KR101166701B1 - Composite for electrode of supercapacitor, method for manufacturing supercapacitor electrode using the composite, and supercapacitor using the method - Google Patents
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본 발명은, 활성탄 분말 100중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 도전재 2～20중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 바인더 2～10중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 분산매 200～300중량부를 포함하며, 상기 바인더는 폴리이미드 및 폴리아미드이미드 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지고, 상기 분산매는 N-메틸피롤리돈으로 이루어진 슈퍼커패시터 전극용 조성물, 이를 이용한 슈퍼커패시터 전극의 제조방법 및 상기 방법을 이용하여 제조된 슈퍼커패시터에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 바인더로 폴리이미드 및 폴리아미드이미드 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 사용하고 비수계 용매를 사용하므로 슈퍼커패시터가 고전압 또는 고온에서 동작될 때에도 산소(O)가 가스로 배출되는 것을 억제할 수 있고, 내전압 특성이 향상되며, 고전압 및 고온에서의 신뢰성이 높아질 수 있으며, 전기적 특성과 내열성이 우수한 슈퍼커패시터 전극을 제조할 수 있다. The present invention is based on 100 parts by weight of activated carbon powder, 100 parts by weight of activated carbon powder, 2 to 20 parts by weight of conductive material, 2 to 10 parts by weight of binder based on 100 parts by weight of activated carbon powder, and 200 to 300 dispersion medium based on 100 parts by weight of activated carbon powder. It includes a weight part, the binder is made of at least one material selected from polyimide and polyamideimide, the dispersion medium is a composition for a supercapacitor electrode consisting of N-methylpyrrolidone, a method for producing a supercapacitor electrode using the same and It relates to a supercapacitor manufactured using the above method. According to the present invention, since at least one material selected from polyimide and polyamideimide is used as the binder and a non-aqueous solvent is used, it is possible to suppress the discharge of oxygen (O) into the gas even when the supercapacitor is operated at high voltage or high temperature. It is possible to improve the withstand voltage characteristics, to increase the reliability at high voltage and high temperature, and to produce a supercapacitor electrode having excellent electrical characteristics and heat resistance.
Description
본 발명은 슈퍼커패시터 전극용 조성물, 이를 이용한 슈퍼커패시터 전극 및 슈퍼커패시터 전극의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바인더로 폴리이미드 및 폴리아미드이미드 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 사용하고 비수계 용매를 사용하므로 슈퍼커패시터가 고전압 또는 고온에서 동작될 때에도 산소(O)가 가스로 배출되는 것을 억제할 수 있고, 내전압 특성이 향상되며, 고전압 및 고온에서의 신뢰성이 높아질 수 있으며, 전기적 특성과 내열성이 우수한 슈퍼커패시터 전극용 조성물, 이를 이용한 슈퍼커패시터 전극의 제조방법 및 상기 방법을 이용하여 제조된 슈퍼커패시터에 관한 것이다.
The present invention relates to a composition for a supercapacitor electrode, a method of manufacturing a supercapacitor electrode and a supercapacitor electrode using the same, and more particularly, using a non-aqueous solvent using at least one material selected from polyimide and polyamideimide as a binder. It is possible to suppress the discharge of oxygen (O) as a gas even when the supercapacitor is operated at high voltage or high temperature, the withstand voltage characteristics can be improved, the reliability at high voltage and high temperature can be increased, and excellent electrical characteristics and heat resistance The present invention relates to a supercapacitor electrode composition, a method of manufacturing a supercapacitor electrode using the same, and a supercapacitor manufactured using the method.
일반적으로 슈퍼커패시터는 전기이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC), 슈퍼커패시터(Super-capacitor) 또는 울트라커패시터(Ultra-capacitor)라고도 일컬어지며, 이는 전극 및 도전체와, 그것에 함침된 전해질 용액의 계면에 각각 부호가 다른 한 쌍의 전하층(전기이중층)이 생성된 것을 이용하는 것으로, 충전/방전 동작의 반복으로 인한 열화가 매우 작아 보수가 필요없는 소자이다. 이에 따라 슈퍼커패시터는 각종 전기ㆍ전자기기의 IC(integrated circuit) 백업을 하는 형태로 주로 사용되고 있으며, 최근에는 그 용도가 확대되어 장난감, 태양열 에너지 저장, HEV(hybrid electric vehicle) 전원 등에까지 폭넓게 응용되고 있다.Supercapacitors are also commonly referred to as Electric Double Layer Capacitors (EDLCs), Supercapacitors or Ultracapacitors, which are the interface between electrodes and conductors and the electrolyte solution impregnated therewith. By using a pair of charge layers (electric double layers) each having a different sign, the deterioration due to repetition of the charge / discharge operation is very small and requires no maintenance. Accordingly, supercapacitors are mainly used in the form of backing up IC (integrated circuit) of various electric and electronic devices. Recently, the use of supercapacitors has been widely applied to toys, solar energy storage, and hybrid electric vehicle (HEV) power supply. have.
이와 같은 슈퍼커패시터는 일반적으로 전해액이 함침된 양극 및 음극의 두 전극과, 이러한 두 전극 사이에 개재되어 이온(ion) 전도만 가능케 하고 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 세퍼레이터(separator)와, 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락방지를 위한 가스켓(gasket), 그리고 이들을 포장하는 도전체로서의 금속 캡으로 구성된 단위셀을 갖는다. 그리고 위와 같이 구성된 단위셀 1개 이상(통상, 코인형의 경우 2～6개)을 직렬로 적층하고 양극과 음극의 두 단자(terminal)를 조합하여 완성된다.Such a supercapacitor generally includes two electrodes of a positive electrode and a negative electrode impregnated with an electrolyte, a separator made of a porous material interposed between the two electrodes to allow only ion conduction, and to prevent insulation and short circuit, and an electrolyte solution. It has a unit cell consisting of a gasket for preventing leakage and preventing insulation and short circuit, and a metal cap as a conductor for packaging them. One or more unit cells (usually, 2 to 6 in the case of a coin type) configured as described above are stacked in series and completed by combining two terminals of a positive electrode and a negative electrode.
상기 슈퍼커패시터를 구성하는 전극은 전극활물질로서 활성탄을 주로 이용하고 있다. 슈퍼커패시터의 정전용량은 전기이중층에 축적되는 전하량에 따라 정해지며, 그 전하량은 전극의 표면적이 크면 클수록 크게 된다. 따라서 활성탄은 300㎡/g 이상이라는 높은 비표면적(比表面積)을 가지는 것이므로, 큰 표면적을 필요로 하는 슈퍼커패시터의 전극재료로서 적합하다.The electrode constituting the supercapacitor mainly uses activated carbon as an electrode active material. The capacitance of the supercapacitor is determined by the amount of charge accumulated in the electric double layer, and the amount of charge becomes larger as the surface area of the electrode is larger. Therefore, since activated carbon has a high specific surface area of 300 m 2 / g or more, it is suitable as an electrode material of a supercapacitor requiring a large surface area.
활성탄 분말을 전극으로서 이용한 슈퍼커패시터는, 일본 특허공개공보 특개평4-44407호에 제시되어 있다. 이 공보에 제시된 전극은, 활성탄 분말을 페놀수지 등의 열경화성수지와 혼합하여 고형화한 고체 활성탄 전극이다.A supercapacitor using activated carbon powder as an electrode is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-44407. The electrode proposed in this publication is a solid activated carbon electrode obtained by solidifying a mixture of activated carbon powder with a thermosetting resin such as a phenol resin.
