KR101771000B1 - Manufacturing method of flexible ultracapacitor electrode and ultracapacitor using the ultracapacitor electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 울트라커패시터 전극의 제조방법 및 상기 울트라커패시터 전극을 적용한 울트라커패시터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극활물질인 탄소재와 카본나노물질 이외에 바인더와 도전재가 요구되지 않고, 전극을 형성하기 위한 코팅 방법이나 압연 방법에 비하여 공정이 매우 간단하며, 전극의 밀도를 향상시켜 내구성 향상과 전자 이동경로 손실의 최소화를 통한 비가역 용량의 감소를 구현할 수 있고, 전도도가 향상되고, 기존의 전극에 비해 비축전용량이 향상되며, 유연성을 갖는 울트라커패시터 전극의 제조방법 및 상기 울트라커패시터 전극을 적용한 울트라커패시터에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an ultracapacitor electrode and an ultracapacitor to which the ultracapacitor electrode is applied. More particularly, the present invention relates to an ultracapacitor using the electrode material, The process is very simple compared with the method or the rolling method and the density of the electrode can be improved to improve the durability and the irreversible capacity can be reduced by minimizing the loss of the electron transfer path and the conductivity can be improved, And an ultracapacitor to which the ultra capacitor electrode is applied. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method of manufacturing an ultracapacitor electrode.
일반적으로 울트라커패시터(Ultracapacitor)는 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC), 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 conductors, each having a different sign at the interface between the electrode and the electrolyte, (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 the coin type) are stacked in series and the two terminals of the positive and negative electrodes are combined.
울트라커패시터의 성능은 전극활물질 및 전해질에 의하여 결정되며, 특히 축전용량 등 주요성능은 전극활물질에 의하여 대부분 결정된다. 이러한 전극활물질로는 활성탄이 주로 사용되고 있다. 다공성의 활성탄은 높은 비표면적을 가지므로 이온의 물리적 흡착과 탈착으로 용량을 발현하는 울트라커패시터용 전극 활물질 소재로써 널리 사용되고 있다. The performance of the ultracapacitor is determined by the electrode active material and the electrolyte. In particular, the main performance such as the capacitance is largely determined by the electrode active material. As such an electrode active material, activated carbon is mainly used. Since porous activated carbon has a high specific surface area, it is widely used as an electrode active material for ultracapacitors which exhibits a capacity by physical adsorption and desorption of ions.
그러나, 최근에는 울트라커패시터용 전극 제조 시 가장 어려운 점은 높은 비표면적을 가지는 전극활물질 때문에 체적당 용량을 높이기 어렵다는 문제점에 새로이 직면하게 되었다. 즉, 비표면적이 높은 활성탄을 사용하는 경우 단위 질량당 용량은 높아지나, 높은 비표면적에 의해 전극 밀도가 작아져 단위 체적과 대비하여서는 용량이 떨어진다는 문제점이 새로이 대두되었다.However, recently, the most difficult problem in manufacturing an electrode for an ultracapacitor is newly encountered in that it is difficult to increase the capacity per unit volume due to an electrode active material having a high specific surface area. That is, when activated carbon having a high specific surface area is used, the capacity per unit mass is increased, but the electrode density is reduced due to a high specific surface area, and a problem arises that the capacity is inferior to the unit volume.
종래, 울트라커패시터용 활성탄 전극을 제조함에 있어서는 주로 두 가지 방법이 이용되고 있다.Conventionally, two methods are mainly used in manufacturing an activated carbon electrode for an ultracapacitor.
첫 번째 방법은 전극활물질인 활성탄, 바인더, 도전재, 분산매를 혼합한 슬러리 상태의 활성탄 혼합물을 알루미늄 포일(foil) 상에 코팅한 다음, 건조 후 일정한 크기로 재단 또는 펀칭하여 전극을 제조하는 방법이다(코팅 방법).In the first method, an activated carbon mixture in the form of slurry in which activated carbon, a binder, a conductive material, and a dispersion medium, which are electrode active materials, is mixed is coated on an aluminum foil, followed by drying and punching (Coating method).
두 번째 방법은 전극활물질인 활성탄, 바인더, 도전재, 분산매를 혼합한 페이스트(paste) 상태의 활성탄 혼합물을 두 개의 롤(roll)로 연신 압연시켜 시트 상으로 가공한 다음, 상기 시트를 재단 또는 펀칭하여 전극을 제조하는 방법이다(압연 방법).In the second method, a paste-like activated carbon mixture obtained by mixing activated carbon, a binder, a conductive material, and a dispersion medium, which is an electrode active material, is drawn and rolled by two rolls to form a sheet, and then the sheet is cut or punched To thereby produce an electrode (rolling method).
도 1은 종래 기술에 따른 울트라커패시터용 전극의 제조방법(압연 방법)을 설명하기 위한 공정도로서, 이는 페이스트 상태의 활성탄 혼합물이 연신 압연되어 시트(10) 상으로 가공된 다음, 상기 시트(10)가 펀칭되어 제조된 전극(20)을 도시한 것이다.FIG. 1 is a process diagram for explaining a method for manufacturing an electrode for an ultracapacitor (rolling method) according to the prior art, in which a paste-like activated carbon mixture is drawn and rolled into a
그러나, 위와 같이 제조된 종래의 활성탄 전극(20)은 활성탄이 가지는 다공성과 높은 비표면적으로 인하여 전극을 압연함에 있어 한계점을 보이며, 0.5~0.6g/㎤ 정도의 전극 밀도를 나타내는 것이 일반적이고, 이는 체적당 용량을 제한시키는 큰 요인으로 작용하고 있다. However, the conventional activated
코팅 타입의 전극은 분산제 미 첨가 시 균일한 분산이 어렵고, 구리호일에 코팅시킬 경우 공극이 생겨 전자 이동경로에 손실이 발생하게 되어 큰 비가역적 용량이 발생하고, 이는 수명특성 감소에 영향을 미치게 된다. Coating type electrodes are difficult to uniformly disperse when the dispersant is not added, and when coated on the copper foil, voids are formed to cause loss in the electron transport path, resulting in large irreversible capacity, which affects reduction in lifetime characteristics .
종래의 방법을 이용하여 바인더의 첨가 없이 러버 타입으로 제조하는 경우에는 표면이 거칠고, 매끄럽지 못하며, 밀도가 낮고, 내구성이 약하다는 단점이 존재한다.There is a disadvantage in that when the rubber type is manufactured without adding a binder by using the conventional method, the surface is rough, is not smooth, is low in density, and is poor in durability.
울트라커패시터의 응용 분야의 확대에 따라 보다 높은 비축전용량과 에너지밀도가 요구되고 있어 보다 높은 축전용량을 발현하는 전극을 개발하거나 새로운 제조방법의 개발이 요구되고 있다. As the applications of ultracapacitors are expanded, higher non-storage capacities and energy densities are required, and it is required to develop electrodes that exhibit higher capacitive capacities or to develop new manufacturing methods.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전극활물질인 탄소재와 카본나노물질 이외에 바인더와 도전재가 요구되지 않고, 전극을 형성하기 위한 코팅 방법이나 압연 방법에 비하여 공정이 매우 간단하며, 전극의 밀도를 향상시켜 내구성 향상과 전자 이동경로 손실의 최소화를 통한 비가역 용량의 감소를 구현할 수 있고, 전도도가 향상되고, 기존의 전극에 비해 비축전용량이 향상되며, 유연성을 갖는 울트라커패시터 전극의 제조방법과, 상기 울트라커패시터 전극을 적용한 울트라커패시터를 제공함에 있다. A problem to be solved by the present invention is that a binder and a conductive material are not required in addition to a carbon material and a carbon nanomaterial which are electrode active materials, and the process is very simple compared to a coating method or a rolling method for forming an electrode, There is provided a method of manufacturing an ultracapacitor electrode which can realize reduction in irreversible capacity through improvement in durability and minimization of electron movement path loss, improvement in conductivity, improvement in stock amount compared to conventional electrodes, and flexibility, And an electrode is applied to the electrode.
본 발명은, 카본나노물질과, 상기 카본나노물질 상부에 적층된 탄소재와, 상기 탄소재 상부에 적층된 카본나노물질을 포함하며, 상기 카본나노물질, 상기 탄소재 및 상기 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태로서 상기 탄소재를 중심으로 상하에 카본나노물질이 배치된 샌드위치 형태의 구조를 갖고, 상기 카본나노물질은 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소나노파이버 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 탄소재는 활성탄계 다공성탄소, 소프트카본, 하드카본 및 흑연 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 전극을 제공한다.The present invention provides a carbon nanomaterial comprising a carbon nanomaterial, a carbon material laminated on the carbon nanomaterial, and a carbon nanomaterial deposited on the carbon material, wherein the carbon nanomaterial, the carbon material and the carbon nanomaterial are sequentially A carbon nanomaterial having a sandwich structure in which carbon nanomaterials are arranged above and below the carbon nanofibers, and the carbon nanomaterial includes at least one material selected from graphene, carbon nanotubes, and carbon nanofibers , And the carbon material includes at least one material selected from activated carbon porous carbon, soft carbon, hard carbon, and graphite.
상기 카본나노물질은 100∼700㎡/g 범위의 비표면적을 갖는 것이 바람직하다.The carbon nanomaterial preferably has a specific surface area in the range of 100 to 700 m < 2 > / g.
