KR20180083071A - Electrochemical device and manufacturing method of the same - Google Patents

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이진구
이기천
권오찬
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Abstract

The present invention relates to an electrochemical device and a manufacturing method thereof. The electrochemical device of the present invention solves a safety problem of a fire risk of a conventional liquid electrolyte, and explosion when the electrolyte is leaked and exposed to external air and moisture, maximizes the efficiency of a device by adding a carbon material having a large specific surface area, and maintains a flexible form by mixing a polymer additive with negative and positive electrodes, thereby being applied to various fields. In addition, the electrochemical device of the present invention can be simply manufactured by a one-step process through hot pressing, such that process costs and time can be significantly reduced.

Description

전기화학소자 및 이의 제조방법{Electrochemical device and manufacturing method of the same}ELECTROCHEMICAL DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

본 발명은 전기화학소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an electrochemical device and a method of manufacturing the same.

최근　전지는 자동차용　전지, 고정용　전지에서 축전용도로 사용할 대형전지가 큰 주목을 받고 있는데 그 배경에는 현재까지 주류를 이루었던 휴대기기용 소형전지가 아닌, 전기자동차 고정용 축전지용도 등으로 사용할 전기화학소자 예를 들어, 대형전지의 수요가 급격하게 높아지고 있기 때문이다.In recent years, large-sized batteries for use in batteries for automobile batteries and fixed batteries have attracted a great deal of attention. The background of the present invention is not limited to small batteries for portable devices, which have been mainstream to date, For example, the demand for large-sized batteries is rapidly increasing.

이 때문에 이제까지와 다른　전지적 특성이 요구되고 있는데, 특히 대형전지로 가게 되면서 안정성 확보와　전지　수명의 증가 방면에서는 현재의 이차　전지보다 더 향상된 성능이 요구되고 있다.For this reason, different battery characteristics are required. Especially, in order to secure stability and increase the life of the battery, it is required to improve the performance of the secondary battery.

즉, 이차 전지는 양극, 음극,　전해질로 구성되어있고, 현재 이차 전지에서는 유기　전해질이 가장 널리 사용되고 있으며, 유기　전해질에서 동작하는 이차 전지는 방전용량 및 에너지밀도가 크지만, 액체　전해질은 화재 위험,　전해질　누출과 같은 안전성 문제가 있기 때문이다.That is, the secondary battery is composed of the anode, the cathode and the electrolyte. At present, the organic electrolyte is the most widely used in the secondary battery, and the secondary battery operating in the organic electrolyte has a large discharging capacity and energy density, This is because of safety problems such as electrolyte leakage.

따라서, 액체　전해질을 대신해 안전하고 신뢰할만한　전해질로 고체 전해질을 사용하는 방법이 연구되고 있는데, 여전히 고체 전해질은 아직까지는 액체 전해질에 비해 상대적으로 낮은 이온 전도도를 보이며, 계면 접촉저항의 증가 및 물과 반응에 의한 황화수소 발생(황화물인 경우) 등의 단점을 극복 내지 보완하기 위해 많은 연구가 진행되어야 한다.
Therefore, a method of using a solid electrolyte as a safe and reliable electrolyte instead of a liquid electrolyte has been studied. However, solid electrolytes still show a relatively low ion conductivity compared to a liquid electrolyte, and an increase in interface contact resistance and water (In the case of sulfides) and the like.

미국공개특허 제2015-0089798호U.S. Published Patent Application No. 2015-0089798

본 발명은 전기화학소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 기존의 액체 전해질의 문제점을 해소하고, 우수한 성능의 전기화학소자를 다양한 분야에 적용하는 것을 목적으로 한다.
The present invention relates to an electrochemical device and a method of manufacturing the electrochemical device, and aims at solving the problems of existing liquid electrolytes and applying an electrochemical device having excellent performance to various fields.

