[go: up one dir, main page]

KR20130029265A - 전극 활물질 슬러리의 제조 방법 및 상기 전극 활물질을 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터 - Google Patents

전극 활물질 슬러리의 제조 방법 및 상기 전극 활물질을 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터 Download PDF

Info

Publication number
KR20130029265A
KR20130029265A KR1020110092588A KR20110092588A KR20130029265A KR 20130029265 A KR20130029265 A KR 20130029265A KR 1020110092588 A KR1020110092588 A KR 1020110092588A KR 20110092588 A KR20110092588 A KR 20110092588A KR 20130029265 A KR20130029265 A KR 20130029265A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thickener
active material
molecular weight
electrode
dispersion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020110092588A
Other languages
English (en)
Inventor
이상균
김승민
조지성
김배균
레미조프 세르게이
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020110092588A priority Critical patent/KR20130029265A/ko
Priority to US13/570,522 priority patent/US20130062571A1/en
Priority to JP2012199237A priority patent/JP2013062505A/ja
Publication of KR20130029265A publication Critical patent/KR20130029265A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/24—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising carbon-silicon compounds, carbon or silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/04—Electrodes or formation of dielectric layers thereon
    • H01G9/042—Electrodes or formation of dielectric layers thereon characterised by the material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 도전재와 분자량이 작은 제1증점제를 혼합하여 1차 분산시키는 단계, 및 상기 1차 분산물에 활물질, 및 상기 제1증점제보다 분자량이 큰 제2증점제를 혼합하여 2차 분산시키는 단계를 포함하는 전극 활물질 슬러리의 제조 방법, 및 상기 전극 활물질 슬러리를 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 중합도와 분자량이 상이한 2종 이상의 증점제를 선택적으로 사용함에 따라 활물질과 도전재의 분산성을 크게 향상시켜 저저항/고용량 전기 화학 캐패시터의 제조가 가능하다. 특별히, 동등 용량의 전기화학 캐패시터 기준으로 저항 특성의 감소가 가능하다.

Description

전극 활물질 슬러리의 제조 방법 및 상기 전극 활물질을 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터{Method for preparing active agent slurry of electrode, and electrochemical capacitors comprising the electrode}
본 발명은 전극 활물질 슬러리의 제조 방법 및 상기 전극 활물질을 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터에 관한 것이다.
전기이중층 캐패시터(Electric double layer capacitor, EDLC)는 콘덴서　또는 전해액 캐패시터에 비해 월등히 많은 용량을 가지는 에너지 저장 디바이스로서, 수퍼 캐패시터 또는 울트라 캐패시터로 불린다. 전기이중층 캐패시터는　많은 에너지를 모아두었다가 수 십초 또는 수분 동안에 높은 에너지를 발산하는 동력원으로 기존의 콘덴서와 이차 전지가 수용하지 못하는 성능 특성 영역을 채울 수 있는 유용한 부품이다.
전기이중층 캐패시터의 동작 원리 및 기본 구조는 다음 도 1에 나타낸 바와 같다. 이를 참조하면, 양측으로부터 집전체(10), 전극(20), 전해액(30) 및 분리막(40)으로 구성되어 있다.
상기 전극(20)은 활성 탄소 분말 또는 활성 탄소 섬유 등과 같이 유효 비표면적이 큰 활물질, 전도성을 부여하기 위한 도전재, 및 각 성분들 간의 결착력을 위한 바인더로 구성된다. 또한, 상기 전극(20)은 분리막(40)을 사이에 두고 양극(21)과 음극(22)으로 구성된다.
또한, 상기 전해액(30)은 수용액계의 전해액과 비수 용액계(유기계)의 전해액이 사용된다.
상기 분리막(40)은 폴리프로필렌 또는 테프론 등이 사용되고, 상기 양극(21)과 음극(22) 간의 접촉에 의한 단락을 방지하는 역할을 한다.
EDLC는 충전 시에 전압을 걸면 각각의 양극(21)과 음극(22) 전극의 표면에 해리된 전해질 이온들(31a, 31b)이 물리적으로 반대 전극에 흡착하여 전기를 축적하고, 방전 시에는 양극(21)과 음극(22)의 이온들이 전극으로부터 탈착해서 중화 상태로 돌아오는 원리를 이용한다.
