KR101635763B1 - Composite for ultracapacitor electrode, manufacturing method of ultracapacitor electrode using the composite, and ultracapacitor manufactured by the method - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전극활물질, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 도전재 0.1∼20중량부, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 바인더 1∼20중량부, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 분산매 100∼300중량부를 포함하며, 상기 바인더는 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 전극용 조성물, 이를 이용한 울트라커패시터 전극의 제조방법 및 상기 제조방법을 이용하여 제조된 울트라커패시터에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 내구성, 전극밀도 및 전극의 유연성을 높일 수 있으며, 커패시턴스 감소율이 낮아 고용량 특성을 발현할 수 있다.The present invention relates to an electrode active material, 0.1 to 20 parts by weight of a conductive material per 100 parts by weight of the electrode active material, 1 to 20 parts by weight of a binder with respect to 100 parts by weight of the electrode active material, Wherein the binder comprises SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)) and polyvinyl butyral, and a method for manufacturing the ultracapacitor electrode and a method for manufacturing the same To an ultra-capacitor. According to the present invention, the durability, the electrode density, and the flexibility of the electrode can be increased, and the capacitance reduction ratio is low, so that the high capacity characteristics can be exhibited.
Description
본 발명은 울트라커패시터 전극용 조성물, 이를 이용한 울트라커패시터 전극의 제조방법 및 상기 제조방법을 이용하여 제조된 울트라커패시터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내구성, 전극밀도 및 전극의 유연성을 높일 수 있으며, 커패시턴스 감소율이 낮아 고용량 특성을 발현할 수 있는 울트라커패시터 전극용 조성물, 이를 이용한 울트라커패시터 전극의 제조방법 및 상기 제조방법을 이용하여 제조된 울트라커패시터에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for an ultracapacitor electrode, a method for manufacturing an ultracapacitor electrode using the same, and an ultracapacitor manufactured using the method. More particularly, the present invention relates to an ultracapacitor, The present invention relates to a composition for an ultracapacitor electrode capable of exhibiting a high capacity characteristic due to a low rate of reduction, a method for manufacturing an ultracapacitor electrode using the composition, and an ultracapacitor manufactured using the method.
일반적으로 울트라커패시터(Ultracapacitor)는 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC) 또는 슈퍼커패시터(Supercapacitor)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 울트라커패시터는 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.In general, an ultracapacitor is also referred to as an electric double layer capacitor (EDLC) or a supercapacitor, which is formed by a pair of electrodes and a conductor, each having a different sign at the interface between the electrode and the conductor, (Electric double layer) of the charge / discharge operation is used, and the deterioration due to the repetition of the charging / discharging operation is very small, so that the device is not required to be repaired. Accordingly, ultracapacitors are mainly used for IC (integrated circuit) backup of various electric and electronic devices. Recently, they have been widely used for toys, solar energy storage, HEV (hybrid electric vehicle) have.
이와 같은 울트라커패시터는 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 an ultracapacitor generally includes two electrodes of a positive electrode and a negative electrode impregnated with an electrolytic solution, a separator of a porous material interposed between the two electrodes to allow only ion conduction and to prevent insulation and short circuit, A gasket for preventing leakage of electricity and preventing insulation and short-circuit, and a metal cap as a conductor for packaging them. Then, one or more unit cells (normally 2 to 6 in the case of a coin type) are stacked in series and the two terminals of the positive and negative electrodes are combined.
최근에는 내구성 및 전극밀도가 높고 커패시턴스 감소율이 낮은 고용량 울트라커패시터의 필요성이 대두되고 있으며, 내구성 및 전극밀도가 높고 커패시턴스 감소율이 낮은 고용량 울트라커패시터를 구현하기 위한 방안에 대한 연구가 요구되고 있다. In recent years, there is a need for a high capacity ultracapacitor having high durability, high electrode density and low capacitance reduction rate, and studies are being conducted to realize a high capacity ultra capacitor having high durability, high electrode density and low capacitance reduction rate.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내구성, 전극밀도 및 전극의 유연성을 높일 수 있으며, 커패시턴스 감소율이 낮아 고용량 특성을 발현할 수 있는 울트라커패시터 전극용 조성물, 이를 이용한 울트라커패시터 전극의 제조방법 및 상기 제조방법을 이용하여 제조된 울트라커패시터를 제공함에 있다. The present invention provides a composition for an ultracapacitor electrode capable of enhancing durability, electrode density and flexibility of an electrode, exhibiting a high capacity characteristic due to a low rate of capacitance reduction, a method of manufacturing an ultracapacitor electrode using the composition, And an ultracapacitor manufactured using the same.
본 발명은, 전극활물질, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 도전재 0.1∼20중량부, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 바인더 1∼20중량부, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 분산매 100∼300중량부를 포함하며, 상기 바인더는 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 전극용 조성물을 제공한다. The present invention relates to an electrode active material, 0.1 to 20 parts by weight of a conductive material per 100 parts by weight of the electrode active material, 1 to 20 parts by weight of a binder with respect to 100 parts by weight of the electrode active material, Wherein the binder comprises a sulfonated poly (etheretherketone) (SPEEK) and a polyvinyl butyral. The present invention also provides a composition for an ultracapacitor electrode.
상기 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)은 1:0.1∼10의 중량비로 혼합되어 상기 바인더를 이루는 것이 바람직하다.The above SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)) and polyvinyl butyral are preferably mixed in a weight ratio of 1: 0.1 to 10 to form the binder.
상기 전극활물질은 다공성 활성탄 분말을 포함할 수 있고, 상기 다공성 활성탄 분말의 비표면적이 500∼3,000 ㎡/g 범위이고, 상기 다공성 활성탄 분말의 입경은 0.9∼20 ㎛ 범위인 것이 바람직하다.The electrode active material may include a porous activated carbon powder, the specific surface area of the porous activated carbon powder ranges from 500 to 3,000 m 2 / g, and the particle size of the porous activated carbon powder ranges from 0.9 to 20 μm.
상기 분산매는 에탄올을 포함할 수 있다.The dispersion medium may contain ethanol.
또한, 본 발명은, 전극활물질, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 도전재 0.1∼20중량부, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 바인더 1∼20중량부 및 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 분산매 100∼300중량부를 혼합하여 울트라커패시터 전극용 조성물을 제조하는 단계와, 상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 금속 호일이나 집전체에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 금속 호일이나 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하는 단계 및 전극 형태로 형성된 결과물을 건조하여 울트라커패시터 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 바인더는 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 전극의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention relates to an electrode active material, 0.1 to 20 parts by weight of a conductive material with respect to 100 parts by weight of the electrode active material, 1 to 20 parts by weight of a binder with respect to 100 parts by weight of the electrode active material, To 300 parts by weight of an ultracapacitor electrode to form a composition for an ultracapacitor electrode; forming the electrode composition by pressing the composition for the ultracapacitor electrode; or coating the composition for the ultracapacitor electrode on a metal foil or a current collector to form an electrode Forming an ultracapacitor electrode by forming an electrode in the form of an electrode by pressing the composition for the ultracapacitor electrode into a sheet state and attaching it to a metal foil or current collector; The binder may be selected from the group consisting of sulfonated poly (etheretherketone) (SPEEK) and polyvinyl butyral The present invention also provides a method of manufacturing an ultracapacitor electrode.
