KR20180092168A - lithium ion capacitor and making method therefor - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a lithium-ion capacitor which can exhibit electric double layer performance simultaneously with occlusion and discharge of lithium ions at a cathode to increase a discharge voltage as well as increase the density of electric energy, thereby being effectively used as a backup power source for an electronic device; which has a cathode sheet, an anode sheet, a separator, and a non-electrolytic electrolyte provided in a space between a case and a cap, and has the cathode sheet including a cathode material containing a lithium compound to be implementable without installing an additional lithium metal, thereby allowing the lithium ions to be doped safely and efficiently while being produceable into various shapes and forms, and simplifying a manufacturing process; which can be configured to produce the cathode material through a dry process during a cathode material manufacturing process to prevent the lithium compound from being oxidized and eluted by oxygen and water when the cathode material is produced through a wet process, thereby improving achieving performance such as a long life, high output, and high-energy density; and which allows a first mixing process for mixing a conductor formed of the cathode material, activated carbon, and the lithium compound to be performed under a nitrogen atmosphere to block a preliminary reaction of the lithium compound efficiently, thereby efficiently blocking a deterioration in battery performance in advance.

Description

리튬이온 커패시터 및 이의 제조 방법{lithium ion capacitor and making method therefor}[0001] The present invention relates to a lithium ion capacitor and a manufacturing method thereof,

본 발명은 리튬이온 커패시터 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게로는 리튬이온 배터리와 전기이중층 커패시터(EDLC)의 장점의 조합이 가능하여 사용전압 및 자기방전의 성능을 획기적으로 개선시킬 수 있고, 공정이 간편해지며, 에너지밀도가 높아 소형화 제작이 가능한 리튬이온 커패시터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium ion capacitor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a lithium ion battery and an electric double layer capacitor (EDLC) To a lithium ion capacitor capable of miniaturization because of its high energy density and its manufacturing method.

커패시터(Capacitor)는 일반적으로 2장의 전극판을 대향시킨 상태에서 직류전압을 공급하여 각 전극에 전기를 축적시켜 정전 용량을 발생시키는 장치이고, 축전방식에 따라 전기이중층 커패시터(EDLC, Electric double layer capacitor), 알루미늄 전해커패시터, 적층 세라믹 커패시터, 슈퍼 커패시터 등으로 구분된다.A capacitor is a device that generates a capacitance by supplying a direct current voltage in a state in which two electrode plates are opposed to each other and accumulating electricity in each electrode. An electric double layer capacitor (EDLC) ), Aluminum electrolytic capacitors, multilayer ceramic capacitors, and super capacitors.

최근 들어 스마트폰(Smart-phone) 등과 같은 디지털 디바이스 및 전자기기의 기술이 급속도록 발달함에 따라 소형화, 고기능화 및 고성능의 커패시터에 대한 요구 및 필요성이 증가하였고, 이에 따라 고에너지 밀도를 갖는 리튬이온 커패시터(LIC, Lithium Ion Capacitor)에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.Recently, as the technology of digital devices and electronic devices such as a smart phone has rapidly developed, there has been an increase in demands and necessities for miniaturization, high performance, and high performance capacitors. Accordingly, a lithium ion capacitor having a high energy density (LIC, Lithium Ion Capacitor).

특히 코인형 커패시터는 소형화 제작이 가능하면서 성능이 우수한 장점으로 인해 사용분야 및 수요도가 급증하고 있는 추세이다.Particularly, coin type capacitors can be manufactured in a compact size and have excellent performance, so that the field of use and demand are increasing rapidly.

코인형 리튬이온 커패시터는 고용량 및 고밀도 에너지를 갖는 리튬이온전지의 장점과, 출력이 우수한 전기이중층 커패시터(EDLC, Electric Double Layer Capacitor)의 장점을 조합할 수 있는 것으로서, 상세하게로는 리튬 이온을 삽입 및 탈리시킬 수 있는 탄소계 소재로 음극활물질을 형성함과 동시에 리튬 이온을 음극활물질에 미리 도핑 함으로써 기존 전기이중층 커패시터(EDLC)에 비교하여 셀당 동작전압이 높으며, 2 ~ 3의 높은 에너지밀도를 구현할 수 있는 장점을 갖는다.The coin type lithium ion capacitor can combine the advantages of a lithium ion battery having a high capacity and a high density energy and the advantages of an electric double layer capacitor (EDLC) having an excellent output. Specifically, And a carbonaceous material that can be desorbed. In addition, lithium ion is pre-doped into an anode active material to provide a high operating voltage per cell and a high energy density of 2 to 3 as compared with a conventional electric double layer capacitor (EDLC). .

이때 종래의 코인형 리튬이온 커패시터는 고밀도 및 고용량의 성능을 갖도록, 제조 시 커패시터 내부로 리튬을 주입시켜 리튬의 삽입 및 탈리 반응을 유도하기 위한 리튬 도핑 공정을 필수적으로 수행하고 있다.In this case, the conventional coin-type lithium ion capacitor essentially performs a lithium doping process for inducing insertion and desorption of lithium by injecting lithium into the capacitor at the time of manufacturing so as to have high density and high capacity.

이때 리튬 도핑 공정으로는 다양한 방법 및 기술이 연구되었으나, 리튬메탈을 흑연(Graphite) 등의 음극활물질에 적층시킨 후 쇼트(Short)를 통해 리튬 메탈과 음극활물질의 전위차를 발생시켜 리튬이 음극활물질로 녹아 유입되도록 하는 방식이 널리 사용되고 있다.Various methods and techniques have been studied for the lithium doping process. However, a lithium metal is deposited on a negative electrode active material such as graphite and then a potential difference is generated between the lithium metal and the negative active material through a short, So that the molten metal can flow in.

그러나 이러한 종래의 리튬 도핑 방식은 전기적 쇼트를 통해 리튬이 음극활물질에 도핑 되도록 구성되었기 때문에 안전성이 떨어짐과 동시에 리튬의 도핑양의 정밀제어가 필요하여 공정이 복잡하며, 대량의 리튬을 수용하도록 음극활물질에 다공들을 형성하여야하기 때문에 제조원가가 증가하는 문제점을 갖는다.However, since the conventional lithium doping system is configured such that lithium is doped into the anode active material through electrical shorting, the safety is deteriorated and precise control of the amount of doping of lithium is required. Thus, the process is complicated, and the anode active material The manufacturing cost is increased.

또한 종래의 코인형 리튬이온 커패시터는 리튬메탈의 설치도 인해 제품의 형태가 알루미늄 파우치 형태로만 제작이 가능하기 때문에 제조 공정이 복잡하며, 다양한 형태로 제작될 수 없는 구조적 한계를 갖는다.In addition, since the conventional coin-type lithium ion capacitor can be manufactured only in the form of an aluminum pouch due to the installation of lithium metal, the manufacturing process is complicated and has structural limitations that can not be manufactured in various forms.

도 1은 본 출원인에 의해 출원되어 특허 등록된 국내등록특허 제10-1056512호(발명의 명칭 : 리튬이온 캐퍼시터 및 이를 위한 제조 방법)에 개시된 코인형 리튬이온 커패시터를 나타내는 측단면도이다.1 is a side cross-sectional view showing a coin type lithium ion capacitor disclosed in Korean Patent No. 10-1056512 (entitled: Lithium ion capacitor and a manufacturing method therefor) filed by the present applicant and registered as a patent.

도 1의 코인형 리튬이온 커패시터(이하 제1 종래기술이라고 함)(200)는 하부 캡(201)과, 하부 캡(201)의 상부에 결합되어 결합 시 내부에 공간을 형성하는 상부 캡(202)과, 상부 캡(202) 및 하부 캡(201)의 결합부위에 설치되어 공간을 밀봉시키는 가스 캣(203)과, 하부 캡(201)의 바닥면에 접착되는 양극(204)과, 상부 캡(202)의 상부면에 접착되는 음극(205)과, 양극(204) 및 음극(205) 사이에 설치되는 세퍼레이터(206)로 이루어진다.The coin type lithium ion capacitor 200 of FIG. 1 includes a lower cap 201 and an upper cap 202, which is coupled to an upper portion of the lower cap 201 and forms a space therein when coupled, A gasket 203 installed at a joint portion between the upper cap 202 and the lower cap 201 to seal the space, an anode 204 bonded to the bottom surface of the lower cap 201, A cathode 205 adhered to the upper surface of the anode 202 and a separator 206 provided between the anode 204 and the cathode 205.

또한 음극(205)은 리튬을 흡장, 방출할 수 있는 리튬금속합금, LixMnyOz, LixTiyOz, LixCoyOz 등과 같이 리튬이 함유된 산화물 또는 리튬이온이 흡장된 그라파이트, 하드카본, 소프트카본과 같은 탄소류로 이루어진다.The cathode 205 is made of a lithium metal alloy capable of intercalating and deintercalating lithium, oxides containing lithium such as LixMnyOz, LixTiyOz and LixCoyOz, or carbon materials such as graphite, hard carbon and soft carbon in which lithium ions are stored.

이와 같이 구성되는 제1 종래기술(200)은 음극(205)에서 리튬이온이 흡장 및 배출되며, 양극에서 전기이중층 성능이 발현됨으로써 전기에너지 밀도가 높으면서 방전전압이 높은 장점을 갖는다.In the first conventional art 200 configured as described above, lithium ions are stored and discharged from the cathode 205, and the electric double layer performance is exhibited at the anode, so that the electric energy density is high and the discharge voltage is high.

그러나 제1 종래기술(200)은 음극(205) 제조 시, 음극활물질에 리튬을 도핑 시키기 위한 리튬 도핑 공정이 필수적으로 수행되어야하나, 이러한 리튬 도핑 공정은 전기적 쇼트를 통해 리튬을 음극활물질에 도핑 시키기 때문에 안전성이 떨어질 뿐만 아니라 리튬 도핑양의 정밀제어가 필요하여 공정이 복잡하고 번거로우며, 대량의 리튬을 수용하기 위하여 음극활물질을 다공박 형상으로 형성함에 따라 제조원가가 증가하는 단점을 갖는다.However, in the first prior art (200), a lithium doping process for doping lithium into the anode active material must be performed at the time of manufacturing the cathode 205. This lithium doping process is a process of doping lithium into the anode active material The safety is deteriorated and precise control of the amount of lithium doping is required, so that the process is complicated and cumbersome. In order to accommodate a large amount of lithium, the anode active material is formed into a multi-annular shape.

즉 1)양극활물질에 리튬 화합물을 첨가하여 별도의 리튬메탈 설치 및 도핑 공정 없이 리튬을 효율적으로 공급할 수 있으며, 2)리튬이온 배터리와 전기이중층 커패시터(EDLC)의 장점을 기대할 수 있는 코인형 리튬이온 커패시터에 대한 연구가 시급한 실정이다.1) lithium metal can be added to the cathode active material to efficiently supply lithium without a separate lithium metal deposition and doping process, 2) a coin-type lithium ion (lithium ion battery) The study of capacitors is urgent.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 양극에서 리튬이온의 흡장 및 배출이 이루어짐과 동시에 전기이중층 성능이 발현됨으로써 전기에너지 밀도가 높을 뿐만 아니라 방전전압이 증가하여 전자기기의 백업용 전원으로 효과적으로 사용될 수 있는 리튬이온 커패시터 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a lithium ion secondary battery which is capable of storing and discharging lithium ions in an anode and exhibiting an electric double layer performance, The present invention provides a lithium ion capacitor which can be effectively used as a backup power source and a method of manufacturing the same.

또한 본 발명의 다른 해결과제는 케이스 및 캡 사이의 공간에 양극시트, 음극시트, 세퍼레이터 및 비전해성 전해액이 설치되되, 양극시트를 양극활물질에 리튬 화합물이 함유되도록 함으로써 됨으로써 별도의 리튬메탈을 설치하지 않아도 구현이 가능하여 다양한 형상 및 형태로의 제작이 가능함과 동시에 리튬 이온을 안전하고 효율적으로 도핑할 수 있으며, 제조공정이 간단하게 이루어지는 리튬이온 커패시터 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, a separator and a non-electrolytic electrolyte in a space between a case and a cap, wherein a lithium metal is contained in a positive electrode active material, The present invention provides a lithium ion capacitor which can be manufactured in various shapes and shapes without being damaged, can be safely and efficiently doped with lithium ions, and can be manufactured easily, and a method for manufacturing the same.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 양극활물질 제조공정 시 습식공정을 통해 양극활물질을 제조하도록 구성됨으로써 사용전압 및 자기방전의 성능을 획기적으로 개선시킬 수 있는 리튬이온 커패시터 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.Still another object of the present invention is to provide a lithium ion capacitor capable of remarkably improving the performance of a using voltage and self discharge by being constituted to produce a positive electrode active material through a wet process in the process of manufacturing a positive electrode active material, will be.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 양극활물질 제조공정 시 건식공정을 통해 양극활물질을 제조하도록 구성됨으로써 습식공정으로 제조되는 경우 리튬화합물이 산소 및 물에 의하여 산화 및 용출되는 현상을 방지할 수 있고, 이에 따라 고수명, 고출력 및 고에너지 밀도의 성능을 개선시킬 수 있는 리튬이온 커패시터 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a positive electrode active material which is capable of preventing the lithium compound from being oxidized and eluted by oxygen and water when manufactured by a wet process, Accordingly, it is an object of the present invention to provide a lithium ion capacitor and a method of manufacturing the lithium ion capacitor capable of improving the performance of high life, high output and high energy density.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 양극활물질의 건식공정 시 도전제, 활성탄 및 리튬 화합물을 혼합시키기 위한 1차 혼합공정을 질소 분위기 상에서 수행함으로써 리튬화합물의 사전반응을 더욱 효율적으로 차단하여 전지성능의 저하를 사전에 효율적으로 차단시킬 수 있는 리튬이온 커패시터 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a cathode active material which is capable of effectively preventing the pre-reaction of a lithium compound by performing a primary mixing process for mixing a conductive agent, an activated carbon and a lithium compound in a nitrogen atmosphere in a dry process of a cathode active material, And a method for manufacturing the lithium ion capacitor.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 양극활물질 건식공정 시 도전제, 활성탄 및 리튬 화합물을 바인딩하기 위한 바인더를 액상이 아닌 고상으로 적용함으로써 리튬 화합물의 사전반응을 더욱 철저하게 차단할 수 있는 리튬이온 커패시터 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.Further, another object of the present invention is to provide a lithium ion capacitor capable of more precisely blocking a preliminary reaction of a lithium compound by applying a binder for binding a conductive agent, an activated carbon and a lithium compound in a cathode active material dry process, And a method for producing the same.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 양극활물질 건식공정 시 고속회전 나이프를 구비한 믹서장비를 이용하여 도전제, 활성탄, 리튬 화합물 및 바인더를 2차 혼합시킴으로써 나이프와의 충돌 및 커팅에 의하여 바인더의 성장(연식)이 효율적으로 이루어지는 리튬이온 커패시터 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a positive electrode active material, which comprises mixing a conductive agent, an activated carbon, a lithium compound and a binder by a secondary mixer using a mixer equipped with a high- And a method of manufacturing the lithium ion capacitor.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 양극집전체인 케이스와, 음극집전체인 케이스에 의하여 내부에 공간이 형성되고, 공간 내부에 양극시트, 음극시트, 세퍼레이터 및 전해액이 설치되는 리튬이온 커패시터에 있어서: 상기 양극시트를 형성하는 양극활물질은 상기 도전제 3 ~ 10 중량%; 상기 바인더 3 ~ 10 중량%; 상기 활성탄 40 ~ 75 중량%; 상기 리튬화합물 5 ~ 50 중량%를 포함하는 것이다.In order to solve the above-described problems, the present invention provides a lithium ion secondary battery comprising a case which is a cathode current collector, a case which is a cathode current collector, a space is formed therein and a cathode sheet, a cathode sheet, a separator, In the capacitor, the positive electrode active material forming the positive electrode sheet 3 to 10% by weight of the conductive agent; 3 to 10% by weight of the binder; 40 to 75 wt% of the activated carbon; And 5 to 50% by weight of the lithium compound.

또한 본 발명에서 상기 양극활물질은 상기 도전제 3 ~ 10 중량%와, 상기 활성탄 40 ~ 75 중량%, 상기 리튬화합물 5 ~ 50 중량%가 니더(Kneader)에 투입된 후 1차 니딩(Kneading) 되고, 1차 니딩이 완료된 혼합물로 용매를 첨가하여 2차 니딩이 이루어지고, 2차 니딩이 완료된 혼합물로 농도 40%의 바인더를 투입하여 혼련된 후 고온 압착되어 제조되는 것이 바람직하다.In the present invention, the cathode active material is first kneaded after being charged into the Kneader by 3 to 10% by weight of the conductive agent, 40 to 75% by weight of the activated carbon and 5 to 50% by weight of the lithium compound, It is preferable that the mixture is prepared by kneading the mixture with a solvent having a first kneading completion and then kneading with a binder having a concentration of 40% by the second kneading and completing the second kneading.

또한 본 발명에서 상기 양극시트를 형성하는 양극활물질은 상기 도전제와, 상기 활성탄, 상기 리튬화합물이 질소 퍼징 환경에서 1차 혼합되어 산소에 의한 상기 리튬화합물의 반응을 차단시키며, 1차 혼합된 혼합물에 고상의 바인더가 첨가된 후 2차 혼합되고, 2차 혼합된 혼합물이 고온 압착되어 제조되는 것이 바람직하다.Also, in the present invention, the positive electrode active material for forming the positive electrode sheet is prepared by mixing the conductive agent, the activated carbon, and the lithium compound in a primary mixing state in a nitrogen purging environment to block the reaction of the lithium compound with oxygen, It is preferable that a solid-state binder is added to the mixture and then a second-mixed, second-mixed mixture is produced by hot pressing.

