KR19980059339A - 니켈 계열 양극용 조성물 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
니켈 계열의 혼합 용액에 아연 계열 화합물을 첨가하고, 상기 혼합 용액을 전기 분해하여 블랙 니켈 파우더를 얻고, 상기 파우더를 니켈 계열 전지의 양극용 파우더에 첨가하는 공정으로 니켈 계열 전지의 니켈 계열 양극용 조성물을 제조한다. 상기한 바와 같이, 니켈 블랙 파우더를 양극용 파우더에 첨가하면, 극판에서 흡착되는 H2O량이 많아짐에 따라 전지를 충방전시 수소 이온의 확산 속도를 증가시켜 줄수 있다. 이에 따라, 이 극판을 이용하여 전지를 제조하는 경우, 전지의 이용률을 증가시킬 수 있고, 또한 전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
Description
[산업상 이용분야]
본 발명은 니켈 계열 양극용 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 고효율의 전지를 제조할 수 있는 니켈 계열 양극용 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
[종래기술]
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) 전지, 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.
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.
상기한 2차 전지중 니켈 계열 전지가 리사이클 기술이 가장 확립되어 있어 환경 보호 측면에서 우수하고, 다공체의 내알칼리성 기판에 페이스트 형태의 활물질을 충진하여 단위부피당의 충진량을 높임으로써 극판 용량의 증대가 가능하므로 전지의 고성능화가 가능하여 가장 많이 사용되고 있다.
현재 니켈 양극의 활물질로 주로 수산화니켈이 사용되고 있으며 이 물질의 충방전 반응으로 이용되는 β-Ni(OH)2↔ β-NiOOH의 가역과정은 반응과정중에 니켈의 산화상태(Ⅱ↔Ⅲ)의 변화가 1이므로 수산화니켈의 이론용량은 289mAh/g이다. 그러나 실제 충방전시(니켈의 산화-환원 반응시) 니켈의 산화상태가 +2.3에서 +3.0∼3.7 사이까지의 변화가 가능하며 이에 따라 용량은 200∼400mAh/g(이론 용량의 70-140%)까지도 가능하다.
이러한 가능성에도 불구하고 니켈의 높은 산화상태는 전지 및 전극 수명저하의 원인이 되며, 자기방전이 심하고 가역성이 떨어져서 실제 이용 가능한 용량은 250∼280mAh/g정도로 알려져 있다. 이러한 니켈양극에서 전극열화의 주된 요인은 전극팽윤으로 충전시 β-NiOOH의 저밀도 γ-NiOOH로의 변화과정에서 일어나는 것으로 알려져 있으며, 이러한 전극의 팽윤으로 인하여 활물질 탈락이 일어나고 도전성이 악화되어 전극의 수명 및 이용률이 급격히 떨어지게 된다. 이러한 저밀도 γ-NiOOH의 생성원인은 고밀도 수산화니켈의 치밀한 결정구조에 기인하는 것으로 알려져 있는데 이는 고밀도화에 따라 내부의 세공이 적으므로 전극반응시 수소이온의 이동이 원활하지 못하기 때문이다. 따라서 전극의 특성 개선을 위해서는 저밀도 γ-NiOOH의 생성을 방지하여야 한다.
이를 위하여 수산화니켈에 아연을 첨가하여 니켈의 일부를 이 원소가 치환하는 방법을 이용하고 있다. 이 방법은 원소들의 치환으로 격자의 변형을 발생시키고, 이에 따라 충방전시 수소 이온의 이동이 원활하게 되어 과전압이 낮아지므로 저밀도의 γ-NiOOH의 생성을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한 상기한 방법에 추가하여 강알칼리 용액에서 효과적인 도전망을 형성하는 코발트계 산화물 또는 기타 첨가제를 이용 활물질의 도전성을 개선하여 줌으로써 활물질의 이용률을 더욱 향상시키는 방법이 널리 이용되고 있다.
그러나 상기한 방법은 아연이 ZnO2의 산화물 형태로 변하므로, 아연이 양극용 활물질과 결합하여 양극의 팽창을 막는 역할을 충방전 싸이클이 진행되면서 그 역할을 다하지 못하는 문제점을 가진다. 또한 일정량 이상 첨가되면 오히려 공침의 효과가 떨어져 Zn 산화물로만 존재하게 되어 용량이 감소되는 문제점도 가지고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 양극의 팽창 현상을 감소시킬 수 있고, 전지의 충방전시 전자 이동 속도를 증가시켜 고효율 전지를 제조할 수 있는 니켈 계열 양극용 조성물 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 니켈 계열의 혼합 용액에 아연 계열 화합물을 첨가하고, 상기 혼합 용액을 전기 분해하여 블랙 니켈 파우더를 얻고, 상기 파우더를 니켈 계열 전지의 양극용 파우더에 첨가하는 공정을 포함하는 니켈 계열 전지의 니켈 계열 양극용 조성물의 제조 방법을 제공한다.
상기한 본 발명에 있어서, 상기 니켈 계열 혼합 용액은 니켈 설페이트(NiSO4·6H2O)와 니켈 설파메트(NiSO4(NH4)2SO4·6H2O)를 1 : 1∼2 중량비의 혼합 비율로 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제조 방법에 있어서, 상기 아연 계열 화합물은 ZnSO4, ZnCl2로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 전기 분해를 하는 전류의 세기는 50∼100mA/㎠인 것이 바람직하다.
상기한 발명에 있어서, 상기 니켈 계열 화합물과 아연 계열 화합물의 혼합 비율은 1 : 0.5∼1인 것이 바람직하고, 상기 블랙 니켈 파우더와 니켈 계열 양극용 파우더의 혼합 비율은 Ni(OH)2량에 대해서 3∼5 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 블랙 니켈 파우더, 양극용 파우더를 포함하는 니켈 계열 양극용 조성물을 제공한다.
[실시예]
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
니켈 설페이트(NiSO4) 5g과 니켈 설파메트(NiSO4(NH4)2SO4·6H2O) 5g 및 ZnSO45g으로 구성된 혼합용액을 50mA/㎠크기의 전류세기로 전기 분해하여 블랙 니켈 파우더(Ni(OH)2·ZnS)를 제조하였다. 상기 블랙 니켈 파우더 1.6g을 니켈 계열 전지의 32g의 (Ni(OH)2와 혼합하여 2㎝ × 3㎝ 크기의 양극 극판을 제조하였다. 이의 이론 용량은 102.56mAh이다.
(실시예 2)
니켈 설페이트 5g과 니켈 설파메트 10g 및 ZnCl25g으로 구성된 혼합 용액을 80mA/㎠ 크기의 전류세기로 전기 분해하여 블랙 니켈 파우더((Ni(OH)2·ZnS)를 제조하였다. 상기 블랙 니켈 파우더 1.6g을 32g의 Ni(OH)2와 혼합하여 2㎝ ×3㎝ 크기의 니켈 양극판을 제조하였다. 이의 이론 용량은 99.83mAh이다.
(비교예)
Zn(OH)21.6g을 Ni(OH)232g을 첨가하여 2㎝ ×3㎝ 크기의 니켈 양극판을 제조하였다. 이의 이론 용량은 101.62mAh이다.
상기한 실시예와 비교예의 방법으로 제조한 조성물을 이용하여 제조한 전지의 용량 및 전압을 측정하여 그 결과를 하기한 표 1에 나타내었다.
| 전극 용량(1C 충방전) | 이용율[%] | |
| 실 시 예 1 | 90.45 | 88.19 |
| 실 시 예 2 | 92.66 | 92.82 |
| 비 교 예 | 82.28 | 80.97 |
상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 니켈 블랙 파우더를 양극용 파우더에 첨가하여 제조한 조성물을 이용하여 극판을 제조하면, 극판에서 흡착되는 H2O량이 많아지게 된다. 따라서 이 극판을 이용하여 제조한 전지를 충방전시 수소 이온의 확산 속도를 증가시켜 줄수 있다. 이에 따라, 이 극판을 이용하여 전지를 제조하는 경우, 전지의 이용률을 증가시킬 수 있고, 또한 전지의 용량을 증가시킬 수 있다.
Claims (8)
- 니켈 계열의 혼합 용액에 아연 계열 화합물을 첨가하고, 상기 혼합물을 전기 분해하여 블랙 니켈 파우더를 얻고, 상기 파우더를 니켈 계열 전지의 양극용 파우더에 첨가하는 공정을 포함하는 니켈 계열 전지의 니켈 계열 양극용 조성물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 니켈 계열 혼합 용액은 니켈 설페이트와 니켈 설파메트를 포함하는 니켈 계열 양극용 조성물의 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 니켈 설페이트와 니켈 설파메트의 혼합 비율은 1 : 1∼2 중량비인 니켈 계열 양극용 조성물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 아연 계열 화합물은 ZnSO4, ZnCl2로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 것인 니켈 계열 양극용 조성물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전기 분해를 하는 전류의 세기는 50∼100mA/㎠인 것인 니켈 계열 양극용 조성물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 니켈 계열 화합물과 아연 계열 화합물의 혼합 비율은 1 : 0.5∼1인 니켈 계열 양극용 조성물의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 블랙 니켈 파우더와 니켈 계열 음극용 파우더의 혼합 비율은 Ni(OH)2에 대해서 3∼5 중량%인 니켈 계열 양극용 조성물의 제조 방법.
- 블랙 니켈 파우더, 양극용 파우더를 포함하는 니켈 계열 양극용 조성물.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1019960078677A KR19980059339A (ko) | 1996-12-31 | 1996-12-31 | 니켈 계열 양극용 조성물 및 이의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1019960078677A KR19980059339A (ko) | 1996-12-31 | 1996-12-31 | 니켈 계열 양극용 조성물 및 이의 제조 방법 |
Publications (1)
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| KR19980059339A true KR19980059339A (ko) | 1998-10-07 |
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Country Status (1)
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| KR (1) | KR19980059339A (ko) |
-
1996
- 1996-12-31 KR KR1019960078677A patent/KR19980059339A/ko not_active Application Discontinuation
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