KR101098240B1 - Manufacturing method of supercapacitor cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 충전 또는 방전 동작에 따라 양이온의 삽입 또는 탈리가 가능한 물질을 포함하는 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 활성탄을 포함하는 음극이 순차적으로 적층되어 코일링된 롤 형태를 이루는 권취소자와, 상기 음극에 연결된 제1 리드선과, 상기 양극에 연결된 제2 리드선 및 리튬 호일이 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 부착된 금속캡을 포함하고, 상기 권취소자는 상기 금속캡 내에 수용되고, 상기 권취소자와 상기 금속캡에 부착된 리튬 호일은 리튬염이 용해되어 있는 전해액에 함침되어 있는 슈퍼커패시터 셀 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 활성탄 전극에 리튬을 용이하게 도핑시킬 수 있고, 활성탄 전극에 리튬이 도핑됨으로써 전위가 낮아지고 단위 체적당 높은 에너지밀도를 가질 수 있다.The present invention provides a first separator for preventing a short circuit, a positive electrode including a material capable of inserting or detaching cations according to a charging or discharging operation, a second separator for preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and activated carbon A cathode including a winding is sequentially stacked to form a coiled roll, the first lead wire connected to the cathode, the second lead wire and the lithium foil connected to the anode is attached to the bottom, side or bottom and side A supercapacitor cell comprising a metal cap, wherein the winding element is accommodated in the metal cap, and the winding element and the lithium foil attached to the metal cap are impregnated in an electrolyte in which lithium salt is dissolved, and a method of manufacturing the same. will be. According to the present invention, lithium can be easily doped to the activated carbon electrode, and lithium is doped to the activated carbon electrode to lower the potential and have a high energy density per unit volume.
Description
본 발명은 슈퍼커패시터 셀 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 활성탄 전극에 리튬을 용이하게 도핑시킬 수 있고, 활성탄 전극에 리튬이 도핑됨으로써 전위가 낮아지고 단위 체적당 높은 에너지밀도를 가질 수 있는 슈퍼커패시터 셀 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a supercapacitor cell and a method of manufacturing the same, and more particularly, lithium can be easily doped to an activated carbon electrode, and lithium is doped to the activated carbon electrode to lower the potential and have a high energy density per unit volume. The present invention relates to a supercapacitor cell and a method of manufacturing the same.
일반적으로 슈퍼커패시터는 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC), 슈퍼커패시터(Super-capacitor) 또는 울트라커패시터(Ultra-capacitor)라고도 일컬어지며, 이는 전극 및 도전체와, 그것에 함침된 전해질 용액의 계면에 각각 부호가 다른 한 쌍의 전하층(전기이중층)이 생성된 것을 이용하는 것으로, 충전/방전 동작의 반복으로 인한 열화가 매우 작아 보수가 필요없는 소자이다. 이에 따라 슈퍼커패시터는 각종 전기ㆍ전자기기의 IC(integrated circuit) 백업을 하는 형태로 주로 사용되고 있으며, 최근에는 그 용도가 확대되어 장난감, 태양열 에너지 저장, HEV(hybrid electric vehicle) 전원 등에까지 폭넓게 응용되고 있다.Supercapacitors are also commonly referred to as Electric Double Layer Capacitors (EDLCs), Supercapacitors or Ultracapacitors, which are the interface between electrodes and conductors and the electrolyte solution impregnated therewith. By using a pair of charge layers (electric double layers) each having a different sign, the deterioration due to repetition of the charge / discharge operation is very small and requires no maintenance. Accordingly, supercapacitors are mainly used in the form of backing up IC (integrated circuit) of various electric and electronic devices. Recently, the use of supercapacitors has been widely applied to toys, solar energy storage, and hybrid electric vehicle (HEV) power supply. have.
이와 같은 슈퍼커패시터는 일반적으로 전해액이 함침된 양극 및 음극의 두 전극과, 이러한 두 전극 사이에 개재되어 이온(ion) 전도만 가능케 하고 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 세퍼레이터(separator)와, 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락방지를 위한 가스켓(gasket), 그리고 이들을 포장하는 도전체로서의 금속 캡으로 구성된 단위셀을 갖는다. 그리고 위와 같이 구성된 단위셀 1개 이상(통상, 코인형의 경우 2∼6개)을 직렬로 적층하고 양극과 음극의 두 단자(terminal)를 조합하여 완성된다.Such a supercapacitor generally includes two electrodes of a positive electrode and a negative electrode impregnated with an electrolyte, a separator made of a porous material interposed between the two electrodes to allow only ion conduction, and to prevent insulation and short circuit, and an electrolyte solution. It has a unit cell consisting of a gasket for preventing leakage and preventing insulation and short circuit, and a metal cap as a conductor for packaging them. One or more unit cells (usually, 2 to 6 in the case of a coin type) configured as described above are stacked in series and completed by combining two terminals of a positive electrode and a negative electrode.
종래 커패시터의 양극 및 음극의 활물질로는 활성탄과 같은 탄소재가 가장 널리 사용되고 있다. 상기 탄소재는 빠른 충방전 및 장수명의 특성을 가지고 있기 때문에 양극의 활성탄을 리튬전이금속산화물로 대체한 하이브리드 커패시터가 사용되고 있다. As the active material of the positive electrode and the negative electrode of the conventional capacitor, a carbon material such as activated carbon is most widely used. Since the carbon material has characteristics of fast charge and discharge and a long life, a hybrid capacitor in which an active carbon of a positive electrode is replaced with a lithium transition metal oxide is used.
활성탄 분말을 음극으로, 리튬 산화물을 양극으로서 이용한 하이브리드 슈퍼커패시터는 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0009751호와 대한민국 공개특허공보 제10-2001-7013373호에 제시되어 있다. 공개특허공보 제10-2002-0009751호와 제10-2001-7013373호에서는 음극 물질로 활성탄 분말을 사용하였고, 양극 물질로 리튬 산화물을 사용하였으나, 작동전압의 한계로 커패시터의 에너지밀도를 높이는데 어려움이 있다. Hybrid supercapacitors using activated carbon powder as a cathode and lithium oxide as a cathode are disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2002-0009751 and Korean Patent Publication No. 10-2001-7013373. In Korean Patent Laid-Open Publication Nos. 10-2002-0009751 and 10-2001-7013373, activated carbon powder is used as a negative electrode material and lithium oxide is used as a positive electrode material, but it is difficult to increase the energy density of a capacitor due to the limitation of the operating voltage. There is this.
