KR890002673B1 - Secondary electrical energy storage device and electrode therefor - Google Patents

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더 다우 케미칼 캄파니
리챠드 고든 워터맨
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Abstract

A diamensionally stable electrode for use in a secondary electrical energy storage device comprises an electrode body of an electrically conductive carbonaceous material, having a skeletal orientation of oriented fused benzenoidal structure moieties, at least at or near the surface, and a current collector electrically associated therewith, wherein the carbonaceous material has a Youngs modulus of form 1,000,000 to 55,000,000 psi and undergoes a physical dimensional change of less than 5% during repeated electrical charge and discharge cycling.

Description

2차전기에너지 축적장치 및 그 전극Secondary electric energy storage device and its electrode

제1도, 제2도 및 제3도는 방전량과 전압의 관계도.1, 2 and 3 show the relationship between the discharge amount and the voltage.

제4도는 최대 전력 밀도 대 충전상태의 관계도.4 shows the relationship between maximum power density versus state of charge.

제5도는 고비율 전력 방전시의 시간대 전압의 관계도.5 is a relationship diagram of time-phase voltage at the high rate power discharge.

본 발명은 2차전기에너지 축적 장치용 전극으로서 전자 집전기와 관련된 탄소성 재질에 관한 것이다.The present invention relates to a carbonaceous material associated with an electron collector as an electrode for a secondary electrical energy storage device.

탄소성 재질의 전극은 정상 동작 온도나 분위기하에서 사용할때 퍼클로레이트나 헥사플루오아세니트 등과 같은 음이온을 함유한 전해질 시스템에서는 매우 안정하다.Carbonaceous electrodes are very stable in electrolyte systems containing anions such as perchlorate and hexafluoroacetate when used under normal operating temperatures or atmospheres.

다시 말하면, 탄소성 재질은 과전기 방전 및 충전시에 2차전기에너지 축적 장치의 동작시에 생실 수도 있는 감지할 수 있을 정도의 불규칙적인 팽창 및 축소가 생기지 않는다.In other words, the carbonaceous material does not cause a noticeable irregular expansion and contraction that may occur during operation of the secondary electrical energy accumulator during overelectrical discharge and charging.

전극 재질로서는 탄소 또는 흑연과 같은 탄소성 재질을 이용한 전기 에너지 축적 장치에 대한 특허와 기술지들이 많이 발표되어 있다. 거의 최초의 것으로 1866년 라크란치식 축전지가 있으며 여기에서 Zn/NH4Cl/MnO2의 1차 축전지에서 탄소가 전자집전기로 사용되었다. 그 이후 탄소는 1차 축전지, 1차 연료전지, 2차연료 전기, 2차 축전지 및 캐피시터의 전극성분으로 광범위하게 사용되어 왔다. 이들 상기 언급된 장치에서 탄소 또는 흑연의 기능은 주로 전류 집전기나 또는 리액티브 재질과 작용하여 새로운 불소 화합물을 형성하여 본래의 탄소/흑연과는 다른 구조 및 특성을 가지게 되며, 최근에는 반도체 재질로 작용하여 전해질의 이온을 가진 염기를 형성하고 있다. 이러한 종래 기술의 장치에 대한 것으로는 다음과 같은 것들이 있다. 콜리먼씨 미합중국 특허 제2,597,451호에 발표된 1차 축전지, 파나소닉리듐 축전지 문헌, 미합중국 특허 제4,271,242호, 제3,700,502호 및 제4,224,389호, 일본 공보 제54-082043호의 연료 전지, 미합중국 특허 제4,037,025호에 기재된 듀씨의 일부 재충전식 2차 연료전지, 활성 흑연을 사용한 재충전식 연료 전지, 전류집전기로 흑연을 사용한 하트씨의 미합중국 특허 제4,251,568호와 고면적 탄소(흑연)를 사용한 버디루스씨의 미합중국 특허 제3,700,975호 또는 서독 특허 제3,231,243호에 있는 캐패시터와, 비니언씨의 미합중국 특허 제3,844,837호 및 제4,009,323호등에 발표된 재충전식 2차 촉전지등이 있다. 이들 장치중 어떤 것은 비도전성 용매에서 용해되는 이온성 염을 사용한 것도 있다.As electrode materials, many patents and technical papers have been published for electrical energy storage devices using carbonaceous materials such as carbon or graphite. Nearly the first was a Lacranche type battery in 1866, where carbon was used as the electron collector in the primary battery of Zn / NH 4 Cl / MnO 2 . Since then, carbon has been widely used as an electrode component of primary batteries, primary fuel cells, secondary fuel cells, secondary batteries and capacitors. The function of carbon or graphite in these above mentioned devices mainly works with current collectors or reactive materials to form new fluorine compounds, which have different structures and properties from the original carbon / graphite, and in recent years It acts to form a base with the ions of the electrolyte. Examples of such prior art devices include the following. Coliman Primary Battery, Panasonic Lithium Battery Document, US Patent Nos. 4,271,242, 3,700,502 and 4,224,389, Fuel Cells of Japanese Patent Publication No. 54-082043, US Patent No. 4,037,025, published in US Patent No. 2,597,451. Some rechargeable secondary fuel cells from DuCie, rechargeable fuel cells using active graphite, Hart's US Patent No. 4,251,568 using graphite as current collector and Mr. Buddy Ruth's US patent using high-area carbon (graphite) Capacitors in US Pat. No. 3,700,975 or West German Patent No. 3,231,243, and rechargeable secondary batteries disclosed in Vinion's US Pat. Nos. 3,844,837 and 4,009,323. Some of these devices use ionic salts that are soluble in non-conductive solvents.

상기 특허등에 기재된 탄소성 재질은 전기적으로 도전성이 될때까지 흑연화 내지는 탄소화 되는 재질이다.The carbonaceous material described in the patent is a material that is graphitized or carbonized until it is electrically conductive.

이들 재질은 폴리아세틸렌, 폴리페니닐, 폴리아크로니트릴 및 예비 재질을 탄소화 또는 흑연화 가열하여 약간의 도전성을 띄게한 페트로륨등에서 생성된다. 종래 기술에 사용된 흑연중에는 RPG(열강화 흑연), R-1원자로 흑연, PGCP(열흑연탄 소지), 팽창 및 압축식 흑연등을 구비하고 있는 GRAFOIL(유니온 카바이드 코포레이션 상표)등이 있다.These materials are produced from polyacetylene, polypheninyl, polyacrylonitrile, and petroleum, which has a slight conductivity by carbonizing or graphitizing heating preliminary materials. Graphite used in the prior art includes RPG (thermally strengthened graphite), R-1 reactor graphite, PGCP (hot graphite graphite), GRAFOIL (Union Carbide Corporation trademark) equipped with expanded and compressed graphite, and the like.

유사형 탄소성 재질의 도핑에 대해서는 1982년 4월 19일자로 발간된 케미칼 앤드 엔지니어링 뉴스 제60권 16호 29페이지에서 33페이지에 기고된 "도전성 중합체 R & D연속 성장법"에 발표되어 있으며, 1971년 12월에 발간된 "저어널 일렉트로켐 소사이어티, 일렉트로케미칼 사이언스"지 제118권 12호 1886 내지 1890페이지와 1981년 10월 12일 발간된 "케미칼 앤드 엔지니어링 뉴스"제59권 41호 34 내지 35페이지에 기고된 "고전적 저중량 중합체 전지"에 발표되어 있다.Doping of similar carbonaceous materials is published in the "Conductive Polymer R & D Continuous Growth Method", published on April 19, 1982, published in Chemical and Engineering News Volume 60, page 16, page 29, page 33, Journal of the Journal of Electrochemistry and Electrochemical Science, Vol. 118, No. 12, pp. 1886 to 1890, published in December 1971, and No. 59, 41, pp. 34 to 34, published October 12, 1981. Published on page 35, "Classic Low Weight Polymer Cells."

상기 발표된 전지에서의 문제점은 전기 충방전을 반복하게 되면 탄소성 재질이 열화하여 이러한 재질로 만들어진 전극의 수명이 짧다는 점이다.The problem with the above-described battery is that the carbonaceous material deteriorates when the electric charge and discharge are repeated, thereby shortening the lifetime of the electrode made of the material.

예를들면, 미합중국 특허 제3,844,837호(비니온씨 이하동문)에는 LiCF3SO3-디메틸설파이트(DMSU) 전해질에서 칩에 Li2O를 주입시켜 양극으로 하고 동을 음극으로 한 핵 흑연을 사용한 축전지가 기재되어 있다. 흑연 전극은 R-1 핵 흑연으로 만들어지고(그레이트 레이크스 카본 캄파니에서 시판됨) 9회의 충방전 후 벗겨지는 것으로 되어 있다. 상기 특허의 특허권자는 흑연을 입혀 검사한 결과 맞고하지 않은 것으로 종결지었다.For example, U.S. Patent No. 3,844,837 (Vinion C) is used to inject Li 2 O into a chip from a LiCF 3 SO 3 -dimethylsulfite (DMSU) electrolyte to make a positive electrode and copper as a negative electrode. Storage batteries are described. The graphite electrode is made of R-1 nuclear graphite (commercially available from Great Lakes Carbon Company) and is to be peeled off after nine charge and discharge cycles. The patentee of this patent concluded that he was not hit by a test with graphite.

다른 여러가지의 흑연도 사용해보았으나 열강화 흑연을 사용하여 33회 사용휴 고장나는 것 이상의 좋은 결과는 얻지 못하였다. 듀씨 이하 동문은 고면적의 탄소 또는 흑연재질에 화학 반응이 일어나는 구멍을 형성하여 실시하였으나 탄소면의 연속성 결핍으로 도전성이 낮았다. 더우기 이러한 재질은 2차 축전지의 재충전 수명을 길게하는데 요구되는 탄소 복합체의 형성에 필수적인 완벽한 구조와 규격적인 안정성을 유지하지 않았다.Many other graphites have been used, but thermally-enhanced graphite has not yielded more than 33 failures. The alumni of D.C. and below were formed by forming a hole in which a chemical reaction occurred in a high area carbon or graphite material, but the conductivity was low due to lack of continuity of the carbon surface. Moreover, these materials did not maintain the perfect structure and the standard stability necessary for the formation of the carbon composites required to prolong the recharge life of secondary batteries.

GRAFOIL(상표명) 사용한 본 발명에 의한 실험에 있어서도 제1전기 충전 및 RPG(초고온) 흑연 전극도 역시 실패였다. 따라서 RPG 흑연으로 제조된 양극의 20% 이상은 27회의 전기 충방전에 의해 칩과 파우더 등이 벗겨져 손실 되었다.In the experiments according to the present invention using GRAFOIL (trade name), the first electric charge and the RPG (ultra high temperature) graphite electrode also failed. Therefore, more than 20% of the anode made of RPG graphite was lost due to peeling of chips and powders by 27 electric charges and discharges.