상기 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)은 1:0.1∼10의 중량비로 혼합되어 상기 바인더를 이루는 것이 바람직하다.The above SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)) and polyvinyl butyral are preferably mixed in a weight ratio of 1: 0.1 to 10 to form the binder.
상기 전극활물질은 다공성 활성탄 분말을 포함할 수 있고, 상기 다공성 활성탄 분말의 비표면적이 500∼3,000 ㎡/g 범위이고, 상기 다공성 활성탄 분말의 입경은 0.9∼20 ㎛ 범위인 것이 바람직하다. The electrode active material may include a porous activated carbon powder, the specific surface area of the porous activated carbon powder ranges from 500 to 3,000 m 2 / g, and the particle size of the porous activated carbon powder ranges from 0.9 to 20 μm.
상기 분산매는 에탄올을 포함할 수 있다. The dispersion medium may contain ethanol.
또한, 본 발명은, 상기 방법으로 제조된 울트라커패시터 전극으로 이루어진 양극과, 상기 방법으로 제조된 울트라커패시터 전극으로 이루어진 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 배치되고 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막과, 상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극이 내부에 배치되고 전해액이 주입된 금속 캡과, 상기 금속 캡을 밀봉하기 위한 가스켓을 포함하는 울트라커패시터를 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a thin film transistor comprising an anode comprising an ultracapacitor electrode manufactured by the above method, a cathode comprising an ultra capacitor electrode manufactured by the above method, and a cathode disposed between the anode and the cathode, And a gasket for sealing the metal cap, the metal cap having the anode, the separator, and the cathode disposed therein and having an electrolyte injected thereinto, and a gasket for sealing the metal cap.
또한, 본 발명은, 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 상기 방법으로 제조된 울트라커패시터 전극으로 이루어진 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 상기 방법으로 제조된 울트라커패시터 전극으로 이루어진 음극이, 순차적으로 적층되어 코일링된 롤 형태를 이루는 권취소자와, 상기 음극에 연결된 제1 리드선과, 상기 양극에 연결된 제2 리드선과, 상기 권취소자를 수용하는 금속캡 및 상기 금속 캡을 밀봉하기 위한 실링 고무를 포함하며, 상기 권취소자는 리튬염이 용해되어 있는 전해액에 함침되어 있는 울트라커패시터를 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a thin film transistor comprising a first separator for preventing a short circuit, an anode comprising an ultra-capacitor electrode manufactured by the above method, a second separator for preventing a short circuit between the anode and the cathode, A first lead connected to the negative electrode, a second lead connected to the positive electrode, a metal cap accommodating the negative revolver, and a second lead connected to the negative electrode, wherein the negative electrode comprises a capacitor electrode, And a sealing rubber for sealing the metal cap, wherein the winding revolvers are impregnated with an electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved.
본 발명의 울트라커패시터 전극용 조성물에 의하면, SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral; PVB)를 바인더로 사용함으로써 내구성, 전극밀도 및 전극의 유연성을 높일 수 있으며, 커패시턴스 감소율이 낮아 고용량 특성을 발현할 수 있다. 또한, 상기 바인더를 사용하게 되면 기공을 막지 않아 전해액의 함침성이 향상되며, 고전압 및 고온에서의 신뢰성이 높아질 수 있으며, 내전압 특성이 향상되며, 전기적 특성과 내열성이 우수한 울트라커패시터 전극을 제조할 수 있다.According to the composition for an ultracapacitor electrode of the present invention, durability, electrode density and flexibility of an electrode can be improved by using sulfonated poly (etheretherketone) (SPEEK) and polyvinyl butyral (PVB) as a binder, Can exhibit high-capacity characteristics. Further, when the binder is used, an ultracapacitor electrode having improved impregnability of an electrolyte solution, high reliability at high voltage and high temperature, improved withstand voltage characteristics, and excellent electrical characteristics and heat resistance can be manufactured have.
도 1은 일 예에 따른 코인형 울트라커패시터의 단면도를 보인 것이다.
도 2 내지 도 5는 일 예에 따른 권취형 울트라커패시터를 보여주는 도면이다.
도 6은 실험예 1 내지 실험예 4에 따라 제조된 코인셀의 커패시턴스 감소율을 보여주는 그래프이다.1 is a cross-sectional view of a coin type ultracapacitor according to an example.
FIGS. 2 to 5 are views showing a winding type ultracapacitor according to an example.
6 is a graph showing a capacitance reduction ratio of a coin cell manufactured according to Experimental Examples 1 to 4. FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 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, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
본 발명의 발명자들은 내구성, 전극밀도 및 전극의 유연성을 높일 수 있으며, 커패시턴스 감소율이 낮아 고용량 특성을 발현할 수 있는 울트라커패시터 전극용 조성물을 연구하였다. 특히, 기공을 막지 않아 전해액의 함침성이 향상되며, 고전압 및 고온에서의 신뢰성이 높아질 수 있으며, 내전압 특성이 향상되며, 전기적 특성과 내열성이 우수한 울트라커패시터 전극을 제조할 수 있는 바인더에 대하여 연구하였다. The inventors of the present invention have studied a composition for an ultracapacitor electrode which can increase durability, electrode density and flexibility of an electrode, and exhibit a high capacity characteristic due to a low capacitance reduction ratio. Particularly, a binder capable of producing an ultracapacitor electrode having improved impregnability of an electrolyte solution, improved reliability at high voltage and high temperature, improved withstand voltage characteristics, and excellent electrical characteristics and heat resistance was studied .
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라커패시터 전극용 조성물은, 전극활물질, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 도전재 0.1∼20중량부, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 바인더 1∼20중량부, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 분산매 100∼300중량부를 포함하며, 상기 바인더는 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)을 포함하는 것을 특징으로 한다. The composition for an ultracapacitor electrode according to a preferred embodiment of the present invention comprises an electrode active material, 0.1 to 20 parts by weight of a conductive material per 100 parts by weight of the electrode active material, 1 to 20 parts by weight of a binder with respect to 100 parts by weight of the electrode active material, And 100 to 300 parts by weight of a dispersion medium based on 100 parts by weight of the electrode active material, wherein the binder comprises sulfonated poly (etheretherketone) (SPEEK) and polyvinyl butyral.
