KR100756274B1 - 밀폐형 납축전지 양극극판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파이버, 셀룰로오즈 플럭 및 익스펜더의 기능을 겸비한 새로운 개념의 카본 종류인 활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber : ACF)를 활 물질 첨가제로 사용함으로써 기존의 납축전지에 비해 5시간율 용량과 보유용량을 크게 향상시킬 수 있는 밀폐형 납축전지의 음극 극판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

납축전지, 활물질, 첨가제, 활성탄소섬유, 보유용량

Description

밀폐형 납축전지 양극극판의 제조방법{Method for preparing cathode pole plate of lead storage battery}

도 1은 본 발명의 실시예에서 제작한 납축전지 극판군의 미화성 단위셀에 대한 화성 프로필을 나타낸 그래프이다..

도 2는 본 발명의 실시예에서 제작한 납축전지 극판군의 화성 단위셀에 대한 5시간율 용량 결과 그래프이다.

도 3은 도 2의 보유용량 결과를 나타낸 그래프이다.

도 4는 도 2의 저온시동성능 결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 밀폐형 납축전지의 음극 극판의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 파이버, 셀룰로오즈 플럭 및 익스팬더의 기능을 겸비한 새로운 개념의 활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber : ACF)를 활 물질 첨가제로 사용함으로써 기존의 납축전지에 비해 5시간율 용량과 보유용량을 크게 향상시킬 수 있는 밀폐형 납축전지의 음극 극판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐형 납축전지의 음극 극판을 제조하는데 있어서, 연분 외에 파이버(Fiber), 셀룰로오즈 플럭(Cellulose flock), 익스펜더(Expander: 리그닌 유도체, 황산바륨, 카본블랙)의 첨가제가 사용된다. 이들의 역할을 보면, 파이버는 음극 활 물질간의 결합력을 증대시키는 역할을 하고, 셀룰로오즈 플럭은 활 물질 내 수분 유지와 고른 기공 분포를 담당하며, 익스펜더는 그의 성분 중 리그닌 유도체는 납(Pb)과 황산납(PbSO₄)에 강하게 흡착하여 전극의 표면적과 다공도를 증대 및 유지시키는 역할을 하고, 황산바륨은 황산납의 생성핵으로 작용하여 음극판의 용량을 증대시키는 역할을 하며, 마지막으로 카본블랙은 양극 및 음극을 육안으로 식별할 수 있게 함과 동시에 전도성을 증대시키는 역할을 한다.

상기와 같은 역할을 하는 첨가제와 연분을 혼합한 뒤, 증류수와 황산을 투입하면서 교반하여 음극 활 물질 페이스트를 제조하고, 이 페이스트를 기판에 도포한 뒤 숙성 및 건조공정을 거쳐 음극 극판을 제조하고 있다.

현재 음극 활 물질 첨가제로 카본, 예를 들면 그라파이트(Graphite), 카본나노튜브(Carbonnanotube), 아세틸렌블랙(Acetylene black), 활성탄소(Activated carbon) 등이 많이 사용되고 있으며, 이들은 주로 음극 극판의 도전성 향상과 방전 특성의 개선을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 음극 익스펜더 첨가제 역할을 겸비한 새로운 카본 종류의 첨가제를 사용함으로써 기존의 납축전지(80 Ah 기준)에 비해 향상된 용량을 보유할 수 있는 납축전지를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 용량이 80 Ah인 밀폐형 납축전지의 음극 극판의 제조방법은, 연분에 파이버, 셀룰로오즈 플럭, 익스펜더의 첨가제를 혼합한 뒤, 증류수와 황산을 투입하면서 교반하여 납을 주성분으로 하는 음극 활 물질 페이스트를 제조하고, 이 페이스트를 기판에 도포한 뒤 숙성 및 건조공정을 거쳐 음극 극판을 제조하는 기존의 방법에 있어서, 그 개선점은 찹(Chopped) 형태의 비표면적이 1500 ㎡/g인 레이온계 활성탄소섬유(ACF)를 상기 연분 대비 0.1 ~ 1중량%를 추가로 첨가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용하는 새로운 개념의 카본 첨가제인 레이온계 활성탄소섬유(ACF)는 이미 음극의 활 물질 첨가제로 사용하고 있는 파이버, 셀룰로오즈 플럭 및 익스펜더의 기능을 겸비하고 있으며, 상기 레이온계의 활성탄소섬유(ACF)를 첨가함으로써 납축전지의 5시간율 용량과 보유용량을 크게 향상시킬 수 있다. 상기 활성탄소섬유의 첨가량을 만일 0.1중량% 미만으로 첨가할 경우에는 원하는 보유용량을 늘릴 수 없으며, 1중량%를 넘게 첨가할 경우에는 더 이상 보유용량이 증가하지 않게 되므로 첨가의 의미가 없어지게 되며, 바람직하기로는 0.5중량%일 경우 가장 향상된 용량을 갖는 납축전지를 제작할 수 있다.

