KR102204985B1 - 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 vrla 전지 제조방법 및 vrla전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법 및 VRLA 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래에 사용되던 흡수성 유리섬유(Absorbet Glass Fiber Mat) 격리판을 대신에 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 격리판으로 제공함으로써, 유리 섬유의 분진 노출에 따른 작업 환경을 개선하고, 우수한 기계적 강도 대비 낮은 평량으로 VRLA전지의 차입 공정을 용이하게 하며, 뛰어난 젖음 특성과 다공도를 가진 VRLA전지를 제공하기 위한 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법에 관한 것이다.
본 발명을 통해, 종래의 유리 섬유 대신 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 스펀레이스법으로 압착한 부직포로 미세 기공들을 갖는 VRLA 전지용 격리판을 제조하여 작업환경과 작업성을 개선하고 더 높은 전해질 흡수율과 포화도를 크게 향상시키게 된다.

Description

친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법 및 VRLA전지{Method for manufacturing VRLA cell including hydrophilic pressure-bonded spun lace nonwoven fabric and RLA battery}
본 발명은 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법 및 VRLA 전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래에 사용되던 흡수성 유리섬유(Absorbet Glass Fiber Mat) 격리판을 대신에 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 격리판으로 제공함으로써, 유리 섬유의 분진 노출에 따른 작업 환경을 개선하고, 우수한 기계적 강도 대비 낮은 평량으로 VRLA전지의 차입 공정을 용이하게 하며, 뛰어난 젖음 특성과 다공도를 가진 VRLA전지를 제공하기 위한 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법에 관한 것이다.
VRLA(Valve Regulated Lead Acid) 전지는 납축전지의 일종으로서 밀폐형 전지(Sealed Battery) 또는 재조합 전지(Recombinant Battery)라고도 하며, 이온화 경향이 큰 음극(Pb-해면상납)사이에 묽은 황산의 전해액을 넣은 구조를 갖고 있어서, 화학반응에 의해 전기적인 기전력을 발생시키며 사용기간에 따른 물의 첨가가 불필요한 2차 전지이다.
상술한 VRLA(Valve Regulated Lead Acid) 전지는 안정한 품질, 높은 신뢰성, 우수한 경제성을 가지고 있어 현재까지도 광범위하게 사용되고 있으며 특히, 자동차의 시동용 전원(SLI, Starting Lighting and Ignition)으로 가장 많이 사용되고 있다.
그 외에도 전기자동차, 열차, 선박, 항공기, 골프카, 지게차, 발전호, 변전소, 전화국, 무선중계소, 무정전전원장치 등으로 사용되고 있다.
그러나, 종래의 VRLA(Valve Regulated Lead Acid) 전지는 다음과 같은 문제점들을 포함하고 있어 그 사용상 한계가 있었다.
먼저, 종래의 VRLA(Valve Regulated Lead Acid) 전지는 전지 내부의 팽창압력에 의해 전지 케이스가 부풀어 오르는 Bulging 현상으로 인하여 전지 케이스의 파손 및 이로 인한 전해액의 누출우려가 있었으며, 이러한 전해액의 누출은 결국 전지의 수명단축을 초래하였다.
구체적으로 설명하면, VRLA(Valve Regulated Lead Acid) Battery는 납축전지의 일종으로서 이온화 경향이 큰 음극(Pb, 해면상납)사이에 묽은 황산의 전해액을 넣은 구조를 갖고 있어서, 화학반응에 의해 전기적인 기전력을 발생시키며 사용 기간에 따른 물의 첨가가 불필요하며 충전 시 양극에서 생성되는 산소가 음극에서 소비되는 원리를 갖고 있어서 물의 소모가 없다.
VRLA용 격리판은 양극에서 발생한 산소 가스가 음극으로 쉽게 이동할 수 있는 가스 채널을 형성하여 산소 재결합(Oxygen Recombination) 반응을 유도하게 한다.
VRLA 전지는 유리섬유매트의 미세 기공을 통하여 충전 시 내부 화학반응에 의해 양극판에서 발생되는 산소(O2)가스가 음극판으로 이동되어 음극판의 다공성 납(Pb)과 반응하여 PbO를 형성시키고, 이 PbO는 전해액(H2SO4)과 반응하여 황산납(PbSO4)과 물(H2O)을 형성시키므로 수소(H2)가스의 발생을 억제하는 구조의 장수명 배터리이다.