상기 전극활물질은 다공성 활성탄 분말을 포함할 수 있고, 상기 다공성 활성탄 분말의 비표면적이 500∼3,000 ㎡/g 범위이고, 상기 다공성 활성탄 분말의 입경은 0.9∼20 ㎛ 범위인 것이 바람직하다.The electrode active material may include a porous activated carbon powder, the specific surface area of the porous activated carbon powder ranges from 500 to 3,000 m 2 / g, and the particle size of the porous activated carbon powder ranges from 0.9 to 20 μm.
상기 바인더는 상기 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)은 1:0.1∼10의 중량비로 혼합되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 바인더를 사용하게 되면 내구성, 전극밀도 및 전극의 유연성을 높일 수 있으며, 커패시턴스 감소율이 낮아 고용량 특성을 발현할 수 있다. 또한, 상기 바인더를 사용하게 되면 기공을 막지 않아 전해액의 함침성이 향상되며, 고전압 및 고온에서의 신뢰성이 높아질 수 있으며, 내전압 특성이 향상되며, 전기적 특성과 내열성이 우수한 울트라커패시터 전극을 제조할 수 있다.It is preferable that the binder is a mixture of SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)) and polyvinyl butyral in a weight ratio of 1: 0.1 to 10. When such a binder is used, durability, electrode density and flexibility of the electrode can be increased, and the capacitance reduction ratio is low, so that high capacity characteristics can be exhibited. Further, when the binder is used, an ultracapacitor electrode having improved impregnability of an electrolyte solution, high reliability at high voltage and high temperature, improved withstand voltage characteristics, and excellent electrical characteristics and heat resistance can be manufactured have.
상기 분산매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone; NMP), 프로필렌글리콜(PG) 등의 유기 용매 또는 물 등을 포함할 수 있으나, 상기 바인더의 분산성 등을 고려하여 에탄올을 포함하는 것이 바람직하다. The dispersion medium may include an organic solvent such as ethanol (EtOH), acetone, isopropyl alcohol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), propylene glycol However, it is preferable to include ethanol in consideration of the dispersibility of the binder.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라커패시터 전극의 제조방법은, 전극활물질, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 도전재 0.1∼20중량부, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 바인더 1∼20중량부 및 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 분산매 100∼300중량부를 혼합하여 울트라커패시터 전극용 조성물을 제조하는 단계와, 상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 금속 호일이나 집전체에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 금속 호일이나 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하는 단계 및 전극 형태로 형성된 결과물을 건조하여 울트라커패시터 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 바인더는 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)을 포함하는 것을 특징으로 한다. The method for manufacturing an ultracapacitor electrode according to a preferred embodiment of the present invention comprises: preparing an electrode active material, 0.1 to 20 parts by weight of a conductive material, 100 parts by weight of the electrode active material, 1 to 20 parts by weight of a binder, Preparing a composition for an ultracapacitor electrode by mixing 100 to 300 parts by weight of a dispersion medium with respect to 100 parts by weight of the electrode active material; forming an electrode form of the composition for the ultracapacitor electrode by pressing the composition for the ultracapacitor electrode; Forming an electrode in the form of an electrode by coating a foil or a current collector on the electrode or shaping the ultracapacitor electrode composition into a sheet state by pushing the composition for the ultracapacitor electrode with a metal foil or a current collector to form an electrode; Forming a capacitor electrode, wherein the binder is selected from the group consisting of SPEEK ed polyether etherketone) and polyvinyl butyral (polyvinyl butyral).
상기 전극활물질은 다공성 활성탄 분말을 포함할 수 있고, 상기 다공성 활성탄 분말의 비표면적이 500∼3,000 ㎡/g 범위이고, 상기 다공성 활성탄 분말의 입경은 0.9∼20 ㎛ 범위인 것이 바람직하다.The electrode active material may include a porous activated carbon powder, the specific surface area of the porous activated carbon powder ranges from 500 to 3,000 m 2 / g, and the particle size of the porous activated carbon powder ranges from 0.9 to 20 μm.
상기 바인더는 상기 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)은 1:0.1∼10의 중량비로 혼합되어 있는 것이 바람직하다. It is preferable that the binder is a mixture of SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)) and polyvinyl butyral in a weight ratio of 1: 0.1 to 10.
상기 분산매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone; NMP), 프로필렌글리콜(PG) 등의 유기 용매 또는 물 등을 포함할 수 있으나, 상기 바인더의 분산성 등을 고려하여 에탄올을 포함하는 것이 바람직하다. The dispersion medium may include an organic solvent such as ethanol (EtOH), acetone, isopropyl alcohol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), propylene glycol However, it is preferable to include ethanol in consideration of the dispersibility of the binder.
이하에서, 상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 이용하여 울트라커패시터 전극을 제조하는 방법을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an ultracapacitor electrode using the composition for an ultracapacitor electrode will be described in more detail.
전극활물질, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 울트라커패시터 전극용 조성물을 제조한다. An electrode active material, a conductive material, a binder and a dispersion medium are mixed to prepare a composition for an ultracapacitor electrode.
상기 울트라커패시터 전극용 조성물은 전극활물질, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 도전재 0.1∼20중량부, 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 바인더 1∼20중량부 및 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 분산매 100∼300중량부를 포함할 수 있다. The composition for the ultracapacitor electrode comprises 0.1 to 20 parts by weight of a conductive material, 100 to 20 parts by weight of a binder, 100 to 20 parts by weight of a binder, 100 parts by weight of the electrode active material, 100 to 300 parts by weight.
상기 전극활물질은 다공성 활성탄 분말을 포함할 수 있고, 상기 다공성 활성탄 분말의 비표면적이 500∼3,000 ㎡/g 범위이고, 상기 다공성 활성탄 분말의 입경은 0.9∼20 ㎛ 범위인 것이 바람직하다. 상기 다공성 활성탄 분말에 형성된 기공들은 전해질 이온이 유입되거나 배출되는 통로를 제공하는 역할을 한다. The electrode active material may include a porous activated carbon powder, the specific surface area of the porous activated carbon powder ranges from 500 to 3,000 m 2 / g, and the particle size of the porous activated carbon powder ranges from 0.9 to 20 μm. The pores formed in the porous activated carbon powder serve to provide a passage through which the electrolyte ions are introduced or discharged.
상기 도전재는 화학 변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 슈퍼-피(Super-P) 블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등이 가능하다. 상기 도전재는 상기 울트라커패시터 전극용 조성물에 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 0.1∼20중량부 함유되는 것이 바람직하다.The conductive material is not particularly limited as long as it is an electron conductive material which does not cause a chemical change. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, Super-P black, carbon fiber, , Metal powder such as aluminum and silver, or metal fiber. The conductive material is preferably contained in the composition for the ultracapacitor electrode in an amount of 0.1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material.
