KR20180134065A - Electric double layer capacitor and method of producing the same - Google Patents

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Abstract

The embodiment relates to an electric double layer capacitor and a method of manufacturing the same, and more specifically, to an electric double layer capacitor and a method of manufacturing the same, in which the electric double layer capacitor includes a first electrode, a second electrode spaced apart from the first electrode, a separator disposed between the first electrode and the second electrode, and an electrolyte in which the first electrode, the second electrode, and the separator are impregnated. Each of the first electrode and the second electrode includes a current collector and an electrode mixture layer disposed on at least one surface of the current collector, the electrolyte includes a first ion and a first solvent, the first ion includes a first cation and a first anion, the electrode mixture layer contains activated carbon and a salt, the activated carbon includes a plurality of pores, the plurality of pores include a pore inlet and an inner region communicating with the pore inlet, the pore inlet includes a pore inlet that is smaller than the first cation or the first anion, the inner region is larger than the first cation or the first anion, and the first solvent is introduced into the inner region through the pore inlet to dissociate the salt, thereby improving the availability of pores present in the electrode. Thus, the capacitance can be improved so that high energy density can be implemented.

Description

전기 이중층 커패시터 및 이의 제조 방법{ELECTRIC DOUBLE LAYER CAPACITOR AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}ELECTRIC DOUBLE LAYER CAPACITOR AND METHOD OF PRODUCING THE SAME

실시예는 전기 이중층 커패시터 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 정전 용량 및 에너지 출력 특성이 향상된 전기 이중층 커패시터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electric double layer capacitor and a manufacturing method thereof, and more particularly to an electric double layer capacitor having improved capacitance and energy output characteristics and a manufacturing method thereof.

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 전기 이중층 캐패시터(EDLC), 리튬 이온 2차 전지, 하이브리드 캐패시터 등이 있다. The electrochemical device enables conversion between electrical energy and chemical energy. Specific examples thereof include an 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.

전기 이중층 캐패시터는 전극 및 도전체가 함침된 전해질 용액의 계면에 각각 부호가 상이한 전기이중층이 생성되어 전하를 축적하는 것이다.In the electric double layer capacitor, an electric double layer having a different sign is formed at the interface between the electrode and the electrolyte solution impregnated with the conductor to accumulate the electric charge.

그러나, 전기 이중층 캐패시터는 반복된 충방전에도 열화가 작고 이차 전지, 납축 전지 등 다른 에너지 저장 장치에 비하여 충전 속도가 우수하고 출력 밀도가 높아 최근 폭넓게 응용되고 있으나, 상대적으로 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있다.However, electric double layer capacitors have been widely used in recent years due to their low charge-discharge deterioration and high charging speed and high output density compared to other energy storage devices such as secondary batteries and lead-acid batteries. However, they are relatively low in energy density have.

정전 용량 또는 작동 전압이 증가할수록 전기 이중층 캐패시터의 에너지 밀도가 향상되는바, 전기 이중층 캐패시터의 단점을 극복하기 위하여 정전 용량을 증가시키거나 작동 전압을 증가시키는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. As the capacitance or the operating voltage increases, the energy density of the electric double layer capacitor is improved. In order to overcome the disadvantage of the electric double layer capacitor, researches on increasing the electrostatic capacity or increasing the operating voltage have been actively conducted.

전기 이중층 캐패시터의 성능은 주로 전극 활물질, 전해질에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 전극에의 결함 발생 없이 정전 용량을 증가시키는 등의 방법으로 전기 이중층 캐패시터의 에너지 밀도를 높이기 위한 대안이 필요한 실정이다.The performance of the electric double layer capacitor can be determined mainly by the electrode active material and the electrolyte. Therefore, there is a need for an alternative to increase the energy density of the electric double layer capacitor by increasing the capacitance without causing defects in the electrode.

실시예는 전극에 존재하는 기공의 활용 가능성을 개선함에 따라 정전 용량을 향상시킴으로써 고 에너지 밀도의 구현이 가능한 전기 이중층 커패시터를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an electric double layer capacitor capable of realizing a high energy density by improving the capacitance as the possibility of utilizing the pores existing in the electrode is improved.

실시예의 전기 이중층 커패시터는 제 1 전극, 상기 제1 전극에 이격하여 배치되는 제 2 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막 및 상기 제1 전극, 제2 전극 및 상기 분리막을 함침하는 전해액을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일 면에 배치된 전극합제층을 포함하며 상기 전해액은 제1 이온 및 제1 용매를 포함하고 상기 제1 이온은 제1 양이온 및 제1 음이온을 포함하며 상기 전극합제층은 활성탄 및 염을 포함하고 상기 활성탄은 다수의 기공들을 포함하며 상기 다수의 기공은 기공 입구 및 상기 기공 입구와 연통한 내부 영역을 포함하고 상기 기공 입구는, 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 작은 기공 입구를 포함하며 상기 내부 영역은, 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 큰 상기 내부 영역을 포함하고 상기 제1 용매는 상기 기공 입구를 통해 상기 내부 영역으로 유입하여 상기 염을 해리시킬 수 있다.The electric double layer capacitor of the embodiment includes a first electrode, a second electrode disposed to be spaced apart from the first electrode, a separation membrane disposed between the first electrode and the second electrode, and a first electrode, a second electrode, Wherein the first electrode and the second electrode each comprise a current collector and an electrode mixture layer disposed on at least one side of the current collector, the electrolyte solution including a first ion and a first solvent, Wherein the first ion comprises a first cation and the first anion and the electrode mix layer comprises activated carbon and a salt, the activated carbon comprises a plurality of pores, the plurality of pores including a pore inlet and an inner Wherein the pore inlet comprises a pore inlet that is smaller than the size of the first cation or the size of the first anion, Wherein the first solvent has a size greater than the size of the first anion and the first solvent flows into the inner region through the pore inlet to dissociate the salt.

일 실시예에 따르면, 상기 염은 상기 기공 입구로 유입된 상기 제1 용매에 의해 해리되어 제2 이온으로 존재 할 수 있다.According to one embodiment, the salt may be dissociated by the first solvent introduced into the pore inlet and present as a second ion.

일 실시예에 따르면, 상기 다수의 기공은, 상기 제1 용매에 의해 해리되지 않은 염을 가지는 기공을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the plurality of pores may include pores having a salt not dissociated by the first solvent.

일 실시예에 따르면 상기 제2 이온은 제 2 양이온 및 제 2 음이온을 모두 포함할 수 있다.According to one embodiment, the second ion may include both a second cation and a second anion.

일 실시예에 따르면 상기 제 2 양이온은 크기가 상이한 2종 이상의 양이온을 포함하거나, 또는 상기 제 2 음이온은 크기가 상이한 2종 이상의 음이온을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the second cation includes two or more cations having different sizes, or the second anion may include two or more anions having different sizes.

일 실시예에 따르면상기 제 1 이온은 상기 제 2 이온과 동일한 이온을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the first ion may include the same ion as the second ion.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 이온은 TMA+, TEA+, TBA+, TMEA+, TEMA+, SBP+, BF4 -, TFSI- 및 CF3SO3 - 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.According to one embodiment, the second ion is TMA +, TEA +, TBA +, TMEA +, TEMA +, SBP +, BF 4 -, TFSI - and CF 3 SO 3 - at least one being selected from the group consisting of .

일 실시예에 따르면, 상기 전극합제층에 존재하는 전체 기공에 대하여 기공의 지름(D)이 0.5 nm 이상 1.1 nm 이하인 기공은 35 부피% 이상 내지 85 부피% 이하일 수 있다.According to one embodiment, the pores having a pore diameter D of 0.5 nm or more and 1.1 nm or less with respect to all the pores existing in the electrode mixture layer may be 35 vol% or more and 85 vol% or less.

실시예의 전기 이중층 커패시터의 제조 방법은 활성탄을 600 이상 900 이하의 온도에서 열처리하는 단계, 상기 열처리 된 활성탄과 알칼리 포함 활성화제를 1:1.5 이상 1:4 이상 의 중량비로 혼합하여 700 이상 900 이하의 온도에서 활성화하는 단계, 상기 활성화된 물질을 중화하는 단계, 상기 중화된 물질, 바인더, 도전재 및 염을 포함하는 전극 재료를 혼합 후 가압하는 단계, 상기 가압된 물질을 집전체의 적어도 어느 일 면에 도포하여 전극합제층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 활성탄은 결정질 구조 및 비정질 구조를 포함하며 상기 비정질 구조는 지름(D)이 2 nm 이하인 다수의 기공을 포함하고, 상기 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 상기 활성탄은 50 중량% 이상 95 중량% 이하로 포함되며, 상기 바인더는 1 중량% 이상 30 중량% 이하로 포함되고, 상기 도전재는 1 중량% 이상 30 중량% 이하로 포함되며 상기 염은 1 중량% 이상 10 중량% 이하로 포함할 수 있다.The method of manufacturing an electric double layer capacitor according to an embodiment of the present invention includes the steps of: heat treating activated carbon at a temperature of 600 to 900, mixing the heat-treated activated carbon with an alkali-containing activator in a weight ratio of 1: A step of activating at a temperature, neutralizing the activated material, mixing and pressing an electrode material including the neutralized material, a binder, a conductive material and a salt, pressing the pressed material on at least one side Wherein the active carbon comprises a crystalline structure and an amorphous structure, and the amorphous structure includes a plurality of pores having a diameter (D) of 2 nm or less, wherein the total weight of the electrode material is 100 wt% The activated carbon is contained in an amount of 50 wt% or more and 95 wt% or less, the binder is contained in an amount of 1 wt% or more and 30 wt% or less, The transfer material may include 1 wt% or more and 30 wt% or less, and the salt may include 1 wt% or more and 10 wt% or less.

