KR20030052738A - 고출력 니켈-수소전지용 페이스트식 음극 및 그 제조방법 - Google Patents

고출력 니켈-수소전지용 페이스트식 음극 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20030052738A
KR20030052738A KR1020010082766A KR20010082766A KR20030052738A KR 20030052738 A KR20030052738 A KR 20030052738A KR 1020010082766 A KR1020010082766 A KR 1020010082766A KR 20010082766 A KR20010082766 A KR 20010082766A KR 20030052738 A KR20030052738 A KR 20030052738A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nickel
negative electrode
binder
paste
type
Prior art date
Application number
KR1020010082766A
Other languages
English (en)
Inventor
이성근
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020010082766A priority Critical patent/KR20030052738A/ko
Publication of KR20030052738A publication Critical patent/KR20030052738A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34—Gastight accumulators
    • H01M10/345—Gastight metal hydride accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • H01M4/622—Binders being polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/626—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

본 발명은 고출력 니켈-수소전지용 페이스트식 음극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 페이스트식으로 음극 제조시 사용하는 바인더의 종류 및 함량을 특정화하여 니켈-수소전지의 고출력을 가능하게 하는 고출력 니켈-수소전지용 페이스트식 음극 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

고출력 니켈-수소전지용 페이스트식 음극 및 그 제조방법{Cathode according to pasting for nickel hydrogen battery having a high output and Method for preparing the same}
본 발명은 고출력 니켈-수소전지용 페이스트식 음극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 페이스트식으로 음극 제조시 사용하는 바인더의 종류 및 함량을 특정화하여 니켈-수소전지의 고출력을 가능하게 하는 고출력 니켈-수소전지용 페이스트식 음극 및 그 제조방법에 관한 것이다.
니켈-수소 전지(Ni-MH)의 음극 제조기술은 바인더 없이 콜드 프레스(Cold Press) 방식으로 제조하거나 또는 여러 가지 바인더를 선택하여 바인더의 조합으로 페이스팅(pasting)하는 방식이 알려져 있다.
상기 페이스트식 극판에서 바인더는 출력 저하요인으로 작용하기 때문에 바인더의 양은 작을수록 유리하다. 그러나 바인더의 함량이 너무 작으면 활물질간 또는 활물질과 집전체간의 결합력이 약하여 전극 제조 공정 또는 활성화 공정 및 전지의 사용시에 활물질이 집전체로부터 탈락되어 전극 및 전지특성을 저하시킨다.
상기 페이스트식 극판에서 사용되는 바인더로는 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 소디움 폴리아크릴산(SPA), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등이 있다. 그러나, 상기 폴리에틸렌옥사이드(PEO)는 바인더의 고유 특성 때문에 페이스팅이 불가능하고, 스티렌 부타디엔 고무는 활물질의 탈락이 다소 발생하는 문제가 있다. 또한, 소디움 폴리아크릴산(SPA) 역시 바인더의 고유 특성 때문에 페이스팅이 불가능하고, 폴리비닐알코올(PVA)은 어떤 함량에서도 점도, 점성을 동시에 만족시킬 수 없는 문제가 있다. 또한, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)는 역시 활물질의 탈락이 다소 발생하는 문제가 있다.
따라서 활물질의 탈락을 최소화할 수 있는 바인더의 종류 및 함량을 결정하는 일은 고출력 전지를 개발하기 위해서는 절대적으로 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위하여, AB5 type MH 합금을 활물질로 하고 집전체로 NPPS(nickel plated punched sheet)을 사용하여 바인더의 종류에 따라 전극을 제조한 후 활물질 탈락과 출력특성, 용량특성을 고려한 바인더의 조성과 함량을 결정하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 고출력을 나타내는 니켈 수소 전지용 페이스트식 음극의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 활물질, 바인더, 및 도전제가 함유되어 있는 니켈-수소 전지용 페이스트식 음극에 있어서,
상기 바인더로 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 또는 메틸셀룰로오스(MC) 0.25∼ 0.5 중량%가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 니켈-수소 전지용 페이스트식 음극을 그 특징으로 한다.
니켈-수소 전지용 페이스트식 음극의 제조방법에 있어서,
AB5 타입의 수소저장합금을 활물질로 하고, 바인더인 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 또는 메틸셀룰로오스(MC) 0.25 ∼ 0.5 중량% 및 도전제인 니켈(Ni) 분말을 혼합한 후, 음극 집전체에 페이스팅하고 건조하여 제조하는 것을 특징으로 하는 니켈-수소 전지용 페이스트식 음극의 제조방법을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기의 페이스트식 음극을 포함하여 조립된 니켈-수소 전지를 포함한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 고출력을 나타내는 니켈-수소전지를 개발하기 위하여 페이스트식 음극의 집전체인 NPPS(nickel plated punched sheet)를 두께, 개방율(open ratio), 홀크기(hall size)별로 전극을 제조하여 내부 저항을 비교함으로써 고출력 니켈-수소 전지의 음극에 적용할 NPPS를 개발하였다.
본 발명에서 전극인 음극은 다음과 같은 방법으로 제작한다. 본 발명의음극은 활물질, 바인더 및 도전제를 포함한다.
