KR101583880B1

KR101583880B1 - 배터리기판용 합금

Info

Publication number: KR101583880B1
Application number: KR1020130151875A
Authority: KR
Inventors: 손창범; 정성철; 이태승
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2016-01-08
Also published as: KR20150066392A

Abstract

Sn 1.8~2.0wt%, Ca 0.07~0.1wt%, Ag 0.02~0.04wt%, 잔부 Pb로 구성된 배터리기판용 합금이 소개된다.

Description

배터리기판용 합금 {ALLOY FOR BATTERY ELECTRODE PLATE}

본 발명은 기판부식으로 인한 납 배터리의 조기 수명종료를 막고, 고온 내구성을 강화할 수 있는 배터리기판용 합금에 관한 것이다.

지금까지 납축전지용 그리드 합금으로 납(Pb)-칼슘(Ca)-주석(Sn)계 합금을 사용해 왔으나 이러한 합금구성만으로는 가혹한 사용환경(고온 및 과충전 현상)에 충분히 대응하지 못해 그리드의 부식이나 부식의 성장(growth)으로 인한 변형이 발생하여 납축전지의 수명이 짧아지고 있는 것이 문제로 지적되고 있다. 이에 따라 그리드의 내부식성, 기계적 강도 개선 및 성장 변형의 억제가 요구되고 있다.

먼저, 내부식성 향상을 위하여 USP 4137378, USP 4343872은 고함량 납(Pb)-칼슘(Ca)-주석(Sn) 합금에 스트론튬(Sr)을 첨가하여 합금 조직을 미세화시켜 기계적 강도 및 내식성을 향상시킨 납축전지 그리드 합금이 제공된 바 있다.

또한, JP-0077076은 납(Pb)-칼슘(Ca)-주석(Sn) 합금에 0.01~3.0중량%의 스트론튬(Sr), 0.01~0.3중량%의 바륨(Ba), 0.01~0.3중량% 리튬(Li) 중 한 가지이상을 첨가한 그리드 합금을 개시하였고, JP-2004-103679는 0.01~0.05중량%의 칼슘(Ca), 1.3~3.0중량%의 주석(Sn), 0.05~0.4중량%의 스트론튬(Sr), 0.05~0.2중량% 바륨(Ba)이 첨가된 그리드 합금으로 기계적 강도 및 내부식성이 향상된 납축전지용 그리드 합금을 개시한 바 있다.

그러나 각각의 경우 고 함량의 주석(Sn)성분 또는 저 함량의 칼슘(Ca)성분으로 이루어진 합금에 스트론튬, 바륨, 리튬을 선택적으로 합금시킴으로써 합금조직을 미세화 시켜 그리드의 부식을 방지하는 문제에만 중점을 두고 있으며, 강도와 성장변형에 대한 문제를 해소하지 못하였다.

부식성 개선 뿐 아니라 강도와 부식의 성장변형을 개선할 수 있는 합금재료로서 은(Ag)이 알려져 있다. 그리드에 첨가된 소량의 은(Ag)은 부식률을 감소시킬 뿐 만 아니라 그레인 경계면으로 부식과정이 침투하는 속도를 감소시킨다. 이러한 성질은 그리드의 성장을 억제하게 하고 사용기간 동안 그리드의 완전성을 유지하게 하는 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 납축전지의 음극 또는 포지티브 그리드로 사용될 때 납 합금의 부식을 감소시키기 위해 은을 납축전지용 그리드에 합금시키는 기술들이 소개된 바 있다.

미국특허 제 5,298,350에서 0.025-0.06%의 칼슘, 0.3-0.7%의 주석, 0.015-0.045%의 은 및 0.008-0.012%의 알루미늄을 함유하는 자동차 납축전지 그리드용 납-칼슘-주석-은 합금을 개시하였고, 미국 특허 제5,834,141호는 0.035-0.085%의 주석, 0.002-0.035%의 은을 포함하는 그리드 합금을 개시하였다. 미국특허 제5,948,566호 에서는 0.01-0.06%의 칼슘, 0.03-1.0%의 주석, 0.01-0.06% 및 선택적으로 0.003-0.01%의 알루미늄을 합금한 그리드를 개시하였다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2009-0027790 A

본 발명은 기판부식으로 인한 납 배터리의 조기 수명종료를 막고, 고온 내구성을 강화할 수 있는 배터리기판용 합금을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리기판용 합금은, Sn 1.8~2.0wt%, Ca 0.07~0.1wt%, Ag 0.02~0.04wt%, 잔부 Pb로 구성된다.

