KR20180127108A - Electrode mateterial, electrochemical element using the electrode mateterial and method of producing the same - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, provided are an electrode material, an electrochemical device using the electrode material, and a manufacturing method thereof. More specifically, the electrochemical device comprises a first electrode, a second electrode placed apart from the first electrode, and a separation membrane disposed between the first electrode and the second electrode. The first electrode comprises a first base substrate and a first electrode assembly layer disposed on at least one surface of the first base substrate. The second electrode comprises a second base substrate and a second electrode assembly layer disposed on at least one surface of the second base substrate. The first electrode assembly layer and the second electrode assembly layer include carbon sources having a plurality of pores. An electrochemical device with improved energy density can be provided.

Description

전극 재료, 전극 재료를 이용한 전기 화학 소자 및 및 이의 제조 방법{ELECTRODE MATETERIAL, ELECTROCHEMICAL ELEMENT USING THE ELECTRODE MATETERIAL AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrochemical device using an electrode material, an electrode material, and a method of manufacturing the electrochemical device,

실시예는 전극 재료, 전극 재료를 이용한 전기 화학 소자 및 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 일정 지름을 갖는 기공의 부피를 조절하여 에너지 밀도가 향상된 전극 재료, 전극 재료를 이용한 전기 화학 소자에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode material, an electrochemical device using the electrode material, and a manufacturing method thereof, and more particularly, to an electrochemical device using an electrode material and an electrode material with improved energy density by controlling the volume of pores having a predetermined diameter .

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. Recently, interest in energy storage technology is increasing.

휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기 화학 소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. As the application fields of cell phones, camcorders, notebook PCs and even electric vehicles are expanding, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specified.

전기 화학 소자는 전기 에너지와 화학 에너지 상호간에 변환이 가능하도록 하는 것으로, 구체적인 예로는 슈퍼 캐패시터(전기 이중층 캐패시터, EDLC), 리튬 이온 2차 전지, 하이브리드 캐패시터 등이 있다. The electrochemical device enables conversion between electric energy and chemical energy. Specific examples thereof include a super capacitor (electric double layer capacitor, EDLC), a lithium ion secondary battery, and a hybrid capacitor.

전기 화학 소자는 충방전이 가능하고 에너지 밀도가 높다는 측면에서 주목 받고 있는 분야이며, 응용 분야의 확대에 따라 높은 정전 용량과 에너지 밀도가 요구되고 있다.Electrochemical devices are attracting attention because they are capable of charging and discharging and have high energy density. High capacitance and energy density are required as the application field expands.

슈퍼 캐패시터는 전극 및 도전체가 함침된 전해질 용액의 계면에 각각 부호가 상이한 전기이중층이 생성되어 전하를 축적하는 것이다.In the super capacitor, an electric double layer having a different sign is formed at the interface between the electrode and the electrolyte solution impregnated with the conductor to accumulate the charge.

그러나, 슈퍼 캐패시터는 반복된 충방전에도 열화가 작고 이차 전지, 납축 전지 등 다른 에너지 저장 장치에 비하여 충전 속도가 우수하고 출력 밀도가 높아 최근 폭넓게 응용되고 있으나, 상대적으로 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있다.However, the super capacitor has a low deterioration even in repeated charging / discharging, and has recently been widely used because of its high charging speed and high output density compared to other energy storage devices such as secondary batteries and lead-acid batteries, but has a disadvantage of relatively low energy density .

정전 용량 또는 작동 전압이 증가할수록 슈퍼 캐패시터의 에너지 밀도가 향상되는바, 슈퍼 캐패시터의 단점을 극복하기 위하여 정전 용량을 증가시키거나 작동 전압을 증가시키는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. As the capacitance or the operating voltage increases, the energy density of the supercapacitor increases. To overcome the disadvantage of the supercapacitor, researches on increasing the capacitance or increasing the operating voltage have been actively conducted.

한편, 슈퍼 캐패시터의 성능은 주로 전극 활물질, 전해질에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 전극에의 결함 발생 없이 슈퍼 캐패시터의 에너지 밀도를 높일 수 있는 전극 활물질에 대한 대안이 필요한 실정이다.On the other hand, the performance of the supercapacitor can be mainly determined by the electrode active material and the electrolyte. Therefore, there is a need for an alternative to the electrode active material that can increase the energy density of the supercapacitor without causing defects in the electrode.

실시예는 제1 전극합제층 및 제2 전극합제층에 포함되는 기공 중 일정 지름을 갖는 기공의 부피를 조절함에 따라 높은 정전 용량을 구현하여 에너지 밀도가 향상된 전기 화학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an electrochemical device having improved energy density by realizing high capacitance by controlling the volume of pores having a predetermined diameter in the pores included in the first electrode material mixture layer and the second electrode material mixture layer .

실시예는 상기 전기 화학 소자에 포함되는 전극에 적용 가능한 전극 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an electrode material applicable to an electrode included in the electrochemical device.

실시예의 전기 화학 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극에 이격하여 배치되는 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하며, 상기 제1 전극은 제1 베이스 기판 및 상기 제1 베이스 기판의 적어도 일 면에 배치된 제1 전극합제층을 포함하고, 상기 제2 전극은 제2 베이스 기판 및 상기 제2 베이스 기판의 적어도 일 면에 배치된 제2 전극합제층을 포함하며 상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층은 다수의 기공을 가지는 탄소원을 포함하고 상기 탄소원은 결정질 구조 및 비정질 구조를 포함하며 상기 제1 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 상기 제2 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)보다 작고, 상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 각각 독립적으로 0.5 nm 이상 1.2 nm 이하이며 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 분리막 중 적어도 하나가 함침된 전해액은 양이온 및 음이온을 포함하고 상기 양이온은 TEA+, TEMA+, Li+, EMIM+ 및 Na+ 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하며, 상기 음이온은 BF4 -, PF6 -, TFSI- 및 FSI- 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.The electrochemical device of the embodiment includes a first electrode, a second electrode disposed to be spaced apart from the first electrode, and a separation membrane disposed between the first electrode and the second electrode, And a first electrode mixture layer disposed on at least one side of the first base substrate, wherein the second electrode comprises a second base substrate and a second electrode mixture layer disposed on at least one side of the second base substrate Wherein the first electrode material mixture layer and the second electrode material mixture layer include a carbon source having a plurality of pores, the carbon source includes a crystalline structure and an amorphous structure, and a mode of the pore diameter of the first electrode material mixture layer, (Mode) of the pore diameters of the first electrode material mixture layer and the second electrode material mixture layer is independently from 0.5 nm to 1.2 nm Prize Group the first electrode, the second electrode and at least an electrolytic solution of one impregnation of the membrane comprises a cation and an anion wherein the cation is TEA +, TEMA +, Li +, EMIM + and at least one selected from the group consisting of Na + And the anion may include at least one selected from the group consisting of BF 4 - , PF 6 - , TFSI - and FSI - .

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 0.5 nm 이상 1.1 nm 이하이고 상기 제2 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 0.8 nm 이상 1.2 nm 이하일 수 있다.According to one embodiment, the mode of the pore diameter of the first electrode material mixture layer is 0.5 nm or more and 1.1 nm or less, and the mode of the pore diameter of the second electrode material mixture layer is 0.8 nm or more and 1.2 nm or less have.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층에 포함되는 상기 복수 개의 기공 중 상기 지름이 0.5 nm 이상 0.8 nm 미만인 기공의 부피는 상기 전극합제층 전체 기공 부피의 30 % 이상 40 % 미만이고, 상기 지름이 0.8 nm 이상 1.1 nm 미만인 기공의 부피는 상기 전극합제층 전체 기공 부피의 15 % 이상 25 % 미만일 수 있다.According to an embodiment, the volume of pores having a diameter of 0.5 nm or more and less than 0.8 nm among the plurality of pores included in the first electrode material mixture layer is 30% or more and less than 40% of the total pore volume of the electrode material mixture layer, The volume of the pores having a diameter of 0.8 nm or more and less than 1.1 nm may be 15% or more and less than 25% of the total pore volume of the electrode mixture layer.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 전극합제층에 포함되는 상기 복수 개의 기공 중 상기 지름이 0.5 nm 이상 0.8 nm 미만인 기공의 부피는 상기 전극합제층 전체 기공 부피의 20 % 이상 30 % 미만이고, 상기 지름이 0.8 nm 이상 1.1 nm 미만인 기공의 부피는 상기 전극합제층 전체 기공 부피의 35 % 이상 45 % 미만일 수 있다.According to an embodiment, the volume of the pores having a diameter of 0.5 nm or more and less than 0.8 nm among the plurality of pores included in the second electrode material mixture layer is 20% or more and less than 30% of the total pore volume of the electrode material mixture layer, The volume of the pores having a diameter of 0.8 nm or more and less than 1.1 nm may be 35% or more and less than 45% of the total pore volume of the electrode mixture layer.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층 중 적어도 하나는 상기 베이스 기판에의 인접 영역으로부터 상기 전극합제층의 두께 방향을 따라 멀어질수록 상기 전극 기공 지름의 최빈값(mode)이 증가하는 것일 수 있다.According to one embodiment, at least one of the first electrode compound mix layer and the second electrode mix compound layer has a mode change ratio of the electrode pore diameter from a region adjacent to the base substrate toward a thickness direction of the electrode mix layer mode may be increased.

일 실시예에 따르면, 상기 탄소원의 비표면적은 400 m2/g 이상 1200 m2/g 이하일 수 있다.According to one embodiment, the specific surface area of the carbon source may be 400 m 2 / g or more and 1200 m 2 / g or less.