전극체의 팽창 및 수축 결과로 전극에 손상이 생길뿐 아니라 이러한 팽창 및 수축은 이로인해 흑연판이 벗겨져 충전 및 방전의 비틀림을 증가시켰다. 이러한 실험을 통하여 본 발명의 개발중에 흑연판의 벗김은 상기 흑연재질이 충방전의 반복에 따라 생기는것을 확인할 수 있었다.In addition to damage to the electrode as a result of the expansion and contraction of the electrode body, this expansion and contraction caused the graphite plate to peel off, thereby increasing the twisting of the charge and discharge. Through these experiments, it was confirmed that the peeling of the graphite plate during the development of the present invention occurs as the graphite material is repeatedly charged and discharged.

본 발명의 한 특징에 의하면, 적어도 표면 부근이나 표면에 골격 방위성을 가지는 전기 도전 탄소성 재질의 전극체와 그와 관련된 전류 집전기를 구비하는 2차 전기 에너지 축전 장치를 제공하며, 상기 탄소성 재질은 100만(6.9GPa) 이상의 영 탄성율(young's modulus)을 가지며 반복적인 전기 충방전시에도 물리적 규격 변동을 5% 이하로 할 수가 있다.According to one aspect of the present invention, there is provided a secondary electric energy storage device having an electrode body of electrically conductive carbonaceous material having a skeletal orientation at least in the vicinity or on the surface thereof and a current collector associated therewith, wherein the carbonaceous material Has a Young's modulus of more than 1 million (6.9 GPa) and can make the physical specification fluctuation less than 5% even during repeated electric charge and discharge.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 전기 비도전성 내면을 가진 하우징과 이 하우징에 적어도 한개의 전지가 있고 습기가 통하지 않는 외면 또는 박막체를 구비하고 있는 2차 전기 에너지 축적 장치를 제공하며, 각 전지는 서로 절연된 한쌍의 전기 도전성 전극을 구비하고 있고 상기 하우징은 실제로 비수성 전해질을 함유하고 있으며, 각 전지의 적어도 한 전극은 본 발명의 전극이다.According to another feature of the invention, there is provided a housing having an electrical non-conductive inner surface and a secondary electrical energy accumulator having at least one battery in the housing and having an outer surface or a thin film body through which moisture does not pass, wherein each battery It is provided with a pair of electrically conductive electrodes insulated from each other and said housing actually contains a nonaqueous electrolyte, and at least one electrode of each battery is an electrode of the present invention.

본 발명의 또다른 특징에 의하면, 전기 비도전성 내면을 가진 하우징과, 이 하우징에 적어도 한개의 전지가 있고 습기가 통하지 않는 외면 또는 박막체를 구비하고 있는 2차 전기 에너지 축적 장치를 제공하며, 각 전지는 서로 절연된 적어도 한쌍의 전기 도전성 전극을 구비하고 있고, 상기 하우징은 실제로 비수성 전해질을 함유하고 있으며 각 전지의 각 전극은 청구범위 제1항, 2항, 3항에 청구된 바와 같은 전극이며, 상기 각 전극은 재충전시 극성의 선택이 필요없고 일부 또는 전부가 손상없이 역극성으로 될 수 있는 것이다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a secondary electrical energy storage device including a housing having an electrical non-conductive inner surface and an outer surface or a thin film body having at least one battery in the housing and through which moisture does not pass. The cell has at least a pair of electrically conductive electrodes insulated from each other, the housing actually contains a non-aqueous electrolyte and each electrode of each cell is an electrode as claimed in claims 1, 2 and 3 Each of the electrodes does not require the selection of the polarity upon recharging, and some or all of the electrodes can be reversed without damage.

전극은 거리를 띄원 분리시킬 수도 있고 전기 비도전성 재질로 분리시킬 수도 있다.The electrodes can be separated by distances or by electrically nonconductive materials.

[물리적 성질][Physical properties]

탄소성 재질 전극의 전기 도전성은 다음과 같은 물리적 성질의 범주내에 드는 것이 좋다.It is preferable that the electrical conductivity of the carbonaceous electrode falls within the following physical properties.

(1) 영 탄성율은 1,000,000psi(6.9GPa)이상, 적합하게는 10,000,000psi(69GPa) 내지 55,000,000psi(380GPa)이며, 가장 적합하게는 20,000,000 내지 45,000,000psi(138Gpa 내지 311GPa)가 좋다.(1) The Young's modulus is 1,000,000 psi (6.9 GPa) or more, preferably 10,000,000 psi (69 GPa) to 55,000,000 psi (380 GPa), and most preferably 20,000,000 to 45,000,000 psi (138 Gpa to 311 GPa).

(2) 어스펙트율은 100 : 1 이상이 좋다. 어스펙트율은 탄소성 재질의 섬유소 또는 필라멘트 가닥의 길이 대직경비 l/d나 탄소성 재질이 평면 시트로 형성되어 있을때의 길이 대 깊이의 비율이다.(2) The aspect ratio is preferably 100: 1 or higher. The aspect ratio is the ratio of the length-to-diameter ratio l / d of the fibers or filament strands of the carbonaceous material or the length to depth when the carbonaceous material is formed of the flat sheet.

(3) 탄소성 재질로 제작될 수 있는(편직, 니트 또는 연소 필라멘트로부터의 비편직 또는 인조 섬유 또는 필름) 모든 구조 및 기계적 성질도는 적어도 100회 이상의 충방전시에 소망의 시트 또는 판형 형태 탄소성 재질이 유지되도록 가압판(면필름 또는 메수)과 같은 지지체를 필요로 하지 않을 정도이어야 한다.(3) All structural and mechanical properties, which can be made of carbonaceous material (non-woven or man-made fibers or films from knit, knit or burned filaments), have the desired sheet or plate-like carbon upon at least 100 charge and discharge cycles. It should be such that it does not require a support such as a pressure plate (cotton film or meso) in order to maintain the material.

(4) 활성 흡수탄소와 관련되는 표면 영역이 적어도 0.1㎡/g이어야 하며 적절하게는 50㎡/g이하나 또는 10㎡/g이하이며 더욱 적절하게는 5㎡/g이하가 좋다.(4) The surface area associated with activated carbon should be at least 0.1 m 2 / g, preferably at least 50 m 2 / g or at most 10 m 2 / g and more preferably at most 5 m 2 / g.

(5) 탄소성 재질의 형태 성실도는 이러한 탄소성 재질의 규격이 6.45㎠(1in2) 내지 930㎠(144in2)이상 일때 전극의 연부를 형성하는 금속성 전류 집전기 프레임이나 다른 지지체 없이도 판 또는 시트 형태를 유지할 수 있어야 한다.(5) Morphological integrity of the carbonaceous material may be obtained without the use of a metal current collector frame or other support that forms the edge of the electrode when the size of the carbonaceous material is 6.45 cm 2 (1 in 2 ) or more than 930 cm 2 (144 in 2 ). It should be possible to maintain the sheet form.

(6) 본 발명의 전극을 구체화 하는 2차 전기 에너지 저장 장치는 사실상 100ppm 이하의 수분만 가진다. 적합하게는 수분 함량은 20ppm 이하가 좋고 10ppm 이하이면 가장 좋다. 본 발명의 장치는 수분 함량이 300ppm 이상일때도 동작될 수 있으나 그 수명이 약간 짧아진다. 또한, 수분 함량 레벨이 부담스러워지면 장치를 분해하여 건조시킨 후 제조립하면 이러한 건조 상태가 연속 동작시의 손상을 방지해줄 수도 있다.(6) The secondary electric energy storage device which embodies the electrode of this invention has virtually only 100 ppm or less of moisture. Suitably the water content is best at 20 ppm or less and at most 10 ppm. The device of the present invention can be operated even when the moisture content is 300 ppm or more, but its life is shortened slightly. In addition, if the moisture content level becomes burdened, the device may be decomposed and dried, and then manufactured, and such a dry state may prevent damage during continuous operation.

[성능 범주][Performance category]

(7) 탄소서 재질의 전극은 탄소성 재질의 마모로 인한 손상없이 100회 이상의 충방전을 행할 수 있어야 한다. 적합하게는, 500회 이상의 충방전후에도 손상이 생기지 않아야 되며, 전극의 탄소성 재질의 1g당 150coulombs 이상의 방전 용량을 가져야 된다.(7) Carbon-based electrodes shall be capable of at least 100 charge / discharge cycles without damage due to wear of the carbonaceous material. Suitably, no damage should occur after more than 500 charge / discharge cycles, and the discharge capacity should be at least 150coulombs per gram of carbonaceous material of the electrode.

(8) 탄소성 재질 전극의 전기 용량 효율은 70% 이상이되어야 하며 적합하게는 80% 이상이며 90% 이상이 가장 좋다.(8) Capacitive efficiency of carbonaceous electrode should be 70% or more, suitably 80% or more, and 90% or more is best.

(9) 탄소성 재질의 저극은 과방전을 극복해야 하며 100회 이상의 전기 충방전시에도 전기 충전 용량은 70% 이상이 되어야 하고 적절하게는 500회 이상의 충방전시에도 충전 용량이 80% 이상이 되어야 좋다.(9) The low electrode made of carbonaceous material must overcome the overdischarge, and the charge capacity should be 70% or more even after 100 times of charge and discharge, and the charge capacity should be 80% or more even after 500 times or more. Should be good.

따라서, 상기 언급된 물리적 성질을 가진 탄소성 재질의 전극은 전극의 탄소성 재질의 1g당 150coulombs 이상의 방전용량으로 100회 이상의 방전 및 재충전 능력이 있으며 규격의 변동없이(약 5% 이하의 규격 변동) 70% 이상의 전량 효율을 가지게 된다.Therefore, the carbon-based electrode having the above-mentioned physical properties has the ability to discharge and recharge 100 times or more with a discharge capacity of 150coulombs or more per 1g of the carbonaceous material of the electrode, without any change in specifications (standard change of less than about 5%). More than 70% of the total efficiency will be.

