KR20170113910A - Lithium Ion Capacitor - Google Patents
Lithium Ion Capacitor Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170113910A KR20170113910A KR1020160037572A KR20160037572A KR20170113910A KR 20170113910 A KR20170113910 A KR 20170113910A KR 1020160037572 A KR1020160037572 A KR 1020160037572A KR 20160037572 A KR20160037572 A KR 20160037572A KR 20170113910 A KR20170113910 A KR 20170113910A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- lithium
- cathode
- lithium ion
- ion capacitor
- lithium salt
- Prior art date
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 70
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 70
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title abstract description 36
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims abstract description 31
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 22
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 7
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 3
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910021385 hard carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 229910021384 soft carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- SMBQBQBNOXIFSF-UHFFFAOYSA-N dilithium Chemical compound [Li][Li] SMBQBQBNOXIFSF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/50—Electrodes characterised by their material specially adapted for lithium-ion capacitors, e.g. for lithium-doping or for intercalation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/04—Hybrid capacitors
- H01G11/06—Hybrid capacitors with one of the electrodes allowing ions to be reversibly doped thereinto, e.g. lithium ion capacitors [LIC]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/54—Electrolytes
- H01G11/58—Liquid electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
본 발명은 전해액에 포함된 리튬염을 리튬 이온의 공급원으로 하여, 리튬염으로부터 리튬 이온을 음극에 미리(pre) 도핑하도록 한 리튬 이온 커패시터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 리튬 이온 커패시터는 음극, 음극과 이온 교환을 수행하는 양극, 양극 및 음극이 침지되고, 리튬염을 포함하는 전해액을 포함하고, 음극은 상기 전해액의 리튬염을 리튬 이온의 공급원으로 하여, 리튬염으로부터 리튬 이온을 가역적으로 도핑 또는 탈도핑하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a lithium ion capacitor in which a lithium salt contained in an electrolytic solution is used as a source of lithium ions and lithium ions are pre-doped to a cathode from a lithium salt. A lithium ion capacitor according to the present invention includes an anode and a cathode for performing ion exchange with a cathode, an anode and an anode immersed in the electrolyte, and an electrolyte solution containing a lithium salt, wherein the cathode uses a lithium salt of the electrolyte as a source of lithium ions , And lithium ions are reversibly doped or undoped from the lithium salt.
Description
본 발명은 리튬 이온 커패시터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전해액에 포함된 리튬염을 리튬 이온의 공급원으로 하여, 리튬염으로부터 리튬 이온을 음극에 미리(pre) 도핑하도록 한 리튬 이온 커패시터에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium ion capacitor, and more particularly, to a lithium ion capacitor in which a lithium salt contained in an electrolytic solution is used as a lithium ion supply source and lithium ions are pre-doped from a lithium salt to a negative electrode.
휴대용의 소형 전기 전자기기의 보급이 확산됨에 따라 니켈수소전지나 리튬 이차 전지, 슈퍼 커패시터, 리튬 이온 커패시터라고 하는 신형의 이차 전지 개발이 활발하게 진행되고 있다.With the spread of small portable electric and electronic devices, development of a new secondary battery called a nickel-hydrogen battery, a lithium secondary battery, a super capacitor, and a lithium ion capacitor is actively under way.
이 중에서, 리튬 이온 커패시터(LIC: lithium ion capacitor)는 기존 전기 이중층 커패시터(EDLC: ElectricDouble Layer Capacitor)의 고출력/장수명 특성과 리튬 이온 전지의 고에너지 밀도를 결합한 새로운 개념의 이차전지 시스템이다.Among them, a lithium ion capacitor (LIC) is a new concept secondary battery system that combines the high output / long life characteristics of an electric double layer capacitor (EDLC) and a high energy density of a lithium ion battery.