일 실시예에 따르면, 상기 탄소원의 탭 밀도(Tapping density)는 0.3 g/cm3 이상 0.65 g/cm3 이하일 수 있다.According to one embodiment, the tap density of the carbon source is 0.3 g / cm < 3 > More than 0.65 g / cm 3 ≪ / RTI >

실시예의 전기 화학 소자는 제1 전극합제층 및 제2 전극합제층에 포함되는 기공 중 일정 지름을 갖는 기공의 부피가 서로 상이할 수 있다. 즉, 각 전극에 삽입되는 전해질 이온의 크기에 적합하도록 일정 지름을 갖는 기공의 부피를 조절함으로써 정전 용량을 높일 수 있다.In the electrochemical device of the embodiment, the volume of the pores having a predetermined diameter in the pores included in the first electrode material mixture layer and the second electrode material mixture layer may be different from each other. That is, the capacitance can be increased by adjusting the volume of the pores having a predetermined diameter so as to match the size of the electrolyte ions inserted into the respective electrodes.

이에 따라, 실시예의 전기 화학 소자는 고 에너지 밀도의 구현이 가능하다.Accordingly, the electrochemical device of the embodiment can realize a high energy density.

실시예의 전기 화학 소자는 전해질 이온의 크기가 고려된 지름을 갖는 기공을 포함하는 탄소원을 포함하는 전극 재료로 형성된 전극 합제층을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 전극 재료가 전술한 실시예의 전기 화학 소자에 적용되면 정전 용량을 높여 고 에너지 밀도의 전기 화학 소자가 구현될 수 있다.The electrochemical device of the embodiment may include an electrode material mixture layer formed of an electrode material containing a carbon source including pores having a diameter of a size considering electrolyte ions. Accordingly, when the electrode material is applied to the electrochemical device of the above-described embodiment, an electrochemical device having a high energy density can be realized by increasing the electrostatic capacity.

도 1은 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이다.
도 2는 열처리 및 활성화 처리에 따른 탄소원의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예의 전기 화학 소자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따라 전해질 이온이 전극합제층의 기공에 삽입된 것을 개략적으로 도시한 도면이다
도 5는 일 실시예에 따라 일정한 지름을 갖는 기공의 부피가 서로 상이한 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전기 화학 소자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 실시예에 따른 제1 전극합제층의 기공 지름 및 각 기공 지름을 갖는 기공의 부피에 관한 그래프이다.
도 7은 실시예에 따른 제2 전극합제층의 기공 지름 및 각 기공 지름을 갖는 기공의 부피에 관한 그래프이다.Fig. 1 is a manufacturing process diagram of an electrode material according to one embodiment.
Fig. 2 is a view schematically showing the change of the carbon source according to the heat treatment and the activation treatment.
3 is a view schematically showing an electrochemical device of one embodiment.
4 is a schematic view illustrating that electrolyte ions are inserted into pores of an electrode mixture layer according to an embodiment
5 is a schematic view illustrating an electrochemical device including a first electrode and a second electrode having different diameters of pores having a predetermined diameter according to an embodiment.
6 is a graph showing the pore diameter of the first electrode material mixture layer and the volume of pores having the respective pore diameters according to the embodiment.
7 is a graph showing the pore diameter of the second electrode material mixture layer and the volume of pores having the respective pore diameters according to the embodiment.

실시예의 설명에 있어서, 각 층, 막, 전극, 판 또는 기판 등이 각 층, 막, 전극, 판 또는 기판 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. In the description of the embodiments, it is described that each layer, film, electrode, plate or substrate, etc. is formed "on" or "under" of each layer, film, electrode, In this case, "on" and "under " all include being formed either directly or indirectly through another element.

또한 각 구성요소의 상, 옆 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.In addition, the criteria for the top, side, or bottom of each component are described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean the size actually applied.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이며, 도 2는 열처리 및 활성화 처리에 따른 탄소원의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다. FIG. 1 is a view showing a manufacturing process of an electrode material according to one embodiment, and FIG. 2 is a view schematically showing a change of a carbon source according to a heat treatment and an activation treatment.

이하 도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 전극 재료는 탄소원(100)을 포함하고, 탄소원(100)은 결정질 구조(21)를 포함할 수 있다. 1 and 2, the electrode material according to the embodiment includes a carbon source 100, and the carbon source 100 may include a crystalline structure 21. [

상기 결정질 구조(21)는 탄소원을 특정 조건에서 열처리 함으로써 탄소원 내에 형성된다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 결정질 구조(21)는 불순물이 분리된 탄소원을 600 내지 900 의 온도에서 열처리 시에 상기 탄소원(100)에 부분 결정화가 진행됨에 따라 형성된다.The crystalline structure 21 is formed in a carbon source by heat-treating the carbon source under specific conditions. More specifically, the crystalline structure 21 is formed as the carbon source from which the impurity is separated is partially crystallized in the carbon source 100 during the heat treatment at a temperature of 600 to 900.

열처리의 온도가 600 ℃ 미만이면 탄소원(100)에 결정질 구조(21)가 형성되지 않을 수 있다. 또한, 열처리 온도가 900 ℃를 초과하면 탄소원(100)에 비정질 구조(11) 없이 결정질 구조(21)만이 존재할 수 있다. 이 경우, 비표면적이 감소하므로 높은 정전 용량을 구현할 수 없는 문제가 있다. 즉, 탄소원(100)을 600 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 열처리하여 상기 탄소원(100) 내에 결정질 구조(21)를 형성하는바, 탄소원(100)이 결정질 구조(21) 및 비정질 구조(11)를 모두 포함할 수 있게 된다.If the temperature of the heat treatment is less than 600 ° C, the crystalline structure 21 may not be formed in the carbon source 100. If the heat treatment temperature exceeds 900 ° C, only the crystalline structure 21 may exist in the carbon source 100 without the amorphous structure 11. In this case, there is a problem that a high capacitance can not be realized because the specific surface area is reduced. That is, the carbon source 100 is heat-treated at a temperature of 600 ° C. to 900 ° C. to form the crystalline structure 21 in the carbon source 100. The carbon source 100 is formed of the crystalline structure 21 and the amorphous structure 11 All of which can be included.

일 실시예로, 상기 열처리 온도는 650 ℃ 내지 850 ℃일 수 있다.In one embodiment, the heat treatment temperature may be 650 ° C to 850 ° C.

상기 탄소원(100)의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율은 상기 탄소원(100)의 열처리 온도에 의해 조절될 수 있다.The ratio of the crystalline material (21) to the unit weight (g) of the carbon source (100) can be controlled by the heat treatment temperature of the carbon source (100).

상기 탄소원(100)의 열처리 온도에 따라 상기 탄소원(100)의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질 구조(21)의 비율이 달라지며, 상기 결정질 구조 (21)의 비율이 탄소원(100)의 비표면적에 영향을 주어 정전 용량 값을 변화시킬 수 있다.The ratio of the crystalline structure 21 to the unit weight g of the carbon source 100 varies depending on the heat treatment temperature of the carbon source 100 and the ratio of the crystalline structure 21 to the carbon source 100 The capacitance can be varied by affecting the surface area.

보다 구체적으로, 상기 탄소원(100)의 열처리 온도가 낮을수록 비정질 구조(11)의 비율이 높아져 탄소원(100)의 비표면적이 증가되고, 상기 탄소원(100)의 열처리 온도가 높을수록 결정질 구조(21)의 비율이 높아져 탄소원(100)의 비표면적이 감소할 수 있다.More specifically, the lower the heat treatment temperature of the carbon source 100, the higher the proportion of the amorphous structure 11, thereby increasing the specific surface area of the carbon source 100, and the higher the heat treatment temperature of the carbon source 100, ) Is increased and the specific surface area of the carbon source (100) can be reduced.

상기 열처리 공정이 수행되는 시간은 반응조의 크기에 따라 달라질 수 있다.The time during which the heat treatment process is performed may vary depending on the size of the reaction tank.

상기 열처리는 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. 불활성 기체의 구체적인 예를 들면 헬륨, 아르곤, 질소 등일 수 있다. 상기 불활성 기체는 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 사용될 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The heat treatment may be performed in an inert gas atmosphere. Specific examples of the inert gas include helium, argon, nitrogen, and the like. The inert gas may be used including at least one of the above-mentioned examples, but the embodiment is not necessarily limited thereto.

실시예에 따르면, 상기 결정질 구조(21)는 전해질 이온(13)이 용이하게 흐를 수 있도록 전해질 이온(13)의 이동 통로 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 전기 저항이 낮아지는바 탄소원(100) 및 상기 탄소원(100)를 포함하여 형성되는 전기 화학 소자의 전기 전도도 및/또는 정전 용량이 향상될 수 있다.According to the embodiment, the crystalline structure 21 may serve as a path for moving the electrolyte ions 13 so that the electrolyte ions 13 can easily flow. As a result, the electrical conductivity and / or electrostatic capacity of the electrochemical device including the carbon source 100 and the carbon source 100 can be improved.

상기 탄소원(100)이 결정질 구조(21)를 포함하는지 여부는 X선 회절 분석법(X-ray diffraction, XRD)으로 확인할 수 있다. Whether or not the carbon source 100 includes the crystalline structure 21 can be confirmed by X-ray diffraction (XRD).

