KR20100116063A - 수계 전해액 함침성이 우수한 파워배터리용 활성탄 탄소 전극 및 그의 제조방법 - Google Patents

수계 전해액 함침성이 우수한 파워배터리용 활성탄 탄소 전극 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

전극 방전 특성 및 전해액의 함침성이 우수한 활성탄 탄소 전극 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극 제조 방법은 (a)활성탄, 전도성 카본 및 바인더를 혼합하여 활물질 혼합물을 형성하는 단계; (b)상기 활물질 혼합물의 점도를 조절하여 활물질 슬러리를 형성하거나 밀링 공정을 통하여 활물질 비드를 형성하는 단계; (c)상기 활물질 슬러리 또는 활물질 비드를 납 합금 집전체 내에 충진하는 단계; (d)상기 활물질 슬러리를 건조하는 단계; 및 (e)롤 프레스를 이용하여 활물질 슬러리 또는 활물질 비드가 충진된 납 합금 집전체를 압착하는 단계를 포함한다.

Description

수계 전해액 함침성이 우수한 파워배터리용 활성탄 탄소 전극 및 그의 제조방법 {Activated carbon electrode for power battery with good water electrolyte wettability and method of manufacturing the activated carbon electrode}
본 발명은 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle) 등에 이용되는 파워 배터리(power battery)용 탄소 전극(carbon electrode)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다공성 납 집전체에 활성탄(activated carbon)을 포함하는 음극 활물질(active substance)이 충진되어 압착되는 탄소 전극에 있어서, 활성탄을 포함하는 활물질의 충진시에 활물질을 슬러리 상태 또는 비드 상태로 충진하여, 활물질에 수많은 공극이 존재함으로써 전지 방전 효율 증가 및 전해액의 함침속도를 증가시킬 수 있는 파워배터리용 활성탄 탄소 전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 화학전지는 양극(anode; 전지음극), 음극(cathode; 전지양극), 양 전극들을 분리하는 세퍼레이터(separator) 및 전하의 이동을 가능하게 하여 전 기화학반응 중 발생하는 분극현상을 해소하기 위한 전해액(electrolyte)을 포함하여 이루어진다.
이때, 납 전극(Pb electrode)과 탄소 전극(carbon electrode)을 병렬로 연결한 하이브리드 전극(hybrid electrode)을 음극으로 사용하는 전지를 파워 배터리(power battery)라 한다.
파워 배터리는 종래의 납축전지보다 수명 및 출력 특성이 우수하여, 최근에 마일드 하이브리드 자동차(mild hybrid car)의 배터리 전원으로 이용하기 위한 전지로서, 많은 주목을 받고 있으며, 또한 파워 배터리 생산에 관한 사업화가 확대되고 있다.
파워 배터리는 기존의 VRLA(Valve Regulate Lead Acid) 납축전지와 탄소 전극의 하이브리드화된 고에너지의 유지 및 고출력 특성을 향상시킨 시스템이다. 이러한 고출력을 얻기 위해서는, 전지나 배터리의 설계가 매우 중요하다.
한편, 오늘날 자동차 산업의 활성화로 인하여 환경오염 문제가 대두되고 있으며, 점차 환경오염을 저감하기 위한 그린 에너지원(green energy source)이 필수적으로 요구되고 있다. 파워 배터리는 환경오염을 줄이기 위한 하나의 방법으로 최근 산업화의 움직임이 있다.
기존의 납축전지는 VRLA 납축전지로의 발전을 이루었고, VRLA 납축전지는 배터리 중에서 가격이 저렴하다는 장점을 갖고 있으나, 교체 수명이 3년밖에 미치지 못하는 문제점이 있다. 초고용량 커패시터는 탄소 전극의 대칭기술을 이용한 전해액의 물리적 이온 분극의 흡탁착 현상으로 용량이 발생되며, 메모리 백업부터 UPS(uninterruptible power supply) 의 고출력용까지 다용도의 보조전원으로 사용되고 있다.
