KR20180029794A - Electrode material and electrochemical element using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an electrode material and an electrochemical element using the same. More specifically, the electrode material comprises a carbon source which includes a crystalline including a crystal lattice and an amorphous including a pore. An interlayer distance of the crystalline is 0.37 to 0.40 nm, and a ratio of the crystalline to a unit weight (g) of the electrode material is 0.4 to 0.91. Therefore, the electrochemical element having high capacitance can be realized.

Description

전극 재료 및 이를 이용한 전기 화학 소자{ELECTRODE MATERIAL AND ELECTROCHEMICAL ELEMENT USING THE SAME} ELECTRODE MATERIAL AND ELECTROCHEMICAL ELEMENT USING THE SAME Technical Field [1] The present invention relates to an electrode material,

본 발명은 전극 재료 및 이를 이용한 전기 화학 소자에 관한 것으로, 특히 높은 정전 용량을 갖는 전기 화학 소자의 구현이 가능한 전극 재료 및 이를 이용한 전기 화학 소자에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode material and an electrochemical device using the same, and more particularly, to an electrode material capable of realizing an electrochemical device having a high capacitance 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. As the application fields of cell phones, camcorders, notebook PCs and even electric vehicles are expanding, efforts for research and development of electrochemical devices are becoming more and more specified.

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. The electrochemical device enables conversion between electric energy and chemical energy. Specific examples thereof include a super capacitor (electric double layer capacitor, EDLC), a lithium ion secondary battery, and a hybrid capacitor.

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 because they are capable of charging and discharging and have high energy density. High capacitance and energy density are required as the application field expands.

슈퍼 캐패시터를 예로 들면, 전해액에 함침된 양극 및 음극, 두 전극 사이에 구비되는 분리막, 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락 방지를 위한 가스켓, 금속 케이스 등을 포함하여 단위 셀이 이루어지며, 이러한 단위 셀을 적층하고 양극 및 음극의 단자를 조합하여 구성되며, 전극 형성용 조성물로 전극 활물질 외에 바인더, 도전재가 포함될 수 있으며 각 성분은 혼합 후 슬러리 형태로 슈퍼 캐패시터에 적용될 수 있다.Examples of the super capacitor include a unit cell including a cathode and a cathode impregnated in an electrolytic solution, a separator provided between the two electrodes, a gasket for preventing leakage of the electrolyte, a gasket for insulation and short- And a combination of terminals of the positive electrode and the negative electrode. The composition for forming an electrode may include a binder and a conductive material in addition to the electrode active material, and each component may be applied to a super capacitor in the form of a slurry after mixing.

이 때, 전기 화학 소자의 성능은 특히 전극 활물질에 의해 결정되며, 전극 활물질로 활성탄이 주로 이용되고 있다. At this time, the performance of the electrochemical device is determined mainly by the electrode active material, and activated carbon is mainly used as the electrode active material.

그러나, 상용화된 전극 활물질로는 전기 화학 소자의 고 용량화에 한계가 있는바, 이에 대한 해결책이 필요한 실정이다.However, as a commercially available electrode active material, there is a limit to increase the capacity of an electrochemical device, and a solution to this problem is needed.

본 발명은 높은 정전 용량을 갖는 전기 화학 소자의 구현이 가능한 전극 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an electrode material capable of realizing an electrochemical device having a high capacitance.

또한, 본 발명은 정전 용량이 현저하게 향상된 전기 화학 소자의 구현이 가능한 전극 재료를 이용한 전기 화학 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide an electrochemical device using an electrode material capable of realizing an electrochemical device with remarkably improved capacitance.

본 발명의 전극 재료는 탄소원을 포함하며, 상기 탄소원은 결정 격자를 포함하는 결정질 및 기공을 포함하는 비정질을 포함하고, 상기 결정질의 층간 거리는 0.37 nm 내지 0.40 nm이며, 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91이다.The electrode material of the present invention includes a carbon source, and the carbon source includes amorphous material including crystalline and pores including a crystal lattice, the interlayer distance of the crystalline material is 0.37 nm to 0.40 nm, and the unit weight of the electrode material ) Is from 0.4 to 0.91.

상기 전극 재료의 일 실시예로, 상기 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 하기 수학식 1 및 수학식 2를 만족할 수 있다.In one embodiment of the electrode material, the ratio of the crystalline to the unit weight (g) may satisfy the following equations (1) and (2).

[수학식 1] 20x+2000y=k[Equation 1] 20x + 2000y = k

[수학식 2] x+y=1&Quot; (2) " x + y = 1

(식 중, x는 결정질 비율이고, y는 비정질 비율이며, k는 200 내지 1200임).(Wherein x is a crystalline ratio, y is an amorphous ratio, and k is 200 to 1200).

상기 전극 재료의 일 실시예로, 상기 기공 중 지름이 0 nm 초과 1 nm 이하인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 60 % 내지 85 %일 수 있다.In one embodiment of the electrode material, the volume of the pores having a pore diameter of more than 0 nm and 1 nm or less may be 60% to 85% of the total amorphous volume.

상기 전극 재료의 일 실시예로, 상기 기공 중 지름이 0.6 nm 내지 0.9 nm인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 45 % 내지 75 %일 수 있다.In one embodiment of the electrode material, the volume of the pores having a pore diameter of 0.6 nm to 0.9 nm may be 45% to 75% of the total amorphous volume.

상기 전극 재료의 일 실시예로, 상기 기공 중 지름이 0.75 nm 내지 0.85 nm인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 15 % 내지 23 %일 수 있다.In one embodiment of the electrode material, the volume of the pores having a diameter of 0.75 nm to 0.85 nm in the pores may be 15% to 23% of the total amorphous volume.

상기 전극 재료의 일 실시예로, 비표면적은 200 m2/g 내지 1200 m2/g일 수 있다.In one embodiment of the electrode material, the specific surface area may be 200 m 2 / g to 1200 m 2 / g.

상기 전극 재료의 일 실시예로, 겉보기 밀도는 0.7 g/cm3 내지 1.5 g/cm3일 수 있다.In one embodiment of the electrode material, the apparent density is 0.7 g / cm < 3 > To 1.5 g / cm < 3 >.

본 발명의 전기 화학 소자는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 전극을 형성하는 전극 재료는, 탄소원을 포함하고 상기 탄소원은 결정 격자를 포함하는 결정질 및 기공을 포함하는 비정질을 포함하며 상기 결정질의 층간 거리는 0.37 nm 내지 0.40 nm이고, 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91이다.The electrochemical device of the present invention includes a first electrode, a second electrode, and a separation membrane disposed between the first electrode and the second electrode, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is formed Wherein the electrode material comprises a carbon source and the carbon source comprises amorphous material including crystalline and pores including a crystal lattice, and the interlayer distance of the crystalline material is 0.37 nm to 0.40 nm, The ratio of the crystals is 0.4 to 0.91.

상기 전기 화학 소자의 일 실시예로, 상기 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 하기 수학식 1 및 수학식 2를 만족할 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device, the ratio of the crystalline to the unit weight (g) may satisfy the following equations (1) and (2).

[수학식 1] 20x+2000y=k[Equation 1] 20x + 2000y = k

[수학식 2] x+y=1&Quot; (2) " x + y = 1

(식 중, x는 결정질 비율이고, y는 비정질 비율이며, k는 200 내지 1200임).(Wherein x is a crystalline ratio, y is an amorphous ratio, and k is 200 to 1200).

상기 전기 화학 소자의 일 실시예로, 상기 기공 중 지름이 0 nm 초과 1 nm 이하인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 60 % 내지 85 %일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device, the volume of the pores having a pore diameter of more than 0 nm and 1 nm or less may be 60% to 85% of the total amorphous volume.

상기 전기 화학 소자의 일 실시예로, 상기 기공 중 지름이 0.6 nm 내지 0.9 nm인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 45 % 내지 75 %일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device, the volume of pores having a pore diameter of 0.6 nm to 0.9 nm may be 45% to 75% of the total amorphous volume.

상기 전기 화학 소자의 일 실시예로, 상기 기공 중 지름이 0.75 nm 내지 0.85 nm인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 15 % 내지 23 %일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device, the volume of the pores having a pore diameter of 0.75 nm to 0.85 nm may be 15% to 23% of the total amorphous volume.

상기 전기 화학 소자의 일 실시예로, 비표면적은 200 m2/g 내지 1200 m2/g일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device, the specific surface area may be 200 m 2 / g to 1200 m 2 / g.

상기 전기 화학 소자의 일 실시예로, 겉보기 밀도는 0.7 g/cm3 내지 1.5 g/cm3일 수 있다.In one embodiment of the electrochemical device, the apparent density is 0.7 g / cm < 3 > To 1.5 g / cm < 3 >.

본 발명의 전극 재료를 포함하여 형성되는 전기 화학 소자는 높은 정전 용량의 구현이 가능하여 전기적 특성이 우수하다.The electrochemical device including the electrode material of the present invention is capable of realizing a high capacitance, and thus has excellent electrical characteristics.