일반적으로, 탄소성 재질은 예비 재질을 도전성을 띌때까지 850℃의 온도로 가열하여 얻을 수 있다. 전극의 전기 도전 탄소성 재질 부분을 형성할 능력이 있는 탄소성 예비 출발 재질은 피치(페트롤륨 또는 콜탈), 폴리아세틸렌, 폴리아크리로니트릴, 폴리페니릴, 사란(상표)등이다. 탄소성 예비출발 재질은 약간의 골격 방위성을 가져야 된다. 즉, 대부분의 이들 재질은 농축된 방위성 벤제노이드 구조를 가지거나 또는 표면이나 부근의 동일한 골격 방위성 또는 벤제노이드로 가열 변환될 수 있어야 한다. 이는 출발 재질이 골격 방위성을 갖고 있기 때문이다.In general, the carbonaceous material may be obtained by heating the preliminary material at a temperature of 850 ° C. until it becomes conductive. Carbonaceous preliminary starting materials that are capable of forming the electrically conductive carbonaceous material portion of the electrode are pitch (petroleum or collal), polyacetylene, polyacrylonitrile, polyphenyryl, saran (trademark) and the like. Elastomeric prestart materials should have some skeletal orientation. That is, most of these materials should have a concentrated orientated benzenoid structure or be able to be heated and converted to the same skeletal orientation or benzenoid on or near the surface. This is because the starting material has skeletal orientation.

가열시에 이러한 골격 방위성을 나타내는 적합한 탄소성 예비 재질은 페트롤륨 피치나 또는 폴리아크리로니트릴로 부터 준비된 섬유가 다중 또는 단일 피라멘트 가닥의 조립체이다. 이러한 다중 또는 단일 피라멘트가닥 또는 섬유는 실등으로 쉽게 변환되어 직물류 제품으로 제조될 수 있다. 이러한 모노필라멘트 섬유를 적절히 형성시키는한 기술이 미합중국 특허 제4,005,183호에 기재되어 있으며, 여기에서, 섬유는 실로 되어 있고 직물로 짜여진다. 이 직물은 일반적으로 1000℃의 온도로 가열되어 충분히 탄소화된 후 전기 도전성의 탄소성 재질이 되고 상기(1)에서 (6)까지 설명된 물리적 성질 및 특성을 가진 재질이 된다. 이러한 직물은 전자 집전기와 관련하여 본 발명의 2차 전기 에너지 축적 장치의 전극으로 사용하기 적합하다.Suitable carbonaceous preliminary materials that exhibit this skeletal orientation upon heating are assemblies of multiple or single filament strands of fibers prepared from petroleum pitch or polyacrylonitrile. Such multiple or single filament strands or fibers can be readily converted into yarns and made into a textile product. One technique for properly forming such monofilament fibers is described in US Pat. No. 4,005,183, wherein the fibers are made of yarn and woven into a fabric. The fabric is generally heated to a temperature of 1000 ° C., sufficiently carbonized to become an electrically conductive carbonaceous material and a material having the physical properties and properties described in (1) to (6) above. Such a fabric is suitable for use as an electrode of the secondary electrical energy accumulator of the present invention in connection with an electron collector.

탄소성 예비 재질은 연속 필라멘트 섬유나, 연속 필라멘트로 이루어진 실 또는 비연속성 섬유 토우의 형태로 되는 것이 좋으며, 편직, 비편직 또는 니트 어셈블리 또는 인조섬유등 특히 직물, 지류 또는 펠트류의 평면 부재로 형성되도록 층이 이루어질 수 있는 어셈블리로 될 수 있는 것이 좋다. 그러나, 1 내지 10cm 길이의 짧은 섬유로 된 실이 직물류 제품으로 짜여져(열처리시 상기(1) 내지(6)에서 설명된 소정의 물리적 성질을 가진 짧은 섬유로서)있을때는 허용될 수 있다. 물론, 탄소화 이전에 원하는 형태로(니트, 편직 또는 펠트 등)예비 재질을 안정하게(산화로 얻어질때와 같이)형성시킬 수있는 반면, 이러한 구조는 그 영 탄서율이 55,000,000psi(380GPa) 이하가 되어야 하며 적절하게는 39,000,000psi(269GPa) 이하가 되어야 한다. 또한, 탄소성 재질은 필름 예비재로 형성될 수 있음은 말할것도 없다.The carbonaceous preparatory material is preferably in the form of continuous filament fibers or yarns or discontinuous fiber tows made of continuous filaments, and in particular formed into flat members such as woven, nonwoven or knit assemblies or man-made fibers, such as textiles, papers or felts. It is preferred that the assembly can be as layered as possible. However, it may be acceptable when yarns of short fibers 1 to 10 cm in length are woven into textile products (as short fibers having the desired physical properties described in (1) to (6) above in heat treatment). Of course, the preforms can be stably formed (as obtained by oxidation) in the desired form (such as knit, knit or felt) prior to carbonization, while these structures have a Young's modulus of 55,000,000 psi (380 GPa) or less. It should be less than 39,000,000 psi (269 GPa). It goes without saying that the carbonaceous material may be formed of a film preliminary material.

탄소화 또는 흑연화 정도는 전기 축적 장치의 전극 소자로서의 재질 성능에는 제어 요인으로 작용하지 않고, 단지 재질은 전기 도전성이 되기에 충분하며, 또한 지정된 사용 형태하에서 상기 언급된 물리적, 기계적인 성질을 가져야만 한다. 약 90%가 탄소화된 탄소성 재질은 문헌상 일부 탄소재로 지칭되며 91 내지 98%가 탄소화된 탄소성 재질을 탄소성 재질이라 한다. 반면에 98% 이상의 탄소성 재질을 흑연화 재질이라 한다. 90 내지 99%로 탄소화된 탄소성 재질은 이것이 전기 충방전시 원하는 규격적 안정성을 가지지 않으며 전극 재질로서는 적합하지 않는다는 것을 알았다. 예를들면, 필수적인 탄소화 등급과, 도전성 및 표면 영역을 가진 RPG 흑연 및 GRAFIOIL등이 상기 언급된 물리적 성질중의 영율 및 어스펙트율을 가지지 못해 전극 재질로서는 부적합한 것이다.The degree of carbonization or graphitization does not act as a control factor for the material performance as an electrode element of the electrical accumulator, only the material is sufficient to be electrically conductive, and must also have the physical and mechanical properties mentioned above under the specified mode of use. Should be. The carbonaceous material about 90% carbonized is referred to in the literature as some carbon material and the carbonaceous material 91 to 98% carbonized is called carbonaceous material. On the other hand, more than 98% carbonaceous material is called graphitized material. It has been found that the carbonaceous material carbonized to 90 to 99% does not have the desired standard stability during electric charge and discharge and is not suitable as an electrode material. For example, RPG graphite, GRAFIOIL, etc., which have the necessary carbonization grade, conductivity and surface area, do not have the Young's modulus and the aspect ratio in the above-mentioned physical properties, and thus are unsuitable for electrode materials.

본 발명에 의하면, 상술한 탄소성 재질 및 하우징 내에 이와 관련된 전자 집전기(전기 도전성인)를 가진 적어도 한쌍 이상의 전극을 배치함으로써 재충전식 및 극성 반전식 전기 축적 장치를 제공한다. 하우징에는 비도전성 내면이 있으며 습기에 둔감하다. 전극은 상기 하우징내의 비수성(수분은 약 100 이하로 함유된)용액에 침지되어 있다. 용액 자체는 이온화될 수 있는 용해성 금속염을 함유하거나 또는 형성할 수 있어야 한다. 각 전극은 본 발명의 탄소성 열처리 재질과 전해액과의 접촉이 절연되어 있는 관련 전자 집전기로 구성되어 있다.According to the present invention, a rechargeable and polarity inverting electrical accumulator is provided by disposing at least one pair of electrodes having the above-described carbonaceous material and an electronic current collector (which is electrically conductive) associated therewith. The housing has a non-conductive inner surface and is insensitive to moisture. The electrode is immersed in a nonaqueous solution (containing water of about 100 or less) in the housing. The solution itself must contain or be able to form a soluble metal salt that can be ionized. Each electrode is composed of an associated electronic current collector insulated from contact with the carbonaceous heat treatment material of the present invention and the electrolyte solution.

본 발명의 2차 전기 에너지 축적 장치는 상술한 바와 같이 직물과 같은 전기 도전성의 탄소성 섬유 어셈블리와 리튬 또는 금속 합금과 같은 금속으로 구성되어 사실상 비수성 용액에 전극을 침전시켜 음극으로 대치할 수 있는 양극의 전자 집전기로 구성되어 극성 반전 능력없이도 구성될 수 있고, 상기 용액 자체는 전해액 이온을 제공하기 위해 적어도 이온화될 수 있는 가용성 금속염을 함유하거나 또는 형성할 수 있다.The secondary electrical energy accumulator of the present invention is composed of an electrically conductive carbonaceous fiber assembly, such as a fabric, and a metal, such as lithium or a metal alloy, as described above, so that the electrode can be precipitated in a non-aqueous solution and replaced with a cathode. It may consist of an electron collector of the positive electrode and without polarity inversion capability, and the solution itself may contain or form a soluble metal salt that can be at least ionized to provide electrolyte ions.

본 발명의 2차 전기 에너지 축적 장치의 적합한 실시에의 구조에서, 종래의 섬유 유리 다공성 분리기, 중합재 또는 중합재의 복합체등이 양극 및 음극을 서로 분리하는데 사용할 수도 있다. 가장 적합하게는, 비편직 폴리프로필렌시트가 분리기로 사용되었다. 이는 소망의 다공정도를 가지고 있으므로 충분한 굴곡 경로를 가져 탄소성 섬유가 빠져 나가는 것을 방지하여 전기 단락을 방지할 수 있기 때문이다(다공성 분리기는 전극용 지질체 또는 경직체로도 사용된다).In the structure of a suitable embodiment of the secondary electrical energy storage device of the present invention, conventional fiberglass porous separators, polymers or composites of polymers and the like may be used to separate the positive and negative electrodes from each other. Most suitably, a nonwoven polypropylene sheet was used as the separator. This is because it has a desired degree of multiprocessing, which has a sufficient bend path to prevent the escape of carbonaceous fibers and thus prevent electrical shorts (porous separators are also used as lipid or rigid bodies for electrodes).

밀봉 하우징에 포장된 전기 에너지 장치는 기술상 잘 알려져 있다. 이러한 하우징은 하우징 재질이 전기 비도전성이거나 가스 및 습기(수분이나 증기)를 통과시키지 않는 것이라면 본 발명에 실시하여도 무방하다.Electrical energy devices packaged in sealed housings are well known in the art. Such a housing may be implemented in the present invention as long as the housing material is electrically nonconductive or does not allow gas and moisture (moisture or vapor) to pass through.