전기적 이중층 내 전하의 물리적 흡착 반응을 이용하는 전기 이중층 커패시터는 우수한 출력특성 및 수명특성에도 불구하고 낮은 에너지 밀도 때문에 다양한 응용 분야에 적용이 제한되고 있다. 이러한 전기 이중층 커패시터의 문제점을 해결하는 수단으로서 양극 또는 음극 활물질로서 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 재료를 이용하여 에너지 밀도가 향상된 하이브리드 커패시터가 제안되었으며, 특히 양극은 기존 전기 이중층 커패시터의 양극 물질을 사용하고 음극 활물질로서 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 탄소계 재료를 이용하는 리튬 이온 커패시터가 제안되었다.Electric double layer capacitors using the physical adsorption reaction of electrical charge in the electrical double layer are limited in their application to various applications due to their low energy density despite their excellent output characteristics and lifetime characteristics. As a means for solving the problem of such an electric double layer capacitor, a hybrid capacitor having an improved energy density using a material capable of inserting and desorbing lithium ions as a positive electrode or a negative electrode active material has been proposed. In particular, a positive electrode is a positive electrode material of an existing electric double layer capacitor A lithium ion capacitor using a carbon-based material capable of inserting and desorbing lithium ions as a negative electrode active material has been proposed.
이러한 리튬 이온 커패시터의 반응 메카니즘(mechanism)을 살펴보면, 충전 시에는 음극의 탄소계 소재로 전자가 이송되어 탄소계 소재는 음전하를 띠게 됨으로써, 리튬 이온이 음극의 탄소질 재료에 삽입되고, 반대로 방전 시에는 음극의 탄소계 재료에 삽입되어 있던 리튬 이온이 탈리되고 다시 음이온이 양극에 흡착된다. 이러한 반응 메카니즘을 이용하는 것으로 음극에서의 리튬 이온의 도핑량을 제어하여 고에너지 밀도를 갖는 리튬 이온 커패시터를 실현할 수 있다. 또한, 이러한 리튬 이온 커패시터는 리튬 이온 전지의 에너지 저장 능력과 커패시터의 출력 특성을 조합한 시스템으로 두 가지 기능을 동시에 발현할 수 있는 소재를 적용하여 고출력 사용 시에 커패시터 특성을 나타내고 기기의 지속 사용 시간을 리튬 이온 전지 수준으로 확장한 미래형 전지시스템이다.The reaction mechanism of the lithium ion capacitor is as follows. During charging, electrons are transferred to the carbonaceous material of the negative electrode, and the carbonaceous material becomes negatively charged, so that lithium ions are inserted into the carbonaceous material of the negative electrode. The lithium ions inserted into the carbonaceous material of the negative electrode are desorbed and the negative ions are adsorbed on the positive electrode again. By using such a reaction mechanism, it is possible to realize a lithium ion capacitor having a high energy density by controlling the doping amount of lithium ions in the cathode. The lithium ion capacitor is a system that combines the energy storage capability of a lithium ion battery with the output characteristics of a capacitor. The material is capable of simultaneously exhibiting two functions to exhibit capacitor characteristics when using high output power, To a lithium-ion battery level.
그러나, 이와 같은 리튬 이온 커패시터는 전기화학적 흡탈착 반응뿐 아니라 리튬의 삽입 및 탈리 반응을 위한 리튬 도핑 공정이 반드시 필요하게 된다. 이러한 리튬 이온 커패시터를 구현하기 위하여 리튬을 음극에 도핑하는 종래의 기술은, 금속 리튬을 전극에 라미네이트한 후 전해액을 넣어 음극과 금속 리튬을 단락시키는 것만으로 음극과 금속 리튬의 전위차에 의해 라미네이트된 금속 리튬이 음극 속으로 녹아 들어가는 방식을 채용하고 있다. 그러나, 금속 리튬을 전극에 라미네이트하여 전기적 단락을 통해 리튬을 도핑하는 방식의 경우, 리튬이 음극에 도핑되는 양을 제어하기가 어렵고, 도핑공정에서 발생하는 리튬 금속에 따른 안전성을 확보하기 어려우며, 이에 따라 양산에 적용하기 어려운 문제점이 있다.However, such a lithium ion capacitor necessarily requires an electrochemical adsorption / desorption reaction as well as a lithium doping process for insertion and desorption of lithium. Conventional techniques for doping lithium to a cathode for realizing such a lithium ion capacitor include a method of laminating metal lithium to an electrode and then adding an electrolytic solution to short-circuit the anode and the metal lithium to form a metal laminated by a potential difference between the cathode and the metal lithium Lithium is dissolved into the cathode. However, it is difficult to control the amount of lithium doped in the negative electrode, and it is difficult to secure the safety due to the lithium metal generated in the doping process in the case of lithium metal doped through electrical shorting by laminating metal lithium on the electrode. There is a problem that it is difficult to apply to mass production.
따라서 본 발명의 목적은 음극의 리튬 이온 도핑을 위하여 금속 리튬을 사용하지 않고, 안전하며 음극에 도핑되는 리튬 이온을 양을 용이하게 제어할 수 있는 리튬 이온 커패시터를 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a lithium ion capacitor which can safely control the amount of lithium ions doped in the negative electrode without using metal lithium for lithium ion doping of the negative electrode.
본 발명에 따른 리튬 이온 커패시터는 음극, 상기 음극과 이온 교환을 수행하는 양극, 상기 양극 및 음극이 침지되고, 리튬염을 포함하는 전해액; 을 포함하고, 상기 음극은 상기 전해액의 리튬염을 리튬 이온의 공급원으로 하여, 상기 리튬염으로부터 상기 리튬 이온을 가역적으로 도핑 또는 탈도핑하는 것을 특징으로 한다.The lithium ion capacitor according to the present invention comprises an anode, an anode for performing ion exchange with the cathode, an electrolyte immersed in the anode and the cathode, and containing a lithium salt; Wherein the cathode uses the lithium salt of the electrolytic solution as a source of lithium ions and reversibly dopes or dedopes the lithium ions from the lithium salt.
본 발명에 따른 리튬 이온 커패시터에 있어서, 상기 음극은 상기 양극과 이온 교환을 수행하기 이전에 상기 전해액에 포함된 리튬염을 통해 미리 리튬 이온이 도핑되는 것을 특징으로 한다.In the lithium ion capacitor according to the present invention, the negative electrode is previously doped with lithium ions through a lithium salt contained in the electrolyte before performing ion exchange with the positive electrode.
본 발명에 따른 리튬 이온 커패시터에 있어서, 상기 음극에 도핑되는 리튬 이온의 양은 상기 전해액에 포함된 상기 리튬염의 양과 비례하는 것을 특징으로 한다.In the lithium ion capacitor according to the present invention, the amount of lithium ions doped into the cathode is proportional to the amount of the lithium salt contained in the electrolyte solution.
본 발명에 따른 리튬 이온 커패시터는 전해액에 포함된 리튬염을 리튬 이온의 공급원으로 하여, 리튬염으로부터 리튬 이온을 음극에 미리 도핑하도록 함으로써, 금속 리튬을 사용함에 따르는 안정성을 확보할 수 있고, 전해액에 포함된 리튬염의 양을 조절하여 음극에 도핑되는 리튬 이온의 양을 용이하게 제어할 수 있으며, 리튬 금속 대비 가격이 저렴하며, 리튬 금속을 형성하기 위한 공정비용이 절감될 수 있다.The lithium ion capacitor according to the present invention can ensure stability with the use of metal lithium by preliminarily doping lithium ions from the lithium salt to the cathode by using the lithium salt contained in the electrolytic solution as a supply source of lithium ions, The amount of lithium ions doped in the cathode can be easily controlled by adjusting the amount of the lithium salt contained therein, the cost of the lithium metal is lower than that of the lithium metal, and the process cost for forming the lithium metal can be reduced.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 커패시터의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 커패시터의 초기 충전 전압을 인가하였을 경우 전해액에 포함된 리튬 이온의 이동 경로를 나타낸 도면이다.1 is a view illustrating a structure of a lithium ion capacitor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a movement path of lithium ions included in an electrolyte when an initial charging voltage of a lithium ion capacitor according to an embodiment of the present invention is applied.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention will be described, and the description of other parts will be omitted so as not to obscure the gist of the present invention.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor is not limited to the meaning of the terms in order to describe his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations are possible.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 커패시터의 구조를 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 커패시터의 초기 충전 전압을 인가하였을 경우 전해액에 포함된 리튬 이온의 이동 경로를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view illustrating the structure of a lithium ion capacitor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph illustrating a relationship between the movement of lithium ions included in an electrolyte, Fig.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 커패시터(100)는 양극(10), 음극(20), 분리막(30) 및 전해액(40)을 포함한다.1 and 2, a
양극(10)은 양극 집전체와, 양극 집전체의 적어도 일면에 배치되는 양극 활물질을 포함한다.The
여기서 양극 집전체(11)는 금속으로써, 알루미늄(Al), 스테인리스, 구리(Cu), 니켈(Ni), 타이타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb) 중 어느 하나이거나 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.The
양극 활물질은 활성탄(AC)을 포함하는 전해액(40)에 포함되어 있는 음이온이 흡착되거나 탈착할 수 있는 탄소계 재료가 사용될 수 있다.As the cathode active material, a carbon-based material capable of adsorbing or desorbing the anions contained in the
음극(20)은 음극 집전체(21)와, 음극 집전체(21)의 적어도 일면에 배치되는 음극 활물질을 포함한다.The
음극 활물질은 용량이 크고 리튬 이온을 삽입 및 탈리할 수 있는 탄소계 재료가 사용될 수 있다. 예컨데 양극 활물질로는 그래파이트(graphite), 하드 카본(hard carbon), 소프트 카본(soft carbon) 등을 사용할 수 있다.The negative electrode active material may be a carbon-based material having a large capacity and capable of inserting and desorbing lithium ions. For example, graphite, hard carbon, soft carbon and the like can be used as the cathode active material.
이와 같이 제조되는 리튬 이온 커패시터(100)는 양극 활물질로 활성탄을 사용하고, 음극 활물질로 그래파이트(graphite), 하드 카본(hard carbon), 소프트 카본(soft carbon) 등을 사용하여 전기화학적 흡탈착 반응뿐만 아니라 낮은 전위에서 리튬의 삽입 및 탈리 반응을 이용하기 때문에 단위 중량당 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.The
여기서 리튬 이온 커패시터는 전기화학적 흡탈착 반응뿐 아니라 리튬의 삽입 및 탈리 반응을 위한 리튬 도핑 공정이 반드시 필요하게 되며, 기존의 금속 리튬을 전극에 라미네이트하여 전기적으로 단락시키는 도핑 방식은 리튬이 음극에 도핑되는 양을 제어하기가 어렵고, 도핑 공정에서 발생하는 리튬 금속에 따른 안전성 유지가 여려운 문제점이 있다.Here, lithium ion capacitors require a lithium doping process for the insertion and desorption of lithium as well as an electrochemical adsorption / desorption reaction. In the conventional doping method in which a metal lithium is laminated on an electrode and electrically short-circuited, And it is difficult to control the amount of lithium metal in the doping process.
이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 커패시터(100)는 전해액(40)에 포함된 리튬염을 리튬 이온의 공급원으로 하여, 리튬염으로부터 리튬 이온을 음극(20)에 미리 도핑하도록 함으로써, 금속 리튬을 사용함에 따르는 안정성을 확보할 수 있고, 전해액에 포함된 리튬염의 양을 조절하여 음극(20)에 도핑되는 리튬 이온의 양을 용이하게 제어할 수 있으며, 리튬 금속 대비 가격이 저렴하며, 리튬 금속을 형성하기 위한 공정비용이 절감될 수 있다.Accordingly, the
분리막(30)은 양극(10)과 음극(20)을 분리하도록 양극(10)과 음극(20) 사이에 배치될 수 있다. 분리막(30)은 음극(10) 또는 양극(20) 사이에 리튬 이온을 교환할 수 있는 다공성 물질로 형성될 수 있다.The
전해액(40)은 이온들을 이동시킬 수 있는 매질의 역할을 하는 것으로, 전해질 및 용매를 포함한다. 전해질은 LiPF6, LiBF4 및 LiCIO4 중 어느 하나의 리튬염을 포함할 수 있다. 리튬염은 리튬이온 커패시터(100)의 초기 충전시 음극으로 도핑되는 리튬이온의 공급원의 역할을 할 수 있다. 또한, 전해액(40)의 용매로 사용되는 재질의 예로서는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 디에틸 카보네이트(diethyl carbonate), 디메틸 카보네이트(dimethyl carbonate), 및 에틸 메틸 카보네이트(ethyl methyl carbonate) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합 용매일 수 있다.The
이러한 전해액(40)은 양극(10) 및 음극(20)이 완전히 함침되도록 구비될 수 있다.The
이러한 본 발명의 실시예에 따른 전해액(40)은 음극(10) 또는 양극(20)에 초기 충전 전압을 인가하게 되면 리튬염에 포함된 리튬이온이 음극에 미리 도핑 되도록 할 수 있다. 여기서 음극(20)에 도핑되는 리튬 이온의 양은 전해액(40)에 포함된 리튬염의 양과 비례할 수 있다.When the initial charging voltage is applied to the
즉 본 발명의 실시예에서는 음극(20)에 포함된 리튬염의 농도를 통해 초기 음극(20)에 프리(pre) 도핑되는 리튬 이온의 양을 제어할 수 있다.That is, in the embodiment of the present invention, the amount of lithium ions pre-doped in the
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 커패시터(100)는 전해액(40)에 포함된 리튬염을 리튬 이온의 공급원으로 하여, 리튬염으로부터 리튬 이온을 음극에 미리 도핑하도록 함으로써, 금속 리튬을 사용함에 따르는 안정성을 확보할 수 있고, 전해액(40)에 포함된 리튬염의 양을 조절하여 음극에 도핑되는 리튬 이온의 양을 용이하게 제어할 수 있으며, 리튬 금속 대비 가격이 저렴하며, 리튬 금속을 형성하기 위한 공정비용이 절감될 수 있다.As described above, in the
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments disclosed in the drawings are merely examples of specific examples for the purpose of understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
10 : 양극
11 : 양극 집전체
20 : 음극
21 : 음극 집전체
30 : 분리막
40 : 전해액
100 : 리튬 이온 커패시터10: positive electrode 11: positive electrode collector
20: cathode 21: cathode collector
30: separator 40: electrolyte
100: Lithium ion capacitor
Claims (3)
상기 음극과 이온 교환을 수행하는 양극;
상기 양극 및 음극이 침지되고, 리튬염을 포함하는 전해액; 을 포함하고,
상기 음극은 상기 전해액의 리튬염을 리튬 이온의 공급원으로 하여, 상기 리튬염으로부터 상기 리튬 이온을 가역적으로 도핑 또는 탈도핑하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 커패시터.cathode;
A cathode for performing ion exchange with the cathode;
An electrolyte solution in which the positive electrode and the negative electrode are immersed and which contains a lithium salt; / RTI >
Wherein the lithium ion is reversibly doped or undoped from the lithium salt by using the lithium salt of the electrolyte as a source of lithium ions.
상기 음극은 상기 양극과 이온 교환을 수행하기 이전에 상기 전해액에 포함된 리튬염을 통해 미리 리튬 이온이 도핑되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 커패시터.The method according to claim 1,
Wherein the lithium ion is pre-doped through the lithium salt included in the electrolyte before the ion exchange with the cathode.
상기 음극에 도핑되는 리튬 이온의 양은 상기 전해액에 포함된 상기 리튬염의 양과 비례하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 커패시터.3. The method of claim 2,
Wherein an amount of lithium ions doped in the negative electrode is proportional to an amount of the lithium salt contained in the electrolyte solution.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160037572A KR102467810B1 (en) | 2016-03-29 | 2016-03-29 | Lithium Ion Capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160037572A KR102467810B1 (en) | 2016-03-29 | 2016-03-29 | Lithium Ion Capacitor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20170113910A true KR20170113910A (en) | 2017-10-13 |
KR102467810B1 KR102467810B1 (en) | 2022-11-17 |
Family
ID=60139651
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020160037572A KR102467810B1 (en) | 2016-03-29 | 2016-03-29 | Lithium Ion Capacitor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102467810B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020209615A1 (en) * | 2019-04-08 | 2020-10-15 | 솔브레인 주식회사 | Ion-exchange chromatography system for analyzing electrolyte solution, method of quantitative analysis of lithium salts in electrolyte solution, and preparation method for electrolyte solution using same |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008166342A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Fuji Heavy Ind Ltd | Lithium ion capacitor |
KR20140081671A (en) * | 2012-12-21 | 2014-07-01 | 다이요 유덴 가부시키가이샤 | Electrochemical device |
-
2016
- 2016-03-29 KR KR1020160037572A patent/KR102467810B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008166342A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Fuji Heavy Ind Ltd | Lithium ion capacitor |
KR20140081671A (en) * | 2012-12-21 | 2014-07-01 | 다이요 유덴 가부시키가이샤 | Electrochemical device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020209615A1 (en) * | 2019-04-08 | 2020-10-15 | 솔브레인 주식회사 | Ion-exchange chromatography system for analyzing electrolyte solution, method of quantitative analysis of lithium salts in electrolyte solution, and preparation method for electrolyte solution using same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102467810B1 (en) | 2022-11-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20160023659A (en) | Lithium battery | |
US20120050950A1 (en) | Lithium ion capacitor | |
WO2014148250A1 (en) | Lithium ion capacitor and method for charging and discharging same | |
JP2012089825A (en) | Lithium ion capacitor | |
JP2019508896A (en) | PRE-DOPED ANODE AND METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING THE SAME | |
KR20160087811A (en) | Capacitor and method for producing the same | |
JP2012004491A (en) | Power storage device | |
ES2641533T3 (en) | Assembly procedure of a lithium hybrid supercapacitor | |
US20140085773A1 (en) | Hybrid electrochemical energy storage device | |
KR20120129569A (en) | Hybrid capacitor | |
TWI692786B (en) | Hybrid capacitor | |
KR102467810B1 (en) | Lithium Ion Capacitor | |
JP2012028366A (en) | Power storage device | |
JP2012089823A (en) | Lithium ion capacitor and manufacturing method for the same | |
US20230387475A1 (en) | Lithium supercapattery with stacked or wound negative and positive electrodes sets along with separator | |
WO2019241917A1 (en) | Water based hybrid lithium ion capacitor battery having a water-in-salt electrolyte | |
JP2016167476A (en) | Power storage device | |
JP2015095634A (en) | Power storage device and manufacturing method thereof | |
JP2015513179A (en) | Electrochemical energy storage device or energy conversion device with galvanic cell having an electrochemical half-cell with a suspension of fullerene and ionic liquid | |
US20170011860A1 (en) | Capacitor and method for charging and discharging same | |
KR20170113908A (en) | Lithium ion capacitor | |
KR102028677B1 (en) | Multilayer lithium-ion capacitor comprising graphene electrode | |
KR101705856B1 (en) | Aluminum-ion capacitor and uses thereof | |
JP2016164948A (en) | Capacitor positive electrode, capacitor manufacturing method, and capacitor | |
JP2007281287A (en) | Electrical storage device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |