KR20220107977A - 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재 및 이를 포함하는 리튬일차전지 양극 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구형 구조체를 포함하는 불화탄소 복합소재 및 이를 포함하는 리튬일차전지 양극에 관한 것이다.
본 발명의 불화탄소 복합소재는 3차원의 구조를 가짐으로써 플루오린화 되지 않은 탄소가 복합화되어 복합체의 전기전도도가 향상되며, 그래핀의 코팅을 통해 불화탄소 입자가 재응집 되거나 비대해지는 것을 방지하고 불화탄소 입자가 균일하게 분산될수 있게 한다.
본 발명의 불화탄소 복합소재는 3차원의 구조를 가짐으로써 플루오린화 되지 않은 탄소가 복합화되어 복합체의 전기전도도가 향상되며, 그래핀의 코팅을 통해 불화탄소 입자가 재응집 되거나 비대해지는 것을 방지하고 불화탄소 입자가 균일하게 분산될수 있게 한다.
Description
본 발명은 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재 및 이를 포함하는 리튬일차전지 양극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 불화탄소 복합소재는 3차원의 구조를 가짐으로써 플루오린화 되지 않은 탄소가 복합화되어 복합체의 전기전도도가 향상되며, 그래핀의 코팅을 통해 불화탄소 입자가 재응집 되거나 비대해지는 것을 방지하고 불화탄소 입자가 균일하게 분산될 수 있게 한다.
최근 휴대형 디바이스는 고성능화, 다기능화, 소형화의 추세로 개발되고 있으며, 이러한 개발 추세에 따라 휴대형 디바이스에 포함되는 전지 또한 소형화, 고용량화, 고밀도화 되고 있다.
한편, 이러한 휴대형 디바이스에는 주로 리튬(Lithium)이나 리튬 계열의 혼합물을 전극으로 사용하는 배터리를 장착하여 사용하게 되는데, 같은 리튬 계열이더라도 사용하는 디바이스의 목적과 용도에 따라 다른 사용형태 및 다른 화합물을 가지는 전지가 사용된다.
리튬(Li) 전지는 다른 일차전지나 이차전지, 전기이중층 커패시터 등에 비해 용량과 신뢰성에 유리하여 휴대형 전자기기 등의 전원으로 적합한 것으로 평가되고 있다.
특히, 리튬 1차 전지는 고에너지 밀도, 경량, 고출력이면서도 안정된 방전 특성, 광범위한 온도에서의 안정성 등의 장점이 있어 소형가전이나 정밀기기에 많이 채용되고 있다.
가령, 군사 장비 및 일반 가정에서는 이산화망간 리튬전지(Li/MnO2), 불화흑연 리튬전지(Li CFn), 이산화황 리튬전지(Li/SO2)등의 일회성 전지(일차전지)를 사용하고, 다회성 충전이 필요한 휴대폰 디바이스의 경우 리튬이온전지(Li-Ion Battery), 리튬이온폴리머전지(Li-Ion Polymer Battery) 등의 재활용이 가능한 다회성 전지(이차전지)를 사용한다.
한편, 리튬 1차 전지는 금속 리튬을 음극활물질로 사용하고, 사용하는 양극활물질의 종류, 전해질, 전극 및 전지형태에 따라 몇 종류로 구분되며 각각 작동전압, 사용 한계전류, 에너지 밀도, 동작온도, 보관수명, 안전성 등의 특성이 다르게 나타난다.
구체적으로, 저율 방전에서는 용량의 90% 이상 사용 가능하며 용량 편차가 작으나, 중·고율 방전에서는 캐소드로 인한 저항이 증가하여 전류 크기에 따라 용량 감소가 심하게 나타난다.
이에, 전지 용량이 개선된 캐소드 제조를 위한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 그중 일 방식으로 리튬일차전지에 불화탄소(CFx)를 적용하는 방안이 연구되고 있다.
