KR20220067049A - 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체 및 전극과, 이들의 제조방법 - Google Patents
탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체 및 전극과, 이들의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체 및 전극과, 이들의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 10~100㎛ 길이의 탄소섬유를 분쇄하여 1~5㎛ 길이의 분쇄된 탄소섬유를 제조하는 단계; 바인더와 용매를 혼합하여 바인더용액을 제조하는 단계; 상기 바인더용액에 상기 분쇄된 탄소섬유를 더 혼합하고, 균질화 및 초음파처리하여, 상기 분쇄된 탄소섬유가 분산된 탄소섬유 페이스트를 제조하는 단계; 및 상기 탄소섬유 페이스트를 금속박 집전체의 표면에 도포하고 건조 및 압착시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체의 제조방법을 개시한다.
Description
본 발명은 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체 및 전극과, 이들의 제조방법에 관한 것이다.
슈퍼캐패시터는 축전용량이 대단히 큰 캐패시터로 울트라 캐패시터 또는 초고용량 캐패시터라고도 한다. 학술적인 용어로는 기존의 정전기식 또는 전해식과 구별해 전기 화학식 커패시터라고 한다. 이러한 슈퍼 캐패시터는 화학 반응을 이용하는 배터리와 달리 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온의 이동이나 표면 화학 반응에 의한 충전현상을 이용한다. 이에 따라 급속 충방전이 가능하고 높은 충방전 효율 및 반영구적인 사이클 수명 특성으로 보조 배터리나 배터리 대체용으로 사용될 수 있는 차세대 에너지 저장장치로 각광받고 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고 슈퍼 캐패시터는 배터리 보다는 낮은 용량으로 인하여 그 활용성에 많은 제약을 받고 있다. 따라서 고출력 특성을 유지하면서 셀의 용량을 개선하고자 하는 노력은 현재 슈퍼 캐패시터의 가장 중요한 문제라고 할 수 있다.
이러한 슈퍼 캐패시터는 단위 셀 전극의 양단에 수 볼트의 전압을 가해 전해액 내의 이온들이 전기장을 따라 이동하여 전극 표면에 흡착되어 발생되는 전기 화학적 메카니즘을 작동원리로 하며, 그 기본 구조는 다공성 전극(electrode), 전해질(electrolyte), 집전체(current collector), 및 분리막(separator)으로 이루어진다.
구체적으로 다공성 전극은 활물질, 도전재, 바인더, 용매, 및 기타 첨가제 등의 전극 입자들을 준비하는 단계, 이들을 혼합하여 페이스트(슬러리) 상태로 제조하는 단계, 및 금속 호일과 같은 집전체 상에 상기 페이스트를 도포시켜 전극을 제조하는 단계를 거쳐 제조할 수 있다. 상기 전극의 활물질로는 활성 탄소를 주로 사용하며, 그 표면에 다공성을 부여하여 비정전 용량은 비표면적에 비례하므로 전극 재료의 고용량화에 따른 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.
이러한 슈퍼 캐패시터의 전극은 통상적으로 전극 활물질 페이스트를 집전체 표면에 평평한(flat) 형태로 도포하여 활물질층을 형성하여 제조될 수 있다. 그러나, 상기 전극 활물질 페이스트에 포함된 전극 활물질과 도전재 등의 성분들은 입자 크기가 서로 상이하여 균일한 분산이 쉽지 않다. 또한, 계면에서의 접촉 저항의 감소효과가 미비하여 실제로 저항 감소의 효과가 크지 않기 때문에, 고출력이 요구되는 용도의 경우에는 적용이 힘든 단점이 있다.
또한 슈퍼커패시터용 집전체는 탄소 재료 활물질을 포함하는 전극과 집전체의 결착력 향상을 위하여 알루미늄 표면을 에칭 공정을 거친 알루미늄을 주로 사용한다. 에칭 공정에 통하여 형성된 알루미늄의 표면의 에칭 피트는 활물질 전극과 집전체 간 결착력을 향상시켜 전극의 기계적, 전기적 전도성을 향상시켜 슈퍼커패시터 셀의 출력 특성을 개선시키는 역할을 한다. 이렇게 에칭 된 알루미늄 박 집전체는 알루미늄의 표면에 화학, 또는 전해 에칭 공정을 통하여 제조하며, 에칭 과정에서 형성된 집전체 표면의 수하 피막은 대기 분위기에서 장시간 방치, 또는 슬러리 전극 제조 시 수분 노출에 의하여 피막의 산화가 진행된다. 이렇게 수하 피막이 형성된 집전체 표면에 탄소 재료 활물질 슬러리를 코팅하여 전극을 형성한 뒤 셀을 제조하여 전기화학 성능을 평가하면 활성탄 기공, 전해액, 분리막 등 셀 제조 공정에서 형성된 수분과의 반응에 의해 알루미늄 산화 피막을 더욱 두껍게 형성하거나 가스가 발생, 탄소 재료 활물질 전극과 집전체의 탈리 발생 등으로 인해 셀의 열화 특성을 가속시킨다.
알루미늄의 표면 부식을 억제하기 위한 방법으로서 일본 특허출원 2014-207619(특허문헌 1) 에서는 양극(陽極)산화에 의해 인(P)을 포함하는 피막을 형성하는 알루미늄 에칭 박 제조방법에 대해 나타내었다. 이 특허는 인산계 화합물을 포함하는 용액에 알루미늄 집전체를 침적하고 양극 산화하는 것에 의해 화학적으로 불활성인 인산 화합물 Al(PO4), Al2(HPO4)3, Al(H2PO4)3을 형성시키는 방법을 제공하고 있다. 그러나 이들 인산화합물들의 약 100μm 이상의 피막 두께를 가지기 쉬우므로 전기전도성의 저하에 의한 셀 내부저항이 증가하는 문제점이 있다.
