KR20150016072A - Positive electrode for lithium ion capacitor and lithium ion capacitor comprising the same - Google Patents

Positive electrode for lithium ion capacitor and lithium ion capacitor comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR20150016072A
KR20150016072A KR1020140011740A KR20140011740A KR20150016072A KR 20150016072 A KR20150016072 A KR 20150016072A KR 1020140011740 A KR1020140011740 A KR 1020140011740A KR 20140011740 A KR20140011740 A KR 20140011740A KR 20150016072 A KR20150016072 A KR 20150016072A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium ion
positive electrode
ion capacitor
active material
electrode active
Prior art date
Application number
KR1020140011740A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
세이타로 이토
유이치 아이하라
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Publication of KR20150016072A publication Critical patent/KR20150016072A/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Abstract

The present invention provides an anode for lithium ion capacitor and a lithium ion capacitor including the same including: a current collector; an anode active material including anode active material having graphene which is formed on one side of the current collector. The lithium ion capacitor can improve energy density when the lithium ion capacitor is charged and discharged.

Description

리튬이온 커패시터용 양극 및 이를 포함하는 리튬이온 커패시터{Positive electrode for lithium ion capacitor and lithium ion capacitor comprising the same}[0001] The present invention relates to a positive electrode for a lithium ion capacitor and a lithium ion capacitor including the positive electrode,

리튬이온 커패시터용 양극 및 이를 포함하는 리튬이온 커패시터에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 에너지 밀도를 향상시켜 리튬이온 전지보다 율 특성과 사이클 특성이 개선되고 일반적인 리튬이온 커패시터보다 방전 용량이 개선된 리튬이온 커패시터용 양극 및 이를 포함하는 리튬이온 커패시터에 관한 것이다.An anode for a lithium ion capacitor, and a lithium ion capacitor including the same. More specifically, the present invention relates to an anode for a lithium ion capacitor and a lithium ion capacitor including the same, wherein the energy density is improved to improve the rate characteristics and cycle characteristics of the lithium ion battery and the discharging capacity is improved as compared with general lithium ion capacitors.

종래, 전기 이중층 커패시터(이하 「EDLC」라고 함.)는 버스 카피기 등의 전원, 하이브리드 전기 자동차(HEV) 등의 회생 에너지 축전, 무정전 전원장치(UPS) 등에 이용되고 있다. EDLC는, 양극재료 및 음극재료로서 활성탄을 이용하고, 활성탄에의 물리적인 이온흡착에 의해 정전용량을 형성하도록 고출력 밀도이다. 그러나 충방전시 에너지 밀도는 크지 않다. EDLC의 충전전압은 최대 2.5V 정도이다.Background Art [0002] Electric double layer capacitors (hereinafter referred to as " EDLC ") are conventionally used for a power source such as a bus copy machine, a regenerative energy storage for a hybrid electric vehicle (HEV), an uninterruptible power supply (UPS) The EDLC is a high output density so as to use an activated carbon as a cathode material and a cathode material and form a capacitance by physical ion adsorption to activated carbon. However, the energy density during charging and discharging is not large. The charging voltage of EDLC is about 2.5V maximum.

상기 EDLC의 구조 중, 음극재료를 활성탄으로부터, 리튬이온을 흡장, 방출가능한 재료로 대신하거나 리튬이온 커패시터의 상품화가 진행되고 있다. 리튬이온 커패시터는, EDLC 및 리튬이온 전지와의 하이브리드 구조이다. 음극재료로서는, 통상 리튬이온이 프리도핑(pre-doping)된 흑연이 이용되고 있다.Among the structures of the EDLC, a negative electrode material is replaced by a material capable of absorbing and desorbing lithium ions from activated carbon, or the commercialization of lithium ion capacitors is progressing. The lithium ion capacitor is a hybrid structure with the EDLC and the lithium ion battery. As the cathode material, graphite, which is usually pre-doped with lithium ions, is used.

상기 구조에 의해, 리튬이온 커패시터의 충전전압은, 4V까지 인가가능하게 되어 있고, 양 전극에 활성탄을 이용하는 EDLC와 비교하여 충방전시 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 리튬이온 커패시터의 충방전시 에너지 밀도는 10Wh/L정도이다. 상기 EDLC의 약 4배이다. 그러나 리튬이온 전지의 충방전시 에너지 밀도가 100-600Wh/L인 것과 비교한다면, 리튬이온 커패시터의 충방전시 에너지 밀도는 작다.With this structure, the charging voltage of the lithium ion capacitor can be applied up to 4 V, and the energy density can be improved during charging and discharging as compared with EDLC using activated carbon for both electrodes. The energy density of lithium ion capacitors during charging and discharging is about 10 Wh / L. Which is about four times the EDLC. However, the energy density of lithium ion capacitors during charging and discharging is small compared with that of lithium ion batteries with an energy density of 100-600 Wh / L.

상기 리튬이온 커패시터는 양극에 활성탄을 이용하기 위해, 양극에 있어서 리튬이온 흡착량이 흑연전극에 있어서 흡착량과 비교하여 작다. 따라서 용량이 큰 양극재료를 이용함으로써, 리튬이온 커패시터의 충방전시 에너지 밀도를 현저하게 개선할 수 있는 가능성이 있다. 종래 양극용량을 개선시킨 기술로서는, 활성탄으로 교체하고 컵스택(cup stack) 카본나노튜브를 이용한 전기 이중층 커패시터가 있다In order to use activated carbon for the positive electrode, the amount of lithium ions adsorbed on the positive electrode is smaller than that on the graphite electrode. Therefore, by using a cathode material having a large capacity, there is a possibility that the energy density can be remarkably improved when the lithium ion capacitor is charged and discharged. As a technique for improving the anode capacity in the past, there is an electric double layer capacitor using cup stack carbon nanotubes in place of activated carbon

그래핀은 높은 전자전도성 등 때문에 최근 주목받는 재료로, EDLC는 주로 도전재로서 이용되고 있다. 그래핀은 흑연시트 1층으로부터 수층으로 형성된 2차원의 탄소재료이다. 발견 초기에는 흑연표면으로부터 테이프로 벗겨서 얻는 단순한 수법이 이용되었고, 응용에 견딜 수 있는 고품질·대량합성법이 존재하지 않았다. 그러나 최근, 산화환원법과 초임계 유체를 이용하여 그라파이트로부터 박리시키는 방법 등 여러가지 수법이 개발되어, 고품질의 그래핀을 싸게 얻을 수 있는 것이 가능해지고 있다.Graphene is a material attracting attention recently due to its high electron conductivity and the like, and EDLC is mainly used as a conductive material. Graphene is a two-dimensional carbon material formed from an aqueous layer from one layer of graphite sheet. At the beginning of the discovery, a simple technique was used to peel off the graphite surface from the surface, and there was no high-quality, mass-production method that could withstand application. In recent years, however, various methods have been developed, such as a redox method and a method in which a supercritical fluid is used for peeling from graphite, and it becomes possible to obtain high quality graphene at a low cost.

