KR100549322B1 - 연축전지 전극의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연축전지의 전극 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기합성 극세사(Microfiber)를 활물질에 첨가하여 고율방전특성이 우수한 전극을 제조하는 전극 제조방법에 관한 것이다.

납축전지, 전극제조, 활물질, 극세사

Description

연축전지 전극의 제조방법{Manufacturing method of electrode for lead storage battery}

본 발명은 연축전지의 전극 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미크론 사이즈의 유기합성 극세사를 활물질에 첨가하여 전극을 제조하는 전극 제조방법에 관한 것이다

일반적으로, 연축전지의 전극은 활물질의 기계적 강도의 향상을 위하여 활물질 혼합시 유기합성 단섬유를 0.01 ~ 0.5 wgt %를 첨가하고 있다. 이때 첨가되는 유기합성 단섬유는 통상적으로 2~5 데니어의 섬도를 갖으며, 길이는 2 ~10밀리미터 정도이다. 유기합성 단섬유의 성분은 내산성 및 내산화성이 우수한 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 모드아크릴 계열이 주종을 이루고 있다.

근래의 연축전지 업계는 하이브리드 전기자동차용 고출력전지 개발에 힘쓰고 있으며, 이를 위해 활물질의 전기 및 이온전도도 향상을 위한 연구가 이루어지고 있다.

전지의 고율 방전 특성 향상을 위해서 본 발명에서는, 활물질의 기계적 강도 보강을 위해 첨가하던 유기합성 단섬유를 미크론 사이즈의 유기합성 극세사로 대체하여, 활물질내에 분포한 유기합성 극세사 내부 및 표면의 모세관 현상을 통해 이온전도도를 증가시키는 방안을 검토하였다.

유기합성 단 섬유는 전지 활물질의 기계적 강도를 증가시킬 목적으로, 활물질의 혼합시 첨가하게 된다. 재질은 전해액인 황산수용액에 대한 내산성을 고려하여, 폴리프로필렌이나 폴리에스테르 및 모드아크릴계열이 사용되고 있다. 사용되는 유기합성 단섬유는, 직접 방사법으로 제조되는 통상적인 합성 단 섬유의 사양인 2~5 데니어(직경은 약 12~20 마이크로미터)의 섬도를 갖으며, 길이는 2~10 밀리미터이다. 혼합시 투입되는 양은 0.01 ~ 0.5 wgt % 로, 이를 통해 최종적인 전극 활물질의 기계적 강도를 향상시켜 진동 및 충방전에 의한 활물질의 수축팽창으로 인해 활물질 구조가 파괴되는 현상을 억제하게 된다.

극세사는 일반적인 섬유 제조방법인 직접 방사법의 한계인 0.5 ~ 1 데니어 사이의 섬유를 말하였으나, 해도형 초극세사와 분할형 초극세사가 개발됨에 따라 최소 0.001 데니어 까지 확장되었다. 이러한 극세사로 만든 직물 또는 부직포는 우수한 흡수성으로 인해 주방용품, 청소용품 목욕용품으로 사용되고 있으며, 기공이 미세해짐에 따라 고성능 방진 및 정수 필터 등으로 사용되고 있다.

본 발명은, 투입되는 유기합성 단섬유(직경 10 ~ 50 마이크로미터)를 유기합성 극세사(직경 0.5 ~ 10 마이크로미터)로 대체함으로써, 단섬유의 표면적을 증가 시키고, 섬유간 또는 섬유내부의 모세관 현상을 이용해 전해액의 확산을 용이하게 하여 이온전도도를 향상시키고 최종적으로 전지의 고율방전 특성을 향상시키기 위한 것이다.

따라서, 전해액인 황산에 대한 내산성, 주기적인 산화환원반응에 대한 화학적 안정성이 요구되는 재질을 갖고, 마이크로 미터 수준(1~10마이크로미터)의 굵기를 갖는 유기합성 초극세사를 선정, 전극 활물질에 첨가하여 고율방전특성에 대한 영향을 확인하였다.

본 발명은 연축전지용 전극에 있어서, 전극의 활물질에 1 데니어 미만의 유기합성 극세사를 첨가하여 전극을 제조하는 것에 특징을 둔 것이다.

상기 극세사는 다양한 재질의 극세사가 이용될 수 있다.

즉, 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 아크릴 재질로 형성시킬 수 있으며, 0.5~1 데니어 미만의 섬도를 갖는 길이 1~10mm인 스테이플 화이버로 구성할 수 있는 것이다.

또한 상기 극세사는 폴리에스테르 또는 폴리아미드 재질의 단일성분 이거나 두개이상의 복합성분으로 형성시킬 수 있으며, 복합방사 또는 고분자블렌드 방사법으로 제조되고, 0.001~0.5 데니어의 섬도를 갖는 해도형 또는 분할형 극세사로 길이 1~10mm인 스테이플 화이버로 구성시킬 수 있다.