일반적으로 슈퍼커패시터의 전극 제조용 활성탄은 비표면적 1500㎡/g 이상의 고비표면적 활성탄이 사용되고 있으나, 원료의 불순물을 완전히 제거하는 것이 어렵다. 또한, 활성탄 합성 및 수세 공정에서 물이 사용되기 때문에 표면에 산소, 수소 등을 포함하는 관능기가 형성되어 있으며, 특히 활성탄의 표면에 형성된 산소 관능기는 슈퍼커패시터가 고전압 또는 고온에서 동작될 때 가스로 배출될 수 있어 고전압 및 고온에서 슈퍼커패시터의 신뢰성을 저하시키는 문제가 있다. In general, activated carbon for electrode production of supercapacitors has a high specific surface area activated carbon of 1500 m 2 / g or more, but it is difficult to completely remove impurities from raw materials. In addition, since activated carbon is used in the synthesis and washing process of activated carbon, functional groups including oxygen and hydrogen are formed on the surface, and in particular, the oxygen functional groups formed on the surface of activated carbon are discharged as gas when the supercapacitor is operated at high voltage or high temperature. There is a problem that can lower the reliability of the supercapacitor at high voltage and high temperature.
이와 같은 슈퍼커패시터 전극은 분말상의 활성탄, 도전재, 바인더 및 분산매를 혼합하여 슬러리 형태로 코팅하는 방식으로 제조하고 있다. 일반적으로 상기 바인더로 카르복시메틸셀룰로오스(carboxy methyl cellulose; 이하 'CMC'라 함)와 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber; 이하 'SBR'이라 함)를 사용하고, 분산매로 물을 사용한다. 수용액(물)에 분산되는 CMC/SBR 바인더를 다공성 소재인 활성탄과 함께 슈퍼커패시터의 전극을 제조할 경우, 활성탄의 기공에 깊숙이 흡착되어 슈퍼커패시터의 성능 및 신뢰성을 저하시키는 원인이 되고 있다. 또한, 활성탄의 기공에 침투된 물은 건조 후에도 배출되지 않고 잔류할 수 있으며, 이는 슈퍼커패시터의 특성을 저하시키며, 일반적으로 슈퍼커패시터는 2V 이상의 동작 전압을 사용하게 되는데 가해지는 전압에 의해 활성탄의 기공에 존재하는 물의 전기분해가 발생하여 가스가 발생할 수 있고 심하면 슈퍼커패시터가 폭발할 가능성도 있다.
Such a supercapacitor electrode is manufactured by mixing powdered activated carbon, a conductive material, a binder, and a dispersion medium in a slurry form. Generally, carboxy methyl cellulose (hereinafter referred to as 'CMC') and styrene-butadiene rubber (hereinafter referred to as 'SBR') are used as the binder, and water is used as a dispersion medium. When the CMC / SBR binder dispersed in an aqueous solution (water) is prepared with an electrode of a supercapacitor together with activated carbon, which is a porous material, the CMC / SBR binder is deeply adsorbed into the pores of the activated carbon, thereby degrading the performance and reliability of the supercapacitor. In addition, the water penetrated into the pores of the activated carbon may remain without being discharged after drying, which degrades the characteristics of the supercapacitor, and in general, the supercapacitor uses an operating voltage of 2V or more. The electrolysis of the water present in the gas can generate gas and, in extreme cases, the supercapacitor may explode.
본 발명이 해결하려는 과제는 바인더로 폴리이미드 및 폴리아미드이미드 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 사용하고 비수계 용매를 사용하므로 슈퍼커패시터가 고전압 또는 고온에서 동작될 때에도 산소(O)가 가스로 배출되는 것을 억제할 수 있고, 내전압 특성이 향상되며, 고전압 및 고온에서의 신뢰성이 높아질 수 있으며, 전기적 특성과 내열성이 우수한 슈퍼커패시터 전극용 조성물, 이를 이용한 슈퍼커패시터 전극의 제조방법 및 상기 방법을 이용하여 제조된 슈퍼커패시터를 제공함에 있다.
The problem to be solved by the present invention is that the oxygen (O) is discharged to the gas even when the supercapacitor is operated at high voltage or high temperature because at least one material selected from polyimide and polyamideimide as a binder and using a non-aqueous solvent. It can be suppressed, the withstand voltage characteristics are improved, the reliability at high voltage and high temperature can be increased, and the composition for the supercapacitor electrode excellent in the electrical characteristics and heat resistance, the manufacturing method of the supercapacitor electrode using the same and prepared using the method In providing a supercapacitor.
본 발명은, 활성탄 분말 100중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 도전재 2～20중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 바인더 2～20중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 분산매 200～300중량부를 포함하며, 상기 바인더는 폴리이미드 및 폴리아미드이미드 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지고, 상기 분산매는 N-메틸피롤리돈으로 이루어진 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 제공한다.The present invention is based on 100 parts by weight of activated carbon powder, 100 parts by weight of activated carbon powder, 2 to 20 parts by weight of conductive material, 2 to 20 parts by weight of binder based on 100 parts by weight of activated carbon powder, and 200 to 300 dispersion medium based on 100 parts by weight of activated carbon powder. It includes a weight part, the binder is made of at least one material selected from polyimide and polyamideimide, and the dispersion medium provides a composition for a supercapacitor electrode consisting of N-methylpyrrolidone.
상기 바인더는 상기 폴리이미드 및 폴리아미드이미드를 포함하며, 상기 폴리이미드와 폴리아미드이미드는 3:7～7:3의 중량비로 혼합되어 상기 바인더를 이루는 것이 바람직하다.The binder includes the polyimide and polyamideimide, and the polyimide and polyamideimide are preferably mixed at a weight ratio of 3: 7 to 7: 3 to form the binder.
상기 활성탄 분말은 야자각계 활성탄, 페놀수지계 활성탄, 코크스계 활성탄 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.As the activated carbon powder, it is preferable to use coconut shell activated carbon, phenol resin activated carbon, coke activated carbon or a mixture thereof.
상기 활성탄 분말의 비표면적은 1000～2500 ㎡/g 범위이고, 상기 활성탄 분말의 입경은 전극 성형 및 분산을 용이하게 하기 위하여 0.9～20㎛ 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다.The specific surface area of the activated carbon powder is in the range of 1000 to 2500 m 2 / g, and the particle diameter of the activated carbon powder is preferably in the range of 0.9 to 20 μm in order to facilitate electrode molding and dispersion.
또한, 본 발명은, 활성탄 분말, 바인더, 도전재 및 분산매를 혼합하여 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 제조하는 단계와, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 금속 호일에 양면 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 금속 호일에 붙여서 전극 형태로 형성하는 단계 및 전극 형태로 형성된 결과물을 100℃～350℃의 온도에서 건조하여 슈퍼커패시터 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 활성탄 분말 100중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 도전재 2～20중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 바인더 2～10중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 분산매 200～300중량부를 포함하며, 상기 바인더는 폴리이미드 및 폴리아미드이미드 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지고, 상기 분산매는 N-메틸피롤리돈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터 전극의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a composition for a supercapacitor electrode by mixing activated carbon powder, a binder, a conductive material and a dispersion medium, and the composition for the supercapacitor electrode is compressed to form an electrode, or the composition for the supercapacitor electrode Coated on both sides of the metal foil in the form of an electrode, or by pressing the composition for the supercapacitor electrode into a sheet state by a roller and pasting the metal foil in the form of an electrode, and the resultant formed in the form of an
상기 바인더는 상기 폴리이미드 및 폴리아미드이미드를 포함하며, 상기 폴리이미드와 폴리아미드이미드는 3:7～7:3의 중량비로 혼합되어 상기 바인더를 이루는 것이 바람직하다.The binder includes the polyimide and polyamideimide, and the polyimide and polyamideimide are preferably mixed at a weight ratio of 3: 7 to 7: 3 to form the binder.
