KR19980059344A - 전지의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

전극의 양극과 음극의 단락을 방지하기 위하여 삽입되는 세퍼레이터는 전지의 캔 내에 많은 공간을 차지하고 소수성의 재질로 제조되어 전지 내에 전해액 주입양이 줄고 전지 내부 공간이 감소하여 전지의 용량 및 수명을 감소시키는 문제점을 해결하기 위하여 전해액에 침전 및 건조시킨 전해액이 함습된 세퍼레이터를 전지에 사용함으로써 전해액량을 증가시키고 전지의 수명을 증가시킨 전지의 제조방법에 관한 것이다.

Description

전지의 제조방법
[산업상 이용분야]
본 발명은 전지의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전해액이 함습된 세퍼레이터를 전지에 사용함으로써 전해액량을 증가시켜 전지의 수명이 증가된 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
[종래 기술]
카메라, 캠코더, 휴대용 CD 플레이어, 휴대용 라디오/녹음재생기, 노트북, 컴퓨터, 무선 호출기 또는 휴대용 전화기 등의 각종 휴대용 전자 기기의 보급이 활발해지면서 이들의 작동에 소요되는 전지에 대하여 고용량화 및 장수명화 특성이 요구되고 있다.
일반적으로 전지라고 하는 것은 적당한 물질간의 접촉 전위 차이를 이용하여 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 것으로서, 그 종류는 매우 다양하다. 전지를 기술적으로 분류하면, 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 방전만이 행하여지는 1차 전지, 방전과 충전을 반복할 수 있는 2차 전지, 탄화 수소류의 연소 열을 그대로 전기에너지로 변환시키는 연료 전지 그리고 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지 등으로 분류할 수 있다. 또 전해액의 구성에 따라 알칼리 전지, 고체 전해질 전지, 및 비수용액 전지 등으로 분류할 수 있으며, 전지의 외관에 따라, 원통형 전지, 단추형 전지, 코인형 전지로 구분할 수 있다.
이중 원통형(Jelly-Roll type) 구조를 갖는 전지는 양극과 음극, 그리고 이들의 단락을 방지하기 위한 세퍼레이터와, 전해질 그리고 양극 단자 및 음극 단자로 이루어져 있는 전류를 방출하는 전지이다. 이들의 보다 상세한 구조를 니켈 수소 전지를 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 원통형 니켈 수소 전지는 Ni(OH)2를 양극 활물질을 도포한 양극판과 LaNi5, MmNi5, Ti-Fe 또는 Ti-Ni 합금 등을 주성분으로 하는 음극 활물질을 도포한 수소 저장 합금인 음극판과 상기 양극판과 음극판의 단락을 방지하기 위하여 부직포 및 셀로판테이프로 등으로 이루어진 세퍼레이터와 이들의 단자로서 양극 단자인 캡과 음극 단자이면서 수납 장치 역할을 하는 케이스를 포함하고 있으며, 이외에 안전변, 봉구판, 절연링, 절연판을 갖고 있다.
이와 같은 원통형 니켈 수소 전지의 제조방법은 다음과 같다. 먼저 양극 활물질 슬러리를 금속지지체 상에 도포, 건조 그리고 압연하여 양극판을 제조하고, 음극 활물질 슬러리를 금속지지체 상에 도포, 건조 그리고 압연하여 음극판을 제조한 후, 상기 양극판 및 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 권취하고, 상기 권취 상태로 조립된 극판과 세퍼레이터 조립체를 캔 내부에 삽입한 후, 전해액을 주입하고 상측 개구부에 캡 어셈블리를 장착하는 공정을 거쳐 제조한다.
상기와 같이 제조된 원통형 니켈 수소 전지의 충전 및 방전 반응을 상세히 설명하면 다음과 같다.
음극 활물질을 수소 저장 합금으로 하고, 양극 활물질을 니켈하이드록사이드로 하고, 전해액으로는 포태슘하이드록사이드(KOH) 수용액을 사용하여 충전시 전해액 속의 물이 분해되어 생긴 수소 저장 합금이 저장하고 방전시에는 필요한 수소를 전해액 내로 방출하여 방전하며, 그 충전 및 방전 반응식은 다음과 같다.
상기 반응식에 있어서, M은 수소 이온을 흡수 및 방출할 수 있는 수소 저장 합금을 나타내는 것으로서, 희토류계 원소를 이용한 AB5계와 Ti, Zr, V 등을 이용하는 AB2계가 있다. 상기 식에서 니켈 수소 전지의 양극과 음극은 상기의 반응식에 따라 수백회 이상의 충전 및 방전이 가능하도록 되어 있다.
