KR102617644B1 - Method of manufacturing separator for lead-acid battery using organic fiber of spring structure to improve strength - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스프링 구조의 유기 섬유를 유리섬유와 배합하여 상대적으로 서로 엉키게 될 수 있으며, AGM 격리판을 당겼을 경우에 스프링 구조로 움츠려있던 유기 섬유가 팽팽하게 펴지면서 늘어나는 효과를 제공함으로써, AGM 격리판의 연신율(Elongation)이 향상되어 납축전지 제조시 격리판이 끊어지는 현상을 개선할 수 있는 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a separator for a lead-acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength. More specifically, spring-structured organic fibers can be mixed with glass fibers so that they are relatively entangled with each other, and AGM When the separator is pulled, the organic fibers that were compressed by the spring structure are stretched tautly, providing the effect of stretching, improving the elongation of the AGM separator, which can improve the phenomenon of separator breaking during lead acid battery manufacturing. This relates to a method of manufacturing a separator for a lead-acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength.
Description
본 발명은 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스프링 구조의 유기 섬유를 유리섬유와 배합하여 상대적으로 서로 엉키게 될 수 있으며, AGM 격리판을 당겼을 경우에 스프링 구조로 움츠려있던 유기 섬유가 팽팽하게 펴지면서 늘어나는 효과를 제공함으로써, AGM 격리판의 연신율(Elongation)이 향상되어 납축전지 제조시 격리판이 끊어지는 현상을 개선할 수 있는 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a separator for a lead-acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength. More specifically, spring-structured organic fibers can be mixed with glass fibers so that they are relatively entangled with each other, and AGM When the separator is pulled, the organic fibers that were compressed by the spring structure are stretched tautly, providing the effect of stretching, improving the elongation of the AGM separator, which can improve the phenomenon of separator breaking during lead acid battery manufacturing. This relates to a method of manufacturing a separator for a lead-acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength.
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.VRLA (Valve Regulated Lead Acid) battery is a type of lead acid battery, also known as sealed battery or recombinant battery. It has a structure in which dilute sulfuric acid electrolyte is placed between the cathode (Pb - lead spongy), which has a high ionization tendency. It is a secondary battery that generates electrical electromotive force through a chemical reaction and does not require the addition of water depending on the period of use.
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.The VRLA (Valve Regulated Lead Acid) battery described above has stable quality, high reliability, and excellent economic efficiency, and is still widely used to this day, especially as a starting power source for automobiles (SLI, Starting Lighting and Ignition).
그 외에도 전기자동차, 열차, 선박, 항공기, 골프카, 지게차, 발전호, 변전소, 전화국, 무선중계소, 무정전전원 장치 등으로 사용되고 있다.In addition, it is used in electric vehicles, trains, ships, aircraft, golf cars, forklifts, power generators, substations, telephone offices, wireless repeaters, and uninterruptible power devices.
그러나, 종래의 VRLA(Valve Regulated Lead Acid) 전지는 다음과 같은 문제점들을 포함하고 있어 그 사용상 한계가 있었다.However, the conventional VRLA (Valve Regulated Lead Acid) battery had the following problems and had limitations in its use.
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.First, in the conventional VRLA (Valve Regulated Lead Acid) battery, there was a risk of damage to the battery case and leakage of electrolyte due to the bulging phenomenon in which the battery case swells due to the expansion pressure inside the battery. resulted in a shortened lifespan.
구체적으로 설명하면, VRLA(Valve Regulated Lead Acid) Battery는 납축전지의 일종으로서 이온화 경향이 큰음극(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.Specifically, VRLA (Valve Regulated Lead Acid) Battery is a type of lead acid battery that has a structure in which dilute sulfuric acid electrolyte is placed between a cathode (Pb, lead spongy) with a high ionization tendency, and generates electrical electromotive force through a chemical reaction. There is no need to add water depending on the period of use, and the oxygen produced at the anode during charging is consumed at the cathode, so there is no consumption of water.
한편, VRLA용 격리판은 양극에서 발생한 산소 가스가 음극으로 쉽게 이동할 수 있는 가스 채널을 형성하여 산소 재결합(Oxygen Recombination) 반응을 유도하게 한다.Meanwhile, the separator for VRLA forms a gas channel through which oxygen gas generated at the anode can easily move to the cathode, thereby inducing an oxygen recombination reaction.
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.When charging a VRLA battery, oxygen (O2) gas generated from the positive plate due to an internal chemical reaction moves to the negative plate through the micropores of the glass fiber mat, reacts with the porous lead (Pb) of the negative plate to form PbO, and this PbO It is a long-life battery with a structure that suppresses the generation of hydrogen (H2) gas by reacting with the electrolyte (H2SO4) to form lead sulfate (PbSO4) and water (H2O).
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.To explain in detail, a VRLA battery is a type of lead acid battery that has a structure in which an electrolyte solution of dilute sulfuric acid is placed between a cathode (Pb, lead spongy) that has a high tendency to ionize. It generates electrical electromotive force through a chemical reaction and changes depending on the period of use. There is no need to add water, and the principle is that oxygen generated at the anode during charging is consumed at the cathode, so there is no consumption of water.
