KR20210112699A - Electrolyte of supercapacitor, high voltage supercapacitor and manufacturing method of the high voltage supercapacitor using the electrolyte - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrolyte of supercapacitor, high voltage supercapacitor using same, and manufacturing method thereof, and the electrolyte of a supercapacitor includes non-aqueous electrolyte, 1 to 40 parts by weight of ionic liquid based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte, and 0.01 to 15 parts by weight of a sulfone-based electrolyte additive based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte includes an organic solvent, and at least one electrolyte salt selected from the group consisting of tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF4) and triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF4). According to the present invention, the electrolyte containing the non-aqueous electrolyte, the ionic liquid, and the sulfone-based electrolyte additive is used, so that supercapacitors exhibiting having high reliability at high voltage and high energy density are manufactured.

Description

이온성 액체를 포함하는 슈퍼커패시터의 전해액, 이를 이용한 고전압 슈퍼커패시터 및 그 제조방법{Electrolyte of supercapacitor, high voltage supercapacitor and manufacturing method of the high voltage supercapacitor using the electrolyte}Electrolyte of a supercapacitor containing an ionic liquid, a high voltage supercapacitor using the same, and a manufacturing method thereof

본 발명은 전해액, 이를 이용한 슈퍼커패시터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비수계 전해액, 이온성 액체 및 설폰계 전해액 첨가제를 포함하는 전해액을 사용함으로써 고전압에서 신뢰성이 높고 높은 에너지밀도를 나타내는 슈퍼커패시터를 제조할 수 있는 슈퍼커패시터의 전해액, 이를 이용한 고전압 슈퍼커패시터 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolyte, a supercapacitor using the same, and a method for manufacturing the same, and more particularly, by using an electrolyte containing a non-aqueous electrolyte, an ionic liquid, and a sulfone-based electrolyte additive, it is highly reliable at high voltage and exhibits high energy density The present invention relates to an electrolyte for a supercapacitor capable of manufacturing a supercapacitor, a high voltage supercapacitor using the same, and a method for manufacturing the same.

차세대 에너지 저장장치들 중 슈퍼커패시터는 빠른 충·방전 속도, 높은 안정성, 그리고 친환경적 특성으로 인해, 차세대 에너지 저장장치로 각광받고 있다. 일반적인 슈퍼커패시터는 다공성 전극, 집전체, 분리막, 그리고 전해액 등으로 구성된다. Among next-generation energy storage devices, supercapacitors are attracting attention as next-generation energy storage devices due to their fast charging/discharging speed, high stability, and eco-friendly characteristics. A typical supercapacitor is composed of a porous electrode, a current collector, a separator, and an electrolyte.

슈퍼커패시터는 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC), 울트라커패시터(Ultra-capacitor) 라고도 일컬어지며, 이는 전극 및 도전체와, 그것에 함침된 전해액의 계면에 각각 부호가 다른 한 쌍의 전하층(전기이중층)이 생성된 것을 이용하는 것으로, 충전/방전 동작의 반복으로 인한 열화가 매우 작아 보수가 필요없는 소자이다. 이에 따라 슈퍼커패시터는 각종 전기ㆍ전자기기의 IC(integrated circuit) 백업을 하는 형태로 주로 사용되고 있으며, 최근에는 그 용도가 확대되어 장난감, 태양열 에너지 저장, HEV(hybrid electric vehicle) 전원 등에까지 폭넓게 응용되고 있다.Supercapacitors are also called Electric Double Layer Capacitors (EDLC) or Ultra-capacitors, which are a pair of charge layers ( It is a device that does not require maintenance because deterioration due to repetition of charging/discharging operations is very small by using the generated electric double layer). Accordingly, supercapacitors are mainly used in the form of backing up ICs (integrated circuits) of various electric and electronic devices, and their use has recently been expanded and widely applied to toys, solar energy storage, and HEV (hybrid electric vehicle) power sources. have.

이와 같은 슈퍼커패시터는 일반적으로 전해액이 함침된 양극 및 음극의 두 전극과, 이러한 두 전극 사이에 개재되어 이온(ion) 전도만 가능케 하고 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 분리막(separator)과, 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락방지를 위한 가스켓(gasket), 그리고 이들을 포장하는 도전체로서의 금속 캡으로 구성된 단위셀을 갖는다. 그리고 위와 같이 구성된 단위셀 1개 이상(통상, 코인형의 경우 2∼6개)을 직렬로 적층하고 양극과 음극의 두 단자(terminal)를 조합하여 완성된다.Such a supercapacitor generally includes two electrodes of an anode and a cathode impregnated with an electrolyte, a separator of a porous material for insulation and short circuit prevention, and a separator interposed between these two electrodes to allow only ion conduction, and an electrolyte It has a unit cell composed of a gasket for preventing leakage, insulation and short circuit, and a metal cap as a conductor for packaging them. And it is completed by stacking one or more unit cells (usually, 2 to 6 in the case of a coin type) configured as above in series and combining the two terminals of the anode and the cathode.

슈퍼커패시터의 성능은 전극활물질, 전해액 등에 의하여 결정되며, 특히 축전용량 등 주요성능은 전극활물질에 의하여 대부분 결정된다. 이러한 전극활물질로는 활성탄이 주로 사용되고 있으며, 상용제품의 전극 기준으로 비축전용량은 최고 19.3 F/cc 정도로 알려져 있다. 일반적으로 슈퍼커패시터의 전극활물질로 사용되는 활성탄은 1500㎡/g 이상의 고비표면적 활성탄이 사용되고 있다. The performance of a supercapacitor is determined by the electrode active material and electrolyte, and in particular, the main performance such as the capacitance is mostly determined by the electrode active material. Activated carbon is mainly used as such an electrode active material, and it is known that the specific capacitance is up to 19.3 F/cc based on the electrode of commercial products. In general, activated carbon used as an electrode active material of a supercapacitor is activated carbon with a high specific surface area of 1500 m 2 /g or more.

그러나, 슈퍼커패시터의 응용 분야의 확대에 따라 보다 높은 에너지밀도가 요구되고 있어 보다 높은 에너지밀도를 나타내는 고전압 슈퍼커패시터의 개발이 요구되고 있다. However, with the expansion of the application field of the supercapacitor, a higher energy density is required, and the development of a high voltage supercapacitor exhibiting a higher energy density is required.

대한민국 등록특허공보 제10-1785576호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1785576

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 비수계 전해액, 이온성 액체 및 설폰계 전해액 첨가제를 포함하는 전해액을 사용함으로써 고전압에서 신뢰성이 높고 높은 에너지밀도를 나타내는 슈퍼커패시터를 제조할 수 있는 슈퍼커패시터의 전해액, 이를 이용한 고전압 슈퍼커패시터 및 그 제조방법을 제공함에 있다. The problem to be solved by the present invention is an electrolyte of a supercapacitor capable of manufacturing a supercapacitor having high reliability and high energy density at high voltage by using an electrolyte containing a non-aqueous electrolyte, an ionic liquid, and a sulfone-based electrolyte additive, To provide a high voltage supercapacitor and a method for manufacturing the same.

본 발명은, 비수계 전해액, 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 이온성 액체 1∼40중량부 및 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 설폰계 전해액 첨가제 0.01∼15중량부를 포함하며, 상기 비수계 전해액은 유기용매와, TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate) 및 TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluoroborate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전해질 염을 포함하고, 상기 이온성액체는 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(EMIBF4), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(EMITf2N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(BMITf2N), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(BMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate(OMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(OMIMTf2N), N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate(MEMPBF4) 및 N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate(DEMEBF4)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 설폰계 전해액 첨가제는 divinyl sulfone(DVS), ethylmethyl sulfone(EMS), diethyl sulfone(DES) 및 dimethyl sulfone(DMS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 슈퍼커패시터의 전해액을 제공한다. The present invention includes a non-aqueous electrolyte, 1 to 40 parts by weight of an ionic liquid based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte, and 0.01 to 15 parts by weight of a sulfone-based electrolyte additive with respect to 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte, The electrolyte includes an organic solvent and at least one electrolyte salt selected from the group consisting of tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF4) and triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF4), and the ionic liquid is 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ), 1 -Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (EMITf 2 N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (BMITf 2 N), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate (OMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (OMIMTf 2 N), N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate (MEMPBF 4 ), and It contains at least one material selected from the group consisting of N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate (DEMEBF 4 ), and the sulfone-based electrolyte additive is divinyl sulfone (DVS), ethylmethyl sulfone (EMS), diethyl sulfone (DES) and dim It provides an electrolyte of a supercapacitor comprising at least one material selected from the group consisting of ethyl sulfone (DMS).

상기 유기용매는 아세토니트릴(acetonitrile), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란, 부티로락톤 및 디메틸포름아미드으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The organic solvent is acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, It may include one or more substances selected from the group consisting of 2-methyltetrahydrofuran, butyrolactone, and dimethylformamide.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 초산에틸 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor may further include 0.01 to 15 parts by weight of ethyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 술포란 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor may further include 0.01 to 15 parts by weight of sulfolane based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 비닐에틸렌설파이트(Vinyl ethylene sulfite) 및 비닐아세테이트(Vinyl acetate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor contains 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound containing at least one vinyl group selected from the group consisting of vinyl ethylene sulfite and vinyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. may include more.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리페닐포스프라닐리덴아닐린(N-(triphenylphosphranylidene)aniline) 및 트리펜타플루오로페닐포스핀(Tris(pentafluorophenyl)phosphine)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스핀(phosphine) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor is selected from the group consisting of triphenylphosphranylidene aniline (N- (triphenylphosphranylidene) aniline) and tripentafluorophenyl phosphine (Tris (pentafluorophenyl) phosphine) with respect to 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound including one or more phosphine derivatives may be further included.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리메틸포스파이트(Trimethylphosphite) 및 에틸렌에틸포스파이트(Ethylene ethyl phosphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스파이트(phosphite) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor is an organic compound containing at least one phosphite derivative selected from the group consisting of trimethylphosphite and ethylene ethyl phosphite based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. It may further include 0.01 to 15 parts by weight.

또한, 본 발명은, 양극과 음극이 서로 이격되게 배치되어 있고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막이 배치되며, 상기 양극 및 상기 음극은 슈퍼커패시터의 전해액에 함침되어 있고, 상기 슈퍼커패시터의 전해액은, 비수계 전해액, 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 이온성 액체 1∼40중량부 및 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 설폰계 전해액 첨가제 0.01∼15중량부를 포함하며, 상기 비수계 전해액은 유기용매와, TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate) 및 TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluoroborate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전해질 염을 포함하고, 상기 이온성액체는 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(EMIBF4), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(EMITf2N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(BMITf2N), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(BMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate(OMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(OMIMTf2N), N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate(MEMPBF4) 및 N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate(DEMEBF4)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 설폰계 전해액 첨가제는 divinyl sulfone(DVS), ethylmethyl sulfone(EMS), diethyl sulfone(DES) 및 dimethyl sulfone(DMS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터를 제공한다. In addition, in the present invention, the positive electrode and the negative electrode are disposed to be spaced apart from each other, and a separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode are the electrolyte of a supercapacitor is impregnated with, and the electrolyte of the supercapacitor is a non-aqueous electrolyte, 1-40 parts by weight of an ionic liquid with respect to 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte, and 0.01-15 of a sulfone-based electrolyte additive with respect to 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte Including parts by weight, the non-aqueous electrolyte includes an organic solvent, and at least one electrolyte salt selected from the group consisting of tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF4) and triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF4), and the ionic liquid is 1-Ethyl-3- methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (EMITf 2 N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (BMITf 2 N), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (EMITFSI) , 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate (OMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (OMIMTf 2 N), N-(2-Methoxyethyl)-N -methylpyrrolidinium tetraflioroborate (MEMPBF 4 ) and N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetrafliorobora te(DEMEBF 4 ) contains at least one material selected from the group consisting of, and the sulfone-based electrolyte additive is a group consisting of divinyl sulfone (DVS), ethylmethyl sulfone (EMS), diethyl sulfone (DES) and dimethyl sulfone (DMS) It provides a supercapacitor comprising at least one material selected from

상기 유기용매는 아세토니트릴(acetonitrile), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란, 부티로락톤 및 디메틸포름아미드으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The organic solvent is acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, It may include one or more substances selected from the group consisting of 2-methyltetrahydrofuran, butyrolactone, and dimethylformamide.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 초산에틸 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor may further include 0.01 to 15 parts by weight of ethyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 술포란 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor may further include 0.01 to 15 parts by weight of sulfolane based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 비닐에틸렌설파이트(Vinyl ethylene sulfite) 및 비닐아세테이트(Vinyl acetate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor contains 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound containing at least one vinyl group selected from the group consisting of vinyl ethylene sulfite and vinyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. may include more.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리페닐포스프라닐리덴아닐린(N-(triphenylphosphranylidene)aniline) 및 트리펜타플루오로페닐포스핀(Tris(pentafluorophenyl)phosphine)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스핀(phosphine) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor is selected from the group consisting of triphenylphosphranylidene aniline (N- (triphenylphosphranylidene) aniline) and tripentafluorophenyl phosphine (Tris (pentafluorophenyl) phosphine) with respect to 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound including one or more phosphine derivatives may be further included.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리메틸포스파이트(Trimethylphosphite) 및 에틸렌에틸포스파이트(Ethylene ethyl phosphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스파이트(phosphite) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor is an organic compound containing at least one phosphite derivative selected from the group consisting of trimethylphosphite and ethylene ethyl phosphite based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. It may further include 0.01 to 15 parts by weight.

또한, 본 발명은, 전극활물질, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 제조하는 단계와, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 금속 호일에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 금속 호일 또는 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하는 단계와, 전극 형태로 형성된 결과물을 건조하여 슈퍼커패시터 전극을 형성하는 단계 및 상기 슈퍼커패시터 전극을 양극과 음극으로 사용하며, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막을 배치하고, 상기 양극 및 상기 음극을 상기 슈퍼커패시터의 전해액에 함침시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a composition for a supercapacitor electrode by mixing an electrode active material, a conductive material, a binder and a dispersion medium, and pressing the composition for a supercapacitor electrode to form an electrode, or the composition for a supercapacitor electrode is coated on a metal foil to form an electrode, or the composition for supercapacitor electrode is pressed with a roller to form a sheet, and is attached to a metal foil or a current collector to form an electrode, and the result formed in the form of an electrode is dried to super forming a capacitor electrode and using the supercapacitor electrode as an anode and a cathode, disposing a separator between the anode and the cathode to prevent a short circuit between the anode and the cathode, and connecting the anode and the cathode to the super It provides a method of manufacturing a supercapacitor, comprising the step of impregnating the capacitor in an electrolyte solution.

본 발명에 의하면, 비수계 전해액, 이온성 액체 및 설폰계 전해액 첨가제를 포함하는 전해액을 사용함으로써 고전압에서 신뢰성이 높고 높은 에너지밀도를 나타내는 슈퍼커패시터를 제조할 수 있다.According to the present invention, a supercapacitor having high reliability and high energy density at high voltage can be manufactured by using an electrolyte including a non-aqueous electrolyte, an ionic liquid, and a sulfone-based electrolyte additive.

비수계 전해액에 이온성액체와 설폰계 전해액 첨가제를 혼합하여 슈퍼커패시터의 전해액을 제조함으로써, 슈퍼커패시터에 있어서 작동 가능한 전압 범위를 증진시켜 에너지밀도를 향상시킬 수가 있다. 상기 이온성액체는 비수계 전해액에 비해 넓은 전압창을 가지며 화학적, 열역학적으로 안정적이나 점도가 높아 이온전도도가 낮은 특성을 가지고 있어 점도가 낮은 비수계 전해액과 혼합할 시 점도를 감소시켜 이온전도도는 증가시키고, 화학적 열역학적으로 안정하여 3.0 V 내지 3.5 V의 고전압에서 장시간 동안 안정적으로 작동할 수 있다. 또한, 상기 설폰계 전해액 첨가제를 사용하여 고전압에서 장시간 동안 안정적으로 작동할 수 있다. 본 발명에 의해 제조된 전해액을 사용한 슈퍼커패시터는 고전압에서의 신뢰성이 높고 높은 에너지밀도를 갖는다.By mixing an ionic liquid and a sulfone-based electrolyte additive in a non-aqueous electrolyte to prepare an electrolyte for a supercapacitor, an operable voltage range in the supercapacitor can be increased to improve energy density. The ionic liquid has a wide voltage window compared to the non-aqueous electrolyte and is chemically and thermodynamically stable, but has a low ionic conductivity due to high viscosity. It is chemically and thermodynamically stable and can be operated stably for a long time at a high voltage of 3.0 V to 3.5 V. In addition, by using the sulfone-based electrolyte additive, it can operate stably at high voltage for a long time. The supercapacitor using the electrolyte prepared by the present invention has high reliability at high voltage and high energy density.

도 1은 일 예에 따른 코인형 슈퍼커패시터의 단면도를 보인 것이다.
도 1 내지 도 5는 일 예에 따른 권취형 슈퍼커패시터를 보여주는 도면이다.
도 6은 비교예에 따라 제조된 슈퍼커패시터의 전압 별 CV 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 실시예 1에 따라 제조된 슈퍼커패시터의 전압 별 CV 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 실시예 2에 따라 제조된 슈퍼커패시터의 전압 별 CV 측정 결과를 나타낸 도면이다.
1 is a cross-sectional view of a coin-type supercapacitor according to an example.
1 to 5 are views showing a wound type supercapacitor according to an example.
6 is a view showing CV measurement results for each voltage of a supercapacitor manufactured according to a comparative example.
7 is a view showing CV measurement results for each voltage of the supercapacitor manufactured according to Example 1. FIG.
8 is a view showing CV measurement results for each voltage of the supercapacitor manufactured according to Example 2;

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following examples are provided so that those of ordinary skill in the art can fully understand the present invention, and may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is limited to the examples described below it's not going to be

발명의 상세한 설명 또는 청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.When it is said that any one component "includes" another component in the detailed description or claims of the invention, it is not construed as being limited to only the component, unless otherwise stated, and other components are further added. It should be understood as being able to include

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슈퍼커패시터의 전해액은, 비수계 전해액, 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 이온성 액체 1∼40중량부 및 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 설폰계 전해액 첨가제 0.01∼15중량부를 포함하며, 상기 비수계 전해액은 유기용매와, TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate) 및 TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluoroborate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전해질 염을 포함하고, 상기 이온성액체는 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(EMIBF4), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(EMITf2N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(BMITf2N), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(BMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate(OMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(OMIMTf2N), N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate(MEMPBF4) 및 N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate(DEMEBF4)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 설폰계 전해액 첨가제는 divinyl sulfone(DVS), ethylmethyl sulfone(EMS), diethyl sulfone(DES) 및 dimethyl sulfone(DMS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함한다. The electrolyte of a supercapacitor according to a preferred embodiment of the present invention contains a non-aqueous electrolyte, 1 to 40 parts by weight of an ionic liquid based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte, and a sulfone-based electrolyte additive 0.01 with respect to 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. -15 parts by weight, wherein the non-aqueous electrolyte includes an organic solvent, and at least one electrolyte salt selected from the group consisting of tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF4) and triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF4), and the ionic liquid is 1-Ethyl- 3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (EMITf 2 N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (BMITf 2 N), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide ( EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate (OMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (OMIMTf 2 N), N-(2-Methoxyethyl) -N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate (MEMPBF 4 ) and N,N-Diethyl-N-methyl-N- (2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate (DEMEBF 4 ) containing at least one material selected from the group consisting of, the sulfone-based electrolyte solution Additives include divinyl sulfone (DVS), ethylmethyl sulfone (EMS), It contains at least one material selected from the group consisting of diethyl sulfone (DES) and dimethyl sulfone (DMS).

상기 유기용매는 아세토니트릴(acetonitrile), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란, 부티로락톤 및 디메틸포름아미드으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The organic solvent is acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, It may include one or more substances selected from the group consisting of 2-methyltetrahydrofuran, butyrolactone, and dimethylformamide.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 초산에틸 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor may further include 0.01 to 15 parts by weight of ethyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 술포란 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor may further include 0.01 to 15 parts by weight of sulfolane based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 비닐에틸렌설파이트(Vinyl ethylene sulfite) 및 비닐아세테이트(Vinyl acetate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor contains 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound containing at least one vinyl group selected from the group consisting of vinyl ethylene sulfite and vinyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. may include more.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리페닐포스프라닐리덴아닐린(N-(triphenylphosphranylidene)aniline) 및 트리펜타플루오로페닐포스핀(Tris(pentafluorophenyl)phosphine)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스핀(phosphine) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor is selected from the group consisting of triphenylphosphranylidene aniline (N- (triphenylphosphranylidene) aniline) and tripentafluorophenyl phosphine (Tris (pentafluorophenyl) phosphine) with respect to 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound including one or more phosphine derivatives may be further included.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리메틸포스파이트(Trimethylphosphite) 및 에틸렌에틸포스파이트(Ethylene ethyl phosphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스파이트(phosphite) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor is an organic compound containing at least one phosphite derivative selected from the group consisting of trimethylphosphite and ethylene ethyl phosphite based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. It may further include 0.01 to 15 parts by weight.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슈퍼커패시터는, 양극과 음극이 서로 이격되게 배치되어 있고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막이 배치되며, 상기 양극 및 상기 음극은 슈퍼커패시터의 전해액에 함침되어 있고, 상기 슈퍼커패시터의 전해액은, 비수계 전해액, 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 이온성 액체 1∼40중량부 및 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 설폰계 전해액 첨가제 0.01∼15중량부를 포함하며, 상기 비수계 전해액은 유기용매와, TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate) 및 TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluoroborate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전해질 염을 포함하고, 상기 이온성액체는 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(EMIBF4), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(EMITf2N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(BMITf2N), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(BMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate(OMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(OMIMTf2N), N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate(MEMPBF4) 및 N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate(DEMEBF4)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 설폰계 전해액 첨가제는 divinyl sulfone(DVS), ethylmethyl sulfone(EMS), diethyl sulfone(DES) 및 dimethyl sulfone(DMS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함한다. In a supercapacitor according to a preferred embodiment of the present invention, an anode and a cathode are spaced apart from each other, and a separator is disposed between the anode and the cathode to prevent a short circuit between the anode and the cathode, the anode and the cathode The negative electrode is impregnated in the electrolyte of the supercapacitor, and the electrolyte of the supercapacitor is designed with respect to the non-aqueous electrolyte, 1 to 40 parts by weight of the ionic liquid based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte, and 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. Contains 0.01 to 15 parts by weight of a phone-based electrolyte additive, wherein the non-aqueous electrolyte includes an organic solvent, and one or more electrolyte salts selected from the group consisting of tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF4) and triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF4), and the ionic liquid includes 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (EMITf 2 N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (BMITf 2 N), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis ( trifluoromethanesulfonyl)imide (EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate (OMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (OMIMTf 2 N), N-( 2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate (MEMPBF 4 ) and N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammoniu m containing at least one material selected from the group consisting of tetraflioroborate (DEMEBF 4 ), and the sulfone-based electrolyte additive is composed of divinyl sulfone (DVS), ethylmethyl sulfone (EMS), diethyl sulfone (DES) and dimethyl sulfone (DMS). and one or more substances selected from the group.

상기 유기용매는 아세토니트릴(acetonitrile), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란, 부티로락톤 및 디메틸포름아미드으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The organic solvent is acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, It may include one or more substances selected from the group consisting of 2-methyltetrahydrofuran, butyrolactone, and dimethylformamide.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 초산에틸 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor may further include 0.01 to 15 parts by weight of ethyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 술포란 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor may further include 0.01 to 15 parts by weight of sulfolane based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 비닐에틸렌설파이트(Vinyl ethylene sulfite) 및 비닐아세테이트(Vinyl acetate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor contains 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound containing at least one vinyl group selected from the group consisting of vinyl ethylene sulfite and vinyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. may include more.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리페닐포스프라닐리덴아닐린(N-(triphenylphosphranylidene)aniline) 및 트리펜타플루오로페닐포스핀(Tris(pentafluorophenyl)phosphine)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스핀(phosphine) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor is selected from the group consisting of triphenylphosphranylidene aniline (N- (triphenylphosphranylidene) aniline) and tripentafluorophenyl phosphine (Tris (pentafluorophenyl) phosphine) with respect to 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound including one or more phosphine derivatives may be further included.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리메틸포스파이트(Trimethylphosphite) 및 에틸렌에틸포스파이트(Ethylene ethyl phosphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스파이트(phosphite) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor is an organic compound containing at least one phosphite derivative selected from the group consisting of trimethylphosphite and ethylene ethyl phosphite based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. It may further include 0.01 to 15 parts by weight.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슈퍼커패시터의 제조방법은, 전극활물질, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 제조하는 단계와, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 금속 호일에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 금속 호일 또는 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하는 단계와, 전극 형태로 형성된 결과물을 건조하여 슈퍼커패시터 전극을 형성하는 단계 및 상기 슈퍼커패시터 전극을 양극과 음극으로 사용하며, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막을 배치하고, 상기 양극 및 상기 음극을 상기 슈퍼커패시터의 전해액에 함침시키는 단계를 포함한다.The method of manufacturing a supercapacitor according to a preferred embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a composition for a supercapacitor electrode by mixing an electrode active material, a conductive material, a binder and a dispersion medium, and pressing the composition for a supercapacitor electrode to form an electrode forming, or coating the composition for a supercapacitor electrode on a metal foil to form an electrode, or pressing the composition for a supercapacitor electrode with a roller to form a sheet and attaching it to a metal foil or a current collector to form an electrode; Drying the resultant formed in the form of an electrode to form a supercapacitor electrode, using the supercapacitor electrode as an anode and a cathode, and placing a separator between the anode and the cathode to prevent a short circuit between the anode and the cathode, , and impregnating the anode and the cathode with the electrolyte of the supercapacitor.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슈퍼커패시터의 전해액을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, an electrolyte of a supercapacitor according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슈퍼커패시터의 전해액은, 비수계 전해액, 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 이온성 액체 1∼40중량부 및 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 설폰계 전해액 첨가제 0.01∼15중량부를 포함한다. The electrolyte of a supercapacitor according to a preferred embodiment of the present invention contains a non-aqueous electrolyte, 1 to 40 parts by weight of an ionic liquid based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte, and a sulfone-based electrolyte additive 0.01 with respect to 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. -15 parts by weight.

상기 비수계 전해액은 유기용매와, TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate) 및 TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluoroborate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전해질 염을 포함한다. The non-aqueous electrolyte includes an organic solvent and one or more electrolyte salts selected from the group consisting of tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF4) and triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEABF4).

상기 유기용매는 아세토니트릴(acetonitrile), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란, 부티로락톤 및 디메틸포름아미드으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The organic solvent is acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, It may include one or more substances selected from the group consisting of 2-methyltetrahydrofuran, butyrolactone, and dimethylformamide.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 고전압에서의 안정성을 확보하기 위하여 전위창이 큰 물질인 이온성 액체를 포함한다. 상기 이온성액체는 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(EMIBF4), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(EMITf2N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(BMITf2N), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(BMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate(OMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(OMIMTf2N), N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate(MEMPBF4) 및 N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate(DEMEBF4)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. The electrolyte of the supercapacitor includes an ionic liquid, which is a material having a large potential window in order to secure stability at high voltage. The ionic liquid is 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (EMITf 2 N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (BMITf 2 N), 1-Ethyl- 3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate (OMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (OMIMTf 2 N ), at least one selected from the group consisting of N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate (MEMPBF 4 ) and N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate (DEMEBF 4 ) material may be included.

상기 이온성 액체의 일 예로서 EMITFSI(1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide)의 구조를 아래의 구조식 1에 나타내었다. As an example of the ionic liquid, the structure of EMITFSI (1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide) is shown in Structural Formula 1 below.

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 이온성 액체의 다른 예로서 MEMPBF4(N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate)의 구조를 아래의 구조식 2에 나타내었다. As another example of the ionic liquid, the structure of MEMPBF 4 (N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate) is shown in Structural Formula 2 below.

[구조식 2][Structural Formula 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

상술한 이온성 액체는 전해질 염과 유기용매에 비해 넓은 전위창을 가지고 있으며, 화학적/열역학적으로 안정한 특징을 가지고 있다. 전위창을 확장시켜주는 이온성 액체를 포함함으로써 고전압에서 작동할 경우에 발생하는 전해액의 분해를 감소시킬 수 있다. 하지만, 이온성 액체는 고가의 물질이며 높은 점도를 가지고 있어 전극으로의 함침이 어려운 단점을 가지고 있다. 이러한 이온성 액체의 단점을 보완하는 방법으로 유기용매와 전해질 염과 함께 이온성 액체를 혼합하고 점도를 낮춰주어 함침성을 높이는 것이 바람직하다. The above-described ionic liquid has a wide potential window compared to electrolyte salts and organic solvents, and is chemically/thermodynamically stable. By including an ionic liquid that expands the potential window, it is possible to reduce the decomposition of the electrolyte that occurs when operating at high voltage. However, the ionic liquid is an expensive material and has a high viscosity, so it is difficult to impregnate the electrode. As a method of compensating for the disadvantages of such an ionic liquid, it is preferable to mix the ionic liquid with an organic solvent and an electrolyte salt and lower the viscosity to increase the impregnability.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 설폰계 전해액 첨가제를 포함한다. 상기 설폰계 전해액 첨가제는 divinyl sulfone(DVS), ethylmethyl sulfone(EMS), diethyl sulfone(DES) 및 dimethyl sulfone(DMS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함한다. The electrolyte of the supercapacitor includes a sulfone-based electrolyte additive. The sulfone-based electrolyte additive includes at least one material selected from the group consisting of divinyl sulfone (DVS), ethylmethyl sulfone (EMS), diethyl sulfone (DES), and dimethyl sulfone (DMS).