본 발명에서는 활성탄과 리튬 금속의 낮은 전위차를 보완하여 활성탄에 리튬을 쉽게 도핑시킬 수 있고, 활성탄에 리튬을 도핑함으로써 음극 전위를 하락시키고, 활성탄의 표면 및 벌크(bulk)에서 리튬의 삽입과 탈리를 발현시켜 작동전압 및 용량이 증가될 수 있는 슈퍼커패시터 셀를 제시한다.
In the present invention, the low potential difference between activated carbon and lithium metal can be compensated for easily doping lithium on the activated carbon, and the doping of lithium on the activated carbon lowers the cathode potential, and the insertion and desorption of lithium on the surface and bulk of the activated carbon It is proposed a supercapacitor cell that can be expressed to increase operating voltage and capacity.
본 발명이 해결하려는 과제는 활성탄 전극에 리튬을 용이하게 도핑시킬 수 있고, 활성탄 전극에 리튬이 도핑됨으로써 전위가 낮아지고 단위 체적당 높은 에너지밀도를 가질 수 있는 슈퍼커패시터 셀 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a supercapacitor cell capable of easily doping lithium to an activated carbon electrode, and having a low potential and high energy density per unit volume by doping lithium on an activated carbon electrode, and a method of manufacturing the same. have.
본 발명은, 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 충전 또는 방전 동작에 따라 양이온의 삽입 또는 탈리가 가능한 물질을 포함하는 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 활성탄을 포함하는 음극이 순차적으로 적층되어 코일링된 롤 형태를 이루는 권취소자와, 상기 음극에 연결된 제1 리드선과, 상기 양극에 연결된 제2 리드선 및 리튬 호일이 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 부착된 금속캡을 포함하고, 상기 권취소자는 상기 금속캡 내에 수용되고, 상기 권취소자와 상기 금속캡에 부착된 리튬 호일은 리튬염이 용해되어 있는 전해액에 함침되어 있는 슈퍼커패시터 셀을 제공한다. The present invention provides a first separator for preventing a short circuit, a positive electrode including a material capable of inserting or detaching cations according to a charging or discharging operation, a second separator for preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and activated carbon A cathode including a winding is sequentially stacked to form a coiled roll, the first lead wire connected to the cathode, the second lead wire and the lithium foil connected to the anode is attached to the bottom, side or bottom and side Comprising a metal cap, wherein the winding element is accommodated in the metal cap, the winding element and the lithium foil attached to the metal cap provides a supercapacitor cell impregnated in an electrolyte solution in which lithium salt is dissolved.
상기 활성탄에 형성된 기공들의 단차를 따라 상기 활성탄의 표면과 내부가 리튬으로 도핑되어 있으며, 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 활성탄의 표면과 내부 모두에서 리튬의 삽입 또는 탈리가 이루어질 수 있다.The surface and the inside of the activated carbon are doped with lithium along the steps of pores formed in the activated carbon, and lithium may be inserted or removed from both the surface and the inside of the activated carbon according to a charging or discharging operation.
상기 양극은 리튬 호일로 이루어진 것이 바람직하다. The positive electrode is preferably made of lithium foil.
상기 리튬염은, LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 및 LiAsF6 중에서 선택된 적어도 1종 이상의 염으로 이루어진 것일 수 있다. The lithium salt may be composed of at least one salt selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiSbF 6, and LiAsF 6 .
상기 활성탄의 비표면적은 300∼2200㎡/g 범위인 것이 바람직하다. It is preferable that the specific surface area of the said activated carbon is 300-2200 m <2> / g.
상기 슈퍼커패시터 셀은 작동전압이 2.3V와 같거나 크고, 상기 금속캡은 알루미늄 케이스로 이루어진 것일 수 있다. The supercapacitor cell may have an operating voltage equal to or greater than 2.3 V, and the metal cap may be formed of an aluminum case.
또한, 본 발명은, 활성탄을 포함하는 음극을 제조하고 상기 음극에 제1 리드선을 연결하는 단계와, 충전 또는 방전 동작에 따라 양이온의 삽입 또는 탈리가 가능한 물질을 포함하는 양극에 제2 리드선을 연결하는 단계와, 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 상기 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 상기 활성탄을 포함하는 음극을 순차적으로 적층하고 코일링하여 롤 형태의 권취소자를 형성하는 단계와, 리튬 호일이 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 부착된 금속캡에 상기 권취소자를 삽착시키는 단계와, 상기 권취소자와 상기 리튬 호일이 함침되게 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 상기 금속캡 내에 주입하는 단계를 포함하는 슈퍼커패시터 셀의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a cathode including activated carbon and connecting a first lead wire to the cathode, and connecting a second lead wire to a cathode including a material capable of inserting or detaching cations according to a charging or discharging operation. And a first separator for preventing a short circuit, a second separator for preventing a short circuit between the anode and the cathode, and a cathode including the activated carbon, sequentially stacked and coiled to form a roll. Forming a winding element, inserting the winding element into a bottom, side, or a metal cap attached to the bottom and side, and a lithium salt in which a lithium salt is dissolved to impregnate the winding element and the lithium foil. It provides a method of manufacturing a supercapacitor cell comprising the step of injecting into the metal cap.
상기 슈퍼커패시터 셀의 제조방법은, 상기 금속캡에 -0.1V∼0.6V의 전압을 인가하는 단계와, 상기 리튬 호일 및 상기 리튬염으로부터 나온 리튬이 상기 활성탄의 표면 및 내부에 도핑되어 전착되는 단계 및 상기 활성탄에 형성된 기공들의 단차를 따라 표면과 내부가 리튬으로 도핑되게 하여, 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 활성탄의 표면과 내부 모두에서 리튬의 삽입 또는 탈리가 이루어지게 하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method of manufacturing the supercapacitor cell may include applying a voltage of −0.1 V to 0.6 V to the metal cap, and depositing lithium from the lithium foil and the lithium salt onto the surface and inside of the activated carbon to be electrodeposited. And allowing the surface and the inside of the activated carbon to be doped with lithium along the step of pores formed in the activated carbon, so that insertion or desorption of lithium is performed on both the surface and the inside of the activated carbon according to a charging or discharging operation. .