한편, 리튬일차전지용 CFx 소재의 경우, 반응성 증대를 위하여 소재를 나노/마이크로화시키게 될 경우 소재간 상호 반데르발스 힘에 의한 응집성으로 인하여 다시 비대해지는 경향을 나타낸다. 이러한 무분별한 응집력은 입자의 균일성을 저해할 뿐 아니라 성능 증대의 한계성을 야기하게 된다. 이는 전체 시스템의 용량 및 에너지밀도의 상당한 효율 손실로 이어진다. 따라서 입자 간 응집력을 감소시키는 기술 또는 입자간 응집력을 제어할 수 있는 기술 개발이 요구된다.
반데르발스의 힘에 의해 비대해진 CFx 소재는 전지 내부에서 불규칙한 크기로 비대해질 뿐 아니라, 입자가 불균일하게 배치되어 전지 시스템의 용량이 감소하고 CFx 소재의 낮은 전기전도도 특성으로 에너지 출력 효율이 감소하는 문제점이 있었다. 이에 따라 전지 시스템의 성능 뿐 아니라 상기 전지 시스템이 착용되는 디바이스 또한 원활한 사용이 불가능 하게 되었다.
또한, 휴대형 디바이스의 개발 방향에 따라 휴대형 디바이스에 포함되는 전지 또한 소형화, 고용량화, 고출력화, 고밀도화 되어야 하지만, CFx 소재의 낮은 전기전도도, CFx의 나노화/마이크로화 공정에서 발생되는 응집 및 비대화에 의해 CFx 소재가 적용된 전지에서 고율방전의 특성을 구현할 수 없는 문제점이 동반하게 되었다.
선행문헌 KR10-1882975에서는 불화탄소를 적용하여 리튬일차전지 양극의 용량을 증가시키는 방식을 개시하고 있으나, CFx의 나노/마이크로화에 따른 응집성으로 인하여 소재가 다시 비대해지는 문제점에 대해 개시하고 있는 바가 없다.
이에, 본 발명의 발명자들은 불화탄소를 그래핀과 복합화하여 리튬일차전지의 양극 상에서 응집을 방지할 수 있는 불화탄소를 개발하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 더욱 상세하게는 3차원의 구조를 가짐으로써 플루오린화 되지 않은 탄소가 복합화되어 복합체의 전기전도도가 향상되며, 그래핀의 코팅을 통해 불화탄소 입자가 재응집 되거나 비대해지는 것을 방지하고 불화탄소 입자가 균일하게 분산될 수 있게 한 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재 및 이를 포함하는 리튬일차전지 양극을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 제조 방법은, 1) 산화그래핀 수용액을 1mg/ml 농도로 준비하는 단계; 2) 산화그래핀 수용액에 불화탄소를 첨가하는 단계; 3) 2)단계의 결과물을 180 내지 220℃ 분무건조하는 단계; 4) 3)단계의 결과물을 270 내지 330℃에서 90분 내지 150분 동안 열처리하는 단계; 및 5) 4)단계의 결과물을 마일링하며 분말시료로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산화그래핀 및 불화탄소는 각각 동일한 중량으로 첨가되는 것이 바람직하고, 상기 불화탄소는 CFx의 화학식으로 표기되며, 상기 x는 0.5 내지 3인 것이다.
또한, 상기 불화탄소 복합소재는 구형의 3차원 구조체를 포함하며, 상기 구형의 3차원 구조체의 직경은 1 내지 4㎛의 직경을 갖는 것이다.
본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재는, 상기의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 또다른 일실시예에 따르면, 리튬일차전지 양극은, 상기 불화탄소 복합소재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편 본 명세서에 개시된 기술에 관한 설명은 단지 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 개시된 기술에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
또한 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. “제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소로 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어”있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어”있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 “~사이에”와 “~사이에” 또는 “~에 이웃하는”과 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다”또는 “가지다” 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 불화탄소 복합소재는 3차원의 구조를 가짐으로써 플루오린화 되지 않은 탄소가 복합화되어 복합체의 전기전도도가 향상되며, 그래핀의 코팅을 통해 불화탄소 입자가 재응집 되거나 비대해지는 것을 방지하고 불화탄소 입자가 균일하게 분산될수 있게 한다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명 복합소재를 주사전자현미경으로 촬영한 이미지이다.
