KR100608290B1

KR100608290B1 - 납축전지용 전극 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100608290B1
Application number: KR1020050015405A
Authority: KR
Inventors: 김광수
Original assignee: 김광수
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2006-08-08

Abstract

본 발명은 납축전지용 전극 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래 연분과 황산만으로 연분 페이스트를 제조하는 것과는 달리 연분에 묽은 황산, 황산수소나트륨, 안티몬, 및 황산알루미늄으로 구성되는 첨가제를 혼합 및 반죽하여 제조되는 연분 페이스트를 이용하는 것을 기술적 특징으로 한다. 본 발명에 따른 납축전지용 전극은 전류효율이 크기 때문에 단시간에 완충전할 수 있으며, 극판부식이 없고, 백색 황산납의 제거 효과가 있어 결과적으로 축전지의 수명이 연장되는 효과가 있다.

납축전지, 연분, 페이스트, 전극

Description

납축전지용 전극 및 그 제조방법{Electrode for lead storage battery and Manufacturing method thereof}

도 1은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 전극들이 초기충전시 12V에 도달하는데 걸리는 과정을 도시하는 그래프이다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 전극을 반복적으로 충방전 시킬 경우의 방전용량을 도시하는 그래프이다.

도 2b는 비교예에 따른 전극을 반복적으로 충방전시킬 경우의 방전용량을 도시하는 그래프이다.

본 발명은 납축전지용 전극 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래 연분과 황산을 혼합 및 반죽하여 전극용 페이스트를 제조하던 것을 개선하여 추가의 첨가제를 더 포함하여 제조되는 납축전지용 전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래 납축전지용 전극은 황산에 대한 부식저항성이 큰 납합금에 황산과 연분을 혼합 및 반죽한 연분 페이스트를 도포하여 제조되었다. 구체적으로는, 산화납이 주성분인 연분과 황산을 반죽하여 연분 페이스트를 만들고(혼합 및 반죽단계), 연분 페이스트를 격자모양의 집전체 기판에 도포하여 일정조건에서 숙성 및 건조한 후(숙성 및 건조단계), 기판을 전해액에 담궈 전기를 흘려주어 전기화학적 활성을 가지는 활물질이 포함된 기판형태로 제조하였다(화성단계).

그러나, 황산과 연분만으로 형성된 연분 페이스트가 도포되어 제작된 통상의 전극의 경우, 충방전을 반복되면서 기판의 활물질인 미세한 연분이 전해질 속의 황산의 출입으로 황산납을 형성하여 상기 기판에 피막을 형성하게 되고, 결국 기판에서 피막이 떨어짐으로써 부식되어 기전력의 약화 및 전기의 내부저항의 증가와 더불어 수명을 단축시키게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 연분 페이스트 제조시에 특정한 첨가제를 사용하여 전극의 연분이 황산과 반응하여 황산납의 형성이 최대한 억제되는 납축전지용 전극 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 연분이 함유된 페이스트를 제조하여 기판에 도포하는 단계를 포함하는 납축전지용 전극 제조방법에 있어서, 페이스트는 상기 연분 100 중량부에 대하여, 황산수소나트륨, 안티몬, 마그네슘, 황산알루미늄, 묽은 황산을 포함하여 구성되는 첨가제 20 내지 50 중량부를 혼합 및 반죽시켜 제조되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 첨가제는 황산수소나트륨 10중량% 내지 20중량%, 안티몬 12중량% 내지 20중량%, 마그네슘 15중량% 내지 20중량%, 황산알루미늄 10중량%내지 20중량%, 및 묽은 황산 10중량% 내지 30중량%를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 연분이 함유된 페이스트를 기판에 도포하여 제조되는 납축전지용 전극에 있어서, 페이스트는 상기 연분 100 중량부에 대하여, 황산수소나트륨, 안티몬, 마그네슘, 황산알루미늄, 묽은 황산을 포함하여 구성되는 첨가제 20 내지 50 중량부를 혼합 및 반죽시켜 제조되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 첨가제는 황산수소나트륨 10중량% 내지 20중량%, 안티몬 12중량% 내지 20중량%, 마그네슘 15중량% 내지 20중량%, 황산알루미늄 10중량%내지 20중량%, 및 묽은 황산 10% 내지 30%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 기술적 특징은 종래 연분 페이스트 제조시 사용되지 않았던 황산수소나트륨, 안티몬, 마그네슘, 황산알루미늄, 및 황산(묽은 황산)으로 구성되는 산성이 완화된 첨가제를 사용하는데 있다.

혼합되는 연분과 첨가제의 중량비는 연분 100중량부에 대하여, 첨가제의 중량 20 내지 50중량부로 구성하는 것이 바람직하다. 첨가제의 중량을 20이하로 하면, 첨가제의 기전력을 감소를 방지하는 효과가 드러나지 않고, 첨가제의 중량을 50이상으로 하면, 화성효율이 떨어지기 때문이다.