파워배터리는 음극인 납 전극과 탄소 전극이 병렬로 연결되어 있는 구조를 가진다. 종래의 탄소 전극은 주로 시트(sheet) 형상으로 제조한 후, 이를 집전체(current collector)와 결합하는 방식을 사용하여 왔다.
도 1은 종래의 시트 형상의 탄소 전극을 제조하는 공정을 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면 종래의 시트 형상의 탄소 전극은 활물질 혼합 단계(S110), 건조 단계(S120), 반죽 단계(S130), 롤 프레싱 단계(S140) 및 시트 전극 접착 단계(S150) 및 압착 단계(S160)를 통하여 제조되었다.
상기 각 단계를 간단히 설명하면 다음과 같다.
활물질 혼합 단계(S110)에서는 활성탄, 전도체로서 카본 블랙 및 바인더로서 PTFE(poly tetrafluoro ethylene)를 혼합한다. 건조 단계(S120)에서는 상기 활물질 혼합 단계(S110)를 통하여 형성된 활물질 혼합물을 100℃ 정도의 온도에서 장시간 건조한다. 반죽 단계(S130)에서는 건조된 활물질 혼합물을 반죽(kneading)하여 이어지는 롤 프레싱을 용이하게 한다.
롤 프레싱 단계(S140)에서는 롤 프레스(roll press)를 이용하여 반죽된 활물질 혼합물을 압착하여 시트 형상의 전극으로 형성한다. 시트 전극 접착(S150)에서는 상기 롤 프레싱 단계(S140)를 통하여 시트 형상으로 제조된 전극을 집전체에 접착한다.
끝으로, 압착 단계(S130)에서는 접착된 시트 형상의 전극 및 집전체를 압착하여 탄소 전극을 완성한다.
종래의 시트 형상의 탄소 전극 제조 방법은 먼저 시트 형상으로 전극을 제조한 후, 집전체에 제조된 전극을 결합해야만 하였다. 따라서, 탄소 전극을 제조하는 공정이 그만큼 복잡한 문제점이 있다.
또한, 종래의 시트 형상의 탄소 전극은 전해액의 함침성이 좋지 않은 문제점이 있었다.
본 발명의 하나의 목적은 활성탄을 포함하는 활물질을 슬러리 상태 또는 비드 상태로 형성하여 다공성 납 합금 그리드 집전체에 충진함으로써, 활물질에 존재하는 수많은 공극을 통하여 전해액의 함침성 및 전지 방전 효율이 향상된 활성탄 탄소 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 주형에 주조물을 주입하는 캐스팅 공정과 유사하게, 활성탄을 포함하는 활물질을 슬러리 상태 또는 비드 상태로 다공성 납 합금 그리드 집전체에 직접 충진함으로써 탄소 전극 제조 공정을 단순화할 수 있는 활성탄 탄소 전극의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 활성탄 탄소 전극 제조 방법은 (a)활성탄, 전도성 카본 및 바인더를 혼합하는 활물질 혼합물 형성 단계; (b)상기 활물질 혼합물의 점도를 조절하여 활물질 슬러리(active substance slurry)를 형성하는 활물질 슬러리 형성 단계; (c)상기 활물질 슬러리를 납 합금 집전체(current collector) 내에 충진하는 캐스팅 단계; (d)상기 활물질 슬러리를 건조하는 건조 단계; 및 (e)롤 프레스(roll press)를 이용하여 활물질 슬러리가 충진된 납 합금 집전체를 압착하는 롤 프레싱 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 하나의 목적을 해결하기 위한 본 발명의 다른 일실시예에 따른 활성탄 탄소 전극 제조 방법은 (a)활성탄, 전도성 카본 및 바인더를 혼합하는 활물질 혼합물 형성 단계; (b)밀링(milling) 공정을 통하여 활물질 비드(active substance bead)를 형성하는 활물질 비드 형성 단계; (c)상기 활물질 비드를 납 합금 집전체 내에 충진하는 캐스팅 단계; (d)상기 활물질 비드를 건조하는 건조 단계; 및 (e)롤 프레스를 이용하여 상기 활물질 비드가 충진된 납 합금 집전체를 압착하는 롤 프레싱 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극은 활성탄을 포함하는 활물질이 납 합금 집전체 내에 충진 및 압착되어 있는 탄소 전극으로서, 상기 활물질은 슬러리(slurry) 상태 또는 비드(bead) 