자세히 설명하면, VRLA 전지는 납축전지의 일종으로서 이온화 경향이 큰 음극(Pb, 해면상납)사이에 묽은 황산의 전해액을 넣은 구조를 갖고 있어서, 화학반응에 의해 전기적인 기전력을 발생시키며 사용 기간에 따른 물의 첨가가 불필요하며 충전 시 양극에서 생성되는 산소가 음극에서 소비되는 원리를 갖고 있어서 물의 소모가 없다.
VRLA전지용 격리판은 양극에서 발생한 산소 가스가 음극으로 쉽게 이동할 수 있는 가스 채널을 형성하여 산소 재결합(Oxygen Recombination) 반응을 유도하게 한다.
따라서, 전지 절연체 외 이온 전도체로서의 역할로 반대 극성을 가진 전극의 직접적인 접촉을 방지하고 동시에 두 전극간의 이온의 흐름이 가능케 하는 것이다.
종래의 VRLA전지용 격리판은 흡수성 유리섬유(AGM)를 사용하였다.
흡수성 유리섬유(AGM)는 황산 전해질을 흡수 및 고정하여 유동되는 현상을 막는 동시에 격리판으로서의 기능을 한다.
그러나, AGM 격리판은 침상형의 유리 섬유로 구성되어 있어 VRLA 전지 생산 공정에 있어서 유해한 작업환경을 만들고, 유리 섬유 자체의 낮은 기계적 강도 특성으로 인하여 극판군 차입 공정에서 격리판이 잘 찢어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 종래의 유리 섬유 대신 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 스펀레이스법으로 압착한 부직포로 미세 기공들을 갖는 VRLA 전지용 격리판을 제조하여 작업환경과 작업성을 개선하고 더 높은 전해질 흡수율과 포화도를 크게 향상 시키는 제조 방법을 제공하고자 한다.
대한민국특허공개번호 제10-2010-0088019호
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 종래의 유리 섬유 대신 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 스펀레이스법으로 압착한 부직포로 미세 기공들을 갖는 VRLA 전지용 격리판을 제조하여 작업환경과 작업성을 개선하고 더 높은 전해질 흡수율과 포화도를 크게 향상 시키는 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법은,
흡수성 유리섬유(AGM) 대신에 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 준비하는 단계(S100);와
상기 준비된 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 스펀 레이스법을 이용하여 압착하여 친수성 스펀레이스 부직포를 형성하여 친수성부직포격리판을 생산하는 단계(S200);와
극판군 차입 공정시, 상기 친수성부직포격리판, 양극판, 음극판을 순차적으로 적층하여 극판군을 구성하는 단계(S300);와
상기 극판군을 전조에 형성시켜 VRLA 전지를 완성시키는 단계(S400);를 포함함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
VRLA전지의 황산 전해액은 충전 시 물분해로 양극에서 산소가스가 발생되며, 높은 다공도와 우수한 흡수성 유리섬유의 가스 통로를 통해 음극에서 산소 재결합된다.
이때, 본 발명인 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법 및 VRLA 전지를 통해, 분진이 발생하지 않고, 극판과 스펀레이스 부직포가 최대한 적층된 극판군을 제공하여 VRLA격리판이 훼손되지 않고, 차입이 용이하도록 하는 효과를 제공하게 된다.
구체적으로, 본 발명에서는 유리 섬유 대신 친수성 스펀레이스 부직포, 양극판, 음극판을 순차적으로 적층된 극판군을 구성하여 되는 VRLA전지를 제공한다.
스펀레이스 부직포는 뛰어난 기계적 강도, 90% 이상의 다공도를 가지고 압축성형되며, 황산전해액에 대해 우수한 흡수성을 보유하여 전기 저항이 낮기 때문에 고성능 VRLA전지를 구현하는 효과를 제공하게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법에 의해 제조된 친수성부직포격리판이 내장된 VRLA 전지의 단면 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법에서 제조된 개선품과 종래품를 비교한 그래프로서, 미국 자동차 기술자 협회 규격에 따라 고온 환경에서 수명을 검증한 그래프 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법은,
흡수성 유리섬유(AGM) 대신에 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 준비하는 단계(S100);와
상기 준비된 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 스펀 레이스법을 이용하여 압착하여 친수성 스펀레이스 부직포를 형성하여 친수성부직포격리판을 생산하는 단계(S200);와
극판군 차입 공정시, 상기 친수성부직포격리판, 양극판, 음극판을 순차적으로 적층하여 극판군을 구성하는 단계(S300);와
상기 극판군을 전조에 형성시켜 VRLA 전지를 완성시키는 단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 친수성부직포격리판을 생산하는 단계(S200)에 의해,
생산된 친수성부직포격리판을 극판군 차입 공정시 사용함으로써, 격리판 훼손을 방지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 제조 방법에 의해,
제조된 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지를 제공할 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 의한 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법 및 VRLA 전지의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명인 VRLA 전지는 일반적으로 케이스, 극판군으로 이루어지는데, 구체적으로 설명하자면, 케이스는 일정크기의 내부 공간이 형성되게 되며, 케이스의 내부에 구비되며 일정 개수의 양극판 및 음극판이 교대로 구비되는 복수 개의 극판군을 형성하게 된다.
상기 케이스(case)는 양극판, 음극판, 격리판 및 전해액을 저장하는 용기로 상술한 구성들을 포함하기 위한 일정크기의 내부 공간이 형성되어 있다.
이때, 상기 양극판은 외부 도선으로부터 전자를 받아 양극 활물질이 환원되는 전극으로, 다양한 방법을 통해 제작될 수 있다.
그리고, 상기 음극판은 음극 활물질이 산화되면서 도선으로 전자를 방출하는 전극으로, 다양한 방법을 통해 제작될 수 있으나 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서는 기판과 활물질인 해면상납(Pb)으로 형성되며, 해면상납은 다공성과 반응성이 풍부하여 상기 전해액이 자유로이 확산, 침투되도록 구성하였다.
한편, 상기 활물질 첨가제는 상기 양극판 및 상기 음극판의 활물질에 일정형상 및 일정크기로 첨가되게 된다.
이때, 상기 격리판은 흡수성 유리섬유(AGM)를 사용했다.
흡수성 유리섬유(AGM)는 황산 전해질을 흡수 및 고정하여 유동되는 현상을 막는 동시에 격리판으로서의 기능을 한다.
그러나, AGM 격리판은 침상형의 유리 섬유로 구성되어 있어 VRLA 전지 생산 공정에 있어서 유해한 작업환경을 만들고, 유리 섬유 자체의 낮은 기계적 강도 특성으로 인하여 극판군 차입 공정에서 격리판이 잘 찢어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 종래의 유리 섬유 대신 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 스펀레이스법으로 압착한 부직포로 미세 기공들을 갖는 VRLA 전지용 격리판을 제조하여 작업환경과 작업성을 개선하고 더 높은 전해질 흡수율과 포화도를 크게 향상 시키고자 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법을 나타낸 공정도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법은,
흡수성 유리섬유(AGM) 대신에 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 준비하는 단계(S100);와
상기 준비된 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 스펀 레이스법을 이용하여 압착하여 친수성 스펀레이스 부직포를 형성하여 친수성부직포격리판을 생산하는 단계(S200);와
극판군 차입 공정시, 상기 친수성부직포격리판, 양극판, 음극판을 순차적으로 적층하여 극판군을 구성하는 단계(S300);와
상기 극판군을 전조에 형성시켜 VRLA 전지를 완성시키는 단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 설명하면, 흡수성 유리섬유(AGM) 대신에 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 준비(S100)하게 된다.
이때, 상기 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌의 평균 직경은 1 ~ 10㎛이다.
평균 직경이 10㎛을 초과하는 경우에는 부직포상에 미세공극을 효과적으로 형성할 수 없으며, 평균 직경이 1㎛미만인 경우에는 제조원가가 상승하고 부직포의 기계적 물성이 저하될 수 있어 바람직하지 못하다.
이후, 준비된 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 스펀 레이스법을 이용하여 압착하여 친수성 스펀레이스 부직포를 형성하여 친수성부직포격리판(4)을 생산하게 된다.
따라서, 상기 생산된 친수성부직포격리판은 도 2에 도시한 바와 같이, 양극판(1)과 음극판(2) 사이에 삽입되어 사용되게 된다.