상기 바인더는 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)을 포함할 수 있다. 이러한 바인더를 사용하게 되면 내구성, 전극밀도 및 전극의 유연성을 높일 수 있으며, 커패시턴스 감소율이 낮아 고용량 특성을 발현할 수 있다. 또한, 상기 바인더를 사용하게 되면 기공을 막지 않아 전해액의 함침성이 향상되며, 고전압 및 고온에서의 신뢰성이 높아질 수 있으며, 내전압 특성이 향상되며, 전기적 특성과 내열성이 우수한 울트라커패시터 전극을 제조할 수 있다. 상기 바인더는 상기 울트라커패시터 전극용 조성물에 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 1∼20중량부 함유되는 것이 바람직하다. The binder may include sulfonated poly (etheretherketone) (SPEEK) and polyvinyl butyral. When such a binder is used, durability, electrode density and flexibility of the electrode can be increased, and the capacitance reduction ratio is low, so that high capacity characteristics can be exhibited. Further, when the binder is used, an ultracapacitor electrode having improved impregnability of an electrolyte solution, high reliability at high voltage and high temperature, improved withstand voltage characteristics, and excellent electrical characteristics and heat resistance can be manufactured have. The binder is preferably contained in the composition for the ultracapacitor electrode in an amount of 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material.
상기 분산매는 에탄올(EtOH), 아세톤, 이소프로필알콜, N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone; NMP), 프로필렌글리콜(PG) 등의 유기 용매 또는 물을 사용할 수 있으나, 상기 바인더의 분산성 등을 고려하여 에탄올을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 분산매는 상기 울트라커패시터 전극용 조성물에 상기 전극활물질 100중량부에 대하여 100∼300중량부 함유되는 것이 바람직하다. The dispersion medium may be an organic solvent such as ethanol (EtOH), acetone, isopropyl alcohol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), propylene glycol , The dispersibility of the binder, and the like. The dispersion medium is preferably contained in the composition for the ultracapacitor electrode in an amount of 100 to 300 parts by weight based on 100 parts by weight of the electrode active material.
상기 울트라커패시터 전극용 조성물은 반죽 상이므로 균일한 혼합(완전 분산)이 어려울 수 있는데, 행성 믹서(Planetary mixer)와 같은 고속 믹서기(mixer)를 사용하여 소정 시간(예컨대, 10분∼12시간) 동안 교반시키면 전극 제조에 적합한 울트라커패시터 전극용 조성물을 얻을 수 있다. 행성 믹서(Planetary mixer)와 같은 고속 믹서기는 균일하게 혼합된 울트라커패시터 전극용 조성물의 제조를 가능케 한다.Since the composition for the electrode of the ultracapacitor is in a kneaded state, it may be difficult to uniformly mix (completely disperse). The composition for a predetermined time (for example, 10 minutes to 12 hours) may be mixed with a high- The composition for an ultracapacitor electrode suitable for electrode production can be obtained. A high-speed mixer, such as a planetary mixer, enables the preparation of compositions for uniformly mixed ultracapacitor electrodes.
전극활물질, 도전재, 바인더 분산매를 혼합한 울트라커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 금속 호일이나 집전체에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태로 만들고 금속 호일이나 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하고, 전극 형태로 형성된 결과물을 100℃∼350℃의 온도에서 건조하여 전극을 형성한다.A composition for an ultracapacitor electrode mixed with an electrode active material, a conductive material and a binder dispersion medium may be formed by pressing to form an electrode, or the composition for the ultracapacitor electrode may be coated on a metal foil or a current collector to form an electrode, The composition for the electrode is formed into a sheet by pushing it with a roller and attached to a metal foil or a current collector to form an electrode and the resultant formed in an electrode form is dried at a temperature of 100 ° C to 350 ° C to form an electrode.
전극을 형성하는 예를 보다 구체적으로 설명하면, 울트라커패시터 전극용 조성물을 롤프레스 성형기를 이용하여 압착하여 성형할 수 있다. 롤프레스 성형기는 압연을 통한 전극밀도 향상 및 전극의 두께 제어를 목적으로 하고 있으며, 상단과 하단의 롤과 롤의 두께 및 가열 온도를 제어할 수 있는 컨트롤러와, 전극을 풀어주고 감아줄 수 있는 와인딩부로 구성된다. 롤상태의 전극이 롤프레스를 지나면서 압연공정이 진행되고 이것이 다시 롤상태로 감겨서 전극이 완성된다. 이때, 롤프레스의 가압 압력은 1∼20 ton/㎠로 롤의 온도는 0∼150℃로 하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 프레스 압착 공정을 거친 울트라커패시터 전극용 조성물은 건조 공정을 거친다. 건조 공정은 100℃∼350℃, 바람직하게는 150℃∼300℃의 온도에서 수행된다. 이때, 건조 온도가 100℃ 미만인 경우 분산매의 증발이 어려워 바람직하지 않으며, 350℃를 초과하는 고온 건조 시에는 도전재의 산화가 일어날 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 건조 온도는 100℃ 이상이고, 350℃를 넘지 않는 것이 바람직하다. 그리고 건조 공정은 위와 같은 온도에서 약 10분∼12시간 동안 진행시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 건조 공정은 전극활물질 및 도전재 입자를 결속시켜 전극의 강도를 향상시킨다.More specifically explaining an example of forming the electrode, the composition for an ultracapacitor electrode can be pressed and formed by using a roll press molding machine. The roll press forming machine aims at improving the electrode density through rolling and controlling the thickness of the electrode. The roll press forming machine is provided with a controller capable of controlling the thickness and heating temperature of rolls and rolls at the upper and lower ends, ≪ / RTI > As the electrode in the roll state passes the roll press, the rolling process is carried out and the roll is rolled again to complete the electrode. At this time, the pressing pressure of the roll press is preferably 1 to 20 ton / cm 2, and the roll temperature is preferably 0 to 150 캜. The composition for an ultracapacitor electrode subjected to the press-bonding process as described above is subjected to a drying process. The drying process is carried out at a temperature of 100 ° C to 350 ° C, preferably 150 ° C to 300 ° C. If the drying temperature is less than 100 ° C, evaporation of the dispersion medium is difficult and it is not preferable because oxidation of the conductive material may occur during drying at a high temperature exceeding 350 ° C. Therefore, the drying temperature is preferably 100 占 폚 or more and not exceeding 350 占 폚. The drying process is preferably carried out at the above temperature for about 10 minutes to 12 hours. Such a drying process binds the electrode active material and the conductive material particles to improve the strength of the electrode.