하우징 재질로 화학적으로 사용할 수 있는 재질은 폴리비닐클로라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리트리프루오로에틸렌 및 관련 퍼플루오리네이트 중합체, 인스탄트 중합체 셋트(ISP), 급속 경화 작용성 우레탄 혼합물, 아라미드, 예를들면 DER 331(등록상표) 또는 DERAKANE(등록상표), ZETABON(등록상표) 및 유리 또는 금속산화를 불호물등과 같은 에폭시 종류의 비도전성 중합재가 함유된 금속 크래드 등을 포함한다. 아크릴계나 폴리카보네이트 및 나일론을 포함한 프로필린 카보네이트 시스템은 하우징 재질로 적합하지 않다. 아클릴이나 폴리카보네이트 및 나일론을 포함한 프로필린 카보네이트 시스템은 하우징 재질로 적합하지 않다. 아크릴이나 폴리카보네이트등은 극히 깨지기 쉽고 나일론은(아라미드를 제외하고는)화학적으로 재반응 하기 쉽다.Chemically usable materials for the housing materials include polyvinylchloride, polyethylene, polypropylene, polytrifluoroethylene and related perfluorinate polymers, instant polymer sets (ISPs), rapid curing urethane mixtures, aramids, eg Examples include DER 331 (registered trademark) or DERAKANE (registered trademark), ZETABON (registered trademark) and metal clads containing epoxy or non-conductive polymer such as glass or metal oxides. Propylene carbonate systems containing acrylic or polycarbonate and nylon are not suitable as housing materials. Propylene carbonate systems, including acyl or polycarbonate and nylon, are not suitable as housing materials. Acrylics and polycarbonates are extremely fragile and nylons (except aramids) are likely to react chemically.

하우징 재질은 하우징의 외부 환경으로부터 수증기를 차단하는 0.2g의 H2O/YY/ft2(2.15그람의 H2O/YY/㎡)이하의 완벽한 수분 차단을 제공해야 한다. 현재 알려져 있는 열 플라스틱 재질은 축전지 하우징용으로 유용한 두께로서 독자적으로 상기한 습기 차단을행할 수 없다. 현재로서는 예를들면 알루미늄 또는 연강과 같은 금속만이 얇은 두께로서도 습기를 완벽하게 차단할 수 밖에 없다. 알루미늄박은 0.038mm 이상의 두께로서 수증기 통과를 방지할 수 있다. 또한, 다른 재질로 얇게 했을때 0.009mm의 얇은 알루미늄박이 수증기 차단을 적절히 제공할 수가 있다. 금속 플라스틱박, CED-에폭시피복 금속(음전자 피착), 플라스틱 또는 유리가 내부에 도포된 금속등으로 제조된 적절한 하우징은 화학적용도 및 습기 차단 효과에 대한 요구를 충족시키고 있다. 현재 시판되는 대부분의 전지나 축전지는 5ppm 미만의 레벨을 가진 드라이박스나, 예를들면 5A 제올라이트의 활성분자가 벽 사이에 들어있는 이중벽의 하징등에서 테스트 된다.The housing material shall provide a complete moisture barrier of less than 0.2 g H 2 O / Y Y / ft 2 (2.15 grams of H 2 O / Y Y / m 2) which shields water vapor from the environment outside the housing. Currently known thermo plastics materials are useful thicknesses for battery housings and are incapable of independently blocking the above moisture. At present, for example, only metals such as aluminum or mild steel have no choice but to completely block moisture even with a thin thickness. Aluminum foil can prevent the passage of water vapor at a thickness of 0.038 mm or more. In addition, when thinned with other materials, a thin aluminum foil of 0.009 mm can adequately provide water vapor blocking. Suitable housings made of metallic plastic foil, CED-epoxy coated metal (negative electron deposition), plastic or metal with glass applied therein meet the demand for chemical and moisture barrier effects. Most batteries and accumulators on the market today are tested in dry boxes with levels below 5 ppm, or in double-walled housings with active molecules of 5A zeolite between the walls.

전해액은 용매에서 이온화 가능한 염이 용해되는 염이나 또는 이온화염용의 비도전성이고, 화학적으로 안정한 비수성 용매로 구성되어 있는 것이 좋다. 이러한 복합물로는 본 기술상 대체로 알려져 있는 예를들면, 전기 화학적 비반응 상태로 탄소 원자에 결합되는 산소, 유황 및 질소원자를 가진 복합물을 사용할 수도 있다. 또한, 아세토니트릴 같은 니트릴, 디메틸포름아미드 같은 아마이드, 테트라하이드로푸란 같은 에테르, 디메틸 설파이트 같은 유황 복합물, 프로필렌 카보네이트 같은 다른 복합물중의 것을 사용하여도 좋다. 물론, 용매 자체는 사용시 이온화되어 용매에 필요한 이온을 공급하게 된다. 따라서, 이온화염은 용해되어 용매내로 용액으로 진행될때나 또는 액화시에 적얻 일부가 용해되거나 이온화 되어야만 한다. 약간의 용융 가능한 염이 사용될 수도 있으마 전기 충방전율은 이러한 염의 용해 농도가 낮아 악영향을 받을 수도 있다.The electrolyte is preferably composed of a salt in which a salt which can be ionized in a solvent is dissolved or a non-conductive, chemically stable non-aqueous solvent for the ionization salt. Such composites may be used, for example, composites having oxygen, sulfur and nitrogen atoms which are generally known in the art, for example, bonded to carbon atoms in an electrochemically unreacted state. It is also possible to use nitriles such as acetonitrile, amides such as dimethylformamide, ethers such as tetrahydrofuran, sulfur complexes such as dimethyl sulfite and other complexes such as propylene carbonate. Of course, the solvent itself is ionized in use to supply the ions required for the solvent. Thus, some of the ionized salt must be dissolved or ionized when it is dissolved and proceeds into solution into the solvent or upon liquefaction. Some meltable salts may be used but the electrical charge and discharge rates may be adversely affected by the low concentration of these salts.

본 발명에 사용될 수 있는 이온화염으로 본 기술상 아렬져 있는 것도 있으며 다음과 같은 것들을 포함하고 있다. 예를들면, 아칼리 금속염과 같은 활성 슴속염, 적합하게는 퍼클로레이트(ClO4=), 테트라 플루오로보레이트(BF4=), 헥사플루오로아르세네이트(AsF(=), 헥사플루오로안티모네이트(SbF(=) 또는 헥사플루오로포스페이트(PF6=)와 같은 안정한 음이온을 함유하고 있는 리튬, 소듐 또는 포타슘 또는 그 혼합물등도 좋다.Some of the ionized salts that may be used in the present invention are sublimed in the present technology and include the following. For example, active bromide salts such as acali metal salts, suitably perchlorate (ClO 4 =), tetra fluoroborate (BF 4 =), hexafluoroarsenate (AsF ( =), hexafluoroantimo Lithium, sodium or potassium or a mixture thereof containing a stable anion such as nate (SbF ( =) or hexafluorophosphate (PF 6 =)) may be used.

전해액(용제 및 염)은 거의 물이 없어야 하고, 즉 100ppm미만의 물, 양호하게는 20ppm 미만의 물, 더욱 양호하게는 10ppm 미만의 물을 함유한다. 물론 전해액은 예를들어 활성 제올라이트 5A분 자체에 소요양의 물보다 더 많이 가져서 건조될 수 있다. 그와같은 에이전트는 역시 저수준의 물의요구 조건이 유지되도록 완성 축전지에 혼합될 수 있다. 충전 및 방전의 전기적 포텐셜이 그 각각의 극(전극)으로 또 극으로부터 이온을 이동시키도록 전해액은 이온성 염의 이온(양이온 및 음이온)이 용제를 통해 자유로인 이동할 수 있도록 된것이다.The electrolyte (solvent and salt) should be almost free of water, ie contain less than 100 ppm water, preferably less than 20 ppm water, more preferably less than 10 ppm water. Of course, the electrolyte may be dried, for example, having more than the required amount of water in the active zeolite 5A powder itself. Such agents can also be incorporated into finished batteries to maintain low water requirements. The electrolyte allows the ions (cations and anions) of the ionic salt to move freely through the solvent so that the electrical potential of charge and discharge moves ions to and from their respective poles (electrodes).

직물 또는 시트로 만들어졌을때, 전극은 탄소질 섬유 또는 시트의 적어도 한 연부와 전기적으로 관련된 집전기를 포함한다. 연부는, 집전기를 절연시키고 유체 및 그 전해 이온과의 접촉으로부터 집전기를 보호하기 위한 재료로서 양호하게 보호된다. 물론 보호 재료는 유체 또는 전해 이온에 의해 영향받지 않아야 한다.When made of fabric or sheet, the electrode includes a current collector that is electrically associated with at least one edge of the carbonaceous fiber or sheet. The edge is well protected as a material for insulating the current collector and protecting the current collector from contact with the fluid and its electrolytic ions. Of course the protective material should not be affected by fluid or electrolytic ions.

탄소성 재질이 평면천, 시트 또는 펠트와 같은 조립체 형태일때 집전기는, 적어도 한 연부를 따라 양호하게는 모든 네 연부상에서 전극의 탄소성 재질과 밀접하게 접촉한다. 또 다발의 단부에 집전기가 구비되는 원통형 또는 관형 다발의 섬유나 실과 같은 다른 형태로도 전극이 만들어질 수 있음을 예상할 수 있다. 또 판상체의 천, 시트 또는 펠트 형태의 전극은 탄소성 재질의 층 사이의 다공성 분리기로, 또 말려진 재료의 반대 연부로 말아져서, 집전기에 연결될 수 있음은 명백하다. 구리 금속이 집전기로 사용되며, 어떠한 전기 전도 금속이나 합금, 예를들어 은, 금, 백금, 코발트, 팔라듐 및 그 합금이 사용될 수 있다. 마찬가지로 탄소성 재질에 금속 또는 합금을 결합시키는데 전착법이 사용되면 탄소성 재질의 연부에서 대부분의 섬유 단부를 포함한 전극의 연부나 단부가 거의 낮은 저항성 전기 접촉과 전류 경로를 제공하기에 충분할 정도로 금속으로 젖게되는한 다른 코팅기술(용융법 포함)이나 무전해 도금법이 사용될 수 있다.When the carbonaceous material is in the form of an assembly, such as a flat cloth, sheet or felt, the current collector is in close contact with the carbonaceous material of the electrode along at least one edge and preferably on all four edges. It is also contemplated that the electrodes may be made in other forms, such as fibers or threads, of cylindrical or tubular bundles having current collectors at the ends of the bundles. It is also evident that the plate-shaped cloth, sheet or felt-shaped electrode can be connected to the current collector by being rolled into the porous separator between the layers of carbonaceous material and the opposite edge of the curled material. Copper metal is used as the current collector, and any electrically conductive metal or alloy may be used, for example silver, gold, platinum, cobalt, palladium and alloys thereof. Similarly, when electrodeposition is used to bond metals or alloys to carbonaceous materials, the edges or ends of the electrodes, including most fiber ends, at the edges of the carbonaceous material are sufficiently large to provide a low resistive electrical contact and current path. As long as it is wet, other coating techniques (including melting) or electroless plating may be used.

