[논문]Supercapacitor용 <tex> $LiMn_2O_4$</tex>+Activated Carbon 전극의 전기화학적 특성

전민제; 이선영; 김익준; 문성인; 임영택; 이상현; 이문배

[국내논문] Supercapacitor용 $LiMn_2O_4$+Activated Carbon 전극의 전기화학적 특성
Electrochemical Characteristics of $LiMn_2O_4$+Activated Carbon Electrode for Supercapacitor 원문보기

전민제 (한국전기연구원) , 이선영 (한국전기연구원) , 김익준 (한국전기연구원) , 문성인 (한국전기연구원) , 임영택 (코칩(주)) , 이상현 (코칩(주)) , 이문배 (코칩(주))

This research which it sees adds $LiMn_2O_4$ in the activated carbon electrode the test against the effect which it follows is. Test cells, which were $LiMn_2O_4$fabricated with active mass composite consisted of (100-X)% of MSP-20 and (X)% of $LiMn_2O_4$ (X=20,40,60,80,100), exhibits the better specific capacitance than those of the cells fabricated with single active mass that is MSP-20. The enhanced properties of composite active mass could be caused by capability of $LiMn_2O_4$ powders. But the resistance was increase by proportionate in $LiMn_2O_4$ addition and when mixture ratio of the activated carbon and the $LiMn_2O_4$ being similar, to be low rather to the after where had become the maximum it came.

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문제 정의

본 연구에서는 Activated carbon을 정극 활물질로 사용하는 전기 이중 층 Cpacito「에 LiMmQ*를 첨가율을 달리하여 첨가할 때 각 조성 별로 제조된 C이I이 나타내는 전기화학적 특징을 연구하여 아래와 같은 결과를 얻었다.

제안 방법

본 연구에서는 전기이중층 커패시터의 낮은. 에너지 밀도를 향상시킬목적으로 기존의 활성탄소 전극에 상대적으로 비용량이 많은 LiMmd를 첨가하고, 이 패 LiMihd의 항량별 증가를 통해 그 전기화학적 특성을 조사하였다.
먼저, 활물질 : 도전재 : 바인더 =90 : 5 : 5 wt. %로 구성하고 활물질의 혼합물 구성비는 MSP-20(100-X) : LiMn2O₄(X), X=20, 40, 60, 80, 100 % 로 하였다. 이들을 용매와 항께 2000mm으로 고속교반한 후 100C로 ovemight하여 건조하여 용매를 제거한 후, 적당량의 I.
%로 구성하고 활물질의 혼합물 구성비는 MSP-20(100-X) : LiMn2O₄(X), X=20, 40, 60, 80, 100 % 로 하였다. 이들을 용매와 항께 2000mm으로 고속교반한 후 100C로 ovemight하여 건조하여 용매를 제거한 후, 적당량의 I.P.A. (Iso Prophyl 시cohol)와 함께 Roll Press로 반복 니딩 (Kneadin g)하여 특정 두께의 sheet 전극을 제조하였다. Sheet 전극은 120C의 진공건조기에서 ovemight 하여 건조시키고, 1仙로 재단하여 전해액 (LiPF6 in EC/DMC 1/1 by Vol.

대상 데이터

양극으로 사용되는 activated carbon+LiMn2O₄ 혼합전극의 구성은 활뭂질로는 MSP-20 (비 표면적 : 2000m7g, Kansai Coke & Chemicals Co.)과 LiMmQiS例), 바인더로는 Polytetrafluoroethylene 60% em니Sion (이하 PTFE)를 사용하였으며, 도전재는 SPB (S叩er P Black, MMM Carbon)을사용하였다. 먼저, 활물질 : 도전재 : 바인더 =90 : 5 : 5 wt.

이론/모형

충 방전 실험은 충방전 시험기(MACCOR, 모델명 MC-4) 롤 이용하여 정전류 법으로 행하였다. 구동전압은 3-4.

성능/효과

MSP-20만으로 구성된 전극은 선형적 변화로부터 전형적인 전기이중층 거동을 보이고 LiMmd의 함량이 증가함에 따라 약 4.2V~3.9V 범위내에서 전기 이중 층 커패시터의 특성과 이온들의 inte「c기atio n, de-intercalation 특성이 복합된 거동을 나타냈다. 이때의 LiMn2O₄ 함량별 비축전용량은 그림 3.
4 는 AC Impedance로 측정한 LiMmd함량에 따른 각 Coin Cell의 1KHZ에서의 저항을 나타낸 것이다. 보는 바와 같0I 함량이 증가할수록 저항이 증가하며 MSP-20과 LiMad의 함량이 40:60일 때 저항이 10.912Q로 가장 컸으며 순수한 LiMmQ만으로 구성된 전극에서는 L6548Q으로가장 작은 값이 얻어졌다.
1) 방전 시 Li계 전해액에서 activated carbon전극은 전형적인 EDLC(이ectric double layer capacitor )의 거동을 보이고 LiMmd 함량이 증가함에 따라 4.2~3.9V영역의 비교 전 완만한 방전 곡선을 보임에 있어서 Li이온들의 삽입탈리 거동이 나타남을 알 수 있다.
2) LiMmd 함량에 비례해 서 비정전용량은 20%일때의 52.232mAh/g에서 LiMn2O₄ 함량에 비례하여 증가하여 LiMiizd첨가율 100% 일패는 118.4mAh/ g을 나타므로 LiMmd를 첨가에 따라 비정전용량이 증가함을 알수있다.
3) 각 셀의 저항은 MSP-20이 LiMmd의 함량이 비슷해질수록 커졌고 40:60의 혼합비율 일 패 가장 큰 값을 나타냈다. 정극 활물질이 LiMmd만으로 구성된 경우 전극활물질의 혼합률이 유사할 패와 비교하여 현저히 낮은 저항값을 보였匚k

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