또한 일본 특허출원 2013-0216596(특허문헌 2) 에는 알루미늄 박 집전체와 탄소 재료 활물질을 포함하는 전극층과의 접촉 저항을 감소시키기 위해 전도성 수지층을 형성하도록 하고 있다. 즉, 전도성 수지층의 박리를 억제하고, 충전디바이스 특성의 열화를 억제시킬 목적으로 활성 수소기와 결합된 기를 가지는 고분자, 도전재, 가교제 및 분산제를 포함하는 전도성 수지층 용액을 제조하고 알루미늄 박 집전체 표면에 도포하는 것이다.
그러나 상기 선행 특허문헌들에 나타낸 금속 박 집전체의 표면 부식 방지 또는 전도성 수지층의 제조방식은, 이들 방식을 적용하는 슈퍼커패시터의 장기적 사용에 따른 저항증가를 억제하는 효과는 있으나 금속 박 집전체와 탄소 재료 활물질을 포함하는 전극층과의 접촉 저항을 감소시키기에는 한계가 있다.
특히 특허문헌 2와 같은 전도성 수지층은 도포성과 결착성을 개선시키기 위한 목적으로 고분자 바인더를 포함하고 있으나, 이들 고분자 바인더는 전도성 수지층에 포함하는 카본블랙 또는 흑연과 같은 탄소 물질의 표면을 피복함으로써 접촉 저항을 개선하기에는 한계가 존재한다.
이에, 본 발명자는 상기와 같은 기술적 한계를 해결하기 위하여 부식 억제 첨가제를 포함하는 탄소 전도층이 형성되는 집전체를 포함하는 슈퍼커패시터용 전극을 개발한 바 있다(특허문헌 3). 관련하여 연구를 계속한 끝에, 부식억제제와 같은 별도의 첨가제를 넣지 않고도 집전체와 전극 사이의 결착성을 증가시키기 위하여 탄소섬유의 입도를 제어하고 분산시켜 전도층을 형성하면, 탄소섬유 전도층에 의해 부식을 억제하는 동시에 전극의 열화 반응 시 발생하는 탄소 전극층과 집전체의 탈리 현상을 개선하고 탄소 전극 입자와 집전체 사이의 접촉을 개선할 수 있고, 이에 따라 전극 저항 감소 및 고온, 고전압 분위기의 전기화학 열화 수명 평가 시 용량유지율이 향상되는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명은, 집전체와 전극 사이의 결착성을 증가시키면서 접촉 저항을 감소시킬 수 있도록, 탄소 섬유의 입도를 제어하여 분산성을 향상시킨 탄소섬유 페이스트를 이용하여 탄소섬유 전도층이 형성되는 슈퍼커패시터용 집전체의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 슈퍼커패시터용 집전체를 제공하는 것을 다른 기술적 해결과제로 한다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체를 제조하고 상기 탄소섬유층이 전극측과 상호결착되도록 하는 슈퍼커패시터용 전극의 제조방법을 제공하는 것을 또다른 기술적 해결과제로 한다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 슈퍼커패시터용 전극을 제공하는 것을 또다른 기술적 해결과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
10~100㎛ 길이의 탄소섬유를 분쇄하여 1~5㎛ 길이의 분쇄된 탄소섬유를 제조하는 단계;
바인더와 용매를 혼합하여 바인더용액을 제조하는 단계;
상기 바인더용액에 상기 분쇄된 탄소섬유를 더 혼합하고, 균질화 및 초음파처리하여, 상기 분쇄된 탄소섬유가 분산된 탄소섬유 페이스트를 제조하는 단계;
상기 탄소섬유 페이스트를 금속박 집전체의 표면에 도포하고 건조 및 압착시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 탄소섬유는 VGCF(vapor grown carbon fiber)인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 본 발명에 있어서, 상기 탄소섬유 페이스트를 제조하는 단계에서, 상기 바인더용액와 분쇄된 탄소섬유는 100 : 2~4의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 상술한 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 또다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 상술한 바와 같은 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체를 제조하는 단계;
전극활물질을 포함하는 전극 슬러리를 제조하는 단계; 및
상기 제조된 집전체에 상기 전극 슬러리를 도포하여 집전체의 표면에 전극층을 코팅하고, 건조 및 압착하여 전극을 제조하는 단계;를 포함하여 이루어져,
상기 집전체에 형성된 탄소섬유 전도층이 상기 전극층과 상호 결착되도록 하는 것을 특징으로 하는, 슈퍼커패시터용 전극의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터용 전극을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 슈퍼커패시터용 전극으로 이루어진 양극;
상기 슈퍼커패시터용 전극으로 이루어진 음극;
상기 양극 및 음극 사이에 구비되고 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막; 및
상기 양극, 음극 및 분리막과 접촉하는 전해액;을 포함하는 슈퍼커패시터를 제공한다.
