KR102337542B1 - Electrode mateterial, electrochemical element using the electrode mateterial and method of producing the same - Google Patents

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Abstract

실시예는 전극 재료, 전극 재료를 이용한 전기 화학 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 전극, 상기 제1 전극과 이격하여 배치되는 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판의 적어도 일 면에 배치된 전극합제층을 포함하며, 상기 전극합제층은 전극 재료로 형성되고 상기 전극 재료는 탄소원을 포함하며 상기 탄소원은 복수 개의 탄소 입자를 포함하고 상기 복수 개의 탄소 입자는 특정 수학식으로 표시되는 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소 입자를 포함하도록 함으로써 충진 밀도를 향상시킬 수 있는 전극 재료로 형성된 전극합제층을 포함하여 높은 정전 용량을 확보함에 따라 고 에너지 밀도의 구현이 가능한 전극 재료, 전극 재료를 이용한 전기 화학 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The embodiment relates to an electrode material, an electrochemical device using the electrode material, and a method for manufacturing the same, and more particularly, a first electrode, a second electrode disposed to be spaced apart from the first electrode, and the first electrode and the second electrode a separator disposed between electrodes, wherein the first electrode and the second electrode include a base substrate and an electrode mixture layer disposed on at least one surface of the base substrate, wherein the electrode mixture layer is formed of an electrode material, The electrode material includes a carbon source, and the carbon source includes a plurality of carbon particles, and the plurality of carbon particles includes carbon particles having an Aspect ratio (aspect ratio) of 0.1 or more and 0.5 or less, thereby improving packing density. It relates to an electrode material capable of realizing a high energy density by securing a high electrostatic capacity including an electrode mixture layer formed of an electrode material that can be used, an electrochemical device using the electrode material, and a method for manufacturing the same.

Description

전극 재료, 전극 재료를 이용한 전기 화학 소자 및 이의 제조 방법{ELECTRODE MATETERIAL, ELECTROCHEMICAL ELEMENT USING THE ELECTRODE MATETERIAL AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}Electrode material, electrochemical device using electrode material, and manufacturing method thereof

실시예는 전극 재료, 전극 재료를 이용한 전기 화학 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 단축과 장축의 길이 비가 특정 범위를 갖는 탄소 입자를 전극 재료로 포함함으로써 충진 밀도를 높여 에너지 밀도가 향상된 전극 재료, 전극 재료를 이용한 전기 화학 소자에 관한 것이다.The embodiment relates to an electrode material, an electrochemical device using the electrode material, and a method for manufacturing the same, and in particular, an electrode material with improved energy density by increasing packing density by including carbon particles having a length ratio of a short axis to a long axis in a specific range as an electrode material , to an electrochemical device using an electrode material.

최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. Recently, interest in energy storage technology is increasing.

휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전기 화학 소자의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. Efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more concrete as the field of application is expanded to the energy of mobile phones, camcorders, notebook PCs, and even electric vehicles.

전기 화학 소자는 전기 에너지와 화학 에너지 상호간에 변환이 가능하도록 하는 것으로, 구체적인 예로는 슈퍼 캐패시터(전기 이중층 캐패시터, EDLC), 리튬 이온 2차 전지, 하이브리드 캐패시터 등이 있다. An electrochemical device enables conversion between electrical energy and chemical energy, and specific examples include a super capacitor (electric double layer capacitor, EDLC), a lithium ion secondary battery, a hybrid capacitor, and the like.

전기 화학 소자는 충방전이 가능하고 에너지 밀도가 높다는 측면에서 주목 받고 있는 분야이며, 응용 분야의 확대에 따라 높은 정전 용량과 에너지 밀도가 요구되고 있다.Electrochemical devices are attracting attention in terms of being able to charge and discharge and have high energy density, and high capacitance and energy density are required according to the expansion of application fields.

슈퍼 캐패시터는 전극 및 도전체가 함침된 전해질 용액의 계면에 각각 부호가 상이한 전기이중층이 생성되어 전하를 축적하는 것이다.In the supercapacitor, electric double layers having different signs are generated at the interface of the electrolyte solution impregnated with the electrode and the conductor to accumulate electric charges.

그러나, 슈퍼 캐패시터는 반복된 충방전에도 열화가 작고 이차 전지, 납축 전지 등 다른 에너지 저장 장치에 비하여 충전 속도가 우수하고 출력 밀도가 높아 최근 폭넓게 응용되고 있으나, 상대적으로 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있다.However, supercapacitors have small deterioration even after repeated charging and discharging, have a superior charging speed and high output density compared to other energy storage devices such as secondary batteries and lead-acid batteries. .

정전 용량 또는 작동 전압이 증가할수록 슈퍼 캐패시터의 에너지 밀도가 향상되는바, 슈퍼 캐패시터의 단점을 극복하기 위하여 정전 용량을 증가시키거나 작동 전압을 증가시키는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. As the capacitance or the operating voltage increases, the energy density of the supercapacitor is improved. In order to overcome the disadvantages of the supercapacitor, research on a method of increasing the capacitance or the operating voltage is being actively conducted.

한편, 슈퍼 캐패시터의 성능은 주로 전극 활물질, 전해질에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 전극에의 결함 발생 없이 슈퍼 캐패시터의 에너지 밀도를 높일 수 있는 전극 활물질에 대한 대안이 필요한 실정이다.On the other hand, the performance of the supercapacitor may be mainly determined by the electrode active material and the electrolyte. Therefore, there is a need for an alternative to the electrode active material capable of increasing the energy density of the supercapacitor without the occurrence of defects in the electrode.

실시예는 전극합제층의 충진 밀도를 향상시킬 수 있는 전극 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the embodiment is to provide an electrode material capable of improving the packing density of the electrode mixture layer.

실시예는 상기 전극 재료로 형성된 전극합제층을 포함함으로써 높은 정전 용량을 확보함에 따라 에너지 밀도가 향상된 전기 화학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the embodiment is to provide an electrochemical device having improved energy density by including an electrode mixture layer formed of the electrode material to secure high capacitance.

또한, 실시예는 상기 전극 재료로 형성된 전극합제층을 포함함에 따라 내부 저항이 감소된 전기 화학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the embodiment is to provide an electrochemical device having reduced internal resistance by including an electrode mixture layer formed of the electrode material.

실시예의 전극 재료는 탄소원을 포함하고, 상기 탄소원은 복수 개의 탄소 입자를 포함하며 상기 복수 개의 탄소 입자는 하기 수학식 1로 표시되는 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소 입자를 포함할 수 있다.The electrode material of the embodiment includes a carbon source, the carbon source includes a plurality of carbon particles, and the plurality of carbon particles may include carbon particles having an aspect ratio (aspect ratio) of 0.1 or more and 0.5 or less. .

[수학식 1] [Equation 1]

탄소 입자의 Aspect ratio(종횡비)= (탄소 입자 단축의 길이)/(탄소 입자 장축의 길이)Aspect ratio of carbon particle = (length of short axis of carbon particle)/(length of long axis of carbon particle)

일 실시예에 따르면, 상기 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소 입자는 상기 탄소원 전체 부피에 대하여 50 부피% 이상으로 포함될 수 있다.According to an embodiment, the carbon particles having an aspect ratio of 0.1 or more and 0.5 or less may be included in an amount of 50% by volume or more based on the total volume of the carbon source.

일 실시예에 따르면, 상기 Aspect ratio(종횡비)가 0.5 초과 1.0 이하인 탄소 입자는 상기 탄소원 전체 부피에 대하여 0 부피% 초과 30 부피% 이하로 포함될 수 있다.According to an embodiment, the carbon particles having an aspect ratio of greater than 0.5 and less than or equal to 1.0 may be included in an amount greater than 0% by volume and less than or equal to 30% by volume based on the total volume of the carbon source.

일 실시예에 따르면, 상기 탄소원의 비표면적은 800 m2/g 이상 2000 m2/g 이하일 수 있다.According to an embodiment, the specific surface area of the carbon source may be 800 m 2 /g or more and 2000 m 2 /g or less.

일 실시예에 따르면, 상기 탄소원의 탭 밀도는 0.3 g/cm3 내지 0.65 g/cm3 일 수 있다.According to an embodiment, the tap density of the carbon source is 0.3 g/cm 3 to 0.65 g/cm 3 .

실시예의 전기 화학 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극과 이격하여 배치되는 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판의 적어도 일 면에 배치된 전극합제층을 포함하며, 상기 전극합제층은 전극 재료로 형성되고 상기 전극 재료는 탄소원을 포함하며 상기 탄소원은 복수 개의 탄소 입자를 포함하고 상기 복수 개의 탄소 입자는 하기 수학식 1로 표시되는 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소 입자를 포함할 수 있다.The electrochemical device of the embodiment includes a first electrode, a second electrode disposed to be spaced apart from the first electrode, and a separator disposed between the first electrode and the second electrode, the first electrode and the second electrode a silver base substrate and an electrode mixture layer disposed on at least one surface of the base substrate, wherein the electrode mixture layer is formed of an electrode material, the electrode material includes a carbon source, and the carbon source includes a plurality of carbon particles; The plurality of carbon particles may include carbon particles having an aspect ratio of 0.1 or more and 0.5 or less expressed by Equation 1 below.

[수학식 1] [Equation 1]

탄소 입자의 Aspect ratio(종횡비)= (탄소 입자 단축의 길이)/(탄소 입자 장축의 길이).Aspect ratio of carbon particle = (length of short axis of carbon particle)/(length of long axis of carbon particle).

일 실시예에 따르면, 상기 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소 입자는 상기 탄소원 전체 부피에 대하여 50 부피% 이상으로 포함될 수 있다.According to an embodiment, the carbon particles having an aspect ratio of 0.1 or more and 0.5 or less may be included in an amount of 50% by volume or more based on the total volume of the carbon source.