구리, 니켈, 은 또는 그와같은 금속의 합금과 같이 비귀금속으로된 집전기는, 전해액으로부터 보호되어야 하고 따라서 전해액에 의해 부식되지 않고 전지의 작용 조건에서 중대한 열화를 받지 않는 합성수지 재료나 또는 산화물, 불화물과 같은 것으로서 양호하게 코팅된다.Current collectors made of non-noble metals, such as copper, nickel, silver or alloys of such metals, must be protected from electrolytes and therefore synthetic resin materials or oxides which are not corroded by electrolytes and are not subject to significant degradation under the operating conditions of the battery, It is well coated as something like fluoride.

전기 전도성 탄소성 재질과 그 집전기로된 본 발명의 전극은 제2차 에너지 추적 장치에서 양극으로 사용될 수 있다. 활성 탄소성 재질의 1g당 150coulombs 이상의 용량에서의 반복 충전과, 충전 방전의 빠르거나 느린 속도에서 전극이 총용량의 80% 이사으이 과방전을 받을때 전극자체나, 또는 용제와 이온성염으로 된 전해액에 거의 손상을 주지 않는 것이 관찰된다.The electrode of the present invention made of an electrically conductive carbonaceous material and a current collector thereof can be used as the anode in the secondary energy tracking device. Repeated charging at a capacity of 150coulombs or more per 1g of activated carbonaceous material, and when the electrode is overdischarged to 80% of the total capacity at a fast or slow rate of charge discharge, the electrode itself or an electrolyte of solvent and ionic salt Little damage is observed.

다른 방법으로서, 전기 전도성 탄소성 재질과 집전기로된 본 발명의 전극은 상술된 작용 특성과 유사한 제2차 축전지에서 양전극 및 음전극 모두 사용될 수도 있다.Alternatively, the electrode of the present invention, which is made of an electrically conductive carbonaceous material and a current collector, may be used for both the positive electrode and the negative electrode in a secondary battery similar to the above-described operating characteristics.

1g당 적어도 0.5㎡의 표면적과 본 발명의 전극에 사용되는 탄소성 재질의 0.05ohm/cm 미만의 낮은 저항성은 바람직한 특성이다. 그러므로, 본 발명의 탄소성 재질 전극으로된 축전지는 대단히 낮은 내부 저항과 통상 80% 이상의 대단히 높은 전기 용량 효과를 가진다.The surface area of at least 0.5 m 2 per gram and the low resistivity of less than 0.05 ohm / cm of the carbonaceous material used for the electrode of the present invention is a desirable property. Therefore, the battery of the carbonaceous material electrode of the present invention has a very low internal resistance and a very high capacitance effect of usually 80% or more.

본 발명의 한계를 짓기 위한 조사 기간중, 100 내지 200mA/in2(15.5 내지 31mA/㎠) 이상의 충전시의 초기 전류 밀도가 전극의 탄소성 재질에 손상을 줄 수 있다는 것이 밝혀졌다.During the investigation period to limit the present invention, it has been found that the initial current density during charging of 100 to 200 mA / in 2 (15.5 to 31 mA / cm 2) or more may damage the carbonaceous material of the electrode.

[실시예 1]Example 1

각각 11in2(71cms)의 면적을 가지는 한쌍의 전극을, 스택플 섬유 주식회사에서 시판하는 파넥스(상표)PWB-6천(제조기에 의해서 1000℃이상의 온도에서 열처리하여 이러한 천에 전기 전도성을 부여한 것임)으로 준비했다. 평균 길이 약 2인치(5cm), 직경 7 내지 8마이크로미터 및 종횡비 약 700 : 1인 불연속 필라멘트(인조섬유)로 실이 제조된 폴리아크릴로니트릴(PAN)전구 물질로 천을 짰다. 그후 제조기로 상기천을 열처리했다. 집전기를 구비하기 위하여 열처리된 천의 엣지에 전착법으로서 구리로 코팅했다. 구리 코팅 엣지의 한단부에 선을 납땜했다. 사용시 전해액의 부식 효과로부터 금속을 보호하기 위하여 더 다우 케미칼 캄파니 제조의 아민 경화성 에폭시 수지, DER(등록상표) 331로 각 전극(집전기 및 선 연결기)의 네개의 모든 연부에 코팅했다. 폴리비닐클로라이드(PVC) 하우징에 담겨진 프로필렌 카보네이트에 15%LiClO4용액을 ㅍ함하는 전해액에 전극을 침지시켰다. 전극 사이를 0.25인치(0.6cm)미만으로 하였다. 하우징에의 전극조립을 건조 상자에서 수행했다. 하우징을 밀봉하고 건조상자에서 선이 하우징으로부터 늘어져 나오게 하였다.A pair of electrodes, each having an area of 11 in 2 (71 cm s ), was heat-treated at a temperature of 1000 ° C. or higher by Panex® PWB-6 cloth (manufacturer manufactured by Stackple Fiber Co., Ltd. Prepared). The fabric was fabricated with a polyacrylonitrile (PAN) precursor material made of yarn from discrete filaments (artificial fibers) having an average length of about 2 inches (5 cm), a diameter of 7 to 8 micrometers, and an aspect ratio of about 700: 1. The fabric was then heat treated with a maker. In order to provide a current collector, the edges of the heat treated fabric were coated with copper as an electrodeposition method. Wires were soldered to one end of the copper-coated edge. All four edges of each electrode (current collector and wire connector) were coated with The Dow Chemical Company's amine curable epoxy resin, DER® 331, to protect the metal from the corrosive effects of the electrolyte in use. The electrode was immersed in an electrolyte solution containing a 15% LiClO 4 solution in propylene carbonate contained in a polyvinyl chloride (PVC) housing. The electrode was made less than 0.25 inch (0.6 cm). Assembly of the electrodes into the housing was carried out in a dry box. The housing was sealed and the wires drooped out of the housing in the drying box.

조립된 하우징내의 물 함량은 10ppm미만이고, 섬유는 영탄성율이 약 33,000,000psi(230GPa), 면적 대 무게의 비는 0.6 내지 1.0㎡/g이었다. 전극의 활성 탄소성 재질의 충전기 용량은 약 250coulomb/g으로 결정되었다.The water content in the assembled housing was less than 10 ppm, the fibers had an Young's modulus of about 33,000,000 psi (230 GPa) and the ratio of area to weight was 0.6 to 1.0 m 2 / g. The charger capacity of the active carbonaceous material of the electrode was determined to be about 250 coulomb / g.

1inch2당 35mA(5.4밀리암페어/㎠)의 전극면적을 초과하지 못하는 전류로 5.3볼트 최대 전압에서 상기와 같이 준비된 전지를 전기적으로 충전시켰다.The cell prepared as above was electrically charged at a maximum voltage of 5.3 volts with a current not exceeding an electrode area of 35 mA (5.4 milliamps / cm 2) per inch 2 .

전지를 11개월에 걸쳐 1250회 전기적인 충전 및 방전을했고, 90%이상의 전기 용량 효과를 나타내고, 85%이상의 방전 용량에서 수행되었다. 이때 전지를 분해하고 천 전극의 각각으로부터 섬유를 1000배 배율로서 현미경으로 관찰했다. 측정가능한한, 섬유는 전지에 사용되지 않았던 동일 로트의 섬유와 동일 직경을 가졌다. 전지를 재조립하고 상술한 것과 동일한 방식으로 계속하여 시험하였다. 전지는 전기 용량 효과의 감소없이 23개월에 걸쳐 2800 충방전 주기를 수행했고, 계속해서 90%이상의 전량 효과를 가졌다.The cell was charged and discharged 1250 times over 11 months, exhibiting a capacitive effect of more than 90%, and performed at a discharge capacity of more than 85%. At this time, the battery was disassembled and the fibers were observed under a microscope at 1000 times magnification from each of the cloth electrodes. As far as measurable, the fibers had the same diameter as the fibers of the same lot that were not used in the cell. The cell was reassembled and tested continuously in the same manner as described above. The cell underwent 2800 charge and discharge cycles over 23 months without a reduction in the capacitive effect, and continued to have a 90% total effect.

[실시예 2]Example 2

실시예 1의 전극과 유사한 6개의 전극을 준비하고, 각 세 쌍의 전극이 분리된 포리에틸렌 포켓(백)에서 밀봉되도록 3개의 전지 유니트에 연결했다. 전극을 직렬로 연결하다. 전압이 약16볼트인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 3개의 전지 유니트를 조작했다. 초기 개 회로 전압은 약 13.5볼트였다. 전기적인 228회의 충방전후, 그 사이에 방전은 총용량의 78% 이상과 과방전에 수행됐고, 전지를 분해하여 전극을 포켓에서 빼내고 열화징조, 즉 섬유의 플레이킹, 과도한 팽창 및 수축을 조사했다. 조사한 바, 이러한 실시예의 전극을 준비하기 위해 사용되지 않았다. 동일 로트의 천에서 측정된 섬유와는 섬유 직경상 찾을만한 변화가 나타나지 않았다. 측정은 레이저 간섭계로 실시했다.Six electrodes similar to those of Example 1 were prepared and connected to three battery units such that each pair of electrodes was sealed in a separate polyethylene pocket (bag). Connect the electrodes in series Three battery units were operated in the same manner as in Example 1 except that the voltage was about 16 volts. The initial open circuit voltage was about 13.5 volts. After 228 electrical charges and discharges, the discharge was performed over 78% of the total capacity and overdischarge, and the cell was disassembled to remove the electrode from the pocket and to investigate the signs of degradation, ie, flaking of fibers, excessive expansion and contraction. Upon investigation it was not used to prepare the electrodes of this example. No significant change in fiber diameter was found with the fibers measured in the same lot of fabric. The measurement was performed with a laser interferometer.