결정에 X선 조사 시 결정 일부에서 회절이 일어날 수 있는데, 그 회절각과 강도는 물질마다 고유한 것으로서 X선 회절을 이용하여 시료에 함유된 결정성 물질의 종류와 양에 관계되는 정보를 알 수 있다. 즉, X선 회절 분석법에 의하면 결정성 구조 물질의 구조에 관한 정보를 알 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, X선 회절 패턴에서 피크는 결정질 구조의 존재를 의미하고 피크 세기는 결정질 구조의 비율과 연관된다. 또한, X선 회절 패턴으로 비정질 구조의 비율도 알 수 있는데, 반치폭(half-width)의 너비가 비정질 구조의 비율과 연관된다.Diffraction can occur in a part of the crystal during X-ray irradiation, and its diffraction angle and intensity are unique to each substance. Using X-ray diffraction, information related to the kind and amount of the crystalline material contained in the sample can be obtained . That is, the X-ray diffraction analysis shows the information on the structure of the crystalline structure material. More specifically, in the X-ray diffraction pattern, the peak means the presence of a crystalline structure and the peak intensity is related to the proportion of the crystalline structure. In addition, the ratio of the amorphous structure in the X-ray diffraction pattern is also known, and the width of the half-width is related to the ratio of the amorphous structure.

따라서, X선 회절 패턴의 특정 위치에서 피크(Intensity)가 나타나면 결정질 구조가 포함되는 경우이고, 피크가 높게 나타날수록 결정질 구조가 많이 포함됨을 의미한다. 또한, X선 회절 패턴에서 반치폭이 넓을수록 탄소원에 비정질 구조가 많이 포함되는 경우이다.Therefore, when a peak appears at a specific position in the X-ray diffraction pattern, the crystalline structure is included, and when the peak appears higher, the crystal structure is more included. Further, in the X-ray diffraction pattern, the larger the half width is, the more the carbon source contains the amorphous structure.

상기 탄소원(100)은 비정질 구조(11)를 포함할 수 있다. 탄소원에 특정한 공정이 수행되지 않은 경우라도 상기 비정질 구조(11)는 탄소원(100) 내에 포함될 수 있다.The carbon source 100 may include an amorphous structure 11. The amorphous structure 11 may be included in the carbon source 100 even when a carbon source-specific process is not performed.

즉, 열처리 된 탄소원(100)은 결정질 구조(21) 및 비정질 구조(11)를 포함하는바, 탄소원(100)에는 결정질 구조(21)와 비정질 구조(11)가 혼재되어 존재할 수 있다.That is, the heat treated carbon source 100 includes the crystalline structure 21 and the amorphous structure 11, and the carbon source 100 may include the crystalline structure 21 and the amorphous structure 11 in a mixed state.

실시예에 따른 전극합제층 형성에 사용되는 전극 재료는 탄소원(100)을 포함하고, 상기 탄소원(100)은 복수 개의 기공(12)들을 포함할 수 있다. The electrode material used to form the electrode material mixture layer according to the embodiment includes a carbon source 100, and the carbon source 100 may include a plurality of pores 12.

실시예에 따른 탄소원(100)은 전술한 바와 같이 특정한 공정 없이도 비정질 구조(11)를 포함하는 것은 별론으로 하고, 상기 탄소원(100)은 후술하는 알칼리 활성화 처리에 의하여 복수 개의 기공(12)을 포함할 수 있다. The carbon source 100 according to the embodiment includes the amorphous structure 11 without a specific process as described above. The carbon source 100 includes a plurality of pores 12 by the alkali activation process can do.

열처리 된 탄소원을 700 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 알칼리를 포함하는 물질(활성화제)로 활성화 처리하며, 탄소원과 알칼리 포함 활성화제는 1:1.5 내지 1:4의 중량비로 혼합될 수 있다.The heat-treated carbon source is activated with a substance containing an alkali (activator) at a temperature of 700 ° C to 900 ° C, and the carbon source and the alkali-containing activator may be mixed at a weight ratio of 1: 1.5 to 1: 4.

상기 활성화 처리 단계에서는 탄소원(100)의 일부가 깨져 기공(12)이 형성될 수 있다. 또한, 활성화 처리에 의하여 상기 탄소원의 열처리 단계에서 형성된 결정질 구조(21)의 층간 거리가 벌어질 수 있다(d1에서 d2로 층간 거리 증가). 이에 따라, 상기 탄소원(100)의 비표면적이 증가할 수 있다.In the activation treatment step, a part of the carbon source 100 is broken and the pores 12 can be formed. Further, by the activation treatment, the interlayer distance of the crystalline structure 21 formed in the heat treatment step of the carbon source can be increased (the interlayer distance from d1 to d2 is increased). Accordingly, the specific surface area of the carbon source 100 may increase.

상기 기공(12)은 상기 탄소원(100)에 다공성을 부여하는 것으로 상기 기공(12)에 전해질 이온(13)이 삽입될 수 있다. The pores (12) impart porosity to the carbon source (100), and the electrolyte ions (13) can be inserted into the pores (12).

상기 기공(12)의 유무, 기공(12)의 지름(D) 길이 및 해당 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피 등은 탄소원(100)의 비표면적에 영향을 주는 요인이며, 자세한 내용은 후술한다. The presence or absence of the pores 12, the diameter D of the pores 12 and the volume of the pores 12 having the diameters D are factors affecting the specific surface area of the carbon source 100, Will be described later.

실시예에 따른 탄소원(100)은 다수의 기공(12)을 포함하는바, 탄소원에 복수 개의 기공(12)이 존재하는 경우 각각의 기공(12)마다 지름(D)의 길이는 동일하거나 또는 상이할 수 있다. The carbon source 100 according to the embodiment includes a plurality of pores 12. When the plurality of pores 12 exist in the carbon source, the length of the diameter D may be the same or different for each pore 12 can do.

일 실시예에 따르면 상기 탄소원(100)는 동일한 길이의 지름(D)을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 탄소원(100)는 상이한 길이의 지름(D)을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면 상기 탄소원(100)는 길이가 동일한 지름(D)을 갖는 기공(12)들과 길이가 상이한 지름(D)을 갖는 기공(12)들을 모두 포함할 수 있다.According to one embodiment, the carbon source 100 may include pores 12 having a diameter D of the same length. According to another embodiment, the carbon source 100 may include pores 12 having diameters D of different lengths. According to another embodiment, the carbon source 100 may include pores 12 having a diameter D that is different from the pores 12 having a diameter D having the same length.

한편, 탄소원(100)이 활성화 처리 되면 탄소원(100)에 기공(12)이 형성되는 것은 별론, 상기 결정질 구조(21)에 있어 002 방향으로의 결정 성장이 우세해질 수 있다. On the other hand, when the carbon source 100 is activated, pores 12 are formed in the carbon source 100. In contrast, in the crystalline structure 21, crystal growth in the 002 direction may be dominant.

한편, 상기 결정질 구조(21)에 있어 층간 거리(d)는 활성화 온도 및/또는 탄소원과 활성화제의 함량비로 조절될 수 있다. Meanwhile, in the crystalline structure 21, the inter-layer distance d can be controlled by the activation temperature and / or the ratio of the carbon source and the activator.

상기 탄소원과 활성화제의 중량비가 1:1.5 미만이면 탄소원을 충분히 활성화 하지 못하므로 전해질 이온(13) 삽입에 충분한 층간 거리를 가지는 결정질 구조(21)가 형성되지 못할 수 있다. 또한, 상기 탄소원과 활성화제의 중량비가 1:4를 초과하면 인접하는 결정층 사이의 거리가 멀어져, 결정층 간 반데르발스 힘이 작용할 수 없어 탄소원(100)가 결정성을 상실할 수 있다. 뿐만 아니라, 탄소원과 활성화제의 중량비가 전술한 범위를 벗어나면 특정 범위의 지름(D)을 갖는 기공(12) 비율을 조절하는 것이 어려울 수 있다. If the weight ratio of the carbon source to the activator is less than 1: 1.5, the carbon source can not be sufficiently activated, so that the crystalline structure 21 having a sufficient interlayer distance for the insertion of the electrolyte ions 13 may not be formed. If the weight ratio of the carbon source to the activator is more than 1: 4, the distance between the adjacent crystal layers may be distant, and the van der Waals force may not act between the crystal layers, so that the carbon source 100 may lose crystallinity. In addition, if the weight ratio of carbon source and activator is out of the above range, it may be difficult to control the pore 12 ratio with a specific range of diameters (D).

바람직하게는 상기 탄소원(100)과 활성화제는 1:1.5 내지 1:3의 중량비로 혼합될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 탄소원(100)과 활성화제는 1:1.7 내지 1:3의 중량비로 혼합될 수 있다.Preferably, the carbon source (100) and the activator may be mixed in a weight ratio of 1: 1.5 to 1: 3. More preferably, the carbon source (100) and the activator may be mixed in a weight ratio of 1: 1.7 to 1: 3.

또한, 활성화 처리 온도가 700 ℃ 미만이거나 900 ℃를 초과하면 특정 범위의 지름(D)을 갖는 기공(12) 비율을 조절하는 것이 어려워지는 문제가 있다.If the activation treatment temperature is lower than 700 占 폚 or exceeds 900 占 폚, it is difficult to control the ratio of the pores 12 having the diameter D within the specific range.

상기 활성화 처리 단계에서 사용되는 상기 알칼리 물질의 구체적인 예를 들면 리튬, 나트륨, 칼륨 등일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.Specific examples of the alkali substance used in the activation treatment step may include, but are not necessarily limited to, lithium, sodium, potassium, and the like.

상기 활성화 처리는 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 불활성 기체의 구체적인 예를 들면 헬륨, 아르곤, 질소 등 일 수 있고 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 불활성 기체로 사용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The activation treatment may be performed in an inert gas atmosphere. Specific examples of the inert gas include helium, argon, nitrogen, and the like, and may be used as an inert gas including at least one of the above-mentioned examples, but the present invention is not limited thereto.

상기 결정질 구조의 층간 거리(d)는 당 분야에 널리 알려진 방법에 의해 측정할 수 있고, 구체적인 예를 들면 X선 회절 분석법 또는 TEM 사진 등에 의할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The inter-layer distance (d) of the crystalline structure can be measured by a method well known in the art, and can be, for example, X-ray diffraction analysis or TEM photograph, but is not limited thereto.

상기 탄소원(100)은 구체적인 예를 들면 석유계 또는 석탄계 피치(Pitch), 생 코크스(그린 코크스), 칼시네이션(Calcination) 코크스 등의 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 탄소원(100)은 석유계 또는 석탄계 피치(Pitch) 활성탄일 수 있다. 그러나, 당 분야에 일반적으로 사용되는 것으로써 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 탄소원(100)의 종류가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The carbon source 100 may include a specific material such as petroleum or coal-based pitch, green coke, calcination coke, and the like. Preferably, the carbon source 100 may be a petroleum-based or coal-based pitch activated carbon. However, the type of the carbon source 100 is not limited thereto as long as it is generally used in the art and does not depart from the object of the present invention.

상기 복수 개의 기공(12)마다 지름(D)의 길이는 동일하거나 상이할 수 있다. The lengths of the diameters D may be the same or different for each of the plurality of pores 12.

본 명세서에서 기공(12)의 지름(D)이란 기공(12) 측벽의 어느 한 점을 잡아 대향하는 다른 측벽으로 수직 선을 그었을 때 당해 수직 선의 길이를 의미하고, 수직 선의 길이가 다양할 경우 그 길이 값의 평균 값을 의미한다.In the present specification, the diameter D of the pores 12 refers to the length of the vertical line when a vertical line is drawn on another side wall that is opposed to a point on the sidewall of the pore 12, Means the average value of length values.

일 실시예에 따르면 상기 탄소원(100)는 동일한 길이의 지름(D)을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 탄소원(100)는 상이한 길이의 지름(D)을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면 상기 탄소원(100)는 길이가 동일한 지름(D)을 갖는 기공(12)들과 길이가 상이한 지름(D)을 갖는 기공(12)들을 모두 포함할 수 있다.According to one embodiment, the carbon source 100 may include pores 12 having a diameter D of the same length. According to another embodiment, the carbon source 100 may include pores 12 having diameters D of different lengths. According to another embodiment, the carbon source 100 may include pores 12 having a diameter D that is different from the pores 12 having a diameter D having the same length.

실시예의 전기 화학 소자에서 상기 기공(12)에 전해질 이온(13)이 삽입되는바, 전해질 이온(13)의 크기를 고려하여 상기 기공(12)의 지름(D) 및/또는 당해 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피를 조절하여 전기 화학 소자의 정전 용량을 향상시킬 수 있다.The electrolytic ions 13 are inserted into the pores 12 in the electrochemical device of the embodiment so that the diameter D and / or the diameter D of the pores 12 can be controlled in consideration of the size of the electrolyte ions 13. [ The electrostatic capacity of the electrochemical device can be improved by controlling the volume of the pores 12 having the holes.

따라서, 상기 복수 개의 기공(12)들은 지름(D)이 0.5 nm 이상 2 nm 미만인 기공을 포함할 수 있다. 일 실시예로는 상기 복수 개의 기공(12)들의 지름(D)은 0.5 nm 이상 1.1 nm 이하일 수 있다. 또한, 다른 실시예로는 상기 복수 개의 기공(12)들의 지름(D)은 0.8 nm 이상 1.2 nm 이하일 수 있다.Accordingly, the plurality of pores 12 may include pores having a diameter D of 0.5 nm or more and less than 2 nm. In one embodiment, the diameter D of the plurality of pores 12 may be 0.5 nm or more and 1.1 nm or less. In another embodiment, the diameter D of the plurality of pores 12 may be 0.8 nm or more and 1.2 nm or less.

상기 기공(12)의 지름(D) 및 해당 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피는 BET 측정법에 의해 측정할 수 있으나, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The volume (D) of the pores (12) and the volume of the pores (12) having the diameter (D) can be measured by a BET measurement method, but the present invention is not limited thereto .

일 실시예로, 상기 탄소원(100)의 평균 입자 크기(D50)은 6 ㎛ 이상 8 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 탄소원(100)의 평균 입자 크기가 6 ㎛ 내지 8 ㎛ 범위 내이면 상기 탄소원(100)을 포함하는 전극 재료의 베이스 기판 상에 도포 공정이 용이할 수 있다.In one embodiment, the carbon source 100 may have an average particle size (D50) of 6 mu m or more and 8 mu m or less. If the average particle size of the carbon source 100 is in the range of 6 탆 to 8 탆, the coating process can be easily performed on the base substrate of the electrode material containing the carbon source 100.

한편, 탭 밀도(Tapping density)는 정전 용량에 영향을 줄 수 있다. 구체적으로, 탭 밀도가 너무 크면 정전 용량이 감소하는 문제가 있고, 탭 밀도가 너무 작으면 에너지 저장 특성이 저하될 수 있다. On the other hand, the tapping density can affect the capacitance. Specifically, if the tap density is too large, there is a problem of decreasing the capacitance, and if the tap density is too small, the energy storage characteristic may be deteriorated.

일 실시예로, 상기 탄소원(100)의 탭 밀도는 0.3 g/cm3 내지 0.65 g/cm3 일 수 있다. 탭 밀도가 전술한 범위 내의 값이면 탄소원(100)의 정전 용량이 증가하므로 바람직하다.In one embodiment, the tap density of the carbon source 100 is 0.3 g / cm < 3 > To 0.65 g / cm < 3 >. If the tap density is within the above-mentioned range, the capacitance of the carbon source 100 increases, which is preferable.

상기 탄소원(100)과 알칼리 포함 활성화제를 혼합하여 활성화 처리한 후에는 알칼리를 포함하는 물질의 제거를 위하여 중화 공정을 거칠 수 있다. 중화 공정에 사용되는 중화제의 구체적인 예를 들면 염산, 질산 등일 수 있다.After the carbon source (100) and the alkali-containing activator are mixed and activated, neutralization may be performed to remove the alkali-containing material. Specific examples of the neutralizing agent used in the neutralization step may be hydrochloric acid, nitric acid, and the like.

이어서, 중화 처리된 결과물은 세정 공정을 거칠 수 있다. Subsequently, the neutralized product may undergo a cleaning process.

상기 탄소원(100)의 제조 방법은 당 분야에 널리 알려진 것으로 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면, 필요에 따라 해당 공정을 더 포함할 수 있다. The method for producing the carbon source 100 is well known in the art and may be further included in the process as long as it does not deviate from the object of the present invention.

도 3은 일 실시예의 전기 화학 소자를 개략적으로 도시한 도면이다. 3 is a view schematically showing an electrochemical device of one embodiment.

상기 전기 화학 소자(100)는 전기 에너지와 화학 에너지 상호 변환이 가능한 것으로써 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적인 예를 들면 상기 전기 화학 소자(100)는 슈퍼 캐패시터, 이차 전지 등 일 수 있다. 이하에서는 상기 전기 화학 소자(100)로 슈퍼 캐패시터를 예로 든 도 3을 참조하여 설명한다.The electrochemical device 100 is capable of converting electrical energy and chemical energy, and is not particularly limited as long as it does not deviate from the object of the present invention. For example, the electrochemical device 100 may be a super capacitor, a secondary battery, or the like. Hereinafter, the electrochemical device 100 will be described with reference to FIG. 3 showing a supercapacitor as an example.

실시예의 전기 화학 소자(10)는 제1 전극(2), 상기 제1 전극(2)에 이격하여 배치되는 제2 전극(4), 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 사이에 배치되는 분리막(3)을 포함 할 수 있다. 한편, 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)의 단자는 조합된 형태일 수 있다.The electrochemical device 10 of the embodiment includes a first electrode 2, a second electrode 4 disposed apart from the first electrode 2, a first electrode 2 and a second electrode 4, And a separation membrane (3) disposed between the two. The terminals of the first electrode 2 and the second electrode 4 may be combined.

또한, 상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4)은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판의 적어도 일 면에 배치된 전극합제층을 포함 할 수 있다. 즉, 상기 제1 전극(2)은 제1 베이스 기판 및 상기 제1 베이스 기판의 적어도 일 면에 배치된 제1 전극합제층을 포함하고, 상기 제2 전극(4)은 제2 베이스 기판 및 상기 제2 베이스 기판의 적어도 일 면에 배치된 제2 전극합제층을 포함하며, 상기 전극합제층은 전술한 실시예의 전극 재료로 형성될 수 있다.The first electrode 2 and the second electrode 4 may include a base substrate and an electrode mixture layer disposed on at least one side of the base substrate. That is, the first electrode 2 includes a first base substrate and a first electrode mixture layer disposed on at least one surface of the first base substrate, the second electrode 4 includes a second base substrate, And a second electrode material mixture layer disposed on at least one side of the second base substrate, and the electrode material mixture layer may be formed of the electrode material of the above-described embodiment.

실시예의 전기 화학 소자(10)는 제1 전극(2), 제2 전극(4) 및 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 사이에 배치되는 분리막(3)을 포함한다.The electrochemical device 10 of the embodiment includes a first electrode 2, a second electrode 4 and a separator 3 disposed between the first electrode 2 and the second electrode 4.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2)은 양극일 수 있고, 상기 제2 전극(4)은 음극일 수 있으며, 이하에서는 이를 전제하고 실시예의 전기 화학 소자에 관해 설명한다.According to one embodiment, the first electrode 2 may be an anode, and the second electrode 4 may be a cathode. Hereinafter, the electrochemical device of the embodiment will be described.

상기 분리막(3)은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 사이에 배치된다. 구체적으로, 상기 분리막(3)은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)과 접촉하며 배치될 수 있다. 상기 분리막(3)의 일면 및 타면은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)과 직접 접촉하며 배치될 수 있다.The separation membrane (3) is disposed between the first electrode (2) and the second electrode (4). Specifically, the separation membrane 3 may be disposed in contact with the first electrode 2 and the second electrode 4. One surface and the other surface of the separation membrane 3 may be disposed in direct contact with the first electrode 2 and the second electrode 4.

상기 제1 전극(2), 제2 전극(4) 및 분리막(3)은 전해액에 함침될 수 있다.The first electrode 2, the second electrode 4, and the separator 3 may be impregnated with an electrolytic solution.

일 실시예에 따르면, 상기 전해액은 비수계 전해액일 수 있다. According to one embodiment, the electrolytic solution may be a non-aqueous electrolytic solution.

보다 구체적으로, 비수계 전해액이 사용되는 경우 전해질 양이온은 TEA+, TEMA+, Li+, EMIM+ 및 Na+ 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 또한, 전해질 음이온은 BF4 -, PF6 -, TFSI- 및 FSI- 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다. More specifically, when a non-aqueous liquid electrolyte is used, the electrolyte cation may be at least one selected from the group consisting of TEA + , TEMA + , Li + , EMIM +, and Na + . Also, the electrolyte anion may be at least one selected from the group consisting of BF 4 - , PF 6 - , TFSI - and FSI - .

구체적으로는, 상기 전해액에 포함되는 전해질 양이온은 TEA+을 포함하고, 상기 전해액에 포함되는 전해질 음이온은 BF4 - 를 포함하는 것이 바람직 할 수 있다.Specifically, it is preferable that the electrolyte cation included in the electrolytic solution includes TEA + , and the electrolyte anion included in the electrolytic solution includes BF 4 - .

또한, 전해액 용매는 유기성 전해액이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로 상기 유기성 전해액은 ACN, PC, GBL, DMK 등일 수 있다. As the electrolyte solvent, an organic electrolytic solution may be used. More specifically, the organic electrolytic solution may be ACN, PC, GBL, DMK, or the like.

상기 전해액의 농도는 용매와 전해질 이온(13)의 종류마다 상이할 수 있다.The concentration of the electrolytic solution may be different depending on the kind of the solvent and the electrolyte ion 13.

필요에 따라, 상기 전기 화학 소자(10)는 2 이상의 분리막을 포함할 수 있다. If necessary, the electrochemical device 10 may include two or more separation membranes.

일 실시예에 따르면, 상기 전기 화학 소자(10)가 복수의 분리막을 포함하는 경우, 제1 전극(2)과 제2 전극(4) 사이에 배치되는 분리막(3) 이외의 분리막(1)은 상기 제1 전극(2)의 상부에 배치될 수 있다.According to one embodiment, when the electrochemical device 10 includes a plurality of separators, the separator 1 other than the separator 3 disposed between the first and second electrodes 2 and 4 May be disposed on the first electrode (2).

상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4)은 탄소원(100)을 포함하는 전극 재료로 형성된 전극합제층을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 베이스 기판 및 상기 베이스 기판의 적어도 일 면에 상기 전극 재료가 도포된 전극합제층이 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)에 포함될 수 있다.The first electrode 2 and the second electrode 4 may include an electrode mixture layer formed of an electrode material including a carbon source 100. More specifically, the electrode assembly layer coated with the electrode material on at least one surface of the base substrate and the base substrate may be included in the first electrode 2 and the second electrode 4.

상기 베이스 기판은 구체적인 예를 들면 금속 호일(알루미늄 호일) 등 일 수 있다.The base substrate may be a metal foil (aluminum foil) or the like.

상기 전극합제층은 전술한 실시예의 전극 재료로 형성될 수 있다.The electrode mixture layer may be formed of the electrode material of the above-described embodiment.

즉, 실시예에 따른 전극합제층은 탄소원(100)을 포함하고, 상기 탄소원(100)은 결정질 구조(21) 및 비정질 구조(11)를 포함하며, 상기 탄소원(100)은 복수 개의 기공(12)을 포함할 수 있다.That is, the electrode mixture layer according to the embodiment includes a carbon source 100, the carbon source 100 includes a crystalline structure 21 and an amorphous structure 11, and the carbon source 100 has a plurality of pores 12 ).

이 때, 상기 제1 전극합제층에 포함되는 상기 복수 개의 기공(12)과 상기 제2 전극합제층에 포함되는 상기 복수 개의 기공(12)에 있어 일정한 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피는 서로 상이하게 구현될 수 있다.At this time, in the plurality of pores 12 included in the first electrode material mixture layer and the plurality of pores 12 included in the second electrode material mixture layer, pores 12 having a constant diameter D The volumes may be implemented differently.

도 4는 일 실시예에 따라 전해질 이온이 전극합제층의 기공에 삽입된 것을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 일 실시예에 따라 일정한 지름을 갖는 기공의 부피가 서로 상이한 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 전기 화학 소자를 개략적으로 도시한 도면인바, 이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다.FIG. 4 is a schematic view illustrating that electrolyte ions are inserted into pores of an electrode mixture layer according to an embodiment. FIG. 5 is a cross-sectional view of a first electrode and a second electrode having different diameters of pores having a predetermined diameter, 2 is a diagram schematically showing an electrochemical device including two electrodes. Hereinafter, the electrochemical device will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.

전기 화학 소자 특히 슈퍼 캐패시터에 있어 집전체를 통하여 전류가 흐르면 전극합제층이 전하를 띄게 되고, 전해질 이온(13)은 당해 이온의 전하와 반대되는 전하를 띄는 전극으로 이동하여 각 전극의 계면에서 전기 이중층을 형성한다. 구체적인 예를 들면 음이온은 양극의 계면으로 이동하고 양이온은 음극의 계면으로 이동하며, 전해질 이온(13)들은 각 전극의 전극합제층에 존재하는 탄소원의 기공에 위치할 수 있다(도 4 참조).When an electric current flows through a current collector in an electrochemical device, particularly, a super capacitor, the electrode mixture layer becomes charged, and the electrolyte ion 13 moves to an electrode having a charge opposite to the charge of the ion, To form a bilayer. For example, the anions move to the interface of the anode, the cations move to the interface of the cathode, and the electrolyte ions 13 may be located in the pores of the carbon source present in the electrode mix layer of each electrode (see FIG. 4).

그러나, 양이온의 크기가 음이온의 크기에 비하여 크도록 전해질 이온(13)이 구성되는바, 양극 및 음극에 있어 각 이온의 크기에 따라 요구되는 기공의 지름(D) 및/또는 당해 기공의 지름(D)을 갖는 기공의 부피가 상이할 수 있다(도 5 참조). However, since the electrolyte ion 13 is formed so that the size of the cation is larger than the size of the anion, the diameter (D) of the pore and / or the diameter of the pore D) may differ (see Fig. 5).

보다 구체적으로 설명하면, 상대적으로 크기가 큰 양이온이 위치하는 상기 제2 전극합제층 기공(12)의 지름(D)이 상대적으로 크기가 작은 음이온이 위치하는 상기 제1 전극합제층 기공(12)의 지름(D)에 비해 클 수 있다. More specifically, the first electrode material mixture layer pores 12 in which the anions having a relatively small diameter D of the second electrode material mixture pores 12, in which relatively large cations are located, (D).

또한, 제1 전극합제층 및 제2 전극합제층에 존재하는 복수 개의 기공(12)들은 다양한 길이의 지름(D)을 가질 수 있고, 당해 지름(D)을 갖는 기공이 제1 전극합제층 및 제2 전극합제층 각각에 모두 존재하는 경우라면, 제1 전극합제층은 제2 전극합제층에 비하여 지름(D)이 큰 기공(12)의 부피가 더 작도록 구성될 수 있다.The plurality of pores 12 present in the first electrode compound mixture layer and the second electrode compound mixture layer may have diameters D of various lengths and the pores having the diameters D may be formed in the first electrode compound mixture layer and / The first electrode material mixture layer may be configured such that the volume of the pores 12 having a larger diameter D is smaller than that of the second electrode material mixture layer.

본 명세서에서 기공(12)의 부피란 전극합제층 단위 질량당 기공(12)의 부피[cm3/g]를 의미한다.In this specification, the volume of the pores 12 means the volume [cm 3 / g] of the pores 12 per unit mass of the electrode material mixture layer.

즉, 일 실시예에 따라, 제1 전극(2)이 양극이고 제2 전극(4)이 음극이면 상기 제1 전극합제층에 포함되는 상기 복수 개의 기공(12)과 상기 제2 전극합제층에 포함되는 상기 복수 개의 기공(12)에 있어 일정한 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피는 서로 상이할 수 있다. 이에 따라, 각 전극에 삽입되는 이온의 크기가 고려된 지름(D)을 갖는 기공(12)들이 전극에 각각 형성되어 있는바 비표면적이 증가되어 높은 정전 용량 값을 가질 수 있다.That is, according to one embodiment, when the first electrode 2 is an anode and the second electrode 4 is a cathode, the plurality of pores 12 included in the first electrode material mixture layer and the second electrode material mixture layer The volume of the pores 12 having a constant diameter D in the plurality of pores 12 included may differ from each other. Accordingly, the pores 12 having the diameter D considering the size of the ions inserted into the respective electrodes are formed on the electrodes, respectively, so that the specific surface area can be increased to have a high capacitance value.

실시예의 전기 화학 소자에서, 상기 복수 개의 기공(12) 중 일정 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피는 전극 재료의 제조 공정에서 조절될 수 있다. 보다 구체적으로, 탄소원(100)의 알칼리 활성화 처리 온도, 전극 재료에 포함되는 물질의 종류 또는 각 물질의 비율 등을 조절함으로써 기공(12) 중 일정 지름(D)이 갖는 기공(12)의 부피가 조절될 수 있다.In the electrochemical device of the embodiment, the volume of the pores 12 having a certain diameter D among the plurality of pores 12 can be adjusted in the manufacturing process of the electrode material. More specifically, by controlling the alkali activation treatment temperature of the carbon source 100, the kind of the substance contained in the electrode material, or the ratio of each substance, the volume of the pores 12 of the predetermined diameter D in the pores 12 Lt; / RTI >

따라서, 동일한 종류의 활성탄을 탄소원(100)으로 하여 제1 전극(2) 및 제2 전극(4)을 형성하는 경우라도 각 전극의 전극 재료 형성 시 특정 조건을 달리 하여 일정 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피를 달리 할 수 있다.Therefore, even when the first electrode 2 and the second electrode 4 are formed by using the same kind of activated carbon as the carbon source 100, the electrode material of each electrode is formed with a certain diameter D The volume of the pores 12 may be different.

기공(12)의 지름(D)은 특정한 값으로 정해져 변하지 않는 것이 아니라 탄소원(100)의 종류 및 전극 재료 제조 공정 조건에 따라 일정 범위 내에서 변화할 수 있는 값이다. 이에, 상기 기공(12)의 지름(D) 값들은 일정한 범위 내에서 존재할 수 있으므로 본 명세서에서 기공(12)이 갖는 지름(D)의 최빈값(mode)이란 상기 기공(12)의 지름(D) 중 가장 많은 경우의 수로 측정되는 지름(D) 값을 의미한다. The diameter D of the pores 12 is a value that can be varied within a certain range according to the kind of the carbon source 100 and the manufacturing conditions of the electrode material. The mode D of the pore 12 has a diameter D of the pore 12 because the diameters D of the pores 12 may exist within a certain range. (D), which is measured as the number of the largest number of cases.

상기 제1 전극합제층의 기공 지름(D)의 최빈값(mode)은 상기 제2 전극합제층의 기공 지름(D)의 최빈값(mode)보다 작을 수 있다. The mode mode of the pore diameter D of the first electrode material mixture layer may be smaller than the mode mode of the pore diameter D of the second electrode material mixture layer.

또한, 상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 각각 독립적으로 0.5 nm 이상 1.2 nm 이하일 수 있다.The modes of the pore diameters of the first electrode material mixture layer and the second electrode material mixture layer may independently be 0.5 nm or more and 1.2 nm or less.

보다 구체적으로, 상기 제1 전극합제층 기공 지름(D)의 최빈값(mode)은 0.5 nm 이상 1.1 nm 이하이고 제2 전극합제층 기공 지름(D)의 최빈값(mode)은 0.8 nm 이상 1.2 nm 이하일 수 있다. More specifically, a mode mode of the first electrode material mixture pore diameter D is 0.5 nm or more and 1.1 nm or less and a mode mode of the second electrode material mixture pore diameter D is 0.8 nm or more and 1.2 nm or less .

이 경우 기공(12)의 지름(D)이 각 전극에 삽입되는 전해질 이온(13)의 크기에 적합하도록 형성되어 있으므로 높은 정전 용량 확보에 따라 고 에너지 밀도의 전기 화학 소자를 구현할 수 있는바 바람직하다.In this case, since the diameter D of the pores 12 is formed to fit the size of the electrolyte ions 13 inserted into the respective electrodes, it is preferable that an electrochemical device having a high energy density can be realized by securing a high capacitance .

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층에 포함되는 상기 복수 개의 기공(12) 중 상기 지름(D)이 0.5 nm 이상 0.8 nm 미만인 기공(12)의 부피는 상기 전극합제층 전체 기공 부피의 30 % 이상 40 % 미만이고, 지름(D)이 0.8 nm 이상 1.1 nm 미만인 기공(12)의 부피는 상기 전극합제층 전체 기공 부피의 15 % 이상 25 % 미만일 수 있다. 이 경우 기공(12)의 지름 및 이에 대한 기공(12)의 부피를 조절함에 따른 정전 용량 향상 효과가 극대화될 수 있는바 바람직하다.According to an embodiment, the volume of the pores 12 having the diameter D of 0.5 nm or more and less than 0.8 nm among the plurality of pores 12 included in the first electrode material mixture layer may be larger than the total pore volume of the electrode material mixture layer , The volume of pores (12) having a diameter (D) of 0.8 nm or more and less than 1.1 nm may be 15% or more and less than 25% of the total pore volume of the electrode material mixture layer. In this case, the effect of improving the capacitance due to the diameter of the pores 12 and the volume of the pores 12 may be maximized.

다른 실시예에 따르면, 상기 제2 전극합제층에 포함되는 상기 복수 개의 기공(12) 중 상기 지름(D)이 0.5 nm 이상 0.8 nm 미만인 기공(12)의 부피는 상기 전극합제층 전체 기공 부피의 20 % 이상 30 % 미만이고, 상기 지름(D)이 0.8 nm 이상 1.1 nm 미만인 기공(12)의 부피는 상기 전극합제층 전체 기공 부피의 35 % 이상 45 % 미만일 수 있다. 이 경우 기공(12)의 지름 및 이에 대한 기공(12)의 부피를 조절함에 따른 정전 용량 향상 효과가 극대화될 수 있는바 바람직하다.According to another embodiment, the volume of the pores 12 having a diameter (D) of 0.5 nm or more and less than 0.8 nm among the plurality of pores 12 included in the second electrode compound mixture layer may be larger than a volume , The volume of the pores (12) having a diameter (D) of 0.8 nm or more and less than 1.1 nm may be 35% or more and less than 45% of the total pore volume of the electrode material mixture layer. In this case, the effect of improving the capacitance due to the diameter of the pores 12 and the volume of the pores 12 may be maximized.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층 중 적어도 하나는 상기 베이스 기판(8)에의 인접 영역으로부터 상기 전극합제층의 두께 방향을 따라 멀어질수록 상기 복수 개의 기공(12)이 갖는 지름(D)의 최빈값(mode)이 증가할 수 있다. 이에 따라 상기 전극합제층에 있어 상기 베이스 기판(8)에서 멀어질수록 전극합제층이 띄는 전하량이 작아져 기공에 이온이 삽입되기 어려운 문제를 방지할 수 있어 바람직하다.According to an embodiment, at least one of the first electrode mix layer and the second electrode mix layer is formed so that the distance from the adjacent region to the base substrate 8 along the thickness direction of the electrode mix layer, The mode (D) of the diameter (D) of the electrode (12) may increase. Accordingly, as the distance from the base substrate 8 to the electrode assembly layer decreases, the amount of charge of the electrode assembly layer becomes smaller, which makes it difficult to insert ions into the pores.

상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층에 포함되는 기공(12)의 지름(D) 및 일정 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피를 전술한 바와 같이 구현하는 경우, 상기 탄소원(100)의 비표면적은 400 m2/g 이상 1200 m2/g 이하 일 수 있다. 상기 탄소원(100)의 기공의 비표면적이 전술한 범위 내이면 결정질 구조(21)의 결정 격자 사이 또는 비정질 구조(11)의 기공(12)에 전해질 이온(13)의 유입이 용이하여 정전 용량이 현저히 향상될 수 있다. 즉, 탄소원(100)의 비표면적이 400 m2/g 미만이면 전해질 이온(13)보다 기공(12)의 지름(D)이 작아 전해질 이온(13)이 삽입되지 못할 수 있다. 또한, 탄소원(100)의 비표면적이 1000 m2/g를 초과하면 정전 용량이 감소할 수 있다.When the volume of the pores 12 having the diameter D and the predetermined diameter D of the pores 12 included in the first electrode material mixture layer and the second electrode material mixture layer is realized as described above, (100) may have a specific surface area of 400 m 2 / g or more and 1200 m 2 / g or less. When the specific surface area of the pores of the carbon source 100 is within the above range, the electrolyte ions 13 can easily flow into the crystal lattice of the crystalline structure 21 or into the pores 12 of the amorphous structure 11, Can be significantly improved. That is, if the specific surface area of the carbon source 100 is less than 400 m 2 / g, the diameter D of the pores 12 is smaller than the electrolyte ions 13, so that the electrolyte ions 13 may not be inserted. Further, when the specific surface area of the carbon source (100) exceeds 1000 m 2 / g, the capacitance may decrease.

비표면적은 BET 측정법에 의해 측정할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The specific surface area can be measured by a BET measurement method, but is not limited thereto.

일 실시예에 따르면 상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4) 중 적어도 하나의 전극은 베이스 기판(8) 상에서, 전술한 탄소원(100)를 포함하는 전극 재료가 롤링으로 압연되어 형성된 것일 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4) 중 적어도 하나의 전극은 상기 전극 재료가 압연되어 형성된 전극합제층을 포함할 수 있다.According to an embodiment, at least one of the first electrode 2 and the second electrode 4 is formed on the base substrate 8 by rolling the electrode material including the carbon source 100 described above . In other words, at least one of the first electrode 2 and the second electrode 4 may include an electrode mixture layer formed by rolling the electrode material.

다른 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2) 및/또는 제2 전극(4)은 상기 탄소원(100)를 포함하는 전극 재료가 베이스 기판(8) 상에 코팅되거나 또는 되거나 전극 재료를 시트 상태로 만들어 베이스 기판(8)에 붙여서 형성된 것일 수 있다.According to another embodiment, the first electrode 2 and / or the second electrode 4 may be formed such that the electrode material including the carbon source 100 is coated on the base substrate 8, or alternatively, And attached to the base substrate 8.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2) 및/또는 제2 전극(4)은 상기 전극 형성용 물질을 시트 상태로 만들어 베이스 기판(8)에 붙인 후 건조하여 형성된 것일 수 있으나, 본 발명이 반드시 그 실시예 들에 제한되는 것은 아니다.According to another embodiment, the first electrode 2 and / or the second electrode 4 may be formed by forming the electrode forming material into a sheet state and attaching the electrode forming material to the base substrate 8, followed by drying. However, The invention is not necessarily limited to those embodiments.

실시예에 따른 전극 재료는 총 100 중량%에 대하여 상기 탄소원(100)을 10 중량% 이상 95 중량% 이하로 포함할 수 있다.The electrode material according to an embodiment may include the carbon source (100) in an amount of 10% by weight or more and 95% by weight or less based on 100% by weight of the total.

한편, 실시예에 따른 전극 재료는 상기 탄소원(100) 외에 바인더, 도전재를 포함하고, 선택적으로 용매를 더 포함할 수 있다. 또한, 각 성분은 혼합 후 슬러리 형태로 전기 화학 소자(10)에 적용될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.Meanwhile, the electrode material according to the embodiment includes a binder and a conductive material in addition to the carbon source 100, and may further include a solvent. In addition, each component may be applied to the electrochemical device 10 in the form of a slurry after mixing, but is not limited thereto.

상기 바인더는 전극 재료에 접착성을 부여한다. 상기 바인더의 구체적인 예를 들면 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리비닐알콜(PVA) 등일 수 있다. 상기 바인더는 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 사용될 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.  The binder imparts adhesion to the electrode material. Specific examples of the binder include carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinyl pyrrolidone (PVP), styrene-butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE) And polyvinyl alcohol (PVA). The binder may be used including at least one of the above-mentioned examples, but the embodiment is not necessarily limited thereto.

일 실시예에 따르면, 상기 바인더는 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 1 내지 45 중량%로 포함될 수 있다.According to one embodiment, the binder may be included in an amount of 1 to 45% by weight based on 100% by weight of the electrode material.

상기 도전재는 전극 재료에 전도성을 부여 한다. 상기 도전재의 구체적인 예를 들면 카본 블랙(carbon black), 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF) 등일 수 있다. 상기 도전재는 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 사용될 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The conductive material imparts conductivity to the electrode material. Specific examples of the conductive material include carbon black, graphene, carbon nanotube (CNT), carbon nanofiber (CNF), and the like. The conductive material may be used including at least one of the above-mentioned examples, but the embodiment is not necessarily limited thereto.

일 실시예에 따르면, 상기 도전재는 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 1 내지 45 중량%로 포함될 수 있다.According to one embodiment, the conductive material may be included in an amount of 1 to 45% by weight based on 100% by weight of the electrode material.

필요에 따라, 상기 전극 재료는 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매의 구체적인 예를 들면 물 또는 유기 용매 등일 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. If necessary, the electrode material may further include a solvent. Specific examples of the solvent may be water or an organic solvent, but the examples are not necessarily limited thereto.

일 실시예에 따르면, 상기 용매는 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 10 내지 97 중량%로 포함될 수 있다.According to one embodiment, the solvent may be included in an amount of 10 to 97% by weight based on 100% by weight of the total electrode material.

상기 베이스 기판(8)은 전도성 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 전도성 물질의 구체적인 예를 들면 금속 등일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 금속은 구리, 알루미늄 등 일 수 있으나 본 발명이 반드시 그 실시예들에 제한되는 것은 아니다.The base substrate 8 may be formed of a conductive material. Specific examples of the conductive material may be a metal or the like. More specifically, the metal may be copper, aluminum, or the like, but the present invention is not necessarily limited to the embodiments.

상기 베이스 기판(8)은 박막 형상일 수 있다.The base substrate 8 may be in the form of a thin film.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 각각에 리드선(6, 7)이 부착될 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(2), 제2 전극(4) 및 그 사이에 배치된 분리막(3)은 덮개(5) 내에 배치된 구조일 수 있다.According to one embodiment, lead wires 6 and 7 may be attached to the first electrode 2 and the second electrode 4, respectively. In addition, the first electrode 2, the second electrode 4, and the separator 3 disposed therebetween may be arranged in the lid 5.

일 실시예에 따르면, 상기 덮개(5)는 전도성 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 상기 전도성 물질은 금속 등을 포함할 수 있다. 상기 금속의 구체적인 예를 들면 알루미늄 등 일 수 있다.According to one embodiment, the lid 5 may be formed of a conductive material. The conductive material may include a metal or the like. Specific examples of the metal include aluminum and the like.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통해서, 본 발명에 따른 작용과 효과를 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the functions and effects according to the present invention will be described in more detail through specific examples and comparative examples.

실시예Example

NCC(Naphta Cracking Center) 공정에서 나오는 잔사 오일을 350 ℃의 온도에서 열처리하여 분자량 1000 내지 2500 범위의 고체상태 피치(pitch)로 만들어 탄소원으로 사용하였다.The residue oil from the NCC (Naphta Cracking Center) process was heat treated at a temperature of 350 ° C to obtain a solid state pitch in a molecular weight range of 1000 to 2500 and used as a carbon source.

(탄소원 1)(Carbon source 1)

전술한 방법으로 제조된 탄소원 1을 아르곤 분위기 하에서 750 ℃의 온도로 1 시간동안 60 Φ * 120 cm의 핫스팟에서 열처리하였다.The carbon source 1 prepared by the above-mentioned method was heat-treated at a hot spot of 60 Φ * 120 cm for 1 hour at a temperature of 750 ° C. under an argon atmosphere.

이어서, 아르곤 분위기 하에서 750 ℃에서 2 시간 동안 탄소원 1과 KOH 활성화제의 함량비를 1:3으로 하여 탄소원 1을 활성화 처리 하였다. Subsequently, carbon source 1 was activated by setting the content ratio of carbon source 1 and KOH activator to 1: 3 at 750 ° C for 2 hours in an argon atmosphere.

수득된 활성탄의 기공을 BET 측정법에 의하여 분석한 결과, 기공 지름이 0.5 nm 이상 0.8 nm 미만인 기공의 부피는 전극합제층 전체 기공 부피에 대하여 35 %이었고, 기공 지름이 0.8 nm 이상 1.1 nm 미만인 기공의 부피는 전극합제층 전체 기공 부피에 대하여 20 %인 것으로 확인되었다.As a result of analyzing the pores of the obtained activated carbon by the BET measurement method, it was found that the volume of the pores having a pore diameter of 0.5 nm or more and less than 0.8 nm was 35% of the total pore volume of the electrode material mixture layer and the pore diameter was 0.8 nm or more and less than 1.1 nm The volume was found to be 20% of the total pore volume of the electrode mix layer.

상기 탄소원 1 90 중량%, 바인더 5 중량%, 도전재 5 중량%를 혼합하여 전극 재료를 제조한 후, 알루미늄 호일의 베이스 기판 상에 롤러로 전극 재료를 압착하여 시트 상태로 만든 후 건조하여 양극을 제조하였다.An electrode material was prepared by mixing the above carbon source 1 90 wt%, the binder 5 wt%, and the conductive material 5 wt%, and then the electrode material was pressed onto the base substrate of the aluminum foil by a roller to form a sheet, .

(탄소원 2)(Carbon source 2)

한편, 전술한 방법으로 제조된 탄소원 2를 아르곤 분위기 하에서 750 ℃의 온도로 1 시간동안 60 Φ * 120 cm의 핫스팟에서 열처리하였다.On the other hand, the carbon source 2 prepared by the above-mentioned method was heat-treated at a hot spot of 60 Φ * 120 cm for 1 hour at 750 ° C. under argon atmosphere.

열처리된 탄소원 2를 아르곤 분위기 하에서 800 ℃에서 1 시간 동안 탄소원 2와 KOH 활성화제의 함량비를 1:3으로 하여 탄소원 2를 활성화 처리 하였다. 수득된 탄소원 2의 기공을 BET 측정법에 의하여 분석한 결과, 기공 지름이 0.5 nm 이상 0.8 nm 미만인 기공의 부피는 전극합제층 전체 기공 부피에 대하여 25 %이었고, 기공 지름이 0.8 nm 이상 1.1 nm 미만인 기공의 부피는 전극합제층 전체 기공 부피에 대하여 40 %인 것으로 확인되었다.The heat-treated carbon source 2 was activated at a temperature of 800 ° C under an argon atmosphere for 1 hour by adjusting the content ratio of carbon source 2 and KOH activator to 1: 3. As a result of analyzing the pores of the obtained carbon source 2 by the BET measurement method, it was found that the volume of the pores having a pore diameter of 0.5 nm or more and less than 0.8 nm was 25% with respect to the total pore volume of the electrode material mixture layer and the pore diameter was 0.8 nm or more and less than 1.1 nm Was found to be 40% of the total pore volume of the electrode material mixture layer.

상기 탄소원 2 90 중량%, 바인더 5 중량%, 도전재 5 중량%를 혼합하여 전극 재료를 제조한 후, 알루미늄 호일의 베이스 기판 상에 롤러로 전극 재료를 압착하여 시트 상태로 만든 후 건조하여 음극을 제조하고 전극 각각에 리드선을 부착하였다.An electrode material was prepared by mixing 90 wt% of the carbon source 2, 5 wt% of the binder, and 5 wt% of the conductive material, and then the electrode material was pressed onto the base substrate of the aluminum foil by a roller to form a sheet, And lead wires were attached to each of the electrodes.

