KR102103311B1 - 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법 - Google Patents

안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 납축전지에 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 첨가함에 따라 별도의 만충전이 없는(Continuous) 17.5% DoD(Depth of Discharge)의 내구성을 향상시킬 수 있는 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 밀폐형 납축전지는 양극판과 음극판 및 격리판이 구비되고, 전조 내부에 함유된 황산 전해액 안에 첨가된 Sodium Alumino silicate을 포함한다.
본 발명의 납축전지에 따르면 상기 첨가제가 첨가될 경우, 납축전지의 내구성 향상에 기여한다.

Description

안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법{A method of manufacturing an electrolyte of a lead-acid battery capable of providing a stable durability cycle}
본 발명은 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 납축전지에 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 첨가함에 따라 별도의 만충전이 없는(Continuous) 17.5% DoD(Depth of Discharge)의 내구성을 향상시킬 수 있는 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법에 관한 것이다.
납축전지는 각각 납과 산화납으로 이루어진 두 극판과 전해질인 황산 사이의 산화환원 반응에 의해 충방전이 가능한 축전지이다.
이것은 일반적으로 복수의 양극과 음극판을 포함하고 있으며, 각각의 판들을 인접한 판들과 격리시키는 격리판과 함께 음극판과 양극판이 번갈아 배치된다.
이렇게 배치된 극판과 격리판 이외의 공간은 전해질인 황산으로 채워져 있다.
이와 같은 납축전지는 오랜 사용 역사에 따른 안정적인 기술이며, 저렴한 가격과 대용량화 및 재활용이 용이한 장점을 가지고 있다.
한편, 일반적으로 자동차 등에 사용되는 납축전지는 충전과 방전이 가능한 2차 전지이다.
이는 전해액으로서 황산(H2SO4)이 사용되고, 극판의 활물질로서 양극에 이산화납(PbO2)을, 음극에 해면상 납(Pb)을 도포하여, 혼합하여 페이스트(paste)상으로 만든다.
이렇게 만들어진 활물질은 기판에 바르는 작업인 도포 작업을 진행하며, 양극 및 음극 특성에 따라 숙성 공정 및 건조 공정을 거친 후, 준비된 양극판과 음극판을 중첩하면서 극판군을 제조한다.
상기 극판군은 축전지 용량에 따라 여러 개가 직렬로 접속되어 전조(Case) 안에 수용된다.
상기 수용된 극판군은 전기적인 성질을 가질 수 있도록 충전인 화성 공정을 거치게 되어 납축전지의 역할을 하게 된다.
본 발명은 충전인 화성 공정 내에 사용되는 황산 전해액의 제조시 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 첨가하는 방식이다.
종래 기술인 대한민국등록특허번호 제10-1011859호인 납축전지 및 납축전지의 제조 방법의 경우, 알루미늄(AL) 이온의 몰 농도가 0.01 ~ 0.3mol/l로 하였으나, 알루미늄(AL) 이온의 효과를 제공하여 납축전지의 수명을 향상시키는 것이다.
본 발명의 Sodium Alumino silicate (화학식:AlxNa12xSiO5x)의 Al (알루미늄) 이온 분석으로는 0.3mol/l 이상이며, Al (알루미늄)이온의 효과만이 아닌 Sodium, Silicate와의 연계 되어진 메카니즘으로 인해 납축전지의 수명을 향상하였다.
그러나, 현재 납축전지를 필요로 하는 사용환경이 점점 가혹해 짐에 따라 납축전지의 충방전 특성이 상기한 선행 특허문헌을 통해 제조된 납축전지보다 우수한 제품을 요구하고 있고, 요구 조건에 부응하는 새로운 형태의 재료들이 개발되고 있다.
근래의 납축전지 업계는 충전/방전 심도가 높은 환경의 마이크로-하이브리드(Micro-hybrid) 또는 마일드-하이브리드(Mild-hybrid) 자동차용 전지 개발에 힘쓰고 있으며, 일반적인 납축전지의 요구 조건을 상회하는 내구성이 요구되어지고 있다.
따라서, 내구성을 더욱 향상시킬 수 있는 새로운 기술이 요구되는 실정이다.
대한민국특허등록번호 제10-1011859호
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
종래의 납축전지에 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 첨가함에 따라 별도의 만충전이 없는(Continuous) 17.5% DoD(Depth of Discharge)의 내구성을 향상시킬 수 있는 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법은,
납축전지의 황산 전해액에 첨가제로서, 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 첨가하여 전해액을 제조하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 납축전지의 황산 전해액에 첨가제로서, 납축전지 황산 전해액 중량 대비 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 4 ~ 10 wt%로 첨가하는 것을 특징으로 함으로써, 현재 요구되는 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있게 된다.