본 발명은 전기화학소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 전기화학소자의 하나의 예로서,The present invention relates to an electrochemical device and a method of manufacturing the same, and as one example of the electrochemical device,

전이 금속 및 다공성 탄소재를 포함하는 음극;A negative electrode comprising a transition metal and a porous carbonaceous material;

전이 금속 산화물 및 다공성 탄소재를 포함하는 양극; 및A positive electrode comprising a transition metal oxide and a porous carbonaceous material; And

폴리머 및 염을 포함하는 고체상 전해질을 포함하며,A solid electrolyte comprising a polymer and a salt,

다공성 탄소재의 비표면적은 80 내지 150 m2/g인 전기화학소자를 제공할 수 있다.It is possible to provide an electrochemical device having a specific surface area of 80 to 150 m 2 / g of the porous carbon material.

또한, 상기 전기화학소자의 제조방법의 하나의 예로서,As an example of the above-described method for producing an electrochemical device,

음극, 고체상 전해질 및 양극을 적층하여 100℃ 내지 150℃의 온도 하에서 열간 압착하는 단계를 포함하는 전기화학소자의 제조방법을 제공할 수 있다.
And a negative electrode, a solid electrolyte, and a positive electrode, and hot-pressing them at a temperature of 100 ° C to 150 ° C.

본 발명에 따른 전기화학소자는, 기존의 액체 전해질의 화재 위험,　전해질　누출 및 외기나 습기에 노출 시 폭발 등이 안전성 문제를 해결하였고, 비표면적이 큰 탄소재를 첨가하여 소자의 효율을 극대화시켰고, 음극 및 양극에 폴리머 첨가제를 혼합하여 플렉서블(flexible)한 형태를 유지하여 다양한 분야에 적용할 수 있다. 또한, 열간 압착을 통해 원스텝(one step) 공정으로 간단하게 제조할 수 있어, 공정 비용 내지 시간을 현저히 줄일 수 있다.
The electrochemical device according to the present invention solves the safety problem of existing liquid electrolytes in terms of fire risk, electrolyte leakage, and explosion when exposed to outside air or moisture, and maximizes the efficiency of the device by adding a carbon material having a large specific surface area , A polymer additive may be mixed with a cathode and an anode to maintain a flexible shape and to be applied to various fields. In addition, it can be easily manufactured by a one-step process through hot pressing, and the process cost and time can be remarkably reduced.

도 1은 일 실시예에서, 제조된 전기화학소자의 사진이다.
도 2는 일 실시예에서, 제조된 전기화학소자의 작동 실험 사진이다.
도 3은 일 실시예에서, 제조된 전기화학소자의 전지 성능 측정 결과이다.1 is a photograph of an electrochemical device manufactured in one embodiment.
Fig. 2 is an operational photograph of an electrochemical device manufactured in one embodiment. Fig.
3 is a graph showing the results of measurement of cell performance of the electrochemical device manufactured in one embodiment.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, the terms "comprising" or "having ", and the like, specify that the presence of a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

또한, 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 전기화학소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 전기화학소자의 하나의 예로서,The present invention relates to an electrochemical device and a method of manufacturing the same, and as one example of the electrochemical device,

전이 금속 및 다공성 탄소재를 포함하는 음극;A negative electrode comprising a transition metal and a porous carbonaceous material;

전이 금속 산화물 및 다공성 탄소재를 포함하는 양극; 및A positive electrode comprising a transition metal oxide and a porous carbonaceous material; And

폴리머 및 염을 포함하는 고체상 전해질을 포함하며,A solid electrolyte comprising a polymer and a salt,

다공성 탄소재의 비표면적은 80 내지 150 m2/g인 전기화학소자를 제공할 수 있다.It is possible to provide an electrochemical device having a specific surface area of 80 to 150 m 2 / g of the porous carbon material.

상기 전기화학소자는 예를 들어, 이차 전지일 수 있다. 이차 전지란, 부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 장치를 말한다. 여러 번 충전할 수 있다는 뜻으로 충전식 전지(rechargeable battery)라는 명칭도 쓰인다.　The electrochemical device may be, for example, a secondary battery. A secondary battery is a device that converts negative electrical energy into a form of chemical energy, stores it, and produces electricity when it is needed. It also means rechargeable battery.

기존에 흔하게 쓰이는 이차 전지로는, 니켈 카드뮴 전지(Ni-Cd), 니켈 수소 전지(Ni-MH), 리튬이온 전지(Li-ion), 리튬이온 폴리머 전지(Li-ion polymer), 리튬 공기 이차 전지(Li-Air) 등이 있다.[0003] 2. Description of the Related Art [0004] Conventionally used secondary batteries include Ni-Cd, Ni-MH, Li-ion, Li- And a battery (Li-Air).