실시예의 전기 이중층 커패시터는 이온의 흡탈착 공간으로 활용되는 기공을 최대화 할 수 있다. The electric double layer capacitor of the embodiment can maximize the pore utilized as the adsorption / desorption space of the ions.

즉, 실시예에 따른 전극 재료로 형성된 전극을 포함함으로써 기공의 내부 영역에 염이 존재하도록 하는바, 전해액에 포함된 이온이 기공 내로 유입되지 않더라도 전해액에 포함된 용매가 기공 내부로 유입 시 기공의 내부 영역에 존재하던 염이 해리될 수 있다. That is, by including the electrode formed of the electrode material according to the embodiment, the salt exists in the inner region of the pore, and even when the solvent contained in the electrolyte flows into the pore, the ions contained in the electrolyte do not flow into the pore. The salt existing in the inner region can be dissociated.

이에 따라, 기공의 내부 영역에 존재하는 이온은 충방전 시 내부 영역에서 흡탈착 될 수 있으므로 탄소원의 물리적 비표면적을 증가시키지 않더라도, 전극 내에 존재하는 기공의 활용 가능성을 현저히 향상시킴으로써 정전 용량을 증가시켜 전기 이중층 커패시터의 고 에너지 밀도 구현이 가능할 수 있다. Accordingly, the ions existing in the inner region of the pores can be absorbed and desorbed in the inner region at the time of charge / discharge, so that the capacitance can be increased by significantly improving the utilization of the pores existing in the electrode without increasing the physical specific surface area of the carbon source A high energy density implementation of the electric double layer capacitor may be possible.

또한, 전해액이 기공의 내부 영역에 유입되므로 젖음성이 개선되어 셀 내부 저항을 감소시킴에 따라 에너지 출력 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the electrolyte flows into the pore region, the wettability is improved and the internal resistance of the cell is reduced, so that the energy output characteristic can be improved.

도 1은 일 실시예의 전기 이중층 캐패시터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이다.
도 3은 열처리 및 활성화 처리에 따른 활성탄의 변화를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 A 부분에 대한 확대도이다.
도 5는 일 실시예에 따라 활성탄에 존재하는 이온을 개략적으로 도시한 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic illustration of an electric double layer capacitor of one embodiment.
2 is a view showing a manufacturing process of an electrode material according to an embodiment.
Fig. 3 is a view schematically showing a change in activated carbon according to heat treatment and activation treatment.
4 is an enlarged view of a portion A in Fig.
5 is a schematic view of ions present in activated carbon according to one embodiment.

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. In addition, the criteria for the top, side, or bottom of each component are described with reference to the drawings.

도 1은 일 실시예의 전기 이중층 커패시터를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 일 실시예에 따른 전극 재료의 제조 공정도이며, 도 3은 열처리 및 활성화 처리에 따른 활성탄의 변화를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 A 부분에 대한 확대도이며 도 5는 일 실시예에 따라 활성탄에 존재하는 이온을 개략적으로 도시한 도면이다. 이하에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Fig. 1 is a view schematically showing an electric double layer capacitor according to an embodiment, Fig. 2 is a view showing a manufacturing process of an electrode material according to an embodiment, Fig. 3 is a view schematically showing a change of activated carbon according to heat treatment and activation treatment FIG. 4 is an enlarged view of part A of FIG. 3, and FIG. 5 is a view schematically showing ions present in activated carbon according to an embodiment. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.

실시예의 전기 이중층 커패시터(10)는 제1 전극(2), 상기 제1 전극(2)에 이격하여 배치되는 제2 전극(4), 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 사이에 배치되는 분리막(3)을 포함 할 수 있다. 한편, 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)의 단자는 조합된 형태일 수 있다.The electric double layer capacitor 10 of the embodiment includes a first electrode 2, a second electrode 4 disposed apart from the first electrode 2, a first electrode 2 and a second electrode 4, And a separation membrane (3) disposed between the two. The terminals of the first electrode 2 and the second electrode 4 may be combined.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2)은 양극일 수 있고, 상기 제2 전극(4)은 음극일 수 있으며, 이하에서는 이를 전제하고 실시예의 전기 이중층 커패시터에 관해 설명한다.According to one embodiment, the first electrode 2 may be an anode, and the second electrode 4 may be a cathode. Hereinafter, the electric double layer capacitor of the embodiment will be described.

상기 분리막(3)은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 분리막(3)은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)과 접촉하며 배치될 수 있다. 상기 분리막(3)의 일면 및 타면은 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)과 직접 접촉하며 배치될 수 있다.The separation membrane (3) may be 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.

필요에 따라, 상기 전기 이중층 커패시터(10)는 2 이상의 분리막을 포함할 수 있다. If necessary, the electric double layer capacitor 10 may include two or more separators.

일 실시예에 따르면, 상기 전기 이중층 커패시터(10)가 복수의 분리막을 포함하는 경우, 제1 전극(2)과 제2 전극(4) 사이에 배치되는 분리막(3) 이외의 분리막(1)은 상기 제1 전극(2)의 상부에 배치될 수 있다.According to one embodiment, when the electric double layer capacitor 10 includes a plurality of separators, the separator 1 other than the separator 3 disposed between the first and second electrodes 2 and 4 May be disposed on the first electrode (2).

한편, 상기 제1 전극(2) 및 제2 전극(4)은 각각 집전체(8) 및 상기 집전체(8)의 적어도 일 면에 배치된 전극합제층(9)을 포함 할 수 있다. The first electrode 2 and the second electrode 4 may include a current collector 8 and an electrode mixture layer 9 disposed on at least one surface of the current collector 8.

즉, 상기 제1 전극(2)은 제1 집전체 및 상기 제1 집전체의 적어도 일 면에 배치된 제1 전극합제층을 포함하고, 상기 제2 전극(4)은 제2 집전체 및 상기 제2 집전체의 적어도 일 면에 배치된 제2 전극합제층을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 집전체(8) 및 상기 집전체(8)의 적어도 일 면에 후술하는 전극 재료가 도포된 전극합제층(9)이 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)에 포함될 수 있다.That is, the first electrode 2 includes a first current collector and a first electrode mixture layer disposed on at least one surface of the first current collector, the second electrode 4 includes a second current collector, And a second electrode material mixture layer disposed on at least one surface of the second current collector. More specifically, at least one surface of the current collector 8 and the current collector 8 is coated with an electrode material layer 9, which will be described later, on the first electrode 2 and the second electrode 4, .

상기 전해액은 상기 제1 전극(2), 제2 전극(4) 및 분리막(3)을 함침할 수 있다.The electrolyte solution may impregnate the first electrode 2, the second electrode 4, and the separation membrane 3.

상기 전해액은 제1 이온(13) 및 제1 용매(16)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 이온(13)은 상기 전해액에 포함되는 이온일 수 있다.The electrolyte may include a first ion (13) and a first solvent (16). That is, the first ions 13 may be ions included in the electrolyte solution.

또한, 제1 이온(13)은 제1 양이온 및 제1 음이온을 포함할 수 있다.Also, the first ion 13 may comprise a first cation and a first anion.

보다 구체적으로 상기 전해액에 포함되는 제1 양이온의 구체적인 예를 들면 TMA+, TEA+, TBA+, TMEA+, TEMA+, SBP+ 등일 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있다.More specifically, specific examples of the first cations included in the electrolytic solution may be TMA + , TEA + , TBA + , TMEA + , TEMA + , SBP + , and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

상기 제1 양이온의 크기는 하기 표 1과 같다.The size of the first cation is shown in Table 1 below.

종류Kinds 크기 [nm]Size [nm] TBATBA 0.8300.830 TMATMA 0.5660.566 TMEATMEA 0.5960.596 TEMATEMA 0.6540.654 TEATEA 0.6860.686 SBPSBP 0.5930.593

또한, 상기 전해액에 포함되는 제1 음이온의 구체적인 예를 들면 BF4 -, PF6 -, CF3SO3 -, FSI- 등일 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있다.Specific examples of the first anions contained in the electrolytic solution include BF 4 - , PF 6 - , CF 3 SO 3 - , FSI - etc. These may be used alone or in combination of two or more.

또한, 상기 제1 음이온의 크기는 하기 표 2와 같다.The size of the first anion is shown in Table 2 below.

종류Kinds 크기 [nm]Size [nm] BF4 - BF 4 - 0.4580.458 TFSI- TFSI - 0.6500.650 CF3SO3 - CF 3 SO 3 - 0.540.54

상기 제1 양이온 및 상기 제1 음이온의 크기와 기공 입구(15) 크기를 고려할 때, TEA+을 포함한 양이온 및 BF4 - 를 포함한 음이온이 사용되는 것이 바람직할 수 있다.Considering the size of the first and the first anions and the size of the pore inlet 15, it may be preferable to use anions including TEA + and BF 4 - .

