KR100329670B1 - 배터리전극을제조하는방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1차 전류 발생기 전지 제조시에 사용될 수 있는 니켈-카드뮴, 니켈-수소화물 및 다른 알칼리성 축전지의 제조 분야에 관한 것이다. 본 발명은 활성재료와 바인더를 혼합하는 단계와, 상기 단계에서 얻어진 혼합물을 리드에 공급하는 단계와, 건조하는 단계를 포함하며; 메틸 메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 수성 분산액이 다음과 같은 조성비(ppm)에서 상기 바인더로서 사용되며,활성재료 100, 메틸 메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 수성 분산액 2.4-24, 물 10-40, 상기 건조단계가 1.0-3.5%의 잔류 수분까지 수행되는 배터리를 제조하는 방법을 제조한다. 본 방법은 활성 매스를 리드에 공급하기 위해 다른 방법의 사용에 대한 기술적 성능을 확장하며, 대응하는 조성비를 가진 새로운 바인더를 사용하고 혼합물을 임의의 잔류 수분만큼 건조시킴으로써 전극(기판의 파괴없이)의 탄력성을 개선시킬 수있다.

Description

배터리 전극을 제조하는 방법{METHOD OF MANUFACTURING A BATTERY ELECTRODE}

활성 재료와 결합제를 혼합하는 단계, 상기 결합물을 납에 공급하는 단계 및 건조시키는 단계를 포함하는 배터리 전극을 제조하는 방법이 공지되어 있다(일본 특허 제 17545/71호, C1 57C 2, 1971참조).

상기 방법의 단점은 스메어링을 위한 방법을 제외하고 활성 재료를 납에 공급하는 충분한 방법에 관한 구현에 있어서 한계를 가진다는 것이다. 이는 단위 중량당 높은 용량을 가진 전극을 허용하는 다른 응용 방법, 즉 밀링 및 가압과 같은 방법을 이용할 때, 활성 재료의 젖은 혼합물이 압착되어 빠져나간다는 사실에 의하여 발생된다. 상기 문제점 이외에, 스메어링된 전극의 활성 재료를 건조할 때, 전극의 비틀림은 불가피하며, 따라서 밀링을 위한 추가 공정이 상기 전극을 곧게 하기 위하여 요구된다. 건조는 결합제의 경화를 완료한다. 그 결과, 건조된 전극을 밀링할 때, 중합체 결합제로 형성된 전극 골격 구조가 파손되며, 이는 전극 강도감소, 가용성 감소 및 활성 재료의 개별 입자 사이의 접점 파손을 야기시켜 전극 용량 특성을 감소시킨다.

동일한 목적의 전극을 제조하는 공정을 처리하는 종래 기술은 결합제와 활성 재료를 혼합하는 단계, 상기 혼합물은 납에 공급하는 단계 및 건조하는 단계를 포함하는 배터리 전극 제조방법에 기술되어 있다(프랑스 특허 제 2415882호, C1, HO1M 4/32, 1979 참조).

상기 방법 이용시 요구되는 기술의 달성을 방해하는 원인은 하나의 주 공정(밀링, 가압)중에 페이스트의 강한 변형 때문에 소정 중량 특성을 가진 전극을 얻는 것이 불가능하다는데 있다. 상기 방법을 구현하기 위하여 이용된 전류 콜렉터 위에 페이스트를 공급할 때, 동작 부분에 대해 페이스트를 건조시키고 깨끗한 상태를 유지하는 부가의 수단(예를 들어 다공성 밴드, 코드등)이 요구되며, 이는 제조 공정을 복잡하게 한다.

또한, 임시적인 결합제를 이용하여 상기 방법에 의하여 제조된 전극은 감을 때 전극의 파손 때문에 예를 들어 작은 규모의 실린더형 일차 전지 발생기 전지의 응용 분야를 좁히는 제한된 가용성을 가진다.

본 발명은 전기 산업 분야에 관한 것이다. 특히, 니켈-카드뮴, 니켈-수소화물 및 다른 알카라인 축전지 제조에 관한 것이며, 이들은 일차 전류 발생 전지의 생성에 이용될 수 있다.

본 발명은 종래기술에 포함된 상기 문제점들을 해소하기 위하여 만들어진 것으로, 본 발명의 목적은 동일한 목적을 갖는 공지된 방법과 비교하여 제조 방법이 간단하고 전극의 기계적 강도가 개선된 배터리 전극을 제조하는 새로운 방법을 제공하는 것이다.

