KR19980019982A - 전지의 전해액 주입 방법 - Google Patents

Abstract

양극판, 음극판을 포함하는 용기에 전해액을 1차 주입하고, 상기 전해액이 주입된 용기에 초기 충방전을 실시하고, 상기 용기에 전해액을 2차 주입하는 공정을 포함하는 전지의 전해액 주입 방법을 이용하여 전해액을 전지에 주입할 경우, 종래 방법의 전해액 주입량보다 5∼10% 주입량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 전지 수명 특성 또한 10∼30% 증대되는 효과가 있다.

Description

전지의 전해액 주입 방법

[산업상 이용 분야]

본 발명은 전지의 전해액 주입 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 전지 수명을 최대화할 수 있는 전지의 전해액 주입 방법에 관한 것이다.

[종래 기술]

최근 카메라 일체형 VTR, 오디오, 랩탑형 퍼스널 컴퓨터, 휴대용 전화기 등의 새로운 포터블 전자기기의 소형화 및 경량화 추세와 관련하여, 이들 기기의 전원으로 사용되는 전지의 성능을 고성능화하고, 대용량화하는 기술이 필요하게 되었으며, 특히 경제적인 측면에서 이들 전지의 제조 원가를 절감하는 기술 개발 노력이 진행되고 있다. 일반적으로 전지는 망간 전지, 알카리 전지, 수은 전지, 산화은 전지 등과 같이 일회용으로 사용하는 1차 전지와 납축전지, 금속수소화물을 음극 활물질로 하는 Ni-MH(니켈-메탈하이드라이드) 전지, 밀폐형 니켈-카드뮴 전지와 리튬-금속 전지, 리튬-이온 전지(LIB: Lithium Ion Battery), 리튬-폴리머 전지(LPB: Lithium Polymer Battery)와 같은 리튬군 전지등과 같이 재충전하여 사용할 수 있는 2차 전지, 그리고 연료 전지, 태양 전지 등으로 구분할 수 있다.

이 중 1차 전지는 용량이 적고, 수명이 짧으며, 재활용이 되지 않으므로 환경 오염을 일으키는 문제점이 있는데 반하여, 2차 전지는 재충전하여 사용할 수 있어 수명이 길며, 전압도 1차 전지보다 월등히 높아 성능과 효율성 측면에서 우수하며, 폐기물의 발생도 적어 환경 보호 측면에서도 우수하다.

2차 전지에서 전해액은 이온의 이동 경로를 제공하여 전지 반응이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 역할을 한다. 특히, 충방전이 반복되는 2차 전지에서는 충방전이 반복됨에 따라 전해액 고갈 또는 분포 변화로 인한 수명 특성이 열화되는 이유로 전해액의 역할은 1차 전지에 비해 더욱 중요하다. 전해액의 양은 일정량에 도달할 때까지는 전지수명과 비례하나, 일정량 이후부터는 내압 증가 및 누액 발생율 증가로 전지 수명에 오히려 악영향을 주는 것으로 알려져 있다. 따라서 전지 수명을 최대화할 수 있는 전해액 양까지 전해액을 주입하는 것이 필요하다.

그러나 전지의 고용량화가 이루어짐에 따라 양, 음극이 전지내에서 차지하는 부피가 증가하고 세퍼레이터의 부피는 감소하며, 전체적인 팩킹율이 증가하므로 충분한 양의 전해액을 주입하기 어려운 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 최근의 Ni-MH 또는 Ni-Cd 등의 이차 전지에서는 KOH, LiOH, NaOH의 2상계 또는 3상계로 이루어진 수용액을 전해액으로 25∼35 중량%의 농도로 사용하여 전해액 조립 공정시 빠른 시간에 전해액을 주입하기 위해 원심 주입 방법, 진공 주입 방법 등을 이용하여 일정량의 전해액을 1단계로 주입하여 밀폐형 전지를 제조하였다. 그러나 이와 같은 종래의 방식대로 전해액을 주입할 경우, 원심력으로 인해 전해액이 전지 캔의 바닥까지 충분히 이동되나, 양, 음극, 세퍼레이터의 미세 기공까지 침투하지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전지에 주입되는 전해액의 양을 증가시켜 전지 수명을 증가시킬 수 있는 전지의 전해액 주입 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양극판, 음극판을 포함하는 용기에 전해액을 1차 주입하고; 상기 전해액이 주입된 용기에 초기 충방전을 실시하고; 상기 용기에 전해액을 2차 주입하는 공정을 포함하는 전지의 전해액 주입 방법을 제공한다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 초기 충방전하는 공정은 0.05∼0.5C의 전류로 실시하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.05∼0.2C의 전류로 100∼180% 충전, 0.1∼0.5C의 전류로 방전하는 것이 바람직하다.

또한 상기한 본 발명에 있어서, 상기 2차 전해액의 주입량은 1차 전해액 주입량의 5∼30중량%인 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 전해액은 KOH, LiOH, NaOH 수용액으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 25∼35 중량% 농도의 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 전해액을 원심 주액기를 이용하여 상기 캔에 주입한다.

[작용]

본 발명은 전지의 전해액을 2단계로 주입하는 방법이다.