비수계 전해액에 이온성액체와 설폰계 전해액 첨가제를 혼합하여 슈퍼커패시터의 전해액을 제조함으로써, 슈퍼커패시터에 있어서 작동 가능한 전압 범위를 증진시켜 에너지밀도를 향상시킬 수가 있다. 상기 이온성액체는 비수계 전해액에 비해 넓은 전압창을 가지며 화학적, 열역학적으로 안정적이나 점도가 높아 이온전도도가 낮은 특성을 가지고 있어 점도가 낮은 비수계 전해액과 혼합할 시 점도를 감소시켜 이온전도도는 증가시키고, 화학적 열역학적으로 안정하여 3.0 V 내지 3.5 V의 고전압에서 장시간 동안 안정적으로 작동할 수 있다. 또한, 상기 설폰계 전해액 첨가제를 사용하여 고전압에서 장시간 동안 안정적으로 작동할 수 있다. 본 발명에 의해 제조된 전해액을 사용한 슈퍼커패시터는 고전압에서의 신뢰성이 높고 높은 에너지밀도를 갖는다.By mixing an ionic liquid and a sulfone-based electrolyte additive in a non-aqueous electrolyte to prepare an electrolyte for a supercapacitor, an operable voltage range in the supercapacitor can be increased to improve energy density. The ionic liquid has a wide voltage window compared to the non-aqueous electrolyte and is chemically and thermodynamically stable, but has a low ionic conductivity due to high viscosity. It is chemically and thermodynamically stable and can be operated stably for a long time at a high voltage of 3.0 V to 3.5 V. In addition, by using the sulfone-based electrolyte additive, it can operate stably at high voltage for a long time. The supercapacitor using the electrolyte prepared by the present invention has high reliability at high voltage and high energy density.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 초산에틸 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor may further include 0.01 to 15 parts by weight of ethyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 술포란 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor may further include 0.01 to 15 parts by weight of sulfolane based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 비닐에틸렌설파이트(Vinyl ethylene sulfite) 및 비닐아세테이트(Vinyl acetate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다. 비닐기를 포함하는 유기화합물을 사용함으로써 전도성을 높이고 전위창을 넓혀, 고전압에서도 안정적인 구동이 가능한 슈퍼커패시터를 제조할 수 있다. The electrolyte of the supercapacitor contains 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound containing at least one vinyl group selected from the group consisting of vinyl ethylene sulfite and vinyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. may include more. By using an organic compound containing a vinyl group, it is possible to manufacture a supercapacitor capable of stably driving even at high voltage by increasing conductivity and widening the potential window.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리페닐포스프라닐리덴아닐린(N-(triphenylphosphranylidene)aniline) 및 트리펜타플루오로페닐포스핀(Tris(pentafluorophenyl)phosphine)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스핀(phosphine) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다. 이온성 액체의 낮은 전도성을 보완하는 방법으로 포스핀(phosphine) 유도체를 포함하는 유기화합물을 사용함으로써 전도성을 높이고 전위창을 넓혀, 고전압에서도 안정적인 구동이 가능한 슈퍼커패시터를 제조할 수 있다. The electrolyte of the supercapacitor is selected from the group consisting of triphenylphosphranylidene aniline (N- (triphenylphosphranylidene) aniline) and tripentafluorophenyl phosphine (Tris (pentafluorophenyl) phosphine) with respect to 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound including one or more phosphine derivatives may be further included. By using an organic compound containing a phosphine derivative as a way to compensate for the low conductivity of an ionic liquid, a supercapacitor capable of stably driving even at high voltage can be manufactured by increasing the conductivity and widening the potential window.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리메틸포스파이트(Trimethylphosphite) 및 에틸렌에틸포스파이트(Ethylene ethyl phosphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스파이트(phosphite) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다. 포스파이트 유도체를 포함하는 유기화합물을 사용함으로써 전도성을 높이고 전위창을 넓혀, 고전압에서도 안정적인 구동이 가능한 슈퍼커패시터를 제조할 수 있다. The electrolyte of the supercapacitor is an organic compound containing at least one phosphite derivative selected from the group consisting of trimethylphosphite and ethylene ethyl phosphite based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. It may further include 0.01 to 15 parts by weight. By using an organic compound containing a phosphite derivative, it is possible to manufacture a supercapacitor capable of stably driving even at high voltage by increasing conductivity and widening the potential window.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슈퍼커패시터의 전해액을 이용한 고전압 슈퍼커패시터 및 그 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a high voltage supercapacitor using an electrolyte of a supercapacitor according to a preferred embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same will be described in more detail.

전극활물질, 도전재, 바인더, 및 분산매를 포함하는 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 제조한다. 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물은 상기 전극활물질, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 도전재 2∼20중량부, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 바인더 2∼20중량부, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 분산매 200∼300중량부를 포함할 수 있다. 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물은 반죽 상이므로 균일한 혼합(완전 분산)이 어려울 수 있는데, 플래니터리 믹서(Planetary mixer)와 같은 혼합기(mixer)를 사용하여 소정 시간(예컨대, 10분∼12시간) 동안 교반시키면 전극 제조에 적합한 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 얻을 수 있다. 플래니터리 믹서(Planetary mixer)와 같은 혼합기는 균일하게 혼합된 슈퍼커패시터 전극용 조성물의 제조를 가능케 한다.A composition for a supercapacitor electrode including an electrode active material, a conductive material, a binder, and a dispersion medium is prepared. The composition for a supercapacitor electrode includes 2 to 20 parts by weight of a conductive material based on 100 parts by weight of the electrode active material and 100 parts by weight of the electrode active material, 2 to 20 parts by weight of a binder based on 100 parts by weight of the electrode active material, and 100 parts by weight of the electrode active material. It may contain 200 to 300 parts by weight of the dispersion medium. Since the composition for supercapacitor electrode is in the form of a paste, it may be difficult to uniformly mix (completely disperse). When stirred for a while, a composition for a supercapacitor electrode suitable for electrode manufacturing can be obtained. A mixer such as a planetary mixer enables the preparation of a uniformly mixed composition for a supercapacitor electrode.

상기 전극활물질은 다공성의 활성탄 등을 사용할 수 있다.The electrode active material may be porous activated carbon or the like.

상기 바인더는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE; polytetrafluoroethylene), 폴리비닐리덴플로라이드(PVdF; polyvinylidenefloride), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC; carboxymethylcellulose), 폴리비닐알코올(PVA; poly vinyl alcohol), 폴리비닐부티랄(PVB; poly vinyl butyral), 폴리비닐피롤리돈(PVP; poly-N-vinylpyrrolidone), 스티렌부타디엔고무(SBR; styrene butadiene rubber), 폴리아마이드-이미드(Polyamide-imide), 폴리이미드(polyimide) 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. The binder is polytetrafluoroethylene (PTFE; polytetrafluoroethylene), polyvinylidene fluoride (PVdF; polyvinylidenefloride), carboxymethylcellulose (CMC; carboxymethylcellulose), polyvinyl alcohol (PVA; polyvinyl alcohol), polyvinylbutyral ( PVB; poly vinyl butyral), polyvinylpyrrolidone (PVP; poly-N-vinylpyrrolidone), styrene butadiene rubber (SBR), polyamide-imide, polyimide, etc. One or two or more selected from the group may be used in combination.

상기 도전재는 화학 변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 슈퍼-피(Super-P) 블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등이 가능하다. The conductive material is not particularly limited as long as it is an electronically conductive material that does not cause chemical change, and examples include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, Super-P black, carbon fiber, copper, nickel. , a metal powder such as aluminum, silver, or a metal fiber, etc. are possible.

상기 분산매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, N-메틸피롤리돈(NMP), 프로필렌글리콜(PG) 등의 유기 용매 또는 물을 사용할 수 있다.The dispersion medium may be an organic solvent such as ethanol (EtOH), acetone, isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone (NMP), propylene glycol (PG), or water.

전극활물질, 바인더, 도전재 및 분산매를 혼합한 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 금속 호일에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태로 만들고 금속 호일 또는 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하고, 전극 형태로 형성된 결과물을 건조하여 전극을 형성한다.A composition for a supercapacitor electrode, which is a mixture of an electrode active material, a binder, a conductive material, and a dispersion medium, is pressed to form an electrode, or the composition for a supercapacitor electrode is coated on a metal foil to form an electrode, or the composition for a supercapacitor electrode is pressed with a roller to form a sheet state, is attached to a metal foil or a current collector to form an electrode, and the resultant formed in the form of an electrode is dried to form an electrode.

전극을 형성하는 단계의 예를 보다 구체적으로 설명하면, 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤프레스 성형기를 이용하여 압착하여 성형할 수 있다. 롤프레스 성형기는 압연을 통한 전극밀도 향상 및 전극의 두께 제어를 목적으로 하고 있으며, 상단과 하단의 롤과 롤의 두께 및 가열 온도를 제어할 수 있는 컨트롤러와, 전극을 풀어주고 감아줄 수 있는 와인딩부로 구성된다. 롤상태의 전극이 롤프레스를 지나면서 압연공정이 진행되고 이것이 다시 롤상태로 감겨서 전극이 완성된다. 이때, 프레스의 가압 압력은 5∼20 ton/㎠로 롤의 온도는 0∼150℃로 하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 프레스 압착 공정을 거친 슈퍼커패시터 전극용 조성물은 건조 공정을 거친다. 건조 공정은 100℃∼350℃, 바람직하게는 150℃∼300℃의 온도에서 수행된다. 이때, 건조 온도가 100℃ 미만인 경우 분산매의 증발이 어려워 바람직하지 않으며, 350℃를 초과하는 고온 건조 시에는 도전재의 산화가 일어날 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 건조 온도는 적어도 100℃ 이상이고, 350℃를 넘지 않는 것이 바람직하다. 그리고 건조 공정은 위와 같은 온도에서 약 10분∼6시간 동안 진행시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 건조 공정은 성형된 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 건조(분산매 증발)시킴과 동시에 분말 입자를 결속시켜 슈퍼커패시터 전극의 강도를 향상시킨다.When describing the example of the step of forming the electrode in more detail, the composition for a supercapacitor electrode may be molded by compression using a roll press molding machine. The roll press molding machine aims to improve the electrode density and control the thickness of the electrode through rolling. made up of wealth As the rolled electrode passes through the roll press, the rolling process proceeds, which is then wound into a roll state to complete the electrode. At this time, the pressing pressure of the press is preferably 5 to 20 ton/cm 2 and the temperature of the roll is preferably 0 to 150°C. The composition for a supercapacitor electrode, which has been subjected to the press compression process as described above, is subjected to a drying process. The drying process is carried out at a temperature of 100°C to 350°C, preferably 150°C to 300°C. At this time, when the drying temperature is less than 100 ° C., it is not preferable because evaporation of the dispersion medium is difficult, and when drying at a high temperature exceeding 350 ° C., oxidation of the conductive material may occur. Therefore, it is preferable that the drying temperature is at least 100°C or higher and does not exceed 350°C. And the drying process is preferably carried out for about 10 minutes to 6 hours at the same temperature as above. Such a drying process dries the molded composition for a supercapacitor electrode (evaporating the dispersion medium) and at the same time binds the powder particles to improve the strength of the supercapacitor electrode.