상기한 친수성 스펀레이스 부직포는 일반적으로, 친수성 스펀레이스 부직포의 상부 또는 하부에 지류를 덧대어 워터 펀칭을 통해 결속단계, 및 상기 결속된 원단을 탈수, 건조시키는 탈수/건조단계를 포함하는 통하여 제조된다.
상기 워터펀칭이란 고압의 물로 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 계속적으로 통과시켜 밀도와 결합력을 증대시키는 방법을 말하며, 상기 워터펀칭의 횟수 및 강도는 합지에 요구되는 강성에 맞도록 조절될 수 있다.
이후, 극판군 차입 공정을 통해, 상기 제조된 친수성부직포격리판, 양극판, 음극판을 순차적으로 적층하여 극판군을 구성(S300)하고, 상기 극판군을 전조에 형성시켜 VRLA 전지를 완성(S400)시키게 되는 것이다.
이때, 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 스펀 레이스법을 이용하여 압착하여 친수성 스펀레이스 부직포를 형성하여 친수성부직포격리판(4)은 미세 공극을 다수 형성하고 있으므로 뛰어난 기계적 강도, 90% 이상의 다공도를 가지고 압축 성형되었으므로 황산전해액에 대해 우수한 흡수성을 보유하여 전기 저항이 낮기 때문에 고성능 VRLA전지를 구현하는 효과가 있다.
본 발명에서는 내부 쇼트 서킷 현상을 방지하고, 절대 황산 흡수량 및 원활한 산소 전달 싸이클을 결정하기 위하여 친수성부직포격리판의 평균 두께를 10 ~ 20㎜, 보다 바람직하기로는 12 ~ 15㎜로 하는 것이 좋다.
평균 두께가 10㎜미만이면 전지용 격리판으로 적용하기 어렵다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 살펴본다.
그러나 본 발명은 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 스펀 레이스법을 이용하여 압착하여 친수성 스펀레이스 부직포를 형성하였다.
이후, 제조한 상기 친수성 스펀레이스 부직포를 수성 폴리아크릴 용액에 디핑후 수성 폴리아크릴수지 함량이 5중량%가 되도록 스퀴칭하고, 계속해서 120℃로 건조하여 두께가 145㎜인 VRLA 전지용 친수성부직포격리판을 제조하였다.
제조한 VRLA 전지용 친수성부직포격리판의 중량 및 물성들은 평가한 결과는 표 1과 같다.
<비교예>
흡수성 유리섬유(AGM)로 수성 폴리아크릴 용액에 디핑후 수성 폴리아크릴수지 함량이 5중량%가 되도록 스퀴칭하고, 계속해서 120℃로 건조하여 두께가 145㎜인 VRLA 전지용 AGM격리판을 제조하였다.
제조된 VRLA 전지용 AGM격리판의 중량 및 물성들을 측정한 결과는 표 1과 같다.
구분 실시예 비교예
중량(g/㎡) 100 100
다공성(%) 90 85
종방향 인장강도(Kgf) 40.21 3.31
연신율(%) 98.57 6.2
흡수속도(㎜/초) 0.5317 0.1430
상기한 격리판의 인장강도, 연신율, 다공성 및 흡수속도는 아래 방법을 평가(측정)하였다.
1) 인장강도(Kgf)/연신율(%)
BCT(Battery Council International) 표준시험방법 중 "재결합된 전지 격리막(Recombinant Battery Seperator Mat)의 인장강도 및 연신율 측정방법"에 따른다.
2) 다공성(%)
수은 침투법을 사용하여 측정하며 이 방법은 수은을 공극률 분석기를 사용하여 수은에 가해지는 압력을 변화시켜 상이한 공극에 주입한다.
폴리머층의 미세공극의 크기는 공극을 형성하기 전에 측정한다.
3) 흡수속도(㎜/초)
폭 25 * 길이 20㎝ 시편의 밑부분 5㎜를 37%의 황산 수용액에 수직으로 침지시킨 후, 시편을 통해 상승한 황산 수용액의 높이가 120㎜일 때의 시간을 측정한다.