상기 양극은 리튬 호일을 사용하고, 상기 금속캡에 전압을 인가함에 따라 상기 양극으로 사용된 리튬 호일로부터 나온 리튬이 상기 전해액을 통하여 활성탄 표면에 도달하여 활성탄의 표면에 도핑될 수 있다. The positive electrode may use lithium foil, and as a voltage is applied to the metal cap, lithium from the lithium foil used as the positive electrode may reach the surface of the activated carbon through the electrolyte and be doped onto the surface of the activated carbon.
상기 음극의 제조는, 활성탄, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 활성탄 혼합물을 제조하고, 상기 활성탄 혼합물을 금속 호일에 양면 코팅하거나 상기 활성탄 혼합물을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 금속 호일에 붙여서 제조하는 단계를 포함하며, 상기 활성탄 혼합물은 활성탄 100중량부와, 활성탄 100중량부에 대하여 도전재 2∼20중량부, 바인더 2∼10중량부 함유되게 첨가하고, 상기 분산매는 활성탄 100중량부에 대하여 200중량부 보다 크고 300중량부 보다 작은 함량으로 첨가하는 것이 바람직하다.
The negative electrode is prepared by mixing activated carbon, a conductive material, a binder, and a dispersion medium to prepare an activated carbon mixture, coating the activated carbon mixture on a metal foil on both sides, or pressing the activated carbon mixture with a roller to form a sheet and attaching the metal foil to a metal foil. The activated carbon mixture is added to 100 parts by weight of activated carbon, 2 to 20 parts by weight of conductive material and 2 to 10 parts by weight of binder based on 100 parts by weight of activated carbon, and the dispersion medium is 200 parts by weight of 100 parts by weight of activated carbon. It is preferable to add in an amount larger than 300 parts by weight.
본 발명에 의하면, 슈퍼커패시터 셀의 금속캡과 음극을 전기적으로 연결하고, 금속캡에 -0.1V∼0.6V의 전압을 인가함으로써, 슈퍼커패시터 셀의 음극을 구성하는 활성탄을 리튬전착법을 이용하여 리튬으로 용이하게 도핑할 수 있다. According to the present invention, by electrically connecting the metal cap and the negative electrode of the supercapacitor cell and applying a voltage of -0.1 V to 0.6 V to the metal cap, the activated carbon constituting the negative electrode of the supercapacitor cell is subjected to lithium electrodeposition. It can be easily doped with lithium.
이와 같이 활성탄을 리튬으로 도핑되게 함으로써 음극의 전위를 낮추고, 활성탄의 표면에서 뿐만 아니라 활성탄의 내부에서도 리튬에 의한 삽입과 탈리가 이루어지게 되며, 따라서 슈퍼커패시터 셀은 단위 체적당 높은 에너지밀도를 갖는다.
Thus, by doping the activated carbon with lithium, the potential of the negative electrode is lowered, and insertion and desorption by lithium is performed not only on the surface of the activated carbon but also inside the activated carbon, so that the supercapacitor cell has a high energy density per unit volume.
도 1은 작업전극과 양극에 리드선을 부착하는 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 권취소자를 형성하는 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 권취소자를 금속캡에 삽착시키는 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슈퍼커패시터 셀을 일부 절취하여 도시한 도면이다.
도 5는 활성탄과 리튬에 대한 시간 대 전압 특성을 보여주는 그래프이이다.
도 6은 시험예에 따라 리튬을 활성탄에 도핑하기 위한 모습을 보여주는 도면이다.
도 7은 시험예에 따라 제조된 슈퍼커패시터의 사이클에 따른 방전 커패시턴스 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8은 시험예에 따라 제조된 슈퍼커패시터의 리튬도핑공정에서 시간에 따른 전류변화를 보여주는 그래프이다.
도 9는 시험예 및 비교예에 따른 슈퍼커패시터의 사이클에 따른 방전 커패시턴스 변화를 보여주는 그래프이다.1 is a view showing a state in which a lead wire is attached to the working electrode and the anode.
2 is a view showing a state of forming a winding device.
3 is a view showing a state in which the winding element is inserted into the metal cap.
4 is a diagram illustrating a part of a supercapacitor cell according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a graph showing time versus voltage characteristics for activated carbon and lithium.
6 is a view showing a state for doping lithium into activated carbon according to the test example.
7 is a graph showing a change in discharge capacitance according to a cycle of a supercapacitor manufactured according to the test example.
8 is a graph showing a change in current with time in a lithium doping process of a supercapacitor manufactured according to the test example.
9 is a graph showing a change in discharge capacitance according to a cycle of a supercapacitor according to a test example and a comparative example.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are provided to those skilled in the art to fully understand the present invention, and may be modified in various forms, and the scope of the present invention is limited to the embodiments described below. It doesn't happen. Like numbers refer to like elements in the figures.
본 발명은 단락을 방지하기 위한 제1 분리막(seperator)과, 충전 또는 방전 동작에 따라 양이온의 삽입 또는 탈리가 가능한 물질을 포함하는 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막(seperator)과, 활성탄을 포함하는 음극이 순차적으로 적층되어 코일링(coiling)된 롤 형태를 이루는 권취소자와, 상기 음극에 연결된 제1 리드선과, 상기 양극에 연결된 제2 리드선과, 리튬 호일이 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 부착된 금속캡을 포함하고, 상기 권취소자는 상기 금속캡 내에 수용되고, 상기 권취소자와 상기 금속캡에 부착된 리튬 호일은 리튬염이 용해되어 있는 전해액에 함침되어 있는 슈퍼커패시터 셀을 제시한다. The present invention provides a first separator for preventing a short circuit, a positive electrode including a material capable of inserting or detaching cations according to a charging or discharging operation, and a second separator for preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode ( and a winding device in which a cathode including activated carbon is sequentially stacked to form a coiled roll, a first lead wire connected to the cathode, a second lead wire connected to the anode, and a lithium foil at the bottom And a metal cap attached to the side or the bottom and the side, wherein the winding element is accommodated in the metal cap, and the lithium foil attached to the winding element and the metal cap is impregnated in an electrolyte in which lithium salt is dissolved. Present a supercapacitor cell.