본 발명을 인식할 때 얻을 수 있는 기술적인 결과는 방법을 실시하는데 필요한 복수의 장비를 줄이고 완성된 전극의 건조 및 직접 제조 단계를 분리함으로써 제조 방법을 간단화하는데 있다. 다시말하면, 건조 자체는 직접 제조시간을 미리 계산하지 않는 반면, 전극의 전기 화학적 및 중량 측정 특성에 영향을 미치지 않는 소정의 최종 수분 함량을 갖는 활성체(active mass)의 스톡은 상기 시간의 탄력적인 사용뿐만아니라, 소규모 원통형 제 1 전류 발생기 셀을 코일식으로 감을 경우 부서짐 및 균열의 감소에 기인하여 전극의 기계적 강도의 개선을 허용한다.

상기한 기술적인 결과는 바인더를 갖는 활성 재료를 혼합하는 단계, 그렇게 얻어진 혼합물을 리드에 인가하는 단계, 및 건조하는 단계를 포함하는 배터리 전극을 제조하는 공지의 방법에 있어서, 메틸 메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 수성 분산액이 다음과 같은 조성비(ppm)의 바인더로서 사용된다는 사실에 의해 본 발명에 따라 달성된다:

활성 재료 ----------------------- 100

메틸 메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 수성 분산액 ---- 2.4 - 24

물 ------------------------------- 10 - 40

및 상기 건조단계는 1.0 - 3.5%의 잔류 수분까지 수행됨.

본 방법은 활성체를 리드에 인가하기 위한 다른 방법의 사용에 대하여 기술적인 성능의 확장을 제공하며 상응하는 조성비를 갖는 새로운 바인더를 사용하고 혼합물을 어떤 잔류 수분으로 건조함으로써 (기판이 파괴되지 않고) 전극의 개선된 탄력성을 허용한다.

본 방법은 다음과 같이 수행된다:

전극을 준비하기 위하여, 100 중량부의 활성체는 2.4 - 24 중량부의 바인더와 혼합된다. 바인더에서, 물에 사전분해된 메틸 메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 수성 분산액(합성 유액 ΠΜΜΑ-65 ΓΠ(ΓΚ))이 사용되며, 상기 유액은 건조 재료의 2 - 10 중량부에 달한다.

유액은 37-41%의 양으로 사용되는데, 그 이유는 농도가 증가할 때 그 집합적 안정도가 감소하고 그 점도가 증가하기 때문이다. 혼합하는 동안, 10 - 40 중량부의 물이 첨가된다. 그래서, 그렇게 얻어진 혼합물의 건조는 1.0 - 3.5%의 잔류 수분까지 수행되고 상기 혼합물은 리드에 인가된다.

얻어진 전극의 세기 및 탄력성은 물리적 파라미터와 사용된 바인더의 성질의 최적관계에 기인하는데, 그 이유는 활성체에 대한 물리적 작용(밀링, 프레싱)이 (잔류 수분을 갖는) 바인더를 겔링(gelling)하는 단계, 다시말해서 유액이 가장 높은 접착성을 갖는 순간에 수행되기 때문이며, 페이스트를 인가하는 단계에서, 잔류 수분이 제거되고 분자 결합이 강화된다. 완성된 전극의 다공성은 유액의 다분산성 (polydispersity)(분자 범위 0.1 내지 50nm(nm=10^-9)하에서)에 의해 설명되며, 상기 다분산성은 별도의 큰 입자가 그 치수 또는 그것을 초과하게 균형잡힌 공간들에 의해 분리되는 유액 입자의 느슨한 패킹을 갖는 이질성 구조(활성체 성분상의 막)의 형성을 초래한다. 다공성 공간-스켈레톤 친수성 격자는 이와같이 형성되며, 상기격자는 확산의 어려움을 초래하지 않는다.