또한, 상기 제1 용매(16)는 보다 구체적으로는 ACN(Acetonitrile, 41.05g/mol), PC(Propylene Carbonate, 102.09g/mol), SL(Sulfolane, 120.17g/mol), ADN(Adiponitrile, 108.14g/mol) EC(Ethylene Carbonate, 88.06g/mol), DMC(Dimethyl Carbornate, 90.08g/mol), EMC(Ethyl Methyl Carbonate, 104.11g/mol) DMS(Dimethyl Sulfone, 94.13g/mol), EMS(Ethyl Methane Sulfonate, 124.16g/mol), GBL(GAMMA BUTYROLACTONE), DMK(DIMETHYL KETONE) 등일 수 있다.  More specifically, the first solvent 16 may be selected from the group consisting of ACN (Acetonitrile, 41.05 g / mol), PC (Propylene Carbonate, 102.09 g / mol), SL (Sulfolane, 120.17 g / mol), Adiponitrile mol), DMS (Dimethyl Sulfone, 94.13 g / mol), EMS (Ethyl Carbonate, Ethyl Methane Sulfonate, 124.16 g / mol), GBL (GAMMA BUTYROLACTONE), DMK (DIMETHYL KETONE) and the like.

상기 제1 용매(16) 중 ACN, PC의 크기는 하기 표 3과 같다. The sizes of ACN and PC among the first solvent 16 are shown in Table 3 below.

종류Kinds 크기 [nm]Size [nm] ACNACN 0.4270.427 PCPC 0.6100.610

한편, 하기 표 3에 기재되어 있지 않더라도 분자의 몰질량 및 분자의 구조를 고려하여 제1 용매(16)의 크기를 예측할 수 있다.On the other hand, although not described in Table 3 below, the size of the first solvent 16 can be predicted in consideration of the molar mass of the molecule and the structure of the molecule.

상기 전해액의 농도는 제1 용매(16)와 전해액에 포함되는 제1 이온(13)의 종류마다 상이할 수 있다.The concentration of the electrolytic solution may be different depending on the kind of the first ion 13 contained in the first solvent 16 and the electrolytic solution.

상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)에 포함되는 집전체(8)는 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. 상기 집전체(8)는 박막 형상일 수 있다.The current collector 8 included in the first electrode 2 and the second electrode 4 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. The current collector 8 may be in the form of a thin film.

한편, 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4)에 포함되는 전극합제층(9)은 전극 재료로 형성될 수 있고, 상기 전극 재료는 활성탄(100) 및 염을 포함할 수 있다. On the other hand, the electrode mixture layer 9 included in the first electrode 2 and the second electrode 4 may be formed of an electrode material, and the electrode material may include activated carbon 100 and a salt .

상기 전극합제층(9)은 활성탄(100) 및 염을 포함할 수 있다.The electrode mix layer 9 may include activated carbon 100 and a salt.

실시예에 따른 활성탄(100)은 결정질 구조(21)를 포함할 수 있다. The activated carbon 100 according to the embodiment may include the crystalline structure 21. [

상기 결정질 구조(21)는 활성탄을 특정 조건에서 열처리 함으로써 활성탄 내에 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 결정질 구조(21)는 불순물이 분리된 활성탄을 600 내지 900 의 온도에서 열처리 시에 상기 활성탄(100)에 부분 결정화가 진행됨에 따라 형성될 수 있다.The crystalline structure 21 can be formed in the activated carbon by heat-treating the activated carbon under specific conditions. More specifically, the crystalline structure 21 may be formed as partial crystallization of activated carbon in which the impurities are separated is heat-treated at a temperature of 600 to 900.

열처리의 온도가 600 ℃ 미만이면 활성탄(100)에 결정질 구조(21)가 형성되지 않을 수 있다. 또한, 열처리 온도가 900 ℃를 초과하면 활성탄(100)에 비정질 구조(11) 없이 결정질 구조(21)만이 존재할 수 있다. 이 경우, 비표면적이 감소하므로 높은 정전 용량을 구현할 수 없는 문제가 있다. 즉, 활성탄(100)을 600 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 열처리하여 상기 활성탄(100) 내에 결정질 구조(21)를 형성하는바, 활성탄(100)이 결정질 구조(21) 및 비정질 구조(11)를 모두 포함할 수 있게 된다.If the temperature of the heat treatment is less than 600 ° C, the crystalline structure 21 may not be formed on the activated carbon 100. If the heat treatment temperature exceeds 900 ° C, only the crystalline structure 21 may be present in the activated carbon 100 without the amorphous structure 11. In this case, there is a problem that a high capacitance can not be realized because the specific surface area is reduced. That is, the activated carbon 100 is heat-treated at a temperature of 600 ° C. to 900 ° C. to form a crystalline structure 21 in the activated carbon 100. The activated carbon 100 may have a crystalline structure 21 and an amorphous structure 11 All of which can be included.

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 활성탄(100)의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질(21)의 비율은 상기 활성탄(100)의 열처리 온도에 의해 조절될 수 있다.The ratio of the crystalline material 21 to the unit weight g of the activated carbon 100 may be controlled by the heat treatment temperature of the activated carbon 100.

상기 활성탄(100)의 열처리 온도에 따라 상기 활성탄(100)의 단위 중량(g)에 대한 상기 결정질 구조(21)의 비율이 달라지며, 상기 결정질 구조 (21)의 비율이 활성탄(100)의 비표면적에 영향을 주어 정전 용량 값을 변화시킬 수 있다.The ratio of the crystalline structure 21 to the unit weight g of the activated carbon 100 varies depending on the heat treatment temperature of the activated carbon 100 and the ratio of the crystalline structure 21 to the ratio The capacitance can be varied by affecting the surface area.

보다 구체적으로, 상기 활성탄(100)의 열처리 온도가 낮을수록 비정질 구조(11)의 비율이 높아져 활성탄(100)의 비표면적이 증가되고, 상기 활성탄(100)의 열처리 온도가 높을수록 결정질 구조(21)의 비율이 높아져 활성탄(100)의 비표면적이 감소할 수 있다.More specifically, the lower the heat treatment temperature of the activated carbon 100, the higher the proportion of the amorphous structure 11, thereby increasing the specific surface area of the activated carbon 100. The higher the heat treatment temperature of the activated carbon 100, ) Of the activated carbon 100 increases, and the specific surface area of the activated carbon 100 may decrease.

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.

실시예에 따르면, 상기 결정질 구조(21)는 제1 이온(13)이 용이하게 흐를 수 있도록 제1 이온(13)의 이동 통로 역할을 할 수 있다. 이에 따라, 전기 저항이 낮아지는바 활성탄(100) 및 상기 활성탄(100)를 포함하여 형성되는 전기 이중층 커패시터의 전기 전도도 및/또는 정전 용량이 향상될 수 있다.According to the embodiment, the crystalline structure 21 may serve as a path for moving the first ions 13 so that the first ions 13 can easily flow. Accordingly, the electrical conductivity and / or electrostatic capacity of the electric double layer capacitor including the activated carbon 100 and the activated carbon 100 can be improved.

상기 활성탄(100)이 결정질 구조(21)를 포함하는지 여부는 X선 회절 분석법(X-ray diffraction, XRD)으로 확인할 수 있다. Whether or not the activated carbon 100 includes the crystalline structure 21 can be confirmed by X-ray diffraction (XRD).

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

따라서, X선 회절 패턴의 특정 위치에서 피크(Intensity)가 나타나면 결정질 구조가 포함되는 경우이고, 피크가 높게 나타날수록 결정질 구조가 많이 포함됨을 의미한다. 또한, X선 회절 패턴에서 반치폭이 넓을수록 활성탄에 비정질 구조가 많이 포함되는 경우이다.Therefore, when a peak appears at a specific position in the X-ray diffraction pattern, the crystalline structure is included, and when the peak appears higher, the crystal structure is more included. Further, in the X-ray diffraction pattern, the larger the half-width is, the more the amorphous structure is included in the activated carbon.

상기 활성탄(100)은 비정질 구조(11)를 포함할 수 있다. 활성탄에 특정한 공정이 수행되지 않은 경우라도 상기 비정질 구조(11)는 활성탄(100) 내에 포함될 수 있다.The activated carbon 100 may include an amorphous structure 11. The amorphous structure 11 may be included in the activated carbon 100 even if the specific process is not performed on the activated carbon.

즉, 열처리 된 활성탄(100)은 결정질 구조(21) 및 비정질 구조(11)를 포함하는바, 활성탄(100)에는 결정질 구조(21)와 비정질 구조(11)가 혼재되어 존재할 수 있다.That is, the heat-treated activated carbon 100 includes the crystalline structure 21 and the amorphous structure 11, and the activated carbon 100 may contain the crystalline structure 21 and the amorphous structure 11 in a mixed state.

상기 비정질 구조(11)는 다수의 기공(12)들을 포함 할 수 있다. 구체적으로, 상기 비정질 구조(11)는 지름(D)이 2 nm 이하인 다수의 기공(12)들을 포함 할 수 있다.The amorphous structure 11 may include a plurality of pores 12. Specifically, the amorphous structure 11 may include a plurality of pores 12 having a diameter D of 2 nm or less.

즉, 상기 활성탄(100)은 다수의 기공들을 포함 할 수 있다. 따라서, 상기 기공(12)들은 상기 전극합제층(12)에 존재할 수 있다.That is, the activated carbon 100 may include a plurality of pores. Thus, the pores 12 may be present in the electrode mix layer 12. [

실시예에 따른 활성탄(100)은 전술한 바와 같이 특정한 공정 없이도 비정질 구조(11)를 포함하나, 상기 비정질 구조(11)가 다수의 기공(12)을 포함하도록 하기 위해서는 후술하는 알칼리 활성화 처리 공정이 수반될 수 있다. The activated carbon 100 according to the embodiment includes the amorphous structure 11 without any specific process as described above but in order to make the amorphous structure 11 contain a plurality of pores 12, .