그래핀의 이용예로서는, 인산철리튬 등의 양극 활물질로부터 이루어지는 주재료를 그래핀에 피복시킨 축전장치용 양극 활물질이 공지되어 있다. 활성탄과 금속산화물과 그래핀을 복합화한 전극을 구비한 커패시터 등이 공지되어 있다. 그래핀에 정공을 형성시켜 도전재로 이용한 축전장치가 공지되어 있다. 상기에 예시된 것과 같이, 그래핀은 양호한 전자도전성에 착안되어, 종래 도전재로서 이용되고 있다. 그러나 그래핀을 양극 활물질로서 이용한 전기화학 디바이스는 보고되고 있지 않다. As a use example of graphene, a positive electrode active material for a power storage device in which a main material made of a positive electrode active material such as lithium iron phosphate is coated on graphene is known. A capacitor having an electrode in which activated carbon, a metal oxide and a graphene are combined, and the like are known. There has been known a power storage device in which holes are formed in graphene and used as a conductive material. As exemplified above, graphene is attracted to good electron conductivity and is used as a conventional conductive material. However, an electrochemical device using graphene as a cathode active material has not been reported.

일 측면은 충방전시 에너지 밀도가 향상되어 리튬이온 전지보다 율 특성과 사이클 특성이 개선되고 일반적인 리튬이온 커패시터보다 방전 용량이 개선된 리튬이온 커패시터용 양극을 제공하는 것이다.One aspect is to provide a positive electrode for a lithium ion capacitor in which the energy density during charging and discharging is improved to improve the rate characteristics and the cycle characteristics of the lithium ion battery and the discharging capacity is improved compared to a general lithium ion capacitor.

다른 일 측면은 충방전시 에너지 밀도가 향상되어 리튬이온 전지보다 율 특성과 사이클 특성이 개선되고 리튬이온 커패시터보다 방전 용량이 개선된 리튬이온 커패시터를 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a lithium ion capacitor having improved energy density during charging and discharging, which improves the rate characteristics and cycle characteristics of the lithium ion battery and improves the discharging capacity compared with the lithium ion capacitor.

일 측면에 따라, According to one aspect,

집전체; 및Collecting house; And

상기 집전체의 일 면에 형성된 그래핀을 함유하는 양극 활물질을 포함한 양극 활물질층을 포함하는 리튬이온 커패시터용 양극이 제공된다.And a positive electrode active material layer including a positive electrode active material containing graphene formed on one surface of the current collector.

상기 그래핀은 단층의 시트, 또는 2층 내지 10층의 복수 층의 시트를 포함할 수 있다.The graphene may comprise a single layer sheet or a plurality of sheets of two to ten layers.

상기 그래핀은 평탄한 형태로 상기 집전체의 일 면에 적층되거나 또는 습곡된 형태로 상기 집전체의 일 면에 배치될 수 있다.The graphene may be laminated on one side of the current collector in a flat shape or may be arranged on one side of the current collector in a folded shape.

상기 그래핀의 함량은 상기 양극 활물질 100중량부를 기준으로 50중량부 이상을 포함할 수 있다.The graphene content may be 50 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the cathode active material.

상기 양극 활물질층은 결착제를 더 포함할 수 있다.The cathode active material layer may further include a binder.

상기 결착제는 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 키토산, 또는 스티렌·부타디엔 고무(SBR)을 포함할 수 있다.The binder may include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), chitosan, or styrene-butadiene rubber (SBR).

상기 양극의 방전 용량은 0.1C로 1회 사이클 충방전시 양극 중량에 대하여 60mAh/g 이상일 수 있다.The discharge capacity of the anode may be 0.1 C or more and 60 mAh / g or more with respect to the weight of the anode at the time of one charge / discharge cycle.

다른 측면에 따라,According to another aspect,

전술한 양극; The above-described anode;

상기 양극에 대향하여 배치된 음극 활물질을 포함한 음극 활물질층을 포함하는 음극; 및A negative electrode including a negative electrode active material layer including a negative electrode active material disposed opposite to the positive electrode; And

상기 양극과 음극 사이에 함침된 비수계 전해액;을 포함하는 리튬이온 커패시터가 제공된다.And a nonaqueous electrolytic solution impregnated between the positive electrode and the negative electrode.

상기 음극 활물질은 금속이온을 가역적으로 흡장 방출하는 탄소재료를 포함할 수 있다.The negative electrode active material may include a carbon material capable of reversibly storing and releasing metal ions.

상기 음극 활물질은 리튬이온이 프리도핑된 탄소재료, 리튬 금속, 또는 리튬 금속 기반의 합금일 수 있다.The negative electrode active material may be a carbon material pre-doped with lithium ions, a lithium metal, or an alloy based on lithium metal.

일 측면에 따른 리튬이온 커패시터용 양극 및 이를 포함하는 리튬이온 커패시터는 그래핀 및 비수계 전해질 중의 음이온과의 산화환원반응에 의해, 쿨롱(coulomb)형 정전용량을 형성한다. 또한 상기 양극에 포함된 양극 활물질은 그래핀의 이온흡착능에 의해 패러데이(faraday)형 정전용량을 형성한다. 즉 본 발명은 양극 활물질로서 그래핀을 이용함으로써, 양극에서 쿨롱형 정전용량 및 패러데이형 정전용량을 형성할 수 있다. 이로 인해, 일반적인 리튬이온 커패시터보다 충방전시 고에너지 밀도의 효과를 가질 수 있고, 또한 리튬이온 이차전지보다 고방출 밀도의 효과를 가질 수 있다. 따라서 상기 리튬이온 커패시터는 리튬이온 전지보다 율 특성과 사이클 특성이 개선될 수 있고 일반적인 리튬이온 커패시터보다 방전 용량이 개선될 수 있다.An anode for a lithium ion capacitor and a lithium ion capacitor including the same according to an aspect forms a coulomb type electrostatic capacity by redox reaction between anions and anions in graphene and a non-aqueous electrolyte. Also, the cathode active material contained in the anode forms a faraday-type electrostatic capacity by the ion adsorption ability of graphene. That is, by using graphene as the cathode active material, the present invention can form a Coulomb-type electrostatic capacity and a Faraday-type electrostatic capacity at the anode. As a result, the lithium ion secondary battery can have a higher energy density effect when charging and discharging than a general lithium ion capacitor, and can have a higher discharge density effect than a lithium ion secondary battery. Therefore, the lithium ion capacitor can be improved in the rate characteristics and the cycle characteristics as compared with the lithium ion battery, and the discharge capacity can be improved as compared with a general lithium ion capacitor.

도 1은 일 구현예에 따른 리튬이온 커패시터(100)의 개략도이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1~2에 의해 제조된 리튬이온 캐퍼시터 및 리튬이온 전지의 사이클 수에 따른 방전용량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1~2에 의해 제조된 리튬이온 캐퍼시터 및 리튬이온 전지의 사이클 수에 따른 용량 유지율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1~2에 의해 제조된 리튬이온 캐퍼시터 및 리튬이온 전지의 율 특성을 나타낸 그래프이다.1 is a schematic diagram of a lithium ion capacitor 100 according to one embodiment.
FIG. 2 is a graph showing the discharge capacities of the lithium ion capacitor and the lithium ion battery according to the number of cycles, manufactured by Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.
3 is a graph showing the capacity retention ratios of the lithium ion capacitors and the lithium ion batteries according to the number of cycles, manufactured by Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.
4 is a graph showing the rate characteristics of the lithium ion capacitor and the lithium ion battery manufactured in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.

이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 리튬이온 커패시터용 양극 및 이를 포함하는 리튬이온 커패시터에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 특허청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, a lithium ion capacitor anode and a lithium ion capacitor including the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.

일 측면으로, 집전체; 및 상기 집전체의 일 면에 형성된 그래핀을 함유하는 양극 활물질을 포함한 양극 활물질층을 포함하는 리튬이온 커패시터용 양극이 제공된다. 상기 양극 활물질층은 집전체 표면에 적층될 수 있다.In one aspect, the current collector; And a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material containing graphene formed on one surface of the current collector. The cathode active material layer may be laminated on the collector surface.