본 발명의 전극 재료는 정전 용량이 현저히 향상된 전기 화학 소자에 이용될 수 있다.The electrode material of the present invention can be used in an electrochemical device in which the electrostatic capacity is remarkably improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 재료를 확대한 형상을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 화학 소자를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이다.
도 4는 열처리 및 활성화 처리에 따른 탄소원의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 재료의 X선 회절 분석 패턴이다
도 6은 실시예 1 및 비교예 8의 기공 지름에 따른 기공의 분포에 관한 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an enlarged shape of an electrode material according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a schematic view illustrating an electrochemical device according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a manufacturing process of an electrode material according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 is a view schematically showing the change of the carbon source according to the heat treatment and the activation treatment.
5 is an X-ray diffraction analysis pattern of an electrode material according to an embodiment of the present invention
6 is a graph showing the distribution of pores according to the pore diameters of Example 1 and Comparative Example 8. Fig.

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 the embodiments, it is described that each layer, film, electrode, plate or substrate, etc. is formed "on" or "under" of each layer, film, electrode, In this case, "on" and "under " all include being formed either directly or indirectly 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 top, side, or bottom of each component are described with reference to the drawings. The size of each component in the drawings may be exaggerated for the sake of explanation and does not mean the size actually applied.

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 재료를 확대한 형상을 개략적으로 도시한 도면이다. 이하 도 1을 참조하여 설명한다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an enlarged shape of an electrode material according to an embodiment of the present invention; FIG. This will be described below with reference to Fig.

상기 전극 재료는 탄소원(100)을 포함하고, 상기 탄소원(100)은 결정 격자를 포함하는 결정질(21) 및 비정질(11)을 포함한다. 즉, 상기 전극 재료에 포함되는 탄소원(100)에는 결정질(21)과 비정질(11)이 혼재되어 있다.The electrode material includes a carbon source 100 and the carbon source 100 includes a crystalline material 21 and an amorphous material 11 including a crystal lattice. That is, the carbon source 100 included in the electrode material includes the crystalline material 21 and the amorphous material 11 mixed therein.

상기 탄소원(100)은 구체적인 예를 들면 석유계 또는 석탄계 피치(Pitch), 생 코크스(그린 코크스), 칼시네이션(Calcination) 코크스 등의 물질을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The carbon source 100 may include a specific material such as petroleum or coal-based pitch, green coke, calcination coke, and the like. However, the present invention is not limited thereto as long as it does not depart from the object of the present invention.

상기 탄소원(100)에 포함되는 비정질(11)은 기공(12)을 포함한다.The amorphous material (11) included in the carbon source (100) includes pores (12).

상기 기공(12)은 상기 전극 재료에 다공성을 부여하는 것으로 상기 비정질(11)에 포함되는 기공(12)에 전해질 이온(13)이 삽입될 수 있다. The pores (12) impart porosity to the electrode material so that the electrolyte ions (13) can be inserted into the pores (12) contained in the amorphous material (11).

상기 비정질(11)에서 기공(12)의 유무 및/또는 기공(12)의 지름 길이는 전극 재료의 비표면적에 영향을 주는 요인이다. 따라서, 기공(12)의 유무 및/또는 기공(12)의 지름 길이를 조절하여 전극 재료의 정전 용량을 향상시킬 수 있다.The presence or absence of the pores 12 and / or the diameter of the pores 12 in the amorphous material 11 are factors affecting the specific surface area of the electrode material. Therefore, the electrostatic capacity of the electrode material can be improved by adjusting the presence of the pores 12 and / or the diameter of the pores 12.

상기 전극 재료는 상기 비정질(11)에 적어도 하나의 기공(12)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 전극 재료는 복수 개의 기공(12)을 상기 비정질(11)에 포함할 수 있다.The electrode material may include at least one pore 12 in the amorphous material 11. That is, the electrode material may include a plurality of pores 12 in the amorphous material 11.

상기 전극 재료가 복수 개의 기공(12)을 포함하는 경우, 각각의 기공(12)마다 지름의 길이는 동일하거나 상이할 수 있다. 구체적으로, 상기 전극 재료는 동일한 길이의 지름을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전극 재료는 상이한 길이의 지름을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 전극 재료는 길이가 동일한 지름을 갖는 기공(12)들과 길이가 상이한 지름을 갖는 기공(12)들을 모두 포함할 수 있다.When the electrode material includes a plurality of pores 12, the diameters of the pores 12 may be the same or different. Specifically, the electrode material may include pores 12 having a diameter of the same length. In addition, the electrode material may include pores 12 having diameters of different lengths. In addition, the electrode material may include pores 12 having a diameter equal in length and pores 12 having a diameter different in length.

상기 탄소원(100)에 포함되는 결정질(21)은 후술하는 바와 같이 상기 탄소원(100)이 650 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 열처리되는 과정에서 부분 결정화가 진행됨에 따라 구비된다.The crystalline material 21 included in the carbon source 100 is provided as the carbon source 100 is partially crystallized in the course of the heat treatment at a temperature of 650 ° C to 900 ° C as described later.

상기 탄소원(100)이 결정질(21)을 포함하는지 여부는 X선 회절 분석법(X-ray diffraction, XRD)에 의해 확인할 수 있다. 결정에 X선 조사시 일부에서 회절이 일어나는데, 그 회절각과 강도는 물질 구조마다 고유한 것으로서 회절 X선을 이용하여 시료에 함유된 결정성 물질의 종류와 양에 관계되는 정보를 알 수 있다. 즉, X선 회절 분석법에 의하면 결정성 물질의 구조에 관한 정보를 알 수 있다.Whether the carbon source 100 includes the crystalline material 21 can be confirmed by X-ray diffraction (XRD). Diffraction occurs in a part of the crystal when X-ray irradiation is performed. The diffraction angle and intensity are inherent to each material structure, and information related to the kind and amount of the crystalline material contained in the sample can be obtained by using diffracted X-rays. That is, the X-ray diffraction analysis shows the information on the structure of the crystalline material.

상기 전극 재료는 탄소원(100) 내에 비정질(11)의 기공(12) 외에도 결정질(21)을 포함하는바, 상기 결정질(21)은 전해질 이온(13)이 용이하게 흐를 수 있도록 전해질 이온(13)의 이동 통로 역할을 함으로써 저항을 낮춰 전기 전도도를 개선시키며 정전 용량을 현저히 향상시킬 수 있다. The electrode material includes a crystalline material 21 in addition to the pores 12 of the amorphous material 11 in the carbon source 100. The crystalline material 21 may be a mixture of the electrolyte ions 13 so that the electrolyte ions 13 can easily flow, Thereby reducing the resistance and improving the electrical conductivity and significantly improving the capacitance.

상기 결정질의 층간 거리(d)는 0.37 nm 내지 0.40 nm이다.The crystalline interlayer distance d is 0.37 nm to 0.40 nm.

상기 결정질의 층간 거리(d)는 후술하는 활성화 온도 및/또는 탄소원과 활성화제의 함량비로 조절할 수 있고, 이와 관련된 내용은 후술한다.The crystalline interlayer distance d can be controlled by the activation temperature and / or the content ratio of the carbon source and the activator, which will be described later.

상기 결정질의 층간 거리(d)가 0.37 nm 미만이면 인접하는 결정 격자층 사이에 전해질 이온(13)이 삽입될 수 없고, 결정질의 층간 거리(d)가 0.40 nm 를 초과하면 인접하는 결정층 사이의 거리가 멀어져 각 결정층 사이에 존재하던 반데르발스 힘이 작용할 수 없으므로 결정성을 상실한다. 이에 따라, 결정질의 층간 거리(d)가 상기 범위를 벗어나는 경우 정전 용량(F/cc)이 저하되는 문제가 있다.If the crystalline interlayer distance d is less than 0.37 nm, the electrolyte ions 13 can not be inserted between adjacent crystal lattice layers, and when the crystalline interlayer distance d exceeds 0.40 nm, Since the van der Waals force that exists between each crystal layer can not act, the crystallinity is lost. Accordingly, there arises a problem that the capacitance F / cc is lowered when the inter-layer distance d of the crystal is out of the above range.

상기 결정질의 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 material can be measured by a method well known in the art, and can be, for example, X-ray diffraction analysis or TEM photograph, but is not limited thereto.

상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율은 0.4 내지 0.91이다.The ratio of the crystalline material (21) to the unit weight (g) of the electrode material is 0.4 to 0.91.

상기 전극 재료에 포함되는 상기 탄소원(100)의 종류에 따라 상기 탄소원(100)이 결정질(21) 만을 포함하는 경우와 비정질(11)만을 포함하는 경우의 비표면적이 상이할 수 있다. 따라서, 정전 용량 값을 향상시킬 수 있는 전극 재료를 구현하기 위하여 상기 전극 재료의 단위 중량(g)당 상기 결정질(21) 및 비정질(11)의 비율을 구체화 할 수 있다.The specific surface area of the carbon source 100 may be different depending on the kind of the carbon source 100 included in the electrode material when the carbon source 100 includes only the crystalline material 21 and only the amorphous material 11 is included. Accordingly, the ratio of the crystalline material 21 and the amorphous material 11 per unit weight (g) of the electrode material can be specified in order to realize an electrode material capable of improving the capacitance value.