상기 활성탄 분말은 야자각계 활성탄, 페놀수지계 활성탄, 코크스계 활성탄 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.As the activated carbon powder, it is preferable to use coconut shell activated carbon, phenol resin activated carbon, coke activated carbon or a mixture thereof.
상기 활성탄 분말의 비표면적은 1000～2500 ㎡/g 범위이고, 상기 활성탄 분말의 입경은 전극 성형 및 분산을 용이하게 하기 위하여 0.9～20㎛ 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다. The specific surface area of the activated carbon powder is in the range of 1000 to 2500 m 2 / g, and the particle diameter of the activated carbon powder is preferably in the range of 0.9 to 20 μm in order to facilitate electrode molding and dispersion.
또한, 본 발명은, 상기 방법으로 제조된 슈퍼커패시터 전극으로 이루어진 양극과, 상기 방법으로 제조된 슈퍼커패시터 전극으로 이루어진 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 배치되고 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막과, 상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극이 내부에 배치되고 전해액이 주입된 금속 캡과, 상기 금속 캡을 밀봉하기 위한 가스켓을 포함하는 슈퍼커패시터를 제공한다.In addition, the present invention, the positive electrode made of a supercapacitor electrode manufactured by the method, the negative electrode made of the supercapacitor electrode produced by the method, and disposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent short circuit of the positive electrode and the negative electrode It provides a supercapacitor comprising a separator, a metal cap in which the positive electrode, the separator and the negative electrode are disposed therein and the electrolyte is injected, and a gasket for sealing the metal cap.
또한, 본 발명은, 단락을 방지하기 위한 제1 분리막과, 상기 방법으로 제조된 슈퍼커패시터 전극으로 이루어진 양극과, 상기 양극과 음극의 단락을 방지하기 위한 제2 분리막과, 상기 방법으로 제조된 슈퍼커패시터 전극으로 이루어진 음극이, 순차적으로 적층되어 코일링된 롤 형태를 이루는 권취소자와, 상기 음극에 연결된 제1 리드선과, 상기 양극에 연결된 제2 리드선과, 상기 권취소자를 수용하는 금속캡 및 상기 금속 캡을 밀봉하기 위한 실링 고무를 포함하며, 상기 권취소자는 리튬염이 용해되어 있는 전해액에 함침되어 있는 슈퍼커패시터를 제공한다.
In addition, the present invention, a first separator for preventing a short circuit, a positive electrode made of a supercapacitor electrode produced by the method, a second separator for preventing a short circuit of the positive electrode and the negative electrode, and a super made by the method A cathode comprising a capacitor electrode is sequentially stacked to form a coiled roll, a first lead wire connected to the cathode, a second lead wire connected to the anode, a metal cap accommodating the winding element, and And a sealing rubber for sealing the metal cap, wherein the winding device provides a supercapacitor impregnated with an electrolyte in which lithium salt is dissolved.
본 발명에 의하면, 바인더로 폴리이미드 및 폴리아미드이미드 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 사용하고 비수계 용매를 사용하므로 슈퍼커패시터가 고전압 또는 고온에서 동작될 때에도 산소(O)가 가스로 배출되는 것을 억제할 수 있고, 내전압 특성이 향상되며, 고전압 및 고온에서의 신뢰성이 높아질 수 있으며, 전기적 특성과 내열성이 우수한 슈퍼커패시터 전극을 제조할 수 있다.
According to the present invention, since at least one material selected from polyimide and polyamideimide is used as the binder and a non-aqueous solvent is used, it is possible to suppress the discharge of oxygen (O) into the gas even when the supercapacitor is operated at high voltage or high temperature. It is possible to improve the withstand voltage characteristics, to increase the reliability at high voltage and high temperature, and to produce a supercapacitor electrode having excellent electrical characteristics and heat resistance.
도 1은 본 발명에 따른 활성탄 전극의 사용 상태도이다.
도 2는 양극과 음극에 리드선을 부착하는 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 권취소자를 형성하는 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 권취소자를 금속캡에 삽착시키는 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 슈퍼커패시터를 일부 절취하여 도시한 도면이다.
도 6은 바인더와 분산매에 따른 고온 신뢰성 테스트 결과를 보여주는 그래프이다.1 is a state diagram used in the activated carbon electrode according to the present invention.
2 is a view illustrating a state in which lead wires are attached to a positive electrode and a negative electrode.
3 is a view showing a state of forming a winding device.
4 is a view showing a state in which the winding element is inserted into the metal cap.
5 is a diagram illustrating a part of the supercapacitor cut away.
6 is a graph showing the results of the high temperature reliability test according to the binder and the dispersion medium.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments are provided to those skilled in the art to fully understand the present invention, and may be modified in various forms, and the scope of the present invention is limited to the embodiments described below. It doesn't happen. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슈퍼커패시터 전극용 조성물은 활성탄 분말, 바인더, 도전재 및 분산매를 포함한다. The composition for the supercapacitor electrode according to the preferred embodiment of the present invention includes an activated carbon powder, a binder, a conductive material and a dispersion medium.
상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물은 활성탄 분말 100중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 도전재 2～20중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 바인더 2～20중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 분산매 200～300중량부를 포함할 수 있다.The composition for the supercapacitor electrode is a dispersion medium based on 100 parts by weight of activated carbon powder, 2 to 20 parts by weight of a conductive material based on 100 parts by weight of activated carbon powder, 2 to 20 parts by weight of a binder and 100 parts by weight of activated carbon powder based on 100 parts by weight of activated carbon powder. It may include 200 to 300 parts by weight.
상기 바인더는 폴리이미드(polyimide; PI) 및 폴리아미드이미드(polyamide imide; PAI) 중에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함한다. The binder includes at least one material selected from polyimide (PI) and polyamide imide (PAI).
폴리이미드(polyimide; PI)는 내열성이 우수하고 화학적 안정성이 뛰어난 고분자 물질이다. 폴리이미드는 일반적으로 이미드기에 있는 원자가 선형 사슬의 일부는 차지하는 선형 구조이거나, 이미드기가 고분자 사슬의 고리 단위의 일부가 되는 형태인 헤테로고리(heterocyclic)형 구조로 이루어진다. 폴리이미드는 높은 절연파괴강도를 가지며, 내열성 및 내약품성이 우수한 특성을 갖는다. Polyimide (PI) is a polymer material having excellent heat resistance and excellent chemical stability. Polyimides generally have a linear structure that occupies a portion of a valence linear chain in an imide group or a heterocyclic structure in which an imide group becomes part of a ring unit of a polymer chain. Polyimide has high dielectric breakdown strength, and has excellent heat resistance and chemical resistance.
폴리아미드이미드(polyamide imide; PAI)는 내열성이 우수하고, 인장강도와 충격강도와 같은 기계적 특성이 우수한 물질이다. 폴리아미드이미드는 전기절연체로서 높은 체적저항율과 높은 절연파괴강도를 가지며, 내약품성 및 내응력파괴성이 우수한 특성을 갖는다. Polyamide imide (PAI) is a material having excellent heat resistance and excellent mechanical properties such as tensile strength and impact strength. Polyamideimide is an electrical insulator, has high volume resistivity and high dielectric breakdown strength, and has excellent chemical resistance and stress fracture resistance.
바인더로서 폴리이미드와 폴리아미드이미드를 함께 사용하는 경우에는, 폴리이미드 또는 폴리아미드이미드를 독립적으로 바인더로 사용하는 경우에 비하여 폴리이미드의 우수한 내열 특성과 폴리아미드이미드의 우수한 기계적 특성에 의한 시너지(synergy) 효과가 발생하며, 이에 따라 높은 신뢰성을 갖는 슈퍼커패시터 전극의 제조가 가능하고, 고전압 및 고온에서의 신뢰성이 높아질 수 있는 장점이 있다. In the case of using polyimide and polyamideimide together as a binder, synergy due to the excellent heat resistance of polyimide and the excellent mechanical properties of polyamideimide compared to the case of using polyimide or polyamideimide independently as a binder ) Effect, and thus it is possible to manufacture a supercapacitor electrode having a high reliability, and there is an advantage that the reliability at high voltage and high temperature can be increased.