한편, 일반적으로 EDLC에 사용되는 전극은 활물질, 도전성 향상을 위한 도전재, 바인더 등을 포함한다. 상기 활물질은 다음 도 2의 주사전자현미경을 통한 입자 형태에서 확인할 수 있는 바와 같이, 그 입자 크기가 10㎛ 이상의 괴상 형태를 띄고 있기 때문에 패킹이 어렵고, 도전성이 매우 떨어진다.
따라서, 도전성 향상을 위해 도전재를 첨가하는데, 이때 사용되는 도전재는 다음 도 3의 주사전자현미경을 통한 입자 형태에서 확인할 수 있는 바와 같이, 그 입자 크기가 수십 nm에 불과하다. 즉, 활물질과 도전재의 입자 크기가 매우 큰 차이를 보이기 때문에, 전극 형성을 위해 활물질 슬러리 제조시 균일하게 분산되지 않는 문제가 생긴다.
EDLC 제품 중에서도 특히 고출력 특성이 요구되는 제품의 경우에는 다량의 도전재를 추가 첨가하여서 전도성을 개선하는 것이 일반적이다. 그러나 적정 수준 이상의 도전재를 첨가하는 경우에는 동일한 저항 특성의 수준에 불과하고 오히려 용량 특성이 감소되는 경우도 존재한다.
일반적으로 EDLC 전극은 활물질, 도전재, 활물질 접합용 바인더, 집전체와의 접합용 바인더로 구성된다.
또한, 전극의 제조는 ① 상기 구성 요소들의 건식 혼합공정, ② 과립화 공정, ③ 혼련 공정, ④ 슬러리화 공정, 및 ⑤ 집전체에 코팅하는 공정으로 이루어진다.
그러나, 전극을 구성하는 활물질, 도전재 입자들의 크기가 수 백배 차이가 나기 때문에, 상기와 같은 공정으로는 상기 입자들의 균일한 분산을 도출할 수 없다.
결과적으로 다음 도 4와 같은 수준의 활물질 슬러리를 만들 수 밖에 없다. 즉, 입자 크기가 큰 활물질들(50)끼리 서로 응집되거나, 입자 크기가 상대적으로 작은 도전재들(60)끼리 서로 응집되거나, 또는 첨가된 바인더(70)에 의해 도전재들(60)끼리 2차 응집되는 등으로 균일한 분산을 시킬 수 없다.
이러한 이유로, 도전성 향상을 위해 도전재의 첨가량을 늘린다 하여도 저항 특성의 개선에도 한계가 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 종래 기술을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 입자 크기가 상이한 활물질과 도전재를 균일하게 분산시킬 수 있는 활물질 슬러리의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 전극 활물질 슬러리를 이용한 전극을 포함하는 전기화학 캐패시터를 제공하는 데도 있다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 전극 활물질 슬러리의 제조 방법은 도전재와 분자량이 작은 제1증점제를 혼합하여 1차 분산시키는 단계, 및 상기 1차 분산물에 활물질, 및 상기 제1증점제보다 분자량이 큰 제2증점제를 혼합하여 2차 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 활물질과 분자량이 큰 제2증점제를 혼합하여 1차 분산시키는 단계, 및 상기 1차 분산물에 도전재, 및 분자량이 작은 제1증점제를 혼합하여 2차 분산시키는 단계를 포함하는 전극 활물질 슬러리의 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 추가의 다른 실시예에 따르면,　도전재와 분자량이 작은 제1증점제를 혼합하여 1차 분산시키는 제1단계, 활물질과 분자량이 큰 제2증점제를 혼합하여 2차 분산시키는 제2단계, 및 상기 제1단계와 제2단계의 분산물을 혼합하여 3차 분산시키는 단계를 포함하는 전극 활물질 슬러리의 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기 분자량이 작은 제1증점제는 중합도(degree of polymerization) 100~250, 중량평균 분자량 20,000~55,000인 것일 수 있다.
또한, 상기 제1증점제보다 분자량이 큰 제2증점제는 중합도(degree of polymerization) 251~1,200, 중량평균 분자량 56,000~250,000인 것일 수 있다.
상기 분자량이 작은 제1증점제와 분자량이 큰 제2증점제는 카르복시메틸셀룰로오즈(CMC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리N-비닐아세트아미드(PNVA), 스타이렌-부타디엔 고무(SBR), 아크릴계 수지, 및 불소계 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 각 제조 방법에 따라 제조된 전극 활물질 슬러리를 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 중합도 및 분자량이 상이한 2종 이상의 증점제를 선택적으로 사용함에 따라 활물질과 도전재의 분산성을 크게 향상시켜 저저항/고용량 전기 화학 캐패시터의 제조가 가능하다. 특별히, 동등 용량의 전기화학 캐패시터 기준으로 저항 특성의 감소가 가능하다.