또한 본 발명에서 2차 혼합에 적용되는 분쇄장비는 내부 공간으로 회전하는 칼날인 고속회전 나이프를 포함하며, 3000 ~ 5000rpm의 속도로 상기 고속회전 나이프를 회전시키고, 상기 바인더는 2차 혼합 시 상기 고속회전 나이프에 의하여 선형으로 늘어져 상기 도전제, 상기 활성탄 및 상기 리튬화합물을 바인딩 하는 것이 바람직하다.In the present invention, the pulverizing equipment applied to the secondary mixing includes a high-speed rotary knife which is a rotating blade, and rotates the high-speed rotary knife at a speed of 3000 to 5000 rpm, It is preferable to bind the conductive agent, the activated carbon and the lithium compound by being linearly stretched by a rotating knife.

또한 본 발명에서 상기 활성탄은 표면에 1 ~ 20 중량%의 탄소나노튜브(Carbon nano-tube) 또는 흑연(Graphite)이 코팅되는 것이 바람직하다.Also, in the present invention, it is preferable that the activated carbon is coated with carbon nanotubes (carbon nanotubes) or graphite on its surface.

또한 본 발명에서 상기 리튬화합물은 Li2MoO3, Li2MnO3, Li2NiO2, Li2PtO3, Li2IrO3, Li2RuO3, Li2SnO3, Li2ZrO3, Li5FeO4, Li6CoO4, 및 Li5MnO4 중 어느 하나이거나 또는 적어도 2종 이상 혼합되는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the lithium compound is at least one of Li2MoO3, Li2MnO3, Li2NiO2, Li2PtO3, Li2IrO3, Li2RuO3, Li2SnO3, Li2ZrO3, Li5FeO4, Li6CoO4 and Li5MnO4.

또한 본 발명에서 상기 음극시트를 형성하는 음극활물질은 도전제 3 ~ 10 중량%와, 바인더 3 ~ 10 중량%와, 소프트카본 80 ~ 90 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the negative electrode active material for forming the negative electrode sheet preferably contains 3 to 10% by weight of a conductive agent, 3 to 10% by weight of a binder and 80 to 90% by weight of a soft carbon.

또한 본 발명에서 상기 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리비닐염화물(PVC), 폴리에틸렌(PE), 스틸렌부타디엔고무(SBR), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 불화고무 중 적어도 하나 이상이 선택되어 혼합 사용되는 것이 바람직하다.In the present invention, the binder may be at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), styrene butadiene rubber ), Carboxymethyl cellulose (CMC), and fluorinated rubbers are preferably selected and mixed and used.

또한 본 발명에서 상기 전해액은 리튬이온의 흡장 및 배출이 가능한 용질과, 전기이중층 용량을 발현하는 용질과, 용매를 포함하고, 상기 전해액의 전기이중층 용량을 발현하는 용질은, 테트라에틸암모늄헥사플루오르포스페이트(Tetraethylammoniumhexafluorophosphate, (C2H5)44NPF6)), 테트라에틸암모늄테트라플루오르보레이트(TetraethylammoniumTetrafluoroborate, (C2H5)44NPF4), 테트라에틸암모늄비스(트리플루오르메탄스르호닐)이미드(Tetraethylammoniumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide,(C2H5)44N-N(CF3SO2)2, Et4NTFSI, TEATFSI), 트리에틸메틸암모늄비스(트리플루오르메탄스르호닐)이미드(Triethylmethylammoniumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide, (C2H5)3CH3N-N(SO2CF3)2, Et3MeNTFSI, TEMATFSI), 트리에틸 메틸암모늄비스(트리플루오르메탄술포닐)이미드(Triethylmethylammoniumbis (trifluoromethanesulfonyl) imide, (CH4(C2H5)3N-N(CF3SO2)2), 스피로-(1, 1')-비피로리지니움테트라플루오르보레이트(SPB-BF4) 중 적어도 이상이 선택되어 혼합되고, 상기 전해액의 리튬이온을 흡장 방출할 수 있는 용질은, 과염소산리튬(Lithium perchlorate, LiClO4), 6불화인산리튬(Lithium hexafluorophosphate, LiPF6), 4불화붕산리튬(Lithium tetrafluoroborate, LiBF4), 3플루오르메틸설폰산리튬(Lithium trifluoromethanesulfonate, LiCF3SO3, LiTFS), 비스트리플루오르메틸술포닐이미드리튬(Lithium bis(trifluoro methanesulfonyl)imide, LiN(CF3SO2)2, LiTFSI), 비스펜타플루오르에탄술포닐이미드리튬(Lithium bis(pentafluoroethanesulfony)imide, LiN(SO2C2F5)2, LiBETI) 중 적어도 어느 하나 이상이 선택되어 혼합되고, 상기 용매는 PropyleneCarbonate(PC), EthyleneCarbonate(EC), ButyleneCarbonate(BC), VinyleneCarbonate(VC), VinylEthyleneCarbonate(VEC), DimethylCarbonate(DMC), DiethylCarbonate(DEC), EthylMethylCarbonate(EMC), γ-Butyrolactone(GBL), γ-Valerolactone(GVL), NMethyl-2-Pyrrolidone(NMP), N,N-Dimethyl Formamide(DMF), 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinone(DMI), N,NDimethyl Acetamide(DMAC), Sulfolane(SL), Dimethyl Sulfoxide(DMSO), Acetonitorile(AN), Propionitorile(PN), Tetrahydrofuran(THF) 중 적어도 어느 하나 이상이 선택되어 혼합되는 것이 바람직하다.In the present invention, the electrolytic solution includes a solute capable of intercalating and deintercalating lithium ions, a solute capable of expressing an electric double layer capacity, and a solvent, and the solute expressing the electric double layer capacity of the electrolyte is tetraethylammonium hexafluorophosphate (Tetraethylammonium hexafluorophosphate, (C2H5) 44NPF6), tetraethylammonium tetrafluoroborate (C2H5) 44NPF4, tetraethylammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, (C2H5) 44N- N (CF3SO2) 2, Et4NTFSI, TEATFSI), triethylmethylammoniumbis (trifluoromethanesulfonyl) imide, (C2H5) 3CH3N-N (SO2CF3) 2, Et3MeNTFSI, TEMATFSI) Triethylmethylammoniumbis (trifluoromethanesulfonyl) imide, (CH4 (C2H5) 3N-N (CF3SO2) 2), methyl ammonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide At least one of lithium-perchlorate, lithium perchlorate, lithium perchlorate, lithium perchlorate, lithium perchlorate, lithium perchlorate, and lithium perchlorate is selected and mixed. LiClO4), lithium hexafluorophosphate (LiPF6), lithium tetrafluoroborate (LiBF4), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF3SO3, LiTFS), bistrifluoromethylsulfonylimide lithium At least one of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, LiN (CF3SO2) 2, LiTFSI, bispentafluoroethanesulfonylimide, LiN (SO2C2F5) 2 and LiBETI (DEC), Ethylmethylcarbonate (EMC), γ-Butyrolactone (DEC), Ethylmethyl carbonate (EC), Ethylene carbonate (EC), Butylene carbonate (BC), Vinylene carbonate (VC), VinylEthyleneCarbonate N-Dimethyl Formamide (DMF), 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinone (DMI), N, N-Dimethyl Acetamide (DMAC) It is preferable that at least one of at least one of sulfolane (SL), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetonitrile (AN), propionitrile (PN) and tetrahydrofuran (THF) is selected and mixed.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 양극에서 리튬이온의 흡장 및 배출이 이루어짐과 동시에 전기이중층 성능이 발현됨으로써 전기에너지 밀도가 높을 뿐만 아니라 방전전압이 증가하여 전자기기의 백업용 전원으로 효과적으로 사용될 수 있다.According to the present invention having the above-mentioned problems and solutions, lithium ion storage and discharging are performed at the anode and the electric double layer performance is manifested, so that not only the electric energy density is high but also the discharge voltage is increased, have.

또한 본 발명에 의하면 케이스 및 캡 사이의 공간에 양극시트, 음극시트, 세퍼레이터 및 비전해성 전해액이 설치되되, 양극시트를 양극활물질에 리튬 화합물이 함유되도록 함으로써 별도의 리튬메탈을 설치하지 않아도 구현이 가능하여 다양한 형상 및 형태로의 제작이 가능함과 동시에 리튬 이온을 안전하고 효율적으로 도핑할 수 있으며, 제조공정이 간단하게 이루어질 수 있다.According to the present invention, a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, a separator, and a non-electrolytic electrolyte are provided in a space between the case and the cap, and a lithium compound is contained in the positive electrode active material so that a separate lithium metal is not required. So that it can be manufactured in various shapes and forms, and lithium ions can be doped safely and efficiently, and the manufacturing process can be simplified.

또한 본 발명에 의하면 양극활물질 제조공정 시 습식공정을 통해 양극활물질을 제조하도록 구성됨으로써 사용전압 및 자기방전의 성능을 획기적으로 개선시킬 수 있다.According to the present invention, the positive electrode active material is manufactured through the wet process in the process of manufacturing the positive electrode active material, so that the performance of the use voltage and the self discharge can be remarkably improved.

또한 본 발명에 의하면 양극활물질 제조공정 시 건식공정을 통해 양극활물질을 제조하도록 구성됨으로써 습식공정으로 제조되는 경우 리튬화합물이 산소 및 물에 의하여 산화 및 용출되는 현상을 방지할 수 있고, 이에 따라 고수명, 고출력 및 고에너지 밀도의 성능을 개선시킬 수 있다.According to the present invention, since the cathode active material is manufactured through the dry process in the cathode active material manufacturing process, when the cathode active material is manufactured by the wet process, oxidation and elution of the lithium compound by oxygen and water can be prevented, , The performance of high power and high energy density can be improved.

또한 본 발명에 의하면 양극활물질 건식공정 시 양극활물질의 도전제, 활성탄 및 리튬 화합물을 혼합시키기 위한 1차 혼합공정을 질소 분위기 상에서 수행함으로써 리튬화합물의 사전반응을 더욱 효율적으로 차단하여 전지성능의 저하를 사전에 효율적으로 차단시킬 수 있게 된다.According to the present invention, in the cathode active material dry process, the primary mixing process for mixing the conductive agent, the activated carbon and the lithium compound of the cathode active material is performed in a nitrogen atmosphere to more effectively block the preliminary reaction of the lithium compound, It is possible to effectively prevent it in advance.

또한 본 발명에 의하면 양극활물질 건식공정 시 도전제, 활성탄 및 리튬 화합물을 바인딩 하기 위한 바인더를 액상이 아닌 고상으로 적용함으로써 리튬 화합물의 사전반응을 더욱 철저하게 차단할 수 있다.In addition, according to the present invention, a binder for binding a conductive agent, an activated carbon and a lithium compound in a cathode active material dry process can be applied as a solid phase rather than a liquid phase, thereby more precisely blocking a lithium compound.

또한 본 발명에 의하면 양극활물질 건식공정 시 고속회전 나이프를 구비한 믹서장비를 이용하여 도전제, 활성탄, 리튬 화합물 및 바인더를 2차 혼합시킴으로써 나이프와의 충돌 및 컷팅에 의하여 바인더의 성장(연식)이 효율적으로 이루어지는 리튬이온 커패시터 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.In addition, according to the present invention, by mixing a conductive agent, an activated carbon, a lithium compound and a binder in a secondary mixer using a mixer equipped with a high-speed rotary knife during the cathode active material dry process, the binder growth (softening) And to provide a method for manufacturing the lithium ion capacitor.

도 1은 본 출원인에 의해 출원되어 특허 등록된 국내등록특허 제10-1056512호(발명의 명칭 : 리튬이온 캐퍼시터 및 이를 위한 제조 방법)에 개시된 코인형 리튬이온 커패시터를 나타내는 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 리튬이온 커패시터를 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 2의 양극시트의 습식공정 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
도 4는 도 3의 리튬 화합물 제조단계를 나타내는 공정순서도이다.
도 5는 도 2의 양극시트의 습식공정을 나타내는 공정 순서도이다.
도 6의 (a)는 본 발명의 바인더가 성장하기 이전 혼합물의 상태를 나타내는 예시도이고, (b)는 바인더가 소정 성장하였을 때 혼합물의 상태를 나타내는 예시도이고, (c)는 바인더가 완전 성장하였을 때 혼합물의 상태를 나타내는 예시도이다.
1 is a side cross-sectional view showing a coin type lithium ion capacitor disclosed in Korean Patent No. 10-1056512 (entitled "Lithium ion capacitor and a manufacturing method therefor) filed by the present applicant and registered as a patent.
2 is a configuration diagram illustrating a lithium ion capacitor according to an embodiment of the present invention.
3 is a process flow chart showing a wet process method of the positive electrode sheet of FIG.
Fig. 4 is a process flow chart showing the steps of producing the lithium compound of Fig. 3; Fig.
5 is a process flow chart showing a wet process of the positive electrode sheet of FIG.
FIG. 6 (a) is an exemplary view showing the state of the mixture before the binder of the present invention grows, (b) is an exemplary view showing the state of the mixture when the binder is grown in a predetermined manner, And shows the state of the mixture when grown.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예인 리튬이온 커패시터를 나타내는 구성도이다.2 is a configuration diagram illustrating a lithium ion capacitor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예인 리튬이온 커패시터(1)는 1)양극(Cathode)을 형성하는 양극활물질(Cathode material)에 리튬이 함유된 리튬 화합물을 첨가하여 양극활물질로부터 리튬이온의 흡장 및 배출이 이루어지도록 구성됨으로써 별도의 리튬메탈 설치하지 않아도 음극으로 리튬이온을 전기화학적 방식으로 안전하고 효율적으로 도핑할 수 있으며, 2)습식공정 시 양극활물질의 도전제, 바인더, 리튬 화합물 및 활성탄의 함유량을 최적으로 조절하여 습식공정을 통해 전지성능을 현저히 개선시킬 수 있고, 3)건식공정을 통해 양극활물질을 제조함으로써 리튬이 물에 반응하는 현상을 차단하여 고수명, 고출력 및 고에너지 밀도의 성능을 발휘하기 위한 것이다.The lithium ion capacitor 1 according to an embodiment of the present invention is characterized in that 1) a lithium compound containing lithium is added to a cathode material forming a cathode so that lithium ions are intercalated and deintercalated from the cathode active material It is possible to safely and efficiently dope lithium ions into the cathode electrochemically without installing a separate lithium metal, and 2) optimally adjust the content of the conductive agent, the binder, the lithium compound, and the activated carbon in the cathode active material in the wet process And 3) a positive electrode active material is produced through a dry process to prevent lithium from reacting with water, thereby exhibiting a high life, high output and high energy density performance .

또한 리튬이온 커패시터(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 양극 집전체인 케이스(2)와, 음극 집전체인 캡(3), 가스켓(Gasket)(4), 양극시트(5), 음극시트(6), 세퍼레이터(Separator)(7), 비전해성 전해액(8), 전도성 접착제(11), (12)들로 이루어진다.2, the lithium ion capacitor 1 includes a case 2 as a positive electrode current collector, a cap 3 as a current collector, a gasket 4, a positive electrode sheet 5, A sheet 6, a separator 7, a non-electrolytic electrolytic solution 8, and conductive adhesives 11 and 12.

케이스(2)는 원판 형상의 바닥벽(21)과, 바닥벽(21)의 외측 테두리로부터 상향 절곡되어 원호를 따라 연결되는 수직벽(23)으로 이루어진다. The case 2 is composed of a disk-shaped bottom wall 21 and a vertical wall 23 upwardly bent from the outer edge of the bottom wall 21 and connected along an arc.

또한 케이스(2)는 수직벽(23)에 의하여 상부에 개구부가 형성되며, 내부에 수용공간이 형성된다.In addition, the case 2 is formed with an opening at an upper portion thereof by a vertical wall 23, and a receiving space is formed therein.

또한 케이스(2)는 양극의 집전체로서, 스테인리스, 구리, 니켈, 타이타튬, 탄탈륨, 니오븀 중 어느 하나이거나 또는 이들의 합금으로 형성된다.The case 2 is formed of a stainless steel, copper, nickel, titanium, tantalum, niobium, or an alloy thereof as a current collector of the anode.

캡(3)은 케이스(2)의 상부 개구부를 밀폐시키는 상판(31)과, 상판(31)의 외측 테두리로부터 하향 절곡되어 원호를 따라 연결되는 측벽(33)으로 이루어진다.The cap 3 is composed of an upper plate 31 for sealing the upper opening of the case 2 and a side wall 33 bent downward from the outer edge of the upper plate 31 and connected along an arc.

또한 캡(3)의 상판(31)은 케이스(2)의 바닥벽보다 작은 외경을 갖는 원판으로 형성된다.The upper plate 31 of the cap 3 is formed of a circular plate having an outer diameter smaller than that of the bottom wall of the case 2. [

또한 캡(3)은 케이스(2)와 결합되되, 결합 시 상판(31)이 케이스(2)의 상부 개구부를 밀폐시키며, 측벽(33)이 케이스(2)의 수직벽(23)의 내측에 배치되도록 케이스(2)와 결합된다.The cap 3 is coupled with the case 2 so that the upper plate 31 closes the upper opening of the case 2 when the coupling is engaged and the side wall 33 is located inside the vertical wall 23 of the case 2 And is coupled with the case 2 so as to be disposed.