상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 도출될 수 있다.The ratio of the crystalline material (21) to the unit weight (g) of the electrode material can be derived by the following equations (1) and (2).

[수학식 1] 20x+2000y=k[Equation 1] 20x + 2000y = k

[수학식 2] x+y=1&Quot; (2) " x + y = 1

식 중, x는 결정질의 비율이고, y는 비정질의 비율이며, k는 비표면적 값으로 200 내지 1200이다.Wherein x is a ratio of crystalline, y is a ratio of amorphous, and k is a specific surface area value of 200 to 1200.

또한, 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율은 후술하는 바와 같이 탄소원(100)의 열처리 온도에 의해 조절될 수 있다.In addition, the ratio of the crystalline material 21 to the unit weight (g) of the electrode material can be controlled by the heat treatment temperature of the carbon source 100 as described later.

상기 탄소원(100)은 비정질(11)과 결정질(21)을 모두 포함하는바, 비정질(11) 및 결정질(21)에서 정전 용량과 관련된 요인들을 모두 고려하여 정전 용량을 향상시킬 수 있다.The carbon source 100 includes both the amorphous material 11 and the crystalline material 21 so that the capacitance can be improved by considering all the factors related to the capacitance in the amorphous material 11 and the crystalline material 21.

일 실시예로, 상기 비정질(11) 중 일정한 지름을 갖는 기공(12)의 비율을 조절함으로써 높은 정전 용량을 구현할 수 있다.In one embodiment, a high capacitance can be realized by controlling the ratio of the pores 12 having a constant diameter in the amorphous material 11.

특정 범위의 지름을 갖는 기공(12)의 비율 및 기공(12)의 지름은 BET 측정법에 의해 측정할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The ratio of the pores 12 having a specific range of diameters and the diameter of the pores 12 can be measured by the BET measurement method, but the present invention is not limited thereto.

상기 기공(12)은 다양한 지름을 가진 기공(12)들로 구성될 수 있다. The pores 12 may be composed of pores 12 having various diameters.

구체적으로, 상기 기공(12)은 지름이 0 nm 초과 1 nm 이하인 기공(12)을 포함할 수 있다. 전술한 범위의 지름을 갖는 기공(12)의 부피는 상기 비정질(11) 전체 부피의 60 %내지 85 %일 수 있다.Specifically, the pores 12 may include pores 12 having a diameter of more than 0 nm and 1 nm or less. The volume of pores (12) having a diameter in the above range may be 60% to 85% of the total volume of the amorphous (11).

상기 범위의 지름을 갖는 기공(12)의 부피가 비정질(11) 전체 부피에 대하여 60% 미만이거나 85%를 초과하는 경우 전극 재료의 정전 용량이 현저히 감소하게 된다. 이에 따라 전극 재료 및 이를 포함하는 전기 화학 소자(10)의 전기적 특성이 저하되는 문제가 있다.When the volume of the pores 12 having a diameter in the above range is less than 60% or more than 85% of the total volume of the amorphous body 11, the electrostatic capacity of the electrode material is remarkably reduced. Accordingly, the electrical characteristics of the electrode material and the electrochemical device 10 including the electrode material are deteriorated.

일 실시예로, 지름이 0.6 nm 내지 0.9 nm인 기공(12)의 부피는 상기 비정질(11)의 전체 부피에 대해 45 % 내지 75 %일 수 있다. 0.6 nm 내지 0.9 nm의 지름을 갖는 기공(12)의 부피가 전술한 범위 내인 경우 정전 용량 개선 효과가 향상될 수 있어 바람직하다.In one embodiment, the volume of the pores 12 having a diameter of 0.6 nm to 0.9 nm may be 45% to 75% of the total volume of the amorphous material 11. When the volume of the pores 12 having a diameter of 0.6 nm to 0.9 nm is within the above-described range, the electrostatic capacity improving effect can be improved, which is preferable.

다른 실시예로, 지름이 0.75 nm 내지 0.85 nm인 기공(12)의 부피는 상기 비정질(11)의 전체 부피에 대해 15 % 내지 23 %일 수 있다. 0.75 nm 내지 0.85 nm의 지름을 갖는 기공(12)의 부피가 전술한 범위 내인 경우 정전 용량 개선 효과가 현저히 향상될 수 있어 매우 바람직하다.In another embodiment, the volume of the pores 12 having a diameter of 0.75 nm to 0.85 nm may be 15% to 23% of the total volume of the amorphous material 11. When the volume of the pores 12 having a diameter of 0.75 nm to 0.85 nm is within the above-mentioned range, the effect of improving the capacitance can be remarkably improved, which is highly desirable.

또한, 일 실시예로 전극 재료의 비표면적도 정전 용량에 영향을 주는 요인이다. 구체적으로, 비표면적이 크면 에너지 저장 특성이 향상되는 것이 일반적이나, 비표면적이 지나치게 큰 경우 전극 밀도가 낮아져 정전 용량(F/cc)이 오히려 감소할 수 있다.In addition, the specific surface area of the electrode material is also a factor affecting the electrostatic capacitance. Specifically, when the specific surface area is large, the energy storage property is generally improved, but when the specific surface area is too large, the electrode density may be lowered and the capacitance (F / cc) may be rather reduced.

본 발명에 있어 상기 탄소원(100)의 열처리 온도가 낮을수록 비정질(11)의 비율이 높아져 전극 재료의 비표면적이 증가될 수 있고고, 상기 탄소원(100)의 열처리 온도가 높을수록 결정질(21)의 비율이 높아져 전극 재료의 비표면적이 감소할 수 있다.In the present invention, the lower the heat treatment temperature of the carbon source 100, the higher the specific surface area of the electrode material may be due to the higher proportion of the amorphous material 11, and the higher the heat treatment temperature of the carbon source 100, The specific surface area of the electrode material may be reduced.

상기 전극 재료의 비표면적은 전극 재료에 포함되는 탄소원(100)에 따라 달라질 수 있다. The specific surface area of the electrode material may vary depending on the carbon source 100 included in the electrode material.

또한, 전극 재료의 비표면적은 탄소원(100)에 포함되는 결정질(21) 및 비정질(11)의 비율에 따라서도 달라질 수 있다.The specific surface area of the electrode material may also vary depending on the ratio of the crystalline material 21 and the amorphous material 11 contained in the carbon source 100.

상기 결정질(21)의 비율이 0.4 미만이면 전극 재료의 비표면적이 작아 정전 용량이 현저히 저하되는 문제가 있다. 또한, 상기 결정질(21)의 비율이 0.91 초과이면 전극 재료의 비표면적이 지나치게 증가하여 정전 용량이 오히려 감소하는 문제가 있다.If the ratio of the crystalline material 21 is less than 0.4, there is a problem that the specific surface area of the electrode material is small and the electrostatic capacitance is significantly lowered. If the ratio of the crystalline material 21 is more than 0.91, there is a problem that the specific surface area of the electrode material is excessively increased and the electrostatic capacity is rather reduced.

일 실시예로, 상기 전극 재료의 비표면적은 200 m2/g 내지 1200 m2/g 일 수 있다. 상기 전극 재료의 비표면적이 전술한 범위 내인 경우 결정 격자 사이 또는 비정질의 기공(12)에 전해질 이온의 유입이 용이하여 정전 용량이 현저히 향상되어 바람직하다.In one embodiment, the specific surface area of the electrode material may be from 200 m 2 / g to 1200 m 2 / g. When the specific surface area of the electrode material is within the above-mentioned range, the electrolytic ions can easily flow into the crystal lattices or into the amorphous pores 12, which is preferable because the electrostatic capacity remarkably improves.

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

본 명세서에서 겉보기 밀도란 단위 부피당 질량을 의미하는 것으로, 겉보기 밀도도 정전 용량에 영향을 줄 수 있다. 구체적으로, 겉보기 밀도가 너무 크면 정전 용량이 감소하는 문제가 있고, 겉보기 밀도가 너무 작으면 에너지 저장 특성이 저하될 수 있다. In the present specification, the apparent density refers to the mass per unit volume, and the apparent density may also affect the capacitance. Specifically, if the apparent density is too large, there is a problem of decreasing the capacitance, and if the apparent density is too small, the energy storage characteristic may be deteriorated.

일 실시예로, 상기 전극 재료의 겉보기 밀도는 0.7 g/cm3 내지 1.5 g/cm3일 수 있다. 겉보기 밀도가 전술한 범위 내의 값이면 상기 전극 재료의 정전 용량이 증가하므로 바람직하다.In one embodiment, the electrode material has an apparent density of 0.7 g / cm < 3 > To 1.5 g / cm < 3 >. If the apparent density is within the above-mentioned range, the electrostatic capacity of the electrode material increases, which is preferable.

