KR100858720B1

KR100858720B1 - 축전지용 격리판의 제조방법

Info

Publication number: KR100858720B1
Application number: KR1020070043455A
Authority: KR
Inventors: 김호
Original assignee: 김호
Priority date: 2007-05-04
Filing date: 2007-05-04
Publication date: 2008-09-17

Abstract

본 발명은 축전지용 격리판을 제조방법에 있어서,

메틸올요소 20~30중량%, 수용성 합성수지 20~30중량% 및 물 40~60중량%로 조성된 수성에멀젼이 투입된 고해기에 린터펄프 40~45중량%, 합성섬유사 20~25중량% 및 유리섬유사 30~40중량%를 혼합하여서 된 혼합물을 섬유농도가 5~8중량%가 되도록 투입하고 섬유를 해리하여 얻은 지료를 압착 건조시켜 축전지용 격리판을 제조하는 방법에 대한 것이다.

본 발명의 방법으로 제조된 축전지용 격리판은 석면을 사용하지 않고도 전기저항이 거의 없으며 내충격성과 내산성이 우수하며 본 발명의 방법은 별도의 경화제 처리공정이 없어 생산공정이 단축되고 합성수지 수용액을 사용하므로서 건조시간을 단축시켜줄 수 있는 효과가 있다.

축전지용 격리판, 린터펄프 합성섬유사, 고해기, 수성 합성수지 에멀젼

Description

축전지용 격리판의 제조방법{Manufacturing method of separator for storage battery}

본 발명은 축전지내의 양극과 음극사이에 삽입되는 부도체인 다공성 격리판의 제조방법에 관한 것이다.

방전(放電)시킨 후 외부전원을 사용하여 충전(充電)하면 반복해서 사용할 수 있는 전지를 축전지(蓄電池)라 하며 대표적인 것으로는 납축전지와 알카리 축전지가 있다.

일반적으로 납축전지는 축전지내에 스폰지상의 납으로 된 음극과 이산화연으로 된 격자판상의 양극을 교호로 설치하고 여기에 비중이 약 1.2정도의 황산으로 된 전해액을 주입하여서 구성되며 충전과 방전에 따라 전극판과 전해액 사이에 화학 반응을 일으켜서 음극판과 양극판이 고체의 황산연 Pb(SO₄)₂으로 변하거나, 원상으로 가역반응을 일으키게 되는데 이 반응과정에서 전극판이 변형되어 상호 접촉되거나 또는 전극판 사이에 내부 방전이 일어나기 때문에 이를 방지하기 위하여 음극 과 양극사이에 다용성 격리판을 설치하여 주고 있다.

축전지는 고정되어 있는 장치에 사용되기도 하지만 자동차나 선박과 같이 이동되는 장치에 주로 사용되고, 황산과 납이 일으키는 화학반응에 이용되는 것이므로 축전지용 격리판은 전류의 흐름을 원활하게 하여주기 위하여 균일하고 일정한 다공성을 갖어야하며, 황산액 중에서 오래 견딜수 있는 내산성이 있어야 하며 전기저항이 낮고, 내충격성이 높아야 하며 쉽게 변형되지 않는 특성이 요구된다. 한국표준규격 KSC 2202호 “납축전지용 격리판”의 성능은 인장강도, 전기저항 및 유리염소의 발생량으로 규정하고 있다.

즉, 인장강도는 일정수준 이상을 유지하여야 하고 전기저항과 이 물질의 용출량은 낮을수록 좋다. 특히 전지저항은 두께 0.3㎜이하의 것은 0.002Ω/100㎡ 이하로 낮아야 하는데 이는 극히 낮은 수준의 전기저항이므로 격리판 조성의 미세한 차이에 의하여서도 크게 영향을 받을 수 있다.

종래의 격리판 제조방법으로서는 면섬유, 목제 펄프 등으로 제조한 여과지에 석탄산 수지를 침투시킨 후에 열처리를 행하여 격리판을 제조하는 방법이 알려져 있으나, 이는 내산성이 약하고, 또한 충격에 취약하여 균열이나, 파열이 심한 것이어서 별도로 그라스 섬유판을 부착시켜야 하는 등의 번거로움이 있을 뿐만 아니라, 그라스 섬유판을 부착시키기 위한 접착제가 전해액에 용해되어 많은 기포를 발생시켜서 축전지의 전해액의 증발을 가속화시키는 결점이 있다.