상기한 시험 평가 결과, 본 발명의 RLA 전지용 친수성부직포격리판을 통해 친수성이 뛰어나 황산 전해질의 차입 공정을 용이하게 할 수 있으며, 인장 강도 등의 기계적 강도가 우수하며, 우수한 다공성을 가지고 있기 때문에 내부 전기 쇼트 발생을 방지할 수 있음을 알 수 있었다.
한편, VRLA 전지용 친수성부직포격리판을 삽입하여 전지를 제조하게 되면, 수명 종지 현상을 제거하게 되어 종래의 AGM 격리판이 삽입된 전지에 대비 10% 이상의 기초성능 향상과 11% 내구성을 향상시킬 수 있다는 점을 발견하였다.
위 발명의 효과를 파악하기 위해 종래의 극판을 제작하고 조립 및 화성하여 기초성능 및 수명시험을 하였다.
또한, 최종적인 80Ah의 용량을 갖는 제품을 제작하였으며, 고온에서의 수명을 검증하기 위해 SAE J2801 규격에 따라 수명 시험을 진행하였다.
시험 결과, 보유용량에서 88Ah의 용량과 수명이 304사이클에서 종지되었으며, 이는 종래품 대비 보유용량에서 10%, 수명에서는 11% 향상되었다.
이에 대한 시험 자료는 후술하도록 하겠다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 VRLA 전지용 친수성부직포격리판을 포함하는 개선품과 종래품를 비교한 그래프로서, 미국 자동차 기술자 협회 규격에 따라 고온 환경에서 수명을 검증한 그래프 도면이다.
<시험예>
후술하는 종래품이라 함은, 출원인이 제조하는 VRLA 전지에 사용하는 일반적인 제품을 말하며, 개선품은 본 발명의 VRLA 전지용 친수성부직포격리판을 포함시켜 제조된 제품을 말한다.
구분 종래품 개선품
RC 125min 138min
CCA 635A 700A
C20 80Ah 88Ah
내구성(SAE J2801) 274 Cycle 304 Cycle
상기 표 2는 종래의 VRLA 전지와 본 발명의 VRLA 전지의 성능 시험결과로서, 내구성이 종래품의 경우, 274 cycle을 나타냈으며, 개선품의 경우, 304 Cycle을 나타내고 있다.(도 3 참조)
따라서, 종래품보다 내구성이 11% 향상되었음을 실험을 통해 확인할 수 있었다.
1) 보유용량 (RC : Reserve Capacity)
보유용량 RC는 만충전 완료 후 1시간 이상 방치한 다음 25℃에서 25A의 방전전류로 방전종지전압 10.5V 도달 시까지의 방전가능지속시간을 측정하는 것으로, 예를 들면 이는 차량에 있어서 시동이 정지된 상태 등에서 부하를 작동시키는데 어느 시간까지 최소한의 기능을 발휘할 수 있는가에 대한 척도가 된다.
시험결과, 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 친수성부직포격리판을 포함한 VRLA 전지를 제작하였을 경우, 보유용량(RC)은 135 ~ 140분으로, 정확하게는 138분으로 종래품에 대비하여 10%의 성능향상 효과를 보임으로써 친수성부직포격리판이 보유용량에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.
2) 저온시동전류(CCA : Cold Cranking Ampere)
일반적으로 축전지의 급속방전 특성은 -10℃이하에서 급속히 저하되는데, 저온시동전류(CCA)는 저온에서의 자동차 시동능력을 평가하기 위한 고율방전시험으로서, 만충전 완료 후 -18℃에서 630A로 30초 방전시의 전압을 측정한다.
이 시험에 있어서는 30초 때의 전압이 7.2V이상 요구되며, 높을수록 성능이 우수한 것으로 평가된다.
본 발명에서는 (30초 전압÷6-0.2)×630의 보정식을 사용하여 CCA를 계산하였다.
시험결과, 표 2에서 도시한 바와 같이, 30초 전압은 7.70V ~ 7.82V, 환산 CCA는 680A ~ 700A으로, 정확하게는 700A로 기존제품에 대비하여 10%의 성능향상 효과를 보임으로써 친수성부직포격리판을 포함하는 제품을 제작하였을 경우 저온시동전류에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.
3) 20 시간율 용량(AH)
이는 저율방전 특성을 알아보기 위한 것으로, 축전지 용량에 대해 비교적 적은 전류인 3.75A로 연속 방전시켜, 전압이 10.5V에 도달할 때까지의 방전용량(AH)을 측정하는 것이다.
