KR20190048123A - 에너지저장 디바이스용 다공성 전극 - Google Patents

에너지저장 디바이스용 다공성 전극 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 에너지저장 디바이스용 다공성 전극에 관한 것으로, 기계적 타공을 통해 관통기공이 형성된 전극본체를 포함하는 것을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 기계적 타공을 통해 전극에 관통기공을 형성하며, 관통기공의 크기 및 기공율의 조절을 통해 출력특성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 관통기공을 통해 전해질 이온의 출입이 용이하고 짧은 확산거리에 의해 이온전도도가 개선되며, 내부저항이 감소하고 출력특성이 개선될 수 있다.

Description

에너지저장 디바이스용 다공성 전극 {Porous electrodes for energy storage devices}
본 발명은 에너지저장 디바이스용 다공성 전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기계적 타공을 통해 전극에 관통기공을 형성하며, 관통기공의 크기 및 기공율의 조절을 통해 출력특성이 향상된 에너지저장 디바이스용 다공성 전극에 관한 것이다.
전기이중층 커패시터, 하이브리드 커패시터 및 리튬이온전지 등의 에너지저장 디바이스는 활물질을 포함하는 전극들 사이에 격리막을 배치하고 전해액을 함침하여 제조한다. 에너지저장 디바이스의 전기화학적 특성은 용량과 출력 특성으로 평가되며, 이들 특성들은 고형분의 소재, 이를 이용한 전극 및 전해액 등의 구성 성분들의 제조기술에 의해 영향을 받는다.
에너지저장 디바이스 중 전기이중층 커패시터의 경우, 용량은 활성탄의 비표면적에 주로 영향을 받으며, 활성탄으로 이루어진 전극의 밀도가 높을수록 충진 용량이 증가한다. 용량을 증가시키기 위해 전해액의 경우 양극, 음극 전해질 이온들의 크기, 전해질 농도 및 전해질 이온과 활성탄 계면과 극판 거리를 감소시키기 위한 연구가 일반적으로 진행되고 있다. 또한 전기이중층 커패시터의 출력은 전극과 전해액의 저항에 의해 결정되며 전극저항을 감소시키기 위해서 활성탄의 기공분포, 활성탄 계면에서 전해액과의 열화반응 억제기술과 같은 소재기술 이외에도 전극 제조과정에서 전극밀도를 높여 구성원인 고형분들 간의 접촉저항을 감소시켜 출력을 향상시켜 왔다. 전해액에 의한 저항을 감소시키기 위해서는 전해질 이온들의 해리도와 용매의 이온전도도와 같은 소재기술 이외에도 전극과의 이동 통로 길이를 조절하여 출력을 향상시켜 왔다.
전기이중층 커패시터의 경우, 출력은 전극에서 전자 이동에 의한 전기전도도와 전해액에서 전해질 이온들의 이온전도도에 의해 결정된다. 그러나 일반적으로 전기이중층 커패시터의 출력특성은 전극의 전기전도도보다 낮은 전해액의 이온전도도에 의해 율속된다. 활성탄 및 도전재로 구성되며 알루미늄 집전체에 코팅 또는 부착된 전극의 전기전도도는 일반적으로 아세토나이트릴(AcN, actonitrile)과 프로필렌카보네이트(PC, propylene carbonate)와 같은 유기계 전해액의 이온전도도보다 높다.
전해액의 이온전도도에 영향을 끼치는 저항성분으로서는 전해액 저항 이외에도 전해질 이온들의 활성탄 계면에서 계면저항(charge transfer resistance)과 활성탄 계면까지 이동하는 확산저항(diffusion resistance)이 있다. 이 중 전해질 이온들에 의한 계면저항은 전해액의 고유특성과 활물질 소재 표면특성에 의해 결정되고 반면, 확산저항은 소재 및 전극의 기공구조에 많은 영향을 받는다. 확산저항을 감소시켜 전기이중층 커패시터의 출력특성을 향상시키기 위한 연구로서는 활성탄 기공구조 조절기술에 대한 연구가 많이 진행되어 왔으며, 활성탄 이외에도 그래핀을 활성화시켜 기공구조를 조절하는 연구가 최근에 많이 진행되어 왔다.