상기 탄소재의 상하에 배치된 탄소나노물질은 상기 탄소재 100중량부에 대하여 0.5∼15중량부를 이루는 것이 바람직하다.The carbon nanomaterials disposed above and below the carbon material preferably form 0.5 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon material.
또한, 본 발명은, 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소나노파이버 중에서 선택된 1종 이상의 카본나노물질을 분산매에 첨가하여 분산시키는 단계와, 전극활물질로서 활성탄계 다공성탄소, 소프트카본, 하드카본 및 흑연 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 탄소재를 분산매에 첨가하여 분산시키는 단계와, 상기 카본나노물질이 분산된 결과물, 상기 탄소재가 분산된 결과물 및 상기 카본나노물질이 분산된 결과물을 순차적으로 여포가 장착된 진공여과기로 여과시키는 단계와, 상기 여포에 의해 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물이 선택적으로 걸러지게 되고, 걸러진 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물이 상기 여포에 달라붙게 되는 단계와, 걸러진 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물을 상기 여포에서 떼어내고 건조하거나, 걸러진 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물을 건조한 후에 상기 여포에서 떼어내는 단계 및 여포에서 떼어내어 건조되거나 건조 후에 여포에서 떼어낸 결과물을 원하는 크기로 펀칭하는 단계를 포함하며, 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태로서 상기 탄소재를 중심으로 상하에 카본나노물질이 배치된 샌드위치 형태의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 전극의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a carbon nanotube, comprising the steps of adding and dispersing at least one carbon nanomaterial selected from graphene, carbon nanotube, and carbon nanofiber into a dispersion medium, and dispersing the carbon nanotubes in the dispersion medium in the presence of an activated carbon porous carbon, soft carbon, Adding a carbonaceous material containing at least one selected material to a dispersion medium and dispersing the carbonaceous material in a dispersion medium; and dispersing the carbon nanomaterial dispersion product, the carbon material dispersion product, and the carbon nanomaterial dispersion product And a filtration step of selectively filtering the filtrate in which the carbon nanomaterial, the carbon nanomaterial and the carbon nanomaterial are sequentially layered by the follicle, and the filtered carbon nanomaterial, the carbon material and the carbon nanomaterial A step in which the sequentially deposited filter material adheres to the follicle, and a step in which the filtered carbon nanomaterial, carbon And carbon nanomaterials are sequentially removed from the follicles and dried, or the filter material in which the filtered carbon nanomaterials, the carbon materials and the carbon nanomaterials are sequentially laminated is dried and then removed from the follicles And a step of punching the resultant from the follicle after drying or punching out the follicle to a desired size, wherein the carbon nanomaterial, the carbon material, and the carbon nanomaterial are sequentially stacked on the carbon material, The present invention also provides a method of manufacturing an ultracapacitor electrode having a sandwich structure in which carbon nanomaterials are disposed.
상기 카본나노물질은 100∼700㎡/g 범위의 비표면적을 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.The carbon nanomaterial preferably has a specific surface area ranging from 100 to 700 m < 2 > / g.
상기 탄소재의 상하에 배치된 탄소나노물질은 상기 탄소재 100중량부에 대하여 0.5∼15중량부를 이루게 하는 것이 바람직하다.It is preferable that the carbon nanomaterials disposed above and below the carbonaceous material be 0.5 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbonaceous material.
상기 여포는 메쉬(mesh) 형태를 갖고, 메쉬의 구멍 크기는 10nm∼20㎛인 것이 바람직하다. The foliage has a mesh shape, and the mesh size of the mesh is preferably 10 nm to 20 m.
상기 분산은 표면에 붙어있는 불순물을 표면으로부터 떼어내고 응집되어 있는 입자를 미립화하며 균일하게 분산되게 하기 위하여 초음파 처리를 수행할 수 있으며, 주사되는 초음파의 주파수는 20∼40kHz인 것이 바람직하다.The dispersion may be performed by ultrasonic treatment to remove the impurities adhering to the surface from the surface and uniformly disperse the coagulated particles, and the frequency of the ultrasonic waves to be injected is preferably 20 to 40 kHz.
상기 분산매는 증류수, 에탄올, 아세톤, 이소프로필알콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 아세토니트릴, 에틸아세테이트, 폴리카보네이트, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸설폭사이드 및 디메틸포름아미드 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The dispersion medium may be at least one selected from the group consisting of distilled water, ethanol, acetone, isopropyl alcohol, diethylene glycol, propylene glycol, acetonitrile, ethyl acetate, polycarbonate, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylsulfoxide and dimethylformamide Or more.
상기 울트라커패시터의 제조방법은 상기 펀칭하는 단계 전에 여포에서 떼어내어 건조되거나 건조 후에 여포에서 떼어낸 결과물을 프레스로 가압하여 원하는 두께로 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing the ultracapacitor may further include removing the foil from the foil before drying, or drying the foil after the foil is dried, and pressing the resultant from the foil with a press to adjust the foil to a desired thickness.
또한, 본 발명은, 상기 울트라커패시터 전극을 포함하는 양극과, 상기 울트라커패시터 전극을 포함하는 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 것을 특징으로 하는 울트라커패시터를 제공한다.In addition, the present invention provides an electrochemical device comprising: a positive electrode including the ultracapacitor electrode; a negative electrode including the ultracapacitor electrode; a separation membrane disposed between the positive electrode and the negative electrode for preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode; A metal cap having 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 울트라커패시터 전극을 포함하는 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 상기 울트라커패시터 전극을 포함하는 음극이, 순차적으로 적층되어 코일링된 롤 형태를 이루는 권취소자와, 상기 음극에 연결된 제1 리드선과, 상기 양극에 연결된 제2 리드선과, 상기 권취소자를 수용하는 금속캡과, 상기 금속 캡을 밀봉하기 위한 실링 고무를 포함하며, 상기 권취소자는 전해액에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a thin film transistor comprising a first separator for preventing a short circuit, an anode including the ultracapacitor electrode, a second separator for preventing short-circuit between the anode and the cathode, and a cathode including the ultracapacitor electrode, A first lead wire connected to the negative electrode, a second lead wire connected to the positive electrode, a metal cap for accommodating the winding revolver, and a metal cap for sealing the metal cap Wherein the roll revolver is impregnated with an electrolytic solution.
본 발명에 의하면, 전극활물질인 탄소재와 카본나노물질 이외에 바인더와 도전재가 요구되지 않고, 전극을 형성하기 위한 코팅 방법이나 압연 방법에 비하여 공정이 매우 간단하며, 고밀도 전극의 구현을 가능하게 하여 체적당 높은 용량을 갖는 울트라커패시터 전극을 제조할 수 있다. 전극 밀도가 향상되므로 집적화가 가능하고 이를 통하여 체적당 용량도 높일 수 있는 장점이 있다. 코팅을 위한 장치나 압연을 위한 장치가 필요 없고, 진공여과기를 용매를 제거하는 과정에서 러버 타입(rubber type)으로 성형이 이루어짐으로써 별도의 성형 공정이 필요 없고, 제조 비용을 절감할 수 있다. According to the present invention, a binder and a conductive material are not required in addition to carbon materials and carbon nanomaterials, which are electrode active materials, and the process is much simpler than a coating method or a rolling method for forming electrodes, It is possible to manufacture an ultracapacitor electrode having a suitable high capacity. The density of the electrode is improved, so that it is possible to integrate the electrode, thereby increasing the capacity per unit volume. A device for coating or a device for rolling is not necessary and a vacuum type filter is formed into a rubber type in the process of removing the solvent so that a separate molding step is not necessary and manufacturing cost can be reduced.
코팅 타입의 전극은 분산제 미 첨가 시 균일한 분산이 어렵고, 구리호일에 코팅시킬 경우 공극이 생겨 전자 이동경로에 손실이 발생하게 되어 큰 비가역적 용량이 발생하고, 이는 수명특성 감소에 영향을 미치게 되며, 바인더의 첨가 없이 러버 타입으로 제조하는 경우에는 표면이 거칠고, 매끄럽지 못하며, 밀도가 낮고, 내구성이 약하다는 단점이 존재하는데, 본 발명에서는 바인더를 첨가하지 않으면서도 표면이 매끄럽고 내구성이 있으면서 유연성을 갖는 울트라커패시터용 전극을 제조할 수 있으며, 낮은 비표면적의 도전재(예컨대, Super-P)를 대신하여 비표면적이 높고 용량 발현에 용이한 탄소나노튜브(CNT)와 같은 탄소나노물질을 첨가하여 전극을 제조하기 때문에 전도도가 향상되고 기존의 전극에 비해 비축전용량이 향상된 전극을 제조할 수가 있다. Coating type electrodes are difficult to uniformly disperse when a dispersant is not added, and when coated on a copper foil, voids are formed and a loss occurs in the electron transport path, resulting in a large irreversible capacity, which affects a reduction in lifetime characteristics , There is a disadvantage in that the surface is rough, is not smooth, the density is low, and the durability is weak when the rubber type is manufactured without adding a binder. In the present invention, the surface is smooth, durable and flexible (Carbon nanotubes) such as carbon nanotubes (CNTs) having a high specific surface area and easy capacity development can be added instead of a conductive material having a low specific surface area (for example, Super-P) It is possible to manufacture an electrode having improved conductivity and improved specific capacity compared to conventional electrodes The.