바인더로서 폴리이미드와 폴리아미드이미드를 함께 사용하는 경우에는 폴리이미드와 폴리아미드이미드의 함량은 3:7～7:3의 중량비로 사용하는 것이 바람직하다. When using polyimide and polyamideimide together as a binder, it is preferable to use content of a polyimide and polyamideimide by the weight ratio of 3: 7-7: 3.
상기 분산매는 폴리이미드와 폴리아미드이미드를 용해시킬 수 있는 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone; NMP)을 사용하는 것이 바람직하다. N-메틸피롤리돈은 비수계 용매이며, 따라서 활성탄의 기공에 침투되어 건조 공정 이후에 잔류하고 있더라도 슈퍼커패시터가 고전압 또는 고온에서 동작될 때 산소를 가스로 배출하지 않는 장점이 있으며, 슈퍼커패시터의 내전압 특성을 향상시킬 수 있다. 분산매로 수계 용매를 사용하는 경우에는 물의 전기분해가 발생하여 가스가 발생할 수 있고 심하면 슈퍼커패시터가 폭발할 가능성도 있었으나, 비수계 용매인 N-메틸피롤리돈을 사용함으로써 상기와 같은 문제점을 억제할 수 있다. The dispersion medium is preferably N-methylpyrrolidone (NMP) capable of dissolving polyimide and polyamideimide. N-methylpyrrolidone is a non-aqueous solvent, and thus, even though it penetrates into the pores of activated carbon and remains after the drying process, N-methylpyrrolidone does not discharge oxygen as a gas when the supercapacitor is operated at high voltage or high temperature. Withstand voltage characteristics can be improved. In the case of using an aqueous solvent as a dispersion medium, electrolysis of water may occur and gas may be generated, and if a supercapacitor may explode, the use of N-methylpyrrolidone, which is a non-aqueous solvent, may suppress the above problems. Can be.
상기 활성탄 분말은 야자각계 활성탄, 페놀수지계 활성탄, 코크스계 활성탄 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 활성탄 분말의 비표면적은 1000～2500 ㎡/g 범위이고, 상기 활성탄 분말의 입경은 전극 성형 및 분산을 용이하게 하기 위하여 0.9～20㎛ 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다. As the activated carbon powder, it is preferable to use coconut shell activated carbon, phenol resin activated carbon, coke activated carbon or a mixture thereof. The specific surface area of the activated carbon powder is in the range of 1000 to 2500 m 2 / g, and the particle diameter of the activated carbon powder is preferably in the range of 0.9 to 20 μm in order to facilitate electrode molding and dispersion.
상기 도전재는 화학 변화를 야기하지 않는 전자 전도성 재료이면 특별히 제한되지 않으며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 슈퍼-피(Super-P) 블랙, 탄소섬유, 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등이 가능하다.
The conductive material is not particularly limited as long as it is an electronic conductive material that does not cause chemical change, and examples thereof include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, super-P black, carbon fiber, copper, and nickel. Metal powders such as aluminum, silver, or metal fibers.
이하에서, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 이용하여 슈퍼커패시터 전극을 제조하는 방법을 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a supercapacitor electrode using the composition for the supercapacitor electrode will be described.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슈퍼커패시터 전극의 제조방법은, 활성탄 분말, 바인더, 도전재 및 분산매를 혼합하여 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 제조하는 단계와, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 금속 호일에 양면 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태로 만들고 금속 호일에 붙여서 전극 형태로 형성하는 단계 및 전극 형태로 형성된 결과물을 100℃～350℃의 온도에서 건조하여 전극을 형성하는 단계를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, a method of manufacturing a supercapacitor electrode includes mixing an activated carbon powder, a binder, a conductive material, and a dispersion medium to prepare a composition for a supercapacitor electrode, and compressing the supercapacitor electrode composition to form an electrode. Or forming the electrode composition by coating the surface of the supercapacitor electrode on both sides of the metal foil, or forming the sheet by pushing the composition for the supercapacitor electrode with a roller and attaching the composition to the metal foil. And drying the resultant formed in the form of an electrode at a temperature of 100 ° C. to 350 ° C. to form an electrode.
상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물은 활성탄 분말 100중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 도전재 2～20중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 바인더 2～20중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 분산매 200～300중량부를 포함할 수 있다.The composition for the supercapacitor electrode is a dispersion medium based on 100 parts by weight of activated carbon powder, 2 to 20 parts by weight of a conductive material based on 100 parts by weight of activated carbon powder, 2 to 20 parts by weight of a binder and 100 parts by weight of activated carbon powder based on 100 parts by weight of activated carbon powder. It may include 200 to 300 parts by weight.
상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물은 반죽 상이므로 균일한 혼합(완전 분산)이 어려울 수 있는데, 행성 믹서(Planetary mixer)와 같은 혼합기(mixer)를 사용하여 소정 시간(예컨대, 10분～12시간) 동안 교반시키면 전극 제조에 적합한 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 얻을 수 있다. 행성 믹서(Planetary mixer)와 같은 혼합기는 균일하게 혼합된 슈퍼커패시터 전극용 조성물의 제조를 가능케 한다.The supercapacitor electrode composition may be difficult to uniformly mix (completely disperse) since it is a dough phase, and may be stirred for a predetermined time (for example, 10 minutes to 12 hours) by using a mixer such as a planetary mixer. In this case, a composition for a supercapacitor electrode suitable for electrode production can be obtained. Mixers, such as planetary mixers, enable the preparation of compositions for supercapacitor electrodes that are uniformly mixed.
상기와 같이 제조된 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤프레스 성형기를 이용하여 압착하여 성형할 수 있다. The composition for the supercapacitor electrode manufactured as described above may be pressed and molded using a roll press molding machine.
롤프레스 성형기는 압연을 통한 전극밀도 향상 및 전극의 두께 제어를 목적으로 하고 있으며, 상단과 하단의 롤과 롤의 두께 및 가열 온도를 제어할 수 있는 컨트롤러와, 전극을 풀어주고 감아줄 수 있는 와인딩부로 구성된다. 롤상태의 전극이 롤프레스를 지나면서 압연공정이 진행되고 이것이 다시 롤상태로 감겨서 전극이 완성된다. 이때, 프레스의 가압 압력은 5~20 ton/㎠로 롤의 온도는 0~150℃로 하는 것이 바람직하다.Roll press molding machine aims to improve electrode density and control electrode thickness by rolling, controller to control top and bottom roll and roll thickness and heating temperature, winding to release and wind electrode It consists of wealth. As the rolled electrode passes through the roll press, the rolling process proceeds, and the rolled electrode is wound again to complete the electrode. At this time, it is preferable that the pressurization pressure of a press is 5-20 ton / cm <2>, and the temperature of a roll shall be 0-150 degreeC.