도 2는 본 발명의 불화탄소 복합소재를 주사전자현미경에 부착된 에너지분산형 분광분석장치(EDS)으로 분석한 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 복합소재의 전기화학적 특성을 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 (a) 평면 불화탄소 (b) 본 발명의 복합소재 XRD 분석 그래프를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 불화탄소 복합소재를 주사전자현미경에 부착된 에너지분산형 분광분석장치(EDS)으로 분석한 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 복합소재의 전기화학적 특성을 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 (a) 평면 불화탄소 (b) 본 발명의 복합소재 XRD 분석 그래프를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 선호적인 실시예를 참고로 하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예는
1) 산화그래핀 수용액을 1mg/ml 농도로 준비하는 단계;
2) 산화그래핀 수용액에 불화탄소를 첨가하는 단계;
3) 2)단계의 결과물을 180 내지 220℃ 분무건조하는 단계;
4) 3)단계의 결과물을 270 내지 330℃에서 90분 내지 150분 동안 열처리하는 단계; 및
5) 4)단계의 결과물을 마일링하며 분말시료로 제조하는 단계;
를 포함하는 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 제조 방법이다.
이하 본 발명을 하기에 상세히 설명한다.
상기 1) 단계는 산화그래핀 수용액을 1mg/ml 농도로 준비하는 단계로서, 산화그래핀이 탈이온수와 혼합될 수 있도록 서큘레이터 초음파 등을 이용해 용액 내에 분산될 수 있도록 준비하는 단계이다.
상기 2) 단계는 산화그래핀 수용액에 불화탄소를 첨가하는 단계로서 상기 첨가되는 산화그래핀 및 불화탄소는 각각 동일한 중량으로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 첨가되는 산화그래핀 및 불화탄소가 각각 동일한 중량으로 첨가되지 아니하면 미반응한 물질이 3차원 구조를 갖지못해 리튬일차전지에 적용시 재응집되어 전기전도도가 떨어질 수 있다.
상기 첨가되는 불화탄소는 CFx의 화학식으로 표기되며, 상기 x는 0.5 내지 3인 것일 수 있다. 상기 x는 0.5 내지 3 내 어떠한 범위를 가질 수 있다. 바람직한 일 예시에서, 상기 x는 0.5 내지 1.5이다. 바람직한 다른 예시에서, 상기 x는 1 내지 3이다.
상기 3)단계는 2)단계의 결과물을 180 내지 220℃ 분무건조하는 단계로서 분무건조 과정을 통해 산화그래핀 및 불화탄소가 일차적으로 반응하여 복합체를 형성하게 된다.
상기 4)단계는 4) 3)단계의 결과물을 270 내지 330℃에서 90분 내지 150분 동안 열처리하는 단계로서, 4)단계를 통해 산화그래핀이 환원되면서 불화탄소와 이차적으로 반응하게 된다.
상기 제조되는 복합소재는 리튬일차전지용일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는
제조방법으로 제조되는 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재이다.
상기 제조된 불화탄소 복합소재는 구형의 3차원 구조체를 포함하는 것인일 수 있다. 구형의 3차원 구조체는 특히 불화탄소가 3차원 상태로 결합됩에 따라 평면상태의 불화탄소보다 표면적이 증대되어 전기전도도 및 전기화학적 특성이 증대될 수 있다.
상기 3차원 구조체의 직경은 1 내지 4㎛의 직경을 갖는 것일 수 있다. 상기 직경이 상기범위를 벗어나는 경우 3차원 구조체의 안정성이 떨어져서 재응집이 일어날 수 있다. 바람직하게는, 상기 3차원 구조체의 직경은 2 내지 3㎛의 직경을 갖는 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예는
상기 불화탄소 복합소재, 금속 산화물, 도전재, 유기용매 및 바인더를 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계, 상기 슬러리를 집전체에 코팅 후 1차 열처리하여 전극을 형성하는 단계, 상기 전극을 상기 1차 열처리보다 높은 온도로 2차 열처리하는 단계 및 상기 2차 열처리된 전극을 냉간 압연하는 단계를 포함하는 리튬 일차전지의 양극 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 슬러리는 전극 제조를 위한 것으로, 불화탄소 복합소재 와 금속 산화물, 도전재, 유기용매 및 바인더를 포함하며, 필요에 따라 수계 분산제 또는 N-메틸-2-피롤리돈 등의 유기 분산제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 불화탄소 복합소재 는 슬러리 100 중량부에 대하여, 8 내지 15 중량부로 포함될 수 있다. 불화탄소 복합소 를 8 중량부 미만으로 포함하는 경우, 전기 전도도가 낮아 전지 용량이 저하될 우려가 있고, 15 중량부를 초과하는 경우, 슬러리 내 다른 물질들에 비한 체적이 너무 커지기 때문에 전기화학적활성이 오히려 떨어지는 문제가 있다.