활성탄을 포함하는 작업전극과 금속캡을 전기적으로 연결하고, 상기 금속캡에 전원공급기로 -0.1V∼0.6V의 전압을 인가하게 되면, 상기 활성탄에 형성된 기공들의 단차를 따라 상기 활성탄의 표면과 내부가 리튬으로 도핑되게 되고, 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 활성탄의 표면과 내부 모두에서 리튬의 삽입 또는 탈리가 이루어져서 슈퍼커패시터 셀의 단위 체적당 에너지밀도를 높일 수 있다. When a working electrode including activated carbon and a metal cap are electrically connected to each other, and a voltage of −0.1 V to 0.6 V is applied to the metal cap as a power supply, the surface and the inside of the activated carbon are formed along a step of pores formed in the activated carbon. Is doped with lithium, and the insertion or desorption of lithium is performed on both the surface and the inside of the activated carbon according to a charging or discharging operation, thereby increasing the energy density per unit volume of the supercapacitor cell.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슈퍼커패서터 셀을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a supercapacitor cell according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.
본 발명의 슈퍼커패시터 셀의 양극(20)은 충전 또는 방전 동작에 따라 전해액에 양이온의 삽입 또는 탈리가 가능한 물질로서, 리튬 호일(Li foil)을 포함한다. The
본 발명의 음극(10)은 활성탄을 포함하는 전극을 사용한다. The
이하에서, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 슈퍼커패시터 셀의 음극(10)을 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing the
활성탄 분말, 바인더, 도전재 및 분산매를 혼합하여 활성탄 혼합물을 제조한다. Activated carbon mixture is prepared by mixing activated carbon powder, binder, conductive material and dispersion medium.
상기 활성탄 혼합물의 배합량에 있어서는 활성탄 분말 100중량부에 대하여 도전재는 2∼20중량부, 바인더는 2∼10중량부 함유되게 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 분산매의 함량은 특별히 제한되는 것은 아니지만 활성탄 분말 100중량부에 대하여 200중량부 보다 크고 300중량부 보다 작게 첨가한다. In the compounding quantity of the said activated carbon mixture, it is preferable to add 2-20 weight part of conductive materials, and 2-10 weight part of binders with respect to 100 weight part of activated carbon powders. The content of the dispersion medium is not particularly limited but is added to less than 300 parts by weight and greater than 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the activated carbon powder.
상기 활성탄 분말은 특별히 제한되지 않고 일반적인 전극 제조에 사용되는 활성탄을 사용할 수 있다. 예를 들어, 코코넛 쉘(shell)계 탄화 활성탄, 페놀 레진계 탄화 활성탄 등을 사용할 수 있으며, 이는 부분 결정성 활성탄을 포함한다. 사용되는 활성탄 분말의 비표면적은 300∼2200 ㎡/g인 것이 바람직하다. 활성탄 분말의 입도는 전극 성형 및 분산을 용이하게 하기 위하여 0.9∼20㎛ 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다. The activated carbon powder is not particularly limited and may be used activated carbon used in general electrode production. For example, coconut shell-based activated carbon, phenol resin-based activated carbon, and the like may be used, which includes partially crystalline activated carbon. It is preferable that the specific surface area of the activated carbon powder used is 300-2200 m <2> / g. The particle size of the activated carbon powder is preferably in the range of 0.9 to 20 탆 in order to facilitate electrode molding and dispersion.
상기 도전재는 화학 변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등이 가능하다. The conductive material is not particularly limited as long as it is an electronic conductive material that does not cause chemical change, and examples thereof include metal powder or metal such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, carbon fiber, copper, nickel, aluminum, silver, and the like. Fiber and the like.
또한, 상기 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE), 폴리비닐리덴플로라이드(polyvinylidenefloride; PVdF), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxymethylcellulose; CMC), 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol; PVA), 폴리비닐부티랄(poly vinyl butyral; PVB), 폴리비닐피롤리돈(poly-N-vinylpyrrolidone; PVP), 스티렌부타디엔고무(styrene butadiene rubber; SBR) 등으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. In addition, the binder is polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidenefloride (PVDF), carboxymethylcellulose (CMC), polyvinyl alcohol (poly vinyl alcohol; PVA), polyvinyl butyral One or two or more selected from polyvinyl butyral (PVB), poly-N-vinylpyrrolidone (PVP), styrene butadiene rubber (SBR), and the like may be used.
그리고, 상기 분산매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, 메틸 피롤리돈(NMP), 프로필렌글리콜 등의 유기 용매 또는 물을 사용할 수 있다. The dispersion medium may be an organic solvent such as ethanol (EtOH), acetone, isopropyl alcohol, methyl pyrrolidone (NMP), propylene glycol, or water.