본 발명에 의하면, 초음파와 진공여과기를 이용하여 유연성을 갖는 필름(film) 타입의 울트라커패시터 전극을 제조하여 전자의 이동경로 손실의 최소화와 비가역 용량의 감소를 통해 보다 효율적이고 안정적인 수명 특성을 가지게 할 수 있다. According to the present invention, it is possible to manufacture a film type ultracapacitor electrode having flexibility by using an ultrasonic wave and a vacuum filter to minimize the movement path of electrons and reduce the irreversible capacity, thereby achieving more efficient and stable lifetime characteristics .
도 1은 종래 기술에 따른 울트라커패시터 전극의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 2는 일 예에 따른 코인형 울트라커패시터의 단면도를 보인 것이다.
도 3 내지 도 6은 일 예에 따른 권취형 울트라커패시터를 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8은 실험예에 따라 제조된 울트라커패시터 전극의 광학현미경 사진이다.
도 9 및 도 10은 실험예에 따라 제조된 울트라커패시터 전극의 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진이다.
도 11은 실험예에 따라 제조된 울트라커패시터 전극과 비교예에 따라 제조된 트라커패시터 전극을 사용하여 조립된 전지의 비축전용량을 나타낸 그래프이다.1 is a process diagram for explaining a method of manufacturing an ultracapacitor electrode according to the prior art.
2 is a cross-sectional view of a coin type ultracapacitor according to an example.
3 to 6 are views showing a winding type ultracapacitor according to an example.
7 and 8 are optical microscope photographs of ultracapacitor electrodes manufactured according to Experimental Example.
9 and 10 are scanning electron microscope (SEM) photographs of ultracapacitor electrodes manufactured according to Experimental Example.
FIG. 11 is a graph showing a non-storage capacity of a battery assembled using an ultracapacitor electrode manufactured according to an experimental example and a conventional capacitor electrode manufactured according to a comparative example.
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.
이하에서, 나노라 함은 나노미터(nm) 단위의 크기로서 1∼1,000nm의 크기를 의미하는 것으로 사용하고, 나노파이버(nanofiber)는 1∼1,000nm 크기의 직경을 갖는 섬유(fiber)를 의미하는 것으로 사용하며, 나노물질은 1∼1,000nm 크기의 직경을 갖는 물질을 의미하는 것으로 사용한다. Hereinafter, the term "nano" refers to a size in nanometers (nm), meaning a size of 1 to 1,000 nm, and a nanofiber refers to a fiber having a diameter of 1 to 1,000 nm And the nanomaterial is used as a material having a diameter of 1 to 1,000 nm.
본 발명은 전도도가 향상되고, 기존의 전극에 비해 비축전용량이 향상되며, 유연성을 갖는 울트라커패시터 전극을 제시한다. The present invention provides an ultracapacitor electrode having improved conductivity, enhanced specific storage amount compared to conventional electrodes, and flexibility.
또한, 본 발명은 전극을 형성하기 위한 코팅 방법이나 압연 방법에 비하여 공정이 매우 간단하며, 바인더를 첨가하지 않으면서도 표면이 매끄럽고 내구성이 있으면서 유연성을 갖는 울트라커패시터용 전극을 제조할 수 있으며, 낮은 비표면적의 도전재(예컨대, Super-P)를 대신하여 비표면적이 높고 용량 발현에 용이한 탄소나노튜브(CNT)와 같은 탄소나노물질을 첨가하여 전극을 제조하기 때문에 전도도가 향상되고 기존의 전극에 비해 비축전용량이 향상된 울트라커패시터 전극을 제조하는 방법을 제시한다. In addition, the present invention can produce an electrode for an ultracapacitor having a smooth surface, durability and flexibility without addition of a binder, and an electrode for an ultracapacitor, which is much simpler than a coating method or a rolling method for forming an electrode. In place of the surface-area conductive material (for example, Super-P), a carbon nanomaterial such as carbon nanotube (CNT) having a high specific surface area and easy capacity development is added to produce an electrode. A method of manufacturing an ultracapacitor electrode having an improved specific capacity is proposed.
또한, 본 발명은 상기 울트라커패시터 전극을 적용하여 비축전용량이 향상되고 내구성이 우수한 울트라커패시터를 제시한다. In addition, the present invention proposes an ultracapacitor having an improved capacity and an excellent durability by applying the ultracapacitor electrode.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라커패시터 전극은, 카본나노물질과, 상기 카본나노물질 상부에 적층된 탄소재와, 상기 탄소재 상부에 적층된 카본나노물질을 포함하며, 상기 카본나노물질, 상기 탄소재 및 상기 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태로서 상기 탄소재를 중심으로 상하에 카본나노물질이 배치된 샌드위치 형태의 구조를 갖고, 상기 카본나노물질은 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소나노파이버 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하고, 상기 탄소재는 활성탄계 다공성탄소, 소프트카본, 하드카본 및 흑연 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함한다.An ultra-capacitor electrode according to a preferred embodiment of the present invention includes a carbon nanomaterial, a carbon material laminated on the carbon nanomaterial, and a carbon nanomaterial laminated on the carbon material, wherein the carbon nanomaterial, Wherein the carbon nanomaterial has a structure in which carbon nanomaterials are sequentially stacked on the carbon nanotubes and carbon nanomaterials are arranged on both sides of the carbon nanotubes as a center, and the carbon nanomaterials are graphene, carbon nanotubes, and carbon nanofibers And the carbon material includes at least one material selected from activated carbon porous carbon, soft carbon, hard carbon and graphite.
상기 카본나노물질은 100∼700㎡/g 범위의 비표면적을 갖는 것이 바람직하다.The carbon nanomaterial preferably has a specific surface area in the range of 100 to 700 m < 2 > / g.
상기 탄소재의 상하에 배치된 탄소나노물질은 상기 탄소재 100중량부에 대하여 0.5∼15중량부를 이루는 것이 바람직하다.The carbon nanomaterials disposed above and below the carbon material preferably form 0.5 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon material.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라커패시터 전극의 제조방법은, 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소나노파이버 중에서 선택된 1종 이상의 카본나노물질을 분산매에 첨가하여 분산시키는 단계와, 전극활물질로서 활성탄계 다공성탄소, 소프트카본, 하드카본 및 흑연 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 탄소재를 분산매에 첨가하여 분산시키는 단계와, 상기 카본나노물질이 분산된 결과물, 상기 탄소재가 분산된 결과물 및 상기 카본나노물질이 분산된 결과물을 순차적으로 여포가 장착된 진공여과기로 여과시키는 단계와, 상기 여포에 의해 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물이 선택적으로 걸러지게 되고, 걸러진 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물이 상기 여포에 달라붙게 되는 단계와, 걸러진 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물을 상기 여포에서 떼어내고 건조하거나, 걸러진 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물을 건조한 후에 상기 여포에서 떼어내는 단계 및 여포에서 떼어내어 건조되거나 건조 후에 여포에서 떼어낸 결과물을 원하는 크기로 펀칭하는 단계를 포함하며, 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태로서 상기 탄소재를 중심으로 상하에 카본나노물질이 배치된 샌드위치 형태의 구조를 갖는다.The method of manufacturing an ultra capacitor electrode according to a preferred embodiment of the present invention includes the steps of adding and dispersing at least one kind of carbon nanomaterial selected from graphene, carbon nanotube and carbon nanofiber into a dispersion medium, A method for producing a carbon nanomaterial, comprising the steps of: adding and dispersing a carbon material containing at least one material selected from carbon, soft carbon, hard carbon and graphite to a dispersion medium; and dispersing the carbon nanomaterial dispersion product, A step of sequentially filtering the dispersed resultant with a vacuum filter fitted with a filter cloth, and a step of selectively filtering the filter material in which the carbon nanomaterial, the carbon material and the carbon nanomaterial are sequentially laminated by the filter cloth, A filtrate in which carbon nanomaterials, carbon nanomaterials, and carbon nanomaterials are sequentially laminated is applied to the upper A step of peeling the filter material in the form of a layer of the carbon nanomaterials, the carbon materials and the carbon nanomaterials sequentially filtered, and drying the filtered or dried carbon nanomaterials, the carbon materials and the carbon nanomaterials sequentially Removing the filter material from the filter cloth after drying the filter material, and removing the filter material from the filter cloth and punching the resultant from the filter cloth after drying or drying the filter material to a desired size. The carbon nanomaterial, the carbon material and the carbon nanomaterial Like structure in which carbon nanomaterials are arranged above and below the carbon material as a sequentially stacked form.
상기 카본나노물질은 100∼700㎡/g 범위의 비표면적을 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다.The carbon nanomaterial preferably has a specific surface area ranging from 100 to 700 m < 2 > / g.
상기 탄소재의 상하에 배치된 탄소나노물질은 상기 탄소재 100중량부에 대하여 0.5∼15중량부를 이루게 하는 것이 바람직하다.It is preferable that the carbon nanomaterials disposed above and below the carbonaceous material be 0.5 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbonaceous material.
상기 여포는 메쉬(mesh) 형태를 갖고, 메쉬의 구멍 크기는 10nm∼20㎛인 것이 바람직하다. The foliage has a mesh shape, and the mesh size of the mesh is preferably 10 nm to 20 m.