이 때, 첨가제의 조성비는 앞서 제시한 대로 황산수소나트륨 10중량% 내지 20중량%, 안티몬 12중량% 내지 20중량%, 마그네슘 15중량% 내지 20중량%, 황산알루미늄 10중량%내지 20중량%, 및 묽은 황산 10% 내지 30%로 구성되는 것이 바람직한 데, 이는 본 발명의 바람직한 결과를 나타내는 실험적 조성비이나 상기 조성비에 국한되지 않고 어느 일 성분만을 미량 첨가하더라도 종래 황산만을 첨가하는 것보다는 나은 효과가 발생한다. 한편, 사용되는 황산은 묽은 황산으로 20% 내지 60%로 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 황산수소나트륨은 활물질을 보호하기 위한 피막형성을 위해 사용되었고, 안티몬과 마그네슘은 전류효율을 상승시키기 위해서 사용되었으며, 황산 알루미늄은 발생하는 황산납의 제거하기 위해 사용되었다. 그러나, 이때, 각 구성성분의 역할은 상술한 역할로만 작용되지 않고, 상호 복합적으로 결정된다고 판단되며 아직 정확히 규명되지 않았다. 그러나, 상기 물질들의 사용으로 인한 본 발명의 효과를 나타내는 정확한 반응메카니즘이 제시되지 않더라도 본 발명의 성립성을 저해하지는 않을 것이다.

한편, 본 발명에 있어서, 사용되는 기판의 종류나 연분의 제조방법에는 제한이 없고, 전극제조시의 다른 단계에서 실시되는 여러 공정의 차이에 대해서도 제한이 없다. 예컨데, 연분 페이스트 도포 후 이루어지는 숙성 및 건조단계에서 저온숙성공정으로 진행되거나, 고온숙성으로 진행될 수 있으며, 화성공정에서 화성효율을 증가시키기 위해 별도의 첨가제가 추가되더라도 이에 관계없이 본 발명은 적용될 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 전극이 통상의 황산 전해액이 아니라, 본 발명의 첨가제와 동일한 첨가제 성분이 용해된 전해액에 사용될 경우 보다 현저한 효과가 기대된다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 납축전지용 전극 및 그 제조 방법를 참조하면서 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

먼저 납합금으로 이루어진 기판을 준비하고, 바론포트 방식으로 제조한 연분1kg에 황산수소나트륨 16중량%, 안티몬 18중량%, 마그네슘 16중량%, 황산알루미늄 20중량%, 및 황산(27% 묽은황산) 30%로 구성된 첨가제 0.3kg을 혼합 및 반죽하여 연분 페이스트를 제조한다. 제조된 연분 페이스트를 기판에 도포하고, 도포된 기판을 90℃에서 3시간 30분간 숙성하고 3일간 건조한다. 건조된 기판에 전류를 통과하여 전극을 완성한다.

[비교예]

비교예는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 전극을 완성하되, 본 발명의 첨가제 대신 황산만을 사용하였다.

도 1은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 전극으로 초기충전시 12V에 도달하는데 걸리는 과정을 도시한다. 이에 따르면, 실시예에서는 12V 도달시까지 34시간이 소요되고, 비교예에서는 72시간이 소요되는 것을 확인할 수 있다.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 전극을 반복적으로 충방전 시킬 경우의 방전용량을 도시하는 그래프이고, 도 2b는 비교예에 따른 전극을 반복적으로 충방전시킬 경우의 방전용량을 도시하는 그래프이다. 이에 따르면, 전압이 1.8V 이하로 떨어지는 데 소요되는 시간이 본 실시예에서 현저히 길다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 충방전의 횟수가 늘어남에 따라, 본 발명의 경우 방전용량이 거의 동일하지만 비교예에서는 현저히 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 본 실시예에서는 황산납 이 누적되어 전극들을 부식시키지 않음을 의미한다.

본 발명은 상기 실시예를 기준으로 주로 설명되어졌으나, 발명의 요지와 범위를 벗어나지 않고 많은 다른 가능한 수정과 변형이 이루어 질 수 있다. 예컨데, 본 발명에 따른 첨가제와 같이 혼합되어 사용될 수 있는 타성분의 추가, 현저한 효과를 발생하지 않는 조성의 변경등은 당업자가 용이하게 도출할 수 있는 변경일 것이다.

본 발명에 따른 납축전지용 전극은 전류효율이 크기 때문에 단시간에 완충전할 수 있으며, 피막이 형성되어 극판부식이 없고, 백색 황산납의 제거 효과가 있어 결과적으로 축전지의 수명이 연장되는 효과가 있다. 또한, 환경오염을 초래하는 황산의 사용을 절감함으로써, 친환경적 납축전지를 제조할 수 있다.

전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.

Claims

연분이 함유된 페이스트를 기판에 도포하여 제조되는 납축전지용 전극에 있어서,

상기 페이스트는 상기 연분 100 중량부에 대하여, 황산수소나트륨, 안티몬, 마그네슘, 황산알루미늄, 묽은 황산을 포함하여 구성되는 첨가제 20 내지 50 중량부를 혼합 및 반죽시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 전극.
청구항 1에 있어서,

상기 첨가제는 황산수소나트륨 10중량% 내지 20중량%, 안티몬 12중량% 내지 20중량%, 마그네슘 15중량% 내지 20중량%, 황산알루미늄 10중량%내지 20중량%, 및 묽은 황산 10중량% 내지 30중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 전극.
연분이 함유된 페이스트를 제조하여 기판에 도포하는 단계를 포함하는 납축전지용 전극 제조방법에 있어서,

상기 페이스트는 상기 연분 100 중량부에 대하여, 황산수소나트륨, 안티몬, 마그네슘, 황산알루미늄, 묽은 황산을 포함하여 구성되는 첨가제 20 내지 50 중량부를 혼합 및 반죽시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 전극의 제조방법.
청구항 3에 있어서,

상기 첨가제는 황산수소나트륨 10중량% 내지 20중량%, 안티몬 12중량% 내지 20중량%, 마그네슘 15중량% 내지 20중량%, 황산알루미늄 10중량%내지 20중량%, 및 묽은 황산 10중량% 내지 30중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 납축전지용 전극 의 제조방법.