이때, 상기 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)는,
물이나 황산에 용해시키지 않고, 혼합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법을 통해, 종래의 납축전지에 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 첨가함에 따라 별도의 만충전이 없는(Continuous) 17.5% DoD(Depth of Discharge)의 내구성을 향상시킬 수 있는 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법에 따른 실시 제품과 종래 제품 간의 내구성 시험 비교 그래프이다.
본 발명의 일실시예에 따른 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법은,
납축전지의 황산 전해액에 첨가제로서, 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 첨가하여 전해액을 제조하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 납축전지의 황산 전해액에 첨가제로서, 납축전지 황산 전해액 중량 대비 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 4 ~ 10 wt%로 첨가하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)는,
물이나 황산에 용해시키지 않고, 혼합하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
종래 기술인 대한민국등록특허번호 제10-1011859호인 납축전지 및 납축전지의 제조방법의 경우, 알루미늄(AL) 이온의 몰 농도가 0.01 ~ 0.3mol/l로 하였으나,
이온 분석으로는 0.3mol/l 이상이며, Al(알루미늄)이온의 효과만을 제공하게 된다.
그러나, 본 발명인 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)는 Sodium, Silicate와의 연계 되어진 메카니즘으로 인해 납축전지의 수명을 향상시키게 된다.
다음은 좀 더 구체적으로 본 발명과 종래 기술의 차이점을 설명하도록 하겠다.
현재, 납 축전지에서 필요로 하는 성능 및 내구성의 환경이 가혹해 짐에 따라 그리드 성장 및 부식 억제, 제품의 충방전 특성 향상과 같은 요구 조건에 부응하는 새로운 형태의 재료들이 개발되고 있다.
근래의 납축전지 업계는 고온 지역 및 고 성능의 배터리 개발을 요청하는 고객 및 자동차 업계를 위해 전지의 내구성을 향상시키는 노력을 하고 있으며, 이러한 환경에서 전지의 내구성을 향상시키기 위해서는 보다 높은 내구성을 갖는 제조 기술 개발이 요구되기 때문에 이에 착안하여 본 발명을 제안하게 된 것이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 첨가제를 황산 전해액에 첨가함으로써, 별도의 만충전이 없는(Continuous) 17.5% DoD(Depth of Discharge)의 내구성을 향상시킬 수 있는 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있게 된다.
종래의 납축전지는 잦은 충방전을 진행함에 따라 극판과 황산이 반응하여 하기와 같은 반응식을 가진다.
양극 : PbO2+SO42- +4H-+2e- <-> PbSO4+2H20
음극 : Pb+ + SO42- <-> PbSO4+2e-
현재, 납축전지를 필요로 하는 사용환경이 점점 가혹해 짐에 따라 납축전지의 충방전 특성이 우수한 제품을 요구하고 있고, 요구 조건에 부응하는 새로운 형태의 재료들이 개발되고 있다.
근래의 납축전지 업계는 충전/방전 심도가 높은 환경의 마이크로-하이브리드(Micro-hybrid) 또는 마일드-하이브리드(Mild-hybrid) 자동차용 전지 개발에 힘쓰고 있으며, 일반적인 납축전지의 요구 조건을 상회하는 내구성이 요구 되어지고 있다.
이에 따라 납축전지의 충방전 효율을 향상하기 위해 일정한 방전깊이(放電-, Depth of discharge, 이하 DOD)의 내구성 개선하기 위해 본 발명의 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 황산 전해액에 투입하였으며, DoD의 심도가 깊을수록 잔존 용량은 감소하고, 그에 따른 전압의 Drop과 내구성 cycle이 줄어든다.
일정한 DoD 수명의 개선을 위해 방전량 대비 충전량을 향상시킬 수 있는 제조 방법을 본 발명을 통해 고안하였으며, 충전량이 부족한 현상 및 DoD 수명 개선을 위하여 본 첨가제를 투입하게 된다.
구체적으로 본 발명은 종전의 납축전지의 충전 부족 현상을 개선하기 위하여 Sodium Alumino silicate(화학식 : AlxNa12xSiO5x)를 첨가한다.
즉, 납축전지의 황산 전해액에 첨가제로서, 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 첨가하여 전해액을 제조하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 납축전지의 황산 전해액에 첨가제로서, 납축전지 황산 전해액 중량 대비 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 4 ~ 10 wt%로 첨가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 특징적인 것은 상기 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)는,