도 1은 통상의 전기이중층 캐패시터의 기본 구조 및 동작 원리이고,
도 2는 활물질 입자의 주사전자현미경 사진이고,
도 3은 도전재 입자의 주사전자현미경 사진이고,
도 4는 종래 방법에 따라 활물질 슬러리 제조시 활물질과 도전재 간의 응집되는 현상을 나타낸 것이고,
도 5는 본 발명의 방법에 따라 활물질 슬러리 제조시 활물질과 도전재가 균일하게 분산되는 현상을 나타낸 것이다.
　이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 발명은 전극 활물질 슬러리의 제조 방법, 및 상기 전극 활물질 슬러리를 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전극 활물질 슬러리의 제조 방법은 입자 크기가 상이한 활물질과 도전재를 효과적으로 분산시키기 위한 것이다. 따라서, 상기 활물질과 도전재의 입자 크기에 적합한 상이한 분자량을 가지는 2종 이상의 증점제를 사용하거나, 그 투입 시점을 특정화시켜 분산성이 우수한 활물질 슬러리를 제조할 수 있다.
본 발명의 제1실시예에 따른 전극 활물질 슬러리의 제조 방법은 도전재와 분자량이 작은 제1증점제를 혼합하여 1차 분산시키는 단계, 및 상기 1차 분산물에 활물질, 및 상기 제1증점제보다 분자량이 큰 제2증점제를 혼합하여 2차 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 첫 번째 단계는 도전재에 분자량이 상대적으로 작은 제1증점제를 혼합하여 상기 도전재를 완전히 분산시키는 단계이다. 상기 도전재는 제1증점제를 혼합하기 전에, 기계적 교반기 등을 이용하여 전단 응력(Shear stress)을 인가한 상태로 유지되는 것이 바람직하다. 따라서, 교반 중인 도전재에 분자량이 작은 제1증점제를 첨가하면, 분산 상태를 유지할 수 있게 되어 상기 도전재를 완전히 분산시킬 수 있다.
상기 도전재 만의 1차 분산을 위해서 저중합도/저분자량의 증점제를 사용하는 것이 바람직하며, 이때 사용되는 분자량이 작은 제1증점제는 중합도(degree of polymerization, DP)가 100~250이고, 중량평균 분자량 20,000~55,000인 것이 바람직하다.
상기 제1증점제의 중합도가 100 미만인 경우 점도가 너무 낮아서 증점제로서의 역할에 문제가 있고, 또한, 250을 초과하는 경우 점도가 높아서 분산에 문제가 있어 바람직하지 못하다.
또한, 상기 제1증점제의 중량평균분자량이 20,000 미만인 경우 점도가 너무 낮아서 증점제로서의 역할에 문제가 있고, 또한, 55,000을 초과하는 경우 점도가 높아서 분산에 문제가 있어 바람직하지 못하다.
상기 분자량이 작은 제1증점제의 구체적인 예를 들면, 카르복시메틸셀룰로오즈(CMC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리N-비닐아세트아미드(PNVA), 스타이렌-부타디엔 고무(SBR), 아크릴계 수지(예를 들어, Acrylic acid), 및 불소계 수지(예를 들어, PTFE, PVDF)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이 중에서도, 상기 CMC의 경우에는 분자 사슬 간에 서로 엉켜져 있는 구조 (entangled structure)를 가지며, 전단 속도가 낮은 경우에는 점도가 높고, 전단 속도가 높은 경우에는 비례하여서 낮아지는 Shear thinning 경향을 가진다. 따라서, 상기 CMC 증점제의 엉킴(entanglement) 수준을 낮추던지 또는 저점도의 CMC를 사용하여, 상기 도전재를 1차 분산시키는 데 보다 바람직하게 이용될 수 있다.
그 다음 단계는, 상기 1차 분산된 도전재와 제1증점제가 혼합된 분산물에 상대적으로 입자 크기가 큰 활물질과 상기 제1증점제보다 분자량이 큰 제2증점제를 혼합하여 2차 분산시킨다.