상기 극세사는 활물질과의 혼합시 0.01~0.5 wgt% 첨가하여 주며, 혼합이 완 료된 활물질은 전극에 도포하여 전극을 제조한다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 내산성 및 내산화성이 우수한 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 모드아크릴 계열의 유기합성 극세사를 전극제조용 활물질에 소량첨가하여 전극 활물질내로의 이온전달을 향상시키기 위한 것이다. 발명의 효과를 파악하기 위해 활물질 혼합시, 기존에 투입되던 유기합성 단 섬유를 유기합성 극세사로 대체하여 동일 중량비로 첨가하였으며 후속 공정인 숙성, 조립, 충전 등의 공정을 통해 최종적인 제품을 제작하였다. 제작된 시험품은 KS C 8504 자동차 시동용 연축전지 시험규격(1999)에 의거 초기 성능 및 수명에 대한 시험을 실시하였으며, 그 결과는 다음과 같다.

1.초기 성능 시험결과

1) 보유용량 (Reserve Capacity, min)

- 25℃수조에서 25A 방전시, 10.5V 도달시 까지의 방전시간을 측정하는 것임.

- 시험결과, 극세사를 적용한 전지의 RC(Reserve Capacity)는 기존품의 RC 대비 5%의 향상된 결과를 보임.

- 따라서, 극세사 사용에 따라 RC가 향상됨을 확인.

2) 저온시동력 (Cold Cranking Ampere, A)

- 저온에서의 시동력을 보기 위한 고율 방전시험임.(-18℃에서 630A로 30초 방전시의 전압을 측정.)

- 7.2V 이상일 경우 합격판정을 받으나 30초 전압이 높을수록 저온시동능력이 우수하다고 평가됨.

- 시험결과, 극세사를 적용한 전지의 CCA(Cold Cranking Ampere)는, 기존품의 CCA 대비 약 10%의 상승효과를 보임.

- 따라서, 극세사 사용에 따라 CCA가 약 10% 상승함을 확인.

3) 20시간율 용량 (C20, AH)

- 25℃수조에서 3.75 A로 방전하여, 10.5 V 까지의 방전용량 (AH)를 측정

- 시험결과, 극세사를 적용한 전지의 20시간율 용량은, 기존품의 20시간율 용량대비, 5%의 상승효과를 보임.

- 따라서, 극세사 사용에 따라 20시간율 용량이 약 5% 상승함을 확인.

4) 수명시험 ( SAE J 240 at 75 ℃)

- 75℃수조에서 4분 방전(25A), 10분 충전(14.8V, 최대 25A)을 1주 480회 반복

- 1주 충방전후, 고율방전(630A)하여 30초 전압 측정

- 30초 전압이 7.2 V 이상일 경우, 충방전 1주 반복. 7.2 V 미만일 경우 수명 종지임.

- 시험결과, 극세사를 적용한 전지의 수명은, 기존품의 수명 대비 약 20%의 상승효과를 보임.

- 따라서, 극세사 사용에 따라 수명이 약 20% 상승함을 확인.

전지의 초기 성능과 수명시험결과, 보유용량(RC,분)은 5%, 고율방전특성(CCA, A)은 10%, 20시간용량(C20,Ah)는 5%, 수명(SAE J240 at 75℃)은 20% 향상됨을 확인할 수 있었다.

< 시험결과 표 >

이상에서와 같이 본 발명에 따르면 연축전지의 품질조건인 보유용량 (Reserve Capacity, min), 저온시동력 (Cold Cranking Ampere, A), 20시간율 용량 (C20, AH), 내구수명 등이 종래품보다 월등한 성능을 가지는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 연축전지용 전극에 있어서, 전극의 활물질에 1 데니어 미만의 유기합성 극세사를 첨가하여 전극을 제조하는 것을 특징으로 하는 연축전지 전극의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 극세사는 폴리프로필렌, 폴리에스테르 또는 아크릴 재질이며, 0.5~1 데니어 미만의 섬도를 갖는 길이 1~10mm인 스테이플 화이버인 것을 특징으로 하는 연축전지 전극의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 극세사는 폴리에스테르 또는 폴리아미드 재질의 단일성분 이거나 두개이상의 복합성분으로 이루어진 것으로, 복합방사 또는 고분자블렌드 방사법으로 제조된, 0.001~0.5 데니어의 섬도를 갖는 해도형 또는 분할형 극세사로 길이 1~10mm인 스테이플 화이버인 것을 특징으로 하는 연축전지 전극의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 극세사는 아크릴재질로, 복합방사 또는 고분자블렌드 방사법으로 제조된, 0.001~0.5 데니어의 섬도를 갖는 해도형 또는 분할형 극세사로 길이 1~10mm의 스테이플 화이버인 것을 특징으로 하는 연축전지 전극의 제조방법.
5. 제 1항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 극세사는 활물질과의 혼합시 0.01~0.5 wgt% 첨가함을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 연축전지 전극의 제조방법.