KR19980059088A - Manufacturing method of active material composition for battery electrode plate - Google Patents

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최수석
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손영배
김진수
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손욱
삼성전관 주식회사
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Abstract

도전제와 불소 카본 용액을 혼합하고, 상기 혼합물, 증점제, 결착제를 혼합하고 교반하는 공정으로 제조되는 전지 극판용 활물질 조성물은 도전제의 분산력을 증대시킬 수 있고, 도전제의 효율을 증대시킬 수 있어 전체적으로 도전제의 투입량을 감소시킬 수 있다. 따라서 음극의 단위 부피당 용량을 증대시키는 효과가 있다.The active material composition for a battery electrode plate prepared by mixing a conductive agent and a fluorocarbon solution, and mixing and stirring the mixture, a thickener and a binder can increase the dispersing force of the conductive agent and increase the efficiency of the conductive agent. Therefore, the input amount of the conductive agent can be reduced as a whole. Therefore, there is an effect of increasing the capacity per unit volume of the negative electrode.

Description

전지 극판용 활물질 조성물의 제조 방법Manufacturing method of active material composition for battery electrode plate

[산업상 이용 분야][Industrial use]

본 발명은 전지 극판용 활물질 조성물의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 고용량의 전지를 제조할 수 있는 전지 극판용 활물질 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the manufacturing method of the active material composition for battery pole plates, and it is related with the manufacturing method of the active material composition for battery pole plates which can manufacture a high capacity battery in detail.

[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, 알칼리 전지, 수은 전지, 산화은 전지 등과 같이 일회용으로 사용하는 1차 전지와 납축전지, 금속수소화물을 음극 활물질로 하는 Ni-MH(니켈-메탈하이드라이드) 전지와, 밀폐형 니켈-카드뮴 전지 및 리튬-금속 전지, 리튬-이온 전지(LIB: Lithium Ion Battery), 리튬-폴리머 전지(LPB: Lithium Polymer Battery)와 같은 리튬군 전지 등과 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. Generally, batteries include primary cells 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 types. Rechargeable batteries such as nickel-cadmium batteries and lithium-metal batteries, lithium-ion batteries (LIB: Lithium Ion Battery), lithium group 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 리사이클 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 used because they have the most established recycling technology and are excellent in environmental protection, and are capable of high performance of batteries.

상기한 니켈 계열 전지의 극판은 활물질을 집전체에 부착시켜 제조한다. 활물질을 집전체에 부착시키기 위해서는 증점제와 결착제가 투입된 일정한 점도를 지닌 슬러리를 제조하여야 한다. 또한, 투입된 증점제와 결착제가 부도체이므로 극판의 전도성 및 합금의 이용율을 높이기 위해서는 도전제도 함께 투입되어야 한다. 따라서, 상기한 니켈 계열 전지의 음극용 슬러리는 도전제로 금속 분말 또는 탄소 화합물 분말을 일정량의 합금과 결착제 및 증점제와 함께 물로 교반하여 일정한 점도의 슬러리를 제조하여 사용하여 왔다. 그러나 도전제로 첨가되는 탄소 가루를 슬러리 중에 고루 분산시키기가 어려워 전지 성능에 필요한 양보다 많은 양의 탄소를 첨가하여야 하는 문제점이 있었다.The electrode plate of the nickel-based battery is manufactured by attaching an active material to a current collector. In order to attach the active material to the current collector, a slurry having a constant viscosity to which a thickener and a binder are added should be prepared. In addition, since the added thickener and the binder are insulators, the conductive agent must be added together to increase the conductivity of the electrode plate and the utilization rate of the alloy. Therefore, the slurry for the negative electrode of the nickel-based battery has been used to prepare a slurry having a constant viscosity by stirring a metal powder or carbon compound powder with water with a predetermined amount of alloy, binder and thickener as a conductive agent. However, since it is difficult to evenly disperse the carbon powder added as the conductive agent in the slurry, there is a problem in that a larger amount of carbon is required than the amount required for battery performance.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 도전제를 고루 분산시킬 수 있어 도전제의 함량을 줄일 수 있고, 고용량의 전지를 제조할 수 있는 니켈 계열 전지의 음극용 조성물의 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to disperse the conductive agent evenly can reduce the content of the conductive agent, the composition for the negative electrode of the nickel-based battery that can manufacture a battery of high capacity It is to provide a method for producing.

[과제를 해결하기 위한 수단][Means for solving the problem]

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 도전제와 불소 카본 용액을 혼합하고 상기 혼합물 200∼1000 중량부, 증점제 0.1∼0.7 중량부, 결착제 0.1∼1 중량부 및 합금 100 중량부를 혼합하고 교반하는 공정을 포함하는 전지 극판용 활물질 조성물의 제조 방법을 제공한다. 상기 제조 방법에 있어서, 혼합물을 400∼800 중량부로, 증점제는 0.2∼0.3 중량부로, 결착제는 0.6∼0.8 중량부로 혼합하는 것이 더욱 바람직하다.In order to achieve the above object, the present invention is to mix the conductive agent and the fluorine carbon solution and 200 to 1000 parts by weight of the mixture, 0.1 to 0.7 parts by weight of the thickener, 0.1 to 1 parts by weight of the binder and 100 parts by weight of the alloy It provides the manufacturing method of the active material composition for battery electrode plates containing the process of stirring. In the above production method, it is more preferable to mix the mixture at 400 to 800 parts by weight, the thickener to 0.2 to 0.3 part by weight, and the binder to 0.6 to 0.8 part by weight.

또한, 불소 카본 용액에 분산시킨 전지 극판용 도전제를 역시 제공한다.Moreover, the electrically conductive agent for battery pole plates disperse | distributed to the fluorocarbon solution is also provided.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 도전제는 캐첸 블랙, 카본 블랙 및 그라파이트로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 탄소 화합물인 것이 바람직하다.In the present invention described above, the conductive agent is preferably a carbon compound selected from the group consisting of Caten black, carbon black and graphite.

본 발명에 있어서, 상기 불소 카본은 C3F8, C4F10, C5F12, C5F11NO, C6F14, C7F16, C8F18, CCl3F, CCl2F2, C2F3Cl2, C2Cl3F4및 C2ClF5로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것이 바람직하며, 특히 C6F14, C7F16및 C8F18로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것이 더욱 바람직하다.In the present invention, the fluorine carbon is C 3 F 8 , C 4 F 10 , C 5 F 12 , C 5 F 11 NO, C 6 F 14 , C 7 F 16 , C 8 F 18 , CCl 3 F, CCl It is preferably selected from the group consisting of 2 F 2 , C 2 F 3 Cl 2 , C 2 Cl 3 F 4 and C 2 ClF 5 , in particular the group consisting of C 6 F 14 , C 7 F 16 and C 8 F 18 It is more preferable to select from among.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 불소 카본 용액은 0.01∼5 중량% 수용액을 사용하는 것이 바람직하며, 0.01∼0.02 중량% 수용액을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.In the present invention described above, it is preferable to use an aqueous solution of 0.01 to 5% by weight, more preferably 0.01 to 0.02% by weight of the fluorine carbon solution.

[실시예]EXAMPLE

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 니켈-수소 전지를 예로 들어 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 by taking a nickel-hydrogen battery as an example. 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)

캐첸 블랙(Ketjen Black) 0.2g을 불소 카본(perfluoro carbon) 용액에 분산시켰다. 이어서, 수소 저장 합금 100g에 증점제로 카르복시메틸셀룰로즈 0.2g, 도전제로 상기 분산액 600㎖을 교반하여 음극용 조성물을 제조한 후, 불소 카본 용액을 건조시켰다. 이어서 물 16㎖와 함께 결착제로 SBR 0.8g을 투입하고 교반하여 음극 슬러리를 제조하였다.0.2 g of Catjen Black was dispersed in a perfluoro carbon solution. Subsequently, 0.2 g of carboxymethylcellulose was added to 100 g of hydrogen storage alloy as a thickener and 600 ml of the dispersion was stirred with a conductive agent to prepare a negative electrode composition, and the fluorine carbon solution was dried. Subsequently, 0.8 g of SBR was added to the binder together with 16 ml of water, followed by stirring to prepare a negative electrode slurry.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

수소 저장 합금 100g에 결착제로 SBR 0.8g, 증점제로 카르복시메틸셀룰로즈 0.2g, 도전제로 캐첸 블랙(Ketjen Black) 0.7g을 물 16㎖에 첨가하고 교반하여 음극용 조성물을 제조하였다.To 100 g of hydrogen storage alloy, 0.8 g of SBR as a binder, 0.2 g of carboxymethylcellulose as a thickener, and 0.7 g of Ketjen Black as a conductive agent were added to 16 ml of water and stirred to prepare a composition for a negative electrode.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

수소 저장 합금 100g에 결착제로 SBR 1g, 증점제로 카르복시메틸셀룰로즈 0.2g, 도전제로 캐챈 블랙 0.2g을 물 16㎖에 첨가하고 교반하여 음극용 조성물을 제조하였다.To 100 g of hydrogen storage alloy, 1 g of SBR as a binder, 0.2 g of carboxymethylcellulose as a thickener, and 0.2 g of blackened black as a conductive agent were added to 16 ml of water and stirred to prepare a negative electrode composition.

상기한 실시예와 비교예의 방법으로 제조한 음극용 조성물을 이용하여 원통형 4/5A, 1800mAh 전지를 제조하였다. 이 전지의 도전제 투입량, 단위부피당 용량, 내부 저항을 측정하여 그 결과를 하기한 표 1에 나타내었다.A cylindrical 4 / 5A, 1800 mAh battery was prepared using the composition for negative electrodes prepared by the above-described examples and comparative examples. The amount of conductive agent input, capacity per unit volume, and internal resistance of the battery were measured, and the results are shown in Table 1 below.

도전제 투입량[%]Conductive Agent Input [%] 이용률[%]Utilization [%] 실시예 1Example 1 0.20.2 110110 비교예 1Comparative Example 1 0.70.7 110110 비교예 2Comparative Example 2 0.20.2 9898

본 발명은 도전제로 사용하는 탄소 화합물을 불소 카본 용액에 미리 분산시켜 도전제의 분산력을 좋게 해서 투입되는 도전제의 양을 줄여 결과적으로 음극의 ㏄당 용량을 증가시킬 수 있다.According to the present invention, the carbon compound used as the conductive agent is dispersed in the fluorine carbon solution in advance to improve the dispersing power of the conductive agent, thereby reducing the amount of the conductive agent to be added, and consequently, the capacity per square of the negative electrode can be increased.

본 발명에서 사용한 불소 카본 용액은 전지 반응에 전혀 관여하지 않는 안정된 물질이므로 전기 화학적 반응에 참여하지 않으며, 또한 표면장력이 대부분 10dyne/㎝로 상당히 낮아 도전제인 탄소 화합물을 투입시 즉시 분산시킬 수 있는 능력이 있고, 휘발성이 좋아 슬러리에 투입 후 교반 중에 모두 휘발되어 날아가 버리므로 전지에 부가적인 효과를 전혀 주지 않는다. 따라서 투입되는 도전제의 효율이 좋아지므로 전체적으로 도전제의 투입량을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 음극의 단위 부피당 용량 증대 효과가 있다.Since the fluorine carbon solution used in the present invention is a stable material that does not participate in the battery reaction at all, it does not participate in the electrochemical reaction, and the surface tension is mostly 10 dyne / cm, which is considerably low. It has a high volatility, and after being added to the slurry, all of them are volatilized and blown off during stirring, which does not give any additional effect to the battery. Therefore, since the efficiency of the conductive agent to be introduced is improved, it is possible to reduce the amount of the conductive agent as a whole. Accordingly, there is an effect of increasing the capacity per unit volume of the negative electrode.

본 발명의 전지 극판용 활물질 조성물의 제조 방법은 니켈-수소 전지 뿐만 아니라, 망간 전지 등의 1차 전지와 니켈 계열 전지, 리튬 계열 전지 등의 2차 전지, 연료 전지, 태양 전지 등의 모든 전지에 적용할 수 있다.The production method of the active material composition for a battery pole plate of the present invention is not only a nickel-hydrogen battery, but also a secondary battery such as a manganese battery, a secondary battery such as a nickel-based battery, a lithium-based battery, a fuel cell, a solar cell, and the like. Applicable

Claims (10)

도전제와 불소 카본 용액을 혼합하고 상기 혼합물 200∼1000 중량부, 증점제 0.1∼0.7 중량부, 결착제 0.1∼1 중량부 및 합금 100 중량부를 혼합하고 교반하는 공정을 포함하는 전지 극판용 활물질 조성물의 제조 방법.Mixing the conductive agent and the fluorocarbon solution, and mixing and stirring the mixture 200 to 1000 parts by weight, the thickener 0.1 to 0.7 parts by weight, the binder 0.1 to 1 part by weight and the alloy 100 parts by weight of the active material composition Manufacturing method. 제 1 항에 있어서, 상기 도전제는 탄소 화합물인 전지 극판용 활물질 조성물의 제조 방법.The method for producing an active material composition for a battery electrode plate according to claim 1, wherein the conductive agent is a carbon compound. 제 2 항에 있어서, 상기 탄소 화합물은 캐첸 블랙, 카본 블랙 및 그라파이트로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것인 전지 극판용 활물질 조성물의 제조 방법.The method of claim 2, wherein the carbon compound is selected from the group consisting of Caten black, carbon black, and graphite. 제 1 항에 있어서, 상기 불소 카본은 C3F8, C4F10, C5F12, C5F11NO, C6F14, C7F16, C8F18, CCl3F, CCl2F2, C2F3Cl2, C2Cl3F4및 C2ClF5로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것인 전지 극판용 활물질 조성물의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the fluorine carbon is C 3 F 8 , C 4 F 10 , C 5 F 12 , C 5 F 11 NO, C 6 F 14 , C 7 F 16 , C 8 F 18 , CCl 3 F, A method for producing an active material composition for a battery electrode plate, which is selected from the group consisting of CCl 2 F 2 , C 2 F 3 Cl 2 , C 2 Cl 3 F 4, and C 2 ClF 5 . 제 4 항에 있어서, 상기 불소 카본은 C6F14, C7F16및 C8F18로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것인 전지 극판용 활물질 조성물의 제조 방법.The method of claim 4, wherein the fluorine carbon is selected from the group consisting of C 6 F 14 , C 7 F 16, and C 8 F 18 . 제 1 항에 있어서, 상기 불소 카본 용액은 0.01∼5 중량% 수용액인 니켈 계열 전지의 음극용 조성물의 제조 방법.The method of claim 1, wherein the fluorine carbon solution is a 0.01-5% by weight aqueous solution. 불소 카본 용액에 분산시킨 전지 극판용 도전제.A conductive agent for battery electrode plates dispersed in a fluorine carbon solution. 제 7 항에 있어서, 상기 불소 카본은 C3F8, C4F10, C5F12, C5F11NO, C6F14, C7F16, C8F18, CCl3F, CCl2F2, C2F3Cl2, C2Cl3F4및 C2ClF5로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것인 전지 극판용 도전제.The method of claim 7, wherein the fluorine carbon is C 3 F 8 , C 4 F 10 , C 5 F 12 , C 5 F 11 NO, C 6 F 14 , C 7 F 16 , C 8 F 18 , CCl 3 F, CCl 2 F 2 , C 2 F 3 Cl 2 , C 2 Cl 3 F 4 And C 2 ClF 5 It is selected from the group consisting of conductive agents for battery electrode plates. 제 8 항에 있어서, 상기 불소 카본은 C6F14, C7F16및 C8F18로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것인 전지 극판용 도전제.The conductive agent for a battery pole plate according to claim 8, wherein the fluorine carbon is selected from the group consisting of C 6 F 14 , C 7 F 16, and C 8 F 18 . 제 1 항에 있어서, 상기 불소 카본 용액은 0.01∼5 중량% 수용액인 전지 극판용 도전제.The conductive agent for a battery electrode plate according to claim 1, wherein the fluorine carbon solution is 0.01 to 5 wt% aqueous solution.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8945433B2 (en) 2010-04-30 2015-02-03 Samsung Sdi Co., Ltd. Conductive agent, positive electrode slurry composition for lithium secondary battery including the conductive agent, and lithium secondary battery including the conductive agent

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