[양극 활물질층][Positive Active Material Layer]

상기 양극 활물질층에 포함된 양극 활물질의 주성분은 그래핀이다. 그래핀은 탄소원자가 sp2 결합에 의해 육각형 격자구조를 형성하는 시트이며, 고도전성 및 큰 비표면적 등을 특징으로 한다.The main component of the positive electrode active material contained in the positive electrode active material layer is graphene. Graphene is a sheet in which a carbon atom forms a hexagonal lattice structure by sp 2 bonds, and is characterized by high conductivity and large specific surface area.

상기 그래핀은 단층의 시트, 또는 2층 내지 10층의 복수 층의 시트를 포함할 수 있다. 흑연은 상기 육각형 격자구조의 시트를 층간 결합시킨 구조이다. The graphene may comprise a single layer sheet or a plurality of sheets of two to ten layers. Graphite is a structure in which sheets of the hexagonal lattice structure are interlayer bonded.

상기 그래핀은 평탄한 형태로 상기 집전체의 일 면에 적층되거나 또는 습곡된 형태로 상기 집전체의 일 면에 배치될 수 있다. 상기 그래핀은 본 발명의 작용효과를 얻을 수 있다. The graphene may be laminated on one side of the current collector in a flat shape or may be arranged on one side of the current collector in a folded shape. The graphene can obtain the action and effect of the present invention.

리튬이온 커패시터에 포함된 비수계 전해액 중의 음이온은 상기 양극 활물질층에 끌어당겨질 수 있다. 끌어당겨지는 음이온의 일부는, 그래핀의 시트 표면에 흡착한다. 사용되는 그래핀의 비표면적이 큰 만큼 양호한 음이온 흡착능을 발휘한다. 그래핀은 흑연과 기본 구조가 동일하기 때문에, 시트편면(片面)에 있어서의 음이온 흡착능은 흑연과 동등하다. 또한 복수층으로 이루어진 그래핀의 층간 및 습곡된 시트에서는 시트의 양면에 음이온을 흡착시킬 수 있기 때문에 흑연보다 높은 음이온 흡착능을 발휘한다. The anions in the non-aqueous liquid electrolyte contained in the lithium ion capacitor can be attracted to the positive electrode active material layer. Some of the negative ions attracted are adsorbed on the sheet surface of the graphene. And exhibits good anion adsorbability because the specific surface area of the graphene used is large. Since graphene has the same basic structure as graphite, the anion adsorbing ability on one side of the sheet is equivalent to that of graphite. In addition, in the interlayer and the folded sheet of the graphene composed of a plurality of layers, the anion can be adsorbed on both sides of the sheet, so that it exhibits higher anion adsorbing ability than graphite.

상기 양극 활물질층은 우수한 음이온 흡착능을 발휘하고, 높은 패러데이형 정전용량을 형성한다. 상기 방출밀도는, 주로 음이온 흡탈착 기구에서 유래한다.The positive electrode active material layer exhibits excellent anion adsorbing ability and forms a high Faraday-type electrostatic capacity. The emission density is mainly derived from an anion adsorption / desorption mechanism.

상기 그래핀의 함량은 상기 양극 활물질 100중량부를 기준으로 50중량부 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 그래핀의 함량은 상기 양극 활물질 100중량부를 기준으로 80중량부 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 그래핀의 함량은 상기 양극 활물질 100중량부를 기준으로 95중량부 이상을 포함할 수 있다. The graphene content may be 50 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the cathode active material. For example, the graphene content may include 80 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the cathode active material. For example, the graphene content may include 95 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the cathode active material.

상기 양극 활물질층은 결착제를 더 포함할 수 있다. 이러한 결착제는 그래핀의 골격구조를 유지할 수 있다. 상기 결착제는 예를 들어, 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 키토산, 또는 스티렌·스타디엔 고무(SBR)를 포함할 수 있다. The cathode active material layer may further include a binder. Such a binder can maintain the skeleton structure of graphene. The binder may include, for example, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), chitosan, or styrene / stadiene rubber (SBR).

상기 결착제의 함량은 상기 양극 활물질 100중량부를 기준으로 5 내지 50중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 결착제의 함량은 상기 양극 활물질 100중량부를 기준으로 5 내지 40중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 결착제의 함량은 상기 양극 활물질 100중량부를 기준으로 10 내지 40중량부일 수 있다. 결착제의 함량이 상기 범위 내인 경우 상기 양극 활물질과의 기계적 강도가 향상될 수 있으며, 충방전시 부피 변화에 대한 대응이 용이할 수 있다. 상기 양극 활물질층의 두께는, 예를 들어, 10 내지 500㎛일 수 있다. The content of the binder may be 5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the cathode active material. For example, the content of the binder may be 5 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the cathode active material. For example, the content of the binder may be 10 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the cathode active material. When the content of the binder is within the above range, the mechanical strength with the cathode active material can be improved and the change in volume during charging and discharging can be easily coped with. The thickness of the cathode active material layer may be, for example, 10 to 500 mu m.

상기 양극 활물질층은 그래핀의 단부에 음이온이 접촉함으로써 산화환원반응이 일어난다. 상기 산화환원반응의 전자의 접수에 의해 쿨롱형 정전용량이 형성될 수 있다. 따라서 이러한 그래핀을 함유하는 양극 활물질을 포함한 양극 활물질층을 포함하는 양극은 패러데이형 정전용량 및 쿨롱형 정전용량으로 이루어지는 높은 정전용량을 형성할 수 있고, 충방전시 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. In the cathode active material layer, an anion is brought into contact with an end portion of the graphene to cause a redox reaction. A coulombic electrostatic capacity can be formed by receiving electrons of the redox reaction. Accordingly, the positive electrode including the positive electrode active material layer containing the graphene-containing positive electrode active material can form a high electrostatic capacity comprising a Faraday-type electrostatic capacity and a coulombic electrostatic capacity, and can improve the energy density upon charge and discharge.

한편, 상기 그래핀의 단부는 지그재그형 및 암체어(armchair)형으로 크게 구별될 수 있다. 지그재그형 및 암체어형은 전자의 이동속도가 각각 다르다. 지그재그형의 단부에서는 전자의 이동속도가 매우 빠르지만, 암체어형의 단부에서는 매우 느리다. 따라서 음이온이 지그재그형 및 암체어형 중 어느 단부와 접촉하는지에 의해 산화환원반응에 의한 전자의 접수효율이 달라지며, 정전용량의 향상에도 영향을 줄 수 있는 것으로 여겨질 수 있다. 또한, 반응성이 높은 형의 단부에 음이온을 접촉시키기도 하며, 단부의 사이즈를 최적화하기도 할뿐만 아니라, 쿨론 정전용량을 더욱 향상시킬 수 있는 것이 가능하다고 추측된다.On the other hand, the end portions of the graphene can be largely classified into a zigzag type and an armchair type. Zigzag and armchair type movements of electrons are different from each other. At the end of the zigzag shape, the movement speed of the electrons is very fast, but it is very slow at the end of the armchair type. Therefore, depending on whether the anion is in contact with the zigzag or armature type end, the acceptance efficiency of the electrons by the oxidation-reduction reaction may be changed, and it may be considered to affect the improvement of the capacitance. Further, it is presumed that the anion is brought into contact with the end of the highly reactive mold, and the size of the end portion is not only optimized, but also the electrostatic capacity of the coulomb can be further improved.