종래기술 중 일본 특허청 공개특허 JP 2002-025867 A에 기재된 '전기이중층 커패시터 및 전기이중층 커패시터용 탄소재료'에는 흑연화 탄소 내부에 산화 및 환원방법에 의해 층간 기공을 형성시켜 전해질 이온들의 통로 및 기공을 형성시키는 방법을 제공하고 있다. 하지만 이들 탄소 내부의 기공은 충방전 과정에서 변형될 가능성이 있으며, 특히 이흑연화성 탄소를 산화 및 환원 공정을 통해서 개발하게 되면 층간 기공이 미세하고 탄소 층간 공간의 리스텍(re-stack) 문제에 의해 안정적인 기공구조가 구현하기가 어렵다.
한편 전극의 경우 전극에 다공성을 제공하여 전해질 이온들의 이동통로를 단축시켜 확산저항을 감소시키는 연구가 있다. 일본 특허청 공개특허 JP 2014-508399 A에 기재된 '슈퍼커패시터용 나노다공성 전극 및 이것의 제조방법'에는 수소가스가 발생하는 전해도금법을 이용하여 전극 표면 또는 내부에 다공을 형성시키는 방법을 제공하고 있다. 이 경우 전해도금에서 발생하는 수소를 주형(template)으로 이용하고 이 주형 위에 슬러리를 도포하는 것에 의해 전극 표면 또는 내부에 다공을 형성시키는 방법을 제공하는 것이다. 하지만 수소 가스에 전극 슬러리를 부풀리는 것에 의해 전극에 다공을 형성하면 기공의 형태 및 기공률 조절이 어려운 점이 있으며, 특히나 이들 기술을 양산화에 적용하기 어려운 부분이 있다.
따라서 다공 기술을 양산화에 적용하기 위해서는 공정이 단순하고 고출력의 재현성이 우수한 기술이 필요하다.
일본 특허청 공개특허 JP 2002-025867 A 일본 특허청 공개특허 JP 2014-508399 A
따라서 본 발명의 목적은, 기계적 타공을 통해 전극에 관통기공을 형성하며, 관통기공의 크기 및 기공율의 조절을 통해 출력특성이 향상된 에너지저장 디바이스용 다공성 전극을 제공하는 것이다.
또한, 관통기공을 통해 전해질 이온의 출입이 용이하고 짧은 확산거리에 의해 이온전도도가 개선되며, 내부저항이 감소하고 출력특성이 개선된 에너지저장 디바이스용 다공성 전극을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 기계적 타공을 통해 관통기공이 형성된 전극본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장 디바이스용 다공성 전극에 의해서 달성된다.
여기서, 상기 전극본체에 적층되며 기계적 타공을 통해 관통기공이 형성된 금속집전체를 포함하며, 상기 전극본체는 상기 금속집전체의 단면 또는 양면에 적층되는 것이 바람직하며, 상기 금속집전체는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 기계적 타공은, 원통 또는 각형의 금속성 바늘이 일정 위치에 부착된 펀칭툴(punching tool)을 통해 타공하여 상기 관통기공을 형성하며, 상기 관통기공의 크기 및 개수에 의해 기공률이 조절되는데, 상기 펀칭툴은, 평편한 금속성 기반에 금속성 바늘이 부착되거나 또는 금속성 롤(roll)에 금속성 바늘이 부착된 것이 바람직하고, 상기 기공률은 0.5 내지 10%인 것이 바람직하다.
상기 관통기공은, 원통형의 지름 또는 각형의 대각선의 길이가 50 내지 500㎛이며, 상기 전극본체는, 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하며, 상기 활물질은, 활성탄(Activated carbon), 흑연(Graphite), 소프트 카본(Soft carbon), 그래핀(Graphene), 하드카본(Hard carbon), 카본나노튜브(Carbon nano tube), 카본나노섬유(Carbon nano fiber), 금속산화물 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 기계적 타공을 통해 전극에 관통기공을 형성하며, 관통기공의 크기 및 기공율의 조절을 통해 출력특성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 관통기공을 통해 전해질 이온의 출입이 용이하고 짧은 확산거리에 의해 이온전도도가 개선되며, 내부저항이 감소하고 출력특성이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 에너지저장 디바이스용 다공성 전극의 사시도이고,
도 2는 다공성 전극의 전자현미경 사진이다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 에너지저장 디바이스용 다공성 전극을 도면을 통해 상세히 설명한다.