또한, 전극을 형성하는 다른 예를 살펴보면, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 티타늄 호일(Ti foil), 알루미늄 호일(Al foil), 알루미늄 에칭 호일(Al etching foil)과 같은 금속 호일(metal foil)에 코팅하거나, 상기 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태(고무 타입)로 만들고 금속 호일 또는 금속 집전체에 붙여서 전극 형상으로 제조할 수도 있다. 상기 알루미늄 에칭 호일이라 함은 알루미늄 호일을 요철 모양으로 에칭한 것을 의미한다. 상기와 같은 공정을 거친 전극 형상에 대하여 건조 공정을 거친다. 100℃∼250℃, 바람직하게는 150℃∼200℃의 온도에서 수행된다. In addition, looking at another example of forming an electrode, the composition for a supercapacitor electrode is coated on a metal foil such as a titanium foil, an aluminum foil, or an aluminum etching foil. Alternatively, the composition for the electrode may be made into a sheet state (rubber type) by pushing the composition for an electrode with a roller and attached to a metal foil or a metal current collector to produce an electrode shape. The aluminum etching foil means that the aluminum foil is etched in a concave-convex shape. A drying process is performed on the electrode shape that has been subjected to the above process. It is carried out at a temperature of 100°C to 250°C, preferably 150°C to 200°C.

상기와 같이 제조된 슈퍼커패시터 전극은 고용량으로서 소형의 코인형 슈퍼커패시터에 유용하게 적용될 수 있다. The supercapacitor electrode manufactured as described above has a high capacity and can be usefully applied to a small coin-type supercapacitor.

도 1은 본 발명에 따른 슈퍼커패시터의 사용 상태도로서, 상기 슈퍼커패시터 전극이 적용된 코인형 슈퍼커패시터의 단면도를 보인 것이다. 도 1에서 도면부호 190은 도전체로서의 금속캡이고, 도면부호 160은 양극(120)과 음극(110) 간의 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 분리막(separator)이며, 도면부호 192는 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락방지를 위한 가스켓이다. 이때, 상기 양극(120)과 음극(110)은 금속캡(190)과 접착제에 의해 견고하게 고정된다.1 is a state diagram of a supercapacitor according to the present invention, and is a cross-sectional view of a coin-type supercapacitor to which the supercapacitor electrode is applied. In FIG. 1, reference numeral 190 denotes a metal cap as a conductor, reference numeral 160 denotes a separator made of a porous material for insulation and short circuit prevention between the anode 120 and the cathode 110, and reference numeral 192 denotes electrolyte leakage. It is a gasket for preventing electrical shock and insulation and short circuit. At this time, the positive electrode 120 and the negative electrode 110 are firmly fixed by the metal cap 190 and the adhesive.

상기 코인형 슈퍼커패시터는, 상술한 슈퍼커패시터 전극으로 이루어진 양극(120)과, 상술한 슈퍼커패시터 전극으로 이루어진 음극(110)과, 양극(120)과 음극(110) 사이에 배치되고 양극(120)과 음극(120)의 단락을 방지하기 위한 분리막(seperator)(160)을 금속캡(190) 내에 배치하고, 양극(120)와 음극(110) 사이에 상술한 슈퍼커패시터의 전해액을 주입한 후, 가스켓(192)으로 밀봉하여 제조할 수 있다. The coin-type supercapacitor is disposed between the anode 120 made of the above-described supercapacitor electrode, the cathode 110 comprising the above-described supercapacitor electrode, and the anode 120 and the cathode 110, the anode 120 After disposing a separator 160 to prevent a short circuit between the cathode 120 and the metal cap 190, and injecting the above-described electrolyte solution of the supercapacitor between the anode 120 and the cathode 110, It may be manufactured by sealing it with a gasket 192 .

상기 분리막은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 또는 레이온 섬유 등 전지 및 커패시터 분야에서 일반적으로 사용되는 분리막이라면 특별히 제한되지 않는다.The separator includes polyethylene nonwoven fabric, polypropylene nonwoven fabric, polyester nonwoven fabric, polyacrylonitrile porous separator, poly(vinylidene fluoride) hexafluoropropane copolymer porous separator, cellulose porous separator, kraft paper or rayon fiber, etc. batteries and capacitors If it is a separator generally used in the field, it is not particularly limited.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 다른 예에 따른 슈퍼커패시터를 보여주는 도면으로서, 도 2 내지 도 5를 참조하여 슈퍼커패시터를 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다.2 to 5 are views showing a supercapacitor according to another example of the present invention, and a method of manufacturing the supercapacitor will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5 .

전극활물질, 바인더, 도전재 및 분산매를 혼합하여 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 제조하는 방법은 앞서 설명한 방법과 동일하다. A method for preparing a composition for a supercapacitor electrode by mixing an electrode active material, a binder, a conductive material, and a dispersion medium is the same as the method described above.

상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 알루미늄 호일(Al foil), 알루미늄 에칭 호일(Al etching foil)과 같은 금속 호일(metal foil)에 코팅하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태(고무 타입)로 만들고 금속 호일 또는 집전체에 붙여서 양극 및 음극 형상으로 제조한다. The composition for supercapacitor electrodes is coated on a metal foil such as aluminum foil or aluminum etching foil, or the composition for supercapacitor electrodes is pushed with a roller to form a sheet state ( rubber type) and attached to a metal foil or a current collector to produce positive and negative electrode shapes.

상기와 같은 공정을 거친 양극 및 음극 형상에 대하여 건조 공정을 거친다. 건조 공정은 100℃∼350℃, 바람직하게는 150℃∼300℃의 온도에서 수행된다. 이때, 건조 온도가 100℃ 미만인 경우 분산매의 증발이 어려워 바람직하지 않으며, 350℃를 초과하는 고온 건조 시에는 도전재의 산화가 일어날 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 건조 온도는 적어도 100℃ 이상이고, 350℃를 넘지 않는 것이 바람직하다. 그리고 건조 공정은 위와 같은 온도에서 약 10분∼6시간 동안 진행시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 건조 공정은 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 건조(분산매 증발)시킴과 동시에 분말 입자를 결속시켜 슈퍼커패시터 전극의 강도를 향상시킨다.A drying process is performed on the shapes of the positive and negative electrodes that have been subjected to the above process. The drying process is carried out at a temperature of 100°C to 350°C, preferably 150°C to 300°C. At this time, when the drying temperature is less than 100 ° C., it is not preferable because evaporation of the dispersion medium is difficult, and when drying at a high temperature exceeding 350 ° C., oxidation of the conductive material may occur. Therefore, it is preferable that the drying temperature is at least 100°C or higher and does not exceed 350°C. And the drying process is preferably carried out for about 10 minutes to 6 hours at the same temperature as above. Such a drying process dries the composition for supercapacitor electrodes (evaporating the dispersion medium) and at the same time binds powder particles to improve the strength of the supercapacitor electrode.

도 2에 도시된 바와 같이, 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 금속 호일에 코팅하거나 시트 상태로 만들어 금속 호일 또는 집전체에 붙여서 제조한 양극(120) 및 음극(110)에 각각 리드선(130, 140)을 부착한다. As shown in FIG. 2, the lead wires 130 and 140 to the positive electrode 120 and the negative electrode 110 manufactured by coating the composition for a supercapacitor electrode on a metal foil or making a sheet state and attaching it to a metal foil or a current collector, respectively. attach

도 3에 도시된 바와 같이, 제1 분리막(150), 양극(120), 제2 분리막(160) 및 음극(110)을 적층하고, 코일링(coling)하여 롤(roll) 형태의 권취소자(175)로 제작한 후, 롤(roll) 주위로 접착 테이프(170) 등으로 감아 롤 형태가 유지될 수 있게 한다. 3, the first separator 150, the positive electrode 120, the second separator 160, and the negative electrode 110 are laminated and coiled to form a roll retractor ( 175), and then wound around the roll with an adhesive tape 170, etc. so that the roll shape can be maintained.

상기 양극(120)과 음극(110) 사이에 구비된 제2 분리막(160)은 양극(120)과 음극(110)의 단락을 방지하는 역할을 한다. 제1 및 제2 분리막(150,160)은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 또는 레이온 섬유 등 전지 및 커패시터 분야에서 일반적으로 사용되는 분리막이라면 특별히 제한되지 않는다.The second separator 160 provided between the positive electrode 120 and the negative electrode 110 serves to prevent a short circuit between the positive electrode 120 and the negative electrode 110 . The first and second separators 150 and 160 are polyethylene nonwoven fabric, polypropylene nonwoven fabric, polyester nonwoven fabric, polyacrylonitrile porous separator, poly(vinylidene fluoride) hexafluoropropane copolymer porous separator, cellulose porous separator, kraft paper Or, if it is a separator generally used in the field of batteries and capacitors such as rayon fiber, it is not particularly limited.