VRLA전지용 격리판은 양극에서 발생한 산소 가스가 음극으로 쉽게 이동할 수 있는 가스 채널을 형성하여 산소재결합(Oxygen Recombination) 반응을 유도하게 한다.The separator for VRLA batteries forms a gas channel through which oxygen gas generated from the anode can easily move to the cathode, thereby inducing an oxygen recombination reaction.
따라서, 전지 절연체 외 이온 전도체로서의 역할로 반대 극성을 가진 전극의 직접적인 접촉을 방지하고 동시에 두 전극간의 이온의 흐름이 가능케 하는 것이다.Therefore, in addition to being a battery insulator, it acts as an ion conductor to prevent direct contact between electrodes with opposite polarities and simultaneously enables the flow of ions between the two electrodes.
이때, 일반적인 VRLA전지용 격리판은 흡수성 유리섬유(AGM)를 사용하였다.At this time, absorbent glass fiber (AGM) was used as a general separator for VRLA batteries.
상기한 흡수성 유리섬유(AGM)는 황산 전해질을 흡수 및 고정하여 유동되는 현상을 막는 동시에 격리판으로서의 기능을 한다.The absorbent glass fiber (AGM) described above absorbs and fixes the sulfuric acid electrolyte and prevents it from flowing, while also functioning as a separator.
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.However, the AGM separator is composed of needle-shaped glass fibers, creating a harmful working environment in the VRLA battery production process, and due to the low mechanical strength characteristics of the glass fibers themselves, there was a problem in that the separators were easily torn during the electrode group borrowing process. .
즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 좌측 이미지의 경우에는 정상 상태의 AGM 격리판을 나타낸 것이며, 우측 이미지의 경우에는 기계적 강도가 약하여 끊어진 상태를 나타낸 것이다.That is, as shown in Figure 1, the left image shows the AGM separator in a normal state, and the right image shows a broken state due to weak mechanical strength.
그리고, Auto Stop(ISG 시스템) 기능이 탑재된 차량에 적합하게 설계된 고성능 제품으로서, 수요가 증가하는 추세이기 때문에 납축전지 제조사에서는 작업 속도를 높이게 되는데 이때, 공정에 체결된 AGM 격리판의 기계적 강도(tensile strength)가 약하면 조립 작업 중 격리판이 절단되는 문제가 발생하여 작업 속도가 저하되고 품질적인 문제를 초래하게 되었다.In addition, it is a high-performance product designed to be suitable for vehicles equipped with the Auto Stop (ISG system) function, and as demand is increasing, lead acid battery manufacturers are increasing the work speed. At this time, the mechanical strength (mechanical strength) of the AGM separator fastened in the process is increased. If tensile strength is weak, the separator plate may be cut during assembly work, slowing down work speed and causing quality problems.
따라서, AGM 격리판의 연신율(Elongation)이 향상되어 납축전지 제조시 격리판이 끊어지는 현상을 개선할 수 있는 새로운 방식의 제조 공법이 필요하게 된 것이다.Therefore, there is a need for a new manufacturing method that can improve the elongation of the AGM separator and improve the phenomenon of separator breaking during lead acid battery manufacturing.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,Therefore, the present invention was devised to solve the above conventional problems,
스프링 구조의 유기 섬유를 유리섬유와 배합하여 상대적으로 서로 엉키게 하며, AGM 격리판을 당겼을 경우에 스프링 구조로 움츠려있던 유기 섬유가 팽팽하게 펴지면서 늘어나는 효과를 제공하여 AGM 격리판의 연신율(Elongation)이 향상시키고자 한다.Spring-structured organic fibers are mixed with glass fibers to make them relatively tangled with each other, and when the AGM separator is pulled, the organic fibers that had been compressed by the spring structure are stretched taut, providing the effect of stretching, increasing the elongation of the AGM separator. ) wants to improve.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법은,In order to achieve the problem to be solved by the present invention, a method of manufacturing a separator for a lead acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength according to an embodiment of the present invention,
유리 용융물과 폴리머를 혼합하여 강도 개선용 혼합물을 제조하는 강도개선용혼합물제조단계(S100);와Strength improvement mixture manufacturing step (S100) of mixing glass melt and polymer to prepare a strength improvement mixture;
연속 압출기의 방사 온도를 300℃로 하여 상기 강도 개선용 혼합물을 녹이는 혼합물녹임단계(S200);와A mixture melting step (S200) of melting the strength improvement mixture by setting the spinning temperature of the continuous extruder to 300°C;
상기 연속 압출기의 모세공에서 방출되는 연속 필라멘트를 냉각기를 이용하여 25℃의 냉각풍으로 고화시키기 위한 냉각단계(S300);와A cooling step (S300) for solidifying the continuous filament discharged from the pores of the continuous extruder with cooling wind at 25°C using a cooler; and
공기 연신기를 이용하여 방사 속도가 4,500 m/min이 되도록 연신시켜 섬유를 제조하는 섬유제조단계(S400);와A fiber manufacturing step (S400) of manufacturing fibers by stretching them at a spinning speed of 4,500 m/min using an air stretcher;
상기 연신된 섬유를 연속 이동하는 금속제 네트 상에 웹 형태로 적층시키기 위한 적층단계(S500);와A lamination step (S500) for laminating the stretched fibers in a web shape on a continuously moving metal net;
상기 적층된 섬유를 240℃ 온도에서 열 접착하여 유기 섬유를 포함한 흡수성 격리판을 제조하는 강도개선흡수성격리판제조단계(S600);를 포함함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.By including a strength-improved absorbent separator manufacturing step (S600) of manufacturing an absorbent separator containing organic fibers by heat bonding the laminated fibers at a temperature of 240° C., the problem of the present invention is solved.
