KR19990008638A - 니켈수소전지의 음극 제조방법 - Google Patents

Abstract

목적 : 니켈수소전지의 음극 제조방법에 관한 것으로서, 음극 활물질의 결착제로써 사용되는 고무라텍스의 양을 최소화하고, 도전제인 카본블랙의 양을 늘여, 음극의 전기 전도성이 향상되게 하며, 아울러 전지의 용량 및 수명이 향상되도록 한다.

구성 : 수소흡장합금이 포함된 음극 페이스트를 집전체의 표면에 도포한 후, 100℃ 이상의 분위기에서 고온 건조하고, 압연 및 절단하는 공정에 의해 실현되는 니켈수소전지의 음극 제조방법에 있어서, 상기 음극 페이스트가 100 중량％의 수소흡장합금과 0.1∼0.5 중량％의 카르복시 메틸 셀룰로오즈에 대하여, 0.5 중량％ 이상의 카본블랙과 0.1 중량％ 이하의 고무라텍스 및 순수를 첨가하여 혼합하고 혼련하는 공정으로 제조된 것을 기술적 특징으로 한다.

효과 : 카본블랙에 의해 고무라텍스와 금속의 혼합 및 건조시 발생되는 필름 형태의 막이 방지되고, 그에 따라 음극의 내부저항이 감소되며 도전성과 결착력이 향상되어, 전지의 용량 및 수명이 향상된다.

Description

니켈수소전지의 음극 제조방법

본 발명은 니켈수소(Ni-MH)전지의 음극 제조방법에 관한 것으로서, 특히 음극 활물질의 결착제로써 사용되는 고무라텍스의 양을 최소화하고, 도전제로써 카본블랙의 양을 늘이므로서, 음극의 내부저항이 감소되고 도전성과 결착력이 향상되도록 하며, 전지의 용량 및 수명이 향상되도록 하는데 적합하게 이용될 수 있도록 한 비소결식 음극의 제조방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, Ni-MH전지는 양극으로 금속산화물이 사용되고 음극으로 수소흡장합금이 사용되어서, 충전시 음극에서 발생되는 수소가 수소흡장합금에 의해 흡수되고, 방전시 필요한 수소가 전해액내로 방출되도록 하므로서, 전지의 충·방전이 이루어지도록 하고 있다.

이러한 Ni-MH전지는 시트(sheet)상의 양극과 음극 및 그 사이에 개재되는 세퍼레이터로 구성되어 캔의 내부로 수납되고, 그 내부에 전해액이 충진되어 밀봉된다.

여기서, Ni-MH전지의 극판을 제조함에 있어 비소결식 음극을 제조하는 방법은 먼저, 음극의 활물질로서 미시메탈계합금과, 도전제로서 Ni나 인조흑연 등 도전성이 우수한 물질과, 증점제로서 메틸 셀룰로오즈(MC), 카르복시 메틸 셀룰로오즈(CMC) 등을 사용하고, 결착제로서 PVA, PTFF 등을 이용하여 페이스트(paste)를 제조한 다음, 그 페이스트를 강판에 Ni도금한 그리드(grid) 또는 폼(foam) Ni로 제조된 집전체에 도포 또는 충진하는 방법에 의해 제조된다.

또한, 상기 음극의 결착제는 근래들어 피혁제품이나 지가공용의 표면 코팅 및 결착제로서 사용되었던 고무라텍스가 이용되기도 한다.

그러나 종래 기술에서 음극의 결착제로 사용되었던 PVA 및 PTFE는 집전체인 그리드에 도포시 결착력이 약해 활물질이 탈락되는 문제점이 있다.

또한, 고무라텍스는 고무에 유황 및 카본블랙 등이 함유된 고체고무가 라텍스화된 것으로서, 결착력이나 내열성 및 내알카리성이 좋은 반면, 강력한 부도체이면서, 열이 가해지면 필름형태의 막이 형성되어 전기 전도성이 떨어지게되고 내부 저항이 발생되므로서, 전지의 용량이 저하되고 수명이 열하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 목적에서 제안된 것으로서, 특히 음극 활물질의 결착제로써 고무라텍스가 사용될 경우, 음극의 전기 전도성이 저하되고, 내부저항이 증가되며, 전지의 용량 및 수명이 저하되는 문제점을 해소할 수 있도록 한다.

이를 위하여, 본 발명은 수소흡장합금을 포함하는 음극 페이스트를 제조함에 있어, 결착제로 사용되는 부도체인 고무라텍스의 양을 최소로하는 반면, 도전제인 카본블랙의 양을 최대가 되도록 설정하므로서, 결착력이 우수하면서도 도전성이 향상되도록 한 Ni-MH전지의 음극 제조방법을 제안한다.

여기서, 카본블랙은 미세한 입자의 긴사슬구조의 결정을 가지는 것으로서, 고무라텍스와 금속이 혼합되어 건조시 표면에 발생되는 필름 형태의 막이 형성되지 못하도록 한다.

이하, 본 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명에 관련된 Ni-MH전지의 비소결식 음극을 제조하는 방법은 수소흡장합금, 증점제, 도전제 및 결착제를 혼합하고 혼련하여 페이스트를 제조하는 공정과, 그 페이스트를 집전체의 표면에 도포 또는 충진하는 공정과, 100℃ 이상의 고온 분위기에서 건조하는 공정과, 압연 및 절단하는 공정으로 이루어진다.