상기 활성탄 혼합물을 알루미늄 호일(Al foil), 알루미늄 에칭 호일(Al etching foil)과 같은 금속 호일(metal foil)에 양면 코팅하거나, 활성탄 혼합물을 롤러를 밀어 시트(sheet) 상태(고무 타입)로 만들고 금속 호일에 붙여서 작업전극(10)으로 제조한다. 상기 알루미늄 에칭 호일이라 함은 알루미늄 호일을 요철 모양으로 에칭한 것을 의미한다. The activated carbon mixture is coated on both sides of a metal foil such as aluminum foil and aluminum etching foil, or the activated carbon mixture is rolled into a sheet state (rubber type) by pushing a roller. It is attached to the foil to produce a working
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 활성탄 혼합물을 금속 호일에 양면 코팅하거나 시트 상태로 만들어 금속 호일에 붙여서 제조한 작업전극(10)과 리튬 호일를 포함하는 양극(20)에 각각 리드선(30, 40)을 부착한다. As shown in FIG. 1, the
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 분리막(50), 양극(20), 제2 분리막(60) 및 작업전극(10)을 적층하고, 코일링(coling)하여 롤(roll) 형태의 권취소자(75)로 제작한 후, 롤(roll) 주위로 접착 테이프(70) 등으로 감아 롤 형태가 유지될 수 있게 한다. As shown in FIG. 2, the
상기 양극(20)과 음극(10) 사이에 구비된 제2 분리막(60)은 상기 양극(20)과 상기 음극(10)의 단락을 방지하는 역할을 한다. 제1 및 제2 분리막(50,60)은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 또는 레이온 섬유 등 전지 및 커패시터 분야에서 일반적으로 사용되는 분리막이라면 특별히 제한되지 않는다.The
도 3에 도시된 바와 같이, 롤(roll) 형태의 결과물에 실링 고무(sealing rubber)(80)를 장착하고, 리튬 호일(Li foil)(95)이 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 부착된 금속캡(예컨대, 알루미늄 케이스(Al Case))(90)에 삽착시킨다. As shown in FIG. 3, a sealing
금속캡(90)은 리튬 호일(95)이 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 부착(접착)되어 있다. 일반적으로 물과 반응성이 큰 리튬 호일은 폭발성이 있으며, 공기 중에서는 산화되는 단점을 가지고 있기 때문에 조작하기 매우 어렵다. 그러나, 본 발명에서 리튬 호일을 셀 내부에 밀폐시키기 때문에 이와 같은 반응은 억제되게 된다. The
롤 형태의 권취소자(75)와 리튬 호일(95)이 함침되게 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 주입하고, 밀봉한다. 상기 리튬염은 커패시터에서 통상적으로 사용되는 리튬염으로서 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들면 LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 또는 LiAsF6 등을 사용할 수 있다. 상기 전해액을 구성하는 용매는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 환상 카보네이트계 용매, 쇄상 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 니트릴계 용매, 아미드계 용매 등을 사용할 수 있다. 상기 환상 카보네이트계 용매로는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등을 사용할 수 있고, 상기 쇄상 카보네이트계 용매로는 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등을 사용할 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티롤락톤 등을 사용할 수 있고, 상기 에테르계 용매로는 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등을 사용할 수 있으며, 상기 니트릴계 용매로는 아세토니트릴 등을 사용할 수 있고, 상기 아미드계 용매로는 디메틸포름아미드 등을 사용할 수 있다.An electrolyte solution in which lithium salt is dissolved is impregnated so that the roll-shaped winding
이와 같이 제작된 셀을 도 4에 개략적으로 나타내었으며, 상기 셀은 하이브리드 슈퍼커패시터로서 사용될 수 있다. 도 4에서는 리튬 호일(95)이 금속캡(90)의 측면에 부착되어 있는 경우를 도시한 것이다.The cell thus fabricated is schematically shown in FIG. 4, which may be used as a hybrid supercapacitor. 4 illustrates a case where the
이하에서, 상기와 같이 제작된 슈퍼커패시터 셀(100)에서 활성탄의 표면 및 내부에 리튬을 도핑하는 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of doping lithium on the surface and inside of activated carbon in the
상기와 같이 배치된 슈퍼커패시터 셀(100)에서, 활성탄을 포함하는 작업전극(10)과 금속캡(90)을 전기적으로 연결하고, 금속캡(90)에 전원공급기로 -0.1V∼0.6V의 전압을 인가한다. 상기 금속캡(90)에는 -0.1∼0.6V의 인가하는 것이 바람직하며, 인가 전압이 -0.1V 미만일 경우에는 리튬 도핑이 이루어지기는 하지만 균일한 도핑이 어려울 수 있고 인가 전압이 0.6V를 초과하는 경우에는 도핑되는 리튬의 양이 작아 슈퍼커패시터 셀의 단위 체적당 에너지밀도를 향상시키는데 한계가 있을 수 있으므로 상기 범위 내의 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 전압을 인가하는 시간은 5분∼120분 정도인 것이 바람직하며, 전압을 인가하는 시간이 5분 미만일 경우에는 도핑되는 리튬의 양이 작아 슈퍼커패시터 셀의 단위 체적당 에너지밀도를 향상시키는데 한계가 있고, 전압을 인가하는 시간이 120분을 초과하는 경우에는 단위 체적당 에너지밀도 향상을 더 이상 기대하기 어렵다.In the
상기 금속캡(90)에 전압이 인가되면, 상기 작업전극(10)을 이루는 활성탄 표면에 리튬이 도핑(전착)되게 된다. 금속캡(90)에 부착된 리튬 호일(95)로부터 나온 리튬이 전해액을 통하여 활성탄 표면에 도달하여 활성탄의 표면에 도핑되게 되며, 또한 전해액에 포함된 리튬염으로부터 나온 리튬이 활성탄 표면에 도달하여 활성탄의 표면에 도핑되게 되고, 또한 양극(20)으로 사용된 리튬 호일로부터 나온 리튬이 전해액을 통하여 활성탄 표면에 도달하여 활성탄의 표면에 도핑되게 된다. 금속캡(90)에 부착된 리튬 호일은 활성탄을 리튬으로 도핑하는데 있어서 리튬의 소스(source)로 작용하며, 또한 전해액에 함유된 리튬염도 활성탄을 리튬으로 도핑하는데 있어서 리튬의 소스(source)로 작용하며, 또한 양극(20)으로 사용된 리튬 호일도 활성탄을 리튬으로 도핑하는데 있어서 리튬의 소스(source)로 작용한다. 이와 같은 리튬전착법에 의해 활성탄에 도핑된 리튬은 활성탄 전극을 음극으로 사용하는 슈퍼커패시터에서 음극 전위를 하락시켜 충전과 방전 시에 활성판 표면에 도핑된 리튬에 의해 삽입(intercalation) 및 탈리(deintercalation)가 빠르게 일어나게 된다. 활성탄의 표면에 도핑된 리튬에 의해 이루어지는 삽입 및 탈리에 의해 본 발명의 슈퍼커패시터 셀은 단위 체적당 높은 에너지밀도를 갖게 된다. 또한, 작업전극(10)을 구성하는 활성탄은 수많은 기공(pore)들이 존재하며, 상술한 리튬전착법에 의해 리튬은 활성탄의 표면에만 도핑되는 것이 아니라 내부 또는 벌크(vulk)까지 연결된 기공들을 따라 활성탄의 내부 깊숙한 위치에도 도핑이 이루어지게 된다. 이와 같이 리튬이 활성탄의 표면 뿐만 아니라 벌크(내부)에도 도핑됨으로써 충전 및 방전 시에 활성탄의 벌크 내에서도 삽입과 탈리 과정이 일어나게 된다. When a voltage is applied to the
한편, 활성탄과 리튬은 도 5에 도시된 바와 같이 약 0.3V의 전위차를 갖는다. 도 5에서 (a)는 활성탄에 대한 시간(time) 대 전압(voltage) 특성을 보여주는 그래프이고, (b)는 리튬에 대한 시간 대 전압 특성을 보여주는 그래프이다. 도 5를 보면 알 수 있듯이 음극을 이루는 활성탄의 표면에 리튬이 도핑되게 되면 이에 의해 음극 전위가 하락하게 될 것이며, 활성탄의 표면에 도핑된 리튬에 의해 삽입 및 탈리에 의하여 슈퍼커패시터 셀의 용량이 증대되는 효과가 있다. 예컨대, 리튬이 도핑되지 않은 활성탄을 음극으로 이용한 커패시터가 2.3V의 작동전압을 가진다면, 리튬이 도핑된 활성탄을 음극으로 이용한 커패시터는 약 2.6V을 작동전압을 가질 수 있다. On the other hand, activated carbon and lithium have a potential difference of about 0.3V as shown in FIG. In FIG. 5, (a) is a graph showing time versus voltage characteristics for activated carbon, and (b) is a graph showing time versus voltage characteristics for lithium. As can be seen from FIG. 5, when lithium is doped on the surface of the activated carbon constituting the negative electrode, the negative electrode potential will be decreased by this, and the capacity of the supercapacitor cell is increased by insertion and desorption by lithium doped on the surface of the activated carbon. It is effective. For example, if the capacitor using the lithium-doped activated carbon as the negative electrode has an operating voltage of 2.3V, the capacitor using the lithium-doped activated carbon as the negative electrode may have an operating voltage of about 2.6V.