시험 결과, 85AH ~ 90AH로, 정확하게는 88AH로 기존제품에 대비하여 4%의 성능향상 효과를 보임으로써, 친수성부직포격리판을 포함하는 제품을 제작하였을 경우에 20 시간율 용량(AH)에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.
4) 수명 검증 시험(SAE J2801, Cycle)
미국 자동차 기술자 협회 규격에 따라 75℃ 환경에서 수명을 검증한 그래프(J2801)로서, 상기 시험 규격은 전지가 고온(75℃)에서 충전/방전을 반복하여 수명이 종지될 때까지의 사이클을 측정하는 시험 방법이다.
(1사이클 : 25A 18초 방전, 14.2V[최대 25A] 정전압 30분 충전- 5회 반복시 1Cycle)
본 시험은 1주 동안 34회 반복하며, 그 후 56시간 정치 후 200A 고율로 방전하여 30초 시점에서의 전압을 측정함으로써 배터리의 상태를 판정한다.
30초 시점의 전압이 7.2V 이상이면 배터리를 온전한 상태로 판정하여 위의 싸이클을 반복하며, 7.2V 이하이면 배터리를 수명종지로 판정하여, 시험을 중단한다.
시험 결과, 종래품에 대비하여 수명에서 11% 향상되는 효과를 보임으로써 친수성부직포격리판을 포함하는 제품을 제작하였을 경우, 수명 증가에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있다.
요약하자면, VRLA전지는 충전 중 발생하는 산소 가스가 음극의 산소 재결합으로 황산 전해액 감소를 최소화한 납축전지이다.
이때, 산소 가스가 음극으로 쉽게 이동할 수 있는 가스 통로와 황산 전해액을 고정시키기 위해 흡수성 유리 섬유를 사용한다.
흡수성 유리 섬유는 뛰어난 전해액 보유 특성이 있어야 하기에 높은 다공도와 젖음 특성이 있다.
하지만, 유리섬유 특성상, 작업 시 분진이 날리며, 두께가 두꺼우며, 쉽게 찢어져 양극판과 음극판의 분리기능을 하지 못하고 제품에서 Short circuit 불량이 발생하게 된다.
본 발명에서는 이러한 유리 섬유 대신 친수성 스펀레이스 부직포, 양극판, 음극판을 순차적으로 적층된 극판군을 구성하여 되는 VRLA전지를 제공한다.
상기한 스펀레이스 부직포는 뛰어난 기계적 강도, 90% 이상의 다공도를 가지고 압축 성형되며, 황산전해액에 대해 우수한 흡수성을 보유하여 전기 저항이 낮기 때문에 고성능 VRLA전지를 구현하는 효과를 제공하게 됨으로써, 내구성 향상에 따른 수명 향상의 상승 효과를 제공하게 되는 것이다.
상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
1 : 양극판
2 : 음극판
4 : 친수성부직포격리판

Claims (3)

  1. 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법에 있어서,
    흡수성 유리섬유(AGM) 대신에 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 준비하는 단계(S100);와
    상기 준비된 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌을 스펀 레이스법을 이용하여 압착하여 친수성 스펀레이스 부직포를 형성하여 친수성부직포격리판을 생산하는 단계(S200);와
    극판군 차입 공정시, 상기 친수성부직포격리판, 양극판, 음극판을 순차적으로 적층하여 극판군을 구성하는 단계(S300);와
    상기 극판군을 전조에 형성시켜 VRLA 전지를 완성시키는 단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 친수성부직포격리판을 생산하는 단계(S200)에 의해,
    생산된 친수성부직포격리판을 극판군 차입 공정시 사용함으로써, 격리판 훼손을 방지하는 것을 특징으로 하며,
    상기 친수성 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌의 평균 직경은 1 ~ 10㎛인 것을 특징으로 하며,
    절대 황산 흡수량 및 원활한 산소 전달 싸이클을 결정하기 위하여 친수성부직포격리판의 평균 두께는 12 ~ 15㎜로 형성하는 것을 특징으로 하는 친수성 압착 스펀레이스 부직포를 포함한 VRLA 전지 제조방법.
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