KR19990005244A - 니켈 계열 전지의 음극용 조성물 및 이 조성물을 이용한 니켈 계열 전지의 음극 - Google Patents

Abstract

니켈 계열 전지의 음극용 조성물로서, 음극용 활물질, 증점제, 도전제와 카르복시 아크릴레이티드 부타디엔 공중합 라텍스를 포함하는 결착제를 포함하는 니켈 계열 전지의 음극용 조성물은 집전체와 음극용 활물질간의 결착력이 우수하고, 유연성이 우수하다. 또한, 이 조성물을 이용하여 전지를 제조하면, 전지의 장시간 사용에 따른 음극의 미분화를 방지하고 고용량을 갖는 전지를 제조할 수 있다.

Description

[발명의 명칭]

니켈 계열 전지의 음극용 조성물 및 이 조성물을 이용한 니켈 계열 전지의 음극

[발명의 상세한 설명]

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

[산업상 이용 분야]

본 발명은 니켈 계열 전지의 음극용 조성물 및 이 조성물을 이용한 니켈 계열 전지의 음극에 관한 것으로, 상세하게는 수명이 긴 니켈 계열 전지를 제조할 수 있는 니켈 계열 전지의 음극용 조성물 및 이 조성물을 이용한 니켈 계열 전지의 음극에 관한 것이다.

[종래 기술]

최근 카메라 일체형 VTR, 오디오, 랩탑형 퍼스널 컴퓨터, 휴대용 전화기 등의 새로운 포터블 전자기기의 소형화 및 경량화 추세화 관련하여, 이들 기기의 전원으로 사용되는 전지의 성능을 고성능화하고, 대용량화하는 기술이 필요하게 되었다. 특히, 경제적인 측면에서 이들 전지의 제조원가를 절감하는 기술 개발 노력이 진행되고 있다. 일반적으로 전지는 망간 전지, 알칼리 전지, 수은 전지, 산화은 전지 등과 같이 일회용으로 사용하는 1차 전지와 납축전지, 금속수소화물을 음극활물질로 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.

이 중 1차 전지는 용량이 적고, 수명이 짧으며, 재활용이 되지 않으므로 환경오염을 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.

지닌 2차 전지 중 니켈 계열 전지가 리사이클 기술이 가장 확립되어 있어 환경 보호 측면에서도 우수하고, 전지의 고성능화가 가능하여 가장 많이 사용되고 있다.

상기한 니켈 계열 전지는 충전 및 방전시 수소의 흡장과 방출을 반복함에 따라 극판의 수축과 팽창을 반복하는 특성이 있는 수소흡장합금을 음극용 활물질로 사용하는 전지이다. 상기한 니켈 계일 전지의 음극판은 음극용 활물질을 집전체 부착시켜 제조된다. 음극용 활물질을 집전체에 부착하기 위하여 증점제와 결착제 및 도전제가 투입된 일정한 점도를 지닌 슬러리를 제조하여 사용하고 있다. 종래에는 수소흡장합금을 이용한 비소결식 전극에 있어서 결착제(binder)로서 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)), PVA(폴리비닐알콜(polyvinylalcohol)), MC(메틸셀롤로즈(methyl cellulose)) 등을 사용해 왔다. 그러나 상기한 결착제는 집전체 및 합금과의 결착력이 부족하여 이를 이용하여 제조한 전지를 장시간 사용하면 수소의 흡장 및 방출에 의해 집전체 및 합금과의 결착력이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 전지를 오래 사용하면 합금의 수축·팽창에 의해 미분화 현상이 발생되는데, 합금의 수축· 팽창을 막지 못하는 문제점이 있다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전지를 장시간 사용하여도 집전체 및 음극용 활물질의 결착력을 잘 유지할 수 있고, 이러한 강한 결착력에 따라 장시간 사용하여도 음극용 활물질의 미분화를 억제할 수 있어서 수명이 긴 니켈 계열 전지를 제조할 수 있는 니켈 계열 전지의 음극용 조성물을 제공하는 것이다.

[발명의 구성 및 작용]

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 음극용 활물질, 증점제, 도전제와, 카르복시 아크릴레이티드 부타디엔 공중합 라텍스를 포함하는 결착제를 포함하는 니켈 계열 전지의 음극용 조성물을 제공한다.

또한, 상기한 음극용 조성물을 니켈 계열 전지의 집전체에 도포하여 제조된 니켈 계열 전지의 음극도 제공한다.

[실시예]

본 발명에 따른 대표적인 니켈 계열 전지의 음극용 조성물은 다음과 같다.

본 발명의 니켈 계열 전지의 음극용 조성물은 음극용 활물질, 증점제, 도전제와 카르복시 아크릴레이티드 부타디인 공중합 라텍스를 포함하는 결착제를 포함한다.

본 발명의 니켈 계열 전지의 음극은 상기한 조성물을 니겔 계열 전지의 집전체에 도포하여 제조된다.

상기한 본 발명에 있어서, 상기 결착제는 하기 화학식 1의 카르복시 아크릴레이티드 부타디엔 공중합체인 것이 바람직하다.

[화학식 1]

(상기 식에서, R₁은 H, CH₃이고, R₂는 H, CH₃, C₂H₅또는 C₄H₉이며, ℓ, m, n은 정수이다.)

