KR102342893B1 - 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 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 전극, 상기 제1 전극에 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 결정질 구조 및 비정질 구조를 포함하고 상기 비정질 구조는 복수 개의 기공을 포함하며 상기 전극합제층은 제1 전극합제층 및 상기 제1 전극합제층 상부에 배치된 제2 전극합제층을 포함하고, 상기 제1 전극합제층과 상기 제2 전극합제층의 두께 비는 0.2 이상 1.0 이하이며, 상기 기공 중 지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공 및 지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공은 전체 기공에 대하여 50 부피% 이상 60 부피% 미만으로 포함함으로써 정전 용량을 높여 고 에너지 밀도의 전기 화학 소자를 구현할 수 있는 전극 재료, 전극 재료를 이용한 전기 화학 소자 및 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 first electrode a separator disposed between two 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 and the electrode material includes a carbon source, the carbon source includes a crystalline structure and an amorphous structure, the amorphous structure includes a plurality of pores, and the electrode mixture layer is disposed on the first electrode mixture layer and the first electrode mixture layer and a second electrode mixture layer, wherein the thickness ratio of the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer is 0.2 or more and 1.0 or less, and among the pores, pores having a diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm and a diameter of 0.7 nm An electrode material capable of realizing a high energy density electrochemical device by increasing the electrostatic capacity by including 50% or more and less than 60% by volume of pores having a diameter of 1.0 nm or more with respect to the total pores, an electrochemical device using the electrode material, and manufacturing thereof it's about how

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 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 특정 두께 비를 갖는 복수의 전극합제층을 포함하고 상기 전극합제층에 존재하는 기공의 지름 및 일정 지름을 갖는 기공의 부피비를 조절하여 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, includes a plurality of electrode mixture layers having a specific thickness ratio, and the diameter and predetermined diameter of pores present in the electrode mixture layer It relates to an electrode material having improved energy density by controlling the volume ratio of pores, and an electrochemical device using the 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 제1 전극합제층 및 제2 전극합제층의 두께 비와 각 전극합제층의 탄소원에 존재하는 기공 중 일정 지름을 갖는 기공의 부피비를 조절함에 따라 높은 정전 용량을 구현하여 에너지 밀도가 향상된 전기 화학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.In the embodiment, by controlling the thickness ratio of the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer and the volume ratio of pores having a certain diameter among pores present in the carbon source of each electrode mixture layer, high electrostatic capacity is realized and energy density is improved An object of the present invention is to provide an electrochemical device.

실시예는 상기 전기 화학 소자에 포함되는 전극에 적용 가능한 전극 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the embodiment is to provide an electrode material applicable to an electrode included in the electrochemical device.

실시예의 전기 화학 소자는 제1 전극, 상기 제1 전극에 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 결정질 구조 및 비정질 구조를 포함하고 상기 비정질 구조는 복수 개의 기공을 포함하며 상기 전극합제층은 제1 전극합제층 및 상기 제1 전극합제층 상부에 배치된 제2 전극합제층을 포함하고, 상기 제1 전극합제층과 상기 제2 전극합제층의 두께 비는 1:0.2 이상 1.0 이하이며, 상기 기공 중 지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공 및 지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공은 전체 기공에 대하여 50 부피% 이상 60 부피% 미만으로 포함될 수 있다.The electrochemical device of the embodiment includes a first electrode, a second electrode 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 crystalline structure and an amorphous structure, The amorphous structure includes a plurality of pores, and the electrode mixture layer includes a first electrode mixture layer and a second electrode mixture layer disposed on the first electrode mixture layer, the first electrode mixture layer and the second The thickness ratio of the electrode mixture layer is 1:0.2 or more and 1.0 or less, and among the pores, pores having a diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm and pores having a diameter of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm are 50% by volume or more and less than 60% by volume based on the total pores can be included as

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층에 존재하는 상기 기공이 갖는 지름의 최빈값은 상기 제2 전극합제층에 존재하는 상기 기공이 갖는 지름의 최빈값보다 작을 수 있다.According to an embodiment, a mode value of the diameter of the pores present in the first electrode mixture layer may be smaller than a mode value of the diameters of the pores present in the second electrode mixture layer.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층에 존재하는 상기 복수 개의 기공 중 상기 지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공의 부피는 전체 기공에 대하여 25 부피% 이상 35 부피% 미만이고, 상기 지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공의 부피는 전체 기공에 대하여 20 부피% 이상 30 부피% 미만일 수 있다.According to an embodiment, the volume of pores having a diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm among the plurality of pores present in the first electrode mixture layer is 25% by volume or more and less than 35% by volume based on the total pores, and the diameter is The volume of the pores having a size of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm may be 20% by volume or more and less than 30% by volume based on the total pores.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 전극합제층에 존재하는 상기 복수 개의 기공 중 상기 지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공의 부피는 전체 기공에 대하여 15 부피% 이상 25 부피% 미만이고, 상기 지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공의 부피는 기공의 부피는 전체 기공에 대하여 25 부피% 이상 35 부피% 미만일 수 있다.According to another embodiment, the volume of pores having a diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm among the plurality of pores present in the second electrode mixture layer is 15% by volume or more and less than 25% by volume with respect to the total pores, and the diameter The volume of the pores having a size of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm may be 25% by volume or more and less than 35% by volume based on the total pores.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극에 존재하는 상기 복수의 기공이 갖는 지름의 최빈값은 상기 제2 전극에 존재하는 상기 복수의 기공이 갖는 지름의 최빈값보다 작을 수 있다.According to an embodiment, a mode value of diameters of the plurality of pores present in the first electrode may be smaller than a mode value of diameters of the plurality of pores present in the second electrode.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층과 상기 제2 전극합제층의 두께 비는 1:0.3 이상 0.8 미만일 수 있다.According to an embodiment, a thickness ratio of the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer may be 1:0.3 or more and less than 0.8.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층과 상기 제2 전극합제층은 직접 접촉하여 배치될 수 있다.According to an embodiment, the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer may be disposed in direct contact with each other.

