KR20040011934A - 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정 - Google Patents

전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 차량용 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지에서 사용되는 양극 제조공정을 개선하여 전지 출력의 향상과 품질의 안정화를 도모할 수 있는 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정에 관한 것이다. 본 발명은 전기 차량용 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지의 양극 제조공정에 있어서, 상기 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지의 충전시 양극의 산소발생 전압을 낮추기 위한 화합물이 첨가된 활물질인 수산화 니켈(Ni(OH)2)에 전기 전도성을 향상시키기 위한 도전재 화합물을 설정 비율로 첨가하는 원료 배합 공정과; 상기 원료 배합된 니켈 금속수소 전지의 양극 합금 분말을 슬러리 형태로 만드는 슬러리 혼합 공정과; 상기 혼합된 슬러리를 집전체 위에 도포하여 설정된 페이스팅 속도로 롤링하는 극판 페이스팅 공정과; 상기 슬러리 형태로 페이스팅된 극판을 설정 건조온도로 건조하는 극판 건조 공정을 포함하여 이루어진다.

Description

전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정{NICKEL METAL HYDRIDE POSITIVE ELECTRODE MANUFACTURING PROCESS OF ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기 차량용 니켈 금속수소 전지에 관한 것으로서, 특히 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정에 관한 것이다.
통상적으로, 전기 차량용 니켈 금속수소(Ni-MH ; Nickel Metal Hydride) 전지의 양극은 전지의 에너지 밀도를 결정짓는 중요한 구성 부품이다.
도 1은 이러한 니켈 금속수소 전지의 양극을 제조하기 위한 종래의 제조공정을 도시한 것으로, 다음과 같은 순서에 따라 니켈 금속수소 전지의 양극을 제조하였다.
먼저, 활물질인 수산화 니켈(Ni(OH)2)에 전기 전도성을 향상시키기 위한 도전재로 코발트(Co)와 산화 코발트(CoO)화합물을 각각 5~6% 첨가한다(① 공정).
이어서, 바인더로 폴리비닐알코올(PVA)을 넣어 증점제인 알코올과 섞어 슬러리 형태로 반죽(Mixing)을 한다(② 공정).
그리고, 반죽된 슬러리를 집전체인 니켈폼 위에 도포(페이스팅 ; Faceting)한다(③ 공정).
이어서, 슬러리 형태로 페이스팅된 극판을 설정 건조온도로 건조한다(④ 공정).
이와 같은 방법으로 제조된 양극을 이용한 전지의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 종래에는 충전 말기에 산소 발생 전압이 높은 단점이 있었다.
이것은 전지를 충전함에 따라 전지의 전압은 상승하게되고, 충전 말기에는 만충전 이전에 전지 내부의 극판에서 화학반응에 의한 산소 가스가 발생하므로 전지 내부의 압력이 높아지게 되는 것을 의미한다.
이러한 발생가스에 의한 내부 압력의 증가는 전지 상단부에 설계한 벤팅 시스템을 통하여 내부에서 발생하는 화학 반응에 의한 가스가 전지 밖으로 배출되므로 압력은 낮추어지지만, 과전압에 의한 충방전 효율저하 및 가스 방출과 동시에 일어나는 전해액의 방출에 따른 전지 내부의 전해액이 고갈되는 문제가 되어 전지의 성능이 급속하게 저하되는 단점이 있다.
이에 따라 전지의 출력저하 및 수명 단축이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 전기 차량용 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지에서 사용되는 양극 제조공정을 개선하여 전지 출력의 향상과 품질의 안정화를 도모할 수 있는 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정을 도시한 도면.