상기와 같은 프레스 압착 공정을 거친 슈퍼커패시터 전극용 조성물은 본 발명에 따라서 건조 공정을 거친다. 건조 공정은 100℃～350℃, 바람직하게는 150℃～300℃의 온도에서 수행된다. 이때, 건조 온도가 100℃ 미만인 경우 분산매의 증발이 어려워 바람직하지 않으며, 350℃를 초과하는 고온 건조 시에는 도전재의 산화가 일어날 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 건조 온도는 적어도 100℃ 이상이고, 350℃를 넘지 않는 것이 바람직하다. 그리고 건조 공정은 위와 같은 온도에서 약 10분～6시간 동안 진행시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 건조 공정은 성형된 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 건조(분산매 증발)시킴과 동시에 분말 입자를 결속시켜 슈퍼커패시터 전극의 강도를 향상시킨다.The composition for a supercapacitor electrode which has undergone the above press crimping process is subjected to a drying process according to the present invention. The drying process is carried out at a temperature of 100 ° C to 350 ° C, preferably 150 ° C to 300 ° C. At this time, when the drying temperature is less than 100 ℃ is not preferable because the evaporation of the dispersion medium is difficult, and when the high temperature drying over 350 ℃ may occur oxidation of the conductive material is not preferable. Therefore, it is preferable that drying temperature is at least 100 degreeC or more and does not exceed 350 degreeC. And the drying process is preferably carried out for about 10 minutes to 6 hours at the above temperature. Such a drying process is to dry (dispersion medium evaporation) the molded composition for the supercapacitor electrode and to bind the powder particles to improve the strength of the supercapacitor electrode.
위와 같이 제조된 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 전극은 커패시터(제품)에 곧바로 적용될 수 있다. The supercapacitor electrode according to the present invention manufactured as described above can be applied directly to a capacitor (product).
폴리이미드 및 폴리아미드이미드를 바인더로 사용하여 제조된 슈퍼커패시터 전극을 사용하여 내전압 특성이 우수하고 고전압 및 고온에서의 신뢰성이 높은 슈퍼커패시터를 제조할 수 있다. A supercapacitor electrode manufactured by using polyimide and polyamideimide as a binder can be used to produce a supercapacitor having excellent withstand voltage characteristics and high reliability at high voltage and high temperature.
예컨대, 본 발명에 따라 폴리이미드 및 폴리아미드이미드를 바인더로 사용하여 제조된 슈퍼커패시터 전극은 고용량으로서 소형의 코인형 슈퍼커패시터에 유용하게 적용될 수 있다.
For example, a supercapacitor electrode prepared using polyimide and polyamideimide as a binder according to the present invention can be usefully applied to a small coin type supercapacitor with high capacity.
도 1은 본 발명에 따른 슈퍼커패시터 전극의 사용 상태도로서, 상기 슈퍼커패시터 전극(10)이 적용된 코인형 커패시터의 단면도를 보인 것이다. 도 1에서 도면부호 50은 도전체로서의 금속 캡이고, 도면부호 60은 슈퍼커패시터 전극(10) 간의 절연 및 단락 방지를 위한 다공성 재질의 분리막(separator)이며, 도면부호 70은 전해액의 누액을 방지하고 절연 및 단락방지를 위한 가스켓이다. 이때, 상기 슈퍼커패시터 전극(10)은 금속 캡(50)과 접착제에 의해 견고하게 고정된다.1 is a state diagram of the use of the supercapacitor electrode according to the present invention, showing a cross-sectional view of a coin-type capacitor to which the
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슈퍼커패시터를 제조하는 방법을 더욱 구체적으로 설명하면, 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 이용하여 제조된 슈퍼커패시터 전극으로 이루어진 양극과, 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 이용하여 제조된 슈퍼커패시터 전극으로 이루어진 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 배치되고 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막(seperator)을 금속 캡 내에 배치하고, 상기 양극와 상기 음극 사이에 전해질이 용해되어 있는 전해액을 주입한 후, 가스켓으로 밀봉하여 제조할 수 있다. Referring to the method for manufacturing a supercapacitor according to a preferred embodiment of the present invention in more detail, a super anode manufactured using a supercapacitor electrode manufactured using a composition for a supercapacitor electrode, and a supercapacitor manufactured using a supercapacitor electrode composition A cathode comprising a capacitor electrode and a separator disposed between the anode and the cathode and preventing a short circuit between the anode and the cathode are disposed in a metal cap, and an electrolyte solution in which an electrolyte is dissolved between the cathode and the cathode is dissolved. After injection, it can be produced by sealing with a gasket.
상기 분리막은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 또는 레이온 섬유 등 전지 및 커패시터 분야에서 일반적으로 사용되는 분리막이라면 특별히 제한되지 않는다.The separator may be a polyethylene nonwoven fabric, a polypropylene nonwoven fabric, a polyester nonwoven fabric, a polyacrylonitrile porous separator, a poly (vinylidene fluoride) hexafluoropropane copolymer porous separator, a cellulose porous separator, a kraft paper or a rayon fiber, and the like. If the separator is generally used in the field is not particularly limited.
한편, 본 발명의 슈퍼커패시터에 충전되는 전해액의 전해질은 비수성 전해질로서 리튬염이 용해된 것을 사용할 수 있다. 상기 리튬염은 커패시터에서 통상적으로 사용되는 리튬염으로서 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들면 LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 또는 LiAsF6 등이 있다.On the other hand, the electrolyte of the electrolyte solution filled in the supercapacitor of the present invention can be used as a non-aqueous electrolyte in which lithium salt is dissolved. The lithium salt is not particularly limited as a lithium salt commonly used in capacitors, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiSbF 6 or LiAsF 6 Etc.
상기 전해액의 용매는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 환상 카보네이트계 용매, 쇄상 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 니트릴계 용매, 아미드계 용매를 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 환상 카보네이트계 용매로는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등을 사용할 수 있고, 상기 쇄상 카보네이트계 용매로는 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등을 사용할 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티롤락톤 등을 사용할 수 있고, 상기 에테르계 용매로는 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등을 사용할 수 있으며, 상기 니트릴계 용매로는 아세토니트릴 등을 사용할 수 있고, 상기 아미드계 용매로는 디메틸포름아미드 등을 사용할 수 있다.
Although the solvent of the said electrolyte solution is not specifically limited, A cyclic carbonate solvent, a linear carbonate solvent, an ester solvent, an ether solvent, a nitrile solvent, and an amide solvent can be used. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, or the like may be used as the cyclic carbonate solvent, and dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, or the like may be used as the chain carbonate solvent. The ester solvent may be methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, etc., and the ether solvent may be 1,2-dimethoxyethane, 1 , 2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, 2-methyltetrahydrofuran, etc. may be used, and acetonitrile may be used as the nitrile solvent, and the amide solvent may be used. Dimethylformamide and the like can be used.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 슈퍼커패시터를 제조하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 슈퍼커패시터를 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다.2 to 5 are diagrams for explaining a method of manufacturing a supercapacitor according to another embodiment of the present invention. 2 to 5 will be described in detail a method of manufacturing a supercapacitor of the present invention.
활성탄 분말, 바인더, 도전재 및 분산매를 혼합하여 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 제조하는 방법은 실시예 1에서 앞서 설명한 방법과 동일하다. The method of preparing a composition for a supercapacitor electrode by mixing activated carbon powder, a binder, a conductive material, and a dispersion medium is the same as the method described above in Example 1.
상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 알루미늄 호일(Al foil), 알루미늄 에칭 호일(Al etching foil)과 같은 금속 호일(metal foil)에 양면 코팅하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트(sheet) 상태(고무 타입)로 만들고 금속 호일에 붙여서 양극 및 음극 형상으로 제조한다. 상기 알루미늄 에칭 호일이라 함은 알루미늄 호일을 요철 모양으로 에칭한 것을 의미한다. The supercapacitor electrode composition is coated on both sides of a metal foil such as aluminum foil and aluminum etching foil, or the supercapacitor electrode composition is pushed with a roller to form a sheet. It is made of (rubber type) and attached to a metal foil to produce anode and cathode shapes. The aluminum etching foil means that the aluminum foil is etched in an uneven shape.
