KR102225207B1 - Manufacturing method of PE Separator for lead acid battery using PVA coating - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a high-performance PE separator manufacturing method through hydrophilic polymer coating and, more specifically, to a high-performance PE separator manufacturing method through hydrophilic polymer coating, that changes the surface of a PE separator to be hydrophilic, improves the permeability of an electrolyte, and allows the electrolyte inside and outside the separator to circulate in charged and discharged states to improve the durability and performance of a lead-acid battery by coating the PE separator with a hydrophilic polymer material to uniformly form a hydrophilic polymer coating layer. Through the present invention, by coating the PE separator with the hydrophilic polymer material to uniformly form the hydrophilic polymer coating layer, the surface of the PE separator is changed to be hydrophilic, and the permeability of the electrolyte is improved, so that the electrolyte inside and outside the separator is allowed to circulate in the charged and discharged states. Therefore, the effect of improving the durability and performance of a lead-acid battery is provided.

Description

친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법{Manufacturing method of PE Separator for lead acid battery using PVA coating}Manufacturing method of PE Separator for lead acid battery using PVA coating}

본 발명은 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 친수성 고분자 코팅층을 균일하게 형성하기 위하여 PE격리판 위에 친수성 고분자 물질을 코팅함으로써, PE 격리판의 표면을 친수성으로 변경시키게 되어 전해액의 투과성을 향상시켜 격리판 내외부의 전해액이 충전 및 방전 상태에서 순환되게 하여 납축전지의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a high-performance PE separator through a hydrophilic polymer coating, and more particularly, by coating a hydrophilic polymer material on the PE separator in order to uniformly form a hydrophilic polymer coating layer, the surface of the PE separator is made hydrophilic. The present invention relates to a method for manufacturing a high-performance PE separator through a hydrophilic polymer coating capable of improving the durability and performance of a lead-acid battery by improving the permeability of the electrolyte and allowing the electrolyte inside and outside the separator to circulate in a charged and discharged state.

기본적으로 전지 격리판은 전자적으로는 부도체이며 이온적으로는 도체이다. Basically, a battery separator is a nonconductor electronically and a conductor ionically.

즉, 격리판은 반대 극성의 전극들 간의 직접적인 전자적 접촉을 방지하는 반면에 상기 전극들 간의 이온 전류를 가능하게 한다. 이러한 두 가지 기능을 만족하기 위해서는, 격리판은 일반적으로 덴드라이트(dendrites) 또는 판(plate) 입자(particles)에 의한 전자적 단락을 방지하기 위하여 가능한 한 작은 공극(pores)을 가지며, 내부의 전지 저항을 최소화하기 위해 가능한 한 높은 공극률(porosity)을 가지는 다공성 (porous) 부도체이다. That is, the separator prevents direct electronic contact between electrodes of opposite polarity, while enabling ionic current between the electrodes. In order to satisfy these two functions, the separator generally has as little pores as possible to prevent electronic short circuits by dendrites or plate particles, and the internal battery resistance. It is a porous non-conductor with as high porosity as possible to minimize

납축전지에서 격리판은 또한 적절한 전극 간격을 결정하며, 그것에 의해 셀 반응에 참가하는 전해질의 양을 규정한다. In lead acid batteries, the separator also determines the appropriate electrode spacing, thereby defining the amount of electrolyte that participates in the cell reaction.

격리판은 전지의 사용기한 내내 안정하여야 한다.(대한민국공개특허공보 특2001-0042790참조)The separator must be stable throughout the life of the battery (refer to Korean Patent Publication No. 2001-0042790).

잘 알려진 바와 같이 자동차 등에 사용되는 납축전지는 충전과 방전이 가능한 2차 전지로 이는 전해액으로서 묽은 황산(H2SO4)을 사용하고 전극의 활물질로서 양(+)극에 이산화연(PbO2)을 도포하고, 음(-)극에 해면상(海綿狀)납(Pb)을 도포하여 외부 회로에 연결하면 전기가 흐르면서 방전(초기의 양극과 음극의 활물질 조성이 황산납(PbSO4)으로 변하는 과정)과 외부에서 전류를 흘려주면 충전(황산납이 방전전의 초기 양극 활물질과 음극 활물질로 변하는 과정)이 되는 원리를 이용한 것이다.As is well known, lead acid batteries used in automobiles are rechargeable and dischargeable secondary batteries, which use dilute sulfuric acid (H2SO4) as an electrolyte, and lead dioxide (PbO2) to the positive (+) electrode as an active material. When the negative (-) electrode is coated with lead (Pb) and connected to an external circuit, electricity flows and discharges (the process in which the composition of the active material of the initial positive electrode and negative electrode changes to lead sulfate (PbSO4)) and current from the outside. It uses the principle of charging (the process of changing lead sulfate into the initial positive active material and negative active material before discharge) by flowing it.

이러한 납축전지의 구조를 도 1에 간략히 제시한다.The structure of such a lead acid battery is briefly presented in FIG. 1.

활물질이 도포된 양극판(1)과 음극판(2)은 제조 방법에 따라 여러 가지 형식의 것이 있는데, 그중에 한 예로 도 2 는 본 발명이 대상으로 하는 페이스트(Paste)식 전극의 구조를 나타낸 것이다. The positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 to which the active material is applied have various types depending on the manufacturing method, and as an example, FIG. 2 shows the structure of a paste-type electrode targeted by the present invention.

이는 격자 모양의 기판(5)과 그 위에 도포된 페이스트상의 활물질로 이루어진다. This consists of a grid-shaped substrate 5 and a paste-like active material applied thereon.

보통 기판(5)은 기계적 강도 및 내부식성 강화를 위해 안티몬(Sb)과 칼슘(Ca)을 주성분으로한 합금으로 이루어져 있으며, 제조 방법은 주형에 부어 중력식으로 주조하거나 연속 압연 공법으로 주조를 한다.(대한민국공개특허번호 특2000-0031876 참조) Usually, the substrate 5 is made of an alloy containing antimony (Sb) and calcium (Ca) as the main components in order to enhance mechanical strength and corrosion resistance, and the manufacturing method is poured into a mold and cast by gravity or cast by a continuous rolling method. (Refer to Korean Patent Publication No. 2000-0031876)

활물질은 납축전지 성능에 중요한 작용을 하는 부분으로서 미세한 분말 상태의 산화납(Pb0)을 묽은 황산 수용액과 페이스트상의 것을 도포기에서 그 기판상에 연속적으로 도포하여 숙성과 건조 그리고 전기적으로 산화, 환원시키는 화성 공정을 거쳐 제조된다.The active material is a part that plays an important role in the performance of the lead acid battery. A fine powdery lead oxide (Pb0) is applied in a dilute sulfuric acid aqueous solution and a paste on the substrate in an applicator continuously to aging, drying, and electrically oxidizing and reducing. It is manufactured through a chemical conversion process.

양극 활물질인 이산화납(PbO2)은 산화된 납의 미립자가 무수히 많이 결합되어 있으며, 다공성이 풍부하여 입자 간을 전해액이 자유로이 확산, 침투하도록 되어 있다. Lead dioxide (PbO2), which is a positive electrode active material, contains a myriad of oxidized lead microparticles and is rich in porosity, so that the electrolyte can freely diffuse and penetrate between the particles.

또한 음극판의 활물질인 해면상납(海綿狀鉛) 역시 다공성과 반응성이 풍부하여 전해액이 자유로이 침투하도록 된 것이다.In addition, the active material of the negative electrode plate, sea surface lead, is also rich in porosity and reactivity, allowing the electrolyte to freely penetrate.

상기와 같이 제조된 양극판과 음극판은 두 극판의 직접적인 접촉(Short)을 방지하기 위해 다공성의 부도체인 격리판(3)으로 분리되어 제품 전조(제품을 구성하는 용기)에 넣어 조립이 되어진다.The positive electrode plate and the negative electrode plate manufactured as described above are separated by a separator 3, which is a porous non-conductor, to prevent direct contact between the two electrode plates, and are assembled by putting them in a product roll (a container constituting a product).

