KR19980057646A - 니켈 전극의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수산화니켈 분말, 도전제 및 정제수를 3 내지 4기압 하에서 혼합하여 페이스트상의 활물질 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 활물질 슬러리를 다공성 니켈 집전체의 표면에 도포한 후 건조시키는 단계를 포함하는 니켈 전극의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 니켈 전극 제조방법에 따르면, 활물질 슬러리 제조시 기압을 높여줌으로써 분산제로서 사용되는 정제수의 증발을 억제하고 정제수와 활물질 성분의 입자 표면과의 친화성을 증대시킴으로써 분산성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 고용량의 니켈 전극을 얻을 수 있다.

Description

니켈 전극의 제조방법

본 발명은 알칼리 2차 전지용 니켈 전극의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극 활물질의 혼합시에 분산성을 향상시킴으로써 고용량을 실현할 수 있는 알칼리 2차 전지용 니켈 전극의 제조방법에 관한 것이다.

니켈-아연 전지, 니켈-카드뮴 전지 및 니켈-수소 전지 등으로 대표되는 알칼리 2차 전지는 전자기기의 경량화 및 소형화 경향에 따라 그 중요성이 높아지고 있다. 특히, 수소저장합금을 음극 활물질로서 이용한 니켈-수소 2차 전지는 아연이나 카드뮴을 음극 활물질로서 사용하는 니켈-아연 또는 니켈-카드뮴 2차 전지들보다 장래성이 더욱 큰 전지인데, 이는 수소저장합금이 형태변화가 없고 이용률이 높으며 비중이 카드뮴이나 아연보다 높아서 실제적인 체적 용량밀도를 충분히 증가시킬 수 있기 때문이다.

니켈 전극을 채용하는 알칼리 2차 전지는 니켈 전극 이외에도 아연, 카드뮴 또는 수소저장합금 분말과 같은 음극 활물질이 충전된 음극, 알칼리 수용액으로 이루어진 전해액 및 친수성이 높고 알칼리 전해액 중에서 안정한 세퍼레이터를 포함하여 구성되어 있다.

이중, 니켈 전극은 다수의 구멍을 갖는 다공성 니켈 집전체와, 다공성 니켈 집전체의 기공들에 충전되는 활물질을 포함하여 된 것으로서, 일반적으로는 소결식 방법으로 제조되었다. 이 방법은 구멍이 뚫린 니켈 도금 강판에 수산화니켈 분말을 주성분으로 한 슬러리를 도포해서 건조, 소결하여 다공성 니켈 집전체를 만든 후, 여기에 화학적 합침법 또는 전기화학적 함침법을 사용하여 니켈 집전체의 기공 내에 활물질 수산화니켈을 석출시키고 이를 알칼리 용액 중에서 화성하여 전극을 제조하는 방법이다.

그러나 이 방법으로 제조된 소결식 니켈 전극은 복잡한 함침 작업을 수차례나 반복해야 하므로 제조공정이 복잡할 뿐 아니라 제조비용이 많이 들고 사용되는 기판의 기공도가 80% 전후로 제한되기 때문에 제조된 전극의 에너지 밀도가 상대적으로 낮은 편이다.

이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법으로서 제조가 간단하고 에너지 밀도가 높은 니켈 전극을 얻을 수 있는 페이스트식 제조방법이 제시되었다. 이 방법은 대기압하에서 수산화니켈 분말 및 도전제를 혼합하고 여기에 증점제, 결합제 및 소정량의 정제수를 가하여 페이스트상으로 혼합한 활물질 슬러리를 발포 니켈이나 니켈 펠트와 같은 다공성 니켈 집전체의 표면에 스프레이 등으로 분무하거나 또는 로울러 등으로 도포한 후 건조시켜서 전극을 제조하는 방법이다. 이러한 방법은 전술한 바와 같이 공정이 간단할 뿐 아니라 활물질의 고밀도화가 가능하고 전극의 대형화 및 고용량화가 가능하다.

특히, 니켈-수소 2차 전지에 있어서 전지의 용량은 양극의 용량에 의해 좌우되기 때문에 고용량의 양극을 제조하는 것이 전지의 용량을 극대화하는 결정적인 요인이 될 수 있다.

그러나, 활물질 성분들이 집전체에 고밀도로 충전이 된다하더라도 밀도가 서로 다른 성분들을 균일하게 분포시킬 수 없다면 고용량 양극의 잇점을 얻을 수 없음은 물론 극판의 이용율을 감소시키게 되는 단점이 있다.