상기 도전재 분산에 사용한 분자량이 작은 저점도 증점제의 경우 입경이 상대적으로 큰 활물질의 분산에는 적합하지 않다. 따라서, 2차 활물질 분산시에는, 상기 도전재의 분산에 사용했던 제1증점제에 비해 중합도 및 분자량이 큰 제2증점제가 필요하다.
상기 제1증점제에 비해 분자량이 큰 제2증점제는 중합도(degree of polymerization, DP)가 251~1,200이고, 중량평균 분자량 56,000~250,000인 것이 바람직하다.
상기 제2증점제의 중합도가 251 미만인 경우 점도가 너무 낮아서 증점제로서의 역할에 문제가 있고, 또한, 1,200을 초과하는 경우 점도가 높아서 분산에 문제가 있어 바람직하지 못하다.
또한, 상기 제2증점제의 중량평균 분자량이 56,000 미만인 경우 점도가 너무 낮아서 증점제로서의 역할에 문제가 있고, 또한, 250,000을 초과하는 점도가 높아져서 분산에 문제가 있어 바람직하지 못하다.
상기 분자량이 큰 제2증점제 역시 상기 제1증점제와 동일한 재료들을 사용할 수 있으며, 중합도와 중량평균 분자량이 상이한 것을 선택하여 사용할 수 있다.
상기 방법의 경우, 1차 분산시킨 도전재에 활물질과 분자량이 큰 증점제를 혼합하여 2차 분산시킴에 따라 종래의 방법에서와 같이 도전재끼리 응집되거나, 활물질끼리 응집되는 문제가 발생되지 않는다.
즉, 다음 도 5에서와 같이, 분자량이 작은 제1증점제를 이용하여 1차 분산시키고, 여기에 활물질과 분자량이 큰 제2증점제를 첨가하여 2차 분산시킴에 따라, 활물질(150)과 도전재(160)의 입자 크기가 수백 배 차이가 남에도 불구하고 균일한 분산 효과를 가진다.
따라서, 입자 크기가 상대적으로 작은 도전재(160)끼리 응집되어 있던 것들이 제1증점제에 의해 잘 분산될 뿐만 아니라, 분자량이 큰 제2증점제(170)가 활물질(150)과 도전재(160) 사이에 균일하게 분포되어 분산 효과를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전극 활물질 슬러리에 포함되는 전극 활물질은 활성탄이 바람직하게 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 활성탄은 비표면적 1500~2500㎡/g의 다공성 구조를 가지는 입경 5~20㎛ 인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 따른 전극 활물질 슬러리에 포함되는 도전재는 아세틸렌 블랙(acetylene black), 카본 블랙, 캐챈 블랙(Ketjen Black), 카본 나노 튜브, 및 카본 나노 파이버로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 본 발명의 다른 바람직한 제2실시예에 따른 전극 활물질 슬러리의 제조 방법은 활물질과 분자량이 큰 제2증점제를 혼합하여 1차 분산시키는 단계, 및 상기 1차 분산물에 도전재, 및 분자량이 작은 제1증점제를 혼합하여 2차 분산시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 전극 활물질 슬러리 제조에 있어 중요한 점은, 활물질과 도전재의 입자 크기에 맞추어 점도 및 분자량이 상이한 증점제를 사용한다는 점이다.
따라서 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 방법은, 입자 크기가 상대적으로 큰 활물질에 분자량이 큰 제2증점제를 혼합하여 먼저 분산시킨 다음, 여기에 상기 활물질보다 입자 크기가 상대적으로 작은 도전재와 분자량이 작은 제1증점제를 혼합하여 분산시키는 것이다.
즉, 상기 제1실시예의 방법에서 제1단계와 제2단계의 순서를 변경하여 전극 활물질 슬러리를 제조한다.
따라서, 상기 제2 실시예의 방법에서 사용되는 활물질, 도전재, 제1증점제, 제2증점제는 상기 제1실시예에서 사용된 것과 동일하다. 그러나, 입자 크기가 큰 활물질을 먼저 분산시키고, 여기에 상대적으로 입자 크기가 작은 도전재를 첨가하여 분산시키는 방법이므로, 상기 제1실시예에 비해 그 분산성이 다소 떨어질 수 있을 것이나, 무시할 만한 수준이라 할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 제3실시예에 따른 전극 활물질 슬러리의 제조 방법은 도전재와 분자량이 작은 제1증점제를 혼합하여 1차 분산시키는 제1단계, 활물질과 분자량이 큰 제2증점제를 혼합하여 2차 분산시키는 제2단계, 및 상기 제1단계와 제2단계의 분산물을 혼합하여 3차 분산시키는 단계를 포함할 수 있다.