일 실시예에 따르면, 상기 Aspect ratio(종횡비)가 0.5 초과 1.0 이하인 탄소 입자는 상기 탄소원 전체 부피에 대하여 0 부피% 초과 30 부피% 이하로 포함될 수 있다.According to an embodiment, the carbon particles having an aspect ratio of greater than 0.5 and less than or equal to 1.0 may be included in an amount greater than 0% by volume and less than or equal to 30% by volume based on the total volume of the carbon source.

일 실시예에 따르면, 상기 전극합제층은 제1 전극합제층 및 상기 제1 전극합제층 상부에 배치된 제2 전극합제층을 포함하고, 상기 제1 전극합제층에 존재하는 상기 기공이 갖는 지름의 최빈값(mode)은 상기 제2 전극합제층에 존재하는 상기 기공이 갖는 지름의 최빈값(mode)보다 작을 수 있다.According to an embodiment, the electrode mixture layer includes a first electrode mixture layer and a second electrode mixture layer disposed on the first electrode mixture layer, and a diameter of the pores present in the first electrode mixture layer A mode of may be smaller than a mode of a diameter of the pores present in the second electrode mixture layer.

실시예의 전극 재료는 전극합제층의 충진 밀도를 향상시킬 수 있다.The electrode material of the embodiment may improve the packing density of the electrode mixture layer.

실시예의 전기 화학 소자는 상기 전극 재료로 형성된 전극합제층을 포함함으로써 높은 정전 용량을 확보함에 따라 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.The electrochemical device of the embodiment may include an electrode mixture layer formed of the electrode material, thereby securing high capacitance and improving energy density.

또한, 실시예의 전기 화학 소자는 상기 전극 재료로 형성된 전극합제층을 포함함으로써 내부 저항을 감소시킬 수 있는바, 고 에너지 밀도의 구현이 가능하다.In addition, since the electrochemical device of the embodiment includes an electrode mixture layer formed of the electrode material, internal resistance can be reduced, and high energy density can be realized.

도 1은 일 실시예의 전기 화학 소자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따라 전해질 이온이 탄소원의 기공에 삽입된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이다.
도 4는 열처리 및 활성화 처리에 따른 탄소원의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 탄소원의 종횡비 및 각 종횡비에 해당하는 탄소원의 부피비에 관한 그래프이다.
도 6은 실시예 3에 따른 탄소 입자의 SEM 관측 사진이다.
도 7은 실시예 4에 따른 탄소 입자의 SEM 관측 사진이다.1 is a diagram schematically illustrating an electrochemical device according to an embodiment.
2 is a diagram schematically illustrating that electrolyte ions are inserted into pores of a carbon source according to an embodiment.
3 is a flowchart illustrating a manufacturing process of an electrode material according to an exemplary embodiment.
4 is a diagram schematically illustrating a change in a carbon source according to heat treatment and activation treatment.
5 is a graph relating to the aspect ratio of the carbon source according to Examples 1 to 5 and the volume ratio of the carbon source corresponding to each aspect ratio.
6 is an SEM observation photograph of carbon particles according to Example 3.
7 is an SEM observation photograph of carbon particles according to Example 4.

실시예의 설명에 있어서, 각 층, 막, 전극, 판 또는 기판 등이 각 층, 막, 전극, 판 또는 기판 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. In the description of embodiments, each layer, film, electrode, plate or substrate, etc. is described as being formed “on” or “under” each layer, film, electrode, plate or substrate, etc. In some instances, “on” and “under” include both “directly” or “indirectly” formed through another element.

또한 각 구성요소의 상, 옆 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.In addition, the criteria for the upper, side, or lower of each component will be described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for explanation, and does not mean a size actually applied.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일 실시예의 전기 화학 소자를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 일 실시예에 따라 전해질 이온이 탄소원의 기공에 삽입된 것을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a diagram schematically showing an electrochemical device according to an embodiment, and FIG. 2 is a diagram schematically showing that electrolyte ions are inserted into pores of a carbon source according to an embodiment.

상기 전기 화학 소자(100)는 전기 에너지와 화학 에너지 상호 변환이 가능한 것으로써 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 특별히 제한되지 않는다. 구체적인 예를 들면 상기 전기 화학 소자(100)는 슈퍼 캐패시터, 이차 전지 등 일 수 있다. 이하에서는 상기 전기 화학 소자(100)로 슈퍼 캐패시터를 예로 든 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.The electrochemical device 100 is not particularly limited as long as it is within a range that does not deviate from the object of the present invention as being capable of mutual conversion of electrical energy and chemical energy. As a specific example, the electrochemical device 100 may be a supercapacitor, a secondary battery, or the like. Hereinafter, a supercapacitor as the electrochemical device 100 will be described with reference to FIGS. 1 and 2 .

실시예의 전기 화학 소자(10)는 제1 전극(2), 상기 제1 전극(2)에 이격하여 배치되는 제2 전극(4), 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 사이에 배치되는 분리막(3)을 포함 할 수 있다. The electrochemical device 10 of the embodiment is a first electrode (2), a second electrode (4) disposed to be spaced apart from the first electrode (2), the first electrode (2) and the second electrode (4) It may include a separation membrane 3 disposed therebetween.

상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)의 단자는 조합된 형태일 수 있다.The terminals of the first electrode 2 and the second electrode 4 may be combined.

또한, 상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4)은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판의 적어도 일 면에 배치된 전극합제층(9)을 포함 할 수 있다. In addition, the first electrode 2 and the second electrode 4 may include a base substrate and an electrode mixture layer 9 disposed on at least one surface of the base substrate.

상기 전극합제층(9)은 전극 재료로 형성될 수 있다.The electrode mixture layer 9 may be formed of an electrode material.

보다 상세하게 설명하면, 실시예의 전기 화학 소자(10)는 제1 전극(2), 제2 전극(4) 및 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 사이에 배치되는 분리막(3)을 포함할 수 있다.More specifically, the electrochemical device 10 of the embodiment includes a first electrode 2 , a second electrode 4 , and a separator disposed between the first electrode 2 and the second electrode 4 ( 3) may be included.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2)은 양극일 수 있고, 상기 제2 전극(4)은 음극일 수 있다. 이하에서는 상기 제1 전극(2)이 양극, 상기 제2 전극(4)은 음극인 경우로 실시예의 전기 화학 소자를 전제하고 이에 관해 설명한다.According to an embodiment, the first electrode 2 may be an anode, and the second electrode 4 may be a cathode. Hereinafter, the first electrode 2 is an anode and the second electrode 4 is a cathode, and the electrochemical device of the embodiment is assumed and described.

상기 분리막(3)은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 분리막(3)은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)과 접촉하며 배치될 수 있다. 상기 분리막(3)의 일면 및 타면은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)과 직접 접촉하며 배치될 수 있다.The separator 3 may be disposed between the first electrode 2 and the second electrode 4 . Specifically, the separator 3 may be disposed in contact with the first electrode 2 and the second electrode 4 . One surface and the other surface of the separator 3 may be disposed in direct contact with the first electrode 2 and the second electrode 4 .

상기 제1 전극(2), 제2 전극(4) 및 분리막(3)은 전해액에 함침될 수 있다.The first electrode 2 , the second electrode 4 , and the separator 3 may be impregnated with an electrolyte solution.

일 실시예에 따르면, 상기 전해액은 비수계 전해액일 수 있다. According to one embodiment, the electrolyte may be a non-aqueous electrolyte.

보다 구체적으로, 비수계 전해액이 사용되는 경우 전해질 양이온은 TEA+, TEMA+, Li+, EMIM+, Na+ 등일 수 있고, 전해질 음이온은 BF4 -, PF6 -, TFSI-, FSI- 등일 수 있다. 일 실시예에 따르면, TEA+을 포함한 양이온 및 BF4 - 를 포함한 음이온이 사용되는 것이 바람직할 수 있다.More specifically, when a non-aqueous electrolyte is used, the electrolyte cation may be TEA + , TEMA + , Li + , EMIM + , Na + , and the like, and the electrolyte anion may be BF 4 - , PF 6 - , TFSI - , FSI - etc. have. According to one embodiment, it may be preferable to use a cation including TEA + and an anion including BF 4 − .

또한, 전해액 용매는 유기성 전해액, 보다 구체적으로는 ACN, PC, GBL, DMK 등일 수 있다. In addition, the electrolyte solvent may be an organic electrolyte, more specifically, ACN, PC, GBL, DMK, or the like.

상기 전해액의 농도는 용매와 전해질 이온의 종류마다 상이할 수 있다.The concentration of the electrolyte may be different for each type of solvent and electrolyte ions.

필요에 따라, 상기 전기 화학 소자(10)는 2 이상의 분리막을 포함할 수 있다. If necessary, the electrochemical device 10 may include two or more separators.

일 실시예에 따르면, 상기 전기 화학 소자(10)가 복수의 분리막을 포함하는 경우, 제1 전극(2)과 제2 전극(4) 사이에 배치되는 분리막(3) 이외의 분리막(1)은 상기 제1 전극(2)의 상부에 배치될 수 있다.According to an embodiment, when the electrochemical device 10 includes a plurality of separators, the separator 1 other than the separator 3 disposed between the first electrode 2 and the second electrode 4 is It may be disposed on the first electrode 2 .

상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4)은 탄소원(200)을 포함하는 전극 재료로 형성된 전극합제층(9)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)에는 베이스 기판(8) 및 상기 베이스 기판(8)의 적어도 일 면에 상기 전극 재료가 도포된 전극합제층(9)이 포함될 수 있다.The first electrode 2 and the second electrode 4 may include an electrode mixture layer 9 formed of an electrode material including a carbon source 200 . More specifically, the first electrode 2 and the second electrode 4 include a base substrate 8 and an electrode mixture layer 9 coated with the electrode material on at least one surface of the base substrate 8 . may be included.

상기 베이스 기판(8)은 구체적인 예를 들면 금속 호일(알루미늄 호일) 등 일 수 있다.The base substrate 8 may be, for example, a metal foil (aluminum foil) or the like.