본 발명에 따르면 슈퍼커패시터용 집전체의 표면에 탄소섬유 전도층을 형성하면서, 탄소섬유의 입도와 함량을 제어함으로써 분산성을 향상시킴으로써 탄소섬유가 응집없이 균일하게 분산된 상태로 집전체 표면 상에 코팅됨에 따라 집전체와 전극간의 결착력을 높임과 동시에 균일하게 분산된 탄소섬유에 의해 전기전도도를 높일 수 있다. 이에 따라 상기 집전체를 포함하여 제조되는 본 발명의 슈퍼커패시터용 전극 은 탄소섬유 전도층이 형성된 집전체 상에 전극층이 형성되어 집전체와 탄소전극의 결착력이 향상되고, 전극의 열화 반응 시 발생하는 탄소 전극층과 집전체의 탈리 현상을 개선하고, 탄소섬유에 의해 전기전도도가 향상되어 전극의 저항이 감소하고, 고온, 고전압 분위기의 전기화학 열화 수명 평가 시 용량유지율이 향상되어 슈퍼커패시터의 장기신뢰성을 개선하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 슈퍼커패시터용 집전체의 제조공정을 흐름도로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 슈퍼커패시터용 전극의 제조공정을 흐름도로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 전극/집전체 계면 저항 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 DC 저항 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 고온 부하 용량 유지율 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유의 함량이 높은 페이스트를 이용하여 제조된 집전체 표면의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 슈퍼커패시터용 전극의 제조공정을 흐름도로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 전극/집전체 계면 저항 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 DC 저항 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 고온 부하 용량 유지율 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유의 함량이 높은 페이스트를 이용하여 제조된 집전체 표면의 SEM 사진을 나타낸 것이다.
이하 본 발명을 자세히 설명한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 발명은 일 양태로서, 10~100㎛ 길이의 탄소섬유를 분쇄하여 1~5㎛ 길이의 분쇄된 탄소섬유를 제조하는 단계(S10); 바인더와 용매를 혼합하여 바인더용액을 제조하는 단계(S20); 상기 바인더용액에 상기 분쇄된 탄소섬유를 더 혼합하고, 균질화 및 초음파처리하여, 상기 분쇄된 탄소섬유가 분산된 탄소섬유 페이스트를 제조하는 단계(S30); 및 상기 탄소섬유 페이스트를 금속박 집전체의 표면에 도포하고 건조 및 압착시키는 단계(S40);를 포함하여 이루어지는 슈퍼커패시터용 집전체의 제조방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체의 제조방법으로서, 집전체와 전극 사이의 결착성을 증가시키는 동시에 접촉 저항을 감소시키고, 또한 활성 탄소 간의 내부 접촉 저항을 감소시킬 수 있도록, 집전체 상에 탄소섬유 전도층을 형성하도록 한 것이다.
관련하여, 상기 전도층 형성을 위하여 사용할 수 있는 탄소는 흑연, 그래핀, CNT(carbon nanotube), CNF(carbon nanofiber), VGCF(vapor grown carbon fiber), 이흑연화성 탄소인 석유코크스, 석탄 핏치코크스, 폴리염화비닐탄, 3.5디메틸 페놀로름알데히드 수지탄, 난흑연화성 탄소인 카본블랙, 폴리염화비닐리덴탄, 설탕탄, 셀루로우즈탄, 페놀포름알데히드수지탄, 목탄류 등이 있다. 본 발명에서는 특히 탄소 섬유를 이용하는 것이 특징이다. 왜냐하면 상기 탄소 중 구형, 각형, 판상의 형상을 가진 탄소를 이용하여 집전체 표면에 탄소 전도층을 형성하는 경우에는 활성 탄소 입자와 집전체 사이에 공극이 발생하여 접촉이 되지 않는 부분이 발생할 수 있기 때문이다. 더욱이 고온, 고전압, 장시간의 사이클 성능 테스트 시 탄소 전극의 부피 팽창, 가스 발생, 전해액, 수분과의 부반응으로 인하여 활성탄소 입자의 팽창, 전극의 크랙(cracks)이 발생하여 탄소 전극과 집전체의 탈리 현상이 발생하여 전극 및 셀의 저항을 증가시키는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 본 발명의 집전체 제조방법은, 먼저 10~100㎛ 길이의 탄소섬유를 분쇄하여 1~5㎛ 길이의 분쇄된 탄소섬유를 제조하도록 한다(S10).
바람직하게는 상기 탄소섬유는 VGCF(vapor grown carbon fiber)인 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 VGCF는 낮은 용해성과 응집 현상에 의하여 용매에서 분산성이 저하되기 때문에 일반적으로 초음파, 호모게나이져 등과 같은 분산 장비를 이용하여 분산 처리를 하지만, 시간이 지나면 또 다시 응집이 되는 문제점을 가지고 있는 것으로, 안정적으로 분산시켜야만 상기 탄소섬유에 의하여 전극층과 결착력을 높이면서 접촉저항을 감소시키는 전도층이 형성될 수 있다.
상기 탄소섬유를 안정적으로 분산시키기 위해서는 높은 함량의 고분자 바인더, 계면활성제 또는 분산제를 이용하여 분산 용액을 제조하거나, 표면 산처리 및 열처리 등의 공정이 적용되는데, 이렇게 처리되는 탄소섬유는 다량의 분산제나, 표면에 잔류하고 있는 산성 성분의 관능기 등으로 인하여 활물질 및 전해액 이온과의 부반응, 열화 시 가스 발생 등으로 인하여 전극 저항이 증가하여 셀 성능이 저하되게 된다. 따라서 본 발명에서는 표면 처리 및 분산제 적용을 최소화하면서 분산성을 향상시킬 수 있도록 상술한 바와 같이 상기 탄소섬유를 분쇄하여 사용하도록 한다. 바람직하게는 10~100㎛ 길이의 탄소섬유를 분쇄하여 1~5㎛ 길이의 분쇄된 탄소섬유를 제조하도록 한다. 이는 1㎛ 보다 탄소섬유의 길이가 짧은 경우에는 탄소섬유간 응집이 일어나고, 5㎛ 보다 탄소섬유의 길이가 긴 경우에는 용해성이 저하되어 탄소섬유가 안정적으로 분산되지 않는 문제가 있기 때문이다. 보다 바람직하게는 2~3㎛ 길이로 분쇄시킬 때 탄소섬유의 분산성을 높이면서 응집을 억제할 수 있다.
