, 음극, 양극과 음극 사이에 배치되어 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막(seperator)이 금속캡 내에 배치되어 있고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 전해액이 주입되어 있다.
울트라 커패시터의 전해액은 리튬염이 용해되어 있는 비수계 전해액을 사용한다.
상기 전해액을 구성하는 용매는 환상 카보네이트계 용매, 쇄상 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 니트릴계 용매, 아미드계 용매 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 환상 카보네이트계 용매로는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등을 사용할 수 있고, 상기 쇄상 카보네이트계 용매로는 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등을 사용할 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티롤락톤 등을 사용할 수 있고, 상기 에테르계 용매로는 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등을 사용할 수 있으며, 상기 니트릴계 용매로는 아세토니트릴 등을 사용할 수 있고, 상기 아미드계 용매로는 디메틸포름아미드 등을 포함하는 용매일 수 있다. 예컨대, 에틸카보네이트와 에틸메틸카보네이트가 1:0.1∼10의 부피비로 혼합된 용매를 사용할 수 있다.
상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2 및 LiAlO4, LiAlCl4 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 리튬염은 상기 비수계 용매에 0.1∼2.0M 정도의 농도로 용해되어 있는 것이 바람직하다.
상기 양극은 양극활물질로 부분결정성 활성탄을 포함한다. 예컨대, 울트라 커패시터의 양극(120)은 부분결정성 활성탄을 포함하는 양극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태(고무 타입)로 만들고 건조하여 제조된 전극을 사용하거나, 부분결정성 활성탄을 포함하는 양극용 조성물이 집전체에 도포되어 형성된 전극을 사용한다. 이러한 양극(120)은 부분결정성 활성탄을 포함하는 양극용 조성물이 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체의 일면 또는 양면에 형성된 구조를 이룬다. 도 1은 양극용 조성물 시트(sheet)(10)와, 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체(20)를 보여주는 도면이다.
이하에서, 본 발명의 울트라 커패시터의 양극(120)을 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다.
부분결정성 활성탄을 제조하여 준비한다. 부분결정성 활성탄을 제조하는 방법은 다음과 같다.
흑연화가 용이한(graphitizable) 탄소재를 준비하고, 흑연화가 용이한 탄소재를 탄화 처리한다. 흑연화가 용이한(graphitizable) 탄소재는 소프트카본계 흑연, 석유계 피치, 석탄계 피치, 석유계 코크스, 석탄계 코크스 등일 수 있다. 상기 탄화 처리는 500∼900℃ 정도의 온도, 더욱 바람직하게는 700∼800℃ 정도의 온도에서 10분∼12시간 동안 비활성 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 비활성 분위기는 질소(N2), 아르콘(Ar)과 같은 가스 분위기를 의미한다.
탄화 처리된 탄소재에 대하여 활성화 처리를 수행한다. 상기 활성화 처리는 탄화 처리된 탄소재와 수산화칼륨(KOH), 수산화칼륨(NaOH) 등과 같은 알칼리를 1:1∼10 정도의 중량비로 혼합한 후, 탄화 처리의 온도보다 높은 온도(예컨대, 700∼1000℃)에서 10분∼12시간 동안 비활성 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 활성화 처리 후에는 알칼리 성분을 제거하기 위하여 염산(HCl), 질산(HNO3)과 같은 산(acid)으로 중화 처리하고, 증류수로 충분히 세정한다. 세정 후에는 100∼180℃ 정도의 온도에서 10분∼48시간 동안 충분히 건조한다.
상기 탄소재로 사용되는 소프트카본계 흑연 등은 탄화 처리시 결정성을 나타내는 탄소재로써 탄화 온도를 약 1800℃로 증가시키면 흑연이 된다. 하지만 흑연 자체는 알칼리 활성화 공정으로는 기공이 형성되지 않는 구조로써, 부분 결정성 활성탄을 얻기 위해 탄화온도를 500∼900℃의 저온으로 실시하여 부분적인 결정성을 부여하고 알칼리 활성화 공정으로 기공을 형성시킨다. 하드카본계 흑연은 500～900℃ 저온에서의 탄화 처리와 알칼리 활성화 공정으로는 부분 결정성을 부여하기가 어렵기 때문에 탄소재로서 사용하지 않는 것이 바람직하다.