이러한 그래핀을 함유하는 양극 활물질을 포함한 양극 활물질층을 포함하여 충방전시 에너지 밀도의 향상이 될 수 있다. 이로 인해, 상기 리튬이온 커패시터는 리튬이온 전지보다 율 특성과 사이클 특성이 개선될 수 있고 일반적인 리튬이온 커패시터보다 방전 용량이 개선될 수 있다.The energy density of the positive electrode active material layer including the graphene-containing positive electrode active material can be improved during charging and discharging. Therefore, the lithium ion capacitor can be improved in the rate characteristic and the cycle characteristic as compared with the lithium ion battery, and the discharge capacity can be improved as compared with a general lithium ion capacitor.

상기 양극의 방전 용량은 0.1C로 1회 사이클 충방전시 양극 중량에 대하여 60mAh/g 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 양극의 방전 용량은 0.1C로 1회 사이클 충방전시 양극 중량에 대하여 80mAh/g 이상일 수 있다. The discharge capacity of the anode may be 0.1 C or more and 60 mAh / g or more with respect to the weight of the anode at the time of one charge / discharge cycle. For example, the discharge capacity of the anode may be at least 80 mAh / g with respect to the weight of the anode at one cycle charge and discharge at 0.1C.

상기 양극 활물질층은 도전재의 첨가를 배제하지 않지만, 그래핀이 고도전성을 구비하기 때문에 상기 양극 활물질층에 도전재를 첨가하지 않아도 충분히 전기 전도성을 갖는다. 첨가될 수 있는 도전재는 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 금속분말, 또는 이들의 혼합물이 포함될 수 있다. 또한 상기 양극 활물질층은 본 발명의 작용효과를 저해하지 않는 한 다른 성분을 함유시키는 것도 가능하다. The positive electrode active material layer does not exclude the addition of the conductive material, but the graphite has a high electrical conductivity, so that it has sufficient electric conductivity without adding a conductive material to the positive electrode active material layer. The conductive material which may be added may include, for example, carbon black, acetylene black, metal powder, or a mixture thereof. The positive electrode active material layer may contain other components as long as it does not impair the effect of the present invention.

상기 집전체는 시트 형태 또는 메시 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 집전체는 구리, 알루미늄, 니켈, 철, 강철, 또는 스테인리스강 등을 포함할 수 있다.
The current collector may be in the form of a sheet or a mesh. For example, the current collector may include copper, aluminum, nickel, iron, steel, or stainless steel.

다른 측면으로, 전술한 양극; 상기 양극에 대향하여 배치된 음극 활물질을 포함한 음극 활물질층을 포함하는 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 함침된 비수계 전해액;을 포함하는 리튬이온 커패시터가 제공된다. 상기 양극 활물질층 및 음극 활물질층은 각각 집전체 표면에 적층될 수 있다.In another aspect, the above-described anode; A negative electrode including a negative electrode active material layer including a negative electrode active material disposed opposite to the positive electrode; And a nonaqueous electrolyte solution impregnated between the positive electrode and the negative electrode. The cathode active material layer and the anode active material layer may be laminated on the collector surface, respectively.

도 1은 일 구현예에 따른 리튬이온 커패시터(100)의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a lithium ion capacitor 100 according to one embodiment.

도 1을 참조하면, 100은 리튬이온 커패시터, 101은 양극 활물질층, 102는 비수계 전해액, 103은 세퍼레이터, 104는 음극 활물질층, 105, 106은 집전체이다. 전압을 인가하는 것에 의해, 비수계 전해액 중에 음이온은 양극에 끌어당겨질 수 있고, 음이온은 음극에 끌어당겨질 수 있다.1, reference numeral 100 is a lithium ion capacitor, 101 is a positive electrode active material layer, 102 is a nonaqueous electrolyte, 103 is a separator, 104 is a negative electrode active material layer, and 105 and 106 are current collectors. By applying a voltage, the anion can be attracted to the positive electrode in the non-aqueous liquid electrolyte, and the negative ions can be attracted to the negative electrode.

[음극 활물질층][Negative electrode active material layer]

상기 음극 활물질은 금속이온을 가역적으로 흡장 방출하는 탄소재료를 포함할 수 있다. 이러한 기능을 구비하는 공지의 재료를 음극 활물질로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 음극 활물질은 리튬이온이 프리도핑된 탄소재료, 리튬 금속, 또는 리튬 금속 기반의 합금일 수 있다. The negative electrode active material may include a carbon material capable of reversibly storing and releasing metal ions. A known material having such a function can be used as the negative electrode active material. For example, the negative electrode active material may be a lithium-ion-based carbon material, a lithium metal, or a lithium-metal-based alloy.

상기 탄소재료로는 리튬이온과 함께 층간화합물을 형성하는 것이 가능한 것이라면 좋고, 예를 들어 인조 흑연, 천연 흑연, 흑연화탄소 섬유, 흑연화 메조카본마이크로비드, 석유 코크스, 하드 카본, 소프트 카본, 수지 소성체, 탄소 섬유, 열분해 탄소, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 인조흑연, 천연흑연, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. The carbon material may be any material capable of forming an intercalation compound together with lithium ions. Examples of the carbon material include artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, graphitized mesocarbon microbead, petroleum coke, hard carbon, soft carbon, An adult, a carbon fiber, a pyrolytic carbon, or a mixture thereof. For example, artificial graphite, natural graphite, or a mixture thereof.

또한 프리도핑은 일반적인 방법에 따라 행해질 수 있다. 예를 들어, 흑연 등의 탄소재료에 이후 설명하는 비수계 전해질을 상온 이상에서 소정시간 함침시키는 것에 의해 행해질 수 있다. Also, pre-doping can be performed according to a general method. For example, by impregnating a carbonaceous material such as graphite with a non-aqueous electrolyte to be described later at room temperature or above for a predetermined time.

상기 리튬 금속 기반의 합금은 예를 들어, In-Li 등의 금속이 사용될 수 있다. 상기 음극 활물질층의 두께는, 예를 들어, 1 내지 500㎛일 수 있다.As the lithium-based alloy, for example, a metal such as In-Li may be used. The thickness of the negative electrode active material layer may be, for example, 1 to 500 mu m.

상기 음극 활물질층은 양극 활물질층과 마찬가지로 결착제를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 양극 활물질층은 본 발명의 작용효과를 저해하지 않는 한 도전재 및 다른 성분을 함유시키는 것도 가능하다. 상기 결착제, 도전재의 종류 및 함량에 대해서는 양극 활물질층에 기재된 내용과 동일한 바 이하 설명을 생략한다.The negative electrode active material layer may further include a binder in the same manner as the positive electrode active material layer. The positive electrode active material layer may contain a conductive material and other components as long as the effect of the present invention is not impaired. The binder and the kind and content of the conductive material are the same as those described in the positive electrode active material layer, and a description thereof will be omitted.

[비수계 전해액] [Non-aqueous liquid electrolyte]

상기 비수계 전해액은 비수계 유기용매 및 리튬염을 포함할 수 있다. 상기 비수계 전해액으로서는 비수계 유기용매에 전해질염을 용해시킨 것이 사용될 수 있다. The non-aqueous liquid electrolyte may include a non-aqueous organic solvent and a lithium salt. As the non-aqueous liquid electrolyte, an electrolyte salt dissolved in a non-aqueous organic solvent may be used.

상기 비수계 유기용매는 예를 들어, 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등의 환상 카보네이트, 또는 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 에틸메틸카보네이트 등의 쇄상 카보네이트 등의 공지의 유기용매를 사용할 수 있다. Examples of the non-aqueous organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, butylene carbonate and vinylene carbonate; and cyclic carbonates such as diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC) Chain carbonate and the like can be used.