일 실시예에 따르면, 상기 탄소원의 비표면적은 400 m2/g 이상 1000 m2/g 이하일 수 있다.According to an embodiment, the specific surface area of the carbon source may be 400 m 2 /g or more and 1000 m 2 /g or less.

일 실시예에 따르면, 상기 탄소원의 탭 밀도는 0.3 g/cm3 이상 0.65 g/cm3 이하일 수 있다.According to an embodiment, the tap density of the carbon source is 0.3 g/cm 3 More than 0.65 g/cm 3 may be below.

실시예의 전극 재료는 탄소원을 포함하고, 상기 탄소원은 결정질 구조 및 비정질 구조를 포함하며 상기 비정질 구조는 복수 개의 기공을 포함하고, 상기 복수 개의 기공 중 지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공 및 지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공은 전체 기공에 대하여 50 부피% 이상 60 부피% 미만으로 포함될 수 있다.The electrode material of the embodiment includes a carbon source, the carbon source includes a crystalline structure and an amorphous structure, and the amorphous structure includes a plurality of pores, and among the plurality of pores, pores having a diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm and a diameter of 0.7 The pores having a size of more than nm and less than 1.0 nm may be included in an amount of 50% by volume or more and less than 60% by volume with respect to the total pores.

일 실시예에 따르면, 상기 지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공의 부피는 전체 기공에 대하여 25 부피% 이상 35 부피% 미만이고, 상기 지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공의 부피는 전체 기공에 대하여 20 부피% 이상 30 부피% 미만일 수 있다.According to one embodiment, the volume of pores having a diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm is 25% by volume or more and less than 35% by volume based on the total pores, and the volume of pores having a diameter of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm is based on the total pores. It may be 20% by volume or more and less than 30% by volume.

일 실시예에 따르면, 상기 지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공의 부피는 전체 기공에 대하여 15 부피% 이상 25 부피% 미만이고, 상기 지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공의 부피는 기공의 부피는 전체 기공에 대하여 25 부피% 이상 35 부피% 미만일 수 있다.According to one embodiment, the volume of pores having a diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm is 15% by volume or more and less than 25% by volume of the total pores, and the volume of pores having a diameter of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm is the volume of the pores It may be 25% by volume or more and less than 35% by volume based on the total pores.

일 실시예에 따르면, 상기 전극 재료는 바인더 및 도전재를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the electrode material may further include a binder and a conductive material.

일 실시예에 따르면, 상기 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 상기 탄소원은 10 중량% 이상 95 중량% 이하로 포함되고, 상기 바인더는 1 중량% 이상 45 중량% 이하로 포함되며 상기 도전재는 1 중량% 이상 45 중량% 이하로 포함될 수 있다.According to an embodiment, the carbon source is included in 10 wt% or more and 95 wt% or less, the binder is included in 1 wt% or more and 45 wt% or less, and the conductive material is 1 wt% based on 100 wt% of the total electrode material It may be included in an amount of 45% by weight or more.

실시예의 전기 화학 소자는 일정 수치 범위 내에서 제1 전극합제층 및 제2 전극합제층의 두께 비를 갖도록 하며, 또한 각 전극합제층에 있어 탄소원에 존재하는 기공 중 일정 지름을 갖는 기공의 부피비가 서로 상이하도록 할 수 있다. 즉, 제1 전극합제층 및 제2 전극합제층에 존재하는 기공의 지름 및 이에 대한 기공의 부피비를 조절함으로써 정전 용량을 높일 수 있다.The electrochemical device of the embodiment has a thickness ratio of the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer within a certain numerical range, and in each electrode mixture layer, the volume ratio of pores having a predetermined diameter among pores existing in the carbon source can be made different from each other. That is, the capacitance can be increased by adjusting the diameter of the pores present in the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer and the volume ratio of the pores thereto.

이에 따라, 실시예의 전기 화학 소자는 고 에너지 밀도의 구현이 가능하다.Accordingly, the electrochemical device of the embodiment can realize high energy density.

실시예의 전극 재료는 전해질 이온이 기공에 용이하게 삽입될 수 있도록 전해질 이온의 크기가 고려된 지름을 갖는 기공을 포함하는 탄소원을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 전극 재료가 전술한 실시예의 전기 화학 소자에 적용되면 정전 용량을 높여 고 에너지 밀도의 전기 화학 소자가 구현될 수 있다.The electrode material of the embodiment may include a carbon source including pores having a diameter in consideration of the size of the electrolyte ions so that the electrolyte ions can be easily inserted into the pores. Therefore, when the electrode material is applied to the electrochemical device of the above-described embodiment, the electrochemical device having a high energy density can be realized by increasing the capacitance.