도 4에 도시된 바와 같이, 롤(roll) 형태의 결과물에 실링 고무(sealing rubber)(180)를 장착하고, 금속캡(예컨대, 알루미늄 케이스(Al Case))(190)에 삽착시킨다. As shown in FIG. 4 , a sealing rubber 180 is mounted on the resultant in the form of a roll, and inserted into a metal cap (eg, an aluminum case) 190 .

롤 형태의 권취소자(175)(양극(120)과 음극(110))가 함침되게 상술한 슈퍼커 패시터의 전해액을 주입하고, 밀봉한다. The electrolyte solution of the above-described supercapacitor is injected so that the roll-shaped winding retractor 175 (positive electrode 120 and negative electrode 110) is impregnated and sealed.

이와 같이 제작된 슈퍼커패시터를 도 5에 개략적으로 나타내었다. The supercapacitor fabricated in this way is schematically shown in FIG. 5 .

상술한 바와 같이 제조된 슈퍼커패시터는, 양극과 음극이 서로 이격되게 배치되어 있고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막이 배치되며, 상기 양극 및 상기 음극은 슈퍼커패시터의 전해액에 함침되어 있다. In the supercapacitor manufactured as described above, the positive electrode and the negative electrode are spaced apart from each other, and a separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and the positive electrode and the negative electrode are It is impregnated with the electrolyte of the supercapacitor.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은, 비수계 전해액, 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 이온성 액체 1∼40중량부 및 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 설폰계 전해액 첨가제 0.01∼15중량부를 포함하며, 상기 비수계 전해액은 유기용매와, TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate) 및 TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluoroborate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전해질 염을 포함하고, 상기 이온성액체는 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(EMIBF4), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(EMITf2N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(BMITf2N), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(BMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate(OMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(OMIMTf2N), N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate(MEMPBF4) 및 N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate(DEMEBF4)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 설폰계 전해액 첨가제는 divinyl sulfone(DVS), ethylmethyl sulfone(EMS), diethyl sulfone(DES) 및 dimethyl sulfone(DMS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함한다. The electrolyte of the supercapacitor contains 1 to 40 parts by weight of the ionic liquid based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte, and 0.01 to 15 parts by weight of the sulfone-based electrolyte additive based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte, The non-aqueous electrolyte includes an organic solvent, and at least one electrolyte salt selected from the group consisting of tetraethylammonium tetrafluoroborate (TEABF4) and triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF4), and the ionic liquid is 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4). ), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (EMITf 2 N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (BMITf 2 N), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (EMITFSI), 1-Butyl- 3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate (OMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (OMIMTf 2 N), N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate (MEMPBF) 4 ) and at least one material selected from the group consisting of N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate (DEMEBF 4 ), and the sulfone-based electrolyte additive is divinyl sulfone (DVS) , ethylmethyl sulfone (EMS), diethyl sulfone ( DES) and at least one material selected from the group consisting of dimethyl sulfone (DMS).

상기 유기용매는 아세토니트릴(acetonitrile), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란, 부티로락톤 및 디메틸포름아미드으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The organic solvent is acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, It may include one or more substances selected from the group consisting of 2-methyltetrahydrofuran, butyrolactone, and dimethylformamide.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 초산에틸 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor may further include 0.01 to 15 parts by weight of ethyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 술포란 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor may further include 0.01 to 15 parts by weight of sulfolane based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 비닐에틸렌설파이트(Vinyl ethylene sulfite) 및 비닐아세테이트(Vinyl acetate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor contains 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound containing at least one vinyl group selected from the group consisting of vinyl ethylene sulfite and vinyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. may include more.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리페닐포스프라닐리덴아닐린(N-(triphenylphosphranylidene)aniline) 및 트리펜타플루오로페닐포스핀(Tris(pentafluorophenyl)phosphine)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스핀(phosphine) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor is selected from the group consisting of triphenylphosphranylidene aniline (N- (triphenylphosphranylidene) aniline) and tripentafluorophenyl phosphine (Tris (pentafluorophenyl) phosphine) with respect to 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound including one or more phosphine derivatives may be further included.

상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리메틸포스파이트(Trimethylphosphite) 및 에틸렌에틸포스파이트(Ethylene ethyl phosphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스파이트(phosphite) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함할 수 있다.The electrolyte of the supercapacitor is an organic compound containing at least one phosphite derivative selected from the group consisting of trimethylphosphite and ethylene ethyl phosphite based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. It may further include 0.01 to 15 parts by weight.

이하에서, 본 발명에 따른 실험예를 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, experimental examples according to the present invention are specifically presented, and the present invention is not limited to the experimental examples presented below.

<실시예 1><Example 1>

비수계 전해액(1M TEABF4 / ACN) 8g, 이온성액체인 EMIBF4 2g을 100㎖ 비커에 넣고 상온에서 300rpm으로 30분 동안 스터링(stirring)하면서 혼합하여 고전압용 슈퍼커패시터 전해액을 제조하였다. 상기 비수계 전해액(1M TEABF4/ACN)은 ACN(acetonitrile)에 1M의 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate) 염이 용해된 전해액이다.8 g of non-aqueous electrolyte (1M TEABF 4 / ACN) and 2 g of EMIBF 4 , an ionic liquid, were placed in a 100 ml beaker and mixed at room temperature at 300 rpm for 30 minutes while stirring to prepare a high-voltage supercapacitor electrolyte. The non-aqueous electrolyte (1M TEABF 4 /ACN) is an electrolyte in which 1M TEABF 4 (tetraethylammonium tetrafluoroborate) salt is dissolved in acetonitrile (ACN).

상용 활성탄 YP50F를 전극활물질로 사용하여 슈퍼커패시터용 전극으로 제조하였다. 전극 제조시 전극활물질 0.9g, 도전재인 카본블랙 super-p 0.05g, 바인더인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE; Polytetrafluoroethylene) 0.05g을 분산매인 에탄올에 넣고 플래니터리 믹서(planetary mixer)로 3분간 혼합하여 슬러리 상태로 만들고, 손반죽을 10회 진행한 후 롤프레스로 압연 공정을 실시하였다. 이때 프레스의 가압 압력은 10 ton/㎠, 롤의 온도는 60 ℃로 하였다. 압연 공정 후의 전극 두께는 150 ㎛로 하였고, 150℃의 진공건조대에 넣고 12시간 동안 건조하여 전극을 수득하였다.Commercially available activated carbon YP50F was used as an electrode active material to prepare an electrode for a supercapacitor. When manufacturing the electrode, put 0.9 g of electrode active material, 0.05 g of carbon black super-p as a conductive material, and 0.05 g of polytetrafluoroethylene (PTFE; Polytetrafluoroethylene) as a binder in ethanol as a dispersion medium and mix for 3 minutes with a planetary mixer. to make a slurry state, and after performing hand kneading 10 times, a rolling process was performed with a roll press. At this time, the pressing pressure of the press was 10 ton/cm 2 , and the temperature of the roll was 60°C. The electrode thickness after the rolling process was 150 μm, and it was placed in a vacuum drying rack at 150° C. and dried for 12 hours to obtain an electrode.

제조된 고전압용 슈퍼커패시터 전해액 120㎕와 상기 전극을 사용하여 코인 타입(coin type)(2032)의 셀(cell)로 풀셀(full cell) 조립하였다. 이때 분리막은 NKK사의 TF4035을 사용하였다. A full cell was assembled into a coin type 2032 cell using 120 μl of the prepared high voltage supercapacitor electrolyte and the electrode. In this case, TF4035 from NKK was used as the separation membrane.

제조된 셀(cell)을 저항 및 전압 별 테스트 등의 측정을 위하여 임피던스(impedance), 순환전류전압법(cyclic voltammetry) 등을 측정하였다.Impedance, cyclic voltammetry, etc. were measured for the manufactured cell to measure resistance and voltage-specific tests.

테스트 실험 조건은 25℃에서 주파수 100 kHz ~ 100 MHz 에서 임피던스를 측정하였고, 또한 25℃에서 주사속도 2 mV/s로 2.7 ~ 3.7 V까지 전압 별로 CV 테스트를 하였다. For test conditions, impedance was measured at a frequency of 100 kHz to 100 MHz at 25°C, and a CV test was performed for each voltage from 2.7 to 3.7 V at 25°C at a scan rate of 2 mV/s.

<실시예 2><Example 2>

비수계 전해액(1M TEABF4 / ACN) 8g, 이온성액체인 EMIBF4 2g, 설폰계 전해액 첨가제인 DMS(dimethyl sulfone) 0.2g을 100㎖ 비커에 넣고 상온에서 300rpm으로 30분 동안 스터링하면서 혼합하여 고전압용 슈퍼커패시터 전해액을 제조하였다. 상기 비수계 전해액(1M TEABF4/ACN)은 ACN(acetonitrile)에 1M의 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate) 염이 용해된 전해액이다.Add 8 g of non-aqueous electrolyte (1M TEABF 4 / ACN), 2 g of EMIBF 4 that is an ionic liquid, and 0.2 g of DMS (dimethyl sulfone), a sulfone-based electrolyte additive, into a 100 ml beaker and mix while stirring at 300 rpm at room temperature for 30 minutes to high voltage. A supercapacitor electrolyte solution was prepared. The non-aqueous electrolyte (1M TEABF 4 /ACN) is an electrolyte in which 1M TEABF 4 (tetraethylammonium tetrafluoroborate) salt is dissolved in acetonitrile (ACN).

상용 활성탄 YP50F를 전극활물질로 사용하여 슈퍼커패시터용 전극으로 제조하였다. 전극 제조시 전극활물질 0.9g, 도전재인 카본블랙 super-p 0.05g, 바인더인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE; Polytetrafluoroethylene) 0.05g을 분산매인 에탄올에 넣고 플래니터리 믹서(planetary mixer)로 3분간 혼합하여 슬러리 상태로 만들고, 손반죽을 10회 진행한 후 롤프레스로 압연 공정을 실시하였다. 이때 프레스의 가압 압력은 10 ton/㎠, 롤의 온도는 60 ℃로 하였다. 압연 공정 후의 전극 두께는 150 ㎛로 하였고, 150℃의 진공건조대에 넣고 12시간 동안 건조하여 전극을 수득하였다.Commercially available activated carbon YP50F was used as an electrode active material to prepare an electrode for a supercapacitor. When manufacturing the electrode, put 0.9 g of electrode active material, 0.05 g of carbon black super-p as a conductive material, and 0.05 g of polytetrafluoroethylene (PTFE; Polytetrafluoroethylene) as a binder in ethanol as a dispersion medium and mix for 3 minutes with a planetary mixer. to make a slurry state, and after performing hand kneading 10 times, a rolling process was performed with a roll press. At this time, the pressing pressure of the press was 10 ton/cm 2 , and the temperature of the roll was 60°C. The electrode thickness after the rolling process was 150 μm, and it was placed in a vacuum drying rack at 150° C. and dried for 12 hours to obtain an electrode.

제조된 고전압용 슈퍼커패시터 전해액 120㎕와 상기 전극을 사용하여 코인 타입(coin type)(2032)의 셀(cell)로 풀셀(full cell) 조립하였다. 이때 분리막은 NKK사의 TF4035을 사용하였다. A full cell was assembled into a coin type 2032 cell using 120 μl of the prepared high voltage supercapacitor electrolyte and the electrode. In this case, TF4035 from NKK was used as the separation membrane.

제조된 셀(cell)을 저항 및 전압 별 테스트 등의 측정을 위하여 임피던스(impedance), 순환전류전압법(cyclic voltammetry) 등을 측정하였다.Impedance, cyclic voltammetry, etc. were measured for the manufactured cell to measure resistance and voltage-specific tests.

테스트 실험 조건은 25℃에서 주파수 100 kHz ~ 100 MHz 에서 임피던스를 측정하였고, 또한 25℃에서 주사속도 2 mV/s로 2.7 ~ 3.7 V까지 전압 별로 CV 테스트를 하였다. For test conditions, impedance was measured at a frequency of 100 kHz to 100 MHz at 25°C, and a CV test was performed for each voltage from 2.7 to 3.7 V at 25°C at a scan rate of 2 mV/s.

상기 실험예의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 비교예를 제시하며, 아래의 비교예는 단순히 이해를 돕기 위하여 제시하는 것으로 본 발명의 선행기술이 아니다.Comparative examples are presented so that the characteristics of the experimental examples can be more easily understood, and the comparative examples below are merely presented to aid understanding and are not prior art of the present invention.

<비교예><Comparative example>

상용 활성탄 YP50F를 전극활물질로 사용하여 슈퍼커패시터용 전극으로 제조하였다. 전극 제조시 전극활물질 0.9g, 도전재인 카본블랙 super-p 0.05g, 바인더인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE; Polytetrafluoroethylene) 0.05g을 분산매인 에탄올에 넣고 플래니터리 믹서(planetary mixer)로 3분간 혼합하여 슬러리 상태로 만들고, 손반죽을 10회 진행한 후 롤프레스로 압연 공정을 실시하였다. 이때 프레스의 가압 압력은 10 ton/㎠, 롤의 온도는 60 ℃로 하였다. 압연 공정 후의 전극 두께는 150 ㎛로 하였고, 150℃의 진공건조대에 넣고 12시간 동안 건조하여 전극을 수득하였다.Commercially available activated carbon YP50F was used as an electrode active material to prepare an electrode for a supercapacitor. When manufacturing the electrode, add 0.9 g of electrode active material, 0.05 g of carbon black super-p as a conductive material, and 0.05 g of polytetrafluoroethylene (PTFE; Polytetrafluoroethylene) as a binder in ethanol as a dispersion medium and mix with a planetary mixer for 3 minutes. to make a slurry state, and after performing hand kneading 10 times, a rolling process was performed with a roll press. At this time, the press pressure of the press was 10 ton/cm 2 , and the temperature of the roll was 60°C. The thickness of the electrode after the rolling process was 150 μm, and it was placed in a vacuum drying rack at 150° C. and dried for 12 hours to obtain an electrode.

상기 전극을 사용하여 코인 타입(coin type)(2032)의 셀(cell)로 풀셀(full cell) 조립하였다. 이때, 분리막은 NKK사의 TF4035을 사용하였고, 전해액은 비수계 전해액인 1M TEABF4 / ACN 120㎕를 사용하였다. A full cell was assembled as a cell of a coin type 2032 using the electrode. In this case, TF4035 manufactured by NKK was used as the separator, and 120 μl of 1M TEABF 4 / ACN, a non-aqueous electrolyte, was used as the electrolyte.

제조된 셀(cell)을 저항 및 전압 별 테스트 등의 측정을 위하여 임피던스(impedance), 순환전류전압법(cyclic voltammetry) 등을 측정하였다.Impedance, cyclic voltammetry, etc. were measured for the manufactured cell to measure resistance and voltage-specific tests.

테스트 실험 조건은 25℃에서 주파수 100 kHz ~ 100 MHz 에서 임피던스를 측정하였고, 또한 25℃에서 주사속도 2 mV/s로 2.7 ~ 3.7 V까지 전압 별로 CV 테스트를 하였다. For test conditions, impedance was measured at a frequency of 100 kHz to 100 MHz at 25°C, and a CV test was performed for each voltage from 2.7 to 3.7 V at 25°C at a scan rate of 2 mV/s.

1. 전해액 이온전도도 측정1. Electrolyte ionic conductivity measurement

이온 전도도 측정기를 이용하여 비교예에서 사용한 전해액 1M TEABF4 / ACN과 이온성액체 EMIBF4와 DMS를 각각 혼합한 혼합전해액의 이온전도도를 측정하여 아래의 표 1에 나타내었다. The ionic conductivity of the mixed electrolyte obtained by mixing 1M TEABF 4 / ACN and the ionic liquid EMIBF 4 and DMS used in Comparative Example was measured using an ion conductivity meter, and is shown in Table 1 below.

구분division 이온전도도 (mS/cm)Ion Conductivity (mS/cm) 1M TEABF4 / ACN (비교예)1M TEABF 4 / ACN (comparative example) 46.9346.93 1M TEABF4 / ACN + EMIBF4 (실시예 1)1M TEABF 4 / ACN + EMIBF 4 (Example 1) 45.1745.17 1M TEABF4 / ACN + EMIBF4 + DMS (실시예 2)1M TEABF 4 / ACN + EMIBF 4 + DMS (Example 2) 46.8446.84

2. 셀저항(ESR) 및 비축전용량 측정2. Cell resistance (ESR) and specific capacitance measurement

비교예에서 사용한 전해액 1M TEABF4 / ACN과 이온성액체 EMIBF4와 DMS를 혼합한 혼합 전해액을 사용한 2032 코인셀의 저항과 비축전용량을 측정하여 아래의 표 2에 나타내었다.The resistance and specific capacitance of a 2032 coin cell using a mixed electrolyte of 1M TEABF 4 / ACN, ionic liquid EMIBF 4, and DMS used in Comparative Example were measured and shown in Table 2 below.

구분division 셀 저항 (Ω)Cell resistance (Ω) 비축전용량 (F/cc)Reserved Capacitance (F/cc) 1M TEABF4 / ACN (비교예)1M TEABF 4 / ACN (comparative example) 13.813.8 14.714.7 1M TEABF4 / ACN + EMIBF4 (실시예 1)1M TEABF 4 / ACN + EMIBF 4 (Example 1) 14.514.5 15.815.8 1M TEABF4 / ACN + EMIBF4 + DMS (실시예 2)1M TEABF 4 / ACN + EMIBF 4 + DMS (Example 2) 10.510.5 16.116.1

비교예에 따라 제조된 셀의 비축전용량보다 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 셀의 비축전용량이 우수한 것으로 나타났다. It was found that the specific capacitance of the cells manufactured according to Examples 1 and 2 was superior to the specific capacitance of the cells manufactured according to Comparative Example.

도 6은 비교예에 따라 제조된 슈퍼커패시터의 전압 별 CV 측정 결과를 나타낸 도면이고, 도 7은 실시예 1에 따라 제조된 슈퍼커패시터의 전압 별 CV 측정 결과를 나타낸 도면이며, 도 8은 실시예 2에 따라 제조된 슈퍼커패시터의 전압 별 CV 측정 결과를 나타낸 도면이다.6 is a view showing the CV measurement results for each voltage of the supercapacitor manufactured according to the comparative example, FIG. 7 is a diagram showing the CV measurement results for each voltage of the supercapacitor manufactured according to Example 1, and FIG. 8 is the Example It is a diagram showing the CV measurement results for each voltage of the supercapacitor manufactured according to 2 .

도 6 내지 도 8을 참조하면, 비교예에 따라 제조된 슈퍼커패시터에 비하여 실시예 1 및 실시예 2에 따라 제조된 슈퍼커패시터가 비축전용량이 우수한 것으로 나타났다. 특히, 실시예 2에 따라 제조된 슈퍼커패시터는 실시예 1에 따라 제조된 슈퍼커패시터에 비하여 비축전용량이 더 우수한 것으로 나타났다.6 to 8 , it was found that the supercapacitors manufactured according to Examples 1 and 2 had superior specific capacitance compared to the supercapacitors manufactured according to the Comparative Example. In particular, it was found that the supercapacitor manufactured according to Example 2 was superior to the supercapacitor manufactured according to Example 1 in specific capacitance.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.As mentioned above, although preferred embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible by those skilled in the art.