또한 캡(3)은 음극의 집전체로서, 스테인리스, 구리, 니켈, 타이타튬, 탄탈륨, 니오븀 중 어느 하나이거나 또는 이들의 합금으로 형성된다.The cap 3 is a current collector of a negative electrode and is formed of any one of stainless steel, copper, nickel, titanium, tantalum and niobium, or an alloy thereof.

가스켓(Gasket)(4)은 케이스(2) 및 캡(3)이 결합될 때 케이스(2)의 수직벽(23)과 캡(3)의 측벽(33)이 대향되는 공간에 삽입되게 설치됨으로써 내부 공간을 밀봉시킨다.The gasket 4 is installed so as to be inserted into the space in which the vertical wall 23 of the case 2 and the side wall 33 of the cap 3 are opposed to each other when the case 2 and the cap 3 are engaged Thereby sealing the inner space.

또한 가스켓(4)은 PP(Poly Propylene) PPS(Poly Phenylene Sulfide), PEEK(Poly Ether Ehter Ketone), Nylon 등으로 이루어질 수 있으며, 상세하게로는 강철보다 경도가 강하면서 알루미늄보다 전성이 풍부한 엔지니어링 플라스틱(Engineering plastics)인 것이 바람직하다.The gasket 4 may be made of polypropylene (PPS), polyether ether ketone (PEEK), nylon, etc. Specifically, the gasket 4 may be made of an engineering plastic (Engineering plastics).

음극시트(6)는 음극활물질로 이루어지며, 일면이 캡(3)의 상판(31)에 전도성 접착제(12)에 의하여 부착된다.The negative electrode sheet 6 is made of a negative electrode active material and one surface thereof is attached to the upper plate 31 of the cap 3 by the conductive adhesive agent 12.

또한 음극시트(6)를 형성하는 음극활물질은 도전제 3 ~ 10 중량%와, 바인더 3 ~ 10 중량%와, 소프트카본 80 ~ 90 중량%로 이루어진다.The negative electrode active material for forming the negative electrode sheet 6 is composed of 3 to 10% by weight of a conductive agent, 3 to 10% by weight of a binder and 80 to 90% by weight of a soft carbon.

또한 음극시트(6)를 형성하는 음극활물질은 소프트카본, 하드카본, 천연흑연 등의 흑연계 재료로 이루어진다. 이때 음극활물질의 흑연계 재료의 표면에는 탄소나노튜브(Carbon nano-tube) 및 흑연(Graphite) 등의 도전성재질 1 ~ 20중량%가 코팅됨으로써 전기 전도성을 높이도록 하였다.The negative electrode active material forming the negative electrode sheet 6 is made of a graphite-based material such as soft carbon, hard carbon, natural graphite or the like. In this case, the surface of the graphite-based material of the anode active material is coated with 1 to 20 wt% of a conductive material such as carbon nano-tube and graphite, thereby enhancing electrical conductivity.

또한 음극시트(6)는 대략 12.5mm의 직경과, 0.5mm의 두께로 형성된다.The negative electrode sheet 6 is formed to have a diameter of approximately 12.5 mm and a thickness of 0.5 mm.

양극시트(5)는 일면이 케이스(2)의 바닥벽(21)에 전도성 접착제(11)에 의하여 부착된다.One side of the positive electrode sheet 5 is attached to the bottom wall 21 of the case 2 by means of the conductive adhesive 11.

또한 양극시트(5)는 대략 12.5mm의 직경과, 1.0mm의 두께로 형성된다.The positive electrode sheet 5 is formed to have a diameter of approximately 12.5 mm and a thickness of 1.0 mm.

또한 양극시트(5)를 형성하는 양극활물질은 도전제 3 ~ 10 중량%와, 바인더 3 ~ 10 중량%와, 리튬 화합물 5 ~ 50 중량%와, 활성탄 40 ~ 75 중량%가 혼합되어 이루어진다.The positive electrode active material for forming the positive electrode sheet 5 is composed of 3 to 10% by weight of a conductive agent, 3 to 10% by weight of a binder, 5 to 50% by weight of a lithium compound and 40 to 75% by weight of activated carbon.

또한 양극활물질은 1)습식공정 및 2)건식공정으로 제조될 수 있다.The cathode active material may also be prepared by 1) a wet process and 2) a dry process.

우선, 1)습식공정에 대해 살펴보면, 본 발명에서는 양극활물질 제조공정 시 도전제, 바인더, 리튬 화합물 및 활성탄의 함유량을 최적으로 조절하여 수명, 출력, 용량 및 자기방전 등의 전지성능을 현저히 개선시킬 수 있고, 이러한 양극활물질 습식공정은 후술되는 도 3에서 상세하게 설명하기로 한다.First, 1) Wet process will be described. In the present invention, the content of the conductive agent, the binder, the lithium compound and the activated carbon in the cathode active material production process is optimally controlled to remarkably improve the battery performance such as lifetime, output, capacity and self- Such a cathode active material wet process will be described in detail later with reference to FIG.

또한 2)건식공정에 대해 살펴보면, 일반적으로 리튬화합물은 제조 시 산소 및 물에 노출되는 경우 산화 및 용출 등의 반응을 발생시켜 커패시터의 성능을 저하시키는 특성을 갖기 때문에, 본 발명에서는 이러한 리튬화합물의 특성을 감안하여 양극시트(5)의 제조가 건식공정으로 이루어지도록 구성됨으로써 산소 및 물에 의한 리튬화합물의 반응을 철저하게 차단하여 리튬의 불필요한 사전 반응으로 인하여 커패시터의 수명, 출력 및 에너지밀도 등의 성능이 떨어지는 문제점을 방지하도록 하였다 이때 양극활물질의 제조공정은 후술되는 도 4 내지 6에서 상세하게 설명하기로 한다.In addition, since the lithium compound generally has a property of lowering the performance of a capacitor by generating a reaction such as oxidation and elution when exposed to oxygen and water at the time of production, The anode sheet 5 is formed in a dry process in consideration of the characteristics of the anode and the cathode so that the reaction of the lithium compound by oxygen and water is thoroughly blocked so that the life, output and energy density of the capacitor The manufacturing process of the cathode active material will be described in detail later with reference to FIGS. 4 to 6. FIG.

다시 말하면, 양극시트(5)의 양극활물질은 습식공정을 통해 도전제 3 ~ 10 중량%와, 바인더 3 ~ 10 중량%와, 리튬 화합물 5 ~ 50 중량%와, 활성탄 40 ~ 75 중량%가 용매인 아이코사펜타엔산(IPA, Isopropyl Alcohol)에 투입되어 혼련된 후 고온 롤에 의한 롤링공정을 통해 시트를 형성하게 된다.In other words, the positive electrode active material of the positive electrode sheet 5 is subjected to a wet process so that 3 to 10 wt% of a conductive agent, 3 to 10 wt% of a binder, 5 to 50 wt% of a lithium compound, and 40 to 75 wt% (IPA, isopropyl alcohol), kneaded, and then rolled by a high-temperature roll to form a sheet.

또한 양극시트(5)의 양극활물질은 건식공정을 통해 도전제 3 ~ 10 중량%와, 바인더 3 ~ 10 중량%와, 리튬 화합물 5 ~ 50 중량%와, 활성탄 40 ~ 75 중량%가 혼합 및 분산된 후 고온 롤에 의한 롤링공정을 통해 시트를 형성하게 된다.The positive electrode active material of the positive electrode sheet 5 is mixed and dispersed through a dry process by 3 to 10% by weight of the conductive agent, 3 to 10% by weight of the binder, 5 to 50% by weight of the lithium compound and 40 to 75% And a sheet is formed through a rolling process by a high-temperature roll.

이와 같이 습식공정 또는 건식공정을 통해 제조된 양극시트(5)는 전도성 접착제(11)에 의하여 케이스(2)의 바닥벽(21)에 일면이 부착되게 된다.The cathode sheet 5 produced through the wet process or the dry process is attached to the bottom wall 21 of the case 2 by the conductive adhesive 11.

도전제는 습식공정 또는 건식공정 시 전체 중량대비 3 ~ 10 중량%로 함유되어 양극을 형성한다. 이때 도전제는 만약 함유량이 3 중량% 미만이면 함유량이 과도하게 떨어져 전극효율이 떨어지게 되며, 만약 함유량이 10 중량% 이상이면 전극효율을 높아지나, 활성탄 및 리튬산화물의 함유량이 떨어져 용량 및 에너지밀도가 떨어지는 문제점이 발생한다.The conductive agent is contained in an amount of 3 to 10% by weight based on the total weight in the wet process or the dry process to form the anode. At this time, if the content is less than 3% by weight, the content of the conductive agent is excessively decreased and the electrode efficiency is lowered. If the content is more than 10% by weight, the electrode efficiency is increased but the content of activated carbon and lithium oxide is decreased. The problem of falling occurs.

또한 도전제는 습식공정 또는 건식공정 시 덴카블랙(Denka black), 슈퍼피(Super p), 켓첸블랙(Ketjenblack) 등과 같이 도전성이 우수한 카본블랙(Carbon black)이며, 상세하게로는 켓첸블랙(Ketjenblack)인 것이 바람직하다. 이때 본 발명에서는 도전제가 카본블랙인 것으로 예를 들어 설명하였으나, 도전제는 전극 조성 시 통상적으로 사용되는 은(Ag), 팔라듐(Pd) 등의 금속필러로 구성될 수 있음은 당연하다.The conductive agent is carbon black having excellent conductivity such as Denka black, Super p, Ketjenblack and the like in a wet process or a dry process. Specifically, Ketjenblack ). In the present invention, the conductive material is carbon black. However, it is natural that the conductive material may be a metal filler such as silver (Ag), palladium (Pd) or the like which is commonly used in the electrode composition.

바인더는 도전제, 리튬 화합물 및 활성탄의 기계적 혼합에 관여하여 이들 혼합물의 변형과 흐름에 관한 특성인 유변학적 특성을 결정한다.The binder participates in the mechanical mixing of the conducting agent, the lithium compound and the activated carbon to determine the rheological properties which are characteristic of deformation and flow of these mixtures.

또한 바인더는 습식공정 시 도전제, 리튬 화합물 및 활성탄이 용매와 혼합되어 니딩(kneading) 공정이 이루어진 이후 혼합물에 첨가된다. 즉 바인더는 후술되는 도 3의 2차 니딩(Kneading) 공정(S250) 이후에 혼합됨으로써 리튬화합물의 표면에 바인더가 고르게 분포되고, 이에 따라 도전제, 리튬화합물 및 활성탄의 혼합물에 접착력을 부여할 수 있게 된다.Further, the binder is added to the mixture after the conductive agent, the lithium compound, and the activated carbon are mixed with the solvent and kneaded in the wet process. That is, the binder is mixed after the secondary kneading step (S250) of FIG. 3 to be described later, whereby the binder is uniformly distributed on the surface of the lithium compound, thereby giving an adhesive force to the mixture of the conductive agent, the lithium compound, .

또한 바인더는 건식공정 시 고상으로 형성된다. 이때 바인더가 만약 액상으로 형성되면, 양극활물질의 건식공정 시 혼합물들을 혼합할 때 리튬 화합물의 리튬이 용제에 반응하여 용출되는 문제점이 발생하기 때문에 본 발명에서는 고상의 바인더를 적용하여 리튬 화합물의 불필요한 사전 반응을 철저하게 차단할 수 있었고, 이에 따라 리튬의 사전반응으로 인하여 리튬이온 커패시터(1)의 수명, 용량, 에너지 밀도가 저하되는 문제점을 방지 및 개선시킬 수 있게 된다.Further, the binder is formed into a solid phase during the dry process. In this case, when the binder is formed into a liquid phase, there arises a problem that the lithium of the lithium compound leaks out in response to the solvent when the mixture is mixed during the dry process of the cathode active material. Therefore, in the present invention, The reaction can be thoroughly prevented, thereby preventing and improving the problem that the lifetime, capacity and energy density of the lithium ion capacitor 1 are lowered due to the preliminary reaction of lithium.

또한 바인더는 양극활물질 대비 3 ~ 10 중량%로 함유된다. 이때 바인더는 만약 함유량이 3 중량% 미만이면 양극활물질의 접착력이 저하되며, 만약 함유량이 10 중량%를 초과하면 함유량이 과다하여 전극의 자체적인 직류저항(Rdc)이 증가하여 전극효율이 떨어지는 문제점이 발생하게 된다.The binder is contained in an amount of 3 to 10% by weight based on the positive electrode active material. If the content is less than 3% by weight, the adhesive strength of the cathode active material is lowered. If the content is more than 10% by weight, the content of the binder is excessive and the electrode resistance Rdc of the electrode increases, .

또한 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리비닐염화물(PVC), 폴리에틸렌(PE), 스틸렌부타디엔고무(SBR), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 불화고무 중 적어도 하나 이상이 선택되어 혼합 사용되며, 상세하게로는 폴리 테트라 플루오르에틸렌(PTFE)인 것이 바람직하다.The binder may also be selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), styrene butadiene rubber (SBR) Cellulose (CMC), and fluorinated rubber may be selected and mixed to be used. Specifically, it is preferable that polytetrafluoroethylene (PTFE) is used.

리튬 화합물은 충방전 시 리튬을 흡장 및 방출할 수 있는 LixMnyOz, LixTiyOz, LixCoyOz의 리튬이 함유된 산화물로서, 충방전 시 산화 및 환원되어 리튬 이온의 이동을 통해 에너지를 저장하여 커패시터의 용량을 증가시킨다. 이때 리튬 화합물은 활성탄의 물성에 의하여 활성탄의 표면에 흡착되기 때문에 커패시터의 출력특성이 현저히 증가하게 된다.The lithium compound is an oxide containing lithium of LixMnyOz, LixTyOz, and LixCoyOz capable of intercalating and deintercalating lithium upon charging and discharging. It is oxidized and reduced during charging and discharging to store energy through the movement of lithium ions to increase the capacity of the capacitor . At this time, since the lithium compound is adsorbed on the surface of activated carbon by the physical properties of the activated carbon, the output characteristic of the capacitor is remarkably increased.

또한 리튬 화합물은 양극활물질 대비 5 ~ 50 중량%로 함유된다. 이때 리튬 화합물은 만약 함유량이 5 중량% 미만이면 음극활물질로의 리튬 도핑양이 임계치 미만으로 이루어져 용량 및 에너지밀도가 설계범위에 미치지 못하게 되며, 만약 함유량이 50중량%를 초과하면 활성탄의 함유량이 상대적으로 떨어져 충방전 고효율, 수명특성 및 리튬이온 회수율이 떨어지게 된다.The lithium compound is contained in an amount of 5 to 50% by weight based on the weight of the cathode active material. If the content of the lithium compound is less than 5% by weight, the amount of lithium doping into the negative electrode active material is less than the threshold value, so that the capacity and the energy density do not fall within the design range. If the content exceeds 50% by weight, So that the charge / discharge efficiency, lifetime characteristics, and lithium ion recovery rate are lowered.

또한 리튬 화합물은 Li2MoO3, Li2MnO3, Li2NiO2, Li2PtO3, Li2IrO3, Li2RuO3, Li2SnO3, Li2ZrO3, Li5FeO4, Li6CoO4, 및 Li5MnO4 중 어느 하나이거나 또는 적어도 2종 이상의 혼합하여 형성될 수 있으며, 상세하게로는 Li6CoO4, 또는 Li2NiO2인 것이 바람직하다.The lithium compound may be any one of Li2MoO3, Li2MnO3, Li2NiO2, Li2PtO3, Li2IrO3, Li2RuO3, Li2SnO3, Li2ZrO3, Li5FeO4, Li6CoO4, and Li5MnO4, or may be formed by mixing at least two or more Li6CoO4 or Li2NiO2 .

활성탄은 야자껍질 등 가연성물질이 약 500℃의 탄화(Carbonization)와 약 900℃의 활성화(活性化, Activation) 과정을 거쳐 제조되는 흑색 탄소 입자로서, 넓은 의미로는 활성화제를 첨가하여 탄소질의 기능을 향상시킨 것으로 화학반응이나 결정격자를 일으키기 쉬운 상태로 변화되어 탄소질의 기능이 향상된 탄소를 의미한다.Activated carbon is a black carbon particle that is produced by a combustible material such as a coconut shell through carbonization at about 500 ° C and activation (activation) at about 900 ° C. In a broad sense, Which means that the carbonaceous function is improved by changing to a state in which chemical reaction or crystal lattice is likely to occur.

즉 활성탄은 표면적이 넓고 표면흡착이 강한 탄소질로 형성되어 표면 흡착에 의해 에너지를 저장할 수 있어 충방전 속도를 증가시킴과 동시에 물리적 반응을 통해 리튬이온을 흡착 및 탈착함으로써 커패시터의 고효율 출력 특성을 증가시킨다. That is, the activated carbon is formed of carbonaceous material having a large surface area and strong adsorption on the surface, which can store energy by surface adsorption, thereby increasing the charging / discharging rate and increasing the high efficiency output characteristic of the capacitor by adsorbing and desorbing lithium ions through physical reaction .

또한 활성탄은 목분계(hard wood), 야자수계, 코코넛계, 석유피치계, 페놀계(합성수지)를 탄화하여 비표면적이 300~3000㎡/g가되는 활성탄 중 적어도 하나 또는 이들을 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.Also, it is preferable that the activated carbon is made of at least one of activated carbon having a specific surface area of 300 to 3,000 m 2 / g carbonized by carbonizing a hardwood, palm tree, coconut, petroleum pitch, phenol (synthetic resin) Do.

또한 활성탄은 양극활물질의 전체중량 대비 40 ~ 75 중량%로 함유된다. 이때 활성탄은 만약 함유량이 40 중량% 미만이면 충방전 고효율, 수명특성 및 리튬이온 회수율이 떨어지며, 만약 함유량이 75 중량%를 초과하면 상대적으로 리튬 화합물의 함유량이 과도하게 낮아져 음극활물질로의 리튬 도핑양이 임계치 미만으로 이루어져 용량 및 에너지밀도가 설계범위에 미치지 못하게 된다.The activated carbon is contained in an amount of 40 to 75% by weight based on the total weight of the cathode active material. If the content of the activated carbon is less than 40% by weight, the charge / discharge efficiency, lifetime characteristics and lithium ion recovery rate are inferior. If the content exceeds 75% by weight, the content of the lithium compound is excessively low, Is less than the threshold value, the capacity and the energy density do not fall within the design range.

또한 활성탄은 1 내지 30㎛의 입경으로 형성되어 리튬화합물 및 도전제의 분산성을 높인다. In addition, the activated carbon is formed with a particle diameter of 1 to 30 mu m to increase the dispersibility of the lithium compound and the conductive agent.

또한 활성탄은 비표면적이 200~3000㎡/g의 활성탄으로 이루어지는 것이 바람직하다.The activated carbon preferably has a specific surface area of 200 to 3,000 m 2 / g of activated carbon.

또한 활성탄은 표면에 탄소나노튜브(Carbon nano-tube) 및 흑연(Graphite) 등의 도전성재질 1 ~ 20중량%가 코팅되어 전기 전도성을 개선시킬 수 있다.In addition, the surface of activated carbon can be coated with 1 to 20 wt% of a conductive material such as carbon nano-tube and graphite to improve electrical conductivity.

다시 도 2로 돌아가 세퍼레이터(7)를 살펴보면, 세퍼레이터(7)는 양극시트(5) 및 음극시트(6) 사이에 양면이 대접되게 설치된다.2, the separator 7 is provided between the positive electrode sheet 5 and the negative electrode sheet 6 in such a manner that both surfaces thereof are in contact with each other.

또한 세퍼레이터(7)는 200℃ 이상의 내열성을 갖는 재질인 유리섬유, PPS, PEEK 부직포 중 하나 또는 이들 중 2개 이상을 선택하여 적층하여 사용하는 것이 바람직하다.The separator 7 is preferably made of one or more of glass fiber, PPS, PEEK nonwoven fabric having a heat resistance of 200 ° C or more, and stacking them.

비전해성 전해액(8)은 케이스(2) 및 캡(3) 사이의 공간으로 주입되어 리튬이온의 이동경로를 제공하며, 리튬이온의 흡장 및 배출이 가능한 용질 및 전기이중층 용량을 발현하는 용질이 용매에 용해되어 이루어진다.The non-electrolytic electrolytic solution 8 is injected into a space between the case 2 and the cap 3 to provide a pathway for lithium ions, and a solute capable of intercalating and deintercalating lithium ions and a solute for expressing the electric double- .

또한 전해액의 전기이중층 용량을 발현하는 용질은, 테트라에틸암모늄헥사플루오르포스페이트(Tetraethylammoniumhexafluorophosphate, (C2H5)44NPF6)), 테트라에틸암모늄테트라플루오르보레이트(TetraethylammoniumTetrafluoroborate, (C2H5)44NPF4), 테트라에틸암모늄비스(트리플루오르메탄스르호닐)이미드(Tetraethylammoniumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide,(C2H5)44N-N(CF3SO2)2, Et4NTFSI, TEATFSI), 트리에틸메틸암모늄비스(트리플루오르메탄스르호닐)이미드(Triethylmethylammoniumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide, (C2H5)3CH3N-N(SO2CF3)2, Et3MeNTFSI, TEMATFSI),트리에틸 메틸암모늄비스(트리플루오르메탄술포닐)이미드(Triethylmethylammoniumbis (trifluoromethanesulfonyl) imide, (CH4(C2H5)3N-N(CF3SO2)2), 스피로-(1, 1')-비피로리지니움테트라플루오르보레이트(SPB-BF4) 중 적어도 이상이 선택되어 혼합되어 사용된다.The solute which expresses the electrical double layer capacity of the electrolyte is tetraethylammonium hexafluorophosphate (C2H5) 44NPF6), tetraethylammonium tetrafluoroborate (C2H5) 44NPF4), tetraethylammonium bis (trifluoro Triethylmethylammoniumbis (trifluoromethanesulfonyl) imide, (C2H5) 44N-N (CF3SO2) 2, Et4NTFSI, TEATFSI), triethylmethylammoniumbis (trifluoromethanesulfonyl) imide, (C 2 H 5) 3 N-N (CF 3 SO 2) 2), triethylmethylammoniumbis (trifluoromethanesulfonyl) imide, (CH 4 (C 2 H 5) 3 N-N (SO 3 CF 2) , And spiro- (1,1 ') -bipyrrolidinium tetrafluoroborate (SPB-BF4) are selected and mixed and used.

또한 전해액의 리튬이온을 흡장 방출할 수 있는 용질은, 과염소산리튬(Lithium perchlorate, LiClO4), 6불화인산리튬(Lithium hexafluorophosphate, LiPF6), 4불화붕산리튬(Lithium tetrafluoroborate, LiBF4), 3플루오르메틸설폰산리튬(Lithium trifluoromethanesulfonate, LiCF3SO3, LiTFS), 비스트리플루오르메틸술포닐이미드리튬(Lithium bis(trifluoro methanesulfonyl)imide, LiN(CF3SO2)2, LiTFSI), 비스펜타플루오르에탄술포닐이미드리튬(Lithium bis(pentafluoroethanesulfony)imide, LiN(SO2C2F5)2, LiBETI) 중 적어도 어느 하나 이상이 선택되어 혼합되어 사용된다.The solute capable of intercalating and deintercalating lithium ions in the electrolyte is preferably lithium perchlorate (LiClO4), lithium hexafluorophosphate (LiPF6), lithium tetrafluoroborate (LiBF4), 3-fluoromethylsulfonic acid Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, LiN (CF3SO2) 2, LiTFSI), bis (pentafluoroethanesulfonylimide) lithium bis pentafluoroethanesulfonylimide, LiN (SO2C2F5) 2, LiBETI) are selected and mixed to be used.

또한 전해액의 용매는, PropyleneCarbonate(PC), EthyleneCarbonate(EC), ButyleneCarbonate(BC), VinyleneCarbonate(VC), VinylEthyleneCarbonate(VEC), DimethylCarbonate(DMC), DiethylCarbonate(DEC), EthylMethylCarbonate(EMC), γ-Butyrolactone(GBL), γ-Valerolactone(GVL), NMethyl-2-Pyrrolidone(NMP), N,N-Dimethyl Formamide(DMF), 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinone(DMI), N,NDimethyl Acetamide(DMAC), Sulfolane(SL), Dimethyl Sulfoxide(DMSO), Acetonitorile(AN), Propionitorile(PN), Tetrahydrofuran(THF) 중 적어도 어느 하나 이상이 선택되어 혼합되어 사용된다.In addition, the solvent of the electrolytic solution can be selected from the group consisting of Propylene Carbonate (PC), Ethylene Carbonate (EC), Butylene Carbonate (BC), Vinylene Carbonate (VC), VinylEthylene Carbonate (VEC), Dimethyl Carbonate (DMC), Diethyl Carbonate N-Dimethyl Formamide (DMF), 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinone (DMI), N, N-Dimethyl Acetamide (DMAC) At least one or more selected from the group consisting of sulfolane (SL), dimethyl sulfoxide (DMSO), acetonitrile (AN), propionitrile (PN) and tetrahydrofuran (THF)

즉 본 발명의 리튬이온 커패시터(1)는 케이스(2) 및 캡(3)이 결합될 때 내부에 공간이 형성되고, 내부 공간에 양극시트(5), 음극시트(6) 및 세퍼레이터(7)가 설치된다.That is, the lithium ion capacitor 1 of the present invention has a space formed therein when the case 2 and the cap 3 are coupled, and the positive electrode sheet 5, the negative electrode sheet 6, and the separator 7 are formed in the internal space, Respectively.

이때 양극(Cathode)은 집전체인 케이스(2) 및 양극시트(5)를 포함하는 포지티브 전극(Positive electrode)이고, 음극(Anode)은 집전체인 캡(3) 및 음극시트(6)를 포함하는 네거티브 전극(Negative electrode)이다. At this time, a cathode is a positive electrode including a housing 2 and a positive electrode sheet 5, and a negative electrode includes a cap 3 and a negative electrode sheet 6 which are current collectors (Negative electrode).

도 3은 도 2의 양극시트의 습식공정 방법을 나타내는 공정 순서도이다.3 is a process flow chart showing a wet process method of the positive electrode sheet of FIG.

도 3의 양극시트의 습식공정 방법(S200)은 도전제 준비단계(S210)와, 활성탄 준비단계(S220), 리튬 화합물 제조단계(S230), 바인더 준비단계(S240), 1차 니딩(Kneading) 단계(S250), 2차 니딩(Kneading) 단계(S260), 3차 니딩(Kneading) 단계(S270), 1차 롤링(Rolling) 단계(S280), 2차 롤링(Rolling) 단계(S290), 커팅단계(S300)로 이루어진다.The wet process S200 of the cathode sheet of FIG. 3 includes a step of preparing a conductive agent S210, an activated carbon preparation step S220, a lithium compound manufacturing step S230, a binder preparation step S240, a primary kneading step S230, A second rolling step S290, a second rolling step S290, a third rolling step S270, a first rolling step S280, a second rolling step S290, a cutting step S250, a second kneading step S260, a third kneading step S270, Step S300.

도전제 준비단계(S210)는 덴카블랙(Denka black), tbvjbl(Super p), 켓첸블랙(Ketjenblack) 등과 같이 도전성이 우수한 카본블랙(Carbon black)인 도전제(분말)를 준비하는 공정단계이다.The conductive agent preparation step S210 is a process step of preparing a conductive agent (powder) which is carbon black having excellent conductivity such as denka black, tbvjbl (Super p), Ketjenblack and the like.

또한 도전제 준비단계(S210)에 의한 도전제는 양극활물질의 전체중량 대비 3 ~ 10 중량%로 함유된다. 이때 도전제의 함유량이 만약 3 중량% 미만이면 함유량이 과도하게 떨어져 전극효율이 떨어지게 되며, 만약 10 중량% 이상이면 전극효율을 높아지나, 활성탄 및 리튬산화물의 함유량이 떨어져 용량 및 에너지밀도가 떨어지는 문제점이 발생한다.The conductive agent by the conductive agent preparing step (S210) is contained in an amount of 3 to 10% by weight based on the total weight of the cathode active material. At this time, if the content of the conductive agent is less than 3% by weight, the content is excessively decreased and the electrode efficiency is lowered. If the conductive agent content is more than 10% by weight, the electrode efficiency is increased but the content of activated carbon and lithium oxide is decreased, Lt; / RTI >

활성탄 준비단계(S220)는 활성탄을 준비하는 공정단계이고, 활성탄은 목분계(hard wood), 야자수계, 코코넛계, 석유피치계, 페놀계(합성수지)를 탄화하여 비표면적이 300~3000㎡/g가되는 활성탄 중 적어도 하나 또는 이들을 혼합하여 제조한다. 이때 활성탄을 제조하는 공정은 통상적으로 사용되는 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.The activated carbon preparation step S220 is a process step for preparing activated carbon. Activated carbon is carbonized by hard wood, palm tree, coconut, petroleum pitch, phenol (synthetic resin) to have a specific surface area of 300 to 3000 m2 / g or at least one of these activated carbons. Since the process for producing activated carbon is a commonly used technique, a detailed description thereof will be omitted.

또한 활성탄 준비단계(S220)에 의한 활성탄은 양극활물질 대비 40 ~ 75 중량%로 함유된다. 이때 활성탄의 함유량이 만약 40 중량% 미만이면 충방전 고효율, 수명특성 및 리튬이온 회수율이 떨어지며, 만약 75 중량%를 초과하면 상대적으로 리튬 화합물의 함유량이 과도하게 낮아져 음극활물질로의 리튬 도핑양이 임계치 미만으로 이루어져 용량 및 에너지밀도가 설계범위에 미치지 못하게 된다.Also, the activated carbon by the activated carbon preparation step (S220) is contained in an amount of 40 to 75% by weight with respect to the cathode active material. If the content of activated carbon is less than 40 wt%, the charge / discharge efficiency, lifetime characteristics, and lithium ion recovery rate are inferior. If the content of activated carbon is more than 75 wt%, the content of lithium compound becomes excessively low, So that the capacity and the energy density do not fall within the design range.

리튬 화합물 제조단계(S230)는 충방전 시 리튬이온을 흡장 및 방출하여 커패시터의 용량 및 출력특성을 개선시킬 수 있는 리튬 화합물을 제조하는 공정단계이다.The lithium compound production step (S230) is a process step of producing a lithium compound capable of absorbing and releasing lithium ions during charging and discharging to improve capacity and output characteristics of the capacitor.

도 4는 도 3의 리튬 화합물 제조단계를 나타내는 공정순서도이다.Fig. 4 is a process flow chart showing the steps of producing the lithium compound of Fig. 3; Fig.

리튬 화합물 제조단계(S230)는 도 4에 도시된 바와 같이, 리튬염 용액을 제조하는 리튬염 용액 제조단계(S231)와, 리튬염 용액 제조단계(S231)에 의해 제조된 리튬염 용액을 분무열분해법으로 분해하여 중간체인 중간 복합 산화물의 분말을 생성하는 중간체 제조단계(S232)와, 중간체 제조단계(S232)에 의해 생성된 중간 복합 산화물의 분말리튬을 포함한 유기산염을 고상으로 혼합하는 혼합단계(S233)와, 혼합단계(S43)에 의해 혼합된 혼합물을 열처리하여 리튬 화합물을 생성하는 리튬계 산화물 제조단계(S234)로 이루어진다.As shown in FIG. 4, the lithium compound preparation step (S230) may include a lithium salt solution preparation step (S231) for preparing a lithium salt solution and a lithium salt solution prepared by a lithium salt solution preparation step (S231) A step (S232) of producing an intermediate complex oxide by decomposing the intermediate complex oxide (S232) and a step (S232) of mixing an organic acid salt including the powder lithium of the intermediate complex oxide produced by the intermediate production step (S232) S233) and a mixing step (S43) to heat-treat the mixture to produce a lithium compound (S234).

이때 도 4에서는 설명의 편의를 위해 중간체 제조단계(S232)가 분무열분해법을 통해 리튬염 용액을 분해하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 분해방식은 이에 한정되지 않으며, 고상반응법 및 습식법 등의 공지된 다양한 공정이 적용될 수 있음은 당연하다.In this case, in FIG. 4, for convenience of explanation, the intermediate preparation step (S232) has been described as decomposing the lithium salt solution through the spray pyrolysis method. However, the decomposition method is not limited to this, and the solid phase reaction method, It will be appreciated that various processes may be applied.

바인더 준비단계(S240)는 바인더를 준비하는 공정단계이고, 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리비닐염화물(PVC), 폴리에틸렌(PE), 스틸렌부타디엔고무(SBR), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 불화고무 중 적어도 하나 이상이 선택되어 혼합 사용된다.The binder preparation step S240 is a process step of preparing a binder and the binder is selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl chloride (PVC) At least one of polyethylene (PE), styrene butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC) and fluorinated rubber is selected and mixed.

또한 바인더 준비단계(S240)는 상세하게로는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene)을 용제에 첨가 및 혼합하여 40% 농도로 제조하였다.In detail, the binder preparation step (S240) was performed by adding polytetrafluoroethylene (PTFE) to the solvent and mixing them at a concentration of 40%.

또한 바인더 준비단계(S240)에 의한 바인더는 양극활물질 대비 3 ~ 10 중량%로 함유된다. 이때 바인더의 함유량이 만약 3 중량% 미만이면 양극활물질의 접착력이 저하되며, 만약 10 중량%를 초과하면 함유량이 과다하여 전극의 자체적인 직류저항(Rdc)이 증가하여 전극효율이 떨어지는 문제점이 발생하게 된다.The binder prepared by the binder preparation step (S240) is contained in an amount of 3 to 10% by weight based on the positive electrode active material. If the content of the binder is less than 3% by weight, the adhesive force of the positive electrode active material decreases. If the content of the binder is more than 10% by weight, the content of the binder is excessive and the electrode resistance Rdc of the electrode increases. do.

1차 니딩(Kneading) 단계(S250)는 도전제 준비단계(S210)에 의한 도전제 3 ~ 10 중량%와, 활성탄 준비단계(S220)에 의한 활성탄 40 ~ 75 중량%와, 리튬 화합물 제조단계(S230)에 의해 제조된 리튬 화합물 5 ~ 50 중량%를, 반죽장비인 니더(Kneader)에 투입한 후 5 ~ 20분 동안 10 ~ 50rpm의 속도로 교반하여 혼합시키는 단계이다. The primary kneading step S250 may include the step of preparing the conductive agent by the conductive preparation step S210 at a concentration of 3 to 10 wt%, the step of preparing the activated carbon at the step S220 of 40 to 75 wt% S230) is added to a kneader (Kneader) for kneading, followed by stirring at a speed of 10 to 50 rpm for 5 to 20 minutes to mix the lithium compound.

2차 니딩(Kneading) 단계(S260)는 1차 니딩(Kneading) 단계(S250)를 수행한 니더(Kneader)에 용매를 투입한 후 5 ~ 10 분 동안 10 ~ 50rpm의 속도로 교반하여 혼합시키는 단계이다.The second kneading step S260 is a step of injecting a solvent into a kneader which has undergone a first kneading step S250 and stirring the mixture at a speed of 10 to 50 rpm for 5 to 10 minutes to be.

이때 용매는 아이코사펜타엔산(IPA, Isopropyl Alcohol), 프로스타글란딘(PG, Prostaglandin), 폴리에틸렌글리콜(PEG, polyethylene glycol) 등과 순수(H2O)를 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지는 않으며, 상세하게로는 아이코사펜타엔산(IPA)을 사용하는 것이 바람직하다. At this time, the solvent may be pure water (H2O) mixed with IPA (isopropyl alcohol), prostaglandin (PG), polyethylene glycol (PEG) or the like, but is not limited thereto. It is preferable to use icosapentaenoic acid (IPA).

3차 니딩(Kneading) 단계(S270)는 2차 니딩(Kneading) 단계(S260)를 수행한 니더(Kneader)에, 바인더 준비단계(S240)에 의한 바인더(농도 40%) 3 ~ 10 중량%를 투입하며, 10 ~ 30분 동안 10 ~ 50rpm의 속도로 교반하여 혼합시키는 단계이다.In the third kneading step S270, a binder (concentration of 40%) by the binder preparation step S240 of 3 to 10% by weight is added to the kneader that has performed the second kneading step S260 And the mixture is stirred for 10 to 30 minutes at a speed of 10 to 50 rpm.

또한 3차 니딩(Kneading) 단계(S270)는 바인더 투입 시 분산 안정제를 함께 첨가할 수 있고, 분산 안정제로 전극의 유연성 및 높은 기계적 강도 특성을 위해 폴리비닐피롤리돈(PVP, polyvinylpyrrolidone)을 검가할 수 있다. 이때 분산이 안정화되기 위해서는 입자끼리의 충돌에 의한 응집을 방지해 주어야 하고, 이러한 응집을 방지하기 위해 분산 안정제로 폴리비닐피롤리돈(PVP)이 사용되며, 폴리비닐피롤리돈(PVP)은 입자 표면에 흡착하여 입자에 전하를 주며, 입체적인 보호막 구실을 하여 입자의 응집을 막아준다. Also, in the third kneading step (S270), a dispersion stabilizer may be added together when the binder is added, and polyvinylpyrrolidone (PVP) may be sieved as a dispersion stabilizer for the flexibility and high mechanical strength of the electrode . In order to stabilize the dispersion, it is necessary to prevent agglomeration due to collision between particles. In order to prevent such aggregation, polyvinyl pyrrolidone (PVP) is used as a dispersion stabilizer, and polyvinyl pyrrolidone (PVP) It adsorbs on the surface to give charge to the particles, and it acts as a three-dimensional protective film to prevent aggregation of particles.

1차 롤링(Rolling) 단계(S280)는 3차 니딩(Kneading) 단계(S270)에 의해 혼합 분산된 혼합물을, 고온 수직롤을 이용하여 압착시키는 공정단계이고, 2차 롤링(Rolling) 단계(S290)는 1차 롤링(Rolling) 단계(S280)에 의해 압착된 혼합물을 저온 수평롤을 이용하여 압착함으로써 전술하였던 양극시트(5)를 제작하는 공정단계이다.The primary rolling step S280 is a process step of pressing the mixed and dispersed mixture by a high-temperature vertical roll by a third-order kneading step S270, and a secondary rolling step S290 Is a process step of manufacturing the above-described anode sheet 5 by pressing the mixture pressed by the primary rolling step S280 using a low-temperature horizontal roll.

커팅단계(S300)는 공지된 커팅장비를 이용하여 2차 롤링(Rolling) 단계(S290)에 의해 제조된 양극시트(5)를 대략 12.5mm의 직경과, 1.0mm의 두께의 원판 형상으로 절개하는 공정단계이다.In the cutting step S300, the cathode sheet 5 manufactured by the second rolling step S290 is cut into a disk shape having a diameter of about 12.5 mm and a thickness of 1.0 mm by using a known cutting equipment Process step.

이와 같이 본 발명의 일실시예인 양극시트(5)는 도 3과 4의 습식공정을 통해, 도전제 3 ~ 10 중량%와, 바인더(농도 40%) 3 ~ 10 중량%와, 리튬 화합물 5 ~ 50 중량%와, 활성탄 40 ~ 75 중량%의 최적의 함유량으로 제조됨으로써 수명, 출력, 용량 및 자기방전 등의 전지성능을 현저히 개선시킬 수 있으며, 에너지밀도가 높아 소형화 제작이 가능하고, 종래의 코인형 전기이중층 커패시터(EDLC)에 비교하여 사용전압이 높고 2배 이상의 용량을 기대할 수 있게 된다.As described above, the positive electrode sheet 5 according to one embodiment of the present invention is produced by the wet process of FIGS. 3 and 4 in which the binder 3 to 10% by weight, the binder 3 to 10% 50% by weight of activated carbon, and 40 to 75% by weight of activated carbon. Thus, battery performance such as lifetime, output, capacity and self-discharge can be remarkably improved and energy density can be made small, It is possible to expect a higher voltage and a capacity more than twice as high as that of a doll electric double layer capacitor (EDLC).

도 5는 도 2의 양극시트의 습식공정을 나타내는 공정 순서도이다.5 is a process flow chart showing a wet process of the positive electrode sheet of FIG.

도 5의 양극시트의 습식공정 방법(S400)은 도전제 준비단계(S410)와, 활성탄 준비단계(S420), 리튬 화합물 제조단계(S430), 바인더 준비단계(S440), 분말 믹싱단계(S450), 분쇄 및 바인더 성장단계(S460), 분산단계(S470), 1차 롤링단계(S480), 2차 롤링단계(S490), 커팅단계(S500)로 이루어진다.The wet process (S400) of the positive electrode sheet of FIG. 5 includes the steps of preparing a conductive agent (S410), preparing activated carbon (S420), preparing a lithium compound (S430), preparing a binder (S440) A grinding and binder growing step S460, a dispersing step S470, a first rolling step S480, a second rolling step S490, and a cutting step S500.

도전제 준비단계(S410), 활성탄 준비단계(S420), 리튬 화합물 제조단계(S430)는 전술하였던 도 3과 4의 도전제 준비단계(S210), 활성탄 준비단계(S220), 리튬 화합물 제조단계(S230)와 동일한 방법 및 과정으로 진행된다.The conductive agent preparing step S410, the activated carbon preparing step S420 and the lithium compound preparing step S430 are the same as the conductive agent preparing step S210, the activated carbon preparing step S220, the lithium compound preparing step S230). ≪ / RTI >

바인더 준비단계(S440)는 고상의 바인더를 준비하는 공정단계이다. 이때 전술하였던 도 3의 바인더 준비단계(S240)는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE, Polytetrafluoroethylene)을 용제에 첨가 및 혼합하여 40% 농도로 제조하도록 구성되었으나, 본 발명에서는 바인더를 고상의 분말형태의 바인더를 적용한다.The binder preparing step S440 is a process step of preparing a solid binder. 3, the binder preparation step S240 of FIG. 3 is configured to add and mix polytetrafluoroethylene (PTFE) to a solvent to prepare the binder at a concentration of 40%. However, in the present invention, the binder may be a solid- Is applied.

이때 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리비닐염화물(PVC), 폴리에틸렌(PE), 스틸렌부타디엔고무(SBR), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 불화고무 중 적어도 하나 이상이 선택되어 혼합 사용된다.The binder may be selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), styrene butadiene rubber (SBR) Cellulose (CMC), and fluorinated rubber are selected and mixed.

즉 바인더 준비단계(S440)는 바인더를 고상으로 적용함으로써 분쇄 및 바인더 성장단계(S460) 시 리튬 화합물이 용제에 반응하여 커패시터의 수명, 용량 및 에너지 밀도가 저하되는 문제점을 해결할 수 있게 된다.That is, the binder preparing step S440 can solve the problem that the lithium compound reacts with the solvent during the crushing and binder growing step (S460) to reduce the lifetime, capacity and energy density of the capacitor by applying the binder to the solid phase.

또한 바인더 준비단계(S440)에 의한 바인더는 양극활물질 대비 3 ~ 10 중량%로 함유된다. 이때 바인더의 함유량이 만약 3 중량% 미만이면 양극활물질의 접착력이 저하되며, 만약 10 중량%를 초과하면 함유량이 과다하여 전극의 자체적인 직류저항(Rdc)이 증가하여 전극효율이 떨어지는 문제점이 발생하게 된다.Also, the binder by the binder preparation step (S440) is contained in an amount of 3 to 10% by weight based on the positive electrode active material. If the content of the binder is less than 3% by weight, the adhesive force of the positive electrode active material decreases. If the content of the binder is more than 10% by weight, the content of the binder is excessive and the electrode resistance Rdc of the electrode increases. do.

분말 믹싱단계(S450)는 도전제 준비단계(S410)에 의한 도전제 3 ~ 10 중량%와, 활성탄 준비단계(S420)에 의한 활성탄 40 ~ 75 중량%와, 리튬 화합물 제조단계(S430)에 의해 제조된 리튬 화합물 5 ~ 50 중량%를 질소 분위기 하에서 혼합시키는 공정단계이다.The powder mixing step S450 is performed by the conductive agent preparing step S410 by the conductive agent 3 to 10% by weight, the activated carbon preparing step S420 by the activated carbon 40 to 75% by weight, and the lithium compound preparing step S430 And 5 to 50% by weight of the lithium compound thus prepared are mixed in a nitrogen atmosphere.

즉 분말 믹싱단계(S450)는 혼합이 이루어지는 챔버를 진공상태로 형성한 후 질소 퍼징을 통해 도전제, 활성탄 및 리튬 화합물을 혼합시킴으로써 리튬 화합물이 산소에 반응하여 산화되는 현상을 철저하게 차단하여 리튬 이온의 안전하고 효율적인 도핑이 이루어지도록 하였고, 이에 따라 커패시터의 고수명, 고출력 및 고에너지 밀도의 성능을 높일 수 있게 된다.That is, in the powder mixing step S450, the chamber in which the mixing is performed is formed in a vacuum state, and then the conductive agent, the activated carbon and the lithium compound are mixed through nitrogen purging to thoroughly block the phenomenon that the lithium compound is oxidized in response to oxygen, The doping of the capacitor can be performed safely and efficiently, thereby improving the performance of the capacitor, high output, and high energy density.

분쇄 및 바인더 성장단계(S460)는 분말 믹싱단계(S450)에 의해 혼합된 도전제, 활성탄 및 리튬 화합물의 혼합물과, 바인더 준비단계(S440)에 의한 고상의 바인더(전체중량 대비 바인더 3 ~ 10 중량%를 파우더 믹서장비를 이용하여 혼합시킴과 동시에 파우더 믹서장비의 고속회전 나이프의 회전속도의 제어를 통해 바인더를 성장(연신) 시키기 위한 공정단계이다. The milling and binder growing step S460 is a step of mixing the conductive agent, the activated carbon and the lithium compound mixed by the powder mixing step S450 and the solid binder by the binder preparing step S440 % By using a powder mixer equipment and controlling the rotation speed of the high-speed rotary knife of the powder mixer equipment to grow (stretch) the binder.

또한 분쇄 및 바인더 성장단계(S460)는 파우더 믹서장비의 고속회전 나이프를 3000 ~ 5000rpm으로 회전시킨다. Also, the pulverizing and binder growing step (S460) rotates the high-speed rotary knife of the powder mixer equipment at 3000 to 5000 rpm.

일반적으로, 분말형태의 시료들을 혼합 및 분쇄시키는 장비로는 볼들과의 충돌을 통해 이종 분말들을 분쇄시키는 볼밀과, 고압의 공기를 유입하여 분말들 간의 충돌을 유발하여 시료들을 분쇄시키는 제트밀과, 사발로 시료를 충돌시켜 시료를 분쇄시키는 마노사발 등의 다양한 방식이 있다.In general, the equipment for mixing and crushing powdery samples includes a ball mill for crushing the different powders through collision with balls, a jet mill for crushing the samples by introducing high pressure air to induce collision between the powders, And an agate bowl in which a sample is crushed to crush the sample.

그러나 본 발명의 분쇄 및 바인더 성장단계(S460)는 혼합물(도전제, 활성탄, 리튬화합물을 포함) 및 바인더를 혼합시킴과 동시에 바인더를 성장(연신) 시키기 위한 목적으로 파우더 믹서장비를 필수적으로 적용하였다.However, the pulverizing and binder growing step (S460) of the present invention is essentially used for mixing powder (including a conductive agent, an activated carbon, lithium compound) and a binder and for growing (stretching) a binder .

이하, 본 발명에 종래의 다른 분쇄장비가 아닌 파우더 믹서장비를 적용한 이유에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the reason why the powder mixer apparatus, which is not a conventional grinding apparatus, is applied to the present invention will be described.

본 발명은 양극활물질에 리튬 화합물을 첨가하여 커패시터의 성능 개선을 기대할 수 있으나, 산소 및 물에 의해 반응을 일으키는 리튬 화합물의 물성을 감안하여 리튬 화합물의 사전 반응을 차단하도록 하였고, 이러한 방안으로 고상의 바인더를 적용하였다.In the present invention, a lithium compound is added to a cathode active material to improve the performance of a capacitor. However, in consideration of the physical properties of a lithium compound which reacts with oxygen and water, the preliminary reaction of a lithium compound is blocked. Binder.

이때 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리비닐염화물(PVC), 폴리에틸렌(PE), 스틸렌부타디엔고무(SBR), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 불화고무 중 적어도 하나 이상이 선택되어 혼합 사용된다.The binder may be selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), styrene butadiene rubber (SBR) Cellulose (CMC), and fluorinated rubber are selected and mixed.

즉, 바인더는 고상으로 제작된다고 할지라도, 외면이 고강도를 형성하지 못하고 자체적인 탄성을 갖게 된다.That is, even if the binder is made into a solid phase, the outer surface does not form a high strength and has its own elasticity.

이에 따라 바인더는 통상의 볼밀, 제트밀, 마노사발에 의해서는 성장(연식) 되지 못하게 되고, 이러한 바인더의 미성장(미연식)은 도전제, 활성탄 및 리튬 화합물에게 변형성 및 유동성을 부여하지 못하여 이들을 바인딩하기 위한 바인더로서의 기능을 상실하게 된다.As a result, the binder can not be grown (softened) by a conventional ball mill, a jet mill, and an agate bowl, and the unfavorable growth of the binder (unfrequency) does not impart the deformability and fluidity to the conductive agent, the activated carbon and the lithium compound, The function as a binder for binding is lost.

그러나 본 발명은 분쇄 및 바인더 성장단계(S460) 시 파우더 믹서장비를 적용함으로써 바인더의 혼합 및 성장(연식)이 가능하도록 하였다. 그 이유는 바인더는 파우더 믹서장비는 고속회전 나이프에 의하여 바인더의 운동에너지를 증가시킬 수 있으며, 고속회전 나이프가 바인더에 충격가속도를 발생시킴과 동시에 커팅 역할을 하여 바인더가 성장(연식) 하는 것이다.However, the present invention enables the mixing and growth (softening) of the binder by applying the powder mixer equipment during the grinding and binder growing step (S460). The reason for this is that the powder mixer equipment of the binder can increase the kinetic energy of the binder by the high-speed rotary knife, and the high-speed rotary knife generates the shock acceleration to the binder,

즉 바인더는 자체적으로 탄성을 가질 뿐만 아니라 임계치 이상의 열에너지 및 운동에너지가 가해지면 성장(연신) 하는 물성이 있기 때문에 파우더 믹서장비와 같이 고속회전 나이프를 구비하는 분쇄장비를 이용하여야만 성장(연식) 하게 된다.That is, the binder has its own elasticity and grows (stretches) only by using a crushing machine equipped with a high-speed rotary knife such as a powder mixer because it has physical properties to grow (stretch) when thermal energy and kinetic energy above a threshold value are applied .

이때 바인더의 성장(연식)은 고속회전 나이프의 회전속도에 따라 다르기 때문에, 고속회전 나이프를 구비한 파우더 믹서장비를 사용한다고 할지라도 고속회전 나이프의 회전속도가 임계범위에 포함되지 못하면, 바인더의 성장(연식)이 이루어지지 않거나 또는 더디게 진행되는 문제점이 발생하게 된다.In this case, since the growth of the binder differs depending on the rotation speed of the high-speed rotary knife, even if the powder mixer equipped with the high-speed rotary knife is used, if the rotation speed of the high-speed rotary knife is not included in the critical range, (Yearly) is not performed or the problem of slow progress occurs.

이에 따라 본 발명에서는 후술되는 실험예2를 통해 고속회전 나이프의 회전속도가 3000 ~ 5000rpm일 때 바인더의 성장(연식)이 최적으로 이루어진다는 것을 확인할 수 있었다.Accordingly, in the present invention, it is confirmed that the growth of the binder (softening) is optimized when the rotation speed of the high-speed rotary knife is 3000 to 5000 rpm.

도 6의 (a)는 본 발명의 바인더가 성장하기 이전 혼합물의 상태를 나타내는 예시도이고, (b)는 바인더가 소정 성장하였을 때 혼합물의 상태를 나타내는 예시도이고, (c)는 바인더가 완전 성장하였을 때 혼합물의 상태를 나타내는 예시도이다.FIG. 6 (a) is an exemplary view showing the state of the mixture before the binder of the present invention grows, (b) is an exemplary view showing the state of the mixture when the binder is grown in a predetermined manner, And shows the state of the mixture when grown.

바인더(440)는 파우더 믹서장비가 동작하지 않아 아직 성장이 이루어지지 않은 경우, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 구형을 형성하게 되고, 이에 따라 도전제(410), 리튬 화합물(420) 및 활성탄(430)을 바인딩하기 위한 역할을 전혀 수행하지 못한다.The binder 440 forms a spherical shape as shown in FIG. 6 (a), so that the conductive agent 410, the lithium compound 420, And the activated charcoal 430, as shown in FIG.

이러한 상태에서 파우더 믹서장비가 동작하여 고속회전 나이프에 의하여 바인더가 소정 성장(연식)하는 경우, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 바인더(440)가 구형에서 선형으로 늘어뜨려지게 되고, 이에 따라 도전제(410), 리튬 화합물(420) 및 활성탄(430)의 일부분을 바인딩 할 수 있게 된다.In this state, when the powder mixer apparatus is operated and the binder is grown by a high-speed rotary knife in a predetermined growth (soft type), the binder 440 is linearly drawn in a spherical shape as shown in FIG. 6 (b) So that it is possible to bind a part of the conductive agent 410, the lithium compound 420 and the activated carbon 430.

도 6의 (c)에 도시된 바와 같이 바인더(440)는 완전 성장(연신)하게 되면, 완전 선형으로 늘어뜨려지게 되고, 이에 따라 도전제(410), 리튬 화합물(420) 및 활성탄(430) 전체를 바인딩 함으로써 양극활물질(400)의 변형성 및 유동성을 부여할 수 있게 된다.6 (c), when the binder 440 is completely grown (stretched), the conductive agent 410, the lithium compound 420, and the activated carbon 430 are completely linearly drawn, It is possible to impart the deformability and fluidity of the cathode active material 400 by binding the whole.

즉 양극활물질 건식공정 시 고속회전 나이프를 구비한 믹서장비를 이용하여 도전제, 활성탄, 리튬 화합물 및 바인더를 2차 혼합시킴으로써 나이프와의 충돌 및 컷팅에 의하여 바인더의 성장(연식)이 효율적으로 이루어지게 된다.That is, in the cathode active material dry process, the conductive agent, activated carbon, lithium compound, and binder are mixed with each other by using a mixer equipped with a high-speed rotary knife so that the binder can be efficiently grown (collapsed) do.

다시 도 5로 돌아가 분산단계(S470)를 살펴보면, 분산단계(S470)는 분쇄 및 바인더 성장단계(S460)에 의해 바인딩 된 혼합물을 제트밀을 이용하여 분산시킴과 동시에 입자들을 균일화시키는 공정단계이다.Referring again to FIG. 5, the dispersing step S470 is a processing step of dispersing the bound mixture by the milling and binder growing step S460, while uniformly dispersing the particles using the jet mill.

1차 롤링단계(S480)는 분산단계(S470)에 의한 혼합물을 고온 수직롤을 이용하여 압착시키는 공정단계이고, 2차 롤링단계(S490)는 1차 롤링단계(S480)에 의해 압착된 혼합물을 저온 수평롤을 이용하여 압착함으로써 전술하였던 양극시트(5)를 제작하는 공정단계이다.The primary rolling step S480 is a process step of squeezing the mixture by the dispersion step S470 using a hot vertical roll and the secondary rolling step S490 is a step of rolling the mixture squeezed by the primary rolling step S480 And then pressing the sheet using a low-temperature horizontal roll to manufacture the anode sheet 5 described above.

커팅단계(S500)는 공지된 커팅장비를 이용하여 2차 롤링단계(S490)에 의해 제조된 양극시트(5)를 대략 12.5mm의 직경과, 1.0mm의 두께의 원판 형상으로 절개하는 공정단계이다.The cutting step S500 is a step of cutting the cathode sheet 5 produced by the second rolling step S490 using a known cutting equipment into a disk shape having a diameter of approximately 12.5 mm and a thickness of 1.0 mm .

이하, 본 발명의 일실시예인 리튬이온 커패시터에 관해 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명한다. 또한 다음의 실시예들은 설명의 목적을 위한 것으로, 본 발명의 보호범위를 제한하지 않는다.Hereinafter, a lithium ion capacitor according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to embodiments. The following embodiments are for illustrative purposes only and do not limit the scope of protection of the present invention.

[실시예 1][Example 1]

실시예 1의 양극시트는 전술하였던 도 3과 4의 습식공정을 통해 제조되었다.The positive electrode sheet of Example 1 was produced through the wet process of Figs. 3 and 4 described above.

또한 실시예 1의 제조공정을 살펴보면, 리튬화합물(Li2NiO2)과 활성탄을 4대 1의 중량비로 혼합한 후 이들의 혼합물 85 중량%와, 도전제(카본블랙) 10 중량%와, 바인더(PTFE 분말) 5 중량%를 용매(IPA, Isopropyl Alcohol)에 첨가하여 혼련한 후 롤러를 이용하여 압착시킨 후 직경 12.5mm, 두께 1.0mm의 크기로 커팅 시켜 양극시트를 제조하였다.(Li2NiO2) and activated carbon were mixed at a weight ratio of 4: 1. Then, 85 weight% of the mixture, 10 weight% of a conductive agent (carbon black), 10 weight% of a binder ) Was added to a solvent (IPA, Isopropyl Alcohol), kneaded, pressed by using a roller, and cut to a size of 12.5 mm in diameter and 1.0 mm in thickness to prepare a positive electrode sheet.

또한 분쇄 및 혼합이 완료되면 혼합물을 수직으로 구성된 롤러(Roller)로 통과시켜 혼합물을 압착시킴으로써 양극시트(5)를 제조하였고, 제조된 양극시트(5)를 직경 12.5mm, 두께 1.0mm의 크기로 커팅 하였다.After the pulverization and mixing were completed, the mixture was passed through a vertically configured roller to press the mixture, thereby preparing a positive electrode sheet 5. The produced positive electrode sheet 5 had a diameter of 12.5 mm and a thickness of 1.0 mm Cut.

이후 공지된 디스펜서(Dispenser)를 이용하여 케이스(2)의 바닥벽(21)과 캡(3)의 상판(31)에 도전성 접착제(11), (12)들을 각각 도포한 후 음극시트 및 양극시트를 각각 부착한 후 대기 순환 오븐(Convection Oven)을 이용하여 4시간 동안 250℃의 고온으로 건조공정을 수행하였고, -50℃ 이하의 노점을 갖는 드라이룸 안에서 건조된 전극이 부착된 캡과 케이스에 비수성 전해액을 함침 시킨 후 비수성 전해액이 함침된 전극이 부착된 캡으로 PP(Poly Propylene)로 제작된 절연성의 링 패킹을 끼우고 PP(Poly Propylene) 로 제작된 부직포로 제작된 절연성 세퍼레이터를 개재시켰으며, 최종적으로 절연성 링 패킹이 부착된 캡을 케이스에 삽입시킨 후 일정한 힘으로 가압하여 리튬이온 커패시터를 제조하였다. Conductive adhesives 11 and 12 are applied to the bottom wall 21 of the case 2 and the top plate 31 of the cap 3 by using a dispenser and then the negative electrode sheet and the positive electrode sheet And then dried at a high temperature of 250 ° C for 4 hours using an atmospheric circulation oven and dried in a drier having a dew point below -50 ° C. A non-aqueous electrolyte impregnated cap with an electrode impregnated with a non-aqueous electrolyte, an insulating ring packing made of polypropylene (PP), an insulating separator made of nonwoven fabric made of polypropylene (PP) Finally, a cap with an insulative ring packing was inserted into the case, and then the lithium ion capacitor was produced by pressing with a constant force.

이때 리튬이온 커패시터는 18.5mm의 직경과, 2.0mm의 두께의 크기로 제조된다.At this time, the lithium ion capacitor is manufactured with a diameter of 18.5 mm and a thickness of 2.0 mm.

이와 같이 제작된 리튬이온 커패시터는 정전압 4.0V, 정전류 1mA로 12시간 동안 충전된다.The thus fabricated lithium ion capacitor is charged at a constant voltage of 4.0 V and a constant current of 1 mA for 12 hours.

[실시예 2][Example 2]

실시예 2의 양극시트는 전술하였던 도 5의 건식공정을 통해 제조되었다.The positive electrode sheet of Example 2 was produced through the dry process of Fig. 5 described above.

또한 실시예 2의 제조공정을 살펴보면, 리튬화합물(Li2NiO2)과 활성탄을 4대 1의 중량비로 혼합한 후 이들의 혼합물 85 중량%와, 도전제(카본블랙) 10 중량%와, 바인더(PTFE 분말) 5 중량%를 첨가하여 혼합하였다. 이때 바인더는 고상의 분말이 적용되었고, 용매는 사용되지 않는다.(Li2NiO2) and activated carbon were mixed in a weight ratio of 4: 1. Then, 85% by weight of the mixture, 10% by weight of a conductive agent (carbon black), a binder ) Were added and mixed. At this time, a solid phase powder is applied to the binder, and no solvent is used.

이러한 상태의 혼합물을 공지된 파우더 믹서장비로 유입시킨 후 3000 ~ 5000rpm의 회전속도로 혼합물을 분쇄시킨다. 이때 혼합물의 바인더는 고속회전 나이프에 의한 충격가속도에 의하여 운동에너지가 증가하여 성장(연식)될 뿐만 아니라 믹싱된 혼합물을 고르게 분쇄할 수 있는 효과를 갖는다. The mixture in this state is introduced into a known powder mixer equipment and the mixture is pulverized at a rotation speed of 3000 to 5000 rpm. At this time, the binder of the mixture has an effect of increasing the kinetic energy by the acceleration of the impact by the high-speed rotary knife and not only growing (softening) but also crushing the mixed mixture evenly.

이후의 제조공정은 실시예1과 동일한 방식으로 수행되었다.The subsequent manufacturing process was carried out in the same manner as in Example 1.

[비교예 1][Comparative Example 1]

비교예 1은 습식공정으로 제조되는 전기이중층 커패시터(EDLC)이다.Comparative Example 1 is an electric double layer capacitor (EDLC) manufactured by a wet process.

또한 비교예 1은 야자수계 활성탄 분말 80 중량%와, 도전제(카본블랙) 10 중량%와, 바인더(PTFE;농도 40%) 10 중량%를 첨가하여 혼련하여 제조하였다. 이때 용매로는 물과 IPA(Isopropyl Alcohol)를 사용하였다.Comparative Example 1 was prepared by adding 80 wt% of palm-based activated carbon powder, 10 wt% of a conductive agent (carbon black), and 10 wt% of a binder (PTFE; Water and IPA (isopropyl alcohol) were used as solvents.

또한 이러한 과정을 통해 제조된 분극성 전극 시트를 직경 12.5mm, 두께 0.7mm의 크기로 커팅 하여 분극성 전극들을 제조하였다.In addition, the polarized electrode sheet prepared through this process was cut to a size of 12.5 mm in diameter and 0.7 mm in thickness to prepare polarized electrodes.

이후의 제조공정은 실시예1과 동일한 방식으로 수행되었다.The subsequent manufacturing process was carried out in the same manner as in Example 1.

[비교예 2][Comparative Example 2]

비교예 2는 건식공정으로 제조되는 전기이중층 커패시터(EDLC)이다.Comparative Example 2 is an electric double layer capacitor (EDLC) manufactured by a dry process.

비교예 2는 야자수계 활성탄 분말 80 중량%와, 도전제(카본블랙) 10 중량%와, 고상의 바인더 10 중량%를 혼합하여 실시예 1의 방법으로 분극성 전극들을 제조하였다.In Comparative Example 2, polarizable electrodes were prepared by mixing 80 wt% of palm-based activated carbon powder, 10 wt% of a conductive agent (carbon black), and 10 wt% of a solid phase binder.

다음의 표 1은 실시예 1 내지 2와, 비교예 1 내지 2의 성능을 비교하기 위한 것이다.The following Table 1 is for comparing the performance of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.

항 목Item 실시예1
(LIC)
습식공정
Example 1
(LIC)
Wet process
실시예2
(LIC)
건식공정
Example 2
(LIC)
Dry process
비교예1
(EDLC)
습식공정
Comparative Example 1
(EDLC)
Wet process
비교예2
(EDLC)
건식공정
Comparative Example 2
(EDLC)
Dry process
작동전압(V)Operating Voltage (V) 3.8V3.8V 3.8V3.8V 2.8V2.8V 2.8V2.8V 초기용량(F)Initial capacity (F) 3.9F3.9F 4.1F4.1F 2.0F2.0F 2.1F2.1F 자가방전(V)
(1시간 충전 후 24시간 방치 후 전압)
Self-discharge (V)
(Voltage for 24 hours after charging for 1 hour)
3.71V3.71V 3.75V3.75V 2.21V2.21V 2.35V2.35V
50,000회 충방전 이후 용량 감소율
(100개 평균)
Capacity reduction rate after 50,000 charge / discharge cycles
(100 average)
-14.2%-14.2% -12.8%-12.8% -21.6%-21.6% -19.3%-19.3%
50,000회 충방전 이후 내부저항 증가율
(100개 평균)
Internal resistance increase rate after 50,000 charge / discharge cycles
(100 average)
235.4%235.4% 167.2%167.2% 294.3%294.3% 213.2%213.2%
70℃, 1,000시간 고온부하 후
용량 감소율 (100개 평균)
* LIC 는 3.8V, EDLC 는 2.8V 인가
After high temperature load at 70 ℃ for 1,000 hours
Capacity reduction rate (average of 100)
* 3.8V for LIC and 2.8V for EDLC
-24.8%-24.8% -21.1%-21.1% -27.9%-27.9% -23.4%-23.4%
70℃, 2.5V, 1,000시간 고온부하 후
내부저항 증가율 (100개 평균)
* LIC 는 3.8V, EDLC 는 2.8V 인가
After high temperature load at 70 ℃, 2.5V, 1,000 hours
Internal resistance increase rate (100 average)
* 3.8V for LIC and 2.8V for EDLC
345.2%345.2% 285.1%285.1% -331.4%-331.4% -301.5%-301.5%

우선 실시예1은 전술하였던 바와 같이, 습식공정을 통해 제조된 리튬이온 커패시터(LIC)이다.First, Embodiment 1 is a lithium ion capacitor (LIC) manufactured through a wet process as described above.

실시예2는 건식공정을 통해 제조된 리튬이온 커패시터(LIC)이다.Example 2 is a lithium ion capacitor (LIC) manufactured through a dry process.

비교예1은 습식공정을 통해 제조된 전기이중층 커패시터(EDLC)이다.Comparative Example 1 is an electric double layer capacitor (EDLC) manufactured through a wet process.

비교예2는 건식공정을 통해 제조된 전기이중층 커패시터(EDLC)이다.Comparative Example 2 is an electric double layer capacitor (EDLC) manufactured through a dry process.

표1을 참조하여 작동전압(V)에 대해 살펴보면, 리튬이온 커패시터(LIC)인 실시예1, 2는 작동전압(V)이 ‘3.8V’, ‘3.8V이며, ’전기이중층 커패시터(EDLC)인 비교예1, 2는 작동전압(V)이 ‘2.8V’, ‘2.8V’인 것을 알 수 있고, 즉 리튬이온 커패시터(LIC)인 실시예1, 2가 전기이중층 커패시터(EDLC)인 비교예1, 2에 비교하여 작동전압(V)이 높은 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, with respect to the operating voltage V, Examples 1 and 2, which are lithium ion capacitors (LIC), have operating voltages V of 3.8 V and 3.8 V, and electric double layer capacitors (EDLC) In Comparative Examples 1 and 2, it can be seen that the operating voltages V are '2.8V' and '2.8V', that is, the comparison between the lithium ion capacitor (LIC) in which the embodiments 1 and 2 are electric double layer capacitors It can be seen that the operating voltage V is higher than in Examples 1 and 2.

또한 표1을 참조하여 초기용량(F)에 대해 살펴보면, 실시예1, 2는 초기용량(F)이 ‘3.9F’, ‘4.1F이며, 비교예1, 2는 작동전압이 ‘2.0F’, ‘2.0F’인 것을 알 수 있고, 즉 리튬이온 커패시터(LIC)인 실시예1, 2가 전기이중층 커패시터(EDLC)인 비교예1, 2에 비교하여 초기용량(F)이 우수한 것을 알 수 있으며, 실시예 1은 습식공정을 통해 수행되기 때문에 리튬이온의 용출 및 산화됨에 따라 건식공정에 의한 실시예2에 비교하여 작동전압(V) 및 초기용량(F)이 다소 낮게 측정된 것을 알 수 있다.The initial capacities F of the first and second embodiments are 3.9F and 4.1F and the operating voltages of the comparative examples 1 and 2 are 2.0F. , And 2.0 F. That is, it can be seen that the initial capacity (F) is superior to that of Comparative Examples 1 and 2 in which the lithium ion capacitor (LIC) Examples 1 and 2 are electric double layer capacitors (EDLC) Since Example 1 is carried out through a wet process, it can be seen that the operating voltage (V) and the initial capacity (F) were measured to be somewhat lower than those of Example 2 by dry process due to the elution and oxidation of lithium ions have.

또한 실시예1, 2와 비교예1, 2를 1시간 충전 후 24시간 방치 후 전압을 측정하여 자가방전(V)을 측정하였을 때의 자가방전(V)을 표1을 참조하여 살펴보면, 실시예1, 2는 자가방전(V)이 ‘3.71V’, ‘3.75V’이며, 비교예1, 2는 자가방전(V)이 ‘2.21V’, ‘2.35V’인 것을 알 수 있다.Also, the self-discharge (V) when the self-discharge (V) was measured by measuring the voltage after leaving for 24 hours after charging the cells of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 for 1 hour is shown in Table 1, It can be seen that the self discharge (V) of the discharge cells (1) and (2) is 3.71 V and 3.75 V, and that the self discharge (V) is 2.21 V and 2.35 V, respectively.

즉 리튬이온 커패시터(LIC)인 실시예1, 2가 전기이중층 커패시터(EDLC)인 비교예1, 2에 비교하여 자기방전(V)이 절감되는 것을 알 수 있다.That is, it can be seen that the self-discharge (V) is reduced as compared with Comparative Examples 1 and 2 in which Embodiments 1 and 2 which are lithium ion capacitors (LIC) are electric double layer capacitors (EDLC).

또한 실시예1, 2와 비교예1, 2를 50,000회 충방전 이후 용량감소율(100개 단위)(%)을 살펴보면, 실시예1, 2는 용량감소율(%)이 ‘-14.2%’, ‘-12.8%’이며, 비교예1, 2는 용량감소율(%)이 ‘-21.6%’, ‘-19.3%’인 것을 알 수 있다.In Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the capacity reduction rate (%) was -14.2%, the capacity reduction rate (%) was 50% -12.8%, and in Comparative Examples 1 and 2, the capacity decrease rate (%) is -21.6% and -19.3%, respectively.

즉 리튬이온 커패시터(LIC)인 실시예1, 2가 전기이중층 커패시터(EDLC)인 비교예1, 2에 비교하여 용량이 적게 감소되는 것을 알 수 있으며, 건식공정의 실시예2가 습식공정의 실시예1에 비교하여 용량이 더 적게 감소되는 것을 알 수 있다.That is, it can be seen that the capacities of Examples 1 and 2, which are lithium ion capacitors (LIC), are smaller than those of Comparative Examples 1 and 2 which are electric double layer capacitors (EDLC), and Example 2 of the dry process is a wet process It can be seen that the capacity is reduced less than in Example 1.

또한 실시예1, 2와 비교예1, 2를 50,000회 충방전 이후 내부저항 증가율(100개 단위)(%)을 살펴보면, 실시예1, 2는 내부저항 증가율(%)이 ‘235.4%’, ‘167.2%’이며, 비교예1, 2는 내부저항 증가율(%)이 ‘294.3%’, ‘213.2%’인 것을 알 수 있다.The internal resistance increase rate (%) in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 after 50,000 charge / discharge cycles was 235.4% in Examples 1 and 2, And 167.2%, respectively. In Comparative Examples 1 and 2, the internal resistance increase rate (%) was 294.3% and 213.2%, respectively.

즉 건식공정의 리튬이온 커패시터(LIC)인 실시예2의 내부저항이 가장 적게 증가하며, 건식공정의 전기이중층 커패시터(EDLC)인 비교예2가 다음으로 내부저항이 적게 증가하는 것을 알 수 있고, 습식공정의 리튬이온 커패시터(LIC)인 실시예1은 비교예2에 비교하여 내부저항 증가율이 다소 높게 측정되었다.That is, the internal resistance of Example 2, which is a lithium ion capacitor (LIC) in the dry process, is minimized, and the internal resistance of Comparative Example 2, which is an electric double layer capacitor (EDLC) Example 1, which is a lithium ion capacitor (LIC) in a wet process, was measured to have a somewhat higher internal resistance increase rate as compared with Comparative Example 2.

또한 실시예1, 2 및 비교예1, 2에 정격전압(LIC는 3.8V, EDLC 는 2.8V)을 인가한 상태에서 70℃의 온도로 1,000시간 동안 고온부하 가속열화시험을 수행한 후 용량감소율(%) 및 내부저항 증가율(%)을 측정하였을 때, 건식공정의 리튬이온 커패시터(LIC)인 실시예2의 용량 감소 및 내부저항이 가장 작게 측정된 것을 알 수 있고, 건식공정의 전기이중층 커패시터(EDLC)인 비교예2가 다음으로 용량감소율(%) 및 내부저항 증가율(%)이 다음으로 작게 측정된 것을 알 수 있고, 습식공정의 리튬이온 커패시터(LIC)인 실시예1은 비교예2에 비교하여 용량감소율(%) 및 내부저항 증가율(%)이 다소 높게 측정된 것을 알 수 있다.In addition, in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, a high temperature load accelerated deterioration test was performed at a temperature of 70 캜 for 1,000 hours under a condition of applying a rated voltage (LIC of 3.8 V and EDLC of 2.8 V) (LIC) of the dry process, the capacitance reduction and the internal resistance were measured to be the smallest, and the electric double layer capacitors of the dry process (%) and the internal resistance increase rate (% (LIC) of the wet process was measured in the same manner as in Comparative Example 2 (Comparative Example 2) in which the capacity reduction rate (%) and the internal resistance increase rate (% (%) And the internal resistance increase rate (%) were measured to be somewhat higher than those of the comparative example.

이와 같이 본 발명의 리튬이온 커패시터(1)는 함유성분의 함유량을 최적으로 조절하여 습식공정 또는 건식공정 제조 시 전기이중층 커패시터(EDLC)에 비교하여 작동전압, 초기용량 및 자기방전이 개선됨을 알 수 있고, 특히 건식공정 시 작동전압, 초기용량, 자가방전, 용량 감소율, 내부저항 증가율 등의 모든 기능에서 성능이 개선된 것을 알 수 있다.As described above, the lithium ion capacitor 1 according to the present invention has improved operating voltage, initial capacity and self-discharge as compared with electric double layer capacitors (EDLC) in wet process or dry process manufacture by optimally adjusting the content of the contained components In particular, it can be seen that the performance improves in all functions such as operating voltage, initial capacity, self-discharge, capacity reduction rate, and internal resistance increase rate in the dry process.

종류Kinds 실시예3Example 3 실시예4Example 4 실시예5Example 5 비교예3Comparative Example 3 비교예4Comparative Example 4 비교예5Comparative Example 5 비교예6Comparative Example 6 비교예7Comparative Example 7 양극
활물질
anode
Active material
도전제Conductive agent 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt%
바인더bookbinder 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt% 10 중량%10 wt% 리튬화합물Lithium compound 8 중량%8 wt% 8 중량%8 wt% 8 중량%8 wt% 8 중량%8 wt% 8 중량%8 wt% 8 중량%8 wt% 8 중량%8 wt% 8 중량%8 wt% 활성탄Activated carbon 72 중량%72 wt% 72 중량%72 wt% 72 중량%72 wt% 72 중량%72 wt% 72 중량%72 wt% 72 중량%72 wt% 72 중량%72 wt% 72 중량%72 wt% 분쇄장비Crushing equipment 파우더
믹서기
powder
mixer
파우더
믹서기
powder
mixer
파우더
믹서기
powder
mixer
파우더
믹서기
powder
mixer
파우더
믹서기
powder
mixer
볼밀Ball mill 볼밀Ball mill 볼밀Ball mill
회전속도Rotation speed 3000rpm3000rpm 4000rpm4000rpm 5000rpm5000rpm 1000rpm1000rpm 2000rpm2000rpm 30rpm30 rpm 300rpm300rpm 3000rpm3000rpm 분쇄시간Grinding time 2hr2 hr 2hr2 hr 2hr2 hr 2hr2 hr 2hr2 hr 2hr2 hr 2hr2 hr 2hr2 hr

[실시예 3][Example 3]

10 중량%의 도전제;10% by weight of a conductive agent;

10 중량%의 바인더;10% by weight of a binder;

8 중량 %의 리튬화합물인 Li6CoO4, ;Li6CoO4 which is a lithium compound of 8% by weight;

72 중량%의 활성탄을 포함하고,72% by weight of activated carbon,

도전제, 바인더 및 리튬화합물의 1차 혼합물과 바인더가 3000rpm의 속도로 2시간 동안 회전하는 파우더 믹서장비에 의해 혼합되는 양극활물질.Wherein the primary mixture of the conductive agent, the binder and the lithium compound and the binder are mixed by a powder mixer equipment rotating at a speed of 3000 rpm for 2 hours.

[실시예 4][Example 4]

10 중량%의 도전제;10% by weight of a conductive agent;

10 중량%의 바인더;10% by weight of a binder;

8 중량 %의 리튬화합물인 Li6CoO4, ;Li6CoO4 which is a lithium compound of 8% by weight;

72 중량%의 활성탄을 포함하고,72% by weight of activated carbon,

도전제, 바인더 및 리튬화합물의 1차 혼합물과 바인더가 4000rpm의 속도로 2시간 동안 회전하는 파우더 믹서장비에 의해 혼합되는 양극활물질.Wherein the primary mixture of the conductive agent, the binder and the lithium compound and the binder are mixed by a powder mixer equipment rotating at a speed of 4000 rpm for 2 hours.

[실시예 5][Example 5]

10 중량%의 도전제;10% by weight of a conductive agent;

10 중량%의 바인더;10% by weight of a binder;

8 중량 %의 리튬화합물인 Li6CoO4,;Li6CoO4, which is a lithium compound of 8% by weight;

72 중량%의 활성탄을 포함하고,72% by weight of activated carbon,

도전제, 바인더 및 리튬화합물의 1차 혼합물과 바인더가 5000rpm의 속도로 2시간 동안 회전하는 파우더 믹서장비에 의해 혼합되는 양극활물질.A cathode active material mixed with a primary mixture of a conductive agent, a binder and a lithium compound and a binder by means of a powder mixer equipment rotating at a speed of 5000 rpm for 2 hours.

[비교예 3][Comparative Example 3]

10 중량%의 도전제;10% by weight of a conductive agent;

10 중량%의 바인더;10% by weight of a binder;

8 중량 %의 리튬화합물인 Li6CoO4,;Li6CoO4, which is a lithium compound of 8% by weight;

72 중량%의 활성탄을 포함하고,72% by weight of activated carbon,

도전제, 바인더 및 리튬화합물의 1차 혼합물과 바인더가 1000rpm의 속도로 2시간 동안 회전하는 파우더 믹서장비에 의해 혼합되는 양극활물질.Wherein the primary mixture of the conductive agent, the binder and the lithium compound and the binder are mixed by a powder mixer equipment rotating at a speed of 1000 rpm for 2 hours.

[비교예 4][Comparative Example 4]

10 중량%의 도전제;10% by weight of a conductive agent;

10 중량%의 바인더;10% by weight of a binder;

8 중량 %의 리튬화합물인 Li6CoO4,;Li6CoO4, which is a lithium compound of 8% by weight;

72 중량%의 활성탄을 포함하고,72% by weight of activated carbon,

도전제, 바인더 및 리튬화합물의 1차 혼합물과 바인더가 2000rpm의 속도로 2시간 동안 회전하는 파우더 믹서장비에 의해 혼합되는 양극활물질.Wherein the primary mixture of the conductive agent, the binder and the lithium compound and the binder are mixed by a powder mixer equipment rotating at a speed of 2000 rpm for 2 hours.

[비교예 5][Comparative Example 5]

10 중량%의 도전제;10% by weight of a conductive agent;

10 중량%의 바인더;10% by weight of a binder;

8 중량 %의 리튬화합물인 Li6CoO4,;Li6CoO4, which is a lithium compound of 8% by weight;

72 중량%의 활성탄을 포함하고,72% by weight of activated carbon,

도전제, 바인더 및 리튬화합물의 1차 혼합물과 바인더가 30rpm의 속도로 2시간 동안 회전하는 볼밀에 의해 혼합되는 양극활물질.Wherein the binder is mixed with a primary mixture of a conductive agent, a binder and a lithium compound by a ball mill rotating for 2 hours at a speed of 30 rpm.

[비교예 6][Comparative Example 6]

10 중량%의 도전제;10% by weight of a conductive agent;

10 중량%의 바인더;10% by weight of a binder;

8 중량 %의 리튬화합물인 Li6CoO4,;Li6CoO4, which is a lithium compound of 8% by weight;

72 중량%의 활성탄을 포함하고,72% by weight of activated carbon,

도전제, 바인더 및 리튬화합물의 1차 혼합물과 바인더가 300rpm의 속도로 2시간 동안 회전하는 볼밀에 의해 혼합되는 양극활물질.And the binder is mixed by a ball mill rotating at a speed of 300 rpm for 2 hours. The cathode active material is mixed with a primary mixture of a conductive agent, a binder and a lithium compound.

[비교예 7][Comparative Example 7]

10 중량%의 도전제;10% by weight of a conductive agent;

10 중량%의 바인더;10% by weight of a binder;

8 중량 %의 리튬화합물인 Li6CoO4,;Li6CoO4, which is a lithium compound of 8% by weight;

72 중량%의 활성탄을 포함하고,72% by weight of activated carbon,

도전제, 바인더 및 리튬화합물의 1차 혼합물과 바인더가 3000rpm의 속도로 2시간 동안 회전하는 볼밀에 의해 혼합되는 양극활물질.A binder, and a primary compound of a lithium compound and a binder are mixed by a ball mill rotating at a speed of 3000 rpm for 2 hours.

[실험예 1][Experimental Example 1]

실험예 1은 제트밀 장비를 이용하여 2차 혼합물을 분산 및 입자들을 균일화시킨 후 120℃의 수직롤 프레스로 0.5N의 힘으로 압착한 이후 시트 성형 여부를 육안으로 확인하였다.In Experimental Example 1, the secondary mixture was dispersed and homogenized using a jet mill, and the resultant was pressed with a force of 0.5 N by a vertical roll press at 120 ° C., and visually confirmed whether the sheet was formed.

표 3은 표 2의 실시예 3 내지 5와, 비교예 3 내지 7에 대한 실험예 1의 결과를 나타내는 표이다.Table 3 shows the results of Examples 3 to 5 of Table 2 and the results of Experimental Example 1 for Comparative Examples 3 to 7.

시트 성형Sheet molding 실시예3Example 3 실시예4Example 4 실시예5Example 5 비교예3Comparative Example 3 ×× 비교예4Comparative Example 4 비교예5Comparative Example 5 ×× 비교예6Comparative Example 6 ×× 비교예7Comparative Example 7 ××

이때 ×는 분말상태이고, △는 분말은 아니나 연속적으로 시트를 형성하지 못하는 상태이고, ○는 시트로 성형되나 구멍이 있거나 쉽게 절단되는 상태이고, ◎는 연속적으로 시트로 성형되는 상태이다.In this case, X is a powder state,? Is a state in which a sheet can not be formed continuously though it is not a powder,? Is a state of being formed into a sheet but having holes or easily cut out, and?

표 3을 참조하여 실시예3 내지 5와, 비교예3 내지 7의 시트 성형 여부를 살펴보기로 한다.With reference to Table 3, whether or not the sheets of Examples 3 to 5 and Comparative Examples 3 to 7 were formed will be described.

실시예 3은 3000rpm으로 2시간 동안 회전하는 파우더 믹서장비를 이용하여 2차 혼합을 수행함으로써 3000rpm의 고속으로 회전하는 고속회전 나이프에 의하여 바인더의 성장(연식)이 활발하게 이루어져 시트 성형이 이루어지되, 소정의 구멍이 형성되거나 절단이 쉽게 되는 것을 알 수 있다. In Example 3, the secondary mixing was performed using a powder mixer equipment rotating at 3000 rpm for 2 hours, so that the binder was actively grown by a high-speed rotary knife rotating at a high speed of 3000 rpm to perform sheet molding, It can be seen that a predetermined hole is formed or cut easily.

실시예4와 5는 4000rpm, 5000rpm으로 2시간 동안 회전하는 파우더 믹서장비를 이용하여 2차 혼합을 수행함으로써 고속회전 나이프에 의하여 바인딩이 활발하게 이루어져 시트 성형이 정확하게 이루어진 것을 알 수 있다.In Examples 4 and 5, secondary mixing was performed using powder mixer equipment rotating at 4000 rpm and 5000 rpm for 2 hours, so that binding was actively performed by a high-speed rotary knife, and the sheet was formed accurately.

비교예3과 4는 파우더 믹서장비를 2차 혼합에 적용하였으나, 회전속도가 3000rpm 미만인 1000rpm, 2000rpm으로 이루어져 바인더의 성장(연식)이 활발하게 이루어지지 못하여 분말상태를 유지하거나, 연속적으로 시트를 성형하지 못하는 문제점이 발생하는 것을 확인할 수 있다.In Comparative Examples 3 and 4, the powder mixer equipment was applied to the secondary mixing, but the binder was not actively grown (rotation) at 1000 rpm and 2000 rpm at a rotation speed of less than 3000 rpm, so that the powder state was maintained, It can be confirmed that a problem that can not be solved occurs.

비교예5와 6은 저속 30rpm, 300rpm으로 회전하는 볼밀을 이용하여 2차 혼합을 수행하였기 때문에 탄성을 갖는 바인더의 성장(연식)이 전혀 이루어지지 않았고, 이에 따라 도전제, 활성탄, 리튬화합물이 분말상태를 유지하여 시트를 성형하지 못하는 것을 알 수 있다.In Comparative Examples 5 and 6, since secondary mixing was performed using a ball mill rotating at a low speed of 30 rpm and 300 rpm, no growth of a binder having elasticity (softening) occurred at all, and thus a conductive agent, an activated carbon, It can be seen that the sheet can not be formed.

비교예7은 3000rpm의 고속으로 2차 혼합을 수행하였으나, 분쇄장비를 볼밀로 적용함으로써 바인더의 성장(연식)이 이루어지지 않았고, 이에 따라 시트 성형이 실패한 것을 알 수 있다.In Comparative Example 7, secondary mixing was carried out at a high speed of 3000 rpm. However, it was found that the binder was not grown (softened) by applying the milling equipment to the ball mill, and thus the sheet molding failed.

이와 같이 본 발명의 일실시예인 리튬이온 커패시터(1)는 양극에서 리튬이온의 흡장 및 배출이 이루어짐과 동시에 전기이중층 성능이 발현됨으로써 전기에너지 밀도가 높을 뿐만 아니라 방전전압이 증가하여 전자기기의 백업용 전원으로 효과적으로 사용될 수 있다.As described above, the lithium ion capacitor 1 according to one embodiment of the present invention is capable of storing and discharging lithium ions in the anode and exhibiting electric double layer performance, thereby increasing the electric energy density and increasing the discharge voltage, Can be effectively used.

또한 본 발명의 리튬이온 커패시터(1)는 케이스(2) 및 캡(3) 사이의 공간에 양극시트(5), 음극시트(6), 세퍼레이터(7) 및 비전해성 전해액(8)이 설치되되, 양극시트(5)를 양극활물질에 리튬 화합물이 함유되도록 함으로써 별도의 리튬메탈을 설치하지 않아도 구현이 가능하여 다양한 형상 및 형태로의 제작이 가능함과 동시에 리튬 이온을 안전하고 효율적으로 도핑할 수 있으며, 제조공정이 간단하게 이루어질 수 있다.The lithium ion capacitor 1 of the present invention is provided with a positive electrode sheet 5, a negative electrode sheet 6, a separator 7 and a non-electrolytic electrolyte 8 in a space between the case 2 and the cap 3 , And the cathode sheet 5 is made to contain the lithium compound in the cathode active material, so that it can be realized without installing a separate lithium metal, so that it can be manufactured in various shapes and forms, and lithium ions can be safely and efficiently doped , The manufacturing process can be simplified.

또한 본 발명의 리튬이온 커패시터(1)는 양극활물질 제조공정 시 습식공정을 통해 양극활물질을 제조하도록 구성됨으로써 사용전압 및 자기방전의 성능을 획기적으로 개선시킬 수 있다.Also, the lithium ion capacitor 1 of the present invention is configured to produce the positive electrode active material through a wet process in the process of manufacturing the positive electrode active material, thereby remarkably improving the performance of the used voltage and the self-discharge.

또한 본 발명의 리튬이온 커패시터(1)는 양극활물질 제조공정 시 건식공정을 통해 양극활물질을 제조하도록 구성됨으로써 습식공정으로 제조되는 경우 리튬화합물이 산소 및 물에 의하여 산화 및 용출되는 현상을 방지할 수 있고, 이에 따라 고수명, 고출력 및 고에너지 밀도의 성능을 개선시킬 수 있다.In addition, the lithium ion capacitor 1 of the present invention is configured to produce the cathode active material through a dry process in the cathode active material manufacturing process, thereby preventing the lithium compound from being oxidized and eluted by oxygen and water when manufactured by a wet process Thereby improving the performance of high power, high power and high energy density.

또한 본 발명의 리튬이온 커패시터(1)는양극활물질의 건식공정 시 도전제, 활성탄 및 리튬 화합물을 혼합시키기 위한 1차 혼합공정을 질소 분위기 상에서 수행함으로써 리튬화합물의 사전반응을 더욱 효율적으로 차단하여 전지성능의 저하를 사전에 효율적으로 차단시킬 수 있게 된다.Further, the lithium ion capacitor 1 of the present invention performs a primary mixing process for mixing a conductive agent, an activated carbon and a lithium compound in a dry process of the cathode active material in a nitrogen atmosphere, thereby more effectively blocking the pre- It is possible to efficiently prevent the deterioration of performance in advance.

또한 본 발명의 리튬이온 커패시터(1)는 양극활물질 건식공정 시 도전제, 활성탄 및 리튬 화합물을 바인딩 하기 위한 바인더를 액상이 아닌 고상으로 적용함으로써 리튬 화합물의 사전반응을 더욱 철저하게 차단할 수 있다.Further, the lithium ion capacitor 1 of the present invention can more precisely block the preliminary reaction of the lithium compound by applying a binder for binding the conductive agent, the activated carbon and the lithium compound in the cathode active material dry process in a solid phase rather than a liquid phase.

또한 본 발명의 리튬이온 커패시터(1)는 양극활물질 건식공정 시 고속회전 나이프를 구비한 믹서장비를 이용하여 도전제, 활성탄, 리튬 화합물 및 바인더를 2차 혼합시킴으로써 나이프와의 충돌 및 컷팅에 의하여 바인더의 성장(연식)이 효율적으로 이루어져 바인딩이 고상의 바인더로 시트 성형을 정확하게 수행할 수 있는 리튬이온 커패시터 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.In the lithium ion capacitor 1 of the present invention, the conductive agent, the activated carbon, the lithium compound, and the binder are secondarily mixed using a mixer equipped with a high-speed rotary knife during the cathode active material dry process, The present invention provides a lithium ion capacitor and a method of manufacturing the lithium ion capacitor.

1:리튬이온 커패시터 2:케이스
3:캡 4:가스켓 5:양극시트
6:음극시트 7:세퍼레이터 8:비전해성 전해액
11:전도성 접착제 12:전도성 접착제 21:바닥
23:수직벽 31:상판 33:측벽
S200:양극시트의 습식공정 방법 S210, S410:도전제 준비단계
S220, S420:활성탄 준비단계 S230, S430:리튬화합물 제조단계
S240, S440:바인더 준비단계 S250:1차 니딩(Kneading) 단계
S260:2차 니딩(Kneading) 단계 S270:3차 니딩(Kneading) 단계
S280, S480:1차 롤링(Rolling) 단계 S290, S490:2차 롤링(Rolling) 단계
S300, S500:커팅단계 S450:분말 믹싱단계
S460:분쇄 및 바인더 성장단계 S470:분산단계
1: Lithium ion capacitor 2: Case
3: cap 4: gasket 5: anode sheet
6: negative electrode sheet 7: separator 8: non-electrolytic electrolyte
11: conductive adhesive 12: conductive adhesive 21: bottom
23: vertical wall 31: top plate 33: side wall
S200: Wet process of anode sheet S210, S410: Preparing conductive agent
S220, S420: Activated carbon preparation step S230, S430: Lithium compound preparation step
S240 and S440: binder preparation step S250: primary kneading step
S260: Second Kneading Step S270: Third Kneading Step
Steps S280 and S480: Primary Rolling Step S290, S490: Secondary Rolling Step
S300, S500: Cutting step S450: Powder mixing step
S460: milling and binder growth step S470: dispersion step

Claims (9)

양극집전체인 케이스와, 음극집전체인 케이스에 의하여 내부에 공간이 형성되고, 공간 내부에 양극시트, 음극시트, 세퍼레이터 및 전해액이 설치되는 리튬이온 커패시터에 있어서:
상기 양극시트를 형성하는 양극활물질은
상기 도전제 3 ~ 10 중량%;
상기 바인더 3 ~ 10 중량%;
상기 활성탄 40 ~ 75 중량%;
상기 리튬화합물 5 ~ 50 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 커패시터.
1. A lithium ion capacitor comprising a case which is a positive electrode collector and a case which is formed by a case which is a negative electrode collector and in which a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, a separator and an electrolyte are provided,
The positive electrode active material forming the positive electrode sheet
3 to 10% by weight of the conductive agent;
3 to 10% by weight of the binder;
40 to 75 wt% of the activated carbon;
And 5 to 50% by weight of the lithium compound.
청구항 제1항에 있어서, 상기 양극활물질은
상기 도전제 3 ~ 10 중량%와, 상기 활성탄 40 ~ 75 중량%, 상기 리튬화합물 5 ~ 50 중량%가 니더(Kneader)에 투입된 후 1차 니딩(Kneading) 되고, 1차 니딩이 완료된 혼합물로 용매를 첨가하여 2차 니딩이 이루어지고, 2차 니딩이 완료된 혼합물로 농도 40%의 바인더를 투입하여 혼련된 후 고온 압착되어 제조되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 커패시터.
The method according to claim 1, wherein the cathode active material
3 to 10% by weight of the conductive agent, 40 to 75% by weight of the activated carbon and 5 to 50% by weight of the lithium compound are put into a Kneader and then subjected to primary kneading, Is added to the mixture to complete the secondary kneading, and a binder having a concentration of 40% is added to the resulting mixture to be kneaded, followed by hot pressing.
청구항 제1항에 있어서, 상기 양극시트를 형성하는 양극활물질은
상기 도전제와, 상기 활성탄, 상기 리튬화합물이 질소 퍼징 환경에서 1차 혼합되어 산소에 의한 상기 리튬화합물의 반응을 차단시키며, 1차 혼합된 혼합물에 고상의 바인더가 첨가된 후 2차 혼합되고, 2차 혼합된 혼합물이 고온 압착되어 제조되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 커패시터.
The method of claim 1, wherein the positive electrode active material forming the positive electrode sheet
Wherein the conductive agent, the activated carbon, and the lithium compound are first mixed in a nitrogen purging environment to block the reaction of the lithium compound with oxygen, and a solid binder is added to the primary mixture, Lt; RTI ID = 0.0 > Li-ion < / RTI > capacitor.
청구항 제3항에 있어서, 2차 혼합에 적용되는 분쇄장비는
내부 공간으로 회전하는 칼날인 고속회전 나이프를 포함하며, 3000 ~ 5000rpm의 속도로 상기 고속회전 나이프를 회전시키고,
상기 바인더는 2차 혼합 시 상기 고속회전 나이프에 의하여 선형으로 늘어져 상기 도전제, 상기 활성탄 및 상기 리튬화합물을 바인딩 하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 커패시터.
4. The process according to claim 3, wherein the grinding equipment applied to the secondary mixing comprises
And a high-speed rotary knife which is a blade rotating into an internal space, wherein the high-speed rotary knife is rotated at a speed of 3000 to 5000 rpm,
Wherein the binder is linearly stretched by the high-speed rotary knife during secondary mixing to bind the conductive agent, the activated carbon, and the lithium compound.
청구항 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 활성탄은 표면에 1 ~ 20 중량%의 탄소나노튜브(Carbon nano-tube) 또는 흑연(Graphite)이 코팅되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 커패시터.The lithium ion capacitor according to claim 2 or 4, wherein the activated carbon is coated with carbon nanotubes (carbon nanotubes) or graphite on its surface. 청구항 제1항에 있어서, 상기 리튬화합물은
Li2MoO3, Li2MnO3, Li2NiO2, Li2PtO3, Li2IrO3, Li2RuO3, Li2SnO3, Li2ZrO3, Li5FeO4, Li6CoO4, 및 Li5MnO4 중 어느 하나이거나 또는 적어도 2종 이상 혼합되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 커패시터.
The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the lithium compound
Li2MoO3, Li2MnO3, Li2NiO2, Li2PtO3, Li2IrO3, Li2RuO3, Li2SnO3, Li2ZrO3, Li5FeO4, Li6CoO4, and Li5MnO4, or a mixture of at least two or more of them.
청구항 제1항에 있어서, 상기 음극시트를 형성하는 음극활물질은
도전제 3 ~ 10 중량%와, 바인더 3 ~ 10 중량%와, 소프트카본 80 ~ 90 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 커패시터.
The method according to claim 1, wherein the negative electrode active material forming the negative electrode sheet
3 to 10 wt% of a conductive material, 3 to 10 wt% of a binder, and 80 to 90 wt% of a soft carbon.
청구항 제1항에 있어서, 상기 바인더는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리비닐염화물(PVC), 폴리에틸렌(PE), 스틸렌부타디엔고무(SBR), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 불화고무 중 적어도 하나 이상이 선택되어 혼합 사용되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 커패시터.The method of claim 1, wherein the binder is selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), styrene butadiene Wherein at least one of rubber (SBR), carboxymethylcellulose (CMC), and fluorinated rubber is selected and used in combination. 청구항 제1항에 있어서, 상기 전해액은 리튬이온의 흡장 및 배출이 가능한 용질과, 전기이중층 용량을 발현하는 용질과, 용매를 포함하고,
상기 전해액의 전기이중층 용량을 발현하는 용질은, 테트라에틸암모늄헥사플루오르포스페이트(Tetraethylammoniumhexafluorophosphate, (C2H5)44NPF6)), 테트라에틸암모늄테트라플루오르보레이트(TetraethylammoniumTetrafluoroborate, (C2H5)44NPF4), 테트라에틸암모늄비스(트리플루오르메탄스르호닐)이미드(Tetraethylammoniumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide,(C2H5)44N-N(CF3SO2)2, Et4NTFSI, TEATFSI), 트리에틸메틸암모늄비스(트리플루오르메탄스르호닐)이미드(Triethylmethylammoniumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide, (C2H5)3CH3N-N(SO2CF3)2, Et3MeNTFSI, TEMATFSI), 트리에틸 메틸암모늄비스(트리플루오르메탄술포닐)이미드(Triethylmethylammoniumbis (trifluoromethanesulfonyl) imide, (CH4(C2H5)3N-N(CF3SO2)2), 스피로-(1, 1')-비피로리지니움테트라플루오르보레이트(SPB-BF4) 중 적어도 이상이 선택되어 혼합되고,
상기 전해액의 리튬이온을 흡장 방출할 수 있는 용질은, 과염소산리튬(Lithium perchlorate, LiClO4), 6불화인산리튬(Lithium hexafluorophosphate, LiPF6), 4불화붕산리튬(Lithium tetrafluoroborate, LiBF4), 3플루오르메틸설폰산리튬(Lithium trifluoromethanesulfonate, LiCF3SO3, LiTFS), 비스트리플루오르메틸술포닐이미드리튬(Lithium bis(trifluoro methanesulfonyl)imide, LiN(CF3SO2)2, LiTFSI), 비스펜타플루오르에탄술포닐이미드리튬(Lithium bis(pentafluoroethanesulfony)imide, LiN(SO2C2F5)2, LiBETI) 중 적어도 어느 하나 이상이 선택되어 혼합되고,
상기 용매는 PropyleneCarbonate(PC), EthyleneCarbonate(EC), ButyleneCarbonate(BC), VinyleneCarbonate(VC), VinylEthyleneCarbonate(VEC), DimethylCarbonate(DMC), DiethylCarbonate(DEC), EthylMethylCarbonate(EMC), γ-Butyrolactone(GBL), γ-Valerolactone(GVL), NMethyl-2-Pyrrolidone(NMP), N,N-Dimethyl Formamide(DMF), 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinone(DMI), N,NDimethyl Acetamide(DMAC), Sulfolane(SL), Dimethyl Sulfoxide(DMSO), Acetonitorile(AN), Propionitorile(PN), Tetrahydrofuran(THF) 중 적어도 어느 하나 이상이 선택되어 혼합되는 것을 특징으로 하는 리튬이온 커패시터.
The electrolyte according to claim 1, wherein the electrolyte contains a solute capable of intercalating and deintercalating lithium ions, a solute expressing an electric double layer capacity, and a solvent,
The solute which expresses the electric double layer capacity of the electrolyte is tetraethylammonium hexafluorophosphate (C2H5) 44NPF6), tetraethylammonium tetrafluoroborate (C2H5) 44NPF4), tetraethylammonium bis (trifluoro Triethylmethylammoniumbis (trifluoromethanesulfonyl) imide, (C2H5) 44N-N (CF3SO2) 2, Et4NTFSI, TEATFSI), triethylmethylammoniumbis (trifluoromethanesulfonyl) imide, (C 2 H 5) 3 N-N (CF 3 SO 2) 2), triethylmethylammoniumbis (trifluoromethanesulfonyl) imide, (CH 4 (C 2 H 5) 3 N-N (SO 3 CF 2) , And spiro- (1,1 ') -bipyrrolidinium tetrafluoroborate (SPB-BF4) are selected and mixed,
The solute capable of intercalating and deintercalating lithium ions in the electrolyte is preferably selected from the group consisting of lithium perchlorate (LiClO4), lithium hexafluorophosphate (LiPF6), lithium tetrafluoroborate (LiBF4), 3-fluoromethylsulfonic acid Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, LiN (CF3SO2) 2, LiTFSI), bis (pentafluoroethanesulfonylimide) lithium bis pentafluoroethanesulfonylimide, LiN (SO2C2F5) 2, LiBETI) are selected and mixed,
The solvent is selected from the group consisting of Propylene Carbonate (PC), Ethylene Carbonate (EC), Butylene Carbonate (VC), Vinylene Carbonate (VEC), Dimethyl Carbonate (DMC), Diethyl Carbonate (DEC), Ethylmethyl Carbonate (EMC) N-Dimethyl Formamide (DMF), 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinone (DMI), N, N-Dimethyl Acetamide (DMAC), Sulfolane (SL), γ-Valerolactone At least one selected from the group consisting of dimethylsulfoxide (DMSO), acetonitrile (AN), propionitrile (PN), and tetrahydrofuran (THF) is selected and mixed.
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