보다 구체적으로, 열처리 된 활성탄을 700 ℃ 내지 900 ℃의 온도에서 알칼리를 포함하는 물질(활성화제)로 활성화 처리할 수 있다. 이 때, 활성탄과 알칼리 포함 활성화제는 1:1.5 내지 1:4의 중량비로 혼합 될 수 있다.More specifically, the heat-treated activated carbon can be activated with a substance (activator) containing alkali at a temperature of 700 ° C to 900 ° C. At this time, the activated carbon and the alkali-containing activator may be mixed in a weight ratio of 1: 1.5 to 1: 4.

상기 활성화 처리 단계에서는 비정질 구조(11)의 일부가 깨져 기공(12)이 형성될 수 있다. 또한, 활성화 처리에 의하여 상기 활성탄의 열처리 단계에서 형성된 결정질 구조(21)의 층간 거리가 벌어질 수 있다(d1에서 d2로 층간 거리 증가). 이에 따라, 상기 활성탄(100)의 비표면적이 증가할 수 있다.In the activation treatment step, a part of the amorphous structure 11 may be broken and the pores 12 may be formed. Further, the activation process can increase the inter-layer distance of the crystalline structure 21 formed in the heat treatment step of the activated carbon (increase the inter-layer distance from d1 to d2). Accordingly, the specific surface area of the activated carbon 100 may increase.

상기 기공(12)은 상기 활성탄(100)에 다공성을 부여하는 것으로 기공(12)의 유무, 기공(12)의 기공 지름(D) 길이 및 해당 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피 등은 활성탄(100)의 비표면적에 영향을 주는 요인이며, 자세한 내용은 후술한다.The pores 12 impart porosity to the activated carbon 100. The pores 12 have a pore diameter D of the pores 12 and a volume of the pores 12 having the diameters D, Is a factor that affects the specific surface area of the activated carbon 100, and the details will be described later.

본 명세서에서 기공(12)의 지름(D)이란, 예를 들어 후술하는 어느 하나의 기공 내부 영역(I)으로부터 다른 기공 내부 영역(I)으로 수직 선을 그었을 때 당해 수직 선의 길이를 의미할 수 있다. 만일 수직 선의 길이가 다양한 경우라면 그 길이 값의 평균 값을 의미할 수 있다. The diameter D of the pores 12 in this specification means the length of the vertical line when a vertical line is drawn from, for example, any one of the pore inner regions I to the other pore inner regions I have. If the length of the vertical line is variable, it can mean the average value of the length value.

상기 다수의 기공(12)들은 기공 입구(15) 및 상기 기공 입구(15)와 연통한 내부 영역(I)을 포함할 수 있다.The plurality of pores 12 may include a pore inlet 15 and an inner region I in communication with the pore inlet 15. [

다수의 기공(12)들은 각각 다양한 형상 및 다양한 크기를 가질 수 있다.The plurality of pores 12 may each have various shapes and various sizes.

일 실시예에 따르면, 상기 기공 입구(15)의 크기는 상기 활성탄(100)의 열처리 단계 및/또는 활성화 처리 단계에서 온도, 처리 시간, 활성화제의 함량 등을 변화함으로써 조절될 수 있다.According to one embodiment, the size of the pore inlet 15 can be adjusted by changing the temperature, the treatment time, the content of the activator, and the like in the heat treatment step and / or the activation treatment step of the activated carbon 100.

상기 기공 입구(15)는 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 작은 기공 입구(15)를 포함할 수 있다.The pore inlet (15) may include a pore inlet (15) smaller than the size of the first cation or the size of the first anion.

상기 내부 영역(I)은 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 큰 내부 영역(I)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 기공의 지름(D)은 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 클 수 있다.The inner region (I) may include an inner region (I) larger than the size of the first cation or the size of the first anion. Accordingly, the diameter D of the pore may be larger than the size of the first cation or the size of the first anion.

본 명세서에서, 이온의 크기란 이온의 지름을 의미할 수 있다. In this specification, the size of an ion may mean the diameter of the ion.

실시예의 전극 재료는 활성탄(100) 및 염을 포함할 수 있으므로 상기 기공의 내부 영역(I)에 상기 염이 존재할 수 있다. The electrode material of the embodiment may contain activated carbon (100) and a salt, so that the salt may exist in the inner region (I) of the pore.

상기 제1 용매(16)는 상기 기공 입구(15)를 통해 상기 내부 영역(I)으로 유입하여 상기 염을 해리시킬 수 있다.The first solvent 16 may flow into the inner region I through the pore inlet 15 to dissociate the salt.

따라서, 기공 내부 영역(I)에 존재하던 염은 상기 기공 입구(15)로 유입된 제1 용매(16)에 의해 해리되어 내부 영역(I)에서 제2 이온(14)으로 존재할 수 있다. 이에 따라, 후에 전극이 전해액에 함침되면 기공 내부 영역(I)에 존재하는 상기 제2 이온(14)들은 충방전 시 기공 내부 영역(I)에서 흡탈착 될 수 있다. 따라서, 전기 이중층 커패시터의 정전 용량이 현저히 증가될 수 있고 고 에너지 밀도 구현이 가능할 수 있다. Thus, the salt present in the pore interior region I may be dissociated by the first solvent 16 introduced into the pore inlet 15 and present as the second ion 14 in the interior region I. Accordingly, when the electrode is later impregnated into the electrolyte, the second ions 14 present in the pore-in-the-region I can be adsorbed and desorbed in the pore-inside region I upon charge and discharge. Therefore, the capacitance of the electric double layer capacitor can be remarkably increased and a high energy density can be realized.

또한, 제1 용매(16)가 기공 내부 영역(I)으로 유입되므로 젖음성(wetting성)이 개선되어 셀 내부 저항이 감소됨에 따라 전기 이중층 커패시터의 출력 특성이 향상될 수 있다.In addition, since the first solvent 16 flows into the pore-inside region I, the wettability is improved and the internal resistance of the cell is reduced, so that the output characteristic of the electric double layer capacitor can be improved.

일 실시예에 따르면, 상기 기공 입구(15)는 상기 제1 용매(16) 분자의 크기보다 클 수 있다. 본 명세서에서 용매 분자의 크기란 용매 분자의 지름을 의미할 수 있다. According to one embodiment, the pore inlet 15 may be larger than the size of the molecules of the first solvent 16. In this specification, the size of the solvent molecule may mean the diameter of the solvent molecule.

상기 기공 입구(15)는 상기 제1 용매(16) 분자의 크기보다 크면 제1 용매(16)의 기공 내부 영역(I)로의 유입이 용이하여 기공 내부 영역(I)에 존재하던 염이 제2 이온(14)상태로 해리되는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 탄소원의 물리적 비표면적을 증가시키지 않더라도, 전극 내에 존재하는 기공의 활용 가능성이 증대됨에 따라 전기 이중층 커패시터의 정전 용량이 향상되어 고 에너지 밀도를 구현할 수 있다.If the size of the pores of the first solvent 16 is larger than the size of the molecules of the first solvent 16, the pores of the first solvent 16 are easily introduced into the pores of the first solvent 16, It may be advantageous to dissociate into the ion 14 state. Therefore, even if the physical specific surface area of the carbon source is not increased, the possibility of utilization of the pores existing in the electrode is increased, so that the capacitance of the electric double layer capacitor is improved and high energy density can be realized.

일 실시예에 따르면, 상기 다수의 기공(12)은 상기 제1 용매(16)에 의해 해리되지 않은 염을 가지는 기공(12)을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the plurality of pores 12 may include pores 12 having a salt that is not dissociated by the first solvent 16.

실시예에 따른 활성탄(100)는 상기 비정질 구조(11)에 다수의 기공(12)을 포함하는바, 상기 다수의 기공(12)들에 있어 지름(D)의 길이는 각각의 기공(12)마다 동일하거나 상이할 수 있다. The activated carbon 100 according to the embodiment includes a plurality of pores 12 in the amorphous structure 11. The length of the diameter D of the plurality of pores 12 is determined by the length of each pore 12, May be the same or different.

일 실시예에 따르면 상기 활성탄(100)은 동일한 길이의 지름(D)을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 활성탄(100)는 상이한 길이의 지름(D)을 갖는 기공(12)들을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면 상기 활성탄(100)는 길이가 동일한 지름(D)을 갖는 기공(12)들과 길이가 상이한 지름(D)을 갖는 기공(12)들을 모두 포함할 수 있다.According to one embodiment, the activated carbon 100 may include pores 12 having a diameter D of the same length. According to another embodiment, the activated carbon 100 may include pores 12 having diameters D of different lengths. According to another embodiment, the activated carbon 100 may include pores 12 having a diameter D that is different from the pores 12 having a diameter D having the same length.

실시예의 전기 이중층 커패시터에서 상기 기공(12)에 제1 이온(13)이 삽입되는바, 제1 이온(13)의 크기를 고려하여 상기 기공(12)의 지름(D) 및/또는 당해 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피비를 조절하여 전기 이중층 커패시터의 정전 용량을 향상시킬 수 있다.The first ion 13 is inserted into the pore 12 in the electric double layer capacitor of the embodiment and the diameter D and / or the diameter of the pore 12 D can be adjusted to improve the electrostatic capacity of the electric double layer capacitor.