그 밖에도 면섬유 55~60%, 석면사 15~20%, 유리섬유 30~20%의 중량비로 배합하여 제지공정으로 제조된 원단을 요소수지 70wt%, 가성소다 20wt%가 용해된 수용 액 12wt%, 로드유 65wt%가 가용해된 수용액 18%의 중량비로 혼합하여 조성된 경화성 수지액에 함침하여 상기한 원단에 피복시키고, 이를 150℃ 정도에서 1차 건조시키고, 200℃ 정도에서 2차 건조시켜 축전지용 격리판을 제조하는 방법이 제안된 바 있다(대한민국 특허공고번호 92-3292호).

상기 격리판은 내충격성과 내산성을 높여주기 위하여 석면사를 사용하거나 열경화성 수지인 요소수지와 로드유를 사용하여 경화시켜 제조하였으나, 최근 인체에 석면의 섬유가 흡입되게 되면 석면 침착증 등 건강에 치명적이 나쁜 영향을 주는 것이 확인됨에 따라 석면의 사용은 엄격하게 제한되고 있으며 일부 국가에서는 이미 사용이 금지된 상태에 있다.

또한 면섬유, 석면사 및 유리섬유로 된 원단의 경화제로서 사용되는 요소수지는 내충격성이 약한 단점이 있으며, 이를 로드유와 혼합하여 사용하게 되면 건조시간이 오래걸린다는 단점이 있다.

상기한 축전지용 격리판 제조방법에서, 면섬유, 석면사 및 유리섬유로 구성된 부직포상의 원단을 경화제성 수지액에 함침시켜 주는 이유는 방전과 충전을 반복시키는 반응과정에서 격리판을 구성하는 연질의 부직포 원단이 변형되는 것을 막아주기 위한 것이다.

그 밖에도 셀룰로오스섬유를 주재로 하고 여기에 유리섬유를 혼합하여 초지(抄紙)한 것을 폴리스티롤이나 폴리메틸메타아크릴레이트 에멀젼에 침지 후, 건조시켜 내산성이 부족한 면섬유를 내산성수지인 폴리스티롤이나 폴리메틸메타아크릴레이트로 피복시켜 내산성을 부여한 격리판이 알려져 있다.(일본공개특허공보 소 61-4156호)

상기방법은 셀룰로오스섬유와 유리섬유를 혼합하여 시트상으로 형성시키는 초지(sheet forming)공정(제1공정)과 여기서 얻은 원단을 폴리스티롤이나 메틸메타아크릴레이트 에멀젼에 함침시킨 후 건조시켜주는 내산처리공정(제2공정)으로 구성 제조공정이 2단계로 구성되어 복잡하고 건조시간이 오래 걸린다는 문제가 있다.

상기방법에서 셀룰로오스계 섬유를 사용하는 이유는 격리판에 균일한 다공성을 형성시켜주기 위한 것이고, 셀룰로오스 섬유는 내산성이 약하므로 폴리스티롤이나 폴리메틸메타아크릴레이트 에멀젼으로 내산처리를 하여 주고 있으나 폴리스티롤이나 폴리메틸메타아크릴레이트 수지는 수용성 수지가 아니어서 상기 에멀젼은 폴리스티롤이나 폴리메틸메타아크릴레이트 수지의 미세입자가 균일하게 분산되어 있는 에멀젼이므로 상기 미세수지입자가 셀룰로오스 섬유 표면에 부착, 피복되면서 내산성을 유지시켜주게 된다.