또한, 전극을 형성하는 다른 예를 살펴보면, 상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 티타늄 호일(Ti foil), 알루미늄 호일(Al foil), 알루미늄 에칭 호일(Al etching foil)과 같은 금속 호일(metal foil)이나 집전체에 코팅하거나, 상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태(고무 타입)로 만들고 금속 호일이나 집전체에 붙여서 양극 또는 음극 형상으로 제조할 수도 있다. 상기 알루미늄 에칭 호일이라 함은 알루미늄 호일을 요철 모양으로 에칭한 것을 의미한다. 상기와 같은 공정을 거친 양극 또는 음극 형상에 대하여 건조 공정을 거친다. 건조 공정은 100℃∼350℃, 바람직하게는 150℃∼300℃의 온도에서 수행된다. 이때, 건조 온도가 100℃ 미만인 경우 분산매의 증발이 어려워 바람직하지 않으며, 350℃를 초과하는 고온 건조 시에는 도전재의 산화가 일어날 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 건조 온도는 100℃ 이상이고, 350℃를 넘지 않는 것이 바람직하다. 그리고 건조 공정은 위와 같은 온도에서 약 10분∼6시간 동안 진행시키는 것이 바람직하다. 상기 건조공정을 통해 전극활물질 및 도전재 입자를 결속시켜 전극의 강도를 향상시킨다.In another example of forming the electrode, the composition for the electrode of the ultracapacitor may be a metal foil such as a Ti foil, an Al foil, or an Al etching foil, Alternatively, the composition for the ultracapacitor electrode may be coated in a sheet state (rubber type) by pushing it with a roller and attached to a metal foil or a current collector to form an anode or a cathode. The aluminum etched foil means that the aluminum foil is etched in a concavo-convex shape. The anode or cathode shape after the above-mentioned process is subjected to a drying process. The drying process is carried out at a temperature of 100 ° C to 350 ° C, preferably 150 ° C to 300 ° C. If the drying temperature is less than 100 ° C, evaporation of the dispersion medium is difficult and it is not preferable because oxidation of the conductive material may occur during drying at a high temperature exceeding 350 ° C. Therefore, the drying temperature is preferably 100 占 폚 or more and not exceeding 350 占 폚. The drying process is preferably carried out at the above temperature for about 10 minutes to 6 hours. Through the drying process, the electrode active material and the conductive material particles are bound to improve the strength of the electrode.
상기와 같이 제조된 울트라커패시터 전극은 도 1에 도시된 바와 같은 소형의 코인형 울트라커패시터, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같은 권취형 울트라커패시터 등에 유용하게 적용될 수 있다. The ultracapacitor electrode manufactured as described above can be applied to a small coin type ultracapacitor as shown in Fig. 1, a wound type ultracapacitor as shown in Figs. 2 to 5, and the like.
도 1은 본 발명에 따른 울트라커패시터 전극의 사용 상태도로서, 상기 울트라커패시터 전극이 적용된 코인형 울트라커패시터의 단면도를 보인 것이다. 도 1에서 도면부호 190은 도전체로서의 금속캡이고, 도면부호 160은 양극(120)과 음극(110) 간의 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 분리막(separator)이며, 도면부호 192는 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락방지를 위한 가스켓이다. 이때, 상기 양극(120)과 음극(110)은 금속캡(190)과 접착제에 의해 견고하게 고정된다.FIG. 1 is a sectional view of a coin-type ultracapacitor to which the ultra-capacitor electrode is applied according to an embodiment of the present invention. 1,
상기 코인형 울트라커패시터는, 상술한 울트라커패시터 전극으로 이루어진 양극(120)과, 상술한 울트라커패시터 전극으로 이루어진 음극(110)과, 양극(120)과 음극(110) 사이에 배치되고 양극(120)과 음극(120)의 단락을 방지하기 위한 분리막(seperator)(160)을 금속캡(190) 내에 배치하고, 양극(120)와 음극(110) 사이에 전해질이 용해되어 있는 전해액을 주입한 후, 가스켓(192)으로 밀봉하여 제조할 수 있다. The coin type ultracapacitor includes an
상기 분리막은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 또는 레이온 섬유 등 전지 및 커패시터 분야에서 일반적으로 사용되는 분리막이라면 특별히 제한되지 않는다.The separator may be a battery such as a polyethylene nonwoven fabric, a polypropylene nonwoven fabric, a polyester nonwoven fabric, a polyacrylonitrile porous separator, a poly (vinylidene fluoride) hexafluoropropane copolymer porous separator, a cellulose porous separator, a kraft paper or a rayon fiber, And is not particularly limited as long as it is a membrane commonly used in the field.
한편, 울트라커패시터에 충전되는 전해액은 프로필렌카보네이트(PC; propylene carbonate), 아세토니트릴(AN; acetonitrile) 및 술포란(SL; sulfolane) 중에서 선택된 1종 이상의 용매에 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoborate) 및 TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluoborate) 중에서 선택된 1종 이상의 염이 용해된 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 전해액은 EMIBF4(1-ethyl-3-methyl imidazolium tetrafluoborate) 및 EMITFSI(1-ethyl-3-methyl imidazolium bis(trifluoromethane sulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 이온성 액체를 포함하는 것일 수도 있다. On the other hand, an electrolytic solution filled in the ultracapacitor is propylene carbonate (PC; propylene carbonate), acetonitrile (AN; acetonitrile) and sulfolane (SL; sulfolane) in at least one solvent selected from TEABF 4 (tetraethylammonium tetrafluoborate) and TEMABF 4 ( triethylmethylammonium tetrafluoborate) may be used. Also, the electrolytic solution may include one or more ionic liquids selected from 1-ethyl-3-methyl imidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ) and 1-ethyl-3-methyl imidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide .
도 2 내지 도 5는 다른 예에 따른 울트라커패시터 전극의 사용 상태도로서, 울트라커패시터 전극이 적용된 권취형 울트라커패시터를 보여주는 도면이다. 도 2 내지 도 5를 참조하여 권취형 울트라커패시터를 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다.FIGS. 2 to 5 are views showing the state of use of the ultracapacitor electrode according to another example, and showing a wound ultracapacitor to which an ultracapacitor electrode is applied. A method of manufacturing the wound-type ultracapacitor will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5. FIG.
