KR20020085253A

KR20020085253A - 전기 자동차용 Ｎｉ－ＭＨ 전지

Info

Publication number: KR20020085253A
Application number: KR1020010024657A
Authority: KR
Inventors: 김치명
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-05-07
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2002-11-16

Abstract

본 발명은 전기 자동차용 Ni-MH 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극 활물질로 코발트로 코팅된 수산화니켈 입자, 폴리비닐알코올 및 에틸알코올로 구성된 Ni-MH 전지 양극 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 상기 제조된 Ni-MH 전지 양극은 종래 방법에 비하여 활물질의 전류의 흐름을 용이하게 하여 도전성을 향상시켜 전지의 내부저항을 줄이고 출력이 향상되며, 고가의 코발트 사용을 제한하여 매우 경제적이다.

Description

전기 자동차용 Ｎｉ－ＭＨ 전지{A Ｎｉ－ＭＨ battery for electric vehicle}

본 발명은 전기 자동차용 Ni-MH 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극 활물질로 코발트로 코팅된 수산화니켈 입자, 폴리비닐알코올 및 에틸알코올로 구성된 Ni-MH 전지 양극 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 상기 제조된 Ni-MH 전지 양극은 종래 방법에 비하여 활물질의 전류의 흐름을 용이하게 하여 도전성을 향상시켜 전지의 내부저항을 줄이고 출력이 향상되며, 고가의 코발트 사용을 제한하여매우 경제적이다.

전기자동차는 현재 주류를 이루고 있는 내연기관이 장착된 차량이 가지고 있는 제반문제점 중 환경문제를 근본적으로 해결할 수 있는 자동차로서 배기가스 발생이 없는 것이 그 특징이다.

즉, 상기와 같이 전기자동차는 차량의 추진력을 종래와 같이 연료의 연소작용에 의해서 얻는 것이 아니라, 충전된 전지로부터 제공되는 전력에 의해서 얻도록 되어 있어서, 내연기관의 작동시 발생되는 배기가스가 발생되지 않는다는 것이다.

따라서 전기자동차에서 자동차의 주행에 필요한 힘을 제공하기 위한 전지는 필수적이며, 가솔린 자동차와 같은 충분한 주행거리 및 동력 성능을 가지기 위해서는 전지의 성능이 관건이다.

또한 환경 친화적인 무공해 전기 자동차가 도입됨에 따라 전기 자동차의 전원으로 사용될 고에너지 밀도의 2차 전지 개발의 필요성이 대두되어 왔다.

여기에서 일반적으로 전지란 금속간의 전위차를 이용하여 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 것으로, 일회용의 1차 전지와 재충전하여 반복 사용이 가능한 2차 전지, 그밖에 태양전지 등의 특수 전지등으로 대별할 수 있으며, 1차 전지는 다시 사용 전극에 따라 망간 전지, 알칼리 전지, 수은 전지, 산화은 전지로 분류할 수 있으며, 2차 전지는 납축전지, 금속 수소화물을 극판으로 사용하는 Ni-MH 전지, 밀폐형 니켈-카드뮴 전지와 리튬-금속 전지, 리튬-이온 전지, 리튬-폴리머 전지와 같은 리튬 전지로 분류된다.

이러한 전지들 중에서 1차 전지는 용량이 적고, 수명이 짧으며, 일회 사용에그치는 단점을 가진 반면 2차 전지는 용량이 커 높은 전압을 얻을 수 있으며, 수명이 상대적으로 길고, 반복해서 사용할 수 있으므로 환경 친화적인 무공해 전기 자동차에 적용되어 될 때 탁월한 성능을 발휘할 수 있다. 특히, 2차 전지 중에서도 니켈 계열의 전지는 재활용 기술이 검증되어 있는 바 환경 보호 측면에서의 활용성이 뛰어나므로 가장 널리 이용되고 있다.

그런데, 이러한 니켈 계열의 전지 특히, 니켈 하이드라이드 전지의 경우에 수작업을 통하여 제조되고 있어 작업 공수가 많고 따라서 제작 소요시간이 길어지는 등 생산 효율성이 떨어지는 문제점을 가지고 있는 바, 수작업에 따른 니켈 하이드라이드 전지의 양극판 제작 공정을 간략히 살펴 보면 다음과 같다.