상기 비수계 전해액에 이온성 액체를 추가로 포함할 수 있다. 상기 이온성 액체는 예를 들어, N, N-디에틸-N-에틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄미스(트리플루오로술포닐)이미드, N-메틸-N-프로필비페리듐비스(트리플루오로술포닐)이미드, 1-메틸-3-프로필이미다졸륨비스(트리플루오로술포닐)이미드, 또는 1-에틸-3-부틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트 등을 사용할 수 있다. 상기 유기용매 및 이온성 액체는 단독으로 사용하여도 좋고 2종 이상을 병용하여도 좋다.The non-aqueous liquid electrolyte may further contain an ionic liquid. The ionic liquid may be, for example, N, N-diethyl-N-ethyl-N- (2-methoxyethyl) ammonium miss (trifluorosulfonyl) imide, N- (Trifluorosulfonyl) imide, 1-methyl-3-propylimidazolium bis (trifluorosulfonyl) imide, or 1-ethyl-3-butyl imidazolium tetrafluoroborate . The organic solvent and the ionic liquid may be used alone or in combination of two or more.

상기 리튬염은 예를 들어, 염화리튬(LiCl), 불화리튬(FCl), 과염소산리튬(LiClO4), 붕불화리튬(LiBF4), LiAsF6, LiPF6, Li(CF2SO2)2N을 열거할 수 있다. 상기 리튬염의 함량은 상기 비수계 유기용매에 대해 0.1~3.0mol%일 수 있고, 예를 들어, 상기 비수계 유기용매에 대해 0.7~1.3mol%일 수 있다.The lithium salt may be, for example, lithium chloride (LiCl), lithium fluoride (FCl), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), LiAsF 6 , LiPF 6 , Li (CF 2 SO 2 ) 2 N Can be listed. The content of the lithium salt may be 0.1 to 3.0 mol% with respect to the non-aqueous organic solvent, and may be, for example, 0.7 to 1.3 mol% with respect to the non-aqueous organic solvent.

[리튬이온 커패시터][Lithium Ion Capacitor]

상기 양극 활물질층 및 음극 활물질층은, 각각 집전체 표면에 적층되어 양극재 및 음극재로서 양극 및 음극을 형성한다. 상기 리튬이온 커패시터는 상기 양극 및 음극 사이에 세퍼레이터를 추가적으로 배치시킬 수 있다. 상기 리튬이온 커패시터는 상기 세퍼레이터가 배치된 적층체를 비수계 전해액 중에 침적시켜 이루어진다. 상기 양극 활물질층에 전술한 그래핀을 사용함으로써 쿨롱형 및 패러데이터형의 정전용량을 형성하고, 충방전시 에너지 밀도가 높은 리튬이온 커패시터를 제공한다. 또한 상기 리튬이온 커패시터는 방출밀도에 있어서도 리튬이온 이차전지와 비교하여 양호하다.The positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer are respectively laminated on the surface of a current collector to form a positive electrode and a negative electrode as a positive electrode material and a negative electrode material. The lithium ion capacitor may further include a separator between the anode and the cathode. The lithium ion capacitor is formed by depositing a laminate in which the separator is disposed in a non-aqueous liquid electrolyte. The above-described graphene is used for the positive electrode active material layer to provide a capacitance of a coulomb type and a paradigm type, and a lithium ion capacitor having a high energy density upon charge and discharge. In addition, the lithium ion capacitor is also superior in discharge density to a lithium ion secondary battery.

상기 세퍼레이터는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 공지의 다공막이 이용될 수 있다. 집전체 재료로서는 공지의 도전재를 사용할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄, 동, 니켈, 티탄 등으로 이루어지는 시트 및 필름을 사용할 수 있다. 상기 도전재는 금속 단독으로 사용할 수 있고, 합금으로서 사용할 수도 있다. As the separator, a known porous film such as polyethylene or polypropylene may be used. As the current collector material, a known conductive material can be used. For example, a sheet and film made of aluminum, copper, nickel, titanium, or the like can be used. The conductive material may be used alone or as an alloy.

[리튬이온 커패시터의 제조방법][Manufacturing Method of Lithium Ion Capacitor]

리튬이온 커패시터의 제조방법을 도 1에 개시된 적층 구조를 예로서 설명한다. 이하의 설명에서는, 양극 활물질로서 리튬금속을 사용한다.A manufacturing method of the lithium ion capacitor will be described by taking the laminated structure disclosed in Fig. 1 as an example. In the following description, lithium metal is used as the positive electrode active material.

상기 양극 활물질층은 상기 그래핀 및 결착제를 용매 중에 혼합시킨 슬러리를 집전체 표면에 막두께 10~500㎛ 정도로 되기까지 도포하고, 건조시켜 형성할 수 있다. 상기 슬러리의 용매는 예를 들어, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N, N-디메틸아세트아미드, N, N-디메틸포름아미드, 또는 이소프로필알코올 등을 사용할 수 있다. 상기 용매에 그래핀 및 결착제를 슬러리 100 중량부에 대하여 그래핀 50~95중량부 및 결착제 5~50중량부가 되도록 첨가하고, 원재료 성분이 균질하게 분산할 때까지 교반시켜 슬러리를 제조한다. 슬러리 중에는 분산제 및 증점제 등을 적절히 첨가할 수 있다. 또한, 용매를 사용하여 슬러리로 하지 않고 그래핀 및 결착제만을 상기 조성에 혼합하여 펠렛으로 형성할 수도 있다.The positive electrode active material layer may be formed by applying a slurry obtained by mixing the graphene and a binder in a solvent to the surface of the current collector until the thickness reaches about 10 to 500 mu m and drying the slurry. The solvent of the slurry may be, for example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide or isopropyl alcohol. The slurry is prepared by adding graphene and a binder to the solvent in an amount of 50 to 95 parts by weight of graphene and 5 to 50 parts by weight of graphene per 100 parts by weight of the slurry and stirring until the ingredients of the raw material are homogeneously dispersed. In the slurry, a dispersant, a thickener, and the like may be appropriately added. Alternatively, a solvent may be used to form the pellet by mixing only the graphene and the binder in the above composition without forming the slurry.

상기 음극 활물질층은 금속이온을 가역적으로 흡장 방출할 수 있는 재료의 음극 활물질을 집전체 표면에 적층시켜 형성될 수 있다. 리튬 금속을 사용하는 경우에는 리튬 금속박을 집전체 상에 압착시킬 수 있다. The negative electrode active material layer may be formed by laminating a negative electrode active material, which is capable of reversibly storing and releasing metal ions, on the current collector surface. When a lithium metal is used, the lithium metal foil can be pressed onto the current collector.

음극 활물질로 흑연을 사용하는 경우에는 흑연을 용매에 균질하게 분산시킨 슬러리를 조제한다. 얻어진 흑연 슬러리를 집전체에 도포하고, 건조시켜 음극 활물질층을 형성한다. 음극 활물질층의 막 두께는 1~500㎛정도일 수 있다. 탄소재료를 사용하는 경우는, 또한 공지의 방법을 사용하여 리튬이온을 흡장시켜 프리도핑를 행할 수 있다.When graphite is used as the negative electrode active material, a slurry is prepared in which graphite is homogeneously dispersed in a solvent. The obtained graphite slurry is applied to a current collector and dried to form a negative electrode active material layer. The thickness of the negative electrode active material layer may be about 1 to 500 mu m. When a carbon material is used, pre-doping can be performed by interposing lithium ions using a known method.