상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층에 존재하는 다수의 기공(12)들은 다양한 길이의 지름(D)을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 당해 지름(D)을 갖는 기공이 제1 전극합제층 및 제2 전극합제층 각각에 모두 존재할 수 있다.The plurality of pores 12 present in the first electrode material mixture layer and the second electrode material mixture layer may have diameters D of various lengths. According to one embodiment, pores having the diameter D may be present in each of the first electrode mix layer and the second electrode mix layer.

본 명세서에서 기공(12)의 부피란 전극합제층 단위 질량당 기공(12)의 부피[cm3/g]를 의미할 수 있다. In this specification, the volume of the pores 12 may mean the volume [cm 3 / g] of the pores 12 per unit mass of the electrode material mixture layer.

실시예의 전기 화학 소자에서, 상기 다수의 기공(12) 중 일정 지름(D)을 갖는 기공(12)의 부피는 전극 재료의 제조 공정에서 조절될 수 있다. 보다 구체적으로, 활성탄(100)의 알칼리 활성화 처리 온도, 전극 재료에 포함되는 물질의 종류 또는 각 물질의 비율 등을 조절함으로써 기공(12) 중 일정 지름(D)이 갖는 기공(12)의 부피가 조절될 수 있다.In the electrochemical device of the embodiment, the volume of the pores 12 having the predetermined diameter D among the plurality of pores 12 can be adjusted in the manufacturing process of the electrode material. More specifically, by controlling the alkali activation treatment temperature of the activated carbon 100, the kind of the substance contained in the electrode material, or the ratio of each substance, the volume of the pores 12 of the predetermined diameter D in the pores 12 Lt; / RTI >

기공(12)의 지름(D)은 특정한 값으로 정해져 변하지 않는 것이 아니라 활성탄(100)의 종류 및 전극 재료 제조 공정 조건에 따라 일정 범위 내에서 변화할 수 있는 값이다. 이에, 상기 기공(12)의 지름(D) 값들은 일정한 범위 내에서 존재할 수 있으므로 본 명세서에서 기공(12)이 갖는 지름(D)의 최빈값(mode)이란 상기 기공(12)의 지름(D) 중 가장 많은 경우의 수로 측정되는 지름(D) 값을 의미할 수 있다. The diameter D of the pores 12 is a value that can be varied within a certain range according to the kind of the activated carbon 100 and the manufacturing conditions of the electrode material. The mode D of the pore 12 has a diameter D of the pore 12 because the diameters D of the pores 12 may exist within a certain range. (D), which is measured as the number of the largest number of cases.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층의 기공 지름의 최빈값(mode)은 각각 독립적으로 0.5 nm 이상 1.2 nm 이하일 수 있다. 이 경우 기공(12)의 지름(D)이 각 전극에 삽입되는 전해액에 포함된 제1 이온(13)의 크기에 적합하도록 형성되어 있으므로 높은 정전 용량 확보에 따라 고 에너지 밀도의 전기 화학 소자를 구현할 수 있는바 바람직하다.According to an embodiment, the modes of the pore diameters of the first electrode material mixture layer and the second electrode material mixture layer may independently be 0.5 nm or more and 1.2 nm or less. In this case, since the diameter D of the pores 12 is formed to fit the size of the first ions 13 contained in the electrolyte solution inserted into each electrode, a high energy density electrochemical device can be realized This is preferable.

일 실시예에 따르면, 상기 전극합제층에 존재하는 전체 기공(12)에 대하여 기공의 지름(D)이 0.5 nm 이상 1.1 nm 이하인 기공은 35 부피% 이상 내지 85 부피% 이하일 수 있다. 이 경우 기공(12)의 지름 및 이에 대한 기공(12)의 부피를 조절함에 따른 정전 용량 향상 효과가 극대화될 수 있는바 바람직하다.According to one embodiment, the pores having a pore diameter D of 0.5 nm or more and 1.1 nm or less with respect to the total pores 12 existing in the electrode mix layer may be 35 vol% or more and 85 vol% or less. In this case, the effect of improving the capacitance due to the diameter of the pores 12 and the volume of the pores 12 may be maximized.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극합제층 및 상기 제2 전극합제층 중 적어도 하나는 집전체(8)에의 인접 영역으로부터 상기 전극합제층의 두께 방향을 따라 멀어질수록 상기 기공 지름의 최빈값(mode)이 증가할 수 있다. 이에 따라 상기 전극합제층에 있어 상기 집전체(8)에서 멀어질수록 전극합제층이 띄는 전하량이 작아져 기공에 이온이 삽입되기 어려운 문제를 방지할 수 있어 바람직하다.According to an embodiment, at least one of the first electrode material mixture layer and the second electrode material mixture layer has a function of changing the mode of the pore diameter (that is, mode can be increased. Accordingly, as the distance from the current collector 8 to the electrode composite material layer increases, the amount of charge of the electrode material mixture layer becomes smaller, which makes it difficult to insert ions into the pores.

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

한편, 활성탄(100)이 활성화 처리 되면 비정질 구조(11)에 기공(12)이 형성되는 것은 별론, 상기 결정질 구조(21)에 있어 002 방향으로의 결정 성장이 우세해질 수 있다. 이는 곧 상기 활성탄(100)에서 비정질 구조(11)의 비율의 증가 및 결정질 구조(21)의 비율의 감소를 가져온다.On the other hand, when the activated carbon 100 is activated, pores 12 are formed in the amorphous structure 11, and crystal growth in the 002 direction may predominate in the crystalline structure 21. This leads to an increase in the proportion of the amorphous structure 11 in the activated carbon 100 and a decrease in the proportion of the crystalline structure 21.

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

상기 활성탄과 활성화제의 중량비가 1:1.5 미만이면 활성탄을 충분히 활성화 하지 못하므로 제1 이온(13) 삽입에 충분한 층간 거리를 가지는 결정질 구조(21)가 형성되지 못할 수 있다. 또한, 상기 활성탄과 활성화제의 중량비가 1:4를 초과하면 인접하는 결정층 사이의 거리가 멀어져, 결정층 간 반데르발스 힘이 작용할 수 없어 활성탄(100)가 결정성을 상실할 수 있다. 뿐만 아니라, 활성탄과 활성화제의 중량비가 전술한 범위를 벗어나면 특정 범위의 지름(D)을 갖는 기공(12) 비율을 조절하는 것이 어려울 수 있다. If the weight ratio of the activated carbon to the activator is less than 1: 1.5, the activated carbon can not be sufficiently activated, so that the crystalline structure 21 having a sufficient interlayer distance for the insertion of the first ions 13 may not be formed. If the weight ratio of the activated carbon to the activator is more than 1: 4, the distance between the adjacent crystal layers may be distant and the van der Waals force may not act between the crystal layers, so that the activated carbon 100 may lose crystallinity. In addition, if the weight ratio of activated carbon and activator is out of the above range, it may be difficult to control the pore 12 ratio with a specific range of diameters (D).

바람직하게는 상기 활성탄(100)과 활성화제는 1:1.5 내지 1:3의 중량비로 혼합될 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 활성탄(100)과 활성화제는 1:1.7 내지 1:3의 중량비로 혼합될 수 있다.Preferably, the activated carbon 100 and the activator may be mixed in a weight ratio of 1: 1.5 to 1: 3. More preferably, the activated carbon (100) and the activator may be mixed at a weight ratio of 1: 1.7 to 1: 3.

또한, 활성화 처리 온도가 700 ℃ 미만이거나 900 ℃를 초과하면 특정 범위의 지름(D)을 갖는 기공(12) 비율을 조절하는 것이 어려워지는 문제가 있다.If the activation treatment temperature is lower than 700 占 폚 or exceeds 900 占 폚, it is difficult to control the ratio of the pores 12 having the diameter D within the specific range.

상기 활성화 처리 단계에서 사용되는 상기 알칼리 물질의 구체적인 예를 들면 리튬, 나트륨, 칼륨 등일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.Specific examples of the alkali substance used in the activation treatment step may include, but are not necessarily limited to, lithium, sodium, potassium, and the like.

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

상기 결정질 구조의 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 inter-layer distance (d) of the crystalline structure 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.

일 실시예에 따르면, 상기 결정질의 층간 거리(d)는 0.37 nm 내지 0.40 nm일 수 있다. 상기 결정질의 층간 거리(d)가 0.37 nm 미만이면 인접하는 결정 격자층 사이에 전해질 이온(13)이 삽입될 수 없다. 또한, 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 상실할 수 있다. 이에 따라, 결정질의 층간 거리(d)가 상기 범위를 벗어나는 경우 정전 용량(F/cc)이 저하되는 문제가 있다.According to one embodiment, the crystalline interlayer distance d may be 0.37 nm to 0.40 nm. When the interlayer distance d of the crystalline layer is less than 0.37 nm, the electrolyte ions 13 can not be inserted between adjacent crystal lattice layers. Further, if the inter-layer distance d of the crystalline layer exceeds 0.40 nm, the distance between the adjacent crystal layers becomes far away, and the van der Waals force existing between the respective crystal layers can not act, so that crystallinity may be 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.

전술한 바와 같이, 상기 결정질의 층간 거리(d)는 활성화 온도 및/또는 활성탄과 알칼리 활성화제의 함량비로 조절될 수 있다.As described above, the crystalline interlayer distance d can be controlled by the activation temperature and / or the content ratio of the activated carbon and the alkali activating agent.