도 3은 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 충전 말기의 전압 변동상태를 도시한 도면.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전기 차량용 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지의 양극 제조공정에 있어서, 상기 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지의 충전시 양극의 산소발생 전압을 낮추기 위한 화합물이 첨가된 활물질인 수산화 니켈(Ni(OH)2)에 전기 전도성을 향상시키기 위한 도전재 화합물을 설정 비율로 첨가하는 원료 배합 공정과; 상기 원료 배합된 니켈 금속수소 전지의 양극 합금 분말을 슬러리 형태로 만드는 슬러리 혼합 공정과; 상기 혼합된 슬러리를 집전체 위에 도포하여 설정된 페이스팅 속도로 롤링하는 극판 페이스팅 공정과; 상기 슬러리 형태로 페이스팅된 극판을 설정 건조온도로 건조하는 극판 건조 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정을 설명한다.
본 발명의 실시예는 전기 차량용 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지의 양극 제조공정에 있어서, 원료 배합 공정, 슬러리 혼합 공정, 극판 페이스팅 공정, 극판 건조 공정을 포함하여 이루어진다.
원료 배합 공정은 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지의 충전시 양극의 산소발생 전압을 낮추기 위한 화합물이 첨가된 활물질인 수산화 니켈(Ni(OH)2)에 전기 전도성을 향상시키기 위한 도전재 화합물을 설정 비율로 첨가하는 공정이다.
여기서, 양극의 산소발생 전압을 낮추기 위한 화합물은 수산화 칼슘(Ca(OH)2), 산화 망간(MnO2), 수산화 알루미늄(Al2(OH)3)등으로 이루어진다.
그리고, 도전재 화합물은 코발트(Co)와 산화 코발트(CoO)으로 이루어진다.
이와 같은 화합물들이 배합된 니켈 금속수소 전지의 양극 합금 분말 조성비율은 수산화 니켈(Ni(OH)2) ; 88~92wt%, 수산화 칼슘(Ca(OH)2) ; 0.3~0.7wt%, 산화 망간(MnO2) ; 0.2~0.5wt%, 수산화 알루미늄(Al2(OH)3) ; 0.9~1.1wt%, 코발트(Co) ; 4~6%, 산화코발트(CoO) ; 1.5~2.5wt% 의 중량비로 이루어진다.
즉, 본 발명의 실시예는 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지의 양극 성능을 향상하기 위하여 새로운 조성을 배합하는 기술로 종래 니켈 금속수소 전지의 양극판 조성인수산화 니켈(Ni(OH)2)과 산화 코발트(CoO), 코발트(Co) 외에 양극의 산소발생 전압을 낮추기 위한 원소인 수산화 칼슘(Ca(OH)2), 산화 망간(MnO2), 수산화 알루미늄(Al2(OH)3)등의 화합물을 활물질에 새로이 첨가한다.
이러한 첨가제의 역할은 충전 말기의 산소발생 전위를 낮추어 낮은 전위에서 전지가 만충전될 수 있도록 하여 충전 효율을 높일 뿐만 아니라 도전재의 전도성을 향상시켜 실제 전기를 저장할 수 있는 활물질인 수산화 니켈(Ni(OH)2)의 함량을 높일 수 있다.
따라서, 양극판의 단위 무게당 전극 용량이 향상되어 기존 전지와 동일 용량으로 설계시 전지의 부피를 줄일 수 있으며, 충전 말기의 산소 발생 전압이 낮아져 충방전 효율의 향상 및 전지 수명을 향상시킬 수 있다.
슬러리 혼합 공정은 원료 배합된 니켈 금속수소 전지의 양극 합금 분말을 슬러리 형태로 만드는 공정이다.
슬러리 혼합 공정은 바인더로 폴리비닐알코올(PVA)을 넣어 증점제인 알코올과 섞어 슬러리 형태로 반죽(Mixing)한다.
즉, 상기와 같은 조성에 따라 활물질과 첨가제를 상온에서 배합한 뒤 폴리비닐알코올(PVA)과 에틸 알코올로 점도를 맞추어 가며 교반기로 교반한다.
이때의 점도 기준은 중력을 이용한 표준 점도계 #2를 사용하여 약 25~35초 정도로 맞춘다.
극판 페이스팅 공정은 혼합된 슬러리를 집전체 위에 도포하여 설정된 페이스팅 속도로 롤링하는 공정이다.
극판 건조 공정은 슬러리 형태로 페이스팅된 극판을 설정 건조온도로 건조하는 공정이다.
교반이 끝나면 니켈폼(Ni-Form)으로 된 양극의 기판의 양쪽면으로 두께 약 1~2mm 정도 페이스팅(Pasting)한 후 챔버 안에서 약45~55℃를 유지한 채 48시간 동안 건조시킨다.
건조후 압연 롤러를 이용하여 0.8mm가 되도록 압연한 후 전지 크기에 맞도록 극판을 절단한다.
상기한 바와 같이 니켈 금속수소 전지의 양극을 제조하면, 도 3에 도시된 바와 같이 충전말기 과전압이 현저히 낮아짐으로서 전지 화학반응에 의한 산소 발생을 억제할 수 있어 만 충전 효율을 높일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정은 수산화 칼슘(Ca(OH)2), 산화 망간(MnO2), 수산화 알루미늄(Al2(OH)3)과 같은 첨가제를 사용하여 충전 말기 전압을 낮출 수 있으며, 산소 발생을 억제할 수 있다.
또한, 양극의 전도성을 높여 출력 성능과 사이클 특성을 향상시킨다.
또한, 기존 조성물 코발트(Co)에 의한 도전 역할을 다른 화합물들이 보상해줄 수 있으므로 활물질인 수산화 니켈(Ni(OH)2)의 양을 늘릴 수 있어 전지 설계시부피를 줄일 수 있어 콤팩트화 효과가 있다.
또한, 화학반응에 의한 내부 가스 발생을 저하시켜 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제조 공정상의 전지의 불량 발생률을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 전기 차량용 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지의 양극 제조공정에 있어서,
    상기 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지의 충전시 양극의 산소발생 전압을 낮추기 위한 화합물이 첨가된 활물질인 수산화 니켈(Ni(OH)2)에 전기 전도성을 향상시키기 위한 도전재 화합물을 설정 비율로 첨가하는 원료 배합 공정과;
    상기 원료 배합된 니켈 금속수소 전지의 양극 합금 분말을 슬러리 형태로 만드는 슬러리 혼합 공정과;
    상기 혼합된 슬러리를 집전체 위에 도포하여 설정된 페이스팅 속도로 롤링하는 극판 페이스팅 공정과;
    상기 슬러리 형태로 페이스팅된 극판을 설정 건조온도로 건조하는 극판 건조 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양극의 산소발생 전압을 낮추기 위한 화합물은 수산화 칼슘(Ca(OH)2), 산화 망간(MnO2), 수산화 알루미늄(Al2(OH)3)등으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정.
  3. 제2항에 있어서, 상기 도전재 화합물은 코발트(Co)와 산화 코발트(CoO)으로이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정.
  4. 제3항에 있어서, 상기 원료 배합 공정에서 배합된 니켈 금속수소 전지의 양극 합금 분말 조성비율은 수산화 니켈(Ni(OH)2) ; 88~92wt%, 수산화 칼슘(Ca(OH)2) ; 0.3~0.7wt%, 산화 망간(MnO2) ; 0.2~0.5wt%, 수산화 알루미늄(Al2(OH)3) ; 0.9~1.1wt%, 코발트(Co) ; 4~6%, 산화코발트(CoO) ; 1.5~2.5wt% 의 중량비로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정.
  5. 제1항에 있어서, 상기 슬러리 혼합 공정은 바인더로 폴리비닐알코올(PVA)을 넣어 증점제인 알코올과 섞어 슬러리 형태로 반죽(Mixing)하는 것을 특징으로 하는 전기 차량용 니켈 금속수소 전지의 양극 제조공정.
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