상태로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극은, 전해액의 높은 함침성을 보이며, 또한, 활물질을 슬러리(slurry) 상태 또는 비드(bead) 상태로 다공성 납 합금 집전체에 충진함으로써 활물질에 존재하는 수많은 공극을 통하여, 전극의 방전 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극 제조 방법은 캐스팅법과 유사하게, 활물질 슬러리상 또는 활물질 비드상으로 집전체에 직접 충진함으로써 탄소 전극 제조 공정을 단순화하여, 제조 비용을 절감할 수 있으며, 생산성을 향상시킬 수 있 는 장점이 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파워 배터리에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 활성탄 탄소 전극 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에서 활성탄 탄소 전극 제조 방법은 활물질 혼합물 형성 단계(S210), 활물질 슬러리 형성 단계(S220), 캐스팅 단계(S230), 건조 단계(S240) 및 롤 프레싱 단계(S250)를 포함한다.
활물질 혼합물 형성 단계(S210)에서는 활성탄(activated carbon)을 포함하는 활물질(active substance) 혼합물을 형성한다. 구체적으로는 활성탄, 전도성 카본 및 바인더를 일정비율로 혼합하여 활물질 혼합물을 형성한다.
활물질 혼합물은 활성탄 70 ~ 80중량%, 전도성 카본 10~25중량% 및 바인더 8 ~ 15중량%를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 전도성 카본은 활물질 혼합물 전체 중량에 대한 10~25중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 전도성 카본이 10중량% 미만으로 첨가되면 활물질에 충분한 전도성을 부여할 수 없으며, 전도성 카본이 25%를 초과하여 첨가되면 체적당 발현 용량이 불충분한 문제가 있다.
상기 바인더는 활물질 혼합물 전체 중량에 대하여 8~15중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 바인더가 8중량% 미만으로 첨가되면 활물질의 부착력이 저하되는 문제점이 있고, 바인더가 15중량%를 초과하면 상대적으로 활성탄 또는 전도성 카본의 양이 적어 체적당 발현 용량이 불충분하거나, 전도성이 불충분한 문제점이 있다.
전도성 카본은 탄소 전극에 도전성을 부여하기 위한 것으로 탄소물질 중 전도성을 갖는 카본 블랙, 탄소나노튜브(carbon nano tube), 흑연(graphite) 등이 될 수 있다.
바인더는 탄소 전극의 결합력을 강화하기 위하여 첨가되며, 일반적으로 이용되는 PTFE(poly tetrafluoro ethylene)가 될 수 있으나, CMC(carboxylmethyl cellulose), PTFE 및 SBR(styrene-butadiene rubber)의 혼합물을 이용하는 것이 보다 바람직하다. PTFE 바인더를 단독으로 사용하였을 경우에는 집전체와의 접착성이 떨어지게 되어 접촉저항이 증가되고, 이로 인한 셀 저항 증가를 초래하게 하여 고 율의 충방전 특성 및 내구성이 저감되는 영향이 나타나기 때문에 CMC와 SBR의 첨가를 통한 활물질간 결합력과 집전체와의 결합력을 증가시켜 집전체와의 접촉저항을 감속시키고 더불어 셀 저항을 저감시켜 고율의 충방전 특성 및 내구성을 유지 및 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이때, CMC 함량은 증류수 함량의 0.1~4중량%, PTFE 함량은 2~5중량%, SBR은 0.1~5중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. CMC 함량이 0.1중량% 미만이면, 활물질간의 접착성이 저하되며 4중량% 초과시에는 CMC 점도가 너무 높아 전극 형성이 되지 않는다. 또한 SBR이 0.1중량% 미만인 경우에는 집전체와의 결합력이 저하되며 5중량%를 초과하면 전극저항이 커지게 된다.