본 발명인 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법을 통해, 스프링 구조의 유기 섬유를 유리섬유와 배합하여 상대적으로 서로 엉키게 될 수 있으며, AGM 격리판을 당겼을 경우에 스프링 구조로 움츠려있던 유기 섬유가 팽팽하게 펴지면서 늘어나는 효과를 제공함으로써, AGM 격리판의 연신율(Elongation)이 향상되어 납축전지 제조시 격리판이 끊어지는 현상을 개선할 수 있는 효과를 제공하게 된다.Through the present inventor's method of manufacturing a separator for a lead-acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength, the spring-structured organic fibers are mixed with glass fibers so that they can become relatively tangled with each other, and when the AGM separator is pulled, By providing the effect of stretching the organic fibers that were compressed in a spring structure by stretching them tautly, the elongation of the AGM separator is improved, providing the effect of improving the phenomenon of separator breaking during lead acid battery manufacturing.
도 1은 기계적 강도가 약하여 제조시, 끊어진 상태를 나타낸 AGM 격리판 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법의 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법에 의해 제조된 스프링 구조의 유기 섬유 혹은 스프링 구조의 유기 섬유를 나타낸 이미지이다.Figure 1 is an image of an AGM separator showing a broken state during manufacturing due to weak mechanical strength.
Figure 2 is a process diagram of a method of manufacturing a separator for a lead acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an image showing spring-structured organic fibers or spring-structured organic fibers manufactured by a method of manufacturing a separator for a lead-acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법은,A method of manufacturing a separator for a lead-acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength according to an embodiment of the present invention,
유리 용융물과 폴리머를 혼합하여 강도 개선용 혼합물을 제조하는 강도개선용혼합물제조단계(S100);와Strength improvement mixture manufacturing step (S100) of mixing glass melt and polymer to prepare a strength improvement mixture;
연속 압출기의 방사 온도를 300℃로 하여 상기 강도 개선용 혼합물을 녹이는 혼합물녹임단계(S200);와A mixture melting step (S200) of melting the strength improvement mixture by setting the spinning temperature of the continuous extruder to 300°C;
상기 연속 압출기의 모세공에서 방출되는 연속 필라멘트를 냉각기를 이용하여 25℃의 냉각풍으로 고화시키기 위한 냉각단계(S300);와A cooling step (S300) for solidifying the continuous filament discharged from the pores of the continuous extruder with cooling wind at 25°C using a cooler; and
공기 연신기를 이용하여 방사 속도가 4,500 m/min이 되도록 연신시켜 섬유를 제조하는 섬유제조단계(S400);와A fiber manufacturing step (S400) of manufacturing fibers by stretching them at a spinning speed of 4,500 m/min using an air stretcher;
상기 연신된 섬유를 연속 이동하는 금속제 네트 상에 웹 형태로 적층시키기 위한 적층단계(S500);와A lamination step (S500) for laminating the stretched fibers in a web shape on a continuously moving metal net;
상기 적층된 섬유를 240℃ 온도에서 열 접착하여 유기 섬유를 포함한 흡수성 격리판을 제조하는 강도개선흡수성격리판제조단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.A strength-improved absorbent separator manufacturing step (S600) of manufacturing an absorbent separator including organic fibers by heat bonding the laminated fibers at a temperature of 240°C.
이때, 상기 유기 섬유를 포함한 흡수성 격리판을 납축전지에 적용함으로써, 연신율과 인장 강도가 향상되어 납축전지를 제조할 경우에 격리판이 끊어지는 현상을 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.At this time, by applying the absorbent separator containing the organic fiber to the lead acid battery, the elongation and tensile strength are improved, thereby preventing the separator from breaking when manufacturing the lead acid battery.
이때, 상기 폴리머는,At this time, the polymer is,
폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 아크릴 섬유류 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it is one of polyester, polyethylene, polypropylene, polyolefin, and acrylic fibers.
이때, 상기 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법에 의해,At this time, in order to improve the strength, a method of manufacturing a separator for a lead-acid battery using spring-structured organic fibers,
제조된 흡수성(AGM) 격리판의 인장강도는 100%에서 130%로 30% 향상을 제공하며, 연신율은 100%에서 140%로 40% 향상을 제공하는 것을 특징으로 한다.The manufactured absorbent (AGM) separator is characterized by providing a 30% improvement in tensile strength from 100% to 130%, and a 40% improvement in elongation from 100% to 140%.