이 때, 상기 분쇄방법은 볼밀, 회전밀, 어트리션 밀, 로드밀 및 제트밀 중 선택된 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 섬유길이가 20~50 ㎛인 VGCF를 섬유길이가 2~3 ㎛가 되도록 planetary ball mill을 이용하여 분쇄하였다.
다음으로 본 발명의 집전체 제조방법은, 바인더와 용매를 혼합하여 바인더용액을 제조하도록 한다(S20). 상기 바인더용액은 S10 단계에서 분쇄된 탄소섬유를 분산시키기 위한 것으로서, 바인더는 집전체 표면에 탄소섬유 전도층을 코팅하는 역할을 한다. 이 때, 상기 바인더로는 CMC(Carboxymethylcellulose), PVA(polyvinyl alcohol), PVP(polyvinylpyrrolidone), MC(methylcellulose) 및 PAA(polyacrylic acid) 중에서 선택될 수 있다. 또한 라텍스 계열인 에틸렌-염화비닐 공중합수지, 염화비닐리덴 라텍스, 염소화 수지, 초산 비닐 수지, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 포름알, 비스페놀계 에폭시 수지 중에서 선택하는 것도 가능하다. 또한 상기 용매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, N-메틸피롤리돈(NMP), 프로필렌글리콜(PG) 등의 유기 용매 또는 물을 사용할 수 있다.
다음으로 본 발명의 집전체 제조방법은, 상기 바인더용액에 상기 분쇄된 탄소섬유를 더 혼합하고, 균질화 및 초음파처리하여, 상기 분쇄된 탄소섬유가 분산된 탄소섬유 페이스트를 제조하도록 한다(S30).
이 때, 상기 바인더용액에 포함되는 바인더는 탄소섬유 전도층 제조시 저항으로 작용하여 집전체와 전극 계면에서의 접촉저항을 증가시키게 되므로, 바인더용액의 함량과 상기 분쇄된 탄소섬유의 함량을 제어하여 탄소섬유의 분산성을 향상시키는 것이 매우 중요하다. 따라서 바람직하게는 상기 바인더용액과 분쇄된 탄소섬유는 100 : 2~4의 중량비로 혼합하는 것이 좋다. 분쇄된 탄소섬유의 중량비가 상기 범위 미만인 경우에는 바인더의 함량이 상대적으로 높아 전극계면에서의 접촉저항이 증가되고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 탄소섬유의 응집현상으로 분산성이 감소하에 오히려 전극계면에서의 접촉저항이 증가되는 문제점이 있다.
또한 바람직하게는 상기 바인더용액은 상기 바인더와 용매가 1~3: 97~99의 중량비로 혼합 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 CMC (carboxylmethylcellulose) 2g을 포함하는 바인더용액에 2~3 ㎛로 분쇄된 VGCF 2~4g을 분산시켰을 때, 계면에서의 접촉저항이 감소하고 용량 유지율 특성이 개선되었다. 따라서 보다 바람직하게는 상기 바인더 중량 대비, 2배의 중량의 분쇄된 탄소섬유를 포함할 때, 계면의 접착력을 높이면서 계면의 접촉저항을 최소로 할 수 있다.
마지막으로 본 발명의 집전체 제조방법은, 상기 탄소섬유 페이스트를 금속박 집전체의 표면에 도포하고 건조 및 압착시켜 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체를 제조 한다(S40).
상기 금속박 집전체는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 탄소섬유 전도층은 상기 탄소섬유 페이스트를 그라비아 코팅기로 금속 박 집전체의 단면 또는 양면 표면에 도포하고 대기 중 100℃ 이하의 온도에서 건조한 후 압착하여 두께가 2μm 이하로 조절할 수 있다. 상기 전도층 두께가 2μm 이상일 경우 전도층을 구성하는 고형분들의 상하 방향의 접촉면적이 증가하여 접촉저항이 증가하는 문제점이 있다.
다른 양태로서 본 발명은 상술한 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체를 제공한다. 본 발명의 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체는, 탄소섬유를 분쇄하여 입도를 제어하고, 이를 바인더 용액에 분산시켜 탄소섬유가 분산된 탄소섬유 페이스트를 제조하고, 이를 코팅하여 탄소섬유 전도층을 표면에 형성한 것으로서, 집전체와 전극 사이의 결착성이 증가되고 전극의 열화 반응 시 발생하는 탄소 전극층과 집전체의 탈리 현상을 개선하고 탄소 전극 입자와 집전체 사이의 접촉을 개선할 수 있다.
또다른 양태로서 본 발명은 슈퍼커패시터용 전극에 관한 것으로, 상술한 방법으로 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체를 제조하는 단계; 전극활물질을 포함하는 전극 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 집전체에 상기 전극 슬러리를 도포하여 코팅하고, 건조 및 압착하여 전극층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어져, 상기 집전체에 형성된 탄소섬유 전도층이 상기 전극층과 상호 결착되도록 하는 것을 특징으로 한다. 도 2에 본 발명에 따른 슈퍼커패시터용 전극의 제조공정을 나타내었다.