제3실시예 의 방법에 따르면, 도전재와 활물질을 각각 제1증점제와 제2증점제를 투입하여 별도의 용기에서 분산시킨 다음, 각 분산물을 혼합하여 분산시키는 방법이다.
제3실시예의 방법에 따르면, 도전재와 제1증점제를 먼저 혼합하여 분산시킬 수도 있고, 활물질과 제2증점제를 먼저 혼합하여 분산시킬 수도 있으며, 그 순서가 특별히 한정되지 않는다. 다만, 활물질과 도전재의 입자 크기에 맞추어 점도 및 분자량이 상이한 증점제를 사용하는 것이 중요하다.
따라서, 상기 제3실시예의 방법에서 사용되는 활물질, 도전재, 제1증점제, 제2증점제는 상기 제1실시예에서 사용된 것과 동일하다.
또한, 본 발명의 전극 활물질 슬러리에는 그 분산성을 해치지 않는 조건에서 적절한 용매, 및 첨가제들을 포함할 수 있으나, 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기 제1실시예~제3실시예의 방법에 따라 제조된 전극 활물질 슬러리를 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 전극은 양극, 및 음극으로 모두 사용할 수 있다.
또한, 상기 전기 화학 캐패시터는 전기이중층 캐패시터에 바람직하게 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 전기 화학 캐패시터를 구성하는 집전체, 전해액, 분리막 등은 특별히 한정되는 것이 아니고, 일반적인 전기이중층 캐패시터와 같은 전기 화학 캐패시터에서 사용되는 것이면 어느 것이나 무방하며, 그 구체 설명은 생략한다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 이하의 실시예에서는 특정 화합물을 이용하여 예시하였으나, 이들의 균등물을 사용한 경우에 있어서도 동등 유사한 정도의 효과를 발휘할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
실시예 1: 전극 활물질 슬러리 제조
기계적 교반기에 의해 교반되고 있는 입자 크기 수십nm인 아세틸렌 블랙 100g에 제1증점제로서 CMC(중합도 100~250, 중량평균분자량 20,000~35,000) 20g을 투입하여 60분 동안 교반시켜 1차 분산시켰다.
상기 1차 분산물에, 활성탄(비표면적 2000㎡/g, 입자 크기 10㎛), 및 제2증점제로서 CMC(중합도 400~500, 중량평균분자량 100,000~110,000) 10g 및 수계 욤매에 투입하여 60분 동안 교반시켜 2차 분산시켜 전극 활물질 슬러리를 제조하였다.
실시예 2: 전극 활물질 슬러리 제조
활성탄(비표면적 2000㎡/g, 입자 크기 10㎛), 및 제2증점제로서 PVB(중합도 1000, 중량평균분자량 80000~150000) 10g 및 수계 용매에 투입하여 60분 동안 교반시켜 1차 분산시켰다.
상기 1차 분산물을 기계적 교반기에 의해 교반시키켠서, 입자 크기 수십nm인 아세틸렌 블랙 100g, 제1증점제로서 CMC(중합도 100~250, 중량평균분자량 20,000~35,000) 20g을 투입하여 60분 동안 교반시켜 2차 분산시켜 전극 활물질 슬러리를 제조하였다.
실시예 3: 전극 활물질 슬러리 제조
기계적 교반기에 의해 교반되고 있는 입자 크기 수십nm인 아세틸렌 블랙 100g에 제1증점제로서 CMC(중합도 100~250, 중량평균분자량 20,000~35,000) 20g을 투입하여 60분 동안 교반시켜 1차 분산시켰다.
활성탄(비표면적 2000㎡/g, 입자 크기 10㎛), 및 제2증점제로서 PVB(중합도 700, 중량평균분자량 50000~80000) 10g 및 수계 욤매에 투입하여 60분 동안 교반시켜 2차 분산시켰다.
상기 1차 분산물과 상기 2차 분산물을 혼합, 분산시켜 전극 활물질 슬러리를 제조하였다.
비교예 1
활성탄(비표면적 2000㎡/g, 입자 크기 10㎛), 도전재로서 아세틸렌 블랙(50nm), 증점제로서 CMC(중합도 400~500, 중량평균분자량 100,000~110,000) 10g 및 수계 욤매에 투입하여 60분 동안 동안 혼합, 분산시켜 전극 활물질 슬러리를 제조하였다.