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 따라 기공이 형성된 제1 전극합제층 및 제2 전극합제층을 포함하는 전극을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이다.
도 5는 열처리 및 활성화 처리에 따른 탄소원의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다. 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 diagram schematically illustrating an electrode including a first electrode mixture layer and a second electrode mixture layer having pores formed thereon according to an exemplary embodiment.
4 is a flowchart illustrating a manufacturing process of an electrode material according to an exemplary embodiment.
5 is a diagram schematically illustrating a change in a carbon source according to heat treatment and activation treatment.

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 도면이며 도 3은 일 실시예에 따라 기공이 형성된 제1 전극합제층(9a) 및 제2 전극합제층(9b)을 포함하는 전극을 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is a diagram schematically showing an electrochemical device according to an embodiment, FIG. 2 is a diagram schematically showing that electrolyte ions are inserted into pores of a carbon source according to an embodiment, and FIG. 3 is a pore according to an embodiment It is a diagram schematically illustrating an electrode including the formed first electrode mixture layer 9a and the second electrode mixture layer 9b.

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 내지 도 3을 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 to 3 .

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(100)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 the carbon source 100 . 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(100)을 포함하고, 상기 탄소원(100)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 100 , the carbon source 100 includes a crystalline structure 21 and an amorphous structure 11 , and the amorphous structure 11 has a plurality of pores (12) may be included.

상기 전극합제층(9)은 제1 전극합제층(9a) 및 제2 전극합제층(9b)을 포함할 수 있다. The electrode mixture layer 9 may include a first electrode mixture layer 9a and a second electrode mixture layer 9b.

전기 화학 소자 특히 슈퍼 캐패시터에 있어 적어도 일 면에 전극합제층이 형성된 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 유입될 수 있다(도 2 참조). 그러나, 베이스 기판에서 멀어질수록 저항에 의하여 전하량이 작아지는바 기공에 이온이 유입되기 어려운 문제가 있다.In electrochemical devices, especially supercapacitors, when a current flows through a base substrate having an electrode mixture layer formed on at least one surface, the electrode mixture layer becomes charged. It may be introduced into pores or between adjacent crystalline carbons (see FIG. 2 ). However, as the distance from the base substrate increases, the amount of charge decreases due to the resistance, so there is a problem in that ions are difficult to flow into the pores.

이에, 실시예의 전기 화학 소자는 상기 전극합제층(9)이 제1 전극합제층(9a) 및 제2 전극합제층(9b)을 포함하며 상기 제1 전극합제층(9a)과 상기 제2 전극합제층(9b)의 두께 비 및 특정 지름을 갖는 기공의 부피비를 조절하여 전술한 문제점을 해결할 수 있다.Accordingly, in the electrochemical device of the embodiment, the electrode mixture layer 9 includes a first electrode mixture layer 9a and a second electrode mixture layer 9b, and the first electrode mixture layer 9a and the second electrode The above-described problem can be solved by adjusting the thickness ratio of the mixture layer 9b and the volume ratio of pores having a specific diameter.

상기 제2 전극합제층(9b)은 상기 제1 전극합제층(9a) 상부에 배치될 수 있다. The second electrode mixture layer 9b may be disposed on the first electrode mixture layer 9a.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층(9a)과 상기 제2 전극합제층(9b)은 직접 접촉하여 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 전극합제층(9a) 및 상기 제2 전극합제층(9b) 사이에 별도의 층을 형성하지 않고 상기 제1 전극합제층(9a)과 상기 제2 전극합제층(9b)이 접촉될 수 있다.According to an embodiment, the first electrode mixture layer 9a and the second electrode mixture layer 9b may be disposed in direct contact with each other. That is, the first electrode mixture layer 9a and the second electrode mixture layer 9b do not form a separate layer between the first electrode mixture layer 9a and the second electrode mixture layer 9b. can be contacted.

상기 제1 전극합제층(9a)과 상기 제2 전극합제층(9b)의 두께 비는 1:0.2 이상 1.0 이하일 수 있다.A thickness ratio of the first electrode mixture layer 9a and the second electrode mixture layer 9b may be 1:0.2 or more and 1.0 or less.