이렇게 만들어진 납축전지는 내부 전해질에 의해 전기적 성능을 발휘하며, 자동차 내에서 충전과 방전이 이루어진다.The lead-acid battery made in this way exhibits electrical performance by an internal electrolyte, and is charged and discharged in a vehicle.

자동차에 장착된 납축전지는 자동차의 운행 조건(일평균 주행거리, 운전자 운행 습관, 도로 상태) 및 자동차 전장부(電裝部)의 전기적인 부하 상태에 따라 납축전지의 수명에 영향을 미친다.Lead-acid batteries installed in automobiles affect the life of lead-acid batteries according to the driving conditions of the vehicle (average daily mileage, driver driving habits, road conditions) and electrical load conditions of the vehicle's electronic parts.

그러나, 가혹한 상태에서의 운행 조건 및 과도한 전장부 부하는 다공성이 풍부한 양극판 활물질(PbO2)의 결합력을 떨어뜨리며, 이러한 활물질 탈락은 양극판과 음극판의 반응성을 떨어뜨려 전기적인 성능 저하를 초래하여 궁극적으로 납축전지의 수명을 저하시키는 요인이 된다.However, operating conditions and excessive electric load in severe conditions decrease the bonding strength of the positive electrode plate active material (PbO2) rich in porosity, and this drop-off of the active material lowers the reactivity of the positive electrode plate and the negative electrode plate, leading to a decrease in electrical performance, ultimately leading to lead. It becomes a factor that decreases the life of the storage battery.

상기와 같이 극판의 활물질 탈락 감소를 위해 전극을 주조 또는 익스펜딩된 기판에 전기화학적 활성을 갖는 활물질 도포되고 그 활물질 표면에 열가소성수지가 원료인 부직포를 일정 깊이로 박히도록 압착한 상태에서 극판을 제조하는 방식과 표면에 활물질층을 부착시킨 다수개의 극판으로 구성된 납축전지에 있어서 활물질층의 외면에 얇은 섬유망체를 씌우고 폴리에틸렌계의 고분자 물질로 형성되고 내면에 돌조가 형성된 공지의 격리판을 섬유망체의 외면에 설치하여 활물질 탈락을 감소시키고 덴드라이트의 성장을 억제할 수 있으며 격리판의 두께를 감소시킬수 있어 납축전지의 크기를 감소시키게 하는 방법이 사용되어지고 있다.As described above, in order to reduce the dropout of the active material of the electrode plate, an active material having an electrochemical activity is applied to the substrate on which the electrode is cast or expanded, and a nonwoven fabric made of a thermoplastic resin is pressed to the surface of the active material to a certain depth, thereby manufacturing an electrode plate. In a lead-acid battery consisting of a plurality of electrode plates with an active material layer attached to the surface, a thin fiber mesh is covered on the outer surface of the active material layer, and a known separator formed of a polyethylene-based polymer material and a protrusion formed on the inner surface of the lead acid battery is used. By installing on the outer surface, it is possible to reduce the dropout of the active material, suppress the growth of dendrites, and reduce the thickness of the separator, thereby reducing the size of the lead acid battery.

상기 부직포 및 섬유망체의 사용은 전지에서 각각의 특성에 맞게 활용도가 넓게 퍼져있으며, 니켈-아연 2차 전지에 있어 미공성필름과 부직포로 이루어진 세퍼레이터(격리판)의 전지 수명과 방전 성능의 균형에서 최적의 전해액량 규제하기 위해 아연 음극의 이용률을 증대시켜 전지의 수명을 연장시킬 수 있도록 한 것으로 폴리프로필렌부직포로 감싼 Ni양극과 면부직포 및 폴리프로필렌부직포로 감싼 Zn음극을 폴리프로필렌 미공성 필름으로 감싸서 세퍼레이터에 함습되는 전해액의 량과 상기 전지내의 전해액 총량 비율을 조정하는 전지, 알칼리 아연 축전지에 있어 Ni 양극과 Zn음극 사이를 분리하는 폴리프로필렌 부직포가 형성되고, 상기 Ni 양극, Zn 음극 및 폴리프로필렌 부직포의 외부에 복수겹의 미공성막을 가지는 다층분리막이 배치된 알칼리아연 축전지에 있어서, 상기 다층 분리막 의 Zn 음극과 폴리프로필렌 부직포 사이에 면부직포가 형성된 것으로 특징으로 하는 알칼리아연 축전지 및 리튬이온 전지에서의 격리판 제조에 있어30-80% 범위의 다공성, 002-20마이크론 범위의 평균 공극크기를 가지는 미공성 폴리올레핀 막을 포함하고 폴리올레핀 공중합체와 폴리올레핀 중합체의 올리고머의 블렌드로부터 제조되는 격리판 등 전지에서의 폴리머로 구성된 폴리올레핀계 부직포 및 막이 많이 활용되어 지고 있다.The use of the non-woven fabric and the fibrous mesh is widely used in accordance with each characteristic in the battery, and in the balance of the battery life and discharge performance of the separator (isolator plate) made of a microporous film and a non-woven fabric in a nickel-zinc secondary battery. In order to regulate the optimum amount of electrolyte, it is possible to extend the life of the battery by increasing the utilization rate of the zinc anode. The Ni anode wrapped with polypropylene nonwoven fabric and the Zn anode wrapped with cotton nonwoven and polypropylene nonwoven are wrapped with polypropylene microporous film. In a battery for adjusting the ratio of the amount of the electrolyte impregnated in the separator and the total amount of the electrolyte in the battery, a polypropylene nonwoven fabric separating between the Ni positive electrode and the Zn negative electrode is formed in the alkaline zinc storage battery, and the Ni positive electrode, the Zn negative electrode and the polypropylene nonwoven In an alkaline zinc storage battery in which a multilayer separator having a plurality of layers of microporous membranes is disposed outside of the multilayer separator, a cotton nonwoven fabric is formed between the Zn negative electrode of the multilayer separator and the polypropylene nonwoven fabric. Polymers in batteries such as separators prepared from a blend of polyolefin copolymers and oligomers of polyolefin polymers, including microporous polyolefin membranes having a porosity in the range of 30-80% and an average pore size in the range of 002-20 microns in the manufacture of separators Polyolefin-based nonwoven fabrics and membranes composed of are widely used.

현재 납축전지에 사용되는 대부분의 격리판은 충전식의 다공성 폴리에틸렌 격리판이며, 주요 목적은 양극판 및 음극판 간의 직접적인 접촉을 방지함으로써, 단락을 방지하는 것이며, 보조적인 목적은 양극판 및 음극판 간의 작은 저항으로 이온 전류 흐름을 가능하게 하여야 하는 것이다.Currently, most of the separators used in lead acid batteries are rechargeable porous polyethylene separators. The main purpose is to prevent short circuits by preventing direct contact between the positive and negative plates, and the secondary purpose is to prevent ions due to small resistance between the positive and negative plates. It must enable current flow.

따라서, 현재 다양한 차량 내부의 전자제품 등을 동시에 사용하기 위하여 종래 PE 격리판 대비 전해액의 투과성을 높여 격리판 내외부의 전해액이 충전 및 방전 상태에서 원활하게 순환될 수 있도록 하여 부분적으로 전해액을 이용함에 따른 납축전지의 성능이 악화되는 문제점을 개선하기 위한 격리판 제조가 필요하게 되었다.Therefore, in order to use electronic products in various vehicles at the same time, the permeability of the electrolyte is increased compared to the conventional PE separator so that the electrolyte inside and outside the separator can be smoothly circulated in the state of charging and discharging. There is a need to manufacture a separator in order to improve the problem of deteriorating the performance of the lead acid battery.