여기서 에너지저장 디바이스는 전기이중층 커패시터, 하이브리드 커패시터 및 리튬이온전지와 같은 이차전지를 의미하며, 이하의 다공성 전극은 전기이중층 커패시터에 적용하는 활성탄 전극을 사용하여 설명한다. 다공성 전극을 이용한 전기이중층 커패시터의 출력특성 향상은 전해질 이온의 확산 저항 감소에 의한 것이다. 일반적으로 제조사들은 충진용량 증대와 접촉저항 감소에 의한 전기전도도를 향상시킬 목적으로 밀도가 높은 전극을 제조한다. 전극밀도를 증대시키기 위해 전극 구성소재인 활성탄, 도전재의 형상, 크기 및 배합비를 최적화하고 롤 프레싱 공정에서 높은 압력으로 압착한다.
아세토니트릴(AcN, acetonitrile) 및 프로필렌카보네이트(PC, propylene carbonate)를 전해액으로 사용하는 전기이중층 커패시터의 경우, 전해액의 이온전도도는 일반적으로 알루미늄 집전체를 사용하는 전극의 전기전도도에 비해 비교적 낮다. 따라서 전기이중층 커패시터의 출력을 향상시키기 위해서는 전해질 이온들에 의해 발생하는 저항 성분을 감소시킬 필요성이 있다. 전해질 이온들에 의한 저항은 활성탄 계면에서 발생하는 계면저항과 활성탄 계면까지 이동하는 동안 발생하는 확산저항으로 분류할 수 있다. 전해질 이온들의 이동은 전극을 구성하는 고형분들 간의 미세기공을 통해 이루어지며, 이때 발생하는 확산저항은 전극밀도가 높을수록, 전극 두께가 두꺼울수록 고형분들 간에 존재하는 이동통로가 좁고 길게 증가한다. 이들 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 금속성 바늘에 의해 타공한 관통형 기공을 포함하는 다공성 전극기술을 제공한다.
도 1(a), 도 1(b) 및 도 1(c)는 본 발명의 실시예에 따른 다공성 전극을 나타내는 사시도이다. 도 1에서는 원통형의 금속성 바늘이 부착된 펀칭툴을 이용하여 전극에 관통 기공을 형성시킨 모식도를 나타낸 것으로, 도 1(a)는 전극본체(11)에 기계적 타공에 의해 관통기공(13)이 형성된 다공성 전극(10), 도 1(b)는 금속집전체(22)의 단면에 부착된 전극본체(21)에 관통기공(23)을 형성시킨 다공성 전극(20), 도 1(c)는 금속집전체(32)의 양면에 부착된 전극본체(31)에 관통기공(33)을 형성시킨 다공성 전극(30)을 나타낸다.
즉, 본 발명의 다공성 전극은 기계적 타공을 통해 관통기공(13, 23, 33)이 형성된 전극본체(11, 21, 31)를 포함한다. 이때 전극본체(11, 21, 31) 이외에도 기계적 타공을 통해 관통기공(23, 33)이 형성되며, 전극본체(11, 21, 31)에 적층되는 금속집전체(22, 32)를 포함하며, 전극본체(11, 21, 31)는 금속집전체(22, 32)의 단면 또는 양면에 적층되는 것이 바람직하다.
여기서 전극본체(11, 21, 31)는 활물질을 포함하는 전극을 말하며, 정확하게 전극본체(11, 21, 31)는 활물질, 도전재 및 바인더로 구성된다. 활물질은 활성탄(Activated carbon), 흑연(Graphite), 소프트 카본(Soft carbon), 그래핀(Graphene), 하드카본(Hard carbon), 카본나노튜브(Carbon nano tube), 카본나노섬유(Carbon nano fiber), 금속산화물 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택할 수 있다. 활물질을 포함하는 전극본체(11, 21, 31)에서 도전재는 주로 카본블랙을 사용하며 이 이외에도 그래핀, 카본 타노튜브, 카본나노섬유를 사용할 수 있다.
활물질을 포함하는 전극본체(11, 21, 31)는 수용계 또는 유기계 바인더를 사용하는 슬러리 코팅 전극 제조방법 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene)를 사용하는 시트 라미네이팅(sheet-laminating) 전극 제조방법을 사용하여 얻을 수 있다. 슬러리 코팅 전극은 활물질과 도전재를 수용계 또는 유기계 용매에 용해시킨 바인더와 슬러리 상태로 혼합하고 금속집전체(22, 32)에 코팅한 후 건조, 압착하여 제조한 것이다. 시트 라미네이팅 전극은 활물질과 도전재를 PTFE와 혼련한 후 롤 프레싱(roll pressing)을 통해 시트를 제조한 후 도전성 접착제를 통해 금속집전체(22, 32)에 부착시켜 제조한다. 이와 같이 PTFE 바인더를 사용하여 전극본체(11, 21, 31)를 형성할 경우 PTFE는 연신 정도가 크고 네트워크 구조가 치밀해서 고형분들 간에 존재하는 미세기공이 적고 기공들로 연결된 기공 통로가 길다. 따라서 전해질 이온들이 이들 기공 통로를 통과할 때 확산저항이 증가한다.