리튬이 도핑된 활성탄을 포함하는 음극을 사용하여 단위 체적당 높은 에너지밀도를 구현하는 슈퍼커패시터 셀을 구현할 수 있다. A negative electrode including lithium-doped activated carbon may be used to implement a supercapacitor cell that realizes a high energy density per unit volume.
본 발명의 슈퍼커패시터 셀은 단위셀 당 2.6V 이상의 작동전압 및 40F/cc의 용량 구현이 가능하다.
The supercapacitor cell of the present invention can realize an operating voltage of more than 2.6V per unit cell and a capacity of 40F / cc.
활성탄에 리튬이 도핑되는 경우 작동 전압이 증가하는 지 여부와 높은 용량 구현이 가능한 지 여부를 관찰하기 위하여 아래의 시험예와 같이 슈퍼커패시터를 제작하고 일반적인 슈퍼커패시터와 비교하는 실험을 수행하였다. In order to observe whether the operating voltage increases when the activated carbon is doped with lithium and whether high capacity can be realized, a supercapacitor was manufactured and compared with a general supercapacitor as in the following test example.
<시험예><Test Example>
입도가 0.9∼20㎛인 MSP20 활성탄(일본, 관서열화학사 제품) 100중량부와 도전재 Super-P블랙(일본, Kuraray chemical사 제품) 15중량부를 건식 혼합하였다. 그리고 이와는 별도로 증류수에 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 3중량부를 첨가하여 혼합하였다. 그리고 두 혼합물을 플래니터리 믹서(Planetary mixer)(제조사: T.K, 모델명: Hivis disper)에 투입하여 1시간 동안 교반하여 분산시킨 후 스티렌부타디엔고무(SBR) 9.8중량부를 첨가하여 1시간 동안 혼합 교반하여 활성탄 혼합물을 얻었다.100 parts by weight of MSP20 activated carbon having a particle size of 0.9 to 20 μm (manufactured by Kansai Thermochemical Co., Ltd.) and 15 parts by weight of conductive material Super-P Black (manufactured by Kuraray Chemical Co., Japan) were dry mixed. Separately, 3 parts by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) was added to the distilled water and mixed. The mixture was added to a planetary mixer (manufacturer: TK, model name: Hivis disper), stirred for 1 hour, dispersed, and mixed with stirring for 1 hour by adding 9.8 parts by weight of styrene-butadiene rubber (SBR). Activated carbon mixture was obtained.
다음으로, 상기 활성탄 혼합물을 20㎛ 알루미늄 에칭 호일(Al etching foil)에 양면 코팅하여 알루미늄 에칭 호일(Al etching foil)을 포함하여 200㎛ 두께의 활성탄 전극으로 제작하였다. Next, the activated carbon mixture was coated on both sides of a 20 μm aluminum etching foil to produce an activated carbon electrode having a thickness of 200 μm including an aluminum etching foil.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제조된 활성탄 전극을 작업전극(120)으로 하고 리튬 호일(Li foil)을 상대전극(130)하여 작업전극(120)과 상대전극(130)이 이격되게 반응조(110)에 설치하고, 작업전극(120)과 상대전극(130)을 리튬염이 포함된 전해액(140)에 함침시킨 후 작업전극(120)에 전원공급기로 0V의 전압으로 60분 동안 인가하여 리튬 호일 및 리튬염의 리튬이 전해액(140)을 통하여 상기 작업전극(120)에 도핑되게 하였다. 이렇게 리튬이 도핑된 활성탄 전극을 음극으로 사용하였다.As shown in FIG. 6, the manufactured activated carbon electrode is used as the working
비표면적이 0.43 ㎡/g 정도인 LiMn2O4(휘닉스 ICP) 100중량부와 도전재인 Super-p블랙(일본, Kuraray chemical사 제품) 10중량부를 건식 혼합하였다. 그리고, 이와는 별도로 메틸 피롤리돈인 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone; NMP)에 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVdF) 10중량부를 첨가하여 혼합하였다. 그리고, 두 혼합물을 플래니터리 믹서(Planetary mixer)(제조사: T.K, 모델명: Hivis disper)에 투입하여 1시간 동안 혼합 교반하여 분산시킨 후 NMP 60중량부를 첨가하여 1시간 동안 혼합 교반하여 리튬전이금속산화물을 포함하는 혼합물을 얻었다.100 parts by weight of LiMn 2 O 4 (phoenix ICP) having a specific surface area of about 0.43 m 2 / g and 10 parts by weight of Super-p black (manufactured by Kuraray Chemical, Japan) as a conductive material were dry mixed. Separately, 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) was added to N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is methyl pyrrolidone, and mixed. Then, the two mixtures were added to a planetary mixer (manufacturer: TK, model name: Hivis disper), dispersed by stirring for 1 hour, dispersed, and then mixed with stirring for 1 hour by adding
다음으로, 상기 리튬전이금속산화물을 포함하는 혼합물을 20㎛ 알루미늄 에칭 호일(Al etching foil)에 양면 코팅하여 전극을 제조하였다. 이렇게 제조된 전극의 두께는 상기 호일(foil)을 포함하여 100㎛로 제작하였으며 이를 양극으로 사용하였다. Next, an electrode was prepared by double-coating a mixture including the lithium transition metal oxide on a 20 μm aluminum etching foil. The thickness of the electrode thus prepared was fabricated to 100 μm including the foil and used as the anode.