이와 같은 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

연분 10kg, 파이버 9g, 익스펜더 95g, 셀룰로오즈 플럭 24g과 활성탄소섬유(AFC)를 연분 대비 0.1중량%, 0.2중량%, 0.5중량% 또는 1중량%를 각각 투입한 후 5분간 건조 혼합을 하고, 각각 3분에 걸쳐 증류수 110g과 황산 610g을 투입하면서 혼합을 하여 음극 활 물질 페이스트를 제조하였다.

상기 제조한 음극 활 물질 페이스트 95g을 기판에 도포한 뒤 자연 건조하여 음극 극판을 제조하였다. 엔벨로핑(Enveloping)과 COS 제조시 불량을 방지하기 위하여 극판 러그 부분과 플래임 부분을 손질한 뒤 양극판 7매와 PE 세퍼레이터로 감싼 음극판 6매를 교차 적층하여 극판군을 형성하였다. 형성된 극판군의 양극과 음극의 러그 부분을 스트랩을 제조하여 미화성 단위셀을 제작하였다.

상기 미화성 단위셀을 전조에 투입하고 비중 1.230의 황산을 주액한 뒤 25A로 4.5시간, 17.5A로 7.5시간 화성하는 제 1단계 화성을 실시하여 2V 단위셀을 제작하였으며, 화성 프로필을 도 1에 나타내었다.

상기 단위셀에 대한 5시간율 용량, 보유용량, 저온시동성능을 평가하였다. 5시간율 용량 평가는 13A로 방전하여 종지전압 1.75V까지의 용량(Ah)을 측정하였고, 보유용량 평가는 25A로 방전하여 종지전압인 1.75V까지의 용량 지속 시간(sec)을 측정하였으며, 저온시동성능평가는 -18℃에서 16시간 방치 후 110A로 방전 시 30초에서의 전압을 측정하였다. 5시간율 용량 결과는 도 2, 보유용량 결과는 도 3, 저온시동성능 결과는 도 4에 나타내었다.

납축전지 음극 활 물질에 활성탄소섬유(ACF)를 첨가함으로써 5시간율 용량과 보유용량이 모두 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 5시간율 용량의 경우 도 2에 나타낸 바와 같이, 모든 첨가량에서 향상된 성능을 보였으며, 특히 활성탄소섬유(ACF)의 첨가량이 0.1중량%일 때 평균 2.7%, 0.5중량%일 때 3.7%의 용량이 향상 되었음을 알 수 있었다. 보유용량의 경우 도 3에 나타낸 바와 같이, 활성탄소섬유(ACF)의 첨가량이 0.2중량%일 때를 제외하고 모두 성능이 향상되었으며, 특히 활성탄소섬유(ACF)의 첨가량이 0.1중량%일 때 평균 2.9%, 0.5중량%일 때 무려 6.3%의 용량이 향상되었음을 알 수 있었다. 또한 활성탄소섬유(ACF)의 첨가량이 많아질수록 도 4에서와 같이 저온시동성능도 향상되었음을 알 수 있었다. 활성탄소섬유(ACF) 1중량%에서의 저온시동성능은 활성탄소섬유(ACF) 0.1중량% 대비 13%의 성능 향상치를 보였다.

이처럼 본 발명에 의하면, 음극 활 물질의 첨가제로 사용되는 파이버, 셀룰로오즈 플럭, 익스펜더의 역할을 겸비한 활성탄소섬유(ACF)를 활 물질 중에 첨가하는 것에 의해 제조한 단위셀을 화성하여 전기적 성능을 부여한 뒤 성능 평가를 실시한 결과 활서안소섬유(ACF)를 첨가하지 않은 단위셀에 비해 5시간율 용량, 보유용량에서 매우 향상된 성능을 보유하며, 저온시동성능도 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 연분에 파이버, 셀룰로오즈 플럭, 익스펜더의 첨가제를 혼합한 뒤, 증류수와 황산을 투입하면서 교반하여 납을 주성분으로 하는 음극 활 물질 페이스트를 제조하고, 이 페이스트를 기판에 도포한 뒤 숙성 및 건조공정을 거쳐 음극 극판을 제조하는 기존의 방법에 있어서, 그 개선점은 찹(Chopped) 형태의 비표면적이 1500 ㎡/g인 레이온계 활성탄소섬유(ACF)를 상기 연분 대비 0.1 ~ 1중량%를 추가로 첨가하는 것을 특징으로 하는 용량이 80 Ah인 밀폐형 납축전지의 음극 극판의 제조방법.

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