도 1에 간략히 도시된 바와 같이 종래의 수작업에 의한 Ni-MH 전지의 양극판 제작공정은 크게 10단계로 이루어져 있다.

먼저, 작업자가 니켈 포옴(foam) 롤을 풀어 일정 길이의 양극판(201)으로 절단기를 사용해 절단한다. 그리고 나서 탭(203)을 붙이기 위한 탭 자리(205) 모서리를 치구를 사용해 압입하여 표시한다. 그 다음에 니켈 포일(foil) 롤을 풀어 일정 길이만큼 절단기를 사용해 절단한다. 절단이 끝나면 절단된 2장의 탭(203)을 겹쳐 한쪽 모서리 부분을 가용접한다. 그리고 나서 2장으로 겹쳐진 탭(203)의 사이에 니켈 포옴으로 된 양극판(201)을 끼우고 다시 겹쳐진 부위를 가용접한다. 가용접이 끝난 뒤 가용접된 양극판(201)을 보다 넓은 팁을 갖는 용접기를 이용해 본용접한다. 그 다음에 탭의 본용접이 이루어진 양극판(201)에 수산화니켈 페이스트를 수작업으로 도포한다. 페이스트가 건조된 뒤 절단기를사용하여 양극판을 반으로 절단한다. 그리고 나서 프레스를 이용해 양극판을 타발을 행한 뒤 최종적으로 수산화니켈 도포시 탭 사이에 혼입된 수산화니켈을 알콜로 세척해 내면 하나의 완성된 양극판을 제작하게 된다.

그런데, 위와 같은 종래의 수작업에 의한 니켈 하이드라이드 양극판의 제조 조립방식은 수동용 공구를 사용하는 단순 작업에 의존하게 되므로 작업량이 많아지고 따라서 인건비나 생산비용등 제조 단가가 증대되고 작업자 작업공수가 늘어나게 되어 제품 불량의 비율이 증대되는 문제점이 있었다.

또한 전지의 양극 활물질을 제조하는데 있어 수산화니켈(Nickel Hydroxide)를 기분으로 기타 첨가제(Co, CoO)들을 혼합하여, 슬러리 형태로 제조하여 극판에 도포한후 건조하여 사용한다 (도 2). 이러한 제조방법에서 슬러리에 혼합하여 도전재로 사용되는 코발트의 가격이 고가이고, 양극 활물질의 기본 물질인 수산화니켈과의 밀도차 때문에 슬러리 제조가 용이하지 않아 현장에서의 적용시 철저한 관리를 요한다. 특히 균일한 도전재의 도포가 어려워 내부저항이 낮아져 출력이 저하될 수 있다.

이에 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 양극 활물질로 코발트로 코팅된 수산화니켈 입자, 폴리비닐알코올 및 에틸알코올로 구성된 Ni-MH 전지 양극을 제조하였고, 상기 제조된 Ni-MH 전지 양극이 활물질의 전류의 흐름을 용이하게 하여 도전성을 향상시켜 전지의 내부저항을 줄이고 출력이 향상되며, 고가의코발트 사용을 제한하여 매우 경제적임을 알 수 있었다.

도 1은 종래 전기 자동차용 Ni-HM 전지의 제조단계를 나타낸 것이다.

도 2는 종래 전기 자동차용 Ni-HM 전지 양극의 활물질 슬러리를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명의 전기 자동차용 Ni-HM 전지 양극의 활물질 슬러리를 나타낸 것이다.

본 발명은 양극 활물질로 코발트로 코팅된 수산화니켈 입자, 폴리비닐알코올, 에틸알코올 및 첨가제로 구성된 Ni-MH 전지 양극을 그 특징으로 한다.