상기 제1 전극합제층(9a)과 상기 제2 전극합제층(9b)의 두께 비가 1:0.2 미만인 경우 전극 상부에서 전해질 이온이 기공에 용이하게 삽입될 수 있는 유효 기공 증대 효율이 미비하여 정전 용량이 저하되는 문제가 있다. 또한, 상기 제1 전극합제층(9a)과 상기 제2 전극합제층(9b)의 두께 비가 1:1.0 초과인 경우 전극 하부에서 전해질 이온이 기공에 용이하게 삽입될 수 있는 유효 기공이 감소하여 정전 용량이 저하될 수 있다.When the thickness ratio of the first electrode mixture layer 9a and the second electrode mixture layer 9b is less than 1:0.2, the effective pore increasing efficiency through which the electrolyte ions can be easily inserted into the pores at the top of the electrode is insufficient, so the capacitance There is a problem with this degradation. In addition, when the thickness ratio of the first electrode mixture layer 9a and the second electrode mixture layer 9b exceeds 1:1.0, the effective pores through which electrolyte ions can be easily inserted into the pores at the bottom of the electrode decrease, so that the electrostatic capacity may be reduced.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층(9a)과 상기 제2 전극합제층(9b)의 두께 비는 1:0.3 이상 0.8 미만일 수 있다. 전술한 두께 비 범위 내에서 정전 용량 증가 효과가 극대화될 수 있어 바람직하다.According to an embodiment, a thickness ratio of the first electrode mixture layer 9a and the second electrode mixture layer 9b may be 1:0.3 or more and less than 0.8. It is preferable because the effect of increasing the capacitance can be maximized within the above-described thickness ratio range.

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 의미하고, 수직 선의 길이가 다양할 경우 그 길이 값의 평균 값을 의미한다.In the present specification, the diameter (d) of the pore 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, and when the length of the vertical line varies, the It means the average value of the length values.

상기 기공(12) 중 지름(d)이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공(12) 및 지름(d)이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공(12)은 전체 기공(12)에 대하여 50 부피% 이상 60 부피% 미만으로 포함될 수 있다.Among the pores 12, the pores 12 having a diameter d of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm and the pores 12 having a diameter d of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm are 50% by volume or more with respect to the total pores 12 60 It may be included in less than volume %.

지름(d)이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공(12) 및 지름(d)이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공(12)이 전체 기공(12)에 대하여 50 부피% 미만으로 포함되거나 또는 60 부피%를 초과하여 포함되면 전해질 이온(13)이 상기 기공(12)에 용이하게 유입되지 못할 수 있다.The pores 12 having a diameter d of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm and the pores 12 having a diameter d of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm are included in less than 50% by volume or 60% by volume with respect to the total pores 12 If it is included in excess, the electrolyte ions 13 may not easily flow into the pores 12 .

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(100)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 100, 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(100)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(100)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 100, 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 depending on the type of the carbon source 100 and the electrode material manufacturing process conditions.

본 명세서에서 기공(12)이 갖는 지름(d)의 최빈값이란 상기 기공(12)의 지름(d) 중 가장 많은 경우의 수로 측정되는 지름(d) 값을 의미한다. In the present specification, the mode value 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 최빈값은 상기 제2 전극합제층(9b)에 존재하는 상기 기공(12)이 갖는 지름(d)의 최빈값보다 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 an embodiment, the mode of the diameter d of the pores 12 present in the first electrode mixture layer 9a is that the pores 12 present in the second electrode mixture layer 9b are It may be smaller than the mode of the diameter d with which it has. 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 전극합제층(9a)에 존재하는 상기 복수 개의 기공(12) 중 상기 지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공(12)의 부피는 전체 기공(12)에 대하여 25 부피% 이상 35 부피% 미만이고, 상기 지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공(12)의 부피는 전체 기공에 대하여 20 부피% 이상 30 부피% 미만일 수 있다.According to one embodiment, the volume of the pores 12 having a diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm among the plurality of pores 12 present in the first electrode mixture layer 9a is 25 with respect to the total pores 12 . Volume % or more and less than 35 volume %, and the volume of the pores 12 having a diameter of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm may be 20% by volume or more and less than 30% by volume with respect to the total pores.

또한, 일 실시예에 따르면, 상기 제2 전극합제층(9b)에 존재하는 상기 복수 개의 기공(12) 중 상기 지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공(12)의 부피는 전체 기공에 대하여 15 부피% 이상 25 부피% 미만이고, 상기 지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공의 부피는 기공의 부피는 전체 기공에 대하여 25 부피% 이상 35 부피% 미만일 수 있다. In addition, according to an embodiment, the volume of the pores 12 having a diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm among the plurality of pores 12 present in the second electrode mixture layer 9b is 15 volume with respect to all pores % or more and less than 25% by volume, and the volume of the pores having a diameter of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm, the volume of the pores may be 25% by volume or more and less than 35% by volume based on the total pores.

이 경우 제1 전극합제층(9a) 및 제2 전극합제층(9b)에 존재하는 기공(12)의 지름 및 이에 대한 기공(12)의 부피비를 조절함에 따른 정전 용량 향상 효과가 극대화될 수 있는바 바람직하다.In this case, the effect of improving the capacitance by adjusting the diameter of the pores 12 present in the first electrode mixture layer 9a and the second electrode mixture layer 9b and the volume ratio of the pores 12 thereto can be maximized. bar is preferred.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2)에 존재하는 상기 복수의 기공이 갖는 지름의 최빈값이 상기 제2 전극(4)에 존재하는 상기 복수의 기공이 갖는 지름의 최빈값보다 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 value of diameters of the plurality of pores present in the first electrode 2 may be smaller than a mode value of diameters of the plurality of pores present in the second electrode 4 . 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.