상기 분산은 표면에 붙어있는 불순물을 표면으로부터 떼어내고 응집되어 있는 입자를 미립화하며 균일하게 분산되게 하기 위하여 초음파 처리를 수행할 수 있으며, 주사되는 초음파의 주파수는 20∼40kHz인 것이 바람직하다.The dispersion may be performed by ultrasonic treatment to remove the impurities adhering to the surface from the surface and uniformly disperse the coagulated particles, and the frequency of the ultrasonic waves to be injected is preferably 20 to 40 kHz.
상기 분산매는 증류수, 에탄올, 아세톤, 이소프로필알콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 아세토니트릴, 에틸아세테이트, 폴리카보네이트, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸설폭사이드 및 디메틸포름아미드 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The dispersion medium may be at least one selected from the group consisting of distilled water, ethanol, acetone, isopropyl alcohol, diethylene glycol, propylene glycol, acetonitrile, ethyl acetate, polycarbonate, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylsulfoxide and dimethylformamide Or more.
상기 울트라커패시터의 제조방법은 상기 펀칭하는 단계 전에 여포에서 떼어내어 건조되거나 건조 후에 여포에서 떼어낸 결과물을 프레스로 가압하여 원하는 두께로 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing the ultracapacitor may further include removing the foil from the foil before drying, or drying the foil after the foil is dried, and pressing the resultant from the foil with a press to adjust the foil to a desired thickness.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 울트라커패시터는, 상기 울트라커패시터 전극을 포함하는 양극과, 상기 울트라커패시터 전극을 포함하는 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 것을 특징으로 하는 울트라커패시터를 제공한다.An ultracapacitor according to a preferred embodiment of the present invention includes an anode including the ultracapacitor electrode, a cathode including the ultracapacitor electrode, and a cathode disposed between the anode and the cathode and preventing the anode and the cathode from short- 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.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 울트라커패시터는, 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 상기 울트라커패시터 전극을 포함하는 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 상기 울트라커패시터 전극을 포함하는 음극이, 순차적으로 적층되어 코일링된 롤 형태를 이루는 권취소자와, 상기 음극에 연결된 제1 리드선과, 상기 양극에 연결된 제2 리드선과, 상기 권취소자를 수용하는 금속캡과, 상기 금속 캡을 밀봉하기 위한 실링 고무를 포함하며, 상기 권취소자는 전해액에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an ultracapacitor comprising: a first separator for preventing a short circuit; an anode including the ultracapacitor electrode; 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 includes a capacitor electrode, And a sealing rubber for sealing the metal cap, wherein the roll revolver is impregnated with an electrolytic solution.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라커패시터 전극, 그 제조방법 및 상기 울트라커패시터 전극을 적용한 울트라커패시터를 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, an ultracapacitor electrode according to a preferred embodiment of the present invention, a method of manufacturing the same, and an ultracapacitor using the ultracapacitor electrode will be described in more detail.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라커패시터 전극은, 카본나노물질과, 상기 카본나노물질 상부에 적층된 탄소재와, 상기 탄소재 상부에 적층된 카본나노물질을 포함하며, 상기 카본나노물질, 상기 탄소재 및 상기 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태로서 상기 탄소재를 중심으로 상하에 카본나노물질이 배치된 샌드위치 형태의 구조를 갖는다. An ultra-capacitor electrode according to a preferred embodiment of the present invention includes a carbon nanomaterial, a carbon material laminated on the carbon nanomaterial, and a carbon nanomaterial laminated on the carbon material, wherein the carbon nanomaterial, A carbon material and a carbon nanomaterial sequentially stacked on the carbon nanomaterial. The carbon nanomaterial is sandwiched between carbon nanomaterials on the carbon material.
상기 카본나노물질은 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소나노파이버 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 상기 카본나노물질은 100∼700㎡/g 범위의 비표면적을 갖는 것이 바람직하다.The carbon nanomaterial may include at least one material selected from graphene, carbon nanotube, and carbon nanofiber. The carbon nanomaterial preferably has a specific surface area in the range of 100 to 700 m < 2 > / g.
상기 탄소재는 활성탄계 다공성탄소, 소프트카본, 하드카본 및 흑연 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.The carbon material may include at least one material selected from activated carbon-based porous carbon, soft carbon, hard carbon, and graphite.
상기 탄소재의 상하에 배치된 탄소나노물질은 상기 탄소재 100중량부에 대하여 0.5∼15중량부를 이루는 것이 바람직하다.The carbon nanomaterials disposed above and below the carbon material preferably form 0.5 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon material.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라커패시터 전극의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an ultracapacitor electrode according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.
본 발명에서는 전극활물질로 활성탄계 다공성탄소, 소프트카본, 하드카본, 흑연, 이들의 혼합물 등의 탄소재를 사용한다. 흑연은 고결정성 탄소재이다. 상기 소프트카본과 상기 하드카본은 저결정성 탄소재이다. 상기 소프트카본은 작은 흑연 결정들이 절서 정연하게 모여 있어서 1,800∼2,000℃의 열처리에 의해 흑연화가 되기 쉬운 탄소재이다. 상기 하드카본은 작은 흑연 결정들이 무질서하게 모여 있어서 더 이상의 흑연화 및 층상구조가 되기 어려운 탄소재이다. In the present invention, carbon materials such as activated carbon porous carbon, soft carbon, hard carbon, graphite, and a mixture thereof are used as an electrode active material. Graphite is a highly crystalline carbon material. The soft carbon and the hard carbon are low crystalline carbon materials. The soft carbon is a carbon material which tends to be graphitized by heat treatment at 1,800 to 2,000 DEG C because small graphite crystals are gathered in a straight line. The hard carbon is a carbon material in which small graphite crystals are disorderly gathered, so that graphite and stratified structure are hardly obtained.
전극활물질로서 활성탄계 다공성탄소, 소프트카본, 하드카본, 흑연, 이들의 혼합물 등을 포함하는 탄소재를 분산매에 첨가하여 분산시킨다. Carbon materials including activated carbon porous carbon, soft carbon, hard carbon, graphite, a mixture thereof, and the like are added to a dispersion medium and dispersed as an electrode active material.
상기 분산매는 증류수, 에탄올(Ethanol), 아세톤(Acetone), 이소프로필알콜(Isopropyl alcohol; IPA), 디에틸렌글리콜(Diethilene glycol; DEG), 프로필렌글리콜(Propylene glycol: PG), 아세토니트릴(Acetonitrile; AN), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone; NMP), 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide; DMSO), 디메틸포름아미드(Dimethylformamide; DMF), 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.The dispersion medium may be selected from the group consisting of distilled water, ethanol, acetone, isopropyl alcohol (IPA), diethyleneglycol (DEG), propylene glycol (PG), acetonitrile ), Ethyl acetate, polycarbonate (PC), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO) Dimethylformamide (DMF), and mixtures thereof.
상기 분산은 초음파 처리를 수행하여 균일한 분산이 이루어지게 하는 것이 바람직하다. 탄소재는 분산제의 사용 없이 고른 분산이 매우 어렵다. 초음파 처리를 하게 되면 탄소재의 균일한 분산을 구현할 수 있다. 상기 초음파 처리는 탄소재 표면에 붙어있는 불순물 등을 표면으로부터 떼어내는 역할을 할 뿐만 아니라 응집되어 있는 입자를 미립화하고, 균일하게 분산되게 하는 역할을 한다. 주사되는 초음파의 주파수는 20 ∼ 40kHz 정도일 수 있으며, 초음파는 10분 ∼ 6시간 정도 인가하는 것이 바람직하다. 일반적으로 초음파라 함은 20kHz 이상의 주파수를 갖는 음파를 말한다.It is preferable that the dispersion is performed by ultrasonic treatment so as to achieve uniform dispersion. Carbon materials are difficult to evenly disperse without the use of dispersants. The ultrasonic treatment can achieve uniform dispersion of the carbon material. The ultrasonic treatment serves not only to remove impurities adhering to the surface of the carbon material from the surface but also to atomize the coagulated particles and uniformly disperse them. The frequency of the ultrasonic wave to be scanned may be about 20 to 40 kHz, and the ultrasonic wave is preferably applied for about 10 minutes to 6 hours. Generally, ultrasound refers to a sound wave having a frequency of 20 kHz or more.
그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소나노파이버 중에서 선택된 1종 이상의 카본나노물질을 분산매에 첨가하여 분산시킨다. At least one carbon nanomaterial selected from graphene, carbon nanotube and carbon nanofiber is added to a dispersion medium and dispersed.
상기 탄소재를 상하에서 둘러싸서 샌드위치 구조를 만들기 위하여 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(carbon nanotube; CNT) 및 탄소나노파이버(carbon nanofiber) 중에서 선택된 1종 이상의 카본나노물질을 사용한다. 이러한 카본나노물질은 비표면적이 100∼700㎡/g 정도인 것이 바람직하다.At least one carbon nanomaterial selected from graphene, carbon nanotube (CNT), and carbon nanofiber is used to sandwich the carbon material from above and below to form a sandwich structure. Such a carbon nanomaterial preferably has a specific surface area of about 100 to 700 m 2 / g.
그래핀(graphene)이란 흑연을 의미하는 흑연(graphite)과 탄소의 이중결합을 가진 분자를 의미하는 접미사 -ene을 결합해서 만든 용어이다. 그래핀을 구성하고 있는 탄소의 최외각 전자 4개 중 3개는 sp2 혼성 오비탈을 형성하여 강한 공유결합인 σ 결합을 이루며 남은 1개의 전자는 주변의 다른 탄소와 π 결합을 형성하면서 육각형의 벌집 모양 2차원 구조체를 이룬다. 단층 그래핀은 0.34 nm 정도의 두께로 매우 얇으며, 기계적 강도, 열적 그리고 전기적 특성이 매우 우수하고, 유연성과 투명성을 가진다는 장점을 가진다.Graphene is a term made by combining graphite, which means graphite, and suffix -ene, which means a molecule having a double bond of carbon. Three out of four outermost electrons constituting graphene form a sp 2 hybrid orbital, forming a strong covalent σ bond, while the remaining one electron forms a π bond with other carbons around it, Shape 2-dimensional structure. The single-layer graphene has a thickness of about 0.34 nm and is very thin and has excellent mechanical strength, thermal and electrical properties, flexibility and transparency.
그래핀의 파괴 응력은 이론적 한계값인 ∼40 N/m 정도이며, 파괴강도는 125 GPa 정도이고, 탄성계수는 강철의 200배 이상인 ∼1.0 TPa 정도이다. 이것은 단단한 탄소 결합이 있고 단층에 결합이 존재할 수 없기 때문이다. 또한, 평면 한 축 방향으로 20% 늘어날 수 있으며 이는 다른 어느 결정보다도 매우 큰 값이다. 또한, 온도가 올라감에 따라 그래핀은 2차원 포논(Phonon)에 의해 계속 수축되며, 매우 유연하면서도 강하게 잡아당길 때 잘 균열되는 특징을 동시에 지니고 있다.The fracture stress of graphene is ~ 40 N / m, the theoretical limit value is about 125 GPa, and the modulus of elasticity is about ~ 1.0 TPa which is more than 200 times of steel. This is because there is a hard carbon bond and there is no bond in the fault. In addition, it can be increased by 20% in a plane axis direction, which is much larger than any other crystal. Also, as temperature rises, graphene continues to shrink by two-dimensional phonons, and at the same time has a very flexible and well-cracked character when pulled strongly.
그래핀은 실온에서 열전도가 약 5,000 W/m·K로 탄소나노튜브 또는 다이아몬드보다 우수한 열전도 특성을 갖고 있다. 이는 탄소나노튜브보다 50 % 이상 높은 값이며 구리, 알루미늄 같은 금속보다 10배 정도 큰 값이다. 이것은 그래핀이 원자진동을 쉽게 전달할 수 있기 때문이다. 이러한 우수한 열 전도성은 전자의 긴 평균 자유 행로에도 영향을 준다. 반면 그래핀이 적층된 흑연(graphite)의 경우 수직 방향에서는 열전도도(약 100배)가 현저하게 낮아지는 단점이 있다.Graphene has a thermal conductivity of about 5,000 W / m · K at room temperature, which is superior to carbon nanotubes or diamond. It is 50% higher than carbon nanotubes and 10 times larger than metals such as copper and aluminum. This is because graphene can easily transmit atomic vibrations. This excellent thermal conductivity also affects the long average free path of electrons. On the other hand, graphite with graphene laminate has a disadvantage in that the thermal conductivity (about 100 times) is significantly lowered in the vertical direction.
상온에서 그래핀의 최대 전자이동도는 200,000 cm2/Vs이다. 이것은 그래핀의 경우 전자가 움직일 때 방해를 주는 산란의 정도가 매우 작기 때문으로 알려지고 있으며, 이로 인하여 긴 평균자유 행로를 가지게 된다. 따라서 저항이 매우 낮은 구리보다도 35 % 이상 저항이 낮은 값을 지닌다. 또한, 그래핀의 경우 10 % 이상 면적을 늘리거나 접어도 전기전도성을 잃지 않는다. The maximum electron mobility of graphene at room temperature is 200,000 cm 2 / Vs. This is known to be due to the very small degree of scattering of electrons in the case of graphene, which leads to a long average free path. Therefore, resistance is lower than 35% of copper with very low resistance. Also, in the case of graphene, electrical conductivity is not lost even if the area is increased or decreased by more than 10%.
그래핀은 맨체스터 대학교의 노보셀로브(Novoselov) 박사와 게인(Geim) 교수가 세계 최초로 스카치테이프(Scotch tape)의 접착력을 이용하여 연필심의 흑연에서 그래핀을 분리하는 방법을 발표하면서 널리 알려지게 되었다. 우선 흑연 플레이크(graphite flake), 일반적인 스카치테이프, 그리고 SiO2 웨이퍼를 준비한다. 준비한 플레이크를 스카치테이프에 올린 후 수 차례 접었다 폈다를 반복한다. 이 과정이 끝난 후 테이프를 SiO2 웨이퍼에 올린 후 플레이크(flake) 자국이 남아 있는 부분을 문질러 준 후 테이프를 제거하면 한 층의 그래핀 부터 다층의 그래핀을 얻을 수 있다.Grapin became widely known as Novoselov and Professor Geim of the University of Manchester announced the world's first method of separating graphene from pencil lead graphite using the adhesion of Scotch tape. First, prepare graphite flakes, conventional scotch tape, and SiO 2 wafers. The prepared flakes are put on a scotch tape and folded several times and repeated. After this process is completed, the tape is placed on a SiO 2 wafer, rubbed off the remaining flake marks, and the tape is removed to obtain a multi-layered graphene from one layer of graphene.
이 방법이 가능한 이유는 그래핀의 원자구조를 살펴보면 알 수 있다. 그래핀은 2차원 평면상으로 3개의 탄소 원자들이 강한 공유결합을 형성하는 반면 수직인 방향으로는 상대적으로 약한 반데르발스 힘으로 연결되어 있어 층간의 마찰계수가 매우 낮아 스카치테이프의 약한 접착력으로도 분리가 가능하게 되는 것이다. 이렇게 박리된 그래핀은 시료 준비가 매우 간단하고 전기적, 구조적으로 우수한 성질을 보여 그래핀의 기초연구를 빠르게 확산시키는데 큰 역할을 했다. 하지만, 그 면적이 마이크로미터 수준에 불과하고 수율이 낮아 다양한 응용을 위한 제조방법으로는 한계가 있다.The reason why this method is possible is to look at the atomic structure of graphene. Graphene has three carbon atoms forming a strong covalent bond on a two-dimensional plane, while a relatively weak van der Waals force in the vertical direction, resulting in very low coefficient of friction between layers, resulting in weak adhesion of the scotch tape It becomes possible to separate it. The exfoliated graphene was very simple to prepare for the sample, and exhibited excellent electrical and structural properties, which played a role in rapidly spreading the basic research of graphene. However, since the area is only a micrometer level and the yield is low, there is a limit to the manufacturing method for various applications.
화학적 박리법은 용매를 기반으로 하여 산화, 환원 반응을 이용한 방법으로 그래핀의 대면적 성장과 대량생산이라는 두 가지 목표에 가장 근접해 있는 방법이다. 산화흑연(graphite oxide)의 제조를 통한 박리를 유도하며, 이후 환원(reduction)을 통하여 산화그래핀(graphene oxide)의 전기적 특성을 향상시키는 방법이다. 흑연(graphite)을 산화시키는 방법은 많은 연구가 있었지만, 그 중 휴머스(Hummers)가 제안한 방법이 가장 많이 사용되고 있다. 이 방법은 그래핀의 대량생산에 용이하며, 다양한 응용이 가능한 그래핀 제조방법이다. The chemical stripping method is a method based on a solvent that uses an oxidation and reduction reaction and is the closest to the two goals of large area growth and mass production of graphene. To induce peeling through the production of graphite oxide and then to improve the electrical characteristics of the graphene oxide through reduction. There have been many studies on the oxidation of graphite, but the method proposed by Hummers is the most used. This method is easy to mass-produce graphene and is a graphene manufacturing method which can be applied to various applications.
상술한 그래핀은 단일층, 이중층 또는 다층 형태로 이루어진 것일 수 있으나, 단일층이나 이중층 그래핀은 그 제조가 어렵고 구입 비용이 비싸기 때문에 다층 형태의 그래핀을 사용하는 것이 바람직하다. The graphenes described above may be of a single layer, a double layer or a multilayer type, but it is preferable to use a multilayer type graphene because single layer or double layer graphene is difficult to manufacture and is expensive to purchase.
탄소나노튜브(carbon nanotube; CNT)는 탄소 원자들로 이루어진 육각형의 네트워크를 둥글게 말은 형태를 갖는다. 이때, 말은 각도에 따라 끝 부분이 지그 재그 모양과 팔걸이 의자 모양을 갖는다. 또한, 둥글게 말리어진 형태는 벽이 하나인 구조인 단일벽(Single Wall) 형태와 다수의 벽을 갖는 다중벽(Multi Wall) 구조를 취하게 되며, 이 외에도 단일벽(Single Wall)이나 다중벽(Multi Wall)이 다발로 되어 있는 형태(Nano tube bundle), 튜브의 내부에 금속이 존재하는 형태(Metal-atom-filled nano tube) 등이 있다. 탄소나노튜브의 직경은 5nm∼1㎛, 더욱 바람직하게는 20nm∼1㎛ 정도인 것이 바람직하다. Carbon nanotubes (CNTs) have a rounded form of hexagonal networks of carbon atoms. At this time, the horses have a shape of a jig jig and an armrest chair according to the angle. In addition, the rounded shape has a single wall structure with a single wall and a multi wall structure with multiple walls. In addition, a single wall or a multiple wall (Nano tube bundle), a metal-atom-filled nano tube, and the like. The diameter of the carbon nanotubes is preferably from 5 nm to 1 占 퐉, and more preferably from 20 nm to 1 占 퐉.
탄소나노파이버(carbon nanofiber)는 섬유 형상을 갖는 것으로, 종횡비(길이/직경)가 10∼1,000 정도인 것이 바람직하다. 탄소나노파이버의 직경은 5nm∼1㎛, 더욱 바람직하게는 20nm∼1㎛ 정도인 것이 바람직하다. The carbon nanofiber has a fiber shape and preferably has an aspect ratio (length / diameter) of about 10 to 1,000. The diameter of the carbon nanofibers is preferably 5 nm to 1 mu m, more preferably 20 nm to 1 mu m or so.
상기 분산매는 증류수, 에탄올(Ethanol), 아세톤(Acetone), 이소프로필알콜(Isopropyl alcohol; IPA), 디에틸렌글리콜(Diethilene glycol; DEG), 프로필렌글리콜(Propylene glycol: PG), 아세토니트릴(Acetonitrile; AN), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone; NMP), 디메틸설폭사이드(Dimethyl sulfoxide; DMSO), 디메틸포름아미드(Dimethylformamide; DMF), 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.The dispersion medium may be selected from the group consisting of distilled water, ethanol, acetone, isopropyl alcohol (IPA), diethyleneglycol (DEG), propylene glycol (PG), acetonitrile ), Ethyl acetate, polycarbonate (PC), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO) Dimethylformamide (DMF), and mixtures thereof.
상기 분산은 초음파 처리를 수행하여 균일한 분산이 이루어지게 하는 것이 바람직하다. 그래핀, 탄소나노튜브 및 탄소나노파이버는 분산제의 사용 없이 고른 분산이 매우 어렵고 고른 분산이 이루어지지 않은 카본나노물질을 사용하게 되면 빈공간이 생겨 전자의 이동경로의 손실이 발생하게 되어 큰 비가역적 용량이 발생하고 이는 수명 특성에 큰 영향을 미치게 된다. 초음파 처리를 하게 되면 카본나노물질의 균일한 분산을 구현할 수 있다. 상기 초음파 처리는 카본나노물질 표면에 붙어있는 불순물 등을 표면으로부터 떼어내는 역할을 할 뿐만 아니라 응집되어 있는 입자를 미립화하고, 균일하게 분산되게 하는 역할을 한다. 상기 초음파 처리에 의해 빈공간이 생기지 않게 되고, 따라서 전자의 이동경로의 손실을 최소화할 수 있으며, 비가역적 용량의 감소를 통해 안정적인 수명 특성을 가지게 할 수 있다. 주사되는 초음파의 주파수는 20 ∼ 40kHz 정도일 수 있으며, 초음파는 10분 ∼ 6시간 정도 인가하는 것이 바람직하다. 일반적으로 초음파라 함은 20kHz 이상의 주파수를 갖는 음파를 말한다.It is preferable that the dispersion is performed by ultrasonic treatment so as to achieve uniform dispersion. Graphene, carbon nanotubes, and carbon nanofibers are very difficult to disperse uniformly without the use of dispersants, and when carbon nanomaterials are not uniformly dispersed, vacancies arise, resulting in loss of electron transport paths, A capacity is generated, which greatly affects the life characteristics. When the ultrasonic treatment is performed, uniform dispersion of the carbon nanomaterial can be realized. The ultrasonic treatment not only removes impurities adhering to the surface of the carbon nanomaterial from the surface but also serves to atomize the aggregated particles and uniformly disperse them. The empty space is not generated by the ultrasonic wave treatment, so that the loss of the movement path of the electrons can be minimized, and the irreversible capacity can be reduced to provide stable lifetime characteristics. The frequency of the ultrasonic wave to be scanned may be about 20 to 40 kHz, and the ultrasonic wave is preferably applied for about 10 minutes to 6 hours. Generally, ultrasound refers to a sound wave having a frequency of 20 kHz or more.
카본나노물질이 탄소재를 상하에서 둘러싸서 샌드위치 구조를 만들기 위하여, 상기 카본나노물질이 분산된 결과물, 상기 탄소재가 분산된 결과물 및 상기 카본나노물질이 분산된 결과물을 순차적으로 여포가 장착된 진공여과기로 여과시킨다. 진공여과기는 여포(濾布)를 감싸고 진공을 배면에 작용시켜 슬러지 중의 수분을 흡입하는 장치이며, 일반적으로 드럼식과 벨트식이 있으며, 드럼식의 대표적인 것은 올리버 필터이고, 벨트식의 대표적인 것은 벨트 필터이다. 상기 진공여과기는 시중에서 판매되고 있는 것을 사용하여도 무방하다. 상기 진공여과기의 진공도는 상압 보다 낮은 10-2∼100torr 정도일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 여포에 의해 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 선택적으로 순차적으로 걸러지게 되고, 걸러진 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층되어 있는 러버 타입(rubber type)의 전극 형태로 상기 여포에 달라붙게 된다. 여과지의 구멍 크기보다 큰 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질은 진공여과기에 의한 여과 시에 여포를 통과하지 못하고 여포에 부착되게 된다. 상기 여포는 메쉬(mesh) 형태를 가지며, 메쉬의 구멍 크기는 카본나노물질과 탄소재의 크기를 고려하여 10nm∼20㎛ 정도인 것이 바람직하다. 상기 탄소재의 상하에 배치된 탄소나노물질은 상기 탄소재 100중량부에 대하여 0.5∼15중량부를 이루게 하는 것이 바람직하다.In order to sandwich the carbon nanomaterials with the carbon nanotubes in the upper and lower portions thereof, the resultant of the carbon nanomaterial dispersion, the carbon nanotubes dispersed product, and the carbon nanomaterial dispersion product are sequentially passed through a vacuum filter Lt; / RTI > A vacuum filter is a device for wrapping a filter cloth and applying vacuum to the back surface to suck moisture in the sludge. Generally, it is a drum type and a belt type. A typical drum type is an Oliver filter. The vacuum filter may be a commercially available vacuum filter. The degree of vacuum of the vacuum filter may be about 10 -2 to 100 torr, which is lower than the atmospheric pressure, but is not limited thereto. A rubber type electrode in which a carbon nanomaterial, a carbon material, and a carbon nanomaterial are selectively and sequentially filtered by the foliage and a filtered carbon nanomaterial, a carbon material, and a carbon nanomaterial are sequentially stacked And stick to the follicle. Carbon nanomaterials, carbon materials, and carbon nanomaterials larger than the pore size of the filter paper can not pass through the follicles during filtration by the vacuum filter, and are attached to the follicles. The follicle has a mesh shape, and the hole size of the mesh is preferably about 10 nm to 20 m in consideration of the size of the carbon nanomaterial and the carbon material. It is preferable that the carbon nanomaterials disposed above and below the carbonaceous material be 0.5 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbonaceous material.
걸러진 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물을 건조한다. 상기 건조는 40∼150℃ 정도의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 건조는 위와 같은 온도에서 약 10분∼48시간 동안 진행시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 건조 공정은 남아있는 분산매를 증발시킴과 동시에 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물을 결속시켜 울트라커패시터 전극의 강도를 향상시킨다.The filter material in which the filtered carbon nanomaterial, the carbon material and the carbon nanomaterial are sequentially laminated is dried. The drying is preferably performed at a temperature of about 40 to 150 ° C. The drying is preferably carried out at the above temperature for about 10 minutes to 48 hours. Such a drying process evaporates the remaining dispersion medium and binds the filtrate in the form of sequentially stacking the carbon nanomaterial, the carbon material and the carbon nanomaterial to improve the strength of the ultracapacitor electrode.
건조된 결과물에서 여포에서 떼어낸다. 상기 여포를 떼어내는 공정은 상기 건조 전에 수행할 수도 있다. 여포가 제조된 결과물을 프레스 장비를 통해 원하는 두께(예컨대, 약 200㎛)로 조절할 수도 있다. The dried product is removed from the follicles. The step of removing the follicles may be performed before the drying. The resulting product of the fibrils may be adjusted to a desired thickness (e.g., about 200 mu m) through the press equipment.
여포에서 떼어내어 건조되거나 건조 후에 여포에서 떼어낸 결과물을 원하는 크기(예컨대, 12mm)로 펀칭하여 울트라커패시터 전극을 형성한다. The resultant is removed from the follicles and dried or dried, and the resultant is removed from the follicles and punched out to a desired size (for example, 12 mm) to form an ultracapacitor electrode.
이렇게 제조된 울트라커패시터 전극은 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태로서 상기 탄소재를 중심으로 상하에 카본나노물질이 배치된 샌드위치 형태의 구조를 갖는다. The ultracapacitor electrode thus fabricated has a sandwich-type structure in which carbon nanomaterials, carbon materials and carbon nanomaterials are sequentially stacked, and carbon nanomaterials are arranged on the carbon material above and below the carbon nanomaterials.
상술한 울트라커패시터 전극의 제조방법은 전극활물질인 탄소재와 카본나노물질 이외에 바인더와 도전재가 요구되지 않고, 전극을 형성하기 위한 코팅 방법이나 압연 방법에 비하여 공정이 매우 간단하며, 전극의 밀도를 향상시켜 내구성 향상과 전자 이동경로 손실의 최소화를 통한 비가역 용량의 감소를 구현할 수 있고, 제조된 전극은 전도도가 향상되고, 기존의 전극에 비해 비축전용량이 향상되며, 유연성을 갖는다.The manufacturing method of the above-mentioned ultracapacitor electrode does not require a binder and a conductive material in addition to a carbon material and a carbon nanomaterial which are electrode active materials, and the process is very simple compared to a coating method or a rolling method for forming an electrode. Thereby improving the durability and reducing the irreversible capacity by minimizing the electron transfer path loss. The prepared electrode has improved conductivity and improved storage capacity and flexibility compared to conventional electrodes.
상기와 같이 제조된 울트라커패시터 전극은 고용량으로서 코인형 울트라커패시터나 권취형 커패시터에 유용하게 적용될 수 있다. 이하에서 일 예에 따른 코인형 울트라커패시터와 권취형 커패시터를 구체적으로 설명한다. The ultracapacitor electrode manufactured as described above can be applied to coin-type ultracapacitors or wound capacitors with high capacity. Hereinafter, a coin-type ultracapacitor and a wound-up capacitor according to an example will be described in detail.
도 2는 본 발명에 따른 울트라커패시터 전극의 사용 상태도로서, 상기 울트라커패시터 전극(10)이 적용된 코인형 울트라커패시터의 단면도를 보인 것이다. 도 2에서 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.2 is a sectional view of a coin type ultracapacitor to which the
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 비수계로서 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, the electrolyte filled in the ultracapacitor is a nonaqueous system in which at least one solvent selected from propylene carbonate (PC), acetonitrile (AN) and sulfolane (TE) is mixed with tetraethylammonium tetrafluoborate (TEABF4) (triethylmethylammonium tetrafluoborate) may be used. The electrolytic solution may contain at least one ionic liquid selected from 1-ethyl-3-methyl imidazolium tetrafluoroborate (EMIBF4) and 1-ethyl-3-methyl imidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide.
도 3 내지 도 6은 다른 예에 따른 울트라커패시터를 보여주는 도면으로서, 도 3 내지 도 6을 참조하여 울트라커패시터를 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다.FIGS. 3 to 6 are views showing an ultracapacitor according to another example, and a method of manufacturing the ultracapacitor will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 6. FIG.
도 3에 도시된 바와 같이, 울트라커패시터 전극으로 이루어진 양극(120) 및 음극(110)에 각각 리드선(130, 140)을 부착한다. As shown in FIG. 3, lead
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 분리막(150), 양극(120), 제2 분리막(160) 및 작업전극(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. 4, 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 5에 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. 5, a sealing
롤 형태의 권취소자(175)(양극(120)과 음극(110))가 함침되게 전해액을 주입하고, 밀봉한다. 상기 전해액은 비수계로서 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 울트라커패시터(100)를 도 6에 개략적으로 나타내었다. The
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><Experimental Example>
전극 제조 시 용매로써 무수에탄올을 100㎖를 사용하며, 용매가 담긴 비커 3개에 각각 탄소나노튜브(CNT) 0.025g, CNT 0.025g, 탄소재 0.95g(1g base)을 첨가한 후, 초음파(ultra sonic)를 약 1시간 동안 수행하였다. 상기 탄소재는 페놀 레진을 사용하였다. 상기 초음파 처리는 출력 300W, 주파수 20kHz인 기기를 사용하였다. 0.025 g of carbon nanotube (CNT), 0.025 g of CNT and 0.95 g of carbon material (1 g base) were added to three beakers containing solvent, respectively, using 100 ml of anhydrous ethanol as a solvent in the preparation of the electrode, ultra sonic) for about 1 hour. The carbon material used was phenol resin. The ultrasonic wave treatment was performed using a device having an output of 300 W and a frequency of 20 kHz.
아래의 표 1에 실험예에서 사용된 탄소나노튜브(CNT)의 특성을 나타내었다.Table 1 below shows the characteristics of the carbon nanotubes (CNTs) used in the experimental examples.
진공여과기로 여과를 수행하였는데, CNT의 분산물→탄소재의 분산물→CNT의 분산물 순서로 진행하였다. 여포에 의해 CNT, 탄소재 및 CNT가 선택적으로 순차적으로 걸러지게 되고, 걸러진 CNT, 탄소재 및 CNT가 순차적으로 적층되어 있는 러버 타입(rubber type)의 전극 형태로 상기 여포에 달라붙게 된다.Filtration was carried out using a vacuum filter. The dispersion was carried out in the order of CNT dispersion → carbon material dispersion → CNT dispersion. The CNTs, carbon materials, and CNTs are selectively and sequentially filtered by the follicles, and then adhered to the follicles in the form of rubber type electrodes in which filtered CNTs, carbon materials, and CNTs are sequentially stacked.
진공여과기를 통해 여과를 시킨 샘플은 80℃ 건조기에서 약 12시간 동안 건조시켰다. The sample, which had been filtered through a vacuum filter, was dried in an 80 ° C dryer for about 12 hours.
건조가 끝나면 여과지(여포)를 제거하였다. 여포를 제거하게 되면, CNT, 탄소재 및 CNT가 순차적으로 적층된 형태로서 상기 탄소재를 중심으로 상하에 CNT가 배치된 샌드위치 형태의 구조를 얻을 수가 있다. After drying, the filter paper (follicle) was removed. When the follicle is removed, a CNT, a carbon material, and a CNT are sequentially laminated, and a sandwich-type structure in which CNTs are arranged above and below the carbon material can be obtained.
여포가 제조된 결과물을 프레스 장비를 통해 200㎛의 두께로 조절하였으며, 직경 12Ø로 펀칭하여 울트라커패시터 전극(양극 및 음극)으로 사용하였다. The result of the production of the follicle was adjusted to a thickness of 200 μm through a press machine and punched to a diameter of 12 Ø to use as an ultracapacitor electrode (anode and cathode).
울트라커패시터 전극을 이용하여 제조된 울트라커패시터는 코인 타입(Coin type (2032))의 셀(Cell)로 풀셀(Full cell) 조립하였다. 이때, 사용한 분리막은 NKK사의 TF4035을 사용하였다. 전해액은 아세토니트릴(acetonitrile) 용매에 1M의 TEABF4가 용해된 것을 사용하였다. Ultracapacitors fabricated using ultra capacitor electrodes were assembled into a full cell with coin type (2032) cells. At this time, TF4035 of NKK was used as the separation membrane used. The electrolytic solution was prepared by dissolving 1 M of TEABF 4 in an acetonitrile solvent.
상기 실험예의 특성을 보다 용이하게 파악할 수 있도록 비교예를 제시한다. 후술하는 비교예는 실험예의 특성과 단순히 비교하기 위하여 제시하는 것으로 본 발명의 선행기술이 아님을 밝혀둔다.A comparative example is presented to more easily grasp the characteristics of the above experimental example. It is to be noted that the comparative examples to be described later are presented merely for comparison with the characteristics of the experimental examples and are not prior art of the present invention.
<비교예><Comparative Example>
실험예에서 사용한 것과 동일한 탄소나노튜브를 준비하였다. The same carbon nanotubes as used in the experimental examples were prepared.
상기 탄소나노튜브, 도전재인 슈퍼-P(Super-P), 바인더 및 분산매를 혼합하고 울트라커패시터 전극 형태로 성형하였다. 이에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다. The carbon nanotubes, Super-P (a conductive material), a binder and a dispersion medium were mixed and formed into an ultracapacitor electrode. This will be described in more detail.
탄소나노튜브 0.95g, 도전재인 슈퍼-P 0.05g, 바인더 0.05g 및 분산매 80㎖를 행성믹서(Planetary mixer)에서 30분 동안 혼합하여 슬러리 상태의 울트라커패시터 전극용 조성물을 제조한 뒤, 손반죽 5 ~ 10회 진행한 후, 롤프레스로 압연 공정을 실시하였다. 이때, 프레스의 가압 압력은 1 ~ 20 ton/㎠로 하였고, 롤의 온도는 0 ~ 150℃로 하였다. 압연된 결과물의 두께는 200 ㎛로 하였다. 상기 바인더는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE)을 사용하였다. 상기 분산매는 에틸알코올 앤하이드로스(Ethyl alcohol, anhydrous 무수에탄올)를 사용하였다.0.95 g of carbon nanotubes, 0.05 g of Super-P as a conductive material, 0.05 g of a binder and 80 ml of a dispersion medium were mixed in a planetary mixer for 30 minutes to prepare a slurry composition for an ultracapacitor electrode, After proceeding ten times, the rolling process was carried out using a roll press. At this time, the pressing pressure of the press was set to 1 to 20 ton / cm 2, and the roll temperature was set to 0 to 150 ° C. The thickness of the rolled product was 200 μm. The binder used was polytetrafluoroethylene (PTFE). Ethyl alcohol and anhydrous anhydrous ethanol were used as the dispersion medium.
압연된 결과물을 150℃의 진공건조대에 넣고, 12시간 동안 건조시켜 울트라커패시터 전극을 얻었다.The rolled product was placed in a vacuum drying table at 150 DEG C and dried for 12 hours to obtain an ultracapacitor electrode.
울트라커패시터 전극을 이용하여 제조된 울트라커패시터는 코인 타입(Coin type (2032))의 셀(Cell)로 풀셀(Full cell) 조립하였다. 이때, 사용한 분리막은 NKK사의 TF4035을 사용하였다. 전해액은 아세토니트릴(acetonitrile) 용매에 1M의 TEABF4가 용해된 것을 사용하였다. Ultracapacitors fabricated using ultra capacitor electrodes were assembled into a full cell with coin type (2032) cells. At this time, TF4035 of NKK was used as the separation membrane used. The electrolytic solution was prepared by dissolving 1 M of TEABF 4 in an acetonitrile solvent.
도 7 및 도 8은 실험예에 따라 제조된 울트라커패시터 전극의 광학현미경 사진이다. 7 and 8 are optical microscope photographs of ultracapacitor electrodes manufactured according to Experimental Example.
도 7 및 도 8을 참조하면, 실험예에 따라 제조된 울트라커패시터 전극은 치밀한 고밀도를 갖고, 유연성을 갖는 것으로 관찰되었다. Referring to FIGS. 7 and 8, it was observed that the ultracapacitor electrode manufactured according to the experimental example has a dense high density and has flexibility.
도 9 및 도 10은 실험예에 따라 제조된 울트라커패시터 전극의 주사전자현미경(scanning electron microscope; SEM) 사진이다. 9 and 10 are scanning electron microscope (SEM) photographs of ultracapacitor electrodes manufactured according to Experimental Example.
도 9 및 도 10을 참조하면, 실험예에 따라 제조된 울트라커패시터 전극은 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태를 갖고, 탄소재를 중심으로 상하에 카본나노물질이 배치된 샌드위치 형태의 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 9 and 10, the ultracapacitor electrode manufactured according to the experimental example has a form in which a carbon nanomaterial, a carbon nanomaterial, and a carbon nanomaterial are sequentially stacked, and carbon nanomaterials are arranged on the upper and lower sides And the structure of the sandwich was confirmed.
실험예에 따라 제조된 울트라커패시터 전극과 비교예에 따라 제조된 울트라커패시터 전극의 특성을 아래의 표 2에 나타내었다.The characteristics of the ultracapacitor electrode manufactured according to the experimental example and the ultracapacitor electrode prepared according to the comparative example are shown in Table 2 below.
실험예에 따라 제조된 울트라커패시터 전극과 비교예에 따라 제조된 울트라커패시터 전극을 사용하여 조립된 전지의 비축전용량을 아래의 표 3과 도 11에 나타내었다. 상기 전지는 전해액으로 1M TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoborate)/아세토니트릴(AN; acetonitrile)을 사용하였고, 셀 타입(Cell type)은 2032 코인셀(coin cell) 이었다.The non-storage capacities of the ultra-capacitor electrodes manufactured according to the experimental examples and the batteries assembled using the ultra-capacitor electrodes prepared according to the comparative example are shown in Table 3 and FIG. 11 below. The cell used was 1M TEABF4 (tetraethylammonium tetrafluoborate) / acetonitrile (AN) as the electrolyte, and the cell type was 2032 coin cells.
(mA/㎠)Current density
(mA / cm 2)
표 3과 도 11을 참조하면, 비교예에 따라 제조된 울트라커패시터 전극을 사용하여 조립된 전지보다는 실험예에 따라 제조된 울트라커패시터 전극을 사용하여 조립된 전지가 더욱 우수한 비축전용량을 갖는 것을 확인할 수 있었다. Referring to Table 3 and FIG. 11, it can be seen that the battery assembled using the ultracapacitor electrode manufactured according to the experimental example has better non-storage capacity than the battery assembled using the ultra-capacitor electrode manufactured according to the comparative example I could.
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 (12)
전극활물질로서 활성탄계 다공성탄소, 소프트카본, 하드카본 및 흑연 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 탄소재를 분산매에 첨가하여 분산시키는 단계;
상기 카본나노물질이 분산된 결과물, 상기 탄소재가 분산된 결과물 및 상기 카본나노물질이 분산된 결과물을 순차적으로 여포가 장착된 진공여과기로 여과시키는 단계;
상기 여포에 의해 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물이 선택적으로 걸러지게 되고, 걸러진 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물이 상기 여포에 달라붙게 되는 단계;
걸러진 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물을 상기 여포에서 떼어내고 건조하거나, 걸러진 카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태의 여과물을 건조한 후에 상기 여포에서 떼어내는 단계; 및
여포에서 떼어내어 건조되거나 건조 후에 여포에서 떼어낸 결과물을 원하는 크기로 펀칭하는 단계를 포함하며,
카본나노물질, 탄소재 및 카본나노물질이 순차적으로 적층된 형태로서 상기 탄소재를 중심으로 상하에 카본나노물질이 배치된 샌드위치 형태의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 전극의 제조방법.
Adding at least one carbon nanomaterial selected from graphene, carbon nanotubes and carbon nanofibers to a dispersion medium and dispersing the dispersion;
Adding a carbonaceous material containing at least one material selected from the group consisting of activated carbon porous carbon, soft carbon, hard carbon and graphite as an electrode active material to a dispersion medium and dispersing it;
Filtering the resultant of the carbon nanomaterial dispersion, the carbon nanotubes dispersed product, and the carbon nanomaterial dispersed product by a vacuum filter equipped with a filter;
A filter material in which a carbon nanomaterial, a carbon material, and a carbon nanomaterial are sequentially layered by the foliage is selectively filtered, and a filtered material in which the filtered carbon nanomaterial, the carbon material, and the carbon nanomaterial are sequentially laminated Sticking to the follicle;
The filter material in which the filtered carbon nanomaterial, the carbon material and the carbon nanomaterial are sequentially laminated is separated from the foliage and dried, or the filtered carbon nanomaterial, the carbon material, and the carbon nanomaterial are sequentially laminated Removing from the follicle after drying; And
Removing from the follicles and punching the resultant from the follicles after drying or drying, to a desired size,
Wherein the carbon nanomaterials, the carbon nanomaterials, and the carbon nanomaterials are sequentially stacked, and the carbon nanomaterials are disposed on and under the carbon nanotubes, respectively.
5. The method of claim 4, wherein the carbon nanomaterial is a material having a specific surface area in the range of 100 to 700 m < 2 > / g.
5. The method of claim 4, wherein the carbon nanomaterials disposed above and below the carbonaceous material comprise 0.5 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the carbonaceous material.
5. The method of claim 4, wherein the follicle has a mesh shape and the mesh has a hole size of 10 nm to 20 m.
주사되는 초음파의 주파수는 20∼40kHz인 것을 특징으로 하는 울트라커패시터 전극의 제조방법.
5. The method according to claim 4, wherein the dispersion is carried out by ultrasonic treatment in order to remove impurities adhering to the surface from the surface, to atomize the aggregated particles and uniformly disperse them,
Wherein the frequency of the ultrasonic wave to be scanned is 20 to 40 kHz.
5. The method of claim 4, wherein the dispersion medium is selected from the group consisting of distilled water, ethanol, acetone, isopropyl alcohol, diethylene glycol, propylene glycol, acetonitrile, ethyl acetate, polycarbonate, N- Formamide. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
5. The method of claim 4, further comprising the step of removing the follicle from the follicle and drying or drying the follicle prior to the punching step.
제4항에 기재된 방법으로 제조된 울트라커패시터 전극을 포함하는 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 것을 특징으로 하는 울트라커패시터.
A positive electrode comprising an ultracapacitor electrode manufactured by the method according to claim 4;
An anode including an ultracapacitor electrode manufactured by the method according to claim 4;
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 전해액에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 울트라커패시터.A first separator for preventing a short circuit, an anode including an ultracapacitor electrode manufactured by the method described in claim 4, and a second separator for preventing a short circuit between the anode and the cathode, and a method according to claim 4 A winding element in which a negative electrode including the ultracapacitor electrode is stacked and formed in a coiled roll shape;
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 roll revolver is impregnated in an electrolytic solution.
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| KR1020160045296A KR101771000B1 (en) | 2016-04-14 | 2016-04-14 | Manufacturing method of flexible ultracapacitor electrode and ultracapacitor using the ultracapacitor electrode |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200065813A (en) * | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 한국생산기술연구원 | Flexible capacitor and manufactruing method thereof |
| KR20210122945A (en) | 2020-04-01 | 2021-10-13 | 중앙대학교 산학협력단 | High Aspect Ratio super capacitor electrode with flexibility and high capacitance and Metal grid for manufacturing the super capacitor electrode |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016509757A (en) * | 2013-02-08 | 2016-03-31 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | Graphene lithium ion capacitor |
-
2016
- 2016-04-14 KR KR1020160045296A patent/KR101771000B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016509757A (en) * | 2013-02-08 | 2016-03-31 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | Graphene lithium ion capacitor |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200065813A (en) * | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 한국생산기술연구원 | Flexible capacitor and manufactruing method thereof |
| KR102144622B1 (en) * | 2018-11-30 | 2020-08-13 | 한국생산기술연구원 | Flexible capacitor and manufactruing method thereof |
| KR20210122945A (en) | 2020-04-01 | 2021-10-13 | 중앙대학교 산학협력단 | High Aspect Ratio super capacitor electrode with flexibility and high capacitance and Metal grid for manufacturing the super capacitor electrode |
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