물이나 황산에 용해시키지 않고, 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 방전 후 충전으로 변경될 시 방전 상태의 납축전지 내의 황산염 (PbSO4)이 충전이 되면서 2H+와 SO4-를 형성하게 될 때, 황산 전해액 내에 존재하는 Alumino Silicate 이온들이 황산 분자인 SO4-를 끌어당겨 (일시적으로 -log[H]으로 PH가 낮아지는 현상) 황산(H2SO4)이 형성되는 시간을 늦추어주며, 이는 납축전지 반응 메카니즘 상 충전의 시간 및 효율이 증가하는 형태라 판단된다.
일반적인 D.o.D의 충/방전 cycle 반복시 방전되었던 전지의 빠른 충전 효율의 충전이 가해진다면, 좀 더 안정적인 내구성 cycle을 기대할 수 있는 것이다.
따라서, 종래의 납축전지에 Sodium Alumino silicate를 첨가함에 따라 별도의 만충전이 없는(Continuous) 17.5% DoD(Depth of Discharge)의 내구성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
도 1의 내구성 시험의 규격은 납축전지가 충/방전을 반복하여 수명이 종지될 때까지의 사이클을 측정하는 시험 방법이다.
1사이클은 14.4V로 40분 충전, 7 x I20(20시간 전류값)으로 30분간 방전이다.
상기 싸이클을 반복하며, 납축전지가 10V 이하이면 배터리를 수명종지로 판정하여, 시험을 중단한다.
본 시험은 일명 Continous 17.5% Depth of Dischrage라 통칭되며, 국제 규격 및 각 자동차 회사 마다 약간의 다른 형식을 가진다.
일반적인 국제 규격은 Continous 하지 않게 85cycle 마다 만충전을 진행하지만 도 1의 시험 규격은 그보다 가혹적인 충방전을 위한 자동차 회사의 별도 규격이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래 제품의 경우 695 사이클을 보이고 있지만, 본 발명의 납축전지의 경우, 1,530 사이클을 보이고 있으므로 첨가제를 투입함으로 얻는 내구성 향상 효과는 종래 제품보다 약 2배 이상 향상되었음을 알 수 있었다.
한편, Sodium Alumino silicate는 납축전지 황산 전해액에 첨가하는 것으로 그 총량은 중량 대비 4 ~ 10wt%로 첨가되는 것이 바람직하다.
납축전지 제조 공정 중 화성 공정 내에 사용 되어지는 황산 전해액 제조시 본 발명의 첨가제를 첨가하는 것이며, 일반적인 납축전지에 사용되는 황산나트륨과 유사한 형태로 첨가할 수 있다.
실시예로서, 극판군의 전기적인 성질을 가질 수 있도록 하는 화성공정시 사용되는 전해액에 첨가하여도 무방하며, 화성 완료 후 설계된 비중을 맞추기 위해 전해액을 교체 시에 적용하여도 무방하다.
앞서 설명된 방식을 자세하게 표현하자면 일반적인 납축전지 화성 공정시 황산 전해액(비중 1.100 ~ 1.240)에 본 발명의 첨가제를 투입하는 것으로 물이나 황산에 녹는다거나 용해되는 형태가 아닌 혼합되어지는 형태이며, 황산 전해액에 첨가시 우윳빛으로 된 혼합물의 형태를 이룬다.
이렇게 제조된 황산 전해액은 납축전지 화성시 필요한 1차 전해액 및 완성품 제조를 위한 2차 전해액으로 활용되어진다.
또한, 종래기술에서 언급한 특허문헌인 '납축전지 및 납축전지의 제조방법'에서는 Al 알루미늄 이온을 기준으로 제조하는 것으로서, Al(알루미늄)의 몰 농도가 0.01~0.3mol/l로 되어있으나, 본 발명은 Al(알루미늄)의 효과만이 아닌 Sodium, Silicate와의 연계로 인해 내구성 향상에 기여되었다 할 수 있겠다.
그리고, 도 1과 같이, Continous 17.5% DoD 시험으로 그래프화하였고, 타 시험 또는 충방전이 빠르게 필요하지 않는 만충전 형태나 Deep Discharge 형태에서는 큰 효과를 발휘하지는 않는다고 판단한다.
결론적으로 본 발명을 통해, 종래의 납축전지에 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 첨가함에 따라 별도의 만충전이 없는(Continuous) 17.5% DoD(Depth of Discharge)의 내구성을 향상시킬 수 있는 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있게 된다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시 예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다.
따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다.
또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다. 또한, 청구항 부호는 이해를 돕기 위한 것일 뿐 본 발명의 형상과 구조를 첨부된 도면에 한정한다는 뜻이 아니다.
없음

Claims (3)

  1. 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법에 있어서,
    납축전지의 황산 전해액에 첨가제로서, 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 첨가하여 전해액을 제조하는 것을 특징으로 하되,
    납축전지 황산 전해액 중량 대비 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)를 4 ~ 10 wt%로 첨가하는 것을 특징으로 하며,
    상기 소디윰 알루미노 실리케이트(Sodium Alumino silicate)는,
    물이나 황산에 용해시키지 않고, 혼합하는 것을 특징으로 함으로써, 만충전이 없는(Continuous) 17.5% DoD(Depth of Discharge)의 내구성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 안정적인 내구성 사이클을 제공할 수 있는 납축전지의 전해액 제조방법.
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