도 2에 도시된 바와 같이, 상술한 울트라커패시터 전극으로 이루어진 양극(120) 및 음극(110)에 각각 리드선(130, 140)을 부착한다. As shown in FIG. 2, lead
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 분리막(150), 양극(120), 제2 분리막(160) 및 작업전극(음극(110))을 적층하고, 코일링(coling)하여 롤(roll) 형태의 권취소자(175)로 제작한 후, 롤(roll) 주위로 접착 테이프(170) 등으로 감아 롤 형태가 유지될 수 있게 한다. 3, the
상기 양극(120)과 음극(110) 사이에 구비된 제2 분리막(160)은 양극(120)과 음극(110)의 단락을 방지하는 역할을 한다. 제1 및 제2 분리막(150,160)은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 또는 레이온 섬유 등 전지 및 커패시터 분야에서 일반적으로 사용되는 분리막이라면 특별히 제한되지 않는다.The
도 4에 도시된 바와 같이, 롤(roll) 형태의 결과물에 실링 고무(sealing rubber)(180)를 장착하고, 금속캡(예컨대, 알루미늄 케이스(Al Case))(190)에 삽착시킨다. As shown in Fig. 4, a sealing
롤 형태의 권취소자(175)(양극(120)과 음극(110))가 함침되게 전해액을 주입하고, 밀봉한다. 상기 전해액은 프로필렌카보네이트(PC; propylene carbonate), 아세토니트릴(AN; acetonitrile) 및 술포란(SL; sulfolane) 중에서 선택된 1종 이상의 용매에 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoborate) 및 TEMABF4(triethylmethylammonium tetrafluoborate) 중에서 선택된 1종 이상의 염이 용해된 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 전해액은 EMIBF4(1-ethyl-3-methyl imidazolium tetrafluoborate) 및 EMITFSI(1-ethyl-3-methyl imidazolium bis(trifluoromethane sulfonyl)imide) 중에서 선택된 1종 이상의 이온성 액체를 포함하는 것일 수도 있다. The electrolytic solution is injected so that the roll-shaped winding element 175 (the
이와 같이 제작된 권취형 울트라커패시터를 도 5에 개략적으로 나타내었다. The wound-type ultracapacitor fabricated in this manner is schematically shown in Fig.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예를 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, experimental examples according to the present invention will be specifically shown, and the present invention is not limited to the following experimental examples.
<실험예 1><Experimental Example 1>
전극활물질인 다공성 활성탄 분말 100중량부와 도전재인 슈퍼-피(Super-P) 블랙 5중량부를 건식 혼합하였다. 상기 다공성 활성탄 분말은 비표면적이 2300 ㎡/g 이고, 평균 입경은 6 ㎛인 것을 사용하였다.100 parts by weight of the porous activated carbon powder as an electrode active material and 5 parts by weight of Super-P black as a conductive material were dry-mixed. The porous activated carbon powder had a specific surface area of 2300 m < 2 > / g and an average particle diameter of 6 mu m.
분산매인 증류수에 상기 다공성 활성탄 분말 100중량부에 대하여 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 2중량부를 첨가하여 혼합하였다. 2 parts by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) was added to distilled water as a dispersion medium to 100 parts by weight of the porous activated carbon powder and mixed.
다공성 활성탄 분말과 도전재가 함유된 혼합물과 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)와 증류수가 함유된 혼합물을 혼합한 후, 고속 믹서기를 이용하여 2000 rpm의 속도로 20분 동안 교반하여 분산시킨 후, 다공성 활성탄 분말 100중량부에 대하여 스티렌-부타디엔고무(SBR) 6중량부를 첨가하여 2000 rpm의 속도로 20분 동안 교반하여 울트라커패시터 전극용 조성물을 제조하였다. The mixture containing the porous activated carbon powder and the conductive material and the mixture containing carboxymethyl cellulose (CMC) and distilled water were mixed and dispersed by stirring at a speed of 2000 rpm for 20 minutes using a high-speed mixer. The porous activated
상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 알루미늄 집전체에 코팅한 후, 120℃에서 건조하여 용매를 제거하고 압연 롤을 통해 압착하여 전극을 제조하였다. The composition for the ultracapacitor electrode was coated on an aluminum current collector, dried at 120 ° C to remove the solvent, and pressed through a rolling roll to prepare an electrode.
이렇게 제조된 울트라커패시터 전극 시편을 직경 20㎜ 높이 32㎜ 코인셀(코인형 울트라커패시터)에 적용하여 테스트 시간에 따른 커패시턴스 감소율(capacitance decreasing rate)을 측정하여 그 결과를 측정하였다. 코인셀을 제작함에 있어 전해액은 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate; PC) 용매에 1M의 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoborate)가 함유되어 있는 것을 사용하였으며, 분리막은 TF4035(일본 NKK사 제품)을 사용하였다. The fabricated ultra capacitor electrode specimen was applied to a 20 mm high 32 mm coin cell (coin type ultracapacitor) to measure the capacitance decreasing rate with the test time, and the result was measured. In preparing the coin cell, electrolyte containing propylene carbonate (PC) solvent containing 1M of tetraethylammonium tetrafluoborate (TEABF 4 ) was used as the electrolyte and TF 4035 (manufactured by NKK Corporation of Japan) was used as the separator.
고온 신뢰성 테스트 실험 조건은 60℃, 2.7V를 기준으로 1000시간까지 측정하였다.High Temperature Reliability Test The test conditions were measured up to 1000 hours at 60 ℃ and 2.7V.
<실험예 2><Experimental Example 2>
전극활물질인 다공성 활성탄 분말 100중량부와 도전재인 슈퍼-피(Super-P) 블랙 5중량부를 건식 혼합하였다. 상기 다공성 활성탄 분말은 비표면적이 2300 ㎡/g 이고, 평균 입경은 6 ㎛인 것을 사용하였다.100 parts by weight of the porous activated carbon powder as an electrode active material and 5 parts by weight of Super-P black as a conductive material were dry-mixed. The porous activated carbon powder had a specific surface area of 2300 m < 2 > / g and an average particle diameter of 6 mu m.
분산매인 에탄올(ethanol)에 상기 다공성 활성탄 분말 100중량부에 대하여 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral; PVB) 8중량부를 첨가하여 혼합하였다. 8 parts by weight of polyvinyl butyral (PVB) was added to ethanol as a dispersion medium with respect to 100 parts by weight of the porous activated carbon powder, followed by mixing.
다공성 활성탄 분말과 도전재가 함유된 혼합물과 폴리비닐부티랄(PVB)과 에탄올이 함유된 혼합물을 혼합한 후, 고속 믹서기를 이용하여 2000 rpm의 속도로 20분 동안 교반하여 울트라커패시터 전극용 조성물을 제조하였다.The mixture containing the porous activated carbon powder and the conductive material and the mixture containing polyvinyl butyral (PVB) and ethanol was mixed and stirred at a speed of 2000 rpm for 20 minutes using a high-speed mixer to prepare a composition for an ultracapacitor electrode Respectively.
이후의 공정은 상기 실험예 1과 동일하게 진행하여 울트라커패시터 전극 시편을 제조하였고, 제조된 울트라커패시터 전극 시편을 직경 20㎜ 높이 32㎜ 코인셀에 적용하여 테스트 시간에 따른 커패시턴스 감소율 (capatitance decreasing rate)을 측정하였다.The subsequent process was the same as that of Experimental Example 1 to fabricate an ultracapacitor electrode specimen. The manufactured capacitor electrode specimen was applied to a cell having a diameter of 20 mm and a height of 32 mm to measure a capatitance decreasing rate according to the test time. Were measured.