본 발명은 결착제로 사용되는 부도체인 고무라텍스와 금속의 혼합 및 건조시 발생되는 표면의 필름 형태의 막을 방지하기 위해, 고무라텍스의 양을 최소로하는 반면, 도전제로서 미세한 입자의 긴사슬구조의 결정을 갖는 카본블랙을 사용하고, 그 양이 가능한 많이 혼합되도록 하므로서, 필름 형태의 막이 카본블랙에 의해 생성되지 못하도록 한다.

여기서, 결착제인 고무라텍스와 도전제인 카본블랙의 바람직한 혼합량은 본 출원인에 의한 다수의 반복 실험을 통해 얻어된 것이며, 그 평균적인 결과가 표 1에 잘 나타나 있다.

항목	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7	실시예8	실시예9	실시예10	실시예11	실시예12	실시예13	실시예14	실시예15
카본블랙(중량％)	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
고무라텍스(중량％)	0.05	0.1	0.5	1.0	1.5	0.05	0.1	0.5	1.0	1.5	0.05	0.1	0.5	1.0	1.5
결착력	△	○	◎	◎	◎	○	◎	◎	◎	◎	◎	◎	◎	◎	◎
이용율(％)	92	93	90	86	68	99	100	94	89	84	100	100	97	88	78
수명(％)(300cycle)	52	90	87	51	30	98	99	92	60	41	100	100	94	84	50

표 1에서, 카본블랙과 고무라텍스의 혼합량은 수소흡장합금으로서 100 중량％의계의 미시메탈 200 메시(mesh) 이하의 합금을 사용하고, 증점제로서 친수성 고분자인 0.1∼1.0 중량％의 카르복시 메틸 셀룰로오즈를 기본으로 하고 있다.

본 발명은 각 실시예에서 상기 수소흡장합금과 증점제에 대하여, 도전제로서 0.1, 0.5, 1.0 중량％의 카본블랙과, 0.05, 0.1, 0.5, 1.0, 1.5 중량％의 고무라텍스와, 순수()를 첨가하여 각각 혼합하고 혼련하여 음극의 페이스트를 제조하고, 그 페이스트를 Ni 도금 처리한 펀치메탈로서의 집전체 표면에 도포한 후, 100℃ 이상의 분위기에서 고온 건조하고, 압연 및 절단하여 음극을 제조하였다.

이와 같이 제조된 음극은 니켈수산화물과 증점제인 메틸 셀룰로오즈, 도전제인 일산화코발트 및 순수를 혼합하여 교반하고, 집전체에 충진한 다음 건조하여 제조된 양극과의 사이에, 나이론계 부직포를 개재하여 조립된다.

이와 같은 상태에서 음극의 결착력을 측정한 결과, 실시예 1을 제외하고 모두 양호(◎)한 상태로 확인되었다.

또한, 전지의 이용율과 수명용량은 1,800에서 충·방전을 반복 실험한 것으로서, 실시예 6, 7 및 실시예 11, 12에 바람직하게 표시된 바와 같이, 0.5 중량％ 이상의 카본블랙과 0.1 중량％ 이하의 고무라텍스를 혼합한 상태에서 가장 양호한 효과를 얻을 수 있었다.

이러한 결과를 통하여, 결착제인 고무라텍스는 양이 증가할수록 음극의 결착력을 증가시키는 반면 이용률이 감소되게 한다. 이에 대해, 카본블랙은 이용율의 증가와 더불어 결착력도 함께 상승시킨다.

즉, 카본블랙은 미세한 입자의 긴사슬구조에 의해, 고무라텍스와 금속의 혼합 및 건조시 발생되는 필름 형태의 막을 방지하므로서, 음극의 내부 저항을 줄이고 도전성을 향상시키는 작용을 하게 된다.

이상에서 설명된 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 Ni-MH전지의 음극 제조방법은 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하게 됨을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 의하면 카본블랙이 고무라텍스와 금속의 혼합 및 건조시 발생되는 막을 방지하므로서, 전기 전도성이 향상되고 내부저항이 감소되며, 아울러 결착력이 우수한 비소결식 음극을 제조할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 Ni-MH전지는 용량 및 수명이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 발명에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 수소흡장합금이 포함된 음극 페이스트를 집전체의 표면에 도포한 후, 100℃ 이상의 분위기에서 고온 건조하고, 압연 및 절단하는 공정에 의해 실현되는 니켈수소전지의 음극 제조방법에 있어서, 상기 음극 페이스트는 100 중량％의 수소흡장합금과 0.1∼0.5 중량％의 카르복시 메틸 셀룰로오즈에 대하여, 0.5 중량％ 이상의 카본블랙과 0.1 중량％ 이하의 고무라텍스 및 순수를 첨가하여 혼합하고 혼련하는 공정에 의해 실현되는 것을 특징으로 하는 니켈수소전지의 음극 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 수소흡장합금은 200 메시 이하의 미시메탈계 합금이 사용되는 것을 특징으로 하는 니켈수소전지의 음극 제조방법.