[실시예 3]Example 3

석유 피치로부터 생서오디고 필수적인 연속 단일 필라멘트 전구 물질 섬유로 제조되어 실로서 짜여진 천에서 여러 판형 시트를 잘라냈다. 섬유는 유니온 카바이드 회사에서 제조되고, 도어넬(등록상표)로서 시판되는 것이다. 종횡비 약 800 : 1인 전구 물질 섬유의 짧은 실로 천을 짜고 이때 2000℃이상의 온도에서 열처리했다. 판형 시트 각각의 크기는 면적이 약 1ft2(930㎠)이다. 섬유는 영 탄성율이 45,000,000psi(351GPa)이고 열처리후 약 1㎡/gm의 표면적을 가진다. 집전기 프레임을 형성하기 위하여 모든 섬유가 전기적으로 연결되도록 그 4개의 연부를 따라 시트를 구리 금속으로 입힌다. 코너 근처 집전기의 한 연부에 절연된 구리선을 납땜으로 부착시키고 경화성 비닐 에스테르 수지의 데라칸(더 다우 케미칼 회사의 상표명)으로 코팅했다. 각 쌍의 시트를, 정합되는 연부의 반대 단부에서 납땜된 선과 서로 평행하게 정렬하고 5밀리인치(0.1mm)두껭의 다공성이고 부직인 섬유 폴리프로필렌 조성 시트로 분리시킨다.Several plate-shaped sheets were cut out of a woven fabric made from a petroleum pitch and made from an essential continuous single filament precursor fiber. The fibers are manufactured by Union Carbide Company and marketed as Doornell®. A cloth was woven from a short yarn of precursor fiber having an aspect ratio of about 800: 1 and heat treated at a temperature of 2000 ° C. or higher. Each of the plate-shaped sheets has an area of about 1 ft 2 (930 cm 2 ). The fiber has a Young's modulus of 45,000,000 psi (351 GPa) and a surface area of about 1 m 2 / gm after heat treatment. The sheet is coated with copper metal along its four edges so that all the fibers are electrically connected to form the current collector frame. An insulated copper wire was attached by soldering to one edge of the current collector near the corner and coated with Derakan (trade name of The Dow Chemical Company) of curable vinyl ester resin. Each pair of sheets is aligned parallel to each other with the soldered lines at opposite ends of the mating edges and separated into 5 millimeter (0.1 mm) thick porous, nonwoven fibrous polypropylene composition sheets.

약 1ft2(930㎠)크기의 폴리 에틸렌 포켓(백)을 전지용기로서 사용했다. 한쌍의 탄소 섬유 시트와 그 분리기를 각각 세개의 포켓에 놓고 폴리프로필렌 카보네이트내 15중량 퍼센트 LiClO4용액의 전해액 500g을 각 포켓에서 채워서 세개의 전지를 건조 상자에서 조립했다. 전극당 21g의 활성 섬유(전해액에 노출된 전극의 면적)을 제공하기 위하여 포켓에서의 전해액 수준을 결정하였다. 각 전극의 탄소 섬유의 나머지는 용액으로 부터 나오거나 또는 데라칸(등록 상표) 수지/구리 프레임으로 덮였다.Polyethylene pockets (bags) of about 1 ft 2 (930 cm 2 ) were used as battery containers. The three cells were assembled in a dry box by placing a pair of carbon fiber sheets and their separators in three pockets each and 500 g of an electrolyte of 15 weight percent LiClO 4 solution in polypropylene carbonate in each pocket. The electrolyte level in the pocket was determined to provide 21 g of active fiber per electrode (area of electrode exposed to electrolyte). The remainder of the carbon fiber of each electrode was either from solution or covered with a Deracan® resin / copper frame.

건조 상자내의 전지 조립체는 전해 용액의 20ppm미만의 물용량을 유지했다. 건조 상자에서 각 포켓을 밀봉하여, 용접된 선 단부가 밀봉된 연부의 반대단부에서 밀봉체를 통해 나오도록 하는 방식을 취한다. 활성 제올라이트 5A부자체(수분을 흡수하기 위해)의 야을 전지의 상부 상에 첨가하고, 조립체를 건조 상자로부터 제거했다. 상자용 덮개나 리드를 통해 나오는 단자에 전지의 두 단부판이 단부선을 연결하고 덮개를 상자에 급히 밀봉시켰다.The battery assembly in the dry box maintained a water capacity of less than 20 ppm of the electrolytic solution. Each pocket is sealed in a dry box, such that the welded wire ends exit through the seal at opposite ends of the sealed edges. A jar of active zeolite 5A parental body (to absorb moisture) was added on top of the cell and the assembly was removed from the dry box. The two end plates of the battery connected the end lines to the terminal through the lid or the lid for the box, and the lid was urgently sealed in the box.

15 내지 16볼트이 전위와 1.8 내지 2암페어의 전류에서 45분간 조립체를 충전시켰다. 그후 2.0 내지 2.5암페어의 평균 전류를 끌어돌이는 12볼트 자동차 헤드라이트를 통해 상기 장치를 방전시켰다. 장치는 30분간 그 용량의 90%로 방전되었다. 전기적, 충.방전주기는 850회로 수행되었다. 이때 전지를 분해하고 1000배 배율로 현미경으로서 섬유를 조사하였고, 플레이킹에 의한 열화나 또는 팽창의 찾을만한 징조는 나타나지 않았다. 장치는 각 주기동안 용량의 90%에서 전기적 충전과 과방전에 합격했다.The assembly was charged for 45 minutes at 15-16 volts potential and a current of 1.8 to 2 amps. The device was then discharged through a 12 volt automotive headlight drawing an average current of 2.0 to 2.5 amps. The device was discharged at 90% of its capacity for 30 minutes. The electrical, charge and discharge cycles were performed 850 times. At this time, the cell was disassembled and the fiber was examined as a microscope at 1000 times magnification, and no sign of deterioration or expansion by flaking was found. The device passed electrical charging and overdischarge at 90% of its capacity during each cycle.

[실시예 4]Example 4

영국, 히톤무어 조래의 알.케이.방직 회사로부터 PAN 주성분(전구 물질 섬유)천을 얻었다. 천을 패녹스(등록상표)로 시판되는 것이고, 250 : 1이상의 종횡비를 가진 실로서 천을 짠 비전도성 탄소 섬유로서 400℃이상의 온도로 가열되지 않은 것이라고 한다. 천에 전기전도성을 줄 충분한 시간동안 약 1000℃의 온도에서 천을 열처리했다. 열처리된 천은 영 탄성율이 23,000,000psi(160GPa)이고 표면적은 약 1㎡/gm이다. 한쪽상에 2인칭 (5cm)폭과 면적이 4in2(26㎠)가 되는 두개의 샘플천을 각각 열처리된 천으로부터 잘라내고, 각 천의 4개 연부에는 전극용 집전기를 형성하기 위해 구리 금속으로 입혔다. 각 전극의 집전기의 한 코너에 선을 납땜했다. 납땜물과 구리 집전기에 데라칸(등록 상표)비닐 에스테르 수지 코팅 조성물로 입혔다. 부직 폴리프로필렌 조성 시트, 셀가드(등록상표)5511을 두 전극 사이에 위치시키고 플라스틱 포켓(등봉체)에 전극을 집어 넣는다. 이러한 조립체를 건조 상자에 두며, 이때의물의 함량은 전해액의 20ppm미만으로 유지했다. 두 전극이 전해액에 침지될때 까지 동봉체를 채우기 위해 프로필렌 카보네이트 용액중의 LiClO410중량 퍼센트 용액을 사용했다.PAN main ingredient (precursor fiber) cloth was obtained from R.K. textile company of Hitton Moore United Kingdom. The cloth is commercially available from Panox®, and is a non-conductive carbon fiber woven from a cloth having an aspect ratio of 250: 1 or more and is not heated to a temperature of 400 ° C or more. The fabric was heat treated at a temperature of about 1000 ° C. for a sufficient time to give the fabric electrical conductivity. The heat treated fabric has a Young's modulus of 23,000,000 psi (160 GPa) and a surface area of about 1 m 2 / gm. Two sample fabrics of 2 person (5 cm) in width and 4 in 2 (26 cm 2) in area are cut out from the heat treated fabric, and the four edges of each fabric are made of copper metal to form a current collector for the electrode. Coated A wire was soldered to one corner of the current collector of each electrode. The braze and copper current collectors were coated with a Deracan® vinyl ester resin coating composition. A nonwoven polypropylene composition sheet, Celgard® 5511, is placed between the two electrodes and the electrode is placed in a plastic pocket (enclosed body). This assembly was placed in a dry box at which the water content was kept below 20 ppm of the electrolyte. A 10 wt.% Solution of LiClO 4 in propylene carbonate solution was used to fill the enclosure until both electrodes were immersed in the electrolyte.

각 전극으로부터의 도선은, 한 단자가 5.3볼트의 전기 전압원에 연결된 쌍극쌍투 스위치에 연결된다. 다른 단자는 10ohm의 전기 저항 부하에 연결된다. 전지는 총 충전량의 80%이상 방전하고, 80%이상의 전기용량 효율로 800회 이상의 전기 충전 및 방전 작동한다. 이 전지 용량은 충전극 충량치에서 PAN 실험(실시예 1)의 용량의 약 70%이다.The leads from each electrode are connected to a dipole twin-two switch where one terminal is connected to an 5.3 volt electrical voltage source. The other terminal is connected to a 10 ohm electrical resistive load. The battery discharges at least 80% of the total charge and operates at least 800 times of electrical charge and discharge with a capacity efficiency of 80% or more. This battery capacity is about 70% of the capacity of the PAN experiment (Example 1) at the charge of the charging electrode.

본 발명에 의해 구성된 전지는 그 내부 저항이 6극 전지의 전극 표면적의 평균 0.41ohm/㎡ (0.038옴/ft2)이하임이 발견되었다. 최초에 1ohm이하로 측정된 이 값은 약 6m 길이의 방전 시스템에 연결된 도선을 포함하여 측정한 것이다. 도선의 저항을 측정하고 축전지로부터 시스템까지의 저항을 재측정하면, 축전지(제 2축전지)의 저항은 0.41ohm/㎡(0.038ohm/ft2)으로 측정되었다.It has been found that the battery constructed by the present invention has an internal resistance of not more than 0.41 ohm / m 2 (0.038 ohm / ft 2 ) of the electrode surface area of the six-pole battery. Initially measured below 1 ohm, this value was measured including the leads connected to a discharge system about 6 m long. When the resistance of the lead wire was measured and the resistance from the battery to the system was re-measured, the resistance of the battery (second battery) was measured to 0.41 ohm / m 2 (0.038 ohm / ft 2 ).

