KR19980020315A - 수소음극, 이를 채용한 알칼리 2차전지 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소음극, 이를 채용한 알칼리 2차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다. 활물질이 기판에 도포되어 있는 수소 음극에 있어서, 상기 활물질이 수소저장 합금과 알칼리 화합물 분말을 99.9:0.1 내지 99:1.0 중량비로 포함하는 본 발명의 수소음극을 채용한 알칼리 2차전지는 음극판의 전해액 함습도가 뛰어나 성능이 우수하다.

Description

수소음극, 이를 채용한 알칼리 2차전지 및 그 제조방법

본 발명은 수소음극, 이를 채용하고 있는 알칼리 2차전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 전해액에 함침이 잘되어 이를 채용하는 전지의 수명을 향상시키는 수소음극, 이를 채용하고 있는 알칼리 2차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전자기기의 경량화, 소형화에 따라 니켈수소 전지, 니켈아연 전지 및 니켈카드뮴 전지와 같은 2차전지의 중요성이 높아지고 있다. 이중에서 특히 수소저장합금을 활물질로 이용한 음극을 채용한 2차전지는 카드뮴이나 아연을 음극 활물질로 이용한 경우와는 달리, 수소저장합금이 형태 변화가 없고 이용률이 높으며 비중이 카드뮴이나 아연보다 높기 때문에 실제적인 체적 용량밀도를 충분히 크게 할 수 있다는 점에서 어느 전지보다도 장래성이 큰 전지이다.

도 1에는 수소음극을 채용한 니켈수소전지의 구조가 도시되어 있다. 구체적으로, 원통형의 캔으로 된 케이스(1)에 양극판(9)과 음극판(7)이 교번하여 배치되어 있다(여기에서 양극판(9)과 음극판(7)은 소정의 폭과 길이를 갖는 직사각형 형태의 박편으로 되어 있고 그것을 코어를 중심으로 나선형으로 조립함으로써 양극판(9)과 음극판(7)이 교번하여 위치하게 되는 것이다). 그리고, 양극판(9)과 음극판(7)사이에는 두 극판을 절연시키는 세퍼레이타(8)가 개재되어 있다. 그 상부에는 캡(3), 안전변(4) 및 봉구판(5)이 설치되어 있다. 그리고 캡(3)의 접합 부위에는 개스켓(2)이 설치되어 있다.

또한 케이스(1)의 양극판(9), 음극판(7) 및 세퍼레이타(8)을 포함하는 전기요소와 케이스(1)의 바닥면간의 절연을 위하여 케이스(1)의 양극판(9)과 케이스(1) 바닥면 사이에는 절연판(10)이 설치되어 있다.

이러한 니켈수소 2차전지에서 수소음극은 수소저장 합금, 결합제 및 전도성 향상제를 혼합하여 활물질 페이스트를 만든 다음, 이를 구멍이 뚫린 강철기판에 도포한 후 건조하여 이것이 일정한 두께가 될때까지 압연하여 형성시킨다. 이렇게 형성된 수소음극과 니켈 양극 사이에 세퍼레이타를 게재시켜 배열한 다음, 이를 권취하여 케이스에 투입하고 전해액을 주입한 후 봉입하는 과정을 거쳐 전지를 제조하였다.

그런데, 상술한 바와 같이 수소음극의 제조시 활물질 페이스트가 도포된 음극판을 건조후 일정한 두께가 될 때까지 압연하는데, 이때 극판의 표면은 큰 힘을 받기 때문에 음극내의 밀도는 커지게 된다. 따라서, 이후 전지내로 전해액을 주입할 경우 극판의 내부로 전해액이 스며들기가 어렵게 된다. 극판내로 전해액의 함습이 잘 이루어지지 않으면 이온의 이동이 불충분하여 전지의 성능이 떨어지게 된다.

이를 해결하기 위한 통상적인 해결방안은 전해액 주입시 원심주액기 등을 이용하여 강제로 전해액을 투입하는 것이었다. 그러나, 이 방법은 전해액을 주입할 때 많은 시간과 노력을 요한다는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는, 전지내에 전해액 주입시 극판내로 전해액이 잘 스며들어 이를 채용한 전지의 성능을 향상시키는 수소음극을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 과제는 음극판내로 전해액을 잘 스며들게 함으로써 성능을 향상시키는, 알칼리 2차전지의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 과제는 전해액 함습도가 뛰어나 성능이 우수한 알칼리 2차전지를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 니켈수소 전지의 구조를 나타내는 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1. 케이스2. 개스켓

3. 캡4. 안전변

5. 봉구판6. 스프링

6. 음극판8. 세퍼레이타

9. 양극판10. 절연판

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 활물질이 기판에 도포되어 있는 수소 음극에 있어서, 상기 활물질이 수소저장 합금과 알칼리 화합물 분말을 99.9:0.1 내지 99:1.0 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 수소음극이 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 알칼리 화합물 분말은 KOH, LiOH, NaOH로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것이 바람직하다.