이때, 본 발명의 제조 방법에 의해,At this time, by the manufacturing method of the present invention,
강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판을 포함하고 있는 납축전지를 제공할 수 있게 된다.It is possible to provide a lead-acid battery containing a separator for a lead-acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength.
이하, 본 발명에 의한 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the method of manufacturing a separator for a lead acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength according to the present invention will be described in detail through examples.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법의 공정도이다.Figure 2 is a process diagram of a method of manufacturing a separator for a lead acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명인 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법은, As shown in Figure 2, the present inventor's method of manufacturing a separator for a lead acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength is,
유리 용융물과 폴리머를 혼합하여 강도 개선용 혼합물을 제조하는 강도개선용혼합물제조단계(S100);와Strength improvement mixture manufacturing step (S100) of mixing glass melt and polymer to prepare a strength improvement mixture;
연속 압출기의 방사 온도를 300℃로 하여 상기 강도 개선용 혼합물을 녹이는 혼합물녹임단계(S200);와A mixture melting step (S200) of melting the strength improvement mixture by setting the spinning temperature of the continuous extruder to 300°C;
상기 연속 압출기의 모세공에서 방출되는 연속 필라멘트를 냉각기를 이용하여 25℃의 냉각풍으로 고화시키기 위한 냉각단계(S300);와A cooling step (S300) for solidifying the continuous filament discharged from the pores of the continuous extruder with cooling wind at 25°C using a cooler; and
공기 연신기를 이용하여 방사 속도가 4,500 m/min이 되도록 연신시켜 섬유를 제조하는 섬유제조단계(S400);와A fiber manufacturing step (S400) of manufacturing fibers by stretching them at a spinning speed of 4,500 m/min using an air stretcher;
상기 연신된 섬유를 연속 이동하는 금속제 네트 상에 웹 형태로 적층시키기 위한 적층단계(S500);와A lamination step (S500) for laminating the stretched fibers in a web shape on a continuously moving metal net;
상기 적층된 섬유를 240℃ 온도에서 열 접착하여 유기 섬유를 포함한 흡수성 격리판을 제조하는 강도개선흡수성격리판제조단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.A strength-improved absorbent separator manufacturing step (S600) of manufacturing an absorbent separator including organic fibers by heat bonding the laminated fibers at a temperature of 240°C.
상기와 같은 공정을 통해 본 발명은 스프링 구조의 유기 섬유를 유리섬유와 배합하여 상대적으로 서로 엉키게 될 수 있으며, AGM 격리판을 당겼을 경우에 스프링 구조로 움츠려있던 유기 섬유가 팽팽하게 펴지면서 늘어나는 효과를 제공함으로써, AGM 격리판의 연신율(Elongation)이 향상되어 납축전지 제조시 격리판이 끊어지는 현상을 개선할 수 있는 효과를 제공하게 된다.Through the above process, the present invention combines spring-structured organic fibers with glass fibers so that they can become relatively tangled with each other, and when the AGM separator is pulled, the organic fibers that had been shrunk in the spring structure are stretched tautly and stretched. By providing this effect, the elongation of the AGM separator is improved, providing the effect of improving the phenomenon of separator breaking during lead acid battery manufacturing.
종래의 납축전지는 충/방전 사이클 과정에서 전기 분해 및 증발 등에 의해 전해액이 감소하는 현상을 초래한다.Conventional lead acid batteries result in a decrease in electrolyte due to electrolysis and evaporation during the charge/discharge cycle.
이러한 문제점을 개선하기 위해 밸브에 의해 조절되는 납축전지인 AGM 격리판을 사용하는 VRLA(Valve Regulated Lead Acid) 전지가 개발되었고 밸브에 의해 발생된 기체가 재결합하여 전해액 감소를 개선할 수 있다. To improve this problem, VRLA (Valve Regulated Lead Acid) batteries using AGM separators, which are lead acid batteries regulated by valves, were developed, and the gas generated by the valves can be recombined to improve electrolyte reduction.
이러한 재처리 과정을 수행하기 위해서는 전해액이 고정되어 있어야 하고 기체가 순환할 수 있는 빈 공간이 있을 때만 가능하다.In order to perform this reprocessing process, the electrolyte must be fixed and it is only possible when there is an empty space for gas to circulate.
본 발명에서는 전해액 고정을 위해 유기 섬유를 포함하는 흡수성 격리판 제조 방식을 개시하게 되었고 해당 AGM 격리판 기공의 포화율은 95%를 넘지 않아야 가장 이상적으로 운용할 수 있게 된다.The present invention discloses a method of manufacturing an absorbent separator containing organic fibers to fix the electrolyte, and the saturation rate of the pores of the AGM separator should not exceed 95% for optimal operation.
상기한 기능을 제공하기 위하여 제조 방법을 좀 더 구체적으로 하기에서 설명하도록 하겠다.In order to provide the above functions, the manufacturing method will be described in more detail below.