그러나, 니켈 카드뮴 전지(Ni-Cd)는 카드뮴의 환경오염문제와 낮은 에너지 저장용량과 메모리 효과가 낮다는 문제점이 있고, 니켈 수소 전지(Ni-MH)는 복잡한 구조로 인해 전용 충전기가 비싸며, 여전히 메모리 효과가 낮다는 단점이 있습니다. 따라서 현재는 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 내지 리튬 공기 이차 전지를 대부분 사용하고 있습니다. 다만, 리튬을 이용한 이차 전지의 경우, 리튬이 외부의 공기나 습기에 노출 시 폭발하는 등의 안정성의 문제점이 있다.However, nickel-cadmium batteries (Ni-Cd) suffer from environmental pollution problems of cadmium, low energy storage capacity and low memory effect, and Ni-MH batteries are expensive due to their complicated structure, The disadvantage is low memory effect. Therefore, most of lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries and lithium air secondary batteries are currently used. However, in the case of a secondary battery using lithium, there is a problem of stability such as explosion of lithium when exposed to external air or moisture.

따라서, 본 발명의 전기화학소자는, 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 예를 들어, 아연 공기 이차 전지일 수 있다.Therefore, the electrochemical device of the present invention is intended to solve such a problem, and for example, it may be a zinc air secondary battery.

상기 전기화학소자에 있어서, 다공성 탄소재의 비표면적은 예를 들어, 80 내지 120 m2/g, 100 내지 120 m2/g 또는 120 내지 150 m2/g일 수 있다. 상기 범위의 높은 비표면적을 갖는 다공성 탄소재를 양극에 함유함으로써, 높은 전도도를 구현할 수 있으며, 이를 통해, 전기화학소자의 효율을 높일 수 있다.In the electrochemical device, the specific surface area of the porous carbon material may be, for example, 80 to 120 m 2 / g, 100 to 120 m 2 / g, or 120 to 150 m 2 / g. By containing a porous carbonaceous material having a high specific surface area in the above range in the anode in the above range, high conductivity can be realized, thereby increasing the efficiency of the electrochemical device.

구체적으로, 다공성 탄소재는 상기 범위의 비표면적보다 높은 경우에는 전기전도도가 저하되는 문제점이 있고, 상기 범위의 비표면적보다 낮은 경우에는 확산 저항이 상승하여 탄소재의 성능을 저하시킨다. 따라서, 우수한 전기전도도 및 확산성을 구현하기 위해서는 다공성 탄소재의 비표면적이 상기 범위 내인 것이 바람직하다.Specifically, when the specific surface area of the porous carbon material is higher than the specific surface area, the electrical conductivity is lowered. When the specific surface area is lower than the specific surface area, the diffusion resistance is increased to deteriorate the performance of the carbonaceous material. Therefore, in order to realize excellent electrical conductivity and diffusibility, it is preferable that the specific surface area of the porous carbon material is within the above range.

상기 음극에 있어서, 전이 금속은, 아연일 수 있다. 내수성, 내열성 내지 내유성이 우수한 아연을 사용함으로써, 리튬을 이용한 이차 전지의 문제점을 해결할 수 있다.In the negative electrode, the transition metal may be zinc. The use of zinc excellent in water resistance, heat resistance and oil resistance can solve the problem of lithium secondary batteries.

상기 양극에 있어서, 전이 금속 산화물은 코발트 산화물 및 망간 산화물일 수 있다. 상기 2 종의 전이 금속 산화물을 사용함으로써, 우수한 충방전 효과를 구현할 수 있다.In the anode, the transition metal oxide may be cobalt oxide and manganese oxide. By using the above two transition metal oxides, an excellent charge / discharge effect can be realized.

상기 다공성 탄소재는, 그을음(soot), 아세틸렌 블랙, 케트젠(Ketjen) 블랙, 램프블랙, 퍼니스 블랙, 카본 블랙, 그라파이트, 탄소 섬유, 그라파이트 파이버, 나노파이버, 나노튜브, 콕스, 하드 카본 및 아모르포스 카본 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다공성의 카본 블랙을 사용할 수 있다.The porous carbon material may be selected from the group consisting of soot, acetylene black, Ketjen black, lamp black, furnace black, carbon black, graphite, carbon fiber, graphite fiber, nanofiber, nanotube, Carbon and at least one of carbon. For example, porous carbon black can be used.