또한, 전극본체(11, 21, 31)는 일반적으로 충진용량의 증대와 접촉저항에 의한 전기전도도를 향상시키기 위해 롤 프레싱을 통해 전극밀도를 증가시킨다. 하지만 전기전도도 향상의 목적으로 전극밀도를 증가시키면 활물질과 도전재로 구성된 고형분들 간에 존재하는 미세기공의 크기는 점점 작아지고 미세기공들로 연결된 기공 통로는 길어진다. 전해액과 전해질 이온들은 이들 미세 기공 통로를 통해 활물질까지 도달하므로 일반적으로 전극밀도가 증가하면 전해질 이온들에 의한 확산저항은 증가한다.
금속집전체(22, 32)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 이의 혼합으로 이루어진 군을 이용하여 제조된다. 또한 금속집전체(22, 32)는 표면에 에칭 피트가 형성된 에칭 표면을 형성시켜 제조할 수 있다. 이들 금속집전체(22, 32)의 두께는 10 내지 30㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
관통기공(13, 23, 33)은 속성 바늘을 통해 관통시킨 것으로 원통 또는 각형의 금속성 바늘이 일정 위치에 부착된 펀칭툴(punching tool)을 통해 타공하여 형성된다. 다공성 전극(10, 20, 30)에 원통형 또는 각형의 관통기공(13, 23, 33)이 존재할 경우 관통기공(13, 23, 33)에 전해액이 쉽게 함침되며, 이때 관통기공(13, 23, 33)은 전해질 이온을 공급하는 저장소 역할을 한다. 관통기공(13, 23, 33)이 존재하지 않을 경우 금속집전체(22, 32) 부근의 활성탄까지 전해질 이온들의 이동통로는 다공성 전극(10, 20, 30)의 두께 방향에 존재하는 고형분들 간의 미세 기공통로가 유일하나, 관통기공(13, 23, 33)이 존재할 경우 관통기공(13, 23, 33)은 주변에 존재하는 활성탄 계면까지 전해질 이동 통로를 단축시키는 역할을 한다. 이때 출력특성의 개선 정도는 다공성 전극(10, 20, 30)에 형성된 관통기공(13, 23, 33)의 크기 및 기공률에 의해 영향을 받는다.
이러한 관통기공(13, 23, 33)을 타공 시 바늘의 직경 또는 넓이에 의해 관통 기공의 크기를 결정하고 바늘의 면적 당 개수에 의해 관통기공(13, 23, 33)의 기공률을 조절하는 것이 가능하다. 여기서 펀칭툴은 평편한 금속성 기반에 금속성 바늘이 부착된 것이거나, 금속성 롤(roll)에 금속성 바늘이 부착된 것을 사용할 수도 있다. 또한 관통기공(13, 23, 33)을 타공 시 금속성 바늘의 길이에 의해 금속집전체(22, 32)의 단면에 부착된 전극본체(21) 또는 양면에 부착된 전극본체(31)에 관통기공(13, 23, 33)을 가지는 것이 가능하며, 관통기공(13, 23, 33)의 크기와 기공률에 따라 에너지저장 디바이스의 출력특성을 조절할 수 있다.
관통기공(13, 23, 33)의 크기에 의해 출력특성을 개선하기 위해서는 원통형의 지름 또는 각형의 대각선의 길이가 50 내지 500㎛인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 100 내지 300㎛인 것이 좋다. 원통형의 지름 또는 각형의 대각선의 길이가 50㎛ 이하는 금속성 바늘의 가공이 어려고 전극본체(11, 21, 31)를 관통 시 충격에 의해 변형이 일어날 가능성이 있다. 500㎛ 이상의 경우 관통기공(13, 23, 33)에 의한 충진용량의 손실이 크다.