110: 음극 120: 양극
130: 제1 리드선 140: 제2 리드선
150: 제1 분리막 160: 제2 분리막
170: 접착 테이프 175: 권취소자
180: 실링 고무 190: 금속캡
192: 가스켓
110: negative electrode 120: positive electrode
130: first lead wire 140: second lead wire
150: first separator 160: second separator
170: adhesive tape 175: unwinder
180: sealing rubber 190: metal cap
192: gasket

Claims (15)

비수계 전해액;
상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 이온성 액체 1∼40중량부; 및
상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 설폰계 전해액 첨가제 0.01∼15중량부를 포함하며,
상기 비수계 전해액은 유기용매; 및
TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate) 및 TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluoroborate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전해질 염을 포함하고,
상기 이온성액체는 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(EMIBF4), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(EMITf2N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(BMITf2N), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(BMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate(OMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(OMIMTf2N), N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate(MEMPBF4) 및 N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate(DEMEBF4)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고,
상기 설폰계 전해액 첨가제는 divinyl sulfone(DVS), ethylmethyl sulfone(EMS), diethyl sulfone(DES) 및 dimethyl sulfone(DMS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터의 전해액.
non-aqueous electrolyte;
1 to 40 parts by weight of an ionic liquid based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte; and
Contains 0.01 to 15 parts by weight of a sulfone-based electrolyte additive based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte,
The non-aqueous electrolyte is an organic solvent; and
It contains one or more electrolyte salts selected from the group consisting of TEABF4 (tetraethylammonium tetrafluoroborate) and TEMABF4 (triethylmethylammonium tetrafluoroborate),
The ionic liquid is 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (EMITf 2 N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (BMITf 2 N), 1-Ethyl- 3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate (OMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (OMIMTf 2 N ), at least one selected from the group consisting of N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate (MEMPBF 4 ) and N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate (DEMEBF 4 ) containing substances;
The sulfone-based electrolyte additive comprises at least one material selected from the group consisting of divinyl sulfone (DVS), ethylmethyl sulfone (EMS), diethyl sulfone (DES) and dimethyl sulfone (DMS).
제1항에 있어서, 상기 유기용매는 아세토니트릴(acetonitrile), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란, 부티로락톤 및 디메틸포름아미드으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터의 전해액.
According to claim 1, wherein the organic solvent is acetonitrile (acetonitrile), propylene carbonate (propylene carbonate), ethylene carbonate, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 1 ,2-dioxane, 2-methyltetrahydrofuran, butyrolactone and at least one material selected from the group consisting of dimethylformamide electrolyte solution for a supercapacitor.
제1항에 있어서, 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 초산에틸 0.01∼15중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터의 전해액.
The electrolyte of claim 1, further comprising 0.01 to 15 parts by weight of ethyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.
제1항에 있어서, 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 술포란 0.01∼15중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터의 전해액.
The electrolyte of claim 1, further comprising 0.01 to 15 parts by weight of sulfolane based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.
제1항에 있어서, 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 비닐에틸렌설파이트(Vinyl ethylene sulfite) 및 비닐아세테이트(Vinyl acetate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터의 전해액.
According to claim 1, 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound containing at least one vinyl group selected from the group consisting of vinyl ethylene sulfite and vinyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte solution Electrolyte of a supercapacitor, characterized in that it further comprises.
제1항에 있어서, 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리페닐포스프라닐리덴아닐린(N-(triphenylphosphranylidene)aniline) 및 트리펜타플루오로페닐포스핀(Tris(pentafluorophenyl)phosphine)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스핀(phosphine) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터의 전해액.
According to claim 1, Triphenylphosphranylidene aniline (N- (triphenylphosphranylidene) aniline) and tripentafluorophenyl phosphine (Tris (pentafluorophenyl) phosphine) with respect to 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte selected from the group consisting of An electrolyte for a supercapacitor, characterized in that it further comprises 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound containing at least one phosphine derivative.
제1항에 있어서, 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리메틸포스파이트(Trimethylphosphite) 및 에틸렌에틸포스파이트(Ethylene ethyl phosphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스파이트(phosphite) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터의 전해액.
The organic compound according to claim 1, comprising at least one phosphite derivative selected from the group consisting of trimethylphosphite and ethylene ethyl phosphite based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. Supercapacitor electrolyte, characterized in that it further comprises 0.01 to 15 parts by weight.
양극과 음극이 서로 이격되게 배치되어 있고,
상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막이 배치되며,
상기 양극 및 상기 음극은 슈퍼커패시터의 전해액에 함침되어 있고,
상기 슈퍼커패시터의 전해액은,
비수계 전해액;
상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 이온성 액체 1∼40중량부; 및
상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 설폰계 전해액 첨가제 0.01∼15중량부를 포함하며,
상기 비수계 전해액은 유기용매; 및
TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoroborate) 및 TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluoroborate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 전해질 염을 포함하고,
상기 이온성액체는 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(EMIBF4), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(EMITf2N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(BMITf2N), 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate(BMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate(OMIMBF4), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide(OMIMTf2N), N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate(MEMPBF4) 및 N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate(DEMEBF4)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고,
상기 설폰계 전해액 첨가제는 divinyl sulfone(DVS), ethylmethyl sulfone(EMS), diethyl sulfone(DES) 및 dimethyl sulfone(DMS)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
The anode and the cathode are spaced apart from each other,
A separator is disposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode,
The positive electrode and the negative electrode are impregnated with an electrolyte of a supercapacitor,
The electrolyte of the supercapacitor is
non-aqueous electrolyte;
1 to 40 parts by weight of an ionic liquid based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte; and
It contains 0.01 to 15 parts by weight of a sulfone-based electrolyte additive based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte,
The non-aqueous electrolyte is an organic solvent; and
Contains one or more electrolyte salts selected from the group consisting of TEABF4 (tetraethylammonium tetrafluoroborate) and TEMABF4 (triethylmethylammonium tetrafluoroborate),
The ionic liquid is 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ), 1-Ethyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (EMITf 2 N), 1-Butyl-3-methylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (BMITf 2 N), 1-Ethyl- 3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (EMITFSI), 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium tetrafluoroborate (OMIMBF 4 ), 1-Methyl-3-octylimidazolium trifluoromethanesulfonylamide (OMIMTf 2 N ), at least one selected from the group consisting of N-(2-Methoxyethyl)-N-methylpyrrolidinium tetraflioroborate (MEMPBF 4 ) and N,N-Diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetraflioroborate (DEMEBF 4 ) containing substances;
The sulfone-based electrolyte additive comprises at least one material selected from the group consisting of divinyl sulfone (DVS), ethylmethyl sulfone (EMS), diethyl sulfone (DES) and dimethyl sulfone (DMS).
제8항에 있어서, 상기 유기용매는 아세토니트릴(acetonitrile), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란, 부티로락톤 및 디메틸포름아미드으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
The method of claim 8, wherein the organic solvent is acetonitrile, propylene carbonate, ethylene carbonate, ethylmethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, tetrahydrofuran, 1 A supercapacitor comprising at least one material selected from the group consisting of ,2-dioxane, 2-methyltetrahydrofuran, butyrolactone and dimethylformamide.
제8항에 있어서, 상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 초산에틸 0.01∼15중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
The supercapacitor according to claim 8, wherein the electrolyte of the supercapacitor further comprises 0.01 to 15 parts by weight of ethyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.
제8항에 있어서, 상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 술포란 0.01∼15중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
The supercapacitor according to claim 8, wherein the electrolyte of the supercapacitor further comprises 0.01 to 15 parts by weight of sulfolane based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte.
제8항에 있어서, 상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 비닐에틸렌설파이트(Vinyl ethylene sulfite) 및 비닐아세테이트(Vinyl acetate)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비닐기를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
According to claim 8, wherein the electrolyte of the supercapacitor is an organic containing at least one vinyl group selected from the group consisting of vinyl ethylene sulfite and vinyl acetate based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. Supercapacitor, characterized in that it further comprises 0.01 to 15 parts by weight of the compound.
제8항에 있어서, 상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리페닐포스프라닐리덴아닐린(N-(triphenylphosphranylidene)aniline) 및 트리펜타플루오로페닐포스핀(Tris(pentafluorophenyl)phosphine)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스핀(phosphine) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
The method of claim 8, wherein the electrolyte of the supercapacitor is triphenylphosphranylidene aniline (N- (triphenylphosphranylidene) aniline) and tripentafluorophenyl phosphine (Tris (pentafluorophenyl) phosphine) based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. ) Supercapacitor, characterized in that it further comprises 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound containing one or more phosphine derivatives selected from the group consisting of.
제8항에 있어서, 상기 슈퍼커패시터의 전해액은 상기 비수계 전해액 100중량부에 대하여 트리메틸포스파이트(Trimethylphosphite) 및 에틸렌에틸포스파이트(Ethylene ethyl phosphite)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 포스파이트(phosphite) 유도체를 포함하는 유기화합물 0.01∼15중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.
The method of claim 8, wherein the electrolyte of the supercapacitor is at least one selected from the group consisting of trimethylphosphite and ethylene ethyl phosphite based on 100 parts by weight of the non-aqueous electrolyte. Supercapacitor, characterized in that it further comprises 0.01 to 15 parts by weight of an organic compound containing a derivative.
전극활물질, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 제조하는 단계;
상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 금속 호일에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 금속 호일 또는 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하는 단계;
전극 형태로 형성된 결과물을 건조하여 슈퍼커패시터 전극을 형성하는 단계; 및
상기 슈퍼커패시터 전극을 양극과 음극으로 사용하며, 상기 양극과 상기 음극 사이에 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막을 배치하고, 상기 양극 및 상기 음극을 제1항에 기재된 슈퍼커패시터의 전해액에 함침시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터의 제조방법.
preparing a composition for a supercapacitor electrode by mixing an electrode active material, a conductive material, a binder, and a dispersion medium;
The composition for a supercapacitor electrode is compressed to form an electrode, or the composition for a supercapacitor electrode is coated on a metal foil to form an electrode, or the composition for a supercapacitor electrode is pressed with a roller to form a sheet state and a metal foil or forming an electrode by attaching it to a current collector;
drying the resultant formed in the form of an electrode to form a supercapacitor electrode; and
The supercapacitor electrode is used as an anode and a cathode, a separator is disposed between the anode and the cathode to prevent a short circuit between the anode and the cathode, and the anode and the cathode are connected to the electrolyte solution of the supercapacitor according to claim 1 . A method of manufacturing a supercapacitor, comprising the step of impregnating in the supercapacitor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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