이렇게 제조한 양극과 음극을 적용하여 지름 18㎜, 높이 40㎜의 알루미늄 케이스에 상기 제조된 양극과 리튬이 도핑된 활성탄 전극인 음극을 배치하고, 상기 양극과 음극 사이에 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막을 권취형으로 배치하고, 리튬염이 포함된 전해액을 양극과 음극이 함침되게 주입하였다. 상기 전해액은 프로필렌카보네이트(propylene carbonate; PC) 용매에 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoborate) 1M과 LiBF4(lithium tetrafluoroborate) 1M이 첨가된 것을 사용하였다. 상기 분리막은 TF4035(일본 NKK사 제품)를 사용하였다. Applying the positive electrode and the negative electrode thus prepared is placed in the aluminum case of 18mm in diameter, 40mm in height and the negative electrode of the prepared positive electrode and lithium doped activated carbon electrode, and prevent the short circuit of the positive electrode and the negative electrode between the positive electrode and the negative electrode In order to dispose the separator for winding, an electrolyte solution containing lithium salt was injected to impregnate the positive electrode and the negative electrode. The electrolyte was used to add 1M TEABF 4 (tetraethylammonium tetrafluoborate) and 1M LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate) in propylene carbonate (PC) solvent. As the separator, TF4035 (manufactured by NKK, Japan) was used.
이렇게 제조된 슈퍼커패시터의 작동전압, 용량, 등가직렬저항(ESR)을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. The operating voltage, capacitance, equivalent series resistance (ESR) of the supercapacitors thus prepared were measured, and the results are shown in Table 1 below.
충전은 0.1A로 충전전압까지 120분간 하고, 방전은 1V에서 0.1A로 실시하였다. 등가직렬저항(ESR)은 1KHz에서 측정하였다.
The charge was carried out at 0.1 A for 120 minutes until the charge voltage, and the discharge was performed at 1 A at 0.1 A. Equivalent series resistance (ESR) was measured at 1 KHz.
도 7은 상기 시험예에 따라 제조된 슈퍼커패시터의 사이클(cycle)에 따른 방전 커패시턴스(discharge capacitance) 변화를 보여주는 그래프이다. 도 7에서 (a)는 2.3V의 전압으로 사이클에 따른 방전 커패시턴스를 측정한 경우이고, (b)는 2.5V의 전압으로 사이클에 따른 방전 커패시턴스를 측정한 경우이며, (c)는 2.7V의 전압으로 사이클에 따른 방전 커패시턴스를 측정한 경우에 대한 것이다. FIG. 7 is a graph showing a change in discharge capacitance according to a cycle of a supercapacitor manufactured according to the test example. In Figure 7 (a) is a case of measuring the discharge capacitance of the cycle at a voltage of 2.3V, (b) is a case of measuring the discharge capacitance of the cycle at a voltage of 2.5V, (c) is a 2.7V This is for the case where the discharge capacitance according to the cycle is measured by voltage.
도 7을 참조하면, (a), (b) 및 (c) 모두에서 사이클이 증가함에 따라 방전 커패시턴스가 감소하는 경향이 동일하게 나타나는 것을 볼 수 있다. 이로부터 상기 시험예에 따라 제조된 슈퍼커패시터는 2.3V의 작동전압에서는 물론 2.7V의 작동전압에서도 동작된다는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7, it can be seen that in all of (a), (b) and (c), the same tendency of the discharge capacitance to decrease as the cycle increases. From this, it can be seen that the supercapacitor manufactured according to the above test example is operated at the operating voltage of 2.3V as well as the operating voltage of 2.3V.
도 8은 상기 시험예에 따라 제조된 슈퍼커패시터의 리튬도핑공정에서 시간에 따른 전류변화를 보여주는 그래프이다. 8 is a graph showing a change in current with time in the lithium doping process of the supercapacitor manufactured according to the test example.
도 8로부터 2㎃ 미만으로 소모전류가 감소하여 전착이 대부분 완료되었음을 확인할 수 있다.
It can be seen from FIG. 8 that the current consumption is reduced to less than 2 mA and the electrodeposition is mostly completed.
<비교예>Comparative Example
종래의 제조 방법으로 만들어진 슈퍼캐패시터를 본 비교예로 하였다. 즉, 활성탄 전극에 리튬이 전착되어 있지 않은 120F, 2.3V의 규격인 1840(φ18㎜×40㎜) 권취형 제품과 비교하였다. 비교예로서 제시된 권취형 제품은 상기 시험예에서와 동일한 권취, 분리막 및 전해액을 사용한 것이다. The supercapacitor made by the conventional manufacturing method was made into this comparative example. That is, it compared with the 1840 (phi 18mm x 40mm) winding-type product which is a specification of 120F and 2.3V which lithium is not electrodeposited to an activated carbon electrode. The wound product shown as a comparative example uses the same winding, separator and electrolyte as in the above test example.
그리고, 상기 시험예와 동일한 방법으로 작동전압, 용량, 등가직렬저항(ESR)을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.In addition, operating voltage, capacity, and equivalent series resistance (ESR) were measured in the same manner as in the above test example, and the results are shown in Table 1 below.
상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 상기 시험예에 따라 리튬이 도핑(전착)된 활성탄 전극을 음극으로 사용한 슈퍼커패시터는 종래 기술에 따른 비교예와 대비하여 동일한 활성탄을 사용함에도 용량이 25% 이상, 에너지밀도는 35% 이상 향상되었음을 알 수 있다.As shown in Table 1, the supercapacitor using the lithium-doped activated carbon electrode according to the test example as a negative electrode has a capacity of 25% or more, even when using the same activated carbon as compared to the comparative example according to the prior art. It can be seen that the density is improved by more than 35%.
또한, 전극 밀도 향상에 의해 ESR 역시 동일한 값을 보여주고 있어 슈퍼커패시터는 에너지밀도가 비약적으로 상승하였음을 알 수 있다.In addition, the ESR also shows the same value due to the improvement of electrode density, indicating that the energy density of the supercapacitor has risen dramatically.