상기 강도개선용혼합물제조단계(S100)는 유리 용융물과 폴리머를 혼합하여 강도 개선용 혼합물을 제조하는 과정이다.The strength improvement mixture manufacturing step (S100) is a process of preparing a strength improvement mixture by mixing glass melt and polymer.
상기 폴리머는,The polymer is,
폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 아크릴 섬유류 중 어느 하나인 것을 특징으로 하고, 유리 용융물은 유리 섬유를 제조하기 위한 소재를 의미한다.It is characterized as being one of polyester, polyethylene, polypropylene, polyolefin, and acrylic fibers, and glass melt refers to a material for manufacturing glass fibers.
이때, 유리 용융물과 폴리머는 유리 용융물 100중량부, 폴리머 60 중량부를 준비하여 이를 혼합하여 강도 개선용 혼합물을 제조하는 것이다.At this time, the glass melt and the polymer are prepared by preparing 100 parts by weight of the glass melt and 60 parts by weight of the polymer and mixing them to prepare a mixture for improving strength.
즉, 유리 섬유의 특성을 극대화시키면서도 스프링 구조를 가지는 유기 섬유를 제공하여 AGM 격리판의 연신율을 향상시킬 수 있는 중량 범위이다.In other words, it is a weight range that can improve the elongation of the AGM separator by providing organic fibers with a spring structure while maximizing the properties of glass fibers.
구체적으로, 폴리머가 설정된 중량을 초과할 경우에 작업시 인장률이 높아 성형이 어려우며, 상기 설정된 함량 미만일 경우에는 미첨가와 동일한 수준의 탄성률과 인장률을 가지기 때문에 외력 발생시 끊어지는 현상이 발생하기 때문에 상기한 함량 범위 내에서 첨가하는 것이 바람직할 것이다.Specifically, if the polymer exceeds the set weight, the tensile modulus during work is high, making molding difficult, and if the polymer content is less than the set content, it has the same level of elastic modulus and tensile modulus as without adding it, so breaking occurs when an external force is generated. It would be preferable to add it within the above-mentioned content range.
이후, 혼합물녹임단계(S200)는 연속 압출기의 방사 온도를 300℃로 하여 상기 강도 개선용 혼합물을 녹이는 과정이다.Thereafter, the mixture melting step (S200) is a process of melting the strength improvement mixture by setting the spinning temperature of the continuous extruder to 300°C.
이때, 폴리머의 바람직한 점도는 1.5 dl/g 수준을 유지하는 것이 신축특성 및 복합 방사 공정에 있어 바람직하다.At this time, it is desirable to maintain the viscosity of the polymer at a level of 1.5 dl/g in terms of stretching properties and complex spinning process.
점도차가 1.5dl/g 미만이면, 실험에 나타내었듯이, 연신율 140%를 기대할 수 없으며, 1.5 dl/g을 초과하면 제사성이 저하되는 문제가 있다.If the viscosity difference is less than 1.5 dl/g, as shown in the experiment, an elongation of 140% cannot be expected, and if it exceeds 1.5 dl/g, there is a problem of deterioration in spinning properties.
또한, 폴리머를 첨가하기 때문에 용융 온도는 300℃가 가장 적당하다.Additionally, since the polymer is added, the most appropriate melting temperature is 300°C.
이후, 냉각단계(S300)는 상기 연속 압출기의 모세공에서 방출되는 연속 필라멘트를 냉각기를 이용하여 25℃의 냉각풍으로 고화시키게 된다.Thereafter, in the cooling step (S300), the continuous filament discharged from the pores of the continuous extruder is solidified with cooling air at 25°C using a cooler.
이후, 섬유제조단계(S400)는 공기 연신기를 이용하여 방사 속도가 4,500 m/min이 되도록 연신시켜 섬유를 제조하게 되는 것이다.Thereafter, in the fiber manufacturing step (S400), the fiber is manufactured by stretching at a spinning speed of 4,500 m/min using an air stretching machine.
이때, 유리 섬유에 유기 섬유가 혼합된 기계적 강도가 향상된 섬유가 완성되고, 적층단계(S500)를 통해 상기 연신된 섬유를 연속 이동하는 금속제 네트 상에 웹 형태로 적층시키게 되는 것이다.At this time, a fiber with improved mechanical strength is completed by mixing glass fiber and organic fiber, and through the lamination step (S500), the stretched fiber is laminated in the form of a web on a continuously moving metal net.
그리고, 강도개선흡수성격리판제조단계(S600)는 적층된 섬유를 240℃ 온도에서 열 접착하여 유기 섬유를 포함한 흡수성 격리판을 제조하는 것이다.And, in the strength-improved absorbent separator manufacturing step (S600), an absorbent separator containing organic fibers is manufactured by heat bonding the laminated fibers at a temperature of 240°C.
상기와 같은 제조 방법을 거치게 되면, 도 3에 도시한 바와 같이, 스프링 구조의 유기 섬유가 포함된 AGM 격리판을 완성할 수가 있게 되는 것이다.By going through the above manufacturing method, it is possible to complete an AGM separator containing spring-structured organic fibers, as shown in FIG. 3.