상기에 예시한 방법에서 집전체 표면에 양극 활물질층을 형성시킨 양극 및 집전체 표면에 음극 활물질층을 형성시킨 음극과의 사이에 세퍼레이터를 끼운 적층체를 케이스 내에 배치시키고, 비수계 전해액을 케이스 내에 주입한다. 비수계 전해액을 주입한 후에는, 대기 중 수분과의 반응을 회피하기 위하여 케이스를 밀봉한다. 케이스의 형상은, 코인형, 권회형, 각형 등을 선택할 수 있다.
In the above-described method, a laminate in which a separator is sandwiched between a positive electrode having a positive electrode active material layer formed on the surface of the collector and a negative electrode having a negative electrode active material layer formed on the surface of the current collector is disposed in the case, Inject. After the non-aqueous liquid electrolyte is injected, the case is sealed to avoid reaction with moisture in the atmosphere. The shape of the case may be a coin shape, a spiral shape, a square shape, or the like.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 　다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments described below are only intended to illustrate or explain the present invention, and thus the present invention should not be limited thereto.

또한, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
In addition, contents not described here can be inferred sufficiently technically if they are skilled in the art, and a description thereof will be omitted.

[실시예] [Example]

제조예 1: 리튬이온 커패시터용 양극Production Example 1: Anode for Lithium Ion Capacitor

이소프로필알코올을 첨가하면서 양극 활물질로서 그래핀 4.75g 및 결착제로서 PVdF 0.25g을 막자사발을 이용하여 혼합하여 슬러리를 형성하였다. 상기 슬러리를 시트 형태(두께: 20㎛)의 구리 집전체 표면에 도포하고 롤 프레스를 이용하여 막 두께 100㎛의 시트상으로 압연하였다. 상기 시트를 직경 16mm의 펠렛상으로 구멍내고, 진공건조시켜 양극을 제조하였다.While adding isopropyl alcohol, 4.75 g of graphene as a cathode active material and 0.25 g of PVdF as a binder were mixed using a pestle bowl to form a slurry. The slurry was applied to the surface of a copper current collector in a sheet form (thickness: 20 mu m) and rolled into a sheet having a thickness of 100 mu m using a roll press. The sheet was punched out into pellets having a diameter of 16 mm and vacuum dried to prepare a positive electrode.

비교 제조예 1: 리튬이온 커패시터용 양극Comparative Preparation Example 1: anode for lithium ion capacitor

이소프로필알코올을 첨가하면서 양극 활물질로서 표면적 1500m2/g의 활성탄 4.75g 및 결착제로서 PVdF 0.25g을 막자사발을 이용하여 혼합하여 슬러리를 형성하였다. 상기 슬러리를 시트 형태(두께: 20㎛)의 구리 집전체 표면에 도포하고 롤 프레스를 이용하여 막 두께 100㎛의 시트상으로 압연하였다. 상기 시트를 직경 16mm의 펠렛상으로 구멍내고, 진공건조시켜 양극을 제조하였다.While adding isopropyl alcohol, 4.75 g of activated carbon having a surface area of 1500 m 2 / g as a cathode active material and 0.25 g of PVdF as a binder were mixed using a mortar to form a slurry. The slurry was applied to the surface of a copper current collector in a sheet form (thickness: 20 mu m) and rolled into a sheet having a thickness of 100 mu m using a roll press. The sheet was punched out into pellets having a diameter of 16 mm and vacuum dried to prepare a positive electrode.

비교 제조예 2: 리튬이온 전지용 양극 Comparative Preparation Example 2: anode for lithium ion battery

N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 를 첨가하면서 양극 활물질로서 LiCoO2 4.85g 및 PVDF 0.15g을 막자사발을 이용하여 혼합하여 슬러리를 형성하였다. 상기 슬러리를 시트 형태(두께: 20㎛)의 구리 집전체 표면에 도포하고 롤 프레스를 이용하여 막 두께 100㎛의 시트상으로 압연하였다. 상기 시트를 직경 16mm의 펠렛상으로 구멍내고, 진공건조시켜 양극을 제조하였다.
While adding N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), 4.85 g of LiCoO 2 and 0.15 g of PVDF as a cathode active material were mixed using a mortar to form a slurry. The slurry was applied to the surface of a copper current collector in a sheet form (thickness: 20 mu m) and rolled into a sheet having a thickness of 100 mu m using a roll press. The sheet was punched out into pellets having a diameter of 16 mm and vacuum dried to prepare a positive electrode.

실시예 1: 리튬이온 커패시터의 제조Example 1: Preparation of lithium ion capacitor

제조예 1에 의해 제조된 양극을 준비하였다. 리튬 금속막을 집전체 상에 압착시켜 음극을 제조하였다. 상기 양극 및 음극과의 사이에 세퍼레이터로서 폴리에틸렌 박막을 배치한 적층체를 조립하였다. 에틸렌카보네이트(EC) 및 디에틸카보네이트(DEC)와의 혼합용액에 LiPF4가 1M이 되기까지 용해시켜 비수계 전해액을 제조하였다.The positive electrode prepared in Production Example 1 was prepared. A lithium metal film was pressed on a current collector to produce a negative electrode. A laminate having a polyethylene thin film disposed as a separator between the positive electrode and the negative electrode was assembled. Aqueous electrolyte solution was prepared by dissolving LiPF 4 in a mixed solution of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) until the amount of LiPF 4 became 1M.

코인셀형 케이스 내부에 상기 적층체를 배치하고, 전해액을 주입하여 밀봉하여 리튬이온 커패시터를 제조하였다.The laminate was placed inside the coin cell type case, and an electrolyte solution was injected and sealed to prepare a lithium ion capacitor.

비교예 1: 리튬이온 커패시터의 제조Comparative Example 1: Manufacture of lithium ion capacitor

상기 제조예 1에 의해 제조된 양극을 사용한 대신 상기 비교 제조예 1에서 제조된 양극을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 리튬이온 커패시터를 제조하였다.A lithium ion capacitor was prepared in the same manner as in Example 1, except that the positive electrode prepared in Comparative Preparation Example 1 was used instead of the positive electrode prepared in Preparation Example 1 above.

비교예 2: 리튬이온 전지의 제조Comparative Example 2: Manufacture of lithium ion battery

상기 제조예 1에 의해 제조된 양극을 사용한 대신 상기 비교 제조예 2에서 제조된 양극을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 리튬이온 전지를 제조하였다.
A lithium ion battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode prepared in Comparative Preparation Example 2 was used instead of the positive electrode prepared in Production Example 1. [

(방전 용량, 율 특성, 및 사이클 특성 실험) (Discharge Capacity, Rate Characteristics, and Cycle Characteristics Experiment)

평가예 1: 방전 용량, 율 특성 및 사이클 특성 실험Evaluation example 1: Discharge capacity, rate characteristic and cycle characteristic experiment

실시예 1 및 비교예 1~2에 의해 제조된 리튬이온 커패시터 및 리튬이온 전지를 25℃에서 0.1C의 정전류로, 실시예1 및 비교예1에 있어서는 상한 전압4.7V에, 및 비교예2에 있어서는 상한 전압 4.4V에 이를 때까지 충전 해, 초기 충전 용량을 측정한 후, 실시예1 및 비교예1에 있어서는 방전종지전압 2.0V에, 및 비교예2에 있어서는 방전종지전압 2.7V에 이를 때까지 0.1 C 방전을 실시하였다. 이어서 동일한 전류와 전압 구간에서 충전 및 방전을 60회 사이클을 반복하였다. 60회 사이클을 반복한 후 초기 용량에 대한 용량 유지율(%, {60회 사이클에서의 방전용량/1 회 사이클에서의 방전용량) × 100})을 측정하여 상기 리튬이온 커패시터 및 리튬이온 전지의 사이클 특성을 평가하였다. The lithium ion capacitor and the lithium ion battery produced in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were charged at a constant current of 0.1 C at 25 캜, at an upper limit voltage of 4.7 V in Example 1 and Comparative Example 1, The discharge capacity of the discharge cell was increased up to the upper limit voltage of 4.4 V and the initial charge capacity was measured. The discharge end voltage of 2.0 V in Example 1 and Comparative Example 1 and the discharge end voltage of 2.7 V in Comparative Example 2 Lt; RTI ID = 0.0 > C < / RTI > Subsequently, charging and discharging were repeated 60 times in the same current and voltage section. (The discharge capacity in 60 cycles / the discharge capacity in one cycle) 100) was measured after repeating the cycle of 60 times, and the capacity maintenance ratio (%, the discharge capacity in 60 cycles / the discharge capacity in one cycle) The properties were evaluated.

