KR19980038001A - 전지의 전극판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집전체와 이 집전체에 충진되는 활물질을 포함하여 이루어지는 전지의 전극판에 있어서, 상기 집전체가 소정두께의 전도성 금속층이 도포된 메시인 것을 특징으로 하는 전지의 전극판을 제공한다. 본 발명에 따르면 집전체에 대한 활물질의 탈락이 감소되고 활물질의 이용률이 증대될 뿐 만 아니라, 전지 단락이 방지됨으로써 전지의 수명과 용량 증대를 실현할 수 있게 된다. 그리고 전지 권치시 유연성이 향상되어 구부러짐 현상이 감소하여 양품률이 향상된다.
Description
본 발명은 전지의 전극판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하기로는 기공도가 크고 전기전도도가 우수하여 용량 및 활물질 이용률 특성이 우수할 뿐 아니라, 유연성이 우수하여 권취시 구부러짐 현상이 거의 발생되지 않는 전지의 전극판과 이 전극판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
전지는 화합물이 가지고 있는 화학에너지를 전기화학반응을 거쳐 전기에너지로 전환하는 장치로서, 1회용인 1차전지와 충전하여 재사용이 가능한 2차전지로 구분된다. 1차전지의 구체적인 예로는 망간 건전지를 들 수 있으며, 2차전지로는 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지 등이 있다. 이들중 1차전지는 에너지 전환기능을 활용한 장치이고, 2차전지는 방전된 화합물에 전기에너지를 공급하여 재충전할 수 있으므로 전기에너지의 저장기능을 갖는다.
전지는 상기한 바와 같은 기능이외에 비상용 및 휴대용 전원이란 특성을 가지므로 다른 에너지원과 차별되며 전지만의 고유한 용도를 갖는다. 전지의 이러한 특성으로 말미암아 가전제품과 통신기기의 휴대용 전원, 심장박동기와 같은 의료용, 무공해 전지자동차의 전원, 심야유휴전력을 저장할 수 있는 축전용 그리고 군사용, 우주항공산업, 로봇 등의 휴대용 전원으로 이용가능하다.
통상적으로 전지의 권선형 조립체는 반대 극성을 갖는 두 개의 분리된 전극판과 이 두 전극판사이에 삽입되어 있는 절연층으로 이루어진다. 이러한 전극판은 소결식 또는 페이스트식으로 제조할 수 있다.
전극판을 이용하여 전지를 제조하는 경우, 음전극판과 양전극판이 전지 전체를 통해 나란히 배열되도록 음전극판과 양전극판사이에 절연부재를 개재시키고 나선형으로 권취하는 방법을 사용한다. 이러한 전지구성요소는 전지 용기와 근사한 직경을 갖는 네스트(nest)내에 위치한 가동굴대(arter) 주위에 감겨진다.
형성된 전극 조립체는 용기의 내부에 장착되고 이 용기의 상부에 캡 조립체가 설치된다.
도 1은 통상적인 원통형 전지의 구조를 나타낸 단면도이다.
이를 참조하면, 종래의 원통형 전지 (10)에는 원통형의 케이스 (19)가 마련되고, 그 케이스 (19)의 내부에는 양극판 (16)과 음극판 (17)이 교번하여 설치되어 있다. 그리고 상기 양극판 (16)과 음극판 (17)사이에는 두 극판을 절연시키는 세퍼레이타 (18)가 개재되어 있다. 그리고 상기 양극판 (16)과 음극판 (17)의 적층부 상단에는 러버벤트(12)가 마련되어 있는 캡 (11) 및 캡커버 (13)로 이루어진 캡조립체가 설치되어 있다. 상기 캡커버 (13)의 중심부에는 가스배출공 (13')이 형성된다. 상기 캡 (11) 및 캡커버 (13)의 접합부위 둘레에는 가스켓 (14)이 설치되어 양극과 음극을 절연시킨다.
상기 양극판 (16)과 음극판 (17)은 집전체에 활물질을 도포하고 건조 및 압연함으로써 제조된다. 집전체 (20)로는 통상 도 2에 나타나 있는 바와 같은 소정의 피치를 갖는 복수개의 관통공 (21)이 형성되어 있는 니켈 도금 강철 천공판(Nickel Plated Perforared Steel: NPPS)를 사용한다.