예 1

2.5%의 도전성 아세틸렌 블랙은 닉켈-금속 수소화물 배터리의 음전극을 위해 사용된 수소 흡수 합금(HAA)의 파우더에 부가된다(상기 블랙을 피할수 있는데, 그 이유는 이용가능한 금속 및 그 수소화물이 상기 블랙보다 10²- 10²의 인자만큼 더 큰 전기 전도도를 갖기 때문이다). 41%의 메틸 메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 수성 분산액(합성 유액 ΠΜΜΑ-65 ΓΠ(ΓΚ))은 별도로 준비된다. 유액은 1:1의 체적비로 증류수로 희석된다. 이 41% 유액의 12.2g은 활성체에서 건조 공중합체 잔류물의 5% 함량의 준비를 제공하는 합금의 100g 당에 대해 취해진 것이다. 이어서, 유액은 12ml의 물로 희석된다. 교반동안(n=500-800 rpm), 희석된 유액은 (쉽게 유입된 양, 즉 100g 합금당 12/2=6g에 기초하여) 1/2 체적의 물을 부가함으로써 건조 혼합물내로 유입되며 그렇게 얻어진 혼합물은 20분동안 교반된다. 이러한 상태하에서 상기한 비율로, 교반후의 완성된 활성체는 "풍부한" 농도를 갖는다. 그래서, 상기 완성된 활성체는 활성체에서 2.5% 잔류 수분으로 80℃에서 건조기 트레이상에서 건조된 후, 0.1mm 두께를 갖는 닉켈 스트레칭 스트립으로 제분된다. 형성된 벨트는 유연하고 강하며, 균열 및 파손없이 반경 5mm의 굽힘에 견디어낸다. 벨트 두께는 0.6mm부터 0.9mm 까지 변화된다. 이어서, 이 벨트는 필요로하는 사이즈의 전극으로 절단되고, 그후 리드가 벨트에 용접되어 배터리를 조립하는데 사용된다.

예 2

예 1 의 상태하에서, 메틸 메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 수성 분산액은 2.2 중량부의 양으로 취해지며, 건조는 활성체에서 0.9% 잔류 수분으로 수행된다. 형성된 벨트는 강하지만 더 두껍고(동일한 롤 닙을 가짐),즉 0.75 내지 1.0이며, 단단하여 코일을 감을 때 균열이 생긴다.

예 3

예 1 의 상태하에서, 메틸 메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 수성 분산액은 2.4 중량부의 양으로 취해지며, 건조는 활성체에서 1.0% 잔류 수분으로 수행된다. 형성된 벨트는 더 부드러우며 양호한 탄력성을 갖는다.

예 4

예 1의 조건하에서, 메틸 메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 수성 분산액은 24.0중량부만큼 취해지며 활성 매스에서 4.0% 잔류수분까지 건조가 수행된다. 형성된 벨트는 양호한 탄력성과 함께 충분한 두께와 강도를 가진다.

예5

예 1의 조건하에서, 메틸 메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 수성 분산액은 24.1중량부 만큼 취해지며 활성 매스에서 4.1% 잔류수분까지 건조가 수행된다. 상기 활성체(동일한 롤 닙을 가짐)는 불충분하게 제분된다. 벨트는 이동하며, 이때 회전하는 활성체가 부착된다. 형성된 벨트는 큰 롤 닙하에서 충분한 강도를 가진다. 기판은 얇고 부서지기 쉽다.

활성체는 니켈-카드뮴 배터리의 양 및 음 전극을 위해 만들어진다.

양의 전극에는 수산화물화 니켈(또는 순수 니켈), 카르보닐기 니켈(1회 제조에 사용됨) 및 건조 기판에 기초한 2 내지 10 중량 퍼센트(2.4 내지 24.0 중량부)의 범위내의 유액으로 이루어진 활성체가 사용된다.

양의 활성 매스 부족 흑연을 생성할 때, 수산화물 니켈의 100중량부당 20 내지 60중량부내의 카르보닐기 니켈 파우더는 도전 성분으로서 사용된다.

동일양의 유액은 산화 카드늄 및 다른 안정제(1회 제조에 사용됨)로 이루어진 음의 매스로 유입된다.

전술한 모든 예에서, 표 1에 기술된 고도로 재생성 가능한 기술의 특성이 달성된다.

표1a

표 1b

본 발명에 따른 방법은 고도로 재생성 가능한 전압-전류 특성 및 기술적인 특성으로 양 극성을 가진 전류 발생기 전지용 전극을 제조할 수있으며, 합금 전극용 기판과 1차전류 발생기 전지용 전극을 제조하는 것이 또한 가능하다.

Claims (1)

1. 배터리 전극을 제조하는 방법에 있어서,

   활성재료와 바인더를 혼합하는 단계와, 상기 혼합 단계에서 얻어진 혼합물을 리드에 공급하는 단계와, 건조하는 단계를 포함하며,

   메틸 메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 수성 분산액은 다음과 같은 조성비(ppm)에서 상기 바인더로서 사용되며,

   활성재료 ----------------------------------------------- 100

   메틸 메타크릴레이트-부타디엔 공중합체의 수성 분산액 ----- 2.4-24

   물 ----------------------------------------------------- 10-40

   상기 건조단계는 1.0-3.5%의 잔류 수분까지 수행되는 것을 특징으로 배터리 전극을 제조하는 방법.