다른 실시예로, 상기 전극 재료의 겉보기 밀도는 0.9 g/cm3 내지 1.3 g/cm3 일 수 있다. 겉보기 밀도가 전술한 범위 내의 값이면 상기 전극 재료의 정전 용량 향상 효과가 현저하므로 보다 바람직하다. In another embodiment, the apparent density of the electrode material may be from 0.9 g / cm 3 to 1.3 g / cm 3 . When the apparent density is within the above-mentioned range, the effect of improving the electrostatic capacity of the electrode material is remarkable.

본 발명의 전극 재료는 탄소원(100)을 포함하고, 상기 탄소원(100)은 결정 격자를 포함하는 결정질(21) 및 기공(12)을 포함하는 비정질(11)을 포함하며, 상기 결정질의 층간 거리(d)는 0.37 nm 내지 0.40 nm 이고, 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91이다. 이에 따라, 상기 전극 재료는 높은 정전 용량을 가질 수 있다.The electrode material of the present invention comprises a carbon source 100 and the carbon source 100 comprises an amorphous material 11 including a crystalline material 21 and a pore 12 containing a crystal lattice, (d) is 0.37 nm to 0.40 nm, and the ratio of the crystalline to the unit weight (g) of the electrode material is 0.4 to 0.91. Accordingly, the electrode material can have a high capacitance.

도 2는 일 실시예의 전기 화학 소자(10)를 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a schematic view showing an electrochemical device 10 of an embodiment.

상기 전기 화학 소자(10)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(10)는 슈퍼 캐패시터, 이차 전지 등 일 수 있다. 이하에서는 상기 전기 화학 소자(10)로 슈퍼 캐패시터를 예로 든 도 2를 참조하여 설명한다.The electrochemical device 10 is capable of converting between electrical energy and chemical energy, and is not particularly limited as long as it does not deviate from the object of the present invention. For example, the electrochemical device 10 may be a supercapacitor, a secondary battery, or the like. Hereinafter, the electrochemical device 10 will be described with reference to FIG. 2, which illustrates a supercapacitor.

본 발명의 전기 화학 소자(10)는 전술한 전극 재료를 포함하여 형성된다.The electrochemical device 10 of the present invention is formed by including the above-described electrode material.

상기 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 포함한다.The electrochemical device 10 includes a first electrode 2, a second electrode 4 and a separator 3 disposed between the first electrode 2 and the second electrode 4.

상기 전기 화학 소자(10)에 포함되는 상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4) 중 적어도 하나의 전극은 전술한 전극 재료를 포함하여 형성되므로, 전극 재료와 관련하여 전술한 내용과 중첩되는 범위 내에서는 그에 관한 구체적인 설명을 생략한다.Since at least one of the first electrode 2 and the second electrode 4 included in the electrochemical device 10 is formed to include the electrode material described above, A detailed description thereof will be omitted.

상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4) 중 적어도 하나의 전극을 형성하는 전극 재료는 탄소원(100)을 포함하고 상기 탄소원(100)은 결정 격자를 포함하는 결정질(21) 및 기공(12)을 포함하는 비정질(11)을 포함하며 상기 결정질의 층간 거리(d)는 0.37 내지 0.40 nm이고, 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91이다.Wherein the electrode material forming at least one of the first electrode 2 and the second electrode 4 comprises a carbon source 100 and the carbon source 100 comprises a crystalline material 21 and a pore Wherein the crystalline interlayer distance d is 0.37 to 0.40 nm and the ratio of the crystalline to the unit weight g of the electrode material is 0.4 to 0.91.

따라서, 상기 전극 재료는 상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4) 중 적어도 한 전극에 대하여, 전극 형성용 조성물로 포함되어 상기 전극 재료는 전극 활물질로써 기능할 수 있다.Therefore, the electrode material is included in at least one of the first electrode 2 and the second electrode 4 as a composition for forming an electrode, and the electrode material can function as an electrode active material.

상기 전기 화학 소자(10)에 있어, 상기 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 하기 수학식 1 및 수학식 2를 만족할 수 있다.In the electrochemical device 10, the ratio of the crystalline to the unit weight g may satisfy the following equations (1) and (2).

[수학식 1] 20x+2000y=k[Equation 1] 20x + 2000y = k

[수학식 2] x+y=1&Quot; (2) " x + y = 1

식 중, x는 결정질 비율이고, y는 비정질 비율이며, k는 200 내지 1200이다.Wherein x is a crystalline ratio, y is an amorphous ratio, and k is from 200 to 1200.

일 실시예로, 상기 전기 화학 소자(10)에 포함되는 상기 기공(12) 중 지름이 0 nm 초과 1 nm 이하인 기공(12)의 부피는 상기 비정질(11) 전체 부피의 60 % 내지 85 %일 수 있다.The volume of the pores 12 having a diameter of more than 0 nm and 1 nm or less among the pores 12 included in the electrochemical device 10 may be 60% to 85% of the total volume of the amorphous material 11 .

다른 실시예로, 상기 전기 화학 소자(10)에 포함되는 상기 기공(12) 중 지름이 0.6 nm 내지 0.9 nm인 기공(12)의 부피는 상기 비정질(11) 전체 부피의 45 % 내지 75 %일 수 있다.The volume of the pores 12 having a diameter of 0.6 nm to 0.9 nm in the pores 12 included in the electrochemical device 10 may be 45% to 75% of the total volume of the amorphous material 11 .

또 다른 실시예로, 상기 기공(12) 중 지름이 0.75 nm 내지 0.85 nm인 기공(12)의 부피는 상기 비정질(11) 전체 부피의 15 % 내지 23 %일 수 있다.In yet another embodiment, the volume of the pores 12 having a diameter of 0.75 nm to 0.85 nm in the pores 12 may be 15% to 23% of the total volume of the amorphous material 11.

상기 전기 화학 소자(10)에 있어 상기 전극 재료의 비표면적은 200 m2/g 내지 1200 m2/g일 수 있다.In the electrochemical device 10, the specific surface area of the electrode material may be 200 m 2 / g to 1200 m 2 / g.

또한, 상기 전기 화학 소자(10)에 있어 상기 전극 재료의 겉보기 밀도는 0.7 g/cm3 내지 1.5 g/cm3 일 수 있다.In the electrochemical device 10, the electrode material may have an apparent density of 0.7 g / cm 3 to 1.5 g / cm 3 .

상기 제1 전극(2)은 양극일 수 있고, 상기 제2 전극(4)은 음극일 수 있다. The first electrode 2 may be an anode, and the second electrode 4 may be a cathode.

상기 분리막(3)은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 사이에 배치된다. 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 separation membrane (3) is disposed between the first electrode (2) and the second electrode (4). Specifically, the separation membrane 3 may be disposed in contact with the first electrode 2 and the second electrode 4. One surface and the other surface of the separation membrane 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 electrolytic solution.

일 실시예로, 상기 전해액은 비수계 전해액일 수 있다. In one embodiment, the electrolytic solution may be a non-aqueous electrolytic solution.

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. 또한, 전해액 용매는 유기성 전해액, 보다 구체적으로는 ACN, PC, GBL, DMK 등일 수 있다. More specifically, when a nonaqueous electrolyte is used, the electrolyte cation may be TEA + , TEMA + , Li + , EMIM + , Na + , and the electrolyte anion may be BF 4 - , PF 6 - , TFSI - , FSI - have. The electrolyte solvent may be an organic electrolytic solution, more specifically, ACN, PC, GBL, DMK, and the like.

상기 전해액의 농도는 용매와 전해질 이온(13)의 종류마다 상이할 수 있다.The concentration of the electrolytic solution may be different depending on the kind of the solvent and the electrolyte ion 13.

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 separation membranes.

일 실시예로, 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.The separator 1 other than the separator 3 disposed between the first electrode 2 and the second electrode 4 may be formed in the same manner as the electrochemical device 10 described above, May be disposed on top of the first electrode (2).

일 실시예로 상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4) 중 적어도 하나의 전극은 베이스 기판 상에서, 전술한 전극 재료를 포함하는 전극 형성용 조성물이 롤링으로 압연된 것일 수 있다. In one embodiment, at least one of the first electrode 2 and the second electrode 4 may be formed by rolling a composition for electrode formation containing the electrode material described above on a base substrate.

일 실시예로, 상기 제1 전극(2) 및/또는 제2 전극(4)은 상기 전극 재료를 포함하는 전극 형성용 조성물이 베이스 기판 상에 코팅된 것일 수 있다.In one embodiment, the first electrode 2 and / or the second electrode 4 may be formed by coating an electrode forming composition comprising the electrode material on a base substrate.

다른 실시예로, 상기 제1 전극(2) 및/또는 제2 전극(4)은 상기 전극 형성용 물질을 시트 상태로 만들어 베이스 기판에 붙인 후 건조하여 형성된 것일 수 있으나, 본 발명이 반드시 그 실시예들에 제한되는 것은 아니다.In another embodiment, the first electrode 2 and / or the second electrode 4 may be formed by forming the electrode forming material into a sheet state and attaching the electrode forming material to a base substrate, followed by drying. However, But are not limited to examples.