그런데 상기 집전체를 사용하는 경우 다음과 같은 문제점이 발생된다.
에너지 밀도가 높은 전지를 제조하기 위해서는 큰 기공도를 갖는 집전체를 사용하는 것이 바람직한데, 상기 집전체는 기공도에 한계가 있어서 도포되는 활물질의 함량이 충분치 않게 된다. 그리고 전극판 권취시 구부러짐 현상이 빈번하게 발생되고 각 관통공의 크기가 약 1.5mm로 큰 편이라서 관통공에 충진된 활물질의 탈락이 용이하다. 이렇게 일부 탈락된 활물질은 세퍼레이타 섬유안에 침투하여 양극과 음극을 연결하는 다리 역할을 함으로써 단락이 생기는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 기공도가 크고 전기전도도가 우수하여 용량 및 활물질 이용률 특성이 우수할 뿐 아니라, 유연성이 우수하여 권취시 구부러짐 현상이 거의 발생되지 않는 전지의 전극판을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 전극판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 통상적인 원통형 전지의 구조를 나타낸 도면이고,
도 2는 전지에서 사용하는 통상적인 집전체의 일부 절개사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 집전체의 일부 절개사시도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10. 전지 11. 캡
12. 러버벤트 13. 캡 커버
13'. 관통공 14. 가스켓
16. 양극판 17. 음극판
18. 세퍼레이타 19. 케이스
20, 30. 집전체 21. 관통공
상기 첫번째 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 집전체와 이 집전체에 충진되는 활물질을 포함하여 이루어지는 전지의 전극판에 있어서,상기 집전체가 소정두께의 전도성 금속층이 도포된 메시인 것을 특징으로 하는 전지의 전극판을 제공한다.
본 발명의 두번째 과제는 메시상에 전도성 금속을 도금하여 전도성 금속층을 형성하는 단계; 도금된 메시를 비활성분위기하에서 열처리하는 단계; 상기 결과물에 활물질을 도포한 다음, 건조 및 압연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 전극판 제조방법에 의하여 이루어진다.
상기 메시에서 그물망 크기는 30 내지 500μm이다. 그물망 크기가 30μm 미만이면 활물질을 충진하기가 어렵고, 500μm이상이면 집전체의 관통공에 충진된 활물질의 탈락이 용이해지므로 바람직하지 못하다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 전지의 전극판을 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 그물망 크기 (a)가 30 내지 500μm인 메시 (30)상에 전도성 금속을 도금한다. 이 때 전도성 금속층의 두께는 3 내지 5μm가 되도록 조절하며, 전도성 금속으로는 니켈, 철, 구리, 은 및 금으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속이다. 그리고 메시는 철, 스테인레스 스틸 및 알루미늄중에서 선택된 전도성 물질로 이루어져 있다.
전도상 금속이 도금된 메시를 수소, 질소 또는 아르곤 가스의 분위기하에서 750 내지 1100℃에서 열처리한다. 이 과정에서 전도성 금속 도금막이 안정화되고 메시와 도금층이 원활히 접촉되게 된다.
상기 과정을 거친 집전체상에 활물질을 도포한 다음, 건조한다. 그리고 나서, 압연하여 소정두께로 만들면 전지의 전극판이 완성된다.
이하, 본 발명을 실시에를 들어 본 발명을 설명하기로 하되, 본 발명이 반드시 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예
메시는 다음과 같은 방법에 따라 제조하였다.
먼저, 철 메시상에 니켈 전기도금을 실시하였다. 이 때 도금막의 두께는 약 3μm 였다. 그 후, 불활성의 아르곤 분위기하, 750℃에서 니켈 도금층이 형성된 철 메시를 약 4시간동안 열처리하였다.
AB2계 수소저장합금인 ZrNi2, 전도성 향상제인 CoO 및 결합제인 PTFE를 혼합하여 페이스트를 형성하였다. 이를 상기 철 메시상에 도포한 다음, 건조하였다.