이와 별도로 상기 실시예 1 및 비교예 1~2에 의해 제조된 리튬이온 커패시터 및 리튬이온 전지를 25℃에서, 0.1C의 정전류로, 실시예1 및 비교예1에 있어서는 상한 전압 4.7V에, 및 비교예2에 있어서는 상한 전압 4.4V 에 이를 때까지 충전 해, 실시예1 및 비교예1에 있어서는 방전 종지 전압 2.0V에, 및 비교예2에 있어서는 방전 종지 전압 2.7V에 이를 때까지 0.1 C 방전을 실시하였다. 1회 사이클 후 0.1C에서의 방전용량에 대한 1C에서의 방전용량의 비를 측정하여 율 특성을 평가하였다. Separately, the lithium ion capacitor and the lithium ion battery manufactured in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were charged at a constant current of 0.1 C at 25 캜, at an upper limit voltage of 4.7 V in Example 1 and Comparative Example 1, and In Comparative Example 2, discharge was carried out until the upper limit voltage of 4.4 V was reached. In Example 1 and Comparative Example 1, the discharge end voltage was 2.0 V, and in Comparative Example 2, 0.1 C discharge Respectively. After one cycle, the ratio of the discharge capacity at 1 C to the discharge capacity at 0.1 C was measured to evaluate the rate characteristics.

이어서, 상기 실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 리튬이온 커패시터를 25?에서, 0.1C의 정전류로, 상한 전압 4.7V에 이를 때까지 충전 해, 초기 방전 용량을 측정한 후, 방전종지전압 2.0 V에 이를 때까지 10C방전을 실시하였다. 그 결과를 각각 하기 표 1및 도 2~4에 나타내었다. Then, the lithium ion capacitor prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was charged at a constant current of 0.1 C at 25? Until the upper limit voltage reached 4.7 V, the initial discharge capacity was measured, and then the discharge end voltage 10 C discharge was performed until it reached 2.0 V. The results are shown in Table 1 and Figs. 2 to 4, respectively.

구분division 양극 구성Anode configuration 양극 중량당
방전 용량
(mAh/g)Per anode weight
Discharge capacity
(mAh / g) 사이클 특성(%)
(60사이클 후 용량
유지율)Cycle characteristics (%)
(Capacity after 60 cycles)
Retention rate) 율 특성(%)
(1C /0.1C)Rate characteristic (%)
(1C / 0.1C) 실시예 1Example 1 그래핀 양극 활물질Graphene cathode active material 85.185.1 0.950.95 0.850.85 비교예 1Comparative Example 1 활성탄 양극 활물질Activated carbon cathode active material 13.413.4 1.051.05 0.950.95 비교예 2Comparative Example 2 LiCoO2 양극 활물질LiCoO 2 cathode active material 123.4123.4 0.910.91 0.640.64

표 1 및 도 2~4를 참조하면, 상기 실시예 1에 의해 제조된 리튬이온 커패시터에 포함된 양극의 방전 용량은 양극 중량에 대하여 60mAh/g 이상이었다. 상기 실시예 1에 의해 제조된 리튬이온 커패시터에 포함된 양극의 방전용량은 비교예 1에 의해 제조된 일반적인 리튬이온 커패시터에 포함된 양극의 방전용량에 비해 약 6배 이상이 향상되었다. Referring to Table 1 and FIGS. 2 to 4, the discharge capacity of the anode included in the lithium ion capacitor manufactured in Example 1 was 60 mAh / g or more based on the anode weight. The discharge capacity of the anode included in the lithium ion capacitor manufactured in Example 1 was improved by about 6 times or more as compared with the discharge capacity of the anode included in the general lithium ion capacitor manufactured in Comparative Example 1. [

또한 실시예 1에 의해 제조된 리튬이온 커패시터의 사이클 특성은 비교예 2에 의해 제조된 리튬이온 전지에 비해 약 1.04배 정도 향상되었다. 실시예 1에 의해 제조된 리튬이온 커패시터의 율 특성은 비교예 2에 의해 제조된 리튬이온 전지에 비해 약 1.3배 정도 향상되었다.
The cycle characteristics of the lithium ion capacitor produced in Example 1 were improved by about 1.04 times as compared with the lithium ion battery produced in Comparative Example 2. [ The rate characteristics of the lithium ion capacitor produced by Example 1 were improved by about 1.3 times as compared with the lithium ion battery produced by Comparative Example 2. [

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.

100: 리튬이온 커패시터, 101: 양극 활물질층
102: 비수계 전해질, 103: 세퍼레이터
104: 음극 활물질층, 105: 집전체100: lithium ion capacitor, 101: positive electrode active material layer
102: non-aqueous electrolyte, 103: separator
104: anode active material layer, 105: collector

Claims (18)

