KR0172229B1 - 소수성 극판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

극판을 소수성 수지 분산액에 도포하는 공정과 상기 도포한 극판을 건조하는 공정을 포함하는 소수성 극판의 제조 방법은 전지의 내압을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 전지의 수명이 연장될 수 있다. 또한 분산액을 이용한 침적 방식은, 분말을 스프레이 하는 방식보다 작업성이 좋으며, 분진이 비산되지 않아 작업이 수월하여지고, 분산 수용액의 농도 조절에 의해 극판에 코팅되는 불소 수지의 양을 용이하게 조절할 수 있다.

Description

소수성 극판의 제조 방법

제1도의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 극판 단판을 불소 수지 수용액에 각각 침적 코팅하여 소수성을 부여하는 공정을 개략적으로 나타낸 설명도.

제1도의 (b)는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 극판롤을 연속적으로 불소 수지 수용액에 침적 코팅하여 소수성을 부여하는 공정을 개략적으로 나타낸 설명도.

제2도의 (a)는 종래의 방법에 따른 불소 수지 수용액을 극판을 이동하면서 스프레이 하여 극판에 소수성을 부여하는 방법을 개략적으로 나타낸 설명도.

제2도의 (b)는 종래의 방법에 따른 불소 수지 수용액을 스프레이 노즐을 이동하면서 스프레이 하여 극판에 소수성을 부여하는 방법을 개략적으로 나타낸 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 불소 수지 분산액 3 : 극판 단판

5 : 연속 단판 7 : 극판

9 : 스프레이 노즐 11 : 극판의 이동 방향

13 : 스프레이 노즐의 이동 방향

[산업상 이용 분야]

본 발명은 소수성 극판의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 극판을 분산액에 침적하여 작업성 및 소수성이 개선된 소수성 극판의 제조 방법에 관한 것이다.

[종래 기술]

일반적으로 알칼리 축전지인 밀폐형 니켈 수소 전지는, 양극으로 금속 산화물을 사용하고 음극으로는 수소 흡장 합금을 사용하는 전지이다. 이 전지는 충전시 전해액 속의 물이 분해되어 생긴 수소를 수소 저장 합금이 흡장하고, 방전시에는 필요한 수소를 전해액 내로 방출하여 충·방전된다.

상기한 니켈-수소 전지는 음극 활물질을 수소 저장 합금으로 하고, 양극 활물질을 Ni(OH)₂로 하고, 전해액으로 알카리 수용액을 사용하는 전지로서, 일반식으로 나타내면 Ni-MH(니켈-메탈하이드라이드) 전지이다. 이러한 니켈-수소 전지의 전기 화학적 반응식은 다음과 같다.

상기 반응식에서, M은 수소 이온을 흡수 및 방출할 수 있는 수소 저장 합금을 나타낸다.

상기한 반응식에 따라 충·방전이 일어나며, 이 공정 중에 전기 화학적으로 양극에서 산소 가스가 발생한다. 이러한 가스가 발생한 상태에서 계속적으로 충·방전 싸이클을 진행하면 상기 가스로 인해, 캔 내압이 상승되고, 음전극부의 산화가 촉진되어 전지의 수명이 단축되고, 용량이 저하된다. 따라서, 양극에서 발생한 가스가 음극으로 이동하여 제거되도록 하기 위하여, 음극판에 소수성을 부여하여 가스가 음극판에서 반응할 수 있는 계면을 넓히는 방법을 사용하고 있다.

현재 극판에 소수성을 부여하기 위한 방법으로는 소수성 재료인 불소 수지 분말을 제2도의 (a)에 나타낸 것과 같이 극판(7)을 이동하면서(11), 또는 제2도의 (b)에 나타낸 것과 같이 스프레이 노즐(9)을 이동하면서(13) 스프레이 하는 방법에 의해 음극판에 도포하는 방법을 사용하고 있다. 이 때 스프레이를 위한 매질로 분사 후 바로 기화될 수 있는 알콜을 매질로 이용하여 분사하였으며, 물은 증발하기까지 오랜 시간이 걸려 극판이 산화될 수 있기 때문에 사용되지 않고 있다.