상기 활성탄(100)은 구체적인 예를 들면 석유계 또는 석탄계 피치(Pitch), 생 코크스(그린 코크스), 칼시네이션(Calcination) 코크스 등의 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 활성탄(100)은 석유계 또는 석탄계 피치(Pitch) 활성탄일 수 있다. 그러나, 당 분야에 일반적으로 사용되는 것으로써 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 활성탄(100)의 종류가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The activated carbon 100 may include, for example, a petroleum-based or coal-based pitch, a raw coke (green coke), a calcination coke or the like. Preferably, the activated carbon 100 may be a petroleum-based or coal-based pitch activated carbon. However, the type of the activated carbon 100 is not limited thereto as long as it is generally used in the art and does not depart from the object of the present invention.

일 실시에 따르면, 상기 활성탄(100)의 평균 입자 크기(D50)은 6 ㎛ 이상 8 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 활성탄(100)의 평균 입자 크기가 6 ㎛ 내지 8 ㎛ 범위 내이면 상기 활성탄(100)을 포함하는 전극 재료의 집전체 상에 도포 공정이 용이할 수 있다.According to one embodiment, the average particle size (D50) of the activated carbon 100 may be 6 μm or more and 8 μm or less. If the average particle size of the activated carbon 100 is within the range of 6 탆 to 8 탆, the coating process can be easily performed on the collector of the electrode material including the activated carbon 100.

한편, 탭 밀도는 정전 용량에 영향을 줄 수 있다. 구체적으로, 탭 밀도가 너무 크면 정전 용량이 감소하는 문제가 있고, 탭 밀도가 너무 작으면 에너지 저장 특성이 저하될 수 있다. On the other hand, the tap density can affect the capacitance. Specifically, if the tap density is too large, there is a problem of decreasing the capacitance, and if the tap density is too small, the energy storage characteristic may be deteriorated.

일 실시예로, 상기 활성탄(100)의 탭 밀도는 0.3 g/cm3 내지 0.65 g/cm3 일 수 있다. 탭 밀도가 전술한 범위 내의 값이면 활성탄(100)의 정전 용량이 증가하므로 바람직하다.In one embodiment, the activated carbon 100 has a tap density of 0.3 g / cm < 3 > To 0.65 g / cm < 3 >. If the tap density is within the above-mentioned range, the electrostatic capacity of the activated carbon 100 is increased.

상기 활성탄(100)과 알칼리 포함 활성화제를 혼합하여 활성화 처리한 후에는 알칼리를 포함하는 물질의 제거를 위하여 중화 공정을 거칠 수 있다. 중화 공정에 사용되는 중화제의 구체적인 예를 들면 염산, 질산 등일 수 있다.After the activated carbon 100 and the alkali-containing activating agent are mixed and activated, neutralization may be performed to remove the alkali-containing substance. Specific examples of the neutralizing agent used in the neutralization step may be hydrochloric acid, nitric acid, and the like.

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

상기 활성탄(100)의 제조 방법은 당 분야에 널리 알려진 것으로 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면, 필요에 따라 해당 공정을 더 포함할 수 있다. The method for producing the activated carbon 100 is well known in the art and may be further included in the process as long as it does not deviate from the object of the present invention.

실시예에 따른 전극 재료는 총 100 중량%에 대하여 상기 활성탄(100)을 50 중량% 이상 95 중량% 이하로 포함할 수 있다. The electrode material according to the embodiment may contain the activated carbon 100 in an amount of 50 wt% to 95 wt% based on 100 wt% of the total.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 이온(14)은 제 2 양이온 및 제 2 음이온을 모두 포함할 수 있다.According to one embodiment, the second ions 14 may comprise both a second cation and a second anion.

한편, 일 실시예에 따르면, 상기 제 2 이온(14)은 크기가 상이한 2종 이상의 양이온을 포함하거나, 또는 상기 제 2 음이온은 크기가 상이한 2종 이상의 음이온을 포함할 수 있다. 필요에 따라서는, 상기 제2 양이온(14)은 크기가 상이한 2종 이상의 양이온 및 크기가 상이한 2종 이상의 음이온을 모두 포함할 수 있고, 이 경우 정전 용량 향상 정도를 예측하기 위해서는 이온의 크기 및 해당 이온의 용해도 모두가 고려될 수 있다.Meanwhile, according to one embodiment, the second ions 14 may include two or more kinds of cations having different sizes, or the second anions may include two or more kinds of anions having different sizes. If necessary, the second cation 14 may include two or more kinds of cations having different sizes and two or more kinds of anions having different sizes. In this case, in order to predict the degree of improvement in capacitance, Both the solubility of the ions can be considered.

상기 제2 이온(14)의 구체적인 예를 들면, 상기 제2 이온(14)에 포함되는 양이온은 TMA+, TEA+, TBA+, TMEA+, TEMA+, SBP+ 등일 수 있다. 또한, 상기 제2 이온(14)에 포함되는 음이온의 구체적인 예를 들면 BF4 -, TFSI- 및 CF3SO3 - 등일 수 있다. 상기 제2 이온(14)들은 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다.For example, the cation included in the second ion 14 may be TMA + , TEA + , TBA + , TMEA + , TEMA + , SBP +, or the like. Specific examples of anions included in the second ions 14 may be BF 4 - , TFSI - , CF 3 SO 3 - , and the like. The second ions 14 may be used alone or in combination of two or more.

일 실시예에 따르면, 상기 제2 이온(14)의 크기는 0.450 nm 이상 0.830 nm 이하일 수 있다.According to one embodiment, the size of the second ions 14 may be 0.450 nm or more and 0.830 nm or less.

일 실시예에 따르면, 상기 제 1 이온(13)은 상기 제 2 이온(14)과 동일한 이온을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제2 이온(14)은 상기 제1 이온(13)과 이온의 종류가 동일할 수 있다.According to one embodiment, the first ions 13 may comprise the same ions as the second ions 14. That is, the second ions 14 may have the same kind of ions as the first ions 13.

실시예의 전기 이중층 커패시터는 제조 공정 중 연속되는 가압 공정으로 처리될 수 있으므로, 제 1 이온(13)과 동일한 종류 및 크기의 제 2 이온(14)으로써 이온상태로 해리되기 전의 염이라도 실시예의 전극 재료에 포함되어 기공의 내부 영역(I)으로 유입될 수 있다. 이에 따라 기공(12)의 활용가능성 향상 효과가 극대화될 수 있다.Since the electric double layer capacitor of the embodiment can be processed by a continuous pressurizing process during the manufacturing process, even if the salt is dissociated into the ionic state by the second ion 14 of the same kind and size as the first ion 13, And may be introduced into the inner region I of the pores. Accordingly, the effect of improving the utilization of the pores 12 can be maximized.

일 실시예에 따르면, 상기 제 1 이온(13)은 상기 제 2 이온(14)과 상이한 이온을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제2 이온(14)은 상기 제1 이온(13)과 이온의 종류가 상이할 수 있다. According to one embodiment, the first ions 13 may comprise ions different from the second ions 14. That is, the second ions 14 may have different kinds of ions from the first ions 13.

보다 구체적으로, 상기 제2 이온(14)은 상기 제1 이온(13)보다 크기가 작을 수 있고, 이 경우 기공(12)의 활용 가능성이 현저히 향상될 수 있다.More specifically, the second ions 14 may be smaller in size than the first ions 13, in which case the availability of the pores 12 may be significantly improved.

한편, 상기 제2 이온(14)은 상기 제1 이온(13)보다 크기가 클 수 있다. 제2 이온(14)이 제1 이온(13)보다 이온의 크기가 큰 경우라도 용해도가 우수한 경우라면 기공(12)의 활용 가능성이 개선되어 정전 용량 측면에서 유리할 수 있다.Meanwhile, the second ions 14 may be larger in size than the first ions 13. Even if the second ion 14 has a larger ion size than the first ion 13, if the solubility is excellent, the availability of the pores 12 is improved, which may be advantageous in terms of capacitance.

실시예에 따른 전극 재료는 총 100 중량%에 대하여 염을 1 중량% 이상 10 중량% 이하로 포함할 수 있다.The electrode material according to the embodiment may contain 1% by weight or more and 10% by weight or less of salt relative to 100% by weight of the total.

또한, 상기 전극 재료는 도전재 및 바인더를 더 포함할 수 있다. Further, the electrode material may further include a conductive material and a binder.

상기 바인더는 전극 재료에 접착성을 부여한다. 상기 바인더의 구체적인 예를 들면 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리비닐알콜(PVA) 등일 수 있다. 상기 바인더는 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 사용될 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The binder imparts adhesion to the electrode material. Specific examples of the binder include carboxymethyl cellulose (CMC), 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 실시예에 따르면, 상기 바인더는 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 1 중량% 이상 30 중량% 이하로 포함될 수 있다.According to one embodiment, the binder may be contained in an amount of 1 wt% or more and 30 wt% or less based on 100 wt% of the total electrode material.

상기 도전재는 전극 재료에 전도성을 부여 한다. 상기 도전재의 구체적인 예를 들면 카본 블랙(carbon black), 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유(CNF) 등일 수 있다. 상기 도전재는 전술한 예들 중 적어도 하나를 포함하여 사용될 수 있으나, 실시예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. The conductive material imparts conductivity to the electrode material. Specific examples of the conductive material 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 실시예에 따르면, 상기 도전재는 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 1 중량% 이상 30 중량% 이하로 포함될 수 있다.According to one embodiment, the conductive material may be contained in an amount of 1 wt% or more and 30 wt% or less based on 100 wt% of the total electrode material.

필요에 따라, 상기 전극 재료는 선택적으로 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매의 구체적인 예를 들면 물 또는 유기 용매 등일 수 있다.Optionally, the electrode material may further comprise a solvent. Specific examples of the solvent may be water or an organic solvent.

상기 전극 재료에 포함되는 용매의 구체적인 예를 들면 AN(Acetonitrile), PC(Propylene Carbonate), SL(Sulfolane), ADN(Adiponitrile) 등을 베이스 용매로 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.Specific examples of the solvent included in the electrode material include AN (Acetonitrile), PC (Propylene Carbonate), SL (Sulfolane), ADN (Adiponitrile) and the like as a base solvent or a mixture of two or more thereof.

또한, 선택적으로 상기 베이스 용매에 EC(Ethylene Carbonate), DMC(Dimethyl Carbornate), EMC(Ethyl Methyl Carbonate) DMS(Dimethyl Sulfone), EMS(Ethyl Methane Sulfonate) 등을 추가 용매로써 혼합하여 사용할 수 있다.Optionally, ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (DMS), dimethyl sulfone (DMS), and ethyl methane sulfonate (EMS) may be added as an additional solvent to the base solvent.

상기 전극 재료에 포함되는 용매는 실시예의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 미량으로 사용될 수 있다.The solvent contained in the electrode material may be used in a trace amount within a range not deviating from the object of the embodiment.

전술한 실시예의 전극 재료의 각 성분들은 혼합될 수 있다. 혼합 방법은 실시예의 목적을 벗어나지 않는 범위 내라면 특별히 제한되지 않을 수 있다.The respective components of the electrode material of the above-described embodiments can be mixed. The mixing method may not be particularly limited as long as it does not deviate from the object of the embodiment.

상기 전극합제층(9)은 일 실시예에 따르면 상기 전극 재료의 혼합 후에 집전체(8) 상에 상기 전극 재료를 롤링으로 압연하여 형성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 전극합제층(9)은 상기 전극 재료를 집전체(8) 상에 코팅하여 형성할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 전극합제층(9)은 전극 재료를 시트 상태로 만들어 집전체(8)에 붙인 후 건조하는 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 전극 재료의 각 성분 혼합 후 슬러리 형태로 집전체(8) 상에 적용될 수 있으나, 본 발명이 반드시 그 실시예 들에 제한되는 것은 아니다.The electrode material mixture layer 9 may be formed by rolling the electrode material on the current collector 8 after mixing the electrode material according to an embodiment. According to another embodiment, the electrode material mixture layer 9 may be formed by coating the electrode material on the current collector 8. According to another embodiment, the electrode material mixture layer 9 may be formed by placing the electrode material in a sheet state and attaching it to the current collector 8, followed by drying. Further, the present invention can be applied to the current collector 8 in the form of a slurry after mixing the respective components of the electrode material, but the present invention is not necessarily limited to the embodiments.

이어서, 제조된 전극합제층(9)을 건조하고 가압할 수 있다. Then, the prepared electrode material mixture layer 9 can be dried and pressed.

가압 공정의 구체적인 예를 들면 Kneading 방식으로 콜드 프레스(Cold Press) 및/또는 핫 프레스(Hot Press)일 수 있고, 상기 가압 공정에 의하여 기공의 내부 영역(I)으로 전극 재료에 포함된 염이 보다 효과적으로 유입될 수 있다. A specific example of the pressurizing step may be a cold pressing method and / or a hot press method in a Kneading manner. The salt contained in the electrode material into the inner region (I) Can be effectively introduced.

실시예의 전기 이중층 커패시터에 있어 집전체(8)를 통하여 전류가 흐르면 전극합제층(9)이 전하를 띄게 되고, 제1 이온(13)은 당해 이온의 전하와 반대되는 전하를 띄는 전극으로 이동하여 각 전극의 계면에서 전기 이중층을 형성할 수 있다. 구체적인 예를 들면 제1 음이온은 제1 전극(2)의 계면으로 이동하고 제1 양이온은 제2 전극(4)의 계면으로 이동하며, 제1 이온(13)들 중 기공 입구(15) 크기보다 이온의 크기가 작은 경우라면 각 전극(2, 4)의 전극합제층(9)에 존재하는 활성탄(100)의 기공의 내부 영역(I)에 위치할 수도 있다.In the electric double layer capacitor of the embodiment, when current flows through the current collector 8, the electrode mix layer 9 becomes charged, and the first ions 13 move to the electrode having the charge opposite to the charge of the ions An electric double layer can be formed at the interface of each electrode. For example, the first anion moves to the interface of the first electrode 2, the first cation moves to the interface of the second electrode 4, and the size of the pores 15 of the first ions 13 It may be located in the inner region I of the pores of the activated carbon 100 existing in the electrode compound mixture layer 9 of each of the electrodes 2 and 4 if the ion size is small.

일 실시예에 따르면, 상기 활성탄(100)의 비표면적은 400 m2/g 이상 900 m2/g 이하 일 수 있다. 상기 활성탄(100)의 기공의 비표면적이 전술한 범위 내이면 결정질 구조(21)의 결정 격자 사이 또는 비정질 구조(11)의 기공(12)에 제1 이온(13)의 유입이 용이하여 정전 용량이 현저히 향상될 수 있다. 즉, 활성탄(100)의 비표면적이 400 m2/g 미만이면 제1 이온(13)보다 기공(12)의 지름(D)이 작아 제1 이온(13)이 삽입되지 못할 수 있다. 또한, 활성탄(100)의 비표면적이 900 m2/g를 초과하면 정전 용량이 감소할 수 있다.According to one embodiment, the specific surface area of the activated carbon 100 may be 400 m 2 / g or more and 900 m 2 / g or less. If the specific surface area of the pores of the activated carbon 100 is within the above range, the first ions 13 can easily flow into the crystal lattice of the crystalline structure 21 or into the pores 12 of the amorphous structure 11, Can be significantly improved. That is, if the specific surface area of the activated carbon 100 is less than 400 m 2 / g, the diameters D of the pores 12 may be smaller than the first ions 13, so that the first ions 13 may not be inserted. If the specific surface area of the activated carbon 100 exceeds 900 m 2 / g, the capacitance may decrease.

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.

일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(2) 및 상기 제2 전극(4) 각각에 리드선(6, 7)이 부착될 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(2), 제2 전극(4) 및 그 사이에 배치된 분리막(3)은 덮개(5) 내에 배치된 구조일 수 있다.According to 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 실시예에 따르면, 상기 덮개(5)는 전도성 물질을 포함하여 형성된 것일 수 있다. 상기 전도성 물질은 금속 등을 포함할 수 있다. 상기 금속의 구체적인 예를 들면 알루미늄 등 일 수 있다.According to one embodiment, the 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.

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

실시예Example

NCC(Naphta Cracking Center) 공정에서 나오는 잔사 오일을 350 ℃의 온도에서 열처리하여 분자량 1000 내지 2500 범위의 고체상태 피치(pitch)로 만들어 활성탄으로 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 ranging from 1000 to 2500 and used as activated carbon.

전술한 방법으로 제조된 활성탄 1을 아르곤 분위기 하에서 750 ℃의 온도로 1 시간동안 60 Φ * 120 cm의 핫스팟에서 열처리하였다.The activated carbon 1 prepared as described above was heat-treated at a temperature of 750 캜 for 1 hour in a hot spot of 60 Φ * 120 cm under an argon atmosphere.

이어서, 아르곤 분위기 하에서 750 ℃에서 2 시간 동안 활성탄 1과 KOH 활성화제의 함량비를 1:3으로 하여 활성탄 1을 활성화 처리 하였다. Subsequently, activated carbon 1 was activated by setting the content ratio of activated carbon 1 and KOH activator to 1: 3 in an argon atmosphere at 750 ° C for 2 hours.

상기 활성탄 85 중량%, 바인더 5 중량%, 도전재 5 중량%. TEABF4 5 중량% 를 혼합하여 전극 재료를 제조한 후, 알루미늄 호일의 집전체 상에 롤러로 전극 재료를 압착하여 시트 상태로 만든 후 건조하여 양극을 제조하였다.85 wt% of activated carbon, 5 wt% of binder, 5 wt% of conductive material. TEABF 4 5 was prepared by mixing an electrode material% by weight, and pressing the electrode material to the roller to the collector of an aluminum foil and then made into a sheet state to prepare a positive electrode and dried.

비교예Comparative Example

TEABF4 염을 불포함 한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 슈퍼 캐패시터를 제조하였다.A supercapacitor was prepared in the same manner as in Example except that TEABF 4 salt was not included.

실험예Experimental Example : 초기 정전 용량 평가: Initial Capacitance Rating

0.565 mA 에서 단위 부피당 정전용량을 Hi-EDLC 16CH 기기(Human Instrument社 제조)로 측정하였고, 그 결과는 하기 표 4와 같다.The electrostatic capacity per unit volume at 0.565 mA was measured with a Hi-EDLC 16CH instrument (manufactured by Human Instrument), and the results are shown in Table 4 below.

구분division
[F/cc][F / cc] 실시예Example 비교예Comparative Example 1 회1 time 28.828.8 27.627.6 2 회Episode 2 29.129.1 27.527.5 3 회3rd time 28.128.1 26.826.8

상기 표 4를 참조하면, 염을 포함하는 실시예의 전기 캐패시터가 비교예에 비해 높은 정전 용량 값을 나타냄을 확인할 수 있었다. Referring to Table 4, it can be seen that the electric capacitor of the embodiment including the salt exhibits a higher capacitance value than the comparative example.