먼저 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체를 제조하는 단계(S100)는, 10~100㎛ 길이의 탄소섬유를 분쇄하여 1~5㎛ 길이의 분쇄된 탄소섬유를 제조하는 단계; 페이스트 형성용 바인더와 용매를 혼합하여 바인더용액을 제조하는 단계; 상기 바인더용액에 상기 분쇄된 탄소섬유를 더 혼합하고, 균질화 및 초음파처리하여, 상기 분쇄된 탄소섬유가 분산된 탄소섬유 페이스트를 제조하는 단계; 및 상기 탄소섬유 페이스트를 금속박 집전체의 표면에 도포하고 건조 및 압착시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것으로 이에 대해서는 상술한 바와 같다.
다음으로, 전극활물질을 포함하는 전극 슬러리를 제조하는 단계(S200)는 전극활물질과 도전재, 슬러리 형성용 바인더와 용매를 혼합 및 분산시켜 제조한다. 보다 구체적으로, 상기 전극 슬러리는 용매에 용해된 바인더에 전극활물질과 도전재를 첨가 후 교반하여 제조하며 점도는 700 내지 1,300mPaㅇS 범위에서 조절할 수 있다.
상기 전극활물질은 그래핀(Graphene), 탄소나노튜브(CNT; Carbon nanotube) 및 활성탄(Activated carbon)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는 활성탄일 수 있다. 이 때, 상기 활성탄은 시판하는 것으로, 평균입경은 5 내지 20μm 범위이며, 비표면적은 1,000 내지 4,000㎡/g 범위인 것을 사용할 수 있다.
또한 상기 도전재는 카본블랙, 흑연, 그래핀, 나노카본튜브 및 나노카본섬유 및 이의 혼합으로부터 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하여 사용할 수 있으나, 전극 슬러리에 분산효과가 크고, 도포한 전극층의 충진밀도를 높이기 위해서는 카본블랙을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 도전재는 전극활물질 100중량부에 대하여 1~20중량부 함유되는 것이 바람직하다.
또한 전극 슬러리를 구성하는 바인더로서는 PTFE (Polytetrafluoroethylene), CMC (Carboxymethylcellulose), PVA(Polyvinyl alcohol), PVDF (Polyvinyliene fluoride), PVP (Polyvinylpyrrolidone), MC (메틸 셀룰로오스), 라텍스 계열인 에틸렌-염화비닐 공중합수지, 염화비닐리덴 라텍스, 염소화 수지, 초산 비닐 수지, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 포름알, 비스페놀계 에폭시 수지 및 Styrene Butadiene Rubber (SBR) 계열인 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 니트릴 부타디엔 고무, 우레탄 고무, 실리콘 고무, 아크릴 고무 및 이의 혼합으로부터 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 바인더는 전극활물질 100중량부에 대하여 1~20중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 용매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, N-메틸피롤리돈(NMP), 프로필렌글리콜(PG) 등의 유기 용매 또는 물을 사용할 수 있다. 상기 용매는 전극활물질 100중량부에 대하여 100∼300중량부 함유되는 것이 바람직하다.
상기 전극 슬러리는 반죽 상이므로 균일한 혼합(완전 분산)이 어려울 수 있는데, 고속 믹서기(mixer)를 사용하여 교반시키면 전극 제조에 적합한 전극슬러리의 제조가 가능하다.
마지막으로, 집전체에 상기 전극 슬러리를 도포하여 코팅하고, 건조 및 압착하여 전극층을 형성하는 단계(S300)를 통해 슈퍼커패시터용 전극이 제조된다. 이 단계에서는 전극 슬러리를 코팅기를 통해 평평한(flat) 형태로, 집전체 표면에 형성된 탄소섬유층에 도포하여 코팅하고, 코팅한 전극은 대기 중 100℃ 의 온도에서 건조하고 압착하여 두께가 100μm 이하로 조절할 수 있다. 전극층의 두께가 얇을수록 전극의 이온 확산저항이 감소하나 셀의 충진 용량이 감소하므로, 상용 전기이중층 커패시터의 경우 전극층의 두께는 60 내지 90μm 범위에서 조절하여 사용한다.
이 때 상기 건조 공정은 100℃∼350℃에서 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 100℃ 이상이고, 350℃를 넘지 않는 것이 바람직하다. 그리고 건조 공정은 위와 같은 온도에서 약 10분∼6시간 동안 진행시키는 것이 바람직하다. 상기 건조공정을 통해 전극활물질 및 도전재 입자를 결속시켜 전극의 강도를 향상시킨다.
또한 본 발명은 또다른 양태로서 상술한 방법으로 제조되는 슈퍼커패시터용 전극에 관한 것이다.
또한 본 발명은 또다른 양태로서 상술한 방법으로 제조되는 슈퍼커패시터용 에 관한 것이다. 바람직하게는 상기 슈퍼커패시터용 전극으로 이루어진 양극; 상기 슈퍼커패시터용 전극으로 이루어진 음극; 상기 양극 및 음극 사이에 구비되고 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막; 및 상기 양극, 음극 및 분리막과 접촉하는 전해액;을 포함하여 구성된다.