상술한 공정으로 비표면적이 1∼3000㎡/g 범위인 부분결정성 활성탄 분말을 얻을 수 있다. 이렇게 제조된 부분결정성 활성탄은 판상 구조를 갖고, 판과 판 사이의 평균 층간 거리가 0.3∼0.5nm 범위를 이룬다.
부분결정성 활성탄 분말, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 부분결정성 활성탄을 포함하는 양극용 조성물을 제조한다. 상기 양극용 조성물은 부분결정성 활성탄 분말과, 부분결정성 활성탄 분말 100중량부에 대하여 도전재 2∼20중량부와, 부분결정성 활성탄 분말 100중량부에 대하여 바인더 2∼10중량부를 첨가하고, 상기 분산매는 부분결정성 활성탄 분말 100중량부에 대하여 200∼300중량부를 첨가하여 제조하는 것이 바람직하다.
사용되는 부분결정서 활성탄 분말의 평균 입도는 전극 성형 및 분산을 용이하게 하기 위하여 0.5∼20㎛ 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 도전재는 화학 변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등이 가능하다.
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), 스티렌부타디엔고무(styrene butadiene rubber; SBR) 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
그리고, 상기 분산매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, N-메틸 피롤리돈(NMP), 프로필렌글리콜 등의 유기 용매 또는 물을 사용할 수 있다.
상기 부분결정성 활성탄을 포함하는 양극용 조성물을 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체의 일면 또는 양면에 코팅하고 건조하여 양극(120)으로 제조하거나, 양극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태(고무 타입)로 만들고 집전체의 일면 또는 양면에 붙이거나 압착하여 양극(120)으로 제조할 수 있다. 도 1은 양극용 조성물을 롤러로 밀어 만들어진 양극용 조성물 시트(sheet)(10)와, 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)(50)을 갖는 집전체(20)를 보여주는 도면이다.
표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)(50)을 갖는 집전체(20)는 복수의 프레임과 상기 프레임 사이의 빈 공간인 구멍(개구)(50)을 포함하는 체(sieve) 형태를 가진다. 집전체(20)는 제1 방향으로 배열된 복수의 제1 프레임(30)과 제2 방향으로 배열된 복수의 제2 프레임(40)을 포함할 수 있다.
상기 프레임의 바람직한 형태는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 방향으로 배열된 복수의 제1 프레임(30)과, 상기 제1 방향과 수직되는 제2 방향으로 배열된 복수의 제2 프레임(40)을 포함하며, 상기 제1 방향으로 배열된 제1 프레임(30)과 상기 제2 방향으로 배열된 제2 프레임(40)은 격자형의 그리드(grid)를 이룬다. 상기 제1 방향으로 배열된 제1 프레임(30)들 사이의 간격과 상기 제2 방향으로 배열된 제2 프레임(40)들 사이의 간격은 다를 수 있으나, 상기 제1 방향으로 배열된 제1 프레임(30)들 사이의 간격과 상기 제2 방향으로 배열된 제2 프레임(40)들 사이의 간격이 동일한 것이 양극용 조성물과의 접착강도 향상, 균일한 전압 인가 등의 측면에서 바람직하다. 또한, 제1 프레임(30)과 제2 프레임(40)은 서로 다른 선폭을 가질 수도 있으나 동일한 선폭을 갖는 것이 양극용 조성물과의 접착강도 향상, 균일한 전압 인가 등의 측면에서 바람직하다. 또한, 제1 프레임(30)과 제2 프레임(40)은 주기적으로 배열되어 있을 수 있고 비주기적으로 배열되어 있을 수도 있으나, 주기적으로 배열되는 것이 양극용 조성물과의 접착강도 향상, 균일한 전압 인가 등의 측면에서 바람직하다.