상기한 바와 같이 원통형 니켈 수소 전지를 제조하는 공정에 있어서, 세퍼레이터를 중심으로 양극판과 음극판을 세퍼레이터의 반대 면에 위치시킨 후, 맨드렐(mandrel) 등을 이용하여 권취하는 공정이 있다. 그러나 양극과 음극의 단락을 방지하기 위하여 삽입되는 상기 세퍼레이터는 전지의 캔 내에 많은 공간을 차지하고 소수성의 재질로 제조되기 때문에 전지 내에 전해액 주입양이 줄고 전지의 내부 공간이 감소하여 결국 전지의 용량 및 수명을 감소시키는 문제점을 야기한다.
이와 같은 문제점은 원통형 니켈 수소 전지에 한하지 않고 모든 세퍼레이터를 갖는 전지에 해당하는 문제점이다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전지의 전해액량을 증가시켜 전지의 용량 및 수명을 증가시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 구성을 갖는다.
본 발명에 있어서, 양극 활물질 슬러리를 금속 집전체 상에 도포, 건조 및 압연하여 양극판을 제조하고 음극 활물질 슬러리를 금속 집전체 상에 도포, 건조 및 압연하여 음극판을 제조하고 세퍼레이터를 양극판 및 음극판 사이에 개재하고 상기 극판 및 세퍼레이터를 용기 내부에 삽입한 후에 전해액을 주입하는 공정을 포함하는 전지 제조방법에 있어서, 상기 세퍼레이터는 전해액에 침적시켜 전해액을 함습 건조시킨 세퍼레이터인 것을 특징으로 하는 전지 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 세퍼레이터를 전해액에 침적시켜 전해액을 함습 및 건조시킨 전지용 세퍼레이터를 제공한다.
다음은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예
캔 내부에 권취 상태로 삽입되는 양극판과 음극판은 종래와 같은 방법에 의하여 제작된다.
양극판은 44.8중량부의 니켈하이드록사이드(Ni(OH)2), 8.5중량부의 코발트 산화물, 0.5중량부의 증점제, 2중량부의 결착제 및 27중량부의 물(H2O)이 혼합된 슬러리화된 양극 활물질 82.8중량부를 금속 집전체 상에 도포, 건조한 후, 압연하여 제조하였다. 그리고 음극판은 83.7중량부의 수소 저장 합금 분말과 도전제인 카본 0.33중량부, 0.17중량부의 증점제, 0.67중량부의 결착제 및 13.6중량부의 물이 혼합된 페이스트화를 이루는 음극 활물질을 금속 집전체 상에 도포, 건조하고 압연하여 제조하였다.
상기와 같이 제조한 양·음극판은 절단공정을 거쳐서 소정의 크기로 절단하고 세퍼레이터를 포태슘하이드록사이드 전해액에 침적하여 세퍼레이터를 축축하게 하고 건조시킨 후에 양·음극판 사이에 개재하여 권취한 상태로 소정의 크기를 이루는 캔 내부에 삽입하였다. 그리고 캔 내부에 전해액을 주입하고 그 상측 개구부에는 캡 어셈블리를 장착하여 젤리롤 타입 구조의 니켈 수소 전극을 제작하였다.
비교예
상기 실시예에서 제조한 양·음극판은 절단공정을 거쳐서 소정의 크기로 절단하고 세퍼레이터를 양·음극판 사이에 개재하여 권취한 상태로 소정의 크기를 이루는 캔 내부에 삽입하였다. 그리고 캔 내부에 전해액을 주입하고 그 상측 개구부에는 캡 어셈블리를 장착하여 젤리롤 타입 구조의 니켈 수소 전극을 제작하였다.
상기와 같이 제조된 니켈 수소 전지는 0.1C로 150% 충전, 0.2C로 0.9V 컷-오프(cut-off)조건으로 3 사이클(cycle)로 초기 활성화시키고 1C 150% 충전, 1C 0.9V 컷-오프한 조건으로 충전과 방전을 200회 반복 실시하였다.
본 발명에 의하여 제조된 전지는 전지용량이 향상되고 수명이 증가되는 결과를 얻을 수 있었다.

Claims (2)

  1. 양극 활물질 슬러리를 금속 집전체 상에 도포, 건조 및 압연하여 양극판을 제조하고 음극 활물질 슬러리를 금속 집전체 상에 도포, 건조 및 압연하여 음극판을 제조하고 세퍼레이터를 양극판 및 음극판 사이에 개재하고 상기 극판 및 세퍼레이터를 용기 내부에 삽입한 후에 전해액을 주입하는 공정을 포함하는 전지 제조방법에 있어서, 상기 세퍼레이터는 전해액에 침적시켜 전해액을 함습 건조시킨 세퍼레이터인 것을 특징으로 하는 전지 제조방법.
  2. 세퍼레이터를 전해액에 침적시켜 전해액을 함습 및 건조시킨 전지용 세퍼레이터.
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