대한민국공개특허공보 특2001-0042790호Korean Patent Application Publication No. 2001-0042790 대한민국공개특허번호 특2000-0031876호Korean Patent Publication No. 2000-0031876

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,Therefore, the present invention was devised to solve the above conventional problems,

친수성 고분자 코팅층을 균일하게 형성하기 위하여 PE격리판 위에 친수성 고분자 물질을 코팅함으로써, PE 격리판의 표면을 친수성으로 변경시키게 되어 전해액의 투과성을 향상시켜 격리판 내외부의 전해액이 충전 및 방전 상태에서 순환되게 하여 납축전지의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법을 제공하고자 한다.By coating a hydrophilic polymer material on the PE separator to uniformly form the hydrophilic polymer coating layer, the surface of the PE separator is changed to hydrophilic, improving the permeability of the electrolyte so that the electrolyte inside and outside the separator is circulated in the state of charge and discharge. Thus, it is intended to provide a method of manufacturing a high-performance PE separator through a hydrophilic polymer coating that can improve the durability and performance of lead-acid batteries.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법은,In order to achieve the problem to be solved by the present invention, a method of manufacturing a high-performance PE separator through a hydrophilic polymer coating according to an embodiment of the present invention,

PE격리판에 친수성 고분자 코팅층을 균일하게 형성하기 위하여 PE격리판 위에 친수성 고분자 물질을 코팅하기 위한 친수성고분자코팅PE격리판제조단계(S100);와Hydrophilic polymer coating PE isolating plate manufacturing step (S100) for coating a hydrophilic polymer material on the PE isolating plate in order to uniformly form the hydrophilic polymer coating layer on the PE isolating plate; And

상기 제조된 친수성 고분자 코팅층이 포함된 PE격리판을 건조 공정을 거쳐 고성능 PE격리판을 제조하기 위한 친수성고분자코팅PE격리판완성단계(S200);를 포함함으로써, 납 축전지 내구성과 성능을 향상시키기 위한 과제를 해결하게 되는 것이다.By including the hydrophilic polymer coating PE isolating plate completion step (S200) for manufacturing a high-performance PE isolating plate through a drying process of the prepared PE isolating plate containing the hydrophilic polymer coating layer, for improving the durability and performance of the lead storage battery. You will solve the task.

본 발명인 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법을 통해, 친수성 고분자 코팅층을 균일하게 형성하기 위하여 PE격리판 위에 친수성 고분자 물질을 코팅함으로써, PE 격리판의 표면을 친수성으로 변경시키게 되어 전해액의 투과성을 향상시켜 격리판 내외부의 전해액이 충전 및 방전 상태에서 순환되게 하여 납축전지의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.Through the method of manufacturing a high-performance PE separator through hydrophilic polymer coating, which is the present invention, by coating a hydrophilic polymer material on the PE separator in order to uniformly form the hydrophilic polymer coating layer, the surface of the PE separator is changed to hydrophilicity, and thus the permeability of the electrolyte solution. By improving the effect of improving the durability and performance of the lead acid battery by allowing the electrolyte inside and outside the separator to circulate in a charged and discharged state.

도 1은 일반적인 납축전지의 내부 구조를 간략하게 도시한 단면도이다.
도 2는 일반적인 납축전지를 구성하는 전극의 일부분을 절개한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법의 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법에 의해 제조된 개선품과 일반적 제조 방법을 통해 제조된 종래품를 비교한 그래프로서, 미국 자동차 기술자 협회 규격에 따라 고온 환경에서 수명을 검증한 그래프 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법에서 제조된 개선품과 일반적인 제조 방법에 의해 제조된 종래품를 비교한 그래프로서, 충전수입성 시험 그래프 도면이다.
1 is a schematic cross-sectional view showing the internal structure of a typical lead acid battery.
2 is a cross-sectional view of a portion of an electrode constituting a general lead acid battery.
3 is a flowchart of a method of manufacturing a high-performance PE separator through a hydrophilic polymer coating according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph comparing an improved product manufactured by a high-performance PE separator manufacturing method through a hydrophilic polymer coating according to an embodiment of the present invention and a conventional product manufactured through a general manufacturing method, according to the standards of the American Automobile Engineers Association. This is a graph showing the lifespan in a high-temperature environment.
FIG. 5 is a graph comparing an improved product manufactured by a method for manufacturing a high-performance PE separator through a hydrophilic polymer coating according to an embodiment of the present invention and a conventional product manufactured by a general manufacturing method, and is a graph showing a charge importability test.

본 발명의 일실시예에 따른 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법은,A method of manufacturing a high-performance PE separator through a hydrophilic polymer coating according to an embodiment of the present invention,

PE격리판에 친수성 고분자 코팅층을 균일하게 형성하기 위하여 PE격리판 위에 친수성 고분자 물질을 코팅하기 위한 친수성고분자코팅PE격리판제조단계(S100);와Hydrophilic polymer coating PE isolating plate manufacturing step (S100) for coating a hydrophilic polymer material on the PE isolating plate in order to uniformly form the hydrophilic polymer coating layer on the PE isolating plate; And

상기 제조된 친수성 고분자 코팅층이 포함된 PE격리판을 건조 공정을 거쳐 고성능 PE격리판을 제조하기 위한 친수성고분자코팅PE격리판완성단계(S200);를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a; hydrophilic polymer coating PE isolating plate completion step (S200) for manufacturing a high-performance PE isolating plate through a drying process the PE isolating plate containing the prepared hydrophilic polymer coating layer.

이때, 상기 친수성 고분자 물질을 코팅함으로써, PE 격리판의 표면을 친수성으로 변경하여 전해액의 투과성을 향상시켜 격리판 내외부의 전해액이 충전 및 방전 상태에서 순환되게 하여 납축전지의 내구성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.At this time, by coating the hydrophilic polymer material, the surface of the PE separator is changed to hydrophilicity to improve the permeability of the electrolyte so that the electrolyte inside and outside the separator is circulated in the state of charge and discharge, thereby improving the durability of the lead acid battery. do.

이때, 상기 친수성 고분자 물질은,At this time, the hydrophilic polymer material,

폴리비닐알코올(PVA)인 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it is polyvinyl alcohol (PVA).

이때, 상기 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법에 의해,At this time, by the method of manufacturing a high-performance PE separator through the hydrophilic polymer coating,

제조된 납축전지의 보유 용량이 80Ah ~ 87Ah의 용량일 경우,When the manufactured lead acid battery has a capacity of 80Ah ~ 87Ah,

수명은 1,920 싸이클에서 2,304 ~ 2,440 싸이클로 20% ~ 25% 범위 내의 내구성 향상을 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.The lifetime is characterized by being able to provide a durability improvement in the range of 20% to 25% from 2,304 to 2,440 cycles at 1,920 cycles.

이때, 상기 제조 방법에 의해 제조된 친수성 고분자 코팅층을 포함하고 있는 고성능 PE격리판을 제공함으로써, 납축전지의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.At this time, by providing a high-performance PE isolating plate including a hydrophilic polymer coating layer prepared by the above manufacturing method, the effect of improving the durability and performance of the lead acid battery is provided.

이하, 본 발명에 의한 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, it will be described in detail through examples of a method for manufacturing a high-performance PE separator through a hydrophilic polymer coating according to the present invention.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법의 공정도이다.3 is a flowchart of a method of manufacturing a high-performance PE separator through a hydrophilic polymer coating according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명인 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법은, As shown in Figure 3, the method of manufacturing a high-performance PE separator through a hydrophilic polymer coating according to the present invention,

PE격리판에 친수성 고분자 코팅층을 균일하게 형성하기 위하여 PE격리판 위에 친수성 고분자 물질을 코팅하기 위한 친수성고분자코팅PE격리판제조단계(S100);와Hydrophilic polymer coating PE isolating plate manufacturing step (S100) for coating a hydrophilic polymer material on the PE isolating plate in order to uniformly form the hydrophilic polymer coating layer on the PE isolating plate; And

상기 제조된 친수성 고분자 코팅층이 포함된 PE격리판을 건조 공정을 거쳐 고성능 PE격리판을 제조하기 위한 친수성고분자코팅PE격리판완성단계(S200);를 포함하게 된다.And a hydrophilic polymer coating PE isolating plate completion step (S200) for manufacturing a high-performance PE isolating plate through a drying process of the PE isolating plate including the hydrophilic polymer coating layer prepared above.