상기 제1 전극합제층(9a) 및 상기 제2 전극 합제층에 포함되는 기공(12)의 지름(d) 및 전체 기공(12)에 대하여 일정 지름(d)을 갖는 기공(12)의 부피비를 전술한 바와 같이 구현하는 경우, 상기 탄소원(100)의 비표면적은 400 m2/g 이상 1000 m2/g 이하 일 수 있다. 상기 탄소원(100)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(100)의 비표면적이 400 m2/g 미만이면 전해질 이온보다 기공(12)의 지름(d)이 작아 전해질 이온이 삽입되지 못할 수 있고, 탄소원(100)의 비표면적이 1000 m2/g를 초과하면 정전 용량이 오히려 감소될 수 있다.The volume ratio of the diameter (d) of the pores (12) included in the first electrode mixture layer (9a) and the second electrode mixture layer and the pores (12) having a certain diameter (d) with respect to the total pores (12) When implemented as described above, the specific surface area of the carbon source 100 may be 400 m 2 /g or more and 1000 m 2 /g or less. If the specific surface area of the pores 12 of the carbon source 100 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 100 is less than 400 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 100 is 1000 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(100)의 탭 밀도는 0.3 g/cm3 내지 0.65 g/cm3 일 수 있다. 탭 밀도가 전술한 범위 내의 값이면 탄소원(100)의 정전 용량 증가 정도가 현저하여 고 에너지 밀도의 전기 화학 소자 구현에 바람직하다.In one embodiment, the tap density of the carbon source 100 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 100 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(100)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 the carbon source 100 on the base substrate 8 by rolling. .

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2) 및/또는 제2 전극(4)은 상기 탄소원(100)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 is coated with an electrode material comprising the carbon source 100 on a base substrate 8 or the electrode material is formed into 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 4는 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이며, 도 5는 열처리 및 활성화 처리에 따른 탄소원의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다. 4 is a manufacturing process diagram of an electrode material according to an embodiment, and FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a change in a carbon source according to heat treatment and activation treatment.

이하 도 4 및 도 5를 참조하면, 실시예에 따른 전극 재료는 탄소원(100)을 포함하고, 탄소원(100)은 결정질 구조(21)를 포함할 수 있다. 4 and 5 , the electrode material according to the embodiment may include a carbon source 100 , and the carbon source 100 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(100)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 100 when the carbon source from which impurities are separated is heat-treated at a temperature of 600 to 900.

열처리의 온도가 600 ℃ 미만이면 탄소원(100)에 결정질 구조(21)가 형성되지 않을 수 있다. 또한, 열처리 온도가 900 ℃를 초과하면 탄소원(100)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(100)을 600 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 열처리하여 상기 탄소원(100) 내에 결정질 구조(21)를 형성하는바, 탄소원(100)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 100 . 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 100 . 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 100 is heat-treated at a temperature of 600° C. to 900° C. to form a crystalline structure 21 in the carbon source 100, and the carbon source 100 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(100)의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율은 상기 탄소원(100)의 열처리 온도에 의해 조절될 수 있다.The ratio of the crystalline 21 to the unit weight (g) of the carbon source 100 may be controlled by the heat treatment temperature of the carbon source 100 .

상기 탄소원(100)의 열처리 온도에 따라 상기 탄소원(100)의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질 구조(21)의 비율이 달라지며, 상기 결정질 구조 (21)의 비율이 탄소원(100)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 100 varies according to the heat treatment temperature of the carbon source 100 , and the ratio of the crystalline structure 21 is the ratio of the carbon source 100 . Affecting the surface area can change the capacitance value.

보다 구체적으로, 상기 탄소원(100)의 열처리 온도가 낮을수록 비정질 구조(11)의 비율이 높아져 탄소원(100)의 비표면적이 증가되고, 상기 탄소원(100)의 열처리 온도가 높을수록 결정질 구조(21)의 비율이 높아져 탄소원(100)의 비표면적이 감소할 수 있다.More specifically, the lower the heat treatment temperature of the carbon source 100, the higher the ratio of the amorphous structure 11, the specific surface area of the carbon source 100 increases, and the higher the heat treatment temperature of the carbon source 100, the higher the crystalline structure 21 ) may be increased to decrease the specific surface area of the carbon source 100 .

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(100) 및 상기 탄소원(100)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, as the electrical resistance is lowered, the carbon source 100 and the electrical conductivity and/or capacitance of the electrochemical device including the carbon source 100 may be improved.

상기 탄소원(100)이 결정질 구조(21)를 포함하는지 여부는 X선 회절 분석법(X-ray diffraction, XRD)으로 확인할 수 있다. Whether the carbon source 100 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, according to the X-ray diffraction analysis method, information on the structure of the crystalline structure material can be known. 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 also 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.

상기 탄소원(100)은 비정질 구조(11)를 포함할 수 있다. 탄소원에 특정한 공정이 수행되지 않은 경우라도 상기 비정질 구조(11)는 탄소원(100) 내에 포함될 수 있다.The carbon source 100 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 100 .

즉, 열처리 된 탄소원(100)은 결정질 구조(21) 및 비정질 구조(11)를 포함하는바, 탄소원(100)에는 결정질 구조(21)와 비정질 구조(11)가 혼재되어 존재할 수 있다.That is, the heat-treated carbon source 100 includes a crystalline structure 21 and an amorphous structure 11 , and the carbon source 100 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(100)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 100 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 with a substance (activator) containing alkali at a temperature of 700 °C to 900 °C, 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(100)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 100 may increase.

상기 기공(12)은 상기 탄소원(100)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 100 , 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(100)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 100 It can be a given element.

실시예에 따른 탄소원(100)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 100 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(100)는 동일한 길이의 지름(d)을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 탄소원(100)는 상이한 길이의 지름(d)을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면 상기 탄소원(100)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 100 may include pores 12 having the same length and diameter d. According to another embodiment, the carbon source 100 may include pores 12 having different lengths and diameters d. According to another embodiment, the carbon source 100 may include both pores 12 having the same diameter (d) and pores 12 having different diameters (d).

일 실시예로, 상기 탄소원(100)의 평균 입자 크기(D50)은 6 ㎛ 이상 8 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 탄소원(100)의 평균 입자 크기가 6 ㎛ 내지 8 ㎛ 범위 내이면 상기 탄소원(100)을 포함하는 전극 재료의 베이스 기판 상에 도포 공정이 용이할 수 있다.In an embodiment, the average particle size (D50) of the carbon source 100 may be 6 μm or more and 8 μm or less. When the average particle size of the carbon source 100 is in the range of 6 μm to 8 μm, the application process of the electrode material including the carbon source 100 on the base substrate may be easy.

한편, 탄소원(100)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(100)에서 비정질 구조(11)의 비율의 증가 및 결정질 구조(21)의 비율의 감소를 가져온다.On the other hand, when the carbon source 100 is activated, the crystal growth in the 002 direction may prevail in the crystalline structure 21 , apart from the formation of 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 100 .

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(100)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 100 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(100)과 활성화제는 1:1.5 내지 1:3의 중량비로 혼합될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 탄소원(100)과 활성화제는 1:1.7 내지 1:3의 중량비로 혼합될 수 있다.Preferably, the carbon source 100 and the activator may be mixed in a weight ratio of 1:1.5 to 1:3. More preferably, the carbon source 100 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(100)은 구체적인 예를 들면 석유계 또는 석탄계 피치(Pitch), 생 코크스(그린 코크스), 칼시네이션(Calcination) 코크스 등의 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 탄소원(100)은 석유계 또는 석탄계 피치(Pitch) 활성탄일 수 있다. 그러나, 당 분야에 일반적으로 사용되는 것으로써 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 탄소원(100)의 종류가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The carbon source 100 may include, for example, a material such as petroleum or coal-based pitch, raw coke (green coke), and calcination coke. Preferably, the carbon source 100 may be petroleum-based or coal-based pitch activated carbon. However, as long as it is generally used in the art and does not depart from the purpose of the present invention, the type of the carbon source 100 is not necessarily limited thereto.

상기 탄소원(100)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 100 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(100)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 100 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(100)을 10 중량% 이상 95 중량% 이하로 포함할 수 있다.The electrode material according to the embodiment may include the carbon source 100 in an amount of 10 wt% or more and 95 wt% or less with respect to 100 wt% of the total.

한편, 실시예에 따른 전극 재료는 상기 탄소원(100) 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.Meanwhile, the electrode material according to the embodiment includes a binder and a conductive material in addition to the carbon source 100 , and may 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

양극의 제조Preparation of anode

(탄소원 1)(carbon source 1)

그린 코크스를 아르곤 분위기 하에서 700 ℃의 온도로 1 시간 동안 60 Φ * 120 cm의 핫스팟에서 열처리하였다.Green coke was heat-treated in an argon atmosphere at a temperature of 700° C. for 1 hour at a hot spot of 60 Φ * 120 cm.

이어서, 아르곤 분위기 하에서 750 ℃에서 3 시간 동안 탄소원 1과 알칼리 활성화제의 함량비를 1:3으로 하여 탄소원 1을 활성화 처리 하였다. 이 때, 알칼리 활성화제는 KOH와 NaOH를 포함하며, KOH와 NaOH를 2.7:0.3의 비율로 혼합하여 사용하였다.Then, carbon source 1 was activated by setting the content ratio of carbon source 1 to the alkali activator to 1:3 under an argon atmosphere at 750° C. for 3 hours. At this time, the alkali activator includes KOH and NaOH, and KOH and NaOH were mixed in a ratio of 2.7:0.3 and used.

수득된 탄소원 1의 기공을 BET 측정법에 의하여 분석한 결과, 기공 지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공의 부피비는 전체 기공에 대하여 30%이었고, 기공 지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공의 부피비는 전체 기공에 대하여 25%인 것으로 확인되었다.As a result of analyzing the obtained pores of carbon source 1 by BET measurement, the volume ratio of pores having a pore diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm was 30% of the total pores, and the volume ratio of pores having a pore diameter of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm was the total It was found to be 25% for pores.

상기 탄소원 1 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 두께 100 ㎛의 제1 전극합제층을 형성하였다.After preparing an electrode material by mixing 90% by weight of the carbon source 1, 5% by weight of the binder, and 5% by weight of the conductive material, the electrode material is compressed on the base substrate of aluminum foil with a roller to form a sheet, and then dried to a thickness of 100 A first electrode mixture layer of μm was formed.

(탄소원 2)(carbon source 2)

KOH 만으로 이루어진 알칼리 활성화제를 사용한 것을 제외하고는 탄소원 1과 동일한 방법으로 탄소원 2를 처리하였다.Carbon source 2 was treated in the same manner as carbon source 1, except that an alkali activator consisting of only KOH was used.

수득된 탄소원 2의 기공을 BET 측정법에 의하여 분석한 결과, 기공 지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공의 부피비는 전체 기공에 대하여 20%이었고, 기공 지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공의 부피비는 전체 기공 대하여 30%인 것으로 확인되었다.As a result of analyzing the obtained pores of carbon source 2 by BET measurement, the volume ratio of pores having a pore diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm was 20% of the total pores, and the volume ratio of pores having a pore diameter of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm was the total It was confirmed that it was 30% with respect to pores.

상기 탄소원 2 90 중량%, 바인더 5 중량%, 도전재 5 중량%를 혼합하여 전극 재료를 제조한 후, 제1 전극합제층 상에 압착하여 시트 상태로 만든 후 건조하여 두께 80 ㎛의 제2 전극합제층을 형성하여 양극을 제조하였다.After preparing an electrode material by mixing 90% by weight of the carbon source 2, 5% by weight of the binder, and 5% by weight of the conductive material, the second electrode having a thickness of 80 μm is dried by pressing on the first electrode mixture layer to form a sheet. A positive electrode was prepared by forming a mixture layer.

슈퍼 Super 캐패시터의of capacitor 제조 Produce

이어서, 음극을 제조하고 전극 각각에 리드선을 부착하였다.제1 분리막, 양극, 제2 분리막 및 음극을 적층 후 권취하고, 이에 실링 고무를 부착 후 알루미늄 덮개 내에 삽입하였다. 이어서, 전해액을 상기 권취 소자가 함침 되도록 주입 후 밀봉하여 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.Then, a negative electrode was prepared, and lead wires were attached to each electrode. The first separator, the positive electrode, the second separator and the negative electrode were laminated and wound, and then a sealing rubber was attached thereto and inserted into the aluminum cover. Then, an electrolyte solution was injected so that the winding element was impregnated, and then sealed to prepare a supercapacitor.

실시예Example 2 2

양극에 있어 제1 전극합제층의 두께가 120 ㎛이고, 제2 전극합제층의 두께가 60 ㎛인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.A supercapacitor was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the first electrode mixture layer was 120 μm and the thickness of the second electrode mixture layer was 60 μm in the positive electrode.

실시예Example 3 3

양극에 있어 제1 전극합제층의 두께가 140 ㎛이고, 제2 전극합제층의 두께가 40 ㎛인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.A supercapacitor was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the thickness of the first electrode mixture layer was 140 μm in the positive electrode and the thickness of the second electrode mixture layer was 40 μm.

비교예comparative example 1 One

탄소원 1을 포함하는 전극 재료로 두께가 180 ㎛ 단일의 전극합제층을 포함하는 양극을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.A supercapacitor was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a positive electrode including a single electrode mixture layer having a thickness of 180 μm was manufactured using an electrode material containing carbon source 1.

비교예comparative example 2 2

탄소원 2를 포함하는 전극 재료로 두께가 180 ㎛인 단일한 전극합제층을 포함하는 양극을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.A supercapacitor was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a positive electrode including a single electrode mixture layer having a thickness of 180 μm was manufactured using the electrode material containing the carbon source 2 .

실험예Experimental example : 정전 용량 평가: Capacitance evaluation

0.565 mA 에서 단위 부피당 정전용량을 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)로 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1과 같다.The capacitance per unit volume at 0.565 mA was measured with a Hi-EDLC 16CH instrument (manufactured by Human Instruments), and the results are shown in Table 1 below.

구분division 정전 용량[F/cc]Capacitance [F/cc] 실시예 1Example 1 2626 실시예 2Example 2 2727 실시예 3Example 3 2626 비교예 1Comparative Example 1 2424 비교예 2Comparative Example 2 2222

상기 표 1을 참조하면, 제1 전극합제층 및 제2 전극합제층 각각을 포함하고 기공 중 지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공 및 지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공은 전체 기공에 대하여 50 부피% 이상 60 부피% 미만으로 포함되도록 하는 실시예들이 단일한 전극합제층을 포함하는 비교예들에 비해 높은 정전 용량 값을 나타냄을 확인할 수 있었다. Referring to Table 1, each of the pores having a diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm and pores having a diameter of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm, including each of the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer, is 50 volume with respect to the total pores % or more and less than 60% by volume, it was confirmed that the Examples exhibited a higher capacitance value than Comparative Examples including a single electrode mixture layer.

에너지 밀도는 하기 수학식 1로 산출될 수 있는바, The energy density can be calculated by Equation 1 below,

[수학식 1][Equation 1]

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

실시예가 비교예들에 비해 고 에너지 밀도의 구현이 가능함을 알 수 있었다. It was found that the Example can implement a higher energy density than the Comparative Examples.

또한, 실시예들의 정전 용량 값을 비교함으로써 제1 전극합제층 및 제2 전극합제층의 두께 비가 1:0.3 이상 0.8 미만 내에 포함되는 경우(실시예 2) 정전 용량 증가 효과가 극대화 됨을 알 수 있었다.In addition, by comparing the capacitance values of the Examples, it was found that when the thickness ratio of the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer was included within 1:0.3 or more and less than 0.8 (Example 2), the effect of increasing the capacitance was maximized. .