실시예 4~6, 비교예 2: 전기 화학 캐패시터 제조
1)전극 제조
상기 실시예 1~3, 비교예 1에 따른 전극 활물질 슬러리를, 두께 10㎛의 동박 위에 닥터 블레이드　법으로 도포하고, 임시　건조한 후, 전극 사이즈가 100mm×100mm이 되게 절단하였다. 전극의 두께는 약 20~40㎛이었다. 셀의 조립　전에, 120℃의 진공 상태에서 5시간 동안 건조시켰다.
　
2)전해액 제조
폴리카보네이트계 용매 및 아크릴로니트릴계의 혼합 용매에, 스파이로계 염　1.2몰/리터의 농도가 되게 용해해서 전해액을 조제했다.
3) 캐패시터 셀의 조립
상기의 제조된　정극과 부극의 사이에, 세퍼레이터(폴리프로필렌계 부직포)를　삽입하고, 전해액을 함침시켜, 라미네이트 필름 케이스에 넣어서 밀봉했다. 완성된 셀은, 측정까지 약 1일 그대로 방치했다.
실험예 : 전기 화학 캐패시터 셀의 용량평가
25℃의 항온 조건에서, 정전류-정전압으로 900초 동안 2.5V까지 충전하고, 이어서, 정전류로 방전시켜 용량을 측정하였고, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다. 또한, 각 셀의 저항 특성은 교류저항 측정기로 측정하고, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
구분 초기 용량 특성 저항 특성(AC ESR, Ω)
비교예 2 1100F 0.611
실시예 4 1150F 0.458
실시예 5 1110F 0.543
실시예 6 1160F 0.512
상기 표 1의 결과에서와 같이, 통상의 방법과 같이 전극 활물질, 도전재, 및 증점제를 일괄 투입하여 활물질 슬러리를 제조하고, 이를 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터(EDLC　셀)인 비교예 2의 용량은 약 1100F을 나타내고, 이때 저항 값은 0.611이었다.
반면, 본 발명과 같이 점도 및 분자량이 조절된 증점제를 그 투입 시점을 다르게 첨가하여 전극 활물질 슬러리를 제조하고, 이를 전극으로 이용한 EDLC　셀(실시예 4~6)의 경우 용량이 증가될 뿐만 아니라, 저항 값을 효과적으로 낮출 수 있음을 알 수 있다.
이러한 결과로부터, 점도 및 분자량이 조절된 2종 이상의 증점제를 별도로 첨가함으로써 분산성이 향상된 전극 활물질 슬러리를 제조할 수 있음을 확인하였다. 또한, 전극 활물질의 분산성 향상으로 전기 이중층 캐패시터와 같은 전기 화학 캐패시터의 전극으로 사용될 때, 용량이 우수하고, 전기 저항 특성을 효과적으로 낮출 수 있다.
10 : 집전체 21 :양극
22 : 음극 20 : 전극
30 : 전해액 31a, 31b : 전해질 이온
40 : 분리막 50, 150 : 활물질
60, 160 : 도전재 70, 170 : 증점제

Claims (8)

  1. 도전재와 분자량이 작은 제1증점제를 혼합하여 1차 분산시키는 단계, 및
    상기 1차 분산물에 활물질, 및 상기 제1증점제보다 분자량이 큰 제2증점제를 혼합하여 2차 분산시키는 단계를 포함하는 전극 활물질 슬러리의 제조 방법.
  2. 활물질과 분자량이 큰 제2증점제를 혼합하여 1차 분산시키는 단계, 및
    상기 1차 분산물에 도전재, 및 분자량이 작은 제1증점제를 혼합하여 2차 분산시키는 단계를 포함하는 전극 활물질 슬러리의 제조 방법.
  3. 도전재와 분자량이 작은 제1증점제를 혼합하여 1차 분산시키는 제1단계,
    활물질과 분자량이 큰 제2증점제를 혼합하여 2차 분산시키는 제2단계, 및
    상기 제1단계와 제2단계의 분산물을 혼합하여 3차 분산시키는 단계를 포함하는 전극 활물질 슬러리의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분자량이 작은 제1증점제는 중합도(degree of polymerization) 100~250, 중량평균 분자량 20,000~55,000인 전극 활물질 슬러리의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1증점제보다 분자량이 큰 제2증점제는 중합도(degree of polymerization) 251~1,200, 중량평균 분자량 56,000~250,000인 전극 활물질 슬러리의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 분자량이 작은 제1증점제는 카르복시메틸셀룰로오즈(CMC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리N-비닐아세트아미드(PNVA), 스타이렌-부타디엔 고무(SBR), 아크릴계 수지, 및 불소계 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 전극 활물질 슬러리의 제조 방법.