상기 베이스 기판은 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 may be formed of a conductive material. Specific examples of the conductive material may be a 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 기판은 박막 형상일 수 있다.The base substrate may be in the form of a thin film.

상기 전극 형성용 조성물은 상기 전극 재료 외에 바인더, 도전재를 포함하고, 선택적으로 용매를 더 포함할 수 있다. 또한, 각 성분은 혼합 후 슬러리로써 전기 화학 소자(10)에 적용될 수 있다.The composition for electrode formation includes a binder and a conductive material in addition to the electrode material, and may further include a solvent. In addition, each component can be applied to the electrochemical device 10 as a slurry after mixing.

상기 바인더는 전극 형성용 조성물에 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 adhesiveness to the composition for electrode formation. Specific examples of the binder include carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinyl pyrrolidone (PVP), styrene-butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE) And polyvinyl alcohol (PVA). The binder may be used including at least one of the above-mentioned examples, but the embodiment is not necessarily limited thereto.

일 실시예로, 상기 바인더는 전극 형성용 조성물 전체에 대하여 1 내지 45 중량%로 포함될 수 있다.In one embodiment, the binder may be included in an amount of 1 to 45% by weight based on the entire composition for forming an electrode.

상기 도전재는 전극 형성용 조성물에 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 forming composition. Specific examples of the conductive material include carbon black, graphene, carbon nanotube (CNT), carbon nanofiber (CNF), and the like. The conductive material may be used including at least one of the above-mentioned examples, but the embodiment is not necessarily limited thereto.

일 실시예로, 상기 도전재는 전극 형성용 조성물 전체에 대하여 1 내지 45 중량%로 포함될 수 있다.In one embodiment, the conductive material may be included in an amount of 1 to 45% by weight based on the total amount of the electrode forming composition.

필요에 따라, 상기 전극 형성용 조성물은 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 composition for electrode formation may further comprise a solvent. Specific examples of the solvent may be water or an organic solvent, but the examples are not necessarily limited thereto.

일 실시예로, 상기 용매는 전극 형성용 조성물 전체에 대하여 10 내지 97 중량%로 포함될 수 있다.In one embodiment, the solvent may be included in an amount of 10 to 97% by weight based on the entire composition for forming an electrode.

일 실시예로, 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.In one embodiment, lead wires 6 and 7 may be attached to the first electrode 2 and the second electrode 4, respectively. In addition, the first electrode 2, the second electrode 4, and the separator 3 disposed therebetween may be arranged in the lid 5.

일 실시예로, 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.In one embodiment, the lid 5 may be formed of a conductive material. The conductive material may include a metal or the like. Specific examples of the metal include aluminum and the like.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이고, 도 4는 활성화 처리에 따른 탄소원의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다. 이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 전극 재료의 제조 방법에 대해 설명한다.FIG. 3 is a view showing a process for producing an electrode material according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view schematically showing a change in carbon source according to an activation treatment. Hereinafter, a method of manufacturing an electrode material will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.

먼저, 탄소원(100)을 650 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 열처리한다.First, the carbon source 100 is heat-treated at a temperature of 650 ° C to 900 ° C.

열처리의 온도가 650 ℃ 미만이면 탄소원(100)에 결정질(21)이 형성되지 않는다. 또한, 열처리 온도가 900 ℃를 초과하면 탄소원(100)에 비정질(11) 없이 결정질(21)만이 존재하여 높은 정전용량을 구현할 수 없는 문제가 있다. 즉, 탄소원(100)을 650 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 열처리하여 상기 탄소원(100) 내에 비정질(11) 및 결정질(21)을 형성한다.When the temperature of the heat treatment is less than 650 ° C, the crystalline material 21 is not formed in the carbon source 100. If the heat treatment temperature is higher than 900 DEG C, there is a problem that the carbonaceous material 100 can not have a high capacitance due to the presence of the crystalline material 21 without the amorphous material 11. That is, the carbon source 100 is heat-treated at a temperature of 650 ° C. to 900 ° C. to form the amorphous material 11 and the crystalline material 21 in the carbon source 100.

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

상기 전극 재료의 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 material (21) to the unit weight (g) of the electrode material can be controlled by the heat treatment temperature of the carbon source (100).

상기 탄소원(100)의 열처리 온도에 따라 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율이 달라지며, 상기 결정질(21)의 비율이 전극 재료의 비표면적에 영향을 주어 정전 용량 값을 변화시킬 수 있다.The ratio of the crystalline material 21 to the unit weight g of the electrode material varies depending on the heat treatment temperature of the carbon source 100 and the ratio of the crystalline material 21 affects the specific surface area of the electrode material, The capacitance value can be changed.

상기 탄소원(100)의 열처리 온도가 낮을수록 비정질(11)의 비율이 높아져 전극 재료의 비표면적이 증가되고, 상기 탄소원(100)의 열처리 온도가 높을수록 결정질(21)의 비율이 높아져 전극 재료의 비표면적이 감소할 수 있다.As the temperature of the carbon source 100 is lower, the proportion of the amorphous material 11 increases and the specific surface area of the electrode material increases. As the temperature of the carbon source 100 increases, the ratio of the crystalline material 21 increases, The specific surface area can be reduced.

본 발명은 650 ℃ 내지 900 ℃의 온도 범위 내에서 상기 탄소원(100)을 열처리함에 따라 상기 전극 재료가 결정질(21)을 포함할 수 있을 뿐만 아니라, 정전 용량 값을 향상시킬 수 있는 최적의 결정질(21)의 비율을 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대하여 0.4 내지 0.91로 구현할 수 있다.The present invention is not limited to the case where the carbon material 100 is thermally treated within a temperature range of 650 ° C to 900 ° C so that the electrode material can contain the crystalline material 21 as well as an optimal crystalline material capable of improving the capacitance value 21) can be realized in the range of 0.4 to 0.91 with respect to the unit weight (g) of the electrode material.

상기 열처리 공정이 수행되는 시간은 반응조의 크기에 따라 달라질 수 있다.The time during 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 include helium, argon, nitrogen, and the like. The inert gas may be used including at least one of the above-mentioned examples, but the embodiment is not necessarily limited thereto.

이어서, 열처리된 탄소원(100)을 800 ℃ 내지 1000 ℃의 온도에서 알칼리를 포함하는 물질로 활성화 처리한다. Then, the heat-treated carbon source 100 is activated with a material containing alkali at a temperature of 800 ° C to 1000 ° C.

상기 활성화 처리 단계에서 상기 비정질(11)이 깨져 기공(12)이 형성되거나, 상기 결정질(21)에서는 결정질의 층간 거리가 벌어지는바(도 4 참조), 상기 탄소원의 비표면적이 증가한다.The amorphous material 11 is broken in the activation treatment step to form pores 12 or a crystalline interlayer distance is generated in the crystalline material 21 (see FIG. 4), and the specific surface area of the carbon source is increased.

상기 활성화 처리 온도가 800 ℃ 미만이거나 1000 ℃ 를 초과하는 경우, 탄소원(100)의 결정질(21)에서 결정질의 층간 거리가 0.37 nm 내지 0.40 nm를 벗어나게 되어 높은 정전 용량을 확보할 수 없는 문제가 있다. When the activation treatment temperature is lower than 800 ° C or exceeds 1000 ° C, the crystalline interlayer distance in the crystalline material 21 of the carbon source (100) is out of the range of 0.37 nm to 0.40 nm, and thus a high capacitance can not be secured .

또한, 상기 활성화 처리 온도가 800 ℃ 내지 1000 ℃ 범위를 벗어나는 경우 특정 범위의 지름을 갖는 기공(12) 비율을 조절하는 것이 어려운바, 지름이 0 초과 1 nm 미만인 기공(12)의 부피가 비정질(11) 전체 부피의 60 내지 85%를 벗어나는 전극 재료가 제조 될 수 있다. 이 경우, 상기 전극 재료 및 이를 포함하여 형성되는 전기 화학 소자(10)가 높은 정전 용량을 구현할 수 없는 문제가 있다. If the activation treatment temperature is outside the range of 800 ° C. to 1000 ° C., it is difficult to control the ratio of the pores 12 having a diameter within a specific range. The volume of the pores 12 having diameters of more than 0 and less than 1 nm may be amorphous 11) an electrode material that is outside the range of 60 to 85% of the total volume can be produced. In this case, there is a problem that the electrode material and the electrochemical device 10 including the electrode material can not realize high capacitance.

상기 알칼리의 구체적인 예를 들면 리튬, 나트륨, 칼륨 금속 등일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.Specific examples of the alkali include, but are not limited to, lithium, sodium, potassium metal, and the like.

상기 활성화 처리는 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다.The activation treatment may be performed in an inert gas atmosphere.