이때, 본 발명에서 설명하고 있는 연속 압출기, 공기 연신기 등의 구성 및 동작 원리는 일반적으로 섬유 제조시 사용하는 장치를 이용하기 때문에 이에 대하여 구체적으로 설명하지 않아도 당업자 수준에서 충분히 실행할 수 있을 것이다.At this time, since the configuration and operating principles of the continuous extruder, air stretching machine, etc. described in the present invention use devices generally used in fiber production, they can be sufficiently implemented by those skilled in the art without detailed explanation.
상기와 같은 제조 방법을 거쳐 제조된 흡수성 격리판은 유리섬유에 유기섬유를 첨가하여 배합하게 되는데 유기섬유 함량이 증가할수록 기계적 강도가 증가하게 된다.The absorbent separator manufactured through the above manufacturing method is mixed by adding organic fiber to glass fiber, and as the organic fiber content increases, the mechanical strength increases.
이러한 지지체 역할을 하는 유기섬유 함량이 증가하게 되면 생산효율 및 작업 능력이 향상되나 소수성 특성으로 상대적으로 전해액 함습력이 저하되고 전기 저항이 높아진다.As the content of organic fibers that serve as a support increases, production efficiency and workability improve, but due to their hydrophobic nature, the electrolyte moisturizing power relatively decreases and electrical resistance increases.
즉, 친수성 관능기(-OH)를 포함하고 있어 전해액 함습력이 우수한 유리섬유와 소수성 유기섬유가 적절한 비율로 배합이 되어야 하기 때문에 유리 용융물 100중량부, 폴리머 60 중량부를 준비하여 이를 혼합하여 강도 개선용 혼합물을 제조하는 것이다.In other words, glass fiber, which contains a hydrophilic functional group (-OH) and has excellent electrolyte moisture retention capacity, and hydrophobic organic fiber must be mixed in an appropriate ratio, so prepare 100 parts by weight of glass melt and 60 parts by weight of polymer and mix them to improve strength. To prepare a mixture.
위에서 상술한 바와 같이 본 발명의 효과를 파악하기 위해 일반적인 AGM 격리판을 사용한 납축전지와 본 발명의 스프링 구조의 유기 섬유를 함유한 AGM 격리판을 사용한 납축전지에 대한 수명시험을 하되, 후속 공정인 조립, 화성 등의 공정을 통해 최종적인 제품을 제작하였으며, 고온에서의 수명을 검증하기 위해 SAE J240 규격에 따라 수명 시험을 진행하였다. As described above, in order to determine the effect of the present invention, a life test was conducted on a lead-acid battery using a general AGM separator and a lead-acid battery using an AGM separator containing the spring-structured organic fiber of the present invention, and the subsequent process was performed. The final product was manufactured through processes such as assembly and chemical conversion, and a lifespan test was conducted according to the SAE J240 standard to verify lifespan at high temperatures.
후술하는 종래품이라 함은, 출원인이 제조하는 일반적인 AGM 격리판을 사용한 납축전지를 말하며, 개선품은 스프링 구조의 유기 섬유를 함유한 AGM 격리판을 포함한 극판을 사용한 납축전지를 말한다.The conventional product described later refers to a lead acid battery using a general AGM separator manufactured by the applicant, and the improved product refers to a lead acid battery using an electrode plate including an AGM separator containing spring-structured organic fibers.
이때, 본 발명의 실시예에서는 폴리머로서, 폴리프로필렌을 준비하여 혼합하였으나, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리올레핀, 아크릴 섬유류 중 어느 하나의 유기 섬유를 준비하여 유리 용융물과 혼합할 수도 있음은 당연한 것이다.At this time, in the embodiment of the present invention, polypropylene was prepared and mixed as the polymer, but it is natural that any organic fiber among polyester, polyethylene, polyolefin, and acrylic fibers can be prepared and mixed with the glass melt.
시험결과 보유용량에서 수명이 2,920사이클에서 종지되었으며, 이는 종래품 대비 수명에서는 45% 향상되었다.As a result of the test, the lifespan of the holding capacity ended at 2,920 cycles, which was a 45% improvement in lifespan compared to conventional products.
1) 수명 검증 시험(SAE J240, Cycle)1) 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. This is a graph (SAE J240) that verifies the lifespan in a 75℃ environment according to the American Society of Automotive Engineers standards. The test standard specifies that a lead-acid battery cycles through repeated charging/discharging at high temperatures (75℃) until its lifespan is terminated. It is a test method that measures.
(1사이클 : 25A 4분 방전, 14.8V[최대 25A] 정전압 10분 충전)(1 cycle: discharge at 25A for 4 minutes, charge at 14.8V [maximum 25A] constant voltage for 10 minutes)
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, the battery is discharged at a high rate of 630A and the voltage at 30 seconds is measured to determine the condition 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 30 seconds is more than 7.2V, the lead acid battery is judged to be intact and the above cycle is repeated. If it is less than 7.2V, the lead acid battery is judged to be at the end of its life and the test is stopped.