관통기공(13, 23, 33)의 기공률에 의한 출력특성을 개선하기 위해서는 다공성 전극(10, 20, 30)의 표면적 대비 관통기공(13, 23, 33)이 차지하는 기공률(%)이 0.5 내지 10%가 바람직하며, 보다 바람직하게는 1 내지 5%인 것이 좋다. 기공률이 0.5% 이하인 경우 관통기공(13, 23, 33)의 전체 개수가 적어 출력특성의 개선 정도가 미약하며 기공률이 10% 이상의 경우 다공성 전극(10, 20, 30)의 충진용량 손실 폭이 증가한다.
관통기공(13, 23, 33)이 존재하는 다공성 전극(10, 20, 30)의 두께는 전극본체가 단면 또는 양면 중 단면이 10 내지 500㎛이며, 바람직하게는 30 내지 300㎛인 것이 좋다. 다공성 전극(10, 20, 30)의 두께가 두꺼울수록 다공성 전극(10, 20, 30)의 깊이방향에 존재하는 활성탄 계면까지의 확산저항의 감소폭이 증가하기 때문에 다공성 전극(10, 20, 30)에 의한 출력특성 개선의 정도는 증가한다.
이하에서는 본 발명의 에너지저장 디바이스용 다공성 전극의 구체적인 실시예 및 비교예를 통해 다공성 전극의 전기화학적 특성을 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 제공하는 것일 뿐, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
<실시예>
실시예 및 비교예에 있어서의 다공성 전극, 다공성 전극을 이용한 전기이중층 커패시터의 제조방법 및 특성의 측정방법은 다음과 같으며, 그 결과를 도 2 및 표 1에 나타내었다.
(활성탄 전극 제조)
활성탄 전극은 활성탄 (비표면적 : 2,000㎡/g, d50 : 8㎛), 카본블랙 및 PTFE를 85 : 10 : 5 중량비로 배합하고 기계적으로 혼련한 후 롤 프레싱을 통해 200㎛ 두께의 시트로 제조하였다. 활성탄 시트는 도전성 접착제를 사용하여 20㎛ 두께의 에칭 알루미늄 호일에 단면 부착하여 전극을 제조하였다.
(다공성 활성탄 전극 제조)
원통형 관통 기공은 직경 150㎛의 금속성 바늘이 일정 가격으로 배치된 펀칭툴을 이용해 전극을 관통하여 제조하였으며, 원통형 관통 기공의 기공률은 펀칭툴에 부착된 금속성 바늘의 수와 간격을 변화시켜 조절하였다. 다공성 활성탄 전극의 제조사례는 도 2에 나타내었다. 도면에서 원통형 관통 기공의 직경은 150㎛이며 관통 기공에 의한 전극 전체 면적 대비 기공률은 1.54%이다.
(전기이중층 커패시터 제조)
다공성 활성탄 전극은 2×2㎠으로 재단하고 전극이 부착되지 않은 금속집전체의 한쪽 끝 면은 길이 방향으로 길게 재단하여 단자로서 활용하였다. 탄소 전극, 격리막(Celgard 3501) 및 세 면이 밀폐된 라미네이트 폴리머 파우치(pouch)를 이용하여 「다공성 전극/격리막/다공성 전극」의 순서로 겹쳐서 쌓은 후 폴리머 봉지에 집어넣고, 진공 감가압이 가능한 전해액 주입기에서 AcN에 1.2M의 (C2H5)NBF4이 용해된 전해액을 함침하고 진공 팩하였다.
(관통 기공의 직경)
SEM 관찰을 통해 직경을 측정하였으며, 20개의 기공의 평균값으로 계산하였다.
(관통 기공의 기공률)
SEM 또는 저배율 현미경을 통해 다공성 활성탄 전극에 존재하는 기공률을 아래의 식으로 계산하였다.
기공률(%) = (기공수×평균 기공의 면적) / 단위 전극 면적 × 100 … (1)
(충방전 조건)
전기이중층 커패시터의 충방전은 충방전 시험기(MACCOR, 모델명 MC-4)에서 정전류법으로 충전과 방전을 행하였다. 구동전압은 0 내지 2.7V의 전압에서, 인가 전류밀도는 전극의 단위면적 당 10 내지 100mA/㎠의 조건으로 평가하였다.
(내부저항)
전기이중층 커패시터의 내부저항은 정전류 방전 중 1.35V에서 10초 인가전류를 정지하고 이때 발생하는 전압 변화를 이용하여 아래의 식으로 계산하였다.