본 발명은 수소저장합금을 활물질로 하고 집전체로 NPPS를 사용하여 페이스트식 전극을 제작한다. 즉, 본 발명은 AB5 타입의 수소저장합금을 활물질로 하고, 바인더인 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 또는 메틸셀룰로오스(MC) 0.25 ∼ 0.5 중량% 및 도전제인 니켈(Ni) 분말을 혼합한 후, 음극 집전체에 페이스팅하고 건조하여 제조한다. 상기 바인더는 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 또는 메틸셀룰로오스(MC)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 바인더의 함량은 0.25 ∼ 0.5 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 카르복시메틸셀룰로오스나 메틸셀룰로오스의 점성을 높이기 위해 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 또는 소디움 폴리아크릴산(SPA)을 혼합 사용하여 바인더의 함량을 더 줄일 수도 있다. 바람직하게, 상기 CMC와 PEO를 바인더로 사용하는 경우 CMC 또는 MC의 고형분 함량은 0.2 ∼ 0.35 중량%이고, PEO의 함량은 0.1 ∼ 0.3 중량%로 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서 페이스팅된 음극판의 건조는 40 ∼ 75 ℃의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다.
상기 도전제는 Ni 파우더를 사용하는 것이 바람직하며, 그 함량은 0.5 ∼ 0.75 중량%로 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수소저장합금은 AB5 타입의 미쉬메탈계(micsh metal) 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 합금의 평균입도는 30 ∼ 50 ㎛인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 20 ∼ 40 ㎛인 것이 좋다.
또한, 본 발명은 상기에서 제조된 페이스트식 음극을 이용하여 다음과 같은방법으로 전지를 제작할 수 있다.
본 발명은 수산화니켈을 활물질로 하고 폼을 집전체로 하는 페이스트식 양극과, 상기와 같이 바인더의 조성 및 함량, 합금의 평균입도별로 제작된 페이스트식 음극을 사용하여 전지를 제작한다. 이때, 사용되는 전해액은 KOH와 LiOH 수용액을 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 다음의 실시예의 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ∼ 2 및 비교에 1 ∼ 5
페이스트식 음극의 제작
AB5 타입의 수소저장합금을 활물질로 하고 집전체로 NPPS를 사용하여 페이스트식 음극을 제작하였다. 이때, 바인더는 다음 표 1과 같은 함량과 종류의 바인더를 사용하였고, 도전제는 Ni 파우더를 사용하였다. 상기 수소합금의 평균입도는 30㎛와 50㎛ 였다.
비교예의 경우, 종래 바인더인 PVA, PTFE, SPA, PEO, 및 SBR를 각각 사용하였다.
시험예 1
실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 5의 바인더의 종류에 따른 음극의 제조 조건을 만족할 수 있는 함량을 하기 표 1에 나타내었다.
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 및 2의 셀룰로오스계열의 CMC나 MC는 단일바인더만으로 점도와 점성을 동시에 만족시킬 수 있으며 최소 요구량도 작았다. 그러나, 비교예 1의 경우 어떤 함량에서도 점도와 점성을 동시에 만족시킬 수 없어 전극의 제조가 불가하였으며, 비교예 2 및 5 에멀젼 형태의 PTFE나 SBR은 페이스팅된 극판으로 전극을 제작하는 공정에서 다소 활물질이 탈락하였다. 또한, 비교예 3 및 4의 SPA나 PEO는 작업조건에 부합하는 점도를 갖는 함량에서는 점도에 비해 점성이 높아 슬러리가 고무줄과 같은 성질을 갖게 되며 페이스팅에 적용할 수가 없었다.
시험예 2: 전지의 성능평가
상기 실시예 1의 바인더의 조성으로 음극을 제조한 후, 수산화니켈을 활물질로 하고 폼을 집전체로 하는 페이스트식 양극을 사용하여 7 Ah급 전지를 조립하였다. 이때, 전해액은 LiOH 수용액을 사용하였다.
이후, 종래 전지와 출력특성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 전지는 종래의 전지보다 매우 우수한 출력특성을 보여주고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 페이스트식 음극 제조시 사용하는 바인더의 종류 및 함량을 특정화하여 니켈-수소전지의 고출력을 가능하게 함으로써, 고출력의 니켈-수소전지를 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 활물질, 바인더, 및 도전제가 함유되어 있는 니켈-수소 전지용 페이스트식 음극에 있어서,
    상기 바인더로 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 또는 메틸셀룰로오스(MC) 0.25∼ 0.5 중량%가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 니켈-수소 전지용 페이스트식 음극.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 바인더가 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 또는 메틸셀룰로오스(MC) 0.2 ∼ 0.35 중량%, 및 폴리에틸렌옥사이드(PEO) 0.1 ∼ 0.3 중량%의 혼합물인 것을 특징으로 하는 니켈-수소 전지용 페이스트식 음극.
  3. 니켈-수소 전지용 페이스트식 음극의 제조방법에 있어서,
    AB5 타입의 수소저장합금을 활물질로 하고, 바인더인 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 또는 메틸셀룰로오스(MC) 0.25 ∼ 0.5 중량% 및 도전제인 니켈(Ni) 분말을 혼합한 후, 음극 집전체에 페이스팅하고 40 ∼ 75 ℃의 온도에서 건조하여 제조하는 것을 특징으로 하는 니켈-수소 전지용 페이스트식 음극의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 수소저장합금이 평균입도가 30 ∼ 50 ㎛인 미쉬메탈계(micsh metal) 합금인 것을 특징으로 하는 니켈-수소 전지용 페이스트식 음극의 제조방법.
  5. 제 1 항 기재의 페이스트식 음극을 포함하여 조립된 니켈-수소 전지.
KR1020010082766A 2001-12-21 2001-12-21 고출력 니켈-수소전지용 페이스트식 음극 및 그 제조방법 KR20030052738A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010082766A KR20030052738A (ko) 2001-12-21 2001-12-21 고출력 니켈-수소전지용 페이스트식 음극 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020010082766A KR20030052738A (ko) 2001-12-21 2001-12-21 고출력 니켈-수소전지용 페이스트식 음극 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20030052738A true KR20030052738A (ko) 2003-06-27