1단계로 종래의 주입 방법과 동일하게 전해액을 주입한다. 이 상태에서 전해액이 증발되지 않도록 개폐식으로 밀폐시켜 초기 충방전을 수행하면, 전지내에서는 하기 반응식과 같이 반응이 진행된다.

[양극] Ni(OH)₂+ OH^-→ NiOOH + H₂O + e^-

Co(OH)₂+ OH^-→ CoOOH + H₂O + e^-

[음극] M + H₂O + e^-→ MH + OH^-

0.05∼0.2C범위의 저전류로 초기 충방전 반응을 실시하면 위와 같이 OH^-이온이 양, 음극 반응에 참여하면서 양, 음극의 미세 기공까지 이동되어 전해액이 더 들어갈만한 공간이 생기게 된다. 2단계로 이 상태에서 1단계 주입량의 5∼30%를 추가 주입하여 전지를 최종 밀폐시킨 후 전지를 완성한다.

[실시예]

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

전지의 양극판 및 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 세퍼레이터를 감는 권취축을 중심으로 맨드릴 권취 공정을 사용하여 스파이랄상으로 이들 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 권취하여 전극부를 형성하였다. 그리고 케이스 내부에 KOH 수산화물 수용액을 31 중량%의 농도로 원심 주액기를 이용하여 1차 주입하였다. 전해액이 주입된 케이스를 전해액이 증발되지 않도록 개폐식으로 밀폐시킨 후, 0.1C의 저전류로 150% 충전, 0.2C, 0.9V 컷-오프(cut-off) 방전하여 초기 충방전을 실시하였다. 이어서, 1차 전해액 주입량의 10%를 주입하고 전지를 최종 밀폐시켜 전지를 제조하였다.

(실시예 2)

전지의 양극판 및 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 세퍼레이터를 감는 권취축을 중심으로 맨드릴 권취 공정을 사용하여 스파이랄상으로 이들 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 권취하여 전극부를 형성하였다. 그리고 케이스 내부에 KOH 31 중량%와 LiOH 수산화물 1.4 중량%의 2상계 수용액을 원심 주액기를 이용하여 1차 주입하였다. 전해액이 주입된 케이스를 전해액이 증발되지 않도록 개폐식으로 밀폐시킨 후, 0.1C의 저전류로 150% 충전, 0.2C, 0.9V 컷-오프 방전하여 초기 충방전을 실시하였다. 이어서, 1차 전해액 주입량의 12%를 주입하고 전지를 최종 밀폐시켜 전지를 제조하였다.

(비교예 1)

전지의 양극판 및 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 세퍼레이터를 감는 권취축을 중심으로 맨드릴 권취 공정을 사용하여 스파이랄상으로 이들 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 권취하여 전극부를 형성하였다. 그리고 케이스 내부에 KOH 수용액을 31 중량%의 농도로 원심 주액기를 이용하여 주입하였다. 전해액이 주입된 케이스를 전해액이 증발되지 않도록 밀폐시켜 전지를 제조하였다.

(비교예 2)

전지의 양극판 및 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 세퍼레이터를 감는 권취축을 중심으로 맨드릴 권취 공정을 사용하여 스파이랄상으로 이들 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 권취하여 전극부를 형성하였다. 그리고 케이스 내부에 KOH 31 중량%와 LiOH 1.4 중량% 수산화물의 2상계 수용액을 원심 주액기를 이용하여 주입하였다. 전해액이 주입된 케이스를 전해액이 증발되지 않도록 밀폐시켜 전지를 제조하였다.

상기한 실시예 및 비교예의 방법으로 제조한 전지의 용량 및 수명을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

	전지의 용량[mAh]	수명[cycle]
실 시 예 1(전해액: KOH)	1650	600
실 시 예 2(전해액: KOH + LiOH)	1670	670
비 교 예 1(전해액: KOH)	1630	510
비 교 예 2(전해액: KOH + LiOH)	1645	600

상기한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 전해액을 전지에 주입할 경우, 종래 방법의 전해액 주입량보다 5∼10% 주입량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 전지 수명 특성 또한 10∼30% 증대되는 효과가 있다. 본 발명의 방법은 Ni-MH, Ni-Cd 등의 니켈 계열 전지 뿐만 아니라, KOH 등의 알칼리 수용액을 전해질로 사용하는 모든 2차 전지에 적용할 수 있다.

Claims (7)

1. 양극판, 음극판을 포함하는 용기에 전해액을 1차 주입하고;

   상기 전해액이 주입된 용기에 초기 충방전을 실시하고;

   상기 용기에 전해액을 2차 주입하는;

   공정을 포함하는 전지의 전해액 주입 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 초기 충방전하는 공정은 0.05∼0.5C의 전류로 실시하는 것인 전지의 전해액 주입 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 초기 충방전하는 공정은 0.05∼0.2C의 전류로 100∼180% 충전, 0.1∼0.5C의 전류로 방전하는 것인 전지의 전해액 주입 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 2차 전해액의 주입량은 1차 전해액 주입량의 5∼30중량%인 전지의 전해액 주입 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액은 KOH, LiOH, NaOH 수용액으로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것인 전지의 전해액 주입 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액의 농도는 25∼35 중량%인 전지의 전해액 주입 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액을 주입하는 방법은 원심 주액기를 이용하는 것인 전지의 전해액 주입 방법.