상기한 바와 같이, 불소 수지 분말을 극판에 스프레이하면 극판 표면에 3상계면(기체-액체-고체)이 형성되어 가스의 접근이 용이하게 되고, 따라서 극판에서 가스가 흡수 또는 분해되어 전지의 내압이 감소된다. 그러나 상기한 스프레이 방법은 스프레이 방법이 갖는 한계로 인하여 극판에 불소 수지의 양을 균일하게 도포하기 어렵고, 사용하는 알콜 등이 증발하여 인체에 유해함과 동시에 대량 양산 공정시 화재의 위험이 있다. 또한 스프레이 공정에서 사용되는 노즐의 구멍이 분사액 중의 수지에 의해 막히는 등의 문제가 있어 작업성이 좋지 않은 문제점이 있다.

[본 발명이 해결하려는 과제]

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 인체에 무해하고, 화재의 위험이 없으며, 작업성이 좋은 소수성 극판의 제조 방법을 제공하는 것을 첫째 목적으로 하고, 소수성이 증가한 극판을 전지에 사용하여 전지 내압이 감소하고 이에 따라 수명을 증가시킬 수 있는 전지용 소수성 극판을 제공하는 것을 둘째 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명자는 상기한 문제점을 해결하기 위해 전지용 소수성 극판을 연구하던 중, 소수성 수지를 분산액으로 만들어 극판에 도포할 경우 간편하게 우수한 소수성 극판을 제조할 수 있음을 발견하였다. 종래에는 소수성 분산액을 사용하면 분산을 돕기 위해 첨가되는 계면활성제 등의 친수제에 의하여, 소수성 극판의 제조가 어렵고 소수성도 우수하지 않으리라 생각하여 소수성 수지 분말을 스프레이 하는 방법을 이용하였다. 그러나 본 발명에서와 같이, 실제로 분산액에 침적하는 방법으로 극판을 제조할 경우 소수성 수지의 도포가 용이하였으며 제조한 극판을 이용하여 전지를 제조한 결과, 종래의 스프레이 방법으로 제조한 극판을 이용하여 전지를 제조한 것보다 소수성이 우수하여 전지의 내압을 감소시킬 수 있어 전지의 전해액 부족 현상을 방지할 수 있고, 전해액이 균일하게 분포될 수 있어서 수명이 긴 전지를 제조할 수 있었다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 극판을 소수성 수지 분산액에 도포하는 공정과; 상기 도포한 극판을 건조하는 공정을 포함하는 소수성 극판의 제조 방법을 제공한다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 소수성 수지 분산액은 3∼10 중량%의 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene)과 헥사플루오로프로필렌(hexafluoropropyleue)의 공중합체 및/또는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)인 불소 수지 수용액을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 분산액을 3 중량% 미만으로 사용하면 충분한 소수성을 갖는 극판을 제조할 수 없고, 10 중량%를 초과하여 사용하면 음극에 소수성이 과다하게 부여되어 이와 같은 극판을 이용하여 전지를 제조할 경우 전해액 침투량이 저하되어 바람직하지 않다.

또한 상기한 본 발명에 있어서, 상기 분산액을 상기 극판에 도포하는 방법은 상기 극판을 소수성 수지 분산액에 침적하는 방법을 이용한다. 상기 침적된 소수성 수지의 잔류량이 0.2 x 3.0mg/㎠이 되도록 1초∼5분 동안 침적하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 건조 공정 후 캘린더링하는 공정을 더욱 포함하는 것이 두께를 균일하게 할 수 있어서 바람직하다.

또한, 본 발명의 제조 방법은 전지의 극판뿐만 아니라 일반적인 성형물에도 소수성을 부여하기 위하여 적용할 수 있다.

[실시예]

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

니켈-수소 전지의 음극판을 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체 분산액인 ND-1(1, 일본 다이킨사 제품) 5 중량% 수용액에 제1도의 (a)에 나타낸 것과 같이 극판 단판(3)을 각각 5초간 침적하고, 60℃의 오븐에서 건조하였다. 이 건조한 극판을 롤러로 캘린더링(calendering)하여 침적으로 인한 극판 두께를 조절하여 소수성 극판을 제조하였다.

[실시예 2]

분산액을 ND-1 대신 테트라플루오로에틸렌 분산액인 LDW-40(1, 일본 무전 약품(武田藥品))을 사용한 것과 침적 방법을 제1도의 (b)에 나타낸 극판 롤(5)을 연속적으로 침적하는 방법을 사용한 것을 제외하고는 상기한 실시예 1과 동일한 방법으로 소수성 극판을 제조하였다.