집전체(20)의 구멍(개구) 크기는 직경이 0.1∼2㎜ 범위인 것이 양극용 조성물과의 접착강도 향상, 균일한 전압 인가 등의 측면에서 바람직하며, 구멍(50)의 형태는 도 1에 도시된 바와 같이 정사각형 형태를 가질 수도 있으나, 프레임(30, 40)의 형태에 따라 직사각형, 마름모, 원형 등의 다양한 형태를 이룰 수도 있다.
양극(120) 제조를 위한 집전체(20)의 개구율은 집전체(20)의 전체 면적에 대하여 30∼80% 정도인 것이 균일한 전압 인가 등의 측면에서 바람직하다.
집전체(20)의 프레임(30, 40)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 등의 금속물질로 이루어지거나, 상기 금속물질을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 음극은 음극활물질로 흑연을 포함한다. 예컨대, 본 발명의 울트라 커패시터의 음극(110)은 흑연을 포함하는 음극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태(고무 타입)로 만들고 건조하여 제조된 전극을 사용하거나, 흑연을 포함하는 음극용 조성물이 집전체에 도포되어 형성된 전극을 사용한다. 이러한 음극(110)은 흑연을 포함하는 음극용 조성물이 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체의 일면 또는 양면에 형성된 구조를 이룬다. 도 2는 음극용 조성물 시트(sheet)(60)와, 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)(50)을 갖는 집전체(20)를 보여주는 도면이다.
이하에서, 도 2를 참조하여 본 발명의 울트라 커패시터의 음극(10)을 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다.
흑연 분말, 바인더, 도전재 및 분산매를 혼합하여 음극용 조성물을 제조한다.
상기 음극용 조성물을 제조하기 위하여 흑연 분말 100중량부에 대하여 도전재는 2∼20중량부, 바인더는 2∼10중량부 함유되게 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 분산매의 함량은 특별히 제한되는 것은 아니지만 흑연 분말 100중량부에 대하여 200∼300중량부 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 흑연 분말은 특별히 제한되지 않고 일반적인 전극 제조에 사용되는 흑연을 사용할 수 있다. 사용되는 흑연 분말은 천연흑연, 인조흑연, 소프트카본계 흑연, 하드카본계 흑연 등을 사용하는 것이 바람직하다. 흑연 분말의 평균 입도는 전극 성형 및 분산을 용이하게 하기 위하여 0.5∼20㎛ 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 도전재는 화학 변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 그 예로 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등이 가능하다.
또한, 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), 스티렌부타디엔고무(styrene butadiene rubber; SBR) 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
그리고, 상기 분산매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, 메틸 피롤리돈(NMP), 프로필렌글리콜 등의 유기 용매 또는 물을 사용할 수 있다.
상기 흑연을 포함하는 음극용 조성물을 앞서 설명한 바와 같은 표리면을 관통하는 복수의 구멍(개구)을 갖는 집전체의 일면 또는 양면에 코팅하고 건조하여 음극(110)으로 제조하거나, 음극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태(고무 타입)로 만들고 집전체의 일면 또는 양면에 붙이거나 압착하여 음극(110)으로 제조할 수 있다. 이때, 음극(110) 제조를 위한 집전체(20)의 개구율은 집전체(20)의 전체 면적에 대하여 30∼70% 정도인 것이 균일한 전압 인가 등의 측면에서 바람직하다.
상술한 바와 같이 제조된 양극(120)과 음극(110)을 이용하여 울트라 커패시터(100)를 제조한다. 이하에서, 울트라 커패시터(100)를 제조하는 방법을 설명한다.
도 3은 코인형 울트라 커패시터의 단면도를 보인 것이다. 도 3에서 도면부호 190은 도전체로서의 금속캡이고, 도면부호 160은 양극(120)과 음극(110) 간의 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 분리막(separator)이며, 도면부호 192는 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락방지를 위한 가스켓이다. 이때, 상기 양극(120)과 음극(110)은 금속캡(190)과 접착제에 의해 견고하게 고정된다.
상기 코인형 울트라 커패시터는, 상술한 양극(120)과, 상술한 음극(110)과, 양극(120)과 음극(110) 사이에 배치되고 양극(120)과 음극(120)의 단락을 방지하기 위한 분리막(seperator)(160)을 금속캡(190) 내에 배치하고, 양극(120)와 음극(110) 사이에 전해질이 용해되어 있는 전해액을 주입한 후, 가스켓(192)으로 밀봉하여 제조할 수 있다.
상기 분리막은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 또는 레이온 섬유 등 전지 및 커패시터 분야에서 일반적으로 사용되는 분리막이라면 특별히 제한되지 않는다.
상기 전해액은 리튬염이 용해되어 있는 비수계 전해액이다. 상기 전해액을 구성하는 용매는 환상 카보네이트계 용매, 쇄상 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 니트릴계 용매, 아미드계 용매 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2 및 LiAlO4, LiAlCl4 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 리튬염은 상기 비수계 용매에 0.1∼2.0M 정도의 농도로 용해되어 있는 것이 바람직하다.
도 4 내지 도 7은 권취형 울트라 커패시터를 보여주는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 음극(110)과 양극(120)에 각각 리드선(130, 140)을 부착한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 분리막(150), 양극(120), 제2 분리막(160) 및 음극(110)을 적층하고, 코일링(coling)하여 롤(roll) 형태의 권취소자(175)로 제작한 후, 롤(roll) 주위로 접착 테이프(170) 등으로 감아 롤 형태가 유지될 수 있게 한다.
상기 양극(120)과 음극(110) 사이에 구비된 제2 분리막(160)은 상기 양극(120)과 상기 음극(110)의 단락을 방지하는 역할을 한다. 제1 및 제2 분리막(150, 160)은 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.
도 6에 도시된 바와 같이, 롤(roll) 형태의 결과물에 실링 고무(sealing rubber)(180)를 장착하고, 금속캡(예컨대, 알루미늄 케이스(Al Case))(190)에 삽착시킨다.
롤 형태의 권취소자(175)의 양극(120)과 음극(110)이 함침되게 상술한 전해액을 주입하고, 밀봉한다. 상기 전해액은 리튬염이 용해되어 있는 비수계 전해액이다. 상기 전해액을 구성하는 용매는 환상 카보네이트계 용매, 쇄상 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 니트릴계 용매, 아미드계 용매 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2 및 LiAlO4, LiAlCl4 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 리튬염은 상기 비수계 용매에 0.1∼2.0M 정도의 농도로 용해되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 제작된 셀을 도 7에 개략적으로 나타내었으며, 상기 셀은 울트라 커패시터로서 사용될 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예를 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실험예>
흑연화가 용이한 탄소재인 소프트카본계 피치(안산 중련 화학사)를 아르곤(Ar) 가스의 비활성 분위기하에서 분당 3℃로 750℃로 승온하고, 1시간 유지하면서 탄화 처리한 후, 분당 3℃로 냉각하여 탄화 처리된 탄소재를 얻었다.
탄화처리된 탄소재를 회수하고, 탄화처리된 탄소재와 KOH를 1:4의 중량비로 혼합한 후, 이를 아르곤 가스의 분위기인 수직로에서 분당 2℃로 900℃로 승온하고, 900℃의 온도에서 1시간 유지한 다음, 분당 2℃로 냉각한 후 시료를 회수하였다.
회수된 시료에서 KOH를 제거하기 위하여 묽은 염산으로 중화시킨 후, 증류수로 세정 및 필터링을 실시하였다.
필터링된 시료는 100℃ 오븐에서 24시간 동안 건조하여 부분결정성 활성탄 분말을 얻었다.
부분결정성 활성탄 분말과 도전재(Super-P carbon black)를 95:5의 중량비로 칭량한 후, 용매인 에탄올과 함께 고속믹서기를 이용하여 슬러리를 제조하고, 그 슬러리에 부분결정성 활성탄 분말과 도전재의 전체 함량 100중량부에 대하여 바인더로 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 5중량부를 넣고 혼합한 후, 2000rpm의 속도로 3분 동안 고속 교반하여 반죽 상태로 제조하였다.