본 발명의 슈퍼커패시터용 전극과 이를 포함하는 슈퍼커패시터는 탄소섬유 전도층이 형성된 집전체 상에 전극 슬러리를 도포하여 전극층이 형성됨에 따라 집전체와 탄소전극의 결착력을 향상하여, 전극의 열화 반응 시 발생하는 탄소 전극층과 집전체의 탈리 현상을 개선하고, 탄소섬유에 의해 전기전도도가 향상되어 전극의 저항이 감소하고, 고온, 고전압 분위기의 전기화학 열화 수명 평가 시 용량유지율이 향상될 수 있다. 이는 탄소섬유 전도층을 형성할 때, 탄소섬유의 입도와 함량을 제어함으로써 분산성을 향상시킴으로써 탄소섬유층이 응집없이 균일하게 분산된 상태로 집전체 상에 코팅됨에 따라 집전체와 전극간의 결착력을 높임과 동시에 균일하게 분산된 탄소섬유에 의해 전기전도도를 높이도록 구성되었기 때문이다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 탄소섬유 전도층이 형성된 집전체의 제조 1
(a) 탄소섬유 분쇄 : 섬유 길이 20~50 ㎛, 섬유 직경 150nm 의 탄소 섬유와 직경 10mmΦ인 ZrO2 볼을 30 : 1의 중량 비율로 반응기에 넣은 뒤 섬유 길이가 2~3 ㎛가 되도록 planetary ball mill을 이용하여 분쇄하였다.
(b) 탄소섬유 페이스트 : CMC (Carboxymethylcellulose) 2g을 증류수 95g에 녹인 용액에 이소프로필 알콜을 3g을 투입하여 반응기를 이용하여 혼합 시킨 뒤, 상기 분쇄된 섬유 길이가 2~3 ㎛인 탄소 섬유 2g을 추가하여 호모게나이저와 소니케이션을 각 30분 동안 처리하여 탄소섬유 페이스트를 제조하였다.
(c) 탄소섬유 전도층이 형성된 집전체 제조 : 전도층용 슬러리는 20μm 두께의 알루미늄 박 집전체의 표면에 그라비아 코팅기로 연속 도포하고 50℃의 열풍으로 건조하였다. 건조된 전도층은 3톤의 롤 프레스로 최종 두께가 1.0μm 두께가 되도록 압착하였다.
<실시예 2> 탄소섬유 전도층이 형성된 집전체의 제조 2
탄소섬유 페이스트 제조시 탄소 섬유를 3g을 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유 전도층이 형성된 집전체를 제조하였다.
<실시예 3> 탄소섬유 전도층이 형성된 집전체의 제조 3
탄소섬유 페이스트 제조시 탄소 섬유를 4g을 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소섬유 전도층이 형성된 집전체를 제조하였다.
<제조예 1> 실시예 1~3의 집전체를 이용한 슈퍼커패시터용 전극 제조
(a) 전극 슬러리 : 반응기에 증류수 2% 중량비로 분산되어 있는 CMC 37.5g과 SBR 0.5g을 넣은 후 분산장비(Thinky mixer)로 10분간, 1800rpm으로 교반시켰다. 도전재인 카본블랙 1.75g을 반응기에 추가하여 초음파 처리 10분 진행한 뒤, 1800rpm으로 10분간 분산장비(Thinky mixer)를 이용하여 혼합하였다. 마지막으로 비표면적 1,700m2/g, 평균입경 8μm인 활성탄 분말 22g을 반응기에 혼합하고, 분산장비에서 10분간 1800rpm으로 교반 및 5분간 탈포하여 전극 슬러리를 제조하였다.
(b) 전극 제조 : 전극 슬러리를, 실시예 1~3에서 제조한 탄소섬유 전도층이 형성된 알루미늄 집전체의 표면에 닥터블레이드를 이용하여 균일한 두께로 코팅하였다. 코팅한 전극은 100℃의 온도에서 열풍 건조한 뒤 전극 두께 80μm, 전극 밀도 0.6 g/cc가 될 때 까지 롤 프레스(80℃)를 이용하여 압착한 뒤 150℃의 온도에서 24시간 진공 건조를 하여 전극을 제조하였다.
<비교예> 슈퍼커패시터용 전극 제조
(a) 전극 슬러리 : 반응기에 증류수 2% 중량비로 분산되어 있는 CMC 37.5g과 SBR 0.5g을 넣은 후 분산장비(Thinky mixer)로 10분간, 1800rpm으로 교반시켰다. 도전재인 카본블랙 1.75g을 반응기에 추가하여 초음파 처리 10분 진행한 뒤, 1800rpm으로 10분간 분산장비(Thinky mixer)를 이용하여 혼합하였다. 마지막으로 비표면적 1,700m2/g, 평균입경 8μm인 활성탄 분말 22g을 반응기에 혼합하고, 분산장비에서 10분간 1800rpm으로 교반 및 5분간 탈포하여 전극 슬러리를 제조하였다.
(b) 전극 제조 : 전극 슬러리를 알루미늄 집전체의 표면에 닥터블레이드를 이용하여 균일한 두께로 코팅하였다. 코팅한 전극은 100℃의 온도에서 열풍 건조한 뒤 전극 두께 80μm, 전극 밀도 0.6 g/cc가 될 때 까지 롤 프레스(80℃)를 이용하여 압착한 뒤 150℃의 온도에서 24시간 진공 건조를 하여 전극을 제조하였다.
<제조예 2> 전기이중층 커패시터 셀 제조
실시예 1~3의 집전체를 이용한 제조예 1의 전극과, 비교예에 따라 제조된 전극을 각각 2.5×2.5㎠으로 재단하고 전극이 부착되지 않는 집전체의 한쪽 끝 면은 길이 방향으로 길게 재단하여 단자로써 활용하였다. 전극은 150℃에서 24시간 진공 건조한 후 분리막(Separator, TF4035, 일본 고순도 공업(주)) 및 3면이 밀폐된 라미네이트 파우치 필름을 이용하여 양극/분리막/음극의 순으로 적층한 후 라미네이트 파우치 필름에 삽입하였다. 그 후 진공 감ㅇ가압이 가능한 전해액 주입기에서 아세토니트릴(Acetonitrile, AcN)에 1.2M의 4급 암모늄염 (Et4NBF4)이 용해된 전해액을 함침하고 진공 밀봉하여 파우치형 전기이중층 커패시터 셀을 제조하였다.