바람직하게는, 배터리기판용 합금은 Sn 2.0wt%, Ca 0.07wt%, Ag 0.02wt%, 잔부 Pb로 구성될 수 있다.

또한, 배터리기판용 합금은 인장강도가 65MPa 이상이고, 부식률이 18% 이하일 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리기판용 합금에 따르면, 기판부식으로 인한 납 배터리의 조기 수명종료를 막고, 고온 내구성을 강화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리기판용 합금
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리기판용 합금

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.

본 발명은 기존 납 배터리 기판 합금 소재에 첨가물 투입 및 최적화를 통해 기판의 고온 내부식성을 향상시켰다. 기존 납배터리 기판은 주성분 납(Pb)에 기계적 강성과 부식율 개선을 위해 칼슘(Ca)과 주석(Sn)을 첨가제로 넣고 있다. 본 발명은 칼슘(Ca)과 주석(Sn)의 비율을 조정하고, 은(Ag)을 첨가하여 기판 부식율 개선 효과를 확인하였다.

이러한 조성의 효과를 확인하기 위해 아래의 실험을 수행하였다.

상기 시험의 방법은, 직교 배열 설계로서 요인 5개는 Sn, Ca, Bi, Ba, Ag이고, 고정인자는 냉각속도, 주조온도이며, 제어인자의 선정은 상기 표와 같다.

이에 다른 L18직교표는 아래와 같다.

시편의 시험평가방법은 아래와 같다.

도 1은 인장강도에 대한 시험결과로서, 그에 대한 정리 결과는 아래와 같다.

상기 표와 도 1에서 볼 수 있듯이, 인장강도에 가장 큰 영향을 미치는 첨가물은 Sn, Ba로서, Sn의 함유량이 증가하면 (~1.5%) 기계적 특성 (경도, 인장강도)는 증가하는 경향을 보이고, Ca의 함유량이 0.07% 일때, 기계적 강도가 최대값을 보이며, Ba의 함유량이 증가할수록 기계적 강도가 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 인장강도를 고려할때 Ca의 함유량은 최소 0.07wt%가 확보되어야 하는 것이다.

도 2는 부식률에 대한 시험결과로서, 그에 대한 정리 결과는 아래와 같다.

상기 표와 도 2에서 볼 수 있듯이, 부식율에 가장 큰 영향을 미치는 첨가물은 Sn, Ag이고, Sn 의 함유량이 1.5% 이상이 넘어가면 부식율은 급격히 저하되며, Ag 의 함유량이 0.02 ~0.04 %인 경우 부식율이 낮은 경향을 보인다. 따라서, 부식률을 낮추기 위해서는 Ag 의 함유량이 0.02 ~0.04wt%가 되어야 한다.

즉, 기판의 기계적 강도(인장강도)를 높이기 위해서는 최소 0.07wt%의 칼슘(Ca) 이 필요하고, 부식율을 올리기 위해서는 주석의 함량이 최소 1.8wt% 이상 이어야 하며, Ag 의 함유량이 0.02 ~0.04wt%가 되어야 한다.

최적 조성물에 대한 결과는 아래와 같다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims

Sn 1.8~2.0wt%, Ca 0.07~0.1wt%, Ag 0.02~0.04wt%, Bi 0.030% 이하 (0은 불포함), Ba 0.04% 이하 (0은 불포함), 잔부 Pb로 구성되며, Ca에 대한 Sn의 비인 Sn/Ca가 18~20을 만족하는 배터리기판용 합금.
삭제
청구항 1에 있어서,
인장강도가 65MPa 이상인 것을 특징으로 하는 배터리기판용 합금.
청구항 1에 있어서,
부식률이 18% 이하인 것을 특징으로 하는 배터리기판용 합금.