상기와 같은 공정을 거친 양극 및 음극 형상에 대하여 건조 공정을 거친다. 건조 공정은 100℃～350℃, 바람직하게는 150℃～300℃의 온도에서 수행된다. 이때, 건조 온도가 100℃ 미만인 경우 분산매의 증발이 어려워 바람직하지 않으며, 350℃를 초과하는 고온 건조 시에는 도전재의 산화가 일어날 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서 건조 온도는 적어도 100℃ 이상이고, 350℃를 넘지 않는 것이 바람직하다. 그리고 건조 공정은 위와 같은 온도에서 약 10분～6시간 동안 진행시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 건조 공정은 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 건조(분산매 증발)시킴과 동시에 분말 입자를 결속시켜 슈퍼커패시터 전극의 강도를 향상시킨다.The anode and cathode shapes which have been subjected to the above process are subjected to a drying process. The drying process is carried out at a temperature of 100 ° C to 350 ° C, preferably 150 ° C to 300 ° C. At this time, when the drying temperature is less than 100 ℃ is not preferable because the evaporation of the dispersion medium is difficult, and when the high temperature drying over 350 ℃ may occur oxidation of the conductive material is not preferable. Therefore, it is preferable that drying temperature is at least 100 degreeC or more and does not exceed 350 degreeC. And the drying process is preferably carried out for about 10 minutes to 6 hours at the above temperature. Such a drying process allows the composition for the supercapacitor electrode to be dried (dispersed medium evaporates) and simultaneously binds the powder particles to improve the strength of the supercapacitor electrode.
도 2에 도시된 바와 같이, 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 금속 호일에 양면 코팅하거나 시트 상태로 만들어 금속 호일에 붙여서 제조한 양극(120) 및 음극(110)에 각각 리드선(130, 140)을 부착한다. As shown in FIG. 2, the
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 분리막(150), 양극(120), 제2 분리막(160) 및 작업전극(110)을 적층하고, 코일링(coling)하여 롤(roll) 형태의 권취소자(175)로 제작한 후, 롤(roll) 주위로 접착 테이프(170) 등으로 감아 롤 형태가 유지될 수 있게 한다. As shown in FIG. 3, the
상기 양극(120)과 음극(110) 사이에 구비된 제2 분리막(160)은 양극(120)과 음극(110)의 단락을 방지하는 역할을 한다. 제1 및 제2 분리막(150,160)은 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에스테르 부직포, 폴리아크릴로니트릴 다공성 격리막, 폴리(비닐리덴 플루오라이드) 헥사플루오로프로판 공중합체 다공성 격리막, 셀룰로스 다공성 격리막, 크라프트지 또는 레이온 섬유 등 전지 및 커패시터 분야에서 일반적으로 사용되는 분리막이라면 특별히 제한되지 않는다.The
도 4에 도시된 바와 같이, 롤(roll) 형태의 결과물에 실링 고무(sealing rubber)(180)를 장착하고, 금속캡(예컨대, 알루미늄 케이스(Al Case))(190)에 삽착시킨다. As shown in FIG. 4, a sealing
롤 형태의 권취소자(175)와 리튬 호일(195)이 함침되게 리튬염이 용해되어 있는 전해액을 주입하고, 밀봉한다. 상기 리튬염은 커패시터에서 통상적으로 사용되는 리튬염으로서 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들면 LiPF6, LiBF4, LiClO4, Li(CF3SO2)2, LiCF3SO3, LiSbF6 또는 LiAsF6 등을 사용할 수 있다. 상기 전해액을 구성하는 용매는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 환상 카보네이트계 용매, 쇄상 카보네이트계 용매, 에스테르계 용매, 에테르계 용매, 니트릴계 용매, 아미드계 용매 등을 사용할 수 있다. 상기 환상 카보네이트계 용매로는 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트 등을 사용할 수 있고, 상기 쇄상 카보네이트계 용매로는 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등을 사용할 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산프로필, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, γ-부티롤락톤 등을 사용할 수 있고, 상기 에테르계 용매로는 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,2-디옥산, 2-메틸테트라히드로푸란 등을 사용할 수 있으며, 상기 니트릴계 용매로는 아세토니트릴 등을 사용할 수 있고, 상기 아미드계 용매로는 디메틸포름아미드 등을 사용할 수 있다.An electrolyte solution in which lithium salt is dissolved is impregnated so that the roll-shaped winding
이와 같이 제작된 슈퍼커패시터를 도 5에 개략적으로 나타내었다.
The supercapacitor manufactured as described above is schematically illustrated in FIG. 5.
바인더와 분산매에 따른 고온 신뢰성 테스트를 위해 아래의 실험예와 같이 실험을 수행하였다. In order to test the high temperature reliability according to the binder and the dispersion medium, the experiment was performed as in the following experimental example.
<실험예 1><Experimental Example 1>
활성탄 분말 100중량부와 도전재인 케첸블랙(Ketjen Black)(일본, Mitsubishi chemical사 제품) 15중량부를 건식 혼합하였다. 100 parts by weight of activated carbon powder and 15 parts by weight of Ketjen Black (manufactured by Mitsubishi Chemical, Japan) as a conductive material were dry mixed.
분산매인 증류수에 활성탄 분말 100중량부에 대하여 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 3중량부를 첨가하여 혼합하였다. 그리고 활성탄 분말과 도전재가 함유된 혼합물과 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)와 증류수가 함유된 혼합물을 혼합한 후, 행성 믹서(Planetary mixer)(제조사: T.K, 모델명: Hivis disper)에 투입하여 1시간 동안 교반하여 분산시킨 후, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 스티렌-부타디엔고무(SBR) 9.8중량부를 첨가하여 1시간 동안 혼합 교반하여 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 얻었다.3 parts by weight of carboxymethyl cellulose (CMC) was added to 100 parts by weight of activated carbon powder and mixed with distilled water as a dispersion medium. Then, the mixture containing activated carbon powder, conductive material, carboxymethyl cellulose (CMC) and distilled water mixture were mixed, and then added to a planetary mixer (manufacturer: TK, model name: Hivis disper) and stirred for 1 hour. After dispersing, 9.8 parts by weight of styrene-butadiene rubber (SBR) was added to 100 parts by weight of activated carbon powder, and mixed and stirred for 1 hour to obtain a composition for a supercapacitor electrode.
다음으로, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤프레스 성형기를 이용하여 12 ton/㎠의 압력으로 2초간 압착하였다. 그리고 압착된 성형물을 250℃로 유지되고 있는 전기오븐(국제엔지니어링사 제품)에 투입하여 3시간 동안 건조시켜 직경 12㎜, 높이 1.2㎜의 크기를 가지는 슈퍼커패시터 전극 시편을 제조하였다.Next, the composition for supercapacitor electrodes was pressed for 2 seconds using a roll press molding machine at a pressure of 12 ton / cm 2. The pressed molding was put into an electric oven (manufactured by International Engineering Co., Ltd.) maintained at 250 ° C., and dried for 3 hours to prepare a supercapacitor electrode specimen having a diameter of 12 mm and a height of 1.2 mm.
제조된 슈퍼커패시터 전극 시편을 직경 20㎜ 높이 32㎜ 코인셀에 적용하여 테스트 시간에 따른 커패시턴스 감소율(capacitance decreasing rate)을 측정하여 그 결과를 도 6의 (a)에 나타내었다. Applying the prepared supercapacitor electrode specimens to a coin cell with a diameter of 20 mm and a height of 32 mm, the capacitance decreasing rate with test time was measured, and the results are shown in FIG.