<시험예 1> 전극/집전체 계면 저항의 측정
전극 합재층과 집전체 사이의 계면 저항 측정을 위하여 제조예 1 및 비교예 에서 제조한 전극을 각각 10.0×10.0㎠으로 재단하여 전극 저항 측정 시스템(Electrode Resistance Measurement System, RM2610) 장비를 이용하여 각 전극에 대한 값을 측정하였으며, 10회 측정한 뒤 평균을 내어 전극과 집전체의 계면 저항 값을 나타내었다.
그 결과는 도 3에 도시하였다. 이를 참고하여 전극/집전체의 계면 저항을 살펴보면, 집전체 상에 탄소섬유 전도층을 형성하지 않은 비교예 1의 경우에는 계면 저항이 0.026Ω㎠으로 나타난 반면, 실시예 1 내지 실시예 3에서 탄소섬유 전도층을 형성한 집전체를 이용하여 제조된 전극의 경우에는, 탄소섬유 전도층 형성에 따라 전극과 집전체 계면 저항이 0.007Ω㎠ 이하로 감소되었고, 탄소섬유 함량이 증가할수록 전극과 집전체 사이의 계면 저항이 점차 감소하는 것으로 나타났다. 이는 집전체 표면에 형성되어 있는 탄소섬유 전도층에 의하여 전기전도도가 향상되면서 전극 합재층과의 결착력이 향상되어 나온 결과인 것으로 판단된다.
<시험예 2> DC 저항의 측정
전기이중층 커패시터 셀의 화성을 위하여 충방전 시험기(Maccor, 모델명 Series 4000)를 이용하여 전압 범위 0~2.7V, 2mA/㎠의 정전류(constant current) 조건으로 충ㅇ방전 사이클 5회를 반복하였다. 셀의 DC 저항 측정을 위하여 2.7V까지 만충전을 한 뒤 방전이 시작되는 IR-drop으로부터 저항을 측정하여 그 값을 나타내었다.
그 결과는 도 4에 도시하였다. 이를 참고하여 DC 저항을 살펴보면, 집전체 상에 탄소섬유 전도층을 형성하지 않은 비교예 1의 경우에는 DC 저항이 0.044Ω으로 나타난 반면, 실시예 1 내지 실시예 3에서 탄소섬유 전도층을 형성한 집전체를 이용한 경우에는, 탄소섬유 전도층 형성에 따라 DC 저항이 0.28Ω이하로 감소되었고, 탄소섬유 함량이 증가할수록 전극과 집전체 사이의 DC 저항이 0.20Ω으로 점차 감소하는 것으로 나타났다. 이는 도 3의 결과에서 확인한 바와 같이 집전체 표면에 형성되어 있는 탄소섬유 전도층에 의하여 전기전도도가 향상되면서 전극 합재층과의 결착력이 향상되어 나온 결과인 것으로 판단된다.
<시험예 3> 고온 부하 용량 유지율의 측정
전기이중층 커패시터 셀의 고온 부하 가속 열화에 따른 용량 유지율 측정을 위하여 40℃의 온도 챔버에서 셀 전압 3.5V까지 충전하여 10시간 동안 정전압(constant voltage)을 유지한 뒤 0V까지 방전하였으며, 이를 50회 반복하여 정전압 유지 500시간 까지 테스트를 진행하였다. 용량 유지율 값은 첫번째 사이클에서 3.5V 충전 후 10시간의 정전압을 유지한 뒤 0V까지 방전한 구간의 용량 대비 3.5V에서의 각 정전압 유지 시간(Floating test time)에 대한 방전 용량을 측정하여 이를 고온 부하 용량 유지율(%)로 나타내었다.
그 결과는 도 5에 도시하였다. 이를 참고하여 고온 부하 용량 유지율을 살펴보면, 집전체 상에 탄소섬유 전도층을 형성하지 않은 비교예 1의 경우와 비교하여 실시예 1 내지 실시예 3의 탄소섬유 전도층을 형성한 집전체를 이용한 경우에는, 탄소 전도층의 형성에 따라 정전압 시간에 따른 고온 부하 용량 유지율 특성이 개선되는 결과를 나타내었다.
즉, 고온, 고전압 사이클 환경에서 활성탄소의 관능기 및 수분은 전해액과의 부반응을 발생시킬 뿐만 아니라, 집전체 표면에 형성하고 있는 부동태 피막과의 열화 반응을 촉진시켜 전극과 집전체 사이의 박리, 활성탄소의 팽창, 전극 크랙, 분해 반응에 의한 가스 발생 등으로 인하여 용량 유지율을 감소시키는 결과를 가져오게 되어 비교예의 경우에는 500시간 경과후 고온 부하 용량 유지율이 60% 미만으로 나타났다. 그러나 집전체 표면에 탄소섬유 전도층을 형성한 실시예 1 내지 실시예 3의 경우에는, 집전체 표면에서 발생할 수 있는 부반응을 억제하고, 이로 인하여 전극과 집전체 사이의 계면 저항이 감소시키는 결과를 가져오면서, 전극과 집전체 사이의 접촉을 개선시켜 주기 때문에 용량 유지율 특성이 개선되었는 바, 500시간 경과후에도 65% 이상의 용량 유지율을 나타내었고, 실시예 3에서는 80% 이상의 용량유지율을 나타내었다.
이로부터 집전체 표면에 탄소섬유 전도층을 형성하는 경우 탄소섬유의 함량이 증가됨에 따라 안정적인 탄소섬유 전도층 형성으로 인하여 용량 유지율이 증가하여 장기신뢰성이 개선되는 결과를 나타냄을 확인할 수 있다.
