KR19980026465A - 수소전극의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소저장합금 분말을 전처리하는 단계; 상기 전처리된 수소저장합금 분말을 도전제와 혼합한 다음, 여기에 정제수를 넣고 혼련하여 활물질 페이스를 제조하는 단계; 상기 활물질 페이스트를 다공성 니켈 집전체에 충진한 다음, 건조시키는 단계; 폴리비닐알콜 현탁액으로 상기 활물질 페이스트가 충진된 다공성 니켈 집전체 표면을 코팅하는 단계; 상기 결과물을 건조 및 압연하여 극판을 제조하는 단계; 및 상기 극판의 표면을 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 전극의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 제조방법에 따르면 반복되는 충방전에 따른 전극의 팽창 및 활물질의 탈락을 방지할 수 있어 전지의 수명을 개선할 수 있을 뿐 아니라, 극판을 도금처리함으로써 전지의 전도성을 크게 개선할 수 있다.

Description

수소 전극의 제조방법

본 발명은 수소 전극의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반복되는 충방전으로 인한 활물질의 탈락을 억제하고 전도성을 향상시킴으로써 전지의 수명 및 성능을 개선한 수소 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.

최근 들어 휴대용 전자 기기의 급격한 수요 증가 및 이들의 소형화, 경량화, 고성능화 추세에 따라 고용량, 고에너지 밀도를 가지며, 충,방전이 가능한 2차 전지에 대한 수요가 급증하고 있는데, 2차 전지는 축전지라고도 한다.

2차 전지는 납 축전지와 알칼리로 대별되며, 알칼리 축전지로는 니켈-철 2차 전지, 니켈-카드뮴 2차 전지, 니켈-아연 2차 전지, 니켈-수소 2차 전지 등을 들 수 있다.

알칼리 2차 전지중에서 니켈-수소 2차 전지는 양극으로서 니켈극을, 음극으로서는 수소저장합금을 충진한 수소극을, 그리고 전해질로서는 알칼리 수용액을 사용한 것으로서, 에너지 밀도가 높고, 급속 충방전이 가능할 뿐 아니라 고체 전지로서의 가능성이 있고 공해물질을 배출하지 않는 등 여러 가지 장점을 가지고 있어 장래성이 크다.

이러한 니켈수소 2차 전지에서, 양극과 음극에서의 반응 및 전지 전체의 반응은 각각 하기 반응식 1, 2 및 3으로 나타낸 바와 같다:

[반응식 1]

양극 : Ni(OH)2 ＋ OH－ → NiOOH ＋ H2O ＋ e－

[반응식 2]

음극 : M ＋ H2O ＋ e－ → MH ＋ OH－

[반응식 3]

전지 : Ni(OH)2 ＋ M → NiOOH ＋ MH

(상기 식에서 M은 수소저장합금을 의미한다).

상기에서, 수소저장합금이란 수소를 가역적으로 흡수, 방출할 수 있는 특성을 가지고 있는 물질로서 충진시에 음극에서 생성되는 수소를 흡장하였다가 방전시에 그 수소를 방출하면서 합금 표면에서 전기화학적으로 소비할 수 있는 합금을 말한다.

수소저장 합금이 전극물질로서 바람직하게 이용되려면 다음의 요구조건들-즉 가역적인 수소흡장 및 방출량이 커야 할 것; 전지 사용온도 (약 -20 내지 60℃)에서 평형 수소압이 10-3 내지 수기압 범위에 있어야 할 것; 강알칼리 수용액에서 화학적으로 안정해야 할 것; 수소확산 속도가 크고 전극 반응의 가역성이 양호해야 할 것; 과전압이 작아야 할 것; 그리고 가격이 저렴할 것-을 만족시켜야 한다.

니켈수소 2차 전지를 제조함에 있어서, 니켈 양극은 다수의 구멍을 갖는 다공성 니켈 집전체와 이러한 집전체의 구멍들에 충진되는 양극 활물질을 포함하여 된 것으로서, 소결식 방법 또는 페이스트식 방법에 의해 제조될 수 있는데, 최근에는 제조공정이 간단하면서도 전극의 대형화 및 고용량화가 가능한 페이스트식이 선호되고 있다.

니켈수소 2차 전지의 음극 역시 소결식 제조법 또는 페이스트식 제조법에 의해서 제조될 수 있는데, 본 발명의 분야는 페이스트식 제조법에 관한 것이다.

페이스트식 수소 전극의 제조방법을 살펴보면, 먼저, AB5계 수소 합금을 분쇄한 다음, 전처리하고, 여기에 도전제, 결합제 및 정제수를 가하여 페이스트상 활물질을 제조한다. 이어서, 상기 페이스트상 활물질을 다공성 니켈 집전체에 충진한 다음, 건조 및 압연함으로써 수소 전극을 얻을 수 있다.

그러나, 이렇게 제조된 수소 전극은 충방전 싸이클이 반복됨에 따라서 극판이 팽창하게 되고 이에 따라 활물질의 탈락 및 전도성 저하가 일어나서 전지의 수명 및 성능이 저하된다는 단점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반복되는 충방전으로 인한 활물질의 탈락을 억제하고 전도성을 향상시킴으로써 전지의 수명 및 성능을 개선한 수소 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 수소저장합금 분말을 전처리하는 단계; 상기 전처리된 수소저장합금 분말을 도전제와 혼합한 다음, 여기에 정제수를 넣고 혼련하여 활물질 페이스를 제조하는 단계; 상기 활물질 페이스트를 다공성 니켈 집전체에 충진한 다음, 건조시키는 단계; 폴리비닐알콜 현탁액으로 상기 활물질 페이스트가 충진된 다공성 니켈 집전체 표면을 코팅하는 단계; 상기 결과물을 건조 및 압연하여 극판을 제조하는 단계; 및 상기 극판의 표면을 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 전극의 제조방법에 의하여 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 수소 전극의 제조방법에 있어서, 상기 도전제로는 코발트 또는 코발트 산화물을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 수소 전극 제조방법에 따르면, 상기 활물질 페이스트가 충진된 다공성 니켈 집전체를 1.5% 폴리비닐알콜 현탁액에 침지시키거나, 상기 현탁액을 스프레이 코팅함으로써 상기 다공성 니켈 집전체의 표면에 폴리비닐알콜 코팅을 형성한다.

이처럼, 폴리비닐알콜 피막을 형성하면 활물질이 탈락되는 것을 보다 강력하게 억제할 수 있으므로 전지의 수명 연장 및 성능 향상 효과를 기대할 수 있다.

또한, 극판의 표면상에 니켈 및 구리로부터 선택된 적어도 하나의 금속으로 도금함으로써 전지의 전도성을 크게 개선할 수 있다.

본 발명의 수소 전극 제조방법에 따르면, 반복되는 충방전에 따른 전극의 팽창 및 활물질의 탈락을 방지할 수 있어 전지의 수명을 개선할 수 있을 뿐 아니라, 극판을 도금처리함으로써 전지의 전도성을 크게 개선할 수 있다.

Claims (4)

1. 수소저장합금 분말을 전처리하는 단계;

   상기 전처리된 수소저장합금 분말을 도전제와 혼합한 다음, 여기에 정제수를넣고 혼련하여 활물질 페이스를 제조하는 단계;

   상기 활물질 페이스트를 다공성 니켈 집전체에 충진한 다음, 건조시키는 단계;

   폴리비닐알콜 현탁액으로 상기 활물질 페이스트가 충진된 다공성 니켈 집전체 표면을 코팅하는 단계;

   상기 결과물을 건조 및 압연하여 극판을 제조하는 단계; 및

   상기 극판의 표면을 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 전극의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 도전제가 코발트 및 코발트 산화물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수소 전극의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 폴리비닐알콜 현탁액의 농도가 1.5%인 것을 특징으로 하는 수소 전극의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 도금단계에서 극판의 표면을 니켈 및 구리로부터 선택된 적어도 하나의 금속으로 도금하는 것을 특징으로 하는 수소 전극의 제조방법.