또한 본 발명은 Ni-MH 전지 양극의 제조방법에 있어서, 양극 활물질로 코발트로 코팅된 수산화니켈 입자, 폴리비닐알코올, 에틸알코올 및 첨가제로 구성된 Ni-MH 전지 양극의 제조방법을 그 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 Ni-MH 전지 양극이 전기자동차용으로 사용되는 용도를 그 특징으로 한다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에서 제조된 Ni-MH 전지 양극 활물질은 전류의 흐름을 용이하게 하여 도전성을 향상시켜 전지의 내부저항을 줄이고 출력이 향상되는 특징이 있다.

본 발명은 양극 활물질로 코발트로 코팅된 수산화니켈 입자, 폴리비닐알코올, 에틸알코올 및 첨가제로 구성된 Ni-MH 전지 양극을 포함한다.

상기 Ni-MH 전지 양극이 코발트로 코팅된 수산화니켈 입자 70 ∼ 80 중량%, 폴리비닐알코올(PVA) 15 ∼ 17 중량%, 에틸알코올 8 ∼ 10 중량% 함유된다.

본 발명에서 사용되는 첨가제는 Co 또는 CoO를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 Ni-MH 전지 양극의 제조방법에 있어서,

양극 활물질로 코발트로 코팅된 수산화니켈 입자, 폴리비닐알코올 및 에틸알코올을 혼합하는 단계를 포함한다.

상기 제조된 Ni-MH 전지 양극 활물질은 전기자동차용으로 유용하게 사용될 수 있으며, 전류의 흐름을 용이하게 하여 도전성을 향상시키고 전지의 내부저항을 줄일 수 있어 출력향상을 유도한다. 또한 코발트로 코팅된 수산화니켈 입자를 사용함으로써 고가의 코발트 사용을 제한할 수 있고 종래 슬러리 제조시 밀도차에 따른 도전재의 불균일한 도포를 해결할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 이러한 실시예에 의해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 3.

하기 표 1에 나타낸 조성으로 Ni-MH 전지 양극 활물질을 제조하였고, 통상적이니 방법에 의해 음극을 제조하여 자동차용 Ni-MH 전지를 제조하였다.

비교예 1.

하기 표 1에 나타낸 조성으로 종래 방법에 의해, Mi-MH의 양극 활물질을 제조하였다. 수산화니켈을 기분으로 첨가제로 코발트를 혼합하고 슬러리 형태로 제조한 후 극판에 도포한 후 건조하여 제조하였다.

실험예 1.

상시 실시예 ∼ 및 비교예에서 제조된 Ni-MH 전지의 성능을 하기와 같이 실시하였다.(하기에 대한 측정방법 및 그 결과를 기재하여 주시기 바랍니다.)

1) 내부저항

충방전기를 이용하여 DOD80 조건과 100A Pulse 방전방법으로 측정하였다.

2) 출력밀도

3) 전도도(극판저항)

극판의 대각선 방향으로 1A의 전류를 흘리며 전압강하를 측정하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 제조된 코팅된 NI-MH 전지 양극은 고가의 코발트 사용을 제한할 수 있고, 슬러리 제조시 밀도차에 따른 제조의 어려움 등을 제거할 수 있다. 또한, 활물질의 전류의 path를 용이하게 하여 도전성을 향상시켜 전지의 내부저항을 줄이고 출력향상을 기대할 수 있어 자동차용 NI-MH 전지 양극으로 유용하게 사용될 수 있다.

Claims

양극 활물질로 코발트로 코팅된 수산화니켈 입자, 폴리비닐알코올, 에틸알코올 및 첨가제로 구성된 것을 특징으로 하는 Ni-MH 전지 양극.
제 1 항에 있어서, 상기 양극 활물질이 코발트로 코팅된 수산화니켈 입자 70 ∼ 80 중량%, 폴리비닐알코올 15 ∼ 17 중량%, 에틸알코올 8 ∼ 10 중량% 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 Ni-MH 전지 양극.
Ni-MH 전지 양극의 제조방법에 있어서,

양극 활물질로 코발트로 코팅된 수산화니켈 입자, 폴리비닐알코올, 에틸알코올 및 첨가제를 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 항의 Ni-MH 전지 양극의 제조방법.
청구항 1 항의 전기자동차용 Ni-MH 전지 양극.