활물질이 도포된 상기 결과물을 롤 프레스를 이용하여 압연하여 수소 음극판을 제조하였다.
얻어진 수소 음극판을 이용하여 전지를 제조하였다.
비교예
AB2계 수소저장합금인 ZrNi2, 전도성 향상제인 CoO 및 결합제인 PTFE를 혼합하여 페이스트를 형성하고, 이를 약 3μm 두께의 니켈이 도금된 강철 기판에 도포한 다음, 건조하였다.
상기 결과물을 롤 프레스를 이용하여 압연하여 수소 음극판을 제조하였다.
얻어진 수소 음극판을 이용하여 전지를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 전지에 있어서, 활물질의 탈락률 및 이용률을 측정하였다.
측정결과, 실시예에 따른 전극판은 비교예의 전극판과 비교하여 유연성이 우수하여 권취시 활물질이 탈락되는 현상이 감소됨으로써 활물질 탈락률이 감소된다. 그리고 전기전도도의 향상으로 인하여 활물질 이용률이 보다 향상됨을 알 수 있다.
본 발명에 따르면 집전체에 대한 활물질의 탈락이 감소되고 활물질의 이용률이 증대될 뿐 만 아니라, 전지 단락이 방지됨으로써 전지의 수명과 용량 증대를 실현할 수 있게 된다. 그리고 전지 권치시 유연성이 향상되어 구부러짐 현상이 감소하여 양품률이 향상된다.
Claims (11)
- 집전체와 이 집전체에 충진되는 활물질을 포함하여 이루어지는 전지의 전극판에 있어서,상기 집전체가 소정두께의 전도성 금속층이 도포된 메시인 것을 특징으로 하는 전지의 전극판.
- 제1항에 있어서, 상기 전도성 금속층이 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 은(Ag) 및 금(Au)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지의 전극판.
- 제1항에 있어서, 상기 전도성 금속층의 두께가 3 내지 5μm인 것을 특징으로 하는 전지의 전극판.
- 제1항에 있어서, 상기 메시의 그물망 크기가 30 내지 500μm인 것을 특징으로 하는 전지의 전극판.
- 제1항에 있어서, 상기 메시가 철, 스테인레스 스틸 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 전도성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지의 전극판.
- 메시상에 전도성 금속을 도금하여 전도성 금속층을 형성하는 단계;도금된 메시를 비활성분위기하에서 열처리하는 단계;상기 결과물에 활물질을 도포한 다음, 건조 및 압연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 전극판 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 전도성 금속층이 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 은(Ag) 및 금(Au)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지의 전극판 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 전도성 금속층의 두께가 3 내지 5μm인 것을 특징으로 하는 전지의 전극판 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 메시의 그물망 크기가 30 내지 500μm인 것을 특징으로 하는 전지의 전극판 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 메시가 철, 스테인레스 스틸 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 전도성 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지의 전극판 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 열처리단계가 750 내지 1100℃에서 실시되는 것을 특징으로 하는 전지의 전극판 제조방법.
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| KR1019960056826A KR19980038001A (ko) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | 전지의 전극판 및 그 제조방법 |
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| KR (1) | KR19980038001A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021118141A1 (ko) * | 2019-12-09 | 2021-06-17 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전극 활물질 슬러리 도포 전 시트형 집전체의 열처리를 위한 열처리부를 포함하는 이차전지용 전극 제조장치, 및 열처리 과정을 포함하는 이차전지용 전극 제조방법 |
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1996
- 1996-11-22 KR KR1019960056826A patent/KR19980038001A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021118141A1 (ko) * | 2019-12-09 | 2021-06-17 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전극 활물질 슬러리 도포 전 시트형 집전체의 열처리를 위한 열처리부를 포함하는 이차전지용 전극 제조장치, 및 열처리 과정을 포함하는 이차전지용 전극 제조방법 |
| US11837709B2 (en) | 2019-12-09 | 2023-12-05 | Lg Energy Solution, Ltd. | Manufacturing apparatus of electrode for secondary battery comprising heating part and manufacturing method of electrode for secondary battery comprising heating process, for heating electrode current collector before coating with electrode active material slurry |
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