본 발명은 친수성 고분자 코팅층을 균일하게 형성하기 위하여 PE격리판 위에 친수성 고분자 물질을 코팅함으로써, PE 격리판의 표면을 친수성으로 변경시키게 되어 전해액의 투과성을 향상시켜 격리판 내외부의 전해액이 충전 및 방전 상태에서 순환되게 하여 납축전지의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.In the present invention, by coating a hydrophilic polymer material on the PE separator to uniformly form the hydrophilic polymer coating layer, the surface of the PE separator is changed to hydrophilic, thereby improving the permeability of the electrolyte, so that the electrolyte inside and outside the separator is charged and discharged. By allowing it to be circulated in, it provides an effect that can improve the durability and performance of the lead acid battery.

구체적으로 다시 설명하면, 현재 다양한 차량 내부의 전자제품 등을 동시에 사용하기 위하여 종래 PE 격리판 대비 전해액의 투과성을 높여 격리판 내외부의 전해액이 충전 및 방전 상태에서 원활하게 순환될 수 있도록 하여 부분적으로 전해액을 이용함에 따른 납축전지의 성능이 악화되는 문제점을 개선함으로써, 종래의 납축전지 대비 5% 이상의 기초성능 향상과 25% 내구성 향상을 시킬 수 있다는 점을 발견하고, 확인시험을 거쳐 본 발명을 완성하기에 이른 것이다. Specifically, in order to use electronic products in various vehicles at the same time, the permeability of the electrolyte is increased compared to the conventional PE separator so that the electrolyte inside and outside the separator can be circulated smoothly in the state of charging and discharging. By improving the problem of deteriorating the performance of the lead acid battery by using, it was found that it was possible to improve the basic performance by more than 5% and the durability by 25% compared to the conventional lead acid battery, and to complete the present invention through a confirmation test. It came to.

다음은 제조단계에 대하여 구체적으로 설명하도록 하겠다.Next, the manufacturing steps will be described in detail.

상기 친수성고분자코팅PE격리판제조단계(S100)는 PE격리판에 친수성 고분자 코팅층을 균일하게 형성하기 위하여 PE격리판 위에 친수성 고분자 물질을 코팅하기 위한 공정이다.The hydrophilic polymer coating PE isolation plate manufacturing step (S100) is a process for coating a hydrophilic polymer material on the PE isolation plate in order to uniformly form a hydrophilic polymer coating layer on the PE isolation plate.

구체적으로, 배터리 화성 및 충, 방전 시 제품 내에서 방출되는 에너지가 감소된다. Specifically, the energy emitted in the product during battery formation and charging and discharging is reduced.

왜냐하면, 내부 저항의 감소로 전자 이동간에 손실되는 에너지량이 줄어들기 때문이다. This is because the amount of energy lost during electron transfer decreases due to the decrease in internal resistance.

상기 PE격리판은 예를 들어, 부직포를 이루는 섬유로서는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르(PET)등이 사용된다.The PE separator is, for example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester (PET), and the like as fibers forming the nonwoven fabric.

단섬유(Staple Fiber) 부직포는 단일 재질의 합성수지로 제조되기도 하며, 2가지 이상의 재질의 합성수지 단섬유가 혼용되어 사용하기도 한다.Staple Fiber Nonwoven fabrics are sometimes made of synthetic resin of a single material, and synthetic resin staple fibers of two or more materials are mixed and used.

장섬유(Filament) 부직포는 주로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르(PET) 섬유가 각 단일 재료로 사용된다.Filament nonwoven fabric is mainly made of polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyester (PET) fibers as a single material.

부직포를 형성시킴에 있어서, 단섬유 부직포는, 접착제를 이용한 화학적 접착(Chemical Bonding), 열이나 섬유 용용 특성을 이용한 서멀본딩(Thermal Bonding), 니들 펀칭(Needle Punching), 멜트 블로운(Melt Blown), 스티치 본딩(Stitch Bonding)법 등이 사용되고 있으며, 장섬유(Filament) 부직포는, 융용 방사된 원사를 컨베어(Conveyer)상에 균일하게 쌓아 쉬트(Sheet)상으로 만들고 여기에 Heater Embossing Roller를 통과시켜 부직포를 만드는 스펀본드(Spunbond)법이 주로 사용된다.In forming the nonwoven fabric, the short fiber nonwoven fabric is chemical bonding using an adhesive, thermal bonding using heat or fiber properties, needle punching, and melt blown. , Stitch Bonding, etc. are being used. Filament nonwoven fabrics are made into a sheet by uniformly stacking the melt-spun yarn on a conveyor, and passing a heater embossing roller through it. The spunbond method for making nonwoven fabrics is mainly used.

PE격리판을 제조하는 공정은 본 출원인이 출원하여 등록된 대한민국등록특허번호 제10-0645970호에 구체적으로 개시하였으며, 상기 등록특허를 간단히 설명하면, 기판에 부직포를 부착하여 격리판을 형성시킴에 있어서는, 등록특허의 도 3 에 도시된 바와 같이, 극판에 격리판을 씌우는 설비(Enveloping Machine)에 달려 있는 격리판롤(7)에 판체(6)를 권취하고, 추가로 설치한 부직포롤(8)에 부직포(9)를 권취하여 판체(6)와 부직포(9)를 함께 풀면서, 판체(6)와 부직포(9)를 접합시키어, 격리판부재를 형성시키는 것이다.The process of manufacturing the PE separator was specifically disclosed in Korean Patent No. 10-0645970, filed and registered by the present applicant, and briefly describes the registered patent, in which a nonwoven fabric is attached to the substrate to form a separator. In the case, as shown in Fig. 3 of the registered patent, the plate body 6 is wound on a separator roll 7 attached to an enveloping machine, and an additional nonwoven fabric roll 8 is installed. The non-woven fabric 9 is wound on the plate body 6 and the non-woven fabric 9 together, and the plate body 6 and the non-woven fabric 9 are bonded together to form a separator member.

등록특허 도 3 에 도시된 바와 같은 접합장치에 의해서 격리판부재를 제조함에 있어서는, 다수의 돌조(Rib)(62)가 형성된 판체(6)에, 도 4 에 도시된 바와 같이 돌조(62)에 내열성·내화학성 핫멜트(Hot Melt)를 바르고 이에 부직포를 라미네이팅(Laminating)하여 붙이거나, 등록특허 도 5 에 도시된 바와 같이 판체(6)와 부직포(9)를 초음파(Ultrasonic) 융착 작업으로 단위 격리판의 양단에 접합부(10)를 형성시키어 붙일 수 있다.In manufacturing the separator member by the bonding device as shown in FIG. 3, the plate body 6 in which a plurality of ribs 62 are formed, and the protrusions 62 as shown in FIG. 4 Apply a heat-resistant and chemical-resistant hot melt and then laminating a non-woven fabric thereon, or attach the plate body 6 and the non-woven fabric 9 as shown in Fig. 5 for unit isolation through an ultrasonic (Ultrasonic) fusion process. It can be attached by forming the junction 10 at both ends of the plate.

한편, 부가적인 양상에 따라, 상기 친수성고분자코팅PE격리판제조단계(S100) 이전에 PE 격리판 표면의 오염 물질을 제거하기 위한 오염물질제거단계;와On the other hand, according to an additional aspect, prior to the hydrophilic polymer-coated PE separator manufacturing step (S100), a contaminant removing step for removing contaminants from the surface of the PE separator; And

surface modification을 위하여, 산소 플라즈마를 이용하여 전처리를 수행하기 위한 전처리단계;를 포함할 수 있다.For surface modification, a pretreatment step for performing pretreatment using oxygen plasma may include.

상기 전처리단계를 통해 소수성 PE 격리판을 친수성으로 처리하게 됨으로써, PE격리판에 친수성 고분자 코팅층을 균일하게 형성시킬 수 있게 된다.By treating the hydrophobic PE separator to be hydrophilic through the pretreatment step, it is possible to uniformly form a hydrophilic polymer coating layer on the PE separator.

현재, 폴리에틸렌(PE) 재질의 다공성 고분자 멤브레인이 납축전지의 격리판으로 많이 사용되고 있지만, 고온에서의 열 수축(Thermal Shrinkage)과 충격, 외부 힘에 의한 파열, 관통과 같은 기계적 파손에 취약하다. Currently, polyethylene (PE) porous polymer membranes are widely used as separators for lead-acid batteries, but they are vulnerable to mechanical damage such as thermal shrinkage, impact, rupture due to external force, and penetration at high temperatures.