상기 음극 및 양극은 불소계 수지를 포함하는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 불소계 수지는 폴리불화비닐, 폴리불화비닐리덴 및 폴리테트라플루오르에틸렌 등을 포함할 수 있다. 이와 같이, 불소계 수지 첨가제를 음극 및 양극에 혼합함으로써 플렉서블(flexible)한 형태를 구현할 수 있어, 기존의 전자 기기 이외에 웨어러블 장치, 스마트 기기용 전원, 버튼 형 전지 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.The negative electrode and the positive electrode may further include an additive including a fluorine resin. For example, the fluororesin may include polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene. As described above, the fluorine-based resin additive can be mixed with the anode and the cathode to realize a flexible form, and the present invention can be applied to various fields such as a wearable device, a power source for a smart device, and a button-type battery in addition to conventional electronic devices.

고체상 전해질에 있어서,In the solid electrolyte,

폴리머는 폴리아크릴산, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리프로필렌, 폴리스타일렌 및 폴리에틸렌옥사이드 중 1 종 이상을 포함하고,The polymer includes at least one of polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polypropylene, polystyrene, and polyethylene oxide,

염은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 염화나트륨, 질산나트륨, 수산화리튬 및 염화리튬 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.The salt may include at least one of potassium hydroxide, sodium hydroxide, sodium chloride, sodium nitrate, lithium hydroxide and lithium chloride.

기존에는 에틸렌 카보네이트나 폴리 카보네이트 같은 유기용매에 폴리 비닐 디플로라이드 같은 고분자 물질로 전해질을 만들어 왔다. 하지만 유기재료 등은 단가가 매우 고가이며, 대량으로 제조하는 것에 어려움이 많았다. 따라서 경제적인 비용이 많이 드는 단점이 있었다.Traditionally, electrolytes have been made from organic materials such as ethylene carbonate or polycarbonate with polymers such as polyvinyldiprolylide. However, organic materials and the like are very expensive, and it is difficult to manufacture them in a large amount. Therefore, there is a drawback that the cost is high.

그러나, 본 발명은 상기와 같은 조성으로, 겔(gel) 형태의 고체상의 전해질을 제조할 수 있으며, 이를 통해, 상기와 같은 문제점을 해결하고, 기존의 액체 전해질의 화재 위험 및 전해질　누출 등의 문제를 해결하여 전기화학소자에 안정성 내지 경제성을 부여할 수 있다. However, the present invention can produce a solid electrolyte in the form of a gel in the above-described composition, thereby solving the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to solve the above problems, It is possible to impart stability and economical efficiency to the electrochemical device.

상기 고체상 전해질에 있어서,In the solid electrolyte,

폴리머 및 염은 3 내지 10 몰%를 포함할 수 있다.The polymer and the salt may comprise 3 to 10 mol%.

구체적으로, 고체상 전해질은 용매, 예를 들어, 증류수에 폴리머 및 염을 혼합하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리머 및 염을 합한 함량은 총 고체상 전해질 전체에서 3 내지 8 몰% 또는 3 내지 7 몰% 범위로 포함할 수 있다.Specifically, the solid electrolyte can be prepared by mixing a polymer and a salt in a solvent, for example, distilled water. For example, the combined amount of the polymer and the salt may be in the range of 3 to 8 mol% or 3 to 7 mol% in the total solid electrolyte.

고체상 전해질 중, 폴리머 및 염의 함량을 상기 범위 내로 조절함으로써, 우수한 이온 전도도를 구현할 수 있고, 이로 인해 전기화학소자의 성능을 향상시킬 수 있다.By adjusting the content of the polymer and the salt in the solid electrolyte, the ion conductivity can be improved and the performance of the electrochemical device can be improved.

상기 전기화학소자는 이온 전도도가 20 mS/cm 이상일 수 있다. The electrochemical device may have an ion conductivity of 20 mS / cm or more.