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: 탄소원 11: 비정질
12: 기공 13: 전해질 이온
21: 결정질 d: 결정질의 층간 거리
10: 전기 화학 소자 1: 제1 분리막
2: 제1 전극 3: 제2 분리막
4: 제2 전극 5: 덮개
6: 제 1 리드선 7: 제 2 리드선
8: 베이스 기판 9: 전극합제층
9a: 제1 전극합제층 9b: 제2 전극합제층
d: 기공의 지름100: carbon source 11: amorphous
12: pore 13: electrolyte ion
21: crystalline d: crystalline interlayer distance
10: electrochemical device 1: first separator
2: first electrode 3: second separator
4: second electrode 5: cover
6: 1st lead wire 7: 2nd lead wire
8: base substrate 9: electrode mixture layer
9a: first electrode mixture layer 9b: second electrode mixture layer
d: diameter of pores

Claims (14)

제1 전극;
상기 제1 전극에 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 전극합제층은 전극 재료로 형성되고
상기 전극 재료는 탄소원을 포함하며
상기 탄소원은 결정질 구조 및 비정질 구조를 포함하고
상기 비정질 구조는 복수 개의 기공을 포함하며
상기 전극합제층은 상기 베이스 기판의 상부에 배치된 제1 전극합제층 및 상기 제1 전극합제층 상부에 배치된 제2 전극합제층을 포함하고,
상기 제1 전극합제층은 상기 제2 전극합제층보다 상기 베이스기판에 더 가깝게 배치되고,
상기 제1 전극합제층과 상기 제2 전극합제층의 두께 비는 1:0.3 이상 0.8 미만이며,
상기 제1 전극합제층에 존재하는 상기 복수 개의 기공 중
지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공의 부피는 전체 기공에 대하여 25 부피% 이상 35 부피% 미만이고,
지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공의 부피는 전체 기공에 대하여 20 부피% 이상 30 부피% 미만이고,
상기 제2 전극합제층에 존재하는 상기 복수 개의 기공 중
지름이 0.4 nm 이상 0.7 nm 미만인 기공의 부피는 전체 기공에 대하여 15 부피% 이상 25 부피% 미만이고,
지름이 0.7 nm 이상 1.0 nm 미만인 기공의 부피는 기공의 부피는 전체 기공에 대하여 25 부피% 이상 35 부피% 미만이고,
상기 제1 전극합제층에 존재하는 상기 기공이 갖는 지름의 최빈값은 상기 제2 전극합제층에 존재하는 상기 기공이 갖는 지름의 최빈값보다 작은, 전기 화학 소자.
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 electrode mixture layer is formed of an electrode material,
The electrode material comprises a carbon source,
The carbon source includes a crystalline structure and an amorphous structure,
The amorphous structure includes a plurality of pores,
The electrode mixture layer includes a first electrode mixture layer disposed on the base substrate and a second electrode mixture layer disposed on the first electrode mixture layer,
The first electrode mixture layer is disposed closer to the base substrate than the second electrode mixture layer,
The thickness ratio of the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer is 1:0.3 or more and less than 0.8,
Among the plurality of pores present in the first electrode mixture layer
The volume of pores having a diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm is 25% by volume or more and less than 35% by volume based on the total pores,
The volume of pores having a diameter of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm is 20% by volume or more and less than 30% by volume based on the total pores,
Among the plurality of pores present in the second electrode mixture layer
The volume of pores having a diameter of 0.4 nm or more and less than 0.7 nm is 15% by volume or more and less than 25% by volume based on the total pores,
The volume of pores having a diameter of 0.7 nm or more and less than 1.0 nm is equal to or greater than 25% by volume and less than 35% by volume of the total pores,
The mode of the diameter of the pores present in the first electrode mixture layer is smaller than the mode of the diameter of the pores present in the second electrode mixture layer, the electrochemical device.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제1 전극에 존재하는 상기 복수의 기공이 갖는 지름의 최빈값은 상기 제2 전극에 존재하는 상기 복수의 기공이 갖는 지름의 최빈값보다 작은, 전기 화학 소자.
The method according to claim 1,
An electrochemical device, wherein a mode of diameters of the plurality of pores present in the first electrode is smaller than a mode of diameters of the plurality of pores present in the second electrode.
 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제1 전극합제층과 상기 제2 전극합제층은 직접 접촉하여 배치되는, 전기 화학 소자.
The method according to claim 1,
The first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer are disposed in direct contact with each other, an electrochemical device.
 청구항 1에 있어서,
상기 탄소원의 비표면적은 400 m2/g 이상 1000 m2/g 이하인, 전기 화학 소자.
The method according to claim 1,
The specific surface area of the carbon source is 400 m 2 /g or more and 1000 m 2 /g or less, an electrochemical device.
 청구항 1에 있어서,
상기 탄소원의 탭 밀도는 0.3 g/cm3 이상 0.65 g/cm3 이하인, 전기 화학 소자.
The method according to claim 1,
The tap density of the carbon source is 0.3 g/cm 3 More than 0.65 g/cm 3 Below, electrochemical devices.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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