활물질 슬러리 형성 단계(S220)에서는 활물질 혼합물의 점도를 조절하여 활물질 슬러리(active substance slurry)를 형성한다. 활물질 혼합물의 점도의 조절은 용매를 첨가함으로써 이루어질 수 있다. 용매는 증류수가 될 수 있으며, 활물질 혼합물의 점도는 증류수의 첨가량에 따라 달라지게 된다.
활물질 슬러리는 1,000 ~ 3,000cps 범위의 점도를 갖는 것이 바람직하다. 그 이유는 점도가 1,000 보다 낮을 경우 코팅시 두께 조정의 문제점이 있고, 점도가 3,000 보다 높을 경우 전극코팅의 연속성의 문제점이 있기 때문이다.
캐스팅 단계(S230)에서는 활물질 슬러리를 납 합금 집전체(current collector) 내에 충진한다. 종래에는 시트 형상의 전극을 형성한 후, 집전체에 접착 및 압착하였으나, 본 발명에서는 활물질 슬러리 또는 후술하는 활물질 비드를 직접 납 합금 집전체 내에 충진하는데, 이는 주형에 주조물을 주입하는 캐스 팅(casting)과 유사하다고도 볼 수 있다.
상기 납 합금 집전체는 배터리의 용량을 증가시키는 역할을 하며, Pb-Ca, Pb-Ag, PB-Ca-Sn 합금 등으로 이루어진 다공성 그리드(poly-porous grid)로 형성되며, 경우에 따라서는 안티몬, 비스무스, 유기산 및 세슘 중 적어도 하나가 더 첨가되어 있을 수 있다.
건조 단계(S240)에서는 집전체 내에 충진된 활물질 슬러리를 대략 100℃ 정도의 온도에서 건조한다. 건조 단계를 통하여, 활물질 슬러리에 포함된 용매가 제거되면서 바인더와 집전체 간, 그리고 바인더간의 결합이 이루어진다.
롤 프레싱 단계(S250)에서는 롤 프레스(roll press)를 이용하여 활물질 슬러리가 충진된 집전체를 롤 프레싱한다. 이를 통해, 충진된 활물질 슬러리를 집전체에 압착하여 최종 탄소 전극을 형성한다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 활성탄 탄소 전극 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 활성탄 탄소 전극 제조 방법은 활물질 혼합물 형성 단계(S310), 활물질 비드 형성 단계(S320), 캐스팅 단계(S330), 건조 단계(S340) 및 롤 프레싱 단계(S350)를 포함한다.
활물질 혼합물 형성 단계(S310)에서는 활성탄, 전도성 카본 및 바인더를 혼합하여 활물질 혼합물을 형성한다.
활물질 비드 형성 단계(S320)에서는 밀링 공정을 통하여 활물질 혼합물을 비 드 상태로 형성하여 활물질 비드(active substance bead)를 형성한다. 이때, 밀링 공정이 이루어지는 용기 내에는 활물질의 고른 분산을 위하여 증류수와 같은 용매가 첨가될 수 있다. 이때, 활물질 비드는 2~3mm의 직경을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
활물질 비드의 사이즈가 2~3mm의 경우, 집전체의 타공된 공간에 분산되는 크기와 활물질 비드간 결합시 생성되는 공극의 크기가 적절하다. 활물질 비드의 사이즈가 2mm 미만인 경우 비드 생성시 비드형성체의 갈라짐 또는 깨짐 등이 쉽게 발생되고, 3mm 초과인 경우 크기가 공극크기 또한 커지기 때문에 충진 효율이 떨어진다.
캐스팅 단계(S330)에서는 상기 형성된 활물질 비드를 납 합금 집전체 내에 충진한다. 건조 단계(S340)에서는 납 합금 집전체 내에 충진된 상기 활물질 비드를 건조한다. 건조 단계를 통하여, 활물질 비드에 포함된 용매가 제거되면서, 바인더와 집전체간, 그리고 바인더 간에 결합이 형성된다.
롤 프레싱 단계(S350)에서는 롤 프레스를 이용하여 활물질 비드가 충진된 집전체를 롤 프레싱한다. 이를 통해, 충진된 활물질 비드를 집전체에 압착하여 최종 탄소 전극을 형성한다.
한편, 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극은 활성탄을 포함하는 활물질이 납 합금 집전체 내에 충진 및 압착되어 있는 탄소 전극으로서, 상기 활물질은 2~3mm의 직경을 갖는 비드 상태 또는 슬러리 상태로 형성되어 있다. 이는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 일련의 과정으로 제조될 수 있다.
활성탄을 포함하는 활물질은 활성탄, 전도성 카본 및 바인더가 일정 비율로 혼합되어 있으며, 전도성 카본은 카본 블랙, 탄소나노튜브, 흑연 등이 될 수 있고, 바인더는 CMC, PTFE 및 SBR의 혼합물 등이 될 수 있으며, 납 합금 집전체는 Pb-Ca, Pb-Ag, PB-Ca-Sn 합금 등으로 이루어진 다공성 그리드로 형성될 수 있다. 이들에 대한 설명은 전술한 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 종래의 탄소 전극(Sheet electrode)과 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극(Casting electrode)의 표면 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 SEM 사진을 참조하면, 종래의 탄소 전극과 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극의 표면은 거의 동일함을 알 수 있다.
도 5는 종래의 탄소 전극(Sheet electrode)과 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극(Casting electrode)의 전해액의 함침성 정도를 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 사진을 참조하면, 종래의 탄소 전극의 경우 전해액이 함침되지 않고 액적으로 전극표면 위에 존재하고 있음을 알 수 있다. 반면, 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극의 경우, 전극에 전해액이 함침되어 액적이 없는 상태임을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극의 경우, 전해액의 함침성이 종래의 탄소 전극에 비하여 우수함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극의 전극 특성을 테스트하기 위하여 제작된 파워 배터리를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6에 도시된 파워 배터리는 일산화납(PbO) 전극 및 활성탄 탄소 전극(Activated carbon)을 병렬 연결한 것을 음극으로 배치하고, 이산화납(PbO2) 전극을 양극으로 배치하고, 각각의 전극 사이에는 분리판을 배치하였다.
전체적으로는 PbO 전극 - 분리판 - PbO2 전극 - 분리판 - 탄소 전극 - 분리판 - PbO2 전극 - 분리판 - PbO 전극의 순으로 배치하였다. 분리판 중에서 PbO 전극과 PbO2 전극 사이에는 상대적으로 두꺼운 AGM(absorbed glass mat) 분리판을 배치하고, PbO2 전극과 활성탄 탄소 전극 사이에는 상대적으로 얇은 두께를 갖는 폴리에틸렌(poly ethylene, PE) 또는 폴리프로필렌(poly propylene, PP) 분리판을 배치하였다.
음극 및 양극에서의 충방전 반응은 이미 널리 알려진 다음과 같은 화학식으로 일어난다.
음극 방전 : Pb + HSO4 - → PbSO4 + H+ + 2e-
양극 방전 : PbO2 + HSO4 - + 3H+ + 2e- → PbSO4 + 2H2O
음극 충전 : PbSO4 + H+ + 2e- → Pb + HSO4 -
양극 충전 : PbSO4 + 2H2O → PbO2 + HSO4 - + 3H+ + 2e-
이때, 도 6에 도시된 바와 같이, PbO 전극과 PbO2 전극 사이에는 산화환원 배터리 영역(redox battery region)이 형성되고, PbO2 전극과 활성탄 탄소 전극 사이에는 하이브리드 커패시터 영역(hybrid capacitor region)이 형성된다.