격리판의 파손이 일어나는 경우, 양극과 음극이 직접 접촉하여 내부 단락이 발생할 수 있고, 이는 납축전지의 수명 저하와 발화를 일으키는 주요 원인으로 여겨진다. In the case of breakage of the separator, an internal short circuit may occur due to direct contact between the positive and negative electrodes, which is considered to be the main cause of the lead acid battery's lifespan and ignition.

따라서, 납축전지의 격리판은 고온에서 수축이 적어야 하며, 외부 충격을 견딜 수 있는 기계적 강도를 지녀야 한다. Therefore, the separator of the lead acid battery should have little shrinkage at high temperature and should have mechanical strength to withstand external impact.

격리판이 용융점 근처의 온도에서 막 형태를 유지하여 내부 단락을 억제하도록 하는 것은 전지의 안전성과 관련된 중요한 이슈이다. It is an important issue related to battery safety that the separator maintains its film shape at a temperature near its melting point to suppress internal short circuits.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 고내열 특성을 지니는 무기물 또는 유기물을 코팅하는 방법이 있다. In order to solve this problem, there is a method of coating an inorganic material or an organic material having high heat resistance.

현재 격리판 코팅 방식은 RF Magnetron Sputter를 이용한 코팅 방법과 bar coating을 이용한 코팅 방법과 pin coating 방식 등이 이용되고 있다.Currently, the coating method of the separator is a coating method using RF Magnetron Sputter, a coating method using bar coating, and a pin coating method.

이때, 바람직하게는 스핀 코팅 방식을 이용할 수도 있으며, Spin coating 방식은 매우 쉽고 저렴하게 고효율로 재현 가능한 균일한 박막을 형성할 수 있는 다용도 코팅 기술로서, 용액-공정 유기/무기 전자 소자의 제작에 널리 사용되고 있다. At this time, preferably, a spin coating method may be used, and the spin coating method is a versatile coating technology capable of forming a uniform thin film that can be reproduced with high efficiency at a very easy and inexpensive manner, and is widely used in the production of solution-processed organic/inorganic electronic devices. Is being used.

구체적으로 설명하자면, 상기 오염물질제거단계는 PE격리판 표면의 오염 물질을 제거하기 위한 공정이다.Specifically, the contaminant removing step is a process for removing contaminants on the surface of the PE separator.

즉, PE 격리판 위에 친수성 고분자 코팅층을 코팅하기 위하여 우선적으로 격리판 표면에 부착되어 있는 오염 물질들을 제거하게 된다.That is, in order to coat the hydrophilic polymer coating layer on the PE separator, contaminants adhered to the surface of the separator are preferentially removed.

오염 울질들이 격리판 표면에 존재하게 되면 코팅의 일정하지 않아 최종 완성품에 에러가 발생할 수 있다.If contaminants are present on the surface of the separator, errors may occur in the final product due to inconsistent coating.

이후, 전처리단계는 surface modification을 위하여, 산소 플라즈마를 이용하여 전처리를 수행하게 된다.Thereafter, in the pretreatment step, for surface modification, pretreatment is performed using oxygen plasma.

즉, surface modification을 위한 전처리가 필요하게 된다.That is, pretreatment for surface modification is required.

이를 위하여 코팅 접착 시, 대부분 문제가 되는 사항이 표면에 유기물에 의한 오염이 있기 때문에 이를 제거해주어야 한다. For this purpose, most problematic matters during coating adhesion are contamination by organic substances on the surface, so it must be removed.

이를 제거 하기 위해서는 바람직하게는 가장 효율적으로 널리 사용되고 있는 산소 플라즈마를 이용하게 되는 것이다.In order to remove this, it is preferable to use the most efficient and widely used oxygen plasma.

한편, 부가적인 양상에 따라, 상기 전처리단계는,On the other hand, according to an additional aspect, the pretreatment step,

산소 플라즈마 대신에 헬륨이나 아르곤과 같은 비활성 가스를 이용하여 표면의 탄소 - 탄소 결합이나, 탄소, 수소가 결합된 이온 또는 진공 자외선에 의해 끊어지게 되어 자유 라디칼을 생성하여 안정적인 가교층을 형성하여 표면 처리를 진행하는 것을 특징으로 한다.Surface treatment by using an inert gas such as helium or argon instead of oxygen plasma to form a stable crosslinked layer by generating free radicals by being cut off by carbon-to-carbon bonds on the surface, ions in which carbon and hydrogen are bonded, or by vacuum ultraviolet rays. It is characterized in that to proceed.

헬륨이나 아르곤과 같은 inert한 가스를 이용하여 표면의 탄소-탄소 결합이나, 탄소, 수소 결합이 이온 또는 진공 자외선에 의해 끊어지게 되어 자유라디칼을 생성하여 안정적인 가교층을 형성하여 표면 처리를 진행할 수 있다. By using inert gas such as helium or argon, carbon-carbon bonds or carbon-hydrogen bonds on the surface are cut off by ions or vacuum ultraviolet rays to generate free radicals to form a stable crosslinked layer to proceed with surface treatment. .

한편, 상기 친수성고분자코팅PE격리판제조단계(S100)에서 PE격리판에 친수성 고분자 코팅층을 균일하게 형성하기 위하여 스핀 코팅 방식을 이용할 경우에, 스핀 코팅은 회전 속도 1,000 ~ 5,000 rpm 범위에서 실시하며, 코팅 후 상온에서 12시간 동안 건조한 다음 공기 중에서 600℃로 2시간 동안 예열처리(pre heat-treatment)하게 된다.On the other hand, in the case of using the spin coating method to uniformly form the hydrophilic polymer coating layer on the PE isolating plate in the hydrophilic polymer coating PE isolating plate manufacturing step (S100), the spin coating is performed at a rotation speed of 1,000 to 5,000 rpm, After coating, it is dried at room temperature for 12 hours, and then pre-heat-treatment is performed at 600° C. for 2 hours in air.

상기 회전 속도 미만일 경우에는 공정 시간이 길어져 제조 원가 상승의 원인이 될 수 있으며, 회전 속도 초과일 경우에는 균일한 코팅이 불가능하다.If the rotational speed is less than the above, the process time may be lengthened, which may cause an increase in manufacturing cost. If the rotational speed is exceeded, uniform coating is not possible.

따라서, 상기한 회전 속도 범위 내에서 코팅을 실시하는 것이 바람직할 것이다.Therefore, it would be desirable to carry out the coating within the range of rotational speeds described above.

그리고, 상기 온도를 초과할 경우에는 코팅층에 균열이 발생할 소지가 있으며, 상기한 온도 미만일 경우에는 코팅층이 균일하게 도포될 수 없기 때문에 상기한 온도를 준수하는 것이 바람직할 것이다.In addition, when the temperature is exceeded, the coating layer may be cracked, and when the temperature is less than the above-described temperature, the coating layer cannot be uniformly applied, so it is preferable to observe the above temperature.

이때, 특징적인 것은 PE 격리판에 일정한 두께를 코팅하기 위하여 코팅, 건조 및 예열처리 공정을 3 ~ 5회 반복한 후, 최종적으로 공기 중에서 600℃ 이하로 2시간 동안 열처리함으로써 코팅층에 균열 및 기공이 없으며, PE 격리판과 친수성 고분자 코팅층의 안정적인 결합이 가능하게 되는 것이다.At this time, the characteristic is that the coating, drying, and preheating processes are repeated 3 to 5 times in order to coat a certain thickness on the PE separator, and then finally heat treated at 600°C or less for 2 hours in air to prevent cracks and pores in the coating layer. None, and stable bonding of the PE separator and the hydrophilic polymer coating layer is possible.

상기와 같이, 코팅을 수차례 반복하는 이유는 격리판의 내열성 향상을 위한 것이다.As described above, the reason for repeating the coating several times is to improve the heat resistance of the separator.

상기한 반복 횟수를 초과하게 되면 코팅층이 너무 두꺼워져 사용상에 문제가 발생할 수 있으며, 반복 횟수 미만일 경우에는 원하는 코팅층의 두께를 기대할 수가 없을 것이다.If the number of repetitions is exceeded, the coating layer may become too thick to cause problems in use. If the number of repetitions is less than the number of repetitions, the desired thickness of the coating layer may not be expected.