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.Specific examples of the inert gas include helium, argon, nitrogen, and the like. The inert gas may be used including at least one of the above-mentioned examples, but the embodiment is not necessarily limited thereto.

상기 활성화 처리는 불활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다.The activation treatment may be performed in an inert gas atmosphere.

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.Specific examples of the inert gas include helium, argon, nitrogen, and the like. The inert gas may be used including at least one of the above-mentioned examples, but the embodiment is not necessarily limited thereto.

활성화 처리 단계에서, 상기 탄소원(100)과 활성화제는 1:0.8 내지 1:5.5의 중량비로 혼합된다.In the activation treatment step, the carbon source (100) and the activator are mixed in a weight ratio of 1: 0.8 to 1: 5.5.

상기 탄소원과 활성화제의 중량비가 1:0.8 미만이면 탄소원을 충분히 활성화 할 수 없다. 이에 따라, 전극 재료 내에 결정질(21)이 존재하더라도 전해질 이온이 삽입되기에 충분한 결정질(21)의 층간 거리가 확보될 수 없는 문제가 있다. If the weight ratio of the carbon source to the activator is less than 1: 0.8, the carbon source can not be sufficiently activated. Accordingly, even when the crystalline material 21 is present in the electrode material, there is a problem that sufficient interlayer distance of the crystalline material 21 can not be secured enough to insert electrolyte ions.

한편, 상기 탄소원과 활성화제의 중량비가 1:5.5를 초과하면 인접하는 결정층 사이의 거리가 멀어진다. 이에 따라, 결정층 간 반데르발스 힘이 작용할 수 없어 전극 재료가 결정성을 상실하게 된다. On the other hand, when the weight ratio of the carbon source to the activator exceeds 1: 5.5, the distance between the adjacent crystal layers becomes large. As a result, the van der Waals force between the crystal layers can not act and the electrode material loses crystallinity.

또한, 탄소원과 활성화제의 중량비가 전술한 범위를 벗어나면 특정 범위의 지름을 갖는 기공(12) 비율을 조절하는 것이 어려워질 수 있다. 이에 따라, 지름 0 nm 초과 1 nm 미만인 기공(12)의 부피를 비정질(11) 전체 부피의 60 내지 85%로 구현하기 어려워 정전 용량이 현저히 저하될 수 있다.Also, if the weight ratio of the carbon source and the activator is out of the above range, it may be difficult to control the pore 12 ratio with a certain range of diameters. Accordingly, it is difficult to realize the volume of the pores 12 having a diameter of more than 0 nm but less than 1 nm to 60 to 85% of the total volume of the amorphous body 11, so that the electrostatic capacitance can be remarkably lowered.

상기 활성화 처리된 후에는 알칼리를 포함하는 물질의 제거를 위하여 중화하며, 구체적인 예를 들면 중화제로 염산, 질산 등이 사용될 수 있다.After the activation treatment, neutralization is carried out to remove the substance including alkali. Specific examples of the neutralizing agent include hydrochloric acid, nitric acid, and the like.

중화 후에는 결과물을 세정하고, 상기 세정 공정에서 일 예로 증류수가 사용될 수 있다.After neutralization, the resulting product is washed, and in the cleaning process, for example, distilled water may be used.

상기 세정 후에는 건조 공정을 더 포함할 수 있다. 상기 건조 공정의 시간 및 온도는 반응조의 크기에 따라 달라질 수 있다.The cleaning may further include a drying step. The time and temperature of the drying process may vary depending on the size of the reaction tank.

상기 전극 재료의 제조 방법은 당 분야에 널리 알려진 것으로 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면, 해당 공정을 더 포함할 수 있다. The method of manufacturing the electrode material is well known in the art, and may include the process as long as it does not deviate from the object of the present invention.

전술한 방법에 의해 제조된 전극 재료는 결정 격자를 포함하는 결정질(21) 및 기공(12)을 포함하는 비정질(11)을 포함하고 결정질의 층간 거리(d)는 0.37 nm 내지 0.40 nm인 탄소원(100)을 포함하며 상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91이다. 즉, 상기 전극 재료 제조 방법에 의하면 전술한 전극 재료가 제조 되므로, 상기 전극 재료의 기재 내용과 중첩되는 범위 내에서는 전술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.The electrode material produced by the above method includes an amorphous material 11 including crystalline material 21 and pores 12 including a crystal lattice and a crystalline interlayer distance d of 0.37 nm to 0.40 nm 100) and the ratio of the crystalline to the unit weight (g) of the electrode material is 0.4 to 0.91. That is, since the above-described electrode material is produced by the electrode material production method, the above-described contents can be similarly applied within a range overlapping with the description of the electrode material.

실시예Example 1 One

전극 형성용 물질의 제조Preparation of Electrode Forming Material

NCC(Naphta Cracking Center) 공정에서 나오는 잔사 오일을 350 ℃의 온도에서 열처리하여 분자량 1000 내지 2500 범위의 고체상태 피치(pitch)로 만들어 전극 재료의 탄소원으로 사용하였다.The residue oil from the NCC (Naphta Cracking Center) process was heat treated at a temperature of 350 ° C to obtain a solid state pitch in a molecular weight range of 1000 to 2500 and used as a carbon source for the electrode material.

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

이어서, 아르곤 분위기 하에서 900 ℃에서 1 시간동안 탄소원과 KOH 활성화제의 함량비를 1:4로 활성화 처리 하여 전극 재료를 제조한 후, 하기 표 1의 성분 및 함량으로 전극 형성용 물질을 제조하였다.Subsequently, an electrode material was prepared by activating the carbon source and the KOH activator in a ratio of 1: 4 at 900 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere to prepare an electrode-forming material with the components and contents shown in Table 1 below.

구분
(중량%)division
(weight%) 바인더bookbinder 도전재Conductive material 본 발명에 따른 전극 재료The electrode material according to the present invention 실시예 1Example 1 55 55 9090

전기 화학 소자의 제조Manufacture of electrochemical devices

구리 베이스 기판 상에 롤러로 전극 형성용 조성물을 압착하여 시트 상태로 만든 후 건조하여 제1 전극 및 제2 전극을 제조하고 전극 각각에 리드선을 부착하였다.A composition for forming an electrode was pressed onto a copper base substrate by a roller to form a sheet state, followed by drying to form a first electrode and a second electrode, and a lead wire was attached to each of the electrodes.

제1 분리막, 제1 전극, 제2 분리막 및 제2 전극을 적층 후 권취하고, 이에 실링 고무를 부착 후 알루미늄 덮개 내에 삽입하였다. 이어서, 전해액(1M TEABF4 in ACN)을 상기 권취 소자가 함침 되도록 주입 후 밀봉하여 전기 화학 소자(슈퍼 캐패시터)를 제조하였다(도 2 참조).The first separator, the first electrode, the second separator, and the second electrode were laminated and wound up, and a sealing rubber was attached thereto and then inserted into the aluminum cover. Subsequently, an electrolyte (1M TEABF4 in ACN) was injected so as to impregnate the wound element, followed by sealing to produce an electrochemical device (see FIG. 2).

실험예Experimental Example 1: 결정질 존재 유무 1: Presence or absence of crystalline

실시예 1에 따라 형성된 전극 재료에의 결정성 부분 존재 유무를 X선 회절 분석법에 의해 확인하였다.The presence or absence of a crystalline portion in the electrode material formed according to Example 1 was confirmed by X-ray diffraction analysis.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 재료의 X선 회절 분석 패턴이다5 is an X-ray diffraction analysis pattern of the electrode material according to Example 1 of the present invention

도 5를 참조하면 2θ가 25.5°인 지점에의 피크가 높게 나타나는데 상기 피크는 결정질에 해당한다. 따라서, 상기 X선 회절 분석 패턴을 통해 실시예 1의 전극 재료는 비정질과 결정질을 모두 포함함을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 5, a peak at a point of 2? 25.5 ° is high, which corresponds to crystalline. Therefore, it was confirmed through the X-ray diffraction analysis pattern that the electrode material of Example 1 contained both amorphous and crystalline materials.

실험예Experimental Example 2: 결정질의 층간 거리에 따른 정전 용량 측정 2: Measurement of capacitance according to interlayer distance of crystalline

실시예Example 2 내지 4 2 to 4

탄소원과 활성화제의 함량비를 1:0.8 내지 1:5.5 내에서 실시예 1과 다르도록 활성화 처리 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전기 화학 소자를 제조하였다An electrochemical device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the activation ratio of the carbon source to the activator was changed from 1: 0.8 to 1: 5.5 in the same manner as in Example 1

비교예Comparative Example 1 One

탄소원과 활성화제의 함량비를 1:0.5로 하여 활성화 처리 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전기 화학 소자를 제조하였다.An electrochemical device was produced in the same manner as in Example 1, except that the activation ratio of the carbon source to the activator was 1: 0.5.

비교예Comparative Example 2 2

탄소원과 활성화제의 함량비를 1:6으로 하여 활성화 처리 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전기 화학 소자를 제조하였다.An electrochemical device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the activation ratio of the carbon source to the activator was 1: 6.