그러나 상기방법으로 제조되는 격리판은 미세수지입자가 셀룰로오스 섬유에 단순히 부착되어 있는 상태이므로 축전지의 사용시간이 길어지게 되면 서서히 분리되면서 공극 크기에 변화를 가져오게 되어 수명이 단축되기 쉽고, 전기저항도 증가하게 된다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 제조공정이 단순하면서 축전지를 장시간 사용하는 경우에도 격리판 공극의 변형이 일어나지 않아 낮은 전기저항을 유지할 수 있는 축전지용 격리판의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명자는 린터펄프, 합성섬유사 및 유리섬유를 수용성 합성수지 수용액중에 분산, 해리시켜서 지료를 형성해주고 이 지료를 압착, 건조시켜 격리판을 제조하므로서 격리판 제조공정을 단일공정으로 단축시켜줄 수 있고, 수용성 합성수지를 사용하여 린터펄프의 내산성을 유지시켜주므로서 린터펄프와 합성수지와의 결착력이 우수하게 되어 축전지를 장시간 사용하는 경우에도 격리판 공극의 변형이 일어나지 않게 되어 낮은 전기저항을 유지할 수 있게 되는 것을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명은 석면을 사용하지 않고 전기 저항이 매우 낮으며 내충격성과 내산성이 우수한 축전지용 격리판의 제조방법에 관한 것이다.

구체적으로는 메틸올요소(methylol urea)와 수용성 합성수지를 물에 용해시켜서 얻어지는 수성에멀젼에 린터펄프, 합성섬유사 및 유리섬유사로 조성된 혼합물을 풀어 섬유농도가 5~8중량%가 되도록 구성시키고 이를 고해기에서 해리하여 얻은 지료를 압착 건조시켜서 축전지용 격리판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이미 언급한 바와 같이 축전지용 격리판은 내산성, 내충격성 및 다공성을 갖추고 일정 수준이상의 인장강도와 낮은 전기저항성이 요구된다.
린터펄프는 합성수지와의 결착력이 우수하여 축전지를 장시간 사용하는 경우에도 격리판 공극의 변형이 일어나지 않게 되어 낮은 전기저항을 유지시켜줄 수 있는 장점이 있어 지료의 조성에서 그 비율을 높여주는 것이 좋으나 내산성 및 인장강도를 고려시 유리섬유사와 합성섬유사의 사용도 불가피하게 된다.
본 발명에서는 린터펄프 40~45중량%, 합성섬유나 20~25중량%, 유리섬유사 30~40중량% 범위로 조성시켜 주므로서 전기저항성, 내산성 및 인장강도면에서 만족할만한 수준의 물성을 얻을 수 있었다.

여기에서 지료의 조성은 린터펄프 45중량%, 합성섬유사 20중량%, 유리섬유사 35중량%가 가장 적당하다.

본 발명에서는 합성섬유사로서 폴리푸로필렌(polypropylene)사, 폴리에틸렌(polyethylene)사, 폴리에스텔(polyethylene terephthalate)사 등을 사용할 수 있다.

이들 합성섬유사들은 내산성과 내충격성이 우수한 특성을 갖고 있으며 지료중에 이미 합성수지가 함유되어있어 별도의 경화제를 사용하여 경화시켜줄 필요가 없다. 유리섬유는 단섬유, 중섬유, 장섬유로 대별할 수 있는데 본 발명에서는 중섬유 유리섬유사가 적당하다.

본 발명에서는 메틸올요소 20∼30중량%, 수용성 합성수지 20∼30중량%, 물 40∼60중량%를 균일하게 혼합하여 얻어진 수성 합성수지 에멀젼을 사용한다.

본 발명에서 이용될 수 있는 수용성 합성수지로서는 폴리비닐알콜, 수용성 초산비닐수지, 수용성 폴리부타디엔수지를 사용할 수도 있다. 폴리비닐알콜은 수용성 합성수지이고 초산비닐수지나 폴리부타디엔수지는 수용성 합성수지가 아니지만 이를 알카리로 검화시켜주면 용이하게 수용성으로 전환 시켜줄 수 있다.

면실(綿實)에 부착되어 있는 섬유를 린터(linter)라고 하는 린터는 셀룰로오스 함량이 98%이상으로 순도가 매우 높고 섬유장이 10㎜이하의 단섬유이다. 정제한 린터를 판상으로 만든 것을 린터펄프(linter pulp)라고 하는데 주로 비스코스 인견사(viscos rayon) 제조에 사용된다.