반죽 상태의 전극용 조성물을 롤 프레스(roll pres) 성형기에서 표면이 매끈해질 때까지 성형하였다. 상기 롤 프레스 성형기는 상단의 롤과 하단의 롤을 포함하여 구비된 것으로, 상단의 롤과 하단의 롤 사이로 전극용 조성물을 통과시켜 성형하였다. 상단 롤과 하단의 롤 사이를 통과한 결과물을 반으로 접고 다시 상단의 롤과 하단의 롤 사이를 통과시키는 과정을 15회 반복하여 매끈한 표면을 갖는 전극용 조성물 시트를 얻을 수 있었다. 전극용 조성물에 인가되는 가압 압력은 10 ton/㎠ 정도였고, 가열 온도는 60℃ 정도였다. 이렇게 형성된 전극용 조성물 시트는 300㎛ 정도의 두께로 성형하고, 300℃ 건조기에서 1시간 동안 건조하였다. 건조된 전극용 조성물 시트를 직경 12㎜의 크기로 펀칭하여 울트라 커패시터의 양극으로 사용하였다.
울트라 커패시터의 음극을 제조하기 위하여 하드카본(Aekyung Petrochemical Co. LTD사의 PAC2), 도전재(Super-P carbon black), 바인더인 스티렌-부다디엔 고무(styrene-butadiene rubber), 바인더인 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose)를 90:5:3:2의 중량비로 칭량한 후, 용매인 증류수와 함께 고속믹서기를 이용하여 슬러리를 제조하고, 구리 호일에 코팅한 후, 120℃에서 1시간 동안 건조시켰다. 이를 직경 12mm로 펀칭하여 울트라 커패시터의 음극으로 사용하였다.
상기 양극과 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막(seperator)을 배치하고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 주입하여 울트라 커패시터를 제조하였다. 상기 전해액은 에틸카보네이트와 에틸메틸카보네이트가 1:2의 부피비로 혼합된 용매에 LiPF6 1.0M이 전해질로 용해되어 있는 것을 사용하였고, 상기 분리막은 다공성 셀룰로오스 계열을 사용하였다.
<비교예>
부분결정성 활성탄 분말 대신에 상용 활성탄 분말(간사이 코크 앤드 케미칼사의 제품명 MSP20)을 사용하였고, 그 이외의 공정은 실험예에서와 동일하게 하여 울트라 커패시터를 제조하였다.
도 8은 실험예에 따라 제조된 부분결정성 활성탄 분말의 투과전자현미경(transmission electron microscope; TEM) 사진이다.
도 8을 참조하면, 부분결정성 활성탄 분말은 750℃의 온도에서 탄화 처리에서 의해 부분 결정성을 갖는 것으로 생각된다.
도 9는 상용 활성탄 분말과 실험예에 따라 제조된 부분결정성 활성탄 분말을 양극의 양극활물질로 사용시에 충전과 방전 곡선을 보여주는 그래프이다. 전압 범위는 3∼4.45V이고, 전류는 1mA/㎠ 이었다.
도 9를 참조하면, MSP20 상용 활성탄과 부분결정성 활성탄의 충전과 방전 곡선으로 MSP20은 전압 증가에 따른 용량의 증가가 거의 없는 반면 부분결정성 활성탄을 사용하였을 경우 충전 전압 증가 시 방전 시간의 증가에 따른 비축전용량의 증가를 나타내었다.
도 10은 비교예에 따라 상용 활성탄 분말을 양극활물질로 사용하여 제조된 울트라 커패시터와, 실험예에 따라 제조된 부분결정성 활성탄을 양극활물질로 사용하여 제조된 울트라 커패시터의 충전과 방전 곡선을 보여주는 그래프이다. 전압 범위는 2∼3.8V이고, 전류는 0.1mA/㎠ 이었다.
도 10을 참조하면, 양극 활물질로써 각각 MSP20과 부분결정성 활성탄을 사용한 울트라 커패시터의 충전과 방전 곡선으로써 부분결정성 활성탄을 사용한 울트라 커패시터의 방전시간 증가에 따른 비축전용량의 증가를 나타내었다.