    로 이루어진 그룹으로부터
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 분자량이 큰 제2증점제는 카르복시메틸셀룰로오즈(CMC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리N-비닐아세트아미드(PNVA), 스타이렌-부타디엔 고무(SBR), 아크릴계 수지, 및 불소계 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 이상인 전극 활물질 슬러리의 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 전극 활물질 슬러리를 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터.
KR1020110092588A 2011-09-14 2011-09-14 전극 활물질 슬러리의 제조 방법 및 상기 전극 활물질을 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터 Withdrawn KR20130029265A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110092588A KR20130029265A (ko) 2011-09-14 2011-09-14 전극 활물질 슬러리의 제조 방법 및 상기 전극 활물질을 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터
US13/570,522 US20130062571A1 (en) 2011-09-14 2012-08-09 Method for preparing electrode active material slurry and electrochemical capacitor comprising electrode using electrode active material slurry prepared by the method
JP2012199237A JP2013062505A (ja) 2011-09-14 2012-09-11 電極活物質スラリの製造方法及びこれを用いる電極を含む電気化学キャパシタ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110092588A KR20130029265A (ko) 2011-09-14 2011-09-14 전극 활물질 슬러리의 제조 방법 및 상기 전극 활물질을 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130029265A true KR20130029265A (ko) 2013-03-22

Family

ID=47828995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110092588A Withdrawn KR20130029265A (ko) 2011-09-14 2011-09-14 전극 활물질 슬러리의 제조 방법 및 상기 전극 활물질을 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130062571A1 (ko)
JP (1) JP2013062505A (ko)
KR (1) KR20130029265A (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015093904A1 (ko) * 2013-12-19 2015-06-25 주식회사 엘지화학 전극 활물질 슬러리의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 전극 활물질 슬러리
KR20170037454A (ko) * 2015-09-25 2017-04-04 주식회사 엘지화학 탄소 나노튜브 분산액 및 이의 제조방법
KR20170037458A (ko) * 2015-09-25 2017-04-04 주식회사 엘지화학 탄소 나노튜브 분산액 및 이의 제조방법
KR20180133749A (ko) 2017-06-07 2018-12-17 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 음극 활물질 슬러리, 및 이의 제조방법
KR20190051870A (ko) 2017-11-06 2019-05-15 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 음극 슬러리 조성물, 및 이의 제조방법
KR20190101475A (ko) * 2017-01-17 2019-08-30 주식회사 다이셀 전극용 슬러리, 전극 및 그의 제조 방법 그리고 이차 전지

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5626264B2 (ja) * 2012-05-31 2014-11-19 トヨタ自動車株式会社 電極の製造方法、および電池
KR101605680B1 (ko) * 2013-09-06 2016-03-23 주식회사 엘지화학 음극 합제의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는 이차전지
JP2018005989A (ja) * 2016-06-27 2018-01-11 積水化学工業株式会社 蓄電デバイス電極用組成物
CN109148836B (zh) * 2017-06-19 2022-01-04 中天新兴材料有限公司 碳包覆磷酸铁锂正极材料及其制备方法
CN109638287B (zh) * 2018-12-04 2021-07-16 湖北融通高科先进材料有限公司 负极浆料的制备方法和解决负极浆料凝胶问题的方法
CN112072110B (zh) * 2020-09-16 2022-09-20 远景动力技术(江苏)有限公司 负极、其制备方法及使用了其的锂离子电池
CN112072111B (zh) * 2020-09-16 2022-09-09 远景动力技术(江苏)有限公司 电极增稠剂及其制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04342966A (ja) * 1991-05-21 1992-11-30 Toshiba Battery Co Ltd 非水溶媒二次電池
FR2766969B1 (fr) * 1997-08-04 1999-09-24 Alsthom Cge Alcatel Liant pour electrode de systeme electrochimique a electrolyte non aqueux
KR100508570B1 (ko) * 2003-04-07 2005-08-17 주식회사 엘지화학 전극 활물질 슬러리 제조시의 분산제 조성 및 그 이용
JP2009048921A (ja) * 2007-08-22 2009-03-05 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質電池用正極及びその製造方法と非水電解質電池及びその製造方法
US20090279230A1 (en) * 2008-05-08 2009-11-12 Renewable Energy Development, Inc. Electrode structure for the manufacture of an electric double layer capacitor

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015093904A1 (ko) * 2013-12-19 2015-06-25 주식회사 엘지화학 전극 활물질 슬러리의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 전극 활물질 슬러리
US10211458B2 (en) 2013-12-19 2019-02-19 Lg Chem, Ltd. Method for preparing electrode active material slurry, and electrode active material slurry prepared by method
KR20170037454A (ko) * 2015-09-25 2017-04-04 주식회사 엘지화학 탄소 나노튜브 분산액 및 이의 제조방법
KR20170037458A (ko) * 2015-09-25 2017-04-04 주식회사 엘지화학 탄소 나노튜브 분산액 및 이의 제조방법
KR20190101475A (ko) * 2017-01-17 2019-08-30 주식회사 다이셀 전극용 슬러리, 전극 및 그의 제조 방법 그리고 이차 전지
KR20180133749A (ko) 2017-06-07 2018-12-17 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 음극 활물질 슬러리, 및 이의 제조방법
KR20190051870A (ko) 2017-11-06 2019-05-15 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 음극 슬러리 조성물, 및 이의 제조방법
US11735714B2 (en) 2017-11-06 2023-08-22 Lg Energy Solution, Ltd. Negative electrode slurry composition for lithium secondary battery, and method for preparing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013062505A (ja) 2013-04-04
US20130062571A1 (en) 2013-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20130029265A (ko) 전극 활물질 슬러리의 제조 방법 및 상기 전극 활물질을 이용한 전극을 포함하는 전기 화학 캐패시터
Sun et al. Effect of poly (acrylic acid)/poly (vinyl alcohol) blending binder on electrochemical performance for lithium iron phosphate cathodes
US20170174872A1 (en) Aqueous composite binder of natural polymer derivative-conducting polymer and application thereof
KR101214727B1 (ko) 전극, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 전기 화학 캐패시터
KR101198297B1 (ko) 전기이중층 커패시터용 탄소-폴리테트라플루오로에틸렌-친수성 바인더 시트 전극 및 그 제조방법
KR101575439B1 (ko) 이종바인더가 적용된 리튬황 전지의 유황 양극
US20120099244A1 (en) Electrode of high-density super capacitor and method for manufacturing same
US20150118555A1 (en) Electrode for lithium-ion secondary battery, and lithium-ion secondary battery using said electrode
KR20100129307A (ko) 이온 액체를 포함하는 전극막 및 전극, 그들의 제조 방법, 그리고 축전 디바이스
KR20110089870A (ko) 전극막, 전극 및 그 제조 방법, 그리고 축전 디바이스
CN104201000B (zh) 一种高功率锂离子电容器及其制备方法
KR20150135434A (ko) 집전체, 전극 구조체, 비수전해질전지 또는 축전부품
CN109980290B (zh) 一种混合固液电解质锂蓄电池
TW201843870A (zh) 蓄電裝置用集電體、其製造方法，及用於其製造的塗覆液
CN104934607B (zh) 一种钠离子电池电极及其制备方法
WO2017032165A1 (zh) 一种锰酸锂正极浆料的制备方法
CN106784789A (zh) 一种富锂锰基材料锂离子电池正极及包含该正极的锂离子电池
JP2022536580A (ja) リチウムイオン電池のカソード生産のための分散剤としてのポリビニルピロリドン
CN104781967B (zh) 活性物质颗粒、蓄电装置用正极、蓄电装置以及活性物质颗粒的制造方法
KR102821986B1 (ko) 탄소섬유 전도층이 형성된 슈퍼커패시터용 집전체 및 전극과, 이들의 제조방법
KR101687100B1 (ko) 비수 전해질 2차 전지용의 정극과 그 제조 방법
KR101693359B1 (ko) 알루미늄 집전체, 이를 구비한 전극, 및 전기화학 소자
CN108496265A (zh) 用于制备正极活性材料浆料的方法
KR20130093805A (ko) 전극, 이의 제조방법, 및 이를 이용한 슈퍼 캐패시터
CN108269968A (zh) 用于可再充电电池的电极复合物及可再充电电池

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20110914

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid