KR19980059079A - Activation method of active material for positive electrode - Google Patents

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박준형
강순선
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손욱
삼성전관 주식회사
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Abstract

양극판, 음극판, 전해액으로 전지를 제조한 후, 고온 분위기하에서 펄스 전류를 공급하는 공정을 포함하는 전지의 활성화 방법 전지의 활성화 방법은 펄스 전류를 이용하므로 펄스-온 시간에 높은 전류를 가해 얇고 치밀한 도금층을 얻음으로써 접촉 저항의 감소와 전기전도도를 높여 주어 우수한 전도성의 도금층을 얻을 수 있으며, 얻고자 하는 도금층의 성질을 효과적으로 얻을 수 있고, 또한, 펄스-온 시간에 발생되는 농도 분극 현상을 펄스-오프 시간에 반응종의 확산을 통해 제어해줌으로써 원하고자 하는 반응을 선택적으로 일어나게 할 수 있는 장점이 있다.Method of Activation of a Battery Including a Process of Supplying a Pulse Current in a High Temperature Atmosphere After Producing a Battery by a Positive Plate, a Negative Plate, and an Electrolyte The battery activation method uses a pulse current, and thus a thin and dense plating layer is applied by applying a high current at a pulse-on time. By lowering the contact resistance and increasing the electrical conductivity, it is possible to obtain a plating layer of excellent conductivity, effectively obtain the properties of the plating layer to be obtained, and also to pulse-off the concentration polarization phenomenon generated during the pulse-on time By controlling the diffusion of reactive species in time, there is an advantage that can selectively occur the desired reaction.

또한 Co 첨가제의 이용율을 높여 적은 양을 첨가하고서도 효율을 높일 수 있어 고용량 전지 제작에 있어 효과적으로 활용할 수 있다.In addition, the efficiency of the Co additive can be increased by adding a small amount to increase the utilization, and thus can be effectively utilized in manufacturing a high capacity battery.

Description

양극용 활물질 활성화 방법Activation method of active material for positive electrode

[종래 기술][Prior art]

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.Recently, with the trend toward miniaturization and lightening of new portable electronic devices such as camera-integrated VTRs, audio, laptop personal computers, portable telephones, and the like, there is a need for a technology for increasing the performance and capacity of batteries used as power sources for these devices. In particular, efforts are being made to develop technologies that reduce manufacturing costs of these batteries, particularly in economic terms. In general, batteries include primary batteries used for single use, such as manganese batteries, alkaline batteries, mercury batteries, and silver oxide batteries, Ni-MH (nickel-metal hydride) batteries using lead-acid batteries, and metal hydrides as negative active materials, and sealed nickel. Rechargeable batteries such as cadmium and lithium-metal batteries, lithium-ion batteries (LIB: Lithium Ion Battery), lithium-ion batteries such as Lithium Polymer Battery (LPB), and the like; It can be divided into fuel cell, solar cell and the like.

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.Among them, primary batteries have a small capacity, short lifespan, and cannot be recycled, causing environmental pollution. On the other hand, secondary batteries can be recharged and used for a long time, and voltage is much higher than that of primary batteries. It is excellent in terms of efficiency and efficiency, and generates less waste, which is also excellent in environmental protection.

상기한 2차 전지중 니켈 계열 전지가 리사이클이 기술이 가장 확립되어 있어 환경 보호 측면에서도 우수하고, 전지의 고성능화가 가능하여 가장 많이 사용되고 있다.Among the secondary batteries described above, nickel-based batteries are most frequently used because they have the most established recycling technology, which is excellent in environmental protection, and enables high performance of the batteries.

Ni-MH 이차 전지에서 양극으로 사용되는 Ni 전극은 충방전 과정동안 하기 반응식(Ⅰ)과 같은 산화 환원 과정을 거쳐 변화하게 된다.The Ni electrode used as the positive electrode in the Ni-MH secondary battery is changed through a redox process as shown in the following Reaction Formula (I) during the charge and discharge process.

Ni(OH)2+ OH-↔ NiOOH + H2O + e----- (Ⅰ) Ni (OH) 2 + OH - ↔ NiOOH + H 2 O + e - ---- (Ⅰ)

이러한 충방전 과정에서 NiOOH는 전도성이 높은 반면에 Ni(OH)2는 전도성이 좋지 못하기 때문에 충전시 상기 반응식(Ⅰ) 과정에서 오버포텐셜(overpotential)이 크게 발생되어 산소가스가 초기에 발생된다. 이로 인해 양극 활물질의 이용율을 감소시켜 전지의 용량이 감소되며 산소 가스의 발생으로 인하여 음극이 산화되어 열화되는 문제점이 있다.In the charging and discharging process, NiOOH has high conductivity while Ni (OH) 2 does not have good conductivity, so the overpotential is largely generated in the reaction scheme (I) during charging to generate oxygen gas initially. As a result, the capacity of the battery is reduced by reducing the utilization rate of the positive electrode active material, and there is a problem in that the negative electrode is oxidized and deteriorated due to the generation of oxygen gas.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 니켈 계열 전지의 양극을 제조하기 위한 조성물에 도전제인 코발트 화합물(Co, CoO, CoOOH, Co2O3, Co3O4)을 첨가한 양극 활물질 조성물이 사용되고 있다. 이와 같이 코발트 화합물과 활물질인 Ni(OH)2를 혼합하여 슬러리를 제조한 후 니켈 폼(foam)에 충진하여 전극을 만들거나, 활물질과 Co 화합물을 KOH 용액과 혼합하여 Co(OH)2의 형태로 활물질 주위에 형성시켜 Co 화합물의 분산도를 높이는 방법을 통해 전극을 제조하였다. 첨가된 코발트는 전지의 초충전 초기에 하기 반응식(Ⅱ)와 같이 전기 화학적으로 산화하여 니켈하이드록사이드 표면에 전도성 물질인 코발트옥시하이드라이드(CoOOH)로 산화된다.In order to solve this problem, a positive electrode active material composition in which a cobalt compound (Co, CoO, CoOOH, Co 2 O 3 , Co 3 O 4 ), which is a conductive agent, is added to a composition for manufacturing a positive electrode of a nickel-based battery, is used. Thus, a slurry is prepared by mixing a cobalt compound and Ni (OH) 2 as an active material, followed by filling in a nickel foam to form an electrode, or mixing an active material and a Co compound with a KOH solution to form a Co (OH) 2 . The electrode was prepared by forming a circumference around the active material to increase the dispersibility of the Co compound. The added cobalt is electrochemically oxidized at the initial stage of supercharging of the cell to form cobaltoxyhydride (CoOOH), which is a conductive material on the surface of nickel hydroxide, as shown in the following scheme (II).

Co(OH)2+ OH-↔ CoOOH + H2O + e------ (Ⅱ) Co (OH) 2 + OH - ↔ CoOOH + H 2 O + e - ----- (Ⅱ)

상기한 방법으로 제조한 전극을 정전류 충전 방식에 의하여 전지를 활성화하였다.The electrode produced by the above method was activated by a constant current charging method.

이와 같이 정전류를 이용하여 전지를 활성화하는 방법으로는, 고전류를 이용하는 경우와 정전류를 이용하는 방법이 있다. 고전류, 즉 밀도가 높은 전류로 전지를 활성화할 경우에는 핵생성 사이트를 많이 형성시켜 성장시켜 나갈 수 있어서 활물질인 Ni(OH)2주위에 도금되는 CoOOH 층이 치밀하게 형성되는 장점이 있으나 충전이 시작되면 빠른 시간내에 과전압이 증가되어 Ni(OH)2가 NiOOH로 산화되는 전위에 이르게 되기 때문에 CoOOH와 NiOOH의 형성이 바람직하게 이루어지지 않는 단점이 있다.As described above, as a method of activating a battery by using a constant current, there are a case of using a high current and a method of using a constant current. When activating the battery with high current, that is, high density, the nucleation site can be formed and grown so that the CoOOH layer plated around the active material Ni (OH) 2 can be densely formed. If the overvoltage is increased quickly to reach a potential at which Ni (OH) 2 is oxidized to NiOOH, the formation of CoOOH and NiOOH is not preferable.

이런 문제점 때문에, 종래의 대부분의 경우에는 0.1C의 낮은 전류로 충전하였는데 이럴 경우 CoOOH가 형성된 후 NiOOH가 형성되는 장점은 있으나 저전류 충전으로 인하여 CoOOH의 도전층이 두껍고 엉성하게 형성되는 문제점이 있다. 또한 활성화 시간이 길어져서 공정상의 어려움이 있다.Because of this problem, in the past, in most cases, it was charged with a low current of 0.1C. In this case, there is an advantage in that NiOOH is formed after CoOOH is formed. In addition, the activation time is long, there is a process difficulty.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 도전제가 치밀하게 코팅된 활물질을 형성할 수 있으며, 전극의 활성화를 쉽게 할 수 있고, 고용량의 전지를 제조할 수 있는 전지의 활성화 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to form an active material coated with a conductive agent, it is easy to activate the electrode, the activation of a battery that can manufacture a high capacity battery To provide a way.

도 1은 본 발명의 방법에 따라 전지를 고온 분위기하에서 전류 대 시간 그래프로 나타낸 펄스 전류를 이용하여 활성화한 후 양극용 활물질을 개략적으로 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing an active material for a positive electrode after activating a battery using a pulse current represented by a current versus time graph under a high temperature atmosphere according to the method of the present invention.

도 2는 종래의 방법에 따라 전지를 전류 대 시간 그래프로 나타낸 정전류를 이용하여 활성화한 후 양극용 활물질을 개략적으로 나타낸 단면도.2 is a cross-sectional view schematically showing an active material for a positive electrode after activating a battery using a constant current represented by a current versus time graph according to a conventional method.

도 3은 본 발명의 방법에 따라 고온 분위기하에서 활성화한 음극 활물질을 게략적으로 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view schematically showing a negative electrode active material activated in a high temperature atmosphere according to the method of the present invention.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양극판, 음극판, 전해액으로 전지를 제조한 후 고온 분위기하에서 펄스 전류를 공급하는 공정을 포함하는 전지의 활성화 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for activating a battery comprising the step of supplying a pulse current in a high-temperature atmosphere after the battery is prepared by a positive electrode plate, a negative electrode plate, an electrolyte solution.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 고온 분위기의 온도는 20∼80℃인 것이 바람직하다.In this invention mentioned above, it is preferable that the temperature of the said high temperature atmosphere is 20-80 degreeC.

또한 상기한 본 발명에 있어서, 상기 펄스 전류의 펄스-온 시간과 펄스-오프 시간은 10msec∼100msec인 것이 바람직하다.In the present invention described above, the pulse-on time and the pulse-off time of the pulse current are preferably 10 msec to 100 msec.

[실시예]EXAMPLE

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples and comparative examples of the present invention are described. However, the following examples are only one preferred embodiment of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

(실시예 1)(Example 1)

세퍼레이터의 양면에 권취축을 중심으로 양극판과 음극판을 배치하고, 상기 양극판, 음극판, 세퍼레이터를 권취축을 중심으로 권취하여 캔에 수납하고 전해액을 주입한 후 포메이션하고 어셈블리하여 전지를 제조하였다. 이 전지에 20∼80℃도 분위기하에서 전류를 10msec동안 공급한 후(펄스-온 시간), 10msec동안 차단하는(펄스-오프 시간) 펄스 전류를 이용하여 활성화하였다.On both sides of the separator, a positive electrode plate and a negative electrode plate were disposed around the winding shaft, and the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator were wound around the winding shaft, stored in a can, an electrolyte solution was injected, and then formed and assembled to manufacture a battery. The cell was supplied with a current of 10 msec (pulse-on time) in a 20-80 ° C. atmosphere, and then activated using a pulse current that cuts off for 10 msec (pulse-off time).

(실시예 2)(Example 2)

세퍼레이터의 양면에 권취축을 중심으로 양극판과 음극판을 배치하고, 상기 양극판, 음극판, 세퍼레이터를 권취축을 중심으로 권취하여 캔에 수납하고 전해액을 주입한 후 포메이션하고 어셈블리하여 전지를 제조하였다. 이 전지에 20∼80℃ 온도 분위기하에서 전류를 100msec동안 공급한 후(펄스-온 시간), 100msec동안 차단하는(펄스-오프 시간) 펄스 전류를 이용하여 활성화하였다.On both sides of the separator, a positive electrode plate and a negative electrode plate were disposed around the winding shaft, and the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator were wound around the winding shaft, stored in a can, an electrolyte solution was injected, and then formed and assembled to manufacture a battery. The cell was supplied with a current for 100 msec (pulse-on time) under a 20-80 ° C. temperature atmosphere, and then activated using a pulse current that cuts off for 100 msec (pulse-off time).

(비교예)(Comparative Example)

세퍼레이터의 양면에 권취축을 중심으로 양극판과 음극판을 배치하고, 상기 양극판, 음극판, 세퍼레이터를 권취축을 중심으로 권취하여 캔에 수납하고 전해액을 주입한 후 포메이션하고 어셈블리하여 전지를 제조하였다. 이 전지에 전류를 공급하여 활성화하였다.On both sides of the separator, a positive electrode plate and a negative electrode plate were disposed around the winding shaft, and the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator were wound around the winding shaft, stored in a can, an electrolyte solution was injected, and then formed and assembled to manufacture a battery. The battery was energized and activated.

본 발명에서와 같이 펄스 전류를 이용하면 펄스-온 시간에 높은 전류를 가해 얇고 치밀한 도금층을 얻음으로써 접촉 저항의 감소와 전기전도도를 높여 주어 우수한 전도성의 도금층을 얻을 수 있으며, 얻고자 하는 도금층의 성질을 효과적으로 얻을 수 있고, 또한, 펄스-온 시간에 발생되는 농도 분극 현상을 펄스-오프 시간에 반응종의 확산을 통해 제어해줌으로써 원하고자 하는 반응을 선택적으로 일어나게 할 수 있는 장점이 있다.By using a pulse current as in the present invention, by applying a high current in the pulse-on time to obtain a thin and dense plated layer, it is possible to obtain a plated layer having excellent conductivity by reducing the contact resistance and increasing the electric conductivity. It can be effectively obtained, and also by controlling the concentration polarization phenomenon generated in the pulse-on time through the diffusion of the reactive species in the pulse-off time there is an advantage that can selectively occur the desired reaction.

또한 Co 첨가제의 이용율을 높여 적은 양을 첨가하고서도 효율을 높일 수 있어 고용량 전지 제작에 있어 효과적으로 활용할 수 있으며 고온 분위기하에서 펄스 충전을 실시하여 별도의 화성조건을 생략할 수 있으며 음극의 활성도를 크게 할 수 있다.In addition, the efficiency of Co additives can be increased to increase the efficiency even with the addition of a small amount, so it can be effectively utilized in the manufacture of high capacity batteries, and the pulse charging can be omitted in a high temperature atmosphere to omit separate chemical conditions and increase the activity of the negative electrode. have.

Claims (3)

양극판, 음극판, 전해액으로 전지를 제조한 후 고온 분위기하에서 펄스 전류를 공급하는 공정을 포함하는 전지의 활성화 방법.A method of activating a battery comprising the step of manufacturing a battery with a positive electrode plate, a negative electrode plate, and an electrolyte solution, and then supplying a pulse current under a high temperature atmosphere. 제 1 항에 있어서, 상기 고온 분위기의 온도는 20∼80℃인 전지의 활성화 방법.The method of activating a battery according to claim 1, wherein the temperature of the high temperature atmosphere is 20 to 80 ° C. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스 전류의 펄스-온 시간과 펄스-오프 시간은 10msec∼100msec인 전지의 활성화 방법.The method of claim 1, wherein the pulse-on time and pulse-off time of the pulse current are 10 msec to 100 msec.
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