상기 실험의 자료는 공도 실험자에 의해 확인되었는데, 2전극 단자는 영 탄성율 315GPa(4500만 psi), 표면적 1㎡/g, 어스펙트율이 10,000 : 1이상인"Thronel", VCB-45천으로 만들어지고, 각 천은 15.2cm×15.2cm의 크기를 갖는다. 구리 연부는 전류 집전기를 형성하도록 천의 4연부 모두를 도금한다. 따라서, 전류 집전기는 DERAKANE(등록상표) 470-36로 피복된다. 전류 집전기의 연부는 활성 탄소성 재질 면적을 약 10cm×10cm남기고 약 2.6cm의 폭을 갖는다. 각 전극의 100㎠면적은 탄소 섬유 약 6g을 함유하고 있다. 전극은 "Celgard(등록상표"5511미공성 폴리프로필렌막의 가열 밀봉 백안에 한 전극을 위치시킴으로써 분리되었다.The data of the experiment was confirmed by the highway experimenter, and the two-electrode terminals were made of "Thronel" and VCB-45 fabrics having a Young's modulus of 315 GPa (45 million psi), a surface area of 1 m2 / g, and an aspect ratio of 10,000 or more. Each cloth has a size of 15.2 cm x 15.2 cm. The copper edges plate all four edges of the fabric to form a current collector. Thus, the current collector is covered with DERAKANE® 470-36. The edge of the current collector has a width of about 2.6 cm leaving about 10 cm x 10 cm of active carbonaceous material area. The 100 cm 2 area of each electrode contains about 6 g of carbon fiber. The electrodes were separated by placing one electrode in a heat-sealed bag of "Celgard®" 5511 microporous polypropylene membrane.

전극과 분리기의 조립체는 폴리에틸렌 백안에 넣어지고, 이 백은(약 100cc의)프로필렌 카보네이트의 15중량%의 LiClO4의 건조 전해액으로 채워지며, 조립체는 전해액을 담고 있는 백 양측면을 지지하는 2개의 플라스틱 모서리 가압판 사이에 눌려져 있다. DERAKANE-피복 구리 전류 집전기의 두께는 두 전극의 섬유부가 압축되어 서로 최초 분리거리로 유지된다. 마지막에 10cm×10cm의 간격판을 모서리 가압핀을 삽입하여 전극-분리부 조합체를 보다 단단하게 함께 가입시킨다. 이는 전지 저항을 약 0.9ohm에서 약 0.7ohm으로 떨어뜨린다.The assembly of the electrode and separator is placed in a polyethylene bag, filled with 15% by weight of a dry electrolyte of LiClO 4 in propylene carbonate (about 100 cc), the assembly containing two plastics supporting the sides of the bag containing the electrolyte. It is pressed between the edge platens. The thickness of the DERAKANE-coated copper current collector is maintained at the initial separation distance from each other by compressing the fiber sections of the two electrodes. Finally, a 10 cm × 10 cm spacer is inserted into the corner pressing pin to join the electrode-separator combination more firmly together. This drops the battery resistance from about 0.9 ohms to about 0.7 ohms.

여러가지 방전률에 대한 방전 자료는 상기에 언급한 형상의 두 전지에 의해 얻어냈다. 0.9ohm셀의 경우에, 전류 집전기에 약 4mm의 에폭시 피복으로 제한되었다. 0.7ohm전지의 경우에는 전극은 약 중앙부에서 두 전극 사이에(1mm 이하의)천공된 폴리프로필렌 분리부를 갖고 가압되었다.Discharge data for various discharge rates were obtained with the two batteries of the shapes mentioned above. In the case of a 0.9 ohm cell, the current collector was limited to about 4 mm epoxy coating. In the case of a 0.7 ohm cell, the electrode was pressurized with a perforated polypropylene separation between the two electrodes (about 1 mm or less) at about the center.

도면의 그래프에서, 곡선(I)은 6시간 내지 3/4시간 까지의 여러 방전율에 따른 0.9ohm셀의 단자 전압방전량(coulomb/gm)을 도시하고 있다. 이러한 방전량은 소위 제1프래토(2볼트 차단)에 대응한다. 제1플래토의 총용량이 2차단 전압에 대하여 180coulomb/gm이라고 가정하면, 그래프상의 값은"%방전"로 대치할 수 있으며"180coulomb/gm"은"100%방전"에 상당한다.In the graph of the figure, curve I shows the terminal voltage discharge amount (coulomb / gm) of a 0.9 ohm cell at various discharge rates from 6 hours to 3/4 hours. This discharge amount corresponds to the so-called first frato (2 volt blocking). Assuming that the total capacity of the first plateau is 180 coulomb / gm with respect to the secondary cut-off voltage, the value on the graph can be replaced with "% discharge" and "180 coulomb / gm" corresponds to "100% discharge".

일부 부하에서 3시간 동안에 회수된 총에너지는 6시간동안의 에너지와 거의 같다. 빠른 3/4시간 동안의 방전에서 효과가 없어지며 이는 전지 저항과 전극의 분극에 의한 것이다. 이 방전량에 대한 전극 전류 밀도는 아래와 같다.At some loads, the total energy recovered over three hours is approximately equal to the energy over six hours. It is ineffective at a fast 3/4 hour discharge due to cell resistance and polarization of the electrodes. The electrode current density with respect to this discharge amount is as follows.

비율(시간) 일정 부하에서의 평균전류밀도(ma/㎠)Rate (hours) Average current density at constant load (ma / cm 2)

6 0.56 0.5

13 1.013 1.0

1.5 2.01.5 2.0

0.75 4.20.75 4.2

1coulomb/gm은 한 전극에서만의 활성 탄소성 재질의 무게에 기초를 둔 것이다. 곡선(Ⅲ)은 0.7ohm전지의 자료이다. 명확하게, 저 저항의 전기가 더 많은 에너지를 사용할 수 있다. 곡선(Ⅲ)은 높은 방전율(3/4시간비)에서의 두 전지를 비교한 것이다.1 coulomb / gm is based on the weight of activated carbonaceous material at one electrode. Curve (III) is from 0.7 ohm cell. Clearly, low resistance electricity can use more energy. Curve III compares two cells at high discharge rate (3/4 hour ratio).

리튬 금속 기준 전극은 전극이 분극되는 것을 결정하도록 전지안에 삽입된다. 각 전그과 기준 전극 사이의 전압 강하는 충전 및 방전동안에 회로를 개방시킴으로써 결정된다.A lithium metal reference electrode is inserted into the cell to determine that the electrode is polarized. The voltage drop between each electrode and the reference electrode is determined by opening the circuit during charging and discharging.

회로를 개방하였을때, -전극과 기준 전극 사이의 전압은 100mv이하이고 순간적으로 충전된다. +전극과 기준 전극 사이를 측정했을때 전압은 순간적으로 변화하고, 각 충전후에 감소하며 각 방전후에 감소한다.When the circuit is opened, the voltage between the electrode and the reference electrode is less than 100 mv and is charged instantaneously. When measured between the + and reference electrodes, the voltage changes instantaneously, decreases after each charge, and decreases after each discharge.

다른 단계의 충전시에 축전지의 최대 전력 용량은 개 회로 전압의 단자 전압을 주는 부하에서 전지를 +방전 시킴으로써 결정하였다. "+"는 10초동안이고, 전력은 10초 동안의 평균 전력으로 측정하였다.The maximum power capacity of the batteries at different stages of charging was determined by + discharging the cells at the load giving the terminal voltage of the open circuit voltage. "+" Was for 10 seconds and power was measured as the average power for 10 seconds.

전지는 먼저 한 전극에 활성 탄소성 재질로 344coulomb/gm으로 충전되었다. 이를 100%충전 상태로 취급하였다. 100%충전 상태에서 10cm×10cm전극 전지로부터 얻어진 최대 전류는 2.5 내지 3.0A였다. 그 연후에 전력 결정은 247coulomb/gm(75%충전)과 224coulomb/gm(65%)의 값에서 이루어졌다. 곡선(V)은 그 결과를 도시하고 있다.The cell was first charged to 344coulomb / gm of activated carbonaceous material on one electrode. It was treated as 100% charged. The maximum current obtained from a 10 cm x 10 cm electrode cell at 100% state of charge was 2.5 to 3.0 A. After that, power determinations were made at values of 247 coulomb / gm (75% charge) and 224 coulomb / gm (65%). Curve V shows the result.

이 전지로부터의 최대 전력은 100%충전 상태에서 섬유의 약 0.48w/gm이었고, 75%충전 상태에서 섬유의 약 0.31w/gm으로 떨어졌다. 그후에 전압이 강하하고 분극이 이루어지므로 전력 용량은 빠르게 강하한다. 10초 이상의 +방전은 최종 전력을 충분히 감소시키지 않는다. 곡선(VI)은 40초 동안 최대 전력량 방전의 전압궤적이다. 처음 10초후에 전압 강하는 적다.The maximum power from this cell was about 0.48 w / gm of fiber at 100% charge and dropped to about 0.31 w / gm of fiber at 75% charge. After that, the voltage drops and polarization takes place, so the power capacity drops quickly. Positive discharges of more than 10 seconds do not sufficiently reduce the final power. Curve VI is the voltage trajectory of the maximum power discharge for 40 seconds. After the first 10 seconds, the voltage drop is small.

[실시예 5]Example 5

3전지 축전지는 실시예 3에 도시된 Thormel 브랜드 섬유의 전지당 4판씩 총 12판으로 구성하다. 각 판은 25.5cm×25.5cm(12in×12in)의 크기를 갖고 각 연부는 구리 도금한다. 연부의구리 도금은 경화성 비닐에스테르 수지의 Derakane(등록상표)브랜드로 피복하다. 판은 약 852㎠(132in2)의 반응 면적을 갖는다. 각 전지의 4개의 판은 각 판 사이의 천공된 폴리프로필렌 면포 분리판으로 조립하였다. 각 전지의 판쌍의 병렬로 연결되어 충전 및 방전시에 판이 교대로 +, -, +, -, 가 되도록 구성되어 있다. 4개의 판과 각 분리판은 폴리프로필렌 백안에 넣어지며, 폴리프로필렌 백은 33cm×33cm(13in×13in)의 크기를 갖고 프로필렌 카보네이트 안에 15중량%의 LiClO4의 전해액 600cc로 채워진다. 각 백안의 전해액은 전극판당 약 37gm의 활성 섬유를 마련하기에 충분한 것이다.The tri-battery battery consisted of 12 plates in total, 4 plates per cell of the Thormel brand fiber shown in Example 3. Each plate is 25.5 cm x 25.5 cm (12 in x 12 in) and each edge is copper plated. Soft copper plating is coated with the Derakane® brand of curable vinyl ester resins. The plate has a reaction area of about 852 cm 2 (132 in 2 ). Four plates of each cell were assembled with perforated polypropylene scrim separators between each plate. The pairs of plates of each battery are connected in parallel so that the plates are alternately +,-, +, and-during charging and discharging. Four plates and each separator are placed in a polypropylene bag, which is 33 cm x 33 cm (13 in x 13 in) and filled with 600 cc of 15 wt% LiClO 4 electrolyte in propylene carbonate. The electrolyte in each bag is sufficient to provide about 37 gm of active fibers per electrode plate.