에너지 밀도는 하기 수학식 1로 산출될 수 있는바,The energy density can be calculated by the following equation (1)

[수학식 1][Equation 1]

에너지 밀도(E)= {정전용량(C)}*{작동전압(V)}2/2Energy density (E) = {a capacitance (C)} * {working voltage (V)} 2/2

실시예가 비교예들에 비해 고 에너지 밀도의 구현이 가능함을 예측할 수 있었다. It can be predicted that the embodiment can realize a higher energy density than the comparative examples.

실시예의 전기 이중층 커패시터는 기공의 내부 영역(I)에 기공 입구(15)를 통해 기공의 내부 영역(I)으로 유입된 제1 용매(16)에 의하여 염으로부터 해리된 제2 이온(14)을 포함할 수 있다. 상기 제2 이온(14)은 충방전시 기공의 내부 영역(I)에서 흡탈착 될 수 있다. 따라서, 활성탄(100)의 물리적 비표면적을 증가시키지 않더라도 전극 내에 존재하는 기공(12)의 활용 가능성이 향상되는바, 전기 이중층 커패시터의 고 정전 용량 및 고 에너지 밀도의 구현이 가능할 수 있다.The electric double layer capacitor of the embodiment has the second ion 14 dissociated from the salt by the first solvent 16 flowing into the inner region I of the pore through the pore inlet 15 into the inner region I of the pore . The second ions 14 may be adsorbed and desorbed in the inner region I of the pores during charging and discharging. Therefore, it is possible to utilize the pores 12 existing in the electrode without increasing the physical specific surface area of the activated carbon 100, so that high capacitance and high energy density of the electric double layer capacitor can be realized.

또한, 젖음성 개선에 따라 셀 내부 저항을 감소시킴으로써 전기 이중층 커패시터의 출력 특성을 향상시킬 수 있다.Further, the output characteristics of the electric double layer capacitor can be improved by reducing the internal resistance of the cell as the wettability is improved.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.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: 활성탄 10: 전기 이중층 커패시터
11: 비정질 12: 기공
13: 제1 이온 14: 제2 이온
15: 기공 입구 16: 제1 용매
21: 결정질 d: 결정질의 층간 거리
1: 제1 분리막 2: 제1 전극
3: 제2 분리막 4: 제2 전극
5: 덮개 6: 제 1 리드선
7: 제 2 리드선 8: 집전체
9: 전극합제층
D: 기공의 지름
I: 기공의 내부 영역
d: 결정질의 층간 거리100: Activated carbon 10: Electric double layer capacitor
11: amorphous 12: porosity
13: first ion 14: second ion
15: pore inlet 16: first solvent
21: crystalline d: crystalline interlayer distance
1: first separator 2: first electrode
3: Second separation membrane 4: Second electrode
5: lid 6: first lead wire
7: second lead wire 8: current collector
9: electrode mixture layer
D: Diameter of pore
I: inner region of pore
d: interlayer distance of crystalline

Claims (9)

제 1 전극;
상기 제1 전극에 이격하여 배치되는 제 2 전극;
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되는 분리막; 및
상기 제1 전극, 제2 전극 및 상기 분리막을 함침하는 전해액;을 포함하고,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 각각 집전체 및 상기 집전체의 적어도 일 면에 배치된 전극합제층을 포함하며
상기 전해액은 제1 이온 및 제1 용매를 포함하고
상기 제1 이온은 제1 양이온 및 제1 음이온을 포함하며
상기 전극합제층은 활성탄 및 염을 포함하고
상기 활성탄은 다수의 기공들을 포함하며
상기 다수의 기공은 기공 입구 및 상기 기공 입구와 연통한 내부 영역을 포함하고
상기 기공 입구는, 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 작은 기공 입구를 포함하며
상기 내부 영역은, 상기 제1 양이온의 크기 또는 상기 제 1 음이온의 크기보다 큰 상기 내부 영역을 포함하고
상기 제1 용매는 상기 기공 입구를 통해 상기 내부 영역으로 유입하여 상기 염을 해리시키는, 전기 이중층 커패시터.
A first electrode;
A second electrode spaced apart from the first electrode;
A separation membrane disposed between the first electrode and the second electrode; And
And an electrolytic solution impregnating the first electrode, the second electrode, and the separator,
Wherein the first electrode and the second electrode each include a current collector and an electrode mixture layer disposed on at least one surface of the current collector,
Wherein the electrolytic solution comprises a first ion and a first solvent
Wherein the first ion comprises a first cation and a first anion,
The electrode mixture layer includes activated carbon and a salt
The activated carbon includes a plurality of pores
Wherein the plurality of pores includes a pore inlet and an interior region communicating with the pore inlet
Wherein the pore inlet comprises a pore inlet that is smaller than the size of the first cation or the size of the first anion
Wherein the internal region comprises the internal region that is larger than the size of the first cation or the size of the first anion
Wherein the first solvent flows into the interior region through the pore openings to dissociate the salt.
청구항 1에 있어서,
상기 염은 상기 기공 입구로 유입된 상기 제1 용매에 의해 해리되어 제2 이온으로 존재하는, 전기 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein the salt is dissociated by the first solvent introduced into the pore inlet and is present as a second ion.
청구항 1에 있어서,
상기 다수의 기공은, 상기 제1 용매에 의해 해리되지 않은 염을 가지는 기공을 포함하는, 전기 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of pores include pores having a salt that is not dissociated by the first solvent.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 이온은 제 2 양이온 및 제 2 음이온을 모두 포함하는, 전기 이중층 커패시터.
The method of claim 2,
Wherein the second ion comprises both a second cation and a second anion.
청구항 4에 있어서,
상기 제 2 양이온은 크기가 상이한 2종 이상의 양이온을 포함하거나, 또는 상기 제 2 음이온은 크기가 상이한 2종 이상의 음이온을 포함하는, 전기 이중층 커패시터.
The method of claim 4,
Wherein the second cation comprises two or more cations of different sizes or the second anion comprises two or more anions of different sizes.
청구항 4에 있어서,
상기 제 1 이온은 상기 제 2 이온과 동일한 이온을 포함하는, 전기 이중층 커패시터.
The method of claim 4,
Wherein the first ion comprises the same ion as the second ion.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 이온은 TMA+, TEA+, TBA+, TMEA+, TEMA+, SBP+, BF4 -, TFSI- 및 CF3SO3 - 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 전기 이중층 커패시터.
The method of claim 2,
Wherein the second ion comprises at least one selected from the group consisting of TMA + , TEA + , TBA + , TMEA + , TEMA + , SBP + , BF 4 - , TFSI - and CF 3 SO 3 - .
청구항 1에 있어서,
상기 전극합제층에 존재하는 전체 기공에 대하여
기공의 지름(D)이 0.5 nm 이상 1.1 nm 이하인 기공은 35 부피% 이상 내지 85 부피% 이하인, 전기 이중층 커패시터.
The method according to claim 1,
With respect to the total pores existing in the electrode mix layer
And the pore diameter (D) of the pores is 0.5 nm or more and 1.1 nm or less is 35 vol% or more and 85 vol% or less.
활성탄을 600 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 온도에서 열처리하는 단계;
상기 열처리 된 활성탄과 알칼리 포함 활성화제를 1:1.5 이상 1:4 이상 의 중량비로 혼합하여 700 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 온도에서 활성화하는 단계;
상기 활성화된 물질을 중화하는 단계;
상기 중화된 물질, 바인더, 도전재 및 염을 포함하는 전극 재료를 혼합 후 가압하는 단계;
상기 가압된 물질을 집전체의 적어도 어느 일 면에 도포하여 전극합제층을 형성하는 단계;를 포함하고
상기 활성탄은 결정질 구조 및 비정질 구조를 포함하며
상기 비정질 구조는 지름(D)이 2 nm 이하인 다수의 기공을 포함하고,
상기 전극 재료 총 100 중량%에 대하여 상기 활성탄은 50 중량% 이상 95 중량% 이하로 포함되며, 상기 바인더는 1 중량% 이상 30 중량% 이하로 포함되고, 상기 도전재는 1 중량% 이상 30 중량% 이하로 포함되며 상기 염은 1 중량% 이상 10 중량% 이하로 포함되는, 전기 이중층 커패시터의 제조 방법.

Heat-treating the activated carbon at a temperature of 600 ° C or more and 900 ° C or less;
Treating the heat-treated activated carbon with an alkali-containing activating agent in a weight ratio of 1: 1.5 to 1: 4, and activating the mixture at a temperature of 700 ° C to 900 ° C;
Neutralizing the activated material;
Mixing and pressing the electrode material including the neutralized material, the binder, the conductive material, and the salt;
And applying the pressurized material to at least one surface of the current collector to form an electrode mixture layer
The activated carbon includes a crystalline structure and an amorphous structure
The amorphous structure includes a plurality of pores having a diameter (D) of 2 nm or less,
Wherein the activated carbon is contained in an amount of not less than 50 wt% and not more than 95 wt% based on 100 wt% of the total electrode material, the binder is not less than 1 wt% and not more than 30 wt%, and the conductive material is not less than 1 wt% And the salt is contained in an amount of 1 wt% or more and 10 wt% or less.

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