또한, 상기 불화탄소 복합소재 와 금속 산화물은 1:2 내지 1:5, 보다 바람직하게는 1:2.5 내지 1:3 의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 비율을 만족하는 슬러리로 전극 제조시 우수한 전해액 함침성을 나타내며, 건조시 표면 크랙이 최소화되어 전극 내구성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 금속 산화물은 MnO2일 수 있다.
상기 바인더는 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol; PVA)을 포함하며, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리비닐 부틸알(polyvinyl butyral; PVB) 및 이들의 조합으로부터 선택된 하나를 더 포함할 수 있다.
바인더는 전극에 유연성 및 높은 기계적 강도를 부여하기 위해 첨가되는 것으로, 슬러리 100 중량부에 대하여, 40 내지 70 중량부로 포함될 수 있다.
구체적으로, 폴리비닐 알코올은 전극 슬러리 제조시 불화 탄소, 금속 산화물 및 도전재를 물리적으로 부착시키기 위해 첨가되는 것이나, 완성된 전극에 다량으로 함유시 방전 용량이 떨어지는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기 조성의 슬러리를 특정 온도에서 처리함으로써 폴리비닐 알코올을 제거하여 방전 용량이 높은 전극을 제공하고자 한다.
또한, 상기 도전재는 슬러리에 포함되는 불화 탄소 및 금속 산화물의 화학 변화를 야기하지 않는 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 퍼니스 블랙, 카본 파이버, 카본 나노튜브, 플러렌 및 이들의 조합으로부터 선택된 하나일 수 있다.
특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 아세틸렌 블랙(acetylene black)을 단독으로 사용하거나 아세틸렌 블랙(acetylene black)과 케첸 블랙(ketjen black)이 6:4 내지 9.9:0.1의 중량비로 혼합된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 유기 용매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, 메틸 피롤리돈(NMP), 프로필렌글리콜 등 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
이러한 조성을 갖는 슬러리를 집전체에 코팅 후 1차 열처리하여 전극을 형성한다. 이때, 상기 1차 열처리는 60 내지 100 ℃의 온도에서, 20 내지 40분 동안 수행될 수 있다.
2차 열처리 전 상기 범위의 온도 조건으로 열처리함으로써, 슬러리의 표면을 건조시켜 크랙 발생을 줄일 수 있다.
이후, 상기 전극을 상기 1차 열처리보다 높은 온도로 2차 열처리하는 바, 2차 열처리는 200 내지 300 ℃의 온도에서 보다 바람직하게는 220 내지 250 ℃의 온도에서, 5 내지 7 시간 동안 수행될 수 있다.
일반적으로는, 일차전지의 캐소드를 제조하기 위해서 전극 슬러리를 집전체에 코팅한 후 150 ℃ 미만의 온도에서 열처리 건조 후 압연하는 것이 보통이다. 그러나, 폴리비닐 알코올이 바인더로 포함된 슬러리의 경우 건조된 전극 내에 폴리비닐 알코올의 비중이 너무 커 방전 용량이 저하되었다. 즉, PVA가 다량 함유된 상태로 전극을 제조하는 경우 전압 강하가 야기되는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명에 따른 리튬 일차전지의 양극 제조방법은 200 ℃ 이상의 온도에서 2차 열처리를 진행함으로써 폴리비닐 알코올을 태워 날림으로써, 완성된 전극의 방전 용량을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 200℃ 미만의 온도에서 2차 열처리를 진행하는 경우 폴리비닐 알코올이 날아가기 어렵고, 300℃ 초과 온도에서 진행하면 슬러리 내 다른 활물질들의 물성이 변할 우려가 있다. 따라서, 상기 범위를 만족하는 조건에서 2차 열처리를 수행할 때 방전 용량 및 전지의 에너지 밀도가 가장 우수하다.
상기 슬러리 100 중량부에 대하여, 바인더로서 폴리비닐 알코올이 40 내지 60 중량부로 포함될 수 있고, 2차 열처리 후에는 상기 전극 100 중량부에 대하여, 폴리비닐 알코올이 10 중량부 이하로 포함될 수 있다.
이는 2차 열처리를 통해 폴리비닐 알코올이 연소하여 전극 슬러리에서 제거되었기 때문으로, 슬러리 상태에서 비교적 다량의 폴리비닐 알코올이 바인더로서 포함되어 활물질의 융착을 돕고, 전극 코팅시 2차 열처리를 통해 증발되어 전지 용량 및 전극 출력 특성이 개선될 수 있다.
또한, 상기 2차 열처리된 전극을 냉간 압연하는 바, 상기 냉간 압연은 압축률 25 내지 40%로 수행될 수 있다. 이를 통해 불필요한 기공을 감소시키고 물질 간 결착력을 향상시킬 수 있다.
상기 냉각 압연된 전극의 두께는 250 내지 300㎛ 인 것이 가장 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
실시예 1.
고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 제조 방법
탈이온수와 산화그래핀을 1mg/ml 농도로 혼합한 뒤 서큘레이터를 이용하여 5℃에서 냉각하면서 및 1시간 동안 소니케이션을 통하여 분산시켰다. 첨가된 산화그래핀과 동일한 중량의 불화탄소를 첨가하였다. 상기 혼합물을 200℃에서 분무 건조(Spray drying) 공정을 통해 복합체를 제조하였다.
그 후 상기 산화그래핀-불화탄소 복합체를 300℃에서 2시간 동안 열처리 과정을 통해 산화그래핀-불화탄소 복합체를 제조하였으며, 이 과정에서 산화그래핀은 환원된 산화그래핀(rGO)으로 반응한다. 결과물을 마일링 장비를 이용하여 분말 시료로 제조하였다.
실시예 2. 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 특성 분석
본 발명 복합소재를 주사전자현미경으로 촬영한 이미지를 도 1에 나타내었다. 본 발명의 복합소재는 그래핀과 불화탄소가 결합하여 2-3 ㎛ 직경을 갖는 구형의 3차원 구조를 나타냄을 확인할 수 있었다.
불화탄소 복합소재를 주사전자현미경에 부착된 에너지분산형 분광분석장치(EDS)으로 분석한 사진을 도 2에 나타내었다. C와 F가 검출된 것을 확인할 수 있다. 그래핀 플레이크 복합체 내에 불화탄소(CFx)가 균일하게 복합화된 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 복합소재의 전기화학적 특성을 분석한 결과를 도 3에 나타내었다. 불화탄소로 제조한 전극은 면적당 비축전 용량이 3 mAh/cm2로 나타났고, 그래핀 플레이크 복합체로 제조한 전 극은 면적당 비축전 용량이 28 mAh/cm2로 나타났다. 해당 수치는 통상의 일차전지 전극 제조 조건보다 24%높은 성능을 가지고 있음을 확인한 것이다.
이에 따라, 그래핀 플레이크 복합체로 제조한 전극은 불화탄소로 제조한 전극과 비교하여 우수한 전기전도도 및 입자의 응집특성을 방지할 수 있는 전기화학 특성이 개선되었음을 확인한 것이다. 단위면적(cm2)당 최대 발현되는 전지용량은 28 mAh로 4 내지 4.4 mAh의 전지용량을 가지는 알루미늄 포일(Al Foil) 보다 약 7배 높은 전지용량을 나타내었다.
(a) 평면 불화탄소 (b) 본 발명의 복합소재 XRD 분석 그래프를 도 4에 나타내었다. 도 4의 (a)는 평면(Bare)의 불화탄소(CFx) XRD 분석 그래프이고, 도 4의 (b)는 그래핀 플레이크 복합체(CFx/r-GO)의 XRD 분석 그래프이다.
이중 도 4의 (a)는, 13°와 41°에서 피크를 보이고 있으며, 도 4의 (b)는 13°, 24°, 38° 41°, 43°에서 피크가 관찰되었다. 즉, 도 4의 (a)과 (b)를 비교하여 도 4의 (b)는 13°와 41°에서 도 4의 (a)와 동일한 피크가 관찰되면서, 24°(r-GO)와 38°, 43°(formation of Unfluorinated Phase, 플루오린화 되지 않은 탄소)에서 새로운 피크가 관찰되었다. 이는 그래핀 플레이크 복합체의 합성시 모(母)소재인 불화탄소(CF x)의 결정 및 조성이 바뀌지 않고, 3차원 구조를 가지는 그래핀 플레이크(r-GO)와 플루오린화 되지 않은 탄소가 복합화되어 복합체의 전기전도도가 향상되는 것으로 판단할 수 있다.
정리하면, 그래핀 플레이크 복합체의 코팅을 통해 불화탄소 입자가 재응집되거나 비대해지는 것을 방지할 수 있으며, 불화탄소 입자가 균일하게 분산됨을 확인한 것이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이행할 수 있을 것이다.
Claims (7)
1) 산화그래핀 수용액을 1mg/ml 농도로 준비하는 단계;
2) 산화그래핀 수용액에 불화탄소를 첨가하는 단계;
3) 2)단계의 결과물을 180 내지 220℃ 분무건조하는 단계;
4) 3)단계의 결과물을 270 내지 330℃에서 90분 내지 150분 동안 열처리하는 단계; 및
5) 4)단계의 결과물을 마일링하며 분말시료로 제조하는 단계;
를 포함하는 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 제조 방법.
2) 산화그래핀 수용액에 불화탄소를 첨가하는 단계;
3) 2)단계의 결과물을 180 내지 220℃ 분무건조하는 단계;
4) 3)단계의 결과물을 270 내지 330℃에서 90분 내지 150분 동안 열처리하는 단계; 및
5) 4)단계의 결과물을 마일링하며 분말시료로 제조하는 단계;
를 포함하는 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 산화그래핀 및 불화탄소는 각각 동일한 중량으로 첨가되는 것인, 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 제조 방법.
상기 산화그래핀 및 불화탄소는 각각 동일한 중량으로 첨가되는 것인, 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 불화탄소는 CFx의 화학식으로 표기되며,
상기 x는 0.5 내지 3인 것인, 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 제조 방법.
상기 x는 0.5 내지 3인 것인, 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 불화탄소 복합소재는 구형의 3차원 구조체를 포함하는 것인, 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 제조 방법.
상기 불화탄소 복합소재는 구형의 3차원 구조체를 포함하는 것인, 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 구형의 3차원 구조체의 직경은 1 내지 4㎛의 직경을 갖는 것인, 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 제조 방법.
상기 구형의 3차원 구조체의 직경은 1 내지 4㎛의 직경을 갖는 것인, 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재의 제조 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재.
제6항의 불화탄소 복합소재를 포함하는 리튬일차전지 양극.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210010188 | 2021-01-25 | ||
| KR20210010188 | 2021-01-25 |
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| KR20220107977A true KR20220107977A (ko) | 2022-08-02 |
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|---|---|---|---|
| KR1020220010589A KR20220107977A (ko) | 2021-01-25 | 2022-01-25 | 고출력 특성을 가지는 불화탄소 복합소재 및 이를 포함하는 리튬일차전지 양극 |
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| KR (1) | KR20220107977A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117361502A (zh) * | 2023-12-08 | 2024-01-09 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置 |
Citations (1)
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| KR101882975B1 (ko) | 2016-04-21 | 2018-07-27 | 주식회사 비츠로셀 | 리튬 일차전지의 양극 제조방법 |
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2022
- 2022-01-25 KR KR1020220010589A patent/KR20220107977A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101882975B1 (ko) | 2016-04-21 | 2018-07-27 | 주식회사 비츠로셀 | 리튬 일차전지의 양극 제조방법 |
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| CN117361502A (zh) * | 2023-12-08 | 2024-01-09 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置 |
| CN117361502B (zh) * | 2023-12-08 | 2024-04-12 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 氟化碳材料及其制备方法、电极、电池和用电装置 |
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