구체적으로, 상기 이온 전도도는 상온에서 20 mS/cm 이상인 것이 특징으로 하며, 그 상한은 전기화학소자의 성능을 유지할 정도까지 가능하며, 최대한 100 mS/cm까지 가능할 수 있다. 예를 들어, 상기 전기화학소자의 이온 전도도는 20 내지 80 mS/cm, 20 내지 60 mS/cm 또는 20 내지 40 mS/cm 범위일 수 있다.Specifically, the ionic conductivity is 20 mS / cm or more at room temperature. The upper limit of the ionic conductivity can be as high as 100 mS / cm to maintain the performance of the electrochemical device. For example, the ionic conductivity of the electrochemical device may range from 20 to 80 mS / cm, from 20 to 60 mS / cm, or from 20 to 40 mS / cm.

일반적으로 이온 전도도는 소자의 출력(rate) 특성 등 소자 성능에 직접적으로 연관되므로 매우 중요한 성질이다. 전해질의 이온 전도도는 이온을 수송하는 역할을 맡은 이온종(ionic species)의 전하수, 농도 및 이동도에 비례한다. In general, ionic conductivity is a very important property because it is directly related to the performance of the device such as the output characteristic of the device. The ionic conductivity of the electrolyte is proportional to the charge number, concentration, and mobility of the ionic species responsible for ion transport.

상기 고체상 전해질의 이온 전도도 범위 내에서, 이차 전지는 충방전 과정 중에 한 전극에서 생성되는 금속 이온을 상대 전극으로 이동시키기가 어려워져 전지가 정상적으로 작동되기 어려워지는 것을 방지할 수 있다.Within the ion conductivity range of the solid electrolyte, it is difficult to move the metal ions generated at one electrode to the counter electrode during the charging / discharging process, thereby preventing the battery from being normally operated.

상기 전기화학소자는, 10 mA/cm2의 전류 밀도로 1 내지 10회 충방전 사이클을 반복했을 때, 사이클 반복 전 후의 방전 용량 감소율이 20% 이하일 수 있다.When the electrochemical device is repeatedly subjected to a charge-discharge cycle of 1 to 10 times at a current density of 10 mA / cm < 2 >, the discharge capacity reduction ratio before and after the cycle can be 20% or less.

예를 들어, 상기 전기화학소자의 충방전 사이클을 1 내지 10회 수행했을 때, 가역 방전 용량 감소율은 20% 미만일 수 있다. 예를 들어, 상기 가역 방전 용량 감소율은 0.1 내지 20%, 0.1 내지 15%, 0.1 내지 10%, 0.1 내지 5% 또는 0.1 내지 3%일 수 있다. 상기 범위 내로 가역 방전 용량 감소율을 조절함으로써, 전지의 우수한 충방전 사이클 성능을 구현할 수 있다.For example, when the charge-discharge cycle of the electrochemical device is performed 1 to 10 times, the reversible discharge capacity reduction rate may be less than 20%. For example, the reversible discharge capacity reduction rate may be 0.1 to 20%, 0.1 to 15%, 0.1 to 10%, 0.1 to 5%, or 0.1 to 3%. By controlling the reversible discharge capacity reduction rate within the above range, it is possible to realize an excellent charge / discharge cycle performance of the battery.

상기 전기화학소자는 비정전 용량이 1200 F/g 이상일 수 있다. The non-electrochemical capacity of the electrochemical device may be 1200 F / g or more.

예를 들어, 상기 전기화학소자의 비정전 용량은 1200 내지 1500 F/g, 1200 내지 1300 F/g 또는 1150 내지 1300 F/g 범위일 수 있다. 이와 같이 우수한 비정전 용량을 갖는 전기화학소자는 동력 밀도, 에너지 밀도가 우수하고, 이로 인해, 다량의 에너지를 신속하게 저장 내지 공급할 수 있어, 차세대 에너지 동력원으로써 유용하게 사용될 수 있다.For example, the non-electrochemical capacity of the electrochemical device may range from 1200 to 1500 F / g, 1200 to 1300 F / g, or 1150 to 1300 F / g. The electrochemical device having such excellent non-discharging capacity is excellent in power density and energy density, and therefore can store and supply a large amount of energy quickly and can be usefully used as a next generation energy source.