실시예 및 비교예들에 따른 전극 재료에서 결정질의 층간 거리는 X선 회절 분석법에 의하여 측정하였다.Crystalline interlayer distances in electrode materials according to Examples and Comparative Examples were measured by X-ray diffraction analysis.

또한, 정전 용량은 0.565 mA 에서 단위 부피당 정전용량을 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)로 측정하였고, 그 결과는 하기 표 2와 같다.The electrostatic capacity per unit volume at 0.565 mA was measured with a Hi-EDLC 16CH instrument (manufactured by Human Instrument). The results are shown in Table 2 below.

구분division 결정질의 층간 거리 [nm]Interlayer distance of crystalline [nm] 정전 용량 [F/cc]Capacitance [F / cc] 실시예 2Example 2 0.3920.392 26.026.0 실시예 3Example 3 0.3810.381 24.424.4 실시예 4Example 4 0.3730.373 24.324.3 비교예 1Comparative Example 1 0.3520.352 15.615.6 비교예 2Comparative Example 2 0.4090.409 1818

표 2를 참조하면, 실시예 2 내지 4에 의한 제조된 전극재료는 결정질에 있어 결정질의 층간 거리가 0.37 nm 내지 0.4 nm 범위이므로 본 발명의 범위에 속함을 확인할 수 있었다. Referring to Table 2, it can be seen that the electrode materials prepared according to Examples 2 to 4 are in the range of the present invention because the crystalline interlayer distance in the range of 0.37 nm to 0.4 nm is within the range of the present invention.

또한, 실시예들이 비교예 1 및 2에 비해 높은 정전 용량 값을 가지므로 본 발명의 전극 재료가 우수한 전기적 특성을 나타냄을 알 수 있었다.In addition, it was found that the electrode material of the present invention exhibited excellent electrical characteristics because the Examples had higher capacitance values than Comparative Examples 1 and 2. [

실험예Experimental Example 3:  3: 탄소원의Carbonic 단위  unit 중량에 대한 결정질의 비율에On the ratio of crystalline to weight 따른 정전 용량 측정 Capacitance measurement

실시예Example 5 내지 11 및  5 to 11 and 비교예Comparative Example 3 내지 7 3 to 7

탄소원을 650 ℃ 내지 900 ℃의 온도 범위 내에서 각각 다른 온도에서 열처리 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전기 화학 소자를 제조하였다.An electrochemical device was produced in the same manner as in Example 1, except that the carbon source was heat-treated at different temperatures within the temperature range of 650 ° C to 900 ° C.

구체적으로, 비교예 3 및 4는 상기 온도 범위 내에서도 650 ℃에 근접한 온도에서 열처리 되었으며, 비교예 5 내지 7은 상기 온도 범위 내에서도 900 ℃에 근접한 온도에서 열처리하였다.Specifically, Comparative Examples 3 and 4 were heat-treated at a temperature close to 650 DEG C within the above temperature range, and Comparative Examples 5 to 7 were heat-treated at a temperature close to 900 DEG C even within the above temperature range.

실시예 5 내지 11 및 비교예 3 내지 7에 따른 전극 재료의 비표면적은 BET 측정법에 의하였고, 정전 용량은 실험예 2와 동일한 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 3과 같다.The specific surface area of the electrode material according to Examples 5 to 11 and Comparative Examples 3 to 7 was determined by the BET measurement method and the capacitance was measured in the same manner as in Experimental Example 2. The results are shown in Table 3 below.

구분division x
(결정질 비율)x
(Crystalline ratio) y
(비정질 비율)y
(Amorphous ratio) 비표면적
[m2/g]Specific surface area
[m 2 / g] 정전 용량
[F/cc]capacitance
[F / cc] 실시예 5Example 5 0.8900.890 0.1100.110 238238 25.525.5 실시예 6Example 6 0.8660.866 0.1340.134 285285 2626 실시예 7Example 7 0.8540.854 0.1460.146 309309 25.325.3 실시예 8Example 8 0.8480.848 0.1520.152 320320 2424 실시예 9Example 9 0.8270.827 0.1730.173 363363 24.424.4 실시예 10Example 10 0.5210.521 0.4790.479 969969 24.924.9 실시예 11Example 11 0.4530.453 0.5470.547 11041104 2626 비교예 3Comparative Example 3 0.9770.977 0.0230.023 6666 1919 비교예 4Comparative Example 4 0.9470.947 0.0530.053 124124 1818 비교예 5Comparative Example 5 0.3430.343 0.6570.657 13201320 2020 비교예 6Comparative Example 6 0.2020.202 0.7980.798 16001600 1919 비교예 7Comparative Example 7 0.0200.020 0.9800.980 19601960 1717

상기 표 3을 참조하면, 실시예들은 모두 0.4 내지 0.91의 범위 내에서 결정질을 포함하고, 비교예들은 결정질의 비율이 본 발명의 범위를 벗어남을 확인할 수 있었다.Referring to Table 3 above, it can be seen that all of the examples include crystalline within the range of 0.4 to 0.91, and that the crystal ratios in the comparative examples are out of the scope of the present invention.

구체적으로 살펴보면, 650 ℃ 내지 900 ℃의 온도 범위 내에서 열처리 되었는바 실시예 및 비교예들이 결정질 및 비정질을 모두 포함하였다.Specifically, the heat treatment was performed within a temperature range of 650 ° C to 900 ° C, and the examples and comparative examples included both crystalline and amorphous materials.

한편, 상기 온도 범위 내 중에서도 높은 온도에서 열처리된 비교예 3 및 4는 결정질의 비율이 상대적으로 높고 비표면적이 작았으며, 상기 온도 범위 내에서도 낮은 온도에서 열처리된 비교예 5 내지 7은 결정질의 비율이 상대적으로 낮고 이에 따라 비표면적이 큼을 알 수 있었다.In Comparative Examples 3 and 4 which were heat-treated at a high temperature in the above-mentioned temperature range, the ratio of the crystalline was relatively high and the specific surface area was small. In Comparative Examples 5 to 7 which were heat-treated at a low temperature even within the above temperature range, And the specific surface area was relatively large.

또한, 실시예들의 정전 용량 값이 비교예들에 비해 현저히 우수함을 확인하였다.In addition, it was confirmed that the electrostatic capacitance values of the examples were significantly superior to those of the comparative examples.

실시예Example 12 내지 14 및  12 to 14 and 비교예Comparative Example 8 8

하기 표 4의 성분 및 함량으로 전극 형성용 물질을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전기 화학 소자를 제조하였다.An electrochemical device was produced in the same manner as in Example 1, except that the electrode forming material was prepared from the components and the contents shown in Table 4 below.

구분
(중량%)division
(weight%) 바인더bookbinder 도전재Conductive material 전극활물질Electrode active material 활성탄Activated carbon 본 발명에 따른 전극 재료The electrode material according to the present invention 실시예 12Example 12 55 55 8080 1010 실시예 13Example 13 55 55 4545 4545 비교예 8Comparative Example 8 55 55 9090 00

실험예Experimental Example 4: 기공 분포도 측정 4: Measurement of pore distribution

실시예 1 및 비교예 8에 대해 N2 흡착을 이용한 BET 측정법(기기: SURFACE AREA ANALYZER(TRISTAR-3000), MICROMERITICS社 제조)으로, 특정 기공 지름 및 해당 지름을 갖는 기공의 분포도를 측정하였다. The specific pore diameter and the distribution of the pores having the diameters of the pores were measured with BET measurement method (apparatus: SURFACE AREA ANALYZER (TRISTAR-3000), manufactured by MICROMERITICS) using N 2 adsorption for Example 1 and Comparative Example 8.

그 결과는 하기 표 5와 같으며 이를 그래프로 도시하여 도 6에 나타내었다.The results are shown in Table 5, which is shown in FIG. 6 as a graph.

구분division 기공분포율Pore distribution ratio 실시예 1Example 1 비교예 8Comparative Example 8 기
공
지
름
[nm]group
ball
G
The
[nm] 0.42 0.42 0.00%0.00% 0.00%0.00% 0.6 0.6 12.15%12.15% 1.51%1.51% 0.7 0.7 17.08%17.08% 0.00%0.00% 0.8 0.8 21.56%21.56% 0.00%0.00% 0.9 0.9 13.98%13.98% 6.75%6.75% 1.0 1.0 9.84%9.84% 23.90%23.90% 1.1 1.1 8.23%8.23% 30.34%30.34% 1.2 1.2 3.29%3.29% 19.04%19.04% 1.3 1.3 2.81%2.81% 9.46%9.46% 1.4 1.4 2.32%2.32% 3.34%3.34% 1.5 1.5 2.48%2.48% 1.95%1.95% 1.6 1.6 2.01%2.01% 1.15%1.15% 1.7 1.7 1.57%1.57% 0.65%0.65% 1.8 1.8 1.68%1.68% 0.65%0.65% 1.9 1.9 0.57%0.57% 0.59%0.59% 2.0 2.0 0.43%0.43% 0.69%0.69%

표 5 및 도 6을 참조하면, 실시예 1의 전극 재료는 기공을 포함하고, 지름의 길이가 0 nm 초과 1.0 nm 이하인 기공의 부피는 비정질 전체 부피에 대하여 74.61%이었는바, 실시예 1은 본 발명의 범위에 속함을 알 수 있었다.Referring to Table 5 and FIG. 6, the electrode material of Example 1 includes pores and the volume of the pores having a diameter of more than 0 nm and less than 1.0 nm was 74.61% of the total amorphous volume. In Example 1, It can be seen that the invention falls within the scope of the invention.