축전지는 최초에 14 내지 16볼트의 전위에서 1.9A시간의 용량까지 1000분동안 충전시켰다. 그후에 전지는 200분 동안 12볼트의 자동차 헤드라이트를 통하여 6.2A시간의 평균 전기 용량은 방전시켜서 80%이상 방전되도록 한다. 재충전 800분 동안 수행하며, 충전 방전 사이클의 평균 전량 효율이 약 90%임이 판명되었다.The battery was initially charged for 1000 minutes to a capacity of 1.9 A hours at a potential of 14 to 16 volts. The battery then discharges an average capacitance of 6.2 A hours through a 12 volt automotive headlight for 200 minutes, resulting in more than 80% discharge. Recharging was carried out for 800 minutes, and the average total efficiency of the charge discharge cycle was found to be about 90%.

Claims (22)

2차 전기 에너지 축적 장치용 전극으로서, 표면이나 부근이 골격 방위를 가진 전기 도전성 탄소성 재질의 전극 몸체와, 전류 집전기를 구비하고 있는 전극에 있어서, 상기 탄소성 재질의 영 탄성율은 1,000,000psi(6.9GPa)이상이고 반복적인 전기 충방전시에 그 물리적 규격 변동이 5%이하인 것을 특징으로 하는 전극.An electrode for secondary electrical energy accumulators, the electrode body having an electrically conductive carbonaceous material having a skeletal orientation on its surface or its vicinity, and an electrode having a current collector, wherein the Young's modulus of the carbonaceous material is 1,000,000 psi ( 6.9 GPa) or more, and the electrode is characterized in that the physical specification variation is 5% or less during repeated electric charging and discharging. 제1항에 있어서, 상기 탄소성 재질 어셈블리의 영 탄성율이 1,000,000psi 내지 55,000,000psi(6.9GPa 내지 380GPa)이고, 플리아크로로니트릴 또는 피치로부터 선택한 예비 재질에서 생성되는 것을 특징으로 하는 전극.The electrode of claim 1, wherein the Young's modulus of the carbonaceous material assembly is between 1,000,000 psi and 55,000,000 psi (6.9 GPa to 380 GPa), and is produced from a preliminary material selected from pliacroronitrile or pitch. 제2항에 있어서, 상기 탄소성 재질 영 탄성율이 1,000,000psi 내지 55,000,000psi(6.9GPa 내지 380GPa)인 것을 특징으로 하는 전극.The electrode according to claim 2, wherein the elastic modulus of elasticity of the carbonaceous material is 1,000,000 psi to 55,000,000 psi (6.9 GPa to 380 GPa). 제2항에 있어서, 상기 탄소성 재질 영 탄성율이 20,000,000psi 내지 45,000,000psi(138GPA 내지 211GPA)인 것을 특징으로 하는 전극.The electrode according to claim 2, wherein the elastic modulus of elasticity of the carbonaceous material is 20,000,000 psi to 45,000,000 psi (138 GPA to 211 GPA). 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소성 재질의 표면 영역이 0.1 내지 50㎡/g인 전극.The electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface area of the carbonaceous material is 0.1 to 50 m 2 / g. 제5항에 있어서, 상기 탄소성 재질의 표면 영역이 0.1 내지 10㎡/g인 전극.The electrode of claim 5, wherein the surface area of the carbonaceous material is 0.1 to 10 m 2 / g. 제5항에 있어서, 탄소성 재질의 표면 영역이 0.1 내지 6㎡/g인 전극.The electrode according to claim 5, wherein the surface area of the carbonaceous material is 0.1 to 6 m 2 / g. 제1항에 있어서, 상기 탄소성 재질의 어스텍트율(1/d)또는 등가율이 100 : 1이상인 전극.The electrode according to claim 1, wherein an assortment ratio (1 / d) or an equivalent ratio of the carbonaceous material is 100: 1 or more. 제1항에 있어서, 상기 탄소성 재질의 자체 구조가 6.45㎠ 내지 930㎠이상의 규격인 전극.The electrode according to claim 1, wherein the carbonaceous material has a structure of 6.45 cm 2 to 930 cm 2 or more. 제1항에 있어서, 상기 탄소성 재질이 직물, 필름, 지류 또는 펠트류평면 시트 도는 그 조립체 형태인 전극.The electrode of claim 1, wherein the carbonaceous material is in the form of a fabric, film, feeder or felt flat sheet or assembly thereof. 제1항에 있어서, 상기 탄소성 재질이 1 내지 10cm 길이의 인조 섬유 또는 연속 필라멘트사의 조립체를 구비하고 있는 직물 또느 펠트류 직물 또는 시트 형태인 전극.The electrode of claim 1, wherein the carbonaceous material is in the form of a woven or felt fabric or sheet having an assembly of artificial fibers or continuous filament yarn of 1 to 10 cm in length. 제1항에 있어서, 상기 탄소성 재질이 1 내지 10cm길이의 인조 섬유 또는 연속 필라멘트사의 조립체로된 편직 또는 니트직물인 전극.The electrode according to claim 1, wherein the carbonaceous material is a knitted or knitted fabric made of an assembly of 1 to 10 cm long artificial fibers or continuous filament yarns. 제1항에 있어서, 상기 탄소성 재질이 인조 섬유 또는 연속 필라멘트사의 조립체로 된 직물 또는 펠트류 직물 또는 시트인 전극.The electrode according to claim 1, wherein the carbonaceous material is a fabric or felt fabric or sheet of an assembly of artificial fibers or continuous filament yarn. 제1항에 있어서, 상기 전자 집전기는 상기 탄소성 재질의 최소한 한 연부상에서 평탄하게 된 전기 도전성 금속이며, 상기의 평판화된 연부는 비도전 또는 비 리액턴스를 나타내는 보호물질로 코팅되는 것을 특징으로 하는 전극.The method of claim 1, wherein the electron collector is an electrically conductive metal flattened on at least one edge of the carbonaceous material, wherein the flattened edge is coated with a protective material exhibiting non-conductive or non-reactance. Electrode. 제1항에 있어서, 상기 탄소성 재질은 70%이상의 과방전 상태로 100회 이상의 전기 방전시 재질의 구조에 손상을 주지 않고 70%이상의 전량 효율을 유지할 수 있는 전극.The electrode of claim 1, wherein the carbonaceous material is capable of maintaining a total efficiency of 70% or more without damaging the structure of the material during 100 or more electrical discharges in an overdischarge state of 70% or more. 전기 비도전성 내면과 습기를 불투과성 외면 또는 박막체를 가진 하우징을 포함하고 있고, 상기 하우징에 배치된 최소한 한개의 전지를 가지고 있는 2차 전기 에너지 축적 장치에 있어서, 각각의 전지는 서로 접촉으로부터 전기적으로 절연된 한쌍의 전지 도전성 전극을 포함하며, 상기의 하우징은 비수성 전해액을 함유하고 있고, 여기서 각각의 전지의 최소한 한 전극은 제1항 내지 15항중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 전극인 것을 특징으로 하는 2차 전기 에너지 축적 장치.A secondary electrical energy accumulator comprising a housing having an electrically nonconductive inner surface and a moisture impermeable outer surface or a thin film body, and having at least one cell disposed in the housing, wherein each cell is electrically connected from contact with each other. Wherein the housing contains a non-aqueous electrolyte, wherein at least one electrode of each cell is an electrode as claimed in any one of claims 1-15. Secondary electrical energy storage device characterized in that. 제16항에 있어서, 전해액은 비도전성이고 화학적으로 안정한 비수성 용매 및 용해되는 이온화염을 함유하고 있는 2차 전기 에너지 축적 장치.17. The secondary electrical energy accumulator according to claim 16, wherein the electrolyte solution contains a non-conductive, chemically stable non-aqueous solvent and a dissolved ionization salt. 제16항 또는 17항에 있어서, 전해액 용매는 전기 화학적으로 비반응 상태로 탄소 원자에 결합되는 산소, 유황 및 질소 원자를 가진 복합물로부터 선택되며, 상기 염은 알칼리 금속인 것을 특징으로 하는 2차 전기 에너지 축적 장치.18. The secondary electric machine according to claim 16 or 17, wherein the electrolyte solvent is selected from a complex having oxygen, sulfur and nitrogen atoms bonded to carbon atoms in an electrochemically unreacted state, wherein the salt is an alkali metal. Energy accumulator. 제18항에 있어서, 전해액 용매는 프로필렌 카보네이트이고, 알칼리금속염은 리튬 퍼클로레이트인 것을 특징으로 하는 2차 전기 에너지 축적 장치.19. The secondary electrical energy storage device according to claim 18, wherein the electrolyte solvent is propylene carbonate and the alkali metal salt is lithium perchlorate. 전기 비도전성 내면과 습기 불투과성 외면 또는 박막체를 가진 하우징을 포함하고 있고, 상기 하우징에 배치된 최소한 한개의 전지를 가지고 있는 2차 전기 에너지 축적 장치에 있어서, 각각의 전지는 서로 접촉으로부터 전기적으로 절연된 한쌍의 전지 도전성 전극을 포함하며, 상기의 하우징은 비수성 전해액을 함유하고 있고, 여기서 각각의 전지의 각각의 전극은 제1항 내지 제15항중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 전극인 것을 특징으로 하는 2차 전기 에너지 축적 장치.In a secondary electrical energy accumulator comprising a housing having an electrically nonconductive inner surface and a moisture impermeable outer surface or a thin film body, the secondary electrical energy accumulator having at least one cell disposed in the housing, wherein each cell is electrically connected from contact with each other. A pair of insulated battery conductive electrodes, wherein said housing contains a non-aqueous electrolyte, wherein each electrode of each battery is an electrode as claimed in any of claims 1-15. Secondary electrical energy storage device characterized in that. 제20항에 있어서, 전지의 각 전극은 재충전시 극성의 선택이 자유롭고 손사없이 일부 또는 전부가 극성 반전될 수 있는것을 특징으로 하는 2차 전기 에너지 축적 장치.21. The secondary electrical energy storage device according to claim 20, wherein each electrode of the battery is free to select polarity upon recharging and that some or all of the electrodes can be reversed in polarity without damage. 제20항 또는 제21항에 있어서, 완전 충전시 40초의 펄스기간동안 활성 탄소 양극의 1g당 0.31watt이상의 최대 전력 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 2차 전기 에너지 축적 장치.22. The secondary electrical energy storage device of claim 20 or 21, having a maximum power density of at least 0.31 watts per gram of activated carbon anode for a 40 second pulse period upon full charge.
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