상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는, 수소저장 합금과 알칼리 화합물 분말을 99.9:0.1 내지 99:1.0 중량비로 포함하는 활물질 페이스트를 기판에 도포한 후, 압연, 건조하여 음극판을 형성하는 단계, 상기 음극판 및 양극판, 세퍼레이타로 이루어진 전기 요소를 케이스에 넣는 단계 및 상기 케이스내로 전해액을 주입하여 수소음극에 포함된 알칼리 성분을 용해시켜 그 기공내로 전해액이 주입되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알칼리 2차전지의 제조방법이 제공된다.

상기 또 다른 과제는 상기 제조방법에 의해 제조된 알칼리 2차전지에 의해 달성된다.

본 발명에서는 수소음극의 활물질에 수용성 알칼리 화합물 분말을 첨가하여 전해액 주입시 알칼리 성분의 용해로 인해 형성되는 기공내로 전해액이 스며들도록 함으로써 음극판의 전해액 주입을 용이하게 하는 것이다.

이때, 적용가능한 알칼리 성분으로서는 물에 대한 용해도가 큰 NaOH, KOH, LiOH 등이 있다.

본 발명의 수소 음극 활물질에 있어서, 수소저장 합금과 알칼리 화합물의 중량비는 99.9:0.1 내지 99:1.0가 바람직하다. 이는 알칼리 화합물이 1 중량% 이상이면, 전극의 밀도가 떨어지고 활물질의 결착력이 떨어지기 때문이고, 반면에 0.1 중량% 이하이면 효과가 미미하기 때문이다.

이하, 본 발명에 대해 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

수소저장 합금(M)을 음극의 활물질로 사용하는 알칼리 2차전지의 양극에서의 충방전 반응은 다음과 같다.

양극; Ni(OH)₂+ OH^_↔ NiOOH + H₂O + e^-

음극; M + H₂O + e^_↔ MH + OH^-

상기의 반응식에서 알 수 있듯이, 반응이 원활하게 일어나기 위해서는 H₂O 및 OH^_의 유동이 원활해야 하고, 또 수소저장 합금에 접촉할 수 있어야 한다. 따라서, 음극 극판에는 일정한 정도의 통로가 형성되어 있어야 한다. 통상 이러한 통로는 음극 활물질 페이스트를 만들 때 사용된 물이 건조되면서 빠져나간 자리로 구성된다.

그런데 통상 건조된 극판의 밀도와 결착력을 확보하기 위하여 일정한 두께로 압연하여 사용하는 경우가 많다. 이러한 압연을 할 때, 극판의 표면이 상대적으로 큰 힘을 받게 되어 표면의 밀도가 높아진다. 즉, 기공이 막히게 된다. 따라서, 전해액(통상 알칼리 수용액)의 침투가 힘들게 된다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명에서는 극판의 활물질 페이스트를 만들 때 소정의 알칼리 성분을 첨가하여 극판을 만든다. 이 극판이 건조 및 압연된 후에는 극판의 내부에 알칼리 성분이 산재하게 된다. 이러한 알칼리 성분은 친수성 즉, 물에 쉽게 녹는 특성이 있으므로 극판의 내부로 전해액의 침투가 쉽게 일어날 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 음극을 채용한 알칼리 2차전지는 전해액의 함습이 잘 이루어져 전지의 성능이 뛰어나다.

Claims (5)

1. 활물질이 기판에 도포되어 있는 수소 음극에 있어서,

   상기 활물질이 수소저장 합금과 알칼리 화합물 분말을 99.9:0.1 내지 99:1.0 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 수소음극.
2. 제1항에 있어서, 상기 알칼리 화합물 분말은,

   KOH, LiOH, NaOH로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 수소음극.
3. 수소저장 합금과 알칼리 화합물 분말을 99.9:0.1 내지 99:1.0 중량비로 포함하는 활물질 페이스트를 기판에 도포한 후, 압연, 건조하여 음극판을 형성하는 단계;

   상기 음극판 및 양극판, 세퍼레이타로 이루어진 전기 요소를 케이스에 넣는 단계;및

   상기 케이스내로 전해액을 주입하여 수소음극에 포함된 알칼리 성분을 용해시켜 그 기공내로 전해액이 주입되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 알칼리 2차전지의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 알칼리 화합물 분말은,

   kOH, LiOH, NaOH로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 알칼리 2차전지의 제조방법.
5. 제3항의 제조방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 알칼리 2차전지.