<실험예 3><Experimental Example 3>
전극활물질인 다공성 활성탄 분말 100중량부와 도전재인 슈퍼-피(Super-P) 블랙 5중량부를 건식 혼합하였다. 상기 다공성 활성탄 분말은 비표면적이 2300 ㎡/g 이고, 평균 입경은 6 ㎛인 것을 사용하였다.100 parts by weight of the porous activated carbon powder as an electrode active material and 5 parts by weight of Super-P black as a conductive material were dry-mixed. The porous activated carbon powder had a specific surface area of 2300 m < 2 > / g and an average particle diameter of 6 mu m.
SPEEK(poly(etheretherketone)) 분말(Victrex Ltd.)을 98% 황산(sulphuric acid)에 넣고 녹이고 pH 7이 될 때까지 증류수로 세척한 후에 건조하여 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))를 얻었다. SPEEK (polyether etherketone) powder (Victrex Ltd.) was dissolved in 98% sulfuric acid, washed with distilled water until pH 7, and dried to obtain SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)).
분산매인 에탄올(ethanol)에 상기 다공성 활성탄 분말 100중량부에 대하여 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone)) 8중량부를 첨가하여 혼합하였다. 8 parts by weight of SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)) was added to 100 parts by weight of the porous activated carbon powder in ethanol as a dispersion medium and mixed.
다공성 활성탄 분말과 도전재가 함유된 혼합물과 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 에탄올이 함유된 혼합물을 혼합한 후, 고속 믹서기를 이용하여 2000 rpm의 속도로 20분 동안 교반하여 울트라커패시터 전극용 조성물을 제조하였다.The mixture containing the porous activated carbon powder and the conductive material and the mixture containing SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)) and ethanol was mixed and stirred at a speed of 2000 rpm for 20 minutes using a high-speed mixer to prepare a composition for ultracapacitor electrode .
이후의 공정은 상기 실험예 1과 동일하게 진행하여 울트라커패시터 전극 시편을 제조하였고, 제조된 울트라커패시터 전극 시편을 직경 20㎜ 높이 32㎜ 코인셀에 적용하여 테스트 시간에 따른 커패시턴스 감소율 (capatitance decreasing rate)을 측정하였다.The subsequent process was the same as that of Experimental Example 1 to fabricate an ultracapacitor electrode specimen. The manufactured capacitor electrode specimen was applied to a cell having a diameter of 20 mm and a height of 32 mm to measure a capatitance decreasing rate according to the test time. Were measured.
<실험예 4><Experimental Example 4>
전극활물질인 다공성 활성탄 분말 100중량부와 도전재인 슈퍼-피(Super-P) 블랙 5중량부를 건식 혼합하였다. 상기 다공성 활성탄 분말은 비표면적이 2300 ㎡/g 이고, 평균 입경은 6 ㎛인 것을 사용하였다.100 parts by weight of the porous activated carbon powder as an electrode active material and 5 parts by weight of Super-P black as a conductive material were dry-mixed. The porous activated carbon powder had a specific surface area of 2300 m < 2 > / g and an average particle diameter of 6 mu m.
SPEEK(poly(etheretherketone)) 분말(Victrex Ltd.)을 98% 황산(sulphuric acid)에 넣고 녹이고 pH 7이 될 때까지 증류수로 세척한 후에 건조하여 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))를 얻었다. SPEEK (polyether etherketone) powder (Victrex Ltd.) was dissolved in 98% sulfuric acid, washed with distilled water until pH 7, and dried to obtain SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)).
분산매인 에탄올(ethanol)에 상기 다공성 활성탄 분말 100중량부에 대하여 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))과 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral; PVB) 8량부를 첨가하여 혼합하였다. 이때, SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))과 폴리비닐부티랄(PVB)은 1:1의 중량비로 혼합하였다. 8 parts of SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)) and polyvinyl butyral (PVB) were added to 100 parts by weight of the porous activated carbon powder in ethanol as a dispersion medium. At this time, SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)) and polyvinyl butyral (PVB) were mixed at a weight ratio of 1: 1.
다공성 활성탄 분말과 도전재가 함유된 혼합물과 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone)), 폴리비닐부티랄(PVB) 및 에탄올이 함유된 혼합물을 혼합한 후, 고속 믹서기를 이용하여 2000 rpm의 속도로 20분 동안 교반하여 울트라커패시터 전극용 조성물을 제조하였다.The mixture containing the porous activated carbon powder and the conductive material was mixed with a mixture containing SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)), polyvinyl butyral (PVB) and ethanol, and the mixture was stirred at a speed of 2000 rpm for 20 minutes Followed by stirring to prepare a composition for an ultracapacitor electrode.
이후의 공정은 상기 실험예 1과 동일하게 진행하여 울트라커패시터 전극 시편을 제조하였고, 제조된 울트라커패시터 전극 시편을 직경 20㎜ 높이 32㎜ 코인셀에 적용하여 테스트 시간에 따른 커패시턴스 감소율 (capatitance decreasing rate)을 측정하였다.The subsequent process was the same as that of Experimental Example 1 to fabricate an ultracapacitor electrode specimen. The manufactured capacitor electrode specimen was applied to a cell having a diameter of 20 mm and a height of 32 mm to measure a capatitance decreasing rate according to the test time. Were measured.
[전해액 함침성 실험][Electrolyte Impregnation Test]
울트라커패시터 전극 시편 위에 1㎕의 전해액(프로필렌 카보네이트(propylene carbonate; PC)에 1M TEABF4가 함유된 전해액)을 떨어트린 후 진공 함침을 시킨 후, 표면에서 육안으로 완전히 사라지는 시간을 측정하여 나타내었다.Ultrasonic Capacitor Electrode solution (electrolyte containing 1M TEABF 4 in propylene carbonate (PC)) was dropped on the specimen and vacuum impregnation was performed, and the disappearance time from the surface was visually measured.
표 1에 나타난 바와 같이, 실험예 4에 따라 제조된 울트라커패시터 전극 시편이 가장 낮은 전해액 함침성을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 실험예 4에 따라 제조된 울트라커패시터 전극 시편의 전극 밀도가 가장 높은 것으로 나타났다. As shown in Table 1, the ultracapacitor electrode specimen prepared according to Experimental Example 4 has the lowest electrolyte impregnation property. Also, the electrode density of the ultracapacitor electrode specimen produced according to Experimental Example 4 was the highest.
도 6에 실험예 1 내지 실험예 4에 따라 제조된 코인셀(코인형 울트라커패시터)의 커패시턴스 감소율을 나타내었다. 도 6에서 (a)는 실험예 1에 따라 제조된 코인셀에 대한 것이고, (b)는 실험예 2에 따라 제조된 코인셀에 대한 것이며, (c)는 실험예 3에 따라 제조된 코인셀에 대한 것이고, (d)는 실험예 4에 따라 제조된 코인셀에 대한 것이다.FIG. 6 shows the capacitance reduction ratio of the coin cell (coin type ultracapacitor) manufactured according to Experimental Examples 1 to 4. 6 (a) is for a coin cell manufactured according to Experimental Example 1, (b) is for a coin cell manufactured according to Experimental Example 2, (c) is a coin cell prepared according to Experimental Example 3, (D) is for a coin cell manufactured according to Experimental Example 4, and Fig.
도 6을 참조하면, 바인더로 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)와 스티렌-부타디엔고무(SBR)를 사용한 실험예 1에 비하여 바인더로 폴리비닐부티랄(PVB)을 사용한 실험예 2와 바인더로 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))를 사용한 실험예 3의 경우가 커패시턴스 감소율이 낮은 것으로 나타났으며, 실험예 4에 따라 제조된 코인셀의 커패시턴스 감소율이 가장 작은 것으로 나타났다. 6, Experimental Example 2 using polyvinyl butyral (PVB) as a binder as compared with Experimental Example 1 using carboxymethylcellulose (CMC) and styrene-butadiene rubber (SBR) as binders and SPEEK (etheretherketone)) in the case of Experimental Example 3 showed a low capacitance reduction rate, and the capacitance of the coin cell manufactured in Experimental Example 4 was the lowest.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, This is possible.
110: 음극 120: 양극
130: 제1 리드선 140: 제2 리드선
150: 제1 분리막 160: 제2 분리막
170: 접착 테이프 175: 권취소자
180: 실링 고무 190: 금속캡
192: 가스켓110: cathode 120: anode
130: first lead wire 140: second lead wire
150: first separator 160: second separator
170: Adhesive tape 175: Winding element
180: sealing rubber 190: metal cap
192: Gasket
Claims (10)
상기 전극활물질 100중량부에 대하여 도전재 0.1∼20중량부;
상기 전극활물질 100중량부에 대하여 바인더 1∼20중량부;
상기 전극활물질 100중량부에 대하여 분산매 100∼300중량부를 포함하며,
상기 바인더는 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 전극용 조성물.
Electrode active material;
0.1 to 20 parts by weight of a conductive material with respect to 100 parts by weight of the electrode active material;
1 to 20 parts by weight of a binder with respect to 100 parts by weight of the electrode active material;
And 100 to 300 parts by weight of a dispersion medium based on 100 parts by weight of the electrode active material,
Wherein the binder comprises sulfonated poly (etheretherketone) (SPEEK) and polyvinyl butyral.
The composition according to claim 1, wherein the SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)) and polyvinyl butyral are mixed at a weight ratio of 1: 0.1 to 10 to form the binder.
상기 다공성 활성탄 분말의 비표면적이 500∼3,000 ㎡/g 범위이고,
상기 다공성 활성탄 분말의 입경은 0.9∼20 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 전극용 조성물.
The method according to claim 1, wherein the electrode active material comprises a porous activated carbon powder,
Wherein the specific surface area of the porous activated carbon powder ranges from 500 to 3,000 m < 2 > / g,
Wherein the porous activated carbon powder has a particle diameter in the range of 0.9 to 20 占 퐉.
The composition for an ultracapacitor electrode according to claim 1, wherein the dispersion medium comprises ethanol.
상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 금속 호일이나 집전체에 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 울트라커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 금속 호일이나 집전체에 붙여서 전극 형태로 형성하는 단계; 및
전극 형태로 형성된 결과물을 건조하여 울트라커패시터 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 바인더는 SPEEK(sulfonated poly(etheretherketone))와 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 전극의 제조방법.
0.1 to 20 parts by weight of a conductive material is mixed with 100 parts by weight of the electrode active material and 1 to 20 parts by weight of a binder with respect to 100 parts by weight of the electrode active material and 100 to 300 parts by weight of a dispersion medium with respect to 100 parts by weight of the electrode active material, Preparing a composition for an ultracapacitor electrode;
The composition for the ultracapacitor electrode may be formed by pressing to form an electrode, or the composition for the ultracapacitor electrode may be coated on the metal foil or the current collector to form an electrode, or the composition for the electrode of the ultracapacitor may be rolled into a sheet state Forming an electrode in the form of a metal foil or a current collector; And
And drying the resultant product in the form of an electrode to form an ultracapacitor electrode,
Wherein the binder comprises SPEEK (sulfonated poly (etheretherketone)) and polyvinyl butyral.
The method of claim 5, wherein the sulfonated poly (etheretherketone) and polyvinyl butyral are mixed at a weight ratio of 1: 0.1 to 10 to form the binder.
상기 다공성 활성탄 분말의 비표면적이 500∼3,000 ㎡/g 범위이고,
상기 다공성 활성탄 분말의 입경은 0.9∼20 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 전극의 제조방법.
6. The method of claim 5, wherein the electrode active material comprises a porous activated carbon powder,
Wherein the specific surface area of the porous activated carbon powder ranges from 500 to 3,000 m < 2 > / g,
Wherein the porous activated carbon powder has a particle diameter in the range of 0.9 to 20 占 퐉.
6. The method of claim 5, wherein the dispersion medium comprises ethanol.
제5항에 기재된 방법으로 제조된 울트라커패시터 전극으로 이루어진 음극;
상기 양극과 음극 사이에 배치되고 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막;
상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극이 내부에 배치되고 전해액이 주입된 금속 캡; 및
상기 금속 캡을 밀봉하기 위한 가스켓을 포함하는 울트라커패시터.
A positive electrode comprising an ultracapacitor electrode manufactured by the method according to claim 5;
An anode made of an ultracapacitor electrode manufactured by the method according to claim 5;
A separation membrane disposed between the anode and the cathode and for preventing a short circuit between the anode and the cathode;
A metal cap in which the anode, the separator, and the cathode are disposed and into which an electrolyte is injected; And
And a gasket for sealing the metal cap.
상기 음극에 연결된 제1 리드선;
상기 양극에 연결된 제2 리드선;
상기 권취소자를 수용하는 금속캡; 및
상기 금속 캡을 밀봉하기 위한 실링 고무를 포함하며,
상기 권취소자는 리튬염이 용해되어 있는 전해액에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터.A first separator for preventing a short circuit, an anode made of an ultracapacitor electrode manufactured by the method described in claim 5, a second separator for preventing the short circuit between the anode and the cathode, and a separator A winding element in which a negative electrode made of an ultracapacitor electrode is stacked in order and coiled to form a roll;
A first lead wire connected to the negative electrode;
A second lead wire connected to the positive electrode;
A metal cap for receiving the book revolver; And
And a sealing rubber for sealing the metal cap,
Wherein the winding revolvers are impregnated with an electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved.
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