도 7은 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극(Casting electrode)과 종래의 탄소 전극(Sheet electrode)을 도 6에 도시된 파워 배터리에 적용하였을 때의 시간에 따른 전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 초기에는 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극을 적용한 경우및 종래의 탄소 전극을 적용한 경우 모두 일정한 전압을 유지하였다. 그러나, 일정시간이 경과한 후, 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극을 적용한 경우가 종래의 탄소 전극을 적용하였을 때보다 전압 강하(IR drop) 속도가 상대적으로 느려, 방전 용량이 상대적으로 큰 것을 알 수 있다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극의 경우, 전해액의 높은 함침성을 보이며, 전극의 방전 용량이 우수함을 알 수 있다. 이는 활성탄을 포함하는 활물질을 집전체에 충진함에 있어, 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극의 경우 활물질 슬러리상 또는 활물질 비드상으로 집전체에 충진됨으로써, 활물질에 많은 공극이 존재하기 때문이다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 시트 형상의 탄소 전극을 제조하는 공정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 활성탄 탄소 전극 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 활성탄 탄소 전극 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 종래의 탄소 전극(Sheet electrode)과 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극(Casting electrode)의 표면 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 종래의 탄소 전극과 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극의 전해액의 함침성 정도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극의 전극 특성을 테스트하기 위하여 제작된 파워 배터리를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 활성탄 탄소 전극(Casting electrode)과 종래의 탄소 전극(Sheet electrode)을 도 6에 도시된 파워 배터리에 적용하였을 때의 시간에 따른 전압 특성을 나타내는 그래프이다.

Claims (14)

  1. (a)활성탄, 전도성 카본 및 바인더를 혼합하는 활물질 혼합물 형성 단계;
    (b)상기 활물질 혼합물의 점도를 조절하여 활물질 슬러리(active substance slurry)를 형성하는 활물질 슬러리 형성 단계;
    (c)상기 활물질 슬러리를 납 합금 집전체(current collector) 내에 충진하는 캐스팅 단계;
    (d)상기 활물질 슬러리를 건조하는 건조 단계; 및
    (e)롤 프레스(roll press)를 이용하여 활물질 슬러리가 충진된 납 합금 집전체를 압착하는 롤 프레싱 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극 제조 방법.
  2. (a)활성탄, 전도성 카본 및 바인더를 혼합하는 활물질 혼합물 형성 단계;
    (b)밀링(milling) 공정을 통하여 활물질 비드(active substance bead)를 형성하는 활물질 비드 형성 단계;
    (c)상기 활물질 비드를 납 합금 집전체 내에 충진하는 캐스팅 단계;
    (d)상기 활물질 비드를 건조하는 건조 단계; 및
    (e)롤 프레스를 이용하여 상기 활물질 비드가 충진된 납 합금 집전체를 압착하는 롤 프레싱 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 활물질 혼합물은 활성탄 70 ~ 80중량%, 전도성 카본 10~25중량% 및 바인더 8 ~ 15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전도성 카본은 카본 블랙, 탄소나노튜브 및 흑연 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바인더는 CMC(carboxylmethyl cellulose), PTFE(poly tetrafluoro ethylene) 및 SBR(styrene-butadiene rubber)의 혼합물인 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 납 합금 집전체는 Pb-Ca, Pb-Ag 및 PB-Ca-Sn 중에서 선택된 합금으로 이루어진 다공성 그리드(poly-porous grid)인 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 활물질 슬러리는 1,000 ~ 3,000cps 범위의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극 제조 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 활물질 비드는 2~3mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극 제조 방법.
  9. 활성탄을 포함하는 활물질이 납 합금 집전체 내에 충진 및 압착되어 있는 탄소 전극으로서,
    상기 활물질은 슬러리 상태 또는 비드 상태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 활물질은 활성탄 70 ~ 80중량%, 전도성 카본 10~25중량% 및 바인더 8~15중량%가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극.
  11. 제10항에 있어서,
    전도성 카본은 카본 블랙, 탄소나노튜브 및 흑연 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 바인더는 CMC, PTFE 및 SBR의 혼합물인 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 납 합금 집전체는 Pb-Ca, Pb-Ag 및 PB-Ca-Sn 중에서 선택된 합금으로 이루어진 다공성 그리드인 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 활물질이 비드 상태로 형성되어 있는 경우, 상기 활물질 비드는 2~3mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 활성탄 탄소 전극.
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