또한, 최종적으로 공기 중에서 600℃ 이하로 2시간 동안 열처리함으로써 코팅층에 균열 및 기공이 없으며, PE 격리판과 친수성 고분자 코팅층의 안정적인 결합이 가능하도록 최종 공정을 실시하게 되는 것이다.In addition, the final process is performed so that there are no cracks and pores in the coating layer by heat treatment at 600° C. or less in air for 2 hours, and stable bonding of the PE separator and the hydrophilic polymer coating layer is possible.

이때, 일반적인 스핀 코팅 공정시, 1400℃로 처리하게 되는데, 이러한 경우에 열처리 과정에서 PE 격리판의 손상이 발생하기 때문에 바람직하게는 상기한 온도 범위 내에서 열처리하는 것이 바람직하다.At this time, in the general spin coating process, the treatment is performed at 1400°C. In this case, since damage to the PE separator occurs during the heat treatment process, it is preferable to perform heat treatment within the above-described temperature range.

한편, 본 발명에서의 친수성 고분자 코팅층을 제공하기 위하여 폴리비닐알코올(PVA), 바인더, 용매 등을 혼합하여 슬러리 형태로 PE 격리판에 코팅하며, 이를 건조하여 PE 격리판의 열 안정성과 기계적 물성을 향상시키기 위하여 1 ~ 10 um의 코팅 두께를 가지게 된다.Meanwhile, in order to provide the hydrophilic polymer coating layer in the present invention, polyvinyl alcohol (PVA), a binder, and a solvent are mixed and coated on a PE separator in the form of a slurry, and dried to provide thermal stability and mechanical properties of the PE separator. In order to improve, it has a coating thickness of 1 to 10 um.

그리고, 폴리비닐 알코올은 물에 녹는 중합체이며, 비닐 알코올수지라고도 한다. In addition, polyvinyl alcohol is a polymer that is soluble in water, and is also referred to as a vinyl alcohol resin.

폴리비닐 알코올은 필름 형성, 에멀전, 접착 특성이 뛰어나고, 기름, 윤활유, 용매와는 섞이지 않는 특성을 가지고 있게 되어 이를 격리판에 코팅하게 되면 표면이 친수성을 변경되어 기존 대비 전해액 투과성이 높아지게 되어 격리판 내외부의 전해액이 충전 및 방전 상태에서 원활한 순환이 가능하여 기존의 부분적으로 전해액을 이용함에 따른 납축전지 성능 악화 현상을 방지할 수가 있게 되는 것이다.Polyvinyl alcohol has excellent film formation, emulsion, and adhesion properties, and does not mix with oil, lubricants, and solvents. When coated on a separator, the surface changes hydrophilicity, resulting in higher electrolyte permeability than before. Since the internal and external electrolytes can be circulated smoothly in the state of charging and discharging, it is possible to prevent the phenomenon of deteriorating the performance of the lead acid battery due to the partial use of the existing electrolyte.

따라서, 본 발명의 친수성 고분자 코팅을 수행한 격리판을 사용한 납축전지는 기초성능 및 내구성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the lead acid battery using the separator coated with the hydrophilic polymer of the present invention can improve basic performance and durability.

이후, 상기 친수성고분자코팅PE격리판완성단계(S200)는 상기 제조된 친수성 고분자 코팅층이 포함된 PE격리판을 건조 공정을 거쳐 고성능 PE격리판을 제조하기 위한 공정이다.Thereafter, the hydrophilic polymer coating PE isolating plate completion step (S200) is a process for manufacturing a high-performance PE isolating plate through a drying process of the PE isolating plate including the prepared hydrophilic polymer coating layer.

즉, 본 발명의 친수성 고분자 코팅층이 형성된 PE 격리판을 24시간 내외의 자연 건조 공정을 통해 고성능 PE 격리판을 제조하는 것이다.That is, the PE separator with the hydrophilic polymer coating layer of the present invention is naturally dried for about 24 hours to manufacture a high-performance PE separator.

위에서 상술한 바와 같이 본 발명의 효과를 파악하기 위해 일반적인 친수성 고분자 코팅층을 포함하지 않는 PE 격리판을 사용한 납축전지와 본 발명의 친수성 고분자 코팅층을 포함한 PE 격리판을 사용한 납축전지에 대한 기초성능 및 수명시험을 하되, 후속 공정인 조립, 화성 등의 공정을 통해 최종적인 80Ah의 용량을 갖는 제품을 제작하였으며, 고온에서의 수명을 검증하기 위해 SAE J240 규격에 따라 수명 시험을 진행하였다. Basic performance and lifespan of a lead acid battery using a PE separator that does not include a general hydrophilic polymer coating layer and a lead acid battery using a PE separator including the hydrophilic polymer coating layer of the present invention to understand the effects of the present invention as described above. Although the test was conducted, a product with a final capacity of 80Ah was produced through subsequent processes such as assembly and chemical conversion, and a life test was conducted according to SAE J240 standard to verify the life at high temperature.

후술하는 종래품이라 함은, 출원인이 제조하는 친수성 고분자 코팅층을 포함하지 않는 PE 격리판을 사용한 납축전지를 말하며, 개선품은 친수성 고분자 코팅층을 포함한 PE 격리판을 사용한 납축전지를 말한다.The conventional product to be described later refers to a lead acid battery using a PE separator that does not include a hydrophilic polymer coating layer manufactured by the applicant, and the improved product refers to a lead acid battery using a PE separator including a hydrophilic polymer coating layer.

시험결과 보유용량에서 87Ah의 용량과 수명이 2,400사이클에서 종지되었으며, 이는 종래품 대비 보유용량에서 6%, 수명에서는 25% 향상되었다.As a result of the test, the capacity and lifespan of 87Ah in the holding capacity ended at 2,400 cycles, which was improved by 6% in the holding capacity and 25% in the lifespan compared to the conventional product.

이에 대한 실험 자료는 후술하도록 하겠다.Experimental data on this will be described later.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법에 의해 제조된 개선품과 일반적 제조 방법을 통해 제조된 종래품를 비교한 그래프로서, 미국 자동차 기술자 협회 규격에 따라 고온 환경에서 수명을 검증한 그래프 도면이다.4 is a graph comparing an improved product manufactured by a high-performance PE separator manufacturing method through a hydrophilic polymer coating according to an embodiment of the present invention and a conventional product manufactured through a general manufacturing method, according to the standards of the American Automobile Engineers Association. This is a graph showing the lifespan in a high-temperature environment.

상기 시험 규격은 EFB가 고온(75℃)에서 충전/방전을 반복하여 수명이 종지될 때까지의 사이클을 측정하는 시험 방법이다. The test standard is a test method for measuring the cycle until the end of its life by repeatedly charging/discharging the EFB at a high temperature (75°C).

(1사이클 : 25A 4분 방전, 14.8V[최대 25A] 정전압 10분 충전) (1 cycle: 25A 4 minutes discharge, 14.8V [max 25A] constant voltage 10 minutes charge)

본 시험은 1주 동안 480회 반복하며, 그 후 56시간 정치 후, 630A 고율로 방전하여 30초 시점에서의 전압을 측정함으로써 납축전지의 상태를 판정한다. This test is repeated 480 times for 1 week, and then after standing for 56 hours, the state of the lead acid battery is determined by discharging at a high rate of 630A and measuring the voltage at the time point of 30 seconds.

30초 시점의 전압이 7.2V 이상이면 납축전지를 온전한 상태로 판정하여 위의 싸이클을 반복하며, 7.2V 이하이면 납축전지를 수명 종지로 판정하여, 시험을 중단한다.If the voltage at the time of 30 seconds is more than 7.2V, the lead acid battery is judged as intact and the above cycle is repeated. If it is less than 7.2V, the lead acid battery is judged as the end of its life and the test is stopped.

<시험예><Test Example>

후술하는 종래품이라 함은, 출원인이 제조하는 일반적인 격리판을 사용하는 납축전지를 말하며, 개선품은 친수성 고분자 코팅층을 포함한 PE 격리판을 사용한 납축전지를 말한다.The conventional product described later refers to a lead acid battery using a general separator manufactured by the applicant, and the improved product refers to a lead acid battery using a PE separator including a hydrophilic polymer coating layer.