다만, 도 6은 탄소섬유를 6g으로 분산시켜 탄소섬유 페이스트를 제조하고 이를 이용하여 집전체를 제조한 경우의 SEM 사진을 나타낸 것이다. 이를 참고하면 탄소섬유를 분산시키게 되면, 집전체 표면에 페이스트 코팅 시 분산이 잘 되지 않은 부분이 코팅되어 덩어리가 생기는 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 5g 이상으로 분산시킬 때부터 응집현상이 나타나는 것으로 확인되었다. 따라서 이와 같이 과량으로 탄소섬유를 포함하여, 탄소섬유 페이스트가 뭉친 부분에 슬러리 전극을 코팅할 경우 전극 두께가 불균일해짐과 동시에 전극 밀도가 균일하게 형성되지 못하게 된다.
상기 실시예의 결과로부터 본 발명의 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체는, 탄소섬유를 분쇄하여 입도를 제어하고, 이를 바인더 용액에 분산시켜 탄소섬유가 분산된 탄소섬유 페이스트를 제조하고, 이를 코팅하여 탄소섬유 전도층을 표면에 형성한 것으로서, 집전체와 전극 사이의 결착성이 증가되고 전극의 열화 반응 시 발생하는 탄소 전극층과 집전체의 탈리 현상을 개선하고 탄소 전극 입자와 집전체 사이의 접촉을 개선할 수 있다. 또한 이러한 결과에 따라 상기 탄소섬유 전도층이 형성된 집전체를 이용하여 전극 및 슈퍼커패시터를 제조하는 경우에는 전기전도도를 향상시켜 전극의 저항을 감소시키고, 고온, 고전압 분위기의 전기화학 열화 수명 평가 시 용량유지율이 증가하여 장기신뢰성이 개선된다.
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.
Claims (7)
10~100㎛ 길이의 탄소섬유를 분쇄하여 1~5㎛ 길이의 분쇄된 탄소섬유를 제조하는 단계;
바인더와 용매를 혼합하여 바인더용액을 제조하는 단계;
상기 바인더용액에 상기 분쇄된 탄소섬유를 더 혼합하고, 균질화 및 초음파처리하여, 상기 분쇄된 탄소섬유가 분산된 탄소섬유 페이스트를 제조하는 단계; 및
상기 탄소섬유 페이스트를 금속박 집전체의 표면에 도포하고 건조 및 압착시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,
탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체의 제조방법.
바인더와 용매를 혼합하여 바인더용액을 제조하는 단계;
상기 바인더용액에 상기 분쇄된 탄소섬유를 더 혼합하고, 균질화 및 초음파처리하여, 상기 분쇄된 탄소섬유가 분산된 탄소섬유 페이스트를 제조하는 단계; 및
상기 탄소섬유 페이스트를 금속박 집전체의 표면에 도포하고 건조 및 압착시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,
탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체의 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 탄소섬유는 VGCF(vapor grown carbon fiber)인 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체의 제조방법.
상기 탄소섬유는 VGCF(vapor grown carbon fiber)인 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체의 제조방법.
제1 항에 있어서,
상기 탄소섬유 페이스트를 제조하는 단계에서,
상기 바인더용액과 분쇄된 탄소섬유는 100 : 2~4의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체의 제조방법.
상기 탄소섬유 페이스트를 제조하는 단계에서,
상기 바인더용액과 분쇄된 탄소섬유는 100 : 2~4의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체의 제조방법.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는, 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 따라 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체를 제조하는 단계;
전극활물질을 포함하는 전극 슬러리를 제조하는 단계; 및
상기 제조된 집전체에 상기 전극 슬러리를 도포하여 코팅하고, 건조 및 압착하여 전극층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어져,
상기 집전체에 형성된 탄소섬유 전도층이 상기 전극층과 상호 결착되도록 하는 것을 특징으로 하는, 슈퍼커패시터용 전극의 제조방법.
전극활물질을 포함하는 전극 슬러리를 제조하는 단계; 및
상기 제조된 집전체에 상기 전극 슬러리를 도포하여 코팅하고, 건조 및 압착하여 전극층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어져,
상기 집전체에 형성된 탄소섬유 전도층이 상기 전극층과 상호 결착되도록 하는 것을 특징으로 하는, 슈퍼커패시터용 전극의 제조방법.
제5 항에 따른 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터용 전극.
제6 항에 따른 슈퍼커패시터용 전극으로 이루어진 양극;
제6 항에 따른 슈퍼커패시터용 전극으로 이루어진 음극;
상기 양극 및 음극 사이에 구비되고 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막; 및
상기 양극, 음극 및 분리막과 접촉하는 전해액;을 포함하는 슈퍼커패시터.
제6 항에 따른 슈퍼커패시터용 전극으로 이루어진 음극;
상기 양극 및 음극 사이에 구비되고 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막; 및
상기 양극, 음극 및 분리막과 접촉하는 전해액;을 포함하는 슈퍼커패시터.
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| KR102556947B1 (ko) | 2022-09-13 | 2023-07-18 | 한국전기연구원 | 탄소섬유를 포함하는 전도성 페이스트를 이용한 이차전지용 집전체 및 전극과, 이들의 제조방법 |
| KR102556946B1 (ko) | 2022-11-10 | 2023-07-18 | 한국전기연구원 | 기계적 함침을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산용액을 포함하는 전도성 페이스트가 코팅된 이차전지용 집전체 및 전극과, 이들의 제조방법 |
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