이때, 코인셀을 제작함에 있어 전해액은 프로필렌카보네이트(propylene carbonate; PC) 용매에 TEABF4(tetraethylammonium tetrafluoborate) 1M과 LiBF4(lithium tetrafluoroborate) 1M이 첨가된 것을 사용하였으며, 분리막은 TF4035(일본 NKK사 제품)을 사용하였다. At this time, in preparing the coin cell, electrolyte was used by adding TEABF 4 (tetraethylammonium tetrafluoborate) 1M and LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate) 1M to propylene carbonate (PC) solvent. ) Was used.
고온 신뢰성 테스트 실험 조건은 60℃, 2.7V를 기준으로 1000시간까지 측정하였다.
High temperature reliability test experiment conditions were measured up to 1000 hours at 60 ℃, 2.7V.
<실험예 2><Experimental Example 2>
활성탄 분말 100중량부와 도전재인 케첸블랙(Ketjen Black)(일본, Mitsubishi chemical사 제품) 15중량부를 건식 혼합하였다. 100 parts by weight of activated carbon powder and 15 parts by weight of Ketjen Black (manufactured by Mitsubishi Chemical, Japan) as a conductive material were dry mixed.
분산매인 N-메틸피롤리돈에 활성탄 분말 100중량부에 대하여 폴리아미드이미드(PAI) 12.8량부를 첨가한 후, 행성 믹서(Planetary mixer)(제조사: T.K, 모델명: Hivis disper)에 투입하여 1시간 동안 교반하여 분산시켜 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 얻었다.12.8 parts by weight of polyamideimide (PAI) was added to 100 parts by weight of activated carbon powder to N-methylpyrrolidone as a dispersion medium, and then charged into a planetary mixer (manufacturer: TK, model name: Hivis disper) for 1 hour. It was stirred while dispersing to obtain a composition for a supercapacitor electrode.
이후의 공정은 상기 실험예 1과 동일하게 진행하여 슈퍼커패시터 전극 시편을 제조하였고, 제조된 슈퍼커패시터 전극 시편을 직경 20㎜ 높이 32㎜ 코인셀에 적용하여 테스트 시간에 따른 커패시턴스 감소율(capacitance decreasing rate)을 측정하여 그 결과를 도 6의 (b)에 나타내었다.
Subsequent processes were performed in the same manner as in Experimental Example 1 to prepare a supercapacitor electrode specimen, and the capacitance reduction rate according to test time was applied by applying the prepared supercapacitor electrode specimen to a coin cell of 20 mm in height and 32 mm in diameter. It was measured and the results are shown in Figure 6 (b).
<실험예 3><Experimental Example 3>
활성탄 분말 100중량부와 도전재인 케첸블랙(Ketjen Black)(일본, Mitsubishi chemical사 제품) 15중량부를 건식 혼합하였다. 100 parts by weight of activated carbon powder and 15 parts by weight of Ketjen Black (manufactured by Mitsubishi Chemical, Japan) as a conductive material were dry mixed.
분산매인 N-메틸피롤리돈에 활성탄 분말 100중량부에 대하여 폴리이미드(PI) 12.8량부를 첨가한 후, 행성 믹서(Planetary mixer)(제조사: T.K, 모델명: Hivis disper)에 투입하여 1시간 동안 교반하여 분산시켜 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 얻었다.12.8 parts by weight of polyimide (PI) was added to 100 parts by weight of activated carbon powder to N-methylpyrrolidone as a dispersion medium, which was then added to a planetary mixer (manufacturer: TK, model name: Hivis disper) for 1 hour. It stirred and dispersed, and obtained the composition for supercapacitor electrodes.
이후의 공정은 상기 실험예 1과 동일하게 진행하여 슈퍼커패시터 전극 시편을 제조하였고, 제조된 슈퍼커패시터 전극 시편을 직경 20㎜ 높이 32㎜ 코인셀에 적용하여 테스트 시간에 따른 커패시턴스 감소율(capacitance decreasing rate)을 측정하여 그 결과를 도 6의 (c)에 나타내었다.
Subsequent processes were performed in the same manner as in Experimental Example 1 to prepare a supercapacitor electrode specimen, and the capacitance reduction rate according to test time was applied by applying the prepared supercapacitor electrode specimen to a coin cell of 20 mm in height and 32 mm in diameter. It was measured and the results are shown in Figure 6 (c).
<실험예 4><Experimental Example 4>
활성탄 분말 100중량부와 도전재인 케첸블랙(Ketjen Black)(일본, Mitsubishi chemical사 제품) 15중량부를 건식 혼합하였다. 100 parts by weight of activated carbon powder and 15 parts by weight of Ketjen Black (manufactured by Mitsubishi Chemical, Japan) as a conductive material were dry mixed.
분산매인 N-메틸피롤리돈에 활성탄 분말 100중량부에 대하여 폴리이미드(PI)와 폴리아미드이미드 12.8량부를 첨가한 후, 행성 믹서(Planetary mixer)(제조사: T.K, 모델명: Hivis disper)에 투입하여 1시간 동안 교반하여 분산시켜 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 얻었다. 이때, 폴리이미드(PI)와 폴리아미드이미드(PAI)는 5:5의 중량비로 첨가하였다. 12.8 parts of polyimide (PI) and polyamideimide were added to 100 parts by weight of activated carbon powder to N-methylpyrrolidone as a dispersion medium, and then added to a planetary mixer (manufacturer: TK, model name: Hivis disper). After stirring for 1 hour to disperse to obtain a composition for a supercapacitor electrode. At this time, polyimide (PI) and polyamideimide (PAI) were added at a weight ratio of 5: 5.
이후의 공정은 상기 실험예 1과 동일하게 진행하여 슈퍼커패시터 전극 시편을 제조하였고, 제조된 슈퍼커패시터 전극 시편을 직경 20㎜ 높이 32㎜ 코인셀에 적용하여 테스트 시간에 따른 커패시턴스 감소율(capacitance decreasing rate)을 측정하여 그 결과를 도 6의 (d)에 나타내었다.
Subsequent processes were performed in the same manner as in Experimental Example 1 to prepare a supercapacitor electrode specimen, and the capacitance reduction rate according to test time was applied by applying the prepared supercapacitor electrode specimen to a coin cell of 20 mm in height and 32 mm in diameter. Was measured and the result is shown in FIG.
도 6을 참조하면, 실험예 2에 따라 폴리아미드이미드(PAI)를 바인더로 사용하거 실험예 3에 따라 폴리이미드(PI)를 바인더로 사용한 경우, 실험예 1에 따라 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)와 스티렌-부타디엔고무(SBR)를 바인더로 사용한 경우에 비하여 고온 신뢰성이 우수한 것으로 나타났다. 실험예 4에 따라 폴리아미드이미드(PAI)와 폴리이미드(PI)를 함께 바인더로 사용한 경우에 고온 신뢰성이 가장 우수한 것으로 나타났다.
Referring to FIG. 6, when polyamideimide (PAI) is used as a binder according to Experimental Example 2 or polyimide (PI) is used as a binder according to Experimental Example 3, carboxymethylcellulose (CMC) and It was found that high temperature reliability was superior to that of styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder. According to Experimental Example 4, the polyamideimide (PAI) and the polyimide (PI) were used together as binders to show the highest temperature reliability.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation by a person of ordinary skill in the art within the scope of the technical idea of this invention is carried out. This is possible.