구분division 종래품Conventional product 개선품Improvement RCRC 118min118min 125min125min CCACCA 622A622A 640A640A C20C20 82Ah82Ah 87Ah87Ah 내구성(SAE J240)Durability (SAE J240) 1,920 Cycle1,920 Cycle 2,400 Cycle2,400 Cycle

상기 표 1은 종래의 납축전지와 본 발명의 제조 방법을 이용하여 제조한 납축전지의 성능 시험결과로서, 내구성이 종래품의 경우, 1,920 cycle을 나타냈으며, 개선품의 경우, 2,400 Cycle을 나타내고 있다.(도 4 참조)Table 1 is a performance test result of a conventional lead acid battery and a lead acid battery manufactured using the manufacturing method of the present invention, showing 1,920 cycles in the case of the conventional product with durability, and 2,400 cycles in the case of the improved product. See Fig. 4)

따라서, 종래의 종래품보다 내구성이 25% 향상되었음을 실험을 통해 확인할 수 있었다.Therefore, it was confirmed through an experiment that the durability was improved by 25% compared to the conventional conventional product.

1) 보유용량 (RC : Reserve Capacity)1) Reserve Capacity (RC)

보유용량 RC는 만충전 완료 후 1시간 이상 방치한 다음 25℃에서 25A의 방전전류로 방전종지전압 10.5V 도달 시까지의 방전가능지속시간을 측정하는 것으로서, 예를 들면, 이는 차량에 있어서, 시동이 정지된 상태 등에서 부하를 작동시키는데 어느 시간까지 최소한의 기능을 발휘할 수 있는가에 대한 척도가 된다. Retention capacity RC measures the duration of discharge possible until the discharge end voltage reaches 10.5V with a discharge current of 25A at 25℃ after leaving for 1 hour or more after completion of full charge. It is a measure of how long the minimum function can be exerted to operate the load in a stopped state, etc.

시험결과, 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 친수성 고분자 코팅층을 포함하여 제조하였을 경우, 보유용량(RC)은 126 ~ 130분으로, 정확하게는 125분으로 기존 종래품에 대비하여 6%의 성능 향상 효과를 보임으로써, 친수성 고분자 코팅층을 포함한 PE 격리판이 포함된 납축전지가 보유용량에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.As a result of the test, as shown in Table 1, in the case of manufacturing including the hydrophilic polymer coating layer according to the present invention, the holding capacity (RC) is 126 to 130 minutes, precisely 125 minutes, which is 6% of the conventional product. By showing the effect of improving the performance, it was found that the lead acid battery including the PE separator including the hydrophilic polymer coating layer had a positive effect on the storage capacity.

2) 저온시동전류(CCA : Cold Cranking Ampere)2) Low temperature starting current (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. In general, the rapid discharge characteristics of a storage battery rapidly deteriorate below -10℃. The low-temperature starting current (CCA) is a high-rate discharge test for evaluating the starting capability of a vehicle at low temperatures. Measure the voltage at the time of super discharge.

이 시험에 있어서는 30초 때의 전압이 7.2V이상 요구되며, 높을수록 성능이 우수한 것으로 평가된다. In this test, the voltage at 30 seconds is required to be more than 7.2V, and the higher it is, the better the performance is evaluated.

본 발명에서는 (30초 전압÷6-0.2)×630의 보정식을 사용하여 CCA를 계산하였다.In the present invention, the CCA was calculated using a correction formula of (30 second voltage ÷ 6-0.2) × 630.

시험결과, 표 1에서 보는 바와 같이, 30초 전압은 7.15V ~ 7.22V, 환산 CCA는 650A ~ 660A로, 정확하게는 640A로서 종래품에 대비하여 4 %의 성능향상 효과를 보임으로써, 친수성 고분자 코팅층을 포함한 PE 격리판이 저온시동전류에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다. As a result of the test, as shown in Table 1, the voltage for 30 seconds is 7.15V ~ 7.22V, and the converted CCA is 650A ~ 660A, and it is precisely 640A, showing a 4% performance improvement effect compared to the conventional product. It can be seen that the PE separator including, had a positive effect on the low-temperature starting current.

3) 20 시간율 용량(AH)3) 20 hour rate capacity (AH)

이는 저율방전 특성을 알아보기 위한 것으로, 납축전지 용량에 대해 비교적 적은 전류인 3.75A로 연속 방전시켜, 전압이 10.5V에 도달할 때까지의 방전용량(AH)을 측정하는 것이다. This is to find out the low rate discharge characteristics, and measure the discharge capacity (AH) until the voltage reaches 10.5V by continuously discharging at 3.75A, which is a relatively small current with respect to the capacity of the lead acid battery.

시험 결과, 85AH ~ 89AH로, 정확하게는 87AH로 기존제품에 대비하여 6%의 성능향상 효과를 보임으로써, 친수성 고분자 코팅층을 포함한 PE 격리판이 20 시간율 용량(AH)에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.As a result of the test, 85AH ~ 89AH, precisely 87AH, showed a 6% performance improvement effect compared to the existing product, so that the PE separator including the hydrophilic polymer coating layer had a positive effect on the 20 hour rate capacity (AH). And it was found.

4) 수명 검증 시험(SAE J240, Cycle)4) Life verification test (SAE J240, Cycle)

미국 자동차 기술자 협회 규격에 따라 75℃ 환경에서 수명을 검증한 그래프(SAE J240)로서, 상기 시험 규격은 납축전지가 고온(75℃)에서 충전/방전을 반복하여 수명이 종지될 때까지의 사이클을 측정하는 시험 방법이다. As a graph (SAE J240) that verified the lifespan in a 75°C environment according to the standards of the American Association of Automobile Engineers, the test standard indicates the cycle until the end of the life of the lead acid battery by repeating charging/discharging at high temperature (75°C). It is a test method to measure.

(1사이클 : 25A 4분 방전, 14.8V[최대 25A] 정전압 10분 충전)(1 cycle: 25A 4 minutes discharge, 14.8V [max 25A] constant voltage 10 minutes charge)

본 시험은 1주 동안 480회 반복하며, 그 후 56시간 정치 후 630A 고율로 방전하여 30초 시점에서의 전압을 측정함으로써 납축전지의 상태를 판정한다. This test is repeated 480 times for one week, and then, after standing for 56 hours, discharge at a high rate of 630A and measure the voltage at the time point of 30 seconds to determine the state of the lead acid battery.

30초 시점의 전압이 7.2V 이상이면 납축전지를 온전한 상태로 판정하여 위의 싸이클을 반복하며, 7.2V 이하이면 납축전지를 수명종지로 판정하여, 시험을 중단한다. If the voltage at the time of 30 seconds is more than 7.2V, the lead acid battery is judged as intact and the above cycle is repeated. If it is less than 7.2V, the lead acid battery is judged as the end of its life and the test is stopped.

시험 결과, 도 4에서 보는 것과 같이 종래품에 대비하여 수명에서 25% 향상 효과를 보임으로써, 친수성 고분자 코팅층을 포함한 PE 격리판이 수명 증가에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.As a result of the test, as shown in FIG. 4, it was found that the PE separator including the hydrophilic polymer coating layer had a positive effect on the increase of the lifespan by showing a 25% improvement in the lifespan compared to the conventional product.

5) 충전수입성 시험 (CA: Charge Acceptance test)5) Charge acceptance test (CA: Charge Acceptance test)

만충전된 시료를 상온(25±2℃)에서 5시간율 전류(70Ah 기준 17.5A)로 2.5시간 방전한 후, 0±2℃ 온도에서 12시간이상 방치한다. After discharging a fully charged sample for 2.5 hours at room temperature (25±2℃) with a 5-hour rate current (17.5A based on 70Ah), leave it at 0±2℃ for 12 hours or more.

이후 정전압 14.4V±0.1V으로 충전하여 충전 10분때 전류를 측정한다. After that, charge it with a constant voltage of 14.4V±0.1V and measure the current at 10 minutes of charging.

시험결과, 전기 전도도 및 충전 효율이 높아 개선품이 종래품 대비 10분 정도에 전류가 32% 증대되었음을 알 수 있었다.(도 5 참조)As a result of the test, it was found that the electric conductivity and charging efficiency were high, and the current of the improved product increased by 32% in about 10 minutes compared to the conventional product (see Fig. 5).

구분division 시간time 종래품Conventional product 개선품Improvement




충전수입성





Rechargeable income
1분1 min 27.2527.25 28.1728.17
2분2 minutes 24.2124.21 26.9826.98 3분3 minutes 22.1422.14 26.2226.22 4분4 minutes 21.2521.25 25.5225.52 5분5 minutes 20.1120.11 24.8324.83 6분6 minutes 19.3519.35 23.9423.94 7분7 minutes 18.7418.74 23.4623.46 8분8 minutes 17.6817.68 22.7922.79 9분9 minutes 17.0417.04 22.3722.37 10분10 minutes 16.4316.43 21.7821.78

상기와 같은 제조 방법을 통해, 친수성 고분자 코팅층을 균일하게 형성하기 위하여 PE격리판 위에 친수성 고분자 물질을 코팅함으로써, PE 격리판의 표면을 친수성으로 변경시키게 되어 전해액의 투과성을 향상시켜 격리판 내외부의 전해액이 충전 및 방전 상태에서 순환되게 하여 납축전지의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.Through the above manufacturing method, by coating a hydrophilic polymer material on the PE separator in order to uniformly form the hydrophilic polymer coating layer, the surface of the PE separator is changed to hydrophilicity, thereby improving the permeability of the electrolyte solution to the inside and outside the separator. By circulating in this charged and discharged state, the effect of improving the durability and performance of the lead acid battery is provided.

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. Those skilled in the art to which the present invention with the above contents pertains will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, the embodiments described above are exemplified in all respects and should be understood as non-limiting.

S100 : 친수성고분자코팅PE격리판제조단계
S200 : 친수성고분자코팅PE격리판완성단계
S100: Hydrophilic polymer coating PE isolation plate manufacturing step
S200: Hydrophilic polymer coating PE isolation plate completion stage

Claims (5)

반대 극성의 전극들이 서로 직접적인 접촉을 방지하기 위하여 설치되는 납축전지의 PE격리판 제조방법에 있어서,
PE 격리판 표면의 오염 물질을 제거하기 위한 오염물질제거단계;와
surface modification을 위하여, 산소 플라즈마를 이용하여 전처리를 수행하기 위한 전처리단계;와
PE격리판에 친수성 고분자 코팅층을 균일하게 형성하기 위하여 PE격리판 위에 친수성 고분자 물질을 코팅하기 위한 친수성고분자코팅PE격리판제조단계(S100);와
상기 제조된 친수성 고분자 코팅층이 포함된 PE격리판을 건조 공정을 거쳐 고성능 PE격리판을 제조하기 위한 친수성고분자코팅PE격리판완성단계(S200);를 포함하되,
상기 전처리단계는,
산소 플라즈마 대신에 헬륨이나 아르곤과 같은 비활성 가스를 이용하여 표면의 탄소 - 탄소 결합이나, 탄소, 수소가 결합된 이온 또는 진공 자외선에 의해 끊어지게 되어 자유 라디칼을 생성하여 안정적인 가교층을 형성하여 표면 처리를 진행하는 것을 특징으로 하며,
상기 친수성고분자코팅PE격리판제조단계(S100)는,
PE격리판에 친수성 고분자 코팅층을 균일하게 형성하기 위하여 스핀 코팅 방식을 이용할 경우에, 스핀 코팅은 회전 속도 1,000 ~ 5,000 rpm 범위에서 실시하며, 코팅 후 상온에서 12시간 동안 건조한 다음 공기 중에서 600℃로 2시간 동안 예열처리(pre heat-treatment)하는 것을 특징으로 하며,
PE격리판의 내열성 향상을 위하여, 상기 코팅, 건조 및 예열처리 공정을 3 ~ 5회 반복하는 것을 특징으로 하며,
상기 친수성 고분자 코팅층은,
PE 격리판의 열 안정성과 기계적 물성을 향상시키기 위하여 1 ~ 10 um의 코팅 두께로 형성되는 것을 특징으로 하며,
상기 친수성 고분자 물질을 코팅함으로써, PE 격리판의 표면을 친수성으로 변경하여 전해액의 투과성을 향상시켜 격리판 내외부의 전해액이 충전 및 방전 상태에서 순환되게 하여 납축전의 내구성을 향상시키는 것을 특징으로 하며,
상기 친수성 고분자 물질은,
폴리비닐알코올(PVA)인 것을 특징으로 하며,
상기 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법에 의해,
제조된 납축전지의 보유 용량이 80Ah ~ 87Ah의 용량일 경우,
수명은 1,920 싸이클에서 2,304 ~ 2,400 싸이클로 20% ~ 25% 범위 내의 내구성 향상을 제공할 수 있는 것을 특징으로 하며,
보유용량(RC)은 118분에서 125분으로 6%의 성능 향상을 제공하는 것을 특징으로 하며,
저온시동전류(CCA)는 622A에서 640A로 4 %의 성능향상을 제공하는 것을 특징으로 하며,
20 시간율 용량(AH)은 82AH에서 87AH로 6%의 성능향상을 제공하는 것을 특징으로 하는 친수성 고분자 코팅을 통한 고성능 PE격리판 제조 방법.
In the method for manufacturing a PE separator of a lead acid battery, which is installed to prevent direct contact of electrodes of opposite polarities with each other
Contaminant removal step for removing contaminants from the surface of the PE separator; And
For surface modification, a pretreatment step for performing pretreatment using oxygen plasma; And
Hydrophilic polymer coating PE isolating plate manufacturing step (S100) for coating a hydrophilic polymer material on the PE isolating plate in order to uniformly form the hydrophilic polymer coating layer on the PE isolating plate; And
Including; a hydrophilic polymer coating PE isolating plate completion step (S200) for manufacturing a high-performance PE isolating plate through a drying process of the PE isolating plate containing the prepared hydrophilic polymer coating layer;
The pretreatment step,
Surface treatment by using an inert gas such as helium or argon instead of oxygen plasma to form a stable cross-linked layer by generating free radicals by being cut off by carbon-carbon bonds on the surface, ions in which carbon and hydrogen are bonded, or vacuum ultraviolet rays Characterized in that to proceed,
The hydrophilic polymer coating PE isolation plate manufacturing step (S100),
In the case of using the spin coating method to uniformly form the hydrophilic polymer coating layer on the PE separator, spin coating is performed at a rotation speed of 1,000 to 5,000 rpm, and after coating, drying at room temperature for 12 hours and then at 600°C in air 2 It is characterized in that pre-heat treatment (pre heat-treatment) for a period of time,
In order to improve the heat resistance of the PE separator, the coating, drying and preheating processes are repeated 3 to 5 times,
The hydrophilic polymer coating layer,
In order to improve the thermal stability and mechanical properties of the PE separator, it is characterized in that it is formed with a coating thickness of 1 to 10 um,
It is characterized in that by coating the hydrophilic polymer material, the surface of the PE separator is changed to hydrophilicity to improve the permeability of the electrolyte so that the electrolyte inside and outside the separator is circulated in a state of charge and discharge, thereby improving the durability of lead storage,
The hydrophilic polymer material,
It is characterized in that it is polyvinyl alcohol (PVA),
By the method of manufacturing a high-performance PE separator through the hydrophilic polymer coating,
When the manufactured lead acid battery has a capacity of 80Ah ~ 87Ah,
The lifetime is characterized by being able to provide durability improvement within the range of 20% to 25% from 2,304 to 2,400 cycles at 1,920 cycles,
The holding capacity (RC) is characterized by providing a 6% performance improvement from 118 minutes to 125 minutes,
Low temperature starting current (CCA) is characterized by providing a 4% performance improvement from 622A to 640A.
20 hour rate capacity (AH) is a high performance PE separator manufacturing method through a hydrophilic polymer coating, characterized in that it provides a 6% performance improvement from 82AH to 87AH.
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