KR20120058079A - 고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조 방법 - Google Patents

고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화납 분말에 유리섬유를 첨가하는 단계; 상기 유리섬유가 첨가된 이산화납 분말에 용매에 용해시킨 결합제를 첨가하여 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 드라이 극판용 그리드(Grid)에 도포하는 단계; 상기 혼합물이 도포된 그리드를 고온 건조시키는 단계; 상기 건조된 그리드를 드라이 음극판과 함께 조립한 후 전해액을 첨가하여 완제품인 2차전지를 제조하는 것을 특징으로 하는 고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조방법에 관한 것이다.

Description

고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조 방법{METHOD FOR LEAD-ACID BATTERY INCLUDING HIGHLY ACTIVE POSITIVE ELECTRODE}
본 발명은 고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화납 분말과 용매에 결합제를 용해한 것을 함께 혼합한 활물질을 격자모양의 집전체(Grid)에 직접 접착하여 제조된 고활성 양극판을 포함하여 이루어지는 납축전지의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용이나 소형 산업용으로 사용되고 있는 납축전지의 양극판은 페이스트(paste)형태의 극판이 널리 이용되고 있다. 이러한 형태의 양극판은 산화납(PbO)과 납(Pb)의 미세한 분말들이 주성분인 연분을 유리섬유와 함께 물과 황산을 투입하면서 혼합하여 페이스트를 만들고, 이를 납합금으로 만든 격자 모양의 집전체에 도포한 후, 일정 조건에서 숙성(curing) 및 건조하여 활물질이 포함된 숙성 극판을 만들고, 숙성 극판이 전기화학적으로 활성화되도록 전해액에 담근 후 전류를 투입하여 활물질을 이산화납(PbO2)으로 변환시키는 화성 공정을 거쳐서 제조한다.
한편, 상기 숙성은 60℃ 이하에서 실행하는 저온숙성법과 80℃ 이상에서 실행하는 고온숙성법이 있는데 저온숙성의 경우는 삼염기황산납(Tribasic lead sulfate;3BS; 3PbO?PbSO4?H2O)이 형성되고, 고온숙성의 경우는 사염기황산납 (tetrabasic lead sulfate;4BS; 4PbO?PbSO4)이 주로 형성된다.
종래에는 대부분 저온숙성법이 주로 이용되어 왔으나, 이러한 저온숙성법은 삼염기황산납의 입자크기가 수 ㎛미만으로 아주 작기때문에 화성 활물질의 표면적이 넓어 초기용량은 높지만, 입자간 결합력이 약해 수명이 짧다는 문제점이 있다.
반면, 고온숙성 활물질인 사염기황산납은 입자크기가 40㎛ 이상이므로 활물질간 결합력이 우수해 전지의 수명을 증가시키므로 저온숙성 활물질을 사용할 때의 단점을 보완할 수 있다. 그러나, 입자가 큰 만큼 반응면적이 감소하므로 일반적인 화성방법을 적용하면 이산화납 생성률(화성률)이 50％ 이하로 매우 낮아서 전지의 초기용량이 작게된다.
현재 고온숙성 활물질을 사용할 때 나타나는 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로는 제작된 전지를 몇 회 충방전한 후 출고하는 방법이 있다. 그러나, 이 경우 초기용량 개선효과는 높지만 부가적인 시간, 장비 및 인력의 투입으로 인해 생산원가가 상승하고 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 부가적인 충방전 과정의 필요성을 제거하기 위해 활물질 혼합시 첨가제를 사용해 숙성후 작은 크기의 사염기황산납 입자가 형성되도록 하여 화성률을 높이고, 초기용량을 향상시키려는 시도가 활발하게 이루어지고 있다. 그러나, 이것 또한 첨가제 자체 및 작은 크기의 사염기황산납으로 인한 수명감소 현상이 나타난다는 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위한 방안으로 저전류 장시간 화성법, 중도 휴지 화성법, 및 펄스 전류 화성법 등이 나와 있으나 생산성 저하, 고가장비 추가 구입의 부담이 있을뿐 아니라 현재까지 만족할 만한 성과를 거두지 못하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 양태는 이산화납(PbO2)을 격자모양의 집전체에 직접 형성시킴으로써, 숙성 및 화성공정이 필요없으며 양극판의 사용효율이 높고 낮은 화성효율에 따른 성능저하를 방지할 수 있는 납축전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 이산화납 분말에 유리섬유를 첨가하고 상기 유리섬유가 첨가된 이산화납 분말에 용매에 용해시킨 결합제를 첨가하여 혼합하고, 상기 혼합물을 드라이(dry) 극판용 그리드(Grid)에 도포하여 접착시킨 후 상기 혼합물이 도포된 그리드를 고온 건조시킨 후, 상기 건조된 그리드를 드라이 음극판과 함께 조립한 후 전해액을 첨가하여 완제품인 2차전지를 제조하는 것을 특징으로 하는 고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조방법에 있어서, 상기 결합제는 플루오로플라스틱 그룹(Fluoroplastic group) 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조방법에 있어서, 상기 결합제는 PVdF(Polyvinylidene fluoride)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조방법에 있어서, 상기 결합제의 함량은 용매 100중량부에 대하여 5 내지 20 중량부인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 납축전지의 제조방법은, 납축전지 양극판의 활물질 탈락을 방지하여 수명성능 향상의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이산화납을 이용하여 극판을 제작함으로 화성작업을 생략할 수 있고 낮은 화성효율에 따른 성능 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하에서 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조방법은 이산화납 분말에 유리섬유를 첨가하는 단계, 상기 유리섬유가 첨가된 이산화납 분말에 용매에 용해시킨 결합제를 첨가하여 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 드라이 극판용 그리드에 도포하는 단계; 상기 혼합물이 도포된 그리드를 고온 건조시키는 단계; 상기 건조된 그리드를 드라이 음극판과 함께 조립한 후 전해액을 첨가하여 완제품인 2차전지를 제조하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 납축전지를 제조하기 위하여는 먼저 이산화납 분말에 화이버를 첨가하여 이산화납 분말을 제조한다. 상기 이산화납 분말은 시판되는 이산화납 분말을 제한없이 사용할 수 있으며, 또는 시판되는 화합물을 사용하지 않고 기존의 화성시킨 극판 또는 폐극판에서 활물질을 분리하여 사용할 수도 있다. 본 발명의 제조방법에 사용되는 상기 화이버는 활물질 탈락을 방지하는 역할을 하는 것으로서 종래의 납축전지 혼합에 사용되는 화이버를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 유리섬유를 사용하는 것이 좋다. 상기 화이버의 함량은 이산화납 분말 100 중량부에 대하여 0.06 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
이어서, 용매에 용매 100중량부에 대하여 결합제 5 내지 20 중량부를 용해시킨 혼합액을 제조한 후, 상기 혼합액을 전술한 바에 의해 제조된 유리섬유가 첨가된 이산화납 분말에 첨가하고 혼합 및 반죽하여 페이스트를 만든다. 상기 용매는 결합제인 고분자 수지를 용해시키기 위한 것으로 고분자 수지에 대해서 용해성을 가지는 유기 용매를 사용할 수 있다. 상기 용매의 구체적인 예로는 이에 한정되는 것은 아니나 NMP(N-Methylpropylene), DMF(Dimethylformamide), TEP(Triethylphosphate), DMSO(Dimethylsulfoxide) 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 NMP를 사용하는 것이 좋다. 상기 결합제는 플루오로플라스틱 그룹중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 예를 들어 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVdF)를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 결합제(PVdF)는 단지 예를 들기 위함이지 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 납축전지 제조 방법에 있어서, 상기 결합제를 사용함으로써 상기 결합제의 결합작용에 의하여 활물질 탈락을 방지할 수 있게 된다.
결합제의 함량이 5 내지 20 중량부를 벗어나는 경우, 전도도가 현저하게 떨어져 납축전지의 용량이 저하된다.
이어서, 상기 페이스트를 격자모양으로 이루어진 그리드에 직접 도포하여 접착시킨다. 상기 그리드는 Pb 합금으로 이루어지며, Cast grid, Expanded grid, 또는 Stamped grid 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 페이스트를 그리드에 손으로 펴 바름으로써 도포하고, 도포시 도포하는 페이스트의 두께는 3.0 내지 3.5mm 로 하는 것이 바람직하다.
상기 그리드는 대략 직사각형 형태로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 납축전지의 용도 및 설치 공간등에 따라 다양하게 변형하여 제조될 수 있다.
상기 페이스트가 도포된 그리드를 고온 건조시키는 단계는 페이스트에 포함된 용매를 완전히 건조시키기 위한 것으로, 상기 혼합물이 도포된 그리드를 온도 20 내지 60℃에서 대략 48시간 정도 자연 건조시킨다.
이어서 상기 용매가 완전히 건조된 드라이 양극판용 그리드를 드라이 음극판과 함께 납축전지의 외부 몸체 내에 삽입하여 조립한 후 그 내부에 전해질을 주입하여 납축전지를 완성하게 된다. 상기 전해질로는 황산을 사용하는 것이 좋다. 상기 황산의 농도는 비중이 대략 1.25 내지 1.35 정도가 바람직하다. 상기 드라이 음극판의 재질로는 Lead Electrode, Carbon Electrode 등을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Lead Electrode를 사용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 납축전지는 납축전지 양극판의 활물질 탈락을 방지하여 종래 기술에 대비하여 110 내지 130%의 수명성능 향상의 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 방법에 따라 제조된 납축전지는 방전시 PbO2로 이루어진 양극판에서는 4가의 납이온이 전자를 잃으면서 묽은 황산에 용해되어 이온을 형성하기 때문에 PbO2의 양이 점차로 감소하게 된다. 따라서 양극판에 형성된 PbO2의 집적도가 축전지의 성능에 커다란 영향을 미치게 된다.
그러나 본 발명은 화성공정 없이 이산화납을 직접 양극판에 접착하여 이용하므로 화성효율이 낮음에 따른 양극판의 효율 감소를 방지할 수 있으며 축전지의 수명도 연장할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 종래기술과 달리 이산화납 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 바, 기존의 산화납을 사용한 연분을 이용하는 경우 제조공정상 숙성 및 화성공정을 거쳐야 했던 것을 거치지 않아도 되므로 공정 절차가 단순하고 부가적인 시간, 장비 및 인력의 투입을 감소시켜 생산성을 높일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.

Claims (4)

  1. 이산화납 분말에 유리섬유를 첨가하는 단계;
    상기 유리섬유가 첨가된 이산화납 분말에 용매(NMP)에 용해시킨 결합제를 첨가하여 혼합하는 단계;
    상기 혼합물을 드라이 극판용 그리드(Grid)에 도포하는 단계;
    상기 혼합물이 도포된 그리드를 고온 건조시키는 단계;
    상기 건조된 그리드를 드라이 음극판과 함께 조립한 후 전해액을 첨가하여 완제품인 2차전지를 제조하는 것을 특징으로 하는 고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 결합제는 플루오로플라스틱 그룹(Fluoroplastic group) 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 결합제는 PVdF(Polyvinylidene fluoride)인 것을 특징으로 하는 고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 결합제의 함량은 용매 100중량부에 대하여 5 내지 20중량부인 것을 특징으로 하는 고활성 양극판을 포함하는 납축전지의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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