도 9는 시험예 및 비교예에 따른 슈퍼커패시터의 사이클(cycle)에 따른 방전 커패시턴스(discharge capacitance) 변화를 보여주는 그래프이다. 도 9에서 (a)는 시험예에 따라 제조된 슈퍼커패시터의 특성을 보여주는 것으로서 2.7V의 전압으로 사이클에 따른 방전 커패시턴스를 측정한 경우이고, (b)는 비교예에 따른 슈퍼커패시터의 특성을 보여주는 것으로서 2.3V의 전압으로 사이클에 따른 방전 커패시턴스를 측정한 경우에 대한 것이다. FIG. 9 is a graph showing a change in discharge capacitance according to a cycle of a supercapacitor according to a test example and a comparative example. In Figure 9 (a) shows the characteristics of the supercapacitor manufactured according to the test example, the discharge capacitance of the cycle was measured at a voltage of 2.7V, (b) shows the characteristics of the supercapacitor according to the comparative example This is for the case where the discharge capacitance according to the cycle is measured with the voltage of 2.3V.
도 9를 참조하면, (a) 및 (b) 모두에서 사이클이 증가함에 따라 방전 커패시턴스가 감소하는 경향이 동일하게 나타나는 것을 볼 수 있다. 이로부터 상기 시험예에 따라 제조된 슈퍼커패시터는 2.3V의 작동전압에서는 물론 2.7V의 작동전압에서도 동작된다는 것을 확인할 수 있으며, 또한 2.7V의 작동전압으로도 2.3V의 작동전압으로 구동한 비교예에 따른 커패시터와 동일한 방전 커패시턴스 특성을 나타낸다는 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 9, it can be seen that in both (a) and (b), the discharging capacitance tends to decrease as the cycle increases. From this, it can be seen that the supercapacitor manufactured according to the above test example operates at 2.3 volt operating voltage as well as at 2.7 volt operating voltage. It can be seen that it exhibits the same discharge capacitance characteristics as the capacitor according to.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation by a person of ordinary skill in the art within the scope of the technical idea of this invention is carried out. This is possible.
10: 작업전극 20: 양극
30: 제1 리드선 40: 제2 리드선
50: 제1 분리막 60: 제2 분리막
70: 접착 테이프 75: 권취소자
80: 실링 고무 90: 금속캡
95: 리튬 호일10: working electrode 20: anode
30: first lead wire 40: second lead wire
50: first separator 60: second separator
70: adhesive tape 75: winding element
80: sealing rubber 90: metal cap
95: lithium foil
Claims (10)
충전 또는 방전 동작에 따라 양이온의 삽입 또는 탈리가 가능한 물질을 포함하는 양극에 제2 리드선을 연결하는 단계;
단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 상기 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 상기 활성탄을 포함하는 음극을 순차적으로 적층하고 코일링하여 롤 형태의 권취소자를 형성하는 단계;
리튬 호일이 바닥, 측면 또는 바닥과 측면에 부착된 금속캡에 상기 권취소자를 삽착시키는 단계; 및
상기 권취소자와 상기 리튬 호일이 함침되게 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 상기 금속캡 내에 주입하는 단계를 포함하며,
상기 금속캡에 -0.1V∼0.6V의 전압을 인가하는 단계;
상기 리튬 호일 및 상기 리튬염으로부터 나온 리튬이 상기 활성탄의 표면 및 내부에 도핑되어 전착되는 단계; 및
상기 활성탄에 형성된 기공들의 단차를 따라 표면과 내부가 리튬으로 도핑되게 하여, 충전 또는 방전 동작에 따라 상기 활성탄의 표면과 내부 모두에서 리튬의 삽입 또는 탈리가 이루어지게 하는 단계를 더 포함하는 슈퍼커패시터 셀의 제조방법.
Preparing a negative electrode including activated carbon and connecting a first lead wire to the negative electrode;
Connecting a second lead to an anode including a material capable of inserting or desorbing cations according to a charging or discharging operation;
A first separator for preventing a short circuit, the cathode, a second separator for preventing a short circuit between the anode and the cathode, and a cathode including the activated carbon are sequentially stacked and coiled to form a roll-shaped winding device. Making;
Inserting the winding element into a bottom, side or metal cap attached to the bottom and side; And
Injecting an electrolyte solution in which lithium salt is dissolved so that the winding device and the lithium foil are impregnated into the metal cap,
Applying a voltage of −0.1 V to 0.6 V to the metal cap;
Doping and depositing lithium from the lithium foil and the lithium salt on the surface and the inside of the activated carbon; And
Supercapacitor cell further comprising the step of allowing the surface and the inside to be doped with lithium along the step of the pores formed in the activated carbon, the insertion or desorption of lithium on both the surface and the inside of the activated carbon in accordance with the charging or discharging operation Manufacturing method.
The method of claim 7, wherein the positive electrode uses lithium foil, and lithium from the lithium foil used as the positive electrode reaches the surface of the activated carbon through the electrolyte and is doped on the surface of the activated carbon as voltage is applied to the metal cap. Method for producing a supercapacitor cell, characterized in that.
활성탄, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 활성탄 혼합물을 제조하고, 상기 활성탄 혼합물을 금속 호일에 양면 코팅하거나 상기 활성탄 혼합물을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 금속 호일에 붙여서 제조하는 단계를 포함하며, 상기 활성탄 혼합물은 활성탄 100중량부와, 활성탄 100중량부에 대하여 도전재 2∼20중량부, 바인더 2∼10중량부 함유되게 첨가하고, 상기 분산매는 활성탄 100중량부에 대하여 200중량부 보다 크고 300중량부 보다 작은 함량으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터 셀의 제조방법.The method of claim 7, wherein the production of the negative electrode,
Preparing an activated carbon mixture by mixing activated carbon, a conductive material, a binder, and a dispersion medium, and manufacturing the activated carbon mixture by double-coating the activated carbon mixture on a metal foil or by pushing the activated carbon mixture with a roller to form a sheet and attaching the metal foil to the metal foil. The activated carbon mixture is added so as to contain 100 parts by weight of activated carbon, 2 to 20 parts by weight of a conductive material and 2 to 10 parts by weight of a binder based on 100 parts by weight of activated carbon, and the dispersion medium is greater than 200 parts by weight and 300 parts by weight based on 100 parts by weight of activated carbon. Method for producing a supercapacitor cell, characterized in that added in less than a portion.
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