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.
110: 음극 120: 양극
130: 제1 리드선 140: 제2 리드선
150: 제1 분리막 160: 제2 분리막
170: 접착 테이프 175: 권취소자
180: 실링 고무 190: 금속캡
192: 가스켓

Claims (10)

  1. 양극, 음극, 양극과 음극 사이에 배치되어 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막(seperator)이 금속캡 내에 배치되어 있고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 전해액이 주입된 울트라 커패시터로서,
    상기 양극은 양극활물질로 부분결정성 활성탄을 포함하고,
    상기 음극은 음극활물질로 흑연을 포함하며,
    상기 전해액은 리튬염이 비수계 용매에 용해되어 있는 전해액인 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2 및 LiAlO4, LiAlCl4 또는 이들의 혼합물을 포함하고,
    상기 리튬염은 상기 비수계 용매에 0.1∼2.0M의 농도로 용해되어 있는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 부분결정성 활성탄은 판상 구조를 갖고,
    상기 부분결정성 활성탄의 판과 판 사이의 평균 층간 거리가 0.3∼0.5nm 범위이며,
    상기 부분결정성 활성탄의 비표면적이 1∼3000㎡/g 범위인 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 부분결정성 활성탄은,
    탄소재가 500∼900℃의 온도에서 비활성 분위기에서 탄화 처리되고, 탄화 처리된 탄소재가 알칼리와 혼합되어 탄화 처리의 온도보다 높은 온도에서 활성화 처리되고, 활성화 처리된 결과물이 산으로 중화처리되고 세정되어 형성된 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  5. 부분결정성 활성탄을 제조하는 단계;
    부분결정성 활성탄을 양극활물질로 사용하여 양극을 제조하는 단계;
    흑연을 음극화물질로 사용하여 음극을 제조하는 단계;
    리튬염이 비수계 용매에 용해된 전해액을 제조하는 단계; 및
    상기 양극, 상기 음극, 그리고 상기 양극과 상기 음극 사이에 배치되어 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막을 금속캡 내에 배치하고, 상기 양극와 상기 음극이 함침되게 상기 전해액을 주입한 후 밀봉하여 울트라 커패시터를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiClO4, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5SO2)2 및 LiAlO4, LiAlCl4 또는 이들의 혼합물을 포함하고,
    상기 리튬염은 상기 비수계 용매에 0.1∼2.0M의 농도로 용해되어 있는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 부분결정성 활성탄은 판상 구조를 갖고,
    상기 부분결정성 활성탄의 판과 판 사이의 평균 층간 거리가 0.3∼0.5nm 범위이며,
    상기 부분결정성 활성탄의 비표면적이 1∼3000㎡/g 범위인 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 부분결정성 활성탄을 제조하는 단계는,
    탄소재를 500∼900℃의 온도에서 비활성 분위기에서 탄화 처리하는 단계;
    탄화 처리된 탄소재를 알칼리와 혼합하고 상기 탄화 처리의 온도보다 높은 온도에서 활성화 처리하는 단계; 및
    활성화 처리된 결과물을 산으로 중화처리하고 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 활성화 처리하는 단계는,
    상기 탄화 처리된 탄소재와 상기 알칼리를 1:1∼10의 중량비로 혼합하는 단계;
    700∼1000℃의 온도에서 비활성 분위기에서 열처리하는 단계를 포함하며,
    상기 알칼리는 수산화칼륨(KOH) 및 수산화칼륨(NaOH) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터의 제조방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 울트라 커패시터는 권취형 커패시터이고,
    상기 울트라 커패시터를 제조하는 단계는,
    상기 음극에 제1 리드선을 연결하는 단계;
    상기 양극에 제2 리드선을 연결하는 단계;
    단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 상기 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 상기 음극을, 순차적으로 적층하고 코일링하여 롤 형태의 권취소자를 형성하는 단계;
    금속캡에 상기 권취소자를 삽착시키는 단계; 및
    상기 권취소자의 양극과 음극이 함침되게 상기 전해액을 상기 금속캡 내에 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터의 제조방법.
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