시험 결과, 표 1에서 보는 것과 같이 종래품에 대비하여 수명에서 45% 향상 효과를 보임으로써, 스프링 구조의 유기 섬유를 함유한 AGM 격리판을 포함한 납축전지가 수명 증가에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.As a result of the test, as shown in Table 1, the lifespan was improved by 45% compared to conventional products, showing that the lead-acid battery including the AGM separator containing spring-structured organic fibers had a positive effect on increasing the lifespan. And it was found.
이는 전해액 고정을 위해 유기 섬유를 포함한 유리섬유 기반의 격리판을 적용하였기 때문이며, 해당 격리판의 기공의 포화율이 95%에 해당하는 배합 비율을 충족시켰기 때문인 것으로 분석된다.This is believed to be because a glass fiber-based separator containing organic fibers was used to fix the electrolyte, and the saturation rate of the pores of the separator met the mixing ratio of 95%.
즉, 혼합물녹임단계(S200), 냉각단계(S300), 섬유제조단계(S400), 적층단계(S500), 강도개선흡수성격리판제조단계(S600)는 동일하게 하였으며, 배합 비율만 유리 용융물 100중량부 대비 폴리머 50 중량부, 60 중량부, 70 중량부를 준비하여 이를 혼합하여 강도 개선용 혼합물을 제조한 후, 최종 제조된 격리판의 기공 포화율은 확인한 결과, 폴리머 50 중량부는 포화율 90%, 폴리머 60중량부는 포화율 95%, 폴리머 70 중량부는 포화율 100%로서, 당업자들에게 알려진 포화율 수준인 95%를 만족하는 배합비율은 유리 섬유 100중량부, 폴리머 60 중량부로서, 실험을 통해 가장 최적의 연신율을 제공할 수 있음을 알 수 있었다.That is, the mixture melting step (S200), cooling step (S300), fiber manufacturing step (S400), lamination step (S500), and strength improved absorbent separator manufacturing step (S600) were the same, and only the mixing ratio was 100 weight of glass melt. After preparing a mixture for strength improvement by preparing and mixing 50 parts by weight, 60 parts by weight, and 70 parts by weight of polymer, the pore saturation rate of the final manufactured separator was checked. As a result, 50 parts by weight of polymer had a saturation rate of 90%, 60 parts by weight of polymer has a saturation rate of 95%, and 70 parts by weight of polymer has a saturation rate of 100%. The mixing ratio that satisfies the 95% saturation level known to those skilled in the art is 100 parts by weight of glass fiber and 60 parts by weight of polymer, and through experiments, It was found that the most optimal elongation rate could be provided.
2) 물성평가 시험2) Physical property evaluation test
일반적인 AGM 격리판을 사용한 납축전지와 본 발명의 스프링 구조의 유기 섬유를 함유한 AGM 격리판을 사용한 납축전지에 대한 물성평가 시험을 하되, 후속 공정인 조립, 화성 등의 공정을 통해 최종적인 제품을 제작하였으며, 해당 제품에 대한 인장 강도와 연신율에 대한 물성 평가를 진행하였다. A physical property evaluation test was conducted on a lead-acid battery using a general AGM separator and a lead-acid battery using an AGM separator containing spring-structured organic fibers of the present invention, and the final product was manufactured through subsequent processes such as assembly and forming. It was manufactured, and the physical properties of the product were evaluated for tensile strength and elongation.
후술하는 종래품이라 함은, 출원인이 제조하는 일반적인 AGM 격리판을 사용한 납축전지를 말하며, 개선품은 스프링 구조의 유기 섬유를 함유한 AGM 격리판을 포함한 극판을 사용한 납축전지를 말한다.The conventional product described later refers to a lead acid battery using a general AGM separator manufactured by the applicant, and the improved product refers to a lead acid battery using an electrode plate including an AGM separator containing spring-structured organic fibers.
상기 표 2와 같이, 종래품의 인장 강도 100% 대비 개선품은 130%의 인장 강도를 제공하고 있으며, 종래품의 연신율 100% 대비 개선품은 140%의 연신율을 제공함을 알 수 있었다.As shown in Table 2 above, it was found that the improved product provides a tensile strength of 130% compared to the tensile strength of 100% of the conventional product, and that the improved product provides an elongation of 140% compared to the elongation of 100% of the conventional product.
즉, 종래 기술의 문제점을 개선하고자 AGM 격리판에 기계적 강도를 향상시키기 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 첨가하게 되는데, 스프링 구조의 유기 섬유가 유리 섬유와 혼합되면서 상대적으로 서로 엉키게 되고, 격리판을 잡아 당길 경우에 스프링 구조로 움츠려 있던 유기 섬유가 팽팽하게 펴지면서 늘어나는 효과를 제공하기 때문인 것으로 분석된다.In other words, in order to improve the problems of the prior art, spring-structured organic fibers are added to the AGM separator to improve mechanical strength. When the spring-structured organic fibers are mixed with glass fibers, they become relatively tangled with each other, and the separator This is believed to be because when pulled, the organic fibers that had been compressed into a spring structure are stretched taut, providing a stretching effect.