10: 슈퍼커패시터 전극 50: 금속 캡
60: 분리막 70: 가스켓
110: 작업전극 120: 양극
130: 제1 리드선 140: 제2 리드선
150: 제1 분리막 160: 제2 분리막
170: 접착 테이프 175: 권취소자
180: 실링 고무 190: 금속캡
195: 리튬 호일10: supercapacitor electrode 50: metal cap
60: membrane 70: gasket
110: working electrode 120: anode
130: first lead wire 140: second lead wire
150: first separator 160: second separator
170: adhesive tape 175: winding element
180: sealing rubber 190: metal cap
195: lithium foil
Claims (10)
100 parts by weight of activated carbon powder, 2 to 20 parts by weight of conductive material based on 100 parts by weight of activated carbon powder, 2 to 20 parts by weight of binder, and 200 to 300 parts by weight of dispersion medium based on 100 parts by weight of activated carbon powder. The binder is made of at least one material selected from polyimide and polyamideimide, and the dispersion medium is a supercapacitor electrode composition, characterized in that consisting of N-methylpyrrolidone.
The supercapacitor of claim 1, wherein the binder comprises the polyimide and the polyamideimide, and the polyimide and the polyamideimide are mixed in a weight ratio of 3: 7 to 7: 3 to form the binder. Electrode composition.
According to claim 1, wherein the activated carbon powder is a composition for the supercapacitor electrode, characterized in that the use of coconut shell activated carbon, phenol resin-based activated carbon, coke-based activated carbon or a mixture thereof.
The method of claim 1, wherein the specific surface area of the activated carbon powder is in the range of 1000 to 2500 m 2 / g, and the particle size of the activated carbon powder is in the range of 0.9 to 20 μm in order to facilitate electrode molding and dispersion. Supercapacitor electrode composition.
상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 압착하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 금속 호일에 양면 코팅하여 전극 형태로 형성하거나, 상기 슈퍼커패시터 전극용 조성물을 롤러로 밀어 시트 상태로 만들고 금속 호일에 붙여서 전극 형태로 형성하는 단계; 및
전극 형태로 형성된 결과물을 100℃～350℃의 온도에서 건조하여 슈퍼커패시터 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
활성탄 분말 100중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 도전재 2～20중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 바인더 2～10중량부, 활성탄 분말 100중량부에 대하여 분산매 200～300중량부를 포함하며, 상기 바인더는 폴리이미드 및 폴리아미드이미드 중에서 선택된 1종 이상의 물질로 이루어지고, 상기 분산매는 N-메틸피롤리돈으로 이루어진 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터 전극의 제조방법.
Preparing a composition for a supercapacitor electrode by mixing activated carbon powder, a binder, a conductive material, and a dispersion medium;
The supercapacitor electrode composition is pressed to form an electrode, or the supercapacitor electrode composition is coated on a metal foil on both sides to form an electrode, or the supercapacitor electrode composition is pushed with a roller to form a sheet and made of metal foil. Forming an electrode in the form of an electrode; And
Drying the resultant formed in an electrode form at a temperature of 100 ° C. to 350 ° C. to form a supercapacitor electrode,
100 parts by weight of activated carbon powder, 2 to 20 parts by weight of conductive material based on 100 parts by weight of activated carbon powder, 2 to 10 parts by weight of binder, and 200 to 300 parts by weight of dispersion medium based on 100 parts by weight of activated carbon powder. The binder is made of at least one material selected from polyimide and polyamideimide, and the dispersion medium is a method of manufacturing a supercapacitor electrode, characterized in that consisting of N-methylpyrrolidone.
The supercapacitor according to claim 5, wherein the binder comprises the polyimide and polyamideimide, and the polyimide and polyamideimide are mixed in a weight ratio of 3: 7 to 7: 3 to form the binder. Method for producing an electrode.
The method of manufacturing a supercapacitor electrode according to claim 5, wherein the activated carbon powder is made of coconut shell activated carbon, phenol resin activated carbon, coke activated carbon, or a mixture thereof.
The method of claim 5, wherein the specific surface area of the activated carbon powder is in the range of 1000 ~ 2500 m 2 / g, and the particle size of the activated carbon powder is in the range of 0.9 to 20 ㎛ used to facilitate electrode molding and dispersion Method of manufacturing a supercapacitor electrode.
제5항에 기재된 방법으로 제조된 슈퍼커패시터 전극으로 이루어진 음극;
상기 양극과 음극 사이에 배치되고 상기 양극과 상기 음극의 단락을 방지하기 위한 분리막;
상기 양극, 상기 분리막 및 상기 음극이 내부에 배치되고 전해액이 주입된 금속 캡; 및
상기 금속 캡을 밀봉하기 위한 가스켓을 포함하는 슈퍼커패시터.
A positive electrode consisting of a supercapacitor electrode produced by the method of claim 5;
A negative electrode consisting of a supercapacitor electrode produced by the method of claim 5;
A separator disposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode;
A metal cap in which the anode, the separator, and the cathode are disposed therein and an electrolyte is injected; And
And a gasket for sealing the metal cap.
상기 음극에 연결된 제1 리드선;
상기 양극에 연결된 제2 리드선;
상기 권취소자를 수용하는 금속캡; 및
상기 금속 캡을 밀봉하기 위한 실링 고무를 포함하며,
상기 권취소자는 리튬염이 용해되어 있는 전해액에 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 슈퍼커패시터.A first separator for preventing a short circuit, a positive electrode comprising a supercapacitor electrode produced by the method of claim 5, a second separator for preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and the method of claim 5 A winding device, in which a cathode formed of a supercapacitor electrode is sequentially stacked to form a coiled roll;
A first lead wire connected to the cathode;
A second lead wire connected to the anode;
A metal cap accommodating the winding element; And
A sealing rubber for sealing the metal cap,
The winding device is a supercapacitor, which is impregnated in an electrolyte solution in which lithium salt is dissolved.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101464524B1 (en) * | 2014-03-03 | 2014-11-25 | 주식회사 비츠로셀 | Electrical double layer capacitor with excellent withstanding voltage property |
| KR101635763B1 (en) * | 2015-08-12 | 2016-07-04 | 한국세라믹기술원 | Composite for ultracapacitor electrode, manufacturing method of ultracapacitor electrode using the composite, and ultracapacitor manufactured by the method |
| KR101815902B1 (en) * | 2016-04-27 | 2018-01-08 | 한국세라믹기술원 | Manufacturing method of electrode active material for ultracapacitor and manufacturing method of ultracapacitor electrode using the electrode active material |
| WO2025048377A1 (en) * | 2023-08-25 | 2025-03-06 | 주식회사 제이비이에스티 | Method for manufacturing electrode for supercapacitor |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11102845A (en) | 1997-09-29 | 1999-04-13 | Asahi Glass Co Ltd | Electric double layer capacitor and method of manufacturing the same |
| JP2006253450A (en) | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Nisshinbo Ind Inc | Electrode composition, electrode for electricity storage device, and electricity storage device |
-
2011
- 2011-03-21 KR KR1020110024984A patent/KR101166701B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11102845A (en) | 1997-09-29 | 1999-04-13 | Asahi Glass Co Ltd | Electric double layer capacitor and method of manufacturing the same |
| JP2006253450A (en) | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Nisshinbo Ind Inc | Electrode composition, electrode for electricity storage device, and electricity storage device |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101464524B1 (en) * | 2014-03-03 | 2014-11-25 | 주식회사 비츠로셀 | Electrical double layer capacitor with excellent withstanding voltage property |
| KR101635763B1 (en) * | 2015-08-12 | 2016-07-04 | 한국세라믹기술원 | Composite for ultracapacitor electrode, manufacturing method of ultracapacitor electrode using the composite, and ultracapacitor manufactured by the method |
| KR101815902B1 (en) * | 2016-04-27 | 2018-01-08 | 한국세라믹기술원 | Manufacturing method of electrode active material for ultracapacitor and manufacturing method of ultracapacitor electrode using the electrode active material |
| WO2025048377A1 (en) * | 2023-08-25 | 2025-03-06 | 주식회사 제이비이에스티 | Method for manufacturing electrode for supercapacitor |
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