본 발명에 따른 전기화학소자는 플렉서블 소자일 수 있다. 구체적으로, 상기 양극에 불소계 수지를 포함하는 첨가제를 포함함으로써, 플렉서블한 전극을 제조할 수 있고, 겔 형태의 고체상 전해질을 구비함으로써, 전체적으로 플렉서블한 전기화학소자를 구현할 수 있다.
The electrochemical device according to the present invention may be a flexible device. Specifically, by including an additive containing a fluorine-based resin in the anode, a flexible electrode can be produced, and a gel-type solid electrolyte can be provided, whereby a flexible electrochemical device as a whole can be realized.

또한, 본 발명에 따른 전기화학소자의 제조방법의 하나의 예로서,Further, as an example of a method of manufacturing an electrochemical device according to the present invention,

음극, 고체상 전해질 및 양극을 적층하여 100 내지 150℃의 온도 하에서 열간 압착하는 단계를 포함하는 전기화학소자의 제조방법을 제공할 수 있다.And a negative electrode, a solid electrolyte, and a positive electrode, and hot-pressing the mixture at a temperature of 100 to 150 ° C.

예를 들어, 상기 전기화학소자는, 음극, 고체상 전해질 및 양극을 순차 적층하여 100 내지 150℃의 온도 하에서 열간 압착함으로써, 원스텝(one step) 공정으로 간단하게 제조할 수 있어, 공정 비용 내지 시간을 현저히 줄일 수 있다.For example, the electrochemical device can be easily manufactured by a one step process by sequentially stacking a negative electrode, a solid electrolyte, and a positive electrode and hot-pressing them at a temperature of 100 to 150 ° C, Can be significantly reduced.

이때, 열간 압착 온도는 예를 들어, 100 내지 140℃ 또는 110 내지 130℃일 수 있다.
In this case, the hot pressing temperature may be, for example, 100 to 140 ° C or 110 to 130 ° C.

이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following Examples. However, the scope of the present invention is not limited by the following Examples.

실시예Example 1: 아연 공기 이차 전지 제조 1: Manufacture of zinc air secondary battery

1) 음극 제조1) Negative electrode manufacturing

아연 분말, 비표면적이 80 내지 150 m2/g인 다공성 카본 블랙 분말 및 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산을 상온에서 울트라소닉 조건으로 5 내지 30 분간 혼합하여 음극을 제조하였다.Zinc powder, porous carbon black powder having a specific surface area of 80 to 150 m 2 / g and polyvinyl alcohol and polyacrylic acid were mixed at room temperature under an ultrasonic condition for 5 to 30 minutes to prepare a negative electrode.

2) 양극 제조2) Manufacture of anode

코발트 산화물, 망간 산화물, 비표면적이 80 내지 150 m2/g인 다공성 카본 블랙 분말 및 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)을 상온에서 울트라소닉 조건으로 5 내지 30 분간 혼합하여 양극을 제조하였다.Cobalt oxide, manganese oxide, porous carbon black powder having a specific surface area of 80 to 150 m 2 / g and polytetrafluoroethylene (PTFE) were mixed at room temperature under an ultrasonic condition for 5 to 30 minutes to prepare a positive electrode.

3) 고체상 전해질 제조3) Preparation of solid electrolyte

폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알콜(PVA) 및 수산화칼륨을 증류수에 6 몰%로 혼합하여 고체상 전해질을 제조하였다.Polyacrylic acid (PAA), polyvinyl alcohol (PVA) and potassium hydroxide were mixed in distilled water at a molar ratio of 6 mol% to prepare a solid electrolyte.

4) 아연 공기 이차 전지 제조4) Manufacture of zinc air secondary battery

상기 제조된 음극, 고체상 전해질 및 양극을 순차 적층한 후, 120℃의 온도에서 열간 압착하여 아연 공기 이차 전지를 제조하였으며, 이는 도 1 및 도 2를 통해 확인할 수 있다. 도 1을 보면, 본 발명에 따른 이차 전지가 플렉서블한 형태인 것을 확인할 수 있고, 도 2를 보면, 본 발명에 따른 이차 전지가 작동하는 것을 확인할 수 있다.
The prepared negative electrode, the solid electrolyte and the positive electrode were sequentially laminated and then hot-pressed at a temperature of 120 ° C to produce a zinc air secondary battery, which can be confirmed from FIGS. 1 and 2. Referring to FIG. 1, it can be seen that the secondary battery according to the present invention is flexible, and FIG. 2 shows that the secondary battery according to the present invention operates.