집전체; 및
상기 집전체의 일 면에 형성된 그래핀을 함유하는 양극 활물질을 포함한 양극 활물질층을 포함하는 리튬이온 커패시터용 양극.Collecting house; And
And a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material containing graphene formed on one surface of the current collector. 제1항에 있어서, 상기 그래핀이 단층의 시트, 또는 2층 내지 10층의 복수 층의 시트를 포함하는 리튬이온 커패시터용 양극. The positive electrode for a lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the graphene comprises a single layer sheet or a plurality of sheets of two to ten layers. 제1항에 있어서, 상기 그래핀이 평탄한 형태로 상기 집전체의 일 면에 적층되거나 또는 습곡된 형태로 상기 집전체의 일 면에 배치된 리튬이온 커패시터용 양극. The positive electrode for a lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the graphene is laminated on one surface of the current collector in a flat shape or is disposed on one surface of the current collector in a folded form. 제1항에 있어서, 상기 그래핀의 함량이 상기 양극 활물질 100중량부를 기준으로 50중량부 이상을 포함하는 리튬이온 커패시터용 양극. The positive electrode for a lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the content of the graphene is 50 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the positive electrode active material. 제1항에 있어서, 상기 그래핀의 함량이 상기 양극 활물질 100중량부를 기준으로 80중량부 이상을 포함하는 리튬이온 커패시터용 양극. The positive electrode for a lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the content of graphene is 80 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the positive electrode active material. 제1항에 있어서, 상기 양극 활물질층이 결착제를 더 포함하는 리튬이온 커패시터용 양극. The positive electrode for a lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the positive electrode active material layer further comprises a binder. 제6항에 있어서, 상기 결착제가 폴리불화비닐리덴(PVdF), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 키토산, 또는 스티렌·부타디엔 고무(SBR)을 포함하는 리튬이온 커패시터용 양극. The positive electrode for a lithium ion capacitor according to claim 6, wherein the binder comprises polyvinylidene fluoride (PVdF), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), chitosan or styrene-butadiene rubber (SBR). 제6항에 있어서, 상기 결착제의 함량이 상기 양극 활물질 100중량부를 기준으로 5 내지 50중량부인 리튬이온 커패시터용 양극. The positive electrode for a lithium ion capacitor according to claim 6, wherein the content of the binder is 5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the positive electrode active material. 제1항에 있어서, 상기 양극 활물질층의 두께가 10 내지 500㎛인 리튬이온 커패시터용 양극. The positive electrode for a lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the thickness of the positive electrode active material layer is 10 to 500 占 퐉. 제1항에 있어서, 상기 양극의 방전 용량이 0.1C로 1회 사이클 충방전시 양극 중량에 대하여 60mAh/g 이상인 리튬이온 커패시터용 양극. The positive electrode for a lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the positive electrode has a discharge capacity of 0.1 C or more and 60 mAh / g or more based on the weight of the positive electrode during one cycle charge / discharge cycle. 제1항에 있어서, 상기 집전체가 시트 형태 또는 메시 형태인 리튬이온 커패시터용 양극. The positive electrode for a lithium ion capacitor according to claim 1, wherein the current collector is in the form of a sheet or a mesh. 제1항 내지 제11항에 따른 양극;
상기 양극에 대향하여 배치된 음극 활물질을 포함한 음극 활물질층을 포함하는 음극; 및
상기 양극과 음극 사이에 함침된 비수계 전해액;을 포함하는 리튬이온 커패시터.A cathode according to any one of claims 1 to 11;
A negative electrode including a negative electrode active material layer including a negative electrode active material disposed opposite to the positive electrode; And
And a non-aqueous electrolyte impregnated between the positive electrode and the negative electrode. 제12항에 있어서, 상기 음극 활물질이 금속이온을 가역적으로 흡장 방출하는 탄소재료를 포함하는 리튬이온 커패시터.  13. The lithium ion capacitor according to claim 12, wherein the negative electrode active material comprises a carbon material capable of reversibly storing and releasing metal ions. 제12항에 있어서, 상기 음극 활물질이 리튬이온이 프리도핑된 탄소재료, 리튬 금속, 또는 리튬 금속 기반의 합금인 리튬이온 커패시터. 13. The lithium ion capacitor according to claim 12, wherein the negative electrode active material is a lithium-ion-based carbon material, a lithium metal, or a lithium metal-based alloy. 제12항에 있어서, 상기 음극 활물질층의 두께가 1 내지 500㎛인 리튬이온 커패시터. 13. The lithium ion capacitor of claim 12, wherein the thickness of the negative active material layer is 1 to 500 mu m. 제12항에 있어서, 상기 비수계 전해액이 비수계 유기용매 및 리튬염을 포함하는 리튬이온 커패시터. 13. The lithium ion capacitor of claim 12, wherein the non-aqueous liquid electrolyte comprises a non-aqueous organic solvent and a lithium salt. 제16항에 있어서, 상기 리튬 이온 커패시터는 상기 비수계 전해액에 이온성 액체를 추가로 포함하는 리튬이온 커패시터. 17. The lithium ion capacitor of claim 16, wherein the lithium ion capacitor further comprises an ionic liquid in the non-aqueous liquid electrolyte. 제12항에 있어서, 상기 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 추가적으로 배치하는 리튬이온 커패시터. 13. The lithium ion capacitor according to claim 12, further comprising a separator disposed between the anode and the cathode.
KR1020140011740A 2013-07-31 2014-01-29 Positive electrode for lithium ion capacitor and lithium ion capacitor comprising the same KR20150016072A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2013-158500 2013-07-31
JP2013158500A JP2015029028A (en) 2013-07-31 2013-07-31 Electrochemical device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150016072A true KR20150016072A (en) 2015-02-11

Family

ID=52492575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140011740A KR20150016072A (en) 2013-07-31 2014-01-29 Positive electrode for lithium ion capacitor and lithium ion capacitor comprising the same

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2015029028A (en)
KR (1) KR20150016072A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180115473A (en) * 2017-04-13 2018-10-23 엘지이노텍 주식회사 Electrochemical element and method of producing the same
KR20190053362A (en) * 2017-11-10 2019-05-20 한국전력공사 An axial-type lithium ion capacitor comprising graphene electrode
US11158849B2 (en) 2017-09-22 2021-10-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Lithium ion battery including nano-crystalline graphene electrode

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019026690A1 (en) 2017-08-03 2019-02-07 国立大学法人東京工業大学 Electrode active material for nonaqueous secondary battery, and method for manufacturing same
CN115472833B (en) * 2022-09-26 2023-09-15 欣旺达动力科技股份有限公司 Secondary battery and battery pack

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6099887B2 (en) * 2011-06-24 2017-03-22 株式会社半導体エネルギー研究所 Power storage device
US9779883B2 (en) * 2011-09-07 2017-10-03 Nanotek Instruments, Inc. Partially surface-mediated lithium ion-exchanging cells and method for operating same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180115473A (en) * 2017-04-13 2018-10-23 엘지이노텍 주식회사 Electrochemical element and method of producing the same
US11158849B2 (en) 2017-09-22 2021-10-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Lithium ion battery including nano-crystalline graphene electrode
KR20190053362A (en) * 2017-11-10 2019-05-20 한국전력공사 An axial-type lithium ion capacitor comprising graphene electrode

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015029028A (en) 2015-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101837235B1 (en) Lithium-sulfur rechargeable battery containing porous carbon sulfur composite and multi-layer separator, method for manufacturing thereof
JP4738042B2 (en) Non-aqueous lithium storage element and method for manufacturing the same
KR101383360B1 (en) Positive active material for lithium ion capacitor and preparation method thereof
JP6361599B2 (en) Power storage device
US20120212879A1 (en) High energy hybrid supercapacitors using lithium metal powders
JP2023171777A (en) Compositions and methods for multilayer electrode films
US9722247B2 (en) Vanadyl phosphates as high energy density cathode materials for rechargeable sodium battery
US20170338467A1 (en) Secondary cell, method for manufacturing secondary cell, positive electrode for secondary cells, method for manufacturing positive electrode for secondary cells, battery pack, electronic device, and electric vehicle
JP2009200302A (en) Method of manufacturing electricity storage device, and electricity storage device
CN109841425B (en) Capacitor battery and preparation method thereof
KR20150016072A (en) Positive electrode for lithium ion capacitor and lithium ion capacitor comprising the same
TW201721941A (en) Method for producing negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries and method for manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery
TW201327996A (en) Hybrid energy storage device
KR20150016018A (en) Composite electrode comprising different electrode active material and electrode assembly
KR101138481B1 (en) Lithium ion capacitor and manufacturing method of lithium ion capacitor
KR101948804B1 (en) Graphite anode with improved lithium pre-doping speed and lithium ion capacitor employing the same
KR101394743B1 (en) Lithium-ion capacitor and manufacturing method of therof
JP2012028366A (en) Power storage device
JP4099970B2 (en) Secondary power supply
JP2005327489A (en) Positive electrode for power storage element
KR102379507B1 (en) High-density hybrid supercapacitor with phosphorine-based negative electrode and method of manufacturing thereof
JP5272810B2 (en) Capacitors
CN107591249B (en) Electrochemical energy storage device
JP2014195018A (en) Electric power storage device
US20230360863A1 (en) Advanced lithium-ion energy storage device

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination