KR20140077227A - 리튬 이온 커패시터 양극 활물질 및 그 제조방법 - Google Patents

리튬 이온 커패시터 양극 활물질 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

리튬 이온 커패시터 양극 활물질 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 리튬 이온 커패시터 양극 활물질은 아미드기로 기능화된 그래핀을 포함하는 것을 특징으로 하며, 우레아로 처리된 그래핀 산화물을 통하여 개선된 고용량과 장수명의 리튬 이온 커패시터를 제조할 수 있다. 또한 폴리아크릴산을 이용하여 높은 질량 로딩을 갖는 환원 그래핀 산화물 전극을 빠르고 대량으로 생산할 수 있다.

Description

리튬 이온 커패시터 양극 활물질 및 그 제조방법{Active material for cathode of lithium ion capacitor and manufacturing method for the same}
본 발명은 리튬 이온 커패시터 양극 활물질 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬 이온 커패시터가 가지는 우수한 전기화학적 특성을 희생시키지 않으면서도 전지 에너지 밀도를 개선시키며, 아울러 본 발명에 따라 우레아로 처리된 그래핀 산화물을 통하여 개선된 고용량과 장수명의 리튬 이온 커패시터의 제조할 수 있게 하는 리튬 이온 커패시터 양극 활물질 및 그 제조방법에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(ESS)는 시급한 에너지-환경 문제를 해결할 수 있는 수단으로 여겨진다. 특히, 고출력 및 장수명의 이점을 가지기 때문에, 슈퍼커패시터(Supercapaictor,SC)는 그리드 수준에서 순간적인 에너지 공급 및 에너지 스무딩(Energy Smoothing) 목적으로 사용될 수 있다. 또한, 환경 에너지 문제를 완화하는데 중요한 기능을 수행할 것으로 기대하고 있다. 하지만, 대부분의 슈퍼커패시터는 여전히 제한된 에너지 밀도라는 문제가 있으며, 이로써 보다 범용적인 에너지 분야에서 활용되고 있지 못하는 상황이다. 이러한 문제를 해결하고자, 최근 리튬 이온 커패시터(LIC)로 불리는 새로운 종류의 에너지 저장 시스템이 개발되어, 다양한 측면에서 우수한 전기화학적 성능을 보여주고 있다
일반적인 리튬 이온 커패시터는 약 30 Wh/kg 수준의 에너지 밀도를 보여주는데, 이는 종래의 전기적 이중층 커패시터보다 약 3배 수준으로 큰 수치이다. 이름에서 알 수 있듯이, 리튬 이온 커패시터는, 전기적 이중층 커패시터의 동작 메커니즘에 따른 캐리어 이온의 흡착/탈착에 기반한 기능의 양극과; 인터컬레이션(intercalation) 특성의 탄소질 전극을 사용하는 리튬 소스 음극;을 이용하는 하이브리드 시스템이다(도 1a 참조).
다양한 탄소질 물질이 리튬 이온 커패시터의 음극으로 고려되고 있으며, 이 중 리튬화되기 이전 단계의 흑연이 우수한 특성을 다양하게 보유하는 것으로 나타났으며, 이러한 특성 대부분은 전체 충전 및 방전 공정 중 Li/Li+ 대비 약 0.1V 수준에서 일정한 전압 특성을 나타내는 점에 기인한다. 이러한 전압 특성은 다음과 같은 장점이 있다.
먼저, 낮은 전압 영역에서의 일정한 전압은, 전지의 용량을 거의 최대한 활용하면서 4V정도의 높은 작동 전압에 이를 수 있다. 달리 말하면, 양극 전압이 보다 넓은 범위에서 변하게 되는데, 이는 전체 전지 용량이 양극의 낮은 용량에 의하여 주로 제한되게 한다. 반대로, 다른 탄소질 음극 물질(예를 들어 하드 카본, 그래핀)을 사용하는 경우, 충전-방전시 보다 급격한 전압 변화를 보이는데, 문제는 이들 탄소질 전극물질은 해당 물질이 가지는 용량의 대부분을 사용할 수 없다는 것이다. 이는 셀 동작 전압이 전해질이 안정한 전압 영역으로 제한되기 때문이다.
둘째, 도 1b에서 도시한 바와 같이, 제 1 싸이클의 리튬화 과정 중, 흑연은 안정된 고체 전해질 인터페이스(SEI) 층을 형성하기 때문에, 이어지는 싸이클 공정 중에는 SEI 층을 형성하지 않는다. 하지만 흑연과 달리, 보다 넓은 전압 영역에서 변화되는 다른 탄소질 물질은, 싸이클 중 반복적으로 SEI 층을 형성하는데, 이는 작동전압이 전해질의 안정한 영역과 불안정한 영역 사이에서 계속 변하기 때문이다. 따라서, 보다 안정한 SEI 층 형성은, 흑연이 비가역적인 음극 용량을 줄이고 전해질 소모를 방지하는 효과를 가져옴으로써 전전지 (full cell)의 수명을 늘리는 역할을 하게 된다.
지금까지 전전지 형태로서, 흑연 음극이 활성 탄소(AC) 양극과 보통 쌍을 이루는데, 특히 이 두 물질은 완전히 최적화되어 상업적으로 구입 가능하다. 하지만, 제한된 활성 탄소 양극의 용량, 즉, 흑연 용량의 1/5 수준의 용량은 전지의 에너지 밀도를 제한하는 요인이었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 우수한 특성의 리튬 이온 커패시터 양극 활물질 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 리튬 이온 커패시터 양극 활물질로서, 상기 활물질은 아미드기로 기능화된 그래핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 커패시터 양극 활물질을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 아미드기로 기능화된 그래핀은 우레아로 환원된 그래핀 산화물이다.
본 발명은 또한 상술한 리튬 이온 커패시터 양극 활물질을 양극으로 포함하는 리튬 이온 커패시터를 제공한다.
본 발명은 또한 리튬 이온 커패시터 양극 활물질 제조방법으로, 그래핀 산화물을 용매에 첨가하여, 그래핀 산화물 현탁액을 제조하는 단계; 및 상기 그래핀 산화물 현탁액에 우레아를 첨가하여, 상기 그래핀 산화물을 우레아로 환원시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 커패시터 양극 활물질 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 그래핀 산화물을 우레아로 환원시키는 단계는, 상기 그래핀 산화물 현탁액에 우레아를 첨가한 후, 상기 상기 그래핀 산화물 현탁액을 열처리하는 방식으로 진행된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 그래핀 산화물을 우레아로 환원시키는 단계를 통하여 상기 환원된 그래핀 산화물에는 아미드기가 형성된다.
본 발명은 또한 상술하된 그래핀을 활물질로 이용하는 전극 제조방법으로, 폴리아크릴산이 바인더로 혼합된 용매에 상기 그래핀을 혼입하는 방식으로 전극을 제조하는 것을 특징으로 하는 전극 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상술한 방법에 따라 제조된 리튬 이온 커패시터 전극을 제공한다.
본 발명에 따르면, 우레아로 처리된 그래핀 산화물을 캐소드 활물질로 사용한다. 이로써, 리튬 이온 커패시터가 가지는 우수한 전기화학적 특성을 희생시키지 않으면서도 전지 에너지 밀도를 개선시키며, 아울러 본 발명에 따라 우레아로 처리된 그래핀 산화물을 통하여 개선된 고용량과 장수명의 리튬 이온 커패시터를 제조할 수 있게 하며, 더 나아가, 폴리아크릴산(PAA) 바인더를 사용하여 그래핀 기반 리튬 이온 커패시터 전극의 대량 생산이 가능하다.
도 1은 음극 및 양극으로서 리튬화되기 전의 흑연 및 환원 그래핀 산화물이 사용된 리튬 이온 커패시터의 모식도(a), 리튬 이온 커패시터에서의 전압 프로파일을 설명하는 도면(b), 우레아로 환원된 그래핀 산화물의 FE-SEM 이미지(c)이다.
도 2는 환원 그래핀 산화물에 대한 XPS 분석 결과이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 리튬 이온 커패시터의 순환전압주사법 데이터(a), 정전류 측정법 데이터(b), 비용량 유지 분석 그래프(c) 및 URGO 기반 리튬 이온 커패시터의 싸이클 테스트 결과(d)이다.
도 4는 세 종류의 전지에 대한 상이한 전류 밀도에서 얻어진 비용량에 따른 Ragone plot이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른, 펌프세정 장치 및 제어방법에 대하여 설명하기로 한다.
이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명자는 제한된 전지 에너지 밀도를 개선하고, 따라서 리튬 이온 커패시터의 응용 범위를 확장하고자, 기능화된 우레아에 의하여 환원된 그래핀 산화물로서, 아미드기가 기능기로서 함유된 그래핀을 리튬 이온 양극의 활물질로 제공한다.
본 발명에 따르면 우레아로 처리된 그래핀 산화물을 캐소드 활물질로 사용하는 커패시터는, 양극에 존재하는 환원된 그래핀 산화물의 아미드 기능기를 통하여, 리튬의 바인딩 메커니즘을 유도하며, 이로써 기존의 AC, 하이드라진 환원 그래핀 전극 전지에 비하여, 무려 37.5%로 전지 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.
이는 리튬 이온 커패시터가 가지는 우수한 전기화학적 특성을 희생시키지 않으면서도 전지 에너지 밀도를 개선시키는 것이 본 발명의 효과이다. 따라서, 본 발명은 우레아로 처리된 그래핀 산화물을 통하여 개선된 고속 용량과 장수명의 리튬 이온 커패시터의 제조할 수 있게 하며, 더 나아가, 본 발명자는 폴리아크릴산(PAA) 바인더를 사용하여 그래핀 전극의 대량 생산을 가능하게 하였다. 이 점은 특히 그래핀이 가지는 산업적 응용의 한계, 특히 에너지 저장 시스템으로의 적용 한계를 효과적으로 극복하는 대안을 제시한다.
본 발명의 일 실시예에서는 2 종류의 환원 그래핀 산화물을 제조하여, 리튬 이온 커패시터의 전기화학적 특성에 있어서의 환원 효과를 비교하였다.
비교예로서, 가장 범용적인 하이드라진-환원-그래핀 산화물이었고, 또 하나는 실시예인 우레아-환원-그래핀 산화물이었다. 이하, 하이드라진-환원 그래핀은 HRGO, 우레아-환원-그래핀 산화물을 URGO로 지칭한다. 이러한 환원 그래핀 산화물(RGO)은 합성 흑연((Alfa Aesar. Synthetic, APC 7-11, micron, 99%)으로부터 Hummer 방법으로 제조하였으며, 이후 각 방식에 따라 환원 처리하였다.
Hummer 방식을 사용, 흑연을 산처리하여 갈색의 GO 파우더를 제조하였다. GO 파우더 200 mg을 탈이온수 200 mL에 넣고 잘 분산시켜 GO 현탁액을 만든다. 다음, 하이드라진 400 μL또는 우레아 6 g를 상기 GO 현탁액에 첨가하고, 상기 현탁액을 섭씨 98도까지 가열하여, 그래핀을 환원·기능화하였다. 일단 반응이 완료된 후, 환원 그래핀 산화물(RGO)를 알루미나 멤브레인 필터로 여과시키고, 다음 탈이온수 및 에탄올로 수회 세척하여, 잔류 불순물을 제거한 후 건조하였다.
도 1c는 우레아 환원 이후 찍은 주자 전자 현미경(SEM) 이미지이다.
도 1c를 참조하면, 환원 공정 후에도 그래핀 모폴로지가 그대로 유지되는 것을 알 수 있다.
두 가지 방식으로 제조된 환원 그래핀 산화물(RGO)의 화학적 특성을 보다 명확히 설명하기 위하여, X-레이 광전자 현미경(XPS)을 사용하여 이를 분석하였고 그 결과를 도 2에 도시하였다.
도 2를 참조하면, RGO의 기능기를 설명하기 위하여, 본 발명자는 C1s, N1s 및 O1s 스펙트럼에 주목하였다. 도 2a 및 c에 도시한 바와 같이 각 RGO 들은 N1s스펙트럼에서 400 eV 의 피크에서 하나의 기능기에 잘 피팅된다. URGO의 경우, 아미드기 (N-C=O)에 피팅되지만 HRGO의 경우 피라졸린기(-C2HN2C-)에 피팅될 수 있다. URGO의 경우, 아미드기의 존재는 도 2b에 도시된 O1s 스펙트럼과 하기 표 1에 나타낸 원소 함량 분석으로 뒷받침된다. O1s 스펙트럼(도 2b)은 주로 카르보닐기(>C=O, 531.6±0.1 eV)로 피팅될 수 있고, 다른 작은 피크 또한 공존하며 이는 다양한 기능기, 예를 들어: 하이드록실기(-OH, 532.4±0.1 eV), 에스터(ester)기와 무수화기(anhydride)기에 속하는 에테르기(-O-, 533.4±0.1 eV), 및 카르복실산 기(-COOH, 534.2±0.1 eV)가 존재함을 증명한다. 반대로 HRGO의 경우, N1s 스펙트럼은 기존에 13C-NMR 및 15N-NMR 분석을 통해 보고된 바와 동일하게 피라졸린기로 피팅된다. (도 2c) 하지만 O1s 스펙트럼(도 2d)은 카르보닐기 피크가 상대적으로 약해지지만, 하이드록실기 피크가 더욱 강해짐을 보이며, 이는 HRGO에 주된 기능기로서 피라졸린 그룹이 형성되는 것과 일치한다. 또한 URGO와 HRGO 사이의 탄소 대비 질소 원자 비율의 증가는 URGO의 아미드기 형성을 증명한다. 이러한 일련의 결과를 통하여, 최종 URGO의 기능기에 존재하는 아미드 결합은 환원 공정에서 사용되는 우레아의 아미드 본드로부터 기인하는 것으로 생각할 수 있다.
흑연-그래핀 리튬 이온 커패시터의 전기화학적 성능을 동전 형태의 전 전지를 제조하여 측정하였다. 흑연 음극 제조를 위하여, 먼저 흑연, 슈퍼-P 및 폴리-비닐리덴 디플로오라이드(PvdF)가 무게비로 8:1:1로 혼합하고 1-methyl-2-pyrrolidine 용매(NMP)에 분산시킨 슬러리를 구리 호일에 캐스트하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 URGO 및 HRGO 전극은, 폴리아크릴산이 바인더로 혼합된 탈이온수 용매에 상기 환원 그래핀 산화물을 혼입하는 방식으로 제조되었다. 즉, 본 발명에 따른 전극은, 폴리아크릴산가 바인더로 사용되어 바인딩된 것을 특징으로 한다. 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에서는 탈이온수 용매에, 폴리아크릴산(PAA, Mw = 3,000,000, Sigma Aldrich)를 바인더로 혼합하였다. 이후, 상기 용매에 URGO 또는 HRGO를 혼합하고, 이를 알루미늄 호일에 캐스트 하여 용매를 제거하여 본 발명에 따른 전극을 제조하였다.
1M의 리튬 헥사플로로포스페이트 (LiPF6)를 염과 3 중량%의 비닐렌 카보네이트(PANAX E-TEC, 한국)가 함유된 에틸렌 카보네이트(EC)와 디에틸 카보에니트(DEC) 혼합액(1:1=v/v)을 이용한 전해액과, 폴리프로필렌 세퍼레이터(Celgard 2400)를 각각 전해액과 세퍼레이터로 사용하였다. 양극에 대해서는, 슬러리를 알루미늄 포일에 캐스트하여 사용하였다. 모든 전극에 대한 활성 물질의 일반적인 로딩양은 2mg/cm2 수준이었다.
흑연 음극에 대한 리튬화 전단계 후, 흑연 음극-다양한 물질 양극을 포함하는 전지에 대하여, 순환전압주사법 (cyclic voltammetry) 방식과 정전류 측정법 (galvanostatic) 방식을 진행하였다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 순환전압주사법 측정 결과는 URGO LIC에 대한 적분 면적이 HRGO 및 AC에 기초한 리튬 이온 커패시터(LIC)의 적분 면적보다 크다는 것을 보여주며, 이는 URGO가 현존하는 다른 탄소질 물질에 비하여 더 높은 용량을 갖는 다는 것을 나타낸다. 즉, URGO의 향상된 용량은, URGO의 물질에 함유된 기능기에 기인하는 것으로 판단된다.
특히, 본 발명자는 아미드 기의 카르보닐기가 리튬 이온과의 바인딩에 의하여 커패시터의 용량이 향상되는 것으로 판단하며, 이것은 잘 알려진 에놀화 반응(N-C=O + Li+ + e- ↔ N-C-O-Li)을 따른다.
LixC6O6, 퀴논, 나프탈렌 디이미드 및 무수화물과 같은 유기 배터리 전극에 대한 최근 연구로부터, 에놀화는 1.5 ~ 3.0 V (vs. Li/Li+)의 전압 범위에서 일어나는 것으로 알려져 있으며, 본 발명에서 URGO 전지의 순환전압주사측정에서 2.8 V에서의 피크(도 3a) 결과는 이러한 종래 연구 결과와 일치한다. 정전류 측정 데이터(도 3b) 또한 시료에 대하여 순환전압주사법 데이터와 일관된 경향성을 보여준다. 즉, URGO 전지는 충·방전 중 다른 HRGO 및 AC 전지보다 높은 비용량(gravimetric capacities)을 보여준다.
도 3b에서, HRGO 및 AC 전지의 비용량은 단지 26mAh/gtotal 수준이었으나, URGO는 35 mAh/gtotal 로서, 이는 35% 정도 증가한 수치이다. 도 3a에서의 양 쪽 전류 밀도와, 도 3에서의 비용량은 양쪽의 활성물질 양을 모두 포함한 값이며, 본 측정에서 양극에 대한 음극 무게비는 1로 고정되었다.
본 발명에서는 대칭형 슈퍼커패시터 전극으로서 세 종류의 탄소질 물질을 테스트하였고, 그 결과, 샘플 사이에서의 비용량 증대가 관찰되었다. 0 내지 2 V의 전압 범위, EC/DEC(1/1=v/v)에서의 1M LiPF6 전해질에서 테스트하였을 때, URGO, AC 및 HRGO 전지의 비용량은 각각 105, 82, 및 65 F/gactive이었다.
더 나아가, 아미드-기능화 URGO 전지는 또한 우수한 비용량 유지를 보인다.
도 3c에서 도시된 바와 같이, 전류 밀도가 0.028에서 1.11 A/gtotal까지 증가할 때, 비용량의 83.7%는 유지된다(35 → 29 mAh/gtotal). 동일 전류 증가에 대하여 HRGO 및 AC 전지의 비용량 유지율은 각각 75.7 및 85.4% 이었는데, 이 결과는 본 발명에 따른 URGO가 우수한 전기 전도도를 가지고 있음을 나타낸다.
상기 결과로부터 비록 동일한 환원 그래핀 산화물이지만, 하이드라진으로 환원된 그래핀 산화물(HRGO)은 종래의 AC 전지보다 열화된 비용량 및 비용량 유지를 나타냄을 알 수 있다. 동시에, 상기 결과는 그래핀 산화물의 환원 방식이 환원 그래핀 산화물 전지의 전기화학적 특성에 결정적인 역할을 수행함을 나타낸다. 즉, 두 종류의 환원 그래핀 산화물은 거의 동일한 산소 양을 가지고 있으나(하기 표 1 참조), 아미드 기에 의하여 기능화된 URGO는 하이드록실기로 기능화된 HRGO에 비하여 우수한 용량 특성을 가지며, 이는 활물질에서의 발생하는 에놀화 반응에 기인한다.
[표 1]
Figure pat00001

따라서 본 발명에서의 환원 그래핀 산화물 전지에서의 용량 차이는 활물질의 구조 차이가 아니라, 리튬 이온에 대한 결합 친화도에 기인하며, URGO 전지는 반복 싸이클에서도 안정된 충방전 특성을 보여준다. 도 3d를 참조하면, URGO 전지는 0.14 A/gtotal 에서 싸이클 진행 시, 1000 싸이클까지도 원래의 용량을 나타내었는데, 이것은 리튬 이온과 아미드기를 함유하는 URGO 사이의 상호반응은 가역적이며, 전지는 LIC 작동시 가장 중요한 파라미터 중 하나를 만족할 수 있음을 증명한다.
본 발명에서는 상술한 세 종류의 전지에 대한 상이한 전류 밀도에서 얻어진 용량에 따른 Ragone plot(도 4)를 구성하였다. 도 4에서는 데이터 점을 따라, 최근 보고된 다른 대표적 에너지 저장 시스템의 데이터 점을 추가하였다. 본 그래프에서, 샘플 간의 정확한 비교를 위하여 양쪽 전극에서의 활물질만의 무게에 따라 데이터를 계산하였다. 아미드 기능기에 의한 향상된 리튬 저장 용량에 따라, URGO 리튬 이온 커패시터는 다른 두 종류의 리튬 이온 커패시터와 다른 에너지 시스템보다 우수한 에너지 및 파워 밀도를 보여준다. 즉, 0.028 A/gtotal의 전류밀도에서, URGO 리튬 이온 커패시터는 106 Wh/kgtotal의 고에너지 밀도와. 84 W/kgtotal의 파워 밀도를 보여준다. 50배나 증가된 에너지 밀도인 1.4 A/gtotal 에서도, 에너지 및 파워 밀도는 각각 85 Wh/kgtotal 및 4200 W/kgtotal이었다.
본 발명에 따른 전지의 이 값들은 종래의 EDLC와 비교해 볼때도 주목할만한 수준이었는데, 4200 W/kgtotal 수준인 파워 밀도는 다공성 탄소 물질로 이뤄진 EDLC의 파워 밀도(~4900 W/kgtotal)에 유사한 수준이다. 하지만, 에너지 밀도(85 Wh/kgtotal)는 EDLC의 에너지 밀도(~4 Wh/kgtotal) 보다 20배까지 증가하였다. EDLC의 에너지 및 파워 밀도뿐만 아니라, 본 발명에 따른 URGO LIC의 이들 값은 하이브리드 커패시터 및 지금까지 알려진 임의의 리튬 이온 커패시터보다 높았다. 즉, 망간 스피넬-탄소나노튜브 및 금속산화물-금속산화물 결합 탄소나노튜브 하이브리드 커패시터에 비해 3 내지 17배 수준의 높은 에너지 밀도를 보이면서도 파워 밀도는 1.7배 수준까지 높았다. 활성 탄소-흑연(또는 활성 탄소-하드 카본) 리튬 이온 커패시터와 비교하여 볼 때, URGO 리튬 이온 커패시터는 종래 리튬 이온 커패시터보다 1.4 내지 2.8배 수준의 높은 에너지 밀도와 1.7 내지 2.8배 수준의 파워밀도를 보였다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 리튬 이온 커패시터 양극 활물질로서,
    상기 활물질은 아미드기로 기능화된 그래핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 커패시터 양극 활물질.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 아미드기로 기능화된 그래핀은 우레아로 환원된 그래핀 산화물인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 커패시터 양극 활물질.
  3. 제 1항 또는 제 2항 중 어느 한 항의 리튬 이온 커패시터 양극 활물질을 양극으로 포함하는 리튬 이온 커패시터.
  4. 리튬 이온 커패시터 양극 활물질 제조방법으로,
    그래핀 산화물을 용매에 첨가하여, 그래핀 산화물 현탁액을 제조하는 단계; 및
    상기 그래핀 산화물 현탁액에 우레아를 첨가하여, 상기 그래핀 산화물을 우레아로 환원시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 커패시터 양극 활물질 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 그래핀 산화물을 우레아로 환원시키는 단계는,
    상기 그래핀 산화물 현탁액에 우레아를 첨가한 후, 상기 상기 그래핀 산화물 현탁액을 열처리하는 방식으로 진행되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 커패시터 양극 활물질 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 그래핀 산화물을 우레아로 환원시키는 단계에서, 상기 환원된 그래핀 산화물에는 아미드기가 형성되는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 커패시터 양극 활물질 제조방법.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 따른 그래핀을 활물질로 이용하는 전극 제조방법으로,
    폴리아크릴산이 바인더로 혼합된 용매에 상기 그래핀을 혼입하는 단계; 및
    상기 용매를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 제조방법.
  8. 제 7항에 따른 방법에 따라 제조된 리튬 이온 커패시터 전극.
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CN114944286A (zh) * 2022-05-17 2022-08-26 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种石墨烯基正极材料的电化学活化方法及锂离子电容器

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