실시예Example 2: 아연 공기 이차 전지 제조 2: Manufacture of zinc air secondary battery

실시예 1과 동일하게 제조하되, 고체상 전해질 제조에 있어서, 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알콜(PVA) 및 수산화칼륨을 증류수에 4 몰%로 혼합하여 고체상 전해질을 제조한 후, 아연 공기 이차 전지를 제조하였다.
(PAA), polyvinyl alcohol (PVA) and potassium hydroxide were mixed in distilled water at a molar ratio of 4 mol% to prepare a solid electrolyte in the same manner as in Example 1, and a zinc air secondary battery .

비교예Comparative Example : 아연 공기 이차 전지 제조: Manufacture of zinc air secondary battery

실시예 1과 동일하게 제조하되, 고체상 전해질 제조에 있어서, 폴리아크릴산(PAA), 폴리비닐알콜(PVA) 및 수산화칼륨을 증류수에 2 몰%로 혼합하여 고체상 전해질을 제조한 후, 아연 공기 이차 전지를 제조하였다.
(PAA), polyvinyl alcohol (PVA) and potassium hydroxide were mixed in distilled water at a molar ratio of 2 mol% to prepare a solid electrolyte in the same manner as in Example 1, and a zinc air secondary battery .

실험예Experimental Example 1: 전해질의 이온 전도도 측정 1: Measurement of ion conductivity of electrolyte

상기 실시예 1 내지 2 및 비교예에서 제조한 아연 공기 이차 전지에 있어서, 전해질의 이온 전도도를 측정하였다. 측정 방법은 하기 기재하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.In the zinc air secondary battery produced in Examples 1 to 2 and Comparative Examples, the ion conductivity of the electrolyte was measured. The measurement method is described below, and the results are shown in Table 1 below.

이온 전도도: 25℃에서 전기화학 임피던스 분광학(EIS)에 의하여 측정하였다.Ion conductivity: Measured by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) at 25 캜.

이온 전도도 (mS/cm)Ion conductivity (mS / cm) 실시예 1Example 1 3838 실시예 2Example 2 2222 비교예Comparative Example 1515

상기 표 1을 보면, 본 발명에 따른 전해질의 전도도가 비교예에 비하여 현저히 우수한 것을 확인할 수 있다.
From Table 1, it can be seen that the conductivity of the electrolyte according to the present invention is remarkably superior to the comparative example.

실험예Experimental Example 2: 전지 성능 측정 2: Measurement of battery performance

1) One) 충방전Charging and discharging 테스트(charge-discharge curve) Test (charge-discharge curve)

상기 실시예 1 내지 2 및 비교예의 이차 전지의 충방전 특성을 측정하여 도 3에 나타내었다. 도 3을 보면, 충방전 용량 및 전지 성능을 확인할 수 있으며, 최대 380 mAh/g의 높은 용량을 가지는 것을 확인하였다. Charge-discharge characteristics of the secondary batteries of Examples 1 to 2 and Comparative Examples were measured and shown in FIG. 3, the charge / discharge capacity and cell performance can be confirmed, and it was confirmed that the battery has a high capacity of 380 mAh / g at the maximum.

2) 사이클 특성(cyclic performance)2) Cyclic performance

상기 실시예 1 내지 2 및 비교예의 이차 전지의 사이클 특성을 측정하여 도 3에 나타내었다. 도 3을 보면, 10 mA/cm2의 전류 밀도로 0 내지 10 회 사이클 시, 가역 방전 용량이 거의 308 mAhg-1로 유지되는 것을 확인할 수 있었다. The cycle characteristics of the secondary batteries of Examples 1 to 2 and Comparative Examples were measured and shown in FIG. Referring to FIG. 3, it was confirmed that the reversible discharge capacity was maintained at approximately 308 mAhg -1 at 0 to 10 cycles at a current density of 10 mA / cm 2 .

Claims (12)

전이 금속 및 다공성 탄소재를 포함하는 음극;
전이 금속 산화물 및 다공성 탄소재를 포함하는 양극; 및
폴리머 및 염을 포함하는 고체상 전해질을 포함하며,
다공성 탄소재의 비표면적은 80 내지 150 m2/g인 전기화학소자.
A negative electrode comprising a transition metal and a porous carbonaceous material;
A positive electrode comprising a transition metal oxide and a porous carbonaceous material; And
A solid electrolyte comprising a polymer and a salt,
Wherein the specific surface area of the porous carbon material is 80 to 150 m < 2 > / g.
제 1 항에 있어서,
음극의 전이 금속은, 아연을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
The method according to claim 1,
Wherein the transition metal of the negative electrode comprises zinc.
제 1 항에 있어서,
양극은 전이 금속 산화물을 코발트 산화물 및 망간 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
The method according to claim 1,
Wherein the anode comprises a transition metal oxide including cobalt oxide and manganese oxide.
제 1 항에 있어서,
다공성 탄소재는, 그을음(soot), 아세틸렌 블랙, 케트젠(Ketjen) 블랙, 램프블랙, 퍼니스 블랙, 카본 블랙, 그라파이트, 탄소 섬유, 그라파이트 파이버, 나노파이버, 나노튜브, 콕스, 하드 카본 및 아모르포스 카본 중 1 종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
The method according to claim 1,
The porous carbon material may be at least one selected from the group consisting of soot, acetylene black, Ketjen black, lamp black, furnace black, carbon black, graphite, carbon fiber, graphite fiber, nanofiber, nanotube, cox, hard carbon and amorphous carbon Wherein the electrochemical device comprises at least one of the following materials.
제 1 항에 있어서,
음극 및 양극은 불소계 수지를 포함하는 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
The method according to claim 1,
Wherein the negative electrode and the positive electrode further comprise an additive including a fluorine-based resin.
제 1 항에 있어서,
고체상 전해질에 있어서,
폴리머는 폴리아크릴산, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리프로필렌, 폴리스타일렌 및 폴리에틸렌옥사이드 중 1 종 이상을 포함하고,
염은 수산화칼륨, 수산화나트륨, 염화나트륨, 질산나트륨, 수산화리튬 및 염화리튬 중 1 종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
The method according to claim 1,
In the solid electrolyte,
The polymer includes at least one of polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polypropylene, polystyrene, and polyethylene oxide,
Wherein the salt comprises at least one of potassium hydroxide, sodium hydroxide, sodium chloride, sodium nitrate, lithium hydroxide and lithium chloride.
제 1 항에 있어서,
고체상 전해질에 있어서,
폴리머 및 염은 3 내지 5 몰%를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
The method according to claim 1,
In the solid electrolyte,
Wherein the polymer and the salt contain 3 to 5 mol%.
제 1 항에 있어서,
전기화학소자는 이온 전도도가 20 mS/cm 이상인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
The method according to claim 1,
Wherein the electrochemical device has an ionic conductivity of 20 mS / cm or more.
제 1 항에 있어서,
전기화학소자는 10 mA/cm2의 전류 밀도로 1 내지 10회 충방전 사이클을 반복했을 때, 사이클 반복 전 후의 방전 용량 감소율이 20% 이하인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
The method according to claim 1,
Wherein the electrochemical device has a discharge capacity reduction ratio of 20% or less before and after the cycle is repeated when the charge-discharge cycle is repeated 1 to 10 times at a current density of 10 mA / cm 2 .
제 1 항에 있어서,
전기화학소자는 아연 공기 이차 전지인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
The method according to claim 1,
Wherein the electrochemical device is a zinc air secondary battery.
제 1 항에 있어서,
전기화학소자는 플렉서블 소자인 것을 특징으로 하는 전기화학소자.
The method according to claim 1,
Wherein the electrochemical device is a flexible device.
음극, 고체상 전해질 및 양극을 적층하여 100℃ 내지 150℃의 온도 하에서 열간 압착하는 단계를 포함하는 제 1 항에 따른 전기화학소자의 제조방법.The method for producing an electrochemical device according to claim 1, comprising a step of laminating a cathode, a solid electrolyte and an anode, followed by hot pressing under a temperature of 100 ° C to 150 ° C.
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