[비교예 1]

불소 수지 분말을 제2도의 (a)에 나타낸 것과 같이 극판(7)을 이동하면서(11) 스프레이하여 소수성 극판을 제조하였다.

[비교예 2]

불소 수지 분말을 제2도의 (b)에 나타낸 것과 같이 스프레이 노즐(9)을 이동하면서(13) 스프레이 하여 소수성 극판을 제조하였다.

상기한 실시예 및 비교예의 방법에 따라 제조된 소수성 극판을 100회 충·방전한 후 내압과 수명(1CY. 용량의 90% 수준)을 측정하여 그 결과를 하기한 표 1에 나타내었다.

[효과]

종래에는 소수성 수지 분산액을 사용하면 분산을 돕기 위해 첨가되는 계면활성제 등의 친수제에 의하여, 소수성 극판의 제조가 어렵고 소수성도 우수하지 않으리라 생각하여 소수성 수지 분말을 스프레이 하는 방법을 이용하였다. 그러나 본 발명에서와 같이, 실제로 분산액에 침적하는 방법으로 극판을 제조할 경우 소수성 수지의 도포가 용이하였으며 제조한 극판을 이용하여 전지를 제조한 결과, 종래의 스프레이 방법으로 제조한 극판을 이용하여 전지를 제조한 것보다 소수성이 우수하여 전지의 내압을 감소시킬 수 있어 전지의 전해액 부족 현상을 방지할 수 있고, 전해액이 균일하게 분포될 수 있어서 수명이 긴 전지를 제조할 수 있었다.

상기한 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 분산액을 도포하는 방식은, 분말을 스프레이하는 방법보다 작업성이 좋으며, 분진이 비산되지 않아 작업이 수월하고, 분산 수용액의 농도 조절에 의해 극판에 코팅되는 불소 수지의 양을 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명의 소수성 극판 제조 방법은 전지 뿐만 아니라 컨덴서등의 다른 분야의 극판 제조시 가스의 접촉면적을 증대시키기 위한 목적으로 적용할 수 있다.

또한 본 발명은 전지용 극판뿐만 아니라, 어떤 대상에 소수성을 부여하기 위한 방법으로 매우 유용한 방법이다.

Claims (16)

1. 극판에 소수성 수지 분산액을 도포하는 공정과; 상기 도포한 극판을 건조하는 공정을; 포함하는 소수성 극판의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 소수성 수지 분산액은 불소 수지 분산액인 소수성 극판의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 분산액은 3∼10 중량%의 불소 수지 수용액인 소수성 극판의 제조 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 불소 수지는 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체 및/또는 테트라플루오로에틸렌인 소수성 극판의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 분산액을 도포하는 방법은 상기 극판을 분산액에 침적하는 것인 소수성 극판의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 침적된 소수성 수지의 잔류량이 0.2 x 3.0mg/㎠이 되도록 침전하는 소수성 극판의 제조 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 침적하는 공정은 1초∼5분 동안 실시하는 것인 소수성 극판의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 건조 공정 후 두께를 균일하게 하기 위하여 캘린더링하는 공정을 더욱 포함하는 소수성 극판의 제조 방법.
9. 성형물에 소수성 수지 분산액을 도포하는 공정과; 상기 도포한 성형물을 건조하는 공정을; 포함하는 소수성 성형물의 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 소수성 수지 분산액은 불소 수지 분산액인 소수성 성형물의 제조 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 분산액은 3∼10 중량%의 불소 수지 수용액인 소수성 성형물의 제조 방법.
12. 제10항에 있어서, 상기 불소 수지는 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체 및/또는 테트라플루오로에틸렌인 소수성 성형물의 제조 방법.
13. 제9항에 있어서, 상기 분산액을 도포하는 방법은 상기 극판을 분산액에 침적하는 것인 소수성 성형물의 제조 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 침적된 소수성 수지의 잔류량이 0.2 x 3.0mg/㎠이 되도록 침전하는 소수성 성형물의 제조 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 침적하는 공정은 1초∼5분 동안 실시하는 것인 소수성 성형물의 제조 방법.
16. 제9항에 있어서, 상기 건조 공정 후 두께를 균일하게 하기 위하여 캘린더링하는 공정을 더욱 포함하는 소수성 성형물의 제조 방법.