Family

ID=29577483

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010082766A KR20030052738A (ko) 2001-12-21 2001-12-21 고출력 니켈-수소전지용 페이스트식 음극 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20030052738A (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06231762A (ja) * 1993-02-01 1994-08-19 Furukawa Battery Co Ltd:The 水素吸蔵合金粉末の分散液
KR19980060811A (ko) * 1996-12-31 1998-10-07 손욱 수소 음극 형성용 조성물, 이를 이용한 수소 음극의 제조방법 및 그 방법에 따라 제조된 수소 음극을 채용하고 있는 2차 전지
KR19990008638A (ko) * 1997-07-02 1999-02-05 손욱 니켈수소전지의 음극 제조방법
JPH11329437A (ja) * 1998-05-15 1999-11-30 Shin Etsu Chem Co Ltd 水素吸蔵合金電極及びその製造方法
JP2001236953A (ja) * 2000-02-25 2001-08-31 Shin Etsu Chem Co Ltd 水素吸蔵合金負極及びその製造法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06231762A (ja) * 1993-02-01 1994-08-19 Furukawa Battery Co Ltd:The 水素吸蔵合金粉末の分散液
KR19980060811A (ko) * 1996-12-31 1998-10-07 손욱 수소 음극 형성용 조성물, 이를 이용한 수소 음극의 제조방법 및 그 방법에 따라 제조된 수소 음극을 채용하고 있는 2차 전지
KR19990008638A (ko) * 1997-07-02 1999-02-05 손욱 니켈수소전지의 음극 제조방법
JPH11329437A (ja) * 1998-05-15 1999-11-30 Shin Etsu Chem Co Ltd 水素吸蔵合金電極及びその製造方法
JP2001236953A (ja) * 2000-02-25 2001-08-31 Shin Etsu Chem Co Ltd 水素吸蔵合金負極及びその製造法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3870564A (en) Alkaline cell
JP2004079500A (ja) 電気化学素子用の電極およびこれを用いた電池
WO2004084327A2 (en) Heavy metal-free rechargeable zinc negative electrode for an alkaline storage cell
US11404696B1 (en) Secondary aqueous battery electrodes including vinyl acetate-ethylene
US6242133B1 (en) Hydrogen-absorbing alloy electrode for alkaline secondary battery and method of manufacture thereof
KR20030052738A (ko) 고출력 니켈-수소전지용 페이스트식 음극 및 그 제조방법
JPH10106550A (ja) 水素吸蔵合金電極およびその製造方法
US20040214083A1 (en) Nickel-metal hydride storage battery and method for producing negative electrode thereof
WO2014050075A1 (ja) 蓄電池システム。
CN102683652A (zh) 镍氢电池正极及其制备方法
JP4662015B2 (ja) 電気化学素子用電極の製造方法
JP2004234909A (ja) 電気化学素子用の電極およびこれを用いた電池
JPH11135112A (ja) アルカリ蓄電池用正極
KR100399339B1 (ko) 고면적의 Ni 분말을 이용한 Ni/MH 2차 전지용 음극의 제조방법
JP2797554B2 (ja) ニッケルカドミウム蓄電池
JPH11250908A (ja) アルカリ二次電池用電極およびアルカリ二次電池
JP2000123832A (ja) 蓄電池用ペースト式電極の製造法
JP2754800B2 (ja) ニッケルカドミウム蓄電池
JP2022048597A (ja) 二次電池
CN111969213A (zh) 能量储存装置正极材料、制备方法以及改性能量储存装置
JP2002184405A (ja) アルカリ蓄電池用非焼結式ニッケル正極およびその製造方法ならびにそれを用いたアルカリ蓄電池
JPH11149920A (ja) アルカリ二次電池用ニッケル極およびアルカリ二次電池
JPH06168719A (ja) ニッケル・水素電池用負極板、その製造法並びにニッケル・水素電池
JPH0513075A (ja) 水素吸蔵合金電極およびその製造法
JPH09147849A (ja) ペースト式アルカリ蓄電池用負極とその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application