상기 전극합제층(9)은 후술하는 실시예의 전극 재료로 형성될 수 있다.The electrode mixture layer 9 may be formed of an electrode material of an embodiment to be described later.

실시예에 따른 전극합제층(9)은 탄소원(200)을 포함하고, 상기 탄소원(200)은 결정질 구조(21) 및 비정질 구조(11)를 포함하며, 상기 비정질 구조(11)는 복수 개의 기공(12)을 포함할 수 있다.The electrode mixture layer 9 according to the embodiment includes a carbon source 200, the carbon source 200 includes a crystalline structure 21 and an amorphous structure 11, and the amorphous structure 11 has a plurality of pores (12) may be included.

일 실시예에 따르면, 상기 전극합제층(9)은 복수의 서브 전극합제층이 적층된 형태일 수 있고, 각 서브 전극합제층에 존재하는 기공(12)의 지름 및 특정 지름을 갖는 기공(12)의 부피비는 상이할 수 있다. According to an embodiment, the electrode mixture layer 9 may be in a form in which a plurality of sub-electrode mixture layers are stacked, and the diameter of the pores 12 present in each sub-electrode mixture layer and the pores 12 having a specific diameter ) may have different volume ratios.

본 명세서에서 기공(12)의 지름(d)이란 기공(12) 측벽의 어느 한 점을 잡아 대향하는 다른 측벽으로 수직 선을 그었을 때 당해 수직 선의 길이를 의미한다. 만일, 수직 선의 길이가 다양할 경우 그 길이 값의 평균 값을 의미한다.In the present specification, the diameter d of the pores 12 means the length of the vertical line when a vertical line is drawn with the other sidewall opposite to one point of the sidewall of the pore 12 . If the length of the vertical line is varied, it means the average value of the length values.

상기 기공(12)의 지름(d) 및 해당 지름(d)을 갖는 기공(12)의 부피는 BET 측정법에 의해 측정할 수 있으나, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The diameter (d) of the pores (12) and the volume of the pores (12) having the corresponding diameter (d) can be measured by the BET measurement method, but as long as it does not depart from the purpose of the present invention, it is not necessarily limited thereto. .

실시예의 전기 화학 소자에서, 상기 복수 개의 기공(12) 중 일정 지름(d)을 갖는 기공(12)의 부피비는 전극 재료의 제조 공정에서 조절될 수 있다. 보다 구체적으로, 탄소원(200)의 알칼리 활성화 처리 온도, 전극 재료에 포함되는 물질의 종류 또는 각 물질의 비율 등을 조절함으로써 복수 개의 기공(12) 중 일정 지름(d)이 갖는 기공(12)의 부피비가 조절될 수 있다.In the electrochemical device of the embodiment, the volume ratio of the pores 12 having a predetermined diameter d among the plurality of pores 12 may be adjusted in the manufacturing process of the electrode material. More specifically, by adjusting the alkali activation treatment temperature of the carbon source 200, the type of material included in the electrode material, or the ratio of each material, among the plurality of pores 12, the pores 12 having a certain diameter d The volume ratio can be adjusted.

따라서, 동일한 종류의 활성탄을 탄소원(200)으로 하여 제1 전극(2) 및 제2 전극(4)을 형성하는 경우라도 각 전극의 전극 재료 형성 시 특정 조건을 달리 하여 일정 지름(d)이 갖는 기공(12)의 부피를 달리 조절 할 수 있다. 즉, 기공(12)의 지름(d)은 특정한 값으로 정해져 변하지 않는 것이 아니라 탄소원(200)의 종류 및 전극 재료 제조 공정 조건에 따라 일정 범위 내에서 변화할 수 있는 값이다. Therefore, even when the first electrode 2 and the second electrode 4 are formed using the same type of activated carbon as the carbon source 200, a certain diameter d is The volume of the pores 12 can be adjusted differently. That is, the diameter d of the pores 12 is not set to a specific value and does not change, but is a value that can be changed within a certain range according to the type of the carbon source 200 and the electrode material manufacturing process conditions.

베이스 기판을 통하여 전류가 흐르면 전극합제층이 전하를 띄게 되고, 이 때 전극에 걸리는 전하량에 따라 전해질에 존재하는 이온이 비정질 탄소의 기공 또는 인접하는 결정질 탄소 사이에 유입된다. 이 때, 베이스 기판에서 멀어질수록 저항에 의하여 전하량이 작아지는바 상부에 배치된 서브 전극합제층에 큰 지름을 갖는 기공(12)이 다수의 비율로 존재하는 경우 낮은 전하량에도 불구하고 전해질 이온이 기공에 용이하게 유입될 수 있다.When an electric current flows through the base substrate, the electrode mixture layer becomes charged, and ions present in the electrolyte are introduced into the pores of the amorphous carbon or the adjacent crystalline carbon according to the amount of charge applied to the electrode. At this time, as the distance from the base substrate increases, the amount of charge decreases due to resistance. When pores 12 having large diameters are present in a plurality of ratios in the sub-electrode mixture layer disposed on the upper portion, electrolyte ions are generated despite the low amount of charge. It can be easily introduced into the pores.

따라서, 일 실시예에 따르면 전극합제층이 제1 전극합제층 및 상기 제1 전극합제층 상부에 배치된 제2 전극합제층을 포함하고, 상기 제1 전극합제층에 존재하는 상기 기공이 갖는 지름의 최빈값(mode)은 상기 제2 전극합제층에 존재하는 상기 기공이 갖는 지름의 최빈값(mode)보다 작을 수 있다.Therefore, according to an embodiment, the electrode mixture layer includes a first electrode mixture layer and a second electrode mixture layer disposed on the first electrode mixture layer, and the diameter of the pores present in the first electrode mixture layer A mode of may be smaller than a mode of a diameter of the pores present in the second electrode mixture layer.

본 명세서에서 기공(12)이 갖는 지름(d)의 최빈값(mode)이란 상기 기공(12)의 지름(d) 중 가장 많은 경우의 수로 측정되는 지름(d) 값을 의미한다. In the present specification, the mode (mode) of the diameter (d) of the pores (12) means the diameter (d) value measured by the largest number of diameters (d) of the pores (12).

상기 제1 전극합제층(9a) 및 상기 제2 전극합제층(9b)에 존재하는 복수 개의 기공(12)들은 다양한 길이의 지름(d)을 가질 수 있다. 한편, 특정 길이의 지름(d)을 갖는 기공(12)이 제1 전극합제층(9a) 및 제2 전극합제층(9b) 모두에 형성된 경우라면, 제1 전극합제층(9a)은 제2 전극합제층(9b)에 비하여 지름(d)이 큰 기공(12)이 더 많은 비율로 형성되도록 할 수 있다. The plurality of pores 12 present in the first electrode mixture layer 9a and the second electrode mixture layer 9b may have diameters d of various lengths. On the other hand, if the pores 12 having a specific length of diameter d are formed in both the first electrode mixture layer 9a and the second electrode mixture layer 9b, the first electrode mixture layer 9a is the second As compared to the electrode mixture layer 9b, the pores 12 having a larger diameter d may be formed in a larger proportion.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층(9a)에 존재하는 상기 기공(12)이 갖는 지름(d)의 최빈값(mode)은 상기 제2 전극합제층(9b)에 존재하는 상기 기공(12)이 갖는 지름(d)의 최빈값(mode)보다 작을 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 전극합제층(9a)에 상기 제2 전극합제층(9b)보다 더 많은 비율로 지름(d)이 작은 미세 기공(12)들이 형성될 수 있다. 이 경우 상기 베이스 기판(8)으로부터 먼 거리에 배치되어 적은 양의 전하가 부하되는 제2 전극합제층(9b)에 지름(d)이 큰 기공(12)들이 제1 전극합제층(9a)에 비하여 많은 비율로 형성될 수 있어 기공(12)에의 전해질 이온 유입이 보다 유용하다. 따라서, 높은 정전 용량 확보가 가능해지는바 고 에너지 밀도의 전기 화학 소자를 구현할 수 있어 바람직하다.According to one embodiment, the mode (mode) of the diameter (d) of the pores 12 present in the first electrode mixture layer 9a is the pores present in the second electrode mixture layer 9b ( 12) may be smaller than the mode of the diameter d. In other words, the micropores 12 having a smaller diameter d may be formed in the first electrode mixture layer 9a at a higher ratio than the second electrode mixture layer 9b. In this case, pores 12 having a large diameter d are formed in the first electrode mixture layer 9a in the second electrode mixture layer 9b, which is disposed at a far distance from the base substrate 8 and loaded with a small amount of charge. Since it can be formed in a large ratio compared to that, the introduction of electrolyte ions into the pores 12 is more useful. Therefore, it is possible to secure a high electrostatic capacity, so it is preferable to implement an electrochemical device having a high energy density.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2)에 존재하는 상기 복수의 기공이 갖는 지름의 최빈값(mode)이 상기 제2 전극(4)에 존재하는 상기 복수의 기공이 갖는 지름의 최빈값(mode)보다 작을 수 있다. 전해액에 존재하는 이온 중 양이온의 크기가 음이온의 크기에 비하여 상대적으로 크므로 상기 제1 전극(2)에 상기 제2 전극(4)보다 큰 지름(d)이 다수의 비율로 형성되면 기공(12)의 지름(d)이 각 전극에 삽입되는 전해질 이온(13)의 크기에 적합한 바 높은 정전 용량 확보에 바람직하다. According to an embodiment, a mode of diameters of the plurality of pores present in the first electrode 2 is a mode of diameters of the plurality of pores present in the second electrode 4 . ) can be smaller than Since the size of the cations among the ions present in the electrolyte is relatively large compared to the size of the anions, when the first electrode 2 has a larger diameter d than the second electrode 4 in a plurality of ratios, the pores 12 ), the diameter (d) is suitable for the size of the electrolyte ion 13 inserted into each electrode, it is preferable to secure high capacitance.

일 실시예에 따르면, 상기 탄소원(200)의 비표면적은 800 m2/g 이상 2000 m2/g 이하 일 수 있다. 상기 탄소원(200)의 기공(12)의 비표면적이 전술한 범위 내이면 결정질 구조(21)의 결정 격자 사이 또는 비정질 구조(11)의 기공(12)에 전해질 이온(13)의 유입이 용이하여 정전 용량 향상 효과가 극대화될 수 있다. 또한, 탄소원(200)의 비표면적이 800 m2/g 미만이면 전해질 이온보다 기공(12)의 지름(d)이 작아 전해질 이온이 삽입되지 못할 수 있고, 탄소원(200)의 비표면적이 2000 m2/g를 초과하면 정전 용량이 오히려 감소될 수 있다.According to an embodiment, the specific surface area of the carbon source 200 may be 800 m 2 /g or more and 2000 m 2 /g or less. If the specific surface area of the pores 12 of the carbon source 200 is within the above range, the electrolyte ions 13 can easily flow between the crystal lattices of the crystalline structure 21 or into the pores 12 of the amorphous structure 11. The effect of improving the capacitance may be maximized. In addition, if the specific surface area of the carbon source 200 is less than 800 m 2 /g, the diameter d of the pores 12 is smaller than that of the electrolyte ions, so electrolyte ions may not be inserted, and the specific surface area of the carbon source 200 is 2000 m If it exceeds 2 /g, the capacitance may be rather reduced.

비표면적은 BET 측정법에 의해 측정할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The specific surface area may be measured by a BET measurement method, but is not necessarily limited thereto.

본 명세서에서 탭 밀도란 분체검체를 용기에 넣고 측정용 용기를 기계적으로 일정한 높이에서 일정한 속도로 반복하여 낙하시켜 용기중의 분체의 용적이 거의 일정하게 될 때까지 치밀하게 충전하여 얻은 겉보기 밀도로, 탭 밀도는 정전 용량에 영향을 줄 수 있다. 구체적으로, 탭 밀도가 지나치게 큰 경우 정전 용량이 감소하는 문제가 있고, 겉보기 밀도가 지나치게 작으면 에너지 저장 특성이 저하될 수 있다. In the present specification, tap density refers to the apparent density obtained by putting a powder sample in a container and repeatedly dropping the measuring container from a constant height mechanically at a constant speed until the volume of the powder in the container becomes almost constant, Tap density can affect capacitance. Specifically, when the tap density is too large, there is a problem in that the capacitance decreases, and when the apparent density is too small, the energy storage characteristics may be deteriorated.

일 실시예로, 상기 탄소원(200)의 탭 밀도는 0.3 g/cm3 내지 0.65 g/cm3 일 수 있다. 탭 밀도가 전술한 범위 내의 값이면 탄소원(200)의 정전 용량 증가 정도가 현저하여 고 에너지 밀도의 전기 화학 소자 구현에 바람직하다.In one embodiment, the tap density of the carbon source 200 is 0.3 g/cm 3 to 0.65 g/cm 3 . If the tap density is a value within the above range, the degree of increase in the capacitance of the carbon source 200 is remarkable, which is preferable for implementing an electrochemical device having a high energy density.

일 실시예에 따르면 상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4) 중 적어도 하나의 전극은 베이스 기판(8) 상에서, 탄소원(200)를 포함하는 전극 재료가 롤링으로 압연되어 형성된 것일 수 있다. According to an embodiment, at least one of the first electrode 2 and the second electrode 4 may be formed by rolling an electrode material including a carbon source 200 on a base substrate 8 by rolling. .

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2) 및/또는 제2 전극(4)은 상기 탄소원(200)를 포함하는 전극 재료가 베이스 기판(8) 상에 코팅되거나 또는 되거나 전극 재료를 시트 상태로 만들어 베이스 기판(8)에 붙여서 형성된 것일 수 있다.According to an embodiment, the first electrode 2 and/or the second electrode 4 may be coated with an electrode material comprising the carbon source 200 on a base substrate 8 or the electrode material in a sheet state. It may be made and formed by attaching it to the base substrate 8 .

다른 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2) 및/또는 제2 전극(4)은 상기 전극 형성용 물질을 시트 상태로 만들어 베이스 기판(8)에 붙인 후 건조하여 형성된 것일 수 있으나, 본 발명이 반드시 그 실시예 들에 제한되는 것은 아니다.According to another embodiment, the first electrode 2 and/or the second electrode 4 may be formed by forming the material for forming the electrode in a sheet state, attaching it to the base substrate 8, and then drying it. This is not necessarily limited to the embodiments.

도 3은 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이며, 도 4는 열처리 및 활성화 처리에 따른 탄소원의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of an electrode material according to an embodiment, and FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a change in a carbon source according to heat treatment and activation treatment.

이하 도 3 및 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 전극 재료는 탄소원(200)을 포함하고, 상기 탄소원(200)은 복수 개의 탄소 입자(100)를 포함 할 수 있다.3 and 4 , the electrode material according to the embodiment may include a carbon source 200 , and the carbon source 200 may include a plurality of carbon particles 100 .

상기 탄소 입자(100)의 Aspect ratio(종횡비)는 하기 수학식 1로 나타낼 수 있다.Aspect ratio (aspect ratio) of the carbon particles 100 may be expressed by the following Equation (1).

[수학식 1] [Equation 1]

탄소 입자의 Aspect ratio(종횡비)= (탄소 입자 단축의 길이)/(탄소 입자 장축의 길이)Aspect ratio of carbon particle = (length of short axis of carbon particle)/(length of long axis of carbon particle)

본 명세서에 있어, 탄소 입자(100)의 장축이란 상기 탄소 입자(100)를 관통하는 선 중 가장 길이가 긴 부분으로 정의하고, 탄소 입자(100)의 단축이란 상기 탄소 입자(100)의 장축과 직교하는 선 중 가장 길이가 짧은 부분을 의미한다.In this specification, the long axis of the carbon particles 100 is defined as the longest part of the line penetrating the carbon particles 100, and the short axis of the carbon particles 100 is the long axis of the carbon particles 100 and It means the shortest part of the orthogonal lines.

전극 재료에 포함되는 탄소원 고유의 형상에 의하여, 전극합제층 형성 시에 충진 밀도가 달라질 수 있다. 특히, 탄소원이 구형에 가까운 경우 다수의 탄소 입자들 간 공극이 발생하기에 용이한 바 전극합제층의 충진 밀도가 낮아지는 문제가 있어왔다.Depending on the unique shape of the carbon source included in the electrode material, the filling density may vary when the electrode mixture layer is formed. In particular, when the carbon source is close to a spherical shape, there has been a problem in that the filling density of the electrode mixture layer is lowered as it is easy to generate voids between a plurality of carbon particles.

이에, 실시예는 탄소 입자(100)의 Aspect ratio(종횡비)를 조절하여 전술한 문제점을 해결할 수 있다.Accordingly, the embodiment can solve the above-described problem by adjusting the aspect ratio (aspect ratio) of the carbon particles 100 .

보다 상세하게 설명하면, 상기 탄소 입자(100)의 Aspect ratio(종횡비)는 0.1 이상 0.5 이하일 수 있다.In more detail, the Aspect ratio (aspect ratio) of the carbon particles 100 may be 0.1 or more and 0.5 or less.

상기 탄소 입자(100)의 Aspect ratio(종횡비)가 0.5 초과이면 상기 탄소 입자(100)의 형상이 구형에 가까운바 상기 탄소 입자(100)의 표면과 내부가 동일하게 활성화 되기 어려운 문제가 있다. 또한, 상기 탄소 입자(100)의 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 미만이면 이를 구현하는 공정이 용이하지 않아 이론적 충진 밀도와 실제 구현되는 충진 밀도의 차이가 커지는 문제점이 있다.When the aspect ratio (aspect ratio) of the carbon particles 100 is greater than 0.5, the shape of the carbon particles 100 is close to a spherical shape, there is a problem in that the surface and the inside of the carbon particles 100 are not activated equally. In addition, if the aspect ratio (aspect ratio) of the carbon particles 100 is less than 0.1, there is a problem in that the difference between the theoretical packing density and the actual packing density increases because it is not easy to implement the process.

실시예에 따른 탄소 입자(100)의 Aspect ratio(종횡비)는 구체적인 예를 들면 탄소원 제조 중 코킹 공정 시 RPM을 제어하는 방법 등으로 조절할 수 있다.The aspect ratio (aspect ratio) of the carbon particles 100 according to the embodiment may be adjusted by, for example, controlling the RPM during the coking process during carbon source production.

상기 탄소 입자(100)의 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하 범위 내이면 탄소원(200)이 후술하는 알칼리 활성화 처리에 적합하여 전극 재료로 바람직할 수 있다.When the Aspect ratio (aspect ratio) of the carbon particles 100 is within the range of 0.1 or more and 0.5 or less, the carbon source 200 is suitable for alkali activation treatment to be described later and may be preferable as an electrode material.

또한, 탄소 입자(100)의 Aspect ratio(종횡비)가 전술한 범위 내인 경우 다수의 탄소 입자(100)들이 전극합제층 내에 촘촘히 패킹(packing) 될 수 있어 전극합제층의 충진 밀도가 향상되는바 전기 화학 소자의 정전 용량이 증가될 수 있다. In addition, when the aspect ratio (aspect ratio) of the carbon particles 100 is within the above range, a plurality of carbon particles 100 can be tightly packed in the electrode mixture layer, so that the filling density of the electrode mixture layer is improved. The capacitance of the chemical element may be increased.

뿐만 아니라, 탄소 입자(100) 간의 접촉 양상이 점접촉에서 선접촉으로 변화됨에 따라 내부 저항이 감소될 수 있다. 이에 따라, 실시예의 전극 재료로 형성된 전기 화학 소자는 고 에너지 밀도 구현이 가능할 수 있다.In addition, as the contact aspect between the carbon particles 100 is changed from a point contact to a line contact, the internal resistance may be reduced. Accordingly, the electrochemical device formed of the electrode material of the embodiment may realize high energy density.

일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 탄소 입자(100)는 Aspect ratio(종횡비)가 0.5 초과 1.0 이하인 탄소 입자(100)를 더 포함할 수 있다. 즉, 실시예에 따른 복수 개의 탄소 입자(100)는 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하 범위 내이면 탄소 입자(100)와 0.5 초과 1.0 이하인 탄소 입자(100)를 동시에 포함할 수 있다.According to an embodiment, the plurality of carbon particles 100 may further include carbon particles 100 having an aspect ratio greater than 0.5 and less than or equal to 1.0. That is, the plurality of carbon particles 100 according to the embodiment may include the carbon particles 100 and the carbon particles 100 having an aspect ratio of 0.1 or more and 0.5 or less at the same time.

일 실시예에 따르면, 상기 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소 입자(100)는 상기 탄소원 전체 부피에 대하여 50 부피% 이상으로 포함될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면 상기 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소 입자(100)는 상기 탄소원 전체 부피에 대하여 70 부피% 이상으로 포함될 수 있다. 뿐만 아니라, 일 실시예에 따르면 상기 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소 입자(100)는 상기 탄소원 전체 부피에 대하여 90 부피% 이상으로 포함될 수 있다. 복수 개의 탄소 입자(100) 중 상기 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소 입자(100)가 차지하는 비율이 증가할수록 전극합제층에 있어 충진 밀도 향상 효과 및 내부 저항 감소 효과가 극대화 되어 고 에너지 밀도의 전기 화학 소자 구현에 유리할 수 있다.According to an embodiment, the carbon particles 100 having an aspect ratio of 0.1 or more and 0.5 or less may be included in an amount of 50% by volume or more with respect to the total volume of the carbon source. In addition, according to an embodiment, the carbon particles 100 having an aspect ratio of 0.1 or more and 0.5 or less may be included in an amount of 70% by volume or more with respect to the total volume of the carbon source. In addition, according to an embodiment, the carbon particles 100 having an aspect ratio of 0.1 or more and 0.5 or less may be included in an amount of 90% by volume or more with respect to the total volume of the carbon source. As the ratio of the carbon particles 100 having an aspect ratio of 0.1 or more to 0.5 or less among the plurality of carbon particles 100 increases, the effect of improving the filling density and reducing the internal resistance in the electrode mixture layer is maximized, resulting in a high energy density It may be advantageous for the implementation of an electrochemical device of

일 실시예에 따르면, 상기 Aspect ratio(종횡비)가 0.5 초과 1.0 이하인 탄소 입자(100)는 상기 탄소원 전체 부피에 대하여 0 부피% 초과 30 부피% 이하로 포함될 수 있다.According to an embodiment, the carbon particles 100 having an aspect ratio of greater than 0.5 and less than or equal to 1.0 may be included in an amount greater than 0% by volume and less than or equal to 30% by volume based on the total volume of the carbon source.

상기 탄소원(200)은 결정질 구조(21)를 포함할 수 있다. The carbon source 200 may include a crystalline structure 21 .

상기 결정질 구조(21)는 탄소원을 특정 조건에서 열처리 함으로써 탄소원 내에 형성된다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 결정질 구조(21)는 불순물이 분리된 탄소원을 600 내지 900 의 온도에서 열처리 시에 상기 탄소원(200)에 부분 결정화가 진행됨에 따라 형성된다.The crystalline structure 21 is formed in the carbon source by heat-treating the carbon source under specific conditions. More specifically, the crystalline structure 21 is formed as partial crystallization proceeds in the carbon source 200 during heat treatment of the carbon source from which impurities are separated at a temperature of 600 to 900.

열처리의 온도가 600 ℃ 미만이면 탄소원(200)에 결정질 구조(21)가 형성되지 않을 수 있다. 또한, 열처리 온도가 900 ℃를 초과하면 탄소원(200)에 비정질 구조(11) 없이 결정질 구조(21)만이 존재할 수 있다. 이 경우, 비표면적이 감소하므로 높은 정전 용량을 구현할 수 없는 문제가 있다. 즉, 탄소원(200)을 600 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 열처리하여 상기 탄소원(200) 내에 결정질 구조(21)를 형성하는바, 탄소원(200)이 결정질 구조(21) 및 비정질 구조(11)를 모두 포함할 수 있게 된다.If the temperature of the heat treatment is less than 600 °C, the crystalline structure 21 may not be formed in the carbon source 200 . In addition, when the heat treatment temperature exceeds 900° C., only the crystalline structure 21 may exist without the amorphous structure 11 in the carbon source 200 . In this case, since the specific surface area is reduced, there is a problem in that high capacitance cannot be realized. That is, the carbon source 200 is heat-treated at a temperature of 600° C. to 900° C. to form a crystalline structure 21 in the carbon source 200, and the carbon source 200 forms a crystalline structure 21 and an amorphous structure 11. all can be included.

일 실시예로, 상기 열처리 온도는 650 ℃ 내지 850 ℃일 수 있다.In an embodiment, the heat treatment temperature may be 650 °C to 850 °C.

상기 탄소원(200)의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율은 상기 탄소원(200)의 열처리 온도에 의해 조절될 수 있다.The ratio of the crystalline 21 to the unit weight (g) of the carbon source 200 may be controlled by the heat treatment temperature of the carbon source 200 .

상기 탄소원(200)의 열처리 온도에 따라 상기 탄소원(200)의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질 구조(21)의 비율이 달라지며, 상기 결정질 구조 (21)의 비율이 탄소원(200)의 비표면적에 영향을 주어 정전 용량 값을 변화시킬 수 있다.The ratio of the crystalline structure 21 to the unit weight (g) of the carbon source 200 varies according to the heat treatment temperature of the carbon source 200 , and the ratio of the crystalline structure 21 is the ratio of the carbon source 200 . Affecting the surface area can change the capacitance value.

보다 구체적으로, 상기 탄소원(200)의 열처리 온도가 낮을수록 비정질 구조(11)의 비율이 높아져 탄소원(200)의 비표면적이 증가되고, 상기 탄소원(200)의 열처리 온도가 높을수록 결정질 구조(21)의 비율이 높아져 탄소원(200)의 비표면적이 감소할 수 있다.More specifically, the lower the heat treatment temperature of the carbon source 200, the higher the ratio of the amorphous structure 11, the specific surface area of the carbon source 200 increases, and the higher the heat treatment temperature of the carbon source 200, the higher the crystalline structure 21 ) may be increased to decrease the specific surface area of the carbon source 200 .

상기 열처리 공정이 수행되는 시간은 반응조의 크기에 따라 달라질 수 있다.The time for which the heat treatment process is performed may vary depending on the size of the reaction tank.

상기 열처리는 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. 불활성 기체의 구체적인 예를 들면 헬륨, 아르곤, 질소 등일 수 있다. 상기 불활성 기체는 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 사용될 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The heat treatment may be performed in an inert gas atmosphere. Specific examples of the inert gas may be helium, argon, nitrogen, or the like. The inert gas may be used including at least one of the above-described examples, but the embodiment is not necessarily limited thereto.

실시예에 따르면, 상기 결정질 구조(21)는 전해질 이온(13)이 용이하게 흐를 수 있도록 전해질 이온(13)의 이동 통로 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 전기 저항이 낮아지는바 탄소원(200) 및 상기 탄소원(200)를 포함하여 형성되는 전기 화학 소자의 전기 전도도 및/또는 정전 용량이 향상될 수 있다.According to an embodiment, the crystalline structure 21 may serve as a movement path of the electrolyte ions 13 so that the electrolyte ions 13 can flow easily. Accordingly, when the electrical resistance is lowered, the carbon source 200 and the electrical conductivity and/or capacitance of the electrochemical device including the carbon source 200 may be improved.

상기 탄소원(200)이 결정질 구조(21)를 포함하는지 여부는 X선 회절 분석법(X-ray diffraction, XRD)으로 확인할 수 있다. Whether the carbon source 200 includes the crystalline structure 21 may be confirmed by X-ray diffraction (XRD).

결정에 X선 조사 시 결정 일부에서 회절이 일어날 수 있는데, 그 회절각과 강도는 물질마다 고유한 것으로서 X선 회절을 이용하여 시료에 함유된 결정성 물질의 종류와 양에 관계되는 정보를 알 수 있다. 즉, X선 회절 분석법에 의하면 결정성 구조 물질의 구조에 관한 정보를 알 수 있다. 보다 자세하게 설명하면, X선 회절 패턴에서 피크는 결정질 구조의 존재를 의미하고 피크 세기는 결정질 구조의 비율과 연관된다. 또한, X선 회절 패턴으로 비정질 구조의 비율도 알 수 있는데, 반치폭(half-width)의 너비가 비정질 구조의 비율과 연관된다.When a crystal is irradiated with X-rays, diffraction may occur in a part of the crystal, and the diffraction angle and intensity are unique to each material. . That is, information on the structure of the crystalline structure material can be obtained according to the X-ray diffraction analysis method. More specifically, in the X-ray diffraction pattern, a peak means the presence of a crystalline structure, and the peak intensity is related to the proportion of the crystalline structure. In addition, the ratio of the amorphous structure can be known from the X-ray diffraction pattern, and the width of the half-width is related to the ratio of the amorphous structure.

따라서, X선 회절 패턴의 특정 위치에서 피크(Intensity)가 나타나면 결정질 구조가 포함되는 경우이고, 피크가 높게 나타날수록 결정질 구조가 많이 포함됨을 의미한다. 또한, X선 회절 패턴에서 반치폭이 넓을수록 탄소원에 비정질 구조가 많이 포함되는 경우이다.Therefore, when a peak (Intensity) appears at a specific position in the X-ray diffraction pattern, it is a case that a crystalline structure is included, and the higher the peak appears, the more the crystalline structure is included. In addition, as the full width at half maximum in the X-ray diffraction pattern increases, the carbon source includes more amorphous structures.

또한, 상기 탄소원(200)은 비정질 구조(11)를 포함할 수 있다. 탄소원에 특정한 공정이 수행되지 않은 경우라도 상기 비정질 구조(11)는 탄소원(200) 내에 포함될 수 있다.Also, the carbon source 200 may include an amorphous structure 11 . Even when a specific process is not performed on the carbon source, the amorphous structure 11 may be included in the carbon source 200 .

즉, 열처리 된 탄소원(200)은 결정질 구조(21) 및 비정질 구조(11)를 포함하는바, 탄소원(200)에는 결정질 구조(21)와 비정질 구조(11)가 혼재되어 존재할 수 있다.That is, the heat-treated carbon source 200 includes a crystalline structure 21 and an amorphous structure 11 , and the carbon source 200 may have a crystalline structure 21 and an amorphous structure 11 mixedly present.

상기 비정질 구조(11)는 복수 개의 기공(12)들을 포함할 수 있다. 실시예에 따른 탄소원(200)은 전술한 바와 같이 특정한 공정 없이도 비정질 구조(11)를 포함하나, 상기 비정질 구조(11)는 후술하는 알칼리 활성화 처리에 의하여 복수 개의 기공(12)을 포함할 수 있다. The amorphous structure 11 may include a plurality of pores 12 . The carbon source 200 according to the embodiment includes the amorphous structure 11 without a specific process as described above, but the amorphous structure 11 may include a plurality of pores 12 by alkali activation treatment to be described later. .

열처리 된 탄소원을 700 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 알칼리를 포함하는 물질(활성화제)로 활성화 처리하며, 탄소원과 알칼리 포함 활성화제는 1:1.5 내지 1:4의 중량비로 혼합 된다.The heat-treated carbon source is activated at a temperature of 700° C. to 900° C. with a material (activator) containing alkali, and the carbon source and the alkali-containing activator are mixed in a weight ratio of 1:1.5 to 1:4.

상기 활성화 처리 단계에서는 비정질 구조(11)의 일부가 깨져 기공(12)이 형성될 수 있다. 또한, 활성화 처리에 의하여 상기 탄소원의 열처리 단계에서 형성된 결정질 구조(21)의 층간 거리가 벌어질 수 있다(d1에서 d2로 층간 거리 증가). 이에 따라, 상기 탄소원(200)의 비표면적이 증가할 수 있다.In the activation treatment step, a portion of the amorphous structure 11 may be broken to form pores 12 . In addition, the interlayer distance of the crystalline structure 21 formed in the heat treatment step of the carbon source may be increased by the activation treatment (the interlayer distance increases from d1 to d2). Accordingly, the specific surface area of the carbon source 200 may increase.

상기 기공(12)은 상기 탄소원(200)에 다공성을 부여하는 것으로 전술한 바와 같이 상기 기공(12)에 전해질 이온(13)이 삽입될 수 있다. The pores 12 provide porosity to the carbon source 200 , and electrolyte ions 13 may be inserted into the pores 12 as described above.

상기 비정질 구조(11)에서 기공(12)의 유무, 기공(12)의 지름(d) 길이 및 해당 지름(d)을 갖는 기공(12)의 부피 등은 탄소원(200)의 비표면적에 영향을 주는 요소일 수 있다.The presence or absence of pores 12 in the amorphous structure 11, the diameter (d) length of the pores 12, and the volume of the pores 12 having the corresponding diameter (d) affect the specific surface area of the carbon source 200 It can be a given element.

실시예에 따른 탄소원(200)는 상기 비정질 구조(11)에 적어도 하나의 기공(12)을 포함하는바, 탄소원에 복수 개의 기공(12)이 존재하는 경우 각각의 기공(12)마다 지름(d)의 길이는 동일하거나 또는 상이할 수 있다. The carbon source 200 according to the embodiment includes at least one pore 12 in the amorphous structure 11, and when a plurality of pores 12 exist in the carbon source, each pore 12 has a diameter d ) may be the same or different.

일 실시예에 따르면 상기 탄소원(200)는 동일한 길이의 지름(d)을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 탄소원(200)는 상이한 길이의 지름(d)을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면 상기 탄소원(200)는 길이가 동일한 지름(d)을 갖는 기공(12)들과 길이가 상이한 지름(d)을 갖는 기공(12)들을 모두 포함할 수 있다.According to an embodiment, the carbon source 200 may include pores 12 having the same length and diameter d. According to another embodiment, the carbon source 200 may include pores 12 having different lengths and diameters d. According to another embodiment, the carbon source 200 may include both pores 12 having the same diameter (d) and pores 12 having different diameters (d).

일 실시예로, 상기 탄소원(200)의 평균 입자 크기(D50)은 6 ㎛ 이상 8 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 탄소원(200)의 평균 입자 크기가 6 ㎛ 내지 8 ㎛ 범위 내이면 상기 탄소원(200)을 포함하는 전극 재료의 베이스 기판 상에 도포 공정이 용이할 수 있다.In an embodiment, the average particle size (D50) of the carbon source 200 may be 6 μm or more and 8 μm or less. When the average particle size of the carbon source 200 is in the range of 6 μm to 8 μm, the application process of the electrode material including the carbon source 200 on the base substrate may be easy.

한편, 탄소원(200)이 활성화 처리 되면 비정질 구조(11)에 기공(12)이 형성되는 것은 별론, 상기 결정질 구조(21)에 있어 002 방향으로의 결정 성장이 우세해질 수 있다. 이는 곧 상기 탄소원(200)에서 비정질 구조(11)의 비율의 증가 및 결정질 구조(21)의 비율의 감소를 가져온다.On the other hand, when the carbon source 200 is activated, the crystal growth in the 002 direction may be dominant in the crystalline structure 21 , apart from the formation of the pores 12 in the amorphous structure 11 . This results in an increase in the proportion of the amorphous structure 11 and a decrease in the proportion of the crystalline structure 21 in the carbon source 200 .

한편, 상기 결정질 구조(21)에 있어 층간 거리(d)는 활성화 온도 및/또는 탄소원과 활성화제의 함량비로 조절될 수 있다. Meanwhile, in the crystalline structure 21 , the interlayer distance d may be controlled by the activation temperature and/or the content ratio of the carbon source and the activator.

상기 탄소원과 활성화제의 중량비가 1:1.5 미만이면 탄소원을 충분히 활성화 하지 못하므로 전해질 이온 삽입에 충분한 층간 거리를 가지는 결정질 구조(21)가 형성되지 못할 수 있다. 또한, 상기 탄소원과 활성화제의 중량비가 1:4를 초과하면 인접하는 결정층 사이의 거리가 멀어져, 결정층 간 반데르발스 힘이 작용할 수 없어 탄소원(200)가 결정성을 상실할 수 있다. 뿐만 아니라, 탄소원과 활성화제의 중량비가 전술한 범위를 벗어나면 특정 범위의 지름(d)을 갖는 기공(12) 비율을 조절하는 것이 어려울 수 있다. If the weight ratio of the carbon source and the activator is less than 1:1.5, the carbon source cannot be sufficiently activated, and thus the crystalline structure 21 having a sufficient interlayer distance for intercalation of electrolyte ions may not be formed. In addition, when the weight ratio of the carbon source and the activator exceeds 1:4, the distance between adjacent crystal layers increases, so that the van der Waals force between the crystal layers cannot act, so that the carbon source 200 may lose crystallinity. In addition, if the weight ratio of the carbon source and the activator is out of the above range, it may be difficult to control the ratio of the pores 12 having the diameter d in a specific range.

바람직하게는 상기 탄소원(200)과 활성화제는 1:1.5 내지 1:3의 중량비로 혼합될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 탄소원(200)과 활성화제는 1:1.7 내지 1:3의 중량비로 혼합될 수 있다.Preferably, the carbon source 200 and the activator may be mixed in a weight ratio of 1:1.5 to 1:3. More preferably, the carbon source 200 and the activator may be mixed in a weight ratio of 1:1.7 to 1:3.

또한, 활성화 처리 온도가 700 ℃ 미만이거나 900 ℃를 초과하면 특정 범위의 지름(d)을 갖는 기공(12) 비율을 조절하는 것이 어려워지는 문제가 있다.In addition, when the activation treatment temperature is less than 700 ° C. or exceeds 900 ° C., there is a problem in that it becomes difficult to control the proportion of pores 12 having a diameter d in a specific range.

상기 활성화 처리 단계에서 사용되는 상기 알칼리 물질의 구체적인 예를 들면 리튬, 나트륨, 칼륨 등일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.Specific examples of the alkali material used in the activation treatment step may be lithium, sodium, potassium, etc., but is not necessarily limited thereto.

상기 활성화 처리는 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 불활성 기체의 구체적인 예를 들면 헬륨, 아르곤, 질소 등 일 수 있고 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 불활성 기체로 사용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The activation treatment may be performed in an inert gas atmosphere. Specific examples of the inert gas may be helium, argon, nitrogen, etc., and may be used as an inert gas including at least one of the above-described examples, but is not necessarily limited thereto.

상기 결정질 구조(21)의 층간 거리(d)는 당 분야에 널리 알려진 방법에 의해 측정할 수 있고, 구체적인 예를 들면 X선 회절 분석법 또는 TEM 사진 등에 의할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The interlayer distance (d) of the crystalline structure 21 may be measured by a method well known in the art, and specific examples thereof include X-ray diffraction analysis or TEM photography, but is not necessarily limited thereto.

상기 탄소원(200)은 구체적인 예를 들면 활성탄, 생 코크스(그린 코크스), 칼시네이션(Calcination) 코크스 등의 물질을 포함할 수 있다. 활성탄은 전하의 물리적 흡탈착에 이용될 수 있는 영역을 다수 포함한다는 측면에서 상기 탄소원(200)이 활성탄을 포함하는 것이 바람직하다.The carbon source 200 may include, for example, a material such as activated carbon, raw coke (green coke), or calcination coke. Activated carbon preferably includes activated carbon in the aspect that the carbon source 200 includes a plurality of regions that can be used for physical adsorption/desorption of electric charges.

상기 탄소원(200)과 알칼리 포함 활성화제를 혼합하여 활성화 처리한 후에는 알칼리를 포함하는 물질의 제거를 위하여 중화 공정을 거칠 수 있다. 중화 공정에 사용되는 중화제의 구체적인 예를 들면 염산, 질산 등일 수 있다.After the carbon source 200 and the alkali-containing activator are mixed and activated, a neutralization process may be performed to remove the alkali-containing material. Specific examples of the neutralizing agent used in the neutralization process may be hydrochloric acid, nitric acid, and the like.

이어서, 중화 처리된 결과물은 세정 공정을 거칠 수 있다. Subsequently, the neutralized product may be subjected to a cleaning process.

상기 탄소원(200)의 제조 방법은 당 분야에 널리 알려진 것으로 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면, 필요에 따라 해당 공정을 더 포함할 수 있다. The method for producing the carbon source 200 is widely known in the art, and as long as it does not deviate from the purpose of the present invention, it may further include a corresponding process if necessary.

실시예에 따른 전극 재료는 총 100 중량%에 대하여 상기 탄소원(200)을 10 중량% 이상 95 중량% 이하로 포함할 수 있다.The electrode material according to the embodiment may include 10 wt% or more and 95 wt% or less of the carbon source 200 based on 100 wt% of the total.

한편, 실시예에 따른 전극 재료는 상기 탄소원(200) 외에 바인더, 도전재를 포함하고, 선택적으로 용매를 더 포함할 수 있다. 또한, 각 성분은 혼합 후 슬러리 형태로 전기 화학 소자(10)에 적용될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.On the other hand, the electrode material according to the embodiment may include a binder and a conductive material in addition to the carbon source 200, and optionally further include a solvent. In addition, each component may be applied to the electrochemical device 10 in the form of a slurry after mixing, but is not necessarily limited thereto.

상기 바인더는 전극 재료에 접착성을 부여한다. 상기 바인더의 구체적인 예를 들면 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리비닐알콜(PVA) 등일 수 있다. 상기 바인더는 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 사용될 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The binder imparts adhesion to the electrode material. Specific examples of the binder include carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinylpyrrolidone (PVP), styrene-butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polyvinyl alcohol (PVA). The binder may be used including at least one of the above-described examples, but embodiments are not necessarily limited thereto.

일 실시예에 따르면, 상기 바인더는 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 1 내지 45 중량%로 포함될 수 있다.According to an embodiment, the binder may be included in an amount of 1 to 45 wt% based on 100 wt% of the total electrode material.

상기 도전재는 전극 재료에 전도성을 부여 한다. 상기 도전재의 구체적인 예를 들면 카본 블랙(carbon black), 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF) 등일 수 있다. 상기 도전재는 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 사용될 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The conductive material imparts conductivity to the electrode material. Specific examples of the conductive material may be carbon black, graphene, carbon nanotubes (CNT), carbon nanofibers (CNF), and the like. The conductive material may be used including at least one of the above-described examples, but the embodiment is not necessarily limited thereto.

일 실시예에 따르면, 상기 도전재는 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 1 내지 45 중량%로 포함될 수 있다.According to an embodiment, the conductive material may be included in an amount of 1 to 45 wt% based on 100 wt% of the total electrode material.

필요에 따라, 상기 전극 재료는 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매의 구체적인 예를 들면 물 또는 유기 용매 등일 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. If necessary, the electrode material may further include a solvent. A specific example of the solvent may be water or an organic solvent, but the embodiment is not necessarily limited thereto.

일 실시예에 따르면, 상기 용매는 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 10 내지 97 중량%로 포함될 수 있다.According to an embodiment, the solvent may be included in an amount of 10 to 97% by weight based on 100% by weight of the total electrode material.

상기 베이스 기판(8)은 전도성 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 전도성 물질의 구체적인 예를 들면 금속 등일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 금속은 구리, 알루미늄 등 일 수 있으나 본 발명이 반드시 그 실시예들에 제한되는 것은 아니다.The base substrate 8 may include a conductive material. Specific examples of the conductive material may be metal or the like. More specifically, the metal may be copper, aluminum, or the like, but the present invention is not necessarily limited to the embodiments.

상기 베이스 기판(8)은 박막 형상일 수 있다.The base substrate 8 may have a thin film shape.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 각각에 리드선(6, 7)이 부착될 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(2), 제2 전극(4) 및 그 사이에 배치된 분리막(3)은 덮개(5) 내에 배치된 구조일 수 있다.According to an embodiment, lead wires 6 and 7 may be attached to each of the first electrode 2 and the second electrode 4 . In addition, the first electrode 2 , the second electrode 4 , and the separator 3 disposed therebetween may have a structure disposed in the cover 5 .

일 실시예에 따르면, 상기 덮개(5)는 전도성 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 상기 전도성 물질은 금속 등을 포함할 수 있다. 상기 금속의 구체적인 예를 들면 알루미늄 등 일 수 있다.According to one embodiment, the cover 5 may be formed to include a conductive material. The conductive material may include a metal or the like. A specific example of the metal may be aluminum or the like.

이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 통해서, 본 발명에 따른 작용과 효과를 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the action and effect according to the present invention will be described in more detail through specific examples and comparative examples.

실시예Example 1 One

NCC(Naphta Cracking Center) 공정에서 나오는 잔사 오일을 350 ℃의 온도에서 열처리하여 분자량 1000 내지 2500 범위의 고체상태 피치(pitch)로 만들어 탄소원으로 사용하였다. The residual oil from the Naphta Cracking Center (NCC) process was heat-treated at a temperature of 350° C. to form a solid pitch with a molecular weight ranging from 1000 to 2500 and used as a carbon source.

전술한 방법으로 제조된 탄소원을 아르곤 분위기 하에서 750 ℃의 온도로 1 시간동안 60 Φ * 120 cm의 핫스팟에서 열처리하였다.The carbon source prepared by the above-described method was heat-treated in an argon atmosphere at a temperature of 750° C. for 1 hour at a hot spot of 60 Φ * 120 cm.

이어서, 아르곤 분위기 하에서 800 ℃에서 3 시간 동안 탄소원 1과 KOH 활성화제의 함량비를 1:3으로 하여 활성화 처리 하였다.Then, activation treatment was performed at a content ratio of carbon source 1 and KOH activator of 1:3 under an argon atmosphere at 800° C. for 3 hours.

코킹 공정 시 RPM을 100으로 하여 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소원의 부피비가 54 %, Aspect ratio(종횡비)가 0.5 초과 1.0 이하인 탄소원의 부피비가 46 %가 되도록 하였다.During the caulking process, RPM was set to 100 so that the volume ratio of the carbon source with an aspect ratio of 0.1 or more and 0.5 or less was 54%, and the volume ratio of the carbon source having an aspect ratio of more than 0.5 and less than 0.5 and less than 1.0 was 46%.

이 때, Sysmex FPIA-3000 장비를 이용하여 자동 이미지 기술로 Aspect ratio(종횡비)를 측정하였으며, 분석 결과 얻어지는 그래프를 이용하여 각 Aspect ratio(종횡비)를 갖는 탄소원의 부피비를 측정하였다.At this time, using the Sysmex FPIA-3000 equipment, the aspect ratio (aspect ratio) was measured by automatic image technology, and the volume ratio of the carbon source having each aspect ratio (aspect ratio) was measured using the graph obtained from the analysis result.

전술한 방법으로 제조된 탄소원 90 중량%, 바인더 5 중량%, 도전재 5 중량%를 혼합하여 전극 재료를 제조한 후, 알루미늄 호일의 베이스 기판 상에 롤러로 전극 재료를 압착하여 시트 상태로 만든 후 건조하여 건조하여 제1 전극 및 제2 전극을 제조하고 전극 각각에 리드선을 부착하였다.After preparing an electrode material by mixing 90% by weight of the carbon source, 5% by weight of the binder, and 5% by weight of the conductive material prepared by the above method, the electrode material is compressed with a roller on the base substrate of aluminum foil to form a sheet state It dried and dried to prepare a first electrode and a second electrode, and a lead wire was attached to each of the electrodes.

제1 분리막, 제1 전극, 제2 분리막 및 제2 전극을 적층 후 권취하고, 이에 실링 고무를 부착 후 알루미늄 덮개 내에 삽입하였다. 이어서, 전해액(1M TEABF4 in ACN)을 상기 권취 소자가 함침 되도록 주입 후 밀봉하여 슈퍼 캐패시터를 제조하였다The first separator, the first electrode, the second separator, and the second electrode were laminated and wound, and then a sealing rubber was attached thereto and inserted into the aluminum cover. Then, an electrolyte solution (1M TEABF4 in ACN) was injected so that the winding element was impregnated, and then sealed to prepare a supercapacitor.

실시예Example 2 2

코킹 공정 시 RPM을 120으로 하여 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소원의 부피비가 74%, Aspect ratio(종횡비)가 0.5 초과 1.0 이하인 탄소원의 부피비가 26%인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.In the caulking process, RPM is 120 and the volume ratio of the carbon source having an aspect ratio of 0.1 or more and 0.5 or less is 74%, and the volume ratio of the carbon source having an aspect ratio of more than 0.5 to 1.0 or less is 26%, Example 1 A supercapacitor was manufactured in the same manner as described above.

실시예Example 3 3

코킹 공정 시 RPM을 130으로 하여 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소원의 부피비가 85%, Aspect ratio(종횡비)가 0.5 초과 1.0 이하인 탄소원의 부피비가 15%인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.In the caulking process, RPM is set to 130, the volume ratio of the carbon source having an aspect ratio of 0.1 or more and 0.5 or less is 85%, and the volume ratio of the carbon source having an aspect ratio of more than 0.5 to 1.0 or less is 15%, Example 1 A supercapacitor was manufactured in the same manner as described above.

실시예Example 4 4

코킹 공정 시 RPM을 20으로 하여 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소원의 부피비가 15%, Aspect ratio(종횡비)가 0.5 초과 1.0 이하인 탄소원의 부피비가 85%인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.In the caulking process, RPM is set to 20, and the volume ratio of the carbon source having an aspect ratio of 0.1 or more and 0.5 or less is 15%, and the volume ratio of the carbon source having an aspect ratio of more than 0.5 to 1.0 or less is 85%, Example 1 A supercapacitor was manufactured in the same manner as described above.

실시예Example 5 5

코킹 공정 시 RPM을 40으로 하여 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소원의 부피비가 45%, Aspect ratio(종횡비)가 0.5 초과 1.0 이하인 탄소원의 부피비가 55%인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.In the caulking process, RPM is set to 40, and the volume ratio of the carbon source having an aspect ratio of 0.1 or more and 0.5 or less is 45%, and the volume ratio of the carbon source having an aspect ratio of more than 0.5 to 1.0 or less is 55%, except that the volume ratio is 55%, Example 1 A supercapacitor was manufactured in the same manner as described above.

실험예Experimental example 1: Aspect ratio(종횡비) 측정 1: Aspect ratio measurement

실시예 1 내지 5에 따른 탄소원의 종횡비 및 각 종횡비에 해당하는 탄소원의 부피비를 그래프로 나타내었으며 이는 도 4와 같다.The aspect ratio of the carbon source according to Examples 1 to 5 and the volume ratio of the carbon source corresponding to each aspect ratio are shown as graphs, which are shown in FIG. 4 .

실험예Experimental example 2: 2: SEMSEM 관측 observation

실시예 3 및 실시예 4에 따른 탄소 입자를 SEM 관측하였으며, 그 결과는 각각 도 6 및 도 7과 같다. 도 6은 실시예 3에 따른 탄소 입자의 SEM 관측 사진이고, 도 7은 실시예 4에 따른 탄소 입자의 SEM 관측 사진이다.The carbon particles according to Examples 3 and 4 were observed by SEM, and the results are shown in FIGS. 6 and 7, respectively. 6 is an SEM observation photograph of carbon particles according to Example 3, and FIG. 7 is an SEM observation photograph of carbon particles according to Example 4.

도 6 및 도 7을 참조하면, 실시예 3에 따른 탄소 입자들이 비교예에 따른 탄소 입자에 비하여 얇고 긴 침상형을 나타내는바, 실시예 4의 종횡비가 비교예의 종횡비에 비해 작음을 확인 할 수 있었다.6 and 7, the carbon particles according to Example 3 showed a thin and long needle shape compared to the carbon particles according to the comparative example, and it was confirmed that the aspect ratio of Example 4 was smaller than that of the comparative example. .

실험예Experimental example 3: 정전 용량 평가 3: Capacitance evaluation

단위 부피당 정전용량을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 1과 같다.The capacitance per unit volume was measured, and the results are shown in Table 1 below.

구분division 정전 용량[F/cc]Capacitance [F/cc] 실시예 1Example 1 2424 실시예 2Example 2 2626 실시예 3Example 3 2727 실시예 4Example 4 1919 실시예 5Example 5 2020

상기 표 1을 참조하면, Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소 입자를 다수의 비율로 포함하는 실시예들이 상대적으로 높은 정전 용량 값을 나타냄을 확인할 수 있었다.Referring to Table 1, it was confirmed that the Examples including carbon particles having an aspect ratio of 0.1 or more and 0.5 or less in a plurality of ratios exhibit relatively high capacitance values.

이는 구형에 유사한 형상의 탄소 입자들을 다수로 포함하는 경우에 비하여 긴 형상을 갖는 탄소 입자들을 포함하는 경우 전극합제층 형성시에 보다 빼곡하게 패킹될 수 있어 전극합제층의 충진 밀도가 높아지는 것에 기인한 효과이다. This is due to the fact that, when carbon particles having a long shape are included compared to the case where a plurality of carbon particles having a similar shape to a sphere are included, the electrode mixture layer can be packed more densely when forming the electrode mixture layer, resulting in an increase in the filling density of the electrode mixture layer. is the effect

에너지 밀도는 하기 수학식 2로 산출될 수 있는바, The energy density can be calculated by Equation 2 below,

[수학식 2][Equation 2]

에너지 밀도(E)= {정전 용량(C)}*{작동전압(V)}2/2Energy density (E) = {capacitance (C)}*{operating voltage (V)} 2 /2

실시예들이 비교예에 비해 고 에너지 밀도의 구현이 가능함을 알 수 있었다. It was found that the Examples can realize higher energy density than the Comparative Examples.

또한, 실시예들 간의 정전 용량 값을 비교할 때, Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소 입자의 비율이 탄소원 전체 부피에 대하여 70 부피%에서 100 부피%에 가깝게 증가할수록 전극합제층의 충진 밀도 증가 효과가 현저히 향상됨을 알 수 있었다.In addition, when comparing the capacitance values between the examples, the filling density of the electrode mixture layer increases as the ratio of carbon particles having an aspect ratio of 0.1 or more to 0.5 or less increases from 70% by volume to 100% by volume with respect to the total volume of the carbon source It was found that the increase effect was significantly improved.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the embodiment has been mainly described, but this is only an example and does not limit the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains are not exemplified above in a range that does not depart from the essential characteristics of the present embodiment. It can be seen that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be implemented by modification. And differences related to such modifications and applications should be construed as being included in the scope of the present invention defined in the appended claims.

100: 탄소 입자 200: 탄소원
10: 전기 화학 소자
11: 비정질
12: 기공 13: 전해질 이온
21: 결정질 d: 결정질의 층간 거리
1: 제1 분리막 2: 제1 전극
3: 제2 분리막 4: 제2 전극
5: 덮개 d: 기공의 지름
6: 제 1 리드선 7: 제 2 리드선
8: 베이스 기판 9: 전극합제층100: carbon particles 200: carbon source
10: electrochemical device
11: Amorphous
12: pore 13: electrolyte ion
21: crystalline d: crystalline interlayer distance
1: first separator 2: first electrode
3: second separator 4: second electrode
5: Cover d: Diameter of pores
6: 1st lead wire 7: 2nd lead wire
8: base substrate 9: electrode mixture layer

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1 전극;
상기 제1 전극과 이격하여 배치되는 제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막;을 포함하고,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 베이스 기판 및 상기 베이스 기판의 적어도 일 면에 배치된 전극합제층을 포함하며,
상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이고,
상기 전극합제층은 전극 재료로 형성되고
상기 전극 재료는 탄소원을 포함하며
상기 탄소원은 복수 개의 탄소 입자를 포함하고
상기 복수 개의 탄소 입자는 하기 수학식 1로 표시되는 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소 입자를 포함하고,
상기 전극합제층은 제1 전극합제층 및 상기 제1 전극합제층의 상부에 배치되는 제2 전극합제층을 포함하고,
상기 제1 전극합제층의 기공 지름의 최빈값은 상기 제2 전극합제층의 기공 지름의 최빈값보다 작고,
상기 제1 전극의 기공 지름의 최빈값은 상기 제2 전극의 기공 지름의 최빈값보다 작은 전기 화학 소자:
[수학식 1]
탄소 입자의 Aspect ratio(종횡비)= (탄소 입자 단축의 길이)/(탄소 입자 장축의 길이).
a first electrode;
a second electrode spaced apart from the first electrode; and
a separator disposed between the first electrode and the second electrode; and
The first electrode and the second electrode include a base substrate and an electrode mixture layer disposed on at least one surface of the base substrate,
The first electrode is an anode, the second electrode is a cathode,
The electrode mixture layer is formed of an electrode material,
The electrode material comprises a carbon source,
The carbon source includes a plurality of carbon particles,
The plurality of carbon particles includes carbon particles having an Aspect ratio (aspect ratio) of 0.1 or more and 0.5 or less represented by the following Equation 1,
The electrode mixture layer includes a first electrode mixture layer and a second electrode mixture layer disposed on the first electrode mixture layer,
The mode of the pore diameter of the first electrode mixture layer is smaller than the mode of the pore diameter of the second electrode mixture layer,
an electrochemical device wherein a mode of the pore diameter of the first electrode is smaller than a mode of the pore diameter of the second electrode;
[Equation 1]
Aspect ratio of carbon particle = (length of short axis of carbon particle)/(length of long axis of carbon particle).
 청구항 6에 있어서,
상기 Aspect ratio(종횡비)가 0.1 이상 0.5 이하인 탄소 입자는 상기 탄소원 전체 부피에 대하여 50 부피% 이상으로 포함되는, 전기 화학 소자.
7. The method of claim 6,
The Aspect ratio (aspect ratio) of the carbon particles of 0.1 or more and 0.5 or less is included in 50% by volume or more with respect to the total volume of the carbon source, an electrochemical device.
 청구항 7에 있어서,
상기 Aspect ratio(종횡비)가 0.5 초과 1.0 이하인 탄소 입자는 상기 탄소원 전체 부피에 대하여 0 부피% 초과 30 부피% 이하로 포함되는, 전기 화학 소자.
8. The method of claim 7,
The Aspect ratio (aspect ratio) of the carbon particles having a greater than 0.5 and 1.0 or less is included in an amount greater than 0% by volume and less than or equal to 30% by volume with respect to the total volume of the carbon source, an electrochemical device.
 삭제delete
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