따라서, 활물질 성분의 균일한 분포는 활물질의 이용율 및 전극 용량 향상에 있어 매우 중요하다. 그러나 활물질 중의 각 성분, 즉 수산화니켈 분말 및 도전제는 밀도가 서로 다르기 때문에 균일하게 분포시키기가 매우 어렵다. 특히, 전술한 바와 같이 대기압 하에서 활물질을 제조할 경우 혼합시 수분이 증발하므로 혼합효율이 떨어질 뿐 아니라, 혼합후 시간이 경과함에 따라 슬러리 중의 도전제가 이탈하여 도전제 층을 형성하거나 도전제 덩어리가 슬러리 상에 존재하게 되어 극판의 이용율도 급격하게 감소하게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 활물질의 성분을 균일하게 분산시킴으로써 활물질의 이용율이 개선된 고용량의 양극을 얻을 수 있는 니켈 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는, 수산화니켈 분말, 도전제 및 정제수를 3 내지 4기압 하에서 혼합하여 페이스트상의 활물질 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 활물질 슬러리를 다공성 니켈 집전체의 표면에 도포한 후 건조시키는 단계를 포함하는 니켈 전극의 제조방법에 의하여 이루어진다.

본 발명의 니켈 전극 제조방법에 있어서, 활물질 슬러리의 제조단계에서 상기 수산화니켈 분말 및 도전제 혼합 중량비는 90:10 내지 92:8의 범위에 있는 것이 바람직하며, 상기 도전제로는 금속 코발트 및/또는 산화코발트일 수 있다. 또한, 상기 활물질 슬러리는 본 발명의 분야에서 통상적으로 사용되는 PTFE와 같은 결합제 및/또는 CMC와 같은 증점제를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 다공성 니켈 집전체로는 통상 발포 니켈이나 니켈 펠트 등을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 활물질 슬러리의 도포는 스프레이 분무법 또는 로울러 분무법에 의해 실시될 수 있다.

본 발명의 니켈 전극 제조방법에 따라서 3 내지 4기압하에 양극 활물질 슬러리를 제조하면 수산화니켈 분말, 도전제 및 정제수의 혼합시 수분 증발을 현저하게 감소시키고 정제수와 활물질 성분의 입자 표면과의 친화성을 증대시키므로 혼합시 활물질의 수용효율이 향상되고 활물질의 분산성이 증대된다.

또한, 혼합후 시간이 경과하여도 활물질 성분간의 마찰력으로 인한 온도 상승 및 수분 증발, 그리고 이에 따른 활물질 슬러리의 점도 변화 및 혼합효율 저하 등과 같은 부작용을 막을 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법에 따라 제조된 니켈 전극은 고용량이며 활물질 이용율이 현저하게 높다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명할 것이나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

수산화니켈 분말 92g, 산화코발트 5g 및 코발트 3g을 혼합한 다음, 정제수 28g를 넣고 3기압 하에서 혼련하여 양극 활물질 슬러리를 제조하였다. 이어서, 로울러를 사용하여 상기 슬러리를 니켈 펠트상에 도포하여 니켈 전극을 제조하였다.

상기 제조된 니켈 전극을 2M KOH 전해액에서 0.2C로 150% 충전한 후, 0.2C로 방전하여 전압이 0.1V (기준전극: Hg/HgO 전극)가 되었을 때 종료하였고, 이로부터 전극의 용량을 측정한 결과, 니켈 전극의 용량은 286㎃h/g였다.

비교예

활물질 슬러리 제조시의 기압을 대기압으로 하는 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 니켈 전극을 제조한 다음, 이에 대하여 실시예 1에서와 동일한 방법으로 전극 용량을 평가하였다. 그 결과, 상기 니켈 전극의 용량은 260 ㎃h/g였다.

상기 실시예 및 비교예의 결과로부터, 활물질 슬러리 제조시 기압을 대기압 이상, 약 3 내지 4기압으로 높여줄 경우, 전극 용량이 증가하였음을 알 수 있다.

본 발명에 따른 니켈 전극의 제조방법에 의하면 활물질 슬러리 제조시 기압을 높여줌으로써 분산제로서 사용되는 정제수의 증발을 억제하고 정제수와 활물질 성분의 입자 표면과의 친화성을 증대시킴으로써 분산성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 고용량의 니켈 전극을 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 수산화니켈 분말, 도전제 및 정제수를 3 내지 4기압 하에서 혼합하여 페이스트상의 활물질 슬러리를 제조하는 단계; 및

   상기 활물질 슬러리를 다공성 니켈 집전체의 표면에 도포한 후 건조시키는 단계를 포함하는 니켈 전극의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 수산화니켈 분말 및 도전제 혼합 중량비가 90:10 내지 92:8인 것을 특징으로 하는 니켈 전극의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 도전제가 금속 코발트 또는 산화코발트로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 니켈 전극의 제조방법.