린터펄프는 순도가 높고 섬유장이 짧아 격리판 제조에 매우 적합하다. 특히 균일한 다공성을 형성시켜주는 데 적합하다.

메틸올요소는 요소(urea)와 포름알데히드(formaldehyde)의 초기 반응물로서 모노메타놀요소(NH CH₂OH CO NH₂)와 디메틸올요소((NH CH₂OH)₂CO)가 있다. 메틸올요 소는 요소수지와 유사한 물리적 성질을 나타내지만 수용성이라는 특징이 있다. 요소수지는 수불용성이고 열경화성 수지이다.

메틸올요소는 요소수지와 유사한 경화제로서의 역할을 하게 된다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다.

실시예

모노메탄올요소 1㎏과 수용성초산비닐수지 1㎏을 물10㎏에 용해시킨 수용액을 50ℓ용량의 고해기(beater)에 투입한다.

한편 린터펄프 900g과 폴리에틸렌사 400g 및 평균입경 5~6μ인 유리섬유사 700g을 혼합한다. 이 혼합물 550g을 상기 고해기에 투입한다. 1~20분간 섬유를 균일하게 해리(解離)시켜 농도 약 5wt%인 지료(紙料)를 얻는다.

상기 지료를 망초지기(cylinder machine)기로 초지(抄紙)한 후 압착 건조시켜 판상의 격리판을 얻는다.

상기와 같이 제조된 격리판 원단을 제지공정에서 이용하는 다수의 드럼건조기(Drum dryer)로 건조시키면 수분증발과 함께 균일한 다공성을 유지할 수 있게 되며 이를 필요한 크기로 제단하면 두께 0.3~1.5mm의 본 발명의 축전지용 격리판을 얻을 수 있다.

상기 실시예에서 얻어진 격리판의 성능은 다음 [표 1]에 기재한 바와 같다.

[표 1] 격리판의 성능

시험항목＼시험편규격	폭×길이×두께
시험항목＼시험편규격	10㎜×70㎜×0.7㎜	70㎜×70㎜×0.3㎜
전기저항 Ω·100㎠/매)	0.4	0.2
인장강도 (Mpa)	1.7	1.58
유리염소 (g/㎠.매)	검출되지 않음	검출되지 않음

※ - 전기저항 :KSC 2202에 규정된 시험방법에 따름

- 인장강도 : KSC 2202에 규정된 시험방법에 따름

- 유리염소 : KSC 2202에 규정된 시험방법에 따름

- 시험편 규격 : 전기저항은 10㎜×70㎜의 크기로 하고 인장강도는 70㎜×70㎜의 크기로 함.

본 발명의 방법에서는 석면대신 합성수지사를 사용하므로서 내충격성과 내산성이 우수하고 유연하며 전기저장도 거의 없는 축전지용 격리판을 제조할 수 있으며, 수성합성수지 에멀젼을 사용하므로서 종래의 로드유에 비해 원단의 건조시간이 단축되며, 고해기에서 섬유사들을 미세하고 균일하게 고해시켜 주므로서 격리판이 균일한 통기성을 유지할 수 있도록 하는 것이 가능하게 된다.

Claims

축전지용 격리판을 제조방법에 있어서,

메틸올요소 20~30중량%, 수용성 합성수지 20~30중량% 및 물 40~60중량%로 조성된 수성에멀젼이 투입된 고해기에 린터펄프 40~45중량%, 합성섬유사 20~25중량% 및 유리섬유사 30~40중량%를 혼합하여서 된 혼합물을 섬유농도가 5~8중량%가 되도록 투입하고 섬유를 해리하여 얻은 지료를 압착 건조시켜 축전지용 격리판을 제조하는 방법.
제1항에 있어서,

메틸올요소가 모노메탄올요소 또는 디페타놀요소인 축전지용 격리판을 제조하는 방법.
제1항에 있어서,

합성섬유사가 폴리에틸렌사, 폴리푸로필렌사 또는 폴리에스텔사인 축전지용 격리판을 제조하는 방법.
제1항에 있어서,

수용성 합성수지가 폴리비닐알콜, 수용성 초산비닐수지 또는 수용성 폴리부타디엔수지인 축전지용 격리판을 제조하는 방법.