그러나, 비교예 8은 기공을 포함하더라도 지름의 길이가 0 nm 초과 1.0 nm 이하인 기공의 부피가 비정질 전체 부피에 대하여 32.16%였으므로, 본 발명의 범위를 벗어남을 확인하였다.However, in Comparative Example 8, the volume of the pores having a diameter of more than 0 nm and not more than 1.0 nm was 32.16% of the total amorphous volume, even though the pores were included.

실험예Experimental Example 5: 겉보기 밀도 및 정전 용량 측정 5: Measurement of apparent density and capacitance

전술한 방법으로 제조된 실시예 1, 12, 13 및 비교예 8에 있어 각각의 겉보기 밀도 및 정전 용량을 측정하였다. In each of Examples 1, 12, 13 and Comparative Example 8 prepared by the above-mentioned method, the apparent bulk density and the electrostatic capacity were measured.

겉보기 밀도는 단위 부피당 질량으로 계산하였으며, 정전 용량은 0.565 mA 에서 단위 부피당 정전용량을 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)로 측정하였고, 그 결과는 하기 표 6과 같다.The apparent density was calculated as mass per unit volume. The electrostatic capacity per unit volume at a capacitance of 0.565 mA was measured with a Hi-EDLC 16CH instrument (manufactured by Human Instrument). The results are shown in Table 6 below.

구분division 겉보기 밀도
[g/cm3]Apparent density
[g / cm 3] 정전 용량
[F/cc]capacitance
[F / cc] 실시예 1Example 1 0.950.95 2525 실시예 12Example 12 0.620.62 18.518.5 실시예 13Example 13 0.660.66 2020 비교예 8Comparative Example 8 0.60.6 11.711.7

표 6을 참조하면, 겉보기 밀도 및 정전 용량은 실시예 1, 12, 13이 비교예 8에 비해 높은 값을 나타냄을 알 수 있었다.Referring to Table 6, it can be seen that the apparent density and electrostatic capacity of Examples 1, 12, and 13 are higher than those of Comparative Example 8.

또한, 실시예들의 겉보기 밀도와 정전 용량을 비교한 결과, 상기 전극 재료 함량비율이 높을수록 정전 용량 개선 효과가 극대화됨을 확인할 수 있었다.As a result of comparing the apparent density and the electrostatic capacity of the examples, it was confirmed that the higher the ratio of the electrode material content, the greater the effect of improving the electrostatic capacity.

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.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, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.

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 리드선100: 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: first lead wire 7: second lead wire

Claims (14)

탄소원을 포함하는 전극 재료로서,
상기 탄소원은 결정 격자를 포함하는 결정질 및 기공을 포함하는 비정질을 포함하고,
상기 결정질의 층간 거리는 0.37 nm 내지 0.40 nm이며,
상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91인, 전극 재료.
1. An electrode material comprising a carbon source,
Wherein the carbon source comprises an amorphous material comprising crystalline and pores containing a crystal lattice,
The crystalline interlayer distance is 0.37 nm to 0.40 nm,
Wherein the ratio of the crystalline to the unit weight (g) of the electrode material is 0.4 to 0.91.
청구항 1에 있어서,
상기 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 하기 수학식 1 및 수학식 2를 만족하는, 전극 재료:
[수학식 1] 20x+2000y=k
[수학식 2] x+y=1
(식 중, x는 결정질 비율이고, y는 비정질 비율이며, k는 200 내지 1200임).
The method according to claim 1,
Wherein the ratio of the crystalline to the unit weight (g) satisfies the following equations (1) and (2):
[Equation 1] 20x + 2000y = k
&Quot; (2) " x + y = 1
(Wherein x is a crystalline ratio, y is an amorphous ratio, and k is 200 to 1200).
청구항 1에 있어서, 상기 기공 중 지름이 0 nm 초과 1 nm 이하인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 60 % 내지 85 %인, 전극 재료.
The electrode material according to claim 1, wherein the volume of the pores having a pore diameter of more than 0 nm and 1 nm or less is 60% to 85% of the amorphous total volume.
청구항 1에 있어서, 상기 기공 중 지름이 0.6 nm 내지 0.9 nm인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 45 % 내지 75 %인, 전극 재료.
The electrode material according to claim 1, wherein the volume of the pores having a pore diameter of 0.6 nm to 0.9 nm is 45% to 75% of the amorphous total volume.
청구항 1에 있어서, 상기 기공 중 지름이 0.75 nm 내지 0.85 nm인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 15 % 내지 23 %인, 전극 재료.
The electrode material according to claim 1, wherein the volume of the pores having a pore diameter of 0.75 nm to 0.85 nm is 15% to 23% of the amorphous total volume.
청구항 1에 있어서, 상기 전극 재료의 비표면적은 200 m2/g 내지 1200 m2/g인, 전극 재료.
The electrode material according to claim 1, wherein the electrode material has a specific surface area of 200 m 2 / g to 1200 m 2 / g.
청구항 1에 있어서, 상기 전극 재료의 겉보기 밀도는 0.7 g/cm3 내지 1.5 g/cm3인, 전극 재료.
The method according to claim 1, wherein the apparent density of the electrode material is 0.7 g / cm 3 To 1.5 g / cm < 3 >.
제1 전극;
제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막;을 포함하고,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나의 전극을 형성하는 전극 재료는,
탄소원을 포함하고
상기 탄소원은 결정 격자를 포함하는 결정질 및 기공을 포함하는 비정질을 포함하며
상기 결정질의 층간 거리는 0.37 nm 내지 0.40 nm이고,
상기 전극 재료의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 0.4 내지 0.91인, 전기 화학 소자.
A first electrode;
A second electrode; And
And a separation membrane disposed between the first electrode and the second electrode,
Wherein the electrode material forming at least one of the first electrode and the second electrode comprises:
Contains a carbon source
The carbon source comprises an amorphous material comprising crystalline and pores containing a crystal lattice
Wherein the crystalline interlayer distance is 0.37 nm to 0.40 nm,
And the ratio of the crystalline to the unit weight (g) of the electrode material is 0.4 to 0.91.
청구항 8에 있어서,
상기 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질의 비율은 하기 수학식 1 및 수학식 2를 만족하는, 전기 화학 소자:
[수학식 1] 20x+2000y=k
[수학식 2] x+y=1
(식 중, x는 결정질 비율이고, y는 비정질 비율이며, k는 200 내지 1200임).
The method of claim 8,
Wherein the ratio of the crystalline to the unit weight (g) satisfies the following equations (1) and (2):
[Equation 1] 20x + 2000y = k
&Quot; (2) " x + y = 1
(Wherein x is a crystalline ratio, y is an amorphous ratio, and k is 200 to 1200).
청구항 8에 있어서, 상기 기공 중 지름이 0 nm 초과 1 nm 이하인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 60 % 내지 85 %인, 전기 화학 소자.
9. The electrochemical device according to claim 8, wherein the volume of the pores having a pore diameter of more than 0 nm and 1 nm or less is 60% to 85% of the amorphous total volume.
청구항 8에 있어서, 상기 기공 중 지름이 0.6 nm 내지 0.9 nm인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 45 % 내지 75 %인, 전기 화학 소자.
9. The electrochemical device according to claim 8, wherein the volume of the pores having a pore diameter of 0.6 nm to 0.9 nm is 45% to 75% of the amorphous total volume.
청구항 8에 있어서, 상기 기공 중 지름이 0.75 nm 내지 0.85 nm인 기공의 부피는 상기 비정질 전체 부피의 15 % 내지 23 %인, 전기 화학 소자.
The electrochemical device according to claim 8, wherein the volume of the pores having a pore diameter of 0.75 nm to 0.85 nm is 15% to 23% of the amorphous total volume.
청구항 8에 있어서, 상기 전극 재료의 비표면적은 200 m2/g 내지 1200 m2/g인, 전기 화학 소자.
The electrochemical device according to claim 8, wherein the specific surface area of the electrode material is 200 m 2 / g to 1200 m 2 / g.
청구항 8에 있어서, 상기 전극 재료의 겉보기 밀도는 0.7 g/cm3 내지 1.5 g/cm3인, 전기 화학 소자.
The method according to claim 8, wherein the apparent density of the electrode material is 0.7 g / cm 3 To 1.5 g / cm < 3 >.
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