제1 분리막, 양극, 제2 분리막 및 음극을 적층 후 권취하고, 이에 실링 고무를 부착 후 알루미늄 덮개 내에 삽입하였다. 이어서, 전해액을 상기 권취 소자가 함침 되도록 주입 후 밀봉하여 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.The first separator, the anode, the second separator, and the cathode were laminated and wound up, and a sealing rubber was attached thereto, and then the battery was inserted into the aluminum cover. Subsequently, the electrolyte solution was injected so as to be impregnated with the winding element, and then sealed to prepare a supercapacitor.

비교예Comparative Example 1 One

탄소원 1을 포함하는 전극 재료로 양극 및 음극을 제조한 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.A supercapacitor was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode and the negative electrode were made of an electrode material containing carbon source 1.

비교예Comparative Example 2 2

탄소원 2를 포함하는 전극 재료로 양극 및 음극을 제조한 것을 제외하고는, 실시예와 동일한 방법으로 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.A supercapacitor was produced in the same manner as in Example except that the positive electrode and the negative electrode were made of an electrode material containing carbon source 2.

실험예Experimental Example 1: 기공 지름 및 부피 측정 1: Pore diameter and volume measurement

BET 측정법으로 제1 전극 및 제2 전극의 기공 지름 및 각 기공 지름에 해당하는 기공의 부피를 측정하였으며, 그 결과는 도 6 및 도 7과 같다.The pore diameters of the first and second electrodes and the pore volume corresponding to each pore diameter were measured by the BET measurement method. The results are shown in FIGS. 6 and 7.

상기 도면들을 참조하면, 제1 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 0.5 nm 이상 1.1 nm 이하이고 제2 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 0.8 nm 이상 1.2 nm 이하였다. 이에 의하여, 제1 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 제2 전극합제층 기공 지름의 최빈값(mode)보다 작음을 확인할 수 있었다.Referring to the drawings, the mode of the pore diameter of the first electrode material mixture layer is 0.5 nm or more and 1.1 nm or less, and the mode of the pore diameter of the second electrode material mixture layer is 0.8 nm or more and 1.2 nm or less. As a result, it was confirmed that the mode mode of the pore diameter of the first electrode material mixture layer is smaller than the mode mode of the second electrode material mixture layer pore diameter.

실험예Experimental Example 2: 정전 용량 평가 2: Capacitance evaluation

0.565 mA 에서 단위 부피당 정전용량을 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)로 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1과 같다.The capacitance per unit volume at 0.565 mA was measured with a Hi-EDLC 16CH instrument (manufactured by Human Instrument). The results are shown in Table 1 below.

구분division 정전 용량 [F/cc]Capacitance [F / cc] 실시예Example 2626 비교예 1Comparative Example 1 2222 비교예 2Comparative Example 2 2323

상기 표 1을 참조하면, 전해질 이온의 크기를 고려하여 기공의 지름 및 일정 지름을 갖는 기공의 부피를 조절한 실시예의 슈퍼 캐패시터가 비교예들에 비해 높은 정전 용량 값을 나타냄을 확인할 수 있었다. Referring to Table 1, it can be seen that the supercapacitor of the embodiment in which the pore diameter and the volume of the pore having the predetermined diameter are adjusted in consideration of the size of the electrolyte ion has a higher capacitance value than the comparative examples.

에너지 밀도는 하기 수학식 1로 산출될 수 있는바,The energy density can be calculated by the following equation (1)

[수학식 1][Equation 1]

에너지 밀도(E)= {정전용량(C)}*{작동전압(V)}2/2Energy density (E) = {a capacitance (C)} * {working voltage (V)} 2/2

실시예가 비교예들에 비해 고 에너지 밀도의 구현이 가능함을 알 수 있었다. It can be seen that the embodiment can realize a higher energy density than the comparative examples.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.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, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.

100: 탄소원 10: 전기 화학 소자
11: 비정질 12: 기공
13: 전해질 이온
21: 결정질
d: 결정질의 층간 거리
1: 제1 분리막 2: 제1 전극
3: 제2 분리막 4: 제2 전극
5: 덮개
6: 제 1 리드선 7: 제 2 리드선
8: 베이스 기판 D: 기공의 지름100: carbon source 10: electrochemical device
11: amorphous 12: porosity
13: Electrolyte ion
21: Crystalline
d: interlayer distance of crystalline
1: first separator 2: first electrode
3: Second separation membrane 4: Second electrode
5: Cover
6: first lead wire 7: second lead wire
8: base substrate D: diameter of pore

Claims (7)

제1 전극;
상기 제1 전극에 이격하여 배치되는 제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막;을 포함하며,
상기 제1 전극은 제1 베이스 기판 및 상기 제1 베이스 기판의 적어도 일 면에 배치된 제1 전극합제층을 포함하고,
상기 제2 전극은 제2 베이스 기판 및 상기 제2 베이스 기판의 적어도 일 면에 배치된 제2 전극합제층을 포함하며
상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층은 복수 개의 기공을 가지는 탄소원을 포함하고
상기 탄소원은 결정질 구조 및 비정질 구조를 포함하며
상기 제1 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 상기 제2 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)보다 작고,
상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 각각 독립적으로 0.5 nm 이상 1.2 nm 이하이며,
상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 분리막 중 적어도 하나가 함침된 전해액은 양이온 및 음이온을 포함하고,
상기 양이온은 TEA+, TEMA+, Li+, EMIM+ 및 Na+ 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하며,
상기 음이온은 BF4 -, PF6 -, TFSI- 및 FSI- 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 전기 화학 소자.
A first electrode;
A second electrode spaced apart from the first electrode; And
And a separation membrane disposed between the first electrode and the second electrode,
Wherein the first electrode comprises a first base substrate and a first electrode material mixture layer disposed on at least one side of the first base substrate,
The second electrode includes a second base substrate and a second electrode mixture layer disposed on at least one side of the second base substrate,
Wherein the first electrode material mixture layer and the second electrode material mixture layer include a carbon source having a plurality of pores
The carbon source comprises a crystalline structure and an amorphous structure
Wherein a mode mode of the pore diameter of the first electrode material mixture layer is smaller than a mode mode of the pore diameter of the second electrode material mixture layer,
The modes of the pore diameters of the first electrode material mixture layer and the second electrode material mixture layer are independently from 0.5 nm to 1.2 nm,
Wherein the electrolytic solution impregnated with at least one of the first electrode, the second electrode and the separator comprises a cation and an anion,
The cation includes at least one selected from the group consisting of TEA + , TEMA + , Li + , EMIM + and Na +
Wherein the anion comprises at least one selected from the group consisting of BF 4 - , PF 6 - , TFSI - and FSI - .
청구항 1에 있어서,
상기 제1 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 0.5 nm 이상 1.1 nm 이하이고
상기 제2 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 0.8 nm 이상 1.2 nm 이하인, 전기 화학 소자.
The method according to claim 1,
The mode (mode) of the pore diameter of the first electrode material mixture layer is 0.5 nm or more and 1.1 nm or less
Wherein a mode (mode) of the pore diameter of the second electrode material mixture layer is 0.8 nm or more and 1.2 nm or less.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 전극합제층에 포함되는 상기 복수 개의 기공 중
상기 지름이 0.5 nm 이상 0.8 nm 미만인 기공의 부피는 상기 전극합제층 전체 기공 부피의 30 % 이상 40 % 미만이고,
상기 지름이 0.8 nm 이상 1.1 nm 미만인 기공의 부피는 상기 전극합제층 전체 기공 부피의 15 % 이상 25 % 미만인, 전기 화학 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first electrode material mixture layer includes a plurality of pores
The volume of the pores having a diameter of 0.5 nm or more and less than 0.8 nm is 30% or more and less than 40% of the total pore volume of the electrode mixture layer,
Wherein the volume of the pores having a diameter of 0.8 nm or more and less than 1.1 nm is 15% or more and less than 25% of the total pore volume of the electrode material mixture layer.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 전극합제층에 포함되는 상기 복수 개의 기공 중
상기 지름이 0.5 nm 이상 0.8 nm 미만인 기공의 부피는 상기 전극합제층 전체 기공 부피의 20 % 이상 30 % 미만이고,
상기 지름이 0.8 nm 이상 1.1 nm 미만인 기공의 부피는 상기 전극합제층 전체 기공 부피의 35 % 이상 45 % 미만인, 전기 화학 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the second electrode mixture layer includes a plurality of pores
The volume of the pores having a diameter of 0.5 nm or more and less than 0.8 nm is 20% or more and less than 30% of the total pore volume of the electrode mixture layer,
The volume of the pores having a diameter of 0.8 nm or more and less than 1.1 nm is 35% or more and less than 45% of the total pore volume of the electrode mixture layer.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층 중 적어도 하나는
상기 베이스 기판에의 인접 영역으로부터 상기 전극합제층의 두께 방향을 따라 멀어질수록 상기 기공 지름의 최빈값(mode)이 증가하는, 전기 화학 소자.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the first electrode material mixture layer and the second electrode material mixture layer
Wherein the mode of the pore diameter increases as the distance from the adjacent region to the base substrate increases along the thickness direction of the electrode compound mixture layer.
청구항 1에 있어서,
상기 탄소원의 비표면적은 400 m2/g 이상 1200 m2/g 이하인, 전기 화학 소자.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon source has a specific surface area of 400 m 2 / g or more and 1200 m 2 / g or less.
청구항 1에 있어서,
상기 탄소원의 탭 밀도(Tapping density)는 0.3 g/cm3 이상 0.65 g/cm3 이하인, 전기 화학 소자.
The method according to claim 1,
The tap density of the carbon source was 0.3 g / cm < 3 > More than 0.65 g / cm 3 Or less.
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