내부저항(Ω) = 전압변화(△V) / 인가전류(A) … (2)
표 1은 활성탄 다공성 전극의 기공률에 따른 전기이중층 커패시터의 내부저항 변화를 나타낸다. 표에서 비교예는 관통 기공이 없는 활성탄 전극이며, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3은 각각 기공률이 0.57%, 1.54%, 2.51%를 나타낸다. 각 활성탄 다공성 전극을 이용한 전기이중층 커패시터의 내부저항은 각각 10mA/㎠, 50mA/㎠, 100mA/㎠에서 평가한 값들이다.
기공률(%) 내부저항(Ω)
@10mA/㎠		 내부저항(Ω)
@50mA/㎠		 내부저항(Ω)
@100mA/㎠
비교예 0 0.380 0.325 0.310
실시예 1 0.57 0.359 0.303 0.287
실시예 2 1.54 0.342 0.286 0.269
실시예 3 2.51 0.335 0.275 0.258
표 1에서 기공률이 높을수록 활성탄 다공성 전극의 내부저항이 감소하는 것을 알 수가 있다. 또한 인가전류가 높을수록 활성탄 다공성 전극의 내부저항 감소폭이 증가한다. 실시예 3의 경우 비교예와 비교해서 인가전류가 10mA/㎠에서 내부저항 감소폭이 11.8%이나, 인가전류가 100mA/㎠에서 내부저항의 감소폭은 16.7%를 나타내었다.
표 1에서 다공성 활성탄 전극에 존재하는 기공율이 높을수록 내부저항이 적고, 다공성 활성탄 전극에 인가전류가 높을수록 내부저항의 감소폭이 증가하는 것은 전해질 이온들의 이동에 따른 확산저항이 감소하기 때문이다. 활성탄 전극에 관통 기공이 존재할 경우 전해액은 관통기공에 함침되며, 관통기공은 전해질 이온들의 저장소 역할을 한다. 관통기공이 존재할 경우 관통기공에서 활성탄 계면까지의 이동 통로가 축소되며 관통기공이 존재하지 않는 활성탄 전극에 비교해서 확산저항이 감소한다. 또한 기공 크기가 같은 관통기공들에 의한 기공률이 높을수록 관통 기공에서 활성탄 계면까지의 평균 이동 통로는 더욱 감소하므로 이들 내부저항의 감소폭은 증가한다.
10, 20, 30: 다공성 전극
11, 21, 31: 전극본체
22, 32: 금속집전체
13, 23, 33: 관통기공

Claims (9)

  1. 에너지저장 디바이스용 다공성 전극에 있어서,
    기계적 타공을 통해 관통기공이 형성된 전극본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장 디바이스용 다공성 전극.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전극본체에 적층되며 기계적 타공을 통해 관통기공이 형성된 금속집전체를 포함하며, 상기 전극본체는 상기 금속집전체의 단면 또는 양면에 적층되는 것을 특징으로 하는 에너지저장 디바이스용 다공성 전극.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 금속집전체는, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 에너지저장 디바이스용 다공성 전극.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기계적 타공은, 원통 또는 각형의 금속성 바늘이 일정 위치에 부착된 펀칭툴(punching tool)을 통해 타공하여 상기 관통기공을 형성하며, 상기 관통기공의 크기 및 개수에 의해 기공률이 조절되는 것을 특징으로 하는 에너지저장 디바이스용 다공성 전극.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 펀칭툴은, 평편한 금속성 기반에 금속성 바늘이 부착되거나 또는 금속성 롤(roll)에 금속성 바늘이 부착된 것을 특징으로 하는 에너지저장 디바이스용 다공성 전극.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 기공률은 0.5 내지 10%인 것을 특징으로 하는 에너지저장 디바이스용 다공성 전극.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 관통기공은, 원통형의 지름 또는 각형의 대각선의 길이가 50 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 에너지저장 디바이스용 다공성 전극.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전극본체는, 활물질, 도전재 및 바인더를 포함하며,
    상기 활물질은, 활성탄(Activated carbon), 흑연(Graphite), 소프트 카본(Soft carbon), 그래핀(Graphene), 하드카본(Hard carbon), 카본나노튜브(Carbon nano tube), 카본나노섬유(Carbon nano fiber), 금속산화물 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 에너지저장 디바이스용 다공성 전극.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 전극은, 전기이중층 커패시터, 하이브리드 커패시터, 리튬이온전지 중 어느 하나에 적용되는 것을 특징으로 하는 에너지저장 디바이스용 다공성 전극.

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