본 발명에 있어서, 상기 결착제는 상기 활물질 대비 0.1∼2 중량%의 양으로 사용하는 것이 바람직하며, 2 중량%를 넘는 양으로 사용하면 도전성이 현저하게 저하되어 바람직하지 않다.

또한 상기한 니켈 계열 전지 중 니켈 수소 전지를 제조하는 대표적인 방법은 다음과 같다.

수소흡장합금으로 AB₅계의 미시미탈 200메쉬(mesh) 이하의 금속을 사용하였으며, 수소흡장합금 100 중량부 대비 도전제로 카본 블랙 0.1∼4 중량부, 증점제로 친수성 고분자인 카르복시 메틸셀룰로즈 0.15∼3 중량부, 결착제로 카르복시 아크릴레이티드 부타디엔 공주합 라텍스 2 중량부와 H₂O 16 중량부를 혼합한다. 이 혼합물을 30분간 교반하여 니켈 수소 전지의 음극용 페이스트를 제조한다. 집전체로 표면에 니켈 도금 처리한 펀치 메탈을 사용하고, 상기 음극용 페이스트를 도포한 후 건조, 압연, 절단하여 니켈 수소 전기의 음극을 제조한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

수소흡장합금으로 AB₅계의 미시메탈 200메쉬(mesh) 이하의 금속을 사용하였으며, 수소흡장합금 100 중량부 대비 도전제로 0.8 중량부의 카본블랙과 증점제로 0.3 중량부의 친수성 고분자인 카르복시 메틸셀룰로즈와 결착제로 카르복시 아크릴레이티드 부타디엔 공중합 라텍스의 것을 2.0 중량부와 H₂O 16 중량부를 첨가해서 30분간 교반하여 니켈 수소 전지의 음극용 페이스트를 제조하였다. 집전체로 표면에 니켈도금처리한 펀치메탈을 사용하고, 페이스트를 도포한 후 120℃에서 10분간 건조하고, 압연, 절단하여 니켈 수소 전지의 음극을 제조하였다.

[실시예 2]

결착제의 사용량을 1.0 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기한 실시예 1과 동일한 방법으로 니켈 수소 전지의 음극을 제조하였다.

[실시예 3]

결착제의 사용량을 0.5 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기한 실시예 1과 동일한 방법으로 니켈 수소 전지의 음극을 제조하였다.

[실시예 4]

결착제의 사용량을 0.1 중량부로 변경한 것을 제외하고는 상기한 실시예 1과 동일한 방법으로 니켈 수소 전지의 음극을 제조하였다.

[비교예 1]

결착제로 카르복시 아크릴레이티드 부타디엔 공중합 라텍스 대신 PTFE 2 중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기한 실시예 1과 동일한 방법으로 니켈 수소 전지의 음극을 제조하였다.

[비교예 2]

결착제로 카르복시 아크릴레이티드 부타디엔 공중합 라텍스 대신 PTFE 2 중량부를 사용한 것을 제외하고는 상기한 실시예 1과 동일한 방법으로 니켈 수소 전지의 음극을 제조하였다.

상기한 실시예 및 비교예의 방법으로 제조한 음극과 양극활물질로 니켈수산화물과 증점제로 MC, 도전제로 일산화코발트 등과 순수를 혼합하고, 교반한 후 집전체에 도포하고 건조하여 제조한 대극을 나일론계 부직포를 사이에 두고 조립하여 전지 용량이 1800mAH인 니켈 수소 전지를 제조하였다. 이 전지의 유연성 및 결착력을 측정하여 그 결과를 하기한 표 1에 나타내었다. 또한 상기 전지의 IC 충방전을 계속하여 수명 용량을 측정하여 그 결과를 하기한 표 1에 나타내었다.

[표 1]

(주 : ◎-우수, ○-양호, ×-블량)

[발명의효과]

상기한 바와 같이, 본 발명의 니켈 계열 전지의 음극용 조성물은 집전체와 음극용 활물질간의 결착력이 우수하고, 이 조성물로 제조한 극판은 유연성이 우수하여 극판을 권치할 때 크랙 발생이 적어짐에 따라, 활물질의 탈락이 억제되고 도전성이 우수하다. 또한, 이 조성물을 이용하여 전지를 제조하면, 고용량을 갖는 전지를 제조할 수 있다.

Claims (4)

1. 음극용 화물질, 증점제, 도전제와, 카르복시 아크릴레이티드 부타디엔 공중합 라텍스를 포함하는 결착제를 포함하는 니켈 계열 전지의 음극용 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 결착제는 하기 화학식 1의 카르복시 아크릴레이티드 부타디엔 공중합체인 니켈 계열 전지의 음극용 조성물.

   [화학식 1]

   (상기 식에서, R₁은 H, CH₃이고, R₂는 H, CH₃, C₂H₅또는 C₄H₉이며, ℓ, m, n은 정수이다.)
3. 제 1항에 있어서, 상기 결착제를 상기 활물질 100중량부 대비 0.1∼2 중량부의 양으로 포함하는 니켈 계열 전지의 음극용 조성물.
4. 제 1항의 음극용 조성물을 니켈 계열 전지의 집전체에 도포하여 제조된 니켈 계열 전지의 음극.