따라서, 상기와 같은 제조 방법을 통해 AGM 격리판의 연신율이 실험 데이터에 나타내었듯이, 40% 정도 향상되어 납축전지 제조시 외력에 의해 격리판이 끊어지는 현상을 개선할 수 있게 되는 것이다.Therefore, through the above manufacturing method, the elongation of the AGM separator is improved by about 40%, as shown in the experimental data, thereby improving the phenomenon of the separator breaking due to external force during lead acid battery manufacturing.
상기와 같은 제조 방법을 통해, AGM 격리판의 연신율(Elongation)이 향상되어 납축전지 제조시 격리판이 끊어지는 현상을 개선할 수 있는 효과를 제공하게 된다.Through the above manufacturing method, the elongation of the AGM separator is improved, providing the effect of improving the phenomenon of separator breaking during lead acid battery manufacturing.
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 pertains as described above will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not limiting.
S100 : 강도개선용혼합물제조단계
S200 : 혼합물녹임단계
S300 : 냉각단계
S400 : 섬유제조단계
S500 : 적층단계
S600 : 강도개선흡수성격리판제조단계S100: Strength improvement mixture manufacturing step
S200: Mixture melting step
S300: Cooling stage
S400: Fiber manufacturing stage
S500: Lamination stage
S600: Strength improved absorbent separator manufacturing stage
Claims (5)
유리 용융물과 폴리머를 혼합하여 강도 개선용 혼합물을 제조하는 강도개선용혼합물제조단계(S100);와
연속 압출기의 방사 온도를 300℃로 하여 상기 강도 개선용 혼합물을 녹이는 혼합물녹임단계(S200);와
상기 연속 압출기의 모세공에서 방출되는 연속 필라멘트를 냉각기를 이용하여 25℃의 냉각풍으로 고화시키기 위한 냉각단계(S300);와
공기 연신기를 이용하여 방사 속도가 4,500 m/min이 되도록 연신시켜 섬유를 제조하는 섬유제조단계(S400);와
상기 연신된 섬유를 연속 이동하는 금속제 네트 상에 웹 형태로 적층시키기 위한 적층단계(S500);와
상기 적층된 섬유를 240℃ 온도에서 열 접착하여 유기 섬유를 포함한 흡수성 격리판을 제조하는 강도개선흡수성격리판제조단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법.
In the method of manufacturing a separator for a lead acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength,
A strength improvement mixture manufacturing step (S100) of mixing glass melt and polymer to prepare a strength improvement mixture;
A mixture melting step (S200) of melting the strength improvement mixture by setting the spinning temperature of the continuous extruder to 300°C;
A cooling step (S300) for solidifying the continuous filament discharged from the pores of the continuous extruder with cooling wind at 25°C using a cooler; and
A fiber manufacturing step (S400) of manufacturing fibers by stretching them at a spinning speed of 4,500 m/min using an air stretcher;
A lamination step (S500) for laminating the stretched fibers in a web shape on a continuously moving metal net;
A strength-improved absorbent separator manufacturing step (S600) of manufacturing an absorbent separator including organic fibers by heat bonding the laminated fibers at a temperature of 240° C.; organic fibers having a spring structure to improve strength, comprising: Method of manufacturing an applied separator for lead acid batteries.
상기 유기 섬유를 포함한 흡수성 격리판을 납축전지에 적용함으로써, 연신율과 인장 강도가 향상되어 납축전지를 제조할 경우에 격리판이 끊어지는 현상을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법.
According to clause 1,
By applying the absorbent separator containing the organic fiber to a lead acid battery, the elongation and tensile strength are improved, which prevents the separator from breaking when manufacturing a lead acid battery. Method of manufacturing separator for lead acid battery using organic fiber.
상기 폴리머는,
폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리올레핀, 아크릴 섬유류 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법.
According to clause 1,
The polymer is,
A method of manufacturing a separator for a lead-acid battery using spring-structured organic fibers to improve strength, characterized in that they are any one of polyester, polyethylene, polypropylene, polyolefin, and acrylic fibers.
상기 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법에 의해,
제조된 흡수성(AGM) 격리판의 인장강도는 100%에서 130%로 30% 향상을 제공하며, 연신율은 100%에서 140%로 40% 향상을 제공하는 것을 특징으로 하는 강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판 제조 방법.According to clause 1,
In order to improve the strength, a method of manufacturing a separator for a lead-acid battery using spring-structured organic fibers,
The tensile strength of the manufactured absorbent (AGM) separator provides a 30% improvement from 100% to 130%, and the elongation provides a 40% improvement from 100% to 140%, and the spring structure is used to improve strength. Method of manufacturing separator for lead acid battery using organic fiber.
강도 개선을 위하여 스프링 구조의 유기 섬유를 적용한 납축전지용 격리판을 포함하고 있는 납축전지.By the manufacturing method of claim 1,